TWI737022B - 電池組之斷線偵測器 - Google Patents

Abstract

一種電池組之斷線偵測器包含一電池組、一濾波單元及一斷線偵測單元，該電池組具有複數個電池，該濾波單元具有複數個濾波電路，各該濾波電路電性連接各該電池之一正極輸出端，各該濾波電路輸出一濾波電壓，該斷線偵測單元具有複數個斷線偵測電路，各該斷線偵測電路電性連接該濾波單元，其中各該斷線偵測電路具有一第一電流源、一電晶體及一第二電流源，該第一電流源、該電晶體及該第二電流源相互電性連接，該電晶體接收該濾波電壓及一偏壓並受該濾波電壓控制，且各該斷線偵測電路輸出一偵測訊號。

Description

電池組之斷線偵測器

本發明是關於一種電池組，特別是關於一種電池組之斷線偵測器。

隨著電動汽機車的發展，電池用量逐降上升，而由於電池的安全性關乎著電動汽機車駕駛的安危，因此關於電池之SOC(State of Charge)及SOH(State of Health)的偵測方法及電池管理系統的相關技術也快速發展，以確保電池於充放電時的穩定性及安全性。此外，電動汽機車所需之電壓較大，一般電動汽機車使用的是多個電池串聯而成的電池組，而電池組中會設置過充電/過放電檢測IC對各個電池進行檢測，以藉由檢測結果進行充放電控制，避免電池因充放電過量而損壞，甚至產生起火或爆炸的情形。雖然藉由過充電/過放電檢測IC對各個電池充放電電流大小進行偵測可避免充放電過量的情形發生，但是電池與偵測器之間連線是否確實卻成為了電池之充放電電流偵測上的盲點，因此如何偵測電池與偵測器之間連線狀態也是電池安全性的一個重要環節。

本發明的主要目的在於藉由斷線偵測單元對電池組與偵測器之間的連線狀態進行偵測，以確保電池之充放電的安全性。

本發明之一種電池組之斷線偵測器包含一電池組、一濾波單元及一斷線偵測單元，該電池組具有複數個電池，該些電池相互串聯，該濾波單元具有複數個濾波電路，各該濾波電路電性連接各該電池之一正極輸出端，各該濾波電路輸出一濾波電壓，該斷線偵測單元具有複數個斷線偵測電路，各該斷線偵測電路電性連接該濾波單元，其中各該斷線偵測電路具有一第一電流源、一電晶體及一第二電流源，該第一電流源、該電晶體及該第二電流源相互電性連接，該電晶體接收該濾波電壓及一偏壓並受該濾波電壓控制，且各該斷線偵測電路輸出一偵測訊號。

本發明藉由該斷線偵測單元偵測該電池組與其偵測器之間是否斷線，以避免因為線路問題導致時無法偵測電池狀態而產生危險，且由於各該斷線偵測電路只有在斷線發生時導通，而能降低其消耗之功率大小。

請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種電池組之斷線偵測器100的功能方塊圖，該電池組之斷線偵測器100包含一電池組110、一濾波單元120、一斷線偵測單元130、一電池老化偵測單元140及一分壓元件VD。其中，該電池組110具有複數個電池111，該些電池111相互串聯，該濾波單元120電性連接該些電池111，該分壓元件VD電性連接該電池組110，該斷線偵測單元130電性連接該分壓元件VD及該濾波單元120，該電池老化偵測單元140電性連接該些電池111。

請參閱第2圖，為該斷線偵測單元130之該濾波單元120、該斷線偵測單元130及該分壓元件VD的電路圖。各該電池111具有一正極輸出端及一負極輸出端，且各該電池111之該正極輸出端及該負極輸出端分別具有一端電壓V_{bat_1}~V_{bat_9}。該分壓元件VD電性連接該電池組110以接收最末端之該電池111的該端電壓V_{bat_9}，以對該端電壓V_{bat_9}進行分壓而輸出為一偏壓V_b。該濾波單元120具有複數個濾波電路121，各該濾波電路121電性連接各該電池111之該正極輸出端以接收該些端電壓V_{bat_2}~V_{bat_8}，各該濾波電路121用以對各該端電壓V_{bat_2}~V_{bat_8}濾波而輸出複數個濾波電壓V_f1~V_f7，在本實施例中，各該濾波電路121具有一電阻121a及一電容121b，各該電阻121a電性連接各該電池111之該正極輸出端，各該電容121b之一端電性連接該電阻121a，各該電容121b之另一端接地，且各該電容121b輸出該些濾波電壓V_f1~V_f7。

