TW200905945A

TW200905945A - Battery module and charge and discharge method thereof

Info

Publication number: TW200905945A
Application number: TW096126994A
Authority: TW
Inventors: Wei-Ting Yen
Original assignee: Quanta Comp Inc
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-02-01
Also published as: TWI344231B; US7986130B2; US20090027008A1

Description

200905945

f/83PA 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明是有關於一種電別熹右關认兒池松組及其充放電方法，且特另J疋有關於-種利用正溫度

Coefficient l lVeTemPerat㈣感測電池溫度，以對應調整充放電連度之電池模組及其充放電方法。【先前技術】屮新在^子科技急速發展的今日’各式電子裂置不斷推陳出新°人們在處理各種事務及休社活中，大量利用電子 f置以享受科技所帶來的便利性。其中，電子裝置的電力來源即來自於電池模組。請參照第1圖’其I會示係為傳統電池模組之方塊示意圖。傳統電池模組10包括電地11〇及充放電電路14〇，且電池110例如為鐘電池（Li_I〇nBattery)。充放電電路14〇係耦接於電池110，且電池11〇可經由充放電電路14〇接收一外部電源，以進行充電。此外，電池u〇亦可經由充放電電路140提供電力，以供外部電子裝置使用。。月參照第2圖’其繪示係為電池1 1 〇之電壓、電流及溫度之量測波形圖。曲線210用以表示電池11〇之溫度，而曲線220用以表示電池11〇之兩端電壓，曲線23〇則用以表示流經電池11 〇之電流。電/也110係、充放電電路140 ’以”恒流（consent current)恆壓（constant voltage)”的充電方式進行充 200905945

783PA 電。亦即，電池no係先以值定電流進行電池no兩端之電錢顺定的電魏時，纽=者，當即停止對電池^進行充電。之後，流經電池^^140 將降至很小，隶後逐漸趨於焚。之·電流然而，此種控制方式容易造成電池過熱外，當溫度過熱時，容易造成電池爆裂又= 用者的安全。敢夏地影響使【發明内容】本發明係有_肢溫度魏（p〇si〜

Temperature Coefficient，PTC)元件感測電池产户e 對應調整充放電速度之電池模組及其充放電方法’从來，不僅能有效地避免電池因過熱而燒毁’更能預的爆裂，以提高使用者操作上的安全性。：也根據本發明，提出-種電池模組。電池模組池、充放電電路、溫度感測電路及充放電速度控制充放電電路係耦接於電池。而溫度感測電路更包括正^ 係數（Positive Temperature Coefficient，pTC)元件皿度正溫度係數元件用以感測電池之溫度，使得溫度感根據電池之溫度輸出第-類tMf號。充放電速度控制= 用以根據第-類比信號輸出〜控制信號至充放電電路，= 調整電池之充放電速度。 Λ 根據本發明’提出-種電池模組之充放電方法。電模組包括電池、級電電路、溫度感測電路及充放電控制 200905945

—叫·^ ,—83PA 電路，且充放電方法包括如下步驟： &七、正，皿度係數（Positive Temperature 、:icient，pTC)元件感測電池之溫度。接著，溫度感 ^路根據電池之溫度輸出第—類比信號。最後，充放電 :W路根據第-類比信號輸出控制信號至充放電電路，以調整電池之充放電速度。杏為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉一較 ( 佳A ；^例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：【實施方式】請參照第3圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的一種電池模組之方塊示意圖。電池模组3◦包括電池31〇、溫度感測電路320、充放電速度控制電路33〇及充放電電路 340。其中，電池310例如為鋰電池（L卜I〇n Bat1：ery)。充放電電路340係耦接於電池31〇，且電放電電路⑽触-料電源，《進行充電。此 310亦可經由充放電電路340提供電力，以供外部電子裝置使用。溫度感測電路320更包括正溫度係數（p〇sitive

Temperature Coefficient，PTC)元件 322。正溫度係數元件322用以感測電池310之溫度，使得溫度感測電路32〇根據電池310之溫度輸出類比信號§ 1。充放電速度控制電路330根據類比信號S1輪出控制信號S2至充放電電路 340，且充放電電路340根據控制信號S2調整電池31〇之 200905945

