TW201308811A - 備用電池保護系統 - Google Patents

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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection

Abstract

本發明係揭露一種備用電池保護系統，係用於保護供電至負載的備用電池，其包含開關單元以及過放電保護模組，開關單元係用以切換該備用電池對該負載的供電，當過放電保護模組於備用電池之電壓低於第一預設電壓時關閉開關單元，使備用電池停止放電，並於備用電池停止放電後之電壓回昇至高於第二預設電壓時始再次開啟開關單元。

Description

備用電池保護系統
本發明係關於一種電池保護系統，更特別的是關於一種根據備用電池之電壓來控制該備用電池是否供電的備用電池保護系統。
傳統電池在大電流且深度過放電時會造成電池不可逆的損壞，進而影響電池之使用壽命，為避免電池過放電的情況發生，通常在電池與負載單元之間，會設計一過放電保護裝置。
一般之過放電保護裝置係利用單顆電晶體做為電池供電的簡易開關，該電晶體係根據偵測之電池電壓，而判斷是否導通或關閉，以避免電池過度放電。雖然在偵測到電池之電壓過低時會關閉電池以停止負載的電源供應，然而，當電池停止供電後通常會有電壓的小幅提升，若提升後的電壓又高於電晶體所設定的門檻值時，電晶體就又會被導通，造成電池的再次供電，但是因啟動之電流輸出通常會比較大，造成電池電壓又立即下降而低於該門檻值，電晶體再次被關閉，電池再次停止供電。因此，雖然習知技術能避免電池之過度放電，但卻同時增加電池反復切換之次數，以及系統(負載)的反覆開關機，如此，通常會對電池造成不良影響也會造成系統的不穩定。
本發明之一目的在於保護備用電池，避免該備用電池因過放電而損壞。
本發明之另一目的在於減少備用電池的反覆切換以延長備用電池使用壽命。
為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種備用電池保護系統，其係用於保護供電至負載的備用電池，其包含：開關單元以及過放電保護模組。開關單元係連接於備用電池與負載之間，以切換備用電池對該負載的供電。過放電保護模組係連接於備用電池與開關單元，該過放電保護模組至少設定有一第一預設電壓及一第二預設電壓，以基於備用電池之電壓控制開關單元。過放電保護模組係於備用電池之電壓低於第一預設電壓時關閉開關單元，使備用電池停止供電，並於備用電池停止放電後之電壓回昇至高於第二預設電壓時開啟開關單元，使該備用電池進行供電。
於一實施例中，該過放電保護模組包含：分壓單元、比較單元以及控制單元。分壓單元係連接備用電池以將備用電池之電壓分壓為第一分壓電壓及第二分壓電壓。比較單元係連接分壓單元，以將第一分壓電壓及第二分壓電壓各別與基準電壓作比較，並輸出比較後所對應產生的第一比較訊號及第二比較訊號，其中，於該第一比較訊號中，該第一分壓電壓是否低於該基準電壓係代表備用電池之電壓是否低於第一預設電壓；於該第二比較訊號中，該第二分壓電壓是否高於該基準電壓係代表備用電池之電壓是否高於第二預設電壓。控制單元係連接比較單元及開關單元，該控制單元係依據該第一比較訊號及該第二比較訊號控制開關單元切換該備用電池對該負載的供電。
於一實施例中，該控制單元係用以於第一比較訊號代表備用電池之電壓高於第一預設電壓且第二比較訊號代表備用電池之電壓低於第二預設電壓時維持開關單元的狀態，以及，用以於第一比較訊號代表備用電池之電壓高於第一預設電壓且第二比較訊號代表備用電池之電壓高於第二預設電壓時開啟開關單元。
於一實施例中，其中該負載係可為可攜式電子裝置。
藉此，本發明之備用電池保護系統係藉由過放電保護模組以將第一分壓與第二分壓分別與基準電壓比較，並根據第一比較訊號與第二比較訊號，以切換該開關單元，進而控制備用電池輸出至負載之開啟與關閉，有效解決電池反覆供電造成電池壽命降低及負載系統不穩定之問題。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：請參考第1圖，係本發明於一實施例中之備用電池保護系統示意圖，如圖所示，備用電池保護系統100包含：過放電保護模組120以及開關單元130。電池保護系統100係連接於備用電池110與負載140之間，以對備用電池110之供電提供一種備用電池110的保護機制，而於備用電池110之電壓低於第一預設電壓時關閉開關單元130，使備用電池110停止放電，並於備用電池110停止放電後之電壓回昇至高於第二預設電壓時才會再次開啟開關單元130。
開關單元130係連接於備用電池110與該負載140之間，該開關單元130串接於備用電池110供應電力予負載140的路徑上，用以開啟(通路)或關閉(斷路)對該負載140的供電。過放電保護模組120係連接於備用電池110以及開關單元130間，藉由對備用電池110之電壓狀態的偵測來控制開關單元130的開啟(通路)或關閉(斷路)。
於一實施例中，過放電保護模組120可包含：分壓單元122、比較單元124以及控制單元126。於一實施例中，比較單元124及控制單元126可整合為一IC晶片，而將各個邏輯元件、運算元件、電子元件等元件集成一電路。
比較單元124係連接於分壓單元122與控制單元126間。分壓單元122係連接備用電池110。備用電池110之電壓VIN提供給分壓單元122後，分壓單元122將其分壓為第一分壓電壓VLTH及第二分壓電壓VHTH，並傳遞給比較單元124。其中，第一分壓電壓可被設定為低臨界電壓(Low-Voltage threshold)，同時，第二分壓電壓可被設定為高臨界電壓(High-Voltage threshold)。
過放電保護模組120中可具有一基準電壓Vref，舉例來說，當前述之整合了比較單元124及控制單元126的IC晶片通電運作時，即可對應地產生預設的該基準電壓Vref，由於基準電壓Vref的設定方式對熟悉該項技術者來說係可根據本發明之技術特徵而輕易地了解及完成，於此不再贅述。
