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CN102480151B - 电池放电的装置和方法 - Google Patents

电池放电的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池放电的装置和方法，具体而言，一种电池组包括多个单元。放电电路电连接在多个单元上。计算机处理器电连接在放电电路和输入装置上。计算机处理器操作放电电路，以便有选择地将放电电路的第一放电负载和第二放电负载连接到多个单元上。一种使电池放电以安全处置的方法包括将第一放电负载并联连接到第一单元上。监视跨第一单元的第一电压。第二放电负载并联连接在第二单元上。监视跨第二单元的第二电压。处理器将第一电压和第二电压与预定的单元电压阈值进行比较。当第一电压和第二电压都下降到预定的单元电压阈值以下时，使第一放电负载和第二放电负载脱离第一单元和第二单元。

Description

电池放电的装置和方法
技术领域
本公开涉及能量存储。更具体地，本公开涉及使电池放电的装置和方法，从而改善使用过的电池的安全性以便处置。
背景技术
能量存储装置例如电池在处置期间存在危险。尤其是，现代的电池组设计例如锂离子聚合物电池组如果以传统方式处置可能过热。在传统处置期间，此过热可能常导致起火或爆炸的风险，电池组被丢弃并且以垃圾掩埋方式处置，或被市政垃圾收集站收集。在此收集或处置期间，电池组可能被压碎或戳破。这造成能量单元(cell)之间的短路，产生过热状态，其可能导致起火或爆炸。
消除这些风险的一种当前方案是专门的电池收集和处置程序。然而，这些专门的程序对电池处置要求增加了不需要的时间和费用。
发明内容
本文公开的电池组包括多个单元。放电电路电气连接在该多个单元上。放电电路包括有选择地并联连接在第一单元上的第一放电负载以及有选择地并联连接在第二单元上的第二放电负载。第一开关将第一放电负载有选择地连接在第一单元上，并且第二开关将第二放电负载有选择地连接在第二单元上。输入装置产生电池放电信号。计算机处理器电连接在放电电路和输入装置上。计算机处理器响应于放电信号而操作第一开关和第二开关，以便将第一放电负载和第二放电负载有选择地并联连接到相应的第一单元和第二单元上。计算机处理器接收跨第一单元的第一电压和跨第二单元的第二电压，并将第一电压和第二电压与预定的阈值电压进行比较。计算机处理器操作第一开关和第二开关，以便当第一电压和第二电压都下降到预定的阈值电压以下时使第一放电负载和第二放电负载有选择地脱离相应的第一单元和第二单元。
本文公开的系统包括带有多个单元的电池。放电电路连接在电池上。放电电路包括通过第一开关而有选择地并联连接在第一单元上第一放电负载以及通过第二开关而有选择地并联连接在第二单元上的第二放电负载。控制器连接在放电电路上。控制器包括伏特计，其测量跨第一单元的电压，以及第二伏特计，其测量跨第二单元的第二电压。控制器将第一电压和第二电压与预定的阈值单元电压进行比较。当第一电压下降到预定的阈值单元电压以下时，控制器操作第一开关，以使第一放电负载脱离第一单元。当第二电压下降到预定的阈值单元电压以下时，控制器操作第二开关，以使第二放电负载脱离第二单元。
一种致使电池处置安全的方法包括将第一放电负载并联连接到第一单元上。监视跨第一单元的第一电压。第二放电负载并联连接在第二单元上。监视跨第二单元的第二电压。处理器将第一电压和第二电压与预定的单元电压阈值进行比较。当第一电压和第二电压下降到预定的单元电压阈值以下时，使第一放电负载和第二放电负载脱离第一单元和第二单元。
附图说明
图1描绘了电池放电电路的现有技术实施例。
图2是带有单元放电电路的电池第一实施例的示意图。
图3是带有单元放电电路的电池第二实施例的示意图。
图4是流程图，其描绘了致使电池处置安全的方法的一个实施例。零部件列表
10放电电路
12电池
14单元
16放电负载
20电池组
22电池
24第一单元
26第二单元
28相反端子
30放电电路
32第一放电负载
34第二放电负载
36第一开关
38第二开关
