CN101800343B - 电子设备、二次电池及控制二次电池的充电和放电的方法 - Google Patents

电子设备、二次电池及控制二次电池的充电和放电的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开电子设备、二次电池及控制二次电池的充电和放电的方法。该电子设备包括：具有至少一个裸电池的二次电池，所述二次电池包括：充/放电开关模块，用于将所述二次电池置于充电状态或放电状态之一，所述充电状态用于对所述至少一个裸电池进行充电，所述放电状态用于对所述至少一个裸电池进行放电；和模拟前端，用于基于所述二次电池的信息产生模拟信号，并用于将所述模拟信号传送到所述二次电池之外；以及所述二次电池外部的处理器，用于从所述模拟前端接收所述模拟信号，并用于根据所述模拟信号控制所述充/放电开关模块。

Description

电子设备、二次电池及控制二次电池的充电和放电的方法
技术领域
本发明涉及二次电池，更具体地涉及电子设备、二次电池及控制二次电池的充电和放电的方法。
背景技术
近年来，由于电子学的快速发展，便携式电子设备得到了更广泛的使用。可再充电二次电池广泛用作这些便携式电子设备中多数便携式电子设备的电源。
诸如便携式计算机之类的便携式电子设备中所安装的要被充电和放电的传统可再充电二次电池通常包括裸电池、充/放电开关模块、电流检测器、温度检测器、微处理器单元(以下被称作“MPU”)以及模拟前端(以下被称作“AFE”)。AFE将关于二次电池的模拟信息转换成数字数据，并将转换成的数字数据传送给MPU。关于二次电池的信息可以包括裸电池的电压、充/放电电流、裸电池的温度以及从裸电池、电流检测器、温度检测器和/或各种其它诊断设备检测到的类似信息。MPU基于从AFE传送的信息确定二次电池的状态，并向AFE传送相应的控制信号。AFE根据从MPU传送的控制信号控制充/放电开关模块，从而控制二次电池的充电和放电。二次电池的MPU通过系统管理(SM)总线向便携式电子设备的另一MPU传送关于二次电池的信息，即转换成的数字数据。便携式电子设备的MPU使用从二次电池的MPU传送的关于二次电池的信息来控制充电和放电电流。
发明内容
本发明提供一种使用二次电池所连接的便携式电子设备的微处理器单元(MPU)来控制二次电池的充电和放电的系统，以及二次电池的充电和放电控制方法。
根据本发明示例性实施例的方面，提供一种电子设备，包括具有至少一个裸电池的二次电池，所述二次电池包括：充/放电开关模块，用于将所述二次电池置于充电状态或放电状态之一，所述充电状态用于对所述至少一个裸电池进行充电，所述放电状态用于对所述至少一个裸电池进行放电；和模拟前端，用于基于所述二次电池的信息产生模拟信号，并用于将所述模拟信号传送到所述二次电池之外；以及所述二次电池外部的处理器，用于从所述模拟前端接收所述模拟信号，并用于根据所述模拟信号控制所述充/放电开关模块。
根据本发明另一示例性实施例的方面，提供一种控制二次电池的充电和放电的方法，包括：从所述二次电池请求信息；接收与所请求的信息相对应的来自所述二次电池的模拟信号；基于所述模拟信号确定所述二次电池的状态；以及根据所述二次电池的状态向所述二次电池传送控制信号，以控制所述二次电池的充电和放电。
根据本发明再一示例性实施例的方面，提供一种二次电池，包括：至少一个裸电池；充/放电开关模块，用于对所述至少一个裸电池进行充电和放电；和模拟前端，用于产生包括所述至少一个裸电池的信息的模拟信号，并用于将所述模拟信号传送到外部设备。
根据本发明的示例性实施例，由于二次电池的充电和放电由二次电池所连接的便携式电子设备的MPU来控制，因此二次电池可以不包括内部MPU。这样，一个实施例中的二次电池不包括其自身的处理器(即其自身的用于对模拟信息进行处理的MPU)。因此，可以得到简化的二次电池，并且可以降低制造成本。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的二次电池的充电和放电系统的框图；以及
图2是示出通过利用图1中所示的充电和放电系统对二次电池进行充电和放电的方法的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例。
图1示出根据本发明实施例的二次电池的充电和放电系统的框图。
参见图1，二次电池的充电和放电系统100包括二次电池200和二次电池200所连接的便携式电子设备300。
二次电池200包括裸电池210、充/放电开关模块220、电流检测器230、温度检测器240、模拟前端(AFE)250和多个外部端子260a、260b、260c和260d。
