TW201424187A - 電池充電控制系統 - Google Patents

Abstract

一種電池充電控制系統包括一適配器、一CPLD、一BBU及一連接該適配器及該BBU之間的第一開關電路。該第一開關電路用於控制該適配器與該BBU之間的連接導通與截止。當該BBU的電池的剩餘電量與額定容量的第一比值小於一用戶設定的標準比值，該CPLD輸出一高電平的控制訊號至該第一開關電路，以使得該適配器透過該第一開關電路為該電池充電；當該第一比值不小於該標準比值且該電池不處於充電狀態時，該CPLD輸出低電平的控制訊號至該第一開關電路，以斷開該適配器與該BBU之間的連接。

Description

電池充電控制系統

本發明涉及一種電池充電控制系統。

目前大多數的可擕式設備都是使用鋰電池作為備用電池，鋰電池的使用壽命與電池的充電次數有較大的關係。然，大多的可擕式設備並未對鋰電池的充電進行控制，如當電源適配器接入外部交流電後，鋰電池則會自動進行充電，而此時的鋰電池的電量很可能還足以維持可擕式設備運作相當長的時間，如此則可能因鋰電池的充電次數增加而導致電池的使用壽命減少。

鑒於以上內容，有必要提供有必要提供一種可根據電池的電量自動控制電池是否被充電的電池充電控制系統。

一種電池充電控制系統，包括：

一適配器，用於為電池提供充電電壓；

一電池備用單元，該電池備用電源的電壓輸出端輸出電壓，該電池備用電源的電源輸入端接收該適配器提供的充電電壓，該電池備用電源包括一電池及一控制器，該控制器用於控制該電池是否進行充電操作；

一第一開關電路，用於控制該適配器與該電池備用單元的電源輸入端之間的連接導通與截止；以及

一CPLD，用於透過該控制器獲取該電池的剩餘電量與電池的額定容量的第一比值，還用於判斷該電池是否處於充電狀態；

當該第一比值小於一用戶設定的標準比值，該CPLD輸出一高電平的控制訊號至該第一開關電路，當該第一比值不小於該標準比值且該電池不處於充電狀態時，該CPLD輸出低電平的控制訊號至該第一開關電路；當該第一比值不小於該標準比值且該電池處於充電狀態時，該CPLD輸出高電平的控制訊號至該第一開關電路；當接收到高電平的控制訊號時，該第一開關電路控制該適配器與該電池備用單元的電源輸入端之間的連接導通；當接收到低電平的控制訊號時，該第一開關電路控制該適配器與該電池備用單元的電源輸入端之間的連接截止。

上述電池充電控制系統根據使用者自訂的比值標準來控制電池的充電次數，如此亦大大提高了電池的使用壽命。

請參考圖1，本發明電池充電控制系統的較佳實施方式包括一BBU （Battery Backup unit，電池備用單元）10、一CPLD（Complex Programmable Logic Device，複雜可程式設計邏輯控制設備）20、一第一開關電路30、一第二開關電路40及一適配器50。

該BBU 10包括一電池100及一控制器102。該控制器102用於獲知該電池100的剩餘電量與該電池100的額定容量及該電池100是否處於充電狀態，並控制是否對該電池100進行充電，還控制是否對該電池100進行放電，即電池100是否輸出電壓以為電子設備供電。本實施方式中，該控制器102可為一微處理器。

該CPLD 20透過該控制器102獲取該BBU 10中電池100的剩餘電量與額定容量及該電池100是否處於充電狀態，並根據使用者設定的標準比值及該電池100是否處於充電狀態來判斷是否輸出對應的控制訊號至該第一開關電路30。例如，在用戶設定的標準比值為30%，即表示該電池100的剩餘電量與額定容量的比值為0.3的情況下，當電池100的剩餘電量與額定容量的比值小於0.3時，該CPLD 20則輸出高電平的控制訊號至該第一開關電路30，以控制該第一開關電路30導通，進而使得外部電源透過該適配器50為該電池100進行充電；當該電池100的剩餘電量與額定容量的比值不小於0.3且該電池100處於充電狀態時，該CPLD 20則繼續傳輸高電平的控制訊號至該第一開關電路30，以控制該第一開關電路30持續導通，進而使得外部電源持續透過該適配器50為該電池100進行充電，即該CPLD 20控制該適配器50繼續對該電池100充電；當該電池100的剩餘電量與額定容量的比值不小於0.3且該電池100不處於充電狀態時，該CPLD 20則傳輸低電平的控制訊號至該第一開關電路30，以斷開該第一開關電路30，以避免此時電池100仍被充電。本實施方式中，該CPLD 20透過一I2C（Inter-Integrated Circuit，內部整合電路）匯流排來獲取該電池100的剩餘電量及額定容量以及是否處於充電狀態。

