用于保护电池的浸入式传感器.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102265449 A (43)申请公布日 2011.11.30 CN 102265449 A *CN102265449A* (21)申请号 200980153152.2 (22)申请日 2009.12.21 12/347,040 2008.12.31 US H01M 10/42(2006.01) H01M 2/10(2006.01) H02H 7/18(2006.01) G01R 31/36(2006.01) G01N 27/00(2006.01) (71)申请人 摩托罗拉解决方案公司 地址 美国伊利诺伊州 (72)发明人 约翰W奥格尔斯比 威廉C博内 约翰E赫尔曼

2、 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 刘光明 穆德骏 (54) 发明名称 用于保护电池的浸入式传感器 (57) 摘要 公开了一种用于检测电池上或与电池连接的 电子设备上的液体的系统。电池具有用于将电流 从电池传输至电子设备的电接触。系统包括用于 检测电池或电子设备上的液体的传感器和与传感 器连接的传感器电路。传感器电路在检测到液体 时防止电流流经电池的电接触。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.06.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2009/069032 2009.12.21 (87)PCT申请的公布数据

3、WO2010/078119 EN 2010.07.08 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 4 页 CN 102265464 A1/2 页 2 1. 一种电子设备， 包括 ： 外壳， 所述外壳具有第一接触 ； 电池， 所述电池具有与所述第一接触相连接的第二接触 ； 传感器， 所述传感器用于检测液体 ； 以及 传感器电路， 所述传感器电路与所述传感器进行通信， 其中所述传感器电路在所述传 感器检测到液体时防止电流在所述第一和第二接触之间流动。 2. 根据权利要求 1 所述的电子设备， 其中， 所述传感器电路

4、在未能检测到液体时允许 电流在所述第一和第二接触之间流动。 3. 根据权利要求 1 所述的电子设备， 其中， 所述传感器包括第一传感器接触和至少部 分包围所述第一传感器接触的第二传感器接触。 4. 根据权利要求 3 所述的电子设备， 其中， 所述传感器电路与所述第一和第二传感器 接触都连接， 并且其中， 所述传感器电路在所述第一或第二传感器接触中的至少一个上检 测到液体时防止电流在所述第一和第二接触之间流动。 5. 根据权利要求 3 所述的电子设备， 其中， 所述第一传感器接触至少部分包围所述第 一接触。 6. 根据权利要求 3 所述的电子设备， 其中， 所述传感器电路测量所述第一和第二传感

5、器接触之间的电阻。 7. 一种用于检测电池上或与所述电池连接的电子设备上的液体的系统， 所述电池具有 用于将电流从所述电池传输至所述电子设备的电接触， 所述系统包括 ： 传感器， 所述传感器用于检测所述电池上或所述电子设备上的液体 ； 以及 传感器电路， 所述传感器电路与所述传感器相连接， 其中， 所述传感器电路在所述传感 器检测到液体时防止电流流经所述电池的所述电接触。 8. 根据权利要求 7 所述的系统， 其中， 所述传感器至少部分包围所述电接触。 9. 根据权利要求 8 所述的系统， 其中， 所述传感器包括至少部分地包围所述电接触的 第一和第二传感器接触。 10. 根据权利要求 8 所述

6、的系统， 其中， 所述传感器完全包围所述电接触。 11. 根据权利要求 7 所述的系统， 其中， 所述传感器电路测量所述传感器的电阻率。 12. 根据权利要求 11 所述的系统， 其中， 如果所述传感器的所述电阻率至少改变 0.01， 则所述传感器电路防止电流流经所述电接触流至所述电子设备。 13. 一种用于检测电池上的液体的方法， 包括 ： 使用传感器， 在所述电池的表面上检测液体的存在或者不存在 ； 以及 在检测到液体的存在时， 防止电流流经所述电池的电接触。 14. 根据权利要求 13 所述的方法， 其中， 所述检测液体的存在使用检测电阻率变化的 传感器。 15. 根据权利要求 14 所

7、述的方法， 其中， 所述传感器包括第一传感器接触和至少部分 地包围所述第一传感器接触的第二传感器接触。 16. 根据权利要求 14 所述的方法， 其中， 所述防止电流流经所述电接触使用传感器电 路， 其中， 所述传感器电路与所述第一和第二传感器接触都相连接。 17. 根据权利要求 14 所述的方法， 其中， 所述传感器位于所述电池上。 权 利 要 求 书 CN 102265449 A CN 102265464 A2/2 页 3 18. 根据权利要求 13 所述的方法， 其中， 所述电池包括用于将电流从所述电池传输至 另一个设备的电接触， 并且其中， 所述检测液体的存在包括检测所述电接触周围的液

