CN208334596U - 电池监测装置和电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池监测装置和电池模组。电池监测装置用于监视电池的剩余电量，其包括：电压检测单元，所述电压检测单元被配置为检测电池的电压并输出表示电池电压的电压信号；温度检测单元，所述温度检测单元被配置为检测电池的温度并输出表示电池温度的温度信号；处理单元，所述处理单元被配置为接收所述电压信号和所述温度信号，并确定在所检测的电池温度下，所检测的电池电压是否小于对应于所检测的电池温度的阈值电压。

Description

电池监测装置和电池模组

技术领域

本实用新型涉及电池，特别是涉及一种电池监测装置和电池模组。

背景技术

电池广泛地应用于各种场合。然而，电池电量有限，因此需要定期更换，以保证用电设备正常工作。在很多场合下，能准确检测电池剩余电量对用电设备的正常工作具有重要作用。

例如，锂亚硫酰氯(Li/SOCL₂)电池，是比能量较高的一种电池，具有放电电压平稳、适用温度范围宽等突出优点。因此，锂亚硫酰氯电池特别适合用于进行长期数据监控的设备。为了保证数据监控设备的正常工作，需要对电池剩余电量进行监测。然而，如何准确监测锂亚硫酰氯电池剩余电量这个问题，一直没有一种简单易行的有效解决方案能解决。

实用新型内容

本实用新型一方面提供了一种电池监测装置，用于监视电池的剩余电量，所述电池监测装置包括：电压检测单元，所述电压检测单元被配置为检测电池的电压并输出表示电池电压的电压信号；温度检测单元，所述温度检测单元被配置为检测电池的温度并输出表示电池温度的温度信号；处理单元，所述处理单元被配置为接收所述电压信号和所述温度信号，并确定在所检测的电池温度下，所检测的电池电压是否小于对应于所检测的电池温度的阈值电压。

在一个实施例中，所述电池监测装置还可以包括报警单元，所述报警单元接收所述处理单元的确定结果并根据所述处理单元的确定结果显示相应的状态。

在一个实施例中，所述报警单元可以包括发光装置、显示装置、振动装置和发声装置中的至少一项。

在一个实施例中，所述报警单元可以包括智能手机、计算机、远程监视器中的至少一项。

在一个实施例中，所述电压检测单元、所述温度检测单元、所述处理单元和所述报警单元可以集成为单一的独立装置。

在一个实施例中，所述阈值电压是根据电池的放电曲线和电压温度曲线确定的。特别是，所述阈值电压是在对应于某一温度的电池放电曲线上的一个拐点对应的电压，在所述拐点之后，电池的电压变化率大于预定值。

本实用新型另一方面提供了一种电池模组，包括电池和上述任一种电池监测装置。其中，所述电压检测单元与所述电池的正电极和负电极电连接。所述温度检测单元可以与所述电池接触，或者与所述电池不接触。

根据本实用新型的电池监测装置，特别是对于锂亚硫酰氯电池等剩余电量难以监测的电池，因为考虑了温度对电池放电性能的影响，所以能够更准确监测电池的剩余电量，确定剩余电量是否能够使用电设备继续正常工作。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型进行描述。附图仅仅涉及本实用新型的一些具体实施方式，而且也仅仅画出了与实现本实用新型技术方案有关的部分。简言之，提供附图的目的仅仅是为了对本实用新型的原理进行举例说明，不应理解为对本实用新型的保护范围进行限制。其中，

图1绘出的是锂亚硫酰氯电池的放电曲线图；

图2绘出的是锂亚硫酰氯电池的电压-电流关系随温度变化的曲线图；

图3绘出的是根据本实用新型一个实施例的电池监测装置的示意性结构框图；

图4绘出的是根据本实用新型一个实施例的电池监测装置的电路结构示意图。

附图标记列表：

100-电池监测装置

10-电压检测单元

12-电池

20-温度检测单元

30-处理单元

40-报警单元

42-指示器

具体实施方式

下面以监测用于数据监控设备的锂亚硫酰氯电池的剩余电量为例，结合附图描述根据本实用新型的具体实施例。

本领域技术人员应该清楚，具体实施例是为了解释本实用新型，而不是限制本实用新型。特别是，本实用新型不仅可以应用于锂亚硫酰氯电池，也可以同样应用于电压-电流曲线随温度变化的其他电池；而且，本实用新型可以用在任何需要对电池的剩余电量进行监测的场合，不限于数据监控设备。

