CN102447143A - 电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法 - Google Patents

电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102447143A
CN102447143A CN2011101999866A CN201110199986A CN102447143A CN 102447143 A CN102447143 A CN 102447143A CN 2011101999866 A CN2011101999866 A CN 2011101999866A CN 201110199986 A CN201110199986 A CN 201110199986A CN 102447143 A CN102447143 A CN 102447143A
Authority
CN
China
Prior art keywords
controller
pin
battery
battery pack
indicating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011101999866A
Other languages
English (en)
Inventor
栗国星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
O2Micro China Co Ltd
Original Assignee
O2Micro China Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by O2Micro China Co Ltd filed Critical O2Micro China Co Ltd
Publication of CN102447143A publication Critical patent/CN102447143A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3646—Constructional arrangements for indicating electrical conditions or variables, e.g. visual or audible indicators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法，所述电池系统包括指示器、传感器以及控制器；所述指示器具有多个通道并用于根据经由所述多个通道接收的多个控制信号来显示电池组的相关信息；所述多个通道包括第一通道且所述多个控制信号包括第一控制信号；所述传感器用于产生传感信号；所述控制器具有耦接于所述第一通道以及所述传感器的第一管脚，且选择性地运作于测量模式或传感模式；当所述控制器运作于测量模式时，所述控制器控制所述第一管脚将所述第一控制信号施加于所述第一通道；以及当所述控制器运作于传感模式时，所述控制器控制所述第一管脚接收所述传感信号。采用本发明可减小硅片尺寸，从而减少电池组的成本。

Description

电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法
技术领域
本发明涉及一种电池系统，尤其是涉及一种可再充电的电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法。
背景技术
在便携式装置(例如膝上型计算机、移动电话、个人数字助理以及数字相机)中，广泛使用可再充电的电池组。可再充电的电池组利用电池测量电路来指示电池组的电量是否已耗尽。
图1所示为现有技术的一种电池包100的方框图。电池包100包括电池组102、电池测量电路104以及指示器105。电池组102包括多个串联的电池单元102_1、102_2以及102_3。电池测量电路104可整合于集成电路芯片上，并包括不同类型的管脚，例如多个电压侦测管脚B0-B3、一对电流侦测管脚ISP及ISN以及多个通用输入输出(General Purpose Input and Output，GPIO)管脚GP0-GP10。电压侦测管脚B0-B3耦接于电池单元102_1-102_3，用于侦测蓄电池单元102_1-102_3的电池单元电压。电流侦测管脚ISP及ISN耦接于电阻106，用于侦测流经电池单元102_1-102_3的电流I1。基于电池单元电压及电流I1，电池测量电路104获得电池单元102_1-102_3的充电状态(State ofCharge，SOC)，其中充电状态指示电池单元102_1-102_3的剩余电量。
指示器105包括多个通道CHN1-CHN5，而通道CHN1-CHN5分别耦接于GPIO管脚GP6-GP10。指示器105还包括多个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)D1-D5，LED D1-D5分别耦接于通道CHN1-CHN5。由此，电池测量电路104可经由对应的GPIO管脚(例如GP10)将低电平电信号施加于对应的通道(例如CHN1)，从而点亮对应的LED(例如D1)，并且可经由GPIO管脚GP10将高电平电信号施加于通道CHN1，从而切断LEDD1。在运作中，用户可按压按钮108来产生中断。电池测量电路104控制GPIO管脚GP5接收所述中断，并响应所述中断以控制GPIO管脚GP6-GP10，进而通过LED D1-D5显示电池组102的充电状态。举例来说，若仅有LED D1点亮，则指示电池单元102的充电状态为20％。类似地，若仅有LED D1与D2点亮，则指示电池单元102的充电状态为40％。
此外，为避免电池包100受到一个或多个异常温度条件的影响，电池包100包括多个热敏电阻RT1-RT4用于分别感测电池包100内的多个元件(例如，电池单元102_1-102_3)的温度。电池测量电路104控制GPIO管脚GP4将供电电压提供至热敏电阻RT1-RT4，以使热敏电阻RT1-RT4产生对应的传感信号。电池测量电路104控制GPIO管脚GP0-GP3接收传感信号。利用上述传感信号，电池测量电路104可决定电池包100是否处于异常温度条件中。
