CN1441510A - 智能型二次电池管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种智能型二次电池管理方法及装置，除具有电池工作电压、温度与充放电流的基本检测功能外，还具备有当电池温度过低时，可提供一微小电流进行充电的涓流充电控制器；而为避免温度感测元件于非感测时间消耗该电池的电力还提供一节电开关适时切断其回路；另外，于电池工作电压过低时可通过一放电控制器自动切断电力供给而使整体管理装置进入自切模式而不再消耗任何电池电能，然后于充电动作再次进行时，由一节电控制器回复管理装置的供电，通过前述各电路单元辅助，可对二次电池提供更优异的管理装置。

Description

智能型二次电池管理方法及装置

(1)技术领域

本发明有关一种智能型二次电池管理方法及装置，尤指一种利用即时检测电池的电压、温度、充放电流等数据后，借此参考数据进行电池充放电的管理，并可随时检测最新的参考数据以获得即时动态管理的方法和装置。

(2)背景技术

为符合携带方便、不占据空间等需求，信息家电产品的发展趋势是朝向轻薄短小方向研发，较常见的产品如笔记本电脑、个人数据处理器、移动电话等，无一不跟随此发展趋势。综观上述各项产品，为满足使用者的应用需求还具备机动性，均配备有可充电式电池以作为工作电源，但受限于因产品的体积要求轻巧化，电池的体积自然无法加大，因而其蓄电能力势必受到一定限制；另外，因产品所具备的功能愈趋多样化，其内部电路愈趋复杂故耗电量相对提高。因此，如可对电池进行有效率的管理使其充分发挥电源供应，并减少不必要的耗电损失，即成为产品设计中重要的一环。

就各式可携式装置(如笔记本电脑)的电池管理而言，其是设计有一管理电路对充电电池进行充、放电等动作进行最佳化调整，而此管理电路是通过一信号收发界面与该可携式装置传递电池的各项数据，而使该可携式装置取得电池的最新数据后呈现予使用者，使其得知目前电池的状态。

以现有管理电路的作法而言，是先预设好电池的各项参考数据后，如电压上下限值、温度上下限值等参数，而对电池的充、放电进行管理。然而电池本身内部化学材料即具有不稳定性及非线性变化等因素，使其进行化学转换过程充满不可预知的变数，只要受到外在环境温度、充放电流强弱、电池使用时间长短等因素影响，原先对电池预设好的各项参考数据即无法符合变动的要求。

具体说，当电池受到外在环境温度影响时，其内阻亦产生相对变化，温度越高则内阻增加，反之亦然；如此即造成电池本身端电压的浮动，造成原先设定好的电压上下限值造成误差；另一方面，随着电池使用时间的延长，其内阻亦会增加，同样导致电压上下限值的误判。

而以充放电方式来看，以往是采定电流的方式进行，但电池的特性是当提供以小电流进行充放电时，可获得较佳的充放电效率，反之若为较大的充放电电流时则容易造成电池已充电饱和或电力耗尽的假象。而且于充电过程中随着电池的渐渐饱和，充电的能量还转换成热能而散逸，无法有效率地注入于电池内，以定电流方式充电无疑是种低效率的方法；另外，当外在环境温度过低或因长时间未使用而导致电池内部电解液结冰或沉淀时，过大的充电电流亦将造成电池的损坏。

另一方面，于电池的放电过程中，现有方式仅能提供警告信息告知电池能量即将耗尽，但仍是持续进行放电动作，而电池被过度放电后将会造成容量无法回复及无法充电的不可逆性故障。

(3)发明内容

为此，本发明的主要目的是提供一种智能型二次电池管理方法及装置，其于电池充电过程可提供两段式步骤，于初步阶段是启动一充电控制器进行正常电流的充电，而于充电渐趋饱和的末段则改以间断式启动该充电控制器进行脉冲式充电，借此提高电池的充电效率。

本发明的另一目的是提供一种智能型二次电池管理方法及装置，当电池的外在温度过低或电压低于下限值时，其通过一涓流充电控制器提供一微小电流对电池进行缓慢充电，以使电池渐渐活化，以避免过大充电电流所导致的破坏。

本发明的又一目的是提供一种智能型二次电池管理方法及装置，通过一放电控制器保护电池不致过度放电，并通过该中央处理单元检测得知电池电压低于下限值之际，即关闭该放电控制器使电池不再持续放电，并同时关闭管理电路的电源供给以进入自切模式。