当锂亚硫酰氯电池在数据监控设备中用作电源时，对其剩余电量的监测相当困难。

原因之一，为了降低电池功耗，数据监控设备一般采用间歇方式工作，即周期性休眠阶段和唤醒阶段。在休眠阶段，工作电流较小；在唤醒阶段，工作电流远高于休眠阶段的工作电流。唤醒阶段的工作时间远小于休眠阶段。

原因之二，锂亚硫酰氯电池的放电曲线在定负载条件下十分平缓，一般轻负载情况下在90％的电量放出之前，电压都维持在例如3.6V以上。在这之后，随着进一步放电的进行，电池电压开始急剧下降。

原因之三，锂亚硫酰氯电池的自放电率随环境温度的变化波动很大。

本实用新型提出的电池监测装置可以通过对锂亚硫酰氯电池的电压和温度同时进行检测，监视电池的电量是否低于正常工作所需的电量。

参见图1和图2。图1绘出的是锂亚硫酰氯电池的放电曲线图，即电池电压随时间变化的曲线。作为一个例子，图1是+20℃时，电池在不同内阻/放电电流的情况下放电的曲线。图2绘出的是锂亚硫酰氯电池的电压-电流关系随温度变化的曲线图，其中示出了-40℃、-20℃、+20℃、+55℃、+70℃时的电压-电流的关系。

如图1所示，锂亚硫酰氯电池在正常工作期间，电压变化很小。然而，一旦电量快耗尽时，电压会急剧下降。可以定义电压变化率为单位时间的电压变化量，或者电压对时间的导数。在图1所示的放电曲线中存在一个拐点：在该拐点前，电压变化率小；在该拐点后，电压变化率大。根据具体的应用领域和具体的设计要求，可以设定电压变化率的一个预定值，如果放电曲线上某个点的电压变化率大于该预定值，则可以确定该点是拐点或拐点之后的点。在对电池进行实时监测的情况下，可以将监测到的电压变化率大于等于该预定值的第一个点定义为拐点。也就是说，电池电压小于拐点电压时，可以认为电池电量不足，需要更换。

然而，如图2所示，当电池温度不同时，特别是对于锂亚硫酰氯电池，电池会表现出不同的电压-电流关系。这意味着，在不同的温度下，电池放电曲线会具有不同的拐点电压。

基于上述分析，可以在各种温度下对电池进行测试，获得相应温度下的拐点电压，即“阈值电压”。当然，可以进一步想到，对不同种类、不同型号的电池进行测试，以获得对应电池在各个温度下、各种放电条件下的阈值电压。

图3绘出了根据本实用新型一个实施例的电池监测装置的示意性结构框图，图4绘出了根据本实用新型一个实施例的电池监测装置的电路结构示意图。

如图3所示，根据本实用新型一个实施例的电池监测装置100包括电压检测单元10、温度检测单元20和处理单元30。在图示的这个实施例中，该电池监测装置100还包括报警单元40。

电压检测单元10被配置为检测电池12(见图4)的电压并输出表示电池电压的电压信号，温度检测单元20被配置为检测电池12的温度并输出表示电池温度的温度信号，处理单元30被配置为接收电压信号和温度信号，并确定在所检测的电池温度下，所检测的电池电压是否小于对应于所检测的电池温度的阈值电压。报警单元40接收处理单元30的确定结果，并根据该确定结果显示相应的状态。