然而，电池测量电路104具有相对较多数目的管脚，例如图1中所示的18个管脚。因此，电池测量电路104的硅片面积相对较大，从而导致电池包100的成本相对较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电池系统，减小硅片尺寸，从而减少电池组的成本。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池系统，所述电池系统包括指示器，所述指示器具有多个通道，并用于响应经由所述多个通道接收的多个控制信号来显示电池组的相关信息，其中所述多个通道包括第一通道，且所述多个控制信号包括第一控制信号；传感器，用于产生传感信号；以及控制器，所述控制器具有耦接于所述第一通道以及所述传感器的第一管脚，且所述控制器选择性地运作于测量模式或传感模式，其中当所述控制器运作于所述测量模式时，所述控制器控制所述第一管脚将所述第一控制信号施加于所述第一通道；以及当所述控制器运作于所述传感模式时，所述控制器控制所述第一管脚接收所述传感信号。
本发明所述的电池系统，所述控制器还包括：第二管脚，所述第二管脚耦接于所述传感器以及所述多个通道的第二通道，当所述控制器运作于所述传感模式时，所述控制器控制所述第二管脚将供电电压提供至所述传感器；以及当所述控制器运作于所述测量模式时，所述控制器控制所述第二管脚将所述多个控制信号的第二控制信号施加于所述第二通道。
本发明所述的电池系统，所述控制器还包括：第二管脚，所述控制器用于控制所述第二管脚来闭合开关以使能所述指示器，并用于控制所述第二管脚来断开所述开关以禁用所述指示器。
本发明所述的电池系统，所述第二管脚还耦接于用于产生中断的按钮，所述控制器进一步控制所述第二管脚来接收所述中断，并响应于所述中断而进入所述测量模式。
本发明所述的电池系统，所述电池系统还包括：开关，所述开关在所述控制器的控制下闭合以使能所述指示器，并在所述控制器的控制下断开以禁用所述指示器。
本发明所述的电池系统，所述电池组的相关信息从所述电池组的充电状态、流经所述电池组的电流以及所述电池组的电池单元电压中选择。
本发明所述的电池系统，所述指示器包括耦接于所述多个通道的多个发光二极管。
本发明所述的电池系统，所述指示器包括耦接于所述多个通道的测量器。
本发明所述的电池系统，所述传感器包括热敏电阻。
本发明所述的电池系统，所述控制器还耦接于主机设备，并且根据所述主机设备产生的控制命令运作于所述传感模式或所述测量模式。
本发明所述的电池系统，所述电池组的相关信息包括所述电池组的充电状态，且其中所述控制器进一步包括：机器可读介质，用于存储机器可执行指令以及指示所述电池组的满容量的电量数据；以及处理器，所述处理器耦接于所述机器可读介质，并用于执行所述机器可执行指令来接收指示所述电池组中的多个电池单元电压的多个电压侦测信号以及指示所述电池组的电流的电流侦测信号，再根据所述多个电压侦测信号、所述电流侦测信号以及所述电量数据计算所述充电状态。
本发明还提供了一种电池组控制器，其包括：多个第一管脚，所述多个第一管脚分别耦接于指示器的多个通道，其中所述多个第一管脚包括还耦接于传感器的第一管脚；以及第二管脚，所述第二管脚耦接于开关，用于闭合/断开所述开关以使能/禁用所述指示器，其中所述电池组控制器用于控制所述第二管脚在测量模式中使能所述指示器并且在传感模式中禁用所述指示器，并用于控制所述多个第一管脚在所述测量模式中在所述指示器上显示所述电池组的相关信息，以及用于控制所述耦接于所述传感器的第一管脚在所述传感模式中接收由所述传感器产生的传感信号。
本发明所述的电池组控制器，所述第二管脚还耦接于按钮，当按压所述按钮时，所述电池组控制器进一步控制所述第二管脚来接收中断，并响应于所述中断而进入所述测量模式。
本发明所述的电池组控制器，所述多个第一管脚还包括耦接于所述传感器的另一管脚，在所述传感模式中，所述电池组控制器还在所述另一管脚上产生供电电压以驱动所述传感器。
本发明所述的电池组控制器，所述传感器包括热敏电阻，用于感测所述电池组中的电池单元的温度。
本发明所述的电池组控制器，所述电池组的相关信息包括所述电池组的充电状态，所述电池组控制器进一步包括：第三管脚，用于接收指示所述电池组的电池单元电压的电压侦测信号；以及第四管脚，用于接收指示流经所述电池组的电流的电流侦测信号，其中所述电池组控制器利用所述电压侦测信号以及所述电流侦测信号来计算所述充电状态的数值。
本发明还提供了一种电池组的监测方法，其包括下列步骤：选择性地使控制器运作于测量模式或传感模式中；在所述测量模式中，提供多个控制信号至指示器内的多个通道，其中所述多个控制信号包括经由所述控制器的第一管脚提供的第一控制信号；基于所述多个控制信号，在所述指示器上指示所述电池组的相关参数；利用传感器感测所述电池组的相关温度；以及在所述传感模式中，经由所述第一管脚接收代表所述温度的传感信号。
本发明所述的电池组的监测方法，所述电池组的监测方法还包括：在所述传感模式中，经由所述控制器的第二管脚将供电电压提供至所述传感器；以及在所述测量模式中，经由所述第二管脚将所述多个控制信号的第二控制信号施加于所述多个通道的第二通道。
本发明所述的电池组的监测方法，所述电池组的监测方法还包括：经由所述控制器的第二管脚来闭合开关以使能所述指示器，或经由所述控制器的第二管脚来断开开关以禁用所述指示器。
本发明所述的电池组的监测方法，所述电池组的监测方法还包括：经由所述第二管脚自按钮接收中断；以及响应于所述中断使所述控制器进入所述测量模式。
本发明所述的电池组的监测方法，所述电池组的监测方法还包括：根据主机设备所产生的控制命令选择所述传感模式或所述测量模式。
与现有技术相比，本发明的电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法减少了管脚数量，从而减小硅片尺寸，由此减少了电池组的成本。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点，其中相似的符号代表相似的组件。
图1所示为现有技术的一种电池包的方框图。
图2所示为根据本发明的一个实施例的电池系统的方框图。
图3所示为根据本发明的一个实施例的GPIO管脚的运作表。
图4所示为根据本发明的一个实施例的控制器的方框图的范例。
图5所示为根据本发明的一个实施例的电池系统的方框图的另一个范例。
图6所示为根据本发明的一个实施例的电池系统的方框图的另一个范例。
