TWI482979B - 用於積體電路和多單元電池組之間的開路連接的偵測之系統及方法 - Google Patents

Description

用於積體電路和多單元電池組之間的開路連接的偵測之系統及方法

在積體電路內的內部連接的和多單元電池內，其存在多單元電池及積體電路之間的多個纜線連接。積體電路和多單元電池之間的連接在裝置之間的內部連接線內偶而可能會有不良或是開路的連接。其需要能夠偵測在多單元電池和積體電路之間任何此等連接的開路情況。多單元電池和積體電路之間偵測開路連接的能力目前不可獲得，且此種故障偵測的能力提供多個好處給諸如全電動汽車的混合的應用。

相關申請案的交互參照

本發明主張在2011年6月30日提申編號13/174,040、標題為「用於積體電路及多單元電池組之間的開路連接的偵測之系統」(卷宗編號為INTS-30,583)的利益，其主張在2010年10月4日提申編號61/389,571、標題為「用於積體電路及多單元電池組之間的開路連接的偵測之系統」之美國臨時申請案的優先權，在此將它們完整的併入做為參考。

本發明關於開路連接偵測電路，更特別地說係關於積體電路和多單元電池間的開路連接的偵測。

積體電路包括用於連接多單元電池組的複數個輸出的複數個輸入。積體電路內的開路連接偵測電路偵測從該多單元電池組的複數個輸入的至少一者上之開路連接並產生響應於其的故障狀況。

現參考圖式，其中相似的參考符號在此用來指定全文的相似裝置，用於積體電路及多單元電池組間的開路連接的偵測之方法及系統的各種圖形及具體實施例被例示及敘述，並且其它可能的具體實施例也被敘述。圖式不一定按照比例繪製，且在一些例子中該圖式被誇大且/或被簡化，其僅是例示性的目的。根據下列可能實施例的範例該技術領域具有通常知識者將會了解許多可能的應用及變化例。

當積體電路管理多單元電池時，多單元電池和該積體電路之間會有多個纜線連接。該多單元電池和該積體電路之間的連接可能在某一特別時間點在連接線上會有不良或是開放的連接。其需要能夠決定是否在該多單元電池和該積體電路間的此等連接中的任一者上存在開路情況。多單元電池和積體電路之間偵測開路連接的能力目前不可獲得，且此種故障偵測的能力提供很多好處給諸如全電動汽車的混合的多個應用。

現參考圖式，特別是圖1，其例示被連接的多單元電池組102和IC裝置104的功能方塊圖。該多單元電池組102包含多個被串聯連接電池單元，其提供來自該等電池單元 的每一連接節點在該多單元電池102及該IC裝置104間的複數個線連接106。

為了要提供開路情況的故障偵測能力，開路偵測電路108被包含於該IC裝置104內來監控該多單元電池組102及該IC裝置104之間的每一纜線連接。該開路偵測電路108監控來自該多單元電池組102的線連接106的每一者且在偵測到開路情況時在該IC裝置104內產生故障指示。以此方式，該IC裝置104便有能力用一個快且有效率的方式來偵測該多單元電池組102的不良連接。

現參考圖2，其例示包含開路偵測電路的積體電路的概略性圖式。該多單元電池組102係由在節點208a和接地節點208f之間以串聯方式連接的複數電池單元206所組成。在圖2的範例中，十二電池單元的電池被例示，然而其應該了解，包含任何數目的電池單元的多單元電池將可應用在以下的敘述中。該多單元電池組102進一步包含用於提供在電池單元206的串聯連接內的每一節點的不同輸出電壓的複數個輸出節點。該輸出節點208的每一者被連接到該IC裝置104的相關接腳210。在該多單元電池組102的輸出節點的每一者與該IC裝置104的輸入接腳的每一者間連接的係選擇性的RC電路，其係由具有一邊連接到輸出節點208及另一邊連接到輸出接腳210的電阻器所組成。電容器214被連接在輸入接腳210以及接地之間。由電容器214及電阻器212所組成的RC電路和該開路偵測系統沒有直接相關，且可被忽略而不會影響該電路的操作。

在圖2的範例中，在節點208a處有兩RC電路連接著。第一RC電路係由連接到軌線電壓接腳(V_BAT )210a的電阻器212a和電容器214a所組成。由連接到輸入接腳210b的電阻器212b和電容器214b所組成的第二RC電路也被連接到多單元電池輸出節點208a。該多單元電池組102剩下的輸出接腳具有連接到其的單一RC電路。此外，該接地節點208f同樣也直接連接到接地。雖然關於圖2所描述的例示圖包含在多單元電池組102的輸出節點208及IC裝置104的節點間所實施的RC電路的每一者，但在另外選擇的實施例中，該RC電路可以在該IC裝置104或該多單元電池組102內實施，或者其可能被忽略。

