專利名稱：電池管理模塊及電池管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電池管理模塊及電池管理方法，其用于管理一可充電電池單元。
背景技術(shù)：
目前便攜式的電子裝置，例如筆記本電腦、移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)和MP3播放器等，一般通過電池模塊以作為電能供應(yīng)來源。該電池系統(tǒng)通常包含一個或多個可再充電的電池的鋰離子(“Li-ion”)或鎳金屬氫化物("NiMH")電池胞元(cell)。圖I顯示一公知的電池管理系統(tǒng)10的方框示意圖。參照圖1，一電池單元12由兩電池胞元以串聯(lián)方式所組成，且ー電池管理単元14耦接至該電池単元12。該電池管理単元14包含一容量監(jiān)測單元142和一電池保護單元144。該電池管理単元14用以檢測該電池管理系統(tǒng)10內(nèi)的安全狀況，例如過電壓、電壓不足、過電流、和工作溫度等狀況。此外，該電池単元12通過晶體管Md，Mc和熔絲19耦接至ー負載16，借以提供電流運行該負載16。一充電裝置18通過晶體管MD，Mc和熔絲19耦接至該電池単元12，借以對該電池單元12進行充電。參照圖1，該晶體管Mc是ー種充電晶體管切換元件，其通過該電池管理単元14所控制以允許或不允許充電電流I -流至該電池単元12。該晶體管Md是ー種放電晶體管切換元件，其通過該電池管理單元14所控制以允許或不允許來自該電池單元12的放電電流Idmha!^。在該電池管理系統(tǒng)10正常工作吋，晶體管Mc和Md兩者均處于閉合狀態(tài)，且該電池管理単元14監(jiān)視該電池單元12的電壓。當檢測到過電壓異常狀況時，該電池管理單元14截止該充電晶體管Mc以防止該電池単元12進ー步的充電，直至該過電壓異常狀況解除為止。同樣地，當檢測到電池不足電壓(或過放電)異常狀況時，該電池管理単元14截止該放電晶體管Md以防止該電池単元12進ー步的放電，直至該不足電壓狀況解除為止。此外，當該充電晶體管Mc被假設(shè)為截止(例如，在過電壓異常狀況期間)，但是該電池管理単元14仍檢測到充電電流Iqiake吋，則該電池管理単元14將發(fā)出一具有高邏輯電平的信號VC至一晶體管Ms。該晶體管Ms在該電池管理系統(tǒng)10正常工作時為截止狀態(tài)。然而，當接收到該高邏輯電平的信號VC后，該晶體管Ms將導(dǎo)通而燒斷該熔絲19，借以斷開該充電裝置18和該電池単元12的連接路徑以防止進ー步的過充電。在公知架構(gòu)中，該熔絲19的燒斷動作為不可逆的，亦即該電池單元12和該負載及該充電裝置18在異常信號VC發(fā)出后會永久地斷開。此外，上述晶體管Mc，Md和Ms的額定工作電流需大于該熔絲19的燒斷電流，以避免誤動作。上述充電晶體管Mc和放電晶體管Md需同時存在以控制充電電流I -和放電電流IDISaM(;E的流向。因此，公知架構(gòu)需要較高的元件成本和電路面積。據(jù)此，有必要提供一種電池管理模塊及其方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的為提供ー電池管理模塊，其用于一可充電電池単元中。本發(fā)明ー實施例的電池管理模塊包含ー控制器、一負載元件、一充電裝置、一放電晶體管元件、一熔絲元件和一切換晶體管元件。該充電裝置用以提供一充電電流以對該可充電電池單元進行充電。該負載元件用以接收來自該可充電電池單元的一放電電流。該控制器連接至該可充電電池單元，其用以檢測該可充電電池單元的工作狀況以產(chǎn)生一第一控制信號和一第二控制信號。該放電晶體管元件用以根據(jù)該第一控制信號以斷開該可充電電池單元和該充電裝置及該負載元件。該熔絲元件耦接于該放電晶體管元件。該切換晶體管元件用以根據(jù)該第二控制信號而選擇性地導(dǎo)通。該第二控制信號為一直流信號或一脈沖信號本發(fā)明揭示一電池管理方法，其用于一可充電電池單元中。本發(fā)明一實施例的電池管理方法包含以下步驟提供一充電電流以對該可充電電池單元進行充電；接收來自該可充電電池單元的一放電電流；檢測該該可充電電池單元的工作狀況以產(chǎn)生一第一控制信號和一第二控制信號；根據(jù)該第一控制信號以控制放電電流；以及根據(jù)該第二控制信號以選擇性地接收該充電電流。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的電池管理模塊和電池管理方法，降低了元件成本，同時也不需要大的電路面積。更利于運用于便攜式的電子裝置中。


