CN102265449B - 用于保护电池的浸入式传感器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于检测电池上或与电池连接的电子设备上的液体的系统。电池具有用于将电流从电池传输至电子设备的电接触。系统包括用于检测电池或电子设备上的液体的传感器和与传感器连接的传感器电路。传感器电路在检测到液体时防止电流流经电池的电接触。

Description

用于保护电池的浸入式传感器

技术领域

本发明涉及液体检测传感器。更具体而言，涉及为了保护外部电池接触而采用液体检测传感器的电池。

背景技术

为了对电子设备供电，电子设备经常使用电池来向电子设备提供电流。经常地，电子设备被带到户外并且暴露于潮湿和液体之中。例如，消防员频繁地没膝入水、海岸巡逻队员和海军人员在导电的湖和海水中工作，他们都随身携带电子设备。

诸如水的离子液体能够腐蚀电子设备及电子设备内电池的腐蚀性部分。腐蚀性部分可以包括电子设备和电池的金属或导电部分，诸如电接触。具体地，离子性液体对电流流经的电子设备或电池的导电部分，诸如电池的外部电池接触或电子设备的充电接触，具有特别的腐蚀性。充电接触能够暴露于潮湿或液体中，即使是与电池接触相接触时。

经常地，当与电子设备连接时，电池的腐蚀性部分，诸如电池接触，与液体隔离。有时候，电子设备包括防水外壳，如果电子设备意外地浸没到诸如盐水的液体中，该外壳将电池罩起来并且防止液体进入其中与电池的任何腐蚀性部分相接触。然而，如果电池没有与电子设备连接，或者如果电子设备没有阻止水与电池的腐蚀性部分相接触，那么电池的腐蚀性部分会暴露于液体中并开始腐蚀。如果电池，或与电池连接的电子设备，意外地暴露于离子性液体，例如掉进海水中，流经腐蚀性离子性液体的电流会不足以启动电池或电子设备的过电流保护装置。在这种情况下，电池或电子设备的腐蚀性部分会发生快速的电解，导致在很短时间内产生对那些腐蚀性部分的损伤。结果，电池或电子设备不能再用，因为腐蚀性部分已经通过电解而被损坏。

结果，在一些解决上述问题的例子中，电池会从电子设备中移除并持有液体防护容器，诸如塑胶袋，以便防止电池的腐蚀或外部电池接触的腐蚀。然而，当发生被离子性液体意外污染时，电池可能还没有被合适地放置于容器中，或者容器可能丢失，或者容器可能具有泄漏。另外，每次湿气或液体会进入电子设备时需要将电池放置于液体防护容器中，这是非常麻烦的。

因此，当电池和与电池连接的电子设备被暴露于离子性液体时，需要去限制电池和与电池连接的电子设备上的腐蚀量。

附图说明

参考以下附图和说明，可以更好地理解本发明。附图中的组件不是为了给出比例，而重点是基于其来说明本发明的原理。

图1描述了根据本发明的一个实施例的用于检测电池或与电池连接的电子设备上的液体的系统的框图。

图2描述了根据本发明的一个实施例的与用于检测液体的系统相连接的电池。

图3描述了根据本发明的一个实施例的与用于检测液体的系统相连接的电子设备。

图4描述了根据本发明的一个实施例的用于检测电池或与电池连接的电子设备上的液体的系统的框图。

具体实施方式

通过检测液体的存在，尤其是离子性液体，使用传感器，然后使用与传感器连接的电路，来防止电流流过电池的电接触，能够减小或者防止对电池或与电池连接的电子设备的电解损伤。传感器和/或电路可以被包括在电池和/或使用电池的电子设备中。用于检测电池或与电池连接的电子设备上的液体的系统因此可以整体或部分地包括在电池或电子设备两者之一中。

现在参照图1，示出了用于检测电池100或与电池100相连接的电子设备上的液体，尤其是诸如水的离子性液体的系统90。系统90包括用于检测液体的存在或不存在的传感器140以及与传感器140进行通信的传感器电路150。

