CN1841878B

CN1841878B - 控制装置及系统

Info

Publication number: CN1841878B
Application number: CN2005100598092A
Authority: CN
Inventors: 周裕福; 彭国光
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: CN1841878A

Abstract

本发明提供一种控制装置及系统，根据第一及第二电池组的电压，决定是否令第一及第二电池组与外部装置形成回路。第一及第二电池组均具有数个串联的电池。该控制装置包括，第一及第二侦测模组、以及控制模组。第一侦测模组并联第一电池组，用以侦测第一电池组的电压。第二侦测模组并联第二电池组，用以侦测第二电池组的电压。控制模组根据第一及第二侦测模组所侦测到的电压，决定是否形成回路。本发明提供的控制装置及系统，只需要一个切换单元，便能根据所有的电池组的电压，决定是否导通电池组与外部装置间的回路，故可大大地降低成本。

Description

控制装置及系统

技术领域

本发明是有关于一种控制装置，特别是有关于一种用以控制充电电池的控制装置。

背景技术

随着电池技术的进步，使用充电电池的产品也愈来愈多。但不同的产品所需的电力亦是不相同的。例如，电动车辆所需的电力远大于移动电话所需的电力。当串联多个充电电池时，则可得到较大的电力。

虽然多个充电电池串联在一起时，可提供较大的电力。但由于每个充电电池的电压并不相同，因此，若针对串联在一起的电池进行充电或放电动作时，可能会造成部分电池有过度充电或放电的情况发生，进而造成电池性能的快速衰退。

为避免电池被过度充电或放电，习知的做法是利用一控制单元来监控电池的电压。图1为习知充电电池的控制单元。芯片12的接脚V1～V4分别用以侦测充电电池104～101的电压。

若欲对电池101～104进行充电时，则将一电源供应器耦接在节点+B及-B。在充电的过程中，若有某一电池的电压过高时，则芯片12的接脚OV会送出一过充信号，使得晶体管16被截止，以停止充电动作。

若欲对电池101～104进行放电时，则可将一负载装置耦接在节点+B及-B。在放电的过程中，若有某一电池的电压过低时，则芯片12的接脚DCHG会送出一过放信号，使得晶体管14被截止，用以停止充电动作。

但是，图1的控制单元仅能控制四个电池所组成的电池串。若欲控制更多的电池时，习知的做法是将多个如图1所示的控制单元串接在一起，以形成如图2a、图2b及图2c所示的控制模组。

假设欲控制十二个电池时，则需要串联三个如图1所示的控制单元。但是，每一个控制单元具有二个晶体管来切断电池的充电或放电动作。因此，当三个控制单元串联在一起时，则需六个晶体管方能停止电池的充电或放电动作。当晶体管的数量愈多时，则使得电路板的串联阻抗增加、能量损失增加，以及造成元件成本的增加、输出功率下降以及额外的散热等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种简单、低成本、高效能的控制装置及系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种控制系统包括，第一及第二电池组、第一及第二侦测模组以及控制模组。第一电池组具有数个第一电池。该第一电池以串联方式连接。第二电池组具有数个第二电池。该第二电池以串联方式连接。第一侦测模组并联第一电池组，用以侦测第一电池组的电压。第二侦测模组并联第二电池组，用以侦测第二电池组的电压。控制模组根据第一及第二侦测模组所侦测到的电压，决定是否使第一及第二电池组与一外部装置形成一回路，该控制模组包括：一切换单元，耦接于该第一电池组及该第二电池组之间，当该切换单元被导通时，便可形成该回路，当该切换单元被截止时，便可切断该回路；一第一光耦合开关，具有一第一发光二极管以及一第一三极管，该第一发光二极管的阴极接收该第一侦测模组的侦测信号；一第二光耦合开关，具有一第二发光二极管以及一第二三极管，该第二发光二极管的阴极接收该第二侦测模组的侦测信号；一第三光耦合开关，具有一第三发光二极管以及一第三三极管，该第三三极管的集极的信号用以导通或截止该切换单元；一电阻，耦接于该第三发光二极管的阳极与该第一三极管的集极之间，并耦接于该第三发光二极管的阳极与该第二三极管的集极之间；一第一二极管，其阳极耦接该第一三极管的射极与该第三发光二极管的阴极，其阴极接地；以及一第二二极管，其阳极耦接该第二三极管的射极，其阴极接地。

