CN102298435A - 电池模块及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种笔记本电脑的电池模块及其管理方法，其具有嵌入模式、第一卸离模式及第二卸离模式。电池模块包括储能模块，用于经由充放电回路进行充电或放电。控制模块用于在第一卸离模式下切断充放电回路，在嵌入模式及第二卸离模式下导通该充放电回路。主机接口模块用于经由第一连接端连接笔记本电脑。若电池模块为嵌入模式，则连接充放电回路到第一连接端并对笔记本电脑进行充放电。供电接口模块用于经由第二连接端连接受电装置，若电池模块为第二卸离模式，则连接充放电回路到第二连接端并对受电装置进行供电。

Description

电池模块及其管理方法

技术领域

本发明涉及一种电池模块及其管理方法，特别涉及一种可供电给受电装置的电池模块及其管理方法。

背景技术

随着时代的进步，各种的移动设备已经被广泛的应用于日常生活中，而移动设备大多需要进行充电才能正常的工作。以笔记本电脑而言，其具有的电池模块大多是以可卸离的模式嵌入笔记本电脑。但此种电池模块的用途有限，仅能与笔记本电脑连接时进行充放电。笔记本电脑的电池模块的储电容量通常为其它的移动设备电池容量的数倍以上，但无法直接对其它的移动设备充电，在使用上会有限制。

在现有技术中已经公开一种独立形式的储电装置，即一般所称的电力银行。利用电力银行之类的储电装置即可对其它的移动设备进行充电。但此种独立形式的储电装置对使用者来说会增加额外的开销。

另一方面，台湾发明专利公告号200828647中已经公开一种具有通用串行总线连接器的电池。图1为现有技术的电池的架构图。现有技术的电池90包括电池控制电路91、稳压电路92、设备连接器93与通用串行总线连接器94。电池控制电路91具有电池单元，用于提供电源电力。稳压电路92用于稳定电池控制电路91所提供的电源。电池90可以安装于便携式电子设备，用于供电给设备连接器93与通用串行总线连接器94。

现今对于电池的设计，尤其像是笔记本电脑这种应用所需的电池，安全性及低自耗电是两个重心。

以安全性而言，不仅须注意到使用时的安全，也要考虑到其不使用时的安全。就如电池卸离笔记本电脑时，就要考虑到是否卸离的电池会因不小心碰触到外部的金属导体，而使得电池持续放电，造成电池的损坏或甚至燃烧。虽然电池内的保护电路可以在事发时断开电池放电回路，达到某些效果。但目前产业界更安全的作法，是在电池卸离瞬间便断开电池放电回路。但在现有技术的电池90中，当电池卸离时，为了实现对通用串行总线连接器94供电，电池控制电路91也会同时供电给设备连接器93，并无法保证电池卸离时便断开电池放电回路。

另一方面，以低自耗电而言，目前的电池在卸离时，几乎都会进入低耗电模式，至少确保当电池组装完成，历经运送、仓储、销售，直到消费者购买后，仍能保持足够的电量。以现有技术的电池90而言，电池90在工作模式下大约要耗1毫安(mA)的电流，在低耗电模式下可以耗100微安(uA)以下的电流。假设以一个电量为2400毫安小时(mAh)的电池控制电路91而言，其电池90在出厂时会先对电池控制电路91内的电池单元充电，以预充到约1200毫安小时。若电池90不进入低耗电模式，则电池控制电路91内的电池单元约在50天后便将1200毫安小时耗尽，然而此时电池90可能都还没送到客户端。若电池90进入低耗电模式，则这段时间便可延长到500天以上。但在现有技术的电池90中，当其在卸离状态下供电给通用串行总线连接器94时，其已脱离了原先作为笔记本电脑电池的工作范畴，但现有技术的电池90并未公开其在低耗电模式与工作模式切换工作的方法。

为此，需要发明一种新的电池模块与管理电池模块的方法，以解决现有技术在安全性方面的缺陷以及低自耗电方面的不足。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电池模块，具有可供电给受电装置的功能。

