TWI411185B - 藉由偵測電池組中感測電阻破壞之電池組保護裝置及方法 - Google Patents

藉由偵測電池組中感測電阻破壞之電池組保護裝置及方法 Download PDF

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Description

藉由偵測電池組中感測電阻破壞之電池組保護裝置及方法
本發明係關於一種電池組保護裝置及方法，尤指一種藉由偵測電池組之感應電阻之破壞的電池組保護裝置及方法。
近年來，對於可攜式電子產品(如筆記型電腦、錄影機及行動電話)的需求迅速增加，以及電動載具的發展、能量儲存電池、機器人及衛星處於主動程序。因此，對於可重複充電之高效能二次電池也蓬勃地被研究。
最近，鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池及鋰二次電池均被商業化使用。而在它們之中，鋰二次電池最獲得重視，因鋰二次電池相對於鎳基電池而言，幾乎不會產生記憶效應，使得鋰二次電池可自由地被充電及放電。除此之外，鋰二次電池展現出極低的自放電(self-discharge)及極高的能量密度。
在此時，關於電池的最重要問題便是安全性。尤其，當筆記型電腦及行動電話越來越常被使用，所以一旦電池爆炸，具有此電池的可攜式電子產品便損害，甚至會起火。如此，電池的安全性應該被確保。至今，數種保護裝置已經被使用來確保電池的安全性。這些保護裝置在偵測到電池發生異常情況時，攔截一充電電流/放電電流以確保電池的安全。一般來說，電池保護裝置包含一用於無法回覆地 阻斷充電電流/放電電流所流動之線路的保險絲，以攔截電流的流動並因而在異常情況(如過度充電、過度放電、短路及過度電流)發生時，保護電池組；以及一用於偵測充電電流/放電電流大小的感應電阻。
圖1係習知之電池組保護裝置的方塊示意圖。
請參閱圖1，習知之電池組保護裝置100係連接至一由至少一電池胞構成之電池胞群組20，習知之電池組保護裝置100包含一高壓輸出端Pack+以及一低壓輸出端Pack-，連接至一充電裝置或一負載；一充電控制開關60與一放電控制開關50，分別以串聯的方式連接至一高壓線，以在發生過度充電或過度放電時，攔截一充電電流或一放電電流；一感應電阻10，係以串聯的方式連接至一低壓線並感測一在保護裝置100中流動的電流；一保險絲40，以當電池發生異常狀況時(如過度充電或過度放電)，無法回復地阻斷充電電流/放電電流所流動的線路；一保險絲控制開關30，以選擇性地開啟或關閉一用於操作保險絲40的電流；一第一保護電路80，以感測一個別電池胞電壓並將感測到的電壓輸出至一微控制器90；一第二保護電路70，以當一超過一臨界值之過度充電狀態被偵測到時，感測一個別電池胞電壓並施加一操作電壓至保險絲控制開關30以融化並切斷保險絲40；以及一微控制器90，係從第一保護電路接受每一電池胞的電壓以監控全部電池胞或個別電池胞是否發生過度充電的狀態，透過感應電阻10感測電池之充電電流/放電電流以監控是否發生過度電流的狀態，以及當異常狀態(如過 度充電或過度電流)被偵測到時，控制每一開關30、50、60的開關操作，以暫時地或永久地攔截充電電流/放電電流的流動。
充電控制開關60及放電控制開關50係由具有寄生二極體之場效電晶體(FET)構成，充電控制開關60及放電控制開關50在微控制器90的控制下，從它們所分別具有的閘極端接收一來自第一保護電路80的操作電壓。此外，保險絲控制開關30則從其所具有的閘極端接收一來自微控制器90或第二保護電路70的操作電壓。
除此之外，保險絲40係為一三端點型式的保險絲。當因充電控制開關60及放電控制開關50被破壞而無法正常地控制充電或放電，以致一個別電池胞或一電池胞群組20處於一過動充電或過度放電時，或當一負載或一保護裝置發生短路，以致一過度電流流動時，或因一個別電池胞被破壞而造成的異常狀況(如充電電壓突然地增加或減少)時，保險絲40便無法回復地阻斷充電電流/放電電流所流動的線路(即Pack+端點的線路)，以防止電池組爆炸、電池胞的永久損壞或一與電池組連接之負載的故障。
此時，當一高功率電池模組所需之電池組的功率消費不斷增加，電池組之與安全相關元件所消耗的容量也增加，因而使得三端點型式之保險絲的電流容量也從7安培增加至12安培。若外部短路或過度電流在此情況下發生，保險絲便會稍晚地融化並切斷，使得位於主要電流路徑上的重要元件在保險絲融化並切斷之前便損壞。尤其，若在電 池組保護裝置中扮演重要角色的感應電阻10因為過度電流或類似的情況而損壞，一極大電壓便會施加於感應電阻10的兩端，所以一超過一允許限制的過度電壓便會施加於微控制器90。在此情況下，微控制器90便被破壞而無法施加一操作電壓至保險絲控制開關30，使得保險絲40不會融化並切斷，而保險絲的此一變化(融化並切斷)即為保護操作的根本。因此，直到電池被完全放電前，一小電流一貫地在電池中流動。在此程序中，電池的溫度增加，而在嚴重的情況下亦可能造成電池起火。
本發明係用於解決習知技術的問題，且因而本發明的目的係提供一種電池組保護裝置及方法，其藉由在電池組保護裝置中扮演了重要的角色之偵測感應電阻之破壞，再融化及切斷此保險絲的方式，提升電池組的安全係數。
為達到上述目的，本發明提供一種電池組保護裝置，其包含一保險絲、一感應電阻及一保險絲控制開關，此感應電阻係連接至一流動著一充電電流或一放電電流的電路路徑，此保險絲控制開關則控制此保險絲。其中，此電池組保護裝置更包含一蕭特基二極體，此蕭特基二極體之一 端係連接至此感應電阻，另一端則連接至此保險絲控制開關。
在本發明的另一面向，本發明亦提供一種電池組，其包含一具有至少一電池胞之電池胞群組，此電池組保護裝置係電性耦合至此電池胞群組，以及一將此電池胞群組及此電池組保護裝置容納於其內部空間的外殼。
