TWI606628B - 電池裝置、電子裝置以及電池裝置之保護方法 - Google Patents

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Description

電池裝置、電子裝置以及電池裝置之保護方法
本發明係關於一種電池裝置之保護方法，特別有關於一種於電池裝置發生充電異常時之保護方法。
對於無法連續地連接到固定電源的電子設備，可使用電池提供電力來源。日益普及之可提供行動通訊以及多媒體娛樂等應用的電子設備為使用電池作為電力來源之一實例。隨著技術的發展，可充電電池為現今較受青睞的電源設備，這也造就了在各個領域的可充電電池的技術發展。
然而，電池充電與放電的過程，皆會產生熱能。因此，無論是電池製造商或電子設備製造商，都致力於將電池的充放電保護機制設計得更加完善，以避免不必要的能量耗損以及因熱能累積導致的危險發生。
本發明揭露一種電池裝置，包括至少一電芯、一管理晶片以及一匯流排。管理晶片耦接至電芯，用以偵測電芯 之一電壓或一剩餘容量，並根據電芯之電壓或剩餘容量管理電池裝置之一運作狀態。匯流排耦接至管理晶片，其中管理晶片透過匯流排與一主機裝置溝通。管理晶片進一步判斷是否電芯之剩餘容量於電池裝置之一充電狀態中並未增加。當電芯之剩餘容量於電池裝置之充電狀態中並未增加時，管理晶片啟動一保護機制，使電池裝置離開充電狀態。
本發明揭露一種電子裝置，包括一電池裝置、一充/放電晶片以及一微處理器。充/放電晶片耦接至電池裝置，用以控制電池裝置之一充電操作以及一放電操作。微處理器，透過一匯流排與電池裝置溝通。當微處理器判斷電池裝置之一剩餘容量於一充電狀態中並未增加時，微處理器啟動一保護機制，使電池裝置離開充電狀態。
本發明揭露一種電池裝置之保護方法，包括：判斷一電池裝置是否運作於一充電狀態；當該電池裝置運作於該充電狀態時，判斷該電池裝置之一剩餘容量是否於該充電狀態中並未增加；以及當該電池裝置之該剩餘容量於該充電狀態中並未增加時，啟動一保護機制，使該電池裝置離開該充電狀態。
50‧‧‧直流/交流電源
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧主機裝置
111‧‧‧微處理器
112‧‧‧充/放電晶片
113‧‧‧電源選擇裝置
114‧‧‧主機電源
115‧‧‧電源管理裝置
116‧‧‧顯示裝置
120‧‧‧電池裝置
121‧‧‧主管理晶片
122‧‧‧副管理晶片
123‧‧‧充電開關
124‧‧‧放電開關
125‧‧‧保護裝置
126‧‧‧感測電阻
Battery_ID、SMBus_Clock、SMBus_Data、System_ID‧‧‧腳位
Cell_1、Cell_2、Cell_3、Cell_4‧‧‧電芯
P+‧‧‧正極
P-‧‧‧負極
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電子裝置方塊圖。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電池裝置方塊圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電池裝置之保護方法流程圖。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電池裝置之保護方法流程圖。
第5A圖與第5B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電池裝置之保護方法流程圖。
使本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合圖式，作詳細說明。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電子裝置方塊圖。電子裝置100可包括一主機裝置110以及一電池裝置120，其中電池裝置120為可充電的電池裝置，用以作為電子裝置100之一電力來源。
主機裝置110可至少包括一微處理器111、一充/放電晶片112、一電源選擇裝置113、一主機電源114、一電源管理裝置115以及一顯示裝置116。
值得注意的是，為了清楚闡述本發明，第1圖為一簡化的方塊圖，其中僅顯示出與本發明相關之元件。熟悉此項技藝者應了解電子裝置當可包含其他元件，用以提供特定之功能，因此，本發明並不限於第1圖所示之內容。
