TWI361975B - Multi-output voltage battery module and electronic device using the same - Google Patents

Description

1361975 1 »

TW4504PA 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種模組，且特別是有關於一種具多 輸出電壓之模組與應用其之電子裝置。 【先前技術】 現今的可攜式產品’例如通訊手機、隨身聽、數位相 -機、筆記型電腦等，所使用的電池都是單一電壓輸出，其 #充電、放電時間與壽命都是標準模式。以一般筆記型電腦 為例，其使用電池的方式為先利用變壓器接收1〇〇到24〇v 之交流電壓，再經AC/DC轉換器轉換後，輸出l0至32v 之直流電壓（一般為丨8.5V或19.5V)至電池，再由電池 供應單一電壓到筆記型電腦。 然而，由於筆記型電腦内部的各個單元與晶片所需的 電壓並不相同，電池在輸出單一電壓後，必須再經轉換才 可供給到這些單元與晶片，著實造成了電壓轉換上之浪 泰費而且，在目别筆§己型電腦越作越薄的趨勢下，電池體 4積亦越來越小，連帶的影響到電池的供電時間，因此如何 •延長電池的使用時間亦為一值得探討的問題。 【發明内容】 本發明係有關於一種具多輸出電壓之模組與應用其 之電子裝置，模組係提供多個電壓以供電子裝置内的不同 電子元件直接使用，以減少電壓在電子裝置中的耗損情 5 1361975 > 身

TW4504PA 形。 本發:提出一種具多輸出㈣之模组用以裝設在一 n電子裝置包括多個電子元件，此具多 之]電:==括一電池本體、多個設置在電池本體内 幹出冑源官理单兀。這些電池單元用以分別 輸出夕個不同的供電電壓至電子裝置内不同的電子 二用。電源管理單元電性連接至這些電池單元，用以將一 至電 轉換；多個充帽，並對應輸出這些充電電壓 單元充電，其中，充電電壓之大小係 本發明更提出-種電子裝置，其包括多個電子元件與 一具有多輸出電敎模組。此具多輸出㈣之模組包括一 電池本體、多個設置在電池本體内之電池單元以及 g理單元。绝些電池單兀用以分別輸出多個不同的供電電 壓至電子裝置内不同的電子元件使用。電源管理單^電性 連接至這些電池單元，用以將一外部電壓轉換成多個充電 癱電磨，並對應輪出這些充電電壓至電池單元以對電池單元 -充電，其中，充電電壓之大小係相等於供電電壓之大小。 . 為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉較佳 實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 實施例一 清參照第1圖，其係依照本發明較佳實施例一的具多 6 1361975

TW4504PA 電池的電路方塊圖。具多 ，：!池本體_、多個電池單元1…4以及4 源官理早元130。本實施例县w 加而 軍 不貝匕例疋以四個電池單元121至124 為例’但並不以此為限定，模 雷$ 误、·且川可具有二個或以上的 =二電池單元121至124與電源管理單 置在電池本體⑽内。這些電池單元12i i 124用 多個不同的供電電壓至一電 1 ^ 电于裝置30内不同的電子元件 春 電壓I 本實施例中’電池單元121至124之供電 ==至這些電，121至124 ’用以根據這些 凡至124之狀恶，以將-外部電壓轉換成多個 充電電壓’並對應輸出這些充電電壓至電池單&⑵至⑶ 以對電池單元⑵i 124充電，其中，任一電池單元之充 電電壓之大小係相等於其供電電壓之大卜本實施例中， 外部電壓例如為19v，而對應這四個電池單元121至124， 供電電壓與充電電壓分別為5V、3 3V、丨8¥幻5v。供 電電壓5V例如提供鍵盤控制器、基本輸出輸入系統（B —