裸电池210是用于存储电能并用于向外供应电能的器件，并且包括正极211和负极212。裸电池210可以是例如锂离子电池或锂聚合物电池。裸电池210的开路电压是被传送给AFE250的模拟信号。在图1中，多个裸电池210彼此串联连接，但是本发明不限于此。多个裸电池210可以彼此并联连接，或者以串联和并联结合的方式连接。在某些实施例中，可以使用单个裸电池210。
充/放电开关模块220包括充电开关器件221和放电开关器件222。充/放电开关模块220确定充电和放电模式中的电流方向。
充电开关器件221包括充电场效应晶体管(以下称作“FET”)221a和并联连接至充电FET221a的寄生二极管221b。充电FET221a被安置为使得充电FET221a的漏极和源极被置于裸电池210的高电流路径10上。在本实施例中，高电流路径10是裸电池210的充电和放电电流流经的路径。充电FET221a通过充电FET221a的栅极由来自AFE250的控制信号导通和关断。充电FET221a与放电开关器件222的放电FET222a一起被导通，用于对二次电池200进行充电，并通过第一正端子260a和第一负端子260b将充电电流从便携式电子设备300供应给裸电池210。
与充电FET221a对应的寄生二极管221b以相对于充电电流方向相反的偏置方向连接至充电FET221a。当充电FET221a被关断时，与充电FET221a对应的寄生二极管221b提供放电电流可以流经的路径。
放电开关器件222包括放电FET222a和并联连接至放电FET222a的寄生二极管222b。
放电FET222a被安置为使得放电FET222a的漏极和源极被置于裸电池210的高电流路径10上。放电FET222a通过放电FET222a的栅极由来自AFE250的控制信号导通和关断。放电FET222a与充电FET221a一起被导通，用于对二次电池200进行放电，并通过第一正端子260a和第一负端子260b将放电电流从裸电池210供应给便携式电子设备300。
与放电FET222a对应的寄生二极管222b以相对于放电电流方向相反的偏置方向连接至放电FET222a。当放电FET222a被关断时，与放电FET222a对应的寄生二极管222b提供充电电流可以流经的路径。
电流检测器230被安装在高电流路径10上。电流检测器230的两端均电连接至AFE250。在本发明的一个实施例中，电阻器(例如感应电阻器)被用作电流检测器230。电流检测器230的两端之间的电压差作为模拟信号被传送给AFE250，并且所传送的电压差被用于估计流经高电流路径10的电流量。
温度检测器240接近于裸电池210放置，并且电连接至AFE250。在本发明的一个实施例中，热敏电阻被用作温度检测器240。温度检测器240检测裸电池210的温度，并且所检测的裸电池210的温度作为模拟信号被传送给AFE250。
AFE250可以包括专用集成电路(ASIC)。AFE250可以检测裸电池210的开路电压，将模拟信号缩放到便携式电子设备300的电压水平，并通过第一信息端子260c将缩放后的模拟信号传送给便携式电子设备300。此外，AFE250可以将电流检测器230的两端之间的电压差作为模拟信号通过第一信息端子260c传送给便携式电子设备300。AFE250还可以将来自温度检测器240的所检测的裸电池210的温度作为模拟信号通过第一信息端子260c传送给便携式电子设备300。AFE250通过第一控制信号端子260d从便携式电子设备300接收数字控制信号，并基于该信号对充/放电开关模块220的充电FET221a和放电FET222a进行控制，以激活充电电流或者放电电流(即允许充电电流或者放电电流的流动)。
多个外部端子260a、260b、260c和260d包括第一正端子260a、第一负端子260b、第一信息端子260c和第一控制信号端子260d。第一正端子260a和第一负端子260b沿高电流路径10分别电连接至裸电池210的正极211和负极212。第一正端子260a和第一负端子260b电连接至便携式电子设备300，以允许充电和放电电流。
第一信息端子260c电连接至AFE250。AFE250通常以模拟信号的形式通过第一信息端子260c将关于二次电池210的信息传送给便携式电子设备300。在这种情况下，通过第一信息端子260c传送给便携式电子设备300的关于二次电池210的信息，包含诸如裸电池210的电压、电流检测器230的两端之间的电压差以及温度检测器240所检测的裸电池210的温度之类的信息。
第一控制信号端子260d电连接至AFE250。数字控制信号通过第一控制信号端子260d从便携式电子设备300传送给AFE250。现有的SM总线可以提供从便携式电子设备300向AFE250传送数字控制信号所通过的路径。
便携式电子设备300包括电源310、A/D转换器312、MPU320和多个外部端子330a、330b、330c和330d。