图7所示为根据本发明的一个实施例的电池系统的操作流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
以下的具体描述中的某些部分是以流程、逻辑块、处理过程和其它对计算机存储器中数据位的操作的象征性表示来呈现的。这些描述和表示法是数据处理领域内的技术人员最有效地向该领域内的其它技术人员传达他们工作实质的方法。在本申请中，流程、逻辑块、处理过程、或相似的事物，被构思成有条理的步骤或指令的序列以实现想要的结果。所述的步骤是需要对物理量进行物理操作的步骤。通常，但不是必然的，这些物理量的形式可为电信号或磁信号，可在计算机系统中被存储、传输、合并和比较等等。主要出于普遍使用的缘故，有时便于将上述信号视为事物处理、位、数值、元件、符号、字符、取样、像素或其它。
本发明的实施例提供了一种电池系统。在一个实施例中，电池系统包括指示器、传感器以及控制器。指示器具有多个通道，并用于根据多个通道中的多个控制信号来显示电池组相关参数的信息。所述多个通道包括第一通道，且所述多个控制信号包括第一控制信号。所述传感器用于产生传感信号。
有利地，所述控制器具有耦接于所述第一通道以及传感器的第一管脚，且所述控制器可运作于测量模式及传感模式中。在测量模式中，所述控制器控制所述第一管脚将所述第一控制信号施加于所述第一通道；在传感模式中，所述控制器控制所述第一管脚接收所述传感信号。因此，减少了控制器中的管脚数量。由此，控制器的芯片面积减小，芯片组件变得更小且更便宜，印刷电路板的尺寸减小，从而降低了电池系统的成本。
图2所示为根据本发明的一个实施例的电池系统200的方框图。在图2的范例中，电池系统200包括电池组202、控制器204、指示器205、多个传感器251-254、电阻206、按钮208以及开关210。电池组202包括多个串联的电池单元202_1-202_3。在一个实施例中，控制器204可为整合于集成电路芯片上并包括多个管脚的电池测量电路，例如，所述多个管脚可包括多个电压感测管脚B0-B3、一对电流感测管脚ISP及ISN、管脚VD33以及多个GPIO管脚GP0-GP5。管脚VD33提供供电电压VDD。控制器204控制电压感测管脚B0-B3、电流感测管脚ISP及ISN来侦测电池组202的参数，例如电池组202的充电状态。在一个实施例中，控制器204以测量模式以及传感模式来控制GPIO管脚GP0-GP5。在测量模式中，控制器204控制GPIO管脚GP0-GP5来在指示器205上显示已侦测到电池组的相关参数。在传感模式中，控制器204控制相同的GPIO管脚GP0-GP5来接收由传感器251-254产生的多个传感信号。
电池组202中的电池单元202_1-202_3可以是但不限于锂离子/聚合物电池、耐酸铅电池、或镍镉(NiCD)/镍氢(NiMH)电池等。尽管图2的范例中示意了三个电池单元的情形，然而电池组202中可包括其他数量的电池单元。电池单元202_1-202_3耦接于控制器204的电压感测管脚B0-B3。举例来说，电池单元202_1耦接于电压感测管脚B0与电压感测管脚B1之间；电池单元202_2耦接于电压感测管脚B1与电压感测管脚B2之间；电池单元202_3耦接于电压感测管脚B2与电压感测管脚B3之间。由此，控制器204设定电压感测管脚B0-B3来侦测电池单元202_1-202_3的电池单元电压。
在一个实施例中，电阻206耦接于控制器204的电流感测管脚ISP及电流感测管脚ISN。控制器204控制电流感测管脚ISP及电流感测管脚ISN来侦测流经电池单元202_1-202_3的电流I1。举例来说，电流感测管脚ISP及电流感测管脚ISN之间的电压可指示电流I1。基于已侦测到的电池单元电压以及已侦测到的电流I1，控制器204决定电池组202相关参数的信息(例如，测量或数值)，其将结合图4作进一步描述。所述参数可以是但不限于电池组202的充电状态、电池组202的开路电压、或流经电池组202的电流I1。
在一个实施例中，指示器205包括多个LED D1-D5、多个电阻R7-R11以及多个通道CHN1-CHN5。尽管图2的范例中示意了五个LED的情形，然而指示器205中可包括其他数量的LED。通道CHN1-CHN5分别耦接于LED D1-D5。举例来说，通道CHN1通过电阻R7耦接于LED D1，通道CHN2通过电阻R8耦接于LEDD2，通道CHN3通过电阻R9耦接于LED D3，通道CHN4通过电阻R10耦接于LED D4，以及通道CHN5通过电阻R11耦接于LEDD5。
在一个实施例中，按钮208具有接地的第一端以及经由电阻R6耦接于供电电压VDD的第二端。在一个实施例中，开关210为P型金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)。GPIO管脚GP5耦接于开关210的栅极以及按钮208的第二端。
在一个实施例中，在运作中，用户按下按钮208以导通电流路径L；而一旦用户释放按钮208，则切断电流路径L。更具体地，当电池系统200启动时，释放按钮208以切断电流路径L。因此，没有电流流经电阻R6，并且高电平信号施加于GPIO管脚GP5。用户按下按钮208以导通电流路径L。电流I2流经电阻R6，且GPIO管脚GP5接地。因此，低电平信号施加于GPIO管脚GP5。换句话来说，当按下按钮208时，在GPIO管脚GP5上产生中断，例如下降沿。
此外，当释放(拉起)按钮208时，控制器204可决定管脚GP5上的电压电平。举例来说，控制器204可将GPIO管脚GP5上的电压设置为高电平或低电平。
此外，控制器204可运作于测量模式以及传感模式中来控制GPIO管脚GP0-GP5。在一个实施例中，控制器204设定GPIO管脚GP5来接收由按钮208产生的中断，并闭合/断开开关210以使能/禁用指示器205。
在一个实施例中，当控制器204在GPIO管脚GP5上接收中断时，控制器204切换至测量模式。在测量模式中，控制器204在GPIO管脚GP5上提供低电平信号以闭合开关210。因此，使能指示器205。然后，指示器205分别根据通道CHN1-CHN5内的多个控制信号SIGCON1-SIGCON5来显示电池组202相关参数的信息。更具体地，根据通道CHN1-CHN5内的控制信号SIGCON1-SIGCON5来点亮或切断LED D1-D5。举例来说，通道CHN1中的控制信号SIGCON1可为高电平信号或低电平信号。若SIGCON1为低电平，则切断LED D1。LED D2-D5的运作类似于LED D1。
