TW567331B - An expansive battery status monitoring circuit employed in battery management system - Google Patents

Description

567331 五、發明說明（1 ) 【發明領域】 本發明係關於電池管理系統之領域，特別係一種用來 監測並保護•聯組成之可充電電池模組的電池狀態監測電 路。 【發明背景】 隨著電池技術的快速提昇，大容量、大功率二次電池 的應用也快速增加。然而由於使用上電壓的要求，在很多 應用場合下，必須使用到以多組單元電池串聯以得到所需 的電壓，而且由於各單元電池間特性的差異，以及充放電 使用後特性的變異，使得任一單元電池在充放電過程中， 都有可能超出適當的溫度或電壓範圍。再者，為了隨時可 以掌握電池的容量狀態，以避免不預期的電力不足狀況發 生，而且也必須能夠掌握電池的殘電狀態，因此，近來電 池之使用，特別係用於交通工具（如：車輛）的動力來源， 對於電池狀態的監控，諸如溫度、電壓、電流、及殘電容 量狀態，皆已成為電池模組供電系統的重要功能。 目前用於手提型電腦的電池模組其規格相近，數量龐 大，在市場上已有許多特殊設計的單晶片微控制器用來提 供上述的監控功能。惟在車輛系統（如電動車、混合式電 動車、電動機車、電動助力車）仍未有專門設計的微控制 晶片。此係因在這方面的應用，所使用的電壓設計種類繁 多，且需要的特性也各有不同，若使用單晶片微控制器， 在設計上不容易使用一種晶片同時符合各種應用的需求，

567331 五、發明說明（2) 因而不易達到其經濟規模。 【發明概要】 本發明之目的，主要係以簡潔的電路設計提供一種具 有擴充彈性的電池狀態監測電路，同時在成本的考量上亦 較習知技術具有相對的優勢。

為達到上述目的，本發明提供一種用於電池管理系 的可擴充式電池狀態監測電路，用以監測可擴充的2虫 聯之電池模組的各種狀態訊號，且將該等狀態訊號串 :微控制器，由該微控制器對該電池模組之充、放^至 提供官理與控制功能，其中該可擴充式電池狀態於每用 包含有：-電壓量測電路，用以產生代表該電池；組：： 壓的電池電壓訊號，其包含一分壓電路、一組合气〃笔 大電路、及一運算放大電路；一溫度量測電4，二3放 代^該電池'模組之溫度的電池溫度訊號；_電流= ，用以產生代表該電池模組之電流的電池電流訊號·:路 比/數位轉換電路，用以將該電池電壓訊號、該電〜，巧一類 訊號、該電池電流訊號轉換成相對應的數L位訊^虎兒；’也溫度 路8 ’用以接受微控制器6的控制訊號， ^二’午碼電

夕工切換訊號至電壓量測電路1、溫度量測電路2、 的 /數位轉換電路5。 及類比 本發明之可擴充式電池狀態監測電路可進一步勺人 總電荷量測電路，用以產生代表該電池模組之進出^ έ 積量的電池總電荷量訊號，供微處理器處理。 電荷累

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為使熟悉該項技藝人 效’茲藉由下述具體實施 明詳加說明如后： 士瞭解本發明之目的、 例，並配合所附之圖式 特徵及功 ，對本發 【發明詳細說明】 “圖-係本發明之用於電池管理系統的可擴 + 恶監測電路方塊圖。電池狀態監測以^电池狀 的多個串聯之電池模組7的各種狀態訊：且二 訊號輸人至微控制器6，由微控制'=狀態 放電作用提供管理與控制功能，充、 含有 '電塵量測電路！，用以產生乂二皿:電路包 電池電壓訊號；溫度量測電路2，用以】=7之電壓的 =度的電池溫度訊號;電流量測電:產3生物 "池杈組〖之電流的電池電流訊+ 代表 以產生代表電池模組7之 何I測電路4，用 訊號；類比/數位轉換電路5，用::將積/ ^ 電池溫度訊號、及該電池電流二電池電壓訊號、該 號；解碼電路8，用以接受; 、成相對應的數位訊 時間分割的多工切換訊= 以 81(參見圖三）、第二解碼器82( ΐ見二、有第-解碼器 83(參見圖二），且第一、一、二”圖，、）、及第三解碼器 端皆連接微控制器6。本發明前述’馬：8 1、82、83的輪入 可以係-單元電池或由一個 斤、及監測的電池模組 勺早7L電池所組成的電池