充/放電晶片112耦接至電池裝置120，用以控制電池裝置120之一充電操作以及一放電操作。充/放電晶片112提供充/放電迴路，用以於電池裝置之一放電過程中自電池裝置 120擷取電力，以及於電池裝置120之一充電過程中提供電力至電池裝置120。充電過程的電力來源可以是外部的直流/交流電源50。
電源選擇裝置113用以選擇提供給主機電源114之電力來源。舉例而言，當電源選擇裝置113偵測到變壓器(adaptor)***電子裝置100所配置之一插孔(圖未示)時，電源選擇裝置113可選擇由外部的直流/交流電源50提供電力至主機電源114。當電源選擇裝置113未偵測到有變壓器***插孔時，電源選擇裝置113則選擇由電池裝置120提供電力至主機電源114。
主機電源114用以提供整個電子裝置100系統運作時所需的電力。電源管理裝置115耦接至主機電源114，用以管理電子裝置系統的電源。
微處理器111耦接至充/放電晶片112、電源管理裝置115及顯示裝置116，用以控制該等元件之運作。
一般而言，電池裝置或主機裝置系統會內建有基本的保護機制，用以於充/放電過程中針對發生過高/過低的電壓、過高/過低的電流或過高/過低的溫度等的情況給予保護，以避免不必要的能量耗損以及因熱能累積導致的危險發生。然而，傳統技術中，並未有針對電池容量(或，剩餘容量)是否正常增/減而有對應的保護機制。
根據本發明之一實施例，微處理器111或電池裝置120可持續偵測電池裝置120是否發生充電異常。於本發明之實施例中，所述之充電異常可包含各種因素而造成電池裝置120 之一電池容量(或，剩餘容量)於一充電狀態或充電過程中並未增加的異常情況，例如，元件毀壞、充電控制不當、電池裝置與主機裝置溝通失敗、識別腳位異常開啟、甚至保護機制失效等因素。
當微處理器111或電池裝置120偵測到電池裝置120發生充電異常時，可啟動另一保護機制，一種電量持平保護機制，簡稱為KCP(Keeping Capacity Protection)保護機制，使電池裝置120離開充電狀態，以避免不必要的能量耗損以及因熱能累積導致的危險發生。
於本發明之實施例中，KCP保護機制可實施於主機裝置110端以及/或電池裝置120端。此外，充電異常之偵測亦可以實施於主機裝置110端以及/或電池裝置120端。
根據本發明之一實施例，微處理器111可透過一匯流排與電池裝置120溝通。所述之匯流排可以是，例如，一系統管理匯流排(System Management Bus，簡稱為SM Bus)。微處理器111可週期性探詢(polling)匯流排上傳遞的資料，以得知電池裝置120目前的狀態與相關的參數。舉例而言，電池裝置120可定期將偵測到的電池電壓、充電/放電電流、電池溫度、充飽容量、剩餘容量、警示指令等相關資訊透過匯流排傳送給微處理器111。此外，電池裝置120也可根據偵測到的電壓、電流、溫度及剩餘容量等數值判斷目前電池裝置所處的狀態，設立對應的狀態旗標，並且透過匯流排將狀態旗標的相關資訊傳送給微處理器111。
微處理器111可根據剩餘容量或狀態旗標的內容 判斷電池裝置120之剩餘容量是否於一充電狀態中並未增加。舉例而言，當微處理器111發現連續多次探詢所得到的剩餘容量均未增加，或者發現電池裝置120已設立起一充電異常狀態旗標時，微處理器111可啟動KCP保護機制，使電池裝置120離開充電狀態。
根據本發明之一實施例，當微處理器111啟動KCP保護機制時，微處理器111可控制充/放電晶片112停止提供電力至電池裝置120，使電池裝置120離開充電狀態。
根據本發明之另一實施例，當微處理器111啟動KCP保護機制時，微處理器111亦可透過匯流排通知電池裝置120啟動對應的保護機制，停止自主機裝置110接收電力，使電池裝置120離開充電狀態。
此外，根據本發明之一實施例，當微處理器111啟動KCP保護機制時，微處理器111亦可控制顯示裝置116顯示一充電異常警訊，以告知使用者目前必須離開充電狀態。
當使用者留意到充電異常警訊時，可自行檢測是否有元件損壞、線路脫落等可能造成充電異常的情況發生，若有發現，則可進行修復。當可能造成充電異常的情況被解決後，使用者可解除KCP保護模式。根據本發明之一實施例，解除KCP保護模式的方式包括，但不限於，插拔電池裝置、插拔變壓器、觸碰(例如，長按)電源按鍵一段時間或觸碰任一預設的解除KCP保護模式快速鍵、或者改為讓電池裝置120進入放電模式。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電 池裝置方塊圖。電池裝置120可包括一或多組電芯，例如圖中所示之Cell_1、Cell_2、Cell_3及Cell_4、一主管理晶片121、一副管理晶片122、一充電開關123、一放電開關124、一保護裝置125以及一感測電阻126。
