CN102780239A - 使用可充电电池的电子产品与其电池状态控制方法 - Google Patents

使用可充电电池的电子产品与其电池状态控制方法 Download PDF

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Abstract

使用可充电电池的电子产品与其电池状态控制方法。该电子产品包括：多个并联电池组；以及多个电池平衡电路，分别耦接至这些并联电池组，当该并联电池组的温度超过一预定温度范围时，该电池平衡电路对该并联电池组进行一热平衡操作，以让该并联电池组的温度回到该预定温度范围内。

Description

使用可充电电池的电子产品与其电池状态控制方法
技术领域
本申请涉及一种使用多个可充电电池的电子产品，其检测这些可充电电池的温度状态以达成这些电池间的热平衡，并控制这些电池的充电操作。
背景技术
以目前的笔记型计算机、可携式电子产品、甚至是电动汽车、电动机车、电动脚踏车等电子产品而言，其内部会安装多组电池，以提供产品所需电力。这些电池组之间可能呈现串联或并联的方式。
电池平衡在多组电池串联/并联的电子产品是属于重要议题。如果电池之间无法达成平衡的话，电池不但容易发生危险，且电池老化速度快，又导致必须更换电池，造成不环保的议题。
一般，影响电池平衡的因素有以下几点：阻抗(impedance)、自然老化(aging)、温度(temperature)、位置(placement)、静态电压/电流与动态电压/电流。其中，以电池温度平衡是最重要因素。如果电池温度因素控制得宜的话，其他因素就可以被控制在许可范围内。因此，如何使不同电池间的温度达成热平衡是议题之一。
发明内容
本申请涉及一种使用多个可充电电池的电子产品与其电池状态控制方法，其检测这些可充电电池的温度状态以达成这些电池间的热平衡，并控制这些电池的充电操作。
根据本申请一例，提出一种电子产品，包括：多个并联电池组；以及多个电池平衡电路，分别耦接至这些并联电池组，当该并联电池组的温度超过一预定温度范围时，该电池平衡电路对该并联电池组进行一热平衡操作，以让该并联电池组的温度回到该预定温度范围内。
根据本申请另一例，提出一种电子产品的电池状态控制方法，包括：检测多个并联电池组的各别温度；当该并联电池组的温度超过一预定温度范围时，对该并联电池组进行一热平衡操作，以让该并联电池组的温度回到该预定温度范围内；以及根据对这些并联电池组的一温度检测结果，控制对这些并联电池组的一充电操作。
为了对本申请的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1显示根据本申请实施例的示意图。
图2显示根据本申请实施例的电池平衡电路的示意图。
图3显示根据本申请实施例的累加示意图。
图4显示根据本申请实施例的充电控制流程图。
【主要元件符号说明】
10：电池
10A：串联电池组         10B：并联电池组
100：充电控制器         200：电池平衡电路
Z1～Z2：齐纳二极管      C1：电容
U2：可控硅整流器        R1～R8：电阻
Q1：晶体管              U1：放大器
DA：差动放大器
310～313：D型触发计数器
314：累加电路
410～430：步骤
具体实施方式
图1显示根据本申请实施例的使用可充电电池的电子产品的示意图。图1显示出多个电池间的串联/并联示意图。在本文中，将彼此串联的电池10称为「串联电池组」，如图1中的参考符号10A所示；将彼此并联的电池10称为「并联电池组」，如图1中的参考符号10B所示。各并联电池组10B更耦接至一相对应的电池平衡电路200。所有的电池平衡电路200则耦接至充电控制器100。电池平衡电路200用以使得并联电池组10B能达成热平衡。充电控制器100会根据电池平衡电路200的检测结果来控制对所有并联电池组10B的充电操作。
以3C产品或是电动车(电动汽车、电动机车、电动脚踏车)等电子产品而言，其电池会被串接以提供充电电压16.8V。通常，串联4个电池单元10(假设每个电池单元提供4.2V)即可输出16.8V。虽然于图1中显示出12个电池单元10，但当知本申请并不受限于此，可视需要而增/减。
图2是显示根据本申请实施例的电池平衡电路的示意图。如图2所示，本申请实施例的电池平衡电路200耦接至单一并联电池组10B。所以，以图1的情况而言，因有4个并联电池组，故需要4个电池平衡电路200。
