CN103166284B - 自动锂离子电池保护 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称是自动锂离子电池保护。公开了用于自动锂离子电池保护的方法、系统和装置。具体而言，本公开内容教导了系统，其对锂离子电池提供自动保护，防止由于深度放电以及在一些实施方式中由于在低温中再充电而造成的损坏。该公开的系统使用内部逻辑、自动开关以及在一些实施方式中用于保护电池而不需要任何航空器监测或控制干扰的加热器。该系统使用太阳能阵列电池的一个或多个专用串列以在一些实施方式中将电池预热，以及将电池再充电。该系统完全自包含在电池中，仅存在太阳能阵列电池的串列(一个或多个)附加的接口，该太阳能阵列电池的串列用于对系统提供专用和可靠的动力。

Description

自动锂离子电池保护
技术领域
本公开内容涉及电池保护。具体而言，其涉及自动锂离子电池保护。
发明背景
当前，航空器控制算法用于防止航空器电池的完全放电。然而，在过去，这些保护算法的失败使得航空器电池完全放电，使其受损。
发明内容
本公开内容涉及用于自动锂离子电池保护的装置、系统和方法。在一个或多个实施方式中，公开了电池的自动调节方法。公开的方法包括用传感器感测电池的电压。该方法进一步包括通过处理器将电池的电压与电池的预设电压进行比较。此外，该方法包括：当处理器测定电池的电压低于预设的电压时，通过开关逻辑将极低电阻的非电磁驱动器(NEA)开关转换到打开位置以将电池从总线电路断开，并且通过开关逻辑转换低电阻继电器开关以将电池连接到专用充电电路。而且，该方法包括：当处理器测定电池的电压超过预设的电压时，通过开关逻辑转换继电器开关以将电池连接到总线电路。
在一个或多个实施方式中，专用充电电路包括太阳能阵列(array)的至少一部分。在至少一个实施方式中，太阳能阵列的所述部分至少是太阳能电池的一个串列(string)。在一些实施方式中，电池、传感器、处理器、开关逻辑、NEA开关和/或继电器开关共同容纳在单个单元中。在一个或多个实施方式中，电池在航空器上。在一些实施方式中，电池是锂离子电池。
在至少一个实施方式中，公开了电池的自动调节系统。公开的系统包括配置用于感测电池电压的传感器。所述系统进一步包括处理器，其配置用于将电池的电压与电池的预设电压进行比较。此外，所述系统包括开关逻辑，其配置用于当处理器测定电池的电压低于预设的电压时，将极低电阻的非电磁驱动器(NEA)开关转换到打开位置以将电池从总线电路断开，并且配置用于转换低电阻继电器开关以将电池连接到专用充电电路。此外，所述系统包括开关逻辑，其进一步配置用于当处理器测定电池的电压超过预设的电压时，转换继电器开关以将电池连接到总线电路。
在一个或多个实施方式中，公开了电池的自动调节方法，其包括通过电压传感器感测电池的电压。该方法进一步包括将电池的电压与电池的预设电压进行比较。另外，该方法包括当电池的电压低于预设的电压时，通过开关逻辑转换总线电路开关以将电池从总线电路断开。此外，该方法包括通过温度传感器感测电池的温度。此外，该方法包括将电池的温度与电池的阈值温度进行比较。
该方法进一步包括当电池的温度低于阈值温度时，转换第二热开关以将电池从专用电源断开，并且转换第一热开关以将电池加热器连接到专用电源。而且，该方法包括当电池的温度超过阈值温度时，转换第一热开关以将电池加热器从专用电源断开，并且转换第二热开关以将电池连接到专用电源。在至少一个实施方式中，电池、电压传感器、温度传感器、开关逻辑、总线电路开关、第一热开关、第二热开关和/或电池加热器共同容纳在单个单元中。
在至少一个实施方式中，公开了电池的自动调节系统，其包括配置用于感测电池的电压的电压传感器。该系统进一步包括第一处理器，其配置用于将电池的电压与电池的预设电压进行比较。另外，该系统包括开关逻辑，其配置用于当第一处理器测定电池的电压低于预设的电压时，转换总线电路开关以将电池从总线电路断开。
此外，该系统包括配置用于感测电池温度的温度传感器。此外，该系统包括第二处理器，其配置用于将电池的温度与电池的阈值温度进行比较。该系统进一步包括第二热开关和第一热开关，当第二处理器测定电池的温度低于阈值温度时，第二热开关配置用于将电池从专用电源断开，并且第一热开关配置用于将电池加热器连接到专用电源。
此外，当第二处理器测定电池的温度超过阈值温度时，第一热开关进一步配置用于将电池加热器从专用电源断开，并且第二热开关进一步配置用于将电池连接到专用电源。在一个或多个实施方式中，电池、电压传感器、第一处理器、第二处理器、温度传感器、开关逻辑、总线电路开关、第一热开关、第二热开关和/或电池加热器共同容纳在单个单元中。在一些实施方式中，第二处理器是第一处理器(即，它们是同一处理器)。