請參閱第2圖，該斷線偵測單元130具有複數個第一斷線偵測電路131A及一第二斷線偵測電路131B，各該第一斷線偵測電路131A及該第二斷線偵測電路131B電性連接各該濾波單元120，該些第一斷線偵測電路131A及該第二斷線偵測電路131B接收該些濾波電壓V_f1~V_f7並輸出複數個偵測訊號S_d1~S_d7。在本實施例中，各該第一斷線偵測電路131A及該第二斷線偵測電路131B皆具有一第一電流源131a、一電晶體131b及一第二電流源131c，該第一電流源131a、該電晶 體131b及該第二電流源131c相互電性連接，各該電晶體131b接收該偏壓V_b及各該濾波電壓V_f1~V_f7並受各該濾波電壓V_f1~V_f7的電位控制，且各該電晶體131b輸出該些偵測訊號S_d1~S_d7。

在本實施例中，各該第一斷線偵測電路131A之該電晶體131b為一PMOS電晶體，各該第一斷線偵測電路131A之該第一電流源131a之一端電性連接該電池組110，該第一電流源131a之另一端電性連接該電晶體131b之一源極，各該第一斷線偵測電路131A之該第二電流源131c之一端電性連接該電晶體131b之一汲極，該第二電流源131c之另一端接地，各該第一斷線偵測電路131A之各該電晶體131b之一閘極電性連接該分壓元件VD以接收該偏壓V_b，各該源極電性連接該濾波電路121之該電容121b以接收各該濾波電壓V_f1~V_f6，各該汲極輸出該偵測訊號S_d1~S_d7，較佳的，各該第一斷線偵測電路131A之該第一電流源131a所提供之電流值大於該第二電流源131c所提供之電流值。

該第二斷線偵測電路131B之該電晶體131b為一NMOS電晶體，該第二斷線偵測電路131B之該第一電流源131a之一端電性連接該電池組110，該第一電流源131a之另一端電性連接該電晶體131b之一汲極，該第二斷線偵測電路131B之該第二電流源131c之一端電性連接該電晶體131b之一源極，該第二電流源131c之另一端接地，該閘極電性連接該分壓元件VD以接收該偏壓Vb，該源極電性連接該濾波電路121之該電容121b以接收該濾波電壓V_f7，且該汲極輸出該偵測訊號S_d7，較佳的，該第二斷線偵測電路131B之該第二電流源131c所提供之電流值大於該第一電流源131a所提供之電流值。

請參閱第2圖，以偵測標示V_{bat_2}之節點是否斷線為例，若該節點未斷線時，該濾波電路121輸出之該濾波電壓V_f1為低電位，由於該第一斷線偵測電路131A之該閘極接收該偏壓V_b ，該第一斷線偵測電路131A之該電晶體131b此時為截止，因此，該電晶體131b之該汲極輸出之該偵測訊號S_d 為低電位，表示未偵測到斷線。而若該節點斷線時，該第一斷線偵測電路131A之該第一電流源131a會對該濾波電路121之該電容121b充電，使該濾波電壓V_f1 上升而使該電晶體131b導通，此時，由於該第一斷線偵測電路131A之該第一電流源131a的電流遠大於該第二電流源131c的電流，使得該第一斷線偵測電路131A輸出之該偵測訊號S_d1 上升至高電位，表示該節點發生斷線的情形。

