CN101189526B

CN101189526B - 过放电情况下的电池电源管理

Info

Publication number: CN101189526B
Application number: CN2006800163271A
Authority: CN
Inventors: 兰伯特斯·F·M·德科宁; 埃迪·阿齐兹
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-01
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-05-01
Also published as: EP1882190B1; JP2008541687A; US8026695B2; WO2006120602A3; CN101189526A; EP1882190A2; WO2006120602A2; US20080218918A1

Abstract

公开了一种在过放电情况下操作电池电源管理单元(PMU)的方法。而且还公开了一种电源管理单元(PMU)以及包括电源管理单元(PMU)的装置。电源管理单元(PMU)是一***的一部分，该***包括电池和与该电池连接的安全电路。确定电池的安全电路的状态，并且在安全电路保持运行时，使得该装置的通/断控制不运行。因此在电池还没有返回到其正常操作模式时防止该装置上运行的应用进入到运行状态(即接通状态)。

Description

过放电情况下的电池电源管理

技术领域

本发明涉及电池电源管理单元(PMU)，尤其涉及在过放电情况下的电源管理单元的操作。

背景技术

用于如移动电话之类的手持设备的电池具有内置的安全电路，该安全电路保护电池免于过充电和过放电。当由于过放电而启动了该安全电路时，内置的串联开关被断开。结果是电池只能被充电。只有当电池被重新充电到足够高的电压时，安全电路才被再次重置到正常状态。在电池还没有返回到其正常操作模式的时候，当设备进入运行状态，即设备被开启时会有困难。提供起动浪涌电流的电池缓冲容量不可用。结果跳转到运行状态失败，于是无法使用设备。

发明内容

本发明设法提供了一种用于操作电源管理单元的改进的方法和***。本发明由独立权利要求来限定。

本发明的发明人认识到在移动电话制造商应用新开发的具有用以从安全模式重置的比原电池更高电压电平的电池组时会发生问题。

在优选实施例中，首先检测装置处于断开状态。如果在断开状态该装置被连接到充电器，则电源管理单元可以处在运行状态或未运行状态。电源管理单元具有预定的电池电压监测电平(Vbvm)。当实际电池电压超过Vbvm时，电源管理单元将切换到运行状态。电源管理单元还具有预设电压电平，用以指示电源管理单元应在何时从安全模式重置。电源管理单元控制电池充电，在电池充电时，其电压(Vbat)将升高。

按照优选实施例的发明具有显著的优点，但也不排除其他优点，因为本发明将解决在移动电话制造商应用新开发的具有用以从安全模式重置的高电压电平(Vreset)的电池组时所发生的问题，并且本发明因此保证了在这种情况下稳定的***启动。

实施例另外的优点包括可以仅使用正常充电电路之外的少量(内部)元件来实现本发明，而不需要额外的外部元件。不需要额外的外部元件的事实是非常重要的，因为外部元件增加了成本和对物理空间的需要。另外，该方法对于装置的操作是鲁棒的，因为只有在安全开关被实际断开时它才工作。而且，由于该方法提供了关于电池状态的信息，所以可以将电池状态报告给用户，如传达关于断开开关对电池充电将比平常花费更长时间的信息。另外的优点在于可将本方法应用于任何类型的安全电路，而与安全电路中的特定参数设置无关，还在于本方法独立于特定电池类型的实际Vreset而工作。

从属权利要求中所限定的可选特征描述了本发明有利的实施例。

根据本发明其他方面提供了一种电池电源管理单元和一种包括了电源管理单元的装置，在其中使第一方面的方法得以实现以使电源管理单元进行相应的操作。总的来说，本发明的各个方面可以在本发明范围内以任何可能的方式组合和结合。

参考下述实施例来揭示和阐明本发明的这些和其他方面、特征和/或优点。

附图说明

参考附图，仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中

图1图示出总体***结构，其中可应用本发明的电源管理单元，

图2图示出在电源管理单元中通常使用的保护设计的实施例，

图3图示出本发明一个实施例的流程图，以及

图4示意性示出一个充电周期内电池电压随时间而改变的一个实施例。

具体实施方式

本发明描述了一种在给移动电子装置(诸如移动电话、数码相机、移动音频/视频设备等)充电时易于检测并监测安全开关状态的方法。在安全电路保持运行时，使用安全开关状态信息使得该装置的通/断控制不运行。这方面中很重要一点是要知道安全开关是开路的以及何时再闭合。本发明将使电源管理单元(PMU)有规律地测试开关的状态。只要检测到开关是开路的，则电源管理单元会被禁止进入运行状态。

