TW201304243A - 電池組偵測電路 - Google Patents

Abstract

本發明揭示用以偵測冷焊或空焊、充電狀態、以及放電狀態的一種電池組偵測電路。該電池組偵測電路包含一驅動電路，與位於該電池組偵測電路外的一開關單元電連接；一電壓偵測與比較電路，與位於該電池組偵測電路外的一多單元電池組電連接；其中該電壓偵測與比較電路經配置在至少兩種電路連接狀態下偵測橫跨每個電池的電壓，並將在該至少兩種電路連接狀態下分別偵測到的該等電壓的差與一預定值相比，其中該電壓的差由相同電池在不同電路連接狀態下量測到的電壓經由一相減操作而得；以及一介面與控制電路，經配置以接受由系統管理匯流排來的指令並提供一訊號給一偵測負載。

Description

電池組偵測電路

本發明係關於一種電池組偵測電路，特別係關於一種用於偵測冷焊或空焊、充電狀態、以及放電狀態的多單元電池組偵測電路，其中該電池組偵測電路具有複數個串聯的電池。

可充電電池(二次電池)被廣泛地使用在許多應用中以提供電源給不同的電子裝置，可攜式電子裝置例如手機、個人數位助理(personal digital assistants，PDAs)、筆記型電腦都適用可充電電池。可充電電池可以是鎳鎘電池(NiCd)、鎳氫電池(NiMH)、或鋰離子電池(LiIon)。

大容量的可充電電池通常由複數個電池並聯提供所需要的電流，或串聯提供所需要的電壓。該複數個電池一般會做成電池組，電池組中具有許多連接各電池正負極的導線。圖1顯示一電池組中複數個電池正負極連結的剖面圖，複數個電池12於一絕緣容器(未顯示)中排列。任一電池12具有一正電極14於電池上方以及一負電極16於電池下方。銅金屬板18電連接一電池12的正電極14以及另一電池12的負電極16。兩個焊縫19分別形成於靠近電池12正電極14與靠近電池12負電極16的銅金屬板18上。

根據以上的電池組配置，在焊接時有可能在焊縫19處 形成冷焊或空焊的情況，故電池組的電流會形成斷路。冷焊或空焊的情況在電池組組裝後是很難被發現的。再者，品質好的焊接也會在運送或維修的過程中經由大電流或靜電放電而被破壞。因此，本揭露提供一種電池組偵測電路以偵測電池組結構的完整性。

本發明提供一種電池組偵測電路，包含與位於該電池組偵測電路外的一開關單元電連接的一驅動電路，該驅動電路經配置以啟動或關閉該開關單元中的一開關；與位於該電池組偵測電路外的一多單元電池組電連接的一電壓偵測與比較電路，該電壓偵測與比較電路經配置以在至少兩種電路連接狀態下偵測橫跨每個電池的電壓，並將在該至少兩種電路連接狀態下分別偵測到的該等電壓的差與一預定值相比，其中該電壓的差由相同電池在該至少兩種電路連接狀態下量測到的電壓經由一相減操作而得；以及與位於該電池組偵測電路外的一系統管理匯流排(SMBUS)以及一偵測負載連接的一介面與控制電路，其中該介面與控制電路經配置以接收該系統管理匯流排的指令並提供一訊號給該偵測負載。

本發明提供一種電池組偵測電路的操作方法，該方法包含當該開關單元以及該偵測負載中的開關被關閉時，偵測並記錄該多單元電池組中橫跨每個電池的電壓為V1A至 VkA；開啟該偵測負載中的至少一開關；當該開關單元中的開關被關閉以及該偵測負載中的開關被啟動時，偵測並記錄該多單元電池組中橫跨每個電池的電壓為V1B至VkB；執行一相減操作而得到電壓V1C至VkC，其中V1C=V1A-V1B，且VkC=VkA-VkB；將各電壓與一預定值比較；以及當一電壓大於該預定值時，建立一錯誤訊號。

上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。

本揭露與一種針對多單元電池組設計的電池偵測電路。圖2係本揭露一實施例之電池系統20的示意圖。電池系統20包含一多單元電池組22，一電池組偵測電路24、一偵測負載26，以及一開關單元28。

如圖2所示，複數個可充電電池222、224、以及226彼此串聯而形成一多單元電池組22。多單元電池組22的正極 及負極連至電池的兩極212以及214，電池兩極212以及214提供電流至一系統負載(未顯示)，例如一可攜式電子元件，或自一電源(未顯示)，例如一AC/DC整流器，接收充電電流。