在下文描述中，出于说明目的，指示器205显示与电池组202的充电状态有关的信息；然而，如上所述，指示器205可用来显示电池组202的其它相关参数的信息。在一个实施例中，若仅有LED D1点亮，则指示电池组202的充电状态为20％。若仅有LEDD1与LED D2点亮，则指示电池组202的充电状态为40％。若仅有LED D1、LED D2以及LED D3点亮，则指示电池组202的充电状态为60％。若仅有LED D1-LED D4点亮，则指示电池组202的充电状态为80％。若全部LED D1-LED D5点亮，则指示电池组202为满电量。
在一个实施例中，传感器251-254中的每一个都对应地包括串联的热敏电阻以及电阻。举例来说，传感器251包括热敏电阻RT1以及电阻R1；传感器252包括热敏电阻RT2以及电阻R2；传感器253包括热敏电阻RT3以及电阻R3；以及传感器254包括热敏电阻RT4以及电阻R4。在一个实施例中，热敏电阻为负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)热敏电阻，当温度升高时，NTC热敏电阻的阻值减小。在其他实施例中，热敏电阻为正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)热敏电阻、热电偶、电阻温度侦测器(Resistance TemperatureDetector，RTD)、或集成电路温度侦测器。
热敏电阻RT1-RT4可用来感测电池系统200中的各元件的温度。举例来说，热敏电阻RT1-RT3可分别放置于电池单元202_1-202_3之上来感测电池单元202_1-202_3的温度。热敏电阻RT4可放置于充电或放电开关(未图示)之上来感测开关的温度。
在一个实施例中，控制器204在预定时间段T(例如，三秒)内保持在测量模式中。在超过预定时间段T之后，控制器204切换至传感模式。在传感模式中，控制器204在GPIO管脚GP5上产生高电平信号来断开开关210。由此，禁用指示器205。因此，无论通道CHN1-CHN5中的控制信号为高电平信号或低电平信号，LED D1-D5都是切断的。在传感模式中，由于LED D2-D5是反向偏压来去耦公用节点270以及传感器251-254，不同传感器251-254彼此隔离。同时，在传感模式中，控制器204控制GPIO管脚GP4来产生供电电压VSUPPLY来驱动传感器251-254。由此，传感器251-254提供多个传感信号SIGSEN1-SIGSEN4来分别指示在GPIO管脚GP0-GP3上的感测温度。举例来说，传感器251的电阻R1与热敏电阻RT1构成分压器来在GPIO管脚GP3上提供传感信号SIGSEN1，例如传感信号SIGSEN1为热敏电阻RT1两端的电压，其根据电池单元202_1的温度而变化。传感器252-254的运作类似于传感器251。
此外，在传感模式中，控制器204设定GPIO管脚GP0-GP3来接收传感信号SIGSEN1-SIGSEN4。在一个实施例中，控制器204利用传感信号SIGSEN1-SIGSEN4来决定是否发生温度异常(例如，过温)。因此，控制器204可避免电池系统200受到异常温度的影响。举例来说，若GPIO管脚GP3上的传感信号SIGSEN1指示电池单元202_1在充电过程中处于过温中，控制器204断开充电开关(未图示)来终止充电过程。以下结合图3，将进一步描述GPIO管脚GP0-GP5的运作。电池系统200可具有其他配置，且并不限于图2所示的范例。
图3所示为根据本发明的一个实施例的GPIO管脚GP0-GP5的运作表300。图3将结合图2进行描述。在图3的范例中，根据在测量模式以及传感模式中执行的功能，将GPIO管脚GP0-GP5分为I、Ⅱ、Ⅲ三类。
GPIO管脚GP0-GP3为I类GPIO管脚。在一个实施例中，在测量模式中，GPIO管脚GP0-GP3中的每一个将对应的控制信号施加于对应的通道；在传感模式中，GPIO管脚GP0-GP3中的每一个从对应的传感器接收对应的传感信号。更具体地，在方框302中，在测量模式中，GPIO管脚GP0将控制信号SIGCON5施加于通道CHN5，以及在方框322中，在传感模式中，GPIO管脚GP0接收由传感器254产生的传感信号SIGSEN4。在方框304中，在测量模式中，GPIO管脚GP1将控制信号SIGCON4施加于通道CHN4，以及在方框324中，在传感模式中，GPIO管脚GP1接收由传感器253产生的传感信号SIGSEN3。在方框306中，在测量模式中，GPIO管脚GP2将控制信号SIGCON3施加于通道CHN3，以及在方框326中，在传感模式中，GPIO管脚GP2接收由传感器252产生的传感信号SIGSEN2。在方框308中，在测量模式中，GPIO管脚GP3将控制信号SIGCON2施加于通道CHN2，以及在方框328中，在传感模式中，GPIO管脚GP3接收由传感器251产生的传感信号SIGSEN1。
GPIO管脚GP4为Ⅱ类GPIO管脚。在方框310中，在测量模式中，GPIO管脚GP4将控制信号SIGCON1施加于通道CHN1。在方框330中，在传感模式中，相同的GPIO管脚GP4提供供电电压VSUPPLY来驱动传感器251-254。
GPIO管脚GP5为Ⅲ类GPIO管脚。在方框312中，GPIO管脚GP5接收中断，并将控制器204切换至测量模式。在测量模式中，GPIO管脚GP5，例如在预定时间段T内，提供低电平信号来闭合开关210，以使在预定时间段T内使能指示器205。在方框314中，在传感模式中，GPIO管脚GP5提供高电平信号来断开开关210。因此，在传感模式中禁用指示器205。
有利地，通过利用多功能GPIO管脚GP0-GP5，控制器204可运作于测量模式中来在指示器205上显示电池组的相关参数，以及可运作于传感模式中来从多个传感器251-254获得温度感测信息。因此，相较于图1中现有技术的电池测量电路104，本发明的控制器204具有较少的GPIO管脚数目。举例来说，如图1所示的GPIO管脚GP6-GP10共5个管脚可从控制器204移除。如此，控制器204的芯片面积减少，芯片组件可更小且更便宜，印刷电路板的尺寸减小，从而降低了电池系统200的成本。