在电池组内的安全开关开路并且预设的重置电压Vreset高于预定义电池电压监测器电平Vbvm的情况下，因为短时间流过的大量浪涌电流，所以电源管理单元不能试图切换为运行状态。这引起电池电压Vbat的急剧下降，并且***返回到待机状态。充电过程继续进行直到Vbat再次达到Vbvm。随后将再次试图进入运行状态。这种情况无止境地重复。在安全开关闭合的情况下，浪涌电流从电池提供，不会出现这种问题。

图1示出了总体***结构，其中可应用本发明的电源管理单元。电源管理单元PMU连接到电池组BP。电源管理单元还连接到多个***芯片SC1、SC2、SCx。在充电情况下，电池组通过电源管理单元PMU连接到DC充电器DC-C。电源管理单元中的开关内部构件控制通/断以及充电电流值。电源管理单元与***芯片通常在同一印刷电路板上不能分开。电池组和墙壁插头(充电器插头)可以从该装置取下。

图2示出了与电源管理单元一起使用的通常使用的保护图的实施例，该图示出了电池3周围的安全电路。电源管理单元为包括几个模块的单片装置并且实体上与电池3相分离。电池3以及安全电路是单一实体的密封单元，可以连接到所期望的应用设备(即，连接到该装置)。

保护电路包括接线端1、2，通过该接线端可以把负载连接到电池3。安全控制电路SCC通过线路9、10连接到接线端1、2，从而可以监测接线端之间的电压差。安全控制电路SCC还通过线路9、11连接到电池3，从而可以监测电池3两端的电压差Vcell。安全控制电路SCC控制开关T1、T2的状态。

开关T1的作用是来保护防止过充电，而开关T2的作用是来保护防止过放电。当开关T1、T2中的一个处于非导通状态时(即，开关开路)，则禁止正常操作，在这种情况下安全电路处于运行状态。当两个开关都处于导通状态时(即，开关闭合)，安全电路处于“重置”或“正常模式”。当开关T2处于非导通状态，其寄生二极管7能为电池充电。结果，接线端电压Vbat比电池电压Vcell高～0.6V。0.6V是由物理性质给予的特性，典型地是半导体器件中使用的硅材料有此特性。开关T1和T2可以集成在保护电路中。

用于锂离子电池类型的电池的过放电保护作用的典型参数范围是：

Vopen T2开路时的电池电压 2-3V

Vclose T2再次闭合时的电池电压差 0-0.7V

Vreset T2再次闭合时的接线端电压 2.6-4.3V

电池组被密封起来，而不会直接进入安全电路的状态。

图3示出了在过放电情况下操作电源管理单元实施例的流程图，其中确定安全电路的状态，从而防止直接进入安全电路的状态。图3示出了电池的充电受到与该装置的通/断控制相关的控制的情况。

在步骤20，通过检测电池充电器的连接来禁止充电控制，此时***处于待机状态(对于最终用户的断开状态)。

在步骤21确定电源管理单元的状态，即检测电池的安全电路的状态。如果电源管理单元处于运行状态，则沿线路22进行，在步骤23***可能处于运行状态，即如果期望的话该***可能被用户接通。由此，启动通/断控制，而***完全控制了充电过程。

然而，如果电源管理单元未运行，则沿线路24进行，并且在步骤25测试电池状态。测试包括：

·短时间(Ttest)临时停止充电过程

·为电池加载测试电流(Itest)

·以固定测试电压(Vtest)来检查Vbat

在选择步骤26监测电池接线端1、2之间的电压，并与测试电压进行比较。如果Vbat小于测试电压，则明确表示安全开关T2开路，***被设置在开路充电状态200。

在电池充电步骤27，以受控充电电流(Ioc)为电池充电预设的时间Tint。该方法不受给定充电电流的影响而进行，并且如果需要可以选择给定的充电电流。在预设的时间周期之后，在沿线路28进行之后重新测试安全电路的状态。因此，在步骤25，通过把给电池充电之后得到的电池接线端1、2两端的电压与测试电压进行比较来测试电池状态。在不同实施例中，可以在电池充电步骤CB 27之后进行电池状态测试。

周期性地确定安全电路的状态，并且重复对电池充电直到电池状态测试之后的电池电压大于测试电压Vtest，接着沿线路29进行。阈值不需要很精确。在状态测试之后开路的安全开关将使得Vbat近似为0。在状态测试之后闭合的开关将使得电压大于Vtest。针对锂离子电池，测试电压通常为2.2V或者更大。在Vbat＞Vtest的情况下，***进入预充电状态201。电压Vbat＞Vtest明确表示安全开关T2处于闭合状态，因此当测试指出安全开关闭合时可以只保留开路充电状态200。

