DE112005003244T5

DE112005003244T5 - Verlustunterbindung für ein Batteriepaket

Info

Publication number: DE112005003244T5
Application number: DE112005003244T
Authority: DE
Inventors: Don Portland Nguyen
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2008-03-13
Also published as: US20060132093A1; WO2006069365A3; TW200640058A; CN101084448A; WO2006069365A2

Abstract

Batteriepaket, umfassend:
eine Batterieeinheit;
eine Steuerungsschaltung, welche durch die Batterieeinheit mit Strom versorgt werden kann; und
eine Unterbindungseinheit, die mit der Batterieeinheit und der Steuerungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Unterbindungseinheit für ein Überwachen eines Leistungspegels der Batterieeinheit und für ein Abschalten des Stroms zur Steuerungsschaltung eingerichtet ist, wenn der Leistungspegel unter einer bestimmten Schwelle liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Energieversorgungssystemen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Unterbinden eines Verlusts in einem Batteriepaket.
Hintergrund
Bei Notebook-Computern und verschiedenen anderen elektronischen Vorrichtungen wird häufig eine Stromversorgung durch eine Batterie verwendet, wenn eine Wechselstromquelle nicht verfügbar ist. Batterien umfassen häufig chemische Verbindungen, die gefährlich sein können. Beispielsweise können einige Chemikalien der Batterie explodieren oder heftig verbrennen, wenn sie überladen werden oder zu heiß werden. Daher werden bei vielen elektronischen Vorrichtungen „intelligente" Batteriepakete verwendet, die Ausfallsicherungsmechanismen umfassen, wie beispielsweise Steuerungsschaltungen, die den Betriebszustand einer Batterie überwachen und die Batterie abschalten können, wenn gefährliche Zustände erfaßt werden.
Die Schaltung in diesen Batteriepaketen verbraucht gewöhnlich eine gewisse Menge an Strom. So können sich die Batterien, selbst wenn ein Batteriepaket nicht in Gebrauch ist, langsam entladen. Dies wird häufig als ein Verlust des Batteriepakets bezeichnet. Wenn beispielsweise eine Steuerschaltung 50 Milliwatt in einem Batteriepaket mit einer Ladung von 50 Wattstunden verbraucht, kann das Batteriepaket durch den Verlust in ungefähr 1000 Stunden oder ungefähr 1,5 Monaten vollständig entladen werden.
Bei einigen Batteriechemikalien ist der Verlust lediglich ein Ärgernis. Lithiumionen-Batterien können beispielsweise gewöhnlich, selbst nachdem sie vollständig entladen sind, neu geladen werden. Eine Lithiumionen-Batterie kann ein umfangreiches Neuladen erfordern, wenn sie vollständig entladen ist, bleibt jedoch wahrscheinlich ansonsten unbeschädigt. Für andere Batteriechemikalien, wie beispielsweise einige neuere Chemikalien mit höherer Kapazität, kann ein Verlust jedoch fatal sein. Beispielsweise kann eine Dünnfilm-Festkörperbatteriezelle gewöhnlich nicht wieder aufgeladen werden, wenn sie unter ungefähr 1,2 Volt pro Zelle entladen wurde.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Beispiele der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen illustriert. Die beigefügten Zeichnungen beschränken jedoch nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung. Ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen ähnliche Elemente.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Steuerschaltung in einem Batteriepaket.