第8頁 五、發明說明 模組 圖二係本發明之電壓量測電路的 路1包含分壓電路10、組合式差 电路圖。電壓量測屬 :路14。其中，分壓電路丨〇 电路12、及運算放 W U。/土弘吩W 、、姐貧式差動放大 U二卫州 大電路14。其中，分壓電路丨〇具有广 12、及運算教 1 0 0、複數個第二分壓電阻丨〇 2、第，/個第一分壓電阻 二切換開關1 〇 6，每一個第一分壓電且^刀換開關1 〇 4 '及第 電池模組7的待測接點70，每—個第，的一端分別連 端分別連接每一個第二分壓電卩且1 一分墨電阻100的另 換開關1 0 4、1 〇 6的輸入端，第—、—的一端及第一、二七 選擇輸入端連接第三解碼界83 :切換開關104、106 串聯電池帽量測要點：：= 電位不同，因此要量得各電 、上t池模組7的負端 負端點比較獲得。而當 ' * 、兒壓必須由其正、 待測接電二I:::::某-程度時，」 電壓過高的情況。因此一包路處理時很容易碰至 壓，將待測接點70的電愿@5 ;、二分壓電阻丨⑽、102) 。本發明以兩編至適當範圍是-種可行的方3 電壓，如圖二所示，、I 一夕工切換開關量測電池模組7纪 關104、1〇6來同步 第二知碼器83控制第一、二切換開 降作為前級差動電壓兩相鄰待測接點7 〇，以它們的電壓 導通電阻不需很低i :其中第一、二切換開關1 04、1 〇6的 1〇2與差動放大電路’只要遠低於第一、二分屋電阻100、 圍很寬鬆。 兒的輪入阻抗即可，因此零件的選用範 組合式差動放大泰 电路12具有第一運算放大器wo、第 567331 五、發明說明〔5) " '一 一^一^-- :運^放大11 128、第三運算放大器129、第-電阻121、 :122、第三電阻123、帛四電阻丨24、第五電阻125 、第八電阻126、及第七電阻丨27。其中，第一、二運嘗放 :器：、128的正相輸入端分別連接第一、二切換開： 二、106的輸出端，第三運算放大器129的輸出端作為組 二一、J大電？12的輪出端’且第一電阻121的-端連 ， 斤放大裔12〇的反相輸入端及第二電阻122的一端

入& $笛阻12ι的另一端連接第二運算放大器丨28的反相輸 苐二電阻123的一端，第二電阻122的另一端連接第 一運算放大器120的輸出端及第四電阻124的一端，第三電 :另—端連接第二運算放大器128的輸出端及第五電 、一端，第四電阻1 2 4的另一端連接第三運算放大哭 麵山反相輸入端及第六電阻胸一端，第五電二25的。 另知連接第二運异放大器1 2 9的正相輸入端及第七電阻 127的知，第六電阻12β的另一端連接第三運算放大器 1 2 9的輸出端。 對於負載效應而3 ，本發明使用高阻抗的組合式差動

放大電路1 2，可以防止負載效應所造成的誤差，且將第一 、二切換開關1 0 4、1 0 6的輸出端引入的差動 (differential)電壓信號轉換成共地的電壓信號 (single-ended signal) 〇 運算放大電路14具有第四運算放大器14〇、第五運算 放大器141 、第八電阻142、第九電阻143、第十電阻144、 及第Η 電阻I45。其中第八電阻142之一端連接組合式差

第10頁· 567331 五、發明說明（6 ) 動放大電路1 2的輸出端 為電壓量測電路1的輸出 第四運算放大器1 4 0的反 第九電阻143之另一端連 第五運算放大器141的正 接第五運算放大器14ι的 端，第十電阻144之另一 端’第四運算放大器140 第五運异放大器1 4 1的輸出端作 端〇1 ，第八電阻142之另一端連接 相輸入端及第九電阻1 4 3之一端， 接第四運算敌大器1 40的輸出端及 相輸入端’第十電阻144之一端連 反相輸入端及第十一電阻145之一 端連接第五運算放大器141的輸出 的正相輸入端連接一參考電壓Vr 以：i ί大電路14針對電池的工作電壓作細部放大量測 ’ u Μ離子二次電池而言， 凡 ^ ^ ^ φ ^ ^ 」σ又疋2 · 5伙特到4 · 5伏 汐^ 电堅量測的範圍。超過此一範圍，管理系統的 :蹊"L都7視為極端的過高電壓或過低電壓。運算放大 伏特繞怕2能即是將電池電壓的最大量取範圍從2· 5〜4· 5

