TWI441403B - 電池充電保護裝置 - Google Patents

Description

電池充電保護裝置

本發明涉及一種保護裝置，尤其涉及一種電池充電保護裝置。

傳統的手機或電腦電池內一般設置有熱敏電阻，其用於感測電池充電時的溫度。先前的電池充電保護電路也大致包括兩種，一種是使用單獨的充電保護電路進行控制，該充電保護電路與該熱敏電阻連接。當熱敏電阻的阻值隨溫度改變時，充電保護電路上的電壓也發生改變，當該電壓大於或小於設定值時，該充電保護電路斷開電源與電池的電連接，從而停止充電。然而，該種控制方式只能夠偵測高溫或者低溫兩種情況，無法針對精確的溫度進行控制。另外一種是在熱敏電阻與充電保護電路之間串聯一微處理晶片，用戶藉由對微處理晶片進行編程，將其偵測到的電壓與精確的溫度範圍對應起來，並輸出對應的數位控制訊號，以控制充電保護電路根據所述精確的溫度範圍來控制電池是否充電或調整電池的充電電流等等。然而，當微處理器出現故障或者內部程式跑亂時，充電保護電路可能會停止輸出控制訊號或者輸出錯誤訊號，導致充電保護電路無法正常工作。例如，當溫度超出充電設定值（如70℃）時，電池仍然充電，此時，電池有可能因溫度上升及產生氣體而導致破裂或爆炸。

有鑒於此，有必要提供一種電池充電保護裝置，其能夠避免因錯誤判斷而導致電池錯誤充電的現象發生。

一種電池充電保護裝置，其包括：溫度感測模組，其用於感測電池的溫度並將溫度轉換為對應的電壓訊號輸出；充電控制模組，其與該溫度感測模組電連接，用於獲得該電壓訊號，並根據該電壓訊號與一參考電壓範圍的比較結果輸出一第一控制訊號，該第一控制訊號為充電訊號或者停止充電訊號；微處理器模組，其與該溫度感測模組電連接，用於同時獲得該電壓訊號，並根據該電壓訊號所在的電壓範圍輸出一第二控制訊號，該第二控制訊號至少包括有充電訊號或者停止充電訊號；以及分析模組，其用於將該第一控制訊號與第二控制訊號識別為相同類型的訊號並比較，當第一控制訊號與第二控制訊號均包含有充電訊號或停止充電訊號時，根據第二控制訊號對電池充電或停止充電；當第一控制訊號與第二控制訊號分別包含充電訊號和停止充電訊號時，根據第一控制訊號執行對電池充電或停止充電。

與先前技術相比，無論微處理器模組處於正常工作狀態或發生故障狀態情況下，分析模組均識別充電控制模組輸出的控制訊號以及微處理器模組輸出的控制訊號，並當兩者輸出的控制訊號（第一控制訊號與第二控制訊號）表示不同的命令時，以充電控制模組輸出的控制訊號為準來控制是否對電池充電，從而能夠避免由於微處理器模組無法使用或錯誤判斷而導致電池錯誤充電的現象發生。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，為本發明較佳實施方式的一種電池充電保護裝置100，其包括溫度感測模組10、充電控制模組20、微處理器模組30以及分析模組40。所述充電控制模組20以及微處理器模組30用於同時接收電池200的溫度訊號，當微處理器模組30處於正常工作狀態，即充電控制模組20與微處理器模組30包括相同的判斷結果時，從微處理器模組30輸出訊號給充電控制模組20，以控制分析模組40開始或停止給電池200充電；當微處理器模組30發生故障，即微處理器模組30與充電控制模組20的判斷結果相悖時，充電控制模組20單獨輸出訊號控制分析模組40對電池200開始或停止充電。

具體的，所述溫度感測模組10設置在電池200內，其用於即時感測電池200的溫度並將溫度轉換為對應的電壓訊號輸出。

所述充電控制模組20與所述溫度感測模組10電連接，用於獲得該電壓訊號，並根據該電壓訊號與一參考電壓範圍的比較結果輸出一第一控制訊號，該第一控制訊號為充電訊號或者停止充電訊號。具體的，當該電壓訊號在所述參考電壓範圍內時，所述第一控制訊號為充電訊號；當該電壓訊號不在所述參考電壓範圍內時，所述第一控制訊號為停止充電訊號。

