CN101355184A

CN101355184A - 具控制法则弹性扩张功能的电池管理系统芯片

Info

Publication number: CN101355184A
Application number: CNA2007101390635A
Authority: CN
Inventors: 何昌佑; 许宏安; 杨士庆
Original assignee: Neotec Semiconductor Ltd
Current assignee: Neotec Semiconductor Ltd
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-28

Abstract

本发明提供一种具控制法则弹性扩张功能的电池管理系统芯片，该电池管理芯片包含内嵌SRAM，中央处理单元、ROM及ROM－RAM译码器，外接一非挥发性存储器储存一电池管理的应用程序，当主机开启或重置时非挥发性存储器的内容会被加载该SRAM内，当主机关闭前上述的该SRAM的内容会被回储至非挥发性存储器，其中加载或回储至通过一通信协议进行下载或回储。当电池管理控制法则局部更新，可直接下载至SRAM中，不需断电，也不需对电池模块重新加工。上述主机包含电池管理芯片及电池。此外，电池管理芯片也可选择包含一电池保护IC同时制作于该电池管理芯片内也可以不在电池管理芯片内，但以电性连接，以防止电池过度充电或放电。

Description

具控制法则弹性扩张功能的电池管理系统芯片

技术领域

本发明是关于一种电池管理芯片架构，特别是指一种电池本身或多颗电池串联起来而使电池工作电压范围落在超出快闪存储器工作电压的具内嵌SRAM快取的电池管理芯片架构。

背景技术

可携式装置(portable device)的电源供应主要来自电池，而电池受限于可携式装置容积的关系，而使得其蓄积电量受到相当的限制，因此，可携式装置的耗电率从过去到现在一直都是设计者所注意的焦点之一。也因此，目前在先进的可携式装置中，都会采用“电池管理”芯片系统来提高电池的效能。电池管理系统芯片控管电池(如：锂电池)的容量、工作温度、充放电状态、充放电累计次数等重要参数数据及相关检测程序。而智能型的电池管理系统芯片还包含具有依据使用环境及工作条件而更新相关参数的能力。

一般而言，电池管理系统芯片包含一中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)的微处理器及电池保护集成电路模块。其中，只读存储器(ROM)中除存入相关开机程序外，也包含有关电池容量、工作温度、充放电状态、电池残余电量、充电完成、充放电累计次数等检测程序由中央处理单元执行指令，而检测结果则存入电池管理系统芯片中的随机存取存储器中。但电池在使用一段时间后往往会受到其所含化学物质老化因素的影响而使得所检测到的电池残余电量及充电饱和值等数据不再可靠。不能进行数据写入或删除以因应包含一学习程序的智能型电池管理系统芯片系统的只读存储器(ROM)显然就不足以担以重任。具有保存数据内容至少十年，且不需要消耗电能的快闪存储器来储存电池管理程序、学习程序及电池参数将是一个最佳的选择。因此，一颗堪称智能型电池管理系统芯片系统必会再外挂或内含非挥发性的存储器来记录电池管理程序及学习程序，以达到具有相关参数、程序可以更新且不会随着电源关闭时就消失的功能。

然而，也正由于半导体工艺快速精进，60纳米工艺或更小的组件尺寸已是流行的技术，快闪存储器的工艺也不例外，单一快闪存储单元虽较晶体管尺寸稍大，但工艺技术也由深次微米迈入纳米工艺，以追求低工作电压已是不变的趋势。另一方面，电池却朝着多颗串联的方向前进，以满足使用者的可携式电子装置可以真正摆脱电池使用时间过短而仍需要交流电源支持的窘态。如此的结果将使得电池管理芯片的架构变成相对高工作电压范围的架构。典型的工作电压范围约在7.5V至40V。一般而言，电池管理芯片的架构设计在30V至40V时可以满足最多数情况的需求，单一化的电池管理芯片的设计可以不用为因应某些情况再重新设计，而达到缩短设计工作时程。然而这个范围的工作电压显然不是市面上快闪存储器可以承受的工作电压范围。

有鉴于此，有必要寻求一新的电池管理系统芯片架构来克服上述的问题。本发明提供一种内嵌SRAM及SRAM快取的电池管理系统芯片架构，结合外部的非挥发性存储器而达到SRAM内容不会因电源关闭，就流失数据的目的。