當用戶設定標準比值極小時，如用戶設定的標準比值不合理，該BBU 10則會一直輸出電壓。此時，為了避免因電池100的電量過低而導致電池100的損壞，該第二開關電路40根據該BBU 10輸出的電壓來判斷是否應導通該適配器50與該BBU 10之間的連接，以自動對該電池100進行充電。

請參考圖2，該第一開關電路30包括兩場效應晶體管Q1、Q3及兩電阻R1、R2。該場效應晶體管Q3的閘極G透過該電阻R1接收該CPLD 20輸出的控制訊號CS，該場效應晶體管Q3的源極S接地。該場效應晶體管Q3的汲極D透過電阻R2與該BBU 10的電壓輸出端BBU_OUT相連，該場效應晶體管Q3的汲極D還與該場效應晶體管Q1的閘極G相連。該場效應晶體管Q1的源極S與該BBU 10的電源接入端12V_IN相連，該場效應晶體管Q1的汲極D與該適配器50的電源輸出端Adapter相連。本實施方式中，該場效應晶體管Q1為一P溝道的功率場效應晶體管，該場效應晶體管Q3為一N溝道的場效應晶體管。

該第二開關電路40包括晶體管Q4、兩個場效應晶體管Q2、Q5及四個電阻R3-R6。該晶體管Q4的基極B透過該電阻R3與該BBU 10的電壓輸出端BBU_OUT相連，還透過該電阻R4與該晶體管Q4的射極E相連。該晶體管Q4的射極E接地，該晶體管Q4的集極C透過該電阻R5與該BBU 10的電壓輸出端BBU_OUT 相連，該晶體管Q4的集極C還與該場效應晶體管Q5的閘極G相連。該場效應晶體管Q5的源極S接地，汲極D透過該電阻R6與該BBU 10的電壓輸出端BBU_OUT相連，還與該場效應晶體管Q2的閘極G相連。該場效應晶體管Q2的源極S與該BBU 10的電源輸入端12V_IN相連，該場效應晶體管Q2的汲極D與該適配器50的電源輸出端Adapter相連。本實施方式中，該晶體管Q4為一NPN型晶體管，該場效應晶體管Q5為一N溝道的場效應晶體管，該場效應晶體管Q2為一P溝道的功率場效應晶體管。該場效應晶體管Q1、Q2的源極與汲極之間還可連接一二極體D1，該場效應晶體管Q1、Q2的汲極D連接該二極體D1的陽極A，該場效應晶體管Q1、Q2的源極S連接該二極體D1的陰極C。

該CPLD 20判斷獲取得到該電池100的剩餘電量與額定容量的比值是否小於該標準比值。當該電池100的剩餘電量與額定容量的比值小於該標準比值時，該CPLD 20則輸出高電平的控制訊號CS至該第一開關電路30。該場效應晶體管Q3的閘極G變為高電平，該場效應晶體管Q3的源極S與汲極D導通，使得該場效應晶體管Q1的閘極G變為低電平。此時，該場效應晶體管Q1的源極S與汲極D導通，從而使得該適配器30的電源輸出端Adapter透過該場效應晶體管Q1輸出電壓至該BBU 10的電源輸入端12V_IN，該控制器102則對該電池100進行充電。此時，該BBU 10的電壓輸出端BBU_OUT輸出的電壓經過該電阻R3、R4分壓後該電阻R4兩端的電阻足以使得該晶體管Q4的射極E與集極C導通，從而使得該場效應晶體管Q5的閘極變為低電平。此時，該場效應晶體管Q5的源極S與汲極D之間的連接截止，該場效應晶體管Q2的閘極G變為高電平，該場效應晶體管Q2的源極S與汲極D的連接斷開，該適配器50無法透過該第二開關電路40為該BBU 10的電池100充電，使得該適配器50可透過該第一開關電路30為該BBU 10的電池100充電。