电池平衡电路200至少包括：齐纳二极管Z1～Z2、电容C1、可控硅整流器U2、电阻R1～R8、晶体管Q1与放大器U1。放大器U1与电阻R3～R8组成差动放大器(DA，differential amplifier)。
在本申请中，对于并联电池组，可设定其预定温度范围。当并联电池组的温度超过此预定温度范围时，电池平衡电路200试着达成让此并联电池组的温度达成热平衡(也就是说，试着让此并联电池组的温度回到预定温度范围内)。相反地，如果并联电池组的温度并未超过此预定温度范围时，电池平衡电路200可不进行热平衡。不过，不论此电池平衡电路200是否处于温度热平衡操作下，此电池平衡电路200都不会影响到其他并联电池组的状况。
当并联电池组10B的温度超过此预定温度范围(亦即，其温度过高)时，电池平衡电路200会进行开路，以达热平衡。在此情况下，齐纳二极管Z2会进入崩溃区，使得由电池所发出的电流会流经电阻R1并触发可控硅整流器U2的栅极，使得其阳极与阴极彼此导通。由于电阻本身是良好的发热体与功率消耗材料，因此，并联电池组10B的能量会消耗于电阻R1，以降低其温度，达成热平衡。所谓的达到热平衡比如是指，并联电池组10B的温度回到预定温度范围内(亦即，其温度适中)。由图2可知，在电池平衡电路200进行热平衡操作时，电池的电流会流经：Z1→R1→U2。而且，在此情况下，不同的并联电池组不会彼此受影响。
当并联电池组10B达成热平衡时，晶体管Q1会截止，所以，电池的电流会经由晶体管Q1的本体二极管(body diode)。由图2可知，在电池平衡电路200已达成热平衡操作时，电池的电流会流经：Z1→Q1。亦即，在电池平衡电路200已达成热平衡操作时，电池平衡电路200会形成回路，且不同的并联电池组不会彼此影响。
电阻R4是每一电池组都有的热电阻，且其放置位置有关于整个并联电池组的最差位置。电阻R4会连接至一参考点REF，且所有的并联电池组共用此参考点REF，亦即，所有的并联电池组都连接至此参考点REF。电阻R5会连接至一外部电压，以当成比较参考值。调整电阻R6～R8的话，则可调整此并联电池组的预定温度范围。另外，更可利用一可变电阻控制器或调整器来加以控制电阻值。齐纳二极管Z1可以预防逆向的发生。
当此并联电池组10B的温度超过预定温度范围时，放大器U1会输出逻辑1；反之，放大器U1会输出逻辑0。由放大器U1所输出的逻辑信号会输入至图3中的D型触发计数器的一(Di)，i为正整数，i＝0～3(以图1的情况而言)。
现请参考图3，其显示根据本申请实施例的累加示意图。如图3所示，各D型触发计数器310～313的输入引脚D1～D4耦接至各对应的电池平衡电路200所输出的逻辑信号。各D型触发计数器310～313的输出引脚Q1～Q4则输入至累加电路314，以进行累加。下表1显示出累加电路314的累加真值结果。
表1
  Q1   Q2   Q3   Q4   Y
  0   0   0   0   0
  0   0   0   1   1
  0   0   1   0   1
  0   0   1   1   2
  0   1   0   0   1
  0   1   0   1   2
  0   1   1   0   2
  0   1   1   1   3
  1   0   0   0   1
  1   0   0   1   2
  1   0   1   0   2
  1   0   1   1   3
  1   1   0   0   2
  1   1   0   1   3
  1   1   1   0   3
  1   1   1   1   4
在本申请实施例中，考虑到电池处于充/放电时，并联电池组内的各电池在热平衡下的电压与内阻可能有所差异，且如果永远让电池处于满容量下，其电池寿命会减少。一般来说，将电池处于85％的电容量下，可延长约两倍寿命。所以，如果当某一个电池平衡电路所输出的逻辑信号为逻辑1时，则在充电时，会自动降一阶电压。假设原本的满充电电压(所谓的满充电电压是指可将电池充电到满容量所用的充电电压)为4.2V。降一阶充电电压的话，则充电电压可能比如降为4.15V(亦即，降一阶代表降0.05V)。
如图1所示，由于并联电池组为4组，当4组并联电池组所对应的电池平衡电路同时输出逻辑1时，则充电电压会降4阶(比如，变为4.0V)。相似地，如果原本有当4组电池平衡电路同时输出逻辑1，后来有一组电池平衡电路的输出变成逻辑0而其余三组电池平衡电路的输出仍逻辑1，则其充电电压变为比如4.05V。