本发明的另一主要目的在于提供一种管理其电池模块的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种电池模块，其适用于笔记本电脑，并具有嵌入模式、第一卸离模式及第二卸离模式。电池模块包括第一连接端、第二连接端、充放电回路、储能模块、控制模块、主机接口模块及供电接口模块。第一连接端用于连接笔记本电脑。第二连接端用于连接受电装置。储能模块与充放电回路电性连接，用于经由充放电回路进行充电或放电。控制模块与充放电回路电性连接，用于在嵌入模式及第二卸离模式下导通该充放电回路。主机接口模块与控制模块电性连接，用于经由第一连接端连接笔记本电脑。若电池模块为嵌入模式，则连接充放电回路到第一连接端并对笔记本电脑进行充放电。供电接口模块与充放电回路电性连接，用于经由第二连接端连接受电装置，若电池模块为第二卸离模式，则连接充放电回路到第二连接端并对受电装置进行供电。其中控制模块分别与主机接口模块及供电接口模块电性连接，用于决定电池模块的模式；当主机接口模块检测到笔记本电脑有效连接时，为嵌入模式，否则为第一卸离模式或第二卸离模式；若此时当供电接口模块检测到受电装置连接时，为第二卸离模式，否则为第一卸离模式。

本发明所述的电池模块，其中，该控制模块在该第一卸离模式下断开该充放电回路。

本发明所述的电池模块，其中，该控制模块在该嵌入模式下关闭该供电接口模块以断开该充放电回路与该第二连接端的连接，在该第二卸离模式下关闭该主机接口模块以断开该充放电回路与该第一连接端的连接。

本发明所述的电池模块，其中，该控制模块包括一微处理器单元，该微处理器单元的电耗设定成一工作模式及一低耗电模式；该工作模式设定在该嵌入模式及该第二卸离模式下，该低耗电模式设定在该第一卸离模式下。

本发明所述的电池模块，其中，该控制模块能计算该储能模块的一可用电量。

本发明所述的电池模块，还包括一人机界面模块，其包括一显示单元，与该控制模块连接用于显示该储能模块的该可用电量。

本发明所述的电池模块，其中，该人机界面模块还包括一控制按钮，以开关该显示单元。

本发明所述的电池模块，其中，该控制按钮还用于控制该第一卸离模式或该第二卸离模式的切换。

本发明所述的电池模块，其中，该第一连接端为一SMB连接端。

本发明所述的电池模块，其中，该第二连接端为一USB连接端。

本发明还提供一种管理电池模块的方法，包括以下步骤：经由第一连接端判断电池模块是否与笔记本电脑电性连接；若是，则执行嵌入模式，以导通充放电回路；若否，则经由第二连接端判断是否连接受电装置；若否，执行第一卸离模式，以断开充放电回路；若是，则执行第二卸离模式，以及导通充放电回路，并经由第二连接端对受电装置进行供电。