比較單元124係將第一分壓電壓VLTH與基準電壓Vref比較，以產生第一比較訊號S1。第二分壓電壓VHTH亦與基準電壓Vref比較以產生第二比較訊號S2。由第一比較訊號S1所代表的是備用電池110之電壓VIN是否低於該第一預設電壓，而第二比較訊號S2所代表的是備用電池110之電壓VIN是否高於第二預設電壓。於實施例中，第二預設電壓係被設定高於第一預設電壓。
本發明之實施例中，舉例來說，比較單元124可由兩運算放大器組成，未圖示，其中，一運算放大器係比較第一分壓電壓VLTH與基準電壓Vref，並根據其比較結果輸出第一比較訊號S1；另一放大器則比較第二分壓電壓VHTH與基準電壓Vref，並根據其比較結果輸出第二比較訊號S2。控制單元126可為R-S正反器，其係根據所接收之第一比較訊號S1與第二比較訊號S2之結果送出一控制訊號CS，以控制開關單元130；至於開關單元130則可為一電晶體，例如為三端元件，第一端連接備用電池110以接收其供應之電力、第二端連接負載140以傳遞備用電池110之電力予該負載140、三端元件的第三端控制端則為連接至控制單元126以接收該控制訊號CS進而控制元件本身的開啟(通路)或關閉(斷路)。
實施例中之備用電池110可使用例如：一次電池或二次電池。其中，一次電池包含碳鋅電池、鹼性電池、水銀電池等。二次電池包含鋰電池、鎳-鎘電池、鎳-氫電池以及鉛蓄電池、以及燃料電池、太陽能電池等。
以實際例子來作為本發明實施例的進一步說明，備用電池110係為三cell之鋰電池，其電壓為3.6伏特。過放電保護模組120中的基準電壓Vref被設定為1.24伏特。第一預設電壓預設為3.1伏特，第二預設電壓預設為3.4伏特。
當備用電池110之電壓VIN於3.6伏特的正常工作狀態時，由於電壓值VIN皆高於第一預設電壓(3.1伏特)及第二預設電壓(3.4伏特)，因此第一比較訊號S1及第二比較訊S2號係使開關單元130開啟備用電池110供電至負載140的路徑。
當備用電池110之電壓VIN逐漸開始降低而低至3.1伏特~3.4伏特之間時，由於仍未低於第一預設電壓(3.1伏特)，因此就算第二比較訊S2已代表低於第二預設電壓(3.4伏特)，本發明實施例之開關單元130仍會開啟備用電池110供電至負載140的路徑。
當備用電池110之電壓VIN低於第一預設電壓(3.1伏特)時，比較單元124輸出之第一比較訊號S1係代表備用電池110之電壓VIN低於該第一預設電壓(3.1伏特)。控制單元126之控制訊號CS則使開關單元130關閉，使得備用電池110之電壓VIN不再供電至負載140。
當控制單元126輸出控制訊號CS以控制開關單元130關閉，使得備用電池110之電壓VIN不再提供電壓至負載140，備用電池110之電壓VIN會慢慢回升。當電壓VIN回升到高於第一預設電壓(3.1伏特)且仍低於第二預設電壓(3.4伏特)時，第一分壓電壓VLTH係高於基準電壓Vref(1.24伏特)，且第二分壓電壓VHTH係低於基準電壓Vref。第一比較訊號S1及第二比較訊號S2會使控制單元126維持該開關單元130目前的狀態。
控制單元126持續維持關閉該開關單元130，當備用電池110之電壓VIN回升到高於第二預設電壓時，第一分壓VLTH(3.1伏特)係高於基準電壓Vref(1.24伏特)，且第二分壓電壓VHTH(3.4伏特)係高於基準電壓Vref。第一比較訊號S1及第二比較訊號S2會使控制單元126控制開關單元130重新開啟，使得備用電池110繼續提供電力至負載140。
前述之第一比較訊號S1及第二比較訊號S2的判斷舉例來說可用S-R閂鎖器來完成各種邏輯組合的結果設定。
由於本實施例中之備用電池為3cell之鋰電池(1.2伏特x 3=3.6伏特)，當鋰電池深度放電，且其電壓低於3伏特時，可能造成備用電池110之損壞，為避免此現象，前述示例係將第一預設電壓設定於3.1伏特，以提供備用電池過放電之保護。其中，前述提及之第一預設電壓(3.1伏特)與第二預設電壓(3.4伏特)係根據備用電池110的規格來設定的，使用者可根據實際需求來決定第一預設電壓(3.1伏特)與第二預設電壓(3.4伏特)的大小，至於其大小的設定則可由分壓單元122來決定，舉例來說：利用電阻來進行分壓。亦即，當3.1伏特之電壓經過分壓單元122後所產生之第一分壓電壓VLTH必須等於基準電壓Vref(1.24伏特)，當3.4伏特之電壓經過分壓單元122後所產生之第二分壓電壓VHTH也必須等於基準電壓Vref(1.24伏特)。如此，分壓單元122中的電阻即可被確定。
上述之效果為：當輸入分壓單元122為大於3.4伏特的電壓時，產生之第一分壓電壓VLTH必定大於1.24伏特，產生之第二分壓電壓VHTH必定大於1.24伏特；當輸入為小於3.4伏特的電壓時，產生之第一分壓電壓VLTH必定大於1.24伏特，產生之第二分壓電壓VHTH則必定小於1.24伏特；當輸入為小於3.1伏特的電壓時，產生之第一分壓電壓VLTH必定小於1.24伏特，產生之第二分壓電壓VHTH則必定小於1.24伏特。因此，第一比較訊號S1及第二比較訊S2即可被定義出來，進而控制該控制單元126。
藉由本發明之具有過電保護模組120之備用電池保護系統100，其可藉由偵測備用電池110之電壓VIN，以判斷其是否低於第一預設電壓，或高於第二預設電壓，而提供備用電池110一最佳之保護，而不會使備用電池過度放電，以延長其使用壽命。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
100．．．備用電池保護系統
110．．．備用電池
120．．．過放電保護模組
122．．．分壓單元
124．．．比較單元
126．．．控制單元
130．．．開關單元
140．．．負載
CS．．．控制訊號
VIN．．．電壓
VLTH．．．第一分壓電壓
VHTH．．．第二分壓電壓
Vref．．．基準電壓
S1．．．第一比較訊號
S2．．．第二比較訊號
第1圖係本發明於一實施例中之備用電池保護系統示意圖。
100．．．備用電池保護系統
110．．．備用電池
120．．．過放電保護模組
122．．．分壓單元
124．．．比較單元
126．．．控制單元
130．．．開關單元
140．．．負載
CS．．．控制訊號
VIN．．．電壓
VLTH．．．第一分壓電壓
VHTH．．．第二分壓電壓
Vref．．．基準電壓
S1．．．第一比較訊號
S2．．．第二比較訊號