2 zeigt eine Ausführungsform einer Verlustunterbindungsschaltung in einem Batteriepaket.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Notebook-Computers, bei dem ein Batteriepaket verwendet werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der folgenden detaillierten Beschreibung sind zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Jedoch ist für den Fachmann verständlich, daß die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die abgebildeten Ausführungsformen beschränkt ist und daß die vorliegende Erfindung in einer Vielzahl alternativer Ausführungsformen realisiert werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht in Einzelheiten beschrieben. Teile der Beschreibung werden unter Verwendung einer Terminologie dargelegt, die allgemein vom Fachmann verwendet wird, um die Grundlagen seiner Arbeit anderen Fachleuten mitzuteilen. Ein wiederholter Gebrauch des Ausdrucks „in einer Ausführungsform" bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform, obwohl dies der Fall sein kann.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Probleme mit einem Kriechverlust eines Batteriepakets durch Überwachen des Spannungspegels eines Batteriepakets und Unterbrechen der Stromversorgung zur Steuerungsschaltung im Batteriepaket, wenn der Spannungspegel eine bestimmte Schwelle erreicht, beseitigt werden.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Funktionsblockdiagramms, das ein intelligentes Batteriepaket 100 wiedergibt. Das Batteriepaket 100 umfaßt einen Batteriestapel 120. Der Batteriestapel 120 kann eine oder mehrere Batteriezellen umfassen. Jede beliebige Anzahl von Batteriechemikalien einschließlich von Lithium-Ionen und Dünnfilm-Festkörpern kann verwendet werden. Die Batteriezellen können in Parallel-, Serienschaltung oder beidem angeordnet werden, abhängig davon, wieviel Spannung und Strom über die Ausgangsstromanschlüsse 180 und 190 benötigt werden.
Das Batteriepaket 100 umfaßt auch verschiedene Steuerungsschaltungselemente 110, 130, 140, 150, 160 und 170. Ein Schalter 110 kann das Batteriepaket durch Unterbrechen des Stapels 120 vom Stromanschluß 180 abschalten. Die Steuerungsschaltung 130 kann die geeigneten Signale zum Öffnen oder Schließen des Schalters 110 erzeugen.
Der Monitor 150 kann eine oder mehrere Eigenschaften des Batteriestapels 120 überwachen. Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt der Monitor 150 einen Gasmessungsmonitor, bei dem ein Reihenwiderstand 160 verwendet werden kann, um in den Batteriestapel während des Ladens eintretende Ladung und beim Liefern von Strom aus dem Batteriestapel austretende Ladung zu messen. Bei anderen Ausführungsformen kann jede beliebige einer Anzahl von Überwachungsvorrichtungen verwendet werden und es können andere oder zusätzliche Batterieeigenschaften überwacht werden.
Ein Schnittstellenkontroller 140 kann eine Eingabe vom Monitor 150 empfangen. Falls ein gefährlicher Zustand erfaßt wird, kann der Schnittstellenkontroller 140 die Schaltungssteuerung 130 instruieren, den Batteriestapel abzuschalten. Der Schnittstellenkontroller 140 ist auch mit einem Systemmanagement (SM)-Anschluß 170 gekoppelt. Wenn das Batteriepaket 100 dazu verwendet wird, eine Vorrichtung, wie beispielsweise einen Notebook-Computer, mit Strom zu versorgen, kann der Schnittstellenkontroller 140 mit der Vorrichtung über den SM-Anschluß 170 kommunizieren. Beispielsweise kann der Schnittstellenkontroller 140 Informationen vom Monitor 150 über den Zustand des Batteriestapels berichten. Der Schnittstellenkontroller 140 kann auch Befehle durch den SM-Anschluß 170 empfangen, um das Batteriepaket ein- oder auszuschalten.
Die Steuerungsschaltung im Batteriepaket 100 kann selbst dann Energie verbrauchen, wenn das Batteriepaket nicht in Gebrauch ist. Wenn dieser Verlust nicht kontrolliert wird, könnte dadurch der Batteriestapel 120 mit der Zeit vollständig entladen werden. Abhängig von der verwendeten Chemie der Batterie kann ein vollständiges Entladen des Batteriestapels zu einer übermäßig langen Wiederaufladeperiode fuhren oder kann die Batteriezellen in fataler Weise schädigen.