8、体的 存在。 19. 根据权利要求 18 所述的方法， 其中， 所述检测液体的存在使用传感器， 并且其中， 所述传感器包括至少部分地包围所述电接触的第一传感器接触。 20. 根据权利要求 13 所述的方法， 进一步包括在检测到液体不存在时使电流能够流经 所述电池的所述电接触。 权 利 要 求 书 CN 102265449 A CN 102265464 A1/5 页 4 用于保护电池的浸入式传感器 技术领域 0001 本发明涉及液体检测传感器。更具体而言， 涉及为了保护外部电池接触而采用液 体检测传感器的电池。 背景技术 0002 为了对电子设备供电， 电子设备经常使用电池来向电子设备提供电流。

9、 经常地， 电 子设备被带到户外并且暴露于潮湿和液体之中。 例如， 消防员频繁地没膝入水、 海岸巡逻队 员和海军人员在导电的湖和海水中工作， 他们都随身携带电子设备。 0003 诸如水的离子液体能够腐蚀电子设备及电子设备内电池的腐蚀性部分。 腐蚀性部 分可以包括电子设备和电池的金属或导电部分， 诸如电接触。 具体地， 离子性液体对电流流 经的电子设备或电池的导电部分， 诸如电池的外部电池接触或电子设备的充电接触， 具有 特别的腐蚀性。充电接触能够暴露于潮湿或液体中， 即使是与电池接触相接触时。 0004 经常地， 当与电子设备连接时， 电池的腐蚀性部分， 诸如电池接触， 与液体隔离。 有 时候

10、， 电子设备包括防水外壳， 如果电子设备意外地浸没到诸如盐水的液体中， 该外壳将电 池罩起来并且防止液体进入其中与电池的任何腐蚀性部分相接触。然而， 如果电池没有与 电子设备连接， 或者如果电子设备没有阻止水与电池的腐蚀性部分相接触， 那么电池的腐 蚀性部分会暴露于液体中并开始腐蚀。 如果电池， 或与电池连接的电子设备， 意外地暴露于 离子性液体， 例如掉进海水中， 流经腐蚀性离子性液体的电流会不足以启动电池或电子设 备的过电流保护装置。 在这种情况下， 电池或电子设备的腐蚀性部分会发生快速的电解， 导 致在很短时间内产生对那些腐蚀性部分的损伤。 结果， 电池或电子设备不能再用， 因为腐蚀 性

11、部分已经通过电解而被损坏。 0005 结果， 在一些解决上述问题的例子中， 电池会从电子设备中移除并持有液体防护 容器， 诸如塑胶袋， 以便防止电池的腐蚀或外部电池接触的腐蚀。然而， 当发生被离子性液 体意外污染时， 电池可能还没有被合适地放置于容器中， 或者容器可能丢失， 或者容器可能 具有泄漏。 另外， 每次湿气或液体会进入电子设备时需要将电池放置于液体防护容器中， 这 是非常麻烦的。 0006 因此， 当电池和与电池连接的电子设备被暴露于离子性液体时， 需要去限制电池 和与电池连接的电子设备上的腐蚀量。 附图说明 0007 参考以下附图和说明， 可以更好地理解本发明。 附图中的组件不是为

12、了给出比例， 而重点是基于其来说明本发明的原理。 0008 图 1 描述了根据本发明的一个实施例的用于检测电池或与电池连接的电子设备 上的液体的系统的框图。 0009 图 2 描述了根据本发明的一个实施例的与用于检测液体的系统相连接的电池。 0010 图 3 描述了根据本发明的一个实施例的与用于检测液体的系统相连接的电子设 说 明 书 CN 102265449 A CN 102265464 A2/5 页 5 备。 0011 图 4 描述了根据本发明的一个实施例的用于检测电池或与电池连接的电子设备 上的液体的系统的框图。 具体实施方式 0012 通过检测液体的存在， 尤其是离子性液体， 使用传感

