TWI501507B - 藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法與裝置 - Google Patents

藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法與裝置 Download PDF

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Description

藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法與裝置
本發明係有關於電源供應裝置，尤指一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法與裝置。
傳統的電池單元控制晶片往往被設計成適用於指定數量的電池單元之控制。例如：該些傳統的電池單元控制晶片中之一第一電池單元控制晶片可用於三至六個電池單元之控制。又例如：該些傳統的電池單元控制晶片中之一第二電池單元控制晶片可用於五至八個電池單元之控制。
對晶片產品而言，上述之指定數量通常不可更改，這會產生某些問題。更明確而言，該第一電池單元控制晶片與該第二電池單元控制晶片可能分別提供各自獨特優異的功能。在設計一個傳統的電源供應裝置諸如一備援電源供應器時，一旦其電池模組的輸出電壓之規格已被決定，該電池模組之電池單元數往往就決定了。當該第一電池單元控制晶片與該第二電池單元控制晶片中之任一者因無法支援該電池單元數而被排除使用於該傳統的電源供應裝置之設計時，對應之獨特優異的功能就無法被導入該傳統的電源供應裝置之設計。
舉例來說，該第二電池單元控制晶片可備有電子可抹除可程式化唯讀記憶體(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，可簡稱為「EEPROM」)以提供參數更新功能，而該第一電池單元控制晶片並不具有該參數更新功能。當電源供應裝置製造商決定了該電池單元數應當等於四(或小於四之正整數)且正在嘗試將該傳統的電源供應裝置設計成具有該參數更 新功能時，會發現該第二電池單元控制晶片與該第一電池單元控制晶片兩者均不適用。考慮各種因素(諸如材料與人力成本、以及該些傳統的電池單元控制晶片當中剩餘的選項)，電源供應裝置製造商可能被迫放棄實施該參數更新功能；如此，產業發展受到阻礙。因此，需要一種新穎的方法來加強傳統的電池單元控制晶片之利用、且不產生任何副作用。
本發明之一目的在於提供一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法與裝置，以解決上述問題。
本發明之另一目的在於提供一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法與裝置，以在不產生任何副作用的狀況下加強傳統的電池單元控制晶片之利用。
本發明之較佳實施例中提供一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟：依據該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池單元的總輸出電壓位準產生一虛擬總輸出電壓位準，其中該虛擬總輸出電壓位準模擬將該組電池單元和至少一虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準；以及利用該電源供應裝置中之一電池單元控制晶片依據該虛擬總輸出電壓位準控制該組電池單元之運作。
本發明於提供上述方法之同時，亦對應地提供一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其中該裝置包含一電源供應裝置之至少一部分。該裝置包含有：一虛擬電池單元模擬電路；以及一電池單元控制晶片，電氣連接至該虛擬電池單元模擬電路。該虛擬電池單元模擬電路係用來依據該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池單元的總輸出電壓位準產生一虛擬總輸出電壓位準，其中該虛擬總輸出電壓位準模擬將該組電池單元和至少一虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準。另外，該電池單元控制晶片係用來依據該虛擬總輸出電壓位準控制該組電池單元之運作。
本發明之至少一實施例中提供一種藉助於虛擬電池機制來進行電 池單元控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟：藉由利用一齊納二極體(Zener Diode)之崩潰電壓的特性產生一虛擬總輸出電壓位準，其中該虛擬總輸出電壓位準模擬將一組虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準；以及利用該電源供應裝置中之一電池單元控制晶片依據該虛擬總輸出電壓位準模擬控制該組虛擬電池單元之運作。尤其是，該方法可另包含：利用一分壓電路依據該虛擬總輸出電壓位準進行分壓運作，以產生該電池單元控制晶片之至少一控制端子所需的電壓位準，以供模擬控制該組虛擬電池單元之運作。
本發明的好處之一是，所述之藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法與裝置能將該些傳統的電池單元控制晶片當中不可用的選項轉換為可用的選項，而不受上述之指定數量之限制。於是，依據本發明之方法與裝置所實現之電源供應裝置可具備對應之獨特優異的功能諸如該參數更新功能。因此，本發明之方法與裝置對於該電源供應裝置之測試、除錯、製造、安裝均有極大的助益。
100,100-2,100-3,...,120-N‧‧‧藉助於虛擬電池機制來進行電池單 元控制之裝置
110,110-1,110-2,...,110-(N-2),110-(N-1)‧‧‧虛擬電池單元模擬電路
112,212‧‧‧運算放大器
114,114A,114B,114C‧‧‧供應電壓產生器
120,120-1,120-2,120-3,...,120-(N-1),120-N‧‧‧電池單元控制晶片
200‧‧‧藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法
210,220‧‧‧步驟
300,500‧‧‧藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置