本发明提供的控制系统，当该外部装置为一电源供应器时，则该回路为一充电回路。

本发明提供的控制系统，当该外部装置为一负载装置时，则该回路为一放电回路。

本发明提供的控制系统，该第一侦测模组还具有一第一充电侦测单元，当该第一电池组的电压大于一第一预设充电电压时，则输出一第一侦测信号，用以切断该充电回路。

本发明提供的控制系统，该第二侦测模组还具有一第二充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一第二预设充电电压时，则输出一第二侦测信号，用以切断该充电回路。

本发明提供的控制系统，该第二侦测模组还具有一充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一预设充电电压时，则输出一侦测信号，用以切断该充电回路。

本发明提供的控制系统，该第一侦测模组还具有一第一放电侦测单元，当该第一电池组的电压小于一第一预设放电电压时，则输出一第一侦测信号，用以切断该放电回路。

本发明提供的控制系统，该第二侦测模组还具有一第二放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一第二预设放电电压时，则输出一第二侦测信号，用以切断该放电回路。

本发明提供的控制系统，该第二侦测模组还包括一放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一预设放电电压时，则输出一侦测信号，用以切断该放电回路。

为了实现本发明的目的，本发明还提供一种控制装置，用以使得第一及第二电池组与外部装置形成回路。第一及第二电池组均具有数个串联的电池。本发明的控制装置包括，第一及第二侦测模组以及控制模组。第一侦测模组并联第一电池组，用以侦测第一电池组的电压。第二侦测模组并联第二电池组，用以侦测第二电池组的电压。控制模组根据第一及第二侦测模组所侦测到的电压，决定是否形成回路，该控制模组包括：一切换单元，耦接于该第一电池组及该第二电池组之间，当该切换单元被导通时，便可形成该回路，当该切换单元被截止时，便可切断该回路；一第一光耦合开关，具有一第一发光二极管以及一第一三极管，该第一发光二极管的阴极接收该第一侦测模组的侦测信号；一第二光耦合开关，具有一第二发光二极管以及一第二三极管，该第二发光二极管的阴极接收该第二侦测模组的侦测信号；一第三光耦合开关，具有一第三发光二极管以及一第三三极管，该第三三极管的集极的信号用以导通或截止该切换单元；一电阻，耦接于该第三发光二极管的阳极与该第一三极管的集极之间，并耦接于该第三发光二极管的阳极与该第二三极管的集极之间；一第一二极管，其阳极耦接该第一三极管的射极与该第三发光二极管的阴极，其阴极接地；以及一第二二极管，其阳极耦接该第二三极管的射极，其阴极接地。

本发明提供的控制装置，当该外部装置为一电源供应器时，则该回路为一充电回路。

本发明提供的控制装置，当该外部装置为一负载装置时，则该回路为一放电回路。

本发明提供的控制装置，该第一侦测模组具有一第一充电侦测单元，当该第一电池组的电压大于一第一预设充电电压时，则输出一第一侦测信号，使得该控制模组切断该充电回路。

本发明提供的控制装置，该第二侦测模组具有一第二充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一第二预设充电电压时，则输出一第二侦测信号，使得该控制模组切断该充电回路。

本发明提供的控制装置，该第二侦测模组具有一充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一预设充电电压时，则输出一侦测信号，使得该控制模组切断该充电回路。

本发明提供的控制装置，该第一侦测模组具有一第一放电侦测单元，当该第一电池组的电压小于一第一预设放电电压时，则输出一第一侦测信号，使得该控制模组切断该放电回路。

本发明提供的控制装置，该第二侦测模组具有一第二放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一第二预设放电电压时，则输出一第二侦测信号，使得该控制模组切断该放电回路。

本发明提供的控制装置，该第二侦测模组包括一放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一预设放电电压时，则输出一侦测信号，使得该控制模组切断该放电回路。