圖I顯示一公知的電池管理系統(tǒng)的方框示意圖；圖2顯示本發(fā)明一實施例的電池管理系統(tǒng)的方框示意圖；圖3顯示一過充電狀態(tài)的波形圖；圖4顯示本發(fā)明一實施例的該控制器的方框示意圖；圖5顯示該電池管理系統(tǒng)在過充電狀態(tài)下的一可能工作方式；圖6顯示本發(fā)明另一實施例的該控制器的方框示意圖；圖7顯示本發(fā)明又一實施例的該控制器的方框示意圖；及圖8顯示本發(fā)明再一實施例的該控制器的方框示意圖。其中，附圖標記說明如下10電池管理系統(tǒng)12電池單元14電池管理單元142容量監(jiān)測單元144電池保護單元16負載18充電裝置19熔絲20電池管理系統(tǒng)22可充電電池單元24，24'，24"，24"' 控制器242檢測元件244,246比較器248脈沖產(chǎn)生電路250脈沖產(chǎn)生電路
252檢測元件254第一比較器
256第二比較器26負載元件262，264檢測元件28充電裝置29熔絲元件Md，Ms晶體管Rs電阻
具體實施例方式本發(fā)明在此所探討的方向為一種電池管理模塊及其方法。為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及結(jié)構(gòu)。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于相關(guān)領(lǐng)域的技藝者所熟習(xí)的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的結(jié)構(gòu)或步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以權(quán)利要求為準。圖2顯示本發(fā)明一實施例的電池管理系統(tǒng)20的方框示意圖。參照圖2，該電池管理系統(tǒng)20包含一可充電電池單兀22、一控制器24、一負載兀件26、一充電裝置28、晶體管Md和Ms和一熔絲元件29。該充電裝置28用以提供一充電電流I -以對該可充電電池單元22進行充電。該負載元件26用以接收來自該可充電電池單元22的一放電電流IDISCHAK；E。該控制器24連接至該可充電電池單元22，其用以檢測該可充電電池單元22的工作狀況以產(chǎn)生控制信號Vctu和Vm2。該晶體管元件Md根據(jù)該控制信號Vctu以斷開該可充電電池單元22和該充電裝置28及該負載元件26。該晶體管元件Ms根據(jù)該控制信號Vcm而選擇性地導(dǎo)通，其中，該控制信號Vm2可為一直流信號或一脈沖信號。參照圖2，該晶體管Md是一種放電晶體管切換元件，其通過該控制器24所控制以允許或不允許來自該可充電電池單元22的放電電流流過。在該電池管理系統(tǒng)20正常工作時，該晶體管Md處于閉合狀態(tài)，而另一切換晶體管Ms處于截止狀態(tài)。該控制器24持續(xù)監(jiān)視該可充電電池單元22的工作狀況。當檢測到異常狀況時，該控制器24將更新控制信號Vctu和VCTl2以改變晶體管Md和Ms的狀態(tài)。在本發(fā)明一實施例中，該可充電電池單元22可能出現(xiàn)一過充電(over charge)狀態(tài)，使得該可充電電池單元22上的電壓持續(xù)上升，如圖3所示。該控制器24會通過一檢測元件以檢測該異常狀況。圖4顯示本發(fā)明一實施例的該控制器24的方框示意圖。參照圖4，該控制器24包含一檢測元件242、比較器244和246以及一脈沖產(chǎn)生電路248。在本實施例中，該檢測元件242為一電壓檢測元件，其檢測該可充電電池單元22間的電壓V1和V2以產(chǎn)生一電壓Vsi，其中Vsi正比于電壓V1和V2間的差值。然而，本發(fā)明不應(yīng)以此為限。參照圖3和圖4，當可充電電池單元22的電壓V1超過一臨界值OV1時，電壓Vsi會大于比較器244的比較電壓TH1，使得該脈沖產(chǎn)生電路248被致能。當該脈沖產(chǎn)生電路248致能后，其將輸出一具有脈沖形式的控制信號Vm2，使得該晶體管元件Ms周期性地導(dǎo)通。