本发明所述的管理电池模块的方法，还包括以下步骤：

在该嵌入模式下关闭一供电接口模块，以断开该充放电回路与该第二连接端的连接；以及

在该第二卸离模式下关闭一主机接口模块，以断开该充放电回路与该第一连接端的连接。

本发明所述的管理电池模块的方法，还包括以下步骤：

显示一可用电量。

本发明所述的管理电池模块的方法，其中执行该嵌入模式的步骤还包括：

判断该电池模块是否正常工作；

若否，则断开该充放电回路；以及

若是，导通该充放电回路。

附图说明

图1为现有技术的电池的架构图。

图2A为本发明的电池模块的架构图。

图2B为本发明的电池模块内的保护模块的架构图。

图3A为本发明的电池模块与笔记本电脑连接的示意图。

图3B为本发明的电池模块与受电装置连接的示意图。

图4A-4B为本发明的管理电池模块的方法的步骤流程图。

【主要组件符号说明】

现有技术：

电池90

电池控制电路91

稳压电路92

设备连接器93

通用串行总线连接器94

本发明：

笔记本电脑1

受电装置2

电池模块10

控制模块11

微处理器单元111

储能模块12

人机界面模块13

显示单元131

控制按钮132

测量模块14

保护模块15

充放电保护单元151

场效应晶体管152

保险丝153

充放电回路16

主机接口模块21

供电接口模块22

第一连接端31

第二连接端32

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下面列举本发明的具体实施例，并配合附图详细说明如下。

请先一并参考图2A到图2B关于本发明的电池模块的相关示意图，其中图2A为本发明的电池模块的架构图，图2B为本发明的电池模块内的保护模块的架构图。

本发明的电池模块10适用于笔记本电脑1(如图3A所示)，并且电池模块10的形状能嵌入于笔记本电脑1中。电池模块10具有三种工作模式，包括嵌入模式、第一卸离模式及第二卸离模式。其中嵌入模式为电池模块10与笔记本电脑1电性连接，第一卸离模式及第二卸离模式则为电池模块10与笔记本电脑1分离的状况。

在本发明的一实施例中，电池模块10包括控制模块11、储能模块12、人机界面模块13、测量模块14、保护模块15、充放电回路16、主机接口模块21、供电接口模块22、第一连接端31与第二连接端32，上述各模块之间互相通过充放电回路16或其它的电路电性连接。控制模块11可包括微处理器单元111及其必要的内存单元(图未示)，用于控制上述的各模块的工作，并且可计算储能模块12的可用电量。微处理器单元111是整个电池模块10最耗电的电路，为了提高电池模块10的电耗效能，控制模块11可调整其内部的微处理器单元111的电耗，而设定成工作模式及低耗电模式。在此不同的模式下，整个电池模块10的耗电量可以相差10倍以上。

储能模块12可为多节串接的电池芯，例如锂离子电芯、锂聚合物电芯或磷酸铁锂电芯等，但本发明并不以上述的种类为限。

人机界面模块13与控制模块11连接，用于显示储能模块12内所储存的电量。人机界面模块13可包括显示单元131以及控制按钮132。控制按钮132用于开关其显示单元131。显示单元131可为一LED的显示单元或是LCD的显示单元，利用数字或是指示灯等方式来显示出剩余的可用电量，但本发明并不以此为限。

测量模块14与储能模块12电性连接，用于测量储能模块12内的电池芯的温度信号与电压信号。同时测量模块14再通过一感测电阻(图未示)以测量充放电回路16上的电流信号。上述的温度信号、电压信号与电流信号可供控制模块11以及保护模块15判断是否要控制充放电回路16导通或断开。由于测量模块14的测量技术已经被广泛地应用于一般的电池模块10，故在此不再赘述其原理。

保护模块15包括充放电保护单元151、场效应晶体管152与保险丝153。充放电保护单元151与场效应晶体管152及保险丝153电性连接，并且场效应晶体管152及保险丝153也同时与充放电回路16顺序电性连接。充放电保护单元151由控制模块11控制，或是直接经由测量模块14所得到的温度信号、电压信号与电流信号，以控制场效应晶体管152断开或导通充放电回路16。而在储能模块12温度过高或电压极高时，充放电保护单元151也可利用烧断保险丝153的方式永久断开充放电回路16，以保护储能模块12。由于保护模块15已经被广泛地应用于一般的电池模块10，故在此不再赘述其原理。

充放电回路16在保护模块15的控制下，以及主机接口模块21与供电接口模块22的连接下，可使储能模块12与第一连接端31和第二连接端32电性连接，以进行充电或放电的程序。由于储能模块12的充电或放电的技术已经被广泛地应用于一般的电池模块10，故在此不再赘述其详细方法。

