TWI489736B - 電池組及電池組電源管理方法 - Google Patents

Description

電池組及電池組電源管理方法 發明領域

廣義言之，本發明係關於一種電池組及電池組之電源管理方法。

發明背景

目前多種電子裝置諸如無線動力工具、輕型電動車、筆記型電腦及行動電話係連同鋰離子電池組一起出貨，原因在於鋰離子電池組比較習知電池組可提供下列優點諸如高能量密度、低自行放電、無記憶效應、較長運轉時間、輕薄短小。但鋰離子電池組要求保護免於例如因過充電、過放電、或過溫度條件之不安全操作。

依據輸出能量要求及/或監視及確保鋰離子電池可於其安全操作限度以內操作之保護控制電路而定，鋰離子電池組典型係由串聯及並聯之一個或多個鋰離子電池組成。

典型電池組包含電池管理IC(BMIC)，BMIC之主要功能係監視電池組的電流、電壓及溫度。當所監視之此等參數中之任一者超過其安全操作限度時，BMIC透過MOSFET開關的使用，令充電式電池來源與連結至該電池組之所附接的外部電子裝置間的電源路徑不能動作。如此保護電池組及外部電子裝置免於因來自於前述超過限度的參數導致電路功能異常造成損壞。

於此等典型電池組中，電流的耗用可能成問題。通常 此種保護控制電路係由充電式電池來源汲取電流，因此可能縮短電池組的操作時間。為了克服電源耗用的問題，可使用電源耗用量較低的BMIC，但其種類有限且可能價格昂貴。

因此需要提供一種電池組及電池組之電源管理方法來解決前述一項或多項問題。

發明概要

根據本發明之第一面相，提供一種電池組包含一充電式電源；於該電池組之停機模式中與該充電式電源電絕緣之一保護電路；當該電池組係於多個操作狀態中之任一者時，用以將該保護電路電連結至該充電式電源俾提供電保護之一脈衝起動電路。

保護電路可包含用以監視多項所監視的參數之多個監視器單元；當所監視的參數超過操作限度時，用以電絕緣該充電式電源之一電源開關單元。

該電池組進一步包含用來供電予該保護電路之可控制之電源供應器。

該脈衝起動電路可包含用以接受一個或多個輸入觸發信號之裝置；用以回應於該等輸入觸發信號中之一者產生喚醒信號來作動該可控制之電源供應器之裝置；及用以回應於該輸入觸發信號，產生多個個別狀態信號之裝置。

該保護電路進一步包含用以基於該等輸出狀態信號決定該操作狀態之裝置；及用以產生一閂鎖信號來保持該可 控制之電源供應器的作動之裝置。

該可控制之電源供應器可包含用以接收該喚醒信號及閂鎖信號之一電源控制電路；及耦接至該電源控制電路來回應於該喚醒信號及閂鎖信號而提供電源供應予該保護電路之一降壓調節器。

該等輸入觸發信號中之一者可為剩餘容量觸發信號，該電池組進一步包含用以藉連結該充電式電源至該脈衝起動電路而作動該剩餘容量輸入觸發信號之一觸控開關；耦接至該保護電路用以測量該充電式電源之電壓之一電壓定標單元；及用以基於測得之電壓顯示該充電式電源的剩餘容量之一電池容量指示器。

該等輸入觸發信號中之一者可為當該電池組係電連結至一外部負載使得該負載與該充電式電源及脈衝起動電路形成閉路時被作動之一負載存在信號。

該等輸入觸發信號中之一者可為當該電池組係電連結至一外部充電器使得該充電器與該充電式電源及脈衝起動電路形成閉路時被作動之一充電器存在信號。

操作狀態可包括電池組充電、電池組放電、及電池容量指示中之一者或多者。。

多項參數可包括電池組電壓、電池組電流、及電池組溫度中之一者或多者。

根據本發明之一第二面相，提供一種電池組之電源管理方法，包含下列步驟，於該電池組之停機模式中一保護電路與一充電式電源相互使電絕緣；及藉一脈衝起動電路 來將該保護電路電連結至該充電式電源；當該電池組係於多個操作狀態中之任一者時，該保護電路提供電保護。

當該電池組係於多個操作狀態中之任一者時提供電保護可包含以多個監視器單元監視多項所監視之參數；當該等所監視之參數超過操作限度時，以一電源開關單元電絕緣該充電式電源。

該方法進一步包含藉一可控制之電源供應器供應電源予該保護電路。

藉一脈衝起動電路將該保護電路電連結至該可控制之電源包含下列步驟，接收一個或多個輸入觸發信號；回應於該等輸入觸發信號中之一者產生一喚醒信號來作動該可控制之電源供應器；及回應於該等輸入觸發信號，產生多個個別狀態信號。

該方法進一步包含基於該等輸出狀態信號決定該操作狀態；及產生一閂鎖信號來維持該可控制之電源供應器的作動。

藉一可控制之電源供應器供應電源予該保護電路可進一步包含藉一電源控制電路接收該喚醒信號及閂鎖信號；及回應於該喚醒信號及閂鎖信號耦接一降壓調節器至該電源控制電路來提供電源供應予該保護電路。

該等輸入觸發信號中之一者可為一剩餘容量觸發信號，該方法進一步包含藉一觸控開關經由連結該充電式電源至該脈衝起動電路來激勵該剩餘容量輸入觸發信號；藉耦接至該保護電路之一電壓定標單元測量該充電式電源的電壓；及使用一電池容量指示器來基於測得之電壓顯示該充電式電源的剩餘容量。

