CN116893355A - 用于监测电池的方法、集成电路和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于监测电池的方法、集成电路和装置，用于针对异常状况来对主机设备内的电池进行监测。确定在充电动作期间处于电池的第一荷电状态(SOC)的该电池的第一温度。确定在充电动作期间处于电池的第二SOC的该电池的第二温度，并且确定充电动作的当前ΔSOC。访问在主机设备中保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器。基于此，确定处于当前ΔSOC的充电动作的电池温度升高是否异常，该ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。

Description

用于监测电池的方法、集成电路和装置
技术领域
本公开涉及用于监测电池中的危险充电状况的技术，以及执行此类监测的系统和集成电路。
背景技术
对于使用锂离子电池的电池驱动的设备，诸如医疗设备、便携式设备、工业设备和电动车辆，对锂离子电池内的危险状况进行预先检测的需求强烈。虽然此类电池内可存在各种故障状况，但是电池老化和与之相关联的内阻增加是造成故障状况的重要原因。此外，存在制造缺陷的电池更倾向于发生故障，而且随着时间的推移，发生故障的趋势比正常电池增加得更快。
现有技术中，用于监测电池中的危险状况的电池技术往往倾向于将电池温度作为可能发生危险状况的主要指标。然而，此类技术往往不能及时地检测电池内的潜在危险状况，以防止发生由电池热失控引起的危险状况。
发明内容
根据第一方面，提供一种用于监测电池的方法，用于针对异常状况对主机设备内的电池进行监测，所述方法包括：确定在充电动作期间电池在处于所述电池的第一荷电状态SOC时的第一温度；确定在所述充电动作期间所述电池在处于所述电池的第二SOC时的第二温度；确定所述充电动作的当前ΔSOC；以及访问在所述主机设备中保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器，并且确定针对处于所述当前ΔSOC的充电动作的电池温度升高是否异常，所述ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
根据第二方面，提供一种用于监测电池的集成电路，所述集成电路包括：第一输入，所述第一输入用于接收与电池温度相关联的温度信号；第二输入，所述第二输入用于接收电池电压；非易失性存储器；和危险检测电路，所述危险检测电路能够操作以：确定在充电动作期间电池在处于所述电池的第一荷电状态SOC时的第一温度；确定在所述充电动作期间所述电池在处于所述电池的第二SOC时的第二温度；确定所述充电动作的当前ΔSOC；基于所述第一温度和所述第二温度，确定针对处于所述当前ΔSOC的所述充电动作的电池温度升高比率；以及访问所述主机设备中的保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器，并且确定处于所述当前ΔSOC的所述充电动作的所述电池温度升高比率是否异常，所述ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
根据第三方面，提供一种电子装置，所述电子装置包括：便携式设备，所述便携式设备包括电池、由所述电池驱动的应用系统以及由所述电池驱动的至少一个发热部件；和电池监测电路，所述电池监测电路包括热耦接到所述电池用于提供电池温度的第一温度传感器、用于提供环境温度的第二温度传感器、用于测量电池电压的电压监测器、非易失性存储器；和危险检测电路，其中所述危险检测电路能够操作以：确定在充电动作期间所述电池在处于电池的第一荷电状态(SOC)时的第一温度；确定在所述充电动作期间所述电池在处于所述电池的第二SOC时的第二温度；确定所述充电动作的当前ΔSOC；以及访问保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器，并且确定处于所述当前ΔSOC的所述充电动作的电池温度升高是否异常，所述ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
附图说明
通过参照附图可更好地理解本公开，并且本公开的多个特征和优点对于本领域的技术人员为显而易见的，在附图中：
图1以框图形式示出了倾向于引起电池故障的多种情况；
图2A以图解形式示出了电池如何随时间推移而损失容量；
图2B示出了图示如图2A所描绘的容量损失的电池容量相对于电池内阻的图表；