In 2 ist eine Ausführungsform einer Verlustunterbindungsschaltung in einem intelligenten Batteriepaket 200 gezeigt. Die Steuerungsschaltung 210 kann durch die Batterieeinheit 220 über einen Spannungsregler 230 mit Strom versorgt werden. Die Unterbindungsschaltung kann einen Spannungskomparator 250 und eine Spannungsreferenzschaltung 240 umfassen. Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt die Referenzschaltung 240 eine Bandlückenspannungsschaltung, die einen relativ konstanten Spannungspegel unter Verwendung eines breiten Bereichs von Eingangsspannungen liefern kann. Bei anderen Ausführungsformen kann jede beliebige einer Anzahl von Schaltungen verwendet werden, um eine Schwelle für die Unterbindungsschaltung zu liefern.
Mit dem Komparator 250 kann die Referenzspannung mit dem Spannungspegel der Batterieeinheit 220 verglichen werden. Sobald und falls die Batteriespannung auf oder unter die Schwelle fällt, die durch die Referenzspannung gesetzt ist, kann der Komparator 250 ein Abschaltsignal 260 zusichern (assert), um die Stromversorgung zur Steuerungsschaltung 210 durch Ausschalten des VR 230 zu unterbinden. Durch das Unterbrechen der Stromversorgung zur Steuerungsschaltung kann der Batterieverlust wesentlich reduziert oder beseitigt werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Schwellenspannung zur Unterbrechung der Stromversorgung zur Steuerungsschaltung beispielsweise gerade unter der minimalen Spannung liegen, die benötigt wird, um eine Vorrichtung mit Strom zu versorgen. Dadurch könnte die Zeit für ein Wiederaufladen nach einer längeren Untätigkeit reduziert werden. Beispielsweise kann ein Notebook-Computer in der Lage sein, bei einer Batterieleistung zwischen 13 Volt und 6 Volt zu arbeiten. Ein Batteriepaket 200 kann 12,6 Volt an den Notebook-Computer liefern, wenn es vollständig geladen ist. Wenn das Batteriepaket bis auf 6 Volt entladen ist, kann der Notebook-Computer abschalten. In diesem Fall kann die Schwellenspannung für die Verlustunterbindungsschaltung gerade unter 6 Volt, beispielsweise bei 5,8 Volt, liegen. Ohne einen signifikanten Verlust während einer längeren Untätigkeitsperiode kann der Spannungspegel höher bleiben, als er es ansonsten wäre, wodurch die Zeitdauer, die benötigt wird, wenn die Batterie gegebenenfalls neu geladen wird, potentiell reduziert wird.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Schwellenspannung zur Unterbrechung der Stromversorgung zur Steuerungsschaltung beispielsweise gerade über einer kritischen Spannung für die Batteriezellen liegen. Beispielsweise wäre es denkbar, daß eine Dünnfilm-Festkörperbatteriezelle nicht wiederaufgeladen werden kann, wenn die Spannung unter 1,2 Volt fällt. In diesem Fall könnte die Schwellenspannung für einen Batteriestapel, der drei Dünnfilm-Festkörperzellen in Reihenschaltung umfaßt, auf 3,6 Volt oder 1,2 Volt multipliziert mit der Zahl von Batteriezellen in Serienschaltung gesetzt werden.
In 3 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Notebook-Computers 310 gezeigt, bei dem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Der Computer 310 umfaßt eine Anzahl von elektrischen Lasten 340. Die Lasten 340 können beispielsweise einen Prozessor, Speichervorrichtungen, eine Anzeige und dergleichen umfassen. Die Lasten können mit einem AC/DC-Adapter 320 oder einem intelligenten Batteriepaket 370 mit Strom versorgt werden. Das Batteriepaket 370 kann auch durch den Adapter 320 wiederaufgeladen werden. Der Computer 310 kann eine Schaltung 330 verwenden, um zwischen den verschiedenen Stromquellen und Wiederaufladekonfigurationen umzuschalten.