該等輸入觸發信號中之一者可為當該電池組係電連結至一外部負載使得該負載與該充電式電源及脈衝起動電路形成閉路時被作動之一負載存在信號。

該等輸入觸發信號中之一者可為當該電池組係電連結至一外部充電器使得該充電器與該充電式電源及脈衝起動電路形成閉路時被作動之一充電器存在信號。

操作狀態可包括電池組充電、電池組放電、及電池容量指示中之一者或多者。

多項參數可包括電池組電壓、電池組電流、及電池組溫度中之一者或多者。

圖式簡單說明

對熟諳技藝人士由後文書面說明，其係僅供舉例說明之用，其結合附圖將更為明瞭且方便彰顯本發明之實施例，附圖中：

第1圖為示意方塊圖顯示一電池組之一具體實施例。

第2圖為示意圖顯示於電池組之一具體實施例中，用來執行剩餘容量狀態指示功能之功能方塊之一電路佈局。

第3圖為示意圖顯示於一電池組之具體實施例中，用來執行放電控制功能的功能方塊之電路佈局。

第4圖為示意圖顯示於一電池組之具體實施例中，用來執行充電控制功能的功能方塊之電路佈局。

第5圖為流程圖顯示於該具體實施例中之電源管理方法。

第6圖為流程圖600顯示用於一電池組之具體實施例之電源管理方法。

較佳實施例之詳細說明

後文說明之具體實施例可克服先前已經說明之缺點。該等具體實施例提供一種電池組及一種依據該電池組是否正在使用中電源開/關該電池組之有效電源管理方法。

於典型電池組中，典型電池組的保護控制電路係從該充電式電池來源汲取電流而與其狀態無關。換言之，無論電池組為使用中(於作動模式)或非使用中(於低功率模式)，該保護控制電路係從該充電式電池來源汲取電流。即使於低功率模式，依據使用之BMIC而定，電流耗用量可由數百微安培(μA)至數毫安培(mA)。低功率模式的電源耗用汲取充電式電池來源，因而縮短電池組的操作時間。本發明之實施例尋求提供一種電池組，當該電池組非於使用中時，其保護控制電路係與充電式電池來源中斷連結，因而可提供較長的操作時間。

第1圖顯示電池組100之具體實施例。電池組100包含一電池管理積體電路(BMIC)110、一電源開關單元120、一電池容量指示器130、一溫度至電壓(T2V)變換單元140、一電流至電壓(I2V)變換單元150、一電壓定標單元160、一電源控制電路170、一降壓調節器180、一脈衝起動電路190、一觸控開關102、用以連結至一外部電子裝置之一連接器104、及一充電式電池來源106。熟諳技藝人士顯然易知於充電式電池來源106內部之個別電池可配置成多種並聯及串聯電池組態。

於該具體實施例中，BMIC 110為具有標準內建式算術邏輯單元(ALU)、記憶體、I/O埠112及ADC埠114之一通用微控制器(例如PIC16F690)。I/O埠112可配置作為控制與監視其它功能方塊之輸出埠及輸入埠。BMIC 110之一項功能係使用該BMIC 110之ADC埠114，透過I2V變換單元150、電壓定標單元160及T2V變換單元140個別測量與監視該電池組的電流、電壓及溫度。當所監視的參數中之任一者超過其預定的安全操作限度時，BMIC 110將透過電源開關單元120開路介於該充電式電池來源106與連結於連接器104之外部電子裝置間之電源路徑，俾保護電池組100及連結於該連接器104之外部電子裝置二者。

如第3圖所示，於該具體實施例中之電源開關單元120係由兩個N通道MOSFET 320及321及其驅動電路322至327所組成，該等驅動電路322至327係位於介於充電式電池來源106與連結於連接器104之該外部電子裝置310間之接地路徑。該電源開關單元120係用來控制該充電式電池來源106與該外部電子裝置310間之電流流動。於該具體實施例中之T2V變換單元140為執行溫度至電壓變換之包含一熱敏電阻器340及一電阻器341之電阻電壓除法器。該T2V變換單元140係用來監視關鍵組件諸如電池及MOSFET之溫度用於電池組的溫度保護。熱敏電阻器340提供與其本體溫度具有相依性之一可變電阻。由該熱敏電阻器340、電阻器341及一經調節之電壓參考值281所產生之電壓由該BMIC 110用來決定藉熱敏電阻器340所感測之溫度。該I2V變換單元150包含一放大器351及於該接地電路之一電流感測電阻器350，其係執行電流至電壓變換。跨該電流感測電阻器350所產生之電壓極性係於電流方向具有相依性；於放電期間該極性為正，而於充電期間該極性為負。放大器351係以一固定增益放大跨該電流感測電阻器350所產生之電壓，及輸出一正電壓而與其輸入電壓之極性無關。放大器351之輸出電壓係由BMIC 110用來決定該電流流動之幅度。熟諳技藝人士顯然易知可去除電流感測電阻器350來減少電源損耗，而其功能可由MOSFET 321當被導通時的汲極至源極電阻所替代。