310,510‧‧‧虛擬電池單元模擬電路
512‧‧‧齊納二極體
B1,B2,B3,B4‧‧‧電池單元
{B1(1),B2(1),B3(1),B4(1)},{B1(2),B2(2),B3(2),B4(2)},{B1(3),B2(3),B3(3),B4(3)},...,{B1(N-1),B2(N-1),B3(N-1),B4(N-1)},{B1(N),B2(N),B3(N),B4(N)}‧‧‧各組電池單元
BVIR ,BVIR (1),BVIR (2),BVIR (3),...,BVIR (N-1),BVIR (N)‧‧‧虛擬電池單元
BVIR1 ,BVIR2 ,BVIR3 ,BVIR4 ,BVIR5 ‧‧‧虛擬電池單元
C1,C2,C11 ,C12 ‧‧‧電容器
D1,D2,D3,D4,D5,D11,D12,D61,D62‧‧‧二極體
M1,M2,QC1,QD1‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
Pack-‧‧‧電源供應裝置之端子
Q1,Q2‧‧‧雙極性接面電晶體
RD ,RE ,RR ,R2R ,R3R ,R4R ,R0.8R ,RCS ,R1,R3,R4,R5,R6,R7,R8,RS‧‧‧電阻器
VB0,VB1,VB2,VB3,VB4,VB5,VB6,VB7,VB8‧‧‧電池單元控制晶片之控制端子
{VB0(1),VB1(1),VB2(1),VB3(1),VB4(1),VB5(1),VB6(1),VB7(1),VB8(1)},{VB0(2),VB1(2),VB2(2),VB3(2),VB4(2),VB5(2),VB6(2),VB7(2),VB8(2)},{VB0(3),VB1(3),VB2(3),VB3(3),VB4(3),VB5(3),VB6(3),VB7(3),VB8(3)},...,{VB0(N-1),VB1(N-1),VB2(N-1),VB3(N-1),VB4(N-1),VB5(N-1),VB6(N-1),VB7(N-1),VB8(N-1)},{VB0(N),VB1(N),VB2(N),VB3(N),VB4(N),VB5(N),VB6(N),VB7(N),VB8(N)}‧‧‧各組電池單元所對應之各個電池單元控制晶片之控制端子
VBAT ,VBAT ’‧‧‧一組電池單元的總輸出電壓位準
{VBAT+ (1),VBAT- (1)},{VBAT+ (2),VBAT- (2)},{VBAT+ (3),VBAT- (3)},...,{VBAT+ (N-1),VBAT- (N-1)},{VBAT+ (N),VBAT- (N)}‧‧‧各組電池單元的對外端子
V+ ,VS ‧‧‧電壓位準
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置的示意圖。
第2圖為依據本發明一實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法的流程圖。
第3圖繪示第2圖所示之方法於一實施例中所涉及之實施細節。
第4圖繪示第2圖所示之方法於另一實施例中所涉及之實施細節。
第5圖繪示第2圖所示之方法於另一實施例中所涉及之實施細節。
第6圖為依據本發明一第二實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置的示意圖。
第7圖為依據本發明一第三實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單 元控制之裝置的示意圖。
第8圖為依據本發明一第四實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置的示意圖。
第9圖為依據本發明一第五實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置的示意圖。
第10圖為依據本發明一第六實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置的示意圖。
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置100的示意圖，其中裝置100包含一電源供應裝置之至少一部分(例如一部分或全部)，而該電源供應裝置的例子可包含(但不限於)備援電源供應器。例如：裝置100可代表該電源供應裝置當中的電氣系統，而該電氣系統包含該電源供應裝置之控制電路。又例如：裝置100可代表該電源供應裝置之整體。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，裝置100可代表該電氣系統當中除了電池之外的部分，諸如上述之控制電路。依據本實施例之另一變化例，裝置100可代表包含該電源供應裝置之一系統，而該電源供應裝置係為這個系統的子系統。
如第1圖所示，裝置100包含彼此串聯之一組電池單元{B1,B2,B3,B4}、一虛擬電池單元模擬電路110、以及一電池單元控制晶片120，其中在電池單元控制晶片120之一組控制端子{VB0,VB1,VB2,VB3,VB4,VB5,VB6,VB7,VB8}當中，控制端子VB4、VB5係分別電氣連接至虛擬電池單元模擬電路110，而控制端子VB0、VB1、VB2、VB3、VB4係分別電氣連接至該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之各個電池單元的端子，且控制端子VB6、VB7、VB8均閒置不予使用。另外，虛擬電池單元模擬電路110包含一運算 放大器(Operational Amplifier，可簡稱為「OP-AMP」或「OPAMP」)112以及複數個電阻器，且另包含一供應電壓產生器114，其中該複數個電阻器係電氣連接至運算放大器112。
