CN108574319A - 一种用于改进电池组的温度管理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于改进电池组的温度管理的方法。该电池组包括：经由PCB(印刷电路板)的至少一个供电线路充电的电池芯、安装在PCB上并耦合到该至少一个供电线路的保护电路模块，以及分别反映电池芯的温度和PCB的温度的多个温度传感器。该方法包括：通过温度传感器测量电池芯温度和PCB温度；当通过充电电流和充电电压给电池芯充电时，根据电池芯温度控制该充电电压和该充电电流，并根据PCB温度进一步调整该充电电流，从而有效地限制PCB的温度，提高电池芯的安全性。

Description

一种用于改进电池组的温度管理的方法
技术领域
本发明涉及一种用于改进电池组(battery pack)的温度管理的方法，以及更特别地，涉及一种应用于配备有不同的温度传感器的电池组，该不同的温度传感器分别用于反映电池芯(battery cell)的温度和印刷电路板(printed circuit board，PCB)的温度，从而，在给电池芯充电时，通过根据PCB温度调整充电电流的方式来改进电池组的温度管理，以有效地限制PCB的温度，从而电池芯的安全性。
背景技术
移动装置已广泛应用于现代日常生活中，诸如笔记本计算机、平板计算机、移动电话、数码相机、摄像机、导航仪、便携式游戏控制台、可穿戴设备等。在移动装置中，用于储存电力和供电的电池组是必不可少的部件。
请参考图1，图1示出了一种用于移动装置(未示出)的传统电池组100。电池组100包括电池芯B0、保护电路模块(protection circuit module，PCM)120以及温度传感器S0，其中，保护电路模块120被安装在印刷电路板(PCB)110上。印刷电路板(PCB)110具有两个供电引脚(supply pin)B+和B-，引脚B+经由(via)印刷电路板(PCB)110的供电线路(supplytrace)P+在节点n11处耦接于电池芯B0的阳极，以及，引脚B-经由印刷电路板(PCB)110的另一供电线路P-在节点n12处耦接于电池芯B0的阴极。通过提供给引脚B+的充电电流和施加在引脚B+和B-之间的充电电压，电池芯B0能够充电(或再充电)，以储存电力。另一方面，经由引脚B+传递放电电流的方式，电池芯B0可将已储存的电力提供给移动装置。
保护电路模块(PCM)120包括保护电路122和两个晶体管Ma0和Mb0。晶体管Ma0的漏极端和源极端，以及晶体管Mb0的漏极端和源极端串联耦接在引脚B-与节点n12之间。晶体管Ma0和Mb0的闸极端耦接于保护电路122。通过晶体管Ma0和Mb0，保护电路122检测并缓减引脚B+和B-上出现的过电压和过电流。其中，保护电路模块(PCM)120在没有参考任何温度测量的情况下进行操作(执行过电压和过电流保护)。
温度传感器S0耦接在节点n12和印刷电路板(PCB)110的引脚iT11之间。温度传感器S0被设计为感测电池芯B0的温度，并且经由引脚iT11反映已感测到的电池芯温度。日本电子和信息技术产业协会(Japan Electronics and Information TechnologyIndustries Association，JEITA)给电池安全充电提供了准则。当电池B0进行充电时，JEITA准则仅考虑电池芯的温度，具体地，针对充电电流和充电电压，JEITA准则建议采用电池芯温度相关的上限(upper bound)。
然而，申请人发现这对于电池充电安全性及消费者使用将产生危险。因此，需要提供一种改进的电池组的温度管理的方法，以提高移动装置的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于改进电池组的温度管理的方法，以解决上述问题。
在一些实施例中，提供一种用于改进电池组的温度管理的方法，该电池组包括：电池芯、保护电路模块和多个温度传感器；该电池芯可经由印刷电路板PCB的至少一个供电线路充电；该保护电路模块被安装在该PCB上且耦接于该至少一个供电线路；该多个温度传感器包括至少一个电池芯温度传感器和至少一个PCB温度传感器；每个电池芯温度传感器用于反映该电池芯的温度，以及，每个PCB温度传感器用于反映该PCB的温度；以及，该方法包括以下步骤：通过该至少一个电池芯温度传感器测量电池芯温度，以及，通过该至少一个PCB温度传感器测量PCB温度；当通过充电电流和充电电压给该电池芯充电时，根据该电池芯温度控制该充电电压和该充电电流；以及，根据该PCB温度进一步调整该充电电流，以限制该PCB的温度。
在另一些实施例中，提供一种用于改进电池组的温度管理的方法，该电池组包括：该电池组包括：电池芯、保护电路模块和多个温度传感器；该电池芯可经由PCB的至少一个供电线路放电；该保护电路模块被安装在该PCB上且耦接于该至少一个供电线路；以及该多个温度传感器包括至少一个PCB温度传感器；每个PCB温度传感器用于反映该PCB的温度。以及，该方法包括以下步骤：通过该至少一个PCB温度传感器测量PCB温度；以及，当该电池芯放电给系统负载时，根据该PCB温度调整该系统负载，以限制该PCB的温度。
在上述技术方案中，可在充电过程中根据PCB温度进一步调整充电电流，以及，在放电过程中根据PCB温度调整系统负载，以有效地限制PCB的温度，从而提高电池芯的安全性。
本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。详细的描述将参考附图在下面的实施例中给出。
附图说明
通过阅读后续的详细描述以及参考附图所给的示例，可以更全面地理解本发明，其中：
图1示出了传统的电池组；
图2根据本发明实施例示出了一种电池组；
图3a根据本发明实施例示出了一种流程图，以及，图3b根据本发明实施例例示了图3a中的流程图的操作；
图4a根据本发明实施例示出了一种流程图，以及，图4b根据本发明实施例例示了图4a中的流程图的操作示例；
图5a根据本发明实施例示出了一种流程图，以及，图5b根据本发明实施例例示了图5a中的流程图的操作示例；