二極體216其陰極被連接到軌線電壓V_BAT 處的接腳210a。該二極體216的陽極被連接到接腳210b。第二二極體218其陰極被連接到接腳210g，同時其陽極被連接到接腳210h。此等二極體會以下文的方式來偵測軌線電壓接腳及接地電壓接腳的開路。

複數個電流源220a到220f被連接到該IC裝置104的相關接腳210之一者和諸如接地的參考電壓之間。因此，電流源220b被連接到輸入接腳210b以及接地之間，電流源220c被連接到輸入接腳210c以及接地之間，以此類推。開關221被連接到輸入接腳以及電流源220之每一者間。此被用於開啟及關閉電流源220以決定在該等接腳210的每一處的輸入電壓，其會在下文完整地敘述。電流源222被連接到內部2.5伏特的供應電壓以及接腳210g之間。開 關223被用於開啟或關閉電流源222。

在IC裝置104內被連接到該開路偵測電路鄰近的輸入接腳210的每一者係一系列的比較器224。比較器224a比較電池單元12在正終端處和電池單元12在負終端處的電壓。比較器224b比較電池單元4在正終端處和電池單元4在負終端處的電壓。比較器224c比較電池單元3從正終端處的電壓和電池單元3在負終端處的電壓。比較器224d比較電池單元2從正終端處的電壓和電池單元2在負終端處的電壓且比較器224e比較電池單元1從正終端處的電壓和電池單元1在負終端處的電壓。比較器224的輸出被提供至控制邏輯226，該控制邏輯226決定在該多單元電池多組102和該IC裝置104之間是否存在開路情況以響應於比較器224的輸出。

在圖2的電路內，在IC裝置104內的開路偵測電路監控108來自該多單元電池組102的每一輸出。該控制邏輯226利用來自比較器224的輸出信號來決定在多單元電池組102及IC裝置104間是否有開路連接存在。此可以下列方式完成。假如多單元電池組102的輸出節點208a和IC裝置104的輸入接腳210之間的電源連接損毀的話，積體電路的電源供應電流透過二極體216的接腳210b來提供。該控制邏輯226藉由決定在接腳210a和接腳210b間的二極體係順偏的以偵測故障狀況的發生。

同樣地，假如多單元電池組102的輸出節點208f和IC裝置104的輸入接腳210h間的接地連接損毀的話，IC裝置 104的接地電流會經由二極體218返回到該多單元電池組102的負終端，並以順向偏壓情況被置放著。該積體電路裝置的控制邏輯226藉由量測在接腳210a和接腳210b間的二極體係順偏的以偵測故障狀況的發生。

為了偵測來自接腳210g到210b的任一者的不良連接，該積體電路的輸出偵測電路分別利用電流源220b到220f施加電流到此等接腳的每一者。此等電流源220藉由關閉相關於電流源220的相關開關221被開啟。電流源220可以分開地或同時被開啟。假如電流源係分開地被開啟的話，偵測涵蓋範圍會更高，因為此允許二鄰近的斷開電池單元被適當地偵測出。該積體電路裝置的開路偵測電路感測鄰近接腳的電壓改變是否足夠大以決定在多單元電池組102及IC裝置104間有不良或開路連接。在圖2的例示圖中，電流係利用電流源施加到每一接腳210。此等電流源的每一者響應與電流源220串聯的開關221而被開啟或關閉，使得電流源可以被開啟或關閉不同次。該比較器224監控鄰近接腳間的電壓，並用來決定該接腳間明顯的電壓改變。通常熟習該項技術者將了解，該等比較器224的功能可以被已經存在於標準多單元電池監控系統或積體電路的比較器來實施。

例如，假如來自接腳210d及節點208e的連接被移除的話，當電流源220d被開啟時，在接腳210d處的電壓會比在接腳210e處的電壓還低。此將藉由比較器224c的輸出改變來指示。響應於比較器224c的輸出改變，該控制邏輯226 產生故障指示指示該開路情況。在剩餘的電流源220b到220g的任一者處的開路情況會以類似的方式被偵測出以決定在多單元電池組102及IC裝置104之間的任一點是否存在開路情況。

現參考圖3，其例示描述圖2的電路操作的流程圖。圖3的流程圖例示該系統許多可能的序列操作之一種，但許多其它序列操作係可能的。該流程在步驟302處起始，且該二極體216在步驟304處被檢查以決定該二極體是否為順向偏壓。假如詢問步驟306決定該V_BAT 二極體216為順向偏壓，一般的故障狀況會在步驟312處藉由指示該V_BAT 接腳210a的開路情況的控制邏輯226得以產生。假如詢問流程306處沒有偵測到V_BAT 二極體216的順向偏壓情況的話，接地二極體在步驟308處被檢查以決定該接地二極體是否為順向偏壓。詢問流程310決定在該接地二極體218是否有順向偏壓情況存在，若是這樣的話，該控制邏輯226會在步驟312處產生該一般的故障狀況。

