CN109818111B - 一种电池***和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电池***，包括电芯和保护电路，所述电芯和所述保护电路串联，所述电芯具有第一阻值，所述保护电路具有第二阻值，所述第二阻值随着温度的升高而增大。所述电池***，在环境温度不断升高的同时，保护电路的阻值也不断增大，从而减小通过所述保护电路的电流，也即通过所述电芯的电流，减少电池***的产热，防止温度升高过快发展至热失控；由于保护电路的阻值是随环境温度变化增大，而不是在温度达到某特定值时一次性趋向于无穷大而断开通路，因此所述电池***对环境温度具有一定的耐受性，在环境温度不断升高的同时逐步减小内部电流，在不会轻易触发断路保护的前提下，有效避免热失控情况的发生。

Description

一种电池***和电子设备
技术领域
本申请涉及电池管理技术，更具体的说，是涉及一种电池***和电子设备。
背景技术
电池广泛用于各种电子产品，对电池的管理是各厂商非常关注的问题。
发明内容
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种电池***，包括电芯、保护电路；
所述电芯和所述保护电路串联；
所述电芯具有第一阻值；
所述保护电路具有第二阻值；
所述第二阻值随着温度的升高而增大。
可选的，所述保护电路的所述第二阻值随温度的升高呈阶梯式增大，每一阶梯阻值对应一个温度区间，在温度达到预设值时，所述第二阻值趋向于无穷大，所述保护电路断路。
可选的，所述保护电路至少包括并联的第一电路与第二电路；
所述第一电路和/或所述第二电路为随环境温度变化而改变连接状态的电路；
所述第一电路在第一连接状态下，所述第一电路的第一支路接通，所述第一电路第二支路断开；
所述第一电路在第二连接状态下，所述第一电路的第一支路断开，所述第二支路接通，所述第二支路包括热敏电阻；
所述第一连接状态和所述第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第二连接状态的环境温度大于所述第一连接状态的环境温度。
可选的，所述保护电路包括输入端和输出端，所述第一电路包括开关；
所述第一电路在第一连接状态下，所述开关的两端分别连接所述输入端和所述输出端，所述热敏电阻的第一端为自由端，第二端连接所述输入端或输出端。
可选的，所述第一电路包括双金属片；
所述第一电路在其第二连接状态下，所述双金属片与所述热敏电阻串联在所述输入端和所述输出端之间。
可选的，所述第二电路在其第一连接状态下，所述第二电路的第一支路导通，所述第二电路的第二支路断开；
所述第二电路在其第二连接状态下，所述第二电路的第一支路断开，所述第二电路的第二支路导通，所述第二电路的第二支路包括热敏电阻；
所述第二电路的第一连接状态与其第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第二电路的第二连接状态的环境温度大于其一连接状态的环境温度。
可选的，所述第二电路包括双金属片开关；
所述第二电路在其第一连接状态下，所述双金属片开关闭合；
所述第二电路在其第二连接状态下，所述双金属片开关断开。
可选的，所述保护电路包括输入端和输出端，则还包括：
第三电路，所述第三电路为随环境温度变化而改变连接状态的电路；
所述第三电路的第一端为自由端，第二端连接所述输入端或所述输出端；
所述第二电路在其第二连接状态下，所述双金属片开关与所述第三电路的自由端接通；
所述第三电路在其第一连接状态下，所述第三电路的第一支路导通，所述第三电路的第二支路断开；
所述第三电路在其第二连接状态下，所述第三电路的第一支路断开，所述第三电路的第二支路导通，所述第三电路的第二支路包括热敏电阻；
所述第三电路的第一连接状态与其第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第三电路的第二连接状态的环境温度大于其第一连接状态的环境温度。
一种电子设备，所述电子设备包括上述任意一种电池***。