发明内容

本发明的目的为提供一种电池管理系统，一内嵌SRAM(静态随机存取存储器)的电池管理芯片。此外，该电池管理芯片该包含中央处理单元(CPU)、ROM(只读存储器)及ROM-RAM译码器，但不含快闪存储器在其内。一非挥发性存储器储存一电池管理的应用程序外接于电池管理芯片，主机开启或重置时该非挥发性存储器的内容会被加载该SRAM内，当主机关闭前上述的该SRAM的内容会被回储至非挥发性存储器。上述的加载或回储是以一通信协议来进行。当上述主机包含电池管理芯片及电池。

上述的SRAM包含快取RAM、一般RAM及数据RAM。其中快取RAM、一般RAM都是储存电池管理的应用程序的程序代码。而数据RAM是储存电池管理的应用程序的数据码。

非挥发性存储器则可以自快闪存储器、软盘、硬盘、及可擦写光盘其中的一种。

此外，电池管理系统还包含一电池保护IC(集成电路)制作于该电池管理芯片内或外但以电性连接，以防止电池过度充电或放电。

本发明的有益效果为：

1.电池管理芯片内含的是能耐高压的SRAM取代快闪存储器，快闪存储器在芯片内的好处仍被保存，但快闪存储器不耐高压的问题却已不再存在，工不必考虑作电压范围可以使电池管理芯片开发时程可以缩短。

2.可以动态更新电池管理控制法则在SRAM中，不需断电，也不需对电池模块重新加工。

3.快取RAM的存在可以使读取数据的速率更快，且更加省电。

4.电池管理芯片内嵌SRAM可以以标准逻辑工艺制造，不需要去考虑殊高压工艺的限制，因此没有依赖特殊工艺支撑。

5.由于非挥发性存储器本身就是外接，因此，若有电池管理芯片韧体更新的需求、或客户要量身订做韧体，都变得更加容易。

6.也可以把电池保护IC也结合于电池管理芯片内。

附图说明

图1为本发明电池管理系统芯片的电路方块图。

图号对照表：

100 电池管理芯片 150 一般RAM

110 CPU 112 第一总线

115 Data RAM 122 第二总线

120 ROM 160 电池保护IC

130 ROM_RAM译码器 200 非挥发性存储器

140 快取RAM

具体实施方式

本发明提供一种新的电池管理芯片架构。在这个架构下电池管理芯片内嵌快取静态随机存取存储器(CACHE SRAM)但不含快闪存储器在其内。但又有快闪存储器所拥有的所有优点。

请参考图1所示的依据本发明一较佳实施例所设计的架构。电池管理芯片100内嵌的内容包含：一中央处理单元(CPU)110、DataRAM(数据存取用随机存取存储器)115、ROM(只读存储器)120、ROM_RAM译码器130、快取RAM 140、一般RAM 150。上述的Data RAM 115、一般RAM 150及快取RAM 140都是属于静态随机存取存储器SRAM型。相对于DRAM(动态随机存取存储器)SRAM较为省电。SRAM组件可以承受的工作电压也较高。

由于上述的组件中并未含特殊耐高压组件，因此，依据本发明的架构，电池管理芯片100可以以一般的逻辑工艺制造。

其中，CPU 110通过第一总线112存取Data RAM 115内含的数据码(datacode)，通过第二总线122经由ROM_RAM译码器130至ROM 120、一般RAM 150及快取RAM 140存储器取指令码(command code)。第一总线112包含数据总线及地址总线。而第二总线122则包含指令总线及地址总线。用以防此电池被过度充电或过度放电的电池保护集成电路(IC)160也可以以逻辑工艺来完成，因此，上述的电池管理芯片100内部组件也可以包含电池保护IC 160。当然，电池保护IC也可以是另一芯片，电性连接在电池管理芯片100。

一般RAM 150及快取RAM 140二者搭配外接在电池管理芯片100的非挥发性存储器200，可仿真快闪存储器储存程序指令码，且具有存取的功能。此外，将存取指令的RAM分开为一般RAM 150及快取RAM 140也可以达到省电的目的，将较频繁进出或较近时间所存取的指令码存放在快取RAM140，较不常被存取的指令放在一般RAM 150也可以节省电能，因为RAM整体不需要一直处在致能状态。

以下，将说明本发明的操作方法。

首先，将电池管理芯片100与一外接非挥发性存储器200电性连接。这里所述的非挥发性存储器200内含电池管理程序、学习程序及相关的参数，非挥发性存储器200可以选自随身碟、快闪存储卡以USB接口连接至包含电池管理芯片100的主机(未图标)，利用USB数据接口传输方式和电池管理芯片100连接，它也可以是主机本身的硬盘、软盘或可重复读写的光盘，通过ATA、IDE、SATA、SCSI或USB数据传输接口和电池管理芯片100连接它也可以是藉无线通信协议和主机连接至电池管理芯片100。也可以是另一快闪存储器芯片。上述的主机是指可携式电子装置，如笔记型计算机、掌上型计算机、PDA(个人数字助理器)，掌上型MP3或MP4装置，或数字相机等等。