电源310包括由MPU320控制的开关器件和用于将外部AC电力转换为DC电力以供应给便携式电子设备300的适配器。电源310向二次电池200供应充电电流，并从二次电池200向便携式电子设备300供应放电电流作为电能。电源310还可以将外部电能直接供应给便携式电子设备300。
A/D转换器312将从二次电池200作为模拟信号传送的关于二次电池200的信息转换成数字信号，并向MPU320传送转换成的数字信号。
MPU320包括微处理器，电连接至微处理器的无源器件、有源器件和存储器。MPU320向二次电池200的AFE250输出请求关于二次电池200的信息的数字控制信号。MPU320通过A/D转换器312接收数字信号形式的关于二次电池200的信息。关于二次电池200的信息包含诸如裸电池210的电压、电流检测器230的两端之间的电压差和/或温度检测器240所检测的裸电池210的温度之类的信息。MPU230基于裸电池210的电压信息来确定裸电池210的状态，例如裸电池210是否被过放电、完全放电、完全充电或过充电，并且向AFE250输出与所确定的裸电池210的状态相对应的数字控制信号。MPU320使用电流检测器230的两端之间的电压差来计算流经二次电池200的高电流路径10的充电和放电电流。当检测到异常状态时，MPU320向二次电池200的AFE250输出用于停止二次电池200的充电或放电的数字控制信号。MPU320检查关于二次电池200的裸电池210的温度的信息，并在检测到异常状态时，向二次电池200的AFE250输出用于停止二次电池200的充电或放电的数字控制信号。MPU320还输出用于控制电源310的信号。
多个外部端子330a、330b、330c和330d包括第二正端子330a、第二负端子330b、第二信息端子330c和第二控制信号端子330d。第二正端子330a和第二负端子330b电连接至电源310，并且分别连接至二次电池200的第一正端子260a和第一负端子260b，以在二次电池200被安装在便携式电子设备300中或被连接至便携式电子设备300时，形成充电和放电电流可以流经的路径。
第二信息端子330c电连接至A/D转换器312。当二次电池200连接至便携式电子设备300时，第二信息端子330c被连接至二次电池200的第一信息端子260c，并且被用于从第一端子260c向A/D转换器312传送模拟信号。
第二控制信号端子330d电连接至MPU320。当二次电池200被连接至便携式电子设备300时，第二控制信号端子330d被连接至二次电池200的第一控制信号端子260d，并且被用于从MPU320向二次电池200传送数字信号。
以下将详细描述根据本发明实施例的利用图1中所示的充电和放电系统来控制二次电池的充电和放电的方法。
参见图2，二次电池的充电和放电控制方法包括请求关于二次电池的信息(S10)、检测关于二次电池的信息(S20)、传送关于二次电池的信息(S30)、确定二次电池的状态(S40)和向二次电池传送控制信号(S50)。
参见图1和图2更详细地描述上述步骤中的每个步骤。
在关于二次电池的信息的请求(S10)中，便携式电子设备300的MPU320向二次电池200的AFE250传送请求关于二次电池200的信息的数字控制信号。请求关于二次电池200的信息的数字控制信号通过二次电池200的第一控制信号端子260d与便携式电子设备300的第二控制信号端子330d之间的连接被传送。
在关于二次电池的信息的检测(S20)中，AFE250检测裸电池210的开路电压、电流检测器230的两端之间的电压差和/或来自温度检测器240的裸电池210的温度。在一个实施例中，所有的检测值都是模拟信号。
在关于二次电池的信息的传送(S30)中，AFE250通过第一信息端子260c和第二信息端子330c以模拟信号形式向便携式电子设备300传送裸电池210的电压信息、电流检测器230的两端之间的电压差和/或温度检测器240所检测的裸电池210的温度。在这种情况下，裸电池210的电压信号被缩放到便携式电子设备300的电压水平，并且缩放后的信号被传送。之后，以模拟信号形式通过第二信息端子330c传送的关于二次电池200的信息被便携式电子设备300的A/D转换器312转换成数字信号，并且转换成的数字信号被传送给便携式电子设备300的MPU320。
在二次电池的状态的确定(S40)中，便携式电子设备300的MPU320检查通过A/D转换器312输入的二次电池200的信息。MPU320可以基于裸电池210的电压信息，确定裸电池210是否被过放电、完全放电、完全充电或过充电。MPU320还可以使用二次电池200的电流检测器230的两端之间的电压差，计算流经二次电池200的高电流路径10的充电和放电电流，并确定是否有异常。MPU320还可以检查二次电池200的裸电池210的温度，并确定是否有异常。
