CN101488589B - 电池组件及其充电状态的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种电池组件，电池组件与一可携式电子设备连接的接口具有至少三个端子，所述电池组件包括：电池、识别电路与温度感知电路。此外，识别电路具有储能组件与限流组件，且温度感知电路具有一开关与温感组件，温感组件依据电池组件的温度而改变其阻抗值。其中，可携式电子设备以通过限流组件对储能组件进行充电时所产生的充电线形，判断电池组件的型号，接着启动温度感知电路以判断电池组件的温度。

Description

电池组件及其充电状态的测量方法

技术领域

本发明有关一种电池组件，且特别是有关一种用于可携式电子设备的电池组件。

背景技术

一可携式电子设备(例如移动电话、个人数字助理、笔记本电脑等)的电池组件可具有不同的型号，用来提供此可携式电子设备作动所需的能量。然而，在充电此电池组件前，需先判断电池组件的型号，以提供符合此型号的电池组件的充电规格的电流和电压而进行充电。另一方面，温度亦是判断充电时的电流与电压的重要准则，若电池组件的温度过高，则应减少充电的电流或是停止充电，避免电池因过热损毁。

为能获得相关于电池组件的型号与温度的信号，以决定充电状态，现有技术通常采用设置于电池组件上的三个电极或四个电极以取得此信号。然而，相较于四个电极来说，三个电极具有降低成本的优势。

图1图1a是现有电池组件的示意图。请参照图1，现有的电池组件10包括电池11、负温度系数热敏电阻NTC1、电阻R1、R2与电极12、13、14。电池的正极耦接于电极14，负极耦接于电极12，电阻R1串接电阻R2，且电阻R1、R2分别连接于电极11、12。此外，负温度系数热敏电阻NTC1并接电阻R2。其中，电池组件10由电极13而接收电能，并于电极13量得电信号，此电信号的值是依据负温度系数热敏电阻NTC1、电阻R1、R2的等效电阻值而决定，故由此电信号可推知电池组件10的型号与温度。

图2a是现有相异电池组件的电阻值范围的示意图。请同时参考图1与图2a。若在第一种型号的电池中，选定电阻R1、R2的值为R1’、R2’，则负温度系数热敏电阻NTC1、电阻R1、R2的等效电阻值的范围为R1’～R1’+R2’。在第二种型号的电池中，选定电阻R1、R2的值为R1”、R2”，则负温度系数热敏电阻NTC1、电阻R1、R2的等效电阻值的范围为R1”～R1”+R2”。

当等效电阻值落在R1’～R1’+R2’的范围时，则判断此电池为第一种型号的电池并推知其温度，并依据此电池的充电规格而进行充电。同样地，当等效电阻值落在R1”～R1”+R2”的范围时，则判断此电池为第二种型号的电池并推知其温度，并依据此电池的充电规格而进行充电。

图2b是现有相异电池组件的电阻值范围的另一示意图。请同时参考图1与图2b。若前述两种型号的电池的等效电阻值的范围重迭在一起，如重迭范围R1’～R1”+R2”所示，则当所测得的等效电阻值落在重迭范围R1’～R1”+R2”(如图2b的斜线所示)时，便无从推知此电池组件的型号与温度。如此，将无法依据此电池的充电规格而进行充电。故，为了避免此种等效电阻值的范围重迭的情况，需将不同型号的电池的等效电阻值的范围调窄，然而，电阻值范围变窄使得温度判断的准确性降低。

因此，有必要设计一种电池组件与充电装置，以克服上述问题，且能准确判断电池组件的型号与温度，而调整其充电状态。

发明内容

因此本发明的一目的是提供一种电池组件，其设置可携式电子设备中，使可携式电子设备能够准确判断电池的型号与温度，而调整充电状态，同时降低成本。

本发明的另一目的是在提供一种充电状态测量方法，用以准确判断电池的型号与温度，而调整电池的充电状态。

根据本发明的上述目的，提出一种电池组件，其与一可携式电子设备连接的接口具有第一端子、第二端子与第三端子。此电池组件包括：电池、识别电路与温度感知电路，并且，识别电路具有储能组件及限流组件，温度感知电路具有一开关及温感组件。另一方面，电池的正负极分别耦接第一端子及第二端子，且识别电路与温度感知电路两者串接于第一端子及第三端子之间。识别电路与温度感知电路的组件连接关系如下：储能组件的一端耦接第一端子，限流组件串接于储能组件与第三端子之间，开关的一端耦接第一端子，且温感组件串接于开关与第三端子之间，此温感组件可依据电池组件的温度而改变其阻抗值。

