CN1832248A - 电池组电流监测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组电流监测。该电池组可以包括至少一个电池单元、一个开关、一个热敏电阻和电池状态监测电路，其中开关具有取决于开关的温度的导通电阻，热敏电阻具有随温度改变而变化的电阻。该电池状态监测电路可以被配置成，监测由流经开关的电流引起的跨过开关两端的电压降和热敏电阻的电阻，以使该电压降和该电流水平相互关联。还提供一种包括所述电池组的无线电气装置以及一种有关的方法。

Description

电池组电流监测
技术领域
本发明涉及一种用于无线电气装置的电池组，而且尤其涉及电池组电流监测。
背景技术
各种无线电气装置都可以由电池组来供电。这样的无线电气装置的实例包括但不限于，膝上型计算机、蜂窝式电话、个人数字助理以及例如钻之类的电动工具。这种电池组可以包括多个电池单元和电源开关，以允许电池单元提供电流(放电操作模式)或者被充电(充电操作模式)。电池组还可以包括由电池单元供电的电池状态监测电路，以执行多个任务，以此维持电池单元安全和期望的使用。
在常规电池组中，可以使用电流检测电阻器与电池组的电池单元串联，以提供一信号给电池状态监测电路，该信号表示来自或进入电池单元的电流。对于弱电流应用，使用该电流检测电阻器是可接受的。但是，对于强电流应用，该电流检测电阻器会导致过度的功率损耗。另外，该电流检测电阻器促使产生额外的元件和连接成本。因此，需要一种不使用电流检测电阻器的电池组电流监测。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种电池组。该电池组可以包括至少一个电池单元、一开关、一热敏电阻和电池状态监测电路，其中开关具有取决于开关的温度的导通电阻，热敏电阻具有随温度改变而变化的电阻。该电池状态监测电路可以被配置成，监测由流经开关的电流引起的跨过开关两端的电压降和热敏电阻的电阻，以使该电压降和该电流相互关联。
本发明所述的电池组，所述热敏电阻被置于接近所述开关处。
本发明所述的电池组，所述开关包括一放电开关，将所述放电开关配置成，闭合所述放电开关以启动所述至少一个电池单元，以提供放电电流给负载，所述电压降表示所述放电电流。
本发明所述的电池组，所述放电开关包括一金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述电压降是跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极和源极端子的电压降。
本发明所述的电池组，所述电池状态监测电路包括一读出放大器，所述读出放大器具有一耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极的输入，且具有耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极的另一输入，将所述读出放大器配置成放大跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极和源极端子的所述电压降，并提供一个表示流经所述开关的所述电流的输出信号。
本发明所述的电池组，所述开关包括一充电开关，将所述充电开关配置成，闭合所述充电开关以启动所述至少一个电池单元，以由来自充电电源的充电电流充电，所述电压降表示所述充电电流。
根据本发明的另一方面，提供有一种无线电气装置。该无线电气装置可以包括负载以及要提供电力给负载的电池组。该电池组可以包括至少一个电池单元、一开关、一热敏电阻和电池状态监测电路，其中开关具有取决于开关的温度的导通电阻，热敏电阻具有随温度改变而变化的电阻。该电池状态监测电路可以被配置成，监测由流经开关的电流引起的跨过开关两端的电压降和热敏电阻的电阻，以使该电压降和该电流相互关联。
本发明所述的无线电气装置，所述热敏电阻被置于接近所述开关处。
本发明所述的无线电气装置，所述开关包括一放电开关，将所述放电开关配置成，闭合所述放电开关以启动所述至少一个电池单元，以提供放电电流给负载，所述电压降表示所述放电电流。
本发明所述的无线电气装置，所述放电开关包括一金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述电压降是跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极和源极端子的电压降。
本发明所述的无线电气装置，所述电池状态监测电路包括一读出放大器，所述读出放大器具有一耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极的输入，且具有耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极的另一输入，将所述读出放大器配置成放大跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极和源极端子的所述电压降，并提供一个表示流经所述开关的所述电流的输出信号。
本发明所述的无线电气装置，所述开关包括一充电开关，将所述充电开关配置成，闭合所述充电开关以启动所述至少一个电池单元，以由来自充电电源的充电电流充电，所述电压降表示所述充电电流。
根据本发明的再一方面，提供有一种方法。该方法可以包括：当电池组的开关闭合时监测跨过该开关两端的电压降，该开关具有取决于开关的温度的导通电阻，并通过计算温度的改变使得该电压降和流经该开关的电流相互关联。
本发明所述的方法，还包括也通过计算所述开关的起始增益而将所述电压降和流经所述开关的所述电流相互关联。
本发明所述的方法，所述开关包括一放电开关，所述电流包括一从所述至少一个电池单元流向负载的放电电流，所述放电开关包括一金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述电压降是跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极和源极端子的电压降。
