TWI299933B - Battery pack, cordless electrical device and method for battery pack current monitoring - Google Patents

Battery pack, cordless electrical device and method for battery pack current monitoring Download PDF

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TWI299933B TW095104659A TW95104659A TWI299933B TW I299933 B TWI299933 B TW I299933B TW 095104659 A TW095104659 A TW 095104659A TW 95104659 A TW95104659 A TW 95104659A TW I299933 B TWI299933 B TW I299933B
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Description

1299933 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於無線電氣裝置的電池組，更特別 言之，係關於電池組電流監測。 【先前技術】 各種無線電氣裝置可以由電池組供電。這種無線電氣裝 置的實例包括（但不限於）膝上型電腦（lapt0p computer)、行 動電活（cell phone)、個人數位助理（personai digitai ® assistant)以及例如鑽（drill)之類的電動工具。這種電池組可 以包括複數個電池單元和電源開關，以允許電池單元提供 電流（放電操作模式）或者被充電（充電操作模式）。電池組還 可以包括由電池單元供電的電池狀態監測電路，以執行多 個任務’藉以維持電池單元安全的和所期望的使用。 在習知的電池組中，可以使用電流感測電阻器與電池組 的電池單元串聯，以提供一信號給該電池狀態監測電路， 該信號表示來自或進入該電池單元的電流。對於低電流應 用’使用邊電流感測電阻器是可接受的。但是，對於高電 流應用，該電流感測電阻器會造成過度的功率損耗。另外， 該電流感測電阻器促使產生額外的元件和連接成本。因 此，需要一種不使用電流感測電阻器的電池組電流監測。 【發明内容】 根據本發明的一方面，提供一種電池組。該電池組可以 包括至少一電池單元；一開關，其具有一取決於該開關的 一溫度的導通（ON)電阻；一熱敏電阻器，其具有一隨該溫 108224.doc 1299933 度改變而變化的電阻；以及電池狀態監測電路。該電池狀 悲監測電路可以被配置以監測由流經該開關的一電流造成 的跨過該開關的一電壓降和該熱敏電阻器的該電阻，以使 該電壓降和該電流相互關聯。 根據本發明的另一方面，提供一種無線電氣裝置。該無 線電氣裝置可以包括-負載；以及向該負載提供電力的一 電池組。該電池組可以包括至少一電池單元；一開關，其 具有一取決於該開關的一溫度的導通（0N)電阻；一熱敏電 阻器，其具有一隨該溫度改變而變化的電阻；及電池狀態 監測電路。該電池狀態監測電路可以被配置以監測由流經 該開關的一電流造成的跨過該開關的一電壓降和該熱敏電 阻器的該電阻，以使該電壓降和該電流相互關聯。 根據本發明的另一方面，提供一種方法。該方法可以包 括當-電池組的-開關閉合（elGse)時，監測跨過該開關的 電壓降，該《具有-取決於該開關的一溫度的導通（⑽） 電阻；以及藉由計算（aCc_t)該溫度的改變而使該電壓降 和流經該開關的一電流相互關聯。 點，可隨著下面 明顯，其中圖中 本發明中的所述說的實施例的特徵和優點 的詳細描述以及根據對應圖的參考而更加明 相同的數字表示相同的部分。 【實施方式】
