CN101714766A

CN101714766A - 电池高温状况预防保护方法及系统

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Publication number: CN101714766A
Application number: CN200810168990A
Authority: CN
Inventors: 郭献元
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: CN101714766B

Abstract

一种电池高温状况预防保护方法及系统，其可与一电池单元整合或于整合后搭接到主机电器装置，用以对该电池单元提供一高温状况预防保护功能；且其特点在于利用一多温度阈值放电方式来进行电池预防保护工作。此特点可让主机电器装置无论处于开机或关机状态下，均可于电池单元进入过高温度之前，提前消耗电能令电池单元不致因过高的温度引起电池单元的异常现象如损毁、膨胀、或爆炸。

Description

电池高温状况预防保护方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电池预防保护技术，尤其涉及一种多温度阈值电池高温状况预防保护方法及系统，其可整合于一电池单元，例如为一锂电池单元，用以对该电池单元提供一高温状况预防保护功能。

背景技术

锂电池为一种可充电式的电池，目前已广泛应用于各式的电子装置，特别是便携式的电子装置，例如数字相机、移动电话、随身听音响装置、掌上电脑、笔记本电脑等等，用以对这些电子装置提供电力。如锂、镍氢、镍镉碳锌、碱性或燃料电池等电池的优点在于体积虽小但容量很大以及不使用时的电能流失率极低。

以锂电池为例，在实际应用上的一项缺点是当其处于高温状态时会发生异常现象如损毁、膨胀、或爆炸。特别是当锂电池放置于高温日晒下的车辆内。

这个问题的产生是因为在高温下如锂、镍氢、镍镉碳锌、碱性或燃料电池等电池本身蕴含有过多的能量，因此如何在锂电池进入高温之前预先将电池本身所蕴含的过多能量消耗掉以保护电池本身便是本发明所欲达到的目的。

发明内容

鉴于以上所先前技术的缺点，本发明的主要目的便是在于提供一种电池高温状况预防保护方法及装置(于此命名为″电池高温状况预防保护方法及系统″)，其可在主机电器装置处于关机或开机使用的状态下令使用者可操控其预防保护功能。

在方法定义上，本发明至少包含以下的处理动作：(P1)检测该主机电器装置当前的开关状态；(P2)检测该电池单元目前的温度；(P3)比较所检测到的温度值是否达到大于或等于一第1温度阈值、一第2温度阈值和一第3温度阈值；(P4)若温度值达到大于或等于该第1温度阈值，则依据该主机电器装置当前的开关状态来回应地执行一操作模式设定程序；其中该操作模式设定程序为当主机电器装置为关机状态时则对该电池单元执行一放电保护处理程序，反之若该主机电器装置为开机状态时发出一使用者可感知的通知信息，要求使用者选择执行放电保护处理程序或执行后续的次阈值放电模式。(P5)若使用者选择执行后续的次阈值放电模式，当该温度值更进一步达到大于或等于该第2温度阈值，对该电池单元执行一放电保护处理程序；以及(P6)若温度值更进一步达到大于或等于该第3温度阈值，将该电池单元的电源输出切换成断路状态而令该电池单元停止对该主机电器装置提供电力和停止对该电池单元进行放电。

其中该放电保护处理程序为当该电压值高于预设的上限阈值截止放电电压值时对该电池单元进行放电。

在系统定义上，本发明是基于一模块化的系统结构，其至少包含以下的系统构件：(A)一温度检测模块；(B)一温度比较模块；(C)一开关控制模块；(D)一截止放电电压检测模块；(E)一截止放电电压比较模块；以及(F)一放电回路模块；并进而包含：(G)一主机开关状态检测模块；(H)一操作模式设定模块；以及(I)一放电保护机制启动模块。