一— /83PA 充放電速度。一般來說，電池之充放電速度可以1C、〇. 5C及〇. 1C 等方式表示。舉例來說，使用1000mA的電流對規格為 10 0OmAh之電池進行充電，則充放電速度即為1 c。若改以 500mA的電流對規格為i〇〇〇mAh之電池進行充電，則充放電速度即為0. 5C。同樣地，若改以i〇〇mA的電流對規格為 lOOOmAh之電池進行充電，則充放電速度即為〇. 1C。，電池模組30經由正溫度係數元件322感測電池310 之溫度’使得電池310之充放電速度能根據其溫度進行適當地調整。如此一來，不僅能有效地避免電池310因過熱而燒毀’還能達到充飽的效果，更能預防電池31〇的爆裂，以提高其安全性。請參照第4圖，其繪示係為電池310之電壓、電流及溫度之量測波形圖。曲線410用以表示電池310之溫度，而曲線420用以表示電池31〇之兩端電壓，曲線43〇則用以表示電池310之電流。當電池310之溫度低於6(TC時，充放電速度控制電路330控制充放電電路340以1C的充放電速度對電池31〇進行快速充電。此時，溫度上升會很快，且電池31〇之兩端電壓對應也會迅速上升致電壓V2。然後’當電池310之溫度高於或等於60°C，且低於 7〇。〇時’充放電速度控制電路330控制充放電電路340改以0. 5C的充放電速度對電池310進行正常充電。此時，溫度缓慢上升，且電池310之兩端電壓由電壓V2上升至 200905945

—* a »r j / 33PA 電壓V3。之後，當電池310之溫度高於或等於7〇。匚， 80 C日寸’充放電速度控制電路33〇控制充放電電路3^*於以0. 1C的充放電速度對電池31〇進行慢速充電。此0改溫度更緩慢上升，且電池310之兩端電壓由電壓”上至電壓V4。升最後，當電池310之溫度高於或等於8〇。匚時，由於 r 電池31(3已被充飽，因此，充放電速度控制電路33〇控制充放電電路340停止對電池310進行充電。流經電池31〇之電流將降至很小，最後逐漸趨於零。請參照第5圖，其繪示係為溫度感測電路32〇之細部電路圖。溫度感測電路320包括正溫度係數元件322、電阻R1及可變電阻VR1，且第一電阻R1、可變電阻VR1係與正溫度係數元件322串接。進一步來說，正溫度係數元件322之一端係耦接至直流電源VDD，而另一端耗接至電阻Ri之一端。電阻ri之另一端係輕接至可變電阻VR1之一端，而可變電阻VR1之另一端係耦接至一接地端。當電池31〇之溫度改變時，類比信號S1之大小即隨之改變。充放電速度控制電路330 根據類比信號si之大小控制充放電電路340以不同的充放電速度對電池310進行充電。請參照第6圖’其繪示係為充放電速度控制電路330 之方塊示意圖。充放電速度控制電路3 3 〇包括感測換組 332、類比數位轉換器334及微控制器336。其中，類比數 200905945 位轉換器334可選擇性地配置於微控制器336之中，或於獨立微控制器336之外。感測模組332用以將類比信號幻轉換為類比信號S3後’輸出至類比數位轉換器334。類、比數位轉換器334將類比信號％轉換為數位信號S4後，輪出至微控制器336。微控制器336根據數位信號S4輸出控制信號S2至充放電電路34〇’以調整電池31〇的充放電^ 度。、 . 此外’充放電速度控制電路330亦可僅包括類比數仅轉換器334及微控制器336。類比數位轉換器334將溫度感測電路320輸出之類比信號S1轉換為數位信號S4後，輸出至微控制器336。微控制器336即根據數位信號S4輸出控制信號S2至充放電電路34〇,以調整電池310的充放電速度。請參照第7圖，其繪示係為感測模組332之方塊示意圖。感測模組332包括電壓隨耦器3322、反相加法器 3324、反相放大器3326、電阻R2及齊納二極體邡。電壓隨耦器3322係經反相加法器3324耦接至反相放大器 3326 ’且反相放大器3326係經電阻R2耦接至齊納二極體 ZD ° 電壓隨耦器3322接收類比信號S1，並據以輸出類比信號S5。反相加法器3324根據類比信號S5及參考信號 S6輸出類比信號S7。其中，參考信號S6例如為—12V。反相放大器3326用以將類比信號S7反相放大，以輸出類比信號S2。 200905945