尤其是，運算放大器112包含一第一輸入端子(於本實施例中係為負輸入端子；其標示為「-」)、一第二輸入端子(於本實施例中係為正輸入端子；其標示為「+」)、與一輸出端子(於本實施例中係為輸出「(5/4)VBAT 」之端子)，而該複數個電阻器包含一第一電阻器諸如電阻器RR 、一第二電阻器諸如電阻器R4R 、一第三電阻器諸如電阻器R0.8R 。如第1圖所示，該第一電阻器諸如電阻器RR 之兩端子分別電氣連接至運算放大器112之該第二輸入端子與該輸出端子，且該第二電阻器諸如電阻器R4R 之兩端子分別電氣連接至運算放大器112之該第二輸入端子以及運算放大器112之一參考電壓位準(即第1圖所示運算放大器112之下方的參考端子之參考電壓位準)，並且該第三電阻器諸如電阻器R0.8R 之兩端子分別電氣連接至運算放大器112之該第一端子以及控制端子VB4，其中上述之參考電壓位準於本實施例中係為一接地位準，故第1圖所示運算放大器112之該下方的參考端子係電氣連接至一接地端子。例如：電阻器RR 、R4R 、R0.8R 的電阻值可分別為R、4R、0.8R，而電阻值R係為一預定電阻值。實作上，電阻器RR 、R4R 、R0.8R 的電阻值可分別為499K歐姆(Ohm)、2M歐姆、402K歐姆，其中數值中之符號「K」、「M」分別代表103 、106 。此外，本實施例之電池單元控制晶片120所支援之一預定電池單元數量(諸如上述之指定數量)大於該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之數量。例如：電池單元控制晶片120可用於五至八個電池單元之控制，其中對電池單元控制晶片120而言，該預定電池單元數量可為落入區間[5,8]的範圍中之一正整數。請注意，為了便於理解，第1圖中繪示了虛擬電池單元BVIR ，其中虛擬電池單元BVIR 並非實際存在的元件，故於第1圖中係以虛線繪示。雖然上述之預定電池單元數量大於該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之數量，藉助於虛擬電池單元模擬電路110之運作，電池單元控制晶片120被 欺瞞並且可正常地運作，如同虛擬電池單元BVIR 是實際存在的元件。
依據本實施例，虛擬電池單元模擬電路110係用來依據該電源供應裝置中彼此串聯之該組電池單元{B1,B2,B3,B4}的總輸出電壓位準VBAT 產生一虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )，其中該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )模擬將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}和至少一虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準，而上述之至少一虛擬電池單元於本實施例中係為單一虛擬電池單元BVIR 。例如：若總輸出電壓位準VBAT 的典型值為12.8V，則對應之虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )的典型值為16V，其中符號「V」代表伏特(Volt)。藉助於虛擬電池單元模擬電路110之運作，電池單元控制晶片120可依據該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )控制該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之運作。更明確而言，在該第一輸入端子(於本實施例中係為負輸入端子；其標示為「-」)耦接至總輸出電壓位準VBAT 的狀況下，虛擬電池單元模擬電路110可藉助於運算放大器112之運作將總輸出電壓位準VBAT 轉換成該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )，並利用運算放大器112之該輸出端子輸出該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )，其中該複數個電阻器中之電阻器RR 、R4R 係用來決定該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )對總輸出電壓位準VBAT 之比率，以模擬該虛擬電池單元BVIR 的跨壓逼近該組電池單元{B1,B2,B3,B4}各自的跨壓之平均值。請注意，上述之至少一虛擬電池單元於本實施例中係為單一虛擬電池單元BVIR 。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，電阻器RR 的電阻值對電阻器R4R 的電阻值之比率可予以變化，並且該虛擬總輸出電壓位準可對應地變化，以模擬將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}和複數個虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準。例如：在該虛擬總輸出電壓位準被代換為另一虛擬總輸出電壓位準((6/4)VBAT )的狀況下，該另一虛擬總輸出電壓位準((6/4)VBAT )可模擬將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}和兩個虛擬電池單元(諸如兩個彼此串聯之虛擬電池單元{BVIR })串聯所得之輸出電壓位準；又例如：在該虛擬總輸出電壓位準被代換為另一虛擬總 輸出電壓位準((7/4)VBAT )的狀況下，該另一虛擬總輸出電壓位準((7/4)VBAT )可模擬將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}和三個虛擬電池單元(諸如三個彼此串聯之虛擬電池單元{BVIR })串聯所得之輸出電壓位準；依此類推。
另外，供應電壓產生器114能在該電源供應裝置缺乏外部電源的狀況下提供穩定的供應電壓諸如電壓位準V+ 予運算放大器112，以維持虛擬電池單元模擬電路110的運作、且不受電池單元控制晶片120之運作的影響、也不影響電池單元控制晶片120之運作；其中電池單元控制晶片120之運作例如：電池單元控制晶片120對該組電池單元{B1,B2,B3,B4}進行之平衡(Balancing)控制，而該平衡控制能使各個電池單元B1、B2、B3、B4各自的跨壓趨近一致。請注意，供應電壓產生器114在該電源供應裝置缺乏外部電源的狀況下通常利用該組電池單元{B1,B2,B3,B4}作為電源、並可進行進一步處理以轉換為供應電壓產生器114之某些內部元件所需的供應電壓，故為了達到「維持虛擬電池單元模擬電路110的運作」之目標、「虛擬電池單元模擬電路110的運作不受電池單元控制晶片120之運作的影響」之目標、「虛擬電池單元模擬電路110的運作不影響電池單元控制晶片120之運作」之目標中之每一者，供應電壓產生器114的架構及其對應之操作方法均經過妥善地設計，其細節容後描述。
