CN111262319A - 电池装置、电池供电装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电池装置、电池供电装置和电子设备，该电池装置包括：充放电电池、热电组件和供电控制电路；热电组件包括贴合于充放电电池的壳体表面的内表面和暴露于外界环境的外表面，在所述外表面的温度高于所述内表面时产生第一电流；供电控制电路的输入端连接热电组件，输出端连接充放电电池，供电控制电路用于利用热电组件产生的电流对充放电电池进行充电。本发明的技术方案通过以外界环境为热端，电池的表面温度为冷端，利用热电组件产生的电流对电池进行充电，从而减少因高温环境而导致的电池容量衰减和电池内阻的增加，使得电池能保持较高的SOC等。

Description

电池装置、电池供电装置和电子设备

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池装置、电池供电装置和电子设备。

背景技术

如在室外暴晒、或者是夏天室外的车内等高温环境下，置于该高温环境下的电池，其自放电速率将增加，进而导致电池容量出现快速衰减。对于一些非频繁使用的场合，比如应急便携式充电装置(即充电宝)等，由于自放电速率增加，当用户需要使用的时候可能就没有电可供使用了；而对于一些频繁使用的场合，比如汽车的启动电池、启停电池等，也可能由于高温自放电导致其电池容量进一步降低，从而使得该类电池在较低的荷电状态(SOC，State of charge，用于反映电池的剩余容量)下运行，这将导致电池的寿命大幅度降低等。因此，提出一种技术方案使电池在高温环境下尽量保持较高的SOC是非常有意义的。

发明内容

有鉴于此，本发明意在解决上述的技术问题，提出一种电池装置、电池供电装置和电子设备。

本发明一实施例提出一种电池装置，包括：充放电电池、热电组件和供电控制电路；

所述热电组件包括贴合于所述充放电电池的壳体表面的内表面和暴露于外界环境的外表面，在所述外表面的温度高于所述内表面时产生第一电流；

所述供电控制电路的输入端连接所述热电组件，输出端连接所述充放电电池，所述供电控制电路用于利用所述热电组件产生的电流对所述充放电电池进行充电。

进一步地，在上述的电池装置中，所述热电组件在所述内表面的温度高于所述外表面时产生与所述第一电流的流向相反的第二电流；

所述供电控制电路包括与所述热电组件连接的整流单元，所述整流单元用于将所述热电组件产生的电流进行整流后对所述充放电电池充电。

进一步地，在上述的电池装置中，所述热电组件包括至少一组P型热电薄膜和N型热电薄膜，同一组中的所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第一表面分别贴合于所述充放电电池的壳体表面，所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第二表面通过导电材料连接。

进一步地，在上述的电池装置中，所述导电材料为导电薄片，所述导电薄片贴合于所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的所述第二表面。

进一步地，在上述的电池装置中，所述供电控制电路包括升压单元，所述升压单元的输入端连接所述热电组件或通过所述整流单元连接所述热电组件，输出端连接所述充放电电池的两端。

进一步地，在上述的电池装置中，所述充放电电池可拆卸地贴合于所述热电组件。

本发明的另一实施例提出一种电池供电装置，包括：热电组件和供电控制电路，所述热电组件包括贴合于电池的壳体表面的内表面和暴露于外界环境的外表面，在所述外表面的温度高于所述内表面时产生第一电流；

所述供电控制电路的输入端连接所述热电组件，输出端用于连接被供电对象；所述供电控制电路用于利用所述热电组件产生的电流对所述被供电对象进行供电。

进一步地，在上述的电池供电装置中，所述热电组件在所述内表面的温度高于所述外表面时产生与所述第一电流的流向相反的第二电流；

所述供电控制电路包括与所述热电组件连接的整流单元，所述整流单元用于将所述热电组件产生的电流进行整流后对所述被供电对象供电。

进一步地，在上述的电池供电装置中，所述热电组件包括至少一组P型热电薄膜和N型热电薄膜，同一组中的所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第一表面分别贴合于所述电池的壳体表面，所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第二表面通过导电材料连接。