40控制器
42存储器
44电压信号
46控制信号
48输入装置
50电池放电信号
52图形显示器
54电池组
56控制器
58微处理器
60计算机可读介质
62第一伏特计
64第二伏特计
66电压信号
68第一温度传感器
70第二温度传感器
72温度信号
100方法
102步骤
104步骤
106步骤
108步骤
110步骤
112步骤
114步骤
具体实施方式
图1描绘了用于使电池12放电的电路10的现有技术实施例。电池12包括串联连接的多个单元14。跨越电池的单元14应用放电负载16。放电负载16可通过接口18连接在单元14上。在一个示例性实施例中，接口18包括一条绝缘胶带，其形成了在电池12和放电负载16之间的电屏障。
在此实施例的一种应用中，从使用过的电池上除去胶带。胶带或其它屏障的去除连接了接口18，使得放电负载16跨越电池12的端子电联接。一旦放电负载16跨越电池12的端子放置，即不能除去该负载，并且通过放电负载16使电池12放电。
该现有技术的实施例是有限制的，因为其不控制各个单元如何放电。这可能导致跨其中一些单元的反向电压，其中一个单元通过相邻单元的放电而被反向充电。此实施例在其使电池安全地完全放电的能力方面可能进一步受到限制，因为失衡的单元充电可能导致电池在其中一个或多个单元上保持危险的充电的同时被放电。
图2是电池组20的一个实施例的示意图。电池组20包括电池22，其包括至少第一单元24和第二单元26。电池22的单元24，26可利用任何已知的各种可充电的单元设计和成分构造。一种示例性类型的单元可以是锂离子聚合物单元；然而，这不意图限制了本文当前公开的实施例中可使用的单元类型。电池22中单元24，26的组合产生了跨电池组20的相反端子28上的充电。
放电电路30连接在电池22上位于端子28之间。放电电路30分别跨越第一单元24和第二单元26并联连接第一放电负载32和第二放电负载34。第一开关36有选择地跨第一单元24而并联连接第一放电负载32，并且第二开关38有选择地跨第二单元26而并联连接第二放电负载。
虽然电池组20在一个实施例中被描绘为包括第一单元24和第二单元26，以及放电电路30的相关联部件，但是应该懂得，在本公开范围内的实施例包括任何数量的如本文所公开的单元和放电电路30中的电路。
放电电路30连接在控制器40上，其在一个实施例中可以是计算机处理器。如果控制器40是计算机处理器，则处理器40可连接在非瞬态计算机可读介质例如计算机存储器42上。计算机可读介质用计算机可读代码编制程序，计算机可读代码由控制器40来执行。当控制器执行计算机可读代码时，计算机可读代码造成控制器以本文所述的方式操作。
控制器40通信地连接在放电电路30上，使得控制器40可接收来自放电电路30的信号，并将信号提供给放电电路30。控制器接收来自跨各个单元24，26的电压。控制器40使用这些电压单独计算跨各个这些单元的电压。控制器40将控制信号提供给各个开关36，38，以便有选择地打开和关闭开关36，38，从而分别跨单元24，26连接放电负载32，34。
控制器40还通信地连接在输入装置48上。输入装置48可以是按钮或开关，其定位在电池组20的外面部分上。输入装置48可要求一种编码输入，例如按钮或开关的恰当组合，从而减少或消除输入装置48的意外启动。输入装置48的备选实施例是键盘或数字键盘，而输入装置48的又另外的实施例结合了触摸屏。
输入装置48的启动产生了电池放电信号50，其被发送给控制器40。当接收到电池放电信号50时，控制器40通过将控制信号46提供给开关36，38而操作放电电路30，从而闭合开关36，38，并将放电负载32，34置于与各个单元24，26并联。