值得注意的是，為了清楚闡述本發明，第2圖為一簡化的方塊圖，其中僅顯示出與本發明相關之元件。熟悉此項技藝者應了解電池裝置亦可能包含其他元件，用以提供特定之功能，因此，本發明並不限於第2圖所示之內容。
充電開關123與放電開關124可透過電源線耦接於電池裝置120之正極P+與電芯之間。主管理晶片121可控制充電開關123與放電開關124之開啟與關閉，以控制電池裝置120之充放電行為。舉例而言，當主管理晶片121將充電開關123關閉時，可使電源線與電芯相連，讓接收到的電力可儲存至電芯。當主管理晶片121將充電開關123開啟時，則可使電源線與電芯之間形成斷路。放電開關124之控制方式亦相近。根據本發明之一實施例，充電開關123與放電開關124可由電晶體實施。
除充電開關123與放電開關124之外，保護裝置125亦可透過電源線耦接於電池裝置120之正極P+與電芯之間，作為第二道防護。舉例而言，當充電開關123/放電開關124之控制失效時，副管理晶片122可控制保護裝置125斷開電源線與電芯之間的連線。根據本發明之一實施例，保護裝置125可由保險絲實施。
感測電阻126透過電源線耦接於電池裝置120之負極P-與電芯之間，用以偵測電池裝置120之充電/放電電流大小。
主管理晶片121耦接至電池裝置的各元件，用以偵測電池裝置120之電壓、充電/放電電流、溫度、剩餘容量等，並根據偵測到的數值管理電池裝置120之運作狀態。主管理晶片121更耦接至匯流排，如圖所示之SM Bus之時脈腳位SMBus_Clock以及SM Bus之資料腳位SMBus_Data，並透過匯流排與主機裝置110溝通。
此外，主管理晶片121更耦接至識別腳位，如圖所示之Battery_ID與System_ID，其中識別腳位Battery_ID提供給主機裝置110用以識別電池裝置120，識別腳位System_ID提供給電池裝置120用以識別主機裝置110。
根據本發明之一實施例，主管理晶片121可持續偵測電池裝置120是否於充電狀態中發生充電異常。舉例而言，當主管理晶片121發現連續多次測量或計算所得到的剩餘容量均未增加時，主管理晶片121可啟動KCP保護機制，使電池裝置120離開充電狀態。
根據本發明之一實施例，當主管理晶片121啟動KCP保護機制時，主管理晶片121可透過匯流排通知於電池裝置120之充電狀態中用以提供電力之主機裝置110停止提供電力，使電池裝置120離開充電狀態。
根據本發明之另一實施例，當主管理晶片121啟動KCP保護機制時，主管理晶片121亦可控制充電開關123開啟，使得電源線與電芯之間形成斷路，使電池裝置120停止自主機裝置110接收電力，離開充電狀態。
此外，根據本發明之一實施例，當主管理晶片121 啟動KCP保護機制時，主管理晶片121可設立起一充電異常狀態旗標，以通知主機裝置110。而當主機裝置110之微處理器111發現電池裝置120已設立起一充電異常狀態旗標時，微處理器111可控制顯示裝置116顯示一充電異常警訊，以告知使用者目前必須離開充電狀態。除此之外，微處理器111亦可如上述於主機裝置110端啟動對應之KCP保護機制，使電池裝置120離開充電狀態。
當使用者留意到充電異常警訊時，可自行檢測是否有元件損壞、線路脫落等可能造成充電異常的情況發生，若有發現，則可進行修復。當可能造成充電異常的情況被解決後，使用者可解除KCP保護模式，其充電異常旗標也會解除。根據本發明之一實施例，解除KCP保護模式的方式包括，但不限於，插拔電池裝置、插拔變壓器、觸碰(例如，長按)電源按鍵一段時間或觸碰任一預設的解除KCP保護模式快速鍵、或者改為讓電池裝置120進入放電模式。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電池裝置之保護方法流程圖。第3圖顯示之流程圖係以由包含電池裝置與主機裝置之電子裝置系統的角度做描述。首先，判斷電池裝置是否運作於一充電狀態(步驟S302)。若否，則無需啟動KCP保護機制。若是，則進一步判斷電池裝置之一剩餘容量是否於充電狀態中並未增加(步驟S304)。若否，則無需啟動KCP保護機制。若是，則啟動KCP保護機制(步驟S306)，使電池裝置離開充電狀態。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電池 裝置之保護方法流程圖。第4圖顯示之流程圖係以由主機裝置之角度做描述，其中主機裝置如第1圖所示耦接至電池裝置。首先，主機裝置判斷是否有提供外接電源之裝置***(步驟S402)。若否，則判斷電池裝置目前運作於放電狀態(步驟S404)。若是，則判斷電池裝置目前運作於充電狀態(步驟S406)。