可携式电子设备以一电流通过限流组件对储能组件充电时所产生的充电线形，以识别电池组件的型号，接着当开关开启时，温度感知电路会被启动来判断电池组件的温度。

根据本发明的目的，提出一种电子装置，电子装置包括：参考电源、电池组件与充电状态控制装置。此电池组件包括：电池、识别电路与温度感知电路，并且，识别电路具有储能组件及限流组件，温度感知电路具有开关及温感组件。另一方面，电池的正负极分别连接第一端子及第二端子，且识别电路与温度感知电路两者串接于第一端子及第三端子之间。识别电路与温度感知电路的组件连接关系如下：储能组件的一端耦接第一端子，限流组件串接于储能组件与第三端子之间，开关的一端耦接第一端子，且温感组件串接于开关与第三端子之间，此温感组件可依据电池组件的温度而改变其阻抗值。

且，充电状态控制装置以一电流通过限流组件对储能组件充电时所产生的充电线形，识别该电池组件的型号，接着开关开启以启动温度感知电路，而判断电池组件的温度。依据本发明的实施例，开关的开启可选择性地通过例如微控制器判读前述的充电线形来控制，抑或可通过储能组件的充电电位直接控制。

根据本发明的另一目的，提出一种充电状态测量方法，用以测量出一电池组件的型号与温度此充电状态测量方法包括：使一电流通过一限流组件充电一储能组件，接着于一第一预设时间测量该储能组件的一充电线形，据以判断该电池组件的型号，再使该电流通过一温感组件，接着于一第二预设时间测量该温感组件的端电压，据以判断该电池组件的温度。

由上述说明可知，本发明的电池组件与其充电状态测量方法，可准确判断电池组件的型号与温度，而调整充电状态。同时由于毋需增加额外的端子数，故可达成降低成本的效果。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点能更明显易懂，下面将配合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，其中：

图1是现有电池组件的示意图。

图2a是现有相异电池组件的电阻值范围的示意图。

图2b是现有相异电池组件的电阻值范围的另一示意图。

图3a是绘示依照本发明一实施例的电池组件的示意图。

图3b是绘示依照本发明另一实施例的电池组件的示意图。

图4是绘示依照本发明一较佳实施例的一种电池组件及充电装置的示意电路图。

图5是绘示依照本发明一较佳实施例的电池组件在接受测量时的电压与时间的关系图。

图6是绘示依照本发明一较佳实施例的电池组件在接受测量时的电压与时间的关系图。

具体实施方式

由于储能组件的充放电线形可随着本身以及所连接的限流组件的电性参数而决定，相异电性参数将产生不同的充放电线形。本发明的下述实施例即依照上述特性而设计，以便准确地判断电池的型号，同时，亦可判断电池的温度，以决定电池的充电状态。

本发明的实施例的电池组件与充电装置是用于可携式电子设备中，可携式电子设备例如为移动电话、个人数字助理、笔记本电脑等，以下将以移动电话为例说明本发明的实施例。

图3a是绘示依照本发明一实施例的电池组件的示意图。参考图3a，电池组件30包括电池31、电池识别电路32与温度感知电路33，且具有端子1、2与3。电池的正负极分别耦接端子3、1，且电池识别电路32与温度感知电路33设置于端子1、2间，通过电池识别电路32与温度感知电路33可分别识别电池的型号与温度。

图3b是绘示依照本发明另一实施例的电池组件的示意图。电池组件30包括电池31、电池识别电路32与温度感知电路33，电池识别电路32具有储能组件321及限流组件322，且温度感知电路33具有开关331及温感组件332。在端子1、2间，串接储能组件321与限流组件322，并串接开关331与温感组件332。在此种组态之下，当开关331开启时，温感组件332会通过开关331而连接端子1，较佳地，开关331的开关状态受控于储能组件的充电状态。另一方面，温感组件332可依据电池组件30的温度而改变其阻抗值。

一参考电源可通过端子2而供电至此状态识别电路30，而使电流流经限流组件322并对储能组件321充电，分别在第一预设时间t1与第二预设时间t2于端子2量得例如电压V1与电压V2，电压V1用以判断电池组件30的型号，且电压V2用以判断电池组件30的温度。一般来说，第一预设时间t1会是在储能组件321储满电能之前，而第二预设时间t2会是在储能组件321储满电能之后。

此外，需注意的是，电压V1与电压V2仅为例示性，可依据储能组件321与限流组件322的数值特性而决定在预设时间t1与预设时间t2于端子2量得的电性参数，例如电流I1、I2。

在预设时间t1时，开关331为关闭，电流流经限流组件322后对储能组件321充电，故电压V1的值将依据储能组件321与限流组件322的电性参数而决定。于预设时间t2时，储能组件处于稳态(steady state)，此时可将开关331开启，使电流改流经温感组件332，故电压V2的值将依据温感组件332的电性参数而决定。