控制器40还通信地连接在图形显示器52上。在一个实施例中，图形显示器52集成在电池组20中。当控制器40操作放电电路30以使电池22开始放电时，控制器40操作图形显示器52，以呈现电池组20处于放电状态的指示。该指示提供了各种功能。首先，图形显示器52的操作抽取了来自电池22的单元24，26的能量，图形显示器52在一个实施例中可以是OLED显示器。这有助于促进电池放电。其次，电池组20处于放电状态下的指示为可能意外地启动放电状态的用户提供告警。在这种情况下，用户可例如通过输入装置48操作控制器，以便在单元24，26被放电超过再充电点之前停止放电状态。最后，图形显示器52可由控制器40操作，以呈现单元放电完成的指示。只要单元24，26中保留着足够的电荷以操作图形显示器52，该指示的呈现就保留在图形显示器52上。这为电池组20的任何潜在的用户提供了电池组20的电池22已经被完全放电、并且其因此不能作为电池进行操作且对于处置安全的指示。
图3描绘了电池组54的备选实施例。在图3中所描绘的实施例中，相似的标号用于识别在图2和图3中所描绘的实施例之间相似的部件。
电池组54具体地包括控制器56的备选实施例。控制器56包括微处理器58，其通信地连接在控制器56的非瞬态计算机可读介质60上。计算机可读介质用计算机可读代码编制程序，计算机可读代码由处理器58访问和执行。在处理器58执行计算机可读代码时，处理器执行如本文进一步详细所述的功能。
控制器56还包括第一伏特计62和第二伏特计64。伏特计62，64从电池22的单元24，26之间的节点接收电压信号44。在电池组54中，第一伏特计62测量跨第一单元24的电压，并且第二伏特计64测量跨第二单元26的电压。第一伏特计62和第二伏特计64将电压信号66提供给处理器58，并且指示测量的电压。
微处理器58以本文进一步详细公开的方式进行操作，以产生控制信号46，其被发送给开关36，38，以便在打开位置和闭合位置之间操作开关36，38。应该懂得，当开关36，38处于打开位置时，放电负载32，34不连接在单元24，26上。当开关36，28处于闭合位置时，放电负载32，34连接在单元24，26上。
第一温度传感器68与第一放电负载32相关联，并且第二温度传感器70与第二放电负载34相关联。温度传感器68，70将相应的温度信号72提供回处理器58。在一个示例性实施例中，温度传感器68，70是热敏电阻类型，使得跨温度传感器68，70测量的电压相对于所检测的温度按已知方式变化。
在控制器56的操作中，处理器58从启动的输入装置48接收电池放电信号50。由处理器58执行计算机可读代码造成处理器58解释电池放电信号50，从而启动电池22的单元24，26的放电。处理器58将控制信号46发送给开关36，38，以便将开关36，38置于闭合位置，其将放电负载32，34分别跨单元24，26并联连接。这开始电池22的单元24，26的放电。
处理器58可进一步操作图形显示器52，以便呈现电池组54正在放电状态下操作的指示，例如文本指示。
在放电过程期间，处理器58接收来自第一伏特计62和第二伏特计64的电压信号66。电压信号66监视跨各个单元24，26的剩余电压。处理器58使用这来监视单元放电的进展。各个单元24，26均具有单元必须停留在其上最小的单元电荷以便能够成功地进行再充电。如果单元被放电至此最小的再充电电压阈值以下，则单元被认为被完全放电。当电池22的各个单元24，26均被放电至此阈值电压以下时，则电池组54被认为被完全放电，并变得对于处置是安全的。
虽然在一些实施例中，电池组54可包括额外的电路，使得单元24，26被均匀地放电(未示出)，但是在这些实施例中，单元24，26将同时下降到阈值再充电电压以下。然而，在一个备选实施例中，单元24，26在电池使用期间不保持平衡，并因此处理器58可能检测到其中一个或更多单元在一个或更多其它单元之前下降到阈值电压以下。在这种情况下，控制器58可操作其中一个或更多开关36，38，以便除去跨完全放电的单元的放电负载。在一个备选实施例中，处理器58可以仅在每一个测量的单元电压均下降到预定的阈值以下之后才操作放电电路30以便脱离放电负载32，34。
在又另一实施例中，温度信号72由处理器58进行处理，诸如监视放电负载32，34的温度。放电电路30的各种备选配置或操作可用于有效地监视和抵消放电电路30在单元24，26放电时的过热。来自单元24，26的能量跨放电负载32，34放电，将储存在单元24，26中的能量在其通过放电负载32，34时转换成热量。温度传感器68，70监视放电负载的温度，并且如果检测到过大的温度，控制器58可将控制信号46提供给其中一个或更多开关36，38，以便使放电负载32，34脱离相应的单元24，26或所有单元。