可选的，所述电子设备为笔记本电脑、手机或PAD。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本申请实施例公开了一种电池***，包括电芯和保护电路，所述电芯和所述保护电路串联，所述电芯具有第一阻值，所述保护电路具有第二阻值，所述第二阻值随着温度的升高而增大。所述电池***，在环境温度不断升高的同时，保护电路的阻值也不断增大，从而减小通过所述保护电路的电流，也即通过所述电芯的电流，减少电池***的产热，防止温度升高过快发展至热失控；由于保护电路的阻值是随环境温度变化增大，而不是在温度达到某特定值时一次性趋向于无穷大而断开通路，因此所述电池***对环境温度具有一定的耐受性，在环境温度不断升高的同时逐步减小内部电流，在不会轻易触发断路保护的前提下，有效避免热失控情况的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的电池***的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的TCO保护原理示意图；
图3为本申请实施例公开的一种保护电路的电路结构图；
图4为本申请实施例公开的另一种保护电路的电路结构图；
图5为本申请实施例公开的又一种保护电路的结构示意图；
图6为本发明实施例公开的保护电路工作原理过程示意图；
图7为本发明实施例公开的与图6所示过程对应的阻值-温度变化曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例公开的电池***的结构示意图，参见图1所示，所述电池***10包括电芯20和保护电路30。其中，所述电芯20具有第一阻值R1，所述保护电路30具有第二阻值R2，所述第二阻值随着温度的升高而增大。
其中，所述第一电阻R1可以为所述电芯20的直流电阻。
所述保护电路30的具体结构可以有多种实现形式，本实施例中，并不对所述保护电路30的结构做具体限定，只需要保证所述保护电路30的第二阻值R2可以随温度的升高而逐步变大即可。在下面的实施例中，将会对所述保护电路30的具体结构进行示例性的介绍，在此不再过多陈述。
具体的，所述保护电路30的第二阻值R2随温度的升高而增大，并不类似于一些已有的热敏电阻，在温度较低时，可以正常通过电流，而在温度达到某个数值时，阻值突增到无穷大，使得其通路的电流徒减至接近0。本实施例中，所述保护电路30的第二阻值R2不会随温度的升高而骤增至无穷大，而是可以分步的逐渐增大，这样，与所述保护电路30串联的电芯20中通过的电流也会逐步减小，而不是一下就降低到0。
本实施例所述电池***，在环境温度不断升高的同时，保护电路的阻值也不断增大，从而逐步减小通过所述保护电路的电流，也即通过所述电芯的电流，减少电池***的产热，防止温度升高过快发展至热失控；由于保护电路的阻值是随环境温度变化增大，而不是在温度达到某特定值时一次性趋向于无穷大而断开通路，因此所述电池***对环境温度具有一定的耐受性，在环境温度不断升高的同时逐步减小内部电流，在不会轻易触发断路保护的前提下，有效避免热失控情况的发生。
上述实施例中已经介绍到所述保护电路30的第二电阻R2可以随温度的升高而增大，具体的，其实现形式可以包括：所述保护电路30的所述第二阻值R2随温度的升高呈阶梯式增大，每一阶梯阻值对应一个温度区间，在温度达到预设值时，所述第二阻值趋向于无穷大，所述保护电路断路。
例如，在15-30摄氏度区间内，所述保护电路30的第二电阻R2的阻值为5欧姆，在30-40摄氏度区间内，所述保护电路30的第二电阻R2的阻值为15欧姆，在40-50摄氏度区间内，所述保护电路30的第二电阻R2的阻值为80欧姆，在50摄氏度以上区间，所述保护电路30的第二电阻R2趋向于正无穷。当然，这里介绍的例子只是为了帮助理解所述第二阻值R2随温度的升高呈阶梯式增大的过程，在实际应用中，上述例子中的数值不具备任何指导意义。
所述保护电路30中可以包括TCO(ThermalCut-Pff，热切断)保护结构。TCO保护原理是基于双金属片Bi-metal的开关器件。图2为TCO保护原理图，结合图2所示，当温度或者电流较低时，双金属片呈现初始的弯曲状态，金属臂作为一个小电阻(mohm级别)连接到电路中，PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数，可理解为热敏电阻)和双金属片为开路状态，不连接到电路中；当温度或者电流达到了一定值时，由于双金属片中的两种金属热膨胀系数不同，双金属片会反向，弹开金属臂，使金属臂断路，同时双金属片会连接PTC，形成一个回路，此时，电池电流降低到mA级别。当电流温度降低到一定值时，双金属片又会恢复到初始的弯曲状态。