Wenn beispielsweise der Adapter 320 ausgesteckt ist und das Batteriepaket 370 ausreichend geladen ist, können durch die Schaltung 330 Lasten 340 zum Batteriepaket 370 umgeschaltet werden. Wenn der Adapter 320 wieder eingesteckt ist, kann die Schaltung 330 Lasten 340 zurück zum Adapter 320 umschalten und kann auch in der Lage sein, das Batteriepaket 370 gleichzeitig wiederaufzuladen.
Der Computer 310 umfaßt auch einen Systemmanagement-Kontroller (SMC) 360. Der SMC 360 kann verwendet werden, um mit der Steuerungsschaltung im Batteriepaket 370 zu kommunizieren. Beispielsweise kann der SMC-Kontroller 360 die Steuerungsschaltung instruieren, das Batteriepaket in bestimmten Situationen abzuschalten, wenn beispielsweise die Batteriespannung unter die minimale Spannung fällt, die vom Computer erforderlich ist.
Die gezeigte Ausführungsform umfaßt auch einen Batterieanschluß 350, so daß das Batteriepaket 370 entfernt, wieder eingefügt oder ersetzt werden kann. Bei anderen Ausführungsformen kann das Batteriepaket eine feste Komponente im Computer sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung primär im Kontext von Batteriepaketen von Notebook-Computer beschrieben wurde, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl elektronischer Vorrichtungen, wie beispielsweise Videokameras, tragbaren Rechenvorrichtungen, Mobiltelefonen, Computer-Tabletts, etc. verwenden werden.
In den 1-3 ist eine Anzahl von implementierungsspezifischen Einzelheiten gezeigt. Es kann sein, daß bei anderen Ausführungsformen nicht alle der gezeigten Elemente umfaßt sind, zusätzliche Elemente umfaßt sind, Elemente anders angeordnet sind, eines oder mehrere Elemente kombiniert sind und dergleichen. Darüber hinaus kann jede einer Anzahl von alternativen Hardwareschaltungen verwendet werden, um die verschiedenen oben beschriebenen Funktionen auszuführen.
Somit wurde eine Verlustunterbindung für ein Batteriepaket beschrieben. Während nach dem Lesen der vorangehenden Beschreibung viele Abwandlungen und Modifizierungen der vorliegenden Erfindung für einen Fachmann denkbar sind, sollte verständlich sein, daß die beispielhaft gezeigt und beschriebenen speziellen Ausführungsformen nicht als beschränkend betrachtet werden sollen. Daher sind Bezugnahmen auf Einzelheiten bestimmter Ausführungsformen nicht als Beschränkung des Umfangs der Ansprüche zu verstehen.
Zusammenfassung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Probleme mit einem Batteriepaketverlust durch Überwachen eines Leistungspegels eines Batteriepakets und Unterbrechen einer Stromversorgung zur Steuerungsschaltung im Batteriepaket, wenn der Stromversorgungspegel eine bestimmte Schwelle erreicht, reduzieren oder eliminieren.

Claims

Batteriepaket, umfassend: eine Batterieeinheit; eine Steuerungsschaltung, welche durch die Batterieeinheit mit Strom versorgt werden kann; und eine Unterbindungseinheit, die mit der Batterieeinheit und der Steuerungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Unterbindungseinheit für ein Überwachen eines Leistungspegels der Batterieeinheit und für ein Abschalten des Stroms zur Steuerungsschaltung eingerichtet ist, wenn der Leistungspegel unter einer bestimmten Schwelle liegt.
Batteriepaket nach Anspruch 1, wobei die Batterieeinheit eine oder mehrere Dünnfilm-Festkörperbatteriezellen umfaßt.
Batteriepaket nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung umfaßt: eine Umschaltschaltung, um wahlweise die Batterieeinheit von einem Stromversorgungsanschluß des Batteriepakets abzukoppeln; eine Überwachungsschaltung, um zumindest eine Eigenschaft der Batterieeinheit zu überwachen und ein Signal zumindest teilweise basierend auf der (den) Eigenschaft(en) zu liefern; und einen Schnittstellenkontroller, um die Umschaltschaltung zumindest teilweise basierend auf dem Signal von der Überwachungsschaltung zu steuern.