图6至图8分别根据本发明实施例示出了一种电池组。
在下面的详细描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节，以便本领域技术人员能够更透彻地理解本发明实施例。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施一个或多个实施例，不同的实施例可根据需求相结合，而并不应当仅限于附图所列举的实施例。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例，其仅用来例举阐释本发明的技术特征，而并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件，所属领域技术人员应当理解，制造商可能会使用不同的名称来称呼同样的元件。因此，本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
其中，除非另有指示，各附图的不同附图中对应的数字和符号通常涉及相应的部分。所绘制的附图清楚地说明了实施例的相关部分且并不一定是按比例绘制。
文中所用术语“基本”或“大致”是指在可接受的范围内，本领域技术人员能够解决所要解决的技术问题，基本达到所要达到的技术效果。举例而言，“大致等于”是指在不影响结果正确性时，技术人员能够接受的与“完全等于”有一定误差的方式。
在移动装置的传统的充电过程和放电过程中均未考虑印刷电路板(PCB)110的温度，且JEITA准则仅定义了考虑电池芯的温度。然而，申请人发现，例如，请参见图1，当大量的充电电流在迹线P+和P-上流动时，迹线P+、P-和晶体管Ma0、Mb0的有限寄生阻抗将耗费相当大的功率，会使得印刷电路板(PCB)的温度升高，因此，印刷电路板(PCB)将成为除正充电的电池芯之外的另一热源。作为热源，印刷电路板(PCB)将使整个移动装置变热并使用户感到不舒服，甚至引燃移动装置。此外，印刷电路板(PCB)将使得电池芯变热，危及电池芯和电池组的安全性，甚至导致电池芯的永久损坏或爆炸。因此，本申请提出一种改进的电池组的温度管理的方法，能够更有效地限制PCB的温度，提高电池芯的安全性。
为了提高电池芯的安全性，本发明提供一种用于改进电池组(例如，图2、图6、图7或图8中的电池组200、600、700或800)的温度管理的方法，其中，电池组包括电池芯(例如，图2、图6、图7或图8中的电池芯B1)、安装在PCB上且耦接于至少一个供电线路的保护电路模块(例如，图2，图6，图7或图8中的保护电路模块220)和多个温度传感器，该多个温度传感器包括至少一个电池芯温度传感器(例如，图2、图6、图7或图8中的S1)和至少一个PCB温度传感器(例如，图2、图6、图7或图8中的S2)，其中，电池芯可经由PCB(图2、图6、图7或图8中的PCB 210、610、710或810)的至少一个供电线路(例如，图2、图6、图7或图8中的迹线P+或P-)充电。每个电池芯温度传感器可以反映电池芯的温度，以及每个PCB温度传感器可以反映PCB的温度。该方法可以包括：通过至少一个电池芯温度传感器测量电池芯温度(例如，图3a中的步骤304)，以及，通过至少一个PCB温度传感器测量PCB温度(例如，图4a的步骤404或图5a中的步骤504)；当通过充电电流(例如，图2、图6、图7或图8中的Ic)和充电电压(例如，图2、图6、图7或图8中的Vc)给电池芯充电时，根据电池芯温度控制充电电压和充电电流(例如，图2、图6、图7、图8或图3a中的步骤306)；以及，根据PCB温度进一步调节充电电流(例如，图2、图6、图7、图8或者图4a中的步骤410,414和/或416)，以限制PCB的温度。
在一实施例中(例如，图6)，电池组(例如，图6中的600)可进一步包括单个温度接口引脚(例如，iT61)的温度传感器接口(例如，TIF6)以及监测电路，监测电路耦接在单个温度接口引脚和多个温度传感器之间，用于实现该多个温度传感器中的每个温度传感器的温度测量。
在一实施例中(例如，图2或图7)，电池组(例如，图2或图7中的200或700)可以进一步包括温度传感器接口(例如，TIF2或TIF7)，其可以包括第一温度接口引脚(例如，iT21或iT71)和第二温度接口引脚(例如，iT22或iT72)。其中，至少一个电池芯温度传感器的其中一个(例如，S1)耦接于第一温度接口引脚，以及，至少一个PCB温度传感器中的其中一个(例如，S2)耦接于第二温度接口引脚。在一实施例中(例如，图2)，电池组(例如，图2中的200)可以进一步包括监测电路(例如，240)，监测电路耦接于第二温度接口引脚，用于实现该多个温度传感器中除该至少一个电池芯温度传感器中的该其中一个和至少一个PCB温度传感器中的其中一个以外的其余温度传感器(例如，S3和/或S4)的温度测量。
在一实施例中(例如，图8)，电池组(例如，图8中的800)可以进一步包括：温度传感器接口(例如，TIF8)和监测电路(例如，840)。温度传感器接口可包括第一温度接口引脚(例如，iT81)和第二温度接口引脚(例如，iT82)，其中，至少一个电池芯温度传感器中的其中一个(例如，S1)耦接于第一温度接口引脚。监测电路耦接在第二温度接口引脚与该多个温度传感器中的除该至少一个电池芯温度传感器中的该其中一个的其余部分的温度传感器(例如，S2至S4)之间，以实现该多个温度传感器的该其余部分的温度传感器的温度测量。
在一实施例中(例如，图4a)，根据PCB温度进一步调节充电电流可以包括：如果PCB温度大于第一温度阈值(例如，T_1)，则减小充电电流(例如，步骤410)，以及，如果PCB温度小于第二温度阈值(例如，T_1H)，则增大充电电流(例如，步骤414)；其中，第一温度阈值不低于第二温度阈值。在一实施例中(例如，图4a)，根据PCB温度进一步调节充电电流可以进一步包括：如果PCB温度大于最大温度阈值(例如，T_max)，则关闭充电(例如，步骤416)；其中，最大温度阈值不低于第一温度阈值。在一实施例中(例如，图4a)，该方法可以进一步包括：如果PCB温度大于最大温度阈值，则发出警告消息(例如，步骤418)。