图4所示为根据本发明的一个实施例的控制器204的方框图的范例。图4是结合图2和图3来描述的。在图4的范例中，控制器204包括多路复用器(multiplexer，MUX)402、缓冲器404、第一模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)406、第二ADC 408、处理器412、存储器414以及GPIO控制器416。
如图2所述，电压感测管脚B0-B3接收分别指示电池单元202_1-202_3的电池电压的多个电压侦测信号，其将进一步传递至多路复用器402。举例来说，电压侦测信号的电压可与电池单元电压成比例。此外，在传感模式中，GPIO控制器416自GPIO管脚GP0-GP3接收多个温度传感信号SIGSEN1-SIGSEN4，并经由总线456将温度传感信号SIGSEN1-SIGSEN4传递至多路复用器402。多路复原器402时分地将多个模拟信号(包括多个电压侦测信号以及温度传感信号SIGSEN1-SIGSEN4)转发至缓冲器404。缓冲器404缓冲模拟信号，并将模拟信号传送至第一ADC 406。第一ADC 406将模拟信号转换成多个数字信号，例如电压侦测数字信号450以及温度传感数字信号451。类似地，耦接于电流感测管脚ISP与ISN的第二ADC 408将指示电流I1的模拟信号转换成电流侦测数字信号452。
处理器412可为中央处理器(CPU)、微处理器、数字信号处理器、或任何其它类似的可读并执行程序指令的装置。存储器414存储多个机器可执行指令以及机器可读数据。在一个实施例中，机器可读数据包括指示最后充电及放电周期内的电池组202的满容量CFULL的容量数据。在一个实施例中，处理器412执行存储于存储器414中的机器可执行指令来从第一ADC 406读取电压侦测数字信号450，以及从第二ADC 408读取电流侦测数字信号452。因此，处理器412获得电池电压的信息、流经电池单元202_1-202_3的电流I1以及电池组202的温度。
处理器412产生控制命令来控制GPIO控制器416。相应地，GPIO控制器416设定GPIO管脚GP0-GP5来在测量模式以及传感模式中完成不同的功能，如图2及图3所述。
在一个实施例中，处理器412根据电流I1、电池单元电压、及电池组202的温度来计算电池组202的充电状态。举例来说，处理器412对电流I1执行库仑计数来获得电池组202的当前容量CCURRENT，并且从存储器414读取电流信息来获得最后充电及放电周期内的电池组202的满容量CFULL。如此，电池组202的充电状态如等式(1)表示：
SOC＝(CCURRENT/CFULL)×100％                (1)
在一个实施例中，电池单元202_1-202_3的电池单元电压与温度可被用来校准充电状态的计算结果。处理器412可利用其它方法来获得电池组202的充电状态，且不限于图4中的范例。
此外，处理器412决定是否运作于测量模式或传感模式中，并相应地设定管脚GP0-GP5。更具体地，若在GPIO管脚GP5上侦测到中断，则处理器412进入测量模式。在测量模式中，处理器412设定GPIO管脚GP5来产生低电平信号，并设定GPIO管脚GP0-GP4来根据所计算的充电状态来产生控制信号SIGCON1-SIGCON5。在本实施例中，控制信号SIGCON1-SIGCON5可为模拟信号(例如，高电平信号及/或低电平信号)，来使能LEDD1-D5显示电池组的充电状态。
此外，在一个实施例中，处理器412启动计时器来监测测量模式的持续时间。当超过预定时间段T时，处理器412重新设定GPIO管脚GP0-GP5来将控制器204切换至传感模式。在传感模式中，处理器412产生控制指令至GPIO控制器416。相应地，GPIO控制器416设定GPIO管脚GP5来产生高电平信号，设定GPIO管脚GP4来提供供电电压VSUPPLY，以及设定GPIO管脚GP0-GP3来接收温度传感信号SIGSEN1-SIGSEN4。控制器204可包括其它元件，且不限于图4中的范例。
在一个实施例中，处理器412耦接于总线454，总线454还连接至诸如计算机或移动电话的主机设备(图4中未示出)。主机设备可将控制命令转发至处理器412。相应地，处理器412根据控制命令来选择运作模式。换句话来说，控制器204可根据按钮208产生的中断或来自主机设备的控制命令在传感模式以及测量模式之间运作。控制器204可以其它方式在传感模式以及测量模式之间切换，且不限于图4中的范例。
图5所示为根据本发明的一个实施例的电池系统500的方框图的另一个范例。与图2标号相同的元件具有相似的功能。图5将结合图2、图3及图4进行描述。电池系统500包括电池组202、控制器504、指示器205、多个传感器551-553、电阻206、按钮208以及开关210。
如图2所述，电池系统200可包括其它数量的通道。在图5的范例中，电池系统500包括三个传感器551、552及553。传感器551-553中的每一个都各自包括串联的热敏电阻以及电阻。举例来说，传感器551包括电阻R1’以及热敏电阻RT1’，传感器552包括电阻R2’以及热敏电阻RT2’，以及传感器553包括电阻R3’以及热敏电阻RT3’。
类似于控制器204，控制器504利用I、Ⅱ、Ⅲ三类GPIO管脚来在测量模式中显示的电池组202的充电状态，以及在传感模式中接收三个传感信号SIGSEN1-SIGSEN3。更具体地，GPIO管脚GP0、GP1及GP3为I类GPIO管脚。在测量模式中，GPIO管脚GP0将控制信号SIGCON5施加于通道CHN5，以及在传感模式中，GPIO管脚GP0接收由传感器553产生的传感信号SIGSEN3。在测量模式中，GPIO管脚GP1将控制信号SIGCON4施加于通道CHN4，以及在传感模式中，GPIO管脚GP1接收由传感器552产生的传感信号SIGSEN2。在测量模式中，GPIO管脚GP3将控制信号SIGCON2施加于通道CHN2，以及在传感模式中，GPIO管脚GP3接收由传感器551产生的传感信号SIGSEN1。
此外，GPIO管脚GP2和GP4为Ⅱ类GPIO管脚。在测量模式中，GPIO管脚GP2将控制信号SIGCON3施加于通道CHN3，以及在传感模式中，GPIO管脚GP2提供供电电压VSUPPLY2来驱动传感器552和553。在测量模式中，GPIO管脚GP4将控制信号SIGCON1施加于通道CHN1，以及在传感模式中，GPIO管脚GP4提供供电电压VSUPPLY3来驱动传感器551。