二连編· i w j，d3PA 進一步來說，電壓隨耦器3322包括運算放大器0P1，且運算放大器0P1之輸出端係與運算放大器0P2之反相輸入端電性連接。而運算放大器0P1之非反相輸入端用以接收類比信號S1。反相加法器3324包括運算放大器0P2、電阻R3、電阻R4、電阻R5及可變電阻VR2。電阻R3之兩端分別耦接至運算放大器0P2之反相輸入端及輸出端，且電阻R4之；兩端分別耦接至運算放大器0P2之反相輸入端及運算放大器0P1之輸出端。可變電阻VR2係經電阻R5耦接至運算放大器0P2之反相輸入端。反相放大器3326包括運算放大器0P3、電阻R6及電阻R7 °電阻r6之兩端分別耦接至運算放大器〇p2之輸出端及運算放大器0P3之反相輸入端。而電阻R7之兩端分別麵接至運算放大器〇P3之輸出端及反相輸入端。請參照第8圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的一種充放電方法之流程圖。充放電方法係用於上述電池模組 30 ’且包括如下步驟：首先如步驟810所示，提供正溫度係數元件322感測電池310之溫度。接著如步驟820所示，溫度感測電路320 根據電池31 〇之溫度輸出類比信號幻。充放電控制電路 330根據類比信號S1輸出控制信號S2至充放電電路34〇, 以調整電池310之充放電速度。本發明上述貫施例所揭露之電池模組及其充放電方法，係利用正溫度係數元件；322感測電池310之溫度，使 11 200905945

—/cc/iymjμL· ' ·»· ”-w83PA 得電池310之充放電速度能根據其溫度進行適當地調整。如此一來，不僅能有效地避免電池310因過熱而燒毀，更能預防電池310的爆裂，以提高其安全性。綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 12 200905945 —U *. » τ «ί I 〇3P A. 【圖式簡單說明】第1圖繪示係為傳統電池模組之方塊示意圖。第2圖繪示係為電池110之電壓、電流及溫度之量測波形圖。第3圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種電池模組之方塊示意圖。第4圖繪示係為電池310之電壓、電流及溫度之量測波形圖。第5圖繪示係為溫度感測電路320之細部電路圖。第6圖繪示係為充放電速度控制電路330之方塊示意圖。第7圖繪示係為感測模組332之方塊示意圖。第8圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種充放電方法之流程圖。 13 200905945 ——A^/inte'jyu ' -*· 【主要元件符號說明】 10 :傳統電池模組 30 :依照本發明較佳實施例的一種電池模組 110、310 :電池 140、340 :充放電電路 320 :溫度感測電路 322 :正溫度係數元件 330 :充放電速度控制電路 Γ 332:感測模組 334 :類比數位轉換器 336 :微控制器 3322 :電壓隨耦器 3324 :反相加法器 3326 :反相放大器 810~830 :流程步驟 OP1、OP2、OP3 :運算放大器

Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7 :電阻 VR1、VR2 :可變電阻 Z D :齊納二極體 14