所述微處理器模組30與溫度感測模組10電連接。所述微處理器模組30用於獲得溫度感測模組10輸出的電壓訊號，並根據該電壓訊號輸出一第二控制訊號，該第二控制訊號至少包含充電訊號或者停止充電訊號。本實施方式中，當所述第二控制訊號包含有充電訊號時，所述第二控制訊號還包含有關於電流調整的訊號和/或電壓調整的訊號。具體的，所述微處理器模組30內預先設置有多個電壓範圍以及一判斷單元31，所述第二控制訊號的各類訊號及其組合分別與所述多個電壓範圍分別對應，該判斷單元31用於判斷所述電壓訊號所在的電壓範圍，並根據其判斷結果輸出對應的第二控制訊號。例如，假設多個電壓範圍包括連續的第一電壓範圍、第二電壓範圍以及第三電壓範圍，該電壓訊號的值處於第一電壓範圍內時，則該第二控制訊號為充電訊號；如果該電壓訊號處於第二電壓範圍內時，則該第二控制訊號為充電訊號及對電池進行恒流充電的訊號；如果該電壓訊號處於第三電壓範圍內時，則該第二控制訊號為停止充電訊號。

所述分析模組40包括一識別單元41、一比較單元43以及一執行單元45。可以理解，所述識別單元41可獨立設置，也可以集成在充電控制模組20上。

所述識別單元41用於分別識別該第一控制訊號與第二控制訊號。本實施方式中，所述第一控制訊號與第二控制訊號均為數位訊號。當然，也可以均為類比訊號（電壓訊號或電流訊號）。所述識別單元41內預先存儲有與第一控制訊號與第二控制訊號對應的識別符，當識別單元41獲得第一控制訊號與第二控制訊號時，將第一控制訊號與第二控制訊號分別與預先存儲的識別符進行比較，並對應輸出相匹配的識別符。本實施方式中，當第一控制訊號為充電訊號時，輸出識別符“1”， 當第一控制訊號為停止充電訊號時，輸出識別符“0”；當第二控制訊號為充電訊號時，輸出識別符“001”，當第二控制訊號為對電池進行恒流充電的訊號時，輸出識別符“011”，當第二控制訊號為停止充電訊號時，輸出識別符“000”。當然，識別符不限於上述形式，還可以為其他數位組合形式。

所述比較單元43用於將第一控制訊號與第二控制訊號進行比較，並判斷第一控制訊號與第二控制訊號是否均包含充電訊號或停止充電訊號。本實施方式中，所述比較單元43比較第一控制訊號的首位與第二控制訊號的末位元。例如，當第一控制訊號為“1”，第二控制訊號為“001”時，比較單元43比較第一控制訊號“1”與第二控制訊號的最後一位元“1”，兩者相同，判斷第一控制訊號與第二控制訊號均包含充電訊號。

所述執行單元45用於根據所述比較單元43的比較結果，執行對電池200充電或停止充電。具體的，當第一控制訊號與第二控制訊號均包含有充電訊號或停止充電訊號時，根據第二控制訊號對電池200充電或停止充電；當第一控制訊號為充電訊號而第二控制訊號包含停止充電訊號時，或者第一控制訊號為停止充電訊號而第二控制訊號包含充電訊號時，根據第一控制訊號對電池200充電或停止充電。本實施方式中，當第一控制訊號為“1”，第二控制訊號為“001”時，執行單元45根據第二控制訊號對電池200充電；當第一控制訊號為“1”，第二控制訊號為“011”時，執行單元45也根據第二控制訊號對電池200充電；而當第一控制訊號為“0”，第二控制訊號為“001”時，執行單元45根據第一控制訊號對電池200停止充電。

在通常情況下，由於所述微處理器模組30包括可編程的半導體晶片，而充電控制模組20為硬體電路，微處理器模組30較容易失控，例如，在充電過程中微處理模組30死機，其中的程式可能無法執行偵測到溫度感測模組10輸出的電壓訊號的工作，並根據所偵測到的電壓訊號輸出準確的第二控制訊號；然而，充電控制模組20一般不會受到程式的影響，因此控制準確度較高。此時，藉由識別單元41識別第一控制訊號與第二控制訊號，當第一控制訊號與第二控制訊號均包含有充電訊號或停止充電訊號時，可以理解充電控制模組20與微處理器模組30均為正常工作狀態，所以可以根據微處理器模組30輸出的第二控制訊號來精確控制充電過程；而當第一控制訊號與第二控制訊號輸出的訊號相互矛盾時，說明微處理器模組30已經發生錯誤判斷，如果繼續由微處理器模組30控制充電過程，有可能導致電池200在過高溫或過低溫的情況下也進行充電，因此，改由充電控制模組20輸出的第一控制訊號來控制充電過程，以提高準確度。

