TWI762972B - 電池管理裝置和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一電池管理裝置。電池管理裝置包括一放電電路、一控制電路和一開關電路。放電電路包含複數放電電晶體。控制電路耦接上述放電電路，且當發生放電異常時，產生一關閉訊號。開關電路耦接上述放電電路和上述控制電路之間，以及從上述控制電路接收上述關閉訊號。上述開關電路包含一開關電晶體，且上述開關電晶體耦接上述複數放電電晶體。當上述開關電晶體接收到上述關閉訊號時，上述開關電晶體被導通，以關閉上述放電電路。

Description

電池管理裝置和方法
本發明之實施例主要係有關於一電池管理之技術，特別係有關於在發生放電異常時，藉由配置在放電電路和控制電路之間的開關電路，加速關閉放電電路之放電電晶體的時間之電池管理之技術。
隨著科技的進步，電子產品中幾乎都會配置電池管理系統（Battery Management System， BMS）來管理其電池之充電和放電 。此外，在電電池管理系統中會配置放電電晶體和充電電晶體來控制電池之充電和放電之啟動和關閉。
當發生放電異常時，電池管理系統會關閉放電電晶體，以停止放電。然而，在大電流之情況下，電池管理系統往往會來不及關閉放電電晶體，而導致放電電晶體被燒毀。此外，當有複數放電電晶體串接時，由於關閉上之時間差，因而造成大電流流過單一放電電晶體，而導致該放電電晶體被燒毀。
因此，如何在發生放電異常時，更快速地關閉每一放電電晶體，將是值得研究之課題。
有鑑於上述先前技術之問題，本發明之實施例提供了一種電池管理裝置和方法。
根據本發明之一實施例提供了一種電池管理裝置。電池管理裝置包括一放電電路、一控制電路和一開關電路。放電電路包含複數放電電晶體。控制電路耦接上述放電電路，且當發生放電異常時，產生一關閉訊號。開關電路耦接上述放電電路和上述控制電路之間，以及從上述控制電路接收上述關閉訊號。上述開關電路包含一開關電晶體，且上述開關電晶體耦接上述複數放電電晶體。當上述開關電路接收到上述關閉訊號時，上述開關電晶體被導通，以關閉上述放電電路。
據本發明之一實施例，上述複數放電電晶體係N型-金氧半場效電晶體，且上述開關電晶體係P型-金氧半場效電晶體。
據本發明之一實施例，上述開關電晶體之源極耦接至每一上述複數放電晶體之閘極，且上述開關電晶體之汲極耦接至上述複數放電晶體之源極。
據本發明之一實施例，上述開關電晶體之閘極耦接至上述開關電路之一放電電晶體控制腳位。
據本發明之一實施例，電池管理裝置更包括一二極體。上述二極體耦接至上述開關電晶體之源極和上述放電電晶體控制腳位。
根據本發明之一實施例提供了一種電池管理方法。上述電池管理方法適用一電池管理裝置。上述電池管理方法之步驟包括，藉由上述電池管理裝置之一控制電路偵測是否有放電異常發生；當發生放電異常時，藉由上述電池管理裝置之一控制電路產生一關閉訊號；藉由上述電池管理裝置之一開關電路從上述控制電路接收上述關閉訊號，其中上述開關電路包含一開關電晶體；以及當上述開關電晶體接收到上述關閉訊號後，上述開關電晶體被導通，以關閉上述電池管理裝置之一放電電路，其中上述放電電路複數放電電晶體，且上述開關電晶體耦接上述複數放電電晶體。
關於本發明其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可根據本案實施方法中所揭露之電池管理裝置和方法，做些許的更動與潤飾而得到。
本章節所敘述的是實施本發明之較佳方式，目的在於說明本發明之精神而非用以限定本發明之保護範圍，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。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電池管理裝置100之方塊圖。如第1圖所示，電池管理裝置100可包括一充電電路110、一放電電路120、一開關電路130、一控制電路140以及一電池組150。注意地是，在第1圖中所示之方塊圖，僅係為了方便說明本發明之實施例，但本發明並不以第1圖為限。電池管理裝置100中亦可包含其他元件。此外，如第1圖所示，電池管理裝置100可連接一負載200，以提供電源給負載200。
根據本發明之實施例，電池管理裝置100之方塊係以高端(high-side) 金氧半場效電晶體(N-MOSFET)的方式進行設計。
根據本發明之實施例，充電電路110可包括複數N型-金氧半場效電晶體(N-MOSFET)。當要對電池組150進行充電(即電池管理裝置100在一充電狀態)時，充電電路110會被啟動，以對電池組150進行充電。根據本發明之實施例，充電電路110可耦接至控制電路140之充電電晶體控制腳位C_FET(圖未顯示)和充電電晶體源極偵測腳位CFS(圖未顯示)。
根據本發明之實施例，放電電路120可包括複數N型-金氧半場效電晶體(N-MOSFET)。當電池組150 用來提供電源(即電池管理裝置100在一放電狀態)給負載200時，放電電路120會被啟動。根據本發明之實施例，放電電路120可耦接至控制電路140之放電電晶體源極偵測腳位DFS(圖未顯示)。
根據本發明之實施例，開關電路130可包括一P型-金氧半場效電晶體(P-MOSFET)和一二極體。根據本發明之實施例，P型-金氧半場效電晶體(P-MOSFET)可耦接至控制電路140之放電電晶體控制腳位D_FET。