图3示出了描绘在充电循环和放电循环期间正常电池和异常电池的电池温度变化的时序图；
图4示出了图示正常电池性能和异常电池性能的示例的电池的Δ荷电状态(ΔSOC)相对于温度升高性能的时序图；
图5以框图形式示出了根据实施方案的包括电池监测器的系统；
图6以框图形式示出了根据实施方案的电池监测器专用集成电路(ASIC)；
图7示出了包括在本文所公开的危险检测技术中可用的一组ΔSOC温度数据的表；
图8示出了根据一些实施方案的用于在充电动作期间监测电池的过程的流程图；并且
图9是根据实施方案的包括图5的电池监测器ASIC的医疗设备的透视图。
在不同附图中使用相同的参考符号来指示相同或类似的元件。除非另有说明，否则字词“耦接”以及其相关联的动词形式包括直接连接以及通过本领域已知的方式的间接电连接两者；并且除非另有说明，否则对直接连接的任一描述也暗示使用合适形式的间接电连接的替代实施方案。
具体实施方式
图1示出了倾向于引起电池故障的多个情况100的框图。如图大致所示，电池故障是由各种制造缺陷或老化导致的内部短路引起的。此类短路在电池内产生热点。此类热量可作为红外线(IR)消散一段时间，但是当电池内的温度上升到超过100℃时，将往往导致大面积的高热。这导致阳极传播，是一种还原反应。也可在电池内发生电解质反应。随着热量增加，取决于O2生成，在电池内也可发生阴极传播。当发生阳极传播或阴极传播时，由于功率耗散的增加，在电池内往往导致热失控。
图2A以图解形式示出了电池如何随时间推移而损失容量。新电池200所示的容量为100％。在该情况下，电池200具有小的内阻202，如小电阻符号所示，电阻大小为R。随着电池老化，内阻增加，并且电池容量减小。中间所示的较旧电池具有75％的容量(相对于原始容量)。此时，内阻202已经增加到约4/3*R。最后，右侧所示的较旧电池具有50％的容量。此时，内阻202将具有约为2R的值。
图2B示出了图示如图2所描绘的容量损失的电池容量相对于电池内阻的图表250。内阻以毫欧姆为单位显示在纵轴上，并且容量以百分比显示在横轴上。可以看出，内阻通常随着电池容量减小，呈线性关系式增加。
图3示出了描绘在充电动作和放电动作期间正常电池和异常电池的电池温度变化的时序图300。横轴示出了时间，纵轴以百分比示出了电池的荷电状态(SOC)和电池温度。图表300示出了充电动作，其中SOC随着电池充电而增加，然后是放电动作，其中电池向主机系统供电，最后是另一个充电动作。处于85％SOC，充电模式从恒定电流(CC)模式变为恒定电压(CV)模式，这改变了电池SOC的增加速率。
正常电池的电池温度在此类充电动作和放电动作期间被示出，并且可以看出，在充电动作期间从约24C升高到约30C，并且在电池上没有负载的情况下，在充电动作和放电动作之间减小。在放电动作期间，正常电池的温度随着SOC降低而再次升高。
在该示例中，可以看出，在充电动作期间，异常电池的电池温度比正常电池升高得更快。所描绘的从约24C到50C的温度升高使内部短路以及就图1所讨论的各种相关联的故障模式的风险增加。在发生此类故障的情况下，异常电池通常表现出温度的进一步升高，并且可出现热失控，从而导致诸如电池爆炸或火灾等危害性故障。
图4示出了图示正常电池性能和异常电池性能的示例的电池Δ荷电状态(ΔSOC)相对于温度升高性能的曲线图。横轴以百分比示出了ΔSOC，纵轴示出了温度变化。该曲线图示出了在充电动作期间，电池老化对温度升高的影响。
如图例所示，下方所示的一组线示出了老化程度为0次使用循环、500次使用循环和1000次使用循环的正常电池在充电动作期间预期的温度升高。需注意，这些温度升高(Δ温度)相对于ΔSOC是相当线性的。相对于较新的电池，老化程度为1000次循环的较旧电池的温度升高程度更大，但程度并不显著。
上方所示的一组线示出了前述三种老化程度的电池的预期温度升高，但是示出了异常电池的热失控事件可很快成为风险。所示的曲线代表了发明人检查的电池特性，这些电池特性是针对在充电期间趋于出现故障的异常电池。可以看出，即使处于异常情况的新电池温度升高程度也要比正常的新电池大得多。重要的是，随ΔSOC的温度升高呈现出非线性，使得不仅异常电池的温度升高得更快，而且随着ΔSOC增加，升高速率也随着充电动作而增加。如处于60％ΔSOC的垂直线处所示，处于60％ΔSOC，即使异常新电池的温度升高也比正常新电池多约3C。还需注意，发明人已经发现所示的温度升高是相对于在主机系统的外壳内测量的环境温度而言的。
图5以框图形式示出了根据一些实施方案的包括电池监测器的系统500。系统500可具体体现在电池驱动的便携式设备中，也可具体体现在带有包括备用电池的固定电源的非便携式设备中。在该实施方式中，系统500通常包括电池510、充电器514、电池监测器专用集成电路(ASIC)520、应用系统530、高功率控制电路540和发热部件550。