13、器， 然后使用与传感器连接的 电路， 来防止电流流过电池的电接触， 能够减小或者防止对电池或与电池连接的电子设备 的电解损伤。传感器和 / 或电路可以被包括在电池和 / 或使用电池的电子设备中。用于检 测电池或与电池连接的电子设备上的液体的系统因此可以整体或部分地包括在电池或电 子设备两者之一中。 0013 现在参照图 1， 示出了用于检测电池 100 或与电池 100 相连接的电子设备上的液 体， 尤其是诸如水的离子性液体的系统90。 系统90包括用于检测液体的存在或不存在的传 感器 140 以及与传感器 140 进行通信的传感器电路 150。 0014 传感器 140 可以邻近于电池 10

14、0 或电子设备 130 中的一个而放置或者置于电池 100 或电子设备 130 中的一个之上或之内。在这里使用的术语” 邻近” 优选为距离电池 100 以及更具体地距离存在于电池 100 上的第一接触 118 或存在于电子设备 130 上的接触 136 不大于 10 米， 以及更优选地不大于 1 米， 以及最优选地不大于 0.5 米， 以及甚至更优选地是 不大于 0.25 米。传感器 140 用于检测电池 100、 第一接触 118、 电子设备 130 或电子设备 130 上存在的接触 136 之上、 之内、 或邻近处的液体的存在或不存在。传感器 140 包括可以 用于检测液体存在的任意传感器

15、， 并且包括压力传感器、 检测电阻率变化的传感器、 温度传 感器、 光传感器以及可以用于确定液体的存在且能确定该液体在传感器之上或邻近于传感 器的任意传感器。传感器 140 产生具有传感器信息的电信号， 该电信号传输至传感器电路 150。 传感器信息用于确定液体的存在或不存在并且可以根据液体是否存在而变化， 如果存 在， 可以根据液体存在多少而变化。传感器信息可以以能够传输模拟或数字信息的任意方 式， 诸如无线或经由有线， 诸如纤维光缆或金属导线， 而传输至传感器电路 150。 0015 传感器电路150与传感器140通信并且该传感器电路150被连接至电池100， 该电 池 100 介于电池

16、100 的一端处的电力保持部分 102 和另一端处的第一和第二接触 118、 120 之间， 如图 1 所示。电池 100 的电力保持部分 102 是电池 100 的存储能量的部分， 并且其包 括诸如燃料电池、 化学电池单元、 电容器以及任何可以存储能量或电荷的元件。 电力保持部 分102通过传感器电路150连接至第一和第二接触118、 120， 该电力保持部分102提供经传 感器电路 150 至第一和第二接触 118、 120 的电流流动。传感器电路 150 还与传感器 140 通 信并且接收来自传感器 140 的电信号， 该电信号包括用于确定液体的存在或不存在的传感 器信息。 0016 如

17、果传感器信息指示至少存在特定量的液体， 那么传感器电路 150 不允许在电池 100的电力保持部分102和电池100的第一和第二接触118、 120之间的电流流动， 并且防止 电流流经电池 100 的第一接触 118 并流至电子设备 130。如果传感器信息指示不存在液体 或者存在少于特定量的液体， 那么传感器电路 150 允许在电池 100 的电力保持部分 102 和 电池 100 的第一和第二接触 118、 120 之间的电流流动， 并且允许电流流经电池 100 的第一 和第二接触 118、 120 并流至电子设备 130。 说 明 书 CN 102265449 A CN 102265464

18、 A3/5 页 6 0017 不存在液体并不要求完全不存在液体， 只是少于或等于可接受量的液体， 超过该 可接受量会在电池100和/或电子设备130上发生不可接受量的腐蚀。 相反地， 存在液体并 不要求完全不存在液体， 而只是少于或等于可接受量的液体， 超过该可接受量会在电池 100 和 / 或电子设备 130 上发生不可接受量的腐蚀。 0018 在一个实施例中， 传感器电路150不断地测量传感器140的电阻率R。 如果传感器 140 的电阻率 R 至少变化了 0.01， 优选地至少是 0.1， 更优选地至少是 1， 甚至更优选 地至少是 10， 以及最优选的为至少 90， 那么传感器电路 1

19、50 防止电流流经第一和第二 接触118、 120并流至电子设备130。 这些百分数可以被设定为依赖于期望的灵敏度、 材料限 制、 以及其他的诸如由于环境温度的变化或者当设备工作和当无效时的设备温度范围而导 致的电阻变化的因素。优选地， 传感器 140 的电阻率 R 下降至指示存在液体。 0019 现在参照图3， 在一个实施例中， 系统90， 或者系统90的至少一部分， 是在电池100 上。电池 100 包括外壳 110， 该外壳 110 罩住电池 100 的存储能量的电力保持部分 102。外 壳110优选地包括与底表面116相对的顶表面112， 其中顶表面和底表面112、 116之间限定 侧