本发明的又一实施例提出一种电子设备，包括上述的电池供电装置。

本发明的实施例具有如下优点：

本发明实施例的技术方案通过将热电组件贴合于电池的表面并设计供电控制电路，使得当电池处于高温环境时，即以外界环境为热端，电池的表面温度为冷端，利用热电组件产生的电流对电池进行充电，从而减少高温环境导致电池容量的衰减和电池内阻的增加，能使电池保持较高的SOC而不影响其使用等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本发明实施例的电池装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的电池装置的热电组件的应用示意图；

图3示出了本发明实施例的电池装置的热电组件的膜组串联示意图；

图4示出了本发明实施例的电池装置的热电组件的膜组并联示意图；

图5示出了本发明实施例的电池装置的供电控制电路的结构示意图；

图6示出了本发明实施例的电池供电装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

1-电池装置；10-电池供电装置；11-充放电电池；12-热电组件；13-供电控制电路；121-导电材料；131-升压单元；132-整流单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

请参照图1，本实施例提出一种电池装置1，可用于解决当可充放电电池在外界高温环境下易出现电池容量衰减较快等问题。

如图1所示，下面对该电池装置1进行详细说明。

本实施例中，该电池装置1主要包括充放电电池11、热电组件12和供电控制电路13，其中，该热电组件12包括贴合于该充放电电池11的壳体表面的内表面和暴露于外界环境的外表面。该供电控制电路13的输入端连接该热电组件12，其输出端则连接该充放电电池11的两端。

由于该热电组件12的内表面与电池的壳体表面进行贴合，则该内表面的温度始终与电池的壳体表面温度处于平衡状态；而暴露于外界环境的外表面则可以用于感知外界环境的温度变化。可以理解，若外界环境的温度与电池的壳体表面的温度不同时，则该热电组件12的内表面和外表面温度将存在温差。

根据塞贝尔效应可知，当两种不同的热电材料的接触点处于不同的温度下，则两热电材料之间将产生电压差。对于这两种热电材料组成的回路，当两个接触点的温度不同，则将在回路中出现电流，此时的电流方向取决于温度梯度的方向。这是由于在温度梯度下材料导体内的载流子会从热端向冷端运动，并在冷端堆积，从而在材料内部形成电势差。

对于上述的热电组件12，当其外表面的温度高于其内表面的温度，即当外界环境的温度高于充放电电池11的壳体表面温度时，将在该电池装置1所在的回路中产生第一电流。进而，该供电控制电路13则可用于利用该热电组件12产生的第一电流对该充放电电池11进行充电。

优选地，将热电组件12中的热电材料做成膜功能器件，并将其覆盖于电池的壳体表面，以具有较好的贴合效果等。示范性地，如图2所示，该热电组件12包括至少一组P型热电薄膜和N型热电薄膜，同一组中的P型热电薄膜和N型热电薄膜各自的第一表面分别贴合于该充放电电池11的壳体表面，而该P型热电薄膜和N型热电薄膜各自的第二表面则通过导电材料121连接。其中，该热电组件12包括两个引出电极，用于实现热电组件12与供电控制电路13之间的连接。如图2所示，一引出电极位于该P型热电薄膜和电池的壳体表面之间，另一引出电极位于N型热电薄膜和电池的壳体表面之间。

应当理解，由上述P型热电薄膜和N型热电薄膜构成的膜组的数量可根据实际的电池的面积大小等确定。而当采用多组热电薄膜时，可以使各组热电薄膜以串联方式或并联方式排列贴合于电池的壳体表面。

例如，图3示出了一种串联的连接方式，即在同一电池壳体表面上，前一组中的N型热电薄膜与后一组中的P型热电薄膜依次连接，并电压将从第一组中的P型热电薄膜和最后一组中的N型热电薄膜输出，此时的输出电压为各膜组输出的电压之和。又或者，还可以采用如图4所示的多组膜组并联的连接方式。

