TWM593074U - 電池裝置及電池裝置充電系統 - Google Patents

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施駿民
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鑽全實業股份有限公司
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Abstract

一種電池裝置，包含一電源端口單元、一電池單元、一溫度端口、一溫度感測元件、一開關元件，及一電池管理單元。該電源端口單元包括一充電正端及一電池負端。該溫度端口用以輸出一對應該電池單元之溫度的狀態信號。該溫度感測元件用以感測該電池單元之溫度並提供該狀態信號。該開關元件電連接該溫度感測元件，受一控制信號控制而切換該狀態信號輸出或不輸出。該電池管理單元電連接該溫度感測元件與該開關元件，且於一異常狀態時輸出對應使該狀態信號不輸出的該控制信號。藉此，可以藉由原本的該溫度端口反應該電池裝置的運作狀態是否正常，達到可以監控該電池裝置的狀態且不需要增加額外腳位之功效。

Description

電池裝置及電池裝置充電系統
本新型是有關於一種儲存電能的裝置及充電系統，特別是指一種電池裝置及電池裝置充電系統。
電池為目前各式電動工具的必備元件，目前最常使用的電池即為鋰電池，由於鋰電池對於溫度敏感，且在過電壓或過電流的情況下容易減損壽命，因此，如何更完善地監控電池狀況並進行對應處理，即為目前業界研發重點之一。
因此，本新型之第一目的，即在提供一種可監控電池狀態且不增加腳位的電池裝置。
於是，本新型電池裝置，包含一電源端口單元、一電池單元、一溫度端口、一溫度感測元件、一開關元件，及一電池管理單元。
該電源端口單元包括一充電正端及一電池負端。
該電池單元電連接於該充電正端與該電池負端間。
該溫度端口用以輸出一對應該電池單元之溫度的狀態信號。
該溫度感測元件對應該電池單元設置且電連接該溫度端口，用以感測該電池單元之溫度並提供該狀態信號。
該開關元件電連接該溫度感測元件，受一控制信號控制而切換該狀態信號輸出或不輸出。
該電池管理單元電連接該溫度感測元件與該開關元件，且於一異常狀態時輸出對應使該狀態信號不輸出的該控制信號。
因此，本新型之第二目的，即在提供一種可監控電池狀態且不增加腳位的電池裝置充電系統。
於是，本新型電池裝置充電系統，包含一如上述的電池裝置及一充電裝置。
該充電裝置電連接該充電正端、該電池負端與該溫度端口，於該溫度端口輸出該狀態信號時，由該充電正端與該電池負端對該電池裝置充電，於該溫度端口不輸出該狀態信號時，不對該電池裝置充電。
本新型之功效在於：藉由設置該開關元件，並將該開關元件電連接該溫度端口，再搭配該電池管理單元於該異常狀態時輸出對應使該狀態信號不輸出的該控制信號，可以藉由原本的該溫度端口反應該電池裝置的運作狀態是否正常，藉此，可以監控該電池裝置的狀態且不需要增加額外的腳位。
參閱圖1及圖2，本新型電池裝置充電系統之一實施例，包含一電池裝置2及一充電裝置3。
該電池裝置2包括一電池單元21、一電源端口單元22、一功能端口單元23、一溫度感測元件24、一開關元件25，及一電池管理單元26(Battery Management System，縮寫為BMS)。
該電池單元21具有一正極211、一負極212，及複數串接於該正極211與該負極212間的電池213。
該電源端口單元22包括一電池正端221、一充電正端222及一電池負端223。該電池正端221與該充電正端222電連接該正極211，該電池負端223電連接該負極212。
該功能端口單元23包括一辨識端口231、一溫度端口232及一喚醒端口233。該辨識端口231用以接收一辨識信號，該溫度端口232用以輸出一對應該電池單元21之溫度的狀態信號，該喚醒端口233用以接收一喚醒信號。