第2圖為依據本發明一實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法200的流程圖。該方法可應用於第1圖所示之裝置100，尤其是第1圖所示之虛擬電池單元模擬電路110。該方法說明如下：於步驟210中，虛擬電池單元模擬電路110依據該電源供應裝置中彼此串聯之該組電池單元{B1,B2,B3,B4}的總輸出電壓位準VBAT 產生一虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )，其中該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )模擬將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}和至少一虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準，而上述之至少一虛擬電池單元於本實施例中係為單一虛擬電池單元BVIR 。尤其是，虛擬電池單元模擬電路110可動態地調整該虛擬總輸出電壓 位準((5/4)VBAT )，以維持電池單元控制晶片120之正常且精確的運作。例如：虛擬電池單元模擬電路110可藉由動態地調整該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )來維持該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )對總輸出電壓位準VBAT 之比率，以模擬虛擬電池單元BVIR 的跨壓逼近該組電池單元{B1,B2,B3,B4}各自的跨壓之平均值。請注意，上述之至少一虛擬電池單元於本實施例中係為單一虛擬電池單元BVIR 。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，電阻器RR 的電阻值對電阻器R4R 的電阻值之比率可予以變化，並且該虛擬總輸出電壓位準可對應地變化，以模擬將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}和複數個虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準。
於步驟220中，電池單元控制晶片120依據該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )控制該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之運作。例如：電池單元控制晶片120可控制該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之平衡運作，尤其是對該組電池單元{B1,B2,B3,B4}進行上述之平衡控制，使各個電池單元B1、B2、B3、B4各自的跨壓趨近一致，其中電池單元控制晶片120被該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )所欺瞞，以致於進行上述之平衡控制時如同對電池單元B1、B2、B3、B4以及虛擬電池單元BVIR 進行該平衡控制。又例如：電池單元控制晶片120可控制該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之充電運作。又例如：電池單元控制晶片120可控制該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之放電運作。
請注意，於步驟220中，不論電池單元控制晶片120對該組電池單元{B1,B2,B3,B4}進行任何型態的控制，控制端子VB5均需要接收適當的訊號，諸如動態地調整之該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )，以維持電池單元控制晶片120之正常且精確的運作。如此，電池單元控制晶片120的確是藉助於動態地調整之該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )來控制該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之運作。
另外，第2圖所示之工作流程包含步驟210與步驟220所組成之 迴圈。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，步驟210的運作之至少一部分(例如一部分或全部)和步驟220的運作之至少一部分(例如一部分或全部)可同時進行。依據本實施例之某些變化例，於進行步驟220的運作之後，不必立即重新進入步驟210，其中這些變化例中之工作流程可進一步包含其它運作。
此外，本實施例之裝置100可將該虛擬總輸出電壓位準((5/4)VBAT )輸入至電池單元控制晶片120之複數個電池控制端子中之一電池控制端子，諸如上述之控制端子VB5，其中該方法包含預先將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}各自的端子電氣連接至該複數個電池控制端子中之其它電池控制端子之至少一部分，諸如上述之控制端子VB0、VB1、VB2、VB3、VB4。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，上述之虛擬總輸出電壓位準並不限於((5/4)VBAT )；尤其是，上述之至少一虛擬電池單元可包含複數個虛擬電池單元，這表示上述之虛擬總輸出電壓位準並不限於一個。於這些變化例中之至少一部分中，虛擬電池單元模擬電路110可擴展為多個虛擬電池單元模擬電路，諸如虛擬電池單元模擬電路110之多個不同的版本，其每一者當中用來進行分壓之電阻器(諸如電阻器{RR ,R4R })的電阻值之間的比率可予以變化。例如：在電池單元B4被移除且該第三電阻器諸如電阻器R0.8R 改成電氣連接至控制端子VB3的狀況下，上述之多個虛擬電池單元模擬電路可分別產生所需之訊號，諸如虛擬總輸出電壓位準((5/3)VBAT )與((4/3)VBAT )，以供輸入至電池單元控制晶片120之該複數個電池控制端子中之多個電池控制端子，諸如上述之控制端子VB5、VB4，其中該方法包含預先將新的一組電池單元{B1,B2,B3}各自的端子電氣連接至該複數個電池控制端子中之其它電池控制端子之至少一部分，諸如上述之控制端子VB0、VB1、VB2、VB3。