圖5顯示該電池管理系統(tǒng)20在過充電狀態(tài)下的一可能工作方式。參照圖5，該控制信號Va2具有一責(zé)任周期(Duty cycle)D0在責(zé)任周期期間，該晶體管元件Ms導(dǎo)通以吸收充電電流I -。責(zé)任周期D可根據(jù)該充電裝置28提供的充電電流值而調(diào)整。當充電電流值較大時，責(zé)任周期D也隨之増大。在本實施例中，由于晶體管Ms僅在責(zé)任周期期間導(dǎo)通，故晶體管Ms的平均電流將小于最大工作電流Imax (此處最大工作電流Imax取決于該熔絲元件29的燒斷電流)。因此，晶體管Ms可選擇具有較小額定電流的元件以降低成本和減少體積。當該晶體管Ms周期性的導(dǎo)通后，若該可充電電池単元22上的電壓仍持續(xù)上升，如圖3所示，則該可充電電池単元22可能因過充電狀態(tài)而造成損害。因此，該控制器24會發(fā)出一信號以燒斷該熔絲元件29，借以隔離該可充電電池単元22。在工作上，當該電池単元22上的電壓V1超過ー臨界值OV2吋，比較器246將被啟動以輸出一具有直流形式的控制信 號信號Vcm會使該晶體管Ms持續(xù)地導(dǎo)通以燒斷該熔絲元件29。當熔絲元件29燒斷后，該可充電電池單元22和該充電裝置28將呈斷開狀態(tài)。在本實施例中，該熔絲元件29位于晶體管Md和Ms中間。然而，本發(fā)明不應(yīng)以此為限。在本發(fā)明另一實施例中，該熔絲元件29可位于晶體管Ms和負載元件26中間。在本發(fā)明另一實施例中，該可充電電池単元22可能出現(xiàn)ー過放電(over discharge)狀態(tài),使得該可充電電池單元22上的電壓持續(xù)下降。該控制器24會通過ー檢測元件以檢測該異常狀況。圖6顯示本發(fā)明另一實施例的該控制器24'的方框示意圖。參照圖6，該控制器24包含一檢測元件252、第一比較器254和第二比較器256。當該可充電電池單元22的電壓V1低于ー臨界值UV1吋，電壓Vs2會小于比較器244的比較電壓TH3，使得該比較器224輸出一具高邏輯電平的控制信號VCTU。該控制信號Vctu會截止該晶體管Md，以斷開該可充電電池単元22和該負載元件26，使得該可充電電池單元22停止放電。當該晶體管Md截止后，若該可充電電池単元22上的電壓V1仍持續(xù)下降，表示該晶體管Md可能出現(xiàn)故障狀態(tài)，使得該電池単元22和該負載元件26實質(zhì)上為短路狀態(tài)。當可充電電池単元22的電壓V1持續(xù)下降而低于一臨界值UV2吋，電壓Vs2會小于第二比較器256的比較電壓TH4，使得該第二比較器256輸出一具高邏輯電平的控制信號Vm2。該控制信號Vcm會持續(xù)導(dǎo)通該晶體管Ms以燒斷該熔絲元件29。當熔絲元件29燒斷后，該可充電電池單元22和該負載元件26將呈斷開狀態(tài)，以進ー步終止放電。在本發(fā)明又一實施例中，該可充電電池單元22可能出現(xiàn)ー過電流的異常狀態(tài)。例如，該負載元件26可能發(fā)生短路，而向電池単元22汲取一大電流。此時，該控制器將檢測到該異常狀況，并輸出一具有直流形式的控制信號Vm2。信號Va2會使該晶體管Ms持續(xù)地導(dǎo)通以燒斷該熔絲元件29。在本發(fā)明再一實施例中，該可充電電池単元22可能出現(xiàn)ー過溫度的異常狀態(tài)。此時，該控制器將通過一溫度感測元件(未示出)檢測到該異常狀況，并輸出一具有直流形式的控制信號Vm2。信號Va2會使該晶體管Ms持續(xù)地導(dǎo)通以燒斷該熔絲元件29。除了通過持續(xù)地導(dǎo)通該晶體管Ms以提供大電流外，該熔絲元件29亦可通過周期性地導(dǎo)通該晶體管Ms而燒斷?，F(xiàn)以圖8說明該可充電電池單元22在出現(xiàn)過充電狀態(tài)時，該控制器24"'的另ー種可能實施態(tài)樣。參照圖8，該控制器24"'包含一脈沖產(chǎn)生電路250。當該電池單元22上的電壓V1超過ー臨界值OV2吋，比較器246將被啟動以致能該脈沖產(chǎn)生電路250,借以輸出一具有脈沖形式的控制信號Vcti^該控制信號Vctce具有一責(zé)任周期D'且D' >D。因此，該晶體管塢將周期地導(dǎo)通ー較長時間間隔以燒斷該熔絲元件29。當熔絲元件29燒斷后，該可充電電池單元22和該充電裝置28將呈斷開狀態(tài)。類似地，當該可充電電池單元22出現(xiàn)過放電、過電流、或過溫度等異常狀態(tài)時，該控制器24，24'和24 "除了可設(shè)計為提供一具有直流形式的控制信號Va2以燒斷該熔絲元件29外，亦可設(shè)計為提供一具有脈沖形式的控制信號Va2以燒斷該熔絲元件29。當該控制器24，24'和24"設(shè)計為后者吋，由于晶體管Ms僅在責(zé)任周期D'期間導(dǎo)通，故晶體管Ms可選擇具有較小額定電流的元件以降低成本和減少體積。