本发明的多温度阈值电池高温状况预防保护方法及系统的特点在于利用一多温度阈值方式来进行电池预防保护工作。此特点可让主机电器装置无论在处于开机或关机状态，均可在电池单元进入过高温度之前，提前利用主动控制放电方式消耗电能，令电池单元不致因过高的温度引起电池单元的异常现象如损毁、膨胀、或爆炸。又因为利用主动控制放电方式消耗电能，单位时间内由放电所产生的升高温度可控制在合理范围内，使得升高的温度可以经由一般散热方式(如对流)消散，电池得以在安全温度下提前消耗电能。

附图说明

图1为一应用示意图，用以显示本发明的电池高温状况预防保护系统整合到一电池单元和一主机电器装置的应用方式；

图2为一结构示意图，用以显示本发明的电池高温状况预防保护系统的内部基本结构。

其中，附图标记说明如下：

10电池单元

20主机电器装置

21负载电路

30电池电源开关

100本发明的电池高温状况预防保护系统

110温度检测模块

120温度比较模块

130开关控制模块

140截止放电电压检测模块

150截止放电电压比较模块

160放电回路模块

210主机开关状态检测模块

220操作模式设定模块

230放电保护机制启动模块

300放电保护处理电路

具体实施方式

以下即配合所附的附图，详细揭示说明本发明的电池高温状况预防保护方法及系统的实施例。

本发明的应用

图1即显示本发明的电池高温状况预防保护系统(如标号100所指的方块所包含的部分)的应用方式。如图所示，本发明的电池高温状况预防保护系统100在实际应用上搭配到一电池单元10(例如为锂电池单元，但也可为其它任何类型的电池单元)，且该电池单元10用以提供电力给一主机电器装置20的负载电路21；其中该主机电器装置20例如可为移动电话、数字相机、随身听音响装置、掌上电脑、笔记本电脑、马达、手电筒、等等；但也可为其它任何类型的电池驱动式的电器装置。

在实际应用时，本发明的电池高温状况预防保护系统100即可对该电池单元10提供一高温状况预防保护功能，借以使得该电池单元10进入过高温度之前，提前利用主动控制放电方式消耗电能，避免电池在高温下因为储存过多能量而产生危险。在具体实施上，本发明的电池高温状况预防保护系统100可例如整合到该电池单元10、或搭接到主机电器装置20的内部电路。

本发明的功能

如图2所示，本发明的电池高温状况预防保护系统100的内部基本结构至少包含：A、一温度检测模块110；B、一温度比较模块120；C、一开关控制模块130；D、一截止放电电压检测模块140；E、一截止放电电压比较模块150；以及F、一放电回路模块160；并进而包含：G、一主机开关状态检测模块210；H、一操作模式设定模块220；以及I、一放电保护机制启动模块230。此些构件中的截止放电电压检测模块140、截止放电电压比较模块150和放电回路模块160构成一放电保护处理电路300。以下即分别说明此些构成模块的个别属性及功能。

温度检测模块110

温度检测模块110例如为一热敏电阻器(thermistor)，用以检测该电池单元10目前的温度，并回应地输出一正比于温度值的电流或电压信号来作为电池温度信号T_BA。在具体实施上，此电池温度信号T_BA可直接为原始的模拟形式，或进而转换为数字形式的温度信号。此温度检测模块110不论在任何状况下持续对电池温度进行监控。

温度比较模块120

温度比较模块120例如为一模拟式或数字式的比较器，可对上述的温度检测模块110所检测到的电池温度T_BA提供一多阈值式的温度比较功能，也即将T_BA相比较至多个预设的不同的温度阈值，例如至少包括一第1温度阈值T_th(1)、一第2温度阈值T_th(2)和一第3温度阈值T_th(3)。

在实际操作时，此温度比较模块120即可在T_BA≥T_th(1)时，发出一第1触发信息(TR1)到操作模式设定模块220；在T_BA≥T_th(2)时，发出一第2触发信息(TR2)到放电保护机制启动模块230；在T_BA≥T_th(3)时，发出一第3触发信息(TR3)到开关控制模块130。