20、表面 114。电池 100 包括第一接触 118 和优选第二接触 120， 其中第一和第二接触 118、 120 允许电流从电池 100 的电力保持部分 102 流经外壳 110 至电子设备 130。接触 118、 120 可以穿过外壳 110 而接入， 并优选从外壳 110 延伸或在外壳 110 内凹进， 以及更优选地穿过 外壳 110 而暴露。接触 118、 120 优选地由诸如金属的导电材料形成。该金属的实例包括单 元素金属或者复合金属， 例如铜、 黄铜、 钢、 镍、 金、 银或铝。在一个实施例中， 第一接触 118 形成正极电池端子而第二电接触 120 形成负极电池端子。 0020 现

21、在参照图 2， 在一个实施例中， 传感器电路 90， 或者传感器电路 90 的至少一部 分， 是处在电子设备 130 的之上或之内或者邻近处。电子设备 130 是使用来自电池 100 的 电流的任何设备。电子设备 130 包括便携式电子设备， 诸如像手机、 对讲机以及无线电台 的通信设备 ； 诸如便携式音乐播放器、 便携式电脑以及便携式电影播放器的娱乐设备 ； 远 程控制 ； 便携式 GPS 设备 ； 便携式动力工具 ； 以及使用电池作为电力的任何设备。电子设备 130 优选地与电池 100 连接。电子设备 130 包括第一和第二接触 136、 138， 该第一和第二接 触 136、 138

22、分别与电池 100 的第一和第二接触 118、 120 相接合， 通过经第一接触 118 向第 一接触 136 传输电力， 使得电力能够从电池 100 的电力保持部分 102 传输至电子设备 130。 优选地， 电子设备 130 包括限定电子设备 130 的外壳 132， 其中外壳 132 形成用于接收电池 100 的电池室 134。优选地， 电池室 134 包括第一接触 136。在一个实施例中， 传感器 140 被 置于电池室 134 之内， 如图 2 所示。 0021 现在参照图 3 和 4， 在一个实施例中， 传感器 140 包括至少部分地被第二传感器接 触 144 所包围的第一传感器接

23、触 142。优选地， 第一和第二传感器接触 142、 144 至少部分 地包围， 并且优选地， 完全地包围第一接触 118， 如图 3 所示。在该实施例中， 第一和第二传 感器接触 142、 144 由第一和第二传感器接触 142、 144 之间的电阻率为 R1 的导电材料制成。 传感器电路 150 连续或间断地测量第一和第二接触 142、 144 之间的电阻率 R1。如果第一和 第二接触 142、 144 之间的电阻率 R1变化了至少 1， 那么传感器电路 150 防止电流流经第 一接触 118 至电子设备 130。形成传感器接触 142、 144 的同心圆之间的材料以及传感器接 触 142

24、、 144 和第一接触 118 之间的材料是例如一种或多种公知的绝缘材料。 0022 现在参照图4， 在一个实施例中， 传感器电路150包括与第一和第二晶体管T1和T2 说 明 书 CN 102265449 A CN 102265464 A4/5 页 7 一起的第一和第二电阻器R1和R2。 在一个实施例中， 第一和第二电阻器R1和R2具有近似相 同的电阻。在一个实施例中， 第一和第二电阻器 R1和 R2是 10M( 兆欧 ) 的电阻器。优选 地， 第一和第二晶体管 T1和 T2是场效应晶体管。传感器 140 还包括第一和第二传感器接触 142、 144。第一电阻器 R1在第一端与电力保持部分

25、102 的正极端子和第二电阻器 R2的第一 端都相连接。第一电阻器 R1在第二端与第一传感器接触 142 和第一晶体管 T1的第一栅极 G1都相连接。第二电阻器 R2在第一端处与第一电阻器 R1的第一端和第二晶体管 T2的第二 源极 S2都相连接。第二电阻器 R2在第二端处与第二晶体管 T2的第二栅极 G2和第一晶体管 T1的第一漏极 D1都相连接。第一晶体管 T1的第一源极 S1也与电力保持部分 102 的负极端 子和电池 100 的第二接触 120 都相连接。第二晶体管 T2的第二漏极 D2与电池 100 的第一 接触 118 相连接。第二传感器接触 144 与电池 100 的第二接触 1

