CN105811505A - 具有保护预警功能的电池及具有该电池的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其容量，所述电池还包括：阈值单元，用于输出电池容量的阈值；比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的容量低于所述电池容量的阈值时，输出电池预警信号。本发明还提供了一种具有上述电池的电子设备。本发明的技术方案，能够自主检测电池的容量、电压、电流、温度等状态、并能够及时发出预警。

Description

具有保护预警功能的电池及具有该电池的电子设备

技术领域

本发明涉及一种具有保护预警功能的电池及具有该电池的电子设备。

背景技术

如图1所示，目前电子设备使用的电池10的基本信息(例如，电压、电流、容量、温度等)，只能通过布置在电子设备内部的主板20上的嵌入式控制器(EC)或者其他监视设备24来监测。EC和其他监测设备24通过I2C总线或者SMBUS来监测电池10的基本信息。

现有技术基于以上监测方案，对电池的大功率、低电压、以及高温实现保护。具体如下：

1)对于电池模式的大功率的保护，需要通过外围功率检测设备和比较器23来实现。当外围功率检测设备和比较器23检测到电池的功率超过设定的阈值，则通知CPU21和/或GPU22进行降频。

2)对于电池模式的低电压的保护，需要通过外围比较器23来实现。比较器23检测到电池的电压低于设定的阈值，则通知CPU21和/或GPU22进行降频。

3)对于电池模式在高温下的功率限制，需要通过EC等设备24通过SMBUS或者I2C总线来监测，当监测到电池的温度达到设定的阈值，则通知CPU21和/或GPU22进行降频。

上述1)和2)对于大功率和低电压的保护方案，外部功率检测设备和比较器23只能得到瞬时值，无法用平均值进行检测。而瞬时值有可能存在不稳定因素(例如跳变)，会导致检测不准。

上述3)对于电池模式在高温下的功率限制，由于电池内部的信息通常会有一个固定的更新周期(例如，1秒钟新一次)，而EC或其他控制器24在工作中有可能会出现忙碌或者死机的问题，此时EC或其他控制器24将无法对电池的信息进行监控和有效保护，可能会导致CPU21和/或GPU22的降频不及时，造成系统异常。

此外，上述方案由于在主板上增加了外围功率检测设备、比较器、EC、其他监测控制器等，增加了主板的电路的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够自主检测电池的容量、电压、电流、温度等状态、并能够及时发出预警的技术方案。

一方面，本发明的具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其容量，所述电池还包括：阈值单元，用于输出电池容量的阈值；比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的容量低于所述电池容量的阈值时，输出电池预警信号。

本发明的具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其电压，所述电池还包括：阈值单元，用于输出电池电压的阈值；比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的电压低于所述电池电压的阈值时，输出电池预警信号。

本发明的具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其瞬时电流，所述电池还包括：阈值单元，用于输出电池瞬时电流的阈值；比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的瞬时电流高于所述电池瞬时电流的阈值时，输出电池预警信号。

本发明的具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其平均电流，所述电池还包括：阈值单元，用于输出电池平均电流的阈值；比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的平均电流高于所述电池平均电流的阈值时，输出电池预警信号。其中，所述平均电流为设定时间内的瞬时电流的平均值。

本发明的具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其温度，所述电池还包括：阈值单元，用于输出电池温度的阈值；比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的温度高于所述电池温度的阈值时，输出电池预警信号。其中，所述温度为设定时间内的瞬时温度的平均值。

可选地，所述阈值单元为寄存器、或存储器或电压源。

优选地，所述电池预警信号为低电平。所述比较器的输出端通过拉高电阻连接到拉高电源，当输出所述电池预警信号时所述比较器的输出电压翻转。

另一方面，本发明的具有上述电池的电子设备，其电池将所述电池预警信号输出到所述电子设备的主板；位于所述主板上的CPU和/或GPU接收所述电池预警信号，所述CPU和/或GPU配置为当接收到所述电池预警信号时，执行降频操作。

优选地，所述主板通过电池连接器与所述电池电连接，其中，所述电池包括用于输出所述电池预警信号的输出端子；所述主板包括用于输入所述电池预警信号的输入端子；所述电池连接器包括用于连接所述输出端子和所述输入端子的连接端子。

本发明的具有保护预警功能的电池及具有该电池的电子设备，在电池内部增加对容量、电压、电流、以及温度的保护预警机制，克服了现有技术中不能根据平均电流进行保护预警、以及EC执行保护预警时不及时的缺陷；并且能够直接发信号通知CPU和/或GPU降频以进行功耗限制，极大地提高了保护预警的效率，避免了因电池问题导致的系统异常。