在具体实施上，对不同类型的电池单元而言，上述的3个温度阈值[T_th(1)，T_th(2)，T_th(3)]的实际设定值视不同类型的电池单元的温度容忍范围及搭配使用的主机电器装置20而有不同的设定值。就某种锂电池而言，上述的3个温度阈值[T_th(1)，T_th(2)，T_th(3)]的较佳实施方式例如可分别为[50℃，60℃，85℃]；但也可为在这些温度值作上下的调整，或视实际对温度容忍范围的试验结果而作适当的调整。

开关控制模块130

开关控制模块130用以控制电池电源开关30的开关状态(即为连线状态或断线状态)。在实际应用时，此开关控制模块130于初始将电池电源开关30设定为连线状态；但会在上述的温度比较模块120发出第3触发信息(TR3)时，将电池电源开关30切换成断线状态而切断电池单元10对主机电器装置20的电力供应并停止对该电池单元进行放电。

主机开关状态检测模块210

主机开关状态检测模块210可检测该主机电器装置20当前的开关状态为开机状态(ON)或关机状态(OFF)，并将其检测结果通过一主机开关状态信息(M1)来传送给操作模式设定模块220。该主机开关状态检测模块210还可检测当前是否与主机电器装置20电性连接，并在检测到失去与主机电器装置20的电性连接(如电池单元10无法形成电流输出/输入的回路)时，会输出其内定的主机开关状态信息M1＝OFF。

操作模式设定模块220

操作模式设定模块220可依据上述的主机开关状态检测模块210所发出的主机开关状态信息(M1)来回应该温度比较模块120因应电池温度信号T_BA达到大于或等于第1温度阈值T_th(1)所发出的第1触发信息(TR1)而执行一操作模式设定程序；其操作方式如下所述。

若(M1＝OFF)，即主机电器装置20为关机状态的情况下，操作模式设定模块220随即令放电保护机制启动模块230发出一放电保护机制使能信息DISCHARGE_EN到放电保护处理电路300，令放电保护处理电路300对电池单元10的储存电能执行一放电保护处理程序。

反之，若(M1＝ON)，即主机电器装置20为开机状态的情况下，则操作模式设定模块220即发出一使用者可感知的通知信息(例如为发出一连串的警示声响)，借此而将此状况通知给使用者，并同时要求使用者选择后续的操作模式为一放电保护处理程序或一阈值放电模式(也即当电池温度信号T_BA更进一步升高到大于或等于第2温度阈值T_th(2)时才启动上述的放电保护处理程序)。

将第2温度阈值T_th(2)设定高于第1温度阈值T_th(1)的原因是因为当主机电器装置20为开机状态时，负载电路21已经在消耗电池电能，消耗的过程无法避免的会产生温度的升高，由于此时的温度升高是正常的现象，故不让放电保护处理程序介入而消耗电能，但当主机电器装置20为关机状态时，其温度的升高则是不正常的现象，特别是当主机电器装置20为关机状态时使用者通常都不在附近，故更需要提早预防地执行放电保护处理程序。

在具体实施上，在主机电器装置20为一移动电话的情况下，上述的使用者选择的操作模式设定程序例如可通过一特定的实体按键或一屏幕上的图形按键来作选择。

放电保护机制启动模块230

除了回应上述主机电器装置20为关机状态的情况下，操作模式设定模块220会命令放电保护机制启动模块230发出一放电保护机制使能信息DISCHARGE_EN到放电保护处理电路300之外，放电保护机制启动模块230还可选择性地回应上述的温度比较模块120因应电池温度信号T_BA达到大于或等于第2温度阈值T_th(2)所发出的第2触发信息(TR2)而发出一放电保护机制使能信息DISCHARGE_EN到放电保护处理电路300，令放电保护处理电路300对电池单元10所储存的电能执行一放电处理程序，借以保护电池单元10。