此外，控制器504的GPIO管脚GP5为Ⅲ类GPIO管脚，其运作类似于控制器204的GPIO管脚GP5。
总而言之，尽管可改变传感器的数量及/或指示器中通道的数量，控制器204仍可运作于测量模式来在指示器205上显示电池组202的充电状态，并且可运作于传感模式来从传感器接收传感信号。只要控制器(例如，控制器204或504)中包括I、Ⅱ及/或Ⅲ类管脚，就可通过减少管脚的数量来减小控制器的芯片面积，从而减少电池系统200或500的成本。
图6所示为根据本发明的一个实施例的电池系统600的方框图的另一个范例。与图2标号相同的元件具有相似的功能。图6将结合图2、图3及图4进行描述。
在图6的范例中，指示器205包括用于在测量模式中根据控制信号SIGCON1-SIGCON5来显示电池组202的充电状态的仪表610(例如，包括指向数值的指针的测量器，或者显示数值的测量器)。类似于图2中的电池系统200，控制器204控制GPIO管脚GP5来在测量模式中闭合开关210以及在传感模式中断开开关210。在测量模式中，控制信号SIGCON1-SIGCON5为多位数字信号用于指示仪表610指针612的位置。举例来说，当控制信号SIGCON1-SIGCON5为00000、00001、00010、00100、01000以及10000时，指针612可分别指向刻度0、20％、40％、60％、80％以及100％。在传感模式中，禁用指示器205，且因此指针612保持指向刻度0。此外，控制器204控制GPIO管脚GP0-GP3来接收传感信号SIGSEN1-SIGSEN4，如图2与图3所述。
图7所示为根据本发明的一个实施例的电池系统200、500、或600的操作流程图700。尽管图7中揭露了具体步骤，上述步骤仅为范例。即，本发明适用于执行各种其它步骤或图7中所述步骤的变形。
在步骤702中，控制器(例如，控制器204或504)交替地运作于测量模式以及传感模式中。在一个实施例中，运作模式是依据主机设备所产生的控制命令而从传感模式以及测量模式中选择。
在步骤704中，在测量模式中，提供多个控制信号(例如，SIGCON1-SIGCON5)给指示器内的多个通道(例如，通道CHN1-CHN5)。上述多个控制信号包括经由控制器的第一管脚提供的第一控制信号。在步骤706中，基于控制信号，在指示器上指示电池组的相关参数，例如电池组202的充电状态。
在步骤708中，利用传感器传感与电池组相关的温度。在步骤710中，在传感模式中，经由第一管脚接收代表温度的传感信号。在一个实施例中，控制器还包括第二管脚。在传感模式中，经由第二管脚提供供电电压至传感器。在测量模式中，经由第二管脚将多个控制信号的第二控制信号施加于多个通道的第二通道。在一个实施例中，控制器还包括第三管脚。经由第三管脚闭合/断开开关来使能/禁用指示器。在一个实施例中，经由第三管脚从按钮接收中断。响应于所述中断，控制器运作于测量模式中。
上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由权利要求书及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (21)

1.一种电池系统，其特征在于，所述电池系统包括：
指示器，所述指示器具有多个通道，并用于响应经由所述多个通道接收的多个控制信号来显示电池组的相关信息，其中所述多个通道包括第一通道，且所述多个控制信号包括第一控制信号；
传感器，用于产生传感信号；以及
控制器，所述控制器具有耦接于所述第一通道以及所述传感器的第一管脚，且所述控制器选择性地运作于测量模式或传感模式，
其中当所述控制器运作于所述测量模式时，所述控制器控制所述第一管脚将所述第一控制信号施加于所述第一通道；以及当所述控制器运作于所述传感模式时，所述控制器控制所述第一管脚接收所述传感信号。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述控制器还包括：
第二管脚，所述第二管脚耦接于所述传感器以及所述多个通道的第二通道，当所述控制器运作于所述传感模式时，所述控制器控制所述第二管脚将供电电压提供至所述传感器；以及当所述控制器运作于所述测量模式时，所述控制器控制所述第二管脚将所述多个控制信号的第二控制信号施加于所述第二通道。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述控制器还包括：
第二管脚，所述控制器用于控制所述第二管脚来闭合开关以使能所述指示器，并用于控制所述第二管脚来断开所述开关以禁用所述指示器。
4.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，所述第二管脚还耦接于用于产生中断的按钮，所述控制器进一步控制所述第二管脚来接收所述中断，并响应于所述中断而进入所述测量模式。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括：
开关，所述开关在所述控制器的控制下闭合以使能所述指示器，并在所述控制器的控制下断开以禁用所述指示器。
6.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池组的相关信息从所述电池组的充电状态、流经所述电池组的电流以及所述电池组的电池单元电压中选择。
7.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述指示器包括耦接于所述多个通道的多个发光二极管。
8.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述指示器包括耦接于所述多个通道的测量器。
9.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述传感器包括热敏电阻。
10.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述控制器还耦接于主机设备，并且根据所述主机设备产生的控制命令运作于所述传感模式或所述测量模式。
11.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池组的相关信息包括所述电池组的充电状态，且其中所述控制器进一步包括：