請結合圖2，為了獲得上述效果，所述溫度感測模組10包括一熱敏電阻11以及一與該熱敏電阻11串聯的恒定電阻13，該熱敏電阻11的阻值隨溫度變化而變化。該熱敏電阻11一端接地。該恒定電阻13的一端連至該熱敏電阻11，該恒定電阻13的另一端同時連接該充電控制模組20和該微處理器模組30，以及藉由一調節電阻15與一參考電壓端17連接。所述參考電壓端17與一第一外部電源19連接，用於提供一個恒定的參考電壓。本實施方式中，所述第一外部電源19提供3.3V參考電壓。該溫度感測模組10輸出的電壓訊號為恒定電阻13以及熱敏電阻11的壓降之和，其隨著溫度的改變而改變。

本實施方式中，所述分析模組40集成在所述充電控制模組20中，且該執行單元45至少包括一個場效應管開關451。集成後的充電控制模組20包括一偵測端21、一參考電壓輸入端23、一充電電壓輸入端25以及一充電電壓輸出端27。該偵測端21連接該溫度感測模組10的恒定電阻13另一端，用於偵測該恒定電阻13以及熱敏電阻11的壓降之和。該參考電壓輸入端23與該參考電壓端17連接，並用於獲得該參考電壓端17的參考電壓以供充電控制模組20工作。該充電電壓輸入端25連接該場效應管開關451的源極與一第二外部電源300（如5V直流電源），並藉由該執行單元45將第二外部電源300的電能輸出至所述充電電壓輸出端27，該充電電壓輸出端27與電池200的充電埠（圖未示）連接。本實施方式中，所述充電電壓輸出端27為場效應管開關451的漏極。所述充電控制模組20內還設置有一個比較器29，所述比較器29的輸入端分別與參考電壓輸入端23以及偵測端21連接，輸出端與所述場效應管開關451的柵極連接，所述比較器29用於將偵測端21接收到的電壓訊號與所述參考電壓範圍比較，當電壓訊號在參考電壓範圍內時，該比較器29輸出充電訊號以控制該第一外部電源19對電池200充電；當電壓訊號不在參考電壓範圍內時，該比較器29輸出停止充電訊號以控制該第一外部電源19停止對電池200充電。

可以理解，所述分析模組40也可獨立設置，所述充電電壓輸入端25以及所述充電電壓輸出端27分別設置在分析模組40的執行單元45上。

所述微處理器模組30包括一訊號輸入端33以及控制訊號輸出端35，該訊號輸入端33與該溫度感測模組10連接，該控制訊號輸出端35與該識別單元41連接。當訊號輸入端33接收到溫度感測模組10輸出的電壓訊號後，藉由該判斷單元31進行判斷，微處理器模組30將判斷結果轉換為對應的第二控制訊號，該第二控制訊號從該控制訊號輸出端35輸出至該識別單元41，識別單元41將比較器29輸出的訊號以及控制訊號輸出端35輸出的控制訊號進行識別之後，輸出至所述比較單元43，並將比較結果輸出至執行單元45，使得執行單元45能夠根據識別後的訊號控制電池200是否充電。為了避免所述訊號輸入端33輸入阻抗的阻值影響到充電控制模組20內分壓而造成偵測端21偵測不準確，將所述訊號輸入端33的輸入阻抗設定為高阻抗。本實施方式中，所述訊號輸入端的輸入阻抗為10兆歐。

當微處理器模組30發生故障時，其控制訊號輸出端35輸出錯誤的控制訊號。此時，識別單元41識別充電控制模組20輸出的控制訊號以及微處理器模組30輸出的控制訊號，並當控制訊號表示相反的充電命令時，以充電控制模組20輸出的控制訊號為準來控制是否對電池200充電，從而能夠避免由於微處理器模組30無法使用或錯誤判斷而導致電池200錯誤充電的現象發生。

另外，本領域技術人員可在本發明精神內做其他變化，然，凡依據本發明精神實質所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

100‧‧‧電池充電保護裝置

200‧‧‧電池

10‧‧‧溫度感測模組

11‧‧‧熱敏電阻

13‧‧‧恒定電阻

15‧‧‧調節電阻

17‧‧‧參考電壓端

19‧‧‧第一外部電源

20‧‧‧充電控制模組

21‧‧‧偵測端

23‧‧‧參考電壓輸入端

25‧‧‧充電電壓輸入端

27‧‧‧充電電壓輸出端

29‧‧‧比較器

30‧‧‧微處理器模組

31‧‧‧判斷單元

33‧‧‧訊號輸入端

35‧‧‧控制訊號輸出端

40‧‧‧分析模組

41‧‧‧識別單元

43‧‧‧比較單元

45‧‧‧執行單元

451‧‧‧場效應管開關

300‧‧‧第二外部電源

圖1為本發明實施方式提供的電池充電保護裝置的功能模組圖；

圖2為圖1的電池充電保護裝置的電路框圖。

100‧‧‧電池充電保護裝置

200‧‧‧電池

10‧‧‧溫度感測模組

20‧‧‧充電控制模組

29‧‧‧比較器

30‧‧‧微處理器模組

31‧‧‧判斷單元

40‧‧‧分析模組

41‧‧‧識別單元

43‧‧‧比較單元

45‧‧‧執行單元

300‧‧‧第二外部電源

Claims (10)