轉向參考第1圖所示具體實施例，電池容量指示器130為LED顯示器或LCD顯示器，用於使用實施於BMIC 110之一基於電壓之燃料表或庫倫計數燃料表來指示該充電式電池來源106之剩餘容量。電壓定標單元160為電阻電壓除法器，用來成比例地降低充電式電池來源106之各個電池電壓位準至用於BMIC 110之適當位準俾測量與監視個別電池電壓。降壓調節器180(例如得自德州儀器公司(Texas Instruments)之信號輸出裝置LDO TPS71550)為步進降壓DC-DC調節器，其係從充電式電池來源106獲得其輸入電源供應及對BMIC 110提供例如5伏特之經已調節的電壓供應。電源控制電路170係作為電開關來依據來自BMIC 110及脈衝起動電路190之輸入信號而控制充電式電池來源106之供給降壓調節器180。脈衝起動電路190監視三個脈衝起動信號來判定電池組100是否須被「脈衝起動」及供電。此等脈衝起動信號亦即RC查詢信號122、充電器存在信號124及負載存在信號126，其分別係與三項主要功能的作動相對應。當使用人期望藉電池容量指示器130顯示剩餘電池容量，因而期望來自於BMIC 110之「剩餘電池指示」功能時，RC查詢信號122被作動。當電池充電器係於連接器104連結至電池組100且因而期望來自BMIC 110之一充電控制功能時，充電器存在信號124被作動。當負載係於連接器104連結至電池組100且因而期望來自BMIC 110之一放電控制功能時，負載存在信號126被作動。脈衝起動電路190監視三個脈衝起動信號122、124、126之狀態。依據脈衝起動信號122、124、126之狀態而定，脈衝起動電路190產生喚醒信號138其可供電予電池組100，及三個狀態信號亦即RC查詢狀態信號132、充電器狀態信號134及負載狀態信號136。基於此等三個狀態信號132、134、136，BMIC 110控制該電池組來提供所需的功能。舉例言之，當全部三個狀態信號132、134、136皆係於「HIGH」(非作動)狀態時，BMIC 110將驅動一電源閂鎖信號142為「LOW」來透過該電源控制電路170切斷該充電式電池來源106之供應該電池組的電子電路之其餘部分。如此有效停機該電池組來保留電力。

於該具體實施例中，電池組100通常係於停機模式，故不會耗用來自於充電式電池來源106的任何電力。電池組100只有當需要執行下列功能時才從停機狀態被喚醒且耗用電力

1.剩餘容量狀態指示

2.放電控制，或

3.充電控制。

當此等功能不再動作時，電池組100將自動再度停機。後文中，說明電池組之內部操作及其對該三項功能亦即剩餘容量狀態指示、放電控制及充電控制之電源管理方法。

第2圖為示意圖顯示於電池組100a之一具體實施例中，用以執行剩餘容量狀態指示功能之功能方塊之電路佈局。詳細顯示之電路功能包含例如脈衝起動電路190a、電源控制電路170、電池容量指示器130及電壓定標單元160a。功能方塊諸如T2V變換單元140(第1圖)及I2V變換單元150(第1圖)並未用於剩餘容量狀態指示功能，為求清晰及容易瞭解並未顯示於第2圖。須瞭解第2圖所示脈衝起動電路190a為完整脈衝起動電路190(第1圖)之一部分，只顯示當電池組100a執行剩餘容量狀態功能時脈衝起動該電池組100a所需的組件。

脈衝起動電路190a檢測及感測觸控開關102的作動來喚醒電池組。脈衝起動電路190a包含一電阻器290、另一電阻器291、一增納二極體292、及一MOSFET 293及一電容器294。增納二極體292之崩潰電壓係基於該充電式電池來源106之過電壓保護臨界值選定俾便減少電池的過度汲取。電阻器291及電容器294形成一計時器電路來延長MOSFET 293及MOSFET 270之導通持續時間超過觸控開關102被作動之時間。電阻器290為用於RC查詢狀態信號132之一堆高式電阻器。電池管理IC(BMIC)110感測該RC查詢狀態信號132來決定脈衝起動的來源是否來自於觸控開關102，以及據此執行剩餘容量指示功能。回應於藉該觸控開關102激勵的一輸入RC查詢信號122，脈衝起動電路190a產生一喚醒信號138及一RC查詢狀態信號132。

電源控制電路170係用作為電源開關用來供電/斷電該電池組100a(經由連結/中斷連結充電式電池來源106與降壓調節器180)。電源控制電路170包含一P-通道MOSFET 272、兩個N通道MOSFET 270、271及兩個電阻器273、274。MOSFET 272係作為該充電式電池來源106與該電子電路其餘部分間之電開關。電阻器273及電阻器274係用來設定MOSFET 272之閘極偏置電壓。MOSFET 272係藉該BMIC 110或脈衝起動電路190a分別透過MOSFET 271及MOSFET 270控制。

電壓定標單元160a為包含一電阻器260及一電阻器261之一電阻電壓除法器。充電式電池來源106之電池電壓可藉此電阻電壓除法器定比降低，且由BMIC 110之ADC埠212監視。熟諳技藝人士瞭解電壓定標單元160a可擴充至監視有多個連結之充電式電池來源106之個別電池電壓，如第1圖所示(電壓定標單元160)。

降壓調節器180為步進降壓DC-DC調節器，其係由充電式電池來源106獲得其輸入電源且對BMIC 110提供例如5伏特之經已調節的電壓供應281。

於該具體實施例中，電池組100a係於停機模式直到其被作動而喚醒，諸如當使用者按壓觸控開關102之瞬間來檢查充電式電池來源106的剩餘容量時。若充電式電池來源106之電壓係高於其欠電壓保護臨界值設定值(因而崩潰增納二極體292)，則脈衝起動電流將從充電式電池來源106之正端子通過閉路的觸控開關102、增納二極體292及透過電阻器291及電容器294返回該充電式電池來源106之負端子。若跨電阻器291之電壓例如係高於2伏特，則電位足夠導通MOSFET 270及MOSFET 293。隨後，MOSFET270導通MOSFET 272，及連結降壓調節器180至充電式電池來源106。降壓調節器180又轉而提供例如5伏特之經已調節的電壓供應281予BMIC 110來從停機模式啟動該BMIC。於該BMIC 110已經被初始化且被啟動後，該BMIC 110驅動電源閂鎖信號142「HIGH」來導通MOSFET 271俾維持MOSFET 272於「ON」狀態。BMIC 110感測RC查詢狀態信號132藉MOSFET 293維持「LOW」(「ON」)，及前進至執行剩餘容量功能。BMIC 110透過電壓定標單元160a測量充電式電池來源106之電壓來估計其剩餘容量。熟諳技藝人士須瞭解經由使用測量得之電流及持續時間來實施庫倫計數燃料表容易達成此項目的。然後BMIC 110將測得之剩餘容量資訊送至電池容量指示器130供顯示。BMIC 110持續監視RC查詢狀態信號132。當觸控開關102放開後藉電阻器291及電容器294所設定的時間延遲值已經逾時時，MOSFET 293及MOSFET 270將被導通且RC查詢狀態信號132將透過電阻器290被堆高「HIGH」(「OFF」)。一旦BMIC 110感測得RC查詢狀態信號132為「HIGH」，其將電源閂鎖信號142驅動為「LOW」來關斷MOSFET 271，其隨後關斷MOSFET 272。隨著MOSFET 272的關斷，由充電式電池來源106至降壓調節器180之電源被切斷，中斷供給電池組之電子電路的電源供應，如此保留電力。