置100，該電池 負載104提供電力。 载，其可以耦合到 108224.doc 1299933 該電池組102的VPACK +端118和VPACK-端116。該無線電氣 裝置100可以包括但不限於··膝上型電腦、行動電話、個人 數位助理以及例如鑽（driu)、圓鋸（circuIar saw)、撒砂器 (sander)等電動工具。在一實施例中，當該無線電氣裝置是 電動工具時，負載1〇4可以是該電動工具本身。除了在電池 供電模式中向該負載104提供電力之外，該電池組1〇2也可 以由一 DC電源（未示出）再充電，該DC電源例如是一 Acdc
配接器（adapter)，其也可以同時向該負載1〇4提供電力。在 其他例子中，该電池組丨〇2可以輕易地從該無線電氣裝置 1 〇〇中移除，並耦合到一外部電池充電器以用於充電。 該電池組102可以包括一或多個電池單元1〇6，一與該電 池單元106串聯的開關110, 一被置於接近該開關ιι〇處的熱 敏電阻器126，以及電池狀態監測電路1〇8。此處任一實施 例中使用之”電路”可以單獨或以任意的組合模式包括··例 如，硬連線（hardwired)的電路、可程式化電路、狀態機電 路、及/或儲存由可程式化電路執行的指令的物體。該開關 Π0可以是一放電開關，其閉合（close)以提供一從該電池單 元106到該負載104的放電路徑，或是一充電開關 其閉合 以提供從一充電電源到該電池單元106的—充電路徑。該電 池單元1G6可以是任-種化學電池，例如鐘電池。該開關⑽ 可以是電晶體’例如場效電晶體（PET)。 -般而言，該電池狀態監測電路⑽可以藉由監測跨過該 開關110的該電壓降來監測流經該開關11〇的該電流。該開 關110的該導通（0 N)電阻可以隨該開關的該溫度而變化:: 108224.doc 1299933 而影響跨過該開關的該電壓降。所以，該電池狀態監測電 路108可以藉由計算該開關110的該溫度的改變，使該電歷 降與一流經該開關的電流相互關聯。該流經該開關丨10的電 /’’L位準可以表示該電池單元】〇6的充電/放電電流。 忒電池狀態監測電路！ 〇8還可以轉換和發送關於測量結 果的資料，以該充電/放電電流給相關的該無線電氣裝置 1 〇〇的该功率調節控制器124。該電池狀態監測電路1〇8也可 .以接收和執行來自該功率調節控制器1 24的指令。該電池狀 悲監測電路108也可以按該功率調節控制器124的指示驅動 該開關110和該電池組102的其他開關（未示出）。在合適的時 候，當該功率調節控制器124未能發出任何控制信號時，該 電池狀悲&測電路1〇8也可以撤銷（0”1^(^)來自該功率調 節控制器124的指令，而提供預設^^抓⑴狀態給該電池組 102的開關。 為了監測流入或者來自該電池單元1〇6的電流，該電池狀 _ 態監測電路108可以利用該開關110的導通電阻。當該開關 110閉合（closed)時，該開關110可以具有一特殊的導通電 阻。該導通電阻之值可以隨例如該開關1 i 〇的環境溫度 (ambient temperature)、該開關之增益和該開關的其他特性 專因素而受化。该開關1 1 〇的該導通電阻可以隨溫度的改變 而成比例的變化。當電流流經該開關11〇時，該開關的該導 通電阻會k成一跨過該開關且與該電流位準成比例的電壓 降。 為了考慮影響該開關i 1〇的該導通電阻的因素，可以執行 108224.doc 1299933 杈準來使得例如起始增益和環境溫度二因素與該導通電阻 相關。可以將所測量的相關性儲存在一記憶體中，例如是 忒功率調節控制器124的一永久性記憶體129。該變化規則 可以引入到作為溫度的函數的uC中，並據此補償該電流測 量值。
圖2更详細地闡示圖1的該電池組1 〇2的該電池狀態監測 電路108。該電池狀態監測電路1〇8可以包括一感測放大器 206和一放電驅動器2〇2。該電池組1〇2可以具有一熱敏電阻 為1 26 ’其具有隨溫度改變而變化的一電阻2〇4。該開關11 〇 了以疋一放電開關，其閉合以提供一放電電流給該負載 1 〇4a
晶體來實現，例如一金屬氧
化物半導體場效電晶體（MOSFET) Q1。該MOSFET Q1的該 控制或閘極端可以接收一來自該放電驅動器2〇2的控制信 號。該MOSFET Q1的源極可以耦合到I一卩端24〇，其可以隨 後|馬合到该感測放大器206的該非反相輸入端。該mqsfET