以偵測標示V_{bat_8} 之節點是否斷線為例，若該節點未斷線時，該濾波電路121之該濾波電壓V_f7 為高電位，使得該第二斷線偵測電路131B之該電晶體131b截止，因此該電晶體131b之該汲極為高電位，經由一反向器132反向後之該偵測訊號S_d7 為低電位，表示未偵測到斷線。而若該節點斷線時，該濾波電路121之該濾波電壓V_f7 會經由該第二斷線偵測電路131B之該第二電流源131c放電而降至低電位，此時，該第二斷線偵測電路131B之該電晶體131b導通，且由於該第二斷線偵測電路131B之該第二電流源131c之電流遠大於該第一電流源131a之電流，因此，該電晶體131b之該汲極降至低電位，經由該反向器132反向之該偵測訊號S_d7 為高電位，表示該節點發生斷線的情形。

由於該些第一斷線偵測電路131A及該第二斷線偵測電路131B之該電晶體131b於各個節點未斷線時皆為截止，而在各該節點斷線時才會導通，因此可降低該些斷線偵測電路131A、131B的功率消耗。

請參閱第1及3圖，該電池老化偵測單元140具有複數個電池老化偵測元件150，各該電池老化偵測元件150電性連接各該電池111之該正極輸出端及一負極輸出端，以分別接收各該電池111兩端之端電壓V_{bat_1} ~V_{bat_9} 。在本實施例中，各該電池老化偵測元件150具有一第一減法器151、一開關組152、一第二減法器153及一比較器154，該開關組152電性連接該第一減法器151，該第二減法器153電性連接該開關組152，該比較器154電性連接該第二減法器153以接收一電壓差訊號ΔV，且該比較器154另接收一參考訊號S_ref ，以對該電壓差訊號ΔV及該參考訊號S_ref 進行比較。

各該第一減法器151具有一第一運算放大器151a、一第一電阻151b、一第二電阻151c、一第三電阻151d及一第四電阻151e，該第一電阻151b之兩端分別電性連接該電池111之該正極輸出端及該第一運算放大器151a之一負極端，該第二電阻151c之兩端分別電性連接該電池111之該負極輸出端及該第一運算放大器151a之一正極端，該第三電阻151d之兩端分別電性連接該第一運算放大器151a之該負極端及一輸出端，該第四電阻151e之兩端分別電性連接該第一運算放大器151a之該正極端及一接地端。其中該第一減法器151用以將各該電池111的該正極輸出端及該負極輸出端的端電壓相減，以求得各該電池111的電壓大小。

請參閱第3圖，該開關組152具有一第一傳輸門152a、一第二傳輸門152b、一第三傳輸門152c及一充電電容152d，該第一傳輸門152a之兩端分別電性連接該第一運算放大器151a之該輸出端及該充電電容152d之一端，該充電電容152d之另一端接地，該第二傳輸門152b之兩端分別電性連接該第一運算放大器151a之該輸出端及該第二減法器153，該第三傳輸門152c之兩端分別電性連接該充電電容152d之一端及該第二減法器153。較佳的，該開關組152使用傳輸門(Transmission gate)可避免開關兩端產生電壓差，以使後端運算之結果更加準確。

請參閱第3圖，該第二減法器153具有一第二運算放大器153a、一第五電阻153b、一第六電阻153c、一第七電阻153d及一第八電阻153e，該第五電阻153b之兩端分別電性連接該第三傳輸門152c及該第二運算放大器153a之一負極端，該第六電阻153c之兩端分別電性連接該第二傳輸門152b及該第一運算放大器151a之一正極端，該第七電阻153d之兩端分別電性連接該第二運算放大器153a之該負極端及一輸出端，該第八電阻153e之兩端分別電性連接該第二運算放大器153a之該正極端及該接地端。