Inpm/Outpm System ’ BI0S)，萬用串列匯流排（Univ隨1

Senal Bus ’ USB)等電子元件；供電電壓1.5V例如提供 給記憶體、顯示卡通道等系統電子元件。而不同的中央處 理器其核心電壓並不一樣，例如最高可以達到35V，最低 只有I.475V。然電子元件线格及製程不斷演進’此處提 出之各供電電壓值僅供說明用，並不以此為限定。 當電池單元121至124皆為電量充足的狀態下，實質 7 1361975 I '

TW4504PA 上並無須對電池單元⑵至124充電，此時，電池單 至124各別可輸出足夠的電麼至電子裝

置中的不同電子元件使用。然而，由於電子元件會因電Z 途时電路構造等不同因素而具有大小不一的耗電量使 池早兀⑵至124的放電速度也不相同。藉由電源管理單 疋130的設置，當這些電池單元121至】24使用—段 後，模組10本切可察㈣些電池單元的 行充電的動作。 而進 眷 μ參照第2圖’其係第i圖進—步緣示出電源管理單 疋130之電路方塊圖。電源管理單元13()包括—輸入端 13卜-偵測電路133、-判斷電路135與—分壓電路137。 輸=端m用以接收外部電壓。制電路133肖以備測電 池早7C 121至124之狀態。判斷電路135肖以根據读測電 路133 :偵測之電池單元121至124之狀態，纟判斷是否 對電池爭το 121至124充電。分壓電路137用以根據判斷 電路135之判斷結果，以決定是否將外部電壓轉換成充電 電壓，並對應輸出充電電壓至需充電的電池單元。 。。偵測電路133可以是持續不斷地或週期性地偵測電 -池單元121至124之狀態，其偵測的結果是由判斷電路丨35 所喝取。以電池單元124為例，當判斷電路135從偵測電 路133的偵測結果判斷到電池單元124的電量低於一預設 的臨界值時，判斷電路135會驅使分壓電路137將外部電 壓（19V)轉換成電池單元ι24的充電電壓（丨5V)以輸 出到電池單元124充電。當電池單元124充電完成後，即 8 丄丄y/；) • 1

TVV4504PA 可停止分^路137對電池單元124的充電。 除了電里過低的情形外，當電 正常提供電璧给電子开杜你田早兀故障時，亦無法 單元的#用Ϊ 因此’可輔以-備用電池 早1使用，以暫時取代供電不正常的電池單元。 的電路 =^第。3圖其係第1圖的電池使用制電池單元 124以及電p权組1〇除了具有前述的電池單元121至

㈣:理單元⑽外，另具有備用電池單元刚、 控制轉換電路15〇盘客伽pq β月-/iL 單元MO…關7°件161至164。備用電池 電性隸 備用電壓。開關元件⑹幻64各別 電丨生連接至電池單元121 w _ 王124之輸出螭，且電性連接至 ，子裝置30之電子元件31至34 (見 盘H 接備電早元14〇、電源管理單元130 電；正It雷,4。當電源管理單元130伯測到-供 Μπ吊電池早几時’係傳遞訊號至控制轉換電路 15 0 ’而控制轉換電路丨^ ^各4办 並將備用電池單元14〇之備換對應之開關元件， — 之備用電壓轉換為該供電不正常之 電池早凡之供電電壓，以輸出到對應的電子元件。 糊Sr轉換電路150例如包括一智慧型直流對直流電 =二:DC/DC ddc ) ’ 用以將備 ，電池早το 140之備用電壓轉換為電池單元m i22'⑵ 或124之供電電壓。 ^於備用電池單元刚僅用於某—電池單^供電不 大用’無須像其他電池單元121至124 一樣具有較 積’且可使備用電池單元140之電量小於電池單元 9 1361975