輪入電芦* =至0〜5伏特，以配合類比/數位轉換電路5的 弊’ 電i範圍。其中來考雷應V 平移-個固定準位。為零，用以將電壓信號 路2呈圖有三第係+本發：之溫度量測電路的電路圖。1度量測電 給z具有弟十二電阻21、第十：雷 包 第六運算放大”4 ;"二：電2、第十四電阻23 ' 双大σα 2 4、複數個罪近雷、、士 y 及複數個第一場效電晶體26。复^的熱敏電阻25 輸出端作為溫度量測電二運异放大為24的 -端連接第六運算放大器24的反=第十四電阻23的另 久相輸入端及每一個熱敏電

第11頁 567331 五、發明說明（7 ) 阻25的一端，每一個熱敏電阻25 體2“…第一場效電 端連接第六運算放大讓正相：：端電，的〜 一端太第' 十二械的另-端連接— ，吨的 熱敏電阻以’以求在低成本下滿足數，的 =電阻的溫度特性呈現倒數特性，纟室溫下電随：NTC X 到了有安全疑慮的溫度範圍日夺，電阻的變化:匕比 小。因此，若直接量測熱敏電阻的電阻值來估=而拫 个谷易在而要的-度乾圍都得到足夠的解” 緣此’我們採用電阻倒數放大電⑬，將原盥溫 斤度。 係j電阻曲線反映到直線的特，丨生。微控制器6控又到—數關 碼器8 1而選取一個、、四立、、目1丨卧。士 角午 第P二度里測點時1與熱敏電阻25串聯的 弟一％政電晶體26導通’其餘的第一場效電晶 宇恥的 斷路，可獲得第六運算放大器24的輸出電壓與溫度成 圖四係本發明之電流量測電路的電路圖。電流量 路3具有反相放大器30、第八運算放大器31、第九、… 大态32、第一比較器33、電阻式電流感測器34、 # 阻35、第十九電阻36、第二十電阻37、帛二十—電阻 第二十二電阻39、第一二極體4〇、第二二極體41。 : 反相放大器30具有第七運算放大器3〇〇、第十六電阻3〇2、 及第十七電阻3 0 4，第十六電阻3〇2的一端作為反相放大器

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相輸入端，第七 30的反 反相放 電流量 連接反 阻式電 端及負 出端及 第十八 算放大 一二極 37的一 的輸出 的輸出 的反相 的一端 電 訊息’ 電阻式 阻式電 2V，其 路利用 的訊號 九運算 池模組7充電時，第七運算放大器30〇的輸出為負電壓，因 大器30的正相於入二.大器3〇〇的正相輸入端作為 測電路3的輸出二山。;而，第二二極體4 1的。型端作為 相放大器30:反二’電阻式電流感測器34的-端 流感測器34的另=端及電池謂之陰極’電 載端，筮+ λ +而連接反相放大态3 0的正相輸入 第九運；疒端連接反相放大器30的輪 ta350^_； ' ： ^ 器31 而連接第十九電阻36的一端及第八運 ^40的入端’第十九電阻36的另一端連接第 端，〜一-而及弟二二極體41的n型端及第二十電阻 端，ΐ =極體40的P型端連接第八運算放大器31 二，ί 了 一極體41的13型端連接第九運算放大器32 ^ Λ = 一卞電阻37的另一端連接第九運算放大器32 :植!!及第二十一電阻38的一端，第二十二電阻39 弟一比較器33的輪出端。 直二劓兒路3用以獲得電池流通之電流方向與幅度 ς :用阻抗值如〇 · 5毫歐姆，額定電流如丨2 〇安培的 =二感測為3 4 ’且以反相放大器3 〇擷取電流經過電 飢感測為3 4所產生的電壓訊號，其滿幅度電壓為土 中正負號代表放電與充電兩種不同電流方向。本電 第一比較器33對零點電壓比較而產生有關電流方向 供微控制器6處理，而電流幅度則由並聯的第八、 放大器3 1、3 2針對不同方向的電流訊號放大。當電

