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    一種電池控制電路，適用於平衡一電池，包括一電位偵測器、一控制器、一平衡裝置，以及一切換器。該電位偵測器係用以偵測該電池之一電位差，以產生一偵測信號。該控制器係用以根據該偵測信號產生一控制信號。該切換器係耦接在該電池和該平衡裝置之間，並根據該控制信號選擇導通或不導通，其中，若該電位差大於一臨界值時，則該切換器導通，且該平衡裝置由該電池汲取一負載電流。
    公开号:TW201322584A
    申请号:TW100141750
    申请日:2011-11-16
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Chun-Chen Ma
    申请人:Via Tech Inc；
    IPC主号:H02J7-00
    专利说明:
    電池控制電路、系統和方法
    本發明係關於一種電池控制電路，特別係關於可用以平衡(balance)電池的電池充電控制電路。
    在傳統技術中，一個電池管理控制器(battery management controller，BMC)須連接到複數個電池(cell)。這樣不僅加大了電池管理控制器的體積，也增加了腳位(pin)的使用數量。除此之外，電池管理控制器中產生的雜訊，會使充電過程不穩定，並降低了電池的使用壽命。
    為了解決上述問題，本發明提供一種新的電池控制電路，可以自動偵測電池之電位差、自動平衡電池並且減少雜訊之影響。
    本發明提供一種電池控制電路，適用於平衡一電池，包括：一電位偵測器，偵測該電池之一電位差，以產生一偵測信號；一控制器，根據該偵測信號，產生一控制信號；一平衡裝置；以及一切換器，耦接在該電池和該平衡裝置之間，並根據該控制信號選擇導通或不導通，其中，若該電位差大於一臨界值時，則該切換器導通，且該平衡裝置由該電池汲取一負載電流。若該電位差小於或等於該臨界值時，則該切換器不導通，且該平衡裝置無法汲取任何電流。
    另外，本發明提供一種電池控制系統，包括：一電池，具有一電位差；一電位偵測器，耦接到該電池，並偵測該電位差以產生一偵測信號；一控制器，根據該偵測信號，產生一控制信號；一平衡裝置；以及一切換器，耦接在該電池和該平衡裝置之間，並根據該控制信號選擇導通或不導通，其中，若該電位差大於一臨界值時，則該切換器導通，且該平衡裝置由該電池汲取一負載電流。若該電位差小於或等於該臨界值時，則該切換器不導通，且該平衡裝置無法汲取任何電流。
    另外，本發明提供一種電池控制方法，適用於平衡一電池，包括下列步驟：提供一電位偵測器、一控制器、一切換器，以及一平衡裝置，其中該切換器係耦接於該電池和該平衡裝置之間；經由該電位偵測器，偵測該電池之一電位差；以及若該電位差大於一臨界值時，則經由該控制器，導通該切換器，並且經由該平衡裝置，由該電池汲取一負載電流。若該電位差小於或等於該臨界值時，則該平衡裝置不由該電池汲取負載電流。
    第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電池控制系統100之示意圖。如第1圖所示，電池控制系統100包括電池110和電池控制電路120。電池110是一種可充放電力的電池，它可以是鋰電池，也可以是一磷酸鋰鐵電池(分子式：LiMPO4，其中的M可以是任何金屬，包括Fe、Co、Mn、Ti；英文：Lithium iron phosphate，簡稱LFP)，或是一鉛酸蓄電池(lead-acid battery)。電池控制電路120係用以平衡(balance)電池110。在本發明一實施例中，「平衡」(balancing)係指：若電池控制電路120偵測到電池110之電位差VD超過一臨界值(例如：3.55V或3.6V)時，則電池控制電路120會將電池110放電，以防止電池110損壞。
    電池控制電路120可以包括：電位偵測器130、控制器140、切換器150，以及平衡裝置160。電位偵測器130係用以偵測電池110之電位差VD，以產生偵測信號S1。控制器140係根據偵測信號S1，產生控制信號S2。切換器(switch)150係耦接在電池110和平衡裝置160之間，並根據控制信號S2選擇導通(close)或不導通(open)。在本發明較佳實施例中，若電位偵測器130偵測到的電位差VD大於一臨界值(例如：3.55V或3.6V)時，則控制器140將使切換器150導通，以便使平衡裝置160由電池110汲取一負載電流CL，並且降低電池110的電位差VD。反之，若電位偵測器130偵測到的電位差VD小於或等於該臨界值時，則控制器140將使切換器150不能導通，以使平衡裝置160無法汲取任何電流。
    第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電池控制系統100耦接到處理器210之示意圖。如第2圖所示，電池控制系統100可以耦接到處理器210，其中處理器210係用以取得偵測信號S1，以便取得電池110的電位差VD。處理器210可以是一中央處理單元(central processing unit，CPU)，或是一晶片(chip)。
    電位偵測器130包括：運算放大器(operation amplifier)132，以及電阻器(resistor)R1、R2、R3、R4。運算放大器132具有一正輸入端、一負輸出端，以及一輸出端，其中該輸出端係用以輸出偵測信號S1給控制器140。電阻器R1係耦接在該負輸入端和該輸出端之間；電阻器R2係耦接在該負輸入端和接地電位GND之間；電阻器R3係耦接在該正輸入端和切換器150的節點N2之間，其中節點N2亦耦接到電池110的正極；而電阻器R4係耦接在該正輸入端和接地電位GND之間。
    控制器140包括：齊納二極體(Zener diode)142、電阻器R5、R6，以及或邏輯閘(OR gate)144。齊納二極體142具有一陰極(cathode)，以及耦接到接地電位GND之一陽極(anode)。電阻器R5係耦接在該陰極和節點N1之間；而電阻器R6係耦接在節點N1和電位偵測器130的運算放大器132的輸出端之間。或邏輯閘144具有耦接到節點N1之兩輸入端，以及耦接到切換器150的節點N5之一輸出端，其中該輸出端係用以輸出控制信號S2。值得注意的是，控制器140中的或邏輯閘144可以減少控制信號S2的波動度，以降低雜訊對電池控制電路120的影響。若電位差VD大於一臨界值時，或邏輯閘144將輸出等於高邏輯位準(例如：邏輯1)的控制信號S2，以導通切換器150；反之，若電位差VD小於或等於該臨界值時，或邏輯閘144將輸出等於低邏輯位準(例如：邏輯0)的控制信號S2，以不導通切換器150。