當用戶設有標準比值極小時，如用戶設定的標準比值為5%，而該電池100的剩餘電量與額定容量的安全比值為10%。當該電池100的剩餘電量與額定容量的比值小於安全比值，且大於用戶設定的標準比值時，此時，該CPLD 20會輸出低電平的控制訊號CS至該第一開關電路30。當該場效應晶體管Q3的閘極G接收到低電平的控制訊號時，該場效應晶體管Q3的源極S與汲極D截止，該場效應晶體管Q1的閘極G則輸出高電平，該場效應晶體管Q1的源極S與汲極D之間的連接斷開，進而使得該第一開關電路30處於斷開狀態，該適配器50無法透過該第一開關電路30為該BBU 10提供充電電壓。但，為了避免因電池100的電量過低使得電池100被損壞，當該BBU 10的電壓輸出端BBU_OUT輸出的電壓減小到經過該電阻R3、R4分壓後電阻R4兩端的電壓小於該晶體管Q4的導通電壓時，該晶體管Q4的射極E與集極C之間的連接斷開，該場效應晶體管Q5的閘極G變為高電平，該場效應晶體管Q5的源極S與汲極D之間的連接導通，從而使得該場效應晶體管Q2的閘極G變為低電平，該場效應晶體管Q2的源極S與汲極D導通，從而使得該適配器50的電源輸出端Adapter透過該場效應晶體管Q2輸出電量至該BBU 10的電源輸入端12V_IN，該控制器102則對該電池100進行充電。如此當用戶設有標準比值極小時且該電池100的剩餘電量與額定容量的比值小於該電池100的安全比值時，該第二開關電路40導通。此時，當該電池100進行充電時，該CPLD 10還用於比較該電池100的剩餘電量與額定容量的比值是否大於使用者設定的標準比值，即當該電池100的剩餘電量與額定容量的比值大於使用者設定的標準比值時，該CPLD 10則輸出高電平的控制訊號至該第一開關電路30，以控制該第一開關電路30亦導通，該適配器50亦可透過該第一開關電路30為該BBU10的電池100充電。

由上述的描述可知，該晶體管Q4、場效應晶體管Q3與Q5起到了電子開關的作用，在其他實施方式中，該晶體管Q4、場效應晶體管Q3與Q5可以使用其他類型的電子開關代替。如該晶體管Q4可用一N溝道的場效應晶體管代替，該晶體管Q4的基極、射極及集極分別相當於N溝道場效應晶體管的閘極、源極及汲極，該場效應晶體管Q3、Q5亦可用NPN型晶體管代替，該場效應晶體管Q3、Q5的閘極、源極及汲極分別相當於NPN型晶體管的基極、射極及集極。

上述電池充電控制系統根據使用者自訂的比值標準來控制電池100的充電次數，有利於提高電池100的使用壽命。另外，該電池充電控制系統透過該第二開關電路40在電池100的輸出電壓降低時可自動控制該適配器50對該電池100進行充電操作，如此亦大大提高了電池100的使用壽命，亦避免了可能因用戶設定的標準比值不合理而導致該電池100損壞的不足。

綜上所述，本發明確已符合發明專利的要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明的較佳實施方式，本發明的範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝的人士援依本發明的精神所作的等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10．．．BBU

20．．．CPLD

30．．．第一開關電路

40．．．第二開關電路

50．．．適配器

100．．．電池

102．．．控制器

Q1-Q4．．．場效應器

Q5．．．晶體管

D1．．．二極體

圖1是本發明電池充電控制系統的較佳實施方式的方框圖。

圖2是圖1中第二開關電路及第一開關電路的電路圖。

10．．．BBU

20．．．CPLD

30．．．第一開關電路

40．．．第二開關電路

50．．．適配器

100．．．電池

102．．．控制器

Claims (9)