Claims

200905945 二透綱肌· 1 vv j /33PA 十、申請專利範圍： 1. 一種電池模組，包括：一電池；一充放電電路，係耦接於該電池；一溫度感測電路’用以根據該電池之溫度輸出一第一類比信號，該溫度感測電路包括： r 正溫度係數（Positive Temperature Coefficient’ PTC)元件，用以感測該電池之溫度；以及一充放電速度控制電路，用以根據該第—類比信號輸出-控制信該纽電電路，以觀該電池之充放度。 2. 如申請專利範圍第】項所述充放電速度控制電路包括：模、及其中5玄一類比數位轉換器，用以將該第一數位信號；以及 *比信號轉換為一一微控制器，用以根據該數位信梦 3. 如申料鄉圍第2項所述餘制信號。類比數位轉換器係配置於該微控制器。電池模組，其中該 4. 如申請專利範圍第〗項所述之充放電速度控制電路包括： ’也模組，其中該一感測模組，用以將該第一類比比信號； &〜轉換為一第二類一類比數位轉換器，用以將該第一數位信號；以及类員比信號轉換為一 15 200905945 -微控制H ’用以根據該數位信號輸出該控制信號。、5.如申請專利範圍第4項所述之電池模組，其令該感測模組及該類比數位轉換器係配置於該微控制器。 6. 如申請專利範圍第4項所述之電池模組，其中該感測模組包括：人 -電壓_器’用以接收該第—類比信號，並據出一第三類比信號；反相加法5 ’用以根據該第三類比信號及—參考信號，輸出一第四類比信號；以及口一反相放大器，用以㈣四類比信號反相放大後輪該第二類比信號。 7. 如申請專利範圍第6項所述之電池模組，其中該反相加法器包括：一運算放大器； \ 第電阻’該第-電阻之兩端分別搞接至該運算放大器之反相輸入端及輸出端；一第二電阻，該第二電阻之—端係減至該運算放大器之反相輸入端；一第三電阻；以及第可變電阻’係經該第三電阻轉接至該運算放大器之反相輸入端。感測括請專利範圍第6項所述之電池模組，其中該一齊納二極體；以及 16 200905945 13?A 一弟一電阻，該反相放大器係經該第—電阻轉接至該齊納二極體。 9.如申請專利範圍第丨項所述之電池模組，其令該溫度感測電路更包括：〃一第一電阻；以及一第「可變電阻’該第一電阻及該第一可變電阻係與该正溫度係數元件串接。 \ 10· -種電池模組之充放電方法，該電池模組包括一電池、-減電電H度相t路及路，該充放電方法包括：电控制電提供一正溫度係數（Positive Temperature Coefficient, PTC)元件感測該電池之溫度；該溫度感測電路根據該電池之溫度輸出信號；以及㉙比該充放電控制電路_該第—類_號輸出信號至該充放電電路，以調整該電池之充放電逮度 11.如申請專利範圍第1〇項所述之充放電二盆中該充放電速度控制電路包括： /、數位:號類比：轉換器’用以將該第-類比信號轉換為- =用《根據該數位信號輸出該控制信號。申5月專利範圍帛11項所述之充放電方、U 中該類比數位轉換H餘置於該微控制^。彳八 17 200905945 -^xznmM/u 中兮充放二^專利範圍第1G項所述之充放電方法，其中該充放每速度控制電路包括：比信發:感測模組，用以將該第_類比信號轉換為_第二類數位錢類ΓίΓ換8，Μ縣第二類比錢轉換為一 :微控制器，心根據該數位信號輸出該控制信號。 • *申β專利Ι&ϋ第13項所述之充放電方法，立中該感測触及_比數位轉換㈣配置於额控制I > 15.如申請專利範圍第13項所述之充放電方法，其中S亥感測模組包括：八 -電壓_器’用以接收該第—類比信號，並據以輸出一第三類比信號； β -反相加法ϋ ’用以根據該第三類比信號及一參考信號，輸出一第四類比信號；以及一反相放大H’用以該第喃比信號反相放大後輸出該第二類比信號。 16.如申請專利範圍第15項所述之充放電方法，其中該反相加法器包括：一運算放大器；第電阻，該第-電阻之兩端分別搞接至該運算放大器之反相輸入端及輸出端； -第-心第二電阻之—端彳錄接至該運算放大器之反相輸入端； 18 200905945 -· a ττ -» / υ 3PA 一第三電阻；以及一第一可變電阻，係經該第三電阻耦接至該運算放大器之反相輸入端。 Π.如申請專利範圍第15項所述之充放電方法，其中該感測模組包括： —齊納二極體；以及一第一電阻，該反相放大器係經該第一電阻耦接至該 , 齊納二極體。 18.如申請專利範圍第10項所述之充放電方法，其中該溫度感測電路更包括：一第一電阻；以及一第一可變電阻，該第一電阻及該第一可變電阻係與該正溫度係數元件串接。 19