專利名稱：控制電池組電源狀態(tài)的方法及相關(guān)智能型電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制電池組電源狀態(tài)的方法及相關(guān)智能型電池裝置，尤其涉及一種可延長(zhǎng)使用壽命的電池組電源狀態(tài)控制方法及相關(guān)智能型電池裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子裝置的微型化,手機(jī)、個(gè)人隨身助理器(personal digital assistant,PDA)、數(shù)字相機(jī)、隨身音視頻播放裝置，和筆記型/平板計(jì)算機(jī)等便攜式電子裝置越來(lái)越普及。為了達(dá)成可攜性，這些便攜式電子裝置大多數(shù)時(shí)間需以蓄電池等儲(chǔ)電元件來(lái)供應(yīng)電力。當(dāng)蓄電池電量耗盡時(shí)，使用者可通過(guò)專用充電器或直接將便攜式電子裝置連結(jié)至家用交流電源來(lái)進(jìn)行充電。單一蓄電池的電壓與容量有限，在很多場(chǎng)合下要組成電池組來(lái)使用，例如用于筆記型計(jì)算機(jī)。蓄電池使用時(shí)會(huì)經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的充電與放電過(guò)程，直到使用壽命終結(jié)。蓄電池的使用壽命是由多方面的因素所決定，其中最重要的是蓄電池本身的物理特性和充電方式。一般來(lái)說(shuō)，充電電壓/電流越大，所需充電時(shí)間越短，但會(huì)縮短蓄電池的使用壽命。過(guò)度放電或過(guò)度充電能增加蓄電池可使用容量，但亦會(huì)縮短蓄電池的使用壽命。因此電池廠商會(huì)在電池規(guī)格書(shū)中設(shè)定上限操作電壓值與下限操作電壓值。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一電池組的充電電壓與時(shí)間關(guān)系曲線的示意圖。假設(shè)現(xiàn)有技術(shù)的電池組包含3個(gè)串聯(lián)的蓄電池Cl C3，其跨壓分別由Va Vra來(lái)表示。電池組的上限操作電壓值為Vpaqum，而電池組的下限操作電壓值為VPM—MIN。單一蓄電池的上限操作電壓值為Voax—MM，而單一蓄電池的下限操作電壓值為Vm Vpack為電池組的電壓,其值為串聯(lián)蓄電池的電壓總和(VC1+VC2+VC3)。如圖1所示，電池組的充電周期依序包含一段定電流周期Ti和一段定電壓周期Tv。在Ti期間，充電器會(huì)將充電電流維持在一定電流充電的設(shè)定值，而電池組的電壓Vpack會(huì)低于設(shè)定的定電壓充電電壓Vqk,此時(shí)Vqk對(duì)于充電器的電壓并不產(chǎn)生作用。而Vpm會(huì)逐漸上升，直到Vpm達(dá)到設(shè)定的定電壓充電電壓Vaffi,便進(jìn)入定電壓周期Tv。在Tv期間，充電器會(huì)將充電電壓維持Vaffi,直到充電終止。一般傳統(tǒng)做法會(huì)將Vaffi設(shè)為VPAck_IAX 而V;K—為Vaai mx乘以串聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)。以先前包含3個(gè)串聯(lián)蓄電池的電池組為例，其Vpmmax為3XVmx。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一電池組的放電電壓與時(shí)間關(guān)系曲線的示意圖。放電時(shí)電池組的電壓Vpacx會(huì)逐漸下降。為了避免蓄電池過(guò)度放電，當(dāng)Vpm降到VpackHN時(shí)會(huì)終止放電。而Vpack min為VCEIX—Mra乘以串聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)。以先前包含3個(gè)串聯(lián)蓄電池的電池組為例，其VPM—MIN為3XV_—MIN。雖然制造時(shí)有篩選特性相近的蓄電池組裝在同一電池組，但是由于工藝誤差，電池組內(nèi)每一蓄電池的物理特性與老化速度并不完全一致。