1. 一種電池充電控制系統，包括：
   一適配器，用於為電池提供充電電壓；
   一電池備用單元，該電池備用電源的電壓輸出端輸出電壓，該電池備用電源的電源輸入端接收該適配器提供的充電電壓，該電池備用電源包括一電池及一控制器，該控制器用於控制該電池是否進行充電操作；
   一第一開關電路，用於控制該適配器與該電池備用單元的電源輸入端之間的連接導通與截止；以及
   一CPLD，用於透過該控制器獲取該電池的剩餘電量與電池的額定容量的第一比值，還用於判斷該電池是否處於充電狀態；
   當該第一比值小於一用戶設定的標準比值，該CPLD輸出一高電平的控制訊號至該第一開關電路，當該第一比值不小於該標準比值且該電池不處於充電狀態時，該CPLD輸出低電平的控制訊號至該第一開關電路；當該第一比值不小於該標準比值且該電池處於充電狀態時，該CPLD輸出高電平的控制訊號至該第一開關電路；當接收到高電平的控制訊號時，該第一開關電路控制該適配器與該電池備用單元的電源輸入端之間的連接導通；當接收到低電平的控制訊號時，該第一開關電路控制該適配器與該電池備用單元的電源輸入端之間的連接截止。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電控制系統，還包括一連接在適配器與電池備用單元的電源輸入端之間的第二開關電路，當使用者設定的標準比值小於一第二比值時，若該第一比值小於該第二比值時，該第二開關電路導通，該適配器透過該第二開關電路對該電池進行充電。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池充電控制系統，其中當該第一比值小於該第二比值時，該CPLD輸出高電平的控制訊號至該第一開關電路。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電池充電控制系統，其中該第二開關電路包括第一至第四電阻及第一至第二電子開關及一第一功率場效應晶體管，該第一電子開關的第一端透過該第一電阻與該電池備用單元的電壓輸出端相連，還透過該第二電阻接地，該第一電子開關的第二端接地，該第一電子開關的第三端透過該第二電阻與電池備用單元的電壓輸出端相連，還與該第二電子開關的第一端相連，該第二電子開關的第二端接地，該第二電子開關的第三端透過該第四電阻與該電池備用單元的電壓輸出端相連，還與該第一功率場效應晶體管的第一端相連，該第一功率場效應晶體管的第二端與該電池備用單元的電源輸入端相連，該第一功率場效應晶體管的第三端與該適配器的電源輸出端相連，當該第一電子開關的第一端為高電平時，該第一電子開關的第二端與第三端導通；當該第一電子開關的第一端為低電平時，該第一電子開關的第二端與第三端截止；當該第二電子開關的第一端為高電平時，該第二電子開關的第二端與第三端導通；當該第二電子開關的第一端為低電平時，該第二電子開關的第二端與第三端截止；當該第一功率場效應晶體管的第一端為高電平時，該第一功率場效應晶體管的第二端與第三端導通；當該第一功率場效應晶體管的第一端為低電平時，該第一功率場效應晶體管的第二端與第三端導通。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電池充電控制系統，其中該第一開關電路包括第五與第六電阻、第三電子開關及第二功率場效應晶體管，該第三電子開關的第一端透過該第五電阻接收該CPLD輸出的控制訊號，該第三電子開關的第二端接地，該第三電子開關的第三端透過該第六電阻與該電池備用單元的電壓輸出端相連，還與該第二功率場效應晶體管的第一端相連，該第二功率場效應晶體管的第二端與該電池備用單元的電源輸入端相連，該第二功率場效應晶體管的第三端與該適配器的電源輸出端相連；當該第三電子開關的第一端接收到高電平的控制訊號時，該第三電子開關的第二端與第三端導通；當該第三電子開關的第一端接收到低電平的控制訊號時，該第三電子開關的第二端與第三端截止；當該第二功率場效應晶體管的第一端為高電平時，該第二功率場效應晶體管的第二端與第三端導通；當該第二功率場效應晶體管的第一端為低電平時，該第二功率場效應晶體管的第二端與第三端導通。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電池充電控制系統，其中該第一電子開關為一NPN型晶體管，該NPN型晶體管的基極、射極及集極分別相當於該第一電子開關的第一端、第二端及第三端；該第二電子開關為一N溝道場效應晶體管，該N溝道場效應晶體管的閘極、源極及汲極分別相當於該第二電子開關的第一端、第二端及第三端。
7. 如申請專利範圍第4項所述之電池充電控制系統，其中該第一電子開關為一N溝道場效應晶體管，該N溝道場效應晶體管的閘極、源極及汲極分別相當於該第二電子開關的第一端、第二端及第三端；該第二電子開關為一NPN型晶體管，該NPN型晶體管的基極、射極及集極分別相當於該第一電子開關的第一端、第二端及第三端。
8. 如申請專利範圍第5項所述之電池充電控制系統，其中該第三電子開關為一NPN型晶體管，該NPN型晶體管的基極、射極及集極分別相當於該第三電子開關的第一端、第二端及第三端。
9. 如申請專利範圍第5項所述之電池充電控制系統，其中該第三電子開關為一N溝道場效應晶體管，該N溝道場效應晶體管的閘極、源極及汲極分別相當於該第三電子開關的第一端、第二端及第三端。