567331 五、發明說明（、9) 此第九運算放大器3 2輸出負飽和電壓，導致第二二極體4 i 關閉’而第八運算放大器3 1則進入線性區，導致第一二極 體40導通，因此輸出端〇3的訊號由第八運算放大器31決定 •，當電池模組7放電時，第七運算放大器3 〇 〇的輸出為正電 壓，因此第八運算放大器3 1輸出負飽和電壓，導致第一二 極體4 0關閉，而第九運算放大器3 2則進入線性工作區，導 致第二二極體41導通，因此輸出端〇3的訊號由第九運算放 大器3 2決定。電流量測電路3兼具取絕對值與放大訊號幅 度的功能，因此可針對實際需要採用不同放大倍率。 圖五係本發明之總電荷量測電路的電路圖。總電荷量 測電路4具有第^--運算放大器400、第十二運算放大器 \01、第十三運算放大器4 0 2、第二比較器4 0 3、第三比較 器4 0 4、第四比較器4 〇 5、第五比較器4 〇 6、第二十三電阻 40 / 、第二十四電阻4〇8、第二十五電阻4〇9、第二十六電 阻410、第二十七電阻4η 、第二十八電阻412、第二十九 電阻413、第三十電阻414、第三十一電阻4丨5、第三十二 電阻416、第三十三電阻417、第一 JK正反器418、第二几 ，反器419、除法器42〇、第—反及閘（nand)42i 、第二反 ◎ Λ42雔2 :第三反及閘42 3、電容器424、第二場效電晶體 的正柏又於亟接面電晶體4 26。《中’第十-運算放大器400 較-4 5 連接電流量測電路3的輸出端及第四、五比 制：的：相輸入端’第三反及問423的輸出端連 丧U控制為6作為總電荷量測+ 電阻407的-端連接第十一乂4的輸出端’第二十三 接弟十運异放大器400的輸出端及第二

第14頁 567331 五、發明說明（丨ο) 十五電阻4 09的一端，第二 “ -運算放大器400的反相：入二：:乂07的另-端連接第十 ，苐二十四電阻4〇8的另—浐:第一十四電阻4 0 8的一端 極，第二十五電阻4〇9的另二，接第=場效電晶體425的汲 的反相輸入端及第二十丄+知連接第十二運算放大器401 410的另一端連接第十二〃 \卩且410的一端，第二十六電阻 七電阻4 11的一端，第二+ 大器401的輸出端及第二十 運算放大器402的反相輸入端：：4」^的另-端連接第十三 面電晶體426的射極，雙極接=谷益424的一端及雙極接 二運笞斂大哭4〇9仏认b 面電晶體426的集極連接第十 一連t放大态402的輸出端及 义佼乐卞 三比較器4 0 3、4 04的正相輪入山口口 的另一端及第二、 基極連接第-JK正反器418 _ ψ雙極接面電晶體4 2 6的 鴨入端、κ輸入端分別連的接，出端上，正反器418 ’弟二比較器4 0 3的反相 04的 十九電阻4 1 2、4 1 3的一端，筮一 L 土巧侵呆一十八、一 連接第—十九帝阻41S M另—比較為404的反相輸入端 签，"阻413的另—端及第三十電阻414的一端， 反器418_反相輸出端連接除法器42〇的輪： 反及閑421的一輸入端，除法器42〇的輸出端連接第 =閘422的-輸人端’第二場效電晶體仍的閘極連接 ^ — JK正反器419的Q輸出端及第二反及閘422的另— 端，第二JK正反器419的Q反相輪出端連接第一反及閘^ 輸入端’第一、二反，問421、422的輸出端分別連 山一反及閘423的一輸入知，第二JK正反器419的】入 端、κ輪入端分別連接第四、五比較器4 〇 5、4 〇 6的輪出端

第15頁 567331 五、發明說明（11) 第四比較器4。5的反相輸入端連接第一、 阻415 M16的一踹，铱I 一卞一 € "+ ~ 第五比較器4 0 6的反相輸入端連接第 : 曰 16的另-端及第三十三電阻417的一端。 流的絕::::：：進出電池模組7的電荷總量，係由計算電 電泣的大 、成固定幅度的脈波，而脈波頻率則正比於 ==二累計脈波數目即可獲得與進出電荷總 nr換成往上數或往下數的動作。總電】量Γ電:4: 電路架構主要特色有二： 7里別电路4的 ,/1)具有兩段式自動增益調整：如圖五所示， ί 斤：出Λ電一池電流訊號，其絕對值經第四、：比 2 = 6來0又疋本級的第十一運算放大器4 0 0之兩種 增ϋ值（1與Ν倍率）。穩秘的^丄 , ,n〇 A； ^ r ^ 伖、，及的弟十二、十三運算放大器401 丸0△的，壓轉f脈波頻率電路在設計上係搭配增益倍率 :·，、的電壓輸人圍而設計。當f池電流訊號低於某一預 設值時，第四比較器4 0 5會將第二几正反器419的内容設定 為1，亚使苐二場效電晶體4 2 5導通，造成增益切換成N倍 (非反相放大）。若電池電流訊號高於某一預設值時，第四 比較1§ 40 5會將第二jk正反器419的内容清除為〇，並使第 ，場效電晶體425關閉，造成增益切換成丨倍（電壓追隨）。 增並的自動轉換可以使後級轉脈波頻率的工作點在較佳的 特性上，而增盈上產生的N倍脈波頻率可以在最後以除法 為4 2 0還原成應有的對應頻率。等效上這樣的電路具有擴 大電壓/頻率轉換電路可用線性範圍的功效。如果電流量