在一实施例中(例如，图3a和图3b)，根据电池芯温度控制充电电压和充电电流(例如，步骤306)可以包括：如果电池芯温度处于中温范围内(例如，T_LSOFT至T_HSOFT)，则将充电电压(例如，Vc)保持为低于第一电压阈值(例如，V_FLOAT1)；如果电池芯温度处于高温范围内(例如，T_HSOFT至T_HHARD)，则将充电电压保持为低于第二电压阈值(例如，V_FLOAT2)；以及，如果电池芯温度处于低温范围内(例如，T_LHARD至T_LSOFT)，则将充电电压保持为低于第三电压阈值。高温范围中的温度值大于中温范围中的温度值，低温范围中的温度值低于中温范围中的温度值，以及，第二电压阈值和第三电压阈值低于第一电压阈值，以及，第二电压阈值和第三电压阈值相等或不相等(例如，在图3a和图3b所示的实施例中，假定第二电压阈值和第三电压阈值相等)。
在一实施例中(例如，图3a和图3b)，根据电池芯温度控制充电电压和充电电流(例如，步骤306)可以包括：如果电池芯温度处于中温范围内(例如，T_LSOFT至T_HSOFT)，则将充电电流(例如，Ic)保持为低于第一电流阈值(例如，ICHG)；如果电池芯温度处于高温范围内(例如，T_HSOFT至T_HHARD)，则将充电电流保持为低于第二电流阈值(例如，ICHG_SOFT)，以及，如果电池芯温度处于低温范围(例如，T_LHARD至T_LSOFT)，则将充电电流保持为低于第三电流阈值。高温范围中的温度值大于中温范围中的温度值，低温范围中的温度值低于中温范围中的温度值，以及，第二电流阈值和第三电流阈值低于第一电流阈值，第二电流阈值和该第三电流阈值相等或不相等。
在一实施例中(例如，图2、图6、图7或图8)，该方法可以进一步包括：当电池芯放电至系统负载(例如，L_sys)时，根据PCB温度调整该系统负载。在一实施例中(例如，图5a)，根据PCB温度调整该系统负载可以包括：如果PCB温度大于第一放电温度阈值(例如，T_Mdis)，则减少系统负载(例如，图5a中的步骤508)。在一实施例中(例如，图5a)，根据PCB温度调整该系统负载可以包括：如果PCB温度大于第二放电温度阈值，则禁用系统负载(例如，步骤508)，其中，该第二放电温度阈值高于该第一放电温度阈值。在一实施例中(例如，图5a)，该方法可以进一步包括：当电池芯放电至系统负载时，如果PCB温度大于第三放电温度阈值，则发出警告消息(例如，步骤508)，其中，第一放电温度阈值、第二放电温度阈值和第三放电温度阈值可以相等或不相等。
另一方面，本发明提供一种改进电池组(例如，图2、图6、图7或图8中的200、600、700或800)的温度管理的方法。电池组可以包括：电池芯(例如，B1)，安装在PCB(例如，210、610、710或810)上且耦接于至少一个供电线路(例如，P+和/或P-)的保护电路模块(例如，220)，以及多个温度传感器，该多个温度传感器包括至少一个电池芯温度传感器(例如，S1)和至少一个PCB温度传感器(例如，S2)；每个电池芯温度传感器可反映电池芯的温度，每个PCB温度传感器可反映PCB的温度，其中，该电池芯可经由PCB(例如，210、610、710或810)的至少一个供电线路(例如，P+和/或P-)进行放电。该方法可以包括：通过该至少一个PCB温度传感器测量PCB温度(例如，图5a中的步骤504)，以及，当电池芯放电至系统负载时，根据PCB温度调整系统负载(例如，步骤508中的图5a)。
请参考图2，图2根据本发明实施例示出了一种用于装置20的电池组200。装置20可以是移动装置，诸如笔记本计算机、平板计算机、移动电话、数码相机、便携式摄像机、导航仪、便携式游戏机或可穿戴设备等。装置20可以包括(未示出)：应用处理器(applicationprocessor)、监视器(monitor)和用户接口(user interface)等。电池组200可以包括：电池芯B1、保护电路模块(PCM)220(位于PCB 210上)、监测电路(monitoring circuit)240和多个温度传感器，诸如图2的示例中的S1至S4。PCB 210包括两个供电引脚B+和B-，以及温度传感器接口(temperature sensor interface)TIF2。如图2所示，温度传感器接口TIF2包括两个温度接口引脚iT21和iT22。
引脚B+经由PCB 210的至少一个供电线路P+在节点n21处耦接于电池芯B1的一端(例如，阳极)，以及，引脚B-经由PCB 210的至少一个另一供电线路P-在节点n22处耦接于电池芯B1的另一端(例如，阴极)。通过从装置20提供给引脚B+的充电电流Ic和在引脚B+和B-之间施加的充电电压Vc，电池芯B1被充电(再充电)，以储存电力。另一方面，电池芯B1经由引脚B+传递放电电流Id，以对已储存的电力进行放电，并向装置20供电。
保护电路模块(PCM)220耦接于节点n21，且包括保护电路222和两个晶体管Ma1和Mb1。晶体管Ma1的漏极端和源极端以及晶体管Mb1的漏极端和源极端串联耦接在引脚B-和节点n22之间。晶体管Ma1和Mb1的闸极端耦接于保护电路222。通过晶体管Ma1和Mb1，保护电路222检测并缓减在引脚B+和B-上出现的过电压和过电流。
在电池组200中，多个温度传感器(例如，S1至S4)包括至少一个电池芯温度传感器和至少一个PCB温度传感器；每个电池芯温度传感器可反映电池芯B1的温度，以及，每个PCB温度传感器可反映PCB 210的温度。从而，装置20可通过一个或多个电池芯温度传感器测量电池芯温度，以及，通过一个或多个PCB温度传感器测量PCB温度。
例如，温度传感器S1可以是电池芯温度传感器；温度传感器S1耦接在引脚iT21和节点n22之间，且被放置在电池芯B1附近，以反映电池芯B1的温度。