因此，個(gè)別蓄電池間充電或放電電壓與時(shí)間關(guān)系曲線的差異會(huì)隨著使用時(shí)間增加越來(lái)越大，導(dǎo)致原先設(shè)定電池組的Vpaqum與Vpm MIN不足以避免個(gè)別蓄電池過(guò)度充電或過(guò)度放電。舉例來(lái)說(shuō)， 3個(gè)串聯(lián)的蓄電池Cl C3充電電壓與時(shí)間關(guān)系曲線的差異，導(dǎo)致跨壓Va可能會(huì)超過(guò)上限操作電壓值VM，亦即現(xiàn)有技術(shù)的蓄電池Cl在定電壓周期Tv時(shí)會(huì)呈現(xiàn)過(guò)度充電狀態(tài)，如圖1所示；在放電周期的時(shí)間點(diǎn)Tl時(shí)，跨壓Va可能會(huì)低于最小跨壓MIN，亦即現(xiàn)有技術(shù)的蓄電池Cl在時(shí)間點(diǎn)Tl和T2之間會(huì)呈現(xiàn)過(guò)度放電狀態(tài)，如圖2所
/Jn o換而言之，由于每個(gè)蓄電池的容量和內(nèi)阻等特性的區(qū)別，容量較大的蓄電池容易處于淺充電/淺放電狀態(tài)，而容量較小的蓄電池容易處于過(guò)度充電/過(guò)度放電狀態(tài)。在長(zhǎng)時(shí)間處于不同程度的充電/放電狀態(tài)后，每一蓄電池之間的性能參數(shù)差異越來(lái)越大，容量較小的蓄電池容易提前失效，即使其它容量較大的蓄電池還能正常運(yùn)作，電池組的整體效能往往快速地降低，大幅縮短電池組的使用壽命。在一種現(xiàn)有技術(shù)的電池組中，每一蓄電池上附加一個(gè)并聯(lián)均衡電路，以達(dá)到分流的作用。當(dāng)某個(gè)每一蓄電池首先達(dá)到滿充狀態(tài)時(shí)，均衡裝置能阻止其進(jìn)入過(guò)充狀態(tài)，并將多余的能量轉(zhuǎn)化成熱能以繼續(xù)對(duì)尚未充滿的蓄電池充電。此現(xiàn)有技術(shù)提供一種均衡充電的方法，但需額外設(shè)置均衡電路，且會(huì)造成額外的能量損耗。在另一種現(xiàn)有技術(shù)的電池組中，在充電時(shí)會(huì)使用較低的充電電流，因此能減緩蓄電池的老化速度。然而，此現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法充分運(yùn)作于多個(gè)串聯(lián)蓄電池的電池組，因?yàn)樵诖?lián)情況下，個(gè)別蓄電池依舊可能產(chǎn)生過(guò)度充電或過(guò)度放電的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種控制一電池組的電源狀態(tài)的方法，其包含測(cè)量該電池組中多個(gè)蓄電池的跨壓；如果每一蓄電池的跨壓皆未超過(guò)一 單一蓄電池上限操作電壓值，以一第一電壓對(duì)該電池組進(jìn)行充電；以及若該電池組中任一蓄電池的跨壓不小于該單一蓄電池上限操作電壓值，以一第二電壓對(duì)該電池組進(jìn)行充電，其中該第二電壓小于該第一電壓。本發(fā)明還提供一種智能型電池裝置，其包含一電池組，其包含多個(gè)蓄電池；一電池管理集成電路，用來(lái)測(cè)量該多個(gè)蓄電池的跨壓，并依此控制一充電器，其中若每一蓄電池的跨壓皆未超過(guò)一單一蓄電池上限操作電壓值，該充電器以一第一電壓對(duì)該電池組充電；以及若該電池組中任一蓄電池的跨壓不小于該單一蓄電池上限操作電壓值，該充電器以一第二電壓對(duì)該電池組充電，且該第二電壓小于該第一電壓。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一電池組在充電時(shí)的電壓與時(shí)間關(guān)系曲線示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一電池組在放電時(shí)的電壓與時(shí)間關(guān)系曲線示意圖。圖3為本發(fā)明中一種智能型電池裝置的功能方塊圖。圖4為本發(fā)明中一種控制電池組電源狀態(tài)方法的流程圖。圖5為本發(fā)明電池組在充電時(shí)的電壓與時(shí)間關(guān)系曲線示意圖。圖6為本發(fā)明電池組在放電時(shí)的電壓與時(shí)間關(guān)系曲線示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明10電池組12模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14庫(kù)侖計(jì)數(shù)器16開(kāi)關(guān)控制電路