567331 五、發明說明（12) "" ----- 測點也由此自動增益後的電壓點取得的話，也可獲得提 動態範圍的效果。 (2)以低價位泛用型積體電路組成的電壓/頻率轉換器 •如圖五的虛線區域所示，其功能即具簡易的電壓/頻率 轉換:力能：其：第十二運算放大器4〇1產生電壓反相效果 ，而第十三運算放大器4 0 2則產生定電流對電容器424進行 充電動作帛_、二比較器4 〇 3、4 4監測電容器4 ^的電 壓值，當電容器424的電壓值到達一預設電塵幅度即對第 :JKf反器418進行設定動作。同時第一JK正反器418的輸 控〗與又極接面電晶體4 2 6使得電容器4 2 4的電荷被雙極 :面：晶體426快速放電重置。當電容器42 接面電晶體426放到某一電壓幅产日4_ 了极又位 、4Π4 gp蚪楚了「 包&巾田度日守，弟一、三比較器403 a ^ Κ正反器4 1 8進行重置，並關閉雙極接面電 晶體4 2 6的放電作用。 又《任®私 圖六係本發明之類比/數位轉換電路的電路圖。 路5具/Λ數個第…^^ 54、提升電阻H二T十四私阻52、數位/類比轉換器 入端連接微控制器6'每—數個位第換器54的複數個輸 各自連接每-個第三二電？，=器5°的反相輸 四電阻52的一端每一 =::5」^及極及每-個第三十 三十四電阻52的另一端各自連接雷=輸“ ’母-個第 目逑接電壓量測電路1、溫度量

第17頁 567331 -- ^---- 五、發明說明（13) 的輸入端。 /、比車乂杰5 〇的輪出端及微控制器6 訊號i:::於::白二電，、溫度、電流、電荷量等狀態 產生-電壓準位：鱼各：τ f益6控制數位/類比轉換器54 式漸進後得準確的數——刀迫近方 之前以第三場效電晶體51接：狀入第六比較器5。 具有開集極型的輸出，而且並接較=須 行數位化時，將控制第二m一來源的狀態訊號進 三場效電晶體51斷開（使其、孚’’接°。 連接該狀態信號的第 。此時第六比較器50的輸出完』由待：則導通(使其接地) 數位/類比轉換器54的比較沾 '，、j的電池狀態訊號與 較結果配合二分逼近的演ν 'α ; ^定。微控制器6可由此比 數位碼，最後由微控制器f測的電池狀態訊號的 分析，進而對電池模組7之充电/ 2怨訊號的數位碼進行 功能。 放電作用提供管理與控制 從針對本發明之整體電 歸納如后： 各個子電路所具有之特色 ^供簡潔的電路設計 、^ 池數目的電池模組。在電池數’以監測可彈性擴充串聯電 成本降低到最少。 目擴充時，所需增加的元件 二、提供穩定可靠的雷紬 電/也1^與管理功能，本發明在 567331 五、發明說明（14) 各I ’則與控制部分的功能與特色如下： 而言T於電Λ量Λ:對於受測電池的電流消耗量小’長期 析度方V::广響不會大於其自放電的損耗。在解 以下的L: 元的類比/數位轉換電路達到1。毫伏特 特測電壓範圍在2·5伏特至4.5伏特之間， 餅離子二次電池。對於不同種類的電池，可針 t 〃刼作電壓，調整電壓量測範圍至其適合的範圍。 / (b)溫度量測··採用價格相對低廉，穩定可靠的負溫 度係數熱敏電阻作為溫度感測元件，配合特殊設計的電路 開關電路選擇量測點’並將其非線性的電阻溫度特性轉換 成近似線性的電壓溫度特性，便於使用類比/數位轉換後、 ，以微處理器查表/内差獲得可靠的溫度數據。 (c )電流量測：使用電阻式電流感測器，量取進出電 池模組的電流大小與方向，其中充電與放電兩種電流方\ 的電流量測可以設計成具有不同的解析度或範圍。 (d) 進出總電荷量量測：由電流大小的信號，對時間 作等效上的連續積分，以獲得進出電荷總量的監測，其中 電流大小的變化及頻率範圍是設計考量的重點。 (e) 類比/數位轉換電路··從不同信號來源的電壓、 流、溫度等信號轉換成的電壓信號，使用同一組由微控 杰刼作的類比/數位轉換器轉成微控制器可取得的數位資 料。利用有限的電路硬體，配合硬體切換開關以及微控胃 器的計算時間來達到多組類比/數位轉換器的處理功能。 這樣的架構，除了量測電池電壓、電流、溫度信號，亦可