第3圖為示意圖顯示於一電池組之具體實施例中，用來執行放電控制功能的功能方塊之電路佈局。詳細顯示之功能方塊包含脈衝起動電路190b、電源控制電路170、電壓定標單元160a、T2V變換單元140、I2V變換單元150及電源開關單元120。未用於該放電控制功能之功能方塊諸如電池容量指示器130(顯示於第1圖及第2圖)為求清晰及容易瞭解並未顯示於第3圖。也須瞭解第3圖所示脈衝起動電路190b為完整脈衝起動電路190(第1圖)之一部分，只顯示當電池組執行放電控制功能時脈衝起動該電池組100b所需的組件。先前顯示於脈衝起動電路190a(第2圖)之組件並未顯示於此處。

電池組100b包含一電源控制電路170、一電壓定標單元160a、降壓調節器180、T2V變換單元140、電源開關單元120、一電池管理IC(BMIC)110、一I2V變換單元150、一充電式電池來源106、一脈衝起動電路190b、用以連結至一外部電子裝置諸如動力工具310之連接器104之一正端子104a及一負端子104b。

該動力工具310包含一DC電源開關311、一DC馬達312、一正端子313a及一負端子313b。

脈衝起動電路190b檢測及感測該動力工具310之該DC電源開關311的作動而喚醒電池組100b。脈衝起動電路190b包含一N通道MOSFET 390、一增納二極體391及三個電阻器392、393、394。增納二極體391係用來設定充電式電池來源106之欠電壓臨界值俾減少過度汲取電池。電阻器392及電阻器393可選擇為例如百萬歐姆之範圍來將脈衝起動電流限制於低值，因而對該動力工具310負載不會引發任何擾動。MOSFET 390及堆高式電阻器394測定負載狀態信號136之狀態，及BMIC 110感測負載狀態信號136來判定脈衝起動的來源是否來自於DC電源開關311，如此據此而執行放電控制功能。回應於藉DC電源開關311激勵之一輸入負載存在信號126，脈衝起動電路190b產生一喚醒信號138及一負載狀態信號136。

電源控制電路170係作為電池組100b之電源開/關用之一電源開關，前文已經於第2圖說明。其包含一P通道MOSFET 272、兩個N通道MOSFET 270、271、及兩個電阻器373、274。MOSFET 272係作為充電式電池來源106與該電子電路其餘部分間之電開關。電阻器273及274係用來設定MOSFET 272之閘極偏置電壓。MOSFET 272係藉BMIC 110及脈衝起動電路190b分別透過MOSFET 271及MOSFET 270控制。

電壓定標單元160a為包含電阻器260之電阻器261之電阻電壓除法器，先前已經於第2圖作說明。充電式電池來源106之電池電壓可藉此電阻電壓除法器定比降低且藉BMIC 110之ADC埠212監視。熟諳技藝人士須瞭解，如第1圖所示(電壓定標單元160)，電壓定標單元160a可擴充來監視有多個連結之充電式電池來源106之個別電池電壓。

降壓調節器180為步進降壓DC-DC調節器，其係由充電式電池來源106獲得其輸入電源供應，且提供用於BMIC 110之例如5伏特之經已調節的電壓供應281。

T2V變換單元140為包含一電阻器341及一熱敏電阻器340之電阻電壓除法器，其執行溫度至電壓變換。T2V變換單元140允許BMIC 110監視關鍵性組件諸如電池及MOSFET之溫度用於電池組100b的溫度保護。熱敏電阻器340具有可變電阻，該可變電阻係與其本體溫度具有相依性。由熱敏電阻器340、電阻器341及經已調節的5伏特電源供應281所產生的電壓係由BMIC 110用來測定藉熱敏電阻器340感測之溫度。

於該具體實施例中，I2V變換單元150包含一放大器351及於接地路徑之一電流感測電阻器350，其係執行電流至電壓的變換。跨電流感測電阻器350所產生之電壓極性係取決於電流的流動方向；於放電期間極性為正，而於充電期間極性為負。放大器351係以固定增益放大跨電流感測電阻器350所產生之電壓，且輸出正電壓而與其輸入電壓之極性無關。放大器351之輸出電壓係由BMIC 110用來測定電流流動之幅度。熟諳技藝人士須瞭解電流感測電阻器350可被去除來減少電源損耗，及其功能可藉MOSFET 321當被導通時的汲極至源極電阻所替代。