为了能确实掌握储能组件321的充电状态，以提高电压V1、V2的信号准确性，故在参考电源供电至储能组件321前，可先通过短暂地开启开关SW而将端子2接地，以清除储能组件321中的能量。通过清除清除储能组件321中的能量，可确保电压V1、V2的信号准确性，以便对电压V1、V2进行分析而准确地判断电池组件30的型号与温度。

图4是绘示依照本发明一较佳实施例的一种电池组件及充电装置的示意电路图，此种充电装置可设置于如移动电话的可携式电子装置内，用以对前述的电池组件充电。请参考图4，一充电装置400包括连接器420、参考电源430与微控制器(MCU)440，用以对电池组件410充电。

电池组件410可被视为图3b所示的电池组件30更详尽的一实施例，其包括电池411、电容412(即一储能组件)、电阻413(即一限流组件)、NMOS晶体管414(即一开关)与负温度系数热敏电阻415(即一温感组件)与电极416、417、418。电池411的正极连接电极418，其负极耦接电极416。在电极416、417间，串接电容412与电阻413，此外，晶体管414位于电极416与热敏电阻415间，且栅极耦接于连接着电容412与电阻413的节点N1，故晶体管414的开关状态受控于电容412的端电压。当晶体管414开启时，热敏电阻415通过晶体管414而连接电极416。另一方面，热敏电阻415亦耦接于电极417，热敏电阻415依据电池组件410的温度而改变其阻抗值。

参考电源430通过电极417通过电阻413对电容412进行充电，于电容412开始充电后的第一预设时间t1与第二预设时间t2，微控制器440可通过测量节点N2而得到电压V1、V2，并分别依据电压V1、V2的电压值而进行计算分析以判断电池组件410的型号与温度。一般来说，第一预设时间t1会是在电容412储满电能之前，而预设时间t2会在是电容412储满电能之后。

连接器420包括电极421、422、423，分别对应地连接电池组件410的电极416、417、418。电极421接地，电极422耦接微控制器440，且电极423可耦接参考电源430。连接器420固设于移动电话中，用以将电池组件410的电能与电信号传送至移动电话，以提供移动电话作动时所需的能量。

参考电源430可包括参考电压源431与电阻433，选择性地，参考电压源431可耦接电极423而输入来自电池411的电能，并转换此电能为定电压且通过电阻433与电极422而供应至电极417以通过电阻413对电容412进行充电。

此外，在依据此较佳实施例的一实施例中，可采用参考电流源以代替参考电压源431，并以电感代替电容412，且采用电流控制开关而取代NMOS晶体管414，同样可达成准确地判断电池组件的型号与温度的效果。

微控制器440具有模拟数字转换器(ADC)441与控制信号产生器443，模拟数字转换器441用以将电压V1、V2分别转换为数字信号，控制信号产生器443用以依据数字信号S1、S2而产生充电状态控制信号Sc，以控制电池组件410的充电状态。

为了能确实掌握电容412的充电状态，以提高电压V1、V2的信号准确性，故充电装置400采用例如一NMOS晶体管450作为开关以将电容412接地，并且晶体管450的栅极连接微控制器440，其漏极连接电极422且源极接地。也就是说，在参考电源430对电容412进行充电前，先通过晶体管450将电极417接地，以清除电容412中的能量。微控制器440可输出一控制信号Sg至晶体管450的栅极，以控制晶体管450的漏极/源极间的切换。

通过清除电容中的能量，可确保电压V1、V2的信号准确性，以便对电压V1、V2进行分析而准确地判断电池组件410的型号与温度。

晶体管414的开关状态可受控于电容412的充电电位，原先，电容412中不存在任何电荷，晶体管414为关闭。在开始对电容412进行充电时，电容412的端电压，亦即节点N1的电压尚低于晶体管414的临界电压(threshold voltage)，此时晶体管414仍关闭。当对电容412进行充电一段时间后(如充满电能后)，节点N1的电压超过晶体管414的临界电压时，则晶体管414开启。此外，在其它实施例中，晶体管414的开启及关闭亦可选择性地受控于微控制器440，即晶体管414的栅极亦可与微控制器440连接。

图5是绘示依照本发明一较佳实施例的电池组件在接受测量时的电压与时间的关系图。请同时参考图4与图5，在t＝0之前，微控制器440可输出具有高电平电压的控制信号Sg以开启晶体管450，使电容412接地，而清除电容中的电荷。之后，微控制器440输出具有低电平电压的控制信号Sg以关闭晶体管450。