567331 五、發明說明（15) 量測其他電池狀態的物理量，而且對於未來擴充的量測物 理量，所需增加的電路成本可以降到最低。 雖然本發明已以一具體實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟悉此技藝者，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。

第20頁 567331 圖式簡單說明 圖一係本發明之用於電池管理系統的電池狀態監測電路方 塊圖。 圖二係本發明之電壓量測電路的電路圖。 圖三係本發明之溫度量測電路的電路圖。 圖四係本發明之電流量測電路的電路圖。 圖五係本發明之總電荷量測電路的電路圖。 圖六係本發明之類比/數位轉換電路的電路圖。 號壓 圖電 明 說 lgu 編 元 單 測 感 0 0 0 2 1X 1X 1—χ Ί.丄 2 2 2 路 電 大器 器 器 阻關放大 大路大 電開動放 放電放 路壓換差算阻阻阻算大算阻阻 電分切式運電電電運放運電電 壓 一一合一二四六二算四八十 分第第組第第第第第運第第第 2 器 阻關 大 電開 放 壓換阻阻阻阻算 分切 電電電電運 二二 一三五七三 第第 第第第第第 器 大 放 阻 算阻電 運電一 五九十 第第第 路 電 測 量 度 溫 2

第21頁 567331 圖式簡單說明 21 第 十 二 電 阻 22 第 十 電 阻 23 第 十 四 電 阻 24 第 / \ 運 -rr 放 大 器 25 执 / Ό 敏 電 阻 26 第 一 場 效 電 晶 體 流量 測電路 30 反 相 放 大 器 31 第 八 運 算 放 大 器 32 第 九 運 算 放 大 器 33 第 一 比 較 器 34 電 阻 式 電 流 感 測 哭 σσ 35 第 十 八 電 阻 36 第 十 九 電 阻 37 第 二 十 電 阻 38 第 二 十 一 電 阻 39 第 二 十 二 阻 40 第 一 二 極 體 41 第 二 — 極 體 總電 荷量測電路 400 第 十 一 運 窗 放 大 哭 σσ 401 第 十 運 算 放 大 40 2 第 十 二 運 算 放 大 U 口、 ασ 403 第 二 比 較 器 404 第 二 比 較 器 405 第 四 比 較 器 406 第 五 比 較 哭 σσ 407 第 二 十 二 電 阻 408 第 二 十 四 電 阻 409 第 二 十 五 電 阻 410 第 二 十 六 電 阻 411 第 二 十 七 電 阻 412 第 二 十 八 電 阻 413 第 — 十 九 電 阻 414 第 二 十 電 阻 415 第 二 十 一 電 阻 416 第 一一 十 二 電 阻 417 第 三 十 三 電 阻 418 第 一 JK 正 反 器 419 第 二 JK 正 反 哭 σσ 420 除 法 器 421 第 一 反 及 閘 422 第 二 反 及 閘 423 第 二 反 及 閘 424 電 容 器 425 第 場 效 電 晶 體

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Claims (1)

1. 567331 六、申請專利範圍 1 、一種用於電池管理系統的可擴充式電池狀態監測電路 ，用以監測可擴充的多個串聯之電池模組的各種狀態 訊號，且將該等狀態訊號輸入至一微控制器，由該微 控制器對該每一個電池模組之充、放電作用提供管理 與控制功能，其中該可擴充式電池狀態監測電路包含 有： •一電壓量測電路，用以產生代表該電池模組之 電壓的電池電壓訊號，其包含一分壓電路、一組合式 差動放大電路、及一運算放大電路； •一溫度量測電路，用以產生代表該電池模組之 溫度的電池溫度訊號； •一電流量測電路，用以產生代表該電池模組之 電流的電池電流訊號； •一類比/數位轉換電路，用以將該電池電壓訊 號、該電池溫度訊號、及該電池電流訊號轉換成相對 應的數位訊號； •一解碼電路，用以接受該微控制器的控制訊號 ，而產生時間分割的多工切換訊號至該電壓量測電路 、該溫度量測電路、及該類比/數位轉換電路。 2 、如申請專利範圍第1項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該電池模組係一單元 電池或由一個以上的單元電池所組成的電池模組。 3 、如申請專利範圍第1項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該解碼電路具有一第