当然，上述TCO保护结构只是一个示意性的示例，在实际应用中，还可以采用一些电器元件配合一定的电路设计来实现所述第二阻值R2随温度的升高而增大的技术目的。本实施例中，所述保护电路的所述第二阻值随温度的升高呈阶梯式增大，使得所述电芯中通过的电流也阶梯式的减小，从而减少***产热，在不会轻易触发断路保护的前提下，有效避免热失控情况的发生。
在一个具体的实现中，所述保护电路30的具体结构可参见图3，图3为本申请实施例公开的一种保护电路的电路结构图，如图3所示，所述保护电路30至少包括：并联的第一电路31与第二电路32。
其中，所述第一电路31和/或所述第二电路32为随环境温度变化而改变连接状态的电路。
所述第一电路在第一连接状态下，所述第一电路31的第一支路接通；
所述第一电路在第二连接状态下，所述第一电路31的第一支路断开；
所述第二支路包括热敏电阻PTC1；
所述第一连接状态和所述第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第二连接状态的环境温度大于所述第一连接状态的环境温度。
在具体实现中，可以是单独的所述第一电路31或所述第二电路32可以随环境温度变化改变连接状态，或是所述第一电路31和所述第二电路32都可以随环境温度变化改变自身的连接状态。需要说明的是，若所述第一电路31和所述第二电路32都可以随环境温度变化改变自身的连接状态，所述第一电路31和所述第二电路32改变连接状态对应的温度值不同。
具体地，所述保护电路30可以包括输入端和输出端，所述第一电路31包括开关，其中，所述开关可以为双金属片开关K1；
所述第一电路31在第一连接状态下，所述双金属片开关K1的两端分别连接所述输入端和所述输出端，所述热敏电阻PTC的两端分别连接所述输入端和所述输出端。
所述第一电路31在其第二连接状态下，所述双金属片开关K1弹开，所述第一电路的第一支路断开。
本实施例中，所述第一电路31可以包括两个支路，在第一连接状态下所述第一电路的第一支路通过双金属片开关K1接通；在第二连接状态下，所述第一电路的第一支路断开；所述第二支路包括热敏电阻PTC1；所述第二电路32包括双金属片开关K2，所述第二电路32在其第一连接状态下，所述双金属片K2开关闭合；所述第二电路32在其第二连接状态下，所述双金属片开关K2断开。需要说明的是，所述双金属片开关K2断开后可以搭空，即不连接任何线路，也可以连接其他的线路。
结合图3，在温度较低时，所述双金属片K1闭合，所述第一支路导通(第一连接状态)；在温度达到某特定值时，所述双金属片开关K1受热变形，弹动至与所述第一电路31的所述第一支路断开。由于所述第二支路包括热敏电阻PTC1，温度越高所述热敏电阻PTC1阻值越大，则所述第一电路31的阻值变大；由于所述第一电路31和所述第二电路32并联，在所述第一电路31阻值变大的情况下，所述保护电路30整体的电阻变大，整体通过的电流变小，从而减少了***产热。
本实施例中，所述双金属片开关K2的变形温度值可以大于所述双金属片开关K1的变形温度值，这样，在所述第一电路31的阻值变大后，所述保护电路30整体通过电流变小，当温度继续上升至某个数值时，所述第二电路32的双金属片开关K2也受热变形，弹开至与所述第二电路断路，进而所述保护电路的整体电阻变得更大，整体通过电流更小。
图4为本申请实施例公开的另一种保护电路的电路结构图，参见图4所示，在其他的实现方式中，所述第二电路32的具体结构可以与图3中所述第一电路31的结构相同，由此，所述第二电路在其第一连接状态下，所述第二电路的第一支路导通；所述第二电路在其第二连接状态下，所述第二电路的第一支路断开；所述第二电路的第二支路包括热敏电阻PTC2；所述第二电路的第一连接状态与其第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第二电路的第二连接状态的环境温度大于其一连接状态的环境温度。