該電池老化偵測元件150是用以偵測各該電池111於兩個充電模式下之間的電壓差，以判斷各該電池111是否老化。由上段敘述可知，該第一減法器151是用以測得各該電池111之該電壓大小，因此，於一第一充電模式下，將該第一傳輸門152a導通，將該第二傳輸門152b及該第三傳輸門152c截止，此時，該第一減法器151所測得之該電池111的電壓對該充電電容152d充電。接著，於一第二充電模式下，該第一傳輸門152a截止，讓該充電電容152d保持著該第一充電模式下之該電池111的電壓，而該第二傳輸門152b及該第三傳輸門152c導通，此時，該充電電容152d所保持之該第一充電模式的電壓會經由該第三傳輸門152c及該第五電阻153b傳送至該第二運算放大器153a之該負極端，該第一運算放大器151a輸出之該電池111於第二充電模式下的電壓會經由該第二傳輸門152b及該第六電阻153c傳送至該第二運算放大器153a之該正極端，該第二減法器153用以將接收之兩個充電模式的電壓相減而得到該電壓差訊號ΔV

其中，兩種充電模式可分別為小電流充電模式及大電流充電模式，在兩個充電模式下，各該電池111的電壓會因為充電電流變化及各該電壓111的內阻大小產生變化，由於充電電流的變化已知，因此，該第二減法器153輸出之該電壓差訊號ΔV會與該電池111的內阻成正比，而兩個充電模式之間的該電壓差訊號ΔV可表示為該電池111的內阻大小。最後，藉由該比較器154比較該電壓差訊號ΔV及該參考訊號S_ref 之電位大小並輸出一電池老化偵測訊號S_BD1 ~S_BD8 ，在該電壓差訊號ΔV大於該參考訊號S_ref 使該電池老化偵測訊號S_BD1 ~S_BD8 為高電位時表示該電池111老化，在該電壓差訊號ΔV小於該參考訊號S_ref 使該電池老化偵測訊號S_BD1 ~S_BD8 為低電位時表示該電池111尚未老化。

本發明藉由該斷線偵測單元130偵測該電池組110與其偵測器之間是否斷線，以避免因為線路問題導致時無法偵測電池狀態而產生危險，且由於該些斷線偵測電路131A、131B只有在斷線發生時導通，而能降低其消耗之功率大小。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100:斷線偵測器 110:電池組 111:電池 120:濾波單元 121:濾波電路 121a:電阻 121b:電容 130:斷線偵測單元 131A、131B:斷線偵測電路 131a:第一電流源 131b:電晶體 131c:第二電流源 132:反向器 140:電池老化偵測單元 150:電池老化偵測元件 151:第一減法器 151a:第一運算放大器 151b:第一電阻 151c:第二電阻 151d:第三電阻 151e:第四電阻 152:開關組 152a:第一傳輸門 152b:第二傳輸門 152c:第三傳輸門 152d:充電電容 153:第二減法器 153a:第二運算放大器 153b:第五電阻 153c:第六電阻 153d:第七電阻 153e:第八電阻 154:比較器 VD:分壓元件 V_{bat_1} ~V_{bat_9} :端電壓 V_f1 ~V_f7 :濾波電壓 V_b :偏壓 S_BD1 ~S_BD8 :電池老化偵測訊號 ΔV:電壓差訊號 V_ref :參考訊號 S_d1 ~S_d6 :偵測訊號

第1圖：依據本發明之一實施例，一種電池組之電池偵測器的功能方塊圖。 第2圖：依據本發明之一實施例，一電池組、一濾波單元及一斷線偵測單元的電路圖。 第3圖：依據本發明之一實施例，一電池老化偵測單元之電路圖。

110:電池組

111:電池

120:濾波單元

121:濾波電路

121a:電阻

121b:電容

130:斷線偵測單元

131A:第一斷線偵測電路

131B:第二斷線偵測電路

131a:第一電流源

131b:電晶體

131c:第二電流源

132:反向器

VD:分壓電路

V_{bat_1} ~V_{bat_9} :端電壓

V_f1 ~V_f7 :濾波電壓

S_d1 ~S_d7 :偵測訊號

V_b :偏壓

Claims (10)