TW4504PA 121 至 124 之雷 I .,, 為電池單元⑵至;二電量=二14°之電量約 同樣以電池單元124為例，各-到電池單开丨％田電源官理早7L 130偵測 障過:需?充電，或是電池單元124故 制轉換電元|3°會傳遞訊號至控 …之開關元件16==」5°:賴對應電池單元 玄關閉罨池早兀124之雷壓銓屮， 並使備用電池單元140拉出批也丨絲 < 电座輸出’ 件⑹，暫時代替電也單元2ΓΓ電路150以及開關元 150係脾供_ 輪出電壓。控制轉換電路 I::厭71 140之備用電壓轉換為電池單元 124之供電電壓（丨5V)。 卞 本實施例之電池單元121幻24與備用電池單元⑽ ^ 白可為可置換式電池單元。因而’當前述任—電池單元故 障時，可直接將電池單元從模組1〇中 a ss - .L >•丨丄 τ取出以置換新的電 池早几。此外，為提醒使用者更換故障的電池電源管理 單元130可更用以於偵測到—供電不正常之電 產生一警告訊號。 上述說明皆是以電源管理單元13〇設置在電池本體 100内作說明，然並不以此為限定，電源管理單元^扣亦 可設置在電池本體1GG外’或可於需要時才與電池本體⑽ 連接。請分別參照第4、5圖’第4圖係第丨圖的電源管 理單元130設置在電池本體100外之電路方塊圖第 係第3圖的電源管理單it 130 S置在電池本體1〇〇外 路方塊圖。當僅使用模組10供電時，實際上可不裝設 1361975 ' .

TW4504PA 源管理單元130。當模組1〇需要藉由外部電壓去充電、 f要同時透過外部電壓供電給電子裝置時，再將電源管理 單7L 130與電池本體100連接，以執行上述的充電、供電 等步驟。當然，電源管理單元13〇於未用於模組1〇 ^電 時也可與電池本體100連接，以偵測電池單元121至 之狀態是否正常、電量是否充足等。另外，電源管理單元 130亦可直接設置在由模組所供電之電子裝置中。 • 實施例二 請參照第6圖，其係依照本發明較佳實施例二的具多 輸出電壓之電池的電路方塊圖。本實施例之模組2〇包括 一電池本體200、多個電池單元22丨至224以及一電源管 理單元230。電池單元221至224設置在電池本體2〇〇内， 用以輸出多個不同的供電電壓至一電子裝置4〇内不同的 電子元件41至44使用。本實施例之電池單元22丨至224 之供電電壓分別以5V、3.3V、1.8V與1.5V做說明。電源 鲁管理單元230設置在電池本體200外，並具有多個電池管 '理元件230A至230D。電池管理元件230A至230D各自 .電性連接至電池單元221至224’用以根據電池單元221 至224之狀態，以將一外部電壓轉換成充電電壓，並對應 輸出充電電壓至電池單元221至224，以對電池單元221 至224充電。本實施例之外部電壓例如為19v，而對應這 四個電池單元221至224之充電電壓則分別為5V、3.3V、 1.8V 與 1.5V。 1361975

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TW4504PA 本實施例之電池管理元件230A至230D具有相同構 造，在此僅以電池管理元件230D作說明。請參照第7圖， 其係第6圖的電源管理元件230D連接至電池單元224之 電路方塊圖。電池管理元件230D具有一輸入端231，用 以接收外部電壓。電池管理元件230D並具有一偵測電路 233、一判斷電路235與一電壓轉換電路237。偵測電路 ' 233用以偵測所連接的電池單元224。判斷電路235用以 • 根據電池單元224之狀態，以判斷是否對電池單元224充 φ 電。電壓轉換電路237用以根據判斷電路235之判斷結果 以將外部電壓（19V )轉換成電池單元224之充電電壓 (1.5V)，以輸出此充電電壓至電池單元224。 電壓轉換電路237例如包括一個直流對直流電源轉 換器。偵測電路233可以是持續不斷地或週期性地偵測電 池單元224之狀態。當判斷電路235從偵測電路233的偵 測結果判斷到電池單元224的電量低於一預設的臨界值 時，判斷電路235會驅使電壓轉換電路237將外部電壓 • ( 19V)轉換成電池單元224的充電電壓（1.5V)以輸出 到電池單元224充電。待電池單元224充電完成後，即可 停止對電池單元224的充電。 當任一電池單元之電量過低或故障而無法提供電壓 給電子元件使用時，可輔以備用電池單元使用，以暫時取 代供電不正常的電池單元。請參照第8圖，其係第6圖的 電池使用備用電池單元的電路方塊圖。模組20具有備用 電池單元240、控制轉換電路250與多個開關元件261至 12 1361975