Q1的汲極可以耦合到I—M端242,其可以隨後耦合到該感測 放大器206的該反相輸入端。可以在該I—M-OUT端210和 I—P一OU丁端208上提供該感測放大器206的輸出。 操作中，當一放電電流（IJoad)從該電池單元ι〇6提供給 该負載時’ 一電流會流過該放電MOSFET Q 1。該]V10SFET Q 1的該導通電阻會在跨過該源極和汲極端造成一電壓降。 該電壓降會被該感測放大器206放大，並在該感測放大器的 輸出端210、208上提供。在一實施例中，為了監測流經該 MOSFET Q1的該電流位準，該電池狀態監測電路1〇8可分析 108224.doc 1299933 來自該感測放大器206的該I—M—OUT端210和I一p_〇UT端 208的信號，以及該熱敏電阻器126的該電阻204，以決定該 放電電流。可將該熱敏電阻器126置於接近該MOSFET Q1 處，且該熱敏電阻器126可具有隨溫度迅速地且可預測地變 化的該電阻204。 忒電池狀態監測電路1 〇8也可以將來自該電池單元】〇6的 该放電電流與表示一最大放電電流位準的閥值位準作比 較。如果該電池狀態監測電路丨08檢測到該放電電流大於或 者等於該最大放電電流位準，則它會提供—輸出控制信號 以保護無線電氣裝置的元件。可以將該輸出控制信號提供 給一或多個在該電池組102中例如^osfetqi的開關，以 打開㈣該M0SFET Q1，或可以將其提供給位於該電池 組102外的其他電路’例如該功率調節控制器124。 圖3是根據實施例的操作扇的流程圖。操作3〇2可以包括 當一電池組的一開關閉合時，監測跨過該開 該開關具有-取決於該„的—溫度的導通電阻作 可以包括藉由計算唁、、w声由aa a々 私作3〇4 開關的-電流相互關： 而使該㈣降與流經該 消除對於利用習知感測電阻器來監 j个㈡成电，也早凡或者 T ^ ^ , L入忒電池早元的電流的 就即令了獲取和連接該感測電阻 資、 感測電阻器導致的、本 °。、，還消除了由該 率損耗。 田“位準增高時會變得很顯著的功 雖：、、、:上述發明詳細 了'茶考例示性實施例來進行，但 108224.doc 1299933 :明多替換、修正和變化對熟悉本領域技藝人士來說 、、因此，意欲廣泛的解釋所要求的主題。此外， 、、中所使用的♦語和措辭係描述性而非限制性，且使用 和“辭並未意欲排除任何所顯示和所描述的特徵 (或在其中的部分)的等效物’應理解到各種_申請專利 耗圍内都是可以之外，其他修正、變化和替換亦都是可能 【圓式簡單說明】 圖1是具有一含電池狀態監測電路的電池組的無線電氣 I置的示意圖； 、—一 圖2是更詳細地描述圖丨的電池狀態監測電路的示意圖； 以及 圖3是實施例的操作流程圖。 【主要元件符號說明】 100 102 104 、 1〇4a 106 108 110 116 118 124 126 無線電氣裝置 電池組 負載 電池單元 電池狀態監測電路 開關 VPACK-端 VPACK+端 功率調節控制器、 熱敏電阻器 108224.doc 1299933 129 永久性記憶體 202 放電驅動器 204 電阻 206 感測放大器 208 I丄OUT端 210 I_M_OUT 端 240 I—P端 242 I—M端 300 操作 302 操作 304 操作 參 I08224.doc - 12-

Claims (1)

  1. # ί：!日修(更.)正替換頁 π ——一- 129913¾104659號專利申請案 t文年·請專利範圍替換本(π年2月） 十、申請專利範圍： 一種電池組，其包括： 至少一電池單元； 一開關’其具有一取決於該開關的一溫度的導通（ON) 電阻； 一熱敏電阻器，其具有一隨該溫度改變而變化的電 阻；以及 電池狀態監測電路，其被配置以監測由流經該開關的 一電流造成的跨過該開關的一電壓降和該熱敏電阻器的 該電阻’以使該電壓降和該電流相互關聯。 2·如請求項1之電池組，其中該熱敏電阻器被置於接近該開 關處。 3·如請求項1之電池組，其中該開關包括一放電開關，其被 配置成閉合（close)以啟動該至少一電池單元，以提供一放 電電流給一負載，該電壓降表示該放電電流。 