該溫度感測元件24對應該電池單元21設置，用以感測該電池單元21之溫度並提供該狀態信號，較佳是使用負溫度係數熱敏電阻(Negative Temperature Coefficient thermistor)實施，該溫度感測元件24具有一第一端241及一第二端242，該第一端241電連接該電池管理單元26與該溫度端口232。
該開關元件25與該溫度感測元件24串接於該溫度端口232與該電池負端223間，較佳是使用MOSFET實施，其源極(source)與汲極(drain)分別電連接該電池負端223與該溫度感測元件24的第二端242，其閘極(gate)電連接該電池管理單元26並接收一控制信號，該開關元件25受該控制信號控制而切換於導通及不導通間，於該開關元件25導通時，該溫度端口232輸出該狀態信號，於該開關元件25不導通時，該溫度端口232不輸出該狀態信號。
值得一提的是，於本實施例中，該開關元件25使用N型MOSFET元件進行說明，因此，其源極與汲極分別電連接該電池負端223與該溫度感測元件24，於該控制信號為高電位時，該開關元件25導通，於該控制信號為低電位時，該開關元件25不導通，但該開關元件25亦可依實際需求而使用P型MOSFET元件實施，此時，其源極與汲極分別電連接該電池正端221與該溫度感測元件24，於該控制信號為低電位時，該開關元件25導通，於該控制信號為高電位時，該開關元件25不導通。
值得一提的是，於本實施例中，該開關元件25是與該溫度感測元件24串接於該溫度端口232與該電池負端223間，並藉由導通或不導通而形成通路與斷路的方式來控制該狀態信號輸出或不輸出，然而，該開關元件25亦可以是與該溫度感測元件24並聯，並藉由將該溫度感測元件24電連接至該溫度端口232的第一端241是否拉至高電位或低電位而達到控制該狀態信號輸出或不輸出的效果。
該電池管理單元26電連接該電池正端221、該充電正端222、該電池負端223、該辨識端口231、該溫度端口232、該喚醒端口233、該溫度感測元件24之第一端241及該開關元件25之閘極。於一正常狀態時，該電池管理單元26輸出對應該開關元件25導通的該控制信號而使該狀態信號輸出，於一異常狀態時，該電池管理單元26輸出對應該開關元件25不導通的該控制信號而使該狀態信號不輸出。
其中，該電池管理單元26於該狀態信號對應該電池單元21之溫度大於一預定溫度時，判斷為該異常狀態，該預定溫度可根據該電池單元21的最適運作溫度區間進行設定。
該電池管理單元26於該電池單元21之電壓或電流不在一預定區間中時，判斷為該異常狀態，例如，偵測各電池213的電壓並於各電池213的電壓不平衡時判斷為該異常狀態，或在過電流放電、電壓過高、電壓過低或是其他電池異常時，判斷為該異常狀態。
該電池管理單元26較佳是於其他的運作異常出現時(例如，喚醒功能異常)，也判斷為該異常狀態。
該電池裝置2較佳是還包括一保護單元27，該保護單元27具有一兩端電連接該電池正端221與該電池單元21之正極211間的保險絲271(fuse)，及一電連接與該充電正端222與該電池單元21之正極211間的保護裝置272，該保護裝置272較佳是具有一SCP元件273(Self Control Protector)及一電連接該SCP元件273的過壓保護電路274，藉此，以提供該電池正端221與該電池單元21之正極211間、該充電正端222與該電池單元21之正極211間的過電壓、過電流保護。由於該SCP元件273的控制運作方式為此業界所熟悉的內容，在此不贅述。
該充電裝置3包括一電源單元31、一充電控制單元32、一開關單元33、一低壓差穩壓單元34(Low-dropout regulator，縮寫為LDO)，及一充電端口單元35。
該電源單元31用以提供電源，該充電控制單元32控制該開關單元33導通與否而提供或不提供電源，該低壓差穩壓單元34提供一穩定的電壓，例如5V。