附图说明

图1为现有技术的电池和电子设备的结构以及连接示意图；

图2为本发明的电池和电子设备的优选的实施方式的结构以及连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的具有保护预警功能的电池及具有该电池的电子设备作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

参考图2，为本发明的优选的实施方式的结构以及连接示意图。

在该优选的实施方式中，本发明的具有保护预警功能的电池10包括电池组11、电池管理单元(BMU)12、比较器C1～C5、以及输出端口13。

电池管理单元12用于在电池10放电时监测其容量、电压、瞬时电流、平均电流、以及温度，并将其监测的信息输出。

参考图1，现有技术中电池管理单元12输出到输出端口13的信号包括：电池电压S1、电池地S3、以及其他信号S2。这三个信号分别输出到输出端口13的三个端子P1～P3。除了电池电压S1和电池地S3之外的所有信息(容量、电流、温度等)，都以其他信号S2的信号线输出到输出端口13的端子P2。其中，电池地S3为电池的地信号。

参考图2，本发明中的电池管理单元12输出到输出端口13的信号依旧是包括：电池电压S1、电池地S3、以及其他信号S2。这三个信号分别输出到输出端口13的三个端子P1～P3。除了电池电压S1和电池地S3之外的所有信息(容量、电流、温度等)，都以其他信号S2的信号线输出到输出端口13的端子P2。

此外，本发明中的电池管理单元12还输出一些信号到比较器C1～C5，这些信号包括：输出到第一比较器C1的第一输入端的电池容量S2-1、输出到第二比较器C2的第一输入端的电池电压S2-2、输出到第三比较器C3的第一输入端的电池瞬时电流S2-3、输出到第四比较器C4的第一输入端的电池平均电流S2-4、输出到第五比较器C5的第一输入端的电池温度S2-5。

优选地，平均电流S2-4为1秒内的瞬时电流的平均值。

本领域技术人员可以理解的是，虽然图2中第二比较器C2的第一输入端连接的是信号S2-2，但其也可以连接信号S1以获取电池电压。

第一比较器C1的第二输入端输入电池容量的阈值TH1，第二比较器C2的第二输入端输入电池电压的阈值TH2，第三比较器C3的第二输入端输入电池瞬时电流的阈值TH3，第四比较器C4的第二输入端输入电池平均电流的阈值TH4，第五比较器C5的第二输入端输入电池温度的阈值TH5。

阈值TH1～TH5由阈值单元(图中未示出)输出，阈值单元可以为存储着阈值TH1～TH5的寄存器或者存储器，也可以是能够输出与阈值TH1～TH5相对应的电压的电压源。

比较器C1～C5的输出端通过拉高电阻RH连接到拉高电源VH，且比较器C1～C5的输出端连接到输出端口13的端子P4(该端子P4为本发明新增的用来输出比较器C1～C5的输出信号的端子)。

因此，在比较器C1～C5没有输出信号时，其输出端为高电平，输出端口13的端子P4也为高电平。当比较器C1～C5有信号输出时，其输出电平翻转，即变为低电平，此时输出端口13的端子P4也变为低电平。

第一比较器C1配置为当第一输入端的电池容量S2-1低于第二输入端的电池容量的阈值TH1时，输出端输出低电平的电池预警信号S4，即输出电平翻转。

第二比较器C2配置为当第一输入端的电池电压S2-2低于第二输入端的电池电压的阈值TH2时，输出端输出低电平的电池预警信号S4，即输出电平翻转。

第三比较器C3配置为当第一输入端的电池瞬时电流S2-3高于第二输入端的电池瞬时电流的阈值TH3时，输出端输出低电平的电池预警信号S4，即输出电平翻转。

第四比较器C4配置为当第一输入端的电池平均电流S2-4高于第二输入端的电池平均电流的阈值TH4时，输出端输出低电平的电池预警信号S4，即输出电平翻转。

第五比较器C5配置为当第一输入端的电池温度S2-5高于第二输入端的电池温度的阈值TH5时，输出端输出低电平的电池预警信号S4，即输出电平翻转。

本发明还提供了一种具有上述电池的电子设备，如图2所示，该电子设备包括电池10、主板20、以及电池连接器30，其中主板20通过电池连接器30与电池10电连接。

电池10将电池预警信号S4输出到其输出端口13的新增端子P4，电池预警信号S4再通过电池连接器30的新增端子P4连接到主板20的插线25的新增端子P4上，从而将电池预警信号S4输出到主板20。