放电保护处理电路300

放电保护处理电路300可回应上述的放电保护机制启动模块230所发出的放电保护机制使能信息DISCHARGE_EN而对电池单元10所储存的电能执行一放电保护处理程序。此放电保护处理电路300由截止放电电压检测模块140、截止放电电压比较模块150和放电回路模块160所组合而成。该放电保护处理程序简述如下。

截止放电电压检测模块140可回应放电保护机制启动模块230所发出的放电保护机制使能信息DISCHARGE_EN而被启动来检测该电池单元10的截止放电电压(以下表示为V_d-off)。该截止放电电压检测模块140具有对应磁滞现象(hysteresis)的功能。

截止放电电压比较模块150例如为一模拟式或数字式的比较器，用以比较上述的截止放电电压检测模块140所检测到的截止放电电压值V_d-off是否大于一预设的上限阈值截止放电电压值V_d-ref；若否(即电池单元10的截止放电电压V_d-off等于或小于该预设的上限阈值电压值V_d-ref)，则发出一放电回路禁能信号到放电回路模块160；反之若是，则发出一放电回路使能信号到放电回路模块160。

放电回路模块160耦接到该电池单元10，且其可回应上述的截止放电电压比较模块150所发出的放电回路使能信号而被启动来令该电池单元10通过其来进行一放电程序以消耗电池所储存的电能；并可回应该截止放电电压比较模块150所发出的放电回路禁能信号而被关闭来停止该放电程序。该放电回路模块160是一种主动控制放电装置，其可依照预先设定的放电电流值进行放电，使得单位时间内由放电所产生的升高温度可控制在合理范围内，而升高的温度可以经由一般散热方式(如对流)消散，电池得以在安全温度下提前消耗电能。

本发明的操作方式

以下即利用一应用实例来说明本发明的电池高温状况预防保护系统100在实际应用时的整体操作方式。在此应用实例中，假设主机电器装置20为一移动电话，且其处于开机状态；并假设[T_th(1)，T_th(2)，T_th(3)]＝[50℃，60℃，85℃]。

在实际操作时，主机开关状态检测模块210即可检测到该主机电器装置20当前的开关状态为开机状态(ON)，并将其检测结果通过一主机开关状态信息(M1＝ON)来传送给操作模式设定模块220。

于此同时，温度检测模块110持续检测该电池单元10目前的温度，并回应地输出一正比于温度值的电流或电压信号来作为电池温度信号T_BA。

当电池温度信号T_BA达到大于或等于第1温度阈值T_th(1)≥50℃时，温度比较模块120即会发出一第1触发信息(TR1)到操作模式设定模块220。由于(M1＝ON)，因此操作模式设定模块220会发出一使用者可感知的通知信息(例如为发出一连串的警示声响)，借此而将此状况通知给使用者，并同时要求使用者选择后续的操作模式为一放电保护处理程序或一次阈值放电模式(也即当电池温度信号T_BA更进一步升高到大于或等于第2温度阈值T_th(2)时才启动上述的放电保护处理程序)。

假设使用者所选择的操作模式为次阈值放电模式；则当电池温度信号T_BA更进一步升高到大于或等于第2温度阈值T_th(2)≥60℃时，温度比较模块120即会发出一第2触发信息(TR2)到放电保护机制启动模块230，令放电保护机制启动模块230发出一放电保护机制使能信息DISCHARGE_EN到放电保护处理电路300，致使放电保护处理电路300对电池单元10所储存的电能执行一放电保护处理程序。此放电过程所产生的温度可通过例如自然对流等方式而自行消散。

其中放电保护处理程序如同上述利用截止放电电压值V_d-off与上限阈值截止放电电压值V_d-ref之间的关系作处理于此不再赘述。

接着若电池温度信号T_BA再更进一步升高到大于或等于第3温度阈值T_th(3)≥85℃时，由于在此种温度下对电池进行放电会伤害电池本身并导致例如起火的危险，因此温度比较模块120随即发出一第3触发信息(TR3)到开关控制模块130，令开关控制模块130将电池电源开关30切换成断线状态，以借此切断电池单元10对主机电器装置20的电力供应和停止对该电池单元10所进行的放电来防止在85℃的高温下进行放电所引起的危害。

