CN102496988A - 电池控制电路、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种电池控制电路、系统和方法，该电池控制电路适用于平衡一电池，包括一电位检测器、一控制器、一平衡装置，以及一切换器。该电位检测器用以检测该电池的一电位差，以产生一检测信号。该控制器用以根据该检测信号产生一控制信号。该切换器耦接在该电池和该平衡装置之间，并根据该控制信号选择导通或不导通，其中，如果该电位差大于一临界值时，则该切换器导通，且该平衡装置由该电池汲取一负载电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池控制电路，特别涉及可用以平衡(balance)电池的电池充电控制电路。
背景技术
在传统技术中，一个电池管理控制器(battery management controller，BMC)须连接到多个电池(cell)。这样不仅加大了电池管理控制器的体积，也增加了脚位(pin)的使用数量。除此之外，电池管理控制器中产生的噪声，会使充电过程不稳定，并降低了电池的使用寿命。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种新的电池控制电路，可以自动检测电池的电位差、自动平衡电池并且减少噪声的影响。
本发明提供一种电池控制电路，适用于平衡一电池，包括：一电位检测器，检测该电池的一电位差，以产生一检测信号；一控制器，根据该检测信号，产生一控制信号；一平衡装置；以及一切换器，耦接在该电池和该平衡装置之间，并根据该控制信号选择导通或不导通，其中，如果该电位差大于一临界值时，则该切换器导通，且该平衡装置由该电池汲取一负载电流。如果该电位差小于或等于该临界值时，则该切换器不导通，且该平衡装置无法汲取任何电流。
另外，本发明提供一种电池控制系统，包括：一电池，具有一电位差；一电位检测器，耦接到该电池，并检测该电位差以产生一检测信号；一控制器，根据该检测信号，产生一控制信号；一平衡装置；以及一切换器，耦接在该电池和该平衡装置之间，并根据该控制信号选择导通或不导通，其中，如果该电位差大于一临界值时，则该切换器导通，且该平衡装置由该电池汲取一负载电流。如果该电位差小于或等于该临界值时，则该切换器不导通，且该平衡装置无法汲取任何电流。
另外，本发明提供一种电池控制方法，适用于平衡一电池，包括下列步骤：提供一电位检测器、一控制器、一切换器，以及一平衡装置，其中该切换器耦接于该电池和该平衡装置之间；经由该电位检测器，检测该电池的一电位差；以及若该电位差大于一临界值时，则经由该控制器，导通该切换器，并且经由该平衡装置，由该电池汲取一负载电流。如果该电位差小于或等于该临界值时，则该平衡装置不由该电池汲取负载电流。
附图说明
图1是显示根据本发明一实施例所述的电池控制系统的示意图；
图2是显示根据本发明一实施例所述的电池控制系统耦接到处理器的示意图；
图3是显示根据本发明一实施例所述的多个电池控制系统耦接到处理器的示意图；
图4是显示根据本发明一实施例所述的电池控制方法的流程图。
【主要元件符号说明】
100～电池控制系统；
110～电池；
120～电池控制电路；
130～电位检测器；
132～运算放大器；
140～控制器；
142～齐纳二极管；
144～或逻辑门；
150～切换器；
160～平衡装置；
210～处理器；
CL～负载电流；
M1、M2～晶体管；
N1、N2、N3、N4、N5、NA、NB～节点；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10～电阻器；
S1～检测信号；
S2～控制信号；
VD～电位差。
具体实施方式
图1是显示根据本发明一实施例所述的电池控制系统100的示意图。如图1所示，电池控制系统100包括电池110和电池控制电路120。电池110是一种可充放电力的电池，它可以是锂电池，也可以是一磷酸锂铁电池(分子式：LiMPO4，其中的M可以是任何金属，包括Fe、Co、Mn、Ti；英文：Lithium iron phosphate，简称LFP)，或是一铅酸蓄电池(lead-acid battery)。电池控制电路120用以平衡(balance)电池110。在本发明一实施例中，「平衡」(balancing)是指：若电池控制电路120检测到电池110的电位差VD超过一临界值(例如：3.55V或3.6V)时，则电池控制电路120会将电池110放电，以防止电池110损坏。