本发明的再一目的是提供一种智能型二次电池管理方法及装置，通过一节电开关予一温度检测器，当电池处于静置状态下可关闭该温度检测器的导电回路，以减少电池的功率消耗。

为实现上述目的，根据本发明一方面提供一种智能型二次电池管理方法，其特点是，包括：先测得一二次电池的电压值、表面温度值及充放电电流值，并进行该二次电池为充电、放电或静置的模式判别，当该二次电池处于充电模式时依据所测得的电压值及表面温度值决定进行涓流充电、正常充电或脉冲式充电，当该二次电池处于放电模式时则通过即时检测电池的电压值以决定是否停止放电，当该二次电池处于静置模式则依其电压值判断是否进入一自切模式。根据本发明另一方面提供一种智能型二次电池管理装置，其特点是，包括有：一中央处理单元，分别连接有一电压检测器、一温度检测器、一电流检测器以测得一二次电池的端电压值、温度值及充放电电流值；一存储器，它与该中央处理单元连接并储存该二次电池的端电压值、温度值及充放电电流值等参数；一充电控制器，它由该中央处理单元控制并连接于一外部电源及所述二次电池之间，于充电模式下，若该二次电池的表面温度是介于上下限值之间，该中央处理单元则启动所述充电控制器提供正常充电予二次电池；一涓流充电控制器，它由该中央处理单元控制且连接于所述外部电源及该二次电池之间，当该中央处理单元检测二次电池的表面温度低于温度下限值时，关闭所述充电控制器并启动涓流充电控制器对该二次电池进行充电；一放电控制器，它设于该中央处理单元及二次电池之间，当电池过度放电时可接受中央处理单元的关闭命令而截止，以避免二次电池因过度放电导致损害。

为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1为本发明的电路方块图。

图2为本发明的详细电路图。

图3为本发明二次电池进行充电的动作波形图。

图4为本发明中央处理单元的收发界面结构方块图。

图5为本发明的方法流程图。

(5)具体实施方式

本发明的智能型二次电池管理装置，主要是搭配一可携式装置(例如以笔记本电脑为例)。该管理装置用于监测并管理一可充电式的二次电池，并随时储存有该二次电池的相关最新参数，通过该管理装置其中的收发界面可与该笔记本电脑进行数据传递，这样当使用者于操作电脑时，便可得知该二次电池其最新动态数据。

请参考图1所示，为本发明智能型二次电池管理装置的方块图，它包括有一中央处理单元1，其内部包括有一微处理器11、一位移器12、一放大器13、一模拟数字转换器14、一收发界面15及一看门狗控制器16。

一充电控制器2，是由所述中央处理单元1控制，该充电控制器2的一端连接至一二次电池100，而其另端接至外部电源Vb+，它于充电模式下提供正常电流对该二次电池100进行充电；

一涓流充电控制器3，仍由所述中央处理单元1控制，并连接于该二次电池100及外部电源Vb+之间；

一电压检测器4，它连接该二次电池100及中央处理单元1内的模拟数字转换器14之间，该中央处理单元1即通过该电压检测器4测得二次电池100的端电压值；

一温度检测器5，与该中央处理单元1的模拟数字转换器14连接，并检测该二次电池100的表面温度值，其中该温度检测器5串接有一节电开关51至接地端，该节电开关51的导通与否则由该中央处理单元1所控制；

一放电控制器6，连接该二次电池100与中央处理单元1之间，于二次电池100放电模式下时，可通过该中央处理单元1的控制而导通；

一电流检测器7，其一端同时连接该中央处理单元1及该放电控制器6，而另端则连接至接地端；

一节电控制器8，连接该二次电池100及外部电源Vb+之间，该节电控制器8还连接有一稳压整流器9至所述中央处理单元1；

一显示器10，连接该中央处理单元1，可用以显示二次电池100的剩余电量；

一电可擦可编程只读存储器10，连接该中央处理单元1，用以储存记录有关二次电池100的各项参数值；

一外部通讯接口300，连接该中央处理单元1，可供与外部电路连接后将二次电池100的信息传递予外部装置得知。

请参考图1和2所示，该中央处理单元1首先进行关于该二次电池100的各项参数量测，对于充放电流部分是通过所述电流检测器7测得目前二次电池100是处于充电或放电模式，该电流检测器7是由一低阻值的电阻构成，通过量测于电阻上的电压极性即可判别充放电模式。于测得该电阻的电压值后，是利用所述位移器12将电位移动到半导体线性工作区内，再经放大器13进行线性放大后，由该模拟数字转换器14转换成数字信号以计算出精确的压降值，而根据欧姆定律即可反推算出流过该电阻上的电流量，故无论是充电或放电电流的大小即可借此求得。