該充電端口單元35具有一空接的空端351，及可分別對應電連接該電池裝置2之該充電正端222、該辨識端口231、該溫度端口232、該喚醒端口233與該電池負端223的一充電正端352、一辨識端口353、一溫度端口354、一喚醒端口355及一電池負端356。並且，如圖2所示，該低壓差穩壓單元34與該溫度端口354間較佳是還串接一電阻357。
當使用該充電裝置3對該電池裝置2充電時，於兩者電連接後，該低壓差穩壓單元34會分別提供一穩定的電壓至該辨識端口353、該溫度端口354與該喚醒端口355，接著，該充電控制單元32分別偵測該辨識端口353、該溫度端口354與該喚醒端口355之電壓，並據此判斷該電池裝置2的種類、該電池單元21之溫度，並喚醒該電池管理單元26。接著，該充電控制單元32偵測該充電正端352之電壓以推知該電池單元21目前的電壓，並由該充電正端352、該充電負端356對該電池單元21開始充電。由於如何辨識種類與喚醒該電池管理單元26之技術為此業界所熟悉的內容，在此不贅述。
該充電裝置3與該電池裝置2之溫度端口354、232電連接後的電路示意圖如圖2所示，在正常情況時(即，該正常狀態時)，該電池管理單元26輸出高電位的該控制信號，使該開關元件25導通，該低壓差穩壓單元34所提供的電壓會經該電阻357、該溫度感測元件24、該開關元件25分壓而於該充電裝置3與該電池裝置2的該溫度端口354、232產生一分壓電壓，該充電控制單元32與該電池管理單元26皆可根據此分壓電壓而運算得知目前該電池單元21的溫度，進而得知目前該電池單元21的溫度是否位於正常運作區間。此時，由於該溫度端口232可輸出對應於該電池單元21之溫度的該狀態信號，該充電裝置3可對該電池單元21進行充電。
當該電池單元21之溫度大於該預定溫度時，該電池管理單元26判斷為該異常狀態，此時，該充電裝置3可由兩種方式得知該電池單元21異常，第一種是該充電控制單元32根據所偵測的分壓而運算得知該電池單元21之溫度已經超過該預定溫度，另一種是當該電池管理單元26判斷為該異常狀態而輸出對應低電位的該控制信號使該開關元件25不導通後，此時，由於該開關元件25斷路，使該充電控制單元32會偵測到趨近於5V的電壓，據此，該充電控制單元32可以得知該電池裝置2出現異常，並控制該開關單元33不導通而不對該電池裝置2進行充電。
當該電池管理單元26未被喚醒或是該喚醒端口233已接收該喚醒信號但該電池管理單元26卻未正常被喚醒時，該電池管理單元26會輸出對應控制該開關元件25不導通的該控制信號，以本實施例為例，此時該控制信號為低電壓，如此，由於該開關元件25斷路，該溫度端口232無法輸出對應於該電池單元21之溫度的該狀態信號，該充電控制單元32會偵測到趨近於5V的電壓，並據此得知目前該電池裝置2無法被使用。
當該電池管理單元26判斷該電池單元21出現過電流放電、電壓過高、電壓過低或是其他異常時，該電池管理單元26判斷為該異常狀態，並輸出對應控制該開關元件25不導通的該控制信號，使該溫度端口232無法輸出對應於該電池單元21之溫度的該狀態信號，如此，相同於上述，該充電控制單元32可根據該溫度端口354所偵測的電壓得知目前該電池裝置2無法被使用。
當該電池裝置2充電完畢，並裝設至一電動工具(圖未示)時，藉由使該電動工具電連接該電池正端221、該電池負端223、該溫度端口232，並於該溫度端口232輸出該狀態信號時，由該電池正端221與該電池負端223接收該電池裝置2之供電，於該溫度端口232不輸出該狀態信號時，不接收該電池裝置2之供電，如此，同樣可以達到判斷該電池裝置2是否正常運作，而藉此決定該電動工具是否須停止操作的效果。
經由以上的說明，本實施例的功效如下：
藉由設置該開關元件25，並將該開關元件25電連接該溫度端口232，再搭配該電池管理單元26於該異常狀態時輸出對應使該狀態信號不輸出的該控制信號，可以藉由原本的該溫度端口232反應該電池裝置2的狀態是否正常，藉此，可以監控該電池裝置2的狀態且不需要增加額外的腳位。
綜上所述，本新型電池裝置充電系統，確實能達成本新型之目的。
惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。
2:電池裝置 21:電池單元 211:正極 212:負極 213:電池 22:電源端口單元 221:電池正端 222:充電正端 223:電池負端 23:功能端口單元 231:辨識端口 232:溫度端口 233:喚醒端口 24:溫度感測元件 241:第一端 242:第二端 25:開關元件 26:電池管理單元 27:保護單元 271:保險絲 272:保護裝置 273:SCP元件 274:過壓保護電路 3:充電裝置 31:電源單元 32:充電控制單元 33:開關單元 34:低壓差穩壓單元 35:充電端口單元 351:空端 352:充電正端 353:辨識端口 354:溫度端口 355:喚醒端口 356:充電負端 357:電阻
本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本新型電池裝置充電系統的一個實施例的電路方塊示意圖；及 圖2是該實施例的一部分電路示意圖。
2:電池裝置
21:電池單元
211:正極
212:負極
213:電池
22:電源端口單元
221:電池正端
27:保護單元
271:保險絲
272:保護裝置
273:SCP元件
274:過壓保護電路
3:充電裝置
31:電源單元
222:充電正端
223:電池負端
23:功能端口單元
231:辨識端口
232:溫度端口
233:喚醒端口
24:溫度感測元件
241:第一端
242:第二端
25:開關元件
26:電池管理單元
32:充電控制單元
33:開關單元
34:低壓差穩壓單元
35:充電端口單元
351:空端
352:充電正端
353:辨識端口
354:溫度端口
355:喚醒端口
356:充電負端

Claims (9)

  1. 一種電池裝置，包含： 一電源端口單元，包括一充電正端及一電池負端； 一電池單元，電連接於該充電正端與該電池負端間； 一溫度端口，用以輸出一對應該電池單元之溫度的狀態信號； 一溫度感測元件，對應該電池單元設置且電連接該溫度端口，用以感測該電池單元之溫度並提供該狀態信號； 一開關元件，電連接該溫度感測元件，受一控制信號控制而切換該狀態信號輸出或不輸出；及 一電池管理單元，電連接該溫度感測元件與該開關元件，且於一異常狀態時輸出對應使該狀態信號不輸出的該控制信號。
  2. 如請求項1所述的電池裝置，其中，該溫度感測元件為熱敏電阻，且兩端分別電連接至該溫度端口與該開關元件。
  3. 如請求項1所述的電池裝置，其中，該開關元件與該溫度感測元件串接於該溫度端口與該電源端口單元間。
  4. 如請求項3所述的電池裝置，其中，該開關元件為MOSFET，其源極與汲極分別電連接該電源端口單元與該溫度感測元件，其閘極電連接該電池管理單元並接收該控制信號。
  5. 如請求項3所述的電池裝置，其中，於一正常狀態時，該電池管理單元輸出對應該開關元件導通的該控制信號而使該狀態信號輸出，於該異常狀態時，該電池管理單元輸出對應該開關元件不導通的該控制信號而使該狀態信號不輸出。
  6. 如請求項1所述的電池裝置，其中，該電池管理單元於該狀態信號對應該電池單元之溫度大於一預定溫度時，判斷為該異常狀態。
  7. 如請求項1所述的電池裝置，還包含一喚醒端口，該喚醒端口電連接該電池管理單元且用以接收一喚醒信號。
  8. 如請求項1所述的電池裝置，其中，該電池管理單元於該電池單元之電壓或電流不在一預定區間中時，判斷為該異常狀態。
  9. 一種電池裝置充電系統，包含： 一如請求項1~8任一項所述的電池裝置；及 一充電裝置，電連接該充電正端、該電池負端與該溫度端口，於該溫度端口輸出該狀態信號時，由該充電正端與該電池負端對該電池裝置充電，於該溫度端口不輸出該狀態信號時，不對該電池裝置充電。
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