TW201246750A - Electronic device using rechargeable batteries and battery status control method applicable thereto - Google Patents

Description

六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案是有關於一種使用多個可充電電池之電子產 品，其偵測該些可充電電池之溫度狀態以達成該些電池間 的熱平衡’並控制該些電池的充電操作。 【先前技術】 以目前的筆記型電腦、可攜式電子產品、甚至是電動 汽車、電動機車、電動腳踏車等電子產品而言，其内部會 安裝多組電池，以提供產品所需電力。這些電池組之間可 能呈現串聯或並聯的方式。 電池平衡在多組電池串聯/並聯的電子產品是屬於重 要議題。如果電池之間無法達成平衡的話，電池不但容易 發生危險，且電池老化速度快，又導致必須更換電池，造 成不環保的議題。 一般’影響電池平衡的因素有以下幾點：阻抗 (impedance)、自然老化（aging)、溫度（temperature)、位 置（placement)、靜態電壓/電流與動態電壓/電流。其中， 以電池溫度平衡是最重要因素。如果電池溫度因素控制得 宜的話，其他因素就可以被控制在許可範圍内。故而，如 何使不同電池間的溫度達成熱平衡乃是議題之一。 【發明内容】 本案係有關於一種使用多個可充電電池之電子產品 與其電池狀態控制方法，其偵測該些可充電電池之溫度狀 態以達成該些電池間的熱平衡，並控制該些電池的充電操 作。 '、 201246750 , • ΨΨ t ν/ν» « < & 根據本案一例，提出一種電子產品，包括：複數並聯 電池組；以及複數電池平衡電路，分別耦接至該些並聯電 池組，當該並聯電池組的溫度超過一預定溫度範圍時，該 電池平衡電路對該並聯電池組進行一熱平衡操作，以讓該 並聯電池組的溫度回到該預定溫度範圍内。 根據本案另一例，提出一種電子產品之電池狀態控制 方法，包括：偵測複數並聯電池組之各別溫度；當該並聯 電池組的溫度超過一預定溫度範圍時，對該並聯電池組進 行熱平衡操作，以讓該並聯電池組的溫度回到該預定溫 度範圍内；以及根據對該些並聯電池組之一溫度偵測結 果’控制對該些並聯電池組之一充電操作。 為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特 舉實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 第1圖顯示根據本案實施例之使用可充電電池之電 子產品之不意圖。第1圖顯示出多個電池間的串聯/並聯示 意圖。於本文中，將彼此串聯的電池稱為「串聯電池 :」如第1圖中之參考符號10 Α所示；將彼此並聯的電 池1〇稱為「並聯電池組」，如第】圖中之參考符號10B 所不。各並聯電池組10B更耦接至一相對應的電池平衡電 0所有的電池平衡電路200則輕接至充電控制器 100。電池平衡電路200用以使得並聯電池組1〇B能達成 熱平衡。充電控制器100會根據電池平衡電路2〇〇的偵測 結果來控制對所有並聯電池組10B的充電操作。 以3C產品或是電動車（電動汽車、電動機車、電動腳s 踏車）等電子產品而言，其電池會被串接以提供充電電壓 16.8V。通常，串聯4個電池單元10(假設每個電池單元提 供4.2V)即可輸出16.8V。雖然於第1圖中顯示出12個電 池單元10，但當知本案並不受限於此，可視需要而增/減 之。 第2圖顯不根據本案實施例之電池平衡電路之不意 圖。如第2圖所示，本案實施例之電池平衡電路200耦接 至單一並聯電池組10B。所以，以第1圖的情況而言，因 有4個並聯電池組，故需要4個電池平衡電路200。 電池平衡電路200至少包括：齊納二極體Z1〜Z2、 電容C1、矽控整流器U2、電阻R1〜R8、電晶體Q1與放 大器U1。放大器U1與電阻R3〜R8組成差動放大器（DA, differential amplifier)。 於本案中，對於並聯電池組，可設定其預定溫度範 圍。當並聯電池組的溫度超過此預定溫度範圍時，電池平 衡電路200試著達成讓此並聯電池組的溫度達成熱平衡 (也就是說，試著讓此並聯電池組的溫度回到預定溫度範圍 内）。相反地，如果並聯電池組的溫度並未超過此預定溫度 範圍時，電池平衡電路200可不進行熱平衡。不過，不論 此電池平衡電路200是否處於溫度熱平衡操作下，此電池 平衡電路200都不會影響到其他並聯電池組的狀況。 當並聯電池組10B的溫度超過此預定溫度範圍（亦 即，其溫度過高）時，電池平衡電路200會進行開路，以 達熱平衡。