在该实施方式中，电池510是锂电池，诸如锂离子或锂聚合物电池，但是也可使用其他类型的电池。电池510被示出为与电阻串联的理想电压源，并且包括连接到正电压源轨的正端子和连接到负电压源轨的负端子。热敏电阻器512或其他温度传感器热耦接到电池510以用于监测其温度。充电器514包括连接到正电压源轨的正端子和连接到负电压源轨的负端子。此外，在一些实施方案中，可在电池模块中设置独立的电池保护IC，以便在热失控的情况下将电池从电路断开。
电池监测器ASIC 520包括连接到电池510的正端子的第一输入、连接到电池510的负端子的第二输入、连接到电流监测电阻器516的正端子的第三输入、连接到电流监测电阻器516的负端子的第四输入、连接到热敏电阻器512的输出的第五输入、连接到热敏电阻器518的输出的第六输入，以及到应用系统530的双向连接。虽然在该实施方案中，充电器514和电池监测器ASIC 520是独立的电路模块，但是在一些实施方案中，可将它们集成到单个电池控制器集成电路(IC)中。
应用系统530通常包括微控制器和用户界面元素，诸如控制器和显示器或指示器以及它们的支持电子部件和传感器。应用系统530中包括的特定部件，针对不同的应用有所差异。例如，在一个实施方案中，应用系统530是胰岛素泵，应用系统530中包括葡萄糖传感器。应用系统530包括连接到电池510的正电压源轨端子的正电源端子或“轨”、连接到电池510的负端子的负电源端子、到电池监测器ASIC 520的双向连接，以及连接到高功率控制电路540的输出。
在该实施方式中，高功率控制电路540是用于发热部件550的高功率驱动器或马达控制器，该高功率驱动器或马达控制器可以是马达或泵，诸如压电胰岛素泵。高功率控制电路540包括连接到正电压源轨的正电源端子、连接到负电压源轨的负电源端子、连接到应用系统530的输入，以及连接到发热部件550的输出。
发热部件550包括连接到正电压源轨的正电源端子、连接到负电压源轨的负电源端子，以及连接到高功率控制电路540的输入。在本文的示例性实施方式中，发热部件550是泵，但在其他实施方式中，其可以是马达或倾向于产生热而足以影响系统500的环境温度的任何其他类型的系统部件。热敏电阻器518宜为放置在系统500的外壳内部，并且在发热部件550近侧，用于监测系统500的外壳内的环境温度变化。
虽然所示的系统500包括发热部件，但本文的技术适用于不具有此类额外部件的系统。例如，在一些系统(诸如平板或智能电话)中，应用系统本身从部件(诸如处理器、图形处理器和射频发射器之类的)中产生大量的热。使用本文的电池危险监测技术，许多此类系统可从中受益，诸如手持式电池驱动的手术工具、电动车辆和电池驱动的工业装备。
在操作中，由于应用系统是由用户操作的，并且需要电池充电，如图3的充电动作所示。在操作期间，发热部件550向系统500增加热量，即使在操作之后，该热量也继续通过系统500消散，并且使系统500内的环境温度升高。如果在用户身上携带或佩戴系统500，体温也会影响环境温度。电池监测器ASIC 520监测来自热敏电阻器518的环境温度、来自热敏电阻器512的电池温度、电池电压和通过电流监测电阻器516的电池充电电流，以及施加于电池的使用循环次数。与采用仅基于电池温度的危险检测方案的现有系统相比，基于这些输入和电池曲线数据，电池监测器ASIC 520能够更加准确地检测与电池充电相关联的危险状况。尤其是，在现有系统中难以考虑电池的老化及其相关联的内阻增加。如下文进一步所述，在电池监测器ASIC 520中采用的危险监测技术，能够更好地对电池故障状况或严重老化的电池进行预先检测，从而避免发生诸如锂电池爆炸或火灾等危险情况。
图6以框图形式示出了根据一些实施方案的图5的电池监测器ASIC 520。电池监测器ASIC 520通常用模拟和数字电路、闪存存储器和静态随机存取存储器(SRAM)的混合来实现。虽然在该实施方案中使用ASIC，但其他实施方式可使用可编程逻辑设备或其他合适的集成电路，或电路的组合。电池监测器ASIC 520通常包括电池数据块610、安全危险检测块620以及接口和一组接口和报告电路630-646。
电池数据块610包括SOC计算单元611、电压监测器块612、电池温度监测器块613(标记为“温度-1监测器块”)、环境温度监测器块614(标记为“温度-2监测器块”)、Δ温度(ΔTEMP)计算器615，以及一组保存在闪存存储器中的数据表616。