另一方面，温度传感器S2可以是PCB温度传感器；温度传感器S2耦接在引脚iT22和引脚B-之间，且被放置在迹线P+、P-或晶体管Ma1、Mb1的附近，以反映PCB 210的温度。在图2的示例中，温度传感器S3可以是另一个(可选的)PCB温度传感器，以及，温度传感器S4可以是另一个(可选的)电池芯温度传感器。例如，温度传感器S1和S4可以被分别放置在电池芯B1的阳极和阴极附近。温度传感器S3和/或S4是可选的；例如，在一实施例中，电池组200可以仅包括温度传感器S1、S2和S3。在一实施例中，除温度传感器S1至S4之外，电池组200还可以包括更多的温度传感器。应当说明的是，图2中示出的温度传感器S1、S2、S3、S4的位置仅为一种示例，而不是对本发明的限制。例如，S3可位于监测电路240的外部，但耦接于监测电路240。
在图2所示的实施例中，装置20经由引脚iT21获得温度传感器S1的温度读数。例如，温度传感器S1可以是负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)的热敏电阻，以及，装置20可通过测量引脚iT21上的电压或电流来获得温度传感器S1的温度读数。另一方面，装置20可经由引脚iT22获得温度传感器S2的温度读数。例如，温度传感器S2可以是另一NTC热敏电阻，以及，装置20可通过测量引脚iT22上的电压或电流来获得传感器S2的温度读数。
监测电路240耦接于节点n21、节点n22和引脚iT22，以及耦接于温度传感器S3和S4。监测电路240实现温度传感器S3和S4的温度测量，因此，装置20经由引脚iT22获得温度传感器S3和S4分别感测到的温度读数。共同经由引脚iT21和iT22，装置20可根据一个或多个电池芯温度传感器的一个或多个温度读数来估量或测量电池芯温度，以及，根据一个或多个PCB温度传感器的一个或多个温度读数来估量或测量PCB温度。
请结合图2，参考图3a、图3b、图4a和图4b。图3a根据本发明实施例示出了流程图300，图3b根据本发明实施例示出了流程图300的操作。图4a根据本发明实施例示出了流程图400，图4b根据本发明实施例示出了流程图400的操作示例。当通过充电电流Ic和充电电压Vc给电池芯B1充电时，装置20(图2)可执行用于根据电池芯温度控制充电电压Vc和充电电流Ic的流程图300。此外，当给电池芯B1充电时，装置20可以执行用于根据PCB温度进一步调节充电电流Ic的流程图400，以限制PCB 210的温度。
如图3a所示，流程图300的主要步骤描述如下。
步骤302：当装置20通过充电电流Ic和充电电压Vc开始给电池芯B1充电时，装置20(图2)启动流程图300。
步骤304：装置20通过一个或多个电池芯温度传感器测量电池芯温度，并进入步骤306。例如，在一实施例中，电池组200包括单个(single)电池芯温度传感器S1，以及，装置20通过测量引脚iT21上的电流和/或电压来获得电池芯温度传感器S1的电池芯温度读数，并将电池芯温度传感器S1的电池芯温度读数作为电池芯温度。在另一实施例中，电池组200可包括多个电池芯温度传感器，例如S1和S4；装置20通过测量引脚iT21上的电流和/或电压获得电池芯温度传感器S1的电池芯温度读数，并通过引脚iT22和监测电路240获得电池芯温度传感器S4的另一电池芯温度读数；然后，装置20计算多个电池芯温度传感器(例如，S1和S4)的多个电池芯温度读数的统计值(例如，最大值、最小值、平均值或加权和等)，以将该统计值作为电池芯温度。
步骤306：根据步骤304的电池芯温度，装置20通过以下方式控制充电电压Vc和充电电流Ic，该以下方式包括：如果电池芯温度处于中温范围(middle temperature range)TR2内，则将充电电压Vc保持为低于电压阈值V_FLOAT1(请参考图3b)；如果电池芯温度处于高温范围(high temperature range)TR3内，则将充电电压Vc保持为低于另一电压阈值V_FLOAT2；以及，如果电池芯温度处于低温范围(low temperature range)TR1内，则将充电电压Vc保持为低于电压阈值V_FLOAT3(例如，电压阈值V_FLOAT3可与V_FLOAT2相等，如图3b所示)；此外，如果电池芯温度处于中温范围TR2内，则将充电电流Ic保持为低于电流阈值ICHG；如果电池芯温度处于高温范围TR3内，则将充电电流Ic保持为低于另一电流阈值ICHG_SOFT；以及，如果电池芯温度处于低温范围TR1内，则将充电电流Ic保持为低于电流阈值ICHG_SOFT0(例如，电流阈值ICHG_SOFT0可与ICHG_SOFT相等，如图3b所示)。如果电池芯温度大于高温范围TR3的温度上限T_HHARD或者低于低温范围TR1的温度下限T_LHARD，则装置20可通过将充电电压Vc和充电电流Ic设置为零来关闭或停止充电。在步骤306之后，装置20迭代回到步骤304，以测量更新后的电池芯温度，并重复步骤306。
如图3b所示，电压阈值V_FLOAT2小于电压阈值V_FLOAT1；电流阈值ICHG_SOFT小于电流阈值ICHG。高温范围TR3中的温度值大于中温范围TR2中的温度值，以及，低温范围TR1中的温度值小于中温范围TR2中的温度值。例如，高温范围TR3可介于温度界限值T_HSOFT和T_HHARD之间，中温范围TR2可介于温度界限值T_LSOFT和T_HSOFT之间，以及，低温范围TR1可介于温度界限值T_LHARD和T_LSOFT之间，其中，温度界限值T_HHARD>T_HSOFT>T_LSOFT>T_LHARD。电压阈值V_FLOAT1和V_FLOAT2，电流阈值ICHG和ICHG_SOFT以及温度界限值T_HHARD、T_HSOFT、T_LSOFT和T_LHARD的数值可根据JEITA准则进行设置，以符合JEITA准则。
申请人发现，恒流(constant current，CC)模式时(充电瓦数最大)，控制充电电流是主要控制散热的最直接方式。除了通过图3a所示的流程图300来控制充电电压Vc和充电电流Ic之外，装置20可同时执行图4a中的流程图400，以根据PCB温度进一步调节充电电流Ic。如图4a所示，流程图400的主要步骤可以描述如下。