在此情況下，齊納二極體Z2會進入崩潰區， 使得由電池所發出的電流會流經電阻R1並觸發矽控整流 201246750 器U2的閘極，使得其陽極與陰極彼此導通。由於電阻本 身乃是良好的發熱體與功率消耗材料，故而，並聯電池組 10B的能量會消耗於電阻R1，以降低其溫度，達成熱平 衡。所謂的達到熱平衡比如是指，並聯電池組10 B的溫度 回到預定溫度範圍内（亦即，其溫度適中）。由第2圖可知， 在電池平衡電路200進行熱平衡操作時，電池的電流會流 經：Z1 —R1 — U2。而且，在此情況下，不同的並聯電池 組不會彼此受影響。 當並聯電池組10B達成熱平衡時，電晶體Q1會截 止，所以，電池的電流會經由電晶體Q1的本體二極體 (body diode)。由第2圖可知，在電池平衡電路200已達 成熱平衡操作時，電池的電流會流經：Z1 Q1。亦即， 在電池平衡電路200已達成熱平衡操作時，電池平衡電路 200會形成迴路，且不同的並聯電池組不會彼此影響。 電阻R4是每一電池組都有的熱電阻，且其放置位置 有關於整個並聯電池組的最差位置。電阻R4會連接至一 參考點R E F，且所有的並聯電池組共用此參考點R E F，亦 即，所有的並聯電池組都連接至此參考點REF。電阻R5 會連接至一外部電壓，以當成比較參考值。調整電阻 R6〜R8的話，貝ij可調整此並聯電池組的預定溫度範圍。另 外，更可利用一可變電阻控制器或調整器來加以控制電阻 值。齊納二極體Z1可以預防逆向的發生。 當此並聯電池組10B的溫度超過預定溫度範圍時， 放大器U1會輸出邏輯1;反之，放大器U1會輸出邏輯0。 由放大器U1所輸出的邏輯信號會輸入至第3圖中的D型 6 201246750 1 ” / vw / ·ΐ rv 正反計數器之一（Di)，j為 而言）。 q此整數，丨=0〜3(以第1圖的情況 同。:考第3 ^ ’其顯示根據本案實施例之累加示意 Θ 圖所不，各D型正反計數器310〜313的輸入 接，D1 D4輕接至各對應的電池平衡電路2〇〇所輸出的 邏輯#號。各D型正反計數器31〇〜313的輸出接腳Q1〜Q4 則輸入至累加電路314,以進行累加。下表1顯示出累加 電路314的累加真值結果。 201246750 Q1 Q2 Q3 Q4 Υ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 2 0 1 0 0 1 0 1 0 1 2 0 1 1 0 2 0 1 1 1 3 1 一 1 1 — 0 0 0 1 1 0 0 1 2 1 0 1 0 2 1 0 1 1 3 1 1 0 0 2 1 1 0 1 3 1 1 1 0 3 1 1 1 1 4 於枣累實施例中 —,. 勹低利电 >也/是:π兄/双电π，业』 電池、’且内的各電池在熱平衡下的電壓與内阻可能有所 ί:-且:來果 = 讓雷?/於滿容量下’其電池壽命會; 般來說將電池處於85%的電容量下 倍壽命。所以，㈣當某_㈣料衡料⑽ 201246750 信號為邏輯1時，則於充電時，會自動降—階電壓。假嗖 原本的滿充電電壓（所謂的滿充電電壓是指可將電池 到滿容量所用的充電電壓)為4_2V。降一階充電電壓的 話，則充電電壓可能比如降為4_15V(亦即，降一階代 0.05V) ° 如第1圖所示，由於並聯電池組為4組，當4組並聯 電池組所對應的電池平衡電路同時輸出邏輯彳時則充電 電壓會降4階（比如，變為4.0V)。相似地，如果原本有當 4組電池平衡電路同時輸出邏輯彳，後來有一組電池平^ 電路的輸出變成邏輯0而其餘三組電池平衡電路的輸出仍 邏輯1，則其充電電壓變為比如4.05V。 第4圖顯示根據本案實施例之充電控制流程圖。如第 4圖所示，於步驟410中，讀取丫值。接著，根據丫值， 來3又疋充電電壓與電池充電狀態。詳細地說，於步驟420A 中，丫=〇,故而，充電電壓為4_2V，且電池充電狀態（cap) 被設為100%。也就是說’在γ=〇的情況下，施加給單一 並聯電池組的充電電壓是4.2V，且將此並聯電池組内電池 充電至100%。當然’如果有Ν個並聯電池組的話，則充 電電壓為4.2V*N，其餘可依此類推。 於步驟420B中，Y=1，故而，充電電壓為415v， 且電池充電狀態（cap)被設為97%。於步驟420C中，丫=2, 故而，充電電壓為4.1V ’且電池充電狀態（cap)被設為 94%。於步驟420C中’ Y=3 ’故而，充電電壓為4.05V， 且電池充電狀態（cap)被設為91%。於步驟420D中，丫=4, 故而，充電電壓為4.0V，且電池充電狀態（cap)被設為 201246750 * ' *ww»**^ 88%。 