本发明提供的控制装置及系统，只需要一个切换单元，便能根据所有的电池组的电压，决定是否导通电池组与外部装置间的回路，故可大大地降低成本。

图1是习知充电电池的控制单元的电路图。

图2a、图2b及图2c是习知充电电池的控制模组的电路图。

图3是本发明的控制系统的一可能实施例的电路图。

图4是侦测模组的一可能实施例的电路图。

图5a是本发明的控制模组的第一实施例的电路图。

图5b是本发明的控制模组的第二实施例的电路图。

图5c是本发明的控制模组的第三实施例的电路图。

图6是根据本发明一实施例所述的控制模组的一可能实施的电路图。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图3为本发明的控制系统的一可能实施例的电路图。如图所示，控制系统30包括：电池组31及32、控制装置33、以及外部装置34。

电池组31具有电池311及312。电池311及312是以串联方式连接于节点P1与P2之间。电池组32具有电池321及322。电池321及322是以串联方式连接于节点P3与P4之间。为方便说明起见，电池组31及32分别包括二个电池，但并非用以限制本发明。

控制装置33包括，侦测模组331及332，以及控制模组333。

侦测模组331并联电池组31，用以侦测电池组31的电压。侦测模组331亦可侦测电池组31的总电压，或是侦测电池组31内的各电池的电压。

侦测模组332并联电池组32，用以侦测电池组32的电压。侦测模组332可侦测电池组32的总电压，或是侦测电池组32内的各电池的电压。

本发明并不限制侦测模组331及332的侦测方式。侦测模组331的侦测方式可不同于侦测模组332。举例而言，侦测模组331可侦测电池组31的总电压，而侦测模组332是侦测电池组32内的各电池的电压。在本实施例中，侦测模组331及332是分别侦测电池组31及32内的各电池的电压。

控制模组333根据侦测模组331及332所侦测到的电压，决定是否使电池组31及32与外部装置34形成一回路。本发明并不限制控制模组333的位置。控制模组333可耦接于电池组31及外部装置34之间，或是耦接在电池组32及外部装置之间，或是耦接于电池组31及电池组32之间。本实施例是将控制模组333耦接于节点P2与P3之间。

当外部装置34为电源供应器，且电压大于电池组31及32的总电压时，则电池组31、32以及外部装置34所构成的回路称为充电回路。当外部装置34为负载装置，且其电压小于电池组31及32的总电压时，则电池组31、32以及外部装置34所构成的回路称为放电回路。

图4为侦测模组的一可能实施例的电路图。由于侦测模组331及332的动作原理相同，故仅以侦测模组331为例。如图所示，侦测模组331包括处理单元41及42、充电侦测单元43、放电侦测单元44。

由于每个处理单元是用以侦测单一电池的电压，故处理单元的数量需等于电池的数量。另外，侦测模组331亦可只具有充电侦测单元，或是放电侦测单元。在本实施例中，侦测模组331同时具有充电侦测单元43，以及放电侦测单元44。

处理单元41及42将电池311及312的电压分别输出予充电侦测单元43及放电侦测单元44。充电侦测单元43及放电侦测单元44根据电池311及312的电压，决定是否输出侦测信号D_1H或D_1L。

充电侦测单元43包括，比较器431及432，以及或非门433。而放电侦测单元44包括，比较器441及442，以及或非443。

首先，假设电池311及312为充电状态。当电池311或312的电压大于预设充电电压Ref_H时，则比较器431或432会输出高逻辑位准，使得或非门433输出低逻辑位准的侦测信号D_1H。

接着，假设电池311及312为放电状态。若电池311或312的电压小于预设放电电压Ref_L时，则比较器441或442会输出高逻辑位准，使得或非门443输出低逻辑位准的侦测信号D_1L。

图5a显示本发明的控制模组的第一实施例。控制模组333具有充电控制单元51，以及放电控制单元52。图5a中的侦测信号D_2H及D_2L分别为侦测模组332的充电侦测单元(未图示)及放电侦测单元(未图示)所输出的侦测信号。