電池系統20的開關單元28包含兩個串聯的場效電晶體(FETs)MC以及MD，場效電晶體MC以及MD連接於多單元電池組22與電池的一極212之間。

偵測負載26與該多單元電池組22並聯。本揭露的一實施例中，偵測負載26包含串聯的一電阻R1以及一開關S1。當接收一輸入訊號EN時，開關S1開啟，故電流I1由多單元電池組22流出。

由圖2可知，電池組偵測電路24包含一驅動電路242，一電壓偵測與比較電路244，以及一介面與控制電路246。該驅動電路242提供開啟訊號以及關閉訊號至開關單元28。電壓偵測與比較電路244偵測橫跨於每個電池222至226上的電壓並將該等電壓與一參考值比較。介面與控制電路246接收從系統匯流排(SMBUS)29傳來之指示並提供一輸入訊號EN至偵測負載26。

進行操作時，在開關單元28以及開關S1都關閉的情況下，電壓偵測與比較電路244偵測並記錄橫跨於每個電池222至226上的電壓為V1A、V2A、以及V3A。接下來，開關單元28維持關閉而開關S1在接收由介面與控制電路246傳來之一輸入訊號EN後開啟。接著，電壓偵測與比較電路244 偵測並紀錄橫跨於每個電池222至226上的電壓為V1B、V2B、以及V3B。

電壓偵測與比較電路244進行一相減操作而產生電壓V1C、V2C、以及V3C，其中V1C=V1A-V1B，V2C=V2A-V2B，且V3C=V3A-V3B。在得到電壓V1C、V2C、以及V3C之後，電壓偵測與比較電路244將電壓V1C、V2C、以及V3C與一參考電壓VR比較並得到一比較值。

本發明一實施例中，一冷焊點發生於電池222、224、或226的連接處，因此，電壓V1C、V2C、以及V3C都因為電池組22中的高內電阻而大於參考電壓VR。電壓偵測與比較電路244提供上述比較值給驅動電路242。根據該比較值，一錯誤訊號將被建立而開關28維持關閉。電壓偵測與比較電路244亦藉由SMBUS 29提供該比較值至一主機(未顯示)。

如圖3所示，一電流感測電阻R2連接於電池組22的負極以及接地電位之間。電池組偵測電路24'進一步包含一電流偵測電路248，藉由電流感測電阻R2以監控流入電池組22的充電電流。因為充電電流隨時間改變，電壓偵測與比較電路244能將電壓V1C、V2C、以及V3C與一浮動預定值比較，該浮動預定值將隨著充電電流的大小成比例增加或減少，進而得到更精確的比較結果。

當電池組22在長時間使用下，各個電池222至226的內電阻將改變。本揭露一實施例中，電池組偵測電路24'中具 有一儲存元件(未顯示)用以記錄不同時間下橫跨各個電池222至226的電壓。因此，若任一電池222至226的電壓超過一高預定值，一警示訊號將藉由SMBUS 29發送至主機。本揭露另一實施例中，若任一電池222至226的電壓超過一高預定值，一錯誤訊號將被建立。

圖4為本發明另一實施例之電池系統40的示意圖。圖4中與圖2中相近的元件具有相同的編號尾數。電池系統40具有一電池組22’，一電池組偵測電路42，一開關元件44，以及一保險元件46。

如圖4所示，多單元電池組22’的正極及負極連至電池的兩極212’以及214’，電池兩極212’以及214’可自一電源(未顯示)，例如一AC/DC整流器，接收充電電流。因為對電池組22’的過度充電會造成***或燃燒等危險，電池組偵測電路42經設計用以避免過度充電的情況發生。電池組偵測電路42會偵測每個電池222’至226’的個別跨壓，若任一電池的跨壓於一預定時間內超過一預定門檻值，電池組偵測電路42會輸出一過電壓保護訊號OVP至開關元件44。接收到過電壓保護訊號OVP之後，開關元件44被開啟而保險元件46亦被開啟而形成斷路，截斷由電源(耦接於電池的一極212’)提供的充電電流。

然而，若在電池組22’以及電池組偵測電路42之間任一連線W1、W2、W3、W4發生斷線，電池組偵測電路42將無法執行過電壓保護OVP的檢查功能，因為被偵測到的電池 電壓在此情況下會小於該預定門檻值。如此一來，電池組22’將會因為過高的電壓而有***會損壞的危險。

如圖4所示，電池組偵測電路42包含一控制電路422以及一電壓偵測與比較電路424。控制電路422控制開關元件44的開關狀態。電壓偵測與比較電路424偵測電池組22’整體的電壓以及各電池222’至226’的個別跨壓。