图4显示根据本申请实施例的充电控制流程图。如图4所示，在步骤410中，读取Y值。接着，根据Y值，来设定充电电压与电池充电状态。详细地说，在步骤420A中，Y＝0，因此，充电电压为4.2V，且电池充电状态(cap)被设为100％。也就是说，在Y＝0的情况下，施加给单一并联电池组的充电电压是4.2V，且将此并联电池组内电池充电至100％。当然，如果有N个并联电池组的话，则充电电压为4.2V*N，其余可依此类推。
在步骤420B中，Y＝1，因此，充电电压为4.15V，且电池充电状态(cap)被设为97％。在步骤420C中，Y＝2，因此，充电电压为4.1V，且电池充电状态(cap)被设为94％。在步骤420C中，Y＝3，因此，充电电压为4.05V，且电池充电状态(cap)被设为91％。在步骤420D中，Y＝4，因此，充电电压为4.0V，且电池充电状态(cap)被设为88％。
在步骤430中，判断电池是否已被充电到预定充电状态(比如，判断电池的电容量是否已到达所预需的电池充状态cap)，如果是的话，则充电控制流程结果，否则，流程回到步骤410。
图4的流程图由图1中的充电控制器100所执行。
综上所述，虽然本申请已以实施例公开如上，然其并非用以限定本申请。本申请所属领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种电子产品，包括：
多个并联电池组；以及
多个电池平衡电路，分别耦接至这些并联电池组，当该并联电池组的温度超过一预定温度范围时，该电池平衡电路对该并联电池组进行一热平衡操作，以让该并联电池组的温度回到该预定温度范围内。
2.如权利要求1所述的电子产品，其中，当该并联电池组的温度超过该预定温度范围时，该电池平衡电路处于一开路状态。
3.如权利要求1所述的电子产品，其中，各电池平衡电路包括：
一第一齐纳二极管，耦接至该并联电池组；
一第二齐纳二极管，耦接至该第一齐纳二极管；
一第一电阻与一可控硅整流器，耦接至该第一齐纳二极管；
一晶体管，耦接至该第一齐纳二极管；以及
一差动放大器，耦接至该晶体管，检测该并联电池组的温度是否超过该预定温度范围；
其中，当该并联电池组的温度超过该预定温度范围时，该第二齐纳二极管进入一崩溃区，一电池电流流经该第一齐纳二极管与该第一电阻并触发以导通该可控硅整流器，该并联电池组的一能量消耗于该第一电阻，以降低温度而达成热平衡；以及
当该并联电池组达成热平衡时，该晶体管被截止，使得该电池电流流经该晶体管的一本体二极管。
4.如权利要求1所述的电子产品，还包括：
多个计数器，耦接至这些电池平衡电路，计数该电池平衡电路之一检测结果；以及
一累加电路，耦接至这些计数器，累加这些计数器的一计数结果。
5.如权利要求4所述的电子产品，还包括：
一充电控制器，耦接至该累加电路，该充电控制器根据该累加电路的一累加结果而控制对这些并联电池组的一充电操作。
6.如权利要求5所述的电子产品，其中，
该充电控制器读取该累加电路的该累加结果；
该充电控制器根据该累加结果，设定一充电电压与一电池充电状态；以及
该充电控制器重复上述步骤，直到这些并联电池组到达该电池充电状态。
7.一种电子产品的电池状态控制方法，包括：
检测多个并联电池组的各别温度；
当该并联电池组的温度超过一预定温度范围时，对该并联电池组进行一热平衡操作，以让该并联电池组的温度回到该预定温度范围内；以及
根据对这些并联电池组的一温度检测结果，控制对这些并联电池组的一充电操作。
8.如权利要求7所述的方法，其中，
当该并联电池组的温度超过该预定温度范围时，消耗该并联电池组的一能量，以降低温度而达成热平衡。
9.如权利要求7所述的方法，还包括：
计数这些并联电池组的该温度检测结果；以及
累加该温度检测结果。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
根据该温度检测结果的一累加结果而控制对这些并联电池组的该充电操作。
11.如权利要求10所述的方法，其中，
读取该累加结果；
根据该累加结果，设定一充电电压与一电池充电状态；以及
重复上述步骤，直到这些并联电池组到达该电池充电状态。
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