CN1761120A - 能量监控平衡装置 - Google Patents

Abstract

一种能量监控平衡装置，至少包括有：一能量监控单元及一平衡单元，利用能量监控单元内部的模拟数字转换器(ADC)，随时检测每一储能组件(CELL)的电压值，并将检测值传送至微处理器(MCU)判断每一储能组件的电压值，若判断某一储能组件的电压高于另一储能组件的电压时，连接于储能组件与能量监控单元间的平衡单元进行小电流放电动作，使每一储能组件尽量都保持相同电压，以利于后续储能组件组充放电时，每一储能组件都能平衡的充满电量或耗尽电量。

Description

能量监控平衡装置

技术领域

本发明涉及一种能量监控平衡装置，特别涉及一种除可提供电子设备所需的电源外，并与电子设备进行连通，随时检测目前储能组件组的供电状态，同时平衡每一储能组件的电压，使每一储能组件尽量都保持相同电压，以利于充放电时每一储能组件都能平衡的充满电量或耗尽电量。

背景技术

目前笔记型电子设备因体积小、重量轻，以利于使用者携带外出使用，所以笔记型电子设备已成为人们生活或工作中不可或缺的工具。

由于笔记型电子设备在室内使用时，可以利用笔记型电子设备所提供的变压器连接市电，整流后提供笔记型电子设备所需的电源。当使用者携带笔记型电子设备外出在无市电环境下使用，都是利用笔记型电子设备所内藏的充电电池提供笔记型电子设备所需的电源。

以往充电电池内部除了有充电电池外，还具有充电电路和保护及检测电路，保护及检测电路至少包括：一保护单元(如图1所示)及能量监控单元。能量监控芯片负责与笔记型电子设备沟通，随时测量电池的电压、电流及温度，及计算电池残余电量，并输出给笔记型电子设备，使用者此时可以通过笔记型电子设备得知何时该充电，避免电池电量不足，而导致数据流失。

保护单元则会随时检测电池的电压及电流，只要检测到其中有一电池电压不足时，该保护单元立即切断供电状态，导致其中一电池电压较低，其余电池电压较高，则充电时，电压较高的电池短时间内就充满电量，造成保护单元切断电池充电状态，此时电压较低的电池将无法充满电量。

为了解决上述的问题，有另一种解决方案，如美国专利第5886502号所述，该专利先利用一电压转换电路(Voltage Converting Circuit)及低电压输出电路(Low voltage output)的硬件线路比较各个电池(Cell)残余电压值大小，以作为电池平衡(Cell Balance)控制。虽然，该专利设计可以达到电池平衡(Cell Balance)控制，但是电路设计复杂，不易制作，且制作成本较高。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决上述的缺点，避免缺点存在，本发明利用原有能量监控单元的内部电路，再加上简易的平衡单元，让每一储能组件(CELL)随时都保持相同的电压，以利于充电时每一储能组件都能充满电量，以提高储能组件的使用率。

为达上述的目的，本发明的能量监控平衡装置，主要是利用能量监控单元内部的模拟数字转换器(ADC)检测每一储能组件的电压值，并将检测值传送至微处理器(MCU)判断每一储能组件的电压值，若判断某一储能组件电压高于其它任一储能组件电压时，连接于储能组件与能量监控单元间的平衡单元进行小电流放电动作，放电至与其它任一储能组件相同的电压，使每一储能组件随时都保持相同的电压，以利于后续储能组件组充放电时，每一储能组件都能充满电量或耗尽电量。

附图的简要说明

图1为传统能量监控装置的示意图；

图2为本发明的能量监控平衡装置的方框流程示意图；

图3为图2的动作原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-能量监控单元             11、12-二传输端

13-温度感测组件            2-储能组件组

21-储能组件                3-保护单元

4-调整单元                 5-分压单元

51-分压组件                52-开关组件

6-平衡单元        61-放电组件

62-开关组件       7-存储单元

具体实施方式

有关本发明的技术内容及详细说明，现配合图示说明如下：

请参阅图2，其为本发明的第一实施例示意图。如图所示：本发明的能量监控平衡装置包括有：一能量监控单元1、一储能组件组2，一保护单元3、一调整单元4、一分压单元5、一平衡单元6及一存储单元7，平衡单元6使每一储能组件21在进行充放电时能尽量保持同样的电压，使每一储能组件21都能平衡地充满电量或耗尽电量。

能量监控单元1是一般的常规技术在此不作详细说明，其内至少包括有：一微处理器和二组模拟数字转换器。能量监控单元1用以测量储能组件组2的电压及电流值，而且利用系统管理总线控制界面(SMBUSCONTROL)，并通过二传输端11、12将脉波信号(SMB CLK)与数据(SMBDATA)传输至电子设备(笔记、掌上或便携式电子设备)中，让电子设备了解储能组件组2目前处于何种状态；同时，能量监控单元1连接感测温度的温度感测组件13，并通过传输端12告知电子设备。

储能组件组2包括至少一个与上述能量监控单元1连接的储能组件21，由一般充电电池构成，以储能电子设备所需的电能。

保护单元(PROTECTION IC)3，连接于上述能量监控单元1与储能组件组2之间，用以检测每一储能组件21的电压及电流状态，进而于储能组件21需做保护动作时实时作出反应，亦是保护储能组件21避免发生过电压(Over charge)、过放电(Over discharge)、过放电流(Over current)、过充电流(Over charge current)等状况。

多个调整单元(REGULATOR)4连接于上述能量监控单元1与储能组件组2间，用以进行直流电压转换。有时电压供应源的电压，会大于能量监控单元(IC)1所能承受的电压，或是小于能量监控单元1的工作电压，此时就需要调整单元4，将电压供应源的电压转换成能量监控单元1能够操作的电压工作范围。例如电压供应源为9～20V，能量监控单元1工作电压5V，需要一调整单元4将9～20V转换为5V。

