專利名稱：控制電池組電源狀態(tài)的方法及相關智能型電池裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制電池組電源狀態(tài)的方法及相關智能型電池裝置，尤其涉及一種可延長使用壽命的電池組電源狀態(tài)控制方法及相關智能型電池裝置。
背景技術：
隨著電子裝置的微型化,手機、個人隨身助理器(personal digital assistant,PDA)、數(shù)字相機、隨身音視頻播放裝置，和筆記型/平板計算機等便攜式電子裝置越來越普及。為了達成可攜性，這些便攜式電子裝置大多數(shù)時間需以蓄電池等儲電元件來供應電力。當蓄電池電量耗盡時，使用者可通過專用充電器或直接將便攜式電子裝置連結至家用交流電源來進行充電。單一蓄電池的電壓與容量有限，在很多場合下要組成電池組來使用，例如用于筆記型計算機。蓄電池使用時會經歷無數(shù)次的充電與放電過程，直到使用壽命終結。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。一般來說，充電電壓/電流越大，所需充電時間越短，但會縮短蓄電池的使用壽命。過度放電或過度充電能增加蓄電池可使用容量，但亦會縮短蓄電池的使用壽命。因此電池廠商會在電池規(guī)格書中設定上限操作電壓值與下限操作電壓值。圖1為現(xiàn)有技術中一電池組的充電電壓與時間關系曲線的示意圖。假設現(xiàn)有技術的電池組包含3個串聯(lián)的蓄電池Cl C3，其跨壓分別由Va Vra來表示。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，充電器會將充電電流維持在一定電流充電的設定值，而電池組的電壓Vpack會低于設定的定電壓充電電壓Vqk,此時Vqk對于充電器的電壓并不產生作用。而Vpm會逐漸上升，直到Vpm達到設定的定電壓充電電壓Vaffi,便進入定電壓周期Tv。在Tv期間，充電器會將充電電壓維持Vaffi,直到充電終止。一般傳統(tǒng)做法會將Vaffi設為VPAck_IAX 而V;K—為Vaai mx乘以串聯(lián)的蓄電池數(shù)。以先前包含3個串聯(lián)蓄電池的電池組為例，其Vpmmax為3XVmx。圖2為現(xiàn)有技術中一電池組的放電電壓與時間關系曲線的示意圖。放電時電池組的電壓Vpacx會逐漸下降。為了避免蓄電池過度放電，當Vpm降到VpackHN時會終止放電。而Vpack min為VCEIX—Mra乘以串聯(lián)的蓄電池數(shù)。以先前包含3個串聯(lián)蓄電池的電池組為例，其VPM—MIN為3XV_—MIN。雖然制造時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，電池組內每一蓄電池的物理特性與老化速度并不完全一致。因此，個別蓄電池間充電或放電電壓與時間關系曲線的差異會隨著使用時間增加越來越大，導致原先設定電池組的Vpaqum與Vpm MIN不足以避免個別蓄電池過度充電或過度放電。舉例來說， 3個串聯(lián)的蓄電池Cl C3充電電壓與時間關系曲線的差異，導致跨壓Va可能會超過上限操作電壓值VM，亦即現(xiàn)有技術的蓄電池Cl在定電壓周期Tv時會呈現(xiàn)過度充電狀態(tài)，如圖1所示；在放電周期的時間點Tl時，跨壓Va可能會低于最小跨壓MIN，亦即現(xiàn)有技術的蓄電池Cl在時間點Tl和T2之間會呈現(xiàn)過度放電狀態(tài)，如圖2所
/Jn o換而言之，由于每個蓄電池的容量和內阻等特性的區(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度充電/過度放電狀態(tài)。在長時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)有技術的電池組中，每一蓄電池上附加一個并聯(lián)均衡電路，以達到分流的作用。當某個每一蓄電池首先達到滿充狀態(tài)時，均衡裝置能阻止其進入過充狀態(tài)，并將多余的能量轉化成熱能以繼續(xù)對尚未充滿的蓄電池充電。此現(xiàn)有技術提供一種均衡充電的方法，但需額外設置均衡電路，且會造成額外的能量損耗。在另一種現(xiàn)有技術的電池組中，在充電時會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)有技術無法充分運作于多個串聯(lián)蓄電池的電池組，因為在串聯(lián)情況下，個別蓄電池依舊可能產生過度充電或過度放電的狀態(tài)。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種控制一電池組的電源狀態(tài)的方法，其包含測量該電池組中多個蓄電池的跨壓；如果每一蓄電池的跨壓皆未超過一 單一蓄電池上限操作電壓值，以一第一電壓對該電池組進行充電；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，以一第二電壓對該電池組進行充電，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，其包含多個蓄電池；一電池管理集成電路，用來測量該多個蓄電池的跨壓，并依此控制一充電器，其中若每一蓄電池的跨壓皆未超過一單一蓄電池上限操作電壓值，該充電器以一第一電壓對該電池組充電；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)有技術中一電池組在充電時的電壓與時間關系曲線示意圖。圖2為現(xiàn)有技術中一電池組在放電時的電壓與時間關系曲線示意圖。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)明電池組在充電時的電壓與時間關系曲線示意圖。圖6為本發(fā)明電池組在放電時的電壓與時間關系曲線示意圖。主要元件符號說明10電池組12模擬/數(shù)字轉換器14庫侖計數(shù)器16開關控制電路
