CN101286644B

CN101286644B - 充电及放电系统

Info

Publication number: CN101286644B
Application number: CN2007100275998A
Authority: CN
Inventors: 陈贤鸿; 张男胜; 詹佳翰; 曾俞澧
Original assignee: Foxlink Electronics Dongguan Co Ltd; Cheng Uei Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Foxlink Electronics Dongguan Co Ltd; Cheng Uei Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: TW200841504A; US7688038B2; JP2008278583A; CN101286644A; US20080284380A1; TWI337412B

Abstract

本发明公开一种充电及放电系统，用以控制充电电池的充电及放电，其由多个串联而成的充电电池形成的一放电路径及多个并行的充电路径，并具有一电性连接于充电电池的母控制器、一连接在充电电池放电路径上的母开关、分别与各充电电池电性连接的子控制器、连接在各充电电池充电路径上的子开关及一与母控制器及子开关电性连接的温度控制器。通过母控制器、子控制器及温度控制器侦测各充电电池的电压、电流及温度状态，使得母开关与子开关断开或闭合，以控制充电及放电路径断开或导通。因此，对各充电电池提供电压保护、电流保护、短路保护及温度保护。

Description

充电及放电系统

所属技术领域

本发明涉及一种充电及放电系统，尤指一种可对充电电池并行充电并对充电电池提供电压保护、电流保护及温度保护的充电及放电系统。

背景技术

由于电子技术的日新月异，越来越多的手持式电子产品渐渐被消费大众所青睐，例如手持式电话、个人数位助理及手持式电动工具等。而为了节省成本，现今的手持式电子产品皆选择可重复使用的充电电池作为电力来源，所以确保充电电池于充电及放电过程中均能稳定工作是现今急需解决的问题。

请参阅图4，一种现有的充电及放电系统800，此种充电及放电系统800通过多个充电电池串联而成的充电电池组80及外部端子Vio+及Vio-形成一充放电回路，一控制电路81电性连接充电电池组80的正极及负极，用来侦测充电电池组80的工作状态并根据充电电池组80的工作状态输出一控制信号，一开关元件82设置于充电电池组80的充放电回路上，开关元件82接收控制电路81输出的控制信号后并根据此控制信号切换断开或闭合，使充放电回路导通或断开，以避免充电电池组80的过充电和过放电。

但是此种充电及放电系统800只能侦测充电电池组80的整体状态并不能单独侦测充电电池组80中各别充电电池的状态，所以当充电电池组中任一个充电电池于充电及放电过程中超出其工作电压、工作电流或工作温度范围时，仍将导致整个充电电池组80和充电及放电系统800损毁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充电及放电系统，可提供充电电池于充电及放电时的电压保护、电流保护、短路保护及温度保护。

为达到上述目的，本发明所提供的一充电及放电系统，该充电及放电系统通过外部充电端子及外部放电端子与多个串联而成的充电电池形成一放电路径及多个并行的充电路径，充电及放电系统并由一母控制器、一母开关、多个子控制器、多个子开关及一温度控制器组成。其中，母控制器电性连接充电电池，用以侦测每一个充电电池的电压，并根据每个充电电池的电压发出一控制信号给母开关。母开关连接在充电电池放电路径上，并根据母控制器的控制信号断开或闭合，各子控制器分别电性连接相应的充电电池，用以侦测充电电池的电压及电流，并根据每个充电电池的电压和电流发出一控制信号给相对应的子开关。子开关连接在各充电电池的充电路径上，并根据相对应子控制器的控制信号断开或闭合。温度控制器电性连接母控制器及子开关电性连接，用以侦测母开关及充电电池的温度，根据母开关及充电电池的温度状态并发出控制信号以控制母开关及子开关的断开或闭合。

如上所述，本发明充电及放电系统通过母控制器、温度控制器及母开关可提供充电电池于放电时的电压保护、短路保护及温度保护。另外，通过子控制器、温度控制器及子开关可提供充电电池于充电时的电压保护、电流保护、短路保护及温度保护。