18存儲(chǔ)器22微處理器20電池管理集成電路30保險(xiǎn)絲40開(kāi)關(guān)50電流感測(cè)電阻60熱敏電阻70顯示單元80系統(tǒng)管理總線100智能型電池裝置200智能型充電器410至 480 步驟Cl至CN蓄電池
具體實(shí)施例方式圖3為本發(fā)明中一種智能型電池(smart battery)裝置100的功能方塊圖。智能型電池裝置100包含一電池組10、一電池管理集成電路20、一保險(xiǎn)絲30、一開(kāi)關(guān)40、一電流感測(cè)電阻50、一熱敏電阻60、一顯示單元70,以及一系統(tǒng)管理總線80 (system managementbus, SMB)。電池組10包含多個(gè)蓄電池Cl CN，其可被排成串聯(lián)、并聯(lián)，或是串聯(lián)并聯(lián)的任意組合。圖3顯示了串聯(lián)的實(shí)施例，電池組10整體跨壓由Vpack來(lái)表示，蓄電池Cl CN的跨壓分別由Va Vcn來(lái)表示,而流經(jīng)電池組10的電流則由Ipack來(lái)表示。電池組10的正端可通過(guò)保險(xiǎn)絲30和開(kāi)關(guān)40電性連接至一智能型充電器200，而電池組10的負(fù)端可通過(guò)電流感測(cè)電阻50電性連接至智能型充電器200。電池管理集成電路20包含一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12、一庫(kù)侖計(jì)數(shù)器14、一開(kāi)關(guān)控制電路16、一存儲(chǔ)器18,以及一微處理器22。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器12可用來(lái)監(jiān)控蓄電池Cl CN的跨壓Vci Vcn和熱敏電阻60的跨壓(相關(guān)于電池組10的溫度)，庫(kù)侖計(jì)數(shù)器14可監(jiān)控電流感測(cè)電阻50的跨壓(相關(guān)于電池組10的電流Ipack)，使得微處理器20能依此控制開(kāi)關(guān)控制電路16的運(yùn)作。開(kāi)關(guān)控制電路16可控制保險(xiǎn)絲30和開(kāi)關(guān)40，以防止突發(fā)的過(guò)量電流/電壓或過(guò)高溫度損害電池組10。另一方面，電池管理集成電路20可通過(guò)系統(tǒng)管理總線80將電池組10的相關(guān)數(shù)據(jù)(如電壓、電流、溫度、容量等)與需要的充電電壓和充電電流信息送出，智能型充電器200再依此調(diào)節(jié)輸出。存儲(chǔ)器18可存儲(chǔ)電池組10的充電特性、使用歷史、固件及數(shù)據(jù)庫(kù)等。顯示單元70可包含多個(gè)發(fā)光二極管，用來(lái)顯示電池組10的容量或安全狀態(tài)。圖4的流程圖說(shuō)明了本發(fā)明中一種控制電池組100電源狀態(tài)的方法，其包含下列步驟:步驟410:測(cè)量電池組100中蓄電池Cl CN的跨壓Va Vcn ；步驟420:判斷是否在充電模式:若是，執(zhí)行步驟430 ;如果否，執(zhí)行步驟460。