18存儲器22微處理器20電池管理集成電路30保險絲40開關50電流感測電阻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、一保險絲30、一開關40、一電流感測電阻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)的實施例，電池組10整體跨壓由Vpack來表示，蓄電池Cl CN的跨壓分別由Va Vcn來表示,而流經電池組10的電流則由Ipack來表示。電池組10的正端可通過保險絲30和開關40電性連接至一智能型充電器200，而電池組10的負端可通過電流感測電阻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)字轉換器12、一庫侖計數(shù)器14、一開關控制電路16、一存儲器18,以及一微處理器22。模擬數(shù)字轉換器12可用來監(jiān)控蓄電池Cl CN的跨壓Vci Vcn和熱敏電阻60的跨壓(相關于電池組10的溫度)，庫侖計數(shù)器14可監(jiān)控電流感測電阻50的跨壓(相關于電池組10的電流Ipack)，使得微處理器20能依此控制開關控制電路16的運作。開關控制電路16可控制保險絲30和開關40，以防止突發(fā)的過量電流/電壓或過高溫度損害電池組10。另一方面，電池管理集成電路20可通過系統(tǒng)管理總線80將電池組10的相關數(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再依此調節(jié)輸出。存儲器18可存儲電池組10的充電特性、使用歷史、固件及數(shù)據(jù)庫等。顯示單元70可包含多個發(fā)光二極管，用來顯示電池組10的容量或安全狀態(tài)。圖4的流程圖說明了本發(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的充電電壓設為當時跨壓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:導通開關40以允許電池組100持續(xù)放電。步驟480:斷開開關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的主機每隔一段時間(例如每秒)執(zhí)行一次。首先在步驟410中，測量電池組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。當電池組100在充電模式下，本發(fā)明會執(zhí)行步驟430、440或450，圖5為本發(fā)明電池組100在充電時的電壓與時間關系曲線示意圖。假設本發(fā)明電池組100包含3個串聯(lián)的蓄電池Cl C3，在充電時依序以一段定電流周期Ti和一段定電壓周期Tv來進行。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，智能型充電器200會將流經電池組10的電流值Ipm來維持在預設的充電電流值，或者根據(jù)電池管理集成電路20通過系統(tǒng)管理總線80傳送的充電電流信息來調節(jié)智能型充電器200的輸出電流值，此時跨壓Vpacx和Va Vra會逐漸上升。當Va Vc3的值其中之一到達上限操作電壓值MX，此時Vpack=VC1+VC2+...+Vcn ( Vpack max,則進入定電壓周期Tv。智能型充電器200會將其輸出的充電電壓Vchg至維持恒定等于當時Va Vcn的值加總，直到充電終止。此時電池組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進入過度充電狀態(tài)減少其使用壽命，進而延長電池組100的使用壽命。當電池組100不在充電模式下時，本發(fā)明會先執(zhí)行步驟460，圖6為本發(fā)明電池組100在放電時的電壓與時間關系曲線示意圖。在放電時，當Va Vra的值其中之一到達下限操作電壓值MIM時，本發(fā)明電池組100會立即執(zhí)行步驟480以停止電池組100放電，如圖6所示。舉例來說，電池管理集成電路20的開關控制電路16可通過開關40來切斷電池組10的放電路徑。因此，本發(fā)明可避免蓄電池Cl因進入過度放電狀態(tài)而減少其使用壽命，進而延長電池組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進入過度充電狀態(tài)和過度放電狀態(tài)，進而避免造成單一蓄電池過早損壞，進而延長電池組的使用壽命。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權利要求書所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種控制一電池組的一電源狀態(tài)的方法，其包含: 測量該電池組中多個蓄電池的跨壓； 如果每一蓄電池的跨壓皆未超過一單一蓄電池上限操作電壓值，以一第一電壓對該電池組進行充電；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，以一第二電壓對該電池組進行充電，其中該第二電壓小于該第一電壓。
2.如權利要求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，其包含多個蓄電池；以及 一電池管理集成電路，用來測量該多個蓄電池的跨壓，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一單一蓄電池上限操作電壓值，該充電器以一第一電壓對該電池組充電；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該電池組充電，且該第二電壓小于該第一電壓。
5.如權利要求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，切斷該電池組的一放電路徑。
7.如權利要求4所述的智能型電池裝置，其還包含: 一開關或一保險絲，設置于該電池組和該智能型充電器之間； 一電流感測電阻，設置于該電池組和該智能型充電器之間，用來檢測流經該電池組的一電流；以及 一熱敏電阻，用來檢測該電池組的一溫度。
8.如權利要求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)字轉換器，用來檢測該多個蓄電池的跨壓和該熱敏電阻的跨壓； 一庫倫計數(shù)器，用來檢測該電流感測電阻的跨壓； 一開關控制電路，用來控制該保險絲或該開關，以防止一突發(fā)過大電流、一突發(fā)過高/低電壓或一過高溫度損害該電池組；以及 一微處理器，用來分析該模擬/數(shù)字轉換器和該計數(shù)器檢測到的數(shù)據(jù)，并依此控制該開關控制電路。
9.如權利要求8所述的智能型電池裝置，其中該開關控制電路還依據(jù)該熱敏電阻的跨壓、該電流感測電阻的跨壓，該電池組的跨壓，或該多個蓄電池的跨壓來控制該開關或該保險絲。
10.如權利要求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)的方法及相關智能型電池裝置。在該智能型電池裝置中，電池組包含多個蓄電池。在充電時，如果每一蓄電池的跨壓皆未超過一單一蓄電池上限操作電壓值，以一第一電壓對電池組進行充電。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，以一第二電壓對電池組進行充電，其中第二電壓小于第一電壓。
文檔編號H02J7/00GK103166277SQ201210040348
公開日2013年6月19日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者陳俊銘, 夏長福 申請人:智旺科技股份有限公司