电压监测器块612接收电池正端子上的电压，并将其转换为数字值以便跟踪在充电和放电期间的电池电压。电池温度监测器块613接收来自热敏电阻器512(图5)的信号，并将该信号转换为数字温度值以指示电池温度。相似地，环境温度监测器块614接收来自热敏电阻器518的信号，并将其转换为数字温度值以指示环境温度。荷电状态(SOC)计算单元611基于所接收的数据，计算电池的当前SOC。ΔTEMP计算器615基于温度测量结果，计算电池温度与环境温度之间的当前ΔTEMP。在该实施方式中，数据表616包括一组与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据，该组ΔSOC温度数据包括来自多种使用循环计数的与正常电池的性能曲线相关联的数据以及与异常电池的性能曲线相关联的数据。在一些实施方式中，不存储正常电池的曲线数据，而是可在数据表616中存储与异常电池的性能曲线相关联的阈值数据，如下文就图7进一步论述。
安全危险检测块620包括标准表621、循环使用计数器622、充电/放电模式检测块623、一组一种或多种ΔSOC温度数据表或曲线624、充电模式检测块625(标记为“充电CC/CV模式检测块”)、电源电流测量块626(标记为“IDD电流测量块”)、控制器627和控制器随机存取存储器(RAM)628。如上所述，在操作中，将危险检测算法629加载到控制器RAM 628中，以便执行危险检测过程，如下文进一步所述。
控制器627与电池数据块610相连接，用于读取闪存存储器，以便加载危险检测算法619和数据表616。还将控制器627耦接到RAM 628，用作系统存储器。该实施方案中，控制器627是具有输入/输出电路的处理器内核，该输入/输出电路用于与各种所描绘部件进行界面接触。虽然在该实施方案中使用处理器内核，但是其他实施方案可以替代性地采用数字逻辑，例如配置有硬件描述语言(HDL)(诸如VHDL)的可编程逻辑。
安全危险检测块620还从电池数据块610接收ΔTEMP测量结果和当前SOC测量结果。标准表621包括跟踪电池相关的当前数据的多个数据元。SOC增加速率可由控制器627计算，也可由数字逻辑计算。从循环使用计数器622接收循环使用计数，并且保存ΔTEMP以供控制器627使用。
电源电流测量块626对电流监测电阻器516(图5)处的电流进行测量。IDD充电/放电模式检测块623，基于电源电流测量结果，确定电池当前是在充电还是放电。循环使用计数器622采用该信息，以便跟踪电池已经经历的循环次数。通常，循环使用计数器622提供电池的充电-放电循环的计数。如本文所用，充电动作后接着放电可能本身并非必然导致循环使用计数器的计数增加，因为并非所有的充电动作均导致电池的完全充电。通常，在发生充电和放电之后，计数器的计数增加，其合计达电池容量的指定百分比，诸如90％、95％或100％。这可在一次充电和放电动作中，或在多次较小的充电和放电动作中发生。跟踪循环使用计数的具体方法可有所差异，但该计数通常跟踪电池的老化程度，目标是跟踪完全充电循环和完全放电循环，或它们的等效形式。充电模式检测块625确定充电器当前正以恒定电流(CC)模式还是恒定电压(CV)模式对电池进行充电。
ΔSOC温度数据表或曲线624保存与系统中使用的电池类型相关联的ΔSOC温度数据，以供危险检测算法629使用。可加载整组ΔSOC温度数据，或者仅加载电池的当前使用循环计数所需的数据。
接口和报告电路包括内置集成电路(IIC或I2C)总线接口630、报告块640、相对荷电状态(RSOC)寄存器641、电池温度寄存器642(标记为“温度-1”)、环境温度寄存器643(标记为“温度-2”)、电压寄存器644(用于保持当前电池电压)、健康状态(SOH)寄存器645(用于保持电池的当前SOH指示，通常作为原始容量的百分比)，以及警报寄存器646(用于指示是否启用警报用于危险电池状况)。
IIC总线接口630用于与应用系统530(图5)连接。IIC总线接口630用于将软件加载到电池监测器ASIC 520，以便对安装于系统中的特定电池类型的ΔSOC温度数据进行加载，并且将电池电量和危险状况返回报告给应用系统530。
报告块640包含数字逻辑，该数字逻辑用于将寄存器641-646的值通过IIC总线接口630报告给应用系统530。
虽然该特定硬件设计作为示例给出，但在理解本具体实施方式之后，各种其它实施方式可使用不同硬件来实现下文所述的电池监测功能性，应显而易见。例如，可使用仅基于微控制器的实施方式，其中，控制器在测量结果被数字化并馈送到控制器之后，执行所述的所有功能。此外，如上文所述，在一些实施方式中，可通过使用HDL，采用可编程逻辑。