特征、功能和优势可以单独地在本发明的各实施方式中实现，或可以在另外其它实施方式中结合。
附图说明
通过下列的说明书、所附权利要求书和附图将更好地理解本公开内容的这些和其它特征、方面及优势，其中：
图1是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统的框图，开关在电池的正常充电和放电的初始位置。
图2是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统的框图，开关在电池通过专用充电电路进行充电的位置。
图3是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统的框图，开关在电池通过专用充电电路充电后电池的正常充电和放电的位置。
图4是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护方法的流程图，其遵循在图1-3的系统框图中所描述的转换过程。
图5是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统的框图，其中开关在电池正常充电和放电的位置，该系统包括将电池预热用于充电的加热器。
图6是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统的框图，其中开关在电池通过加热器进行预热的位置，该系统包括将电池预热用于充电的加热器。
图7是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统的框图，其中开关在电池通过专用电源进行充电的位置，该系统包括将电池预热用于充电的加热器。
图8是根据本公开内容的至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护方法的流程图，其遵循在图5-7的系统框图中所描述的转换过程。
具体实施方式
本文公开的方法和装置提供了用于自动锂离子电池保护的操作系统。在一个或多个实施方式中，所述电池(或电池组)在航空器上，比如卫星。然而，在其它实施方式中，电池可用在其它装置或交通工具中，比如地面装置或交通工具。具体而言，系统使用电池(或电池组)内部包括的保护电路，以便当电池处于通过完全放电而损坏的危险中时自动地将其从航空器断开。
公开的保护电路包括内部逻辑、自动开关以及在至少一个实施方式中用于保护电池而不需要干扰航空器监测或控制的加热器。断开功能是完全自动的，并且不依赖电池组外部的任何控制或驱动信号。该逻辑自包含在电池组内，并且不依赖外部信号用于驱动或重新连接。该保护电路使用太阳能阵列电池的一个或多个专用串列以在一个或多个实施方式中将电池预热，以及将电池再充电。该保护电路完全自包含在电池中，仅存在太阳能阵列电池的串列(一个或多个)附加的接口，该太阳能阵列电池的串列用于对系统提供专用和可靠的动力。
在下面的说明中，阐述很多细节以便提供所述系统更彻底的描述。然而，在没有这些特定细节的情况下也可以实践公开的系统对于本领域技术人员而言是显而易见的。在其它情况下，没有详细描述众所周知的特征以便不多余地混淆所述系统。
图1是根据本公开内容至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统的框图，开关120、130处在电池110的正常充电和放电的初始位置。在该图中，示出系统100包括电池110、航空器总线(即，总线电路)140、开关逻辑150、极低电阻的非电磁驱动器(NEA)开关120、低电阻继电器开关130、保险丝170，175、二极管180，185、以及专用于低速率再充电的太阳能阵列串列(即，专用充电电路)160。
在一个或多个实施方式中，电池110是锂离子电池。应当注意在一些实施方式中，系统100使用电池110的电池组。此外，应当注意在一个或多个实施方式中，系统100使用专用充电电路160的至少一部分太阳能阵列。在一些实施方式中，太阳能阵列电池的一个或多个串列由系统100使用用于专用充电电路160。在至少一个实施方式中，电池110、开关逻辑150、处理器(未显示)、传感器(未显示)、NEA开关120、继电器开关130、保险丝170，175和/或二极管180，185共同容纳在单个保护电路单元中。应当注意在一些实施方式中，处理器(未显示)和传感器(未显示)包含在开关逻辑150中。
在系统100的正常运行期间，电池110连接至总线电路140以通过总线电路140使电池110充电和放电。正常运行的开关120，130的配置如图1所示，其中NEA开关120闭合，继电器开关130接地，其将电池110连接至总线电路140。另外，在系统100的正常运行期间，传感器(未显示)连续地感测电池110的电压。此外，处理器(未显示)连续地将电池110的感测电压与电池110的预设电压进行比较。