步驟430:判斷跨壓Va Vcn是否皆小于一上限操作電壓值Vm:若是，執(zhí)行步驟440 ;如果否，執(zhí)行步驟450。步驟440:將智能型充電器200的充電電壓設(shè)為一上限操作電壓值Vpacx Mx。步驟450:將智能型充電器200的充電電壓設(shè)為當(dāng)時(shí)跨壓Va Vcm的加總。步驟460:判斷跨壓Va VeN是否皆大于一下限操作電壓值MIN:若是，執(zhí)行步驟470 ;如果否，執(zhí)行步驟480。步驟470:導(dǎo)通開(kāi)關(guān)40以允許電池組100持續(xù)放電。步驟480:斷開(kāi)開(kāi)關(guān)40以使電池組100停止放電。本發(fā)明以上步驟可以在電池管理集成電路20或智能型充電器200或另一聯(lián)接于系統(tǒng)管理總線80的主機(jī)每隔一段時(shí)間(例如每秒)執(zhí)行一次。首先在步驟410中，測(cè)量電池組100中蓄電池Cl CN的跨壓Va VCN。接著在步驟420中，判斷電池組100是否正在充電中。當(dāng)電池組100在充電模式下，本發(fā)明會(huì)執(zhí)行步驟430、440或450，圖5為本發(fā)明電池組100在充電時(shí)的電壓與時(shí)間關(guān)系曲線示意圖。假設(shè)本發(fā)明電池組100包含3個(gè)串聯(lián)的蓄電池Cl C3，在充電時(shí)依序以一段定電流周期Ti和一段定電壓周期Tv來(lái)進(jìn)行。電池組100的上限操作電壓值為Vpm max，而電池組100的下限操作電壓值為Vpacx MIN。單一蓄電池的上限操作電壓值為Vm，而單一蓄電池的下限操作電壓值為V^—MIN。在定電流周期Ti時(shí)，智能型充電器200會(huì)將流經(jīng)電池組10的電流值Ipm來(lái)維持在預(yù)設(shè)的充電電流值，或者根據(jù)電池管理集成電路20通過(guò)系統(tǒng)管理總線80傳送的充電電流信息來(lái)調(diào)節(jié)智能型充電器200的輸出電流值，此時(shí)跨壓Vpacx和Va Vra會(huì)逐漸上升。當(dāng)Va Vc3的值其中之一到達(dá)上限操作電壓值MX，此時(shí)Vpack=VC1+VC2+...+Vcn ( Vpack max,則進(jìn)入定電壓周期Tv。智能型充電器200會(huì)將其輸出的充電電壓Vchg至維持恒定等于當(dāng)時(shí)Va Vcn的值加總，直到充電終止。此時(shí)電池組10的跨壓Vpack的值等于Vaffi,而且Vpacx SVpaqum，如圖5所示。因此，本發(fā)明可避免蓄電池Cl進(jìn)入過(guò)度充電狀態(tài)減少其使用壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)電池組100的使用壽命。當(dāng)電池組100不在充電模式下時(shí)，本發(fā)明會(huì)先執(zhí)行步驟460，圖6為本發(fā)明電池組100在放電時(shí)的電壓與時(shí)間關(guān)系曲線示意圖。在放電時(shí)，當(dāng)Va Vra的值其中之一到達(dá)下限操作電壓值MIM時(shí)，本發(fā)明電池組100會(huì)立即執(zhí)行步驟480以停止電池組100放電，如圖6所示。舉例來(lái)說(shuō)，電池管理集成電路20的開(kāi)關(guān)控制電路16可通過(guò)開(kāi)關(guān)40來(lái)切斷電池組10的放電路徑。因此，本發(fā)明可避免蓄電池Cl因進(jìn)入過(guò)度放電狀態(tài)而減少其使用壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)電池組100的使用壽命。

綜上所述，本發(fā)明可確保電池組中所有蓄電池不會(huì)進(jìn)入過(guò)度充電狀態(tài)和過(guò)度放電狀態(tài)，進(jìn)而避免造成單一蓄電池過(guò)早損壞，進(jìn)而延長(zhǎng)電池組的使用壽命。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制一電池組的一電源狀態(tài)的方法，其包含: 測(cè)量該電池組中多個(gè)蓄電池的跨壓； 如果每一蓄電池的跨壓皆未超過(guò)一單一蓄電池上限操作電壓值，以一第一電壓對(duì)該電池組進(jìn)行充電；以及 如果該電池組中任一蓄電池的跨壓不小于該單一蓄電池上限操作電壓值，以一第二電壓對(duì)該電池組進(jìn)行充電，其中該第二電壓小于該第一電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一電壓為該電池組的一上限操作電壓，而該第二電壓為所有蓄電池的跨壓加總。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包含: 如果每一蓄電池的跨壓皆超過(guò)一單一蓄電池下限操作電壓值，允許該電池組持續(xù)放電；以及 如果該電池組中任一蓄電池的跨壓不大于該單一蓄電池下限操作電壓值，該電池組停止放電。