电池控制电路120可以包括：电位检测器130、控制器140、切换器150，以及平衡装置160。电位检测器130用以检测电池110的电位差VD，以产生检测信号S1。控制器140根据检测信号S1，产生控制信号S2。切换器(switch)150耦接在电池110和平衡装置160之间，并根据控制信号S2选择导通(close)或不导通(open)。在本发明优选实施例中，如果电位检测器130检测到的电位差VD大于一临界值(例如：3.55V或3.6V)时，则控制器140将使切换器150导通，以便使平衡装置160由电池110汲取一负载电流CL，并且降低电池110的电位差VD。反之，如果电位检测器130检测到的电位差VD小于或等于该临界值时，则控制器140将使切换器150不能导通，以使平衡装置160无法汲取任何电流。
图2是显示根据本发明一实施例所述的电池控制系统100耦接到处理器210的示意图。如图2所示，电池控制系统100可以耦接到处理器210，其中处理器210用以取得检测信号S1，以便取得电池110的电位差VD。处理器210可以是一中央处理单元(central processing unit，CPU)，或是一芯片(chip)。
电位检测器130包括：运算放大器(operation amplifier)132，以及电阻器(resistor)R1、R2、R3、R4。运算放大器132具有一正输入端、一负输出端，以及一输出端，其中该输出端用以输出检测信号S1给控制器140。电阻器R1耦接在该负输入端和该输出端之间；电阻器R2耦接在该负输入端和接地电位GND之间；电阻器R3耦接在该正输入端和切换器150的节点N2之间，其中节点N2亦耦接到电池110的正极；而电阻器R4耦接在该正输入端和接地电位GND之间。
控制器140包括：齐纳二极管(Zener diode)142、电阻器R5、R6，以及或逻辑门(OR gate)144。齐纳二极管142具有一阴极(cathode)，以及耦接到接地电位GND的一阳极(anode)。电阻器R5耦接在该阴极和节点N1之间；而电阻器R6耦接在节点N1和电位检测器130的运算放大器132的输出端之间。或逻辑门144具有耦接到节点N1的两输入端，以及耦接到切换器150的节点N5的一输出端，其中该输出端用以输出控制信号S2。值得注意的是，控制器140中的或逻辑门144可以减少控制信号S2的波动度，以降低噪声对电池控制电路120的影响。如果电位差VD大于一临界值时，或逻辑门144将输出等于高逻辑电平(例如：逻辑1)的控制信号S2，以导通切换器150；反之，如果电位差VD小于或等于该临界值时，或逻辑门144将输出等于低逻辑电平(例如：逻辑0)的控制信号S2，以不导通切换器150。
切换器150包括：晶体管M1、M2，以及电阻器R7、R8、R9。在本发明优选实施例中，晶体管M1为PMOS晶体管(P-channelMetal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，而晶体管M2为NMOS晶体管(N-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。晶体管M1耦接在节点N2和平衡装置160之间，并具有耦接到节点N3的栅极。晶体管M2耦接在节点N4和接地电位GND之间，并具有耦接到节点N5的栅极。电阻器R7耦接在节点N2和节点N3之间；电阻器R8耦接节点N3和节点N4之间；而电阻器R9耦接在节点N5和接地电位GND之间。节点N2亦耦接到电池110和电位检测器130，而节点N5则耦接到控制器140。
平衡装置160包括电阻器R10，其耦接在切换器150和接地电位GND之间。如果切换器150导通时，平衡装置160将由电池110汲取负载电流CL，以降低电位差VD。在本发明优选实施例中，电阻器R10具有较小的电阻值以汲取较大的负载电流CL，例如：小于100欧姆。
图3是显示根据本发明一实施例所述的多个电池控制系统100耦接到处理器210的示意图。如图3所示，多个电池控制系统100串联在一起，并且耦接到处理器210。每个电池控制系统100的节点NA还直接电性连接到节点NB。值得注意的是，由于现有多个电池110，每个切换器150必须能承受更大的电位差以避免损坏。例如，如果有N个电池控制系统100串联在一起时，则每个切换器150必须设计为可承受N*VD的电位差，其中N为一大于或等于2的正整数。换句话说，每个切换器150必须设计为可承受全部电池110加总的电位差。
图4是显示根据本发明一实施例所述的电池控制方法的流程图，该方法系用于控制一电池。首先开始，在步骤S410中，提供一电位检测器、一控制器、一切换器，以及一平衡装置，其中该切换器耦接于一电池和该平衡装置之间。在步骤S420，经由该电位检测器，检测该电池的一电位差。在步骤S430，判断该电位差是否大于一临界值。如果是，在步骤S440，经由该控制器，导通该切换器，并且经由该平衡装置，由该电池汲取一负载电流以降低该电位差；如果否，在步骤S450，经由该控制器，不导通该切换器。