步骤402：当装置20通过充电电流Ic和充电电压Vc开始给电池芯B1充电时，装置20(图2)启动流程图400。换句话说，当电池芯B1充电时，装置20可同时执行流程图300和400。
步骤404：装置20通过一个或多个PCB温度传感器测量PCB温度，并进入步骤406。例如，在一实施例中，电池组200(图2)包括单个PCB温度传感器S2，以及，装置20通过测量引脚iT22上的电流和/或电压获得PCB温度传感器S2的PCB温度读数，并将PCB温度传感器S2的PCB温度读数作为PCB温度。在另一实施例中，电池组200可包括多个PCB温度传感器，例如S2和S3；装置20通过测量引脚iT22上的电流和/或电压来获得PCB温度传感器S2的PCB温度读数，经由引脚iT22和监测电路240获得PCB温度传感器S3的另一PCB温度读数，以及，将多个PCB温度传感器S2和S3的多个PCB温度读数的统计值作为PCB温度。应当说明的是，本发明对电池芯温度传感器、PCB温度传感器以及温度传感器接口中包含的引脚的数量均不做任何限制。附图仅为便于理解给出的部分示例，而不是对本发明的限制。
步骤406：装置20将步骤404的PCB温度与最大温度阈值T_max进行比较。如果PCB温度大于最大温度阈值T_max，则装置20进入步骤416，否则装置20进入步骤408。
步骤408：装置20将步骤404的PCB温度与第一温度阈值T_1进行比较。如果PCB温度大于第一温度阈值T_1，则装置20进入步骤410，否则装置20进入步骤412。
步骤410：装置20减小或降低充电电流Ic。
步骤412：装置20将步骤404的PCB温度与第二温度阈值T_1H进行比较。如果PCB温度小于第二温度阈值T_1H，则装置20进入步骤414，否则装置20迭代回到步骤404，以测量更新后的PCB温度。在一实施例中，最大温度阈值T_max不低于(或大于)第一温度阈值T_1，以及，第一温度阈值T_1不低于(或大于)第二温度阈值T_1H。
步骤414：装置20增大充电电流Ic。
步骤416：在步骤406中，当PCB温度大于最大温度阈值T_max时，装置20关闭(或停止)充电。
步骤418：当PCB温度大于最大温度阈值T_max时，装置20可发出警告消息以通知装置20的用户。例如，装置20可通过警报声音、振动、闪烁的状态灯和/或在装置20的屏幕上显示警告图标发出警告消息。
图4b示出了执行流程图400的示例。如图4b所示，在时间点t0，装置20通过充电电流Ic的初始量开始给电池芯B1充电。在时间点t1，PCB温度仍低于第二温度阈值T_1H，因此，装置20可增大充电电流Ic(步骤412和414)。在时间点t1之后，随着充电电流Ic的增大，PCB温度开始升高得更快。在时间点t2，PCB温度上升到变得高于第一温度阈值T_1，从而，装置20减小充电电流Ic(步骤408和410)。例如，在一实施例中，装置20可在位于时间点t2之后的时间点t3和t4上持续减小充电电流Ic。在时间点t2之后，随着充电电流Ic的减小，PCB温度开始下降。在位于时间点t3和t4之后的时间点t5上，PCB温度下降到低于第二温度阈值T_1H，从而，装置20增大充电电流Ic(步骤412和414)。在时间点t5之后，随着充电电流Ic的增大，PCB温度开始升高。在位于时间点t6和t7之后的时间点t8处，PCB温度升高到第一温度阈值T_1以上，从而，装置20减小充电电流Ic(步骤408和410)。在时间点t8之后，假定PCB温度因某种原因迅速上升，且在时间点t9变得高于最大温度阈值T_max；作为响应，装置20将在时间点t9通过将充电电流Ic降至零来关闭充电(步骤406和416)，以降低PCB温度。
通过执行图4a中的流程图400，当给电池芯B1充电时，装置20可以将PCB210的温度限制在温度阈值T_1和T_1H之间的目标范围内，从而提高充电的安全性，且同时保持优选的(或优化的)充电速度。尽管通过低充电电流进行充电是安全的，但是会导致更长的充电时间，从而降低充电速度。但是，根据流程图400的充电将不会损害充电速度，因为当PCB温度较低(例如，低于温度阈值T_1H)时，充电电流Ic将被增大(步骤414)，从而，充电电流Ic将尽可能地保持为高(或大)电流，除非PCB温度升高到温度阈值T_1或T_max以上。
根据本发明，充电电流Ic的大小(amount)可以由流程图300(图3a)和流程图400(图4a)共同控制。例如，当在流程图400的步骤414中增大充电电流Ic时，如果电池芯温度处于温度范围TR2内(图3a和图3b)，则装置20还将充电电流Ic保持为低于电流阈值ICHG，如流程图300的步骤306所述。如果电池芯温度上升到超过从温度范围TR2到TR3的温度界限值T_HSOFT(图3a和图3b)，则装置20将使充电电流Ic降低到低于电流阈值ICHG_SOFT(在流程图300的步骤306中)，而不管PCB温度是否大于温度阈值T_1(流程图400的步骤408)。
请结合图2，参考图5a和图5b。图5a根据本发明实施例示出了流程图500，以及，图5b根据本发明实施例示出了流程图500的操作。当电池芯B1(图2)放电且提供放电电流Id给装置20时(其中，装置20充当系统负载L_sys)，装置20可执行流程图500，用于根据PCB温度调节放电电流Id。如图5a所示，流程图500的主要步骤可以描述如下。
步骤502：当装置20开始汲取(drain)电池组200的电池芯B1供应的放电电流Id时，装置20(图2)启动流程图500。
步骤504：与步骤404类似，装置20通过一个或多个PCB温度传感器测量PCB温度，并进入步骤506。
步骤506：装置20将步骤504的PCB温度与放电温度阈值T_Mdis进行比较。如果PCB温度大于放电温度阈值T_Mdis，则装置20进入步骤508，否则装置20重复步骤504，以测量更新后的PCB温度。