在操作中，当安装新电池并开启应用系统时，可通过各种数字标识符(未示出)或通过电气特性自动识别出电池，也可通过手动输入电池类型的方式识别出电池。然后，电池监测器ASIC检查其是否在其闪存存储器中具有对应于电池的ΔSOC温度数据，如果没有，则从应用系统530请求并接收一个更新版本的ΔSOC温度。该设备还能够从通信地耦接到应用系统530的外部设备进行更新，例如，通过USB连接，然后利用更新版本的ΔSOC温度数据对电池监测器ASIC 520的存储器进行更新。然后针对新电池重置循环使用计数，并且安全危险检测单元620然后监测电池的充电循环和放电循环，并且运行危险检测算法，如下文进一步所述。
图7示出了根据一些实施方案的包括一组与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的表700，该组ΔSOC温度数据包括来自多种使用循环计数的与正常电池的性能曲线相关联的数据以及与异常电池的性能曲线相关联的数据。表700包括多个行，该多个行包括ΔSOC温度数据，并且该ΔSOC温度数据至少包括与针对多个循环使用计数的正常电池的性能曲线相关联的第一数据(在表700的上半部中示出)，以及与针对多个循环使用计数的异常电池的性能曲线相关联的第二数据(在表700的下半部中示出)。数据的特定格式(包括其是表或其他数据结构)并不重要。例如，在通常的实施方式中，针对每种情况使用的单行包括所有相关数据。
在表700中，列出情况编号“情况0”-“情况5”的第一列供该行参考，并且在实际数据中不需要该列。列702示出了以百分比表示充电量的ΔSOC。例如，在情况0，包括用于85％的ΔSOC的ΔSOC温度数据。列704示出了可能实现此类ΔSOC的SOC差异的示例。列704中的数据对于执行该过程不是必需的，并且仅出于解释目的而被示出。例如，85％的ΔSOC可由从0％到85％的电池充电(如图所示)而产生，或由从10％到95％的电池充电或任何其他85％的充电增加而产生。
列706示出的ΔSOC温度数据，包括与未经历多次使用循环的新电池的正常电池性能曲线和异常电池性能曲线相关联的数据。列708示出的ΔSOC温度数据，包括与具有500次使用循环的电池的正常电池性能曲线和异常电池性能曲线相关联的数据。列710示出的ΔSOC温度数据，包括与具有1000次使用循环的电池的正常电池性能曲线和异常电池性能曲线相关联的数据。
虽然在表700中示出了针对三种使用循环计数的数据，但是在其他实施方式中，使用更精细颗粒度的数据，诸如针对每100个使用循环的数据，或针对每200个使用循环的数据。此外，虽然将所描绘的数据示出为与相应ΔSOC相关联的ΔTEMP量，但在各种实施方式中，数据可采用其它形式。例如，可为每个期望的电池老化程度(使用循环计数)提供一个表示最小阈值的公式，以识别异常性能曲线。例如，通过针对每个期望的老化程度，对图4中描绘的异常ΔSOC相对于ΔTEMP性能曲线，或者在异常性能曲线下方的一些期望的曲线进行曲线拟合，生成此类公式，以提供正常性能曲线和异常性能曲线之间的阈值。也可以采用包括循环计数的公式，该公式类似地通过将表面拟合到诸如图4中的数据而生成，其中使用循环计数表示数据中的第三维度。本领域技术人员可以理解，基于本说明书，合适的数据可以各种形式存储或表示。此外，虽然表700示出了针对正常和异常ΔSOC两者相对于ΔTEMP性能而存储的数据，但是在一些实施方案中，对于每个期望的老化程度处的每个ΔSOC，仅需要针对异常性能的阈值。
图8示出了根据一些实施方案的用于在充电动作期间监测电池的过程的流程图800。该过程适用于由图6的电池监测器ASIC或其他合适的电池监测电路执行，以在充电动作期间监测电池的不安全充电情况。
该过程开始于框802，其中对电池开始新的充电动作，并且响应于该新的充电动作，该过程确定是否更新。
在框804处，该过程在充电动作期间在电池的第一SOC处确定电池的初始温度。该确定可以在充电动作开始时进行，或者在开始之后的选定时间进行。通常基于具有断路情况的电池电压来确定电池的初始SOC，该断路情况包括电池的无负载和无充电情况。还基于测量电池温度来确定电池的初始温度差。在所示的优选的实施方案中，还测量了环境温度，并且将标记为“ΔTEMP”的Δ温度计算为电池温度与环境温度之间的差。
在框806处，该过程随着充电动作继续而继续监测电池。如框808处所示，对电池温度进行额外的测量，并且宜对包括环境温度的ΔTEMP进行额外的测量。此类测量可以在充电动作期间周期性地进行，或者在充电动作继续时以指定的SOC水平或ΔSOC量进行。框808包括确定电池的当前ΔSOC，其通过从当前SOC减去初始SOC来计算。