接着关于主机接口模块21与第一连接端31的描述请同时参考图3A，图3A为本发明的电池模块与笔记本电脑1连接的示意图。

主机接口模块21用于经由第一连接端31与笔记本电脑1电性连接，以接收来自笔记本电脑1的信号。第一连接端31可为具有多个接脚的连接端，例如笔记本电脑1上常使用的SMB(Server Message Block)连接端，用于同时传输电源信号或是其它的控制信号，但本发明并不以上述的规格为限。主机接口模块21可经由第一连接端31判断电池模块10与笔记本电脑1之间是否有传输信号，或是判断其它信号的高、低电位，再将其检测结果告知控制模块11。因此当笔记本电脑1经由第一连接端31传输信号给主机接口模块21时，控制模块11即可确定电池模块10是处于嵌入模式下。若第一连接端31并未接收到来自笔记本电脑1的信号，则控制模块11可确定电池模块10是处于卸离模式。

当电池模块10处于嵌入模式时，控制模块11处于工作模式，并控制保护模块15的场效应晶体管152以导通充放电回路16，并控制主机接口模块21将充放电回路16连接到第一连接端31的电源信号，使得储能模块12可经由第一连接端31对笔记本电脑1进行供电，或是从笔记本电脑1接收电力进行充电。

需注意的是，当电池模块10处于嵌入模式时，控制模块11要先判断电池模块10是否为有效的电池，才能进行后续的充放电程序。举例而言，若电池模块10并非笔记本电脑1所认证的电池；或是笔记本电脑1为双电池系统中闲置的电池；甚至因为温度信号、电压信号与电流信号的不正常而导致保险丝153烧断等因素而无法正常供电。若无上述无法正常供电的情况发生，控制模块11才会控制充放电回路16导通。由于上述模式的工作原理已经被广泛地应用于一般的电池模块10，故在此不再赘述其原理。

接着关于供电接口模块22与第二连接端32的描述请同时参考图3B，图3B为本发明的电池模块与受电装置2连接的示意图。

供电接口模块22与控制模块11、充放电回路16、及第二连接端32电性连接。第二连接端32可为一USB连接端，但本发明并不以此为限。在第一卸离模式下，控制模块11处于低耗电模式，并控制保护模块15的场效应晶体管152以断开充放电回路16。此时供电接口模块22持续检测第二连接端32是否接收一外界信号。外界信号可为第二连接端32与受电装置2电性连接后所产生的负载信号，例如检测到某个稳定而合理的负载电压值，或是由受电装置2所传送的信号，但本发明并不以上述的信号种类为限。

若供电接口模块22检测到有外界信号，经传送到控制模块11，确认其代表第二连接端32与受电装置2电性连接，此时电池模块10为第二卸离模式。此时控制模块11处于工作模式，并控制保护模块15以导通充放电回路16，且控制供电接口模块22将充放电回路16连接到第二连接端32的电源信号，可进一步对受电装置2进行供电。

上述的第一卸离模式与第二卸离模式的转换，也可经由操作人机界面模块13的控制按钮132而达成。

受电装置2可为移动电话、移动电视或是数码相机等可进行充电的移动设备。供电接口模块22包含将充放电回路16的电压及电流转变为第二连接端32的电压及电流的相关升压、降压、稳压及限流电路，但本发明并不以此为限。

需注意的是，第一连接端31及第二连接端32各自经由主机接口模块21及供电接口模块22，独立连接到充放电回路16。所以在经由第一连接端31与笔记本电脑1连接时，控制模块11可以关闭供电接口模块22，以断开充放电回路16与第二连接端32的连接。同时经由第二连接端32与受电装置2连接时，控制模块11也可关闭主机接口模块21，以断开充放电回路16与第一连接端31的连接。此种特性除了可以节省耗电外，还可防止无负载的连接端因外部短路而抽取储能模块12的电量，甚至造成危险，但本发明并不以上述的方式为限。

接着请参考图4本发明的管理电池模块的方法的步骤流程图。此处需注意的是，以下虽以图2A中所示的电池模块10为例说明本发明的管理电池模块的方法，但本发明的管理电池模块的方法并不以使用在电池模块10为限。