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TW4504PA 264。備用電池單元240用以提供一備用電壓。開關元件 261至264各別電性連接至電池單元221至224之輸出端 以及電子裝置40之電子元件41至44 (見第6圖）。 控制轉換電路250電性連接至備用電池單元240、電 源管理元件230A至230D與開關元件261至264。當任一 電源管理元件230A至230D偵測到一供電不正常之電池單 ' 元時，係傳遞訊號至控制轉換電路250，而控制轉換電路 250會切換對應之開關元件，並將備用電池單元240之備 φ 用電壓轉換為該供電不正常之電池單元之供電電壓，以輸 出到對應的電子元件。 以電池單元224為例，當電源管理元件230D偵測到 電池單元224電量過低需要充電，或是電池單元224故障 而無法輸出電壓時，電源管理元件23〇D會傳遞訊號至控 制轉換電路250，由控制轉換電路250切換對應電池單元 224之開關元件264以關閉電池單元224。此時，備用電 池單元240可藉由控制轉換電路250以及開關元件264， 籲暫代電池單元224輸出電壓。控制轉換電路250亦包括一 個直流對直流電源轉換器，用以將備用電池單元240之備 用電壓轉換為電池單元224之供電電壓（1.5V)。 本實施例之電池單元221至224與備用電池單元240 可為可置換式電池單元，因而當電池單元故障時，可直接 置換新的電池單元。且為提醒使用者電池單元故障的情 形，電源管理單元230更可於電源管理元件230A至230D 偵測到一供電不正常之電池單元時，產生一警告訊號。 1361975 ' »

TW4504PA 本實施例雖然是以電源管理單元23〇設置在 體細外作說明，然並不以此為限定，電源管理單元^ Γ可设置在電池本體雇内。此外，本實施例之電源管理 單7G 230可於需要時才與電池本體2〇〇連接。當僅使用模 組20供電時’實際上並不需裝設電源管理單元⑽、 組20需要藉由外部電屢去充電 '或是要同時透過外苦田' 壓供電給電子裝置時，再將電源管理單元23〇與電池本體 ，接，以執行上述的充電、供電等步驟。當然，電源 參管理單元230於未詩馳2G充電時也可與電池本體細 連f，以隨時偵測電池單元221至224之狀態是否正常、 電量是否充足。另外’電源管理單元23〇亦可直接設置在 由模組20所供電之電子裝置中。 上述二個實施例中，具多輸出電壓之電池具有多個可 獨立充電、放電的電池單元，而電池透過這些電池單元劃 分成多個電壓區，其中，電池的每個電壓區具有不同的供 電電壓，例如有5V、3V、…與！ 5V，以提供多個輸出 電壓給電子裝置中的不同電子元件使用。由於上述二個實 •施例之具多輸出電壓之電池已對充人電池之電壓作壓降 -轉換’可避免單純以單一電壓供給電子裝置時，於電子裝 置中還要作壓降轉換的情形，如此可省去電子裝置中直^ 壓降電路的使用’以節省產品的成本。此外，也可避免電 子裝置中電壓轉換的浪費’而可延長電池對電子裝置的供 電時間。 綜上所述然本發明已以較佳實施例揭露如上然 1361975

TW4504PA 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常 知識者，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。