電源開關單元120包含兩個高電流N通道MOSFET 320及321、一P通道MOSFET 322、一N通道MOSFET 325及四個電阻器322、324、326、327。高電流MOSFET 321係用來控制電池組100b與動力工具310負載間之放電電流路徑。MOSFET 321之閘極係藉BMIC 110之I/O埠112a驅動，該閘極驅動為「HIGH」來允許於正常的情況下電流自該電池組100b流至動力工具310負載；否則被驅動為「LOW」來關斷MOSFET 321。當一外部電池充電器係於該連接器104連結至該電池組100b時，該高電流MOSFET 320係用來控制電池組100b與外部電池充電器間之充電電流路徑。MOSFET 320係透過由MOSFET 323、MOSFET 325及電阻器322、324、326、327所形成之一驅動電路而藉BMIC 110間接控制。當MOSFET 325之閘極驅動器藉BMIC 110驅動為「HIGH」時，正驅動電壓透過MOSFET 323施加至MOSFET 320之閘極來讓充電電路可作用狀態。相反地，MOSFET 320被關斷來讓充電路徑變成非作用狀態。電阻器322、324係用來設定MOSFET 323之閘極偏置電壓。同理，電阻器326及電阻器327係用來設定MOSFET 320之閘極偏置電壓。

於該具體實施例中，電池組100b係於停機模式，直到諸如當使用人按壓動力工具310上之DC電源開關311而電池組被作動來喚醒。若充電式電池來源106之電壓係高於其欠電壓保護臨界值設定值，脈衝起動電流將由充電式電池來源106之正端子透過端子104a、端子313a、DC電源開關311、馬達312、端子313b、端子104b、電阻器392、增納二極體391、電阻器393流至動力工具310，隨後返回充電式電池來源106之負端子。小型脈衝起動電流顯然係作為於脈衝起動電路190b之輸入負載存在信號126。此種小型脈衝起動電流太低而無法起動馬達312，但夠高而可操作脈衝起動電路190b。若跨電阻器393之電壓降例如係高於2伏特，則將導通MOSFET 270及MOSFET 390。MOSFET 270隨後將導通MOSFET 272，及連結降壓調節器180至充電式電池來源106。降壓調節器180將提供例如5伏特之經已調節的電壓供應281至BMIC 110來將其從停機模式啟動。於BMIC 110已經初始化及運轉後，BMIC 110將電源閂鎖信號142驅動為「HIGH」來導通MOSFET 271俾維持MOSFET 272於「ON」狀態。BMIC 110感測RC負載狀態信號136係藉MOSFET 390維持為「LOW」(「ON」)，且前進至發揮放電控制功能。BMIC 110透過電壓定標單元160a及T2V變換單元140分別測量充電式電池來源106之電壓及溫度。或電壓及溫度二者係於其安全操作限度以內(亦即電池組100b可安全操作)，則BMIC 110將啟動MOSFET 320及MOSFET 321來連結動力工具310與充電式電池來源106間之接地路徑。電源現在從充電式電池來源106供應來操作動力工具310。負載存在信號126現在接地，脈衝起動電路190b將變成不能作用。BMIC 110現在透過I2V變換單元150監視負載電流來決定動力工具310負載狀態。只要有放電電流(亦即DC電源開關311維持被按壓)及所監視的充電式電池來源106的電池電壓、溫度及放電電流係於其安全限度以內操作，則MOSFET 320及MOSFET 321將維持「ON」。當BMIC 110感測得並無放電電流連續歷經一段預定時間，則將瞬間關斷MOSFET 320及MOSFET 321歷經一段預定時間來作動脈衝起動電路190b及檢查負載狀態信號136。若負載狀態信號136為「HIGH」(亦即DC電源開關311已經被放開)，則BMIC 110將驅動電源閂鎖信號142為「LOW」來關斷MOSFET 271，然後關斷MOSFET 272。如此切斷自充電式電池來源106至降壓調節器180之電源及停機電池組100b之電子電路來保留電力。否則，BMIC 110將導通MOSFET 320及321，原因在於DC電源開關311測得為仍然處於作用狀態(被按壓)，但放電電流過低而無法測量。例如某些動力工具具有內建式手電筒(耗用極低電流)，當其DC電源開關311首次被輕輕按壓時手動筒將導通，但唯有當DC電源開關被進一步按壓時才起動馬達。BMIC 110將持續進行前述操作來透過負載狀態信號136決定DC電源開關311的狀態直到DC電源開關311被放開為止。

第4圖為示意圖顯示於一電池組之具體實施例中，用來執行充電控制功能的功能方塊之電路佈局。詳細顯示之功能方塊包含脈衝起動電路190c、電源控制電路170、電壓定標單元160a、T2V變換單元140、I2V變換單元150及電源開關單元120。未用於該充電控制功能之功能方塊諸如電池容量指示器130(顯示於第1圖及第2圖)為求清晰及容易瞭解並未顯示於第4圖。也須瞭解第4圖所示脈衝起動電路190c為完整脈衝起動電路190(第1圖)之一部分，只顯示當電池組100c執行放電控制功能時脈衝起動該電池組100c所需的組件。先前顯示於脈衝起動電路190a(第2圖)、190b(第3圖)之組件並未顯示於此處。

電池組100c包含一電源控制電路170、一電壓定標單元160a、降壓調節器180、T2V變換單元140、電源開關單元120、一電池管理IC(BMIC)110、一I2V變換單元150、一充電式電池來源106、一脈衝起動電路190c、用以連結至一外部電子裝置諸如於本實施例之電池充電器410之一正端子104a及一負端子104b。電池充電器410包含一充電器PCB 412，其係以於正端子413a及負端子413b之DC輸出信號將AC電源變換為DC電源。