在本發明的又一面向，本發明亦提供一種保護一電池組之方法，其包含一保險絲、一感應電阻、一保險絲控制開關及一蕭特基二極體，此感應電阻係連接至一流動著一充電電流或一放電電流的電路路徑，此保險絲控制開關係控制此保險絲，此蕭特基二極體則分別連接至此感應電阻及此保險絲控制開關，此方法包含：(S1)當施加於此感應電阻之兩端的電壓超過一預先確定的數值時，允許一電流通過此蕭特基二極體，朝向此保險絲控制開關流動；以及(S2)藉由此電流打開此保險絲控制開關，以融化並切斷此保險絲。
根據本發明，此感應電阻的破壞在電池組保護裝置中扮演了重要的角色，其偵測並融化及切斷此保險絲，進而能以低成本的方法，避免任何元件因過度電流而損害，且提升電池組的安全係數。尤其是近年來，一高功率電池模組所需之電池組的功率消費不斷增加，當過度電流的情況發生時，感應電阻可在保險絲融化及切斷前便被破壞。在此情況下，保險絲可能就不會融化，也不會切斷。然而， 在本發明中，當感應電阻在保險絲融化及切斷前便被破壞時，可先偵測感應電阻的破壞，再融化及切斷保險絲。如此，本發明可保護各元件，且避免任何加熱或起火所造成的損害，以及保護那些儲存於一使用此電池組之系統中資料的安全。
在此，本發明的較佳實施例將配合相關圖式詳細敘述於下。在敘述之前，需瞭解到說明書及申請專利範圍項中的術語所代表的意義不應限制在其一般的意義及其在字典上的意義，而是應基於其在本發明所屬技術領域中所代表的意義及觀念。發明人應被允許適度地以最佳解釋的方式，定義這些術語所代表的意義。
因此，在此的敘述僅為一為了例示而提出的最佳例子，而非用於限制本發明之範疇。任何未脫離本發明範疇及精神的等效物或修改仍屬本案所欲主張的範圍。
圖2係本發明一較佳實施例之電池組保護裝置的方塊示意圖。
請參閱圖2，電池組保護裝置200係連接至一由至少一電池胞構成之電池胞群組220，電池組保護裝置200包含一充電控制開關260與一放電控制開關250，以控制一充電電流及一放電電流；一保險絲240，以無法回復地阻斷充電電流/放電電流所流動的線路；一保險絲控制開關230，以選擇性地開啟或關閉一流動至保險絲的操作電流；一裝設於 充電電流/放電電流所流動的線路的感應電阻210，以量測一電池之充電電流/放電電流；一第一保護電路280，以感測一個別電池胞電壓並將感測到的電壓輸出至一微控制器290；一第二保護電路270，以當一超過一臨界值之過度充電狀態被偵測到時，感測一個別電池胞電壓並施加一操作電壓至保險絲控制開關230以融化並切斷保險絲240；以及一微控制器290，以使用每一開關230、250、260控制整體電池組保護裝置200的整體操作。
在此，每一元件的基本操作與習知之電池組保護裝置所具之每一元件的基本操作基本上相同，故這些基本操在此便不再詳細敘述。因此，以下的敘述將聚焦在本發明之電池組保護裝置的根本特徵上，而這些特徵與習知之電池組保護裝置有所不同。
如圖2所示，本發明之電池組保護裝置200更包含一二極體300，二極體300之一端連接至感應電阻210，另一端則連接至保險絲控制開關230。二極體300之連接方式係使得來自感應電阻210的電流可流動至保險絲控制開關230的一閘極端。較佳地，二極體300係為一蕭特基二極體。感應電阻210一般而言具有5 mΩ至10 mΩ的電阻值。在正常的狀況下，當電池組之端點發生短路，施加於感應電阻210之兩端的電壓差仍舊很難超過1伏特。然而，若感應電阻210因各種因素(如機械應力或電力衝擊)而被破壞時，位於感應電阻之兩端間的阻抗便增加，使得感應電阻之兩端的電壓差不異常地增加。根據本發明，如前所述，當電壓差增加至超 過一預先確定的程度時，一充電電流或一放電電流便流通過蕭特基二極體300，造成保險絲控制開關230的閘極電壓增加。如此，保險絲控制開關230便被打開，以融化並切斷保險絲240，使得電流無法在電池組保護裝置中進一步流動。較佳地，當感應電阻210兩端的電壓差超過一臨界值時(如2伏特)，蕭特基二極體300便打開保險絲控制開關230，以融化並切斷保險絲240。
圖3係顯示當電池組保護裝置之感應電阻破壞時，本發明另一實施例之電池組保護方法的流程圖。
請參閱圖3，在本發明之電池組保護方法中，若感應電阻被破壞時，一超過一預先確定之數值的電壓便被施加於感應電阻的兩端(S10)，接著一超過一臨界值便被施加至一分別連接至此感應電阻及此保險絲控制開關的蕭特基二極體，使得一電流通過此蕭特基二極體(S20)。若如前所述，電流通過此蕭特基二極體，保險絲控制開關便被打開，以融化並切斷此保險絲(S30)，進而攔截掉在電池組中的電流。此外，如參閱圖2之敘述所述，當感應電阻之兩端的電壓差超過2伏特時，電流較佳流動至此蕭特基二極體，以融化並切斷此保險絲。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
100、200‧‧‧電池組保護裝置
10、210‧‧‧感應電阻
20、220‧‧‧電池胞群組
30、230‧‧‧保險絲控制開關
40、240‧‧‧保險絲
50、250‧‧‧放電控制開關
60、260‧‧‧充電控制開關
70、270‧‧‧第二保護電路
80、280‧‧‧第一保護電路
90、290‧‧‧微控制器
300‧‧‧二極體
S10、S20、S30‧‧‧步驟
圖1係習知之電池組保護裝置的方塊示意圖。
圖2係本發明一較佳實施例之電池組保護裝置的方塊示意圖。
圖3係顯示當電池組保護裝置之感應電阻破壞時，本發明另一實施例之電池組保護方法的流程圖。
200‧‧‧電池組保護裝置
210‧‧‧感應電阻
220‧‧‧電池胞群組
230‧‧‧保險絲控制開關
240‧‧‧保險絲
250‧‧‧放電控制開關
260‧‧‧充電控制開關
270‧‧‧第二保護電路
280‧‧‧第一保護電路
290‧‧‧微控制器
300‧‧‧二極體