如图4所示，电压检测单元10的一种示意性电路结构可以包括与待测量的电池12串联的限流电阻R1和分压电阻R2，以及与电阻R2并联的电容C1。从电阻R2提取的表示电池电压的电压信号被传送给处理单元30。因为电阻R1 和R2的数值是已知，所以处理单元30可以根据公知的电路计算得出电池12的电压。

在图4所示的示意性电路结构中，温度检测单元20也是一个分压电路，包括一个恒压源VCC和串联的两个电阻R3和R4。从电阻R4提取的电压信号被传送给处理单元30。电阻R4是热电阻，其电阻可以随着温度的变化而变化。电阻R4能够被，或者被，放置在电池12上面，与电池12相接触；也可以放置在电池12附近，不与电池12相接触。于是，从电阻R4中提取的电压变化，反映了电阻R4的变化，也就因此反映了电池12温度的变化。因此，温度检测单元20输出的信号是表示电池温度的温度信号。

处理单元30可以是任何能够对接收到的信号进行处理的装置，包括但不限于微处理器、单片机、可编程阵列、工控机、计算机，等等。处理单元30 可以通过软件或者固件对从电压检测单元10接收的电压信号和从温度检测单元20接收的温度信号进行处理，计算出电池12的当前电压和当前温度。处理单元30进一步根据预先存储的阈值电压表，将当前电压与对应于当前温度的阈值电压进行比较。如果当前电压小于当前温度下的阈值电压，则处理单元3 0确定当前电压还没有到达拐点电压，电池的剩余电量仍足以满足例如数据监控设备等用电设备的正常工作。如果当前电压不小于(即大于等于)当前温度下的阈值电压，则处理单元30确定当前电压已经达到(或超过)拐点电压，电池的剩余电量无法供数据监控设备等用电设备继续正常工作。

根据本实用新型的电池监测装置，特别是对于锂亚硫酰氯电池等剩余电量难以监测的电池，因为考虑了温度对电池放电性能的影响，所以能够更准确监测电池的剩余电量，确定剩余电量是否能够使用电设备继续正常工作。

根据本实用新型的一个实施例，电压检测单元10、温度检测单元20和处理单元30可以被集成在一个装置中，形成单件式电池监测装置。该装置可以被安装在例如数据监控设备中，用于对电池的剩余电量进行监测。

根据本实用新型的一个实施例，电压检测单元10、温度检测单元20和处理单元30可以是分立的。

根据本实用新型的一个实施例，这些单元可以是数据监控设备中的相关器件。

在图4所示的示意性例子中，报警单元40包括发光装置42，例如LED。如上所述，处理单元30根据接收的温度信号和电压信号，可以有两种确定结果：电池可以继续使用和电池不可以继续使用。在一个实施例中，当处理单元30确定电池12可以继续使用时，不向报警单元40发送信号，或者发送表示正常工作的信号。这时，报警单元40为不工作状态，或者保持一种通常状态。例如，在电池12能够正常工作时，发光装置12不发光，或者平稳地发光，或者发出例如绿色等某一种颜色的光。当处理单元30确定电池12不可以继续使用，应该进行更换时，处理单元30向报警单元40发送表示异常的信号。这时，报警单元40转入工作状态，或者转入一种非通常状态。例如，在需要更换电池12时，发光装置12发光，或者闪烁，或者发出例如红色等醒目的光。

在一个实施例中，报警单元40可以与电压检测单元10、温度检测单元20、处理单元30集成在一起，共同构成一个独立产品。

在一个实施例中，作为补充或者替代方式，报警单元40可以包括数据监控设备等用电设备中的报警单元。

在一个实施例中，作为补充或者替代方式，报警单元40可以包括安装在相关技术人员或管理人员认为有必要的任何地方的报警装置，例如可以包括远程监视器。作为补充或者替代方式，报警单元40可以包括智能手机、计算机。远程报警单元或者报警单元中的远程报警装置，可以通过有线或者无线的方式与处理单元30通信。