在清除电容中的能量后，参考电源430提供电能至电极422，电容412开始进行充电，由于电容412的端电压尚低于晶体管415的临界电压，故此时晶体管414仍关闭，而电流流经电阻413与电容412。模拟数字转换器441于第一预设时间t1经节点N2测量电极417上的电压值V1，并将其转换为数字信号S1以进行运算分析。在此实施例中，由于电压值V1会随电容412的电容值C与电阻413的电阻值R的乘积值RC而变化，故仅需改变相异电池组件的电容值C与电阻值R，即可判断电池组件的型号。也就是说，相异的电池组件具有不同RC值，RC愈大，则电压V1愈小，举例来说，两种型号的电池组件的电阻值R相同且电容值分别是C1、C3，并且C1＞C3，则V1＜V3。因此，通过测量分析电压V1、V3的值，可有效地判断出电池组件410的型号。

图6是绘示依照本发明一较佳实施例的电池组件在接受测量时的电压与时间的关系图。请同时参考图4与图6，当对电容412进行充电一段时间后，节点N1的电压超过晶体管414的临界电压时，则晶体管开启，此时电流转为流经热敏电阻415。此时，模拟数字转换器441于第二预设时间t2(此时电容412处于稳态)经节点N2测量电极417上的电压值V2，并将其转换为数字信号S2以进行运算分析。在此实施例中，由于电压值V2会随热敏电阻415的电阻值而改变，而热敏电阻415的电阻值是依据该电池组件410的温度决定，故在不同的温度下，电压值V2亦相异。故，通过测量分析电压值V2可有效地判断出电池组件410的型号。

由图6可知，模拟数字转换器441依序于第一预设时间t1与第二预设时间t2接收电极417上的电压值V1与V2，电压值V1可用来判断电池组件410的型号，且电压值V2可用来判断电池组件410的温度。

需注意的是，热敏电阻415与电阻413可不需共同连接于电极417，本发明所属的技术领域中具有通常知识者可采用多个电极以分别连接热敏电阻415与电阻413，而仍不脱离本发明的精神与范围。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的充电组件，可在不增加电极数目的情况下，通过改变储能组件与限流组件的电性参数，即可有效而准确地判断电池组件的型号与温度，并决定其充电状态。故，本发明的充电组件，不但可解决现有技术的问题，同时具有降低成本与提高充电状态判断的准确性的优点。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的改变或替换，，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种电池组件，与一可携式电子设备连接的接口具有至少一第一端子、一第二端子与一第三端子，该电池组件包括：

一电池，其正负极分别耦接该第二端子及该第一端子；

一识别电路，包括：

一储能组件，一端耦接该第一端子；以及

一限流组件，串接于该储能组件与该第三端子之间，其中该储能组件为一电容，该限流组件则为一电阻；以及

一温度感知电路，包括：

一开关，一端耦接该第一端子；以及

一温感组件，串接于该开关与该第三端子之间，该温感组件依据温度而改变其阻抗值，

其中于该电容开始充电的一段时间内，测量该第三端子的电压值，以决定该电池组件的类型。

2.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于该开关开启于该储能组件充电至一临界电压时。

3.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于用以控制该开关的开启与关闭的一控制端耦接于该储能组件的另一端。

4.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于该温感组件为一热敏电阻。

5.一种电子装置，包括：

一参考电源；

一电池组件，包括：

一电池，其正负极分别连接一第二端子及一第一端子；

一识别电路，包括：

一储能组件，一端耦接该第一端子；以及

一限流组件，串接于该储能组件与一第三端子之间；以及

一温度感知电路，包括：

一开关，一端耦接该第一端子；以及

一温感组件，串接于该开关与该第三端子之间，该温感组件依据温度而改变其阻抗值；以及

一充电状态控制装置，

其中，该充电状态控制装置通过测量一电流经过该限流组件对该储能组件充电时该储能组件所产生的充电线形，判断用以识别该电池组件的一型号，以及当该开关开启时，该充电状态控制装置通过测量该电流流经该温感组件时所产生的端电压判断该电池组件的温度。

6.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于该开关开启于该储能组件充电至一临界电压时。

7.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于用以控制该开关的开启与关闭的一控制端耦接于该储能组件的另一端。

8.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于该第一端子接地，该第二端子用以将该电池的电能提供予该参考电源，以及该参考电源耦接该第三端子以提供该电流。

9.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于该储能组件为一电容、该限流组件为一电阻以及该温感组件为一热敏电阻。

10.一种测量电池组件的型号及温度的方法，包括下列步骤：

使一电流通过一限流组件充电一储能组件；

于一第一预设时间测量该储能组件的一充电线形，据以判断该电池组件的型号；

使该电流通过一温感组件；以及

于一第二预设时间测量该温感组件的端电压，据以判断该电池组件的温度。

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