Claims (3)

  1. 一種電池組保護裝置，係包含一保險絲、一感應電阻及一保險絲控制開關，該感應電阻係連接至一流動著一充電電流或一放電電流的電路路徑，該保險絲控制開關則控制該保險絲；其中，該裝置更包含一蕭特基二極體，該蕭特基二極體之一端係連接至該感應電阻，另一端則連接至該保險絲控制開關，且其中，當施加於該感應電阻兩端之一電壓超過一預先確定之數值的電壓時，該蕭特基二極體便使電流流至該保險絲控制開關，以打開該保險絲控制開關，因而融化並切斷該保險絲。
  2. 一種電池組，係包含如申請專利範圍第1項所述之裝置。
  3. 一種保護一電池組之方法，其包含一保險絲、一感應電阻、一保險絲控制開關及一蕭特基二極體，該感應電阻係連接至一流動著一充電電流或一放電電流的電路路徑，該保險絲控制開關係控制該保險絲，該蕭特基二極體則分別連接至該感應電阻及該保險絲控制開關，該方法包含：(S1)當施加於該感應電阻之兩端的電壓超過一預先確定的數值時，允許一電流通過該蕭特基二極體，朝向該保險絲控制開關流動；以及 (S2)藉由該電流打開該保險絲控制開關，以融化並切斷該保險絲。
TW098137199A 2008-11-14 2009-11-03 藉由偵測電池組中感測電阻破壞之電池組保護裝置及方法 TWI411185B (zh)

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