背景技术：
本公开涉及电池保护系统和方法。
技术实现要素：
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
在一个方面，一种电池保护系统包括：第一保护电路，该第一保护电路被配置为检测电池输出电压的值并且当电池输出电压的值达到或下降到低于第一阈值时将电池的输出与负载断开；以及第二保护电路，该第二保护电路被配置为检测电池输出电压的值并且当电池输出电压的值达到或下降到低于第二阈值时将电池输出与负载断开，其中第一阈值基本上等于第二阈值。
实施方案可包括以下特征中的一个特征，或它们的任何组合。第一阈值可在由第一公差限定的第一范围内，其中第二阈值可在由第二公差限定的第二范围内，其中第一范围的上界在第二范围的下界的十分之一伏内。第一范围和第二范围可重叠。第一范围可与第二范围的主要部分重叠。第一范围和第二范围可为共延的。第一阈值和第二阈值可各自低于3.1v。
实施方案可包括以下特征中的一个特征，或它们的任何组合。第二保护电路可设置在第一保护电路和电池之间，使得当电池输出电压的值下降到低于第二阈值时，第一保护电路与电池断开。第二阈值可高于第一阈值。
在另一方面，一种电池保护系统可包括：第一保护电路，该第一保护电路被配置为检测电池输出电压的值并且当电池输出电压的值达到或下降到低于第一阈值时将电池的输出与负载断开；以及第二保护电路，该第二保护电路被配置为检测电池输出电压的值并且当电池输出电压的值达到或下降到低于第二阈值时将电池输出与负载断开，其中第二保护电路设置在第一保护电路和电池之间，使得当电池的电压下降到低于第二阈值时，第一保护电路与电池断开，并且其中第二阈值高于第一电压值。
实施方案可包括以下特征中的一个特征，或它们的任何组合。第一阈值可在由第一公差限定的第一范围内，其中第二阈值可在由第二公差限定的第二范围内，其中第一范围和第二范围重叠。第一范围可与第二范围的主要部分重叠。电池可为锂离子电池。第一阈值和第二阈值可各自低于3.1v。
在另一方面，一种保护电池的方法可包括以下步骤：由第一保护电路测量电池输出电压的值；将电池输出电压的值与第一阈值进行比较；在确定电池输出电压的所测量的值基本上等于或低于第一阈值时，将电池输出与负载断开；由第二保护电路测量电池输出电压的值；将电池输出电压与第二阈值进行比较；以及在确定电池输出电压的所测量的值基本上等于或低于第二阈值时，将电池输出与负载断开，其中第一阈值基本上等于第二阈值。
实施方案可包括以下特征中的一个特征，或它们的任何组合。第一阈值可在由第一公差限定的第一范围内，其中第二阈值可在由第二公差限定的第二范围内，其中第一范围的上界在第二范围的下界的十分之一伏内。第一范围和第二范围可重叠。第一范围可与第二范围的主要部分重叠。第一范围和第二范围可为共延的。第一阈值和第二阈值可各自低于3.1v。
实施方案可包括以下特征中的一个特征，或它们的任何组合。第二保护电路可设置在第一保护电路和电池之间，使得当电池输出电压的值下降到低于第二阈值时，第一保护电路与电池断开。
附图说明
图1为用于电池保护的示例性系统的示意图。
图2为示例性欠压保护电路的示意图。
图3为示例性电池放电曲线的曲线图。
具体实施方式
某些类型的电池(诸如锂离子电池)可能无法放电超过本公开中称为抑制电压的特定电压。电池放电超过抑制电压将导致电池寿命的急剧下降，并且在放电超过抑制电压后对电池再充电可能是不安全的。保护系统通常与电池一起使用，以在电池达到抑制电压之前将电池与负载断开。然而，即使在一个保护电路已将电池与负载断开之后，采用了两个保护电路的保护系统仍继续消耗相对高水平的电流。因此，即使电池已与负载断开，电池仍可相对快速地达到抑制电压。因此，在本领域中需要一种以较低速率消耗电流的保护系统。
图1示出了电池保护系统10的示意图，该电池保护系统包括电池12、第一保护电路14和第二保护电路16。第一保护电路14和第二保护电路16各自设置在电池12和负载(未示出)之间并且各自被配置为如果电池单元的所测量的电压下降到低于预定值，则将电池12与负载断开。第一保护电路14和第二保护电路16中的每一个进入断开状态的预定值可基本上相等。
电池12可为任何需要管理欠压状况的电池，该欠压状况即电池单元不能降低于此的电压。例如，当电池的电压输出下降到低于比抑制电压v抑制高的水平时，可发生欠压状况。出于本发明的目的，抑制电压v抑制为如下电压，高于该电压时，单元可安全充电。该电压通常为每电池单元2.4v左右；然而，对于不同类型的电池，该电压可增大或减小。电池12可为表现出此抑制电压的任何类型的电池，诸如锂离子电池或铅-酸电池。电池12可包括一个或多个单元。如果电池12具有多于一个单元，则可采用多保护系统10(例如，图1的保护电路14和保护电路16)，各自分别保护一个单元；然而，在其他实施方案中，多个单元可采用一个保护系统10。