另一状况是当此移动电话处于关机状态时，主机开关状态检测模块210即可检测到该主机电器装置20当前的开关状态为关机状态(OFF)，并将其检测结果通过一主机开关状态信息(M1＝OFF)来传送给操作模式设定模块220。

当电池温度信号T_BA达到大于或等于第1温度阈值T_th(1)≥50℃时，温度比较模块120即会发出一第1触发信息(TR1)到操作模式设定模块220。由于(M1＝OFF)，因此操作模式设定模块220随即令放电保护机制启动模块230发出一放电保护机制使能信息DISCHARGE EN到放电保护处理电路300，令放电保护处理电路300对电池单元10的储存电能执行一放电保护处理程序。此放电过程所产生的温度可通过例如自然对流等方式而自行消散。

其中放电保护处理程序如同上述利用截止放电电压值V_d-off与上限阈值截止放电电压值V_d-ref之间的关系作处理在此不再赘述。

总而言之，本发明提供了一种电池高温状况预防保护方法及系统，其特点在于利用一多温度阈值方式来进行电池预防保护工作。此特点可让主机电器装置无论处于开机或关机状态下，均可在电池单元进入过高温度之前，提前利用主动控制放电方式消耗电能，令电池单元不致因过高的温度引起电池单元的异常现象如损毁、膨胀、或爆炸。本发明因此较先前技术具有更佳的进步性及实用性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容的范围。本发明的实质技术内容广义地定义于所述的权利要求中。若任何他人所完成的技术实体或方法与所述的权利要求所定义的为完全相同、或是为一种等效的改变，均将被视为涵盖于本发明的申请专利范围之中。

Claims

1.一种电池高温状况预防保护方法，其能与一电池单元整合或装置于主机电器装置内，且该电池单元能通过一电池电源开关来输出电力到一负载电路，用以对该电池单元提供一高温状况预防保护功能；

此电池高温状况预防保护方法至少包含：

检测该主机电器装置当前的开关状态；

检测该电池单元目前的温度值；

检测该电池单元目前的电压值；

其中，检测该电池单元目前的电压值包含对应磁滞现象的功能；

比较所检测到的温度值是否达到大于或等于一第1温度阈值、一第2温度阈值和一第3温度阈值；若温度值达到大于或等于该第1温度阈值，则依据该主机电器装置当前的开关状态来回应地执行一操作模式设定程序；

其中，该操作模式设定程序为当主机电器装置为关机状态时则对该电池单元执行一放电保护处理程序，反之，若该主机电器装置为开机状态时执行放电保护处理程序或执行后续的次阈值放电模式；且其中，执行该放电保护处理程序为当该电压值高于预设的上限阈值截止放电电压值时对该电池单元进行放电；

若执行次阈值放电模式，当该温度值更进一步达到大于或等于该第2温度阈值，对该电池单元执行一放电保护处理程序；以及

若该温度值更进一步达到大于或等于该第3温度阈值，将该电池单元的电源输出切换成断路状态而令该电池单元停止对该主机电器装置提供电力和停止对该电池单元进行放电。

2.如权利要求1所述的电池高温状况预防保护方法，其中该操作模式设定程序中当主机电器装置为开机状态时发出一使用者能感知的通知信息，要求使用者选择执行放电保护处理程序或执行后续的次阈值放电模式，