假如該接地二極體218不是順向偏壓情況，控制會跳過到步驟314且相關於電流源220的開關會被關閉以施加電流到該IC裝置104的接腳210。該等鄰近接腳的電壓會藉由在步驟316的比較器來比較。如果在第一較高電壓處的電壓不如預期地比連接到較低電壓輸出接腳的鄰近接腳的電壓還低的話，決定會在詢問步驟318處做出。若是如此，該控制邏輯會在步驟312處產生一般故障狀況以響應於相關於成對的比較器接腳改變邏輯位準的比較器信號。 如果詢問步驟318決定較高電壓接腳不如預期地具有一較低電壓，控制會跳過到詢問步驟320來決定是否有額外鄰近成對的接腳來比較。若是如此，控制會跳回到步驟318來決定是否一較高電壓接腳的電壓是否會不如預期地比較低電壓接腳的電壓還低。假如詢問步驟320決定沒有進一步接腳可比較的話，程序會在步驟320處完成。

利用上述電路，積體電路裝置可包含在積體電路裝置及多單元電池組的多個輸出間偵測開路情況的能力。此為現存裝置內當前可獲得的特色，且其提供明顯的故障偵測特色，該特色在例如汽車應用中特別地重要

熟習該項技術者將會了解具有此揭示用的好處，在積體電路和多單元電池間開路連接的開路連接偵測的系統與方法提供在積體電路及多單元電池組目前不可獲得的能力。其應了解，在此的圖式及細部的說明僅是例式性而非限制的方式，並且為的是限制所揭示特別的形式或範例。相反地，所包含的任何進一步的修改、變化、重製、替代、替換、設計選擇、和實施例對熟習該項技術者係顯而易見的，係以不偏離其的精神和範圍，及如以下申請範圍所界定的。因此，其想要以下列的申請範圍來解釋以包含所有此等進一步的修改、變化、重製、替代、替換、設計選擇、和實施例。

102‧‧‧多單元電池組

104‧‧‧IC裝置

106‧‧‧線連接

108‧‧‧偵測電路

206‧‧‧電池單元

208‧‧‧節點

208a-f‧‧‧節點

210‧‧‧接腳

210a-h‧‧‧接腳

212‧‧‧電阻器

212a-b‧‧‧電阻器

214‧‧‧電容器

214a-b‧‧‧電容器

216‧‧‧二極體

218‧‧‧二極體

220‧‧‧電流源

220a-g‧‧‧電流源

221‧‧‧開關

222‧‧‧電流源

223‧‧‧開關

224‧‧‧比較器

224a-e‧‧‧比較器

226‧‧‧控制邏輯

302-322‧‧‧步驟

S0-S12‧‧‧開關

為了更完整的了解，參考符號現在係以上敘述以及隨 附的圖式說明，其中：圖1係包括開路偵測電路的積體電路之區塊圖；圖2係用於多單元電池組的開路線偵測電路之概略圖；以及圖3係描述具有多單元電池組的開路偵測電路的操作之流程圖。

102‧‧‧多單元電池組

104‧‧‧IC裝置

206‧‧‧電池單元

208a-f‧‧‧節點

210a-h‧‧‧接腳

212‧‧‧電阻器

212a-b‧‧‧電阻器

214‧‧‧電容器

214a-b‧‧‧電容器

220‧‧‧電流源

221‧‧‧開關

222‧‧‧電流源

223‧‧‧開關

224‧‧‧比較器

224a-e‧‧‧比較器

226‧‧‧控制邏輯

S0-S12‧‧‧開關

Claims (19)