在图1的示例中，其中使用了多保护系统10，第一保护电路14和第二保护电路16各自被配置为测量电池的输出电压v输出并且将该电压与预定阈值进行比较。如下面所讨论的，这些预定阈值可基本上相等。如果电池12的输出电压v输出降低到低于预定阈值，则保护电路中的一个或两个将电池与负载断开，以便防止由于与负载连接而导致单元的进一步放电。
图2描绘了例示性保护电路的拓扑结构的简化示意图。如图所示，保护电路14可包括例如控制器18，该控制器被配置为测量电池12的输入端子20处的电压。控制器18可监视端子20处的电压，将该电压与预定阈值(其可为抑制电压或比抑制电压高的电压)进行比较。如果端子20处的电压下降到低于预定阈值，则电池与负载断开。电池12与负载断开可通过例如设置在电池12和保护电路15之间的开关22来实现，可控制该开关以将电池与负载断开。图2所示的拓扑结构仅用于示例的目的，并且可使用任何其他拓扑结构。例如，开关22不必在控制器18的外部，而是作为控制器18的集成电路的一部分被包括在内。在另一示例中，控制器18可为比较器电路，其被配置为测量电压输出v输出何时下降到低于预定阈值。
图3描绘了电池12的示例性电池放电曲线的曲线图。曲线图的x轴表示电池12的电荷，范围为q满至q抑制，而y轴表示电池12的单元的电压，范围为v满至v抑制，其与给定电荷相关。值q抑制和v抑制分别表示电池可安全再充电的最小电荷和最小电压。。
图3的曲线图上还标记了第一保护电路14和第二保护电路16的相对保护电压，分别表示为vuvpa和vuvpb。第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb分别与电荷quvpa和相关。如图3中的曲线图所示，第一保护阈值vuvpa高于vuvpb。
假设图1中所示的保护电路的配置，一旦电池12的输出电压v输出已下降到低于第一保护阈值vuvpa，则第一保护电路14将断开。然而，由于第二保护阈值vuvpb低于第一保护阈值vuvpa，因此第二保护电路16不会断开并且因此将保持可操作，直到电压输出v输出达到第二保护阈值vuvpb。保护电路当处于断开状态时，消耗少量电流i泄漏，而当不处于断开状态时，消耗大量电流i操作。因此，当输出电压v输出在第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb之间时，第一保护电路14将消耗电流i泄漏a，而第二保护电路16将消耗i操作b。因此，电池12的电荷将在公式(1)所定义的时间段tab内从quvpa下降到quvpb：
一旦输出电压v输出降至第二保护阈值vuvpb，则第一保护电路14将停止消耗电流，因为设置在第一保护电路14和电池12之间的第二保护电路16断开。这意味着仅第二保护电路16会消耗电流，并且电池12将以i泄漏b所定义的较低速率失去电荷。实际上，电池12的电荷将在由公式(2)定义的时间段tbinh内从第二保护电路16的阈值处的电荷quvpb下降到抑制电荷q抑制：
在该示例中，电池的贮藏寿命(其定义为一旦电池12的电荷降至quvpa，直到电池达到抑制电荷q抑制之前，电池12在不充电的情况下可能剩余的时间tainh)可记为公式(1)和公式(2)的总和：
更一般地说，贮藏寿命是从第一保护电路14或第二保护电路16断开直到电池的电压降至低于抑制电压v抑制并且因此不能安全再充电的时间为止的时间。
通过允许第二保护电路16在时间tab期间保持操作(即，不处于断开状态)，可缩短贮藏寿命，因为第二保护电路16继续不必要地汲取电流。因此，为了增加贮藏寿命，可将quvpa的值设置为相对接近quvpb，以使保护电路同时汲取电流的时间最小化。为了将quvpa设置为接近quvpb，必须将第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb设置为相对接近。实际上，第二保护阈值vuvpb越接近第一保护阈值vuvpa，电池12的贮藏寿命就越大，因为这两个保护电路14、16消耗电流的时间缩短了。
因此，通过将第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb设置为基本上相等，可使电池的贮藏寿命最大化。在一个示例中，基本上相等意味着阈值电压在彼此的十分之一伏内。