在框810处，该过程包括访问在主机设备中保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器。ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。在框814处，该过程确定在当前ΔSOC处用于充电动作的电池温度升高是否异常。在该实施方式中，此类确定还包括基于来自电池的循环使用计数器622(图6)的循环使用计数。例如，该过程使用循环使用计数来从对应于电池的循环使用计数的ΔSOC温度数据中选择数据集。在图7的示例性数据中，例如，如果循环使用计数是520个循环，则该过程存取标记为“老化循环500电池”的性能曲线。将当前ΔTEMP与所选的当前ΔSOC曲线中的ΔSOC温度数据进行比较。
在框814处，如果当前ΔTEMP小于曲线中的异常ΔTEMP，那么该过程确定充电动作是正常的，且该过程返回到框806以继续监测充电动作。如果当前ΔTEMP等于或大于曲线中的异常ΔTEMP，则该过程确定充电动作异常。在此情况下，该过程进行到框816，其中电池监测器ASIC向主机系统发信号通知存在潜在的电池充电危险。框814还可包括与正常电池曲线的比较，以确定当前ΔTEMP是否低于当前充电动作的正常预期温度上升。
图9是根据一些实施方案的包括图5的电池监测器ASIC的医疗设备900的透视图。在所描绘的实施方式中，医疗设备900是胰岛素泵，其包括容纳如图5所示的各种电子器件和电池的外壳、管904以及用于向所描绘的患者供应胰岛素的输注套件906。虽然在该实施方案中示出了医疗设备，但是本文的技术提供了电池安全的优点，针对的是采用电池(诸如锂离子电池的)的各种装置。具体地讲，它们有利于佩戴在人体上或携带的设备，诸如各种医疗监测器和电话，但是也可以与非便携式设备一起使用。此外，本文的技术对于一些设备是有利的，此类设备包括在其内部产生大量热的部件，诸如泵及与其相关联的功率电子器件。
根据本发明的第一方面，提供了一种针对异常状况对主机设备内的电池进行监测的方法。该方法包括：确定在充电动作期间处于电池的第一荷电状态(SOC)的电池的第一温度，以及确定在充电动作期间处于电池的第二SOC的电池的第二温度。该方法包括：确定充电动作的当前ΔSOC；访问主机设备中保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器；以及确定处于当前ΔSOC的充电动作的电池温度升高是否异常，ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据以及与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
在第一方面的一些实施方案中，确定电池的第一温度和第二温度是相对于在包括发热部件的主机系统内测量的环境温度执行的。
在第一方面的一些实施方案中，还基于电池的循环使用计数确定充电动作是否异常，并且ΔSOC温度数据至少包括与针对多个循环使用计数的正常电池性能曲线相关联的第一数据，以及与针对电池的多个循环使用计数的异常电池性能曲线相关联的第二数据。
在第一方面的一些实施方案中，存储器保存多个ΔSOC温度数据表，每个数据表与多个类型的电池中的相应一个电池相关联，并且访问存储器包括基于电池的类型执行选择多个ΔSOC温度数据表中的一个数据表。
在第一方面的一些实施方案中，该方法包括从通信地耦接到主机设备的外部设备接收与多个ΔSOC相关联的更新版本的ΔSOC温度数据，并且利用更新版本的ΔSOC温度数据对存储器进行更新。
在第一方面的一些实施方案中，ΔSOC温度数据包括针对至少以下的数据：针对正常电池性能曲线和异常电池性能曲线两者的具有至少50％电荷增加的第一ΔSOC和针对正常电池性能曲线和异常电池性能曲线两者的具有至少60％电荷增加的第二ΔSOC。ΔSOC温度数据还可以包括针对以下的数据：针对正常电池性能曲线和异常电池性能曲线两者的小于50％的第三ΔSOC。
在第一方面的一些实施方案中，其中该方法在位于包括电池的主机系统中的专用集成电路(ASIC)上执行。
根据本发明的第二方面，一种用于对电池进行监测的集成电路(IC)。该IC包括用于接收与电池温度相关联的温度信号的第一输入、用于接收电池电压的第二输入、非易失性存储器和危险检测电路。该危险检测电路可操作以：确定在充电动作期间处于电池的第一荷电状态(SOC)的电池的第一温度；确定在充电动作期间处于电池的第二SOC的电池的第二温度；确定充电动作的当前ΔSOC；基于第一温度和第二温度，确定处于当前ΔSOC的充电动作的电池温度升高比率；以及访问在主机设备中保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器，并且确定处于当前ΔSOC的充电动作的电池温度升高比率是否异常，ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