机器可读介质，用于存储机器可执行指令以及指示所述电池组的满容量的电量数据；以及
处理器，所述处理器耦接于所述机器可读介质，并用于执行所述机器可执行指令来接收指示所述电池组的多个电池单元电压的多个电压侦测信号以及指示所述电池组的电流的电流侦测信号，再根据所述多个电压侦测信号、所述电流侦测信号以及所述电量数据计算所述充电状态。
12.一种电池组控制器，其特征在于，所述电池组控制器包括：
多个第一管脚，所述多个第一管脚分别耦接于指示器的多个通道，其中所述多个第一管脚包括耦接于传感器的管脚；以及
第二管脚，所述第二管脚耦接于开关，用于闭合所述开关以使能所述指示器，并用于断开所述开关以禁用所述指示器，
其中所述电池组控制器用于控制所述第二管脚在测量模式中使能所述指示器并且在传感模式中禁用所述指示器，并用于控制所述多个第一管脚在所述测量模式中在所述指示器上显示所述电池组的相关信息，以及用于控制所述耦接于所述传感器的第一管脚在所述传感模式中接收由所述传感器产生的传感信号。
13.根据权利要求12所述的电池组控制器，其特征在于，所述第二管脚还耦接于按钮，当按压所述按钮时，所述电池组控制器进一步控制所述第二管脚来接收中断，并响应于所述中断而进入所述测量模式。
14.根据权利要求12所述的电池组控制器，其特征在于，所述多个第一管脚还包括耦接于所述传感器的另一管脚，在所述传感模式中，所述电池组控制器还在所述另一管脚上产生供电电压以驱动所述传感器。
15.根据权利要求12所述的电池组控制器，其特征在于，所述传感器包括热敏电阻，用于感测所述电池组中的电池单元的温度。
16.根据权利要求12所述的电池组控制器，其特征在于，所述电池组的相关信息包括所述电池组的充电状态，所述电池组控制器进一步包括：
第三管脚，用于接收指示所述电池组的电池单元电压的电压侦测信号；以及
第四管脚，用于接收指示流经所述电池组的电流的电流侦测信号，
其中所述电池组控制器利用所述电压侦测信号以及所述电流侦测信号来计算所述充电状态的数值。
17.一种电池组的监测方法，其特征在于，所述电池组的监测方法包括下列步骤：
选择性地使控制器运作于测量模式或传感模式中；
在所述测量模式中，提供多个控制信号至指示器内的多个通道，其中所述多个控制信号包括经由所述控制器的第一管脚提供的第一控制信号；
基于所述多个控制信号，在所述指示器上指示所述电池组的相关参数；
利用传感器感测所述电池组的相关温度；以及
在所述传感模式中，经由所述第一管脚接收代表所述温度的传感信号。
18.根据权利要求17所述的电池组的监测方法，其特征在于，所述电池组的监测方法还包括：
在所述传感模式中，经由所述控制器的第二管脚将供电电压提供至所述传感器；以及
在所述测量模式中，经由所述第二管脚将所述多个控制信号的第二控制信号施加于所述多个通道的第二通道。
19.根据权利要求17所述的电池组的监测方法，其特征在于，所述电池组的监测方法还包括：
经由所述控制器的第二管脚来闭合开关以使能所述指示器，或经由所述控制器的第二管脚来断开所述开关以禁用所述指示器。
20.根据权利要求19所述的电池组的监测方法，其特征在于，所述电池组的监测方法还包括：
经由所述第二管脚自按钮接收中断；以及
响应于所述中断使所述控制器进入所述测量模式。
21.根据权利要求17所述的电池组的监测方法，其特征在于，所述电池组的监测方法还包括：
根据主机设备所产生的控制命令选择所述传感模式或所述测量模式。
CN2011101999866A 2010-10-13 2011-07-14 电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法 Pending CN102447143A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/903,746 US20120094154A1 (en) 2010-10-13 2010-10-13 Battery systems with battery gauge functions
US12/903,746 2010-10-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102447143A true CN102447143A (zh) 2012-05-09

Family

ID=45934421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101999866A Pending CN102447143A (zh) 2010-10-13 2011-07-14 电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120094154A1 (zh)
JP (1) JP2012085522A (zh)
CN (1) CN102447143A (zh)
TW (1) TWI474533B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5659967B2 (ja) * 2011-06-24 2015-01-28 ソニー株式会社 監視装置
CN103424703B (zh) * 2012-05-22 2016-09-14 中兴通讯股份有限公司 一种识别不同厚度电池的装置及其方法
TWI627812B (zh) * 2013-04-05 2018-06-21 美商線性科技股份有限公司 電壓補償主動電池平衡的裝置、系統及方法
TWI464935B (zh) * 2013-07-04 2014-12-11 Quanta Comp Inc 電池模組
DE102013214448A1 (de) * 2013-07-24 2015-01-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer Temperaturerhöhung in einer Vielzahl elektrochemischer Speicherzellen
KR102259970B1 (ko) 2017-10-13 2021-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 데이터 입력 스케쥴링 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5541491A (en) * 1992-07-21 1996-07-30 Sony Corporation Battery charging apparatus