在操作的情況下，當電壓偵測與比較電路424偵測到電池組22’的正極與電池組偵測電路42處於電連接狀態，電池系統40將進入一偵測模式。在偵測模式中，電池組偵測電路42執行一電源重置(power on reset，POR)功能且電壓偵測與比較電路424的預定門檻值將被降低至比電池最小電壓還低的值，例如3伏特。電池系統40處於偵測模式中的時間為固定，當超過偵測模式的時間，電池系統40將由偵測模式轉變為正常模式，若電池組22’以及電池組偵測電路42之間所有連線W1、W2、W3、W4都呈連接狀態，開關元件44則保持關閉。

在偵測模式下，若電壓偵測與比較電路424偵測到任一電池222’至226’的個別跨壓低於電池的最小電壓，電壓偵測與比較電路424將輸出一訊號至控制電路422。在電池系統40進入正常模式後，控制電路422輸出訊號過電壓保護OVP至開關元件44以開啟保險元件46形成斷路。如此一來，電池組22’與電池組偵測電路42的斷路將可以被偵測到。

圖5顯示本發明另一實施例之電池系統50的示意圖。如 圖5所示，一鎖存電路426配置於控制電路422’與電壓偵測與比較電路424’之間。圖4中的保險元件46由一開關元件52取代，本實施例中開關元件52為一FET。本揭露另一實施例中，在偵測模式下，當電壓偵測與比較電路424’偵測到任一電池222’至226’的個別跨壓低於電池的最小電壓，鎖存電路426將鎖存從電壓偵測與比較電路424’傳來的訊號。因此，當上述情況發生時(任一電池222’至226’的個別跨壓低於電池的最小電壓)，過電壓保護訊號OVP將不論在偵測模式或正常模式中皆輸出，造成開關元件52一直處於關閉狀態。

本揭露另一實施例中，在正常模式下，當電壓偵測與比較電路424’偵測到任一電池222’至226’的個別跨壓高於電池的最大電壓(例如，4.4伏特)，鎖存電路426將鎖存從電壓偵測與比較電路424’傳來的訊號。如此一來，過電壓保護訊號OVP將被輸出，且開關元件52被關閉以避免電池組22’的過度充電。

本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採用上述二種方式之組合。

此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實 施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。

12‧‧‧電池

14‧‧‧正電極

16‧‧‧負電極

18‧‧‧金屬板

19‧‧‧焊縫

20‧‧‧電池系統

20'‧‧‧電池系統

22‧‧‧多單元電池組

22'‧‧‧多單元電池組

222‧‧‧可充電電池

222'‧‧‧可充電電池

224‧‧‧可充電電池

224'‧‧‧可充電電池

226‧‧‧可充電電池

226'‧‧‧可充電電池

24‧‧‧電池組偵測電路

24'‧‧‧電池組偵測電路

242‧‧‧驅動電路

244‧‧‧電壓偵測與比較電路

246‧‧‧介面與控制電路

248‧‧‧電流偵測電路

26‧‧‧偵測負載

28‧‧‧開關單元

28'‧‧‧開關單元

212‧‧‧電池電極

212'‧‧‧電池電極

214‧‧‧電池電極

214'‧‧‧電池電極

29‧‧‧系統管理匯流排

40‧‧‧電池系統

42‧‧‧電池組偵測電路

42'‧‧‧電池組偵測電路

422‧‧‧控制電路

422'‧‧‧控制電路

424‧‧‧電壓偵測與比較電路

424'‧‧‧電壓偵測與比較電路

426‧‧‧鎖存電路

44‧‧‧開關元件

46‧‧‧開關元件

48‧‧‧開關單元

52‧‧‧開關元件

58‧‧‧開關單元

圖1顯示一電池組中複數個電池正負極連結的剖面圖；圖2係本發明一實施例之電池系統的示意圖；圖3係本發明另一實施例之電池系統的示意圖；圖4係本發明另一實施例之電池系統的示意圖；以及圖5係本發明另一實施例之電池系統的示意圖。

20‧‧‧電池系統

22‧‧‧多單元電池組

222‧‧‧可充電電池

224‧‧‧可充電電池

226‧‧‧可充電電池

24‧‧‧電池組偵測電路

242‧‧‧驅動電路

244‧‧‧電壓偵測與比較電路

246‧‧‧介面與控制電路

26‧‧‧偵測負載

28‧‧‧開關單元

212‧‧‧電池電極

214‧‧‧電池電極

29‧‧‧系統管理匯流排

Claims (16)