且其中，该使用者为该主机电器装置操作人员或任何电子控制装置。

3.如权利要求1所述的电池高温状况预防保护方法，其中，还包括：

检测当前该电池单元是否与该主机电器装置电性连接；以及

当检测到该电池单元与该主机电器装置失去电性连接时，会输出其内定的主机开关状态信息。

4.如权利要求1所述的电池高温状况预防保护方法，其中该电池单元为一锂、镍氢、镍镉碳锌、碱性或燃料电池等电池单元。

5.如权利要求1所述的电池高温状况预防保护方法，其中该主机电器装置的适用类型包括移动电话、数字相机、随身听音响装置、掌上电脑、笔记本电脑、马达和手电筒。

6.一种电池高温状况预防保护系统，其能与一电池单元整合或装置于主机电器装置内，且该电池单元能通过一电池电源开关来输出电力到一主机电器装置的负载电路，用以对该电池单元提供一高温状况预防保护功能；

此电池高温状况预防保护系统至少包含：

一主机开关状态检测模块，其能检测该主机电器装置当前的开关状态，该主机开关状态检测模块其内定的主机开关状态为关闭；

一温度检测模块，其能检测该电池单元目前的温度；

一温度比较模块，其能对该温度检测模块所检测到的电池温度提供一多阈值式的温度比较功能；也即将电池温度相比较至多个预设的不同的温度阈值，至少包括一第1温度阈值、一第2温度阈值和一第3温度阈值；并于每当电池温度达到大于或等于该第1温度阈值时，发出一第1触发信息；达到大于或等于该第2温度阈值时，发出一第2触发信息；而达到大于或等于该第3温度阈值时，发出一第3触发信息；

一放电保护机制启动模块，其能回应该温度比较模块所发出的第2触发信息而发出一放电保护机制使能信息；

一操作模式设定模块，其能依据该主机开关状态检测模块所发出的主机开关状态信息来回应该温度比较模块所发出的第1触发信息执行一操作模式设定程序；

其中该操作模式设定程序为当主机电器装置为关机状态时则命令该放电保护机制启动模块发出一放电保护机制使能信息，反之，若该主机电器装置为开机状态时命令放电保护机制启动模块发出一放电保护机制使能信息或执行后续的次阈值放电模式；

一放电保护处理电路，其能回应该放电保护机制启动模块所发出的放电保护机制使能信息而对该电池单元执行一放电保护处理程序；其中，放电保护处理电路包含对应磁滞现象的功能；

一开关控制模块，其能回应该温度比较模块所发出的第3触发信息而令该电池单元的电池电源开关切换成断路状态而停止对该主机电器装置提供电力和停止对该电池单元进行放电，

其中，该放电保护处理程序为当该电压值高于预设的上限阈值截止放电电压值时对该电池单元进行放电；

若选择执行次阈值放电模式，当该温度值更进一步达到大于或等于该第2温度阈值，对该电池单元执行一放电保护处理程序；以及

7.如权利要求6所述的电池高温状况预防保护系统，其中该操作模式设定程序中当主机电器装置为开机状态时发出一使用者能感知的通知信息，要求使用者选择命令放电保护机制启动模块发出一放电保护机制使能信息或执行后续的次阈值放电模式；

其中，该使用者为主机电器装置操作人员或任何电子控制装置。

8.如权利要求6所述的电池高温状况预防保护系统，其中该主机开关状态检测模块还用以检测当前是否与该主机电器装置电性连接，并在检测到失去与该主机电器装置的电性连接时，输出其内定的主机开关状态信息。

9.如权利要求6所述的电池高温状况预防保护系统，其中该电池单元为一锂、镍氢、镍镉碳锌、碱性或燃料电池等电池单元。

10.如权利要求6所述的电池高温状况预防保护系统，其中该主机电器装置的适用类型包括移动电话、数字相机、随身听音响装置、掌上电脑、笔记本电脑、马达和手电筒。

11.如权利要求6所述的电池高温状况预防保护系统，其中该温度检测模块为一热敏电阻器。

12.如权利要求6所述的电池高温状况预防保护系统，其中该放电保护处理电路包括一可设定的上限阈值截止放电电压值设定功能，用以设定一截止放电电压值。

13.如权利要求6所述的电池高温状况预防保护系统，其中该放电保护处理电路包括一可设定的放电电流值设定功能，用以设定一放电电流值。