4.一種智能型電池裝置，其包含: 一電池組，其包含多個(gè)蓄電池；以及 一電池管理集成電路，用來(lái)測(cè)量該多個(gè)蓄電池的跨壓，并依此控制一智能型充電器，其中: 如果每一蓄電池的跨壓皆未超過(guò)一單一蓄電池上限操作電壓值，該充電器以一第一電壓對(duì)該電池組充電；以及 如果該電池組中任一蓄電池的跨壓不小于該單一蓄電池上限操作電壓值，該充電器以一第二電壓對(duì)該電池組充電，且該第二電壓小于該第一電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的智能型電池裝置，其中該第一電壓為該電池組的一上限操作電壓，而該第二電壓為所有蓄電池的跨壓加總。
6.如權(quán)利要求4所述的智能型電池裝置，其中該電池管理集成電路還用來(lái)在該電池組中任一蓄電池的跨壓不大于一單一蓄電池下限操作電壓值時(shí)，切斷該電池組的一放電路徑。
7.如權(quán)利要求4所述的智能型電池裝置，其還包含: 一開(kāi)關(guān)或一保險(xiǎn)絲，設(shè)置于該電池組和該智能型充電器之間； 一電流感測(cè)電阻，設(shè)置于該電池組和該智能型充電器之間，用來(lái)檢測(cè)流經(jīng)該電池組的一電流；以及 一熱敏電阻，用來(lái)檢測(cè)該電池組的一溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的智能型電池裝置，其中該電池管理集成電路包含: 一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用來(lái)檢測(cè)該多個(gè)蓄電池的跨壓和該熱敏電阻的跨壓； 一庫(kù)倫計(jì)數(shù)器，用來(lái)檢測(cè)該電流感測(cè)電阻的跨壓； 一開(kāi)關(guān)控制電路，用來(lái)控制該保險(xiǎn)絲或該開(kāi)關(guān)，以防止一突發(fā)過(guò)大電流、一突發(fā)過(guò)高/低電壓或一過(guò)高溫度損害該電池組；以及 一微處理器，用來(lái)分析該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和該計(jì)數(shù)器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并依此控制該開(kāi)關(guān)控制電路。
9.如權(quán)利要求8所述的智能型電池裝置，其中該開(kāi)關(guān)控制電路還依據(jù)該熱敏電阻的跨壓、該電流感測(cè)電阻的跨壓，該電池組的跨壓，或該多個(gè)蓄電池的跨壓來(lái)控制該開(kāi)關(guān)或該保險(xiǎn)絲。
10.如權(quán)利要求4所述的智能型電池裝置，其還包含一系統(tǒng)管理總線(systemmanagement bus, SMB), 設(shè)置于該電池管理集成電路和該智能型充電器之間。
全文摘要
控制電池組電源狀態(tài)的方法及相關(guān)智能型電池裝置。在該智能型電池裝置中，電池組包含多個(gè)蓄電池。在充電時(shí)，如果每一蓄電池的跨壓皆未超過(guò)一單一蓄電池上限操作電壓值，以一第一電壓對(duì)電池組進(jìn)行充電。如果電池組中任一蓄電池的跨壓不小于單一蓄電池上限操作電壓值，以一第二電壓對(duì)電池組進(jìn)行充電，其中第二電壓小于第一電壓。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103166277SQ201210040348
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者陳俊銘, 夏長(zhǎng)福 申請(qǐng)人:智旺科技股份有限公司