US6072299A (en) * 1998-01-26 2000-06-06 Medtronic Physio-Control Manufacturing Corp. Smart battery with maintenance and testing functions
CN101039037A (zh) * 2007-04-19 2007-09-19 成都国腾微电子有限公司 充电管理芯片
CN101771281A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 微创高科有限公司 电池驱动发热集成模块

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2373904C (en) * 2000-03-07 2010-01-26 Teijin Limited Lithium ion secondary battery, separator, battery pack and charging method
US7236356B2 (en) * 2003-10-22 2007-06-26 Motion Computing, Inc. External battery pack
TWI246590B (en) * 2004-10-08 2006-01-01 Mitac Technology Corp Temperature-controlling system of battery pack and its method
TW200937701A (en) * 2008-02-18 2009-09-01 Fortune Semiconductor Corp Temperature sensor for charging/discharging control circuit of secondary battery
TWI362129B (en) * 2008-06-27 2012-04-11 Kinpo Elect Inc Battery protection circuit and protection method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5541491A (en) * 1992-07-21 1996-07-30 Sony Corporation Battery charging apparatus
US6072299A (en) * 1998-01-26 2000-06-06 Medtronic Physio-Control Manufacturing Corp. Smart battery with maintenance and testing functions
CN101039037A (zh) * 2007-04-19 2007-09-19 成都国腾微电子有限公司 充电管理芯片
CN101771281A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 微创高科有限公司 电池驱动发热集成模块

Also Published As

Publication number Publication date
TWI474533B (zh) 2015-02-21
TW201232884A (en) 2012-08-01
US20120094154A1 (en) 2012-04-19
JP2012085522A (ja) 2012-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102447143A (zh) 电池系统、电池组控制器以及电池组的监测方法
TWI779065B (zh) 串聯電池單元的監控系統
CN110178261A (zh) 主电池管理单元和包括主电池管理单元的电池组
CN102074766B (zh) 电池组和感测电池组的电压的方法
CN108107367B (zh) 用于确定电池的剩余容量的方法和装置
US7633268B2 (en) Charging apparatus
US8793087B2 (en) Modular device for protecting and monitoring a battery
CN104584371A (zh) 组电池以及二次电池的放电控制方法
JP2003111295A (ja) 電池パック機能を利用した充電器
CN113253134A (zh) 便携式电能系统及其测量方法
WO2006104361A1 (en) Apparatus and method for measuring the amount of the current in battery cells using a plurality of sensing resistors
WO2007011495A2 (en) Method and apparatus for monitoring battery cell temperature
KR101877564B1 (ko) 배터리 팩
TWI491140B (zh) 電池電源管理系統與方法
JP2007085843A (ja) 電流センサの故障検知装置および方法
CN105759220A (zh) 一种不间断电源电池实时检测系统
CN101867207A (zh) 电力蓄电池恒流放电装置
CN212111608U (zh) 一种基于时间继电器的测试电路及其测试盒
JP2012095429A (ja) 電池状態監視装置
CN202840129U (zh) 设备充电系统
JP2007157665A (ja) バッテリ終止検出装置
KR100706325B1 (ko) 무선 통신 모듈을 갖는 단말기의 소비 전력 측정 장치 및그 방법
JP2014236584A (ja) パック電池
JP2012095388A (ja) 電池状態監視装置
CN201742114U (zh) 电力蓄电池恒流放电装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120509