在本實施例中，該檢測元件252為ー電壓檢測元件，其檢測該可充電電池単元22的電壓V1和V2間的差值以產(chǎn)生該電壓VS2。然而，本發(fā)明不應(yīng)以此為限。在另ー實施例中，該檢測元件252可通過檢測圖2中的電阻Rs上的跨壓而產(chǎn)生電壓VS2。在又一實施例中，該檢測元件252為ー電流鏡(currentmirror)元件,其可產(chǎn)生一正比于放電電流IDIsaiAI ；E的輸出電流。所述比較器254和256為ー電流比較器，其用以比較輸出電流和參考電流的大小以產(chǎn)生控制信號Vctu和Vm2。此外，該可充電電池単元22可由多個可充電電池胞元(cell)以串聯(lián)或并聯(lián)方式所構(gòu)成。如圖7所示，該可充電電池単元22由兩個串聯(lián)的可充電電池胞元221和222所構(gòu)成。當該兩電池胞元發(fā)生不平衡(imbalance)或不匹配時，該兩電池胞元上的電壓將不相同。當電池胞元221上的電壓差(V1-V2)或電池胞元221上的電壓差(V2-V3)大于ー設(shè)定值吋，該檢測元件262或264將送出具有直流形式或脈沖形式的控制信號Vm2使得該晶體管Ms持續(xù)或間歇地導(dǎo)通，借以燒斷該熔絲元件29。依此檢測方式，可避免多個電池胞元在不平衡或不匹配時產(chǎn)生的過充電狀況。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已掲示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及掲示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)不限于實施例所掲示者，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種電池管理模塊，用于一可充電電池単元，其特征在于，該電池管理模塊包含 一充電裝置，用以提供一充電電流以對該可充電電池單元進行充電； 一負載元件，用以接收來自該可充電電池単元的一放電電流； ー控制器，連接至該可充電電池単元，其用以檢測該可充電電池単元的工作狀況以產(chǎn)生一第一控制信號和一第二控制信號； 一放電晶體管元件，用以根據(jù)該第一控制信號以斷開該可充電電池単元和該充電裝置及該負載元件； 一熔絲元件,稱接于該放電晶體管元件；以及 一切換晶體管元件，用以根據(jù)該第二控制信號而選擇性地導(dǎo)通； 其中，該第二控制信號為ー直流信號或ー脈沖信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的電池管理模塊，其特征在于，該電池管理模塊還包含一檢測元件，用以檢測該可充電電池単元的電壓，當所檢測的電壓超過ー第一臨界值時，該控制器產(chǎn)生具有脈沖形式的該第二控制信號以周期性地導(dǎo)通該切換晶體管元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電池管理模塊，其特征在于，該第二控制信號的責(zé)任周期根據(jù)該充電裝置提供的充電電流值而調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電池管理模塊，其特征在于，該切換晶體管元件的額定電流根據(jù)該第二控制信號的責(zé)任周期和該熔絲元件的燒斷電流而決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電池管理模塊，其特征在于，當檢測元件所檢測的電壓超過ー第ニ臨界值時，該控制器產(chǎn)生具有直流形式或脈沖形式的該第二控制信號