TW424341B - Process and apparatus for modulating terminal voltage of battery - Google Patents

Description

五、發明說明⑴ 本發明係相關於—可再充電電池並 的某點上調變電池端點電壓的方 疋於在放電期間 學物質不—致造成的不同放電曲線。以處理因電池化 月背景 在過去，電池（或所認知的”傻瓜 的電源，因為一般而言，由電池供 —無法預測 ;;有可靠的事先警告說電池即將 牦不告知使用者還有多少時間可用來 1 〇 '又 = ΐ在ΐ池；f放電前找到替代 試估算電池：電荷：：：：Π!=;;:，要嘗 伤作業。例如，可藉由測罝電池的端點電壓，並且， 到特定電壓低限時，執行特定的放電結束動作，例如〜 ’、任何必要的警告或是執行存至磁碟（,,STD，t )的動作。代 s此電壓低限通常參考為放電結束電壓（E0DV)並且通常會 疋固定值，根據這種放電結束動作所必需的剩餘容量，以 ^女全有效的使用電池的需要來設定。然而，放電特質合 ^著電池化學物質而變化。因此，如果一產品的電路為特 定電池設計在一設定電壓時開始EODV存至磁碟動作，而$ 用不同放電曲線的不同電池為此產品加上電源，此E〇D v存 至嵫碟動作可能太快執打k成谷里的浪費，或甚至太晚而 造成資料遺失f 有著不同放電曲線的兩種電池化學物質之範例為石墨基

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五、發明說明（2) _ 的裡離子電池以及焦炭基㈣子電池。 離子電池可能的放電特質如圖i中所示^的石墨基的鋰 物質有特定的較低限制可以安全、°不同的電池化學 的效能。例如，石墨基的鐘離子 ：：：不利於電池 2. 。焦炭基鋥離子電池， 應放电至低於 會不利於效能。典型的隹…A 可以放電至2. 5v而不 2中所示。焦炭基鋰離子'電：鐘離子電池的放電特質如圖 心而石墨基的…電電也池:放放二 的下降（圖丨）。因此， 電特免在各量結束時快速 的電壓明顯的高於焦炭二的子鐘電離：電池…^ 路設計來在一設定電壓，例如隹Γ w因此，如果產品電 3士（其將留下大約咖mAh的二基鐘離子電池的 作，而以石墨基的鋰離子*，也量）開始E0DV存至磁碟動 設電壓3· Ον時，沒有足夠二代之，當端點電壓到達預 電池中供給這種E0DV存至=^ (例如只有4〇 mAh)剩餘在 與焦炭基链離子電池及石資料可能遺失。這 可能在其他的電池化學物質；；離子電池相關的相同問題 NiMH 類似的）。 ' r ^ 現（例如，Upolymer， 因此’本技藝中需求提供方 測觸發E0DV動作，在放f A 6法讓—產品利用端點電壓量 麵動作，而不管= 開始這種必要的 發明簡诫 电崔疋多少。 本發明提供一種方法及裝 壓，如此—或多個動作可以周變電池在其端點上的電 入在不同電池化學物質的放電曲

第7頁 M2^=iA 1 五、發明說明（3) 線上的適當點起動。此電壓可調變至端點上較 電壓，取決於電池化學物質或是操作環境。術 用來表示任何形式的可再充電電池，其將化學 電能，包含單一電池，串聯或並聯的電池組合 —包裝内的一個或多個電池。 在一較佳具體實例中，本發明提供一方法及 裝置（例如，可攜式電腦，蜂巢電話或類似的） 動作的觸發，其例如電池端點電壓的量測來在 觸發此動作，藉由在到達一特定點時將端點電 值。这些點包含，例如根據量測的點，例如電 ，細胞電壓，剩餘電池容量，t流，時間，溫 …值。⑯剩餘容量㈣量為完成放電 的約略最小值。此不同的動 作’關機動作，安全動作，存至磁碟 動作，存取禁能動作，睡眠模式動作，省 作，以及警告動作。 、動忭^ 較佳具體實例中 控市】電路轉.換。此放啻〜;电坚甶电池電 或是升高此端點電& 2電路起動電壓調變 壓調變電路來降 的，此放電控制電 匹配於-或多電廢到一或多個預定值 變電路包含一開=臨限以觸發一或多個動作 放電控制電路起以跳:1轉換器或類似的。 多個預定值上一式=壓5周變電路來維持此端點 或多個預定臨限以延遲觸發一 兩或較低的 語電池在此 能量轉換成 ’或組合在 裝置來控制 中一或多個 一特定臨限 壓轉換至一 池電壓，電 度’壓力， 結束動作所 ’例如，放 動作，周邊 電模式動 路中的放電 電路來降低 路起‘此電 ’其實值的 。此電壓調 另外的，此 電壓在一或 或多個動