1. 一種電池充電保護裝置，其包括：
   溫度感測模組，其用於感測電池的溫度並將溫度轉換為對應的電壓訊號輸出；
   充電控制模組，其與該溫度感測模組電連接，用於獲得該電壓訊號，並根據該電壓訊號與一參考電壓範圍的比較結果輸出一第一控制訊號，該第一控制訊號為充電訊號或者停止充電訊號；
   微處理器模組，其與該溫度感測模組電連接，用於同時獲得該電壓訊號，並根據該電壓訊號所在的電壓範圍輸出一第二控制訊號，該第二控制訊號至少包括有充電訊號或者停止充電訊號；以及
   分析模組，其用於將該第一控制訊號與第二控制訊號識別為相同類型的訊號並比較，當第一控制訊號與第二控制訊號均包含有充電訊號或停止充電訊號時，根據第二控制訊號對電池充電或停止充電；當第一控制訊號與第二控制訊號分別包含充電訊號和停止充電訊號時，根據第一控制訊號執行對電池充電或停止充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電保護裝置，其中，所述充電控制模組內設置有一個比較器，用於比較該電壓訊號與所述參考電壓範圍，當該電壓訊號在所述參考電壓範圍內時，所述第一控制訊號為充電訊號；當該電壓訊號不在所述參考電壓範圍內時，所述第一控制訊號為停止充電訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電保護裝置，其中，所述第二控制訊號還包含有對充電電流進行調整的訊號或者對充電電壓進行調整的訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電保護裝置，其中，所述微處理器模組內預先設置有多個電壓範圍以及一判斷單元，所述第二控制訊號與所述多個電壓範圍分別對應，該判斷單元用於判斷所述電壓訊號所在的電壓範圍，並根據其判斷結果輸出對應的第二控制訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電保護裝置，其中，所述分析模組包括一識別單元、一比較單元以及一執行單元，所述識別單元內預先存儲有與第一控制訊號與第二控制訊號對應的相同類型的識別符，當識別單元獲得第一控制訊號與第二控制訊號時，將第一控制訊號與第二控制訊號分別與預先存儲的識別符進行比較，並對應輸出相匹配的識別符；所述比較單元用於將第一控制訊號與第二控制訊號進行比較，並判斷第一控制訊號與第二控制訊號是否均包含充電訊號或停止充電訊號，如果是，則觸發該執行單元根據第二控制訊號對電池充電或停止充電；如果第一控制訊號為充電訊號而第二控制訊號包含停止充電訊號，或者第一控制訊號為停止充電訊號而第二控制訊號包含充電訊號時，則觸發該執行單元根據第一控制訊號執行對電池充電或停止充電。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電保護裝置，其中，所述溫度感測模組包括一熱敏電阻以及一與該熱敏電阻串聯的恒定電阻，該熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，該熱敏電阻一端接地，該恒定電阻的一端連至該熱敏電阻，該恒定電阻的另一端同時連接該充電控制模組和該微處理器模組，以及藉由一調節電阻與一參考電壓端連接，該電壓訊號為恒定電阻與熱敏電阻的壓降之和。
7. 如申請專利範圍第6項所述的電池充電保護裝置，其中，所述參考電壓端與一第一外部電源連接，所述第一外部電源提供3.3V參考電壓。
8. 如申請專利範圍第5項所述的電池充電保護裝置，其中，所述分析模組集成在所述充電控制模組中，所述充電控制模組包括一偵測端、一參考電壓輸入端、一充電電壓輸入端以及一充電電壓輸出端，該偵測端連接該溫度感測模組，該參考電壓輸入端與該參考電壓端連接，該充電電壓輸入端與一第二外部電源連接，該第二外部電源用於藉由該執行單元對電池充電，該充電電壓輸出端與電池連接。
9. 如申請專利範圍第5項所述的電池充電保護裝置，其中，所述微處理器模組包括一訊號輸入端以及控制訊號輸出端，該訊號輸入端與該溫度感測模組連接，該控制訊號輸出端與該識別單元連接。
10. 如申請專利範圍第9項所述的電池充電保護裝置，其中，所述訊號輸入端的輸入阻抗為高阻抗。