而有关二次电池100的端电压的量测方面，是通过该电压检测器4测得，该电压检测器4是由两电阻串接组成，且两电阻的串接节点是再连接到该中央处理单元1，通过分压定理，即可求出二次电池100的端电压值。

用以感测二次电池100的表面温度的温度检测器5，是由负温度系数的热敏电阻构成，其温度与阻值间的相对关系储存于该电可擦可编程只读存储器200内，故当该中央处理单元1量测得知热敏电阻的电压值并经模拟数字转换器14转换为数字数值后，即可依据该电可擦可编程只读存储器200所储存的数据加以比较出目前二次电池100的表面温度，其中为了省电考虑，该温度检测器5所串接的节电开关51是由一场效电晶体所构成，当二次电池100于静置不用时，微处理器11将会主动关闭此节电开关5以切断温度检测器5的回路，温度检测器5即不会消耗电力。而就该中央处理单元1内部而言，为节省该二次电池100的电力考虑，当量测读取完二次电池100的各项参数后，微处理器11是设定该看门狗控制器16开始计数，同时将模拟数字转换器14的工作电源关闭，以进入睡眠状态减少不必要的电源消耗，而当看门狗控制器16计时终了则再次启动模拟数字转换器14，再次进行电池参数量测。

关于二次电池100的充电部分，其可概略分为两种模式，一为由充电控制器2所进行的正常充电，一为由涓流充电控制器3所进行的涓流充电。请参考图3所示，当二次电池100的温度过低或久未使用时，其电压值已低于电压下限值V1，且内部的电解液可能有结冰或沉淀现象，该中央处理单元1是先开启涓流充电控制器3并关闭充电控制器2，提供一小电流予该二次电池100进行缓慢充电，这样将可避免电池因大电流所导致的损坏。

当二次电池100的端电压逐渐上升并高于电压下限值V1后，且其表面温度介于温度上下限值内，该中央处理单元1是开启充电控制器2进行正常充电，而涓流充电控制器3则处于截止状态。用以充电的定电流IN值是大于涓流充电时所提供的小电流值，这样可促使二次电池100较快充电饱和，而一旦电压值充电达到电压上限值V3后，即关闭该充电控制器2，此刻电池的端电压值会先逐渐下降，当其降至一预设的电压上缘值V2后，即再次开启该充电控制器2继续进行充电，直到电压值达到电压上限值V3则再度关闭，这样不断周而复始的进行脉冲式充电，可确保二次电池100有较佳的充电品质，而一旦该充电控制器2关闭持续一段时间T后，若电压值仍尚未降至电压上缘值V2即代表充电完成。

而当二次电池100于放电时，若已到达电压下限值V1，该中央处理单元1将关闭放电控制器6以进入「自切模式」，适时停止电池的放电功能，以避免该二次电池100因过度放电而导致损害。于此同时，该稳压整流器9亦受该中央处理单元1的控制而关闭，因该稳压整流器9是用以提供管理电路内部各电子零件一稳定工作电压，故一旦稳压整流器9关闭后，二次电池100的储存电能即不会再消耗；而直到充电动作发生后，该节电控制器8可充当再次启动管理电路电源的推手，其作法是引导充电电流启动稳压整流器9，当该稳压整流器9被启动并提供工作电源予中央处理单元1后，管理电路即再次被启动。

请参考图4所示，为本发明的收发界面15的架构方块图，其主要由一接收数据缓冲器151与一传送数据缓冲器152组成，当外部通讯接口300欲取得电池的相关信息时，该微处理器11是将数据通过传送数据缓冲器152送出予外部通讯接口300，在此同时所传送出去的数据亦再通过接收数据缓冲器151回传予微处理器11进行数据验证，以比较所传送出去的数据是否正确。而该接收数据缓冲器151当用于接收来自外部的数据时，因数据是可先行全部暂存于其中，然后再通过微处理器11进行数据处理，故其不须配合外部的时脉信号进行同步处理。而于传送数据时，该时脉产生器153可产生所需的时脉信号。