其中，对于上述的导电材料121，例如，可采用导电薄片等结构，该导电薄片用于贴合于同一组中的P型热电薄膜的第二表面和N型热电薄膜的第二表面，以形成回路。应当理解，所述的导电薄片的厚度并不作具体限定，若其厚度较薄，亦可称之为导电薄膜等。

本实施例中，该供电控制电路13主要用于利用该热电组件12产生的第一电流对该充放电电池11进行充电。示范性地，如图1所示，该供电控制电路13包括升压单元131，该升压单元131的输入端连接热电组件12，输出端连接该充放电电池11的两端。

通常地，当外界环境与电池的壳体表面的温差较小时，产生的电流和电压也较小，为保证能够给该充放电电池11进行正常充电，可通过该升压单元131对热电组件12产生的电压升压及稳压至符合要求的电压后再输入到电池的两端。

例如，该升压单元131可采用DC-DC升压电路，具体如他激式的Boost升压、自激式Boost升压等等。考虑到该升压单元131的输入电压较小且该充放电电池11的充电电压相对固定，优选地，该升压单元131采用自激式Boost升压电路，即通过利用自激振荡及三极管放大稳压原理来实现升压，该自激式Boost升压电路不仅电路结构简单，还可降低成本等。

可选地，若该热电组件12存在多组串联连接的P型热电薄膜和N型热电薄膜，则该供电控制电路13可以是稳压单元而非升压单元，例如可由稳压管等构成，这主要由于若有足够多的膜组进行串联，其输出电压可能会接近于该充放电电池11的充电电压，则此时无须作升压处理。

在另一种实施例中，对于热电组件12的内表面的温度高于其外表面的温度的情况，即当充放电电池11的壳体表面温度高于外界环境温度时，热电组件12将产生与上述第一电流的流向相反的第二电流。例如，图2示出的第一电流为顺时针方向，则该第二电流将为逆时针方向。

此时，该供电控制电路13还包括与该热电组件12连接的整流单元132，该整流单元132用于将该热电组件12产生的电流进行整流后对该充放电电池11进行充电。例如，该整流单元132可采用由分立的四个二极管构成的整流桥或者集成整流芯片等实现。示范性地，如图5所示，该供电控制电路13中的升压单元131可通过整流单元132连接至热电组件12，即由热电组件12产生的电流先经过整流单元132再输入升压单元131进行升压。

当包含该整流单元132时，该电池装置1既可利用外界高温环境与电池之间所产生的热能，也可以利用电池自身温度高于外界环境所产生的热能，将其转变为电能对充电电池进行充电。应当理解，这两种温差情况下产生的电不仅可以用于对充电电池充电，也可以用于对其他外接负载进行供电。例如，可用于驱动该充放电电池11的循环水、风扇等装置。

由于热电组件12中的热电材料属于绝缘材料，若该电池进行大电池放电，考虑到若电池表面的热量不能及时散出时可能会增加电池出现事故的风险，进一步地，该充放电电池11可拆卸地贴合于该热电组件12，例如可将热电组件12做成类似夹具或箱体等结构，实现热电组件12与充放电电池11的可分离。例如，当使用电池进行大电流放电时，可将该热电组件12取下；而在其他时候时，则可重新将充放电电池11与热电组件12进行贴合。

在上述实施例中，该充放电电池11是指可以进行二次充电的电池或电池组，可包括但不限于为镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池或二次碱性锌锰电池等。

本实施例提出的电池装置利用热电材料将外界环境作为热端，将充放电电池作为冷端，并基于塞贝尔效应及相应的供电控制电路，使得当外界环境为高温环境时，将外界环境的高温所产生的热能转为电，以对该电池进行充电，不仅可以有效降低电池的表面温度，减少电池内部正负极的不可逆变化，还可以减少因高温环境而导致的电池容量衰减及内阻增加，使得电池在较长时间内保持较高的SOC等。

实施例2

请参照图6，本实施例提出一种电池供电装置10，该电池供电装置10包括：热电组件12和供电控制电路13，其中，该热电组件12包括贴合于电池的壳体表面的内表面和暴露于外界环境的外表面；该供电控制电路13的输入端连接该热电组件12，输出端用于连接被供电对象。