在一个备选实施例中，放电负载32，34可包括与相应的单元24，26并联的多个负载(未示出)。这些放电负载散开耗散的能量，并减少累积在放电电路30内的热量和温度。
在又另一实施例中，该多个放电负载(未示出)的每一个均被连接在处理器58上的开关(未示出)独立地连接和操作。处理器58然后可确定待跨单元24连接的并联放电负载的数量，从而将放电电路30保持在期望的温度范围内。
如电池组20一样，一旦单元24，26已经被完全放电至预定的阈值电压以下，处理器58即操作图形显示器52，以便呈现单元已经被完全放电且电池组54现在不能操作且准备好进行处置的指示。处理器58可执行计算机可读代码，使得处理器使用任何保留的单元电压来在图形显示器52上保持电池放电指示。图形显示器52以及处理器58需要由单元24，26提供的激励，因而，当电池组54等待处置时，这些操作进一步从电池泄出能量。
图4是流程图，其描绘了使电池放电使得其对于处置安全的方法100的一个实施例。
该方法100通过启动处置模式而在102处开始。处置模式可在接收到来自上述输入装置的信号之后启动。
在104处，监视跨各个单元的电压。在104处跨各个单元的电压监视可包括跨各个单元的电压的模拟测量，且此模拟电压测量是数字化的，并提供给控制器的处理器。备选地，在电池中的各个单元之间的节点处的电压电势可被数字化，并直接提供给处理器，使得处理器确定跨各个单元的差分电压。
在106处将所监视的电压与预定的单元电压阈值进行比较。预定的单元电压阈值是一阈值电压，在其以下单元不能进行再充电。在一个示例性实施例中，单元电压阈值是3.0伏，在另一实施例中，单元电压阈值是2.3伏。这些都不被认为是所公开的单元电压阈值的范围的限制。因此，在106处做出比较以确定各个单元是否高于或低于单元再充电的阈值。
在108处，跨被确定具有比预定的单元电压阈值更高的电压的各个单元连接放电负载。在一个实施例中，放电负载被一个或更多开关连接，这些开关在打开位置和闭合位置之间操作。跨各个单元的放电负载可进一步置于与相应的单元并联，并且放电负载包括与相应的单元并联的多个负载。通过将多个放电负载置于与各个单元并联，可以更有效地耗散热量，从而减少在单元放电期间电池过热的风险。
在110处，被确定低于预定的单元电压阈值的任何单元都使它们相应的放电负载脱离单元。类似于上面公开的情形，放电负载可通过一个或更多开关而并联连接在单元上，这些开关可通过控制器所提供的控制信号操作。通过打开跨越其相应单元连接放电负载的开关，放电负载脱离单元，且因此这些单元不再放电。
在112处，确定是否所有单元都低于预定的单元电压阈值，并因而脱离它们相应的放电负载。如果任何其中的单元仍保持在预定的单元电压阈值之上，并因而仍然连接在放电负载上，则该方法返回104，以继续监视跨各个单元的电压。如果所有单元都低于阈值电压，并且放电负载因此脱离各个单元，则该方法继续至114，以提供电池对于处置安全的指示。
在114处，提供了单元对于处置安全的指示。在一个实施例中，该指示呈现在OLED图形显示器上。在又另一实施例中，该指示以淘汰的LED或其它视觉指示器的形式来提供。该指示向用户确认电池组不再作为可再充电的能量源起作用；而且还告知用户电池组对于处置安全，具有降低的处置电池时相关联的起火或破坏的风险。
此书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够构造和使用本发明。本发明可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求字面语言的结构元件，或者如果其包括与权利要求字面语言无实质差异的等效的结构元件，则这些其它示例都属于权利要求的范围内。