步骤508：装置20减少系统负载L_sys、禁用(disable)系统负载L_sys，和/或发出类似于步骤418的警告消息。例如，装置20使装置20的一些组件(未示出)暂停，以减少系统负载L_sys，和/或装置20关机，以禁用(或最小化)系统负载L_sys。当PCB温度太高时(例如，大于放电温度阈值T_Mdis)，减少或禁用系统负载L_sys会降低或停止供应放电电流Id，从而使得PCB温度下降。特别地，如果PCB温度大于另一放电温度阈值，则装置20禁用系统负载，其中，第二放电温度阈值大于第一放电温度阈。
对于快速充电或大的系统负载的应用，越来越大的充电电流或放电电流会流经电池组，但保护电路模块(PCM)受限于充电路径阻抗及PCB散热尺寸的限制，造成PCB温度与电池芯温度会有温度差异。申请人发现，PCM上产生的热量也会影响移动装置的整机/机壳温度，对于电池充电/放电安全性及消费者使用将产生危险。如图5b所示，在时间点td1上，当电池芯B1的放电开始时，PCB温度将比电池芯温度上升得更快。例如，在时间点td2，PCB温度将上升到温度值Ta，而电池芯温度仅上升到低于温度值Ta的温度值Tb。换句话说，PCB温度的上升转换速率(rising slew rate)大于电池芯温度的上升转换速率。通过给电池组200配备除一个或多个电池芯温度传感器之外的额外的一个或多个PCB温度传感器，本发明可以利用一个或多个PCB温度传感器测量的PCB温度作为更敏感的指示符(indicator)，具体地，利用PCB温度的上升转换速率较电池芯的上升转换速率快且高特性，在移动装置出现异常大电流但未超过过电流时可预先监测该大电流，以对电池组200的潜在的和/或即将到来的过热事件更早和更快地触发适当的响应(例如，步骤508)，提供额外保护。
在一实施例中，装置20将PCB温度与不同的放电温度阈值进行比较，并相应地执行不同的动作。例如，如果PCB温度大于第一放电温度阈值但小于第二放电温度阈值，则装置20将系统负载L_sys减少到第一级别(level)；如果PCB温度大于第二放电温度阈值但小于第三放电温度阈值，则装置20将系统负载L_sys减少到第二级别；以及，如果PCB温度大于第三放电温度阈值，则禁用(关闭)系统负载L_sys；其中，第一放电温度阈值小于第二放电温度阈值，第二放电温度阈值小于第三放电温度阈值；以及，当系统负载L_sys处于第二级别时，系统负载L_sys比处于第一级别时汲取更少的放电电流Id。
请参考图6，图6根据本发明实施例示出了一种用于装置60的电池组600。电池组600包括电池芯B1，安装在PCB 610上的保护电路模块(PCM)220，监测电路640和多个温度传感器，例如图6的示例中的S1至S4。PCB 610包括两个供电引脚B+和B-以及温度传感器接口TIF6，其中，温度传感器接口TIF6包括单个的温度接口引脚iT61。
与图2所示的实施例类似，在图6所示的实施例中，装置60通过电池组600中的多个温度传感器测量电池芯温度和PCB温度；当通过充电电流Ic和充电电压Vc给电池芯B1充电时，装置60执行用于根据电池芯温度控制充电电压Vc和充电电流Ic的流程图300(图3a)。另外，当电池芯B1充电时，装置60还执行用于根据PCB温度调节充电电流Ic的流程图400(图4a)，以限制PCB 610的温度。当电池芯B1放电且提供放电电流Id给充当系统负载L_sys的装置60时，装置60执行用于根据PCB温度调节放电电流Id的流程图500(图5a)。
在电池组600中，引脚B+经由PCB 610的供电线路P+在节点n61处耦接于电池芯B1的一端(例如，阳极)，以及，引脚B-经由PCB 610的供电线路P-在节点n62处耦接于电池芯B1的另一端(例如，阴极)。保护电路模块(PCM)220耦接于节点n61，且包括保护电路222和两个晶体管Ma1和Mb1。晶体管Ma1的漏极端和源极端以及晶体管Mb1的漏极端和源极端串联耦接在引脚B-和节点n62之间。晶体管Ma1和Mb1的闸极端耦接于保护电路222。通过晶体管Ma1和Mb1，保护电路222可检测并缓解在引脚B+和B-上出现的过电压和过电流。
在电池组600中，多个温度传感器(例如，S1至S4)包括至少一个电池芯温度传感器和至少一个PCB温度传感器；每个电池芯温度传感器可反映电池芯B1的温度，以及，每个PCB温度传感器可反映PCB 610的温度。监测电路640耦接在节点n61和n62之间，且耦接于单个的温度接口引脚iT61和多个传感器S1至S4，用于经由引脚iT61实现多个温度传感器中的每一个温度传感器的温度测量。从而，装置60可通过一个或多个电池芯温度传感器来测量电池芯温度，并通过一个或多个PCB温度传感器来测量PCB温度。
例如，温度传感器S1可以是电池芯温度传感器，耦接在监测电路640和节点n62之间，且被放置在电池芯B1附近，以反映电池芯B1的温度。温度传感器S2可以是PCB温度传感器，耦接在监测电路640和引脚B-之间，且被放置在迹线P+，P-或者晶体管Ma1，Mb1附近，以反映PCB 210的温度。在图6的示例中，温度传感器S3可以是另一(可选的)PCB温度传感器，以及，温度传感器S4可以是另一(可选的)电池芯温度传感器。
在图6所示的实施例中，凭借监测电路640，装置60可经由引脚iT61访问电池组600的所有温度传感器S1至S4，从而，装置60可以测量电池组600的电池芯温度和PCB温度。例如，监测电路640可以通过以下操作来收集温度传感器S1至S4的温度读数(同时地或顺序地)，该以下操作包括：将一个或多个已知的电压或电流传导至温度传感器S1至S4，并测量传感器S1至S4的合成电流(resultant current)或跨电压(cross-voltage)。然后，在一实施例中，经由引脚iT61，监测器640将温度传感器S1至S4的温度读数(例如，数字化的温度读数)顺序地传送给装置60，从而，装置60可获得电池芯温度和/或PCB温度，如步骤304(图3a)，步骤404(图4a)和/或步骤504(图5a)。例如，如果存在多个电池芯温度传感器产生多个电池芯温度读数，则装置60可通过经由单个引脚iT61从监测电路640接收到的多个电池芯温度读数的统计值来计算电池芯温度。类似地，如果存在多个PCB温度传感器产生多个PCB温度读数，则装置60可通过经由引脚iT61从监测电路640接收到的多个PCB温度读数的统计值来计算PCB温度。