根据第二方面的一些实施方案，IC还包括电池循环使用计数器，并且危险检测电路还基于电池循环使用计数器的当前值来确定充电动作是否异常。
根据第二方面的一些实施方式，相对于电池的当前充电容量来确定当前ΔSOC。
根据第二方面的一些实施方式，确定电池的第一温度和第二温度是相对于在包括发热部件的主机系统内测量的环境温度执行的。
根据第二方面的一些实施方式，ΔSOC温度数据至少包括与针对多个循环使用计数的正常电池性能曲线相关联的第一数据，以及与针对多个循环使用计数的异常电池性能曲线相关联的第二数据。
根据本发明的第三方面，一种装置，该装置包括：具有电池、由电池驱动的应用系统以及由电池驱动的至少一个发热部件的便携式设备；电池监测电路；和危险检测电路。电池监测电路包括热耦接到电池用于提供电池温度的第一温度传感器、用于提供环境温度的第二温度传感器、用于测量电池电压的电压监测器、非易失性存储器。危险检测电路可操作以：确定在充电动作期间处于电池的第一荷电状态(SOC)的电池的第一温度，以及确定在充电动作期间处于电池的第二SOC的电池的第二温度，并且确定充电动作的当前ΔSOC。危险检测电路可操作以：访问保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器；以及确定处于当前ΔSOC的充电动作的电池温度升高是否异常，ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据以及与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
根据第三方面的一些实施方式，电池监测电路包括电池循环使用计数器，该电池循环使用计数器耦接到适用于测量通过电池的电流的电流监测电路，而且危险检测电路还基于电池的循环使用计数确定充电动作是否异常。
根据第三方面的一些实施方式，相对于电池的当前充电容量来确定当前ΔSOC。
根据第三方面的一些实施方式，ΔSOC温度数据包括针对至少以下的数据：针对正常电池性能曲线和异常电池性能曲线两者的具有至少50％电荷增加的第一ΔSOC和针对正常电池性能曲线和异常电池性能曲线两者的具有至少60％电荷增加的第二ΔSOC。
根据第三方面的一些实施方式，存储器保存多个ΔSOC温度数据表，每个数据表与多个类型的电池中的相应一个电池相关联，并且访问存储器包括基于电池的类型执行选择多个ΔSOC温度数据表中的一个数据表。
根据第三方面的一些实施方式，该装置还可操作以：通信地耦接到外部设备，并且接收与多个ΔSOC相关联的更新版本的ΔSOC温度数据；以及利用更新版本的ΔSOC温度数据更新存储器。
根据第三方面的一些实施方式，该装置是适用于佩戴在患者身上的医疗设备。
因此，已经描述了电池监测电路、包括此类电池监测器的装置以及对应方法的各种实施方案。各种实施方案提供对电池的危险监测。已知的跟踪电池老化和故障的技术可能是不准确的，并且增加了灾难性故障的风险。本公开的实施方案通过在充电动作期间监测电池温度，并且针对指定的电池荷电状态的变化检测异常的温度斜线上升，将温度升高与指示异常电池性能的数据进行比较，从而提高了监测准确度。
上文所公开的主题应被视为示例性的而非限制性的，并且所附权利要求书旨在涵盖落在权利要求书的真实范围内的所有此类修改、增强和其他实施方案。例如，ΔSOC数据可以各种形式进行存储。作为另一个示例，虽然测量电池温度和环境温度是优选的以便将温度变化适当地归因于充电动作，但是在环境温度不预期发生显著改变的一些实施例中，不测量环境温度并且温度变化仅基于电池温度读数。
因而，在法律允许的最大程度上，本发明的范围应该由以下权利要求书及其等同形式所容许的最宽泛解释来确定，并且不应受到前述详细说明的限制。

Claims (13)

1.一种用于监测电池的方法，用于针对异常状况对主机设备内的电池进行监测，所述方法包括：
确定在充电动作期间电池在处于所述电池的第一荷电状态SOC时的第一温度；
确定在所述充电动作期间所述电池在处于所述电池的第二SOC时的第二温度；
确定所述充电动作的当前ΔSOC；以及