接著，主機裝置判斷充電電流是否大於零(步驟S408)。舉例而言，判斷充/放電晶片112所提供的充電電流是否大於零。若充電電流不大於零，則判斷電池裝置目前運作於放電狀態(步驟S404)。若充電電流大於零，則進一步探詢電池裝置目前的參數(步驟S410)。舉例而言，探詢匯流排上傳遞的資料，以得知電池裝置目前的狀態與相關的參數。
接著，主機裝置判斷是否有電壓、電流或溫度等相關的異常狀態旗標被設起(步驟S412)。若有，則主機裝置啟動一般的電池保護機制(步驟S414)。若無，則主機裝置持續偵測電池電量(步驟S416)。主機裝置判斷電池電量是否有持續增加(步驟S418)。舉例而言，主機裝置可藉由檢視電池電量相關參數數值，判斷電池電量是否有持續增加。此外，主機裝置亦可藉由檢視電池電壓/電流相關參數數值，根據電池電壓是否有上升、或者電池電流是否為0安培，判斷電池電量是否有持續增加。
若無，則啟動上述的KCP保護機制(步驟S420)。若有，則進一步判斷電池電量是否已被充飽(步驟S422)。若是，則充電結束。若否，則回到步驟S406持續監控電池狀態。
第5A圖與第5B圖係顯示根據本發明之一實施例所 述之電池裝置之保護方法流程圖。第5A圖與第5B圖顯示之流程圖係以由電池裝置之角度做描述。首先，主管理晶片121判斷是否接收到外部電源(步驟S502)。若否，則電池裝置目前運作於放電狀態(步驟S504)。若是，則電池裝置目前運作於充電狀態(步驟S506)。
接著，主管理晶片121判斷是否與主機裝置的溝通可正常運作(步驟S508)。若否，則判斷為電池裝置異常(步驟S510)。若是，則判斷電池裝置正常(步驟S512)。
接著，主管理晶片121判斷目前電池容量是否已達充飽範圍(步驟S514)。舉例而言，充飽範圍可訂為充飽電量(或，最高電量)之95%~100%。若主管理晶片121判斷目前電池容量已達充飽範圍，則視為已充飽電，進入充飽狀態(步驟S516)，而不會啟動KCP保護機制。
若否，則主管理晶片121進一步判斷目前電池容量是否已達完全放電範圍(步驟S518)。舉例而言，完全放電範圍可訂為充飽電量(或，最高電量)之0%~10%。若主管理晶片121判斷目前電池容量已達完全放電範圍，則視為已完全放電，進入完全放電狀態(步驟S520)，而不會啟動KCP保護機制。
值得注意的是，電池裝置可針對充飽狀態及完全放電狀態設計對應之保護機制。
若目前電池容量未達完全放電範圍，則主管理晶片121進一步判斷目前電池電壓是否落於適當範圍(步驟S522)。舉例而言，適當的電壓範圍可依據電池的規格而訂在電壓V1~V2之間。若否，則主管理晶片121判斷目前電池裝置 處於過高/過低電壓狀態(步驟S524)。電池裝置可針對過高/過低電壓狀態設計對應之保護機制。
若目前電池電壓落於適當範圍，則主管理晶片121進一步判斷電池電量是否有持續增加(步驟S526)。舉例而言，主管理晶片121可藉由偵測或計算目前電池電量，判斷電池電量是否有持續增加。此外，主管理晶片121亦可藉由偵測或計算電池電壓/電流值，根據電池電壓是否有上升、或者電池電流是否為0安培，判斷電池電量是否有持續增加。
若是，則回到步驟S512持續監控電池狀態。若無，則進一步判斷電池電量是否超過一既定時間都沒有增加(步驟S528)。若否，則回到步驟S512持續監控電池狀態。若電池電量超過一既定時間都沒有增加，則啟動上述的KCP保護機制(步驟S530)。
根據本發明之一實施例，步驟S528可設定一合理的時間區間，例如，根據系統操作速度設定為數秒鐘或數分鐘。若電池電量超過合理的時間都沒有增加，則代表充電異常發生，應啟動上述的KCP保護機制。
如上述，傳統技術中，並未有針對電池容量(或，剩餘容量)是否正常增/減而有對應的保護機制。於本發明實施例中，主機裝置端的微處理器111或電池裝置120端的主管理晶片121可持續偵測電池裝置120之一電池容量(或，剩餘容量)於一充電狀態或充電過程中是否並未正常增加，而導致發生充電異常。