苐8頁 2ΓΜ3 4 1 1 五、發明說明（4) 作。此另外的調變電路包含一提拉轉換器/調節器，直流-至-直流調節器，或類似的。 圖式簡述 圖1為一顯示具有電池容量1350 mAh以及電池放電速率 1.35A的典型石墨基鋰離子電池之放電曲線圖。 圖2為一顯示具有電池容量1 30 0 mAh以及電池放電速率 1.3A的典型焦炭基鋰離子電池之放電曲線圖。 圖3a為放電控制電路的電路圖，其在特定點上將端點電 壓調變至一預定值。 圖3b為放電控制電路的電路圖，其在特定點上將端點l電 壓調變至一預定值，包含一提拉調節器。 發明詳述 許多產品及電子裝置，例如，可攜式電腦，蜂巢電話， 以及類似的，根據測量到的電池端點電壓決定何時開始不 同的動作。這樣的裝置通常不會設計與所謂的”智慧電 池"通訊，其透過匯流排通訊提供裝置必要資訊。因此， 在這些裝置中，一旦測量的端點電壓到達一特定的預定點 (例如3 . Ον )，例如π存至磁碟π的動作開始以防止資料的遺 失。此預定點通常是設計在裝置中之一固定值。大部分的 時間，裝置的設計者是根據在關機前執行特定動作所需要 的最小容量值（針對一特定的電池化學物質）。本發明提供 一方法及裝置來轉換此電池的端點電壓以便該特定動作在 不同電池化學物質的放電曲線之適當點上開始動作，即使 此裝置的臨限是根據單一電池化學物質°

4^2^34 1 五、發明說明（5) 圖1為一顯示具有電池容量1350 mAh以及電池放電速率 1+35A的典型石墨基鐘離子電池之放電曲線圖。圖2為一顯 :具有電池容量1300 mAh以及電池放電速率134的典型焦 反基鋰離子電池之放電曲線圖。如在這些圖表中可看見 的’不同的電池化學物質提供不同的放電曲線。特定的， f ‘焦炭基鐘離子電池在電池電壓為3. 〇v有大約15〇 mAh 容量剩餘時（其足夠來完成放電結束動作，例如M存至磁 碟’石墨基鋰離子電池在電池電壓為3. 0v有大約40 mAh 的谷里剩餘（其不足以完成放電結鳥動作，例如,，存至磁 碟）°然而，放電結束動作在一電池電壓為，例如3. 2 v時 ’將會有足夠的容量（大約是150 mAh)來完成這樣的 ^ 不幸的疋’該測董端點電壓並在—預定臨限開始特 疋=作的裝置並沒有設計來在電池化學物質改變時改變此 H Ϊ限值°本發明藉由調變此端點電壓以在適當時間觸 此 作解決此問題，而不管電池中的電池化學物質。這 ^ a，儘早的開始以便有足夠的剩餘容量來完成此動作， 雪^札敌電曲線的夠下面以避免浪費剩餘的容量，根據此 同的=學物質以及操作情形。其他的電池化學物質也有不 的f用於其他的情形下。 本發明可程易 到圖3a ’在此說：調變此鐘離子電池中 R诖電路。顯示一典型電池1 0 (三個電池串聪、 ~ 附極蟑子，1 2，1 4 ,從之裝置可測量到電壓/ = 5與 用於住何的電池或是電池的組合且並未限制 爿可應 π於在此所顯示