请参考图5所示，为本发明管理电路的作业流程图，于程序开始执行后，是先进行二次电池100的基本数据读取，所读取的数据暂存于微处理器11的暂存器内，然后即进行模式判断，以判断出该二次电池100目前是处于充电模式、放电模式或静置模式。

于充电模式下：中央处理单元1监测二次电池100的表面温度是否已达温度下限值，若是，则开启涓流充电功能并开始执行涓流充电，若否，则监测二次电池100的端电压是否已达电压上缘值V2，若否，则开启充电控制器2进行正常充电，若是，则继续比较该二次电池100的端电压是否已达电压上限值V3，若是，则下达充电禁止命令以关闭充电控制器2，若否，则开启充电控制器2以进行脉冲充电模式。

当中央处理单元1下达开启涓流充电功能、或开启充电控制器2进行正常充电、或开启脉冲充电后、或下达充电禁止命令后，即进行电池各项参数的检测及更新动作，并开始电池容量及相关参数计算，接着执行电池参数动态调整，以确保能即时掌握电池因环境温度变化或使用时限增加等因素而造成的变动量，之后该中央处理单元1启动看门狗控制器16进入睡眠模式，以进行短暂的节电睡眠行为，直到看门狗控制器16计时终止后而执行唤醒看门狗控制器16的动作，然后再次回到模式判断。

于放电模式：该中央处理单元1是先进行电池容量及相关参数计算，以获得即时电池压、电流及温度等参数值，并根据各项参数适当地作电池参数动态调整，然后比较该二次电池100电压是否达电压下限值V1，若是，则下达放电禁止命令以关闭该放电控制器6，若未达电压下限值V1，则启动看门狗控制器16并进入睡眠模式，以进行短暂的节电睡眠行为，直到该看门狗控制器16计时终止而再次被唤醒，并进行再次的模式判断。

在静置模式中：该中央处理单元1比较电池的充放电电流以确定电池是否被启动，若是，则回到模式判断步骤以判定为充电或放电，若否，则比较电池电压是否已达电压下限值V1，若否，则持续维持于静置模式，若已达电压下限值V1，则启动自切模式以切断稳压整流器9，使管理电路不再耗费该二次电池100的电力，直到外部充电行为发生才通过该节电控制器8唤醒稳压整流器9。

其中由于管理电路必须接受外部其它系统的电池数据询问，故于任何时刻有中断步骤(电池数据询问)发生时，系统会先暂停电池管理功能，或自睡眠模式中苏醒，并优先处理外部询问工作，直到回复完毕后再回到原工作执行处理，以继续电池管理动作。

由上述的具体说明中可知，本发明具有以下优点：

1.当电池温度过低之际，为避免大电流于电池充电时造成损坏，本发明是通过一涓流充电控制器于充电前段时，提供一微小电流使电池先行活化。

2.于电池的蓄电能量过低时，本发明可通过一放电控制器自行切断放电回路，并使整体电路进入自切模式而不再消耗电池能源，以确保电池不因过度放电而产生永久性损坏。

3.本发明用于检测二次电池表面温度的温度感测器串接有一节电开关，当该温度感测器于非检测状况下，是控制该节电开关截止，这样即切断该温感测器的导电回路而不会消耗二次电池的电力。

4.本发明所使用的收发界面，是由一接收数据缓冲器及一传送数据缓冲器共同构成，有别于以往采用单一缓冲器形成，故于传送数据之际，可再次通过该接收数据缓冲器取得所传送出的数据并回传予微处理器进行数据比较，更加确保数据传送的正确性。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种智能型二次电池管理方法，其特征在于，包括：先测得一二次电池的电压值、表面温度值及充放电电流值，并进行该二次电池为充电、放电或静置的模式判别，当该二次电池处于充电模式时依据所测得的电压值及表面温度值决定进行涓流充电、正常充电或脉冲式充电，当该二次电池处于放电模式时则通过即时检测电池的电压值以决定是否停止放电，当该二次电池处于静置模式则依其电压值判断是否进入一自切模式。