當偵測到電池裝置120發生充電異常時，可啟動上 述的KCP保護機制，使電池裝置120離開充電狀態，並且通知使用者，以避免不必要的能量耗損以及因熱能累積導致的危險發生。
此外，上述KCP的偵測及保護機制可與傳統保護機制共存。舉例而言，可被設計為優先於傳統保護機制，用以作為第一道防線。此外，上述KCP的偵測及保護機制也可以被設計為傳統保護機制啟動後，持續偵測是否傳統保護機制失效而導致充電異常的第二道防線。除此之外，上述KCP的偵測也可以被設計與傳統保護機制之偵測並行，如第4圖及第5A圖、第5B圖之範例所示。
本發明之上述實施例能夠以多種方式執行，例如使用硬體、軟體或其結合來執行。熟悉此項技藝者應了解執行上述功能之任何組件或組件之集合可被視為一個或多個控制上述功能之處理器。此一個或多個處理器可以多種方式執行，例如藉由指定硬體，或使用微碼或軟體來編程之通用硬體來執行上述功能。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧直流/交流電源
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧主機裝置
111‧‧‧微處理器
112‧‧‧充/放電晶片
113‧‧‧電源選擇裝置
114‧‧‧主機電源
115‧‧‧電源管理裝置
116‧‧‧顯示裝置
120‧‧‧電池裝置

Claims (10)

  1. 一種電池裝置，包括：至少一電芯；一管理晶片，耦接至該電芯，用以偵測該電芯之一電壓或一剩餘容量，並根據該電芯之該電壓或該剩餘容量管理該電池裝置之一運作狀態；以及一匯流排，耦接至該管理晶片，其中該管理晶片透過該匯流排與一主機裝置溝通，並且其中該管理晶片進一步判斷是否該電芯之該剩餘容量於該電池裝置之一充電狀態中並未增加，當該電芯之該剩餘容量於該電池裝置之該充電狀態中並未增加時，該管理晶片啟動一保護機制，使該電池裝置離開該充電狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池裝置，其中當該管理晶片啟動該保護機制時，該管理晶片透過該匯流排通知於該電池裝置之該充電狀態中用以提供電力之該主機裝置停止提供電力。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池裝置，更包括：一充電開關，耦接於用以傳送電力之一電源線與該電芯之間，其中當該管理晶片啟動該保護機制時，該管理晶片開啟該充電開關，使得該電源線與該電芯之間形成斷路。
  4. 一種電子裝置，包括：一電池裝置； 一充/放電晶片，耦接至該電池裝置，用以控制該電池裝置之一充電操作以及一放電操作；以及一微處理器，透過一匯流排與該電池裝置溝通，其中當該微處理器判斷該電池裝置之一剩餘容量於一充電狀態中並未增加時，該微處理器啟動一保護機制，使該電池裝置離開該充電狀態。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電子裝置，其中當該微處理器啟動該保護機制時，該微處理器控制該充/放電晶片停止提供電力至該電池裝置。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之電子裝置，更包括：一顯示裝置，其中當該微處理器啟動該保護機制時，該微處理器控制該顯示裝置顯示一充電異常警訊。
  7. 一種電池裝置之保護方法，包括：判斷一電池裝置是否運作於一充電狀態；當該電池裝置運作於該充電狀態時，判斷該電池裝置之一剩餘容量是否於該充電狀態中並未增加；以及當該電池裝置之該剩餘容量於該充電狀態中並未增加時，啟動一保護機制，使該電池裝置離開該充電狀態。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包括：於該保護機制啟動時，控制一主機裝置停止提供電力至該電池裝置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包括：於該保護機制啟動時，控制該電池裝置停止自一主機裝置 接收電力。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包括：於該保護機制啟動時，控制一顯示裝置顯示一充電異常警訊。
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