充电控制单元51根据充电侦测单元所输出的侦测信号D_1H 及D_2H的逻辑位准，决定是否截止充电切换单元53。放电控制单元52根据放电侦测单元所输出的侦测信号D_1L及D_2L的逻辑位准，决定是否截止放电切换单元54。其中，充电控制单元51、放电控制单元52、充电切换单元53或放电切换单元54可包括一开关装置，例如，晶体管。

请参考图3及图4，当外部装置34为一电源供应器，且电压大于电池组31及32的总电压时，则电源供应器开始对电池组31及32进行充电的动作，使得电池组31及32与外部装置34间的回路称为充电回路。

当电池组31的电池311或312的电压大于预设充电电压Ref_H时，则充电侦测单元43输出低逻辑位准的侦测信号D_1H。当充电控制单元51接收到低逻辑位准的侦测信号D_1H时，则输出控制信号S₁，以截止充电切换单元53，进而切断电池组31及32与外部装置34间的充电回路。

当外部装置34为一负载装置，且其电压小于电池组31及32的总电压时，则电池组31及32开始对负载装置进行放电的动作，因此，于电池组31及32与外部装置34之间形成一放电回路。

当电池组31的电池311或312的电压小于预设放电电压Ref_L时，则放电侦测单元44输出低逻辑位准的侦测信号D_1L。当放电控制单元52接收到低逻辑位准的侦测信号D_1L时，则输出控制信号S₂，用以截止放电切换单元54，进而切断电池组31及32与外部装置34间的放电回路。

图5b显示本发明的控制模组的第二实施例。当电池组31或32内的任一电池的电压不在一电压范围内时，则控制模组333的控制单元53会输出控制信号S₃，用以截止切换单元55，进而切断电池组31及32与外部装置34之间的回路。

举例而言，一般锂离子电池的电压约在2.3V～4.35V之间。当电池的电压不在2.3V～4.35V之间时，则表示电池可能被过度充电或过度放电。因此，当侦测模组331侦测出电池311的电压不在一电压范围(例如2.3V～4.35V)内时，则需输出侦测信号D_1H 或是D_1L，以通知控制单元53。

图5c显示本发明的控制模组的第三实施例。如图所示，控制模组333内的控制单元56接收侦测信号D_2H或D_2L，而控制单元57接收侦测信号D_1H或D_1L。当控制单元56接收到低逻辑位准的侦测信号D_2H或D_2L时，则输出控制信号S₄，用以截止切换单元58，进而切断电池组31及32与外部装置34之间的回路。

当控制单元57接收到低逻辑位准的侦测信号D_1H或D_1L时，则输出控制信号S₅，用以截止切换单元59，进而切断电池组31及32与外部装置34之间的回路。

图6显示根据本发明一实施例所述的控制模组的一可能实施电路。请参考图5b，当侦测信号D_1H或D_1L及D_2H或D_2L均为高逻辑位准时，则光耦合开关532及535会被截止，用以导通光耦合开关533。当光耦合开关533导通时，则切换单元55会被导通，进而构成电池组31及32与外部装置之间的回路。

而在侦测信号D_1H或D_1L以及D_2H或D_2L中，若有其中一个侦测信号为低逻辑位准时，则光耦合开关532或535会被导通，用以截止光耦合开关533，使得切换单元55亦被截止，进而切断电池组31及32与外部装置之间的回路。

另外，在切换单元55内可包括一驱动单元(未图示)，其是用以将光耦合开关533所输出的信号转换成足以驱动切换单元55内的开关元件(未图示)，使得该开关元件为导通或截止状态。

综上所述，本发明的控制模组只需要一个切换单元，便能根据所有的电池组的电压，决定是否导通电池组与外部装置间的回路，故可大大地降低成本。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但该较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种更改和补充，因此本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