一旦处理器(未显示)测定电池110的电压低于预设的电压，则开关逻辑150将NEA开关120转换至打开位置以使电池110从总线电路140断开，并且开关逻辑150转换继电器开关120以将电池110连接至专用充电电路160。图2中图示说明了这些开关位置。具体而言，图2是公开的自动锂离子电池保护系统100的框图，开关120、130处在电池110通过专用充电电路进行充电的位置。一旦开关120、130被转换，则专用充电电路160通过对电池110提供低速率充电使电池110再充电。保险丝170限制电流流至电池110以便限制对电池110的充电速度，并且二极管180确保电流以合适的方向流动，其朝向电池110。
一旦处理器(未显示)测定电池110的电压超过预设的电压并因此电池110被充分地再充电，则开关逻辑150将继电器开关130转换回接地以使电池110重新连接到总线电路140用于正常充电和放电。图3中图示说明了这些开关位置。图3是公开的自动锂离子电池保护系统100的框图，开关120、130处于在电池110通过专用充电电路160充电后电池110的正常充电和放电的位置。
应当注意由于NEA开关120是超低电阻开关，当NEA开关处于其正常的闭合位置时，其允许电池110在正常运行期间的几乎全部性能，如图1所示。然而，一旦NEA开关120从其正常的闭合位置转换，其不可重置。因此，继电器开关130用于在电池110被充分地再充电之后恢复电池110的正常运行。应当注意继电器开关130将造成电池性能下降，但其将允许恢复航空器运行。
此外，应当注意一些电池具有单独的电池极耳(tab)，用于促进清除单独总线上的总线短路。在一个或多个实施方式中，公开的系统100可延伸以包括该附加的极耳。此外，应当注意公开的系统100的断开功能可以在电池110的正极(高)侧或该电池的接地(低)侧执行，这取决于航空器系统设计。
图4是根据本公开内容至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护方法400的流程图，其遵循在图1-3的系统框图中所描述的转换过程。在方法400的开始410，传感器连续地感测电池的电压420。处理器连续地将电池的电压与电池的预设电压进行比较430。一旦处理器测定电池的电压低于预设的电压，则开关逻辑将极低电阻的非电磁驱动器(NEA)开关转换至打开位置以使电池从总线电路断开，并且转换低电阻继电器开关以将电池连接到专用充电电路440。一旦处理器测定电池的电压超过预设的电压，则开关逻辑转换继电器开关以将电池连接到总线电路450，并且之后方法400结束460。
图5是根据本公开内容至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护系统500的框图，其中开关520、530、535处在电池510的正常充电和放电的位置，该系统包括将电池510预热用于充电的加热器590。图5的系统500使用额外的加热器(加热器1)590，其用于保护电池510免受由于在极冷温度下再充电造成的损坏。因此，加热器1590用于在电池510被再充电之前将电池510预热。在该图中，示出系统500包括电池510、航空器总线(即，总线电路)540、开关逻辑550、总线电路开关(SW1)520、两个热开关(TS1和TS2)530，535、保险丝570，575、二极管580，585、两个加热器(加热器1和加热器2)590，595以及专用于低速率再充电的太阳能阵列串列(即，专用电源)560。
在一个或多个实施方式中，电池510是锂离子电池。应当注意在一些实施方式中，系统500使用电池510的电池组。此外，应当注意在一个或多个实施方式中，系统500使用专用电源560的至少一部分太阳能阵列。在至少一个实施方式中，太阳能阵列电池的一个或多个串列由系统500使用用于专用电源560。在至少一个实施方式中，电池510、开关逻辑550、处理器(未显示)、电压传感器(未显示)、温度传感器(未显示)、总线电路开关(SW1)520、两个热开关(TS1和TS2)530，535、保险丝570，575、二极管580，585和/或加热器1590共同容纳在单个保护电路单元中。应当注意在一些实施方式中，处理器(未显示)、电压传感器(未显示)和温度传感器(未显示)包含在开关逻辑550中。