多个分压单元5连接于上述能量监控单元1与储能组件组2间，并由分压组件51及开关组件52形成分压电路，分压组件51由电阻构成，而开关组件52可由CMOS、MOS、FET等半导体开关组件中的任一种构成。当输入信号的电压超过能量监控单元1的工作电压范围时，就需要外部分压，将输入信号的电压分压到能量监控单元1的工作电压范围内。

多个平衡单元6连接于上述能量监控单元1与储能组件组2间，由放电组件61及开关组件62连接而成，放电组件61可由电阻、MOS或有阻抗的单元构成，而开关组件62可由CMOS、MOS、FET等半导体开关组件中的任一种构成。平衡单元6可以将某一电压较高的储能组件21进行放电，使其与另一储能组件的电压相同，进而使每一储能组件21随时都保持相同的电压，以利于储能组件21充放电。

存储单元7由EEPROM构成，与能量监控单元1连接，用以储存控制储能组件的数据。

通过上述的各单元，构成一全新的储能组件的能量监控平衡装置。

请参阅图3，其为图2的动作原理示意图。如图所示：本发明的能量监控平衡装置在使用时，利用此装置上两接点10、20与电子设备连接，以提供电子设备(图中未示)所需的电源。

同时以能量监控单元1的二传输端11、12与电子设备连接，将能量监控单元1所测量到的电压、电流和温度状态告知电子设备，确定何时需要再次充电，以避免使用中因储能组件组2电源不足，而造成数据流失。

当保护单元3检测到储能组件组2有任一储能组件21低于电压设定值(如3.6V)时，保护单元3立即停止储能组件组2的供电状态。此时，能量监控单元1内部的模拟数字转换器检测每一储能组件(CELL)21电压值，再由一微处理器判断模拟数字转换器所检测到的每一储能组件21的电压值，若判断储能组件21的电压(V1)高于另一储能组件21的电压(V2)时，连接于储能组件21与能量监控单元1间的平衡单元6的开关组件62被开启，致使放电组件61对储能组件21进行小电流放电动作，放电至与另一储能组件21相同电压时，开关组件62关闭，使放电组件61不再对储能组件21进行放电，使每一储能组件尽量都保持相同的电压，以利于后续储能组件组2充放电时，每一储能组件21都能平衡地充满电量或耗尽电量。

进一步，本发明在制作时可通过半导体封装技术，将保护单元、调整单元、分压单元、平衡单元及存储单元与能量监控单元整合在一起，以便于后续的与储能组件组2的封装制作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种能量监控平衡装置，与电子设备连接，以平衡电子设备的供电状态，所述装置包括：

一组储能组件；

一与所述储能组件组连接的能量监控单元，其上具有与电子设备连通的传输端，用于检测并判断每一储能组件的电压；

至少一个连接于所述储能组件组与能量监控单元间的平衡单元，根据上述能量监控单元的检测判断结果，将电压较高的储能组件回路中的所述平衡单元开启，进行放电，直至每一储能组件的电压相同为止。

2.如权利要求1所述的能量监控平衡装置，其中所述电子设备为笔记型、掌上型或便携式电子设备。

3.如权利要求1所述的能量监控平衡装置，其中所述储能组件组为一充电电池。

4.如权利要求1所述的能量监控平衡装置，其中所述能量监控单元内部至少包括：一微处理器；二组模拟数字转换器。

5.如权利要求1所述的能量监控平衡装置，其中所述平衡单元由放电组件及开关组件连接而成，所述放电组件为电阻、MOS或有阻抗的单元，而开关组件为CMOS、MOS、FET半导体开关组件中的任一种。

6.如权利要求1所述的能量监控平衡装置，其中所述能量监控单元连接有一存储单元、温度感测组件，以及一连接于能量监控单元与储能组件组间的保护电路。

7.一种能量监控平衡装置，用以与电子设备连接，以平衡电子设备的供电状态，所述装置包括有：

一组储能组件；

一与上述储能组件组连接的能量监控单元，其上具有与电子设备连通的传输端，用于检测并判断每一储能组件的电压；

至少一个连接于上述储能组件组与能量监控单元间的平衡单元，根据所述能量监控单元的检测和判断结果，将电压较高的储能组件回路中的所述平衡单元开启，进行放电，直至每一储能组件的电压相同为止；

至少一个连接于上述储能组件组与能量监控单元间的调整单元，用于将输入电压调整至所述能量监控单元的工作电压范围内。

8.一种能量监控平衡装置，用以与电子设备连接，以平衡电子设备的供电状态，所述装置包括有：

一组储能组件；

一与上述储能组件组连接的能量监控单元，其上具有与电子设备连通的传输端，用于检测并判断每一储能组件的电压；

至少一个连接于上述储能组件组与能量监控单元间的平衡单元，根据所述能量监控单元的检测和判断结果，将电压较高的储能组件回路中的所述平衡单元开启，进行放电，直至每一储能组件的电压相同为止；

至少一个连接于上述储能组件组与能量监控单元间的调整单元，用于将输入电压调整至所述能量监控单元的工作电压范围内；

至少一个连接于上述储能组件组与能量监控单元间的分压单元，用于将输入电压分压至所述能量监控单元的工作电压范围内。

9.如权利要求8所述的能量监控平衡装置，其中所述分压单元是由分压组件及开关组件形成的分压电路。

10.如权利要求9所述的能量监控平衡装置，其中所述分压组件由电阻构成，而开关组件为CMOS、MOS、FET半导体开关组件中的任一种。

Images