Claims (6)

  1. 一種備用電池保護系統，係用於保護供電至負載的備用電池，包含：一開關單元，係連接於該備用電池與該負載之間，以切換該備用電池對該負載的供電；及一過放電保護模組，係連接於該備用電池與該開關單元，該過放電保護模組至少設定有一第一預設電壓及一第二預設電壓，以基於該備用電池之電壓控制該開關單元，其中，該過放電保護模組於該備用電池之電壓低於該第一預設電壓時關閉該開關單元，使該備用電池停止供電；並於該備用電池停止放電後之電壓回昇至高於該第二預設電壓時開啟該開關單元，使該備用電池進行供電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之備用電池保護系統，其中該過放電保護模組包含：一分壓單元，係連接該備用電池以將該備用電池之電壓分壓為第一分壓電壓及第二分壓電壓；一比較單元，係連接該分壓單元，以將該第一分壓電壓及該第二分壓電壓各別與一基準電壓作比較，並輸出比較後所對應產生的第一比較訊號及第二比較訊號，其中，於該第一比較訊號中，該第一分壓電壓是否低於該基準電壓係代表該備用電池之電壓是否低於該第一預設電壓；於該第二比較訊號中，該第二分壓電壓是否高於該基準電壓係代表該備用電池之電壓是否高於該第二預設電壓；及一控制單元，係連接該比較單元及該開關單元，該控制單元係依據該第一比較訊號及該第二比較訊號控制開關單元切換該備用電池對該負載的供電。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之備用電池保護系統，其中該控制單元係用以於該第一比較訊號代表該備用電池之電壓低於該第一預設電壓時關閉該開關單元，以及，用以於該第一比較訊號代表該備用電池之電壓高於該第一預設電壓且該第二比較訊號代表該備用電池之電壓低於該第二預設電壓時維持該開關單元的狀態，以及，用以於該第一比較訊號代表該備用電池之電壓高於該第一預設電壓且該第二比較訊號代表該備用電池之電壓高於該第二預設電壓時開啟該開關單元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之備用電池保護系統，其中該備用電池之工作電壓係為3.6伏特，該第一預設電壓係為3.1伏特且該第二預設電壓係為3.4伏特。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之備用電池保護系統，其中該基準電壓係為1.24伏特。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之備用電池保護系統，其中該負載係為可攜式電子裝置。
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