以燒斷該熔絲元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的電池管理模塊，其特征在于，該電池管理模塊還包含一檢測元件，用以檢測該負載元件的電流，當所檢測的電流大于ー臨界值時，該控制器產(chǎn)生具有直流形式或脈沖形式的該第二控制信號以燒斷該熔絲元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的電池管理模塊，其特征在于，該電池管理模塊還包含一檢測元件，用以檢測該可充電電池単元的溫度，當所檢測的溫度高于ー臨界值時，該控制器產(chǎn)生具有直流形式或脈沖形式的該第二控制信號以燒斷該熔絲元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的電池管理模塊，其特征在于，該可充電電池単元包含多個可充電電池胞元，該電池管理模塊還包含多個檢測元件，用以分別檢測所述多個可充電電池胞元間的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電池管理模塊，其特征在于，當所述多個可充電電池胞元間電壓差值其中之一超過ー設(shè)定值時，該控制器產(chǎn)生具有直流形式或脈沖形式的該第二控制信號以燒斷該熔絲元件。
10.一種電池管理方法，用于管理一可充電電池単元，其特征在于，該電池管理方法包含以下步驟 提供一充電電流以對該可充電電池單元進行充電； 接收來自該可充電電池單元的一放電電流； 檢測該可充電電池単元的工作狀況以產(chǎn)生一第一控制信號和一第二控制信號； 根據(jù)該第一控制信號以控制放電電流；以及 根據(jù)該第二控制信號以選擇性地接收該充電電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電池管理方法，其特征在于，該電池管理方法還包含改變該第ニ控制信號的責(zé)任周期以接收該充電電流的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的電池管理方法，其特征在干，該檢測步驟還包含 檢測該可充電電池単元的電壓； 當所檢測的電壓高于ー第一臨界值時，產(chǎn)生具有第一脈沖形式的該第二控制信號以選擇性地接收該充電電流；以及 當所檢測的電壓高于ー第二臨界值時，產(chǎn)生具有直流形式或第二脈沖形式的該第二控制信號以中斷該充電電流； 其中具有該第一脈沖形式的該第二控制信號的責(zé)任周期小于具有該第二脈沖形式的該第二控制信號的責(zé)任周期。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的電池管理方法，其特征在干，該檢測步驟還包含 檢測該負載元件的電流；以及 當所檢測的電流大于ー第三臨界值時，產(chǎn)生具有直流形式或脈沖形式的該第二控制信號以中斷該可充電電池單元供應(yīng)至該負載元件的電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的電池管理方法，其特征在干，該檢測步驟還包含 檢測該可充電電池単元的溫度；以及 當所檢測的溫度大于ー臨界值時，產(chǎn)生具有直流形式或脈沖形式的該第二控制信號以中斷該充電或放電電流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可充電電池單元的電池管理模塊，包含一控制器、一負載元件、一充電裝置、一放電晶體管元件和一切換晶體管元件。該充電裝置用以提供一充電電流以對該可充電電池單元進行充電。該負載元件用以接收來自該可充電電池單元的一放電電流。該控制器連接至該可充電電池單元，其用以檢測該可充電電池單元的工作狀況以產(chǎn)生一第一控制信號和一第二控制信號。該放電晶體管元件用以根據(jù)該第一控制信號以斷開該可充電電池單元和該充電裝置及該負載元件。該切換晶體管元件用以根據(jù)該第二控制信號而選擇性地導(dǎo)通，其中該第二控制信號為一直流信號或一脈沖信號。本發(fā)明可以降低元件成本并減小電路面積。
文檔編號H01M10/42GK102624036SQ201110027648
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者何昌祐, 許宏安 申請人:新德科技股份有限公司