虽然已经所述参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该懂得，在不脱离其精神范围的条件下可做出某些替代、修改和省略。因此，前面的说明仅仅意味着示范意义，并且不应被视为是对以下权利要求所陈述的本发明范围的限制。

Claims (8)

1.一种电池组(20)，包括：
多个单元(24,26)，其中所述多个单元(24,26)包括串联连接的第一单元(24)和第二单元(26)；
电连接在所述多个单元(14)上的放电电路(30)，其中所述放电电路(30)包括：
有选择地并联连接在所述第一单元(24)上的第一放电负载(32)；
有选择地并联连接在所述第二单元(26)上的第二放电负载(34)；
第一开关(36)，其有选择地将所述第一放电负载(32)并联连接在所述第一单元(24)上；
第二开关(38)，其有选择地将所述第二放电负载(34)并联连接在所述第二单元(26)上；
输入装置(48)，其在启动时产生电池放电信号；和
电连接在所述放电电路(30)和所述输入装置(48)上的计算机处理器(58)，所述计算机处理器(58)响应于所述电池放电信号而操作所述第一开关(36)和所述第二开关(38)，以便同时将所述第一放电负载(32)和所述第二放电负载(34)并联连接到相应的所述第一单元(24)和所述第二单元(26)上，所述计算机处理器(58)还接收所述第一单元(24)两端的第一电压和所述第二单元(26)两端的第二电压，并将所述第一电压和所述第二电压与最小再充电电压阈值相比较，并且当所述第一电压和所述第二电压都下降到所述最小再充电电压阈值以下时，所述计算机处理器(58)操作所述第一开关(36)和所述第二开关(38)，以便有选择地使所述第一放电负载(32)和所述第二放电负载(34)脱离相应的所述第一单元(24)和所述第二单元(26)。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述电池组还包括连接所述第一单元(24)两端的第一伏特计(62)和连接所述第二单元(26)两端的第二伏特计(64)，其中所述第一伏特计(62)将所述第一电压提供给所述计算机处理器(58)，并且所述第二伏特计(64)将所述第二电压提供给所述计算机处理器(58)。
3.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述计算机处理器(58)测量所述第一单元(24)两端的第一电压和所述第二单元(26)两端的第二电压。
4.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述输入装置(48)是按钮，其在启动时产生所述电池放电信号。
5.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述电池组还包括连接在所述放电电路(30)和所述计算机处理器(58)上的温度传感器(68)，其中所述温度传感器(68)将温度测量值提供给所述计算机处理器(58)，并且所述计算机处理器(58)将所述温度测量值与预定的温度阈值相比较，并且如果所述温度测量值超过所述预定的温度阈值则操作所述第一开关(36)和所述第二开关(38)，以便有选择地使所述第一放电负载(32)和所述第二放电负载(34)脱离所述第一单元(24)和所述第二单元(26)。
6.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述电池组还包括图形显示器(52)，并且所述计算机处理器(58)操作所述图形显示器(52)，以提供所述第一开关(36)和所述第二开关(38)的连接状态的指示。
7.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，所述输入装置(48)是呈现在所述图形显示器(52)上的图形用户界面。
8.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述最小再充电电压阈值在2.3伏至3伏之间的范围内。
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