传感器140可以邻近于电池100或电子设备130中的一个而放置或者置于电池100或电子设备130中的一个之上或之内。在这里使用的术语”邻近”优选为距离电池100以及更具体地距离存在于电池100上的第一接触118或存在于电子设备130上的接触136不大于10米，以及更优选地不大于1米，以及最优选地不大于0.5米，以及甚至更优选地是不大于0.25米。传感器140用于检测电池100、第一接触118、电子设备130或电子设备130上存在的接触136之上、之内、或邻近处的液体的存在或不存在。传感器140包括可以用于检测液体存在的任意传感器，并且包括压力传感器、检测电阻率变化的传感器、温度传感器、光传感器以及可以用于确定液体的存在且能确定该液体在传感器之上或邻近于传感器的任意传感器。传感器140产生具有传感器信息的电信号，该电信号传输至传感器电路150。传感器信息用于确定液体的存在或不存在并且可以根据液体是否存在而变化，如果存在，可以根据液体存在多少而变化。传感器信息可以以能够传输模拟或数字信息的任意方式，诸如无线或经由有线，诸如纤维光缆或金属导线，而传输至传感器电路150。

传感器电路150与传感器140通信并且该传感器电路150被连接至电池100，该电池100介于电池100的一端处的电力保持部分102和另一端处的第一和第二接触118、120之间，如图1所示。电池100的电力保持部分102是电池100的存储能量的部分，并且其包括诸如燃料电池、化学电池单元、电容器以及任何可以存储能量或电荷的元件。电力保持部分102通过传感器电路150连接至第一和第二接触118、120，该电力保持部分102提供经传感器电路150至第一和第二接触118、120的电流流动。传感器电路150还与传感器140通信并且接收来自传感器140的电信号，该电信号包括用于确定液体的存在或不存在的传感器信息。

如果传感器信息指示至少存在特定量的液体，那么传感器电路150不允许在电池100的电力保持部分102和电池100的第一和第二接触118、120之间的电流流动，并且防止电流流经电池100的第一接触118并流至电子设备130。如果传感器信息指示不存在液体或者存在少于特定量的液体，那么传感器电路150允许在电池100的电力保持部分102和电池100的第一和第二接触118、120之间的电流流动，并且允许电流流经电池100的第一和第二接触118、120并流至电子设备130。

不存在液体并不要求完全不存在液体，只是少于或等于可接受量的液体，超过该可接受量会在电池100和/或电子设备130上发生不可接受量的腐蚀。相反地，存在液体并不要求完全不存在液体，而只是少于或等于可接受量的液体，超过该可接受量会在电池100和/或电子设备130上发生不可接受量的腐蚀。

在一个实施例中，传感器电路150不断地测量传感器140的电阻率R。如果传感器140的电阻率R至少变化了0.01％，优选地至少是0.1％，更优选地至少是1％，甚至更优选地至少是10％，以及最优选的为至少90％，那么传感器电路150防止电流流经第一和第二接触118、120并流至电子设备130。这些百分数可以被设定为依赖于期望的灵敏度、材料限制、以及其他的诸如由于环境温度的变化或者当设备工作和当无效时的设备温度范围而导致的电阻变化的因素。优选地，传感器140的电阻率R下降至指示存在液体。

现在参照图3，在一个实施例中，系统90，或者系统90的至少一部分，是在电池100上。电池100包括外壳110，该外壳110罩住电池100的存储能量的电力保持部分102。外壳110优选地包括与底表面116相对的顶表面112，其中顶表面和底表面112、116之间限定侧表面114。电池100包括第一接触118和优选第二接触120，其中第一和第二接触118、120允许电流从电池100的电力保持部分102流经外壳110至电子设备130。接触118、120可以穿过外壳110而接入，并优选从外壳110延伸或在外壳110内凹进，以及更优选地穿过外壳110而暴露。接触118、120优选地由诸如金属的导电材料形成。该金属的实例包括单元素金属或者复合金属，例如铜、黄铜、钢、镍、金、银或铝。在一个实施例中，第一接触118形成正极电池端子而第二电接触120形成负极电池端子。

现在参照图2，在一个实施例中，传感器电路90，或者传感器电路90的至少一部分，是处在电子设备130的之上或之内或者邻近处。电子设备130是使用来自电池100的电流的任何设备。电子设备130包括便携式电子设备，诸如像手机、对讲机以及无线电台的通信设备；诸如便携式音乐播放器、便携式电脑以及便携式电影播放器的娱乐设备；远程控制；便携式GPS设备；便携式动力工具；以及使用电池作为电力的任何设备。电子设备130优选地与电池100连接。电子设备130包括第一和第二接触136、138，该第一和第二接触136、138分别与电池100的第一和第二接触118、120相接合，通过经第一接触118向第一接触136传输电力，使得电力能够从电池100的电力保持部分102传输至电子设备130。优选地，电子设备130包括限定电子设备130的外壳132，其中外壳132形成用于接收电池100的电池室134。优选地，电池室134包括第一接触136。在一个实施例中，传感器140被置于电池室134之内，如图2所示。