脈衝起動電路190c檢測及感測電池充電器410的存在來喚醒電池組100c。其包含一N通道MOSFET 190、一P通道MOSFET 491、一增納二極體492及四個電阻器493至496。MOSFET 491係設計為當充電器電壓施加於端子104a及104b時轉成「ON」。此充電器電壓必須比增納二極體492之崩潰電壓至少高例如2伏特。MOSFET 490及電阻器496決定充電器狀態信號134之狀態。BMIC 110感測信號134來判定是否有脈衝起動來源來自於電池充電器410來執行充電控制功能。回應於來自於電池充電器410之輸入充電器存在信號124，脈衝起動電路190c產生喚醒信號138及充電器狀態信號134。

電源控制電路170係作為電池組100c之電源開/關用之一電源開關，前文已經於第2圖說明。其包含一P通道MOSFET 272、兩個N通道MOSFET 270、271、及兩個電阻器373、274。MOSFET 272係作為充電式電池來源106與該電子電路其餘部分間之電開關。電阻器273及274係用來設定MOSFET 272之閘極偏置電壓。MOSFET 272係藉BMIC 110及脈衝起動電路190c分別透過MOSFET 271及MOSFET 270控制。

電壓定標單元160a為包含電阻器260之電阻器261之電阻電壓除法器，先前已經於第2圖作說明。充電式電池來源106之電池電壓可藉此電阻電壓除法器定比降低且藉BMIC 110之ADC埠212監視。熟諳技藝人士須瞭解，如第1圖所示(電壓定標單元160)，電壓定標單元160a可擴充來監視有多個連結之充電式電池來源106之個別電池電壓。

降壓調節器180為步進降壓DC-DC調節器，其係由充電式電池來源106獲得其輸入電源供應，且提供用於BMIC 110之例如5伏特之經已調節的電壓供應281。

T2V變換單元140為包含一電阻器341及一熱敏電阻器340之電阻電壓除法器，其執行溫度至電壓變換。其係用來監視用於電池組100c的溫度保護之關鍵性組件諸如電池及MOSFET之溫度。熱敏電阻器340具有可變電阻，該可變電阻係與其本體溫度具有相依性。由熱敏電阻器340、電阻器341及經已調節的5伏特電源供應281所產生的電壓係由BMIC 110用來測定藉熱敏電阻器340感測之溫度。

於該具體實施例中，I2V變換單元150包含一放大器351及於接地路徑之一電流感測電阻器350，其係執行電流至電壓的變換。跨電流感測電阻器350所產生之電壓極性係取決於電流的流動方向；於放電期間極性為正，而於充電期間極性為負。放大器351係以固定增益放大跨電流感測電阻器350所產生之電壓，且輸出正電壓而與其輸入電壓之極性無關。放大器351之輸出電壓係由BMIC 110用來測定電流流動之幅度。熟諳技藝人士須瞭解電流感測電阻器350可被去除來減少電源損耗，及其功能可藉MOSFET 321當被導通時的汲極至源極電阻所替代。

電源開關單元120先前已經於第3圖作細節說明。電源開關單元120包含兩個高電流N通道MOSFET 320及321、一P通道MOSFET 322、一N通道MOSFET 325及四個電阻器322、324、326、327。高電流MOSFET 321係用來控制電池組100c及負載310(如第3圖所示)。MOSFET 321之閘極係藉BMIC 110之I/O埠112a驅動，該閘極驅動為「HIGH」來允許於正常的情況下電流自該電池組100c流至負載310(如第3圖所示)；否則被驅動為「LOW」來關斷MOSFET 321。返回參考第4圖，此處取而代之係連結電池充電器410，當外部電池充電器410係與連接器104電連結至電池組100c時，高電流MOSFET 320係用來控制電池組100c與外部電池充電器410間之充電電流路徑。MOSFET 320係透過由MOSFET 323、MOSFET 325及電阻器322、324、326、327所形成之一驅動電路而藉BMIC 110間接控制。當MOSFET 325之閘極驅動器藉BMIC 110驅動為「HIGH」時，正驅動電壓透過MOSFET 323施加至MOSFET 320之閘極來讓充電電路可作用狀態。相反地，MOSFET 320被關斷來讓充電路徑變成非作用狀態。電阻器322、324係用來設定MOSFET 323之閘極偏置電壓。同理，電阻器326及電阻器327係用來設定MOSFET 320之閘極偏置電壓。

於該具體實施例中，電池組100c係於停機模式直到諸如當附接至電池充電器410而被作動來喚醒為止。小型脈衝起動電流將從電池充電器410之正端子413a流入電池組100c，透過端子104a、電阻器493、增納‧二極體492及端子104b隨後係透過負端子413b而返回電池充電器410。跨電阻器493所產生之電壓將導通MOSFET 491來形成環繞充電式電池來源106之另一個電流路徑。然後電流將從充電式電池來源106之正端子流至電阻器494及電阻器495透過MOSFET 491隨後返回其負端子(共通接地)。若跨電阻器495之電壓降係高於例如2伏特，則MOSFET 270將導通，其然後導通MOSFET 272，且將降壓調節器180連結至充電式電池來源106。降壓調節器180將提供例如5伏特之已調節的電壓供應予BMIC 110來將其從停機狀態啟動。於BMIC 110已經被初始化及運轉後，驅動電源閂鎖信號142「HIGH」來導通MOSFET 271俾維持MOSFET 272於「ON」狀態。BMIC 110感測充電器狀態信號134係藉MOSFET 490維持於「LOW」(「ON」)及前進至執行充電控制功能。BMIC 110係透過電壓定標單元160a及T2V變換單元140分別控制充電式電池來源106之電壓及溫度。若電壓及溫度二者皆係於其安全操作限度以內(亦即電池組100c可安全充電)，則BMIC 110將導通MOSFET 320及MOSFET 321來連結電池充電器410與充電式電池來源106間之接地路徑，及BMIC 110將開始充電充電式電池來源106。若電池充電器410的輸出電壓被降壓至充電式電池來源106之電壓位準，該電壓位準可能低於增納二極體492的崩潰電壓，則脈衝起動電路190c將因MOSFET 491的關斷而變成無法動作狀態。否則，MOSFET 491將因充電式電池來源106電壓而被維持為導通。因此，BMIC 110無法仰賴充電器狀態信號134來判定電池充電器410的狀態。反而，BMIC 110將透過I2V變換單元150來監視充電電流俾測定電池充電器410的狀態。只要有充電電流(通過I2V變換單元)及所監視的充電式電池來源106的電池電壓、溫度及充電電流係於其安全操作限度以內，則MOSFET 320及MOSFET 321將維持於「ON」。當BMIC 110感測得連續歷經一段預定時間並無充電電流時，將暫時導通MOSFET 320及MOSFET 321歷經一段預定時間來作動脈衝起動電路190c及檢查充電器狀態信號134。若該信號為「HIGH」(亦即電池充電器410已經被移除)，則BMIC 110將驅動電源閂鎖信號142為「LOW」來關斷MOSFET 271，然後其將關斷MOSFET 272。如此切斷由充電式電池來源106至降壓調節器180的電源，及切斷電池組100c的電子電路來省電。否則，將導通MOSFET 320及MOSFET 321，原因在於電池充電器410仍然連結，但充電電流過低而無法測量。於恆定電壓充電狀態期間例如充電電流可能降低，可能朝向充電週期結束時低抵例如0.1C。BMIC 110將連續進行前述操作，來透過充電器狀態信號134決定電池充電器410狀態直到從電池組100c拔除為止。