在另一实施例中，监测电路640可包括逻辑处理电路，用于通过多个电池芯温度读数的统计值来计算电池芯温度；和/或，通过多个PCB温度读数的统计值来计算PCB温度。然后，监测电路640将所计算出的电池芯温度和/或PCB温度输出至装置60，以用于步骤304、步骤404和/或步骤504。
请参考图7，图7根据本发明实施例示出了一种用于装置70的电池组700。电池组700包括电池芯B1，安装在PCB 710上的保护电路模块(PCM)220以及温度传感器S1和S2。PCB710可包括两个供电引脚B+和B-以及温度传感器接口TIF7，温度传感器接口TIF7可包括两个温度接口引脚iT71和iT72。
类似于图2和图6所示的实施例，在图7所示的实施例中，装置70可通过电池组700中的温度传感器S1和S2来测量电池芯温度和PCB温度；当通过充电电流Ic和充电电压Vc给电池芯B1充电时，装置70可执行用于根据电池芯温度控制充电电压Vc和充电电流Ic的流程图300(图3a)。此外，当电池芯B1充电时，装置70可执行用于根据PCB温度进一步调节充电电流Ic的流程图400(图4a)，以限制PCB 710的温度。以及，当电池芯B1放电且提供放电电流Id给充当系统负载L_sys的装置70时，装置70可执行用于根据PCB温度来调节放电电流Id的流程图500(图5a)。
在电池组700中，引脚B+经由PCB 710的供电线路P+在节点n71处耦接于电池芯B1的一端(例如，阴极)，引脚B-经由PCB 710的供电线路P-在节点n72处耦接于电池芯B1的另一端(例如，阳极)。保护电路模块(PCM)220耦接于节点n71，且包括保护电路222和两个晶体管Ma1和Mb1。晶体管Ma1的漏极端和源极端以及晶体管Mb1的漏极端和源极端串联耦接在引脚B-和节点n72之间。晶体管Ma1和Mb1的闸极端耦接于保护电路222。通过晶体管Ma1和Mb1，保护电路222可检测并缓解在引脚B+和B-上出现的过电压和过电流。
温度传感器S1可以是电池芯温度传感器，被放置在电池芯B1的附近，以反映电池芯B1的温度。温度传感器S2可以是PCB温度传感器，用于反映PCB710的温度。从而，装置60可通过电池芯温度传感器S1(例如，在图3a的步骤304中)测量电池芯温度，以及，通过PCB温度传感器S2测量PCB温度(例如，在图4a的步骤404中或在图5a的步骤504中)。例如，经由引脚iT71，装置70通过提供已知的电压或电流给电池芯温度传感器S1并在引脚iT71上测量合成电流或跨电压(该跨电压可以是指引脚It71与引脚B-之间的电压)来测量电池芯温度。类似地，经由引脚iT72，装置70可通过提供已知电压或电流至PCB温度传感器S2并在引脚iT72上测量合成电流或跨电压来测量PCB温度。
请参考图8，图8根据本发明实施例示出了一种用于装置80的电池组800。电池组800包括电池芯B1，安装在PCB 810上的保护电路模块(PCM)220，监测电路840和多个温度传感器，例如图8的示例中的S1至S4。PCB 810包括两个供电引脚B+和B-以及可以温度传感器接口TIF8，温度传感器接口TIF8包括两个温度接口引脚iT81和iT82。
类似于图2、图6和图7所示的实施例，在图8所示的实施例中，装置80可通过电池组800中的多个温度传感器来测量电池芯温度和PCB温度；当通过充电电流Ic和充电电压Vc给电池芯B1充电时，装置80可执行用于根据电池芯温度来控制充电电压Vc和充电电流Ic的流程图300(图3a)。此外，当电池芯B1充电时，装置80可执行用于根据PCB温度进一步调节充电电流Ic的流程图400(图4a)，以限制PCB 810的温度。当电池芯B1放电且提供放电电流Id给充当系统负载L_sys的装置80时，装置80可执行用于根据PCB温度调节放电电流Id的流程图500(图5a)。
在电池组800中，引脚B+经由PCB 810的供电线路P+在节点n81处耦接于电池芯B1的一端(例如，阳极)，引脚B-经由PCB 810的供电线路P-在节点n82处耦接于电池芯B1的另一端(例如，阴极)。保护电路模块(PCM)220耦接于节点n81，且包括保护电路222和两个晶体管Ma1和Mb1。晶体管Ma1的漏极端和源极端以及晶体管Mb1的漏极端和源极端串联耦接在引脚B-和节点n82之间。晶体管Ma1和Mb1的闸极端耦接于保护电路222。通过晶体管Ma1和Mb1，保护电路222可检测和缓解在引脚B+和B-处出现的过电压和过电流。
在电池组800的多个温度传感器(例如，S1至S4)中，温度传感器S1可以是电池芯温度传感器，耦接在引脚iT81和节点n82之间，且用于反映电池芯B1的温度。另一方面，多个温度传感器中除电池芯温度传感器S1之外的其余部分的温度传感器(例如，S2至S4)可包括至少一个PCB温度传感器，用于反映PCB 810的温度。例如，温度传感器S2可以是PCB温度传感器，耦接在监测电路840和引脚B-之间。可选地，例如，多个温度传感器还可以包括作为附加的PCB温度传感器的温度传感器S3和作为附加的电池芯温度传感器的温度传感器S4。监测电路840耦接于引脚iT82和多个温度传感器中除电池芯温度传感器S1之外的其余部分的温度传感器(例如S2至S4)，用于实现该多个温度传感器中除电池芯温度传感器S1之外的其余部分的温度传感器的温度测量。装置80因此可以通过一个或多个电池芯温度传感器来测量电池芯温度，以实现图3a中的步骤304，以及，通过PCB温度传感器测量PCB温度，以实现图4a中的步骤404和/或图5a中的步骤504。
例如，经由引脚iT81，装置80通过提供已知电压或电流给温度传感器S1并测量引脚iT81处的合成电流或电压来获得电池芯温度读数。同时或顺序地，在温度传感器S4用作另一个电池芯温度传感器的实施例中，监测电路840可将已知电压或电流传导到温度传感器S4，测量(并数字化)合成电流或电压，以获得额外的电池芯温度读数，然后经由引脚iT82将额外的电池芯温度读数发送给装置80，从而，装置80通过电池芯温度传感器S1和S4的电池芯温度读数的统计值来计算电池芯温度，该电池芯温度可在步骤304(图3a)中使用。