在系统500的正常运行期间，电池510连接至总线电路540以通过总线电路540将电池510充电和放电。正常运行的开关520，530，535的配置如图5所示。在该图中，示出总线电路开关520被转换以便电池510连接至总线电路540，并且示出热开关530，535都打开以便专用电源560不连接至电池510或加热器1590。另外，在正常运行期间，加热器2595由总线电路540提供动力。加热器2595用于加热电池510以便确保电池510维持在足够进行充电的温度。此外，在系统500的正常运行期间，电压传感器(未显示)连续地感测电池510的电压。此外，处理器(未显示)连续地将电池510的感测电压与电池510的预设电压进行比较。
一旦处理器(未显示)测定电池510的电压低于预设的电压，则开关逻辑550转换总线电路开关520以将电池550从总线电路540断开。温度传感器(未显示)连续地感测电池550的温度以测定电池510对于再充电是否过冷。处理器(未显示)将电池510的感测温度与用于再充电的电池510阈值温度进行比较。一旦处理器(未显示)测定电池510的温度低于电池510的阈值温度，若其并未断开，则开关逻辑550转换第二热开关(TS2)535以将电池510从专用电源560断开，并且转换第一热开关(TS1)530以将加热器1590连接到专用电源560。一旦第一热开关(TS1)530被转换，则加热器1590将电池510再加热至足够进行再充电的温度。图6中图示说明了这些开关位置。具体而言，图6是公开的自动锂离子电池保护系统500的框图，其中开关520，530，535处在电池通过加热器590进行预热的位置，该系统包括将电池510预热用于充电的加热器590。
一旦处理器(未显示)测定电池510的温度超过电池的阈值温度，则开关逻辑550转换第一热开关(TS1)530以将加热器1从专用电源560断开，并且转换第二热开关(TS2)535以将电池510连接到专用电源560。一旦开关530，535被转换，则专用电源560通过对电池510提供低速率充电而将电池510再充电。保险丝570限制到电池510的电流，以便限制对电池510的充电速度，并且二极管580确保电流朝电池510流动。图7中图示说明了这些开关位置。具体而言，图7是公开的自动锂离子电池保护系统500的框图，其中开关520，530，535处在电池510通过专用电源560进行充电的位置，该系统包括将电池510预热用于充电的加热器590。
在处理器(未显示)测定电池的电压超过预设的电压之后，开关逻辑550将开关520，530，535转换至图5中所示的电池510正常运行的开关位置，其中电池510通过总线电路540进行正常的充电和放电。
应当注意在其它实施方式中，开关逻辑550不用于转换第一热开关(TS1)530和第二热开关(TS2)535。对于这些实施方式，开关逻辑550仅用于转换总线电路开关520。当其感测到电池(或电池组)510的温度变化超过或低于阈值电池温度时，第一热开关(TS1)530和第二热开关(TS2)535简单地将其自身在打开和闭合间转换。
此外，应当注意在其它实施方式中，总线电路开关520可以被与低电阻继电器开关并联的极低电阻的非电磁驱动器(NEA)开关代替，类似于图1-3所述实施方式中的NEA开关102和继电器开关130的配置。
图8是根据本公开内容至少一个实施方式公开的自动锂离子电池保护方法800的流程图，其遵循在图5-7的系统框图中所示的转换过程。在方法800的开始810，传感器连续地感测电池的电压820。处理器连续地将电池的电压与电池的预设电压进行比较830。一旦处理器测定电池的电压低于预设的电压，则开关逻辑转换总线电路开关以将电池从总线电路断开840。
温度传感器连续地感测电池的温度850。处理器随后将电池的感测温度与电池对于再充电的阈值温度进行比较860。一旦处理器测定电池的温度低于电池的阈值温度，则开关逻辑转换第二热开关以将电池从专用电源断开，并且转换第一热开关以将电池加热器连接到专用电源870。一旦处理器测定电池的温度超过电池的阈值温度，则开关逻辑转换第一热开关以将电池加热器从专用电源断开，并且转换第二热开关以将电池连接到专用电源用于再充电880，之后方法800结束890。
虽然本文已经公开了某些说明性的实施方式和方法，但通过前述的公开内容，在不偏离公开技术的真实精神和范围的情况下，可进行这些实施方式和方法的变更和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。存在公开的技术的许多其它实例，每个仅在细节上不同于其它。因此，公开的技术意欲应当仅限于由所附权利要求书及适用法律的规定和原则要求的程度。

Claims (15)

1.电池的自动调节方法，所述方法包括以下操作：
感测所述电池的电压；
通过处理器将所述电池的电压与所述电池的预设的电压进行比较；并且