2.如权利要求1所述的智能型二次电池的管理方法，其特征在于，当二次电池为充电模式时，若该二次电池的表面温度值低于一温度下限值则进行涓流充电，若该二次电池的表面温度值高于该温度下限值，且电压值介于一电压下限值及一电压上缘值之间时则进行正常充电，若该二次电池的电压值介于一电压上缘值及一电压上限值之间时则进行脉冲式充电。

3.如权利要求1所述的智能型二次电池管理方法，当该二次电池为放电模式时，若该二次电池的电压值低于一电压下限值时则停止二次电池放电。

4.如权利要求1所述的智能型二次电池管理方法，其特征在于，当该二次电池为静置模式时，若该二次电池的电压值低于一电压下限值时则进入一自切模式。

5.如权利要求2所述的智能型二次电池管理方法，其特征在于，当该二次电池充电完毕后再次更新电池的各项参数值，并启动一睡眠模式以进入节电状态，而于历经一段预定时间后则脱离该睡眠模式，重新进行该二次电池的工作模式判别。

6.如权利要求3所述的智能型二次电池管理方法，其特征在于，当该二次电池放电后，若其电压值高于该电压下限值，则启动一睡眠模式以进入节电状态，而于历经一段预定时间后则脱离该睡眠模式，重新进行该二次电池的工作模式判别。

7.如权利要求2所述的智能型二次电池管理方法，其特征在于，该二次电池于脉冲式充电阶段时，其作法是当电压值高于该电压上缘值则充电，而直到电压值达到电压上限值后停止充电，当电压值逐渐回降到该电压上缘值则再次进行充电，如此重复，若于停止充电后该电压值可持续一段时间而不致降到该电压上缘值即代表充电完成。

8.如权利要求1所述的智能型二次电池管理方法，其特征在于，当一外部电路欲取得该二次电池的电压值、表面温度值及充放电电流值时，各参数传送予该外部电路后可再次进行数据比较，以确定数据正确无讹。

9.一种智能型二次电池管理装置，其特征在于，包括有：

一中央处理单元，分别连接有一电压检测器、一温度检测器、一电流检测器以测得一二次电池的端电压值、温度值及充放电电流值；

一存储器，它与该中央处理单元连接并储存该二次电池的端电压值、温度值及充放电电流值等参数；

一充电控制器，它由该中央处理单元控制并连接于一外部电源及所述二次电池之间，于充电模式下，若该二次电池的表面温度是介于上下限值之间，该中央处理单元则启动所述充电控制器提供正常充电予二次电池；

一涓流充电控制器，它由该中央处理单元控制且连接于所述外部电源及该二次电池之间，当该中央处理单元检测二次电池的表面温度低于温度下限值时，关闭所述充电控制器并启动涓流充电控制器对该二次电池进行充电；

一放电控制器，它设于该中央处理单元及二次电池之间，当电池过度放电时可接受中央处理单元的关闭命令而截止，以避免二次电池因过度放电导致损害。

10.如权利要求9所述的智能型二次电池管理装置，其特征在于，该中央处理单元再连接有一稳压整流器用以提供该中央处理单元的工作电源，当该二次电池的端电压值低于一电压下限值后是关闭该稳压整流器进入自切模式。

11.如权利要求10所述的智能型二次电池管理装置，其特征在于，该稳压整流器通过一节电控制器连接至该二次电池，该节电控制器再与所述外部电源连接，当该二次电池再次进行充电时该节电控制器可提供一电流以启动该稳压整流器。

12.如权利要求9所述的智能型二次电池管理装置，其特征在于，该温度检测器串联有一节电开关，当该二次电池为静置模式时，通过关闭该节电开关以切断温度检测器的回路而减少二次电池的电力消耗。

13.如权利要求9所述的智能型二次电池管理装置，其特征在于，该中央处理单元包含有一模拟数字转换器及一微处理器，该模拟数字转换器可将测得该二次电池的端电压值、表面温度值、充放电电流值转换为数字信号以由该微处理器加以运算。

14.如权利要求9所述的智能型二次电池管理装置，其特征在于，该中央处理单元连接有一显示器用以显示该二次电池的残存电量。

15.如权利要求9所述的智能型二次电池管理装置，其特征在于，该存储器为一可电可擦可编程只读存储器。

16.如权利要求13所述的智能型二次电池管理装置，其特征在于，该中央处理单元包括有一收发界面，其主要由一接收数据缓冲器与一传送数据缓冲器构成。

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