在控制信号向二次电池的传送(S50)中，MPU320通过第一控制信号端子260d和第二控制信号端子330d向AFE250输出数字控制信号。数字控制信号是用于控制二次电池200的充/放电开关模块220的充电FET221a和放电FET222a的信号。在裸电池210的电压、充电或放电电流和/或裸电池210的温度被确定为异常时，MPU320输出例如可以停止二次电池200的充电或放电的数字控制信号。
尽管以上已详细描述了本发明的实施例，但是应当理解，对本领域技术人员来说可以说是明显地是，对这里所描述的基本发明思想的诸多改变和修改仍然落在本发明的示例性实施例的、如所附权利要求所限定的精神和范围内。

Claims (22)

1.一种电子设备，包括：
具有至少一个裸电池的二次电池，所述二次电池包括：
充/放电开关模块，用于将所述二次电池置于充电状态或放电状态之一，所述充电状态用于对所述至少一个裸电池进行充电，所述放电状态用于对所述至少一个裸电池进行放电；和
模拟前端，用于基于所述二次电池的信息产生模拟信号，并用于将所述模拟信号传送到所述二次电池之外；以及
所述二次电池外部的处理器，用于从所述模拟前端接收所述模拟信号，并用于根据所述模拟信号控制所述充/放电开关模块；
其中，所述模拟前端用于从所述二次电池外部的处理器接收控制信号，并根据所述控制信号控制所述充/放电开关模块的充电和放电。
2.如权利要求1所述的电子设备，其中所述信息包括所述至少一个裸电池的电压信息。
3.如权利要求2所述的电子设备，其中所述至少一个裸电池包括串联连接的多个裸电池。
4.如权利要求3所述的电子设备，其中所述电压信息包括所述多个裸电池中每个裸电池的独立的电压信息。
5.如权利要求1所述的电子设备，其中所述充/放电开关模块包括充电开关器件和放电开关器件，其中在所述充电开关器件和所述放电开关器件被激活时，所述二次电池处于所述充电状态或处于所述放电状态。
6.如权利要求5所述的电子设备，其中所述充电开关器件和所述放电开关器件各自包括场效应晶体管，其中寄生二极管并联至所述场效应晶体管。
7.如权利要求1所述的电子设备，其中所述二次电池进一步包括用于检测通过所述二次电池的电流量的电流检测器，并且其中所述信息包括关于所述电流量的信息。
8.如权利要求7所述的电子设备，其中所述处理器被配置为在所述电流量异常时停止所述至少一个裸电池的充电或放电。
9.如权利要求1所述的电子设备，其中所述二次电池进一步包括用于检测所述至少一个裸电池的温度的温度检测器，并且其中所述信息包括关于所述温度的信息。
10.如权利要求9所述的电子设备，其中所述处理器被配置为在所述温度异常时停止所述至少一个裸电池的充电或放电。
11.如权利要求1所述的电子设备，进一步包括电源，该电源用于在所述二次电池处于所述放电状态时，从所述二次电池供电，并用于在所述二次电池处于所述充电状态时，从外部电源向所述二次电池供电。
12.一种通过二次电池外部的处理器控制所述二次电池的充电和放电的方法，包括：
从所述二次电池的模拟前端请求信息；
所述处理器接收与所请求的信息相对应的来自所述二次电池的模拟前端的模拟信号；
基于所述模拟信号确定所述二次电池的状态；
根据所述二次电池的状态向所述二次电池的模拟前端传送控制信号；以及
所述模拟前端从所述处理器接收所述控制信号并根据所述控制信号控制所述二次电池的充/放电开关模块的充电和放电。
13.如权利要求12所述的控制二次电池的充电和放电的方法，其中所述二次电池检测所请求的信息，并基于所请求的信息产生所述模拟信号。
14.如权利要求12所述的控制二次电池的充电和放电的方法，其中在所述二次电池的状态被确定为异常时，所述控制信号停止所述二次电池的充电或放电。
15.如权利要求12所述的控制二次电池的充电和放电的方法，其中所请求的信息包括所述二次电池的一个或多个裸电池的电压信息。
16.如权利要求12所述的控制二次电池的充电和放电的方法，其中所请求的信息包括通过所述二次电池的电流量。
17.如权利要求12所述的控制二次电池的充电和放电的方法，其中所请求的信息包括所述二次电池的一个或多个裸电池的温度。
18.一种二次电池，包括：
至少一个裸电池；
充/放电开关模块，用于对所述至少一个裸电池进行充电和放电；和
模拟前端，用于产生包括所述至少一个裸电池的信息的模拟信号，并用于将所述模拟信号传送给外部设备，从所述外部设备接收控制信号，并根据所述控制信号控制所述充/放电开关模块的充电和放电。
19.如权利要求18所述的二次电池，其中所述信息包括关于所述至少一个裸电池的电压的信息。
20.如权利要求18所述的二次电池，其中所述信息包括关于通过所述二次电池的电流量的信息。
21.如权利要求18所述的二次电池，其中所述信息包括关于所述至少一个裸电池的温度的信息。
22.如权利要求18所述的二次电池，其中所述二次电池不包括被配置为对所述模拟信号进行处理的处理器。
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