第5圖為流程圖500顯示於一個具體實施例中之電源管理方法。於步驟502，電池組正常係於停機模式。於步驟504，感測激勵信號源諸如剩餘容量狀態指示、來自於個別電池組的觸控開關之放電或充電控制、外部電子裝置(負載)或外部電池充電器。若感測得激勵信號且電池組並非於欠壓保護模式，則於步驟506，電池組將被喚醒。於步驟508，若電池組的電壓及溫度係於安全操作限度以內，則將於步驟510執行要求的功能。於步驟512，若電池組係於非作用狀態，則電池組將於步驟514停機來節電。

第6圖為流程圖600顯示用於一電池組之具體實施例之電源管理方法。於步驟602，於該電池組之停機模式，保護電路係與充電式電源絕緣。於步驟604，保護電路係藉脈衝起動電路而電連結至充電式電源；當電池組係於多個操作狀態中之任一者時，該保護電路提供電保護。

熟諳技藝人士須瞭解可未悖離如廣義說明之本發明之精髓或範圍，可對如特定實施例所示之本發明做出多項變化及/或修改。因此就各方面而言須考慮本發明為示例說明性而非限制性。

100、100a-c．．．電池組

102．．．觸控開關

104．．．連接器

104a-b．．．端子

106．．．充電式電池電源

110．．．電池管理積體電路、BMIC

112、112a-b．．．I/O埠

114．．．ADC埠

120．．．電源開關單元

122．．．RC查詢信號

124．．．充電器存在信號

126．．．負載存在信號

130．．．電池容量指示器

132．．．RC查詢狀態信號

134．．．充電器狀態信號

136．．．負載狀態信號

138．．．喚醒信號

140．．．溫度至電壓變換單元、T2V變換單元

142．．．電源閂鎖信號

150．．．電流至電壓變換單元、I2V變換單元

160、160a-b．．．電壓定規單元

170．．．電源控制電路

180．．．降壓調節器

190、190a-c．．．脈衝起動電路

212．．．ADC埠

260．．．電阻器

261．．．電阻器

270．．．N通道MOSFET

271．．．N通道MOSFET

272．．．P通道MOSFET

273．．．電阻器

274．．．電阻器

281．．．經已調節的電壓參考值、經已調節的5伏特電壓

290．．．電阻器

291．．．另一個電阻器

292．．．增納二極體

293．．．MOSFET

294．．．電容器

310．．．外部電子裝置、動力工具、負載

311．．．DC電源開關

312．．．DC馬達

313a．．．正端子

313b．．．負端子

320．．．N通道MOSFET

321．．．N通道MOSFET

322-327．．．驅動電路

323．．．P通道MOSFET

324．．．電阻器

325．．．N通道MOSFET

326、327．．．電阻器

340．．．熱敏電阻器

341．．．電阻器

350．．．電流感測電阻器

351．．．放大器

390．．．N通道MOSFET

391．．．曾納二極體

392．．．電阻器

393．．．電阻器

394．．．堆高式電阻器

410．．．電池充電器

412．．．充電器PCB

413a．．．正端子

413b．．．負端子

490．．．N通道MOSFET

491．．．P通道MOSFET

492．．．曾納二極體

493-496．．．電阻器

500．．．流程圖

502-514．．．步驟

600．．．流程圖

602、604．．．步驟

第1圖為示意方塊圖顯示一電池組之一具體實施例。

第2圖為示意圖顯示於電池組之一具體實施例中，用來執行剩餘容量狀態指示功能之功能方塊之一電路佈局。

第3圖為示意圖顯示於一電池組之具體實施例中，用來執行放電控制功能的功能方塊之電路佈局。

第4圖為示意圖顯示於一電池組之具體實施例中，用來執行充電控制功能的功能方塊之電路佈局。

第5圖為流程圖顯示於該具體實施例中之電源管理方法。

第6圖為流程圖600顯示用於一電池組之具體實施例之電源管理方法。

600．．．流程圖

602、604．．．步驟

Claims (22)