依據本實施例之某些變化例，裝置100可包含另一電池單元控制晶片，而該另一電池單元控制晶片係用來依據該組電池單元{B1,B2,B3,B4} 中之一特定電池單元之輸出電壓位準控制該電源供應裝置中彼此串聯之另一組電池單元之運作。例如：於這些變化例中之至少一部分中，該另一電池單元控制晶片所支援之一預定電池單元數量大於該另一組電池單元之數量。又例如：於這些變化例中之至少一部分中，該方法包含預先將該組電池單元{B1,B2,B3,B4}和該另一組電池單元串聯。尤其是，該方法包含預先選擇該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中直接和該另一組電池單元串聯之一電池單元作為該特定電池單元，於是，該特定電池單元係直接和該另一組電池單元串聯。
第3圖繪示第2圖所示之方法200於一實施例中所涉及之實施細節，其中第3圖所示之供應電壓產生器114A可為第1圖所示之供應電壓產生器114之一例。供應電壓產生器114A包含一運算放大器212、複數個電容器{C1,C11 ,C12 }、複數個二極體{D1,D2,D3,D4,D5,D11,D12}、複數個電阻器{R1,R3,R4,R5,R6,R7,R8}、複數個金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，以下簡稱為「MOSFET」){M1,M2}，其中二極體D5為齊納二極體(Zener Diode)。實作上，運算放大器212可選用德州儀器(Texas Instruments，TI)所製造之LP324小功率四運算放大器(LP324TM Micropower Quad Operational Amplifier)，其內有四個運算放大器可使用，其中偏移電壓的典型值很低，且所需之供應電流的典型值很低，並且所支援之供應電壓的範圍很大(可由3V變化至32V)。另外，電容器{C1,C11 ,C12 }之電容值可分別為{120p,0.47μ,0.47μ}法拉(Farad)，且電阻器{R1,R3,R4,R5,R6,R7,R8}之電阻值可分別為{499K,1M,1M,1M,1M,10K,10K}，其中數值中之符號「p」、「μ」分別代表10-12 、10-6 。
例如：供應電壓產生器114A在該電源供應裝置缺乏外部電源的狀況下可利用該組電池單元{B1,B2,B3,B4}作為電源，其中供應電壓產生器114A可另包含一降壓電路(未顯示)諸如一電壓調整器(Voltage Regulator)，並可利用該降壓電路將總輸出電壓位準VBAT 轉換為供應電壓產生器114A中之一部分內部元件所需的供應電壓諸如電壓位準+10V。依據本實施例，供應 電壓產生器114A所輸出之電壓位準V+ 的典型值為+20V。
第4圖繪示第2圖所示之方法200於另一實施例中所涉及之實施細節，其中第4圖所示之供應電壓產生器114B可為第1圖所示之供應電壓產生器114之一例，且可由第3圖所示之供應電壓產生器114A修改而得。供應電壓產生器114B包含運算放大器212、複數個電容器{C2,C11 ,C12 }、複數個二極體{D11,D12}、複數個電阻器{R1,R3,R4,RS}、複數個雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor，以下簡稱為「BJT」){Q1,Q2}。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，電阻器RS可予以忽略，其中運算放大器212之輸出端子係電氣連接至該些BJT{Q1,Q2}各自的基極(Base)。依據本實施例之另一變化例，電阻器RS的電阻值可接近零、但不等於零。請注意，相較於第3圖所示之供應電壓產生器114A，本實施例及其變化例中採用了該些BJT{Q1,Q2}，以避免該些MOSFET{M1,M2}的特性所導致之某些問題。
例如：供應電壓產生器114B在該電源供應裝置缺乏外部電源的狀況下可利用該組電池單元{B1,B2,B3,B4}作為電源，其中供應電壓產生器114B可另包含上述之降壓電路(未顯示)，並可利用該降壓電路將總輸出電壓位準VBAT 轉換為供應電壓產生器114B中之一部分內部元件所需的供應電壓諸如電壓位準+10V。依據本實施例，供應電壓產生器114B所輸出之電壓位準V+ 的典型值為+20V(亦即，(10V+10V))左右。
第5圖繪示第2圖所示之方法200於另一實施例中所涉及之實施細節，其中第5圖所示之供應電壓產生器114C可為第1圖所示之供應電壓產生器114之一例，且可由第4圖所示之供應電壓產生器114B修改而得。請注意，二極體D11之上方端子係電氣連接至總輸出電壓位準VBAT 。
例如：供應電壓產生器114C在該電源供應裝置缺乏外部電源的狀況下可利用該組電池單元{B1,B2,B3,B4}作為電源，其中供應電壓產生器114C可另包含上述之降壓電路(未顯示)，並可利用該降壓電路將總輸出電 壓位準VBAT 轉換為供應電壓產生器114C中之一部分內部元件所需的供應電壓諸如電壓位準+10V。依據本實施例，供應電壓產生器114C所輸出之電壓位準V+ 的典型值為(VBAT +10V)左右。
第6圖為依據本發明一第二實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置100-2的示意圖，其中各組電池單元{B1(1),B2(1),B3(1),B4(1)}與{B1(2),B2(2),B3(2),B4(2)}中之每一組係為該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之複製品，而電池單元控制晶片120-1與120-2中之每一者係為電池單元控制晶片120之複製品。為了便於理解，第6圖中繪示了分別對應於各組電池單元{B1(1),B2(1),B3(1),B4(1)}與{B1(2),B2(2),B3(2),B4(2)}之虛擬電池單元BVIR (1)與BVIR (2)、以及電池單元控制晶片120-1與120-2各自的控制端子{VB0(1),VB1(1),VB2(1),VB3(1),VB4(1),VB5(1),VB6(1),VB7(1),VB8(1)}與{VB0(2),VB1(2),VB2(2),VB3(2),VB4(2),VB5(2),VB6(2),VB7(2),VB8(2)}。另外，第6圖中亦繪示了各組電池單元的對外端子{VBAT+ (1),VBAT- (1)}與{VBAT+ (2),VBAT- (2)}。