示范性地，当热电组件12的外表面的温度高于其内表面的温度时，将产生第一电流。此时，该供电控制电路13将用于利用该热电组件12产生的电流对上述的被供电对象进行供电。

在另一种实施例中，当热电组件12在其内表面的温度高于其外表面时，将产生与所述第一电流的流向相反的第二电流。此时，该供电控制电路13包括与热电组件12连接的整流单元，该整流单元用于将该热电组件12产生的电流进行整流后对上述被供电对象进行供电。

优选地，该热电组件12包括至少一组P型热电薄膜和N型热电薄膜，同一组中的P型热电薄膜和N型热电薄膜各自的第一表面分别贴合于该电池的壳体表面，同一组中的P型热电薄膜和N型热电薄膜各自的第二表面通过导电材料121连接。

本实施例中，该电池可以为可充放电电池，也可以是不可逆的放电电池，对于处于外界高温环境下的不可逆的电池，可利用产生的温差对其他负载进行供电，如当前电池系统中的风扇、循环水、指示灯等。可以理解，该被供电对象可包括但不限于为可充电电池、上述的其他负载等。

可以理解，该电池供电装置10与电池为可拆卸结构，其中，该电池供电装置10中的热电组件、供电控制电路分别对应于上述实施例1中的热电组件、供电控制电路。上述实施例1的可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。

本发明的另一实施例还提出一种电子设备，该电子设备包括上述实施例1中的电池装置1。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池装置，其特征在于，包括：充放电电池、热电组件和供电控制电路；

所述热电组件包括贴合于所述充放电电池的壳体表面的内表面和暴露于外界环境的外表面，在所述外表面的温度高于所述内表面时产生第一电流；

所述供电控制电路的输入端连接所述热电组件，输出端连接所述充放电电池，所述供电控制电路用于利用所述热电组件产生的电流对所述充放电电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述热电组件在所述内表面的温度高于所述外表面时产生与所述第一电流的流向相反的第二电流；

所述供电控制电路包括与所述热电组件连接的整流单元，所述整流单元用于将所述热电组件产生的电流进行整流后对所述充放电电池充电。

3.根据权利要求1或2所述的电池装置，其特征在于，所述热电组件包括至少一组P型热电薄膜和N型热电薄膜，同一组中的所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第一表面分别贴合于所述充放电电池的壳体表面，所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第二表面通过导电材料连接。

4.根据权利要求3所述的电池装置，其特征在于，所述导电材料为导电薄片，所述导电薄片贴合于所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的所述第二表面。

5.根据权利要求2所述的电池装置，其特征在于，所述供电控制电路包括升压单元，所述升压单元的输入端连接所述热电组件或通过所述整流单元连接所述热电组件，输出端连接所述充放电电池的两端。

6.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述充放电电池可拆卸地贴合于所述热电组件。

7.一种电池供电装置，其特征在于，包括：热电组件和供电控制电路，所述热电组件包括贴合于电池的壳体表面的内表面和暴露于外界环境的外表面，在所述外表面的温度高于所述内表面时产生第一电流；

所述供电控制电路的输入端连接所述热电组件，输出端用于连接被供电对象；所述供电控制电路用于利用所述热电组件产生的电流对所述被供电对象进行供电。

8.根据权利要求7所述的电池供电装置，其特征在于，所述热电组件在所述内表面的温度高于所述外表面时产生与所述第一电流的流向相反的第二电流；

所述供电控制电路包括与所述热电组件连接的整流单元，所述整流单元用于将所述热电组件产生的电流进行整流后对所述被供电对象供电。

9.根据权利要求7或8所述的电池供电装置，其特征在于，所述热电组件包括至少一组P型热电薄膜和N型热电薄膜，同一组中的所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第一表面分别贴合于所述电池的壳体表面，所述P型热电薄膜和所述N型热电薄膜各自的第二表面通过导电材料连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的电池装置。

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