本领域技术人员应该理解，图4仅仅是本实用新型一种可能实现方式的示意性表达。而且，本实用新型关注的并不是如何检测电池电压、如何检测电池温度以及如何发出报警信息这些技术本身。因此，相关技术领域中可以用来测量电池电压、测量电池温度以及提供报警信息的技术，都可以用在本实用新型中。

例如，作为补充或者替代方式，报警单元40可以包括显示装置和/或振动装置和/或发声装置。例如，可以通过显示装置向相关人员显示图像或者文本，告知电池的状态，以及/或者提醒相应的操作。例如，可以通过振动装置发出振动，提醒相关人员更换电池。例如，通过各种声响或者语音告知相关人员电池的状态，以及/或者提醒相应的操作。

例如，根据具体应用场合对检测精度的不同要求，温度检测单元可以使用热电偶等模拟温度传感器，也可以使用硅温度传感器等数字温度传感器。

例如，可以将待监测电池的阈值电压信息以及/或者相关的处理程序，在现场通过键盘、优盘接口等输入装置输入给处理单元；或者，通过网络下载到处理单元。

作为本实用新型的一种应用，可以将根据本实用新型的电池监测装置与待监测的电池组装成电池模组，其中，电压检测单元与电池的正电极和负电极电连接。温度检测单元根据温度检测原理，可以接触电池，也可以不接触电池。这种电池模组可以是单件式的独立产品，包括上述的电压检测单元、温度检测单元、处理单元以及报警单元；也可以包括例如电压检测单元和温度检测单元。在后者的情况下，电池模组包括与单独的处理单元和报警单元通信的接口。

上面以举例的方式对本实用新型进行了说明。上述说明不构成对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在阅读了上述说明后，可以想到本实用新型还可以以其他各种方式实现，可以对上述实施例进行各种的修改、改进或替换。

Claims (10)

1.一种电池监测装置(100)，用于监视电池的剩余电量，其特征在于，所述电池监测装置(100)包括：

-电压检测单元(10)，所述电压检测单元(10)被配置为检测电池(12)的电压并输出表示电池电压的电压信号；

-温度检测单元(20)，所述温度检测单元(20)被配置为检测电池(12)的温度并输出表示电池温度的温度信号；

-处理单元(30)，所述处理单元(30)被配置为接收所述电压信号和所述温度信号，并确定在所检测的电池温度下，所检测的电池电压是否小于对应于所检测的电池温度的阈值电压。

2.根据权利要求1所述的电池监测装置(100)，其特征在于，所述电池监测装置(100)还包括：

-报警单元(40)，所述报警单元接收所述处理单元(30)的确定结果并根据所述处理单元(30)的确定结果显示相应的状态。

3.根据权利要求2所述的电池监测装置(100)，其特征在于，所述报警单元(40)包括下述装置中的至少一项：

-发光装置(42)，

-显示装置，

-振动装置，

-发声装置。

4.根据权利要求2所述的电池监测装置(100)，其特征在于，所述报警单元(40)包括下述装置中的至少一项：

-智能手机，

-计算机，

-远程监视器。

5.根据权利要求2所述的电池监测装置(100)，其特征在于，所述电压检测单元(10)、所述温度检测单元(20)、所述处理单元(30)和所述报警单元(40)集成为单一的独立装置。

6.根据权利要求1所述的电池监测装置(100)，其特征在于，所述阈值电压是根据电池的放电曲线和电压温度曲线确定的。

7.根据权利要求6所述的电池监测装置(100)，其特征在于，所述阈值电压是在对应于某一温度的电池放电曲线上的一个拐点对应的电压，在所述拐点之后，电池的电压变化率大于预定值。

8.一种电池模组，包括电池，其特征在于，所述电池模组还包括根据权利要求1到7中任一项所述的电池监测装置(100)，其中，所述电压检测单元(10)与所述电池的正电极和负电极电连接。

9.根据权利要求8所述的电池模组，其特征在于，所述温度检测单元(20)与所述电池接触。

10.根据权利要求9所述的电池模组，其特征在于，所述温度检测单元(20)与所述电池不接触。