位于主板20上的CPU21和/或GPU22接收电池预警信号S4。CPU21和/或GPU22配置为，当接收到电池预警信号S4时，执行降频操作。本发明的电子设备的CPU21和/或GPU22与电池10输出的电池预警信号S4直接相连，电池10正常的情况下，电池预警信号S4的电平为高，当电池预警信号S4由高电平变为低电平的情况下，CPU21和/或GPU22就会进行降频，以保护电池10和电子设备，避免出现功耗过大的同时电压过低、或温度过高从而断电的问题。

虽然图2中示出的新增端子P4位于端子P1和P2之间，但本领域技术人员可以理解的是，其也可以位于所在接口的任意位置。

以上描述的仅为本发明的优选的实施方式，在该优选的实施方式中，本发明的电池同时包含了比较器C1～C5，即同时具有了对容量、电压、瞬时电流、平均电流、以及温度的保护预警机制。本领域技术人员可以理解的是，由于对容量、电压、瞬时电流、平均电流、以及温度的保护预警方案之间不互相依赖，因此本发明的电池，可以只包含一个或包含其他个数的比较器，从而实现对容量、电压、瞬时电流、平均电流、以及温度中的一种或多种的保护预警机制，而不必须与本发明优选的实施方式完全相同。

相比于现有技术，本发明的有益效果如下：

1)省去了主板上的外围功率检测设备、比较器、以及一些控制器的布置，简化了主板的电路以及功率控制等。同时，在电池内部做这些监测比在主板端设计监测电路更直接也更准确。

2)电池内部的电路直接对电池的各项参数进行保护监测，一旦发现问题及时预警，不用通过主板上的设备来计算和比较，这种预警比现有技术的及时。

3)电池内部的电路直接对电池的各项参数进行保护监测，一旦发现问题及时预警，并且预警信号直接连接到CPU和/或GPU，不用通过EC等控制器再去控制CPU和/或GPU进行降频，使得电子设备能够最快速地对电池的异常问题做的反应，最大程度避免了系统异常的发生。

4)能够避免因外围检测设备或者EC等控制器繁忙或死机引起的降频不及时的情况，降低了系统异常的概率。

5)本方案使得电池的供电能力最优化，即只要电池不触发自己内部的比较器输出预警信号，其均可以以最大程度进行放电；同时，本方案还能够提升系统的性能，CPU和/或GPU不用为电池的问题预警不及时而留余量，只要电池未输出预警信号，均可以以高性能模式运行。本方案尤其适用于高功耗的电子设备，例如具有高端CPU或高端显卡的电子设备。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其容量，其特征在于，所述电池还包括：

阈值单元，用于输出电池容量的阈值；

比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的容量低于所述电池容量的阈值时，输出电池预警信号。

2.一种具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其电压，其特征在于，所述电池还包括：

阈值单元，用于输出电池电压的阈值；

比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的电压低于所述电池电压的阈值时，输出电池预警信号。

3.一种具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其瞬时电流，其特征在于，所述电池还包括：

阈值单元，用于输出电池瞬时电流的阈值；

比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的瞬时电流高于所述电池瞬时电流的阈值时，输出电池预警信号。

4.一种具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其平均电流，其特征在于，所述电池还包括：

阈值单元，用于输出电池平均电流的阈值；

比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的平均电流高于所述电池平均电流的阈值时，输出电池预警信号，

所述平均电流为设定时间内的瞬时电流的平均值。

5.一种具有保护预警功能的电池，包括电池管理单元，用于在所述电池放电时监测其温度，其特征在于，所述电池还包括：

阈值单元，用于输出电池温度的阈值；

比较器，其两个输入端分别连接到所述电池管理单元和所述阈值单元，配置为当所述电池的温度高于所述电池温度的阈值时，输出电池预警信号，

所述温度为设定时间内的瞬时温度的平均值。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的具有保护预警功能的电池，其特征在于，所述阈值单元为寄存器、存储器或电压源。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的具有保护预警功能的电池，其特征在于，所述电池预警信号为低电平。

8.根据权利要求7所述的具有保护预警功能的电池，其特征在于，所述比较器的输出端通过拉高电阻连接到拉高电源，当输出所述电池预警信号时所述比较器的输出电压翻转。

9.一种具有权利要求1-5中任一项所述的电池的电子设备，其特征在于，

所述电池将所述电池预警信号输出到所述电子设备的主板；

位于所述主板上的CPU和/或GPU接收所述电池预警信号，所述CPU和/或GPU配置为当接收到所述电池预警信号时，执行降频操作。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述主板通过电池连接器与所述电池电连接，其中，

所述电池包括用于输出所述电池预警信号的输出端子；

所述主板包括用于输入所述电池预警信号的输入端子；

所述电池连接器包括用于连接所述输出端子和所述输入端子的连接端子。