12：芯片 43：充电侦测单元

101～104、311、312、321、 44：放电侦测单元

322：电池 431、432、441、442：比较器

14、16：晶体管 433、443：或非门

30：控制系统 51：充电控制单元

31、32：电池组 52：放电控制单元

33：控制装置 53：充电切换单元

331、332：侦测模组 54：放电切换单元

333：控制模组 60、56、57：控制单元

34：外部装置 55、58、59：切换单元

41、42：处理单元 532、533、535：光耦合开关

Claims

1.一种控制系统，其特征在于包括：

一第一电池组，具有数个第一电池，该第一电池以串联方式连接；

一第二电池组，具有数个第二电池，该第二电池以串联方式连接；

一第一侦测模组，并联该第一电池组，用以侦测该第一电池组的电压；

一第二侦测模组，并联该第二电池组，用以侦测该第二电池组的电压；以及

一控制模组，根据该第一及第二侦测模组所侦测到的电压，决定是否使该第一及第二电池组与一外部装置形成一回路，该控制模组包括：

一切换单元，耦接于该第一电池组及该第二电池组之间，当该切换单元被导通时，便形成该回路，当该切换单元被截止时，便切断该回路；

一第一光耦合开关，具有一第一发光二极管以及一第一三极管，该第一发光二极管的阴极接收该第一侦测模组的侦测信号；

一第二光耦合开关，具有一第二发光二极管以及一第二三极管，该第二发光二极管的阴极接收该第二侦测模组的侦测信号；

一第三光耦合开关，具有一第三发光二极管以及一第三三极管，该第三三极管的集极的信号用以导通或截止该切换单元；

一电阻，耦接于该第三发光二极管的阳极与该第一三极管的集极之间，并耦接于该第三发光二极管的阳极与该第二三极管的集极之间；

一第一二极管，其阳极耦接该第一三极管的射极与该第三发光二极管的阴极，其阴极接地；以及

一第二二极管，其阳极耦接该第二三极管的射极，其阴极接地。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：当该外部装置为一电源供应器时，则该回路为一充电回路。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：当该外部装置为一负载装置时，则该回路为一放电回路。

4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：该第一侦测模组还具有一第一充电侦测单元，当该第一电池组的电压大于一第一预设充电电压时，则输出一第一侦测信号，用以切断该充电回路。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：该第二侦测模组还具有一第二充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一第二预设充电电压时，则输出一第二侦测信号，用以切断该充电回路。

6.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：该第二侦测模组还具有一充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一预设充电电压时，则输出一侦测信号，用以切断该充电回路。

7.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：该第一侦测模组还具有一第一放电侦测单元，当该第一电池组的电压小于一第一预设放电电压时，则输出一第一侦测信号，用以切断该放电回路。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于：该第二侦测模组还具有一第二放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一第二预设放电电压时，则输出一第二侦测信号，用以切断该放电回路。

9.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：该第二侦测模组还包括一放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一预设放电电压时，则输出一侦测信号，用以切断该放电回路。

10.一种控制装置，其特征在于用以使得一第一及第二电池组与一外部装置形成一回路，该第一及第二电池组均具有数个串联的电池，该控制装置包括：

一控制模组，根据该第一及第二侦测模组所侦测到的电压，决定是否形成该回路，该控制模组包括：

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于：当该外部装置为一电源供应器时，则该回路为一充电回路。

12.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于：当该外部装置为一负载装置时，则该回路为一放电回路。

13.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于：该第一侦测模组具有一第一充电侦测单元，当该第一电池组的电压大于一第一预设充电电压时，则输出一第一侦测信号，使得该控制模组切断该充电回路。

14.根据权利要求13所述的控制装置，其特征在于：该第二侦测模组具有一第二充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一第二预设充电电压时，则输出一第二侦测信号，使得该控制模组切断该充电回路。

15.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于：该第二侦测模组具有一充电侦测单元，当该第二电池组的电压大于一预设充电电压时，则输出一侦测信号，使得该控制模组切断该充电回路。

16.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于：该第一侦测模组具有一第一放电侦测单元，当该第一电池组的电压小于一第一预设放电电压时，则输出一第一侦测信号，使得该控制模组切断该放电回路。

17.根据权利要求16所述的控制装置，其特征在于：该第二侦测模组具有一第二放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一第二预设放电电压时，则输出一第二侦测信号，使得该控制模组切断该放电回路。

18.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于：该第二侦测模组包括一放电侦测单元，当该第二电池组的电压小于一预设放电电压时，则输出一侦测信号，使得该控制模组切断该放电回路。