本实施例中，所述第一电路31中的所述双金属片开关K1与所述第二电路中的所述双金属片开关K2受热变形的温度值不同。例如，所述双金属片开关K2受热变形的温度值大于所述双金属片开关K1受热变形的温度值，这样，当环境温度上升到某数值时，所述第一电路31中的双金属片开关K1受热变形弹开，所述第一电路31的第一支路断路；当环境温度继续升高到另一个数值时，所述第二电路32中的双金属片开关K2受热变形弹开，所述第二电路32的第一支路也断路。
由此，所述保护电路的阻值随温度升高而大致呈现阶梯型增大的状态，而不是一次性由低阻值变化为无穷大，因此所述电池***对环境温度具有一定的耐受性，在环境温度不断升高的同时逐步减小内部电流，在不会轻易触发断路保护的前提下，有效避免热失控情况的发生。
图5为本申请实施例公开的又一种保护电路的结构示意图，参见图5所示，在图3所示保护电路的基础上，所述保护电路包括输入端和输出端，还包括：
第三电路33，所述第三电路33为随环境温度变化而改变连接状态的电路；
所述第三电路33的第一端为自由端，第二端连接所述输入端或所述输出端；
所述第二电路32在其第二连接状态下，所述双金属片开关K2与所述第三电路33的自由端接通；
所述第三电路33在其第一连接状态下，所述第三电路33的第一支路导通；
所述第三电路33在其第二连接状态下，所述第三电路33的第一支路断开；
所述第三电路33的第二支路包括热敏电阻PTC3；
所述第三电路33的第一连接状态与其第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第三电路33的第二连接状态的环境温度大于其第一连接状态的环境温度。
所述第三电路33的具体结构与所述第一电路31的具体结构相同，所述第三电路33中的第一支路包括双金属片开关K3。虽然所述第三电路33的具体结构与所述第一电路31的具体结构相同，但两者在所述保护电路30中所起的作用并不是等同的。
图6为本发明实施例公开的保护电路工作原理过程示意图，其中A图为原始状态图，与图5相同；图7为本发明实施例公开的与图6所示过程对应的阻值-温度变化曲线示意图；假设所述双金属片开关K1受热变形的温度值大于所述双金属片开关K3受热变形的温度值，所述双金属片开关K3受热变形的温度值大于所述双金属片开关K2受热变形的温度值，即K1＞K3＞K2，假设所述K1的阻值为Rk1，所述K2的阻值为Rk2，所述K3的阻值为Rk3，结合图6与图7，在图6中A图所示连接状态下，所述保护电路30的阻值R2＝Rk1*Rk2/(Rk1+Rk2)，在所述电池***10工作过程中，温度慢慢升高，所述第二电路32中的所述双金属片开关K2首先变形弹开，并连接上所述第三电路33(对应图6中的B图)，这样，所述第二电路32断开，所述第三电路通过所述双金属片开关K2接通，所述保护电路30的整体阻值，也即所述第二电阻R2＝Rk1*(Rk2+Rk3)/(Rk1+Rk2+Rk3)，所述R2变大，所述保护电路30的整体通过电流变小；环境温度继续升高，所述第三电路33中的所述双金属片开关K3变形弹开，所述第三电路33的第一支路断开(对应图6中的C图)，所述保护电路30的整体阻值R2＝Rk1，从而所述R2进一步变大，所述保护电路30的整体通过电流进一步变小；环境温度继续升高，所述第一电路31中的所述双金属片开关K1受热变形弹开(对应图6中的D图)，所述保护电路30的整体阻值变的更大，趋向于正无穷，所述保护电路30的整体电流变得更小直至为0，所述保护电路彻底断路。
由此，所述保护电路的阻值随温度升高而呈现阶梯型增大状态，而不是一次性由低阻值变化为无穷大，因此所述电池***对环境温度具有一定的耐受性，在环境温度不断升高的同时逐步减小内部电流，在不会轻易触发断路保护的前提下，有效避免热失控情况的发生。
需要说明的是，上述实施例中开的保护电路的各种结构，仅包括最基本的电路元件，具体应用中，可根据实际需求在电路中加入其它的电路元件，如电阻，只需要保证不影响本申请公开的技术思路的正常实施即可。