1. 一種電池組偵測電路，包含：一驅動電路，電氣連接於該電池組偵測電路外的一開關單元，並經配置以啟動或關閉該開關單元中的一開關；一電壓偵測與比較電路，電氣連接於該電池組偵測電路外的一多單元電池組，並經配置以在至少兩種電路連接狀態下偵測橫跨每個電池的電壓，並將在該至少兩種電路連接狀態下分別偵測到的該等電壓的差與一預定值相比，其中該電壓的差由相同電池在該至少兩種電路連接狀態下量測到的電壓經由一相減操作而得；以及一介面與控制電路，電氣連接於該電池組偵測電路外的一系統管理匯流排(SMBUS)以及一偵測負載，其中該介面與控制電路經配置以接收該系統管理匯流排的指令並提供一訊號給該偵測負載。
2. 根據請求項1所述之電池組偵測電路，進一步包含一電流偵測電路，藉由置放於該多單元電池組負極與接地電位之間的一電流感測裝置以監控流入該多單元電池組的充電電流。
3. 根據請求項1所述之電池組偵測電路，其中該開關單元包含至少兩個串聯的場效電晶體，並與該多單元電池組的一極連接，且各場效電晶體分別與該驅動電路電連接。
4. 根據請求項1所述之電池組偵測電路，其中該偵測負載包含至少一電流感測裝置與至少一開關，且該偵測負載與該多單元電池組並聯。
5. 根據請求項4所述之電池組偵測電路，其中一種電路連接狀態包含關閉該開關單元中的所有開關以及關閉該偵測負載中的所有開關。
6. 根據請求項4所述之電池組偵測電路，其中一種電路連接狀態包含關閉該開關單元中的所有開關以及啟動該偵測負載中的所有開關。
7. 一種電池組偵測電路，包含：一控制電路，與位於該電池組偵測電路外的一開關單元電連接，並經配置以啟動或關閉該開關單元中的一開關；以及一電壓偵測與比較電路，與位於該電池組偵測電路外的一多單元電池組電連接，並經配置以偵測橫跨每個電池的電壓，並將該等電壓與一電壓門檻預定值相比。
8. 根據請求項7所述之電池組偵測電路，進一步包含一鎖存電路，經配置以鎖存由該電壓偵測與比較電路輸出至該開關單元的一訊號。
9. 根據請求項7所述之電池組偵測電路，其中該開關單元包含串聯的一場效電晶體以及一保險元件，且該開關單元連接於該多單元電池組的正極以及一接地電位之間。
10. 根據請求項7所述之電池組偵測電路，其中該開關單元包含串聯的一場效電晶體以及一開關，且該開關單元連接於該多單元電池組的正極以及一接地電位之間。
11. 根據請求項7所述之電池組偵測電路，其中該電壓門檻包 含該電池的一最小電壓，以及該電池的一最大電壓。
12. 一種操作一電池系統中的一電池組偵測電路的方法，該電池系統包含一電池組偵測電路、一開關單元、包含一第一個至第k個電池的一多單元電池組、以及一偵測負載，該偵測負載包含至少一電流感測裝置，該至少一開關與該偵測負載串聯；其中該多單元電池組以及該偵測負載並聯，當該偵測負載中的開關被啟動且該開關單元中的任一開關被關閉，電流將由該多單元電池組流至該偵測負載；該多單元電池組以及該開關單元串聯；且該電池組偵測電路與該開關單元中的各開關、該多單元電池組、以及該偵測負載連接；該方法包含：當該開關單元以及該偵測負載中的開關被關閉時，偵測並記錄該多單元電池組中橫跨每個電池的電壓為V1A至VkA；開啟該偵測負載中的至少一開關；執行一相減操作而得到電壓V1C至VkC，其中V1C=V1A-V1B，且VkC=VkA-VkB；將各電壓與一預定值比較；以及當任一電壓大於該預定值時，建立一錯誤訊號。
13. 根據請求項12所述之操作方法，進一步包含：監控進入該多單元電池組的充電電流；以及根據該監控的充電電流成比例調整該預定值。
14. 一種操作一電池系統中的一電池組偵測電路的方法，該電 池系統包含一電池組偵測電路、一開關單元、以及包含一第一個至第k個電池的一多單元電池組；其中該多單元電池組以及該偵測負載並聯，且該電池組偵測電路連接至該開關單元以及該多單元電池組；該方法包含：偵測並記錄該多單元電池組中橫跨每個電池的電壓；將各個電壓與預定電壓門檻做比較；以及若任一電池電壓大於一預定電壓門檻或小於另一預定電壓門檻，輸出一訊號至該開關單元。
15. 根據請求項14所述之操作方法，進一步包含：進入一偵測模式，該偵測模式執行一電源重置，且該預定電壓門檻降低至低於該最小電池電壓的一第一等級；持續停留在該偵測模式一段固定時間；進入一正常模式，該正常模式中的該預定電壓門檻上升至高於該最大電池電壓的一第二等級；以及若任一電池電壓小於該第一等級或大於該第二等級，輸出一訊號至該開關單元。
16. 根據請求項14所述之操作方法，進一步包含：若任一電池電壓小於該第一等級或大於該第二等級，鎖存一訊號至該開關單元。