ΙΗ 第10頁 五、發明說明（6) 的。大體上，此裝置（未 £t Φ ^ . 丨两不）在 婭許恭 教置1未顯示）在士 .电壓來決定端點電堡 電池端子12，14上測量 "F〇nv 芝疋否以釗、去 DV存至磁碟n的動作。本發 1建一預定值以開始如 上將端點電壓轉換到較低^ :包含的電路可以在適當點 測量此端點電壓係為”矇騙，，以:显圖3b)的值，所以該裝置 壓開始動作（或延遲動作）。 顯不在此端點上的"偽”電 特定的，如圖3a中所顯示的， 正極端子12)的是放電控制電路2〇接到此端點之一（例如 一微控制器3 0或其他的適告栌制、礓此放電控制電路2 0由 3,, c 町週田控制邏輯所控制。一電壓調節 到此微控制器3。。此電壓調節器丨6給予微控制器 电源亚®作放電控制電路20的一電壓參考。如本技藝令所 熟知的也可以利用其他的電壓參考裝置。也可以包含保護 電路18及保護開關SW-1及SW-2。此微控制器30如所顯示的 有電壓感測點a， b， c， d。此微控制器3 0可以測量每個電 池上的電壓來起動控制電路20，如果任何的電池電壓到達 —控制觸發容量點。另外的，此微控制器3 0可以測量跨接 串聯電池的電壓來決定何時起動此控制電路2 0。此微控制 器3 0也可以利用任何其他的測量，例如電池容量，電流， 〃時間，溫度，壓力，pH值，以及安全值來起動控制電路 2 0 °例如》如果一溫度感測器（或其他的安全監視器）在任 何時間決定出有不安全的情形存在’此微控制器3 0可以起 動控制電路2 0來降低端點電壓°此裝置讀取此低端韵電壓 並，相信此電池正在容量結束的點上’觸發此裝置的1'關 機”。以此方式’有效的，本發明為安全的理由強迫裝置

他434 1 " 五、發明說明（7) 關-機，即使此裝置並未設計有此安全關機的特色。 動作中，在一較佳具體實例中放電控制電路2,0藉由控制 開關S W - 3，例如一 Μ 0 S F E T來轉換端點電壓。然而，本發明 想像任何型態的電路來完成所要的電池端點的電壓遞減， 例如調節器，包含開關型態，串聯型態，旁接型態，跳躍 轉換器以及類似的。當裝置在放電控制電路2 0起動之後測 量此端點電壓，在端點表示的電壓實際低於電池的實際電 壓。在正常的操作中，此放電控制開關（SW-3)為ON。在放 電時，如果微控制器3 0決定出一動作應被觸發，例如當電 池容量開始到達EO DV動作應開始的一點，此微控制器3 0起 動此放電控制電路20，其起動此開開Stf-3來將此端點電壓 調節到想要的臨限電壓，例如8 v，即使電池電壓在8 v之 上。 在一替代的具體實例中，如果裝置有一個以上的臨限電 壓來觸發不同動作，此電路2 0可將此端點電壓轉換為時間 /容量中適當點上那些臨限的每一個。 本發明之一特定應用為當一石墨基鋰離子電池要用來模 仿焦炭基鋰離子電池時，以便裝置在開始其E0DV動作時有 足夠的容量剩餘來完成這樣的動作。此電路最好包含在此 電池的電路中（也就是在電池包裝中），這樣就不須修改裝 置以獲得本發明的好處。此裝置可以繼續利用端點電壓的 量測來起動動作，但本發明的電路適度的修4文電ΐ也上的端 點電壓，這樣動作可以在放電曲線的適當點上開始，而不 管電池的化學物質是什麼。

第12頁 41:4 34 1 - 五、發明說明（8) ' " ' >〜· f3b表示本發明之另一具體實例中的電路。此具體實例 包含在到達#定臨限前增加或維護此端點電壓的電路。本 電路可用在圖3a中所說明的之外或是替代之。本發明可扠 像任何型態的電路來完成想要的電池端點電壓的增加，^ 如一提拉調節器/轉換器，直流—至-直流轉換器，切換電 容’或類似的。在這具體實例中，此放電控制電路2 〇藉由 起動一提拉轉換器/調節器22來增加此端點電壓。當—兩 壓在放電控制電路20起動後測量此端點電壓.，在端點上表 示的電壓實際上高於電池的實際電壓，在此具體實例中， 在放電時’如果微控制器30決定出一動作應延遲，例如還 有許多容量剩餘在電池中要繼續調節動作時，此微控制哭 30起動此放電控制電路20，其起動提拉轉換器/調節器Μ 來維持此端點電壓在臨限電壓之上，其應觸發E〇DV動作， 直到這樣的動作需要被起動。 在另一具體實例中，如果裝置有一個以上的臨限電壓來 觸發不同的動作，此電路20可以維持端點電壓在這些臨限 之上直到時間/容量中的適當點。 這具體實例的特定應用是在焦炭基鐘離子電池用來模 石墨基鋰離子電池，這樣裝置的E〇Dv動作的起動被延遲 避免浪費容量。此電路最好包含在電池電路之 在電池包裝中）’這樣便不需要修改裴置來獲得本發明纪 好處。Λ裝置可以繼續W用端‘點電來起動動作， 但本發明的電路適度的，改（增加）電池上的端點電壓或 持在一特疋臨限之上，迫樣動作可以延後至適當點，而