首先进行步骤401：经由第一连接端判断电池模块是否与笔记本电脑电性连接。

此时控制模块11经由主机接口模块21判断是否第一连接端31从笔记本电脑1接收到信号，以判断电池模块10是否与笔记本电脑1电性连接。

若有接收到信号，则进行步骤402：判断电池模块是否能正常工作。

控制模块11会再判断电池模块10是否能正常工作。举例而言，若电池模块10并非笔记本电脑1所认证的电池；或是笔记本电脑1为双电池系统中闲置的电池；甚至于因为温度信号、电压信号与电流信号的不正常而导致保险丝153烧断等因素而无法正常供电。上述的状况都会让电池模块10无法正常工作，但本发明并不限于上述所列举的状况。

若电池模块10无法正常工作，则表示其是个失效的电池，则进行步骤403：断开充放电回路。

此时控制模块11控制保护模块15让充放电回路16断开，使得第一连接端31及第二连接端32皆无法电性连接到储能模块12，同时结束电池模块10的管理流程。

若在步骤402中判断电池模块10可正常工作，则进行步骤404：进入嵌入模式，以导通充放电回路。

此时电池模块10进入嵌入模式，让控制模块11处于工作模式，并经由保护模块15控制充放电回路16导通，让储能模块12能顺序经由充放电回路16、控制主机接口模块21及第一连接端31，对笔记本电脑1进行充电或供电程序。并且在此步骤404中，控制模块11可以关闭供电接口模块22，以断开充放电回路16与第二连接端32的连接。在此步骤404后，控制模块11会再重复执行步骤401，以确定是否持续与笔记本电脑1电性连接。

若在步骤401中，控制模块11判断电池模块10并未与笔记本电脑1电性连接，则进行步骤405：进入第一卸离模式以执行低耗电模式。

此时电池模块10进入第一卸离模式，让控制模块11处于低耗电模式，并经由保护模块15控制充放电回路16断开，并使得第一连接端31及第二连接端32皆无法连接到充放电回路16。

接着进行步骤406：经由第二连接端判断是否连接受电装置。

此时经由供电接口模块22持续检测第二连接端32，并传送到控制模块11以判断是否接收到外界信号来决定第二连接端32是否有电性连接到受电装置2。

若第二连接端32并无电性连接到受电装置2，则回到步骤405，让电池模块10持续处在第一卸离模式下。

当第二连接端32接收到来自受电装置2的外界信号时，控制模块11控制电池模块10进入第二卸离模式，并执行步骤407：进入第二卸离模式，导通充放电回路，以经由第二连接端传输电量给该受电装置。

此时控制模块11处于工作模式，并控制保护模块15让充放电回路16导通，让储能模块12能顺序经由充放电回路16、供电接口模块22、及第二连接端32，供电给受电装置2。并且在此步骤中，控制模块11可以关闭控制主机接口模块21，以断开充放电回路16与第一连接端32的连接，但本发明并不以此为限。

同时在步骤405到步骤407中，主机接口模块21会持续检测是否与笔记本电脑1电性连接，若有电性连接，则会再回到步骤402。

需注意的是，在嵌入模式与第二卸离模式下，测量模块14会持续进行测量温度信号、电压信号或电流信号的程序，使得控制模块11或保护模块15可随时根据温度信号、电压信号或电流信号导通或是断开充放电回路16。

最后，人机界面模块13还可与控制模块11连接，当控制模块11检测到控制显示单元131的控制按钮132启动后，便可在显示单元131上显示储能模块12内剩余的可用电量。

此处需注意的是，本发明的管理电池模块的方法并不以上述的步骤顺序为限，只要能实现本发明的目的，上述的步骤顺序也可加以改变。

经由上述的电池模块10与其管理的方法可知，使用者可方便地将笔记本电脑1的电池模块10用于供电给其它的受电装置2，而不需额外再购买电力银行等蓄电装置，可减少额外的开销。另一方面，本发明的电池模块10也可对第一连接端31与第二连接端32独立供电，并且利用控制按钮132提供工作模式与低耗电模式的切换，可解决现有技术中会发生的电力消耗的缺陷。