   第24頁 567331 六、申請專利範圍 一解碼器、一第二解碼器、及一第三解碼器，且該第 一、二、三解碼器的輸入端連接該微控制器。 4 、如申請專利範圍第3項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該分壓電路具有複數 個第一分壓電阻、複數個第二分壓電阻、一第一切換 開關、及一第二切換開關，該每一個第一分壓電阻的 一端分別連接該電池模組的待測接點，該每一個第一 分壓電阻的另一端分別連接該每一個第二分壓電阻的 一端及該第一、二切換開關的輸入端，該第一、二切 換開關的選擇輸入端連接該第三解碼器的輸出端。 5 、如申請專利範圍第4項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該組合式差動放大電 路具有一第一運算放大器、一第二運算放大器、一第 三運算放大器、一第一電阻、一第二電阻、一第三電 阻、一第四電阻、一第五電阻、一第六電阻、及一第 七電阻；其中該第一、二運算放大器的正相輸入端分 別連接該第一、二切換開關的輸出端，該第三運算放 大器的輸出端作為該組合式差動放大電路的輸出端， 且該第一電阻的一端連接該第一運算放大器的反相輸 入端及該第二電阻的一端，該第一電阻的另一端連接 該第二運算放大器的反相輸入端及該第三電阻的一端 ，該第二電阻的另一端連接該第一運算放大器的輸出 端及該第四電阻的一端，該第三電阻的另一端連接該 第二運算放大器的輸出端及該第五電阻的一端，該第

   567331 六、申請專利範圍 四電阻的另一端連接該第三運算放大器的反相輸入端 及該第六電阻的一端，該第五電阻的另一端連接該第 三運算放大器的正相輸入端及該第七電阻的一端，該 第六電阻的另一端連接該第三運算放大器的輸出端。 6 、如申請專利範圍第5項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該運算放大電路具有 一第四運算放大器、一第五運算放大器、一第八電阻 、一第九電阻、一第十電阻、及一第十一電阻；其中 該第八電阻之一端連接該組合式差動放大電路的輸出 端，該第五運算放大器的輸出端作為該電壓量測電路 的輸出端，該第八電阻之另一端連接該第四運算放大 器的反相輸入端及該第九電阻之一端，該第九電阻之 另一端連接該第四運算放大器的輸出端及該第五運算 放大器的正相輸入端，該第十電阻之一端連接該第五 運算放大器的反相輸入端及該第Η—電阻之一端，該 第十電阻之另一端連接該第五運算放大器的輸出端， 該第四運算放大器的正相輸入端連接一參考電壓。 7 、如申請專利範圍第3項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該溫度量測電路具有 一第十二電阻、一第十三電阻、一第十四電阻、一第 六運算放大器、複數個靠近該電池模組的熱敏電阻及 複數個第一場效電晶體；其中該第六運算放大器的輸 出端作為該溫度量測電路的輸出端，該第十四電阻的 一端連接該第六運算放大器的輸出端，該第十四電阻

   第26頁 567331 六、申請專利範圍 的另一端連接該第六運算放大器的反相輸入端及該每 一個熱敏電阻的一端，該每一個熱敏電阻的另一端連 接該每一個第一場效電晶體的汲極，該每一個第一場 效電晶體的閘極分別連接該第一解碼器的複數個輸出 端，該第十二電阻的一端連接該第六運算放大器的正 相輸入端及該第十三電阻的一端，該第十二電阻的另 一端連接一參考電壓。 8 、如申請專利範圍第7項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該電流量測電路具有 一反相放大器、一第八運算放大器、一第九運算放大 器、一第一比較器、一電阻式電流感測器、一第十八 電阻、一第十九電阻、一第二十電阻、一第二十一電 阻、一第二十二電阻、一第一二極體、一第二二極體 ;其中該第二二極體的η型端作為該電流量測電路的 輸出端，該電阻式電流感測器的一端連接該反相放大 器的反相輸入端及該電池模組之陰極，該電阻式電流 感測器的另一端連接該反相放大器的正相輸入端及一 負載端，該第十八電阻的一端連接該反相放大器的輸 出端及該第九運算放大器、該第一比較器的正相輸入 端，該第十八電阻的另一端連接該第十九電阻的一端 及該第八運算放大器的反相輸入端，該第十九電阻的 另一嬙連接該第一二極體的η型端及該第二二極體的η 型端及該第二十電阻的一端，該第一二極體的ρ型端 連接該第八運算放大器的輸出端，該第二二極體的Ρ