附图说明
所要求的主题的实施例的特征和优点，将会随着下列详细描述的进行以及在参考附图的基础上而变得清楚，其中相同的附图标记表示相同的部分，并且在其中：
图1是具有含电池状态监测电路的电池组的无线电气装置的示图；
图2是更详细描述的图1的电池状态监测电路的示图；以及
图3是根据实施例的操作流程图。
具体实施方式
虽然下列详细描述将会参照示例性的实施例来进行，但是，其许多选择、变形和变化对本领域技术人员来说是明显的。因此，意欲将所要求的主题解释得更宽。
图1示出了一种具有电池组102的无线电气装置100，该电池组102可以在电池供电模式期间向负载104提供电力。负载104可以表示装置100的整个负载，其可以耦合到电池组102的VPACK+端子118和VPACK-端子116。无线电气装置100可以包括但不限于：膝上型计算机、蜂窝式电话、个人数字助理以及例如钻、圆锯、撒砂器等电动工具。在一个实施例中，当无线电气装置是电动工具时，负载104可以是电动工具自身。除了在电池供电模式中提供电力给负载104之外，电池组102也可以由DC电源(未示出)再充电，该DC电源例如是ACDC适配器，其也可以同时向负载104提供电力。在其它例子中，电池组102可以轻易地从无线电气装置100中移除，并耦合到用于充电的外部电池充电器。
电池组102可以包括一个或多个电池单元106，与电池单元106串联的开关110，位于接近开关110处的热敏电阻126，以及电池状态监测电路108。当在此处的任一实施例中使用时，“电路”可以单独或以任意的组合方式包括：例如，硬连线的电路、可编程电路、状态机电路、和/或存储由可编程电路执行的指令的固件。开关110可以是放电开关，其闭合以提供从电池单元106到负载104的放电路径；或为充电开关，其闭合以提供从充电电源到电池单元106的充电路径。电池单元106可以是任一种化学电池，例如锂电池。开关110可以是晶体管，例如场效应晶体管(FET)。
通常，电池状态监测电路108可以通过监测跨过开关110两端的电压降来监测流经该开关的电流。开关110的导通电阻可以随开关的温度而变化，因而影响跨过开关两端的电压降。所以，电池状态监测电路108可以通过计算开关110的温度的改变，使得该电压降与流经该开关的电流相互关联。流经该开关110的电流水平可以由电池单元106的充电/放电电流来表示。
电池状态监测电路108还可以将关于充电/放电电流的测量结果的数据，转换和发送给相关无线电气装置100的功率调节控制器124。电池状态监测电路108还可以接收并执行来自功率调节控制器124的指令。电池状态监测电路108还可以按功率调节控制器124的指示驱动开关110和电池组102的其它开关(未示出)。在合适的时候，当功率调节控制器124未能发出任何控制信号时，电池状态监测电路108也可以不管来自功率调节控制器124的指令，而提供默认状态给电池组102的开关。
为了监测流入或者来自电池单元106的电流，电池状态监测电路108可以利用开关110的导通电阻。当开关110闭合时，开关110可以具有特殊的导通电阻。导通电阻值可以随例如开关110的环境温度、开关增益和开关的其他细节等因素而变化。开关110的导通电阻可以随温度的改变而成比例的变化。当电流流经开关110时，该开关的导通电阻会产生跨过开关两端的与该电流水平成比例的电压降。
为了考虑影响开关110的导通电阻的因素，可以执行校准来使得例如起始增益和环境温度两者的因素与导通电阻相关。可以将所测量的相关性保存在存储器中，该存储器例如是功率调节控制器124的永久性存储器129。该变化规则可以引入到作为温度的函数的μC中，从而补偿电流测量值。
图2更详细地示出了图1的电池组102的电池状态监测电路108。电池状态监测电路108可以包括读出放大器206和放电驱动器202。电池组102可以具有热敏电阻126，该热敏电阻126具有随温度改变而变化的电阻204。开关110可以是放电开关，其闭合以提供放电电流给负载104a，并且该放电开关可以使用晶体管来实现，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q1。MOSFET Q1的控制端即栅极可以从放电驱动器202接收控制信号。MOSFET Q1的源极可以耦合到I_P端子240，该端子240然后耦合到读出放大器206的非反相输入端。MOSFET Q1的漏极可以耦合到I_M端子242，该端子242然后耦合到读出放大器206的反相输入端。可以在I_M_OUT端子210和I_P_OUT端子208上提供读出放大器206的输出。
操作中，当从电池单元106将放电电流(I_load)提供给负载时，电流会流过放电MOSFET Q1。MOSFET的导通电阻会在跨过源极和漏极端子产生电压降。该电压降会被读出放大器206放大，并在读出放大器的输出端子210、208提供。在一个实施例中，为了监测流经MOSFET Q1的电流水平，电池监测电路108会分析来自读出放大器206的I_M_OUT端子210和I_P_OUT端子208的信号，以及热敏电阻126的电阻204，以确定放电电流。将热敏电阻126置于接近MOSFET Q1处，并且该热敏电阻126具有电阻204，该电阻随温度迅速地且可预测地变化。
电池状态监测电路108也可以将来自电池单元106的放电电流与表示最大放电电流水平的阈值作比较。如果电池状态监测电路108检测到放电电流大于或者等于该最大放电电流水平，则它会提供一个输出控制信号以保护无线电气装置的元件。可以将该输出控制信号供给一个或者多个在电池组102中例如MOSFET Q1的开关，以打开MOSFET Q1，或者可以将其提供给位于电池组102外部的其它电路，例如功率调节控制器124。
图3是根据实施例的操作300的流程图。操作302可以包括，当开关闭合时，监测跨过电池组的开关两端的电压降，该开关具有取决于开关温度的导通电阻。操作304可以包括，通过计算温度中的改变，使得该电压降与流经该开关的电流相互关联。