依據本實施例，裝置100-2包含一電阻器RCS 與一控制模組，其中該控制模組包含複數個MOSFET{QC1,QD1}以及複數個二極體{D61,D62}。實作上，關於上述之二極體{D61,D62}的實施可以有不同的選項。例如；這些二極體{D61,D62}可分別利用這些MOSFET{QC1,QD1}各自內部的反平行式二極體(Anti-parallel Diode)來實施；又例如；這些二極體{D61,D62}可分別利用位於這些MOSFET{QC1,QD1}之外的兩個二極體來實施。另外，裝置100-2可藉由偵測電阻器RCS 之兩端子之間的電壓差來進行電流偵測，尤其是將該電壓差除以電阻器RCS 之電阻值以得到一偵測電流值。此外，裝置100-2可藉由利用這些MOSFET{QC1,QD1}以及這些二極體{D61,D62}來控制該電源供應裝置之充電運作或放電運作，而該些充電運作或放電運作可施加於該電源供應裝置之端子Pack-與Pack+，其中第6圖右半部中之該組電池單元{B1(1),B2(1),B3(1),B4(1)}的對外端子VBAT+ (1)可用來作為上述之端 子Pack+。請注意，裝置100-2包含上述之虛擬電池單元模擬電路110。藉由利用第6圖所示架構，第6圖中之右半部形成新的一個虛擬電池單元模擬電路110-1。因此，裝置100-2當中不需要設置虛擬電池單元模擬電路110之多個複製品。另外，第6圖右半部中之該組電池單元{B1(1),B2(1),B3(1),B4(1)}的對外端子VBAT- (1)於本實施例中不可接地，以避免該電源供應裝置錯誤地運作。
第7圖為依據本發明一第三實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置100-3的示意圖，其中新的一組電池單元{B1(3),B2(3),B3(3),B4(3)}係為該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之複製品，而新的一個電池單元控制晶片120-3係為電池單元控制晶片120之複製品。為了便於理解，第7圖中繪示了分別對應於某些組電池單元{B1(2),B2(2),B3(2),B4(2)}與{B1(3),B2(3),B3(3),B4(3)}之虛擬電池單元BVIR (2)與BVIR (3)、以及電池單元控制晶片120-2與120-3各自的控制端子{VB0(2),VB1(2),VB2(2),VB3(2),VB4(2),VB5(2),VB6(2),VB7(2),VB8(2)}與{VB0(3),VB1(3),VB2(3),VB3(3),VB4(3),VB5(3),VB6(3),VB7(3),VB8(3)}。另外，第7圖中亦繪示了該些組電池單元{B1(2),B2(2),B3(2),B4(2)}與{B1(3),B2(3),B3(3),B4(3)}的對外端子{VBAT+ (2),VBAT- (2)}與{VBAT+ (3),VBAT- (3)}。
如第7圖所示，上述新的一組電池單元{B1(3),B2(3),B3(3),B4(3)}和前一組電池單元{B1(2),B2(2),B3(2),B4(2)}串聯，並且第6圖所示電阻器RCS 之上方端子改成電氣連接至該新的一組電池單元{B1(3),B2(3),B3(3),B4(3)}之最下面。請注意，裝置100-3包含裝置100-2之全部元件，並且因此包含上述之虛擬電池單元模擬電路110-1，其中虛擬電池單元模擬電路110-1包含上述之虛擬電池單元模擬電路110。相仿地，藉由利用第7圖所示架構，第7圖中之右半部形成新的一個虛擬電池單元模擬電路110-2。因此，裝置100-3當中不需要設置虛擬電池單元模擬電路110之多個複製品。
第8圖為依據本發明一第四實施例之一種藉助於虛擬電池機制來 進行電池單元控制之裝置120-N的示意圖，其中各組電池單元{B1(1),B2(1),B3(1),B4(1)}、{B1(2),B2(2),B3(2),B4(2)}、{B1(3),B2(3),B3(3),B4(3)}...{B1(N-1),B2(N-1),B3(N-1),B4(N-1)}、{B1(N),B2(N),B3(N),B4(N)}中之每一組係為該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之複製品，而電池單元控制晶片120-1、120-2、120-3...120-(N-1)、120-N中之每一者係為電池單元控制晶片120之複製品。為了便於理解，第8圖中繪示了分別對應於某些組電池單元{B1(N-1),B2(N-1),B3(N-1),B4(N-1)}與{B1(N),B2(N),B3(N),B4(N)}之虛擬電池單元BVIR (N-1)與BVIR (N)、以及對應之電池單元控制晶片120-(N-1)與120-N各自的控制端子{VB0(N-1),VB1(N-1),VB2(N-1),VB3(N-1),VB4(N-1),VB5(N-1),VB6(N-1),VB7(N-1),VB8(N-1)}與{VB0(N),VB1(N),VB2(N),VB3(N),VB4(N),VB5(N),VB6(N),VB7(N),VB8(N)}。另外，第8圖中亦繪示了該些組電池單元{B1(N-1),B2(N-1),B3(N-1),B4(N-1)}與{B1(N),B2(N),B3(N),B4(N)}各自的對外端子{VBAT+ (N-1),VBAT- (N-1)}與{VBAT+ (N),VBAT- (N)}。例如：N可等於四。又例如：N可等於五、或比五更大的正整數。
如第8圖所示，最新的一組電池單元{B1(N),B2(N),B3(N),B4(N)}和前一組電池單元{B1(N-1),B2(N-1),B3(N-1),B4(N-1)}串聯，並且第6圖所示電阻器RCS 之上方端子改成電氣連接至該最新的一組電池單元{B1(N),B2(N),B3(N),B4(N)}之最下面。請注意，裝置100-N包含裝置100-(N-1)之全部元件，而裝置100-(N-1)包含裝置100-(N-2)之全部元件，依此類推，故裝置100-N包含裝置100-2之全部元件，並且因此包含虛擬電池單元模擬電路110-1，其中虛擬電池單元模擬電路110-1包含上述之虛擬電池單元模擬電路110。相仿地，藉由利用第8圖所示架構，第8圖中之右半部形成新的一個虛擬電池單元模擬電路110-(N-1)。因此，裝置100-N當中不需要設置虛擬電池單元模擬電路110之多個複製品。