Batteriepaket nach Anspruch 3, welches des weiteren umfaßt: einen Systemmanagementanschluß, der mit dem Schnittstellenkontroller gekoppelt ist, wobei der Schnittstellenkontroller eingerichtet ist, die Umschaltschaltung basierend ebenfalls auf einer Eingabe vom Systemmanagement-Anschluß zu steuern.
Batteriepaket nach Anspruch 1, wobei die Unterbindungseinheit umfaßt: eine Referenzspannungsschaltung, wobei die spezielle Schwelle eine Referenzspannung ist, die durch die Referenzspannungsschaltung erzeugt wird; und einen Spannungskomparator, um einen Spannungspegel der Batterieeinheit mit der Referenzspannung zu vergleichen und ein Abschaltsignal an die Steuerungsschaltung basierend auf dem Vergleich zu liefern.
Batteriepaket nach Anspruch 5, wobei die Referenzspannungsschaltung eine Bandlückenschaltung umfaßt.
Batteriepaket nach Anspruch 5, wobei die Referenzspannung 1,2 Volt multipliziert mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen in der Batterieeinheit umfaßt.
Batteriepaket nach Anspruch 5, wobei die Steuerungsschaltung einen Spannungsregler umfaßt, um Strom für die Steuerungsschaltung zu erzeugen, wenn das Abschaltsignal nicht zugesichert (asserted) ist.
Verfahren, umfassend: Überwachen eines Leistungspegels einer Batterieeinheit in einem Batteriepaket, wobei das Batteriepaket eine Steuerungsschaltung umfaßt, die durch die Batterieeinheit mit Strom versorgt wird; und Unterbrechen des Stroms zur Steuerungsschaltung, wenn der Leistungspegel unter einer bestimmten Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Überwachen des Leistungspegels des Batteriepakets umfaßt: Erzeugen einer Referenzspannung als die spezielle Schwelle; und Vergleichen eines Spannungspegels der Batterieeinheit mit der Referenzspannung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Unterbrechen des Stroms zur Steuerungseinheit umfaßt: Liefern eines Abschaltsignals an die Steuerungsschaltung basierend auf einem Vergleich des Spannungspegels der Batterieeinheit mit der Referenzspannung.
System, umfassend: einen mobilen Computer; und ein Batteriepaket, wobei das Batteriepaket umfaßt: eine Batterieeinheit; eine Steuerungsschaltung, die durch die Batterieeinheit mit Strom versorgt werden kann; und eine Unterbrechungseinheit, die mit der Batterieeinheit und der Steuerungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Unterbrechungseinheit eingerichtet ist, einen Leistungspegel der Batterieeinheit zu überwachen und den Strom zur Steuerungsschaltung zu unterbrechen, wenn der Leistungspegel unter einer bestimmten Schwelle ist.
System nach Anspruch 12, wobei die Batterieeinheit eine oder mehrere Dünnfilm-Festkörperbatteriezellen umfaßt.
System nach Anspruch 12, wobei die Unterbrechungseinheit umfaßt: eine Referenzspannungsschaltung, wobei die spezielle Schwelle eine Referenzspannung ist, die durch die Referenzspannungsschaltung erzeugt wird; und einen Spannungskomparator, um einen Spannungspegel der Batterieeinheit mit der Referenzspannung zu vergleichen und ein Abschaltsignal an die Steuerungsschaltung basierend auf dem Vergleich zu liefern.
System nach Anspruch 14, wobei die Referenzspannungsschaltung eine Bandlückenschaltung umfaßt.
System nach Anspruch 14, wobei die Referenzspannung 1,2 Volt multipliziert mit einer Anzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen in der Batterieeinheit umfaßt.
System nach Anspruch 14, wobei die Steuerungsschaltung einen Spannungsregler umfaßt, um eine Leistung für die Steuerungsschaltung zu erzeugen, wenn das Abschaltsignal nicht zugesichert (asserted) ist.