15 1361975 TW4504PA 【圖式簡單說明】 第1圖係依照本發明較佳實施例一的具多輸帽 之電池的電路方塊圖。 塊圖 第2圖係第1圖進一步繪示出電源管理單元之 電路方 圖 第3圖係第丨_電池使用備用電池單元的電路方塊 # 第4圖係第！圖的電源管理單元設置在電池本 電路方塊圖。 電路方塊圖 第5圖係第3圖的電源管理 單元設置在電池本體外之 第6圖係依照本發明較佳實施例二的具多輸出電壓 之電池的電路方塊圖。 第7圖係第6圖的電源管理元件連接至電池單元之電 路方塊圖。 第8圖係第6圖的電池使用備用電池單元的電路方塊 圖 ° 【主要元件符號說明】 10、20 :具多輸出電壓之模組 30、40 :電子裝置 31〜34、41〜44 :電子元件 100、200 :電池本體 121〜124、221〜224 :電池單元 1361975

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TW4504PA 130、 230 :電源管理單元 131、 231 :輸入端 133、233 :偵測電路 135、235 :判斷電路 137 :分壓電路 140、240 :備用電池單元 • 150、250 :控制轉換電路 • 161〜164、261〜264 :開關元件 φ 230A〜230D :電源管理元件 237 :電壓轉換電路

Claims (1)

1361975 * i TW4504PA 十、申請專利範圍·· 1· I種具多輸出電壓之模組，用以裝設在 ，中’其中，該電子裝置包括複數個電子 = 出電壓之模組包括： 。亥具夕輸 一電池本體； 池ί數Γ電ΐ單元’設置在該電池本體内，其中，該些 .子元件別輸出複數個不同的供電電•至該些電 其理。r電源管理單元，電性連接至該㈣池單元，該電源 二、早70用以將—外部電壓轉換成複數個充電電墨，並對 充電電壓至該些電池單元以對該些電池 供電電屋之;;11該些充電電壓之大小係分別相等於該些 二==所述之具多輪咖之模 r備用電池單元，用以提供—備用電壓，· 複數個開關元件，分別電性連接 出端與該些電子元件之間；以及 -電池早兀之輸 開關元^制^換電路，電性連接至該備用電池單元與該些 單元該電源管理單元偵測到-供電不正常之電池 用電壓轉= = = :㈣用電池單元之該備 透過哕极带’、電不 電池早元之該供電電壓，並 〜·不正常之電池單元之該開關元件輸出至對應 1361975 TW4504PA 的該電子元件。 么3.如申請專利範圍第2項所述之具多輸出電壓之模 組，其中該備用電池單元係可置換式電池單元。 、 ^ 4.如申請專利範圍第2項所述之具多輪出電壓之模 ^ ’其中該備用電池單元之電量係、小於該些電池單元之電

5·如申請專利範圍第1項所述之具多輪出電壓之模 組，其中該電源管理單元包括： 、 輸入端’用以接收該外部電壓； —偵測電路，用以偵測該些電池單元之狀態； θ —判斷電路，用以根據該些電池單元之狀態，以判斷 疋否對該些電池單元充電；以及 二—分壓電路，若該些電池單元狀態正常，該分壓電路 將該外部電壓轉換成該些充電電壓，並㈣輸出該些充電 電壓至需充電之該些電池單元。 会 如申°月專利範圍第1項所述之具多輸出電壓之模 組，其中該電源管理單元包括複數個電源管理元件，各自 電眭連接至該些電池單元，該些電源管理元件各自包括： 一輸入端’用以接收該外部電壓； 偵測電路，用以偵測所連接的該電池單元之狀態； 、 判斷電路，用以根據所連接的該電池單元之狀態， 乂判斷是否對該電池單元充電；以及 電壓轉換電路，若該些電池單元狀態正常，該電壓 換電路將該外部電㈣換成該充電電壓，並輸出該充電 1361975 I I TW4504PA 電壓至對應之該電池單元。 组，I中如：請專利範圍第6項所述之具多輸出電壓之槙 ，’’、中6亥電壓轉換電路係一直流對直流電源轉換器。 【如中請專利範圍帛i項所述之具多輸出電壓之模 、’且’，、中该電源管理單元設置在該電池本體内。 9.如申請專利範圍第丨項所述之具多輸出電壓之 組’其+該電源管理單元設置在該電池本體早 裝置内。 且忒電子