第9圖為依據本發明一第五實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置300的示意圖，其中本實施例可模擬多個虛擬電池 單元諸如兩個虛擬電池單元BVIR1 與BVIR2 。
如第9圖所示，上述之該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之電池單元B4於本實施例中被移除了。如此，該組電池單元{B1,B2,B3,B4}被代換為電池單元數量較小之新的一組電池單元{B1,B2,B3}，而該新的一組電池單元{B1,B2,B3}之總輸出電壓位準可標示為VBAT ’。於本實施例中，運算放大器112之輸出端子可輸出虛擬總輸出電壓位準((5/3)VBAT ’)。尤其是，上述之第一電阻器與第二電阻器可分別實施為電阻器R2R 與R3R ，以供控制虛擬總輸出電壓位準((5/3)VBAT ’)之大小。另外，於本實施例中，上述之電阻器RR 與R4R 可用來實施一分壓電路(而非用來實施上述之第一電阻器與第二電阻器)，以供產生分壓後之電壓位準((4/3)VBAT ’)。請注意，第9圖當中由上述之電阻器RR 與R4R 所構成的電路僅為這個分壓電路之一例。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，這個分壓電路之架構可予以變化。
依據本實施例，電阻器RR 、R2R 、R3R 、R4R 、R0.8R 的電阻值可分別為R、2R、3R、4R、0.8R，而電阻值R係為一預定電阻值。因應架構上的改變，上述之虛擬電池單元模擬電路於本實施例中係標示為310。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
第10圖為依據本發明一第六實施例之一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置500的示意圖，其中本實施例可在電池單元控制晶片120之該組控制端子{VB0,VB1,VB2,VB3,VB4,VB5,VB6,VB7,VB8}並未電氣連接至任何電池單元(諸如上述之該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之一部分或全部)的狀況下，模擬多個虛擬電池單元諸如五個虛擬電池單元BVIR1 、BVIR2 、BVIR3 、BVIR4 、與BVIR5 。
如第10圖所示，上述之該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之全部的電池單元於本實施例中被移除了，並且上述之虛擬電池單元模擬電路被改成利用另一供應電壓產生器(未顯示)所輸出之電壓位準VS 來運作，其中該 另一供應電壓產生器可為一外部電源供應器。因應架構上的改變，上述之虛擬電池單元模擬電路於本實施例中係標示為510。依據本實施例，虛擬電池單元模擬電路510包含一齊納二極體(Zener Diode)512，且另包含彼此串聯之電阻器{RD }與RE ，其中電阻器{RD }形成一分壓電路。實作上，齊納二極體512可被適當地選擇以藉由利用其崩潰電壓的特性來維持控制端子VB5所需的電壓位準。
依據本實施例，控制端子VB5所需的電壓位準為16V，其中該另一供應電壓產生器所輸出之電壓位準VS 大於16V，而電阻器RE 可用來限制電流的大小。另外，由電阻器{RD }所形成之該分壓電路可進行分壓運作，以分別產生控制端子VB4、VB3、VB2、與VB1各自所需的電壓位準12.8V、9.6V、6.4V、與3.2V，而控制端子VB0係接地，故其電壓位準為接地位準(其於此係為0V)。如此，上述藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法可另包含：藉由利用齊納二極體512之崩潰電壓的特性產生一虛擬總輸出電壓位準(例如：16V)，其中該虛擬總輸出電壓位準模擬將一組虛擬電池單元(例如：上述之五個虛擬電池單元BVIR1 、BVIR2 、BVIR3 、BVIR4 、與BVIR5 )串聯所得之輸出電壓位準；以及利用該電源供應裝置中之電池單元控制晶片120依據該虛擬總輸出電壓位準模擬控制該組虛擬電池單元之運作。尤其是，上述藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法可另包含：利用一分壓電路(例如：由電阻器{RD }所形成之該分壓電路)依據該虛擬總輸出電壓位準進行分壓運作，以產生電池單元控制晶片120之至少一控制端子(例如：控制端子VB4、VB3、VB2、與VB1中之任一者)所需的電壓位準，以供模擬控制該組虛擬電池單元之運作。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
100‧‧‧藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置
110‧‧‧虛擬電池單元模擬電路
112‧‧‧運算放大器
114‧‧‧供應電壓產生器
120‧‧‧電池單元控制晶片
B1,B2,B3,B4‧‧‧電池單元
BVIR ‧‧‧虛擬電池單元
RR ,R4R ,R0.8R ‧‧‧電阻器
VB0,VB1,VB2,VB3,VB4,VB5,VB6,VB7,VB8‧‧‧電池單元控制晶片之控制端子
VBAT ‧‧‧一組電池單元的總輸出電壓位準
V+ ‧‧‧電壓位準

Claims (18)