於步驟430中’判斷電池是否已被充電到預定充電狀 態（比如’判斷電池的電容量是否已到達所預需的電池充狀 態cap)，如果是的話，則充電控制流程結果，否則，流程 回到步驟410。 第4圖之流程圖乃由第]圖中之充電控制器1〇 執行。 綜上所述，雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非 用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者在 不脫離本案之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾 因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍定者 為準。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示根據本案實施例之示意圖。 第2圖顯示根據本案實施例之電池平衡電路之示 圖。 〜、 第3圖顯示根據本案實施例之累加示意圖。 第4圖顯示根據本案實施例之充電控制流程圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 :電池 10A :串聯電池組 100 :充電控制器 Z1〜Z2 :齊納二極體 U2 :矽控整流器 Q1 ·’電晶體 10B :並聯電池組 200 :電池平衡電路 C1 :電容 R1〜R8 :電阻 U1 :放大器 201246750 DA :差動放大器 310〜313 : D型正反計數器 314 :累加電路 410〜430 :步驟

Claims (1)

1. 201246750 ‘， 七、申請專利範圍： 1· 一種電子產品，包括： 複數並聯電池組；以及 複數電池平衡電路，分別耦接至該些並聯電池組，當 該並聯電池組的溫度超過一預定溫度範圍時，該電池平衡 電路對該並聯電池組進行一熱平衡操作，以讓該並聯電池 組的溫度回到該預定溫度範圍内。 2·如申請專利範圍第1項所述之電子產品，其中， 當该並聯電池組的溫度超過該預定溫度範圍時，該電池平 衡電路處於一開路狀態。 3·如申請專利範圍第1項所述之電子產品，其中， 各電池平衡電路包括： 一第一齊納二極體，耦接至該並聯電池組； 一第二齊納二極體，耦接至該第一齊納二極體； 一第一電阻與一矽控整流器，耦接至該第一齊納二極 體； 一電晶體，辆接至該第一齊納二極體；以及 一差動放大器，耦接至該電晶體，偵測該並聯電池組 之溫度是否超過該預定溫度範圍； 其中，當該並聯電池組的溫度超過該預定溫度範圍 時，該第二齊納二極體進入一崩潰區，一電池電流流經該 第一齊納二極體與該第一電阻並觸發以導通該矽控整流 器，該並聯電池組的一能量消耗於該第一電阻，以降低溫 度而達成熱平衡；以及 當該並聯電池組達成熱平衡時，該電晶體被截止，使 12 201246750 » *' * W I l I V 得該電池電流流經該電晶體的—本體二極體。 、如申明專利範圍第1項所述之電子產品，更包括： 複數計數器，_至該些電池平衡電路，計數該電池 平衡電路之一偵測結果；以及 累加電路’接至該些計數^，累加該些計數器之 一計數結果。 5_如申請專利範圍第4項所述之電子產品，更包括: 充電控制器，耦接至該累加電路’該充電控制器根 該累加電路之一累加結果而控制對該些並聯電池組之 一充電操作。 6. 如申請專利範圍帛5項戶斤述之電子產品，其中， "亥充電控制益讀取該累加電路之該累加結果； 該充電控制器根據該累加結果，設定一充電電壓斑一 電池充電狀態；以及 〃 該充電控制器重複上述步驟，直到該些並聯電池組到 達該電池充電狀態。 7. —種電子產品之電池狀態控制方法，包括： 偵測複數並聯電池組之各別溫度； 當該並聯電池組的溫度超過一預定溫度範圍時，對該 並聯電池組進行-熱平衡操作，以讓該並聯電池組的溫度 回到該預定溫度範圍内；以及 又 根據對該些並聯電池組之一溫度偵測結果，控制對該 些並聯電池組之一充電操作。 8.如申請專利範圍第7項所述之方法，其中， 當該並聯電池組的溫度超過該預定溫度範圍時，消耗 201246750 該並聯電池組的一能1，以降低溫度而達成熱平衡。 9 _如申請專利她圍第7項所述之方法，更包括·· 計數該些並聯電池組之該溫度偵測結果；以及 累加該溫度偵測結果。 10.如申請專利範圍第9項所述之方法，更包括： 聯電池組之該充電操作。 根據該溫度偵測結果之一累加結果而控制對該些並 11.如申請專利範圍第1〇項所述之方法，其中 讀取δ玄累加結果； 根據該累加結果，設定— 態；以及 重複上述步驟， 狀態。 ^汉疋一充電電壓與一電池充電狀 直到該些並聯電池組到達該電池充電