每个保护电路14和16的阈值电压都可仅被设置为与如制造商所确定的保护电路14、16的公差将允许的一样接近。在一个方面，这些公差限定阈值电压可能下降的值的范围。例如，如果第一保护电路14具有3.1v的第一保护阈值和±0.1v的公差并且第二保护电路16具有2.9v的第二保护阈值和±0.1v的公差，则一旦制造，由于公差，第一保护电路可具有3.0v的阈值，而第二保护电路也具有3.0v的第二保护阈值。因此，在该示例中，由于公差，第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb基本上相等。因此，如果电压的下限阈值范围的上界在电压的上限阈值范围的下界的十分之一伏内(每个阈值的界限由与每个阈值相关联的相应公差限定)，则任何两个保护电路都可具有基本上相等的保护电压。例如，如果第一保护阈值vuvpa被设置为2.8伏并且第二保护阈值vuvpb被设置为3.1伏，并且各自具有±0.1v的公差，则第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb将基本上相等，因为vuvpa的上界(2.9v)在第二保护阈值vuvpb的下界(3.0v)的十分之一伏内。
在一个实施方案中，第一保护电路14和第二保护电路16的阈值电压可被设置为使得每个电路的潜在阈值电压的范围(如由它们的相应公差所限定)重叠。在另一实施方案中，第一保护电路14或第二保护电路16中的一个的阈值电压范围可与另一个的大部分范围重叠。例如，如果第一保护电路14具有3.0v的第一保护阈值并且第二保护电路16具有2.95v的第二保护阈值，该第一保护阈值和第二保护阈值各自具有±0.1v的公差，则第一保护阈值的值可落入2.9v-3.1v的范围内，而第二保护阈值可落入2.85v-3.05v的范围内。因此，这些范围因此与彼此的主要部分重叠。实际上，如果保护电路具有相同的公差，则每个保护电路的范围将与另一个保护电路的大部分范围重叠。
在又一个实施方案中，公差的范围可为共延的。如果这两个保护电路都具有相同的公差并且阈值被设置为彼此相等，则将发生这种情况。例如，第一保护阈值可被设置为3.1v并且第二保护阈值也可被设置为3.1v。如果这两个保护电路都具有相同的公差，则第一保护电路14和第二保护电路16中的每一个的范围都将为共延的。
在一个实施方案中，第二保护电路16的阈值可被设置为高于第一保护电路14的阈值。由于第二保护电路16设置在第一保护电路14和电池12之间，因此这将确保，只要这两个保护电路都正常操作，第一保护电路14就将在第二保护电路16进入断开状态之后与电池断开，使得第一保护电路14停止消耗电流。因此，在任何时间点，一个保护电路都不会继续吸取电池12的电流，而另一保护电路则断开。
由于这些范围被设置得相对接近，因而延长了电池的贮藏寿命，因此每个保护电路的阈值都可被设置为较低的电压，以延长电池的操作时间，同时仍保持高的贮藏寿命。例如，如果在图1的示例中，第一保护阈值vuvpa(其对应于保护电路16)被设置为3.5v并且第二保护阈值vuvpb被设置为2.7v(其对应于保护电路14)，则这将产生因第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb之间的间隙而缩短的贮藏寿命。将第二保护阈值vuvpb设置为基本上等于第一保护阈值vuvpa将会增加贮藏寿命，因为这两个保护电路都操作了缩短的时间段。因此，可将第一保护阈值vuvpa和第二保护阈值vuvpb各自设置得更低以增加电池12的操作时间，同时仍保持原始的贮藏寿命。例如，可将第一保护阈值vuvpa和vuvpb两者都设置为小于或等于3.1v，同时仍保持贮藏寿命。
虽然本文已描述和示出了若干发明实施方案，但本领域的普通技术人员将易于设想用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或优点中的一个或多个的多种其他装置和/或结构，并且此类变型和/或修改中的每一个都被视为在本文所述的发明实施方案的范围内。更一般地，本领域的技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置都旨在为示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用发明教导内容的一个或多个具体应用。本领域的技术人员将认识到或仅使用常规实验就能够确定本文所述的具体的发明实施方案的许多等同物。因此，应当理解，上述实施方案仅以举例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践发明实施方案。本公开的发明实施方案涉及本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。此外，如果此类特征、系统、制品、材料和/或方法不是相互不一致的，则两个或更多个此类特征、系统、制品、材料和/或方法的任何组合都包括在本公开的发明范围内。