现在参照图3和4，在一个实施例中，传感器140包括至少部分地被第二传感器接触144所包围的第一传感器接触142。优选地，第一和第二传感器接触142、144至少部分地包围，并且优选地，完全地包围第一接触118，如图3所示。在该实施例中，第一和第二传感器接触142、144由第一和第二传感器接触142、144之间的电阻率为R1的导电材料制成。传感器电路150连续或间断地测量第一和第二接触142、144之间的电阻率R₁。如果第一和第二接触142、144之间的电阻率R₁变化了至少1％，那么传感器电路150防止电流流经第一接触118至电子设备130。形成传感器接触142、144的同心圆之间的材料以及传感器接触142、144和第一接触118之间的材料是例如一种或多种公知的绝缘材料。

现在参照图4，在一个实施例中，传感器电路150包括与第一和第二晶体管T₁和T2一起的第一和第二电阻器R₁和R₂。在一个实施例中，第一和第二电阻器R₁和R₂具有近似相同的电阻。在一个实施例中，第一和第二电阻器R₁和R₂是10MΩ(兆欧)的电阻器。优选地，第一和第二晶体管T₁和T₂是场效应晶体管。传感器140还包括第一和第二传感器接触142、144。第一电阻器R₁在第一端与电力保持部分102的正极端子和第二电阻器R₂的第一端都相连接。第一电阻器R₁在第二端与第一传感器接触142和第一晶体管T₁的第一栅极G₁都相连接。第二电阻器R₂在第一端处与第一电阻器R₁的第一端和第二晶体管T₂的第二源极S₂都相连接。第二电阻器R₂在第二端处与第二晶体管T₂的第二栅极G₂和第一晶体管T₁的第一漏极D₁都相连接。第一晶体管T₁的第一源极S₁也与电力保持部分102的负极端子和电池100的第二接触120都相连接。第二晶体管T₂的第二漏极D₂与电池100的第一接触118相连接。第二传感器接触144与电池100的第二接触120相连接。

在操作中，如果检测有液体，第二晶体管T₂可以防止电流流经第一接触118。第一晶体管T₁和电阻器R₁和R₂形成用于检测液体的放大器。第一和第二传感器接触142、144包括感测离子性液体的导电性表面。

在第一种状态中，当没有液体与第一和第二传感器接触142、144接触时，第一传感器接触142和第二传感器接触144之间的电阻很高，例如接近10MΩ或更高。在第一种状态，第一电阻器R₁和第一与第二传感器接触142、144之间的电阻形成分压器。在描述的实施例中，因为这些电阻近似地相等，存在电力保持部分102的大约一半的电压，以偏置第一晶体管T₁的第一栅极G₁。该电压足够维持第一晶体管T₁处于饱和状态(即“导通”状态)。在第一种状态，晶体管T₁的第一漏极D₁被拉至与来自电池100的电力保持部分102的负电压B-基本上相同的电压电势。该电压电势同时施加至第二晶体管T₂的栅极，使得第二晶体管T₂也饱和并且处于“导通”的状态。因此，晶体管T₁和T₂是相反的类型，即其中一个晶体管当正电压施加在其栅极时饱和，而另一个晶体管当负电压施加在其栅极时饱和。因为第二晶体管T₂是处于“导通”的状态，电池100的电力保持部分102有效地连接至第一和第二接触118、120(B+和B-)，并因此电池100能够完全为诸如由电子设备130提供的负载的外部负载提供电力。

在第二种状态，当液体与第一和第二传感器接触142、144相接触时，第一传感器接触142和第二传感器接触144之间的电气电阻低于第一种状态，例如接近2kΩ(千欧)或更低。在第二种状态，由第一电阻器R₁和第一与第二传感器接触142、144之间的电阻形成的分压器因此而基本上不同，大部分来自电池100的电力保持部分102的电压落在第一电阻器R₁中。因此，用于偏置第一晶体管T1的第一栅极G₁的电压不足以使第一晶体管T₁进入饱和。也就是说，第一晶体管T₁被置于“截止”的状态。在第二种状态，第一晶体管T1中没有漏电流，并且因此第二电阻器R₂上没有电压。在第二种状态，因为第二电阻器R₂上没有足够的电压以维持第二晶体管T₂的偏置处于“导通”的状态，因此第二晶体管T₂立即变为“截止”的状态。当存在液体时，通过具有处于“截止”的状态的第二晶体管T₂，第一接触118与电池100的电力保持部分102隔离。结果，举例来说，没有电流可以从第一和第二接触118、120流经外部电路而至电子设备130。结果，没有电流可以流经被检测到存在的任何液体，并因此保护有电流流过的任何接触，诸如第一和第二接触118、120和/或第一和第二接触136、138，以免受到电解的加速腐蚀。