Claims (14)

1.一种电池模块，具有一嵌入模式、一第一卸离模式及一第二卸离模式，该电池模块包括：

一第一连接端，用于连接一笔记本电脑；

一第二连接端，用于连接一受电装置；

一充放电回路；

一储能模块，与该充放电回路电性连接，用于经由该充放电回路进行充电或放电；

一控制模块，与该充放电回路电性连接，用于在该嵌入模式及该第二卸离模式下导通该充放电回路；

一主机接口模块，与该充放电回路电性连接，用于经由该第一连接端连接该笔记本电脑，若该电池模块为该嵌入模式，则连接该充放电回路到该第一连接端并对该笔记本电脑进行充放电；以及

一供电接口模块，与该充放电回路电性连接，用于经由该第二连接端连接该受电装置，若该电池模块为该第二卸离模式，则连接该充放电回路到该第二连接端并对该受电装置进行供电；其中该控制模块并与该主机接口模块及该供电接口模块电性连接，以决定该电池模块的模式；当该主机接口模块检测到该笔记本电脑有效连接时，为该嵌入模式，否则为该第一卸离模式或该第二卸离模式；若此时当该供电接口模块检测到该受电装置连接时，为该第二卸离模式，否则为该第一卸离模式。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其中该控制模块在该第一卸离模式下断开该充放电回路。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其中该控制模块在该嵌入模式下关闭该供电接口模块以断开该充放电回路与该第二连接端的连接，在该第二卸离模式下关闭该主机接口模块以断开该充放电回路与该第一连接端的连接。

4.根据权利要求1所述的电池模块，其中该控制模块包括一微处理器单元，该微处理器单元的电耗设定成一工作模式及一低耗电模式；该工作模式设定在该嵌入模式及该第二卸离模式下，该低耗电模式设定在该第一卸离模式下。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其中该控制模块能计算该储能模块的一可用电量。

6.根据权利要求5所述的电池模块，还包括一人机界面模块，其包括一显示单元，与该控制模块连接用于显示该储能模块的该可用电量。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中该人机界面模块还包括一控制按钮，以开关该显示单元。

8.根据权利要求7所述的电池模块，其中该控制按钮还用于控制该第一卸离模式或该第二卸离模式的切换。

9.根据权利要求1所述的电池模块，其中该第一连接端为一SMB连接端。

10.根据权利要求1所述的电池模块，其中该第二连接端为一USB连接端。

11.一种管理电池模块的方法，包括以下步骤：

经由一第一连接端判断该电池模块是否与一笔记本电脑电性连接；

若是，则执行一嵌入模式，以导通一充放电回路并执行一工作模式，以经由该第一连接端对该笔记本电脑进行充放电；

若否，则进入一第一卸离模式以断开一充放电回路并执行一低耗电模式；

经由一第二连接端判断是否连接一受电装置；

若否，则维持在第一卸离模式；

若是，则执行一第二卸离模式；以及

导通该充放电回路，并执行该工作模式，以经由该第二连接端对该受电装置进行供电。

12.根据权利要求11所述的管理电池模块的方法，还包括以下步骤：

在该嵌入模式下关闭一供电接口模块，以断开该充放电回路与该第二连接端的连接；以及

在该第二卸离模式下关闭一主机接口模块，以断开该充放电回路与该第一连接端的连接。

13.根据权利要求11所述的管理电池模块的方法，还包括以下步骤：

显示一可用电量。

14.根据权利要求11所述的管理电池模块的方法，其中执行该嵌入模式的步骤还包括：

判断该电池模块是否正常工作；

若否，则断开该充放电回路；以及

若是，导通该充放电回路。

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