  1. 一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟：依據該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池單元的總輸出電壓位準產生一虛擬總輸出電壓位準，其中該虛擬總輸出電壓位準模擬將該組電池單元和至少一虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準；以及利用該電源供應裝置中之一電池單元控制晶片依據該虛擬總輸出電壓位準控制該組電池單元之運作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中依據該電源供應裝置中彼此串聯之該組電池單元的總輸出電壓位準產生該虛擬總輸出電壓位準之步驟另包含：藉由動態地調整該虛擬總輸出電壓位準來維持該虛擬總輸出電壓位準對該總輸出電壓位準之比率，以模擬該虛擬電池單元的跨壓逼近該組電池單元各自的跨壓之平均值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中依據該電源供應裝置中彼此串聯之該組電池單元的總輸出電壓位準產生該虛擬總輸出電壓位準之步驟另包含：利用一虛擬電池單元模擬電路將該總輸出電壓位準轉換成該虛擬總輸出電壓位準，其中該虛擬電池單元模擬電路包含一運算放大器與複數個電阻器，而該運算放大器之一第一輸入端子耦接至該總輸出電壓位準，且該運算放大器之一輸出端子輸出該虛擬總輸出電壓位準。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中利用該電源供應裝置中之該電池單元控制晶片依據該虛擬總輸出電壓位準控制該組電池單元之運作之步驟另包含：將該虛擬總輸出電壓位準輸入至該電池單元控制晶片之複數個電池控制端子中之一電池控制端子。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其另包含：將該組電池單元各自的端子電氣連接至該複數個電池控制端子中之其它電池控制端子之至少一部分。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其另包含：利用該電源供應裝置中之另一電池單元控制晶片依據該組電池單元中之一特定電池單元之輸出電壓位準控制該電源供應裝置中彼此串聯之另一組電池單元之運作，其中該另一電池單元控制晶片所支援之一預定電池單元數量大於該另一組電池單元之數量。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其另包含：將該組電池單元和該另一組電池單元串聯；以及選擇該組電池單元當中直接和該另一組電池單元串聯之一電池單元作為該特定電池單元。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電池單元控制晶片所支援之一預定電池單元數量大於該組電池單元之數量。
  9. 一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置包含一電源供應裝置之至少一部 分，該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置包含有：一虛擬電池單元模擬電路，用來依據該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池單元的總輸出電壓位準產生一虛擬總輸出電壓位準，其中該虛擬總輸出電壓位準模擬將該組電池單元和至少一虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準；以及一電池單元控制晶片，電氣連接至該虛擬電池單元模擬電路，用來依據該虛擬總輸出電壓位準控制該組電池單元之運作。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其中該虛擬電池單元模擬電路包含：一運算放大器，其中藉助於該運算放大器之運作，該虛擬電池單元模擬電路將該總輸出電壓位準轉換成該虛擬總輸出電壓位準，其中該運算放大器包含一第一輸入端子、一第二輸入端子、與一輸出端子，而該第一輸入端子耦接至該總輸出電壓位準，且該輸出端子輸出該虛擬總輸出電壓位準；以及複數個電阻器，電氣連接至該運算放大器，用來決定該虛擬總輸出電壓位準對該總輸出電壓位準之比率，以模擬該虛擬電池單元的跨壓逼近該組電池單元各自的跨壓之平均值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其中該複數個電阻器包含：一第一電阻器，其中該第一電阻器之兩端子分別電氣連接至該運算放大器之該第二輸入端子與該輸出端子；以及一第二電阻器，其中該第二電阻器之兩端子分別電氣連接至該運算放大器之該第二輸入端子以及該運算放大器之一參考電壓位準。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其中該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置將該虛擬總輸出電壓位準輸入至該電池單元控制晶片之複數個電池控制端子中之一電池控制端子。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其中該組電池單元各自的端子係電氣連接至該複數個電池控制端子中之其它電池控制端子之至少一部分。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其另包含：另一電池單元控制晶片，用來依據該組電池單元中之一特定電池單元之輸出電壓位準控制該電源供應裝置中彼此串聯之另一組電池單元之運作，其中該另一電池單元控制晶片所支援之一預定電池單元數量大於該另一組電池單元之數量。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其中該組電池單元和該另一組電池單元串聯；以及該特定電池單元係直接和該另一組電池單元串聯。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之該藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之裝置，其中該電池單元控制晶片所支援之一預定電池單元數量大於該組電池單元之數量。
  17. 一種藉助於虛擬電池機制來進行電池單元控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟： 藉由利用一齊納二極體(Zener Diode)之崩潰電壓的特性產生一虛擬總輸出電壓位準，其中該虛擬總輸出電壓位準模擬將一組虛擬電池單元串聯所得之輸出電壓位準；以及利用該電源供應裝置中之一電池單元控制晶片依據該虛擬總輸出電壓位準模擬控制該組虛擬電池單元之運作。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其另包含：利用一分壓電路依據該虛擬總輸出電壓位準進行分壓運作，以產生該電池單元控制晶片之至少一控制端子所需的電壓位準，以供模擬控制該組虛擬電池單元之運作。
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