3 41 r 五、發明說明（9) 管電池的化學物質是什麼。 下面疋說明實作本發明的程序之範例。這些範例不典當 做是限制。 範例1 -根棱雪壓量測觸發EODV動作 特定的，對一設計要使用焦炭基鋰離子電池的裝置（例 如，電腦），其係設計來在端點電壓測量到是8 v時開始 EODV存至磁碟動作，本發明之此電路確保有足夠的電池容 量來執行所有必需的EODV動作’即使電池化學物質改變 為’例如’石墨基鋰離子電池（對之在“將沒有足夠的電 池剩餘在電池中可執行必要的EO DV動作）。這種情形下， 此端點電壓必須要調變（也就是，降低）不到gv。因此，當 石墨基鐘離子電池中剩餘的電地容量到達其E〇DV動作的1 制（在這種情形可能是9v )，此放電控制電路2〇被起動來調 節端點上的電壓到8v以觸發裝置的EODV動作（其在事置中^ 預设只在設定電壓8v上觸發），即使實際電麼大於^ 發明可以提供電池電路本身的解決方案而可以使用 設定的EODV觸發電壓點裝置中包含不同化學物新带、. (有不同的放電特質）。 胃 範例2 -根攄剩餘容量觸發£ 〇 d v動作 對一特定裝置’在放電，結束時，（8· lv到？. 5v * 圍）’焦炭基的電洗有多餘1 〇 〇 m A的容量剩餘，y ,,範 化學物質為中心設計的裝置可成功的暫停動以=種電池 一石墨基電池電壓到達8· 5v時，就沒有足夠容1 =而，當 料（石墨基電池不建議放電到低於2 7ν/電分各置來儲存資 '. 也，而焦炭基電

五、發明說明（ίο) 池則可以放電到2. 5v/電池）。為了讓原本設計使用焦炭基 電池的裝置，其監視端點電壓並在到達一E〇DV時觸發E〇DV 動作’可以利用石墨基電池並仍然可以成功的暫停，此裝 置所監視的端點電壓必須降低至當石墨基電池到達⑶^，動 作應觸發的容量。本發明的類比及數位控制電路係設計來 在大約有150mAh的容詈垂丨丨餘太， 置寒1餘在石墨基電池中時降低此端點 電壓至一預定數值（例如在端點上γ.8ν + /_1%)。所以，這 j裝置（例如’電腦）將會在之前注意到已符合£_，臨限並 ^足夠的時間儲存任何必要的資料並進入暫停模式。 計來使用$墨基鋰離子電池的褒置被程式在 =遲此觸發，這樣就不會浪費電池容量 ：：： .J物質改變纟，例如，焦炭基鐘離子電池( &時也化 =動'的容/剩餘在電池中，而容量 C例如升古）^種隋形下，端點電壓必須加以調變並維持 问超過大於9v來防止裝置觸發EODV動作。因此， :厌土鋰離子電池中剩餘的電池容量到達梦置E()DV # 動來U端胃Λ情形下可能是9V)，此放電控制電賴被起 (其預先程气才的電壓南於9V以延遲裝置E〇DV動作的觸發 際電壓低4裂置中只於-設定電壓9V時觸發)，即使實 應可理解的是在此說明的範一 m4 3<4-ί

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Claims (1)

1. 4^t3 4 t ^ 六、申請專利範圍 1. 一種用來控制一裝置中一或多個動作觸發的方法，其 利用一電池端點電壓量測來在一或多個預定臨限上觸發該 一或多個動作，其包含： 將在達到一或多個預定點時此端點電壓轉換為一或多 個預定值。 2 ·如申請專利範圍第1項的方法，其中該一多個預定點 係根據從電池電壓，電池細胞電壓，剩餘電池容量，電 流，時間，溫度，壓力，：pH值以及安全所組成的群组中選 出之一量測。 3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該剩餘容量的量 測大約是要完成放電結束動作所需剩餘容量的最小值。 4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該端點電壓係由 電池電路中的放電控制電路所轉換。 5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該放電控制電路 起動一電壓調變電路來降低端點電壓到該一或多個預定 值，其實質上匹配於一或多個該預定臨限以觸發該一或多 個動作。 6. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該電壓調變電路 包含一開關。 7. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該電壓調變電路 包含一跳躍轉換器。 8. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該放電控制電路 其動電壓調變電路來維持此端點電壓在該一或多個該預定 臨限以上的該一或多個預定值以延遲該一或多個動作的觸