據本發明之實施例，控制電路140可係一類比前端(analog front end，AFE)電路。控制電路140可耦接至一微控制器(microcontroller，MCU)(圖未顯示)，以接收來自微控制器之指令。根據本發明之實施例，控制電路140可用以偵測目前電壓是否高於或低於電池組150之電壓範圍，偵測充電電流和放電電流，以及偵測電池組150之溫度，但本發明不以此為限。此外，根據本發明之實施例，控制電路140可用以根據偵測之結果，來開啟或關閉充電電路110和放電電路120。
根據本發明之實施例，電池組150可包括複數電池單元。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之放電電路120和開關電路130之電路圖。如第2圖所示，放電電路120可包括一第一N型-金氧半場效電晶體121、一第二N型-金氧半場效電晶體122、一第三N型-金氧半場效電晶體123和一第四N型-金氧半場效電晶體124。第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124係以串聯的方式相連接。注意地是，在第2圖中所示之電路圖，放電電路120僅包括4顆N型-金氧半場效電晶體，但本發明並不以第2圖為限。放電電路120中亦可包括其他數量之N型-金氧半場效電晶體。此外，如第2圖所示，開關電路130可包括一P型-金氧半場效電晶體131和一二極體132。
如第2圖所示，第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之閘極會分別透過第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以及第四電阻R4耦接至P型-金氧半場效電晶體131之源極。
第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之源極會耦接至P型-金氧半場效電晶體131之汲極。
第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之汲極會耦接至充電電路110。
P型-金氧半場效電晶體131之閘極會耦接至控制電路140之放電電晶體控制腳位D_FET。二極體132之一側會耦接P型-金氧半場效電晶體131之源極，且二極體132之另一側會經由第五電阻R5耦接P型-金氧半場效電晶體131之閘極。
根據本發明一實施例，當電池管理裝置100在放電狀態時，控制電路140會去偵測是否發生放電異常。根據本發明之實施例，放電異常可係指放電電流過大、電池組150溫度過高或是目前電壓超過電池組150之電壓範圍，但本發明不以此為限。
當控制電路140偵測到發生放電異常時，控制電路140會從放電電晶體控制腳位D_FET輸出一低準位訊號(即關閉訊號)至開關電路130之P型-金氧半場效電晶體131。當P型-金氧半場效電晶體131接收到低準位訊號後，P型-金氧半場效電晶體131會被導通。當P型-金氧半場效電晶體131導通後，第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之閘極和源極會被立即拉到等電位。
當第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之閘極和源極被拉到等電位時，即表示第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之閘極-源極電壓Vgs會變為0。
當第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之閘極-源極電壓Vgs為0時，即表示閘極-源極電壓Vgs會小於臨界電壓Vt。當第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124之閘極-源極電壓Vgs小於臨界電壓Vt時，第一N型-金氧半場效電晶體121、第二N型-金氧半場效電晶體122、第三N型-金氧半場效電晶體123和第四N型-金氧半場效電晶體124將會被關閉，以停止電池管理裝置100繼續輸出電源給負載200。
根據本發明一實施例，開關電路130之二極體132係用以防止高電壓回灌P型-金氧半場效電晶體131，而造成P型-金氧半場效電晶體131被關閉。
第3圖係根據本發明之一實施例所述之一電池管理方法之流程圖。聲音訊號輸出設定之設定方法可適用電池管理裝置100。如第3圖所示，在步驟S310，藉由電池管理裝置100之一控制電路偵測是否有放電異常發生。
在步驟S320，當發生放電異常時，藉由電池管理裝置100之一控制電路產生一關閉訊號(例如：一低準位訊號)。
在步驟S330，藉由電池管理裝置100之一開關電路從控制電路接收關閉訊號。在此實施例中，開關電路可包含一開關電晶體。根據本發明之實施例，開關電晶體可係P型-金氧半場效電晶體(P-MOSFET)。
在步驟S340，當電池管理裝置100之開關電路接收到關閉訊號後，開關電晶體會被導通，以關閉電池管理裝置100之一放電電路。在此實施例中，電池管理裝置100之放電電路包括複數放電電晶體，且電池管理裝置100之開關電晶體會耦接至複數放電電晶體。根據本發明之實施例，放電電晶體可係N型-金氧半場效電晶體(N-MOSFET)。當開關電晶體會被導通，複數放電電晶體會被關閉，以關閉放電電路。