公开的摘要是用于使得读者快速获知该技术公开的本质。应该理解的是，该提交的摘要将不用于解释或者限制权利要求的范围或含义。另外，在之前的详细说明中，可以看到，为了本发明的顺畅叙述的目的，可将不同的实施例中的不同特征进行组合。公开的本方法不是解释为反映要求保护的实施例需要比每个权利要求中清楚地引用的更多特征的意图。而是，作为权利要求的表现，发明的主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，所附权利要求在此都被引入详细的说明书中，每个权利要求代表它本身作为独立地要求保护的主题。

对本发明的各种实施例已经进行了描述，这将使得对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，其他的实施例和实施方式也可能落入本发明的保护范围内。因此，本发明除了按照所附的权利要求及其等价物之外是不受严格限制的。

Claims (14)

1.一种便携式电子设备，包括：

外壳，所述外壳具有第一接触；

电池外壳，所述电池外壳具有与所述第一接触相连接的第二接触；

传感器，所述传感器用于检测液体；以及

传感器电路，所述传感器电路与所述传感器进行通信，其中所述传感器电路在所述传感器检测到液体时防止电流在所述第一和第二接触之间流动，

其中，所述传感器包括第一传感器接触和第二传感器接触，所述第一传感器接触和所述第二传感器接触形成围绕所述第一接触而暴露在所述电池外壳上的同心圆，由此进一步形成围绕与所述外壳的所述第一接触相连接的所述第二接触的同心圆，以及

其中，所述传感器电路与所述第一和第二传感器接触都连接，并且其中，所述传感器电路在所述第一或第二传感器接触中的至少一个上检测到液体时防止电流在所述第一和第二接触之间流动。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述传感器电路在未能检测到液体时允许电流在所述第一和第二接触之间流动。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一传感器接触至少部分包围所述第一接触。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述传感器电路测量所述第一和第二传感器接触之间的电阻。

5.一种用于检测电池外壳上或与所述电池外壳连接的便携式电子设备上的液体的系统，所述电池外壳具有用于将电流从所述电池外壳传输至所述电子设备的相应接触的电接触，所述系统包括：

传感器，所述传感器用于检测所述电池外壳上或所述电子设备上的液体；以及

传感器电路，所述传感器电路与所述传感器相连接，其中，所述传感器电路在所述传感器检测到液体时防止电流流经所述电池外壳的所述电接触，

其中，所述传感器包括第一和第二传感器接触，所述第一和第二传感器接触形成围绕所述电池外壳的所述电接触而暴露的同心圆，且所述同心圆暴露在所述电池外壳上，由此进一步形成围绕所述电子设备的所述相应接触的同心圆。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述传感器完全包围所述电接触。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述传感器电路测量所述传感器的电阻率。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，如果所述传感器的所述电阻率至少改变0.01%，则所述传感器电路防止电流流经所述电接触流至所述电子设备。

9.一种用于检测电池上的液体的方法，包括：

使用传感器，在具有电池接触的电池外壳的表面上检测液体的存在或者不存在；以及

在检测到液体的存在时，防止电流流经所述电池外壳的所述电池接触，

其中，所述检测液体的存在使用检测电阻率变化的传感器，以及

其中，所述传感器包括暴露在所述电池外壳上的第一传感器接触和第二传感器接触，所述第一传感器接触和所述第二传感器接触形成围绕所述电池接触的同心圆，由此进一步形成围绕耦合到所述电池外壳的便携式电子设备的相应接触的同心圆。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述防止电流流经所述电池接触使用传感器电路，其中，所述传感器电路与所述第一和第二传感器接触都相连接。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述传感器位于所述电池上。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电池接触用于将电流从所述电池传输至另一个设备，并且其中，所述检测液体的存在包括检测所述电池接触周围的液体的存在。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一传感器接触至少部分地包围所述电池接触。

14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在检测到液体不存在时使电流能够流经所述电池外壳的所述电池接触。