有利地，可以消除对于利用传统检测电阻器来监测来自电池单元或者流入电池单元的电流的需要。这就节约了获取和连接检测电阻器的成本，还消除了由检测电阻器导致的、当电流水平增高时会变得很显著的功率损耗。
在文中所使用的术语和措辞是用作描述性的术语，而非限制性的，并且不企图使用上述术语和措辞排除任何所显示和所描述的特征(或其部分)的等同物，还可以认识到在权利要求的范围内各种变形都是可以的。其他变形、变化和替换也是可以的。

Claims (15)

1.一种电池组，其特征在于，该电池组包括：
至少一个电池单元；
一开关，所述开关具有取决于所述开关的温度的导通电阻；
一热敏电阻，所述热敏电阻具有随所述温度改变而变化的电阻；以及
电池状态监测电路，将所述电池状态监测电路配置成，监测由流经所述开关的电流引起的跨过所述开关两端的电压降和所述热敏电阻的所述电阻，以使所述电压降和所述电流相互关联。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述热敏电阻被置于接近所述开关处。
3.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述开关包括一放电开关，将所述放电开关配置成，闭合所述放电开关以启动所述至少一个电池单元，以提供放电电流给负载，所述电压降表示所述放电电流。
4.根据权利要求3所述的电池组，其特征在于，所述放电开关包括一金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述电压降是跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极和源极端子的电压降。
5.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于，所述电池状态监测电路包括一读出放大器，所述读出放大器具有一耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极的输入，且具有耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极的另一输入，将所述读出放大器配置成放大跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极和源极端子的所述电压降，并提供一个表示流经所述开关的所述电流的输出信号。
6.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述开关包括一充电开关，将所述充电开关配置成，闭合所述充电开关以启动所述至少一个电池单元，以由来自充电电源的充电电流充电，所述电压降表示所述充电电流。
7.一种无线电气装置，其特征在于，该无线电气装置包括：
一负载；以及
向所述负载提供电力的电池组，所述电池组包括：
至少一个电池单元；
一开关，所述开关具有取决于所述开关的温度的导通电阻；
一热敏电阻，所述热敏电阻具有随所述温度改变而变化的电阻；以及
电池状态监测电路，将所述电池状态监测电路配置成，监测由流经所述开关的电流引起的跨过所述开关两端的电压降和所述热敏电阻的所述电阻，以使所述电压降和所述电流相互关联。
8.根据权利要求7所述的无线电气装置，其特征在于，所述热敏电阻被置于接近所述开关处。
9.根据权利要求7所述的无线电气装置，其特征在于，所述开关包括一放电开关，将所述放电开关配置成，闭合所述放电开关以启动所述至少一个电池单元，以提供放电电流给负载，所述电压降表示所述放电电流。
10.根据权利要求9所述的无线电气装置，其特征在于，所述放电开关包括一金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述电压降是跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极和源极端子的电压降。
11.根据权利要求10所述的无线电气装置，其特征在于，所述电池状态监测电路包括一读出放大器，所述读出放大器具有一耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极的输入，且具有耦合到所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极的另一输入，将所述读出放大器配置成放大跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的所述漏极和源极端子的所述电压降，并提供一个表示流经所述开关的所述电流的输出信号。
12.根据权利要求7所述的无线电气装置，其特征在于，所述开关包括一充电开关，将所述充电开关配置成，闭合所述充电开关以启动所述至少一个电池单元，以由来自充电电源的充电电流充电，所述电压降表示所述充电电流。
13.一种方法，其特征在于，该方法包括：
当电池组的开关闭合时监测跨过所述开关两端的电压降，所述开关具有取决于所述开关的温度的导通电阻；以及
通过计算所述温度的改变而使得所述电压降和流经所述开关的电流相互关联。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括也通过计算所述开关的起始增益而将所述电压降和流经所述开关的所述电流相互关联。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述开关包括一放电开关，所述电流包括一从所述至少一个电池单元流向负载的放电电流，所述放电开关包括一金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述电压降是跨过所述金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极和源极端子的电压降。
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