根據本發明提出之電池管理方法，在發生放電異常時，可藉由配置在放電電路和控制電路之間的開關電路，加速關閉放電電路之放電電晶體的時間，以防止放電電晶體被燒毀。
本說明書中以及申請專利範圍中的序號，例如「第一」、「第二」等等，僅係為了方便說明，彼此之間並沒有順序上的先後關係。
本發明之說明書所揭露之方法和演算法之步驟，可直接透過執行一處理器直接應用在硬體以及軟體模組或兩者之結合上。一軟體模組(包括執行指令和相關數據)和其它數據可儲存在數據記憶體中，像是隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體(flash memory)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可規化唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可規劃唯讀記憶體(EEPROM)、暫存器、硬碟、可攜式應碟、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、DVD或在此領域習之技術中任何其它電腦可讀取之儲存媒體格式。一儲存媒體可耦接至一機器裝置，舉例來說，像是電腦/處理器(爲了說明之方便，在本說明書以處理器來表示)，上述處理器可透過來讀取資訊(像是程式碼)，以及寫入資訊至儲存媒體。一儲存媒體可整合一處理器。一特殊應用積體電路(ASIC)包括處理器和儲存媒體。一用戶設備則包括一特殊應用積體電路。換句話說，處理器和儲存媒體以不直接連接用戶設備的方式，包含於用戶設備中。此外，在一些實施例中，任何適合電腦程序之產品包括可讀取之儲存媒體，其中可讀取之儲存媒體包括和一或多個所揭露實施例相關之程式碼。在一些實施例中，電腦程序之產品可包括封裝材料。
以上段落使用多種層面描述。顯然的，本文的教示可以多種方式實現，而在範例中揭露之任何特定架構或功能僅為一代表性之狀況。根據本文之教示，任何熟知此技藝之人士應理解在本文揭露之各層面可獨立實作或兩種以上之層面可以合併實作。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100：電池管理裝置 110：充電電路 120：放電電路 121：第一N型-金氧半場效電晶體 122：第二N型-金氧半場效電晶體 123：第三N型-金氧半場效電晶體 124：第四N型-金氧半場效電晶體 130：開關電路 131：P型-金氧半場效電晶體 132：二極體 140：控制電路 150：電池組 200：負載 D_FET放電電晶體控制腳位 R1：第一電阻 R2：第二電阻 R3：第三電阻 R4：第四電阻 R5：第五電阻 S310~S340：步驟
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電池管理裝置100之方塊圖。 第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之放電電路120和開關電路130之電路圖。 第3圖係根據本發明之一實施例所述之電池管理方法之流程圖。
100：電池管理裝置 110：充電電路 120：放電電路 130：開關電路 140：控制電路 150：電池組 200：負載

Claims (6)

  1. 一種電池管理裝置，包括：一放電電路，包括複數放電電晶體；一控制電路，耦接上述放電電路，且當發生放電異常時，產生一關閉訊號；以及一開關電路，耦接上述放電電路和上述控制電路之間，以及從上述控制電路接收上述關閉訊號，其中上述開關電路包括一開關電晶體，且上述開關電晶體耦接上述複數放電電晶體；其中當上述開關電路接收到上述關閉訊號時，上述開關電晶體被導通，以關閉上述放電電路，其中上述複數放電電晶體係N型-金氧半場效電晶體，且上述開關電晶體係P型-金氧半場效電晶體，其中上述開關電晶體之源極耦接至每一上述複數放電晶體之閘極，且上述開關電晶體之汲極耦接至上述複數放電晶體之源極。
  2. 如請求項1之電池管理裝置，其中上述開關電晶體之閘極耦接至上述開關電路之一放電電晶體控制腳位，以接收上述關閉訊號。
  3. 如請求項2之電池管理裝置，更包括：一二極體，耦接上述開關電晶體之源極和上述放電電晶體控制腳位。
  4. 一種電池管理方法，適用一電池管理裝置，包括：藉由上述電池管理裝置之一控制電路偵測是否有放電異常發生； 當有發生放電異常時，藉由上述電池管理裝置之一控制電路產生一關閉訊號；藉由上述電池管理裝置之一開關電路從上述控制電路接收上述關閉訊號，其中上述開關電路包括一開關電晶體；以及當上述開關電路接收到上述關閉訊號後，上述開關電晶體被導通，以關閉上述電池管理裝置之一放電電路，其中上述放電電路包括複數放電電晶體，且上述開關電晶體耦接上述複數放電電晶體，其中上述複數放電電晶體係N型-金氧半場效電晶體，且上述開關電晶體係P型-金氧半場效電晶體，其中上述開關電晶體之源極耦接至每一上述複數放電晶體之閘極，且上述開關電晶體之汲極耦接至上述複數放電晶體之源極。
  5. 如請求項4之電池管理方法，其中上述開關電晶體之閘極耦接至上述開關電路之一放電電晶體控制腳位，以接收上述關閉訊號。
  6. 如請求項5之電池管理方法，其中上述電池管理裝置之一二極體耦接上述開關電晶體之源極和上述放電電晶體控制腳位。
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