在预充电状态201中，在步骤202，以指定电流Ipc为电池充电直到电池接线端之间的电压已经达到预定义的电池电压监测电平Vbvm。当Vbat等于Vbvm时，电源管理单元进入运行状态203，并且***可以处于运行状态，即启动通/断控制23。

图4示意性地示出了充电周期内电池电压Vbat的时间进程的示例，假定开始时安全开关是开路的，即处于过放电情况。沿y轴30表示电池接线端1、2两端的电压Vbat，而x轴31表示时间轴t。

结合八个时间点序列A-H来说明电池电压的进程：

A)当安全开关开路时，充电器连接之前的真实电池电压Vbat通常为0V。电池电压不必主动地拉到0V。根据其过去值可以浮动。

B)连接充电器20。电池状态测试25将把Vbat变为0V。

C)在充电步骤27为电池充电，电池电压上升。随后重新测试电池状态。在电池状态测试期间，充电停止很短时间并把很小的负载连接到电池。由于开关T2是开路的，所以负载驱使电压变为零32，而继续电池的充电27。初始电压将为电池中的电池电压加上正向偏压二极管7的电压。

D)只要电池状态测试之后的电池电压保持低于Vtest，则以时间间隔Tint周期性地重复测试25。

E)当电池电压Vbat达到电压Vreset时，安全开关T2闭合。

F)由于闭合开关T2，电压Vbat下降了～0.6V。

G)由于开关T2闭合，所以电池电压几乎不下降。电池3可以传送电流Itest，并且因此Vbat保持高于Vtest 33。该测试是最后的电池状态测试，其开启预充电状态。

H)达到Vbvm电平并且***进入运行状态。由于浪涌电流可能会发生Vbat的微小下降，而该电流是从电池传送的。

尽管结合优选实施例描述了本发明，但是并非意在限制于上述特定形式。而且，本发明的范围仅由所附权利要求所限定。

在本说明书中，描述了公开实施例的某些特定详情是为了说明而不是用来限定，从而清晰而彻底的理解本发明。然而，本领域技术人员容易理解的是，在不脱离权利要求所定义的范围情况下，本发明可以以与在此所述具体细节并非完全一致的其他实施例中加以实践。另外，结合上下文，为了简洁和清楚，省略了已知设备、电路和方法的具体描述，从而避免了不必要的具体描述和可能出现的混乱。

参考标记包括在权利要求中，所包括的参考标记只是为了清楚的目的，而不应该理解为是对权利要求范围的限定。单词“包括”并不排除权利要求中所列之外的元件或步骤的存在。元件前面的单词“一”或“一个”并不排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括几个特有元件的硬件，和/或通过适当编程的处理器来实现。在列举几个装置的装置权利要求中，这些装置中的几个可以由一个以及相同硬件产品实现。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些方法的事实并不代表使用这些方法的组合没有优势。

Claims

1.一种在过放电情况下操作电池电源管理单元(100)的方法，该电源管理单元是一***的一部分，所述***包括电池(3)以及与所述电池连接的安全电路(SCC)，该方法包括步骤：

检测由所述电池供电的装置的断开状态；

检测电源管理单元的状态；以及

确定电池安全电路的状态，并且在安全电路保持运行时，该装置的接通/断开控制不运行；

其中，通过停止电池充电、随后为电池加载测试电流(25)来获得电池电压、并且把电池电压(Vbat)与测试电压(Vtest)进行比较(26)，来确定安全电路的状态；

其中，如果电池电压低于测试电压，则将装置的接通/断开控制保持为不运行，以便不能接通装置；如果电池电压高于测试电压，则运行装置的接通/断开控制，以便能够接通装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在预设的时间间隔期间提供所述测试电流。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当所述安全电路处于运行状态时，以预设的时间周期来周期性地确定安全电路的状态(28)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定安全电路处于运行状态，在所述***被设置在运行状态(202)之前，电池被预充电直到预设的电平。

5.一种电池电源管理单元(PMU)，其与电池(3)以及连接到该电池的安全电路(SCC)电气连接，所述电源管理单元包括：

接通/断开检测器，用于检测由所述电池供电的装置的断开状态；

电源管理单元状态检测器，用于检测电源管理单元的状态，

其中，确定电池安全电路的状态，并且在安全电路保持运行状态时，使得所述装置的接通/断开控制不运行；

6.一种用于电池管理的装置，包括电池、与该电池相连的安全电路、以及与该电池和安全电路电气连接的如权利要求5所述的电池电源管理单元(PMU)。