1.一种电池保护系统，所述电池保护系统包括：
第一保护电路，所述第一保护电路被配置为检测电池输出电压的值并且当所述电池输出电压的所述值达到或下降到低于第一阈值时将所述电池的输出与负载断开；和
第二保护电路，所述第二保护电路被配置为检测所述电池输出电压的所述值并且当所述电池输出电压的所述值达到或下降到低于第二阈值时将所述电池输出与所述负载断开，其中所述第一阈值实质上等于所述第二阈值。
2.根据权利要求1所述的电池保护系统，其中所述第一阈值在由第一公差限定的第一范围内，其中所述第二阈值在由第二公差限定的第二范围内，其中所述第一范围的上界在所述第二范围的下界的十分之一伏内。
3.根据权利要求2所述的电池保护系统，其中所述第一范围和所述第二范围重叠。
4.根据权利要求3所述的电池保护系统，其中所述第一范围与所述第二范围的主要部分重叠。
5.根据权利要求3所述的电池保护系统，其中所述第一范围和所述第二范围为实质上共延的。
6.根据权利要求1所述的电池保护系统，其中所述第二保护电路设置在所述第一保护电路和所述电池之间，使得当所述电池输出电压的所述值下降到低于所述第二阈值时，所述第一保护电路与所述电池断开。
7.根据权利要求6所述的电池保护系统，其中所述第二阈值高于所述第一阈值。
8.根据权利要求1所述的电池保护系统，所述第一阈值和所述第二阈值各自低于3.1v。
9.一种电池保护系统，所述电池保护系统包括：
第一保护电路，所述第一保护电路被配置为检测电池输出电压的值并且当所述电池输出电压的所述值达到或下降到低于第一阈值时将所述电池的输出与负载断开；和
第二保护电路，所述第二保护电路被配置为检测所述电池输出电压的所述值并且当所述电池输出电压的所述值达到或下降到低于第二阈值时将所述电池输出与所述负载断开，其中所述第二保护电路设置在所述第一保护电路和所述电池之间，使得当所述电池的所述电压下降到低于所述第二阈值时所述第一保护电路与所述电池断开，并且其中所述第二阈值高于第一电压值。
10.根据权利要求9所述的电池保护系统，其中所述第一阈值在由第一公差限定的第一范围内，其中所述第二阈值在由第二公差限定的第二范围内，其中所述第一范围和所述第二范围重叠。
11.根据权利要求10所述的电池保护系统，其中所述第一范围与所述第二范围的主要部分重叠。
12.根据权利要求10所述的电池保护系统，其中所述电池为锂离子电池。
13.根据权利要求9所述的电池保护系统，其中所述第一阈值和所述第二阈值各自低于3.1v。
14.一种保护电池的方法，所述方法包括以下步骤：
由第一保护电路测量电池输出电压的值；
将所述电池输出电压的所述值与第一阈值进行比较；
在确定所述电池输出电压的所测量的值实质上等于或低于所述第一阈值时，将电池输出与负载断开；
由第二保护电路测量所述电池输出电压的所述值；
将所述电池输出电压与第二阈值进行比较；以及
在确定所述电池输出电压的所测量的值实质上等于或低于所述第二阈值时，将所述电池输出与所述负载断开，其中所述第一阈值实质上等于所述第二阈值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一阈值在由第一公差限定的第一范围内，其中所述第二阈值在由第二公差限定的第二范围内，其中所述第一范围的上界在所述第二范围的下界的十分之一伏内。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一范围和所述第二范围重叠。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一范围与所述第二范围的主要部分重叠。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一范围和所述第二范围为实质上共延的。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二保护电路设置在所述第一保护电路和所述电池之间，使得当所述电池输出电压的所述值下降到低于所述第二阈值时所述第一保护电路与所述电池断开。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一阈值和所述第二阈值各自低于3.1v。
技术总结