附图说明

在说明书附图中：

图1为本发明充电及放电系统的电路示意图。

图2为一表格，表示本发明充电及放电系统中各元件对应于充电过程各种情况下的动作状态。

图3为一表格，表示本发明充电及放电系统中各元件对应于放电过程各种情况下的动作状态。

图4为一种现有的充电及放电系统的电路示意图。

图中各组件的附图标记说明如下：

充电及放电系统100

充电电池组 900

充电电池 90、91、92、93

母控制器 1

输入端子 10、11、12、13、14、15、16

输出端子 17、18

母开关 2

充电开关 20

放电开关 21

子控制器 30、31、32、33

输入端子 34、35

输出端子 36、37

子开关 40、41、42、43

充电开关 44

放电开关 45

温度控制器 5

输入端子 50、51

输出端子 52、53

温度传感器 54、55

温度控制开关 6

输入端子 60

输出端子 61

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下特例举实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明充电及放电系统100与一个充电电池组900电性连接，用以控制充电电池组900的充电过程与放电过程，并对充电电池组900提供电压保护、电流保护、温度保护及短路保护。在本实施例中充电电池组900由四个串联的充电电池90、91、92、93所组成，每一个充电电池90、91、92、93分别与外部充电端子Vi1+和Vi1-、Vi2+和Vi2-、Vi3+和Vi3-、Vi4+和Vi4-形成四个充电路径，而充电电池组900则与外部放电端子Vo+和Vo-形成放电路径。但在具体实施时，充电电池组900并不限于由四个充电电池所组成。

请继续参阅图1，本发明充电及放电系统100包括一母控制器1、一母开关2、四个子控制器30、31、32、33、四个子开关40、41、42、43、一温度控制器5及一温度控制开关6。母控制器1具有至少七个输入端子10、11、12、13、14、15、16及两个输出端子17、18，其中输入端子10电性连接充电电池90的负极，输入端子11电性连接充电电池90的正极和充电电池91的负极，输入端子12电性连接充电电池91的正极和充电电池92的负极，输入端子13电性连接充电电池92的正极和充电电池93的负极，输入端子14电性连接充电电池93的正极。输入端子15及输出端子17、18电性连接母开关2，而另一输入端子16则电性连接温度控制器5。

母开关2连接在充电电池组900的放电路径上，具有一充电开关20及一放电开关21。充电开关20与放电开关21均为金属氧化物半导体场效应晶体管与一二极管并联而成，且均具有输入端、输出端和控制端。本实施例中，充电开关20与放电开关21的输入端为金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，充电开关20与放电开关21的输出端为金属氧化物半导体场效应晶体管的汲漏极，充电开关20与放电开关21的控制端为金属氧化物半导体场效应晶体管的柵极。充电开关20的输入端连接外部放电端子Vo+，充电开关20的输出端连接放电开关21的输出端和母控制器1的输入端子15，充电开关20的控制端连接母控制器1的输出端子17。放电开关21的输入端连接外部充电端子Vi4+，放电开关21的控制端连接母控制器1的输出端子18。温度控制器5具有至少两个输入端子50、51及至少两个输出端子52、53，其中输入端子50、51分别连接有一温度传感器54、55，温度传感器54、55分别置于母开关2和充电电池组900处用以侦测母开关2及充电电池组900的温度，而输出端子52电性连接母控制器1的输入端子16，另一输出端子53电性连接温度控制开关6。

温度控制开关6具有至少一个输入端子60及至少一个输出端子61，输入端子60电性连接温度控制器5的输出端子53，而输出端子61分别电性连接子开关40、41、42、43。在本实施例中，温度控制开关6为一光耦合器。子控制器30、31、32、33分别具有至少两个输入端子34、35及至少两个输出端子36、37，每一子控制器30、31、32、33的输入端子34、35分别电性连接相对应充电电池90、91、92、93的正极与负极，而每一子控制器30、31、32、33的输出端子36、37则分别电性连接每一子开关40、41、42、43。子开关40、41、42、43分别设置于相应充电电池90、91、92、93的充电路径上，且子开关40、41、42、43均具有一个充电开关44及一个放电开关45。充电开关44与放电开关45均为金属氧化物半导体场效应晶体管与一二极管并联而成，且均具有输入端、输出端和控制端。本实施例中，充电开关44与放电开关45的输入端为金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，充电开关44与放电开关45的输出端为金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，充电开关44与放电开关45的控制端为金属氧化物半导体场效应晶体管的柵极。子开关40、41、42、43的充电开关44的输入端连接相应的外部充电端子Vi1-、Vi2-、Vi3-和Vi4-，子开关40、41、42、43的充电开关44的控制端连接相应子控制器30、31、32、33的输出端子36及温度控制开关6的输出端子61。子开关40、41、42、43的充电开关45的输入端分别连接相应子控制器30、31、32、33的输入端子35，相应母控制器1的输入端子10、11、12、13，及相应电池的负极，並且子开关41、42、43的放电开关45的输入端还分别连接相应外部充电端子Vi1+、Vi2+、Vi3+和Vi4+。