ROM 120内含程序代码。该程序代码包含非挥发性存储器200与该电池管理芯片100数据传输的通信协议。因此，当主机电源开启或重置时，CPU 110执行ROM 120内含程序代码，利用通信协议读取非挥发性存储器200的内容中的指令码至快取RAM 140及一般RAM 150，数据码则存于DATA RAM 115。非挥发性存储器200内含电池管理程序、学习程序等指令码及相关的参数数据码。相关参数可以包含：老化因素，制造商的制造序号信息、电池目前容量/最大的电容容量、EDV(截止放电电压；End of Discharge Voltage)、过充检测点(overcharging detective level)、过放检测点(discharging detective level)其中的一个或数者或全部。快取RAM 140及第一RAM 150包含了程序代码，而使得该电池管理芯片100犹如内含快闪存储器的电池管理芯片100。请注意CPU读取指令码时，快取RAM 140及第一RAM 150指令及ROM 120的内含指令都需经ROM RAM译码器130译码。电池管理芯片通过快取RAM 140及一般RAM的程序执行电池电量监测、残余电量量度及管理。

在主机电源关闭时，主机电池残余电量将先提供CPU执行ROM内所存的程序或子程序指令将快取RAM 140及第一RAM 150内容及DATA RAM115的数据码回存非挥发性存储器200。因此，纵使电源完全关闭时，电池管理芯片最近更新的参数、学习程序也不会消失。

为确保可携式电子装置的电池残余电量足以再关机前可以安全地回存快取RAM 140及第一RAM 150的内容至该外接的非挥发性存储器200，可携式电子装置的电池可选择保留例如10％电池容量的电量做为备用电量，电池容量的其余电量仍以100％记载，并且优先将该备用电池充电至饱和状态，以避免可携式电子装置的使用者在电池电量过度消耗后，电池残余电量不足进行回存动作。

因此，本发明具有以下的优点：

3.快取RAM的存在可以使读取数据的速率更快，且更加省电。

6.也可以把电池保护IC也结合于电池管理芯片内。

本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体仅止于上述实施例尔。是以，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在权利要求内。

Claims

1.一种电池管理系统，其特征是，该电池管理系统至少包含：

一电池管理芯片，该电池管理芯片内嵌SRAM、中央处理单元、ROM；

一外接型非挥发性存储器，储存一电池管理应用程序，当主机开机或重置时，该电池管理应用程序可通过一通信协议将所述的非挥发性存储器程序及与电池相关的参数加载所述的电池管理芯片的SRAM，当主机关机时，该SRAM的内容通过所述的通信协议回存至所述的非挥发性存储器，以达到电池管理芯片犹如内含快闪存储器可更动内容，所述的主机包含上述的电池管理系统及电池。

2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，该电池管理系统可以动态更新电池管理控制法则于SRAM中，不需断电，也不需对电池模块重新加工。

3.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，上述的SRAM包含一般RAM、快取RAM及数据RAM。

4.如权利要求3所述的电池管理系统，其特征是，上述的快取RAM及一般RAM用以储存电池管理应用程序的程序代码，而数据RAM则用以储存电池管理应用程序的数据码。

5.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，上述的CPU执行所述的ROM内储指令码，该ROM内储指令码包含所述的通信协议，依据该通信协议从所述的非挥发性存储器读取所述的电池管理应用程序，并储存在所述的SRAM，以提供所述的CPU执行所述的电池管理应用程序以管理电池。

6.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，该电池管理系统还包含一ROM-RAM译码器，上述的电池管理应用程序程序代码都需要所述的ROM-RAM译码器译码才能被所述的CPU执行。

7.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，上述的非挥发性存储器是选自快闪存储器、软盘、硬盘、及可擦写光盘的其中的一种。

8.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，该电池管理系统还包含一电池保护IC，该电池保护IC制作于所述的电池管理芯片内。

9.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，该电池管理系统还包含一电池保护IC，该电池保护IC不制作于所述的电池管理芯片内，但与所述的电池管理芯片电性连接，以保护一电池使该电池免于过度放电或过度充放电。

10.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征是，所述的电池相关参数选自由“老化因素”、“制造商的制造序号信息”、“电池容量/最大的电容容量”、“截止放电电压”、“过充检测点”、“过放检测点”所组成的群组的其中的数者或全部。