ι〇.如申請專利範圍第1項所述之具多輸出電壓之4 組巧中該電源管理單元更用以於偵測到一供電不正當: 電池單元時’產生一警告訊號。 u.如申凊專利範圍第1項所述之具多輸出電壓之模 組其中5亥電源管理單元更用以於憤測到該 $少苴中+ θ -¾心平70之 之電篁充足時，停止對該些電池單元之至少 其中之一充電。 12. 如申請專利範圍第1項所述之具多輸出電壓之模 組’其中該些電池單元係可置換式電池單元。 13. 如申請專利範圍第丨項所述之具多輸出電壓之模 組，其中該電子I置係為一筆記型電腦。 、 14. —種電子裝置中，包括： 複數個電子元件，分別接收複數個不同的供電電壓以 工作；以及 一多輪出電壓之模組，包括： 一電池本體； 20 1361975 TW4504PA 複數個電池單元’設置在該電池本體内， 該些電池單元用以分別輸出該些不同 至、 電子元件；以及 电电座至5亥些 一電源管理單元，電性連接至該些 二電源官理單元用以將一外部電壓轉換成複數個； = 些充電_些電池單元以= -，早7G充電’ /、t ’該些充電電叙 於該些供電電壓之大小。 h別相等 15.如申請專利範圍第M項所述之該電 中該電池本體内更設置： t直” 一備用電池單元，心提供—備用電壓； 出連接—輸 開關電路’電性連接至該備用電池單元與該些 …^中，當該電源管理單元偵測到—供電不正常之電池 ’係通知該控制轉換電路將該備用電池單元之該備 =轉換為該供電不正常之電池單元之該供電電壓： 的二正常之電池單元之該開關元件輸出至對應 16.如申請專利範圍第15項所述之電子裝置，其中 該備用電池單元係可置換式電池單元。 八 該二…所述之電子裝置，其* 平几之電1係小於該些電池單元之電量。 丄ο◦丄y/：) * . tW45〇4Pa ^ I8.如申請專利範圍第14項所述之電子裝置，其中 該電源管理單元包括： /、 —輸入端’用以接收該外部電壓； —偵測電路，用以偵測該些電池單元之狀態； a —判斷電路，用以根據該些電池單元之狀態，以判斷 疋否對該些電池單元充電；以及 —分壓電路，若該些電池單元狀態正常，該分壓電路 將該外部電壓轉換成該些充電電壓，並對應輸出該些充電 _電壓至需充電之該些電池單元。 19.如申清專利範圍第14項所述之電子裝置，其中 該電源官理單元包括複數個電源管理元件，各自電性連接 至該些電池單元，該些電源管理元件各自包括： 一輸入端’用以接收該外部電壓； 一偵測電路，用以偵測所連接的該電池單元之狀態； 判斷電路，用以根據所連接的該電池單元之狀態， 以判斷是否對該電池單元充電；以及 鲁 電堡轉換電路，若該些電池單元狀態正常，該電壓 •轉換電路將該外部電壓轉換成該充電電壓，並輸出該充電 .電壓至對應之該電池單元。 20. 如申請專利範圍第19項所述之電子裝置其中 該電壓轉換電路係一直流對直流電源轉換器。 21. 如申凊專利範圍第14項所述之電子裝置其中 5玄電源管理單元設置在該電池本體内。 22. 如申請專利範圍第14項所述之電子裝置其中 22 丁 W45〇4Pa W原官理單^置在該電池本體外，且該電子裝置内。 23.如申請專利範圍第Μ項所述之電子裝置 該電源官理單元更用以於谓測到一供電不正常之 元時，產生一警告訊號。 %二如申請專利範圍第Μ項所述之電子裝置其令 該電源管理單元更用以於偵测到該些電池單元之至^其 中之/之電置充足時，停止對該些電池單元之至少其中 〆充電。 、 Φ 25. =申請專利範圍帛14項所述之電子裝置，其 该唆電池單元係可置換式電池單元。 ，、 26. 如申請專利範圍* 14項所述之電子裝置 /肇記型電腦。 马 23