26、20 相连接。 0023 在操作中， 如果检测有液体， 第二晶体管 T2可以防止电流流经第一接触 118。第一 晶体管 T1和电阻器 R1和 R2形成用于检测液体的放大器。第一和第二传感器接触 142、 144 包括感测离子性液体的导电性表面。 0024 在第一种状态中， 当没有液体与第一和第二传感器接触 142、 144 接触时， 第一传 感器接触 142 和第二传感器接触 144 之间的电阻很高， 例如接近 10M 或更高。在第一种 状态， 第一电阻器 R1和第一与第二传感器接触 142、 144 之间的电阻形成分压器。在描述的 实施例中， 因为这些电阻近似地相等， 存在电力保持部分 10

27、2 的大约一半的电压， 以偏置第 一晶体管 T1的第一栅极 G1。该电压足够维持第一晶体管 T1处于饱和状态 ( 即 “导通” 状 态 )。在第一种状态， 晶体管 T1的第一漏极 D1被拉至与来自电池 100 的电力保持部分 102 的负电压 B- 基本上相同的电压电势。该电压电势同时施加至第二晶体管 T2的栅极， 使得 第二晶体管 T2也饱和并且处于 “导通” 的状态。因此， 晶体管 T1和 T2是相反的类型， 即其 中一个晶体管当正电压施加在其栅极时饱和， 而另一个晶体管当负电压施加在其栅极时饱 和。因为第二晶体管 T2是处于 “导通” 的状态， 电池 100 的电力保持部分 102 有效

28、地连接至 第一和第二接触 118、 120(B+ 和 B-)， 并因此电池 100 能够完全为诸如由电子设备 130 提供 的负载的外部负载提供电力。 0025 在第二种状态， 当液体与第一和第二传感器接触 142、 144 相接触时， 第一传感器 接触 142 和第二传感器接触 144 之间的电气电阻低于第一种状态， 例如接近 2k( 千欧 ) 或更低。在第二种状态， 由第一电阻器 R1和第一与第二传感器接触 142、 144 之间的电阻形 成的分压器因此而基本上不同， 大部分来自电池 100 的电力保持部分 102 的电压落在第一 电阻器 R1中。因此， 用于偏置第一晶体管 T1 的第一栅

29、极 G1的电压不足以使第一晶体管 T1 进入饱和。也就是说， 第一晶体管 T1被置于 “截止” 的状态。在第二种状态， 第一晶体管 T1 中没有漏电流， 并且因此第二电阻器 R2上没有电压。在第二种状态， 因为第二电阻器 R2上 没有足够的电压以维持第二晶体管 T2的偏置处于 “导通” 的状态， 因此第二晶体管 T2立即 变为 “截止” 的状态。当存在液体时， 通过具有处于 “截止” 的状态的第二晶体管 T2， 第一接 触 118 与电池 100 的电力保持部分 102 隔离。结果， 举例来说， 没有电流可以从第一和第二 接触118、 120流经外部电路而至电子设备130。 结果， 没有电流可

30、以流经被检测到存在的任 何液体， 并因此保护有电流流过的任何接触， 诸如第一和第二接触118、 120和/或第一和第 二接触 136、 138， 以免受到电解的加速腐蚀。 0026 公开的摘要是用于使得读者快速获知该技术公开的本质。应该理解的是， 该提交 说 明 书 CN 102265449 A CN 102265464 A5/5 页 8 的摘要将不用于解释或者限制权利要求的范围或含义。 另外， 在之前的详细说明中， 可以看 到， 为了本发明的顺畅叙述的目的， 可将不同的实施例中的不同特征进行组合。 公开的本方 法不是解释为反映要求保护的实施例需要比每个权利要求中清楚地引用的更多特征的意 图。

31、 而是， 作为权利要求的表现， 发明的主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。 因此， 所附权利要求在此都被引入详细的说明书中， 每个权利要求代表它本身作为独立地要求保 护的主题。 0027 对本发明的各种实施例已经进行了描述， 这将使得对于本领域普通技术人员来说 显而易见的是， 其他的实施例和实施方式也可能落入本发明的保护范围内。 因此， 本发明除 了按照所附的权利要求及其等价物之外是不受严格限制的。 说 明 书 CN 102265449 A CN 102265464 A1/4 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 102265449 A CN 102265464 A2/4 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 102265449 A CN 102265464 A3/4 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 102265449 A CN 102265464 A4/4 页 12 图 4 说 明 书 附 图 CN 102265449 A