另一方面，监测电路840还可以将已知电压或电流传导至PCB温度传感器S2，测量(并数字化)合成电流或电压，以获得PCB温度读数，并经由引脚iT82将PCB温度读数传送至装置80；在温度传感器S3被用作另一PCB温度传感器的实施例中，监测电路840将已知电压或电流传导到温度传感器S3，测量温度传感器S3上的(和数字化)合成电流或电压，以获得额外的PCB温度读数，然后还经由引脚iT82将额外的PCB温度读数传送至装置80，从而，装置80可通过PCB温度传感器S2和S3的PCB温度读数的统计值计算PCB温度，该PCB温度可在步骤404(图4a)和步骤504(图5a)中使用。
总之，本发明为装置的电池组配备至少一个电池芯温度传感器和至少一个PCB温度传感器，以提供电池芯温度和PCB温度。当通过充电电流和充电电压给电池组的电池芯充电时，本发明可根据电池芯温度控制充电电压和充电电流，并根据PCB温度进一步调整充电电流，以限制PCB的温度。当电池组的电池芯放电至充当系统负载的装置时，本发明可以根据PCB温度调整装置的系统负载。因此，本发明可以改进电池组的温度管理，防止PCB(PCM)成为另一热源，从而提高充电和/或放电的安全性。
虽然本发明已经通过示例的方式以及依据优选实施例进行了描述，但是，应当理解的是，本发明并不限于公开的实施例。相反，它旨在覆盖各种变型和类似的结构(如对于本领域技术人员将是显而易见的)。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以涵盖所有的这些变型和类似的结构。

Claims (10)

1.一种用于改进电池组的温度管理的方法，该电池组包括：电池芯、保护电路模块和多个温度传感器；
该电池芯可经由印刷电路板PCB的至少一个供电线路充电；
该保护电路模块被安装在该PCB上且耦接于该至少一个供电线路；
该多个温度传感器包括至少一个电池芯温度传感器和至少一个PCB温度传感器；每个电池芯温度传感器用于反映该电池芯的温度，以及，每个PCB温度传感器用于反映该PCB的温度；
以及，该方法包括：
通过该至少一个电池芯温度传感器测量电池芯温度，以及，通过该至少一个PCB温度传感器测量PCB温度；
当通过充电电流和充电电压给该电池芯充电时，根据该电池芯温度控制该充电电压和该充电电流；以及，
根据该PCB温度进一步调整该充电电流，以限制该PCB的温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据该PCB温度进一步调整该充电电流的步骤包括：
如果该PCB温度大于第一温度阈值，减小该充电电流；以及
如果该PCB温度小于第二温度阈值，增大该充电电流；
其中，该第一温度阈值大于该第二温度阈值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据该PCB温度进一步调整该充电电流的步骤还包括：
如果该PCB温度大于最大温度阈值，关闭充电；
其中，该最大温度阈值大于该第一温度阈值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
如果该PCB温度大于该最大温度阈值，发出警告消息。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据该电池芯温度控制该充电电压和该充电电流的步骤包括：
如果该电池芯温度处于中温范围内，则保持充电电压低于第一电压阈值；
如果该电池芯温度处于高温范围内，则保持充电电压低于第二电压阈值；以及
如果电池芯温度处于低温范围内，则保持充电电压低于第三电压阈值；
其中，该高温范围中的温度值大于该中温范围中的温度值，该低温范围中的温度值小于该中温范围中的温度值，该第二电压阈值和该第三电压阈值小于该第一电压阈值，该第二电压阈值和该第三电压阈值相等或不相等。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据该电池芯温度控制该充电电压和该充电电流的步骤包括：
如果该电池芯温度处于中温范围内，则保持该充电电流低于第一电流阈值；
如果该电池芯温度处于高温范围内，则保持该充电电流低于第二电流阈值；以及
如果该电池芯温度处于低温范围内，则保持该充电电流低于第三电流阈值；
其中，该高温范围中的温度值大于该中温范围中的温度值，该低温范围中的温度值小于该中温范围中的温度值，该第二电流阈值和该第三电流阈值小于该第一电流阈值，该第二电流阈值和该第三电流阈值相等或不相等。
7.一种用于改进电池组的温度管理的方法，该电池组包括：电池芯、保护电路模块和多个温度传感器；
该电池芯可经由PCB的至少一个供电线路放电；
该保护电路模块被安装在该PCB上且耦接于该至少一个供电线路；以及
该多个温度传感器包括至少一个PCB温度传感器；每个PCB温度传感器用于反映该PCB的温度；
以及，该方法包括：
通过该至少一个PCB温度传感器测量PCB温度；和
当该电池芯放电给系统负载时，根据该PCB温度调整该系统负载，以限制该PCB的温度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据该PCB温度调整该系统负载的步骤包括：
如果该PCB温度大于第一放电温度阈值，减少该系统负载。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据该PCB温度调整该系统负载的步骤包括：
如果该PCB温度大于第二放电温度阈值，禁用该系统负载；其中，该第二放电温度阈值高于该第一放电温度阈值。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
当该电池芯放电给系统负载时，如果该PCB温度大于第三放电温度阈值，发出警告消息。
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