1. 一種電池組之斷線偵測器，其包含：一電池組，具有複數個電池，該些電池相互串聯；一濾波單元，具有複數個濾波電路，各該濾波電路電性連接各該電池之一正極輸出端，各該濾波電路輸出一濾波電壓；以及一斷線偵測單元，具有複數個斷線偵測電路，各該斷線偵測電路電性連接該濾波單元，其中各該斷線偵測電路具有一第一電流源、一電晶體及一第二電流源，該第一電流源、該電晶體及該第二電流源相互電性連接，該電晶體接收該濾波電壓及一偏壓並受該濾波電壓控制，且各該斷線偵測電路輸出一偵測訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池組之斷線偵測器，其中各該濾波電路具有一電阻及一電容，其中各該電阻電性連接各該電池之該正極輸出端，各該電容之一端電性連接該電阻，各該電容之另一端接地，且各該電容輸出該濾波電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電池組之斷線偵測器，其包含有一分壓元件，該分壓元件電性連接該電池組，且該分壓元件輸出該偏壓。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電池組之斷線偵測器，其中各該斷線偵測電路之該電晶體為一PMOS電晶體，各該電晶體之一閘極接收該偏壓，各該電晶體之一源極電性連接各該第一電流源及該濾波電路之該電容，各該電晶體之一汲極電性連接各該第二電流源，且各該電晶體之該汲極輸出該偵測訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電池組之斷線偵測器，其中該第一電流源之一端電性連接該電池組，該第一電流源之另一端電性連接該電晶體之該源極，該第二電流源之一端電性連接該電晶體之該汲極，該第二電流源之另一端 接地，且該第一電流源所提供之電流值大於該第二電流源所提供之電流值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池組之斷線偵測器，其中該斷線偵測電路之該電晶體為一NMOS電晶體，該電晶體之一閘極接收該偏壓，該電晶體之一汲極電性連接該第一電流源，該電晶體之一源極電性連接該第二電流源及該濾波電路之該電容，且該電晶體之該汲極輸出該偵測訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電池組之斷線偵測器，其中該斷線偵測電路之該第一電流源之一端電性連接該電池組，該第一電流源之另一端電性連接該電晶體之該汲極，該第二電流源之一端電性連接該電晶體之該源極，該第二電流源之另一端接地，且該第二電流源所提供之電流值大於該第一電流源所提供之電流值。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電池組之斷線偵測器，其包含有一電池老化偵測單元，該電池老化偵測單元具有複數個電池老化偵測元件，各該電池老化偵測元件電性連接各該電池之該正極輸出端及一負極輸出端，其中各該電池老化偵測元件具有一第一減法器、一開關組及一第二減法器，該開關組電性連接該第一減法器，該第二減法器電性連接該開關組。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電池組之斷線偵測器，其中各該第一減法器具有一第一運算放大器、一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻及一第四電阻，該第一電阻之兩端分別電性連接該正極輸出端及該第一運算放大器之一負極端，該第二電阻之兩端分別電性連接該負極輸出端及該第一運算放大器之一正極端，該第三電阻之兩端分別電性連接該第一運算放大器之該負極端及一輸出端，該第四電阻之兩端分別電性連接該第一運算放大器之該正極端及一接地端。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電池組之斷線偵測器，其中該開關組具有一第一傳輸門、一第二傳輸門、一第三傳輸門及一充電電容，該第一傳輸門之兩端分別電性連接該第一運算放大器之該輸出端及該充電電容之一端，該充電電容之另一端電性連接該接地端，該第二傳輸門之兩端分別電性連接該第一運算放大器之該輸出端及該第二減法器，該第三傳輸門之兩端分別電性連接該充電電容之一端及該第二減法器，其中該第二減法器具有一第二運算放大器、一第五電阻、一第六電阻、一第七電阻及一第八電阻，該第五電阻之兩端分別電性連接該第三傳輸門及該第二運算放大器之一負極端，該第六電阻之兩端分別電性連接該第二傳輸門及該第一運算放大器之一正極端，該第七電阻之兩端分別電性連接該第二運算放大器之該負極端及一輸出端，該第八電阻之兩端分別電性連接該第二運算放大器之該正極端及該接地端。

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