本发明可以自动检测电池的电位差、自动平衡电池并且减少噪声的影响。另外，本发明可减少电池管理控制器的使用脚位的数量，并缩小其体积，也降低了电池管理控制器的控制负担。
本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种电池控制电路，适用于平衡一电池，包括：
一电位检测器，检测该电池的一电位差，以产生一检测信号；
一控制器，根据该检测信号，产生一控制信号；
一平衡装置；以及
一切换器，耦接在该电池和该平衡装置之间，并根据该控制信号选择导通或不导通，
其中，如果该电位差大于一临界值时，则该切换器导通，且该平衡装置由该电池汲取一负载电流，如果该电位差小于或等于该临界值时，则该切换器不导通，且该平衡装置无法汲取任何电流。
2.如权利要求1所述的电池控制电路，其中该电位检测器包括：
一运算放大器，具有一正输入端、一负输出端，以及一输出端，其中该输出端用以输出该检测信号；
一第一电阻器，耦接在该负输入端和该输出端之间；
一第二电阻器，耦接在该负输入端和一接地电位之间；
一第三电阻器，耦接在该正输入端和该切换器之间；以及
一第四电阻器，耦接在该正输入端和该接地电位之间。
3.如权利要求1所述的电池控制电路，其中该控制器包括：
一齐纳二极管，具有一阴极和耦接到一接地电位的一阳极；
一第五电阻器，耦接在该阴极和一第一节点之间；
一第六电阻器，耦接在该电位检测器和该第一节点之间；以及
一或逻辑门，具有耦接到该第一节点的二输入端，以及耦接到该切换器的一输出端，其中该输出端用以输出该控制信号。
4.如权利要求1所述的电池控制电路，其中该切换器包括：
一第一晶体管，耦接在一第二节点和该平衡装置之间，并具有耦接到一第三节点的一栅极；
一第二晶体管，耦接在一第四节点和一接地电位之间，并具有耦接到一第五节点的一栅极；
一第七电阻器，耦接在该第二节点和该第三节点之间；
一第八电阻器，耦接在该第三节点和该第四节点之间；
一第九电阻器，耦接在该第五节点和该接地电位之间；以及
一第十电阻器，耦接在该切换器和一接地电位之间，
其中，该第二节点耦接到该电池和该电位检测器，而该第五节点耦接到该控制器。
5.一种电池控制系统，包括：
一电池，具有一电位差；
一电位检测器，耦接到该电池，并检测该电位差以产生一检测信号；
一控制器，根据该检测信号，产生一控制信号；
一平衡装置；以及
一切换器，耦接在该电池和该平衡装置之间，并根据该控制信号选择导通或不导通，
其中，如果该电位差大于一临界值时，则该切换器导通，且该平衡装置由该电池汲取一负载电流，如果该电位差小于或等于该临界值时，则该切换器不导通，且该平衡装置无法汲取任何电流。
6.如权利要求5所述的电池控制系统，其中该电位检测器包括：
一运算放大器，具有一正输入端、一负输出端，以及一输出端，其中该输出端用以输出该检测信号；
一第一电阻器，耦接在该负输入端和该输出端之间；
一第二电阻器，耦接在该负输入端和一接地电位之间；
一第三电阻器，耦接在该正输入端和该切换器之间；以及
一第四电阻器，耦接在该正输入端和该接地电位之间。
7.如权利要求5所述的电池控制系统，其中该控制器包括：
一齐纳二极管，具有一阴极和耦接到一接地电位的一阳极；
一第五电阻器，耦接在该阴极和一第一节点之间；
一第六电阻器，耦接在该电位检测器和该第一节点之间；以及
一或逻辑门，具有耦接到该第一节点的二输入端，以及耦接到该切换器的一输出端，其中该输出端用以输出该控制信号。
8.如权利要求5所述的电池控制系统，其中该切换器包括：
一第一晶体管，耦接在一第二节点和该平衡装置之间，并具有耦接到一第三节点的一栅极；
一第二晶体管，耦接在一第四节点和一接地电位之间，并具有耦接到一第五节点的一栅极；
一第七电阻器，耦接在该第二节点和该第三节点之间；
一第八电阻器，耦接在该第三节点和该第四节点之间；
一第九电阻器，耦接在该第五节点和该接地电位之间；以及
一第十电阻器，耦接在该切换器和一接地电位之间，
其中，该第二节点耦接到该电池和该电位检测器，而该第五节点耦接到该控制器。
9.一种电池控制方法，适用于平衡一电池，包括下列步骤：
检测该电池的一电位差，以产生一检测信号；
根据该检测信号，产生一控制信号；以及
如果该电位差大于一临界值时，则经由一平衡装置，由该电池汲取一负载电流，如果该电位差小于或等于该临界值时，则该平衡装置不由该电池汲取负载电流。
10.如权利要求9所述的电池控制方法，该控制信号的产生，通过一齐纳二极管、一第五电阻器、一第六电阻器与一或逻辑门所产生，其中该齐纳二极管具有一阴极和耦接到一接地电位的一阳极，该第五电阻器耦接在该阴极和一第一节点之间，该第六电阻器，耦接在该电位检测器和该第一节点之间，该或逻辑门具有耦接到该第一节点的二输入端，以及用以输出该控制信号的一输出端。
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