访问在所述主机设备中保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器，并且确定针对处于所述当前ΔSOC的充电动作的电池温度升高是否异常，所述ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述电池的所述第一温度和所述第二温度是相对于在包括发热部件的主机系统内测量的环境温度执行的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
确定所述充电动作是否异常还基于所述电池的循环使用计数；并且
所述ΔSOC温度数据至少包括与针对多个循环使用计数的正常电池性能曲线相关联的第一数据，以及与针对所述电池的所述多个循环使用计数的异常电池性能曲线相关联的第二数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述存储器保存多个ΔSOC温度数据表，每个数据表与多种类型的电池中的相应一种类型的电池相关联；并且
访问所述存储器，包括基于所述电池的类型选择所述多个ΔSOC温度数据表中的一个数据表。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从通信地耦接到所述主机设备的外部设备接收与多个ΔSOC相关联的更新版本的所述ΔSOC温度数据；以及
利用所述更新版本的所述ΔSOC温度数据对所述存储器进行更新。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ΔSOC温度数据包括针对至少以下的数据：针对所述正常电池性能曲线和所述异常电池性能曲线两者均具有至少50％电荷增加的第一ΔSOC和针对所述正常电池性能曲线和所述异常电池性能曲线两者均具有至少60％电荷增加的第二ΔSOC。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述ΔSOC温度数据还包括针对以下的数据：针对所述正常电池性能曲线和所述异常电池性能曲线两者均小于50％的第三ΔSOC。
8.一种用于监测电池的集成电路，所述集成电路包括：
第一输入，所述第一输入用于接收与电池温度相关联的温度信号；
第二输入，所述第二输入用于接收电池电压；
非易失性存储器；和
危险检测电路，所述危险检测电路能够操作以：
确定在充电动作期间电池在处于所述电池的第一荷电状态SOC时的第一温度；
确定在所述充电动作期间所述电池在处于所述电池的第二SOC时的第二温度；
确定所述充电动作的当前ΔSOC；
基于所述第一温度和所述第二温度，确定针对处于所述当前ΔSOC的所述充电动作的电池温度升高比率；以及
访问主机设备中的保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器，并且确定处于所述当前ΔSOC的所述充电动作的所述电池温度升高比率是否异常，所述ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
9.根据权利要求8所述的集成电路，其中：
所述集成电路还包括电池循环使用计数器；并且
所述危险检测电路还基于所述电池循环使用计数器的当前值，确定所述充电动作是否异常。
10.根据权利要求8所述的集成电路，其中相对于所述电池的当前充电容量确定所述当前ΔSOC。
11.根据权利要求8所述的集成电路，其中确定所述电池的所述第一温度和所述第二温度是相对于在包括发热部件的主机系统内测量的环境温度执行的。
12.一种装置，所述装置包括：
便携式设备，所述便携式设备包括电池、由所述电池驱动的应用系统以及由所述电池驱动的至少一个发热部件；和
电池监测电路，所述电池监测电路包括热耦接到所述电池用于提供电池温度的第一温度传感器、用于提供环境温度的第二温度传感器、用于测量电池电压的电压监测器、非易失性存储器；和
危险检测电路，其中所述危险检测电路能够操作以：
确定在充电动作期间所述电池在处于电池的第一荷电状态SOC时的第一温度；
确定在所述充电动作期间所述电池在处于所述电池的第二SOC时的第二温度；
确定所述充电动作的当前ΔSOC；以及
访问保存与多个ΔSOC相关联的ΔSOC温度数据的存储器，并且确定处于所述当前ΔSOC的所述充电动作的电池温度升高是否异常，所述ΔSOC温度数据至少包括与正常电池性能曲线相关联的第一数据和与异常电池性能曲线相关联的第二数据。
13.根据权利要求12所述的装置，其中：
所述电池监测电路包括电池循环使用计数器，所述电池循环使用计数器耦接到适用于测量通过所述电池的电流的电流监测电路；并且
所述危险检测电路还基于所述电池的循环使用计数确定所述充电动作是否异常。
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