   567331 六、申請專利範圍 型端連接該第九運算放大器的輸出端，該第二十電阻 的另一端連接該第九運算放大器的反相輸入端及該第 二Η—電阻的一端，該第二十二電阻的一端連接該第 一比較器的輸出端。 9 、如申請專利範圍第8項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該反相放大器具有一 第七運算放大器、一第十六電阻、及一第十七電阻， 該第十六電阻的一端作為該反相放大器的反相輸入端 ，該第七運算放大器的正相輸入端作為該反相放大器 的正相輸入端。 1 0、如申請專利範圍第1項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該可擴充式電池狀態 監測電路進一步包含一總電荷量測電路，該總電荷量 測電路用以產生代表該電池模組之進出電荷累積量的 電池總電荷量訊號。 1 1、如申請專利範圍第1 0項所述之用於電池管理系統的可 擴充式電池狀態監測電路，其中該總電荷量測電路具 有一第十一運算放大器、一第十二運算放大器、一第 十三運算放大器、一第二比較器、一第三比較器、一 第四比較器、一第五比較器、一第二十三電阻、一第 二十四電阻、一第二十五電阻、一第二十六電阻、一 第二十七電阻、一第二十八電阻、一第二十九電阻、 一第三十電阻、一第三Η--電阻、一第三十二電阻、 一第三十三電阻、一第一 JK正反器、一第二JK正反器

   567331 六、申請專利範圍 、一除法器、一第一反及閘（NAND)、一第二反及閘、 一第三反及閘、一電容器、一第二場效電晶體、一雙 極接面電晶體；其中該第十一運算放大器的正相輸入 端連接該電流量測電路的輸出端及該第四、五比較器 的正相輸入端，該第三反及閘的輸出端連接該微控制 器，該第二十三電阻的一端連接該第十一運算放大器 的輸出端及該第二十五電阻的一端，該第二十三電阻 的另一端連接該第十一運算放大器的反相輸入端及該 第二十四電阻的一端，該第二十四電阻的另一端連接 該第二場效電晶體的汲極，該第二十五電阻的另一端 連接該第十二運算放大器的反相輸入端及該第二十六 電阻的一端，該第二十六電阻的另一端連接該第十二 運算放大器的輸出端及該第二十七電阻的一端，該第 二十七電阻的另一端連接該第十三運算放大器的反相 輸入端及該電容器的一端及該雙極接面電晶體的射極 ，該雙極接面電晶體的集極連接該第十三運算放大器 的輸出端及該電容器的另一端及該第二、三比較器的 正相輸入端，該雙極接面電晶體的基極連接該第一 J K 正反器的Q輸出端，該第一 J K正反器的J輸入端、K輸 入端分別連接該第二、三比較器的輸出端，該第二比 較器的反相輸入端連接該第二十八、二十九電阻的一 端，該第三比較器的反相輸入端連接該第二十九電阻 的另一端及該第三十電阻的一端，該第一 JK正反器的 Q反相輸出端連接該除法器的輸入端及該第一反及閘

   第29頁 567331 申請專利範圍 的一輸入端，該除法器的輸出端連接該第二反及問 一輸入端，該苐二場效電晶體的閘極連接該第二』 反器的Q輸。出端及該第二反及閘的另一輸入端，該第 二J K正反器的q反相輸出端連接該第一反及閘的另^ — 輸入端，該第一、二反及閘的輸出端分別連接該 反及閘的二輸入端，該第二几正反器的1輸入端、 ，端分別連接該第四、五比較器的輸： 電阻的一 十二電阻 較器的反相輸入端連接該第三十 端 該第五比較器的反相輸入端連接該第三 的另一端及該第三十三電阻的一端 如申請專利範圍第3項所述之用於電池管理么 :充式電池狀態監測電路，纟中該;"換： 路具有複數個第六比較器1數個第三‘《電= 複數個弟三十四電阻 數位/類比轉換葬、一提升 =該γ類比轉換器的複數個輪入：連= Γ;:二個ϊ母：個第六比較器的反相輪入端各自連接 —琢效電晶體的汲極及該每一個第、十四 =2:該每一個第六比較器的：相接 晶體的閘極各自連接兮室- 個弟一琢 > 電 該每-個第：解碼器的複數個輸出端’ 該提升•“里：電路、戎電流量測電路的輸出端’ 阻的一端連接該每 及该微控制器的輸入端。 u年』