当所述处理器测定所述电池的电压低于所述预设的电压时，选择性地控制极低电阻的非电磁驱动器开关以将所述电池从总线电路断开，并且选择性地控制低电阻继电器开关以将所述电池连接到专用充电电路；
当所述处理器测定所述电池的电压超过所述预设的电压时，选择性地控制所述低电阻继电器开关以将所述电池连接到所述总线电路；
其中上述操作在所述电池内自动执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述专用充电电路包括太阳能阵列的至少一部分。
3.电池的自动调节系统，所述系统包括：
传感器，其配置用于感测所述电池的电压；
处理器，其配置用于将所述电池的电压与所述电池的预设的电压进行比较；
开关逻辑，其配置用于当所述处理器测定所述电池的电压低于所述预设的电压时，转换极低电阻的非电磁驱动器开关即NEA开关以将所述电池从总线电路断开，并且配置用于转换低电阻继电器开关以将所述电池连接到专用充电电路；并且其中所述开关逻辑进一步配置用于当所述处理器测定所述电池的电压超过所述预设的电压时，转换所述低电阻继电器开关以将所述电池连接到所述总线电路；
其中上述感测、比较和转换的操作在所述电池内自动执行。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述专用充电电路包括太阳能阵列的至少一部分。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述电池、所述传感器、所述处理器、所述开关逻辑、所述NEA开关和所述继电器开关共同容纳在单个单元中。
6.电池的自动调节方法，所述方法包括以下操作：
感测所述电池的电压；
将所述电池的电压与所述电池的预设的电压进行比较；
当所述电池的电压低于所述预设的电压时，选择性地控制总线电路开关以将所述电池从总线电路断开；
感测所述电池的温度；
将所述电池的温度与所述电池的阈值温度进行比较；并且
当所述电池的温度低于所述阈值温度时，选择性地控制第二热开关以将所述电池从专用电源断开，并且选择性地控制第一热开关以将电池加热器连接到所述专用电源；
其中上述操作在所述电池内自动执行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法进一步包括：
当所述电池的温度超过所述阈值温度时，选择性地控制所述第一热开关以将所述电池加热器从所述专用电源断开，并且选择性地控制所述第二热开关以将所述电池连接到所述专用电源。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述专用电源包括太阳能阵列的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述太阳能阵列的所述部分是太阳能电池的至少一个串列。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述电池、所述总线电路开关、所述第一热开关、所述第二热开关和所述电池加热器共同容纳在单个单元中。
11.根据权利要求1或6所述的方法，其中所述电池在航空器上。
12.根据权利要求1或6所述的方法，其中所述电池是锂离子电池。
13.电池的自动调节系统，所述系统包括：
电压传感器，其配置用于感测所述电池的电压；
处理器，其配置用于将所述电池的电压与所述电池的预设的电压进行比较；
开关逻辑，其配置用于当所述处理器测定所述电池的电压低于所述预设的电压时，转换总线电路开关以将所述电池从总线电路断开；
温度传感器，其配置用于感测所述电池的温度；
其中所述处理器被配置用于将所述电池的温度与所述电池的阈值温度进行比较；
第二热开关，其配置用于当所述处理器测定所述电池的温度低于所述阈值温度时将所述电池从专用电源断开；以及
第一热开关，其配置用于当所述处理器测定所述电池的温度低于所述阈值温度时将电池加热器连接到所述专用电源；
其中上述感测、比较和转换的操作在所述电池内自动执行。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一热开关进一步配置用于当所述处理器测定所述电池的温度超过所述阈值温度时将所述电池加热器从所述专用电源断开；并且所述第二热开关进一步配置用于当所述处理器测定所述电池的温度超过所述阈值温度时将所述电池连接到所述专用电源。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述电池、所述电压传感器、所述处理器、所述温度传感器、所述开关逻辑、所述总线电路开关、所述第一热开关、所述第二热开关和所述电池加热器共同容纳在单个单元中。
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