1. 一種用於開路連接之偵測的設備，其包含：積體電路，其包含用於連接多單元電池組的複數個輸出的複數個輸入；以及在該積體電路內的開路連接偵測電路，其用於偵測連接於該多單元電池組的該等複數個輸入的至少一者上之開路連接並產生響應於其的故障狀況，該開路連接偵測電路包括：複數個電流源裝置，該等複數個電流源裝置的每一者被連接到該多單元電池組的該等複數個輸入之一者與參考電壓間；以及複數個開關，其中的每一者能夠開啟與關閉該等複數個電流源裝置的一者，其中當開啟時，每一開關使得電流流經其各別電流源裝置所連接之該輸入。
2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該開路連接偵測電路進一步包含至少一比較器，其用於比較該等複數個輸入的鄰近輸入處的電壓並產生響應於其的控制信號；控制邏輯，其用於產生響應於該控制信號之故障偵測指示，該控制信號指示在該等複數個輸入的至少一者上的開路連接。
3. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該至少一比較器的輸出產生該控制信號，其響應於在較高電壓節點處的電壓比在較低電壓節點處的第二電壓還低或響應於異常電壓的改變而改變。
4. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該開路連接偵測電路進一步包含：第一二極體，其連接到該積體電路的電源連接接腳；以及其中當該第一二極體係在指示該電源連接接腳為開路的順向偏壓情況時，該控制邏輯產生該故障偵測指示。
5. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該開路連接偵測電路進一步包含：第二二極體，其連接到該積體電路的接地連接接腳；以及其中當該第二二極體係在指示該接地連接接腳為開路的順向偏壓情況時，該控制邏輯產生該故障偵測指示。
6. 如申請專利範圍第1項之設備，其進一步包含複數個RC電路，每一RC電路被連接到該多單元電池組的複數個接腳之一者。
7. 如申請專利範圍第6項之設備，該設備進一步包含該多單元電池組，其具有來自複數個串聯連接的電池單元的該等複數個輸出，該多單元電池組提供輸出到該積體電路的該等複數個輸入之每一者。
8. 一種開路連接偵測電路，其用於偵測來自多單元電池組的複數個輸入的至少一者上之開路連接，該開路連接偵測電路包含：複數個電流源裝置，該等複數個電流源裝置的每一者被分別連接到來自該多單元電池組的該等複數個輸入之一 者與參考電壓間；複數個開關，其中的每一者能夠開啟與關閉該等複數個電流源裝置的一者，其中當開啟時，每一開關使得電流流經其各別電流源裝置所連接之該輸入；至少一比較器，其用於比較該等複數個輸入的鄰近輸入處的電壓並產生響應於其的控制信號；以及控制邏輯，其用於產生響應於該控制信號之故障偵測指示，該控制信號指示在該等複數個輸入的至少一者上的開路連接。
9. 如申請專利範圍第8項之開路連接偵測電路，其中當比較器的輸出產生該控制信號，其響應於在較高電壓節點處的電壓比在較低電壓節點處的第二電壓還低或響應於異常電壓的改變而改變。
10. 如申請專利範圍第8項之開路連接偵測電路，其中該開路連接偵測電路進一步包含：第一二極體，其連接到積體電路的電源連接接腳；以及其中當該第一二極體係在指示該電源連接接腳為開路的順向偏壓情況時，該控制邏輯產生該故障偵測指示。
11. 如申請專利範圍第8項之開路連接偵測電路，其中該開路連接偵測電路進一步包含：第二二極體，其連接到積體電路的接地連接接腳；以及其中當該第二二極體係在指示該接地接腳為開路的順 向偏壓情況時，該控制邏輯產生該故障偵測指示。
12. 如申請專利範圍第8項之開路連接偵測電路，其進一步包含複數個RC電路，每一RC電路被連接到該多單元電池組的複數個接腳之一者。
13. 如申請專利範圍第8項之開路連接偵測電路，其中該開路連接偵測電路係在積體電路裝置內實施。
14. 一種用於偵測在積體電路和多單元電池間之開路連接的方法，其包含以下步驟：監控該積體電路上來自該多單元電池組的複數個輸入的每一輸入連接；偵測來自該多單元電池組的複數個輸入的至少一者上的開路連接，其中該偵測的步驟進一步包括：選擇性地啟動複數個開關的至少一者，每一開關分別相關於複數個電流源裝置的一者，該等複數個電流源裝置的每一者分別與來自該多單元電池的該等複數個輸入的一者相連接；自該等複數個電流源裝置的該者施加電流經過該等複數個輸入的每一者；以及產生響應於該積體電路裝置內被偵測的開路連接的故障狀況。
15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該偵測的步驟進一步包含以下的步驟：比較在該等複數個輸入的鄰近輸入處的電壓；以及產生響應於該比較的控制信號。
16. 如申請範圍第15的方法，其中產生該故障狀況的該步驟進一步包括產生響應於指示該等複數個輸入的至少一者上的開路連接的該控制信號的該故障偵測指示的步驟。
17. 如申請範圍第15的方法，其中產生該控制信號的步驟進一步包括產生響應於在較高電壓節點處的電壓比在較低電壓節點處的第二電壓還低或響應於異常電壓的改變而改變的控制信號的步驟。
18. 如申請範圍第14之方法，其中該產生的步驟進一步包含以下的步驟：決定連接到該積體電路裝置的電源連接接腳的第一二極體是否操作於指示該電源連接接腳為開路的順向偏壓情況下；以及產生響應於該第一二極體係操作於該順向偏壓情況的決定之故障偵測指示。
19. 如申請範圍第14之方法，其中該產生的步驟進一步包含以下的步驟：決定連接到該積體電路裝置的接地連接接腳的第二二極體是否操作於指示該接地連接接腳為開路的順向偏壓情況下；以及產生響應於該第二二極體係操作於順向偏壓情況的決定之故障偵測指示。