4·如請求項3之電池組，其中該放電開關包括一金屬氧化物 半導體場效電晶體（MOSFET)，並且該電壓降是跨過該 MOSFET的汲極和源極端的電壓降。 5·如請求項4之電池組，其中該電池狀態監測電路包括一感 測放大器，其具有耦合到該MOSFET的該汲極的一輸入， 及麵合到該MOSFET的該源極的另一輸入，該感測放大器 被配置成放大跨過該MOSFET的該汲極和源極端的該電 壓降，並提供一表示流經該開關的該電流的輸出信號。 6·如請求項1之電池組，其中該開關包括一充電開關，其被 108224-970221.doc 1299933 年f 2日修(更〗正替換頁 配置成閉合（close)以啟動該至少一電池單元，以由來自一 充電電源的一充電電流充電，該電壓降表示該充電電流。 一種無線電氣裝置，其包括： 一負載；以及 一向該負載提供電力的電池組，該電池組包括： 至少一電池單元； 一開關，其具有一取決於該開關的一溫度的導通 (ON)電阻；
    一熱敏電阻器，其具有一隨該溫度改變而變化的電 阻；及 電池狀態監測電路，其被配置以監測由流經該開關 的一電流造成的跨過該開關的一電壓降和該熱敏電阻器 的該電阻’以使該電壓降和該電流相互關聯。 8· #請求項7之無線電氣裝置，其中該熱敏電阻器被置於接 近該開關處。 9· #請求項7之無線電氣裝置，其中該開關包括一放電開 關’其被配置成閉合（cl〇se)以啟動該至少一電池單元，以 提供一放電電流給一負載，該電壓降表示該放電電流。 1〇·如請求項9之無線電氣裝置，其中該放電開關包括一金屬 氧化物半導體場效電晶體（M0SFET)，並且該電壓降是跨 過該M0SFET的汲極和源極端的電壓降。 11 ·如請求項10之無線電氣裝置，其中該電池狀態監測電路 包括一感測放大器，其具有耦合到該M0SFET的該汲極的 一輸入，及耦合到該M0SFET的該源極的另一輸入，該感 108224-970221.doc
    曰妗(更)正替換頁 1299933 測放大器被配置成放大跨過該MOSFET的該汲極和源極 端的該電壓降，並提供一表示流經該開關的該電流的輸 出信號。 12·如請求項7之無線電氣裝置，其中該開關包括一充電開 關，其被配置成閉合（close)以啟動該至少一電池單元，以 由來自一充電電源的一充電電流充電，該電壓降表示該 充電電流。 13 · —種用於電池組電流監測之方法，其包括： 當一電池組的一開關閉合（cl〇se)時，監測跨過該開關的 電壓降，該開關具有一取決於該開關的一溫度的導通 (ON)電阻；以及 藉由什异該溫度的改變而使該電壓降和流經該開關的 一電流相互關聯。 14·如凊求項13之方法，進一步包括亦藉由計算該開關的一 起始增益而使該電壓降和流經該開關的該電流相互關 聯。 15 ·如請求項13之方沐，甘+ a /、中该開關包括一放電開關，且該 電流包括一從該至少一 I oo - 電池早流向一負載的放電電 流，該放電開關台衽_ I Μ知 金屬氣化物半導體場效電晶許 (M0SFET)，且該電壓降 ^ 塋降疋跨過该M0SFET的汲極和 端的電壓降。 徑 108224-970221.doc 號專利申請案 中文*式替換本(97年2月） 十一、囷式： 丨9心月2 2日修(更)正替換買 102 電池組
    118 VPACK+ VPACK- 圖1 100 無線電氣裝置
    116 129 124 功率調節 永久性 控制器 記憶《1 108224-fig-970221.doc 1299933
    Ί06 I_load βν日修(更)正替換頁 108
    XR3 XR3 sensjmp XR2 206 XR2 電池狀態監測電路 210IMOUT I POUT 面 _ 208
    108224-fig-970221.doc 1299933 300 ^ 9%孟修(更)正替換頁 當一電池組的一開關閉合時’ 監測跨過該開關的電壓降，該 開關具有一取決於該開關的一 溫度的導通電阻 302 藉由計算該溫度的改變而使該 電壓降與流經該開關的一電流 相互關聯 304
    108224-fig-970221.doc
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