此外，上述实施例中介绍的各个保护电路的结构均为其在不同应用中的不同实现方式，并不限制为所述保护电路的具体结构。根据实际需求，可对其具体结构进行对应的设计。在不脱离本申请公开的发明思路的前提下对保护电路所做的改进方案和变形方案，都应属于本申请保护范围之内。
进一步地，本申请还公开了一种电子设备，所述电子设备包括上述实施例中公开的任意一种电池***。所述电子设备的电池***至少包括电芯和保护电路；
其中，所述电芯和所述保护电路串联；
所述电芯具有第一阻值；
所述保护电路具有第二阻值；
所述第二阻值随着温度的升高而增大。
所述电子设备在环境温度不断升高的同时，其中的保护电路的阻值也不断增大，从而减小通过所述保护电路的电流，也即通过所述电芯的电流，减少电池***的产热，防止温度升高过快发展至热失控；由于保护电路的阻值是随环境温度变化增大，而不是在温度达到某特定值时一次性趋向于无穷大而断开通路，因此所述电池***对环境温度具有一定的耐受性，在环境温度不断升高的同时逐步减小内部电流，在不会轻易触发断路保护的前提下，有效避免热失控情况的发生，保证电子设备的使用安全。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电池***，包括电芯、保护电路；
所述电芯和所述保护电路串联；
所述电芯具有第一阻值；
所述保护电路具有第二阻值；
其中，所述保护电路包括：并联的第一电路与第二电路，所述第一电路和/或所述第二电路为随环境温度变化而改变连接状态的电路；
所述第一电路在第一连接状态下，所述第一电路的第一支路接通，所述第一电路在第二连接状态下，所述第一电路的第一支路断开，第二支路包括热敏电阻；所述第一连接状态和所述第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第二连接状态的环境温度大于所述第一连接状态的环境温度；
所述保护电路还包括输入端、输出端和第三电路，所述第三电路为随环境温度变化而改变连接状态的电路，其中，所述第三电路的第一端为自由端，第二端连接所述输入端或所述输出端，所述第二电路在其第二连接状态下，所述第二电路的双金属片开关与所述第三电路的自由端接通；
所述第三电路在其第一连接状态下，所述第三电路的第一支路导通，所述第三电路在其第二连接状态下，所述第三电路的第一支路断开，所述第三电路的第二支路包括热敏电阻，所述第三电路的第一连接状态与其第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第三电路的第二连接状态的环境温度大于其第一连接状态的环境温度，其中，所述第一电路的第一支路断开的时刻、第二电路的双金属片断开的时刻和第三电路的第一支路断开的时刻互不相同。
2.根据权利要求1所述电池***，其中，所述保护电路的所述第二阻值随温度的升高呈阶梯式增大状态，每一阶梯阻值对应一个温度区间，在温度达到预设值时，所述第二阻值趋向于无穷大，所述保护电路断路。
3.根据权利要求1所述的电池***，所述保护电路包括输入端和输出端，所述第一电路包括开关；
所述第一电路在第一连接状态下，所述第一电路的开关的两端分别连接所述输入端和所述输出端，所述热敏电阻的两端分别连接所述输入端和所述输出端。
4.根据权利要求3所述的电池***，其中，所述第一电路的开关为双金属片开关；
所述第一电路在其第二连接状态下，所述第一电路的双金属片开关弹开，所述第一电路的第一支路断开。
5.根据权利要求1所述的电池***，所述第二电路在其第一连接状态下，所述第二电路的第一支路接通；
所述第二电路在其第二连接状态下，所述第二电路的第一支路断开；
所述第二电路的第二支路包括热敏电阻；
所述第二电路的第一连接状态与其第二连接状态依据环境温度自动切换，所述第二电路的第二连接状态的环境温度大于其一连接状态的环境温度。
6.根据权利要求 1所述的电池***，所述第二电路包括双金属片开关；
所述第二电路在其第一连接状态下，所述双金属片开关闭合；
所述第二电路在其第二连接状态下，所述双金属片开关断开。
7.一种电子设备，所述电子设备包括权利要求1-6任一项所述的电池***。
8.根据权利要求7所述的电子设备，所述电子设备为笔记本电脑、手机或PAD。
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