1. 一種電池組，包含：一充電式電源；一保護電路，於該電池組之停機模式中與該充電式電源電隔離；及一脈衝起動電路，將該保護電路電連接至該充電式電源，用以在該電池組處於多個操作狀態中之任一者時提供電保護；其中，該脈衝起動電路包含組配來分別接收多種輸入觸發信號的多個功能方塊，且基於所接收之輸入觸發信號的種類，該等功能方塊中一個別者被組配來受啟動以將該保護電路電連接至該充電式電源，以及產生表示該電池組之運作狀態的一個別狀態信號供輸出到該保護電路。
2. 如申請專利範圍第1項之電池組，其中該保護電路包含：用以監視多個受監視的參數之多個監視器單元；一電源開關單元，當所監視的參數超過操作限度時，用以電隔離該充電式電源。
3. 如申請專利範圍第1項之電池組，進一步包含用以供電予該保護電路之一可控制電源供應器。
4. 如申請專利範圍第3項之電池組，其中該脈衝起動電路包含：用以回應於該等輸入觸發信號中之一者而產生一喚醒信號來作動該可控制電源供應器之裝置。
5. 如申請專利範圍第4項之電池組，其中該保護電路進一步包含：用以基於該等輸出狀態信號決定操作狀態之裝置；及用以產生一閂鎖信號來保持該可控制電源供應器的作動之裝置。
6. 如申請專利範圍第5項之電池組，其中該可控制電源供應器包含：用以接收該喚醒信號及閂鎖信號之一電源控制電路；及耦接至該電源控制電路來回應於該喚醒信號及閂鎖信號而提供電源供應至該保護電路之一降壓調節器。
7. 如申請專利範圍第4至6項中任一項之電池組，其中該等輸入觸發信號之種類中之一者為一剩餘容量觸發信號，該電池組進一步包含：一觸控開關用以經由將該充電式電源連接至該脈衝起動電路來致動該剩餘容量輸入觸發信號；耦接至該保護電路用以測量該充電式電源的電壓之一電壓定標單元；及用以基於該測量得之電壓顯示該充電式電源的剩餘容量之一電池容量指示器。
8. 如申請專利範圍第4至6項中任一項之電池組，其中該等輸入觸發信號之種類中之一者為一負載存在信號，當電池組係電連接至一外部負載，使得該負載與該充電式電 源及脈衝起動電路形成一閉路時，該負載存在信號被致動。
9. 如申請專利範圍第4至6項中任一項之電池組，其中該等輸入觸發信號之種類中之一者為一充電器存在信號，當電池組係電連接至一外部充電器，使得該充電器與該充電式電源及脈衝起動電路形成一閉路時，該充電器存在信號被致動。
10. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之電池組，其中該等操作狀態包括電池組充電、電池組放電、及電池容量指示中之一者或多者。
11. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之電池組，其中該等多個參數包括電池組電壓、電池組電流、及電池組溫度中之一者或多者。
12. 一種用於電池組之電源管理方法，包含下列步驟：於該電池組之停機模式中，使一保護電路與一充電式電源相互電隔離；及藉一脈衝起動電路將該保護電路電連接至該充電式電源；當該電池組處於多個操作狀態中之任一者時，該保護電路提供電保護；其中，該脈衝起動電路包含組配來分別接收多種輸入觸發信號的多個功能方塊，且基於所接收之輸入觸發信號的種類，該等功能方塊中一個別者被組配來受啟動以將該保護電路電連接至該充電式電源，以及產生表示該電池組之運作狀態的一個別狀態信號供輸出到該保 護電路。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中當該電池組處於多個操作狀態中之任一者時提供電保護包含：以多個監視器單元監視多項被監視的參數；當所監視的參數超過操作限度時，使用一電源開關單元來電隔離該充電式電源。
14. 如申請專利範圍第12項之方法，進一步包含藉一可控制電源供應器供應電力至該保護電路。
15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中藉一脈衝起動電路將該保護電路電連接至該充電式電源包含下列步驟：回應於該等輸入觸發信號中之一者而產生一喚醒信號來作動該可控制電源供應器。
16. 如申請專利範圍第15項之方法，進一步包含：基於該等輸出狀態信號決定該操作狀態；及產生一閂鎖信號來保持該可控制電源供應器的作用狀態。
17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中藉一可控制電源供應器供電予該保護電路進一步包含：藉一電源控制電路接收該喚醒信號及閂鎖信號；及回應於該喚醒信號及閂鎖信號，耦接一降壓調節器至該電源控制電路來提供電力供應予該保護電路。
18. 如申請專利範圍第15至17項中任一項之方法，其中該等輸入觸發信號之種類中之一者為剩餘容量觸發信號，該方法進一步包含： 藉由以一觸控開關連接該充電式電源至該脈衝起動電路來致動該剩餘容量輸入觸發信號；藉耦接至該保護電路之一電壓定標單元測量該充電式電源的電壓；及使用一電池容量指示器基於該測量得之電壓顯示該充電式電源的剩餘容量。
19. 如申請專利範圍第15至17項中任一項之方法，其中該等輸入觸發信號之種類中之一者為一負載存在信號，當電池組係電連接至一外部負載，使得該負載與該充電式電源及脈衝起動電路形成一閉路時，該負載存在信號被致動。
20. 如申請專利範圍第15至17項中任一項之方法，其中該等輸入觸發信號之種類中之一者為一充電器存在信號，當電池組係電連接至一外部充電器，使得該充電器與該充電式電源及脈衝起動電路形成一閉路時，該充電器存在信號被致動。
21. 如申請專利範圍第12至17項中任一項之方法，其中該等操作狀態包括電池組充電、電池組放電、及電池容量指示中之一者或多者。
22. 如申請專利範圍第13至17項中任一項之方法，其中該等多個參數包括電池組電壓、電池組電流、及電池組溫度中之一者或多者。