请参阅图2，为本发明充电及放电系统100在充电状态时各元件的动作状态表，当本发明充电及放电系统100充电时，外部电源(图中未表示)由每一个充电电池90、91、92、93的充电路径并行输入以对充电电池90、91、92、93进行充电，此时每一子控制器30、31、32、33的输入端子34、35分别侦测相对应充电电池90、91、92、93的电压及电流并由输出端子36、37输出信号，用以控制相对应的子开关40、41、42、43在断开状态(OFF)或闭合状态(ON)之间进行切换。

当每一子控制器30、31、32、33侦测到对应充电电池90、91、92、93处于过压状态后，并发出控制信号使得相对应子开关40、41、42、43的充电开关44断开而放电开关45闭合。当各子控制器30、31、32、33侦测到对应充电电池90、91、92、93处于低压状态后，发出控制信号使得相对应子开关40、41、42、43的充电开关44闭合而放电开关45断开。

当每一子控制器30、31、32、33侦测到对应充电电池90、91、92、93处于过流状态时，子控制器30、31、32、33发出的控制信号会使得相对应子开关40、41、42、43的充电开关44断开而放电开关45闭合。当每一子控制器30、31、32、33感测到对应充电电池90、91、92、93处于低电流状态时，会发出控制信号使得相应子开关40、41、42、43的充电开关44闭合而放电开关45断开。当每一子控制器30、31、32、33侦测到对应充电电池90、91、92、93的充电路径呈短路时，发出的控制信号使得相应子开关40、41、42、43的充电开关44与放电开关45均断开。

由以上描述并配合图2中表格可得知，当充电电池90、91、92、93处于过压或过流状态时，相应子开关40、41、42、43的充电开关44断开而放电开关45闭合，使得相应的充电路径呈开路状态，因此相应充电电池90、91、92、93无法继续充电以保护充电电池90、91、92、93不会因过度充电而损毁。当充电电池90、91、92、93处于低压或低电流状态时，相应子开关40、41、42、43的放电开关45断开而充电开关44闭合，使得相应的充电路径呈导通状态，因此相应充电电池90、91、92、93只能充电而不能放电，以保护充电电池90、91、92、93不会因过度放电而损毁。而当充电电池90、91、92、93的充电路径呈短路时，相应子开关40、41、42、43的充电开关44与放电开关45均断开，使得各充电路径呈断路状态，以保护充电电池90、91、92、93不会因短路而损毁。

请参阅图3，为本发明充电及放电系统100作于放电时，各组件的动作状态表。请一并参阅图1，当本发明充电及放电系统100的外部放电端子Vo+及Vo-连接外部负载(图中未表示)时，电池组900通过放电路径对外部负载进行放电。此时，母控制器1的输入端子10、11、12、13、14分别侦测各充电电池90、91、92、93的正端电压及负端电压以取得各充电电池90、91、92、93的工作电压，并根据各充电电池90、91、92、93的工作电压控制母开关2切换断开状态或闭合状态。

当母控制器2侦测到任一充电电池90、91、92、93于过电压状态时，会发出控制信号使得母开关2的充电开关20断开而放电开关21闭合。当母控制器1侦测到任一充电电池90、91、92、93于低电压状态时，母控制器1发出控制信号使得母开关2的充电开关20闭合而放电开关21断开。而当母控制器1通过输入端子15侦测到充电电池组900的放电路径呈短路时，母控制器1发出一控制信号使得母开关2的充电开关20与放电开关21均切换断开。

由以上描述并配合图3中表格可知，当任一个充电电池90、91、92、93处于低压状态时，母开关2的充电开关20切换闭合而放电开关21切换断开，使得充电电池组900无法继续放电以保护充电电池组900不会过度放电而损毁。当任一个充电电池90、91、92、93处于过压状态时，母开关2的放电开关21切换闭合而充电开关20切换断开，使得放电路径呈导通状态，因此充电电池组900只能放电而不能充电，以保护充电电池组900不会过度充电而损毁。当充电电池组900的放电路径呈短路时，母开关2的充电开关20与放电开关21均断开，使得放电路径呈断路状态，以保护充电电池组900不会因短路而损毁。