   第17頁 申請專利範圍 發。 9.如申請專利範圍第8項的方法，其中該電壓調變電路 包含一提拉轉換器。 1 〇.如申請專利範圍第'1項的方法，其中該裝置的該一或 多個預定臨限係根據一焦炭基鋰離子電池化學物質加以程 式而該端點電壓被降低到該一或多個預定值，其在所使用 石墨基鋰離子電池到達該一或多個預定點時實質上匹配於 該臨限以觸發一或多個動作。 11.如申請專利範圍第1項的方法，其中該裝置之該一或 多個預定臨限係根據一石墨基鋰離子電池化學物質加以程 式而該端點電壓維持在該臨限之上的一或多個預定值來在 使用焦炭基鋰離子電池達到該一或多個預定點時延遲一或 多個動作的觸發。 1 2.如申請專利範圍第1項的方法，其中該一或多個動作 包含從放電結束動作，關機動作，安全動作，存至磁碟動 作，周邊禁能動作，存取禁能動作，睡眠模式動作，省電 模式動作，以及警告動作所組成群組選出的動作。 1 3. —種控制裝置中一或多個動作之觸發的裝置，其利 用一電池端點電壓量測來在一或多個預定臨限上觸發該一 或多個動作1包含 將此端點電壓轉換成在達到一或多個預定點時的一或 多個預定值的裝置。 14.如申請專利範圍第13項的裝置，其中該一或多個預 定點係根據從電池電壓*電池細胞電壓，剩餘電池容量，

   第18頁 六、申請專利範圍 電流，時間，溫度，壓力，pH值以及安全所組成的群組中 選出之一量測。 1 5.如申請專利範圍第1 4項的裝置，其中該剩餘容量的 量測大約是要完成放電結束動作所需剩.餘容量的最小值。 1 6.如申請專利範圍第1 3項的裝置，該端點電壓係由電 池電路中的放電控制電路所轉換。 · 1 7.如申請專利範圍第1 6項的裝置，該放電控制電路起 動一電壓調變電路來降低端點電壓到該一或多個預定值， 其實質上匹配於一或多個該預定臨限以觸發該一或多個動 作。 1 8.如申請專利範圍第1 7項的裝置，該電壓調變電路包 含一開關。 1 9.如申請專利範園第1 7項的裝置，該電壓調變電路包 含一跳躍轉換器。 2 0.如申請專利範圍第1 6項的裝置，其中該放電控制電 路其動電壓調變電路來維持此端點電壓在該一或多個該預 定臨限以上的該一或多値預定值以延遲該一或多個動作的 觸發。 2 ί.如申請專利範圍第2 0項的裝置，其中該電壓調變電 路包含一提拉轉換器。 2 2.如申請專利範圍第1 3項的裝置，其中該裝置的該一 或多個預定臨限係根據一焦炭基鋰離子電池化學物質加以 程式，而該端點電壓被降低到該一或多個預定值，其在所 使用石墨基鋰離子電池到達該一或多個預定點時實質上四

   第19頁 六'申請專利範圍 配於該臨限以觸發一或多個動作。 2 3.如申請專利範圍第13項的裝置，其中該裝置之該一 或多個預定臨限係根據一石墨基鋰離子電池化學物質加以 程式而該端點電壓維持在該臨限之上的一或多個預定值來 在使用焦炭基鋰離子電池達到該一或多個預定點時延遲一 或多個動作的觸發。 24. —種控制電路，用來控制裝置中一或多個動作的觸 發，裝置利用t電池端點電壓的量測來在一或多個預定臨限 上觸發一或多個動作，其包含 用來將此端點電壓降低到一或多個預定值的裝置，該 值實質匹配該一或多個該預定臨限來在達到一或多個預定 點時觸發該一或多個動作，其中該一或多個預定點係根據 從電池電壓，電池細胞電壓，剩餘電池容量，電流，時 間，溫度，壓力，：pH值以及安全所组成的群组中選出之一 量測；而其中該一或多個動作包含從放電結束動作，關機 動作，安全動作，存至磁碟動作，周邊禁能動作，存取禁 能動作，睡眠模式動作，省電模式動作，以及警告動作所 组成群組選出的動作。 25. —種控制電路，用來控制裝置中一或多個動作的觸 發，裝置利用電池端點電壓的量測來在一或多個預定臨限 上觸發一或多個動作，其包含 用來維持該端點電壓在該一或多個預定臨限之上一或 多個預定值以在達到一或多個預定點時延遲該一或多個動 作的觸發，其中該一或多個預定點係根據從電池電壓，電.

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