请续参閱图1至图3，当温度控制器5通过温度传感器54测得母开关2的温度过高时，输出端子52输出控制信号给母控制器1以控制母开关2的充电开关20及放电开关21均断开，使得放电路径呈断路状态，以保护母开关2不会因温度过高而损毁。而当温度控制器5透过温度传感器55测得充电电池组900的温度过高时，输出端子53输出控制信号给温度控制开关6以控制每一子开关40、41、42、43的充电开关44断开而放电开关45闭合，使得每一个充电电池90、91、92、93只能放电不能充电，以保护充电电池组900不会因温度过高而损毁。

在本发明的充电及放电系统100中，其充电电池组900的充电电池90、91、92、93与外部充电端子Vi1+、Vi1-、Vi2+、Vi2-、Vi3+、Vi3-、Vi4+、Vi4-形成四个充电路径，可对充电电池90、91、92、93并行充电，且通过各子控制器30、31、32、33侦测充电电池组900中相应充电电池90、91、92、93的状态并控制相应子开关40、41、42、43的断开或闭合，以提供相应充电电池90、91、92、93在充电过程中时的电压保护、电流保护及短路保护。

另外，通过母控制器1侦测充电电池组900中每一个充电电池90、91、92、93的状态并控制母开关2的断开或闭合，以提供充电电池组900在放电过程中的电压保护及短路保护。另外，通过温度控制器5侦测母开关2及充电电池组900的温度，并通过母控制器1及温度控制开关6分别控制母开关2及各子开关40、41、42、43的断开或闭合，以提供充电电池组900及本发明充电及放电系统100的过温保护。

Claims

1.一种充电及放电系统，连接在外部放电端子和多个外部充电端子之间，由多个串联而成的充电电池形成的一放电路径及多个并行的充电路径，其特征在于：包括：

一母控制器，与充电电池电性连接，用来侦测每个充电电池的电压，并根据每个充电电池的电压发出一控制信号；

一母开关，连接在充电电池放电路径上，并根据母控制器的控制信号断开或闭合；

多个子控制器，分别与各充电电池电性连接，用来侦测各充电电池的电压和电流，并根据各充电电池的电压和电流分别发出一控制信号；

多个子开关，连接在各充电电池充电路径上，并根据各子控制器的控制信号断开或闭合；以及

一温度控制器，与母控制器及子开关电性连接，用来侦测母开关及充电电池的温度，并根据母开关及电池的温度发出控制信号来控制母开关及子开关的断开或闭合。

2.如权利要求1所述的充电及放电系统，其特征在于：母控制器具有多个输入端子和多个输出端子，母控制器的一部分输入端子分别接在相邻两充电电池的相连的正极和负极，母控制器的另两输入端子分别接在第一个充电电池的正极和最后一个充电电池的负极；每一子控制器具有两输入端子和两输出端子，每一子控制器的一输入端子分别连接相应的一外部充电端子和相应充电电池的正极，每一子控制器的另一输入端子连接相应充电电池的负极；母开关及子开关分别具有一充电开关与一放电开关，充电开关和放电开关均具有输入端、输出端和控制端，母开关的充电开关的输入端连接外部放电端子，母开关的充电开关的输出端连接母开关的放电开关的输出端和母控制器的一输入端子，母开关的充电开关的控制端连接母控制器的一输出端子；母开关的放电开关的输入端连接外部一充电端子，母开关的放电开关的控制端连接母控制器的一输出端子；每一子开关的充电开关的输入端连接一外部充电端子，每一子开关的充电开关的输出端连接该子开关的放电开关的输出端，每一子开关的充电开关的控制端连接相应子控制器的一输出端子；每一子开关的放电开关的输入端连接相应充电电池的负端，母开关的放电开关的控制端连接相应子控制器的另一输出端子。

3.如权利要求2所述的充电及放电系统，其特征在于：充电开关与放电开关均为一金属氧化物半导体场效应晶体管与一二极管并联而成，充电开关与放电开关的输入端为金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，充电开关与放电开关的输出端为金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极，充电开关与放电开关的控制端为金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。

4.如权利要求1所述的充电及放电系统，其特征在于：温度控制器与子开关间连接一温度控制开关，温度控制开关根据温度控制器的输出控制信号来控制子开关的断开或闭合。

5.如权利要求4所述的充电及放电系统，其特征在于：温度控制开关为一光耦合器。