    切換器150包括：電晶體M1、M2，以及電阻器R7、R8、R9。在本發明較佳實施例中，電晶體M1為PMOS電晶體(P-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，而電晶體M2為NMOS電晶體(N-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。電晶體M1係耦接在節點N2和平衡裝置160之間，並具有耦接到節點N3之閘極。電晶體M2係耦接在節點N4和接地電位GND之間，並具有耦接到節點N5之閘極。電阻器R7係耦接在節點N2和節點N3之間；電阻器R8係耦接節點N3和節點N4之間；而電阻器R9係耦接在節點N5和接地電位GND之間。節點N2亦耦接到電池110和電位偵測器130，而節點N5則耦接到控制器140。
    平衡裝置160包括電阻器R10，其耦接在切換器150和接地電位GND之間。若切換器150導通時，平衡裝置160將由電池110汲取負載電流CL，以降低電位差VD。在本發明較佳實施例中，電阻器R10具有較小的電阻值以汲取較大的負載電流CL，例如：小於100歐姆。
    第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之複數個電池控制系統100耦接到處理器210之示意圖。如第3圖所示，複數個電池控制系統100係串聯在一起，並且耦接到處理器210。每個電池控制系統100的節點NA更直接電性連接到節點NB。值得注意的是，由於現有複數個電池110，每個切換器150必須能承受更大的電位差以避免損壞。例如，若有N個電池控制系統100串聯在一起時，則每個切換器150必須設計為可承受N*VD的電位差，其中N為一大於或等於2的正整數。換言之，每個切換器150必須設計為可承受全部電池110加總的電位差。
    第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電池控制方法之流程圖，該方法係用於控制一電池。首先開始，在步驟S410中，提供一電位偵測器、一控制器、一切換器，以及一平衡裝置，其中該切換器係耦接於一電池和該平衡裝置之間。在步驟S420，經由該電位偵測器，偵測該電池之一電位差，以產生一偵測信號。另外，並可根據該偵測信號，產生一控制信號。在步驟S430，判斷該電位差是否大於一臨界值。若是，在步驟S440，經由該控制器，導通該切換器，並且經由該平衡裝置，由該電池汲取一負載電流以降低該電位差；若否，在步驟S450，經由該控制器，不導通該切換器。
    本發明可以自動偵測電池之電位差、自動平衡電池並且減少雜訊之影響。另外，本發明可減少電池管理控制器的使用腳位之數量，並縮小其體積，也降低了電池管理控制器之控制負擔。
    本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此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。
    100．．．電池控制系統
    110．．．電池
    120．．．電池控制電路
    130．．．電位偵測器
    132．．．運算放大器
    140．．．控制器
    142．．．齊納二極體
    144．．．或邏輯閘
    150．．．切換器
    160．．．平衡裝置
    210．．．處理器
    CL．．．負載電流
    M1、M2．．．電晶體
    N1、N2、N3、N4、N5、NA、NB．．．節點
    R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10．．．電阻器
    S1．．．偵測信號
    S2．．．控制信號
    VD．．．電位差
    第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電池控制系統之示意圖；
    第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電池控制系統耦接到處理器之示意圖；
    第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之複數個電池控制系統耦接到處理器之示意圖；
    第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電池控制方法之流程圖。
    100．．．電池控制系統
    110．．．電池
    120．．．電池控制電路
    130．．．電位偵測器
    140．．．控制器
    150．．．切換器
    160．．．平衡裝置
    CL．．．負載電流
    S1．．．偵測信號
    S2．．．控制信號
    VD．．．電位差
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] 一種電池控制電路，適用於平衡一電池，包括：一電位偵測器，偵測該電池之一電位差，以產生一偵測信號；一控制器，根據該偵測信號，產生一控制信號；一平衡裝置；以及一切換器，耦接在該電池和該平衡裝置之間，並根據該控制信號選擇導通或不導通，其中，若該電位差大於一臨界值時，則該切換器導通，且該平衡裝置由該電池汲取一負載電流，若該電位差小於或等於該臨界值時，則該切換器不導通，且該平衡裝置無法汲取任何電流。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之電池控制電路，其中該電位偵測器包括：一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸出端，以及一輸出端，其中該輸出端用以輸出該偵測信號；一第一電阻器，耦接在該負輸入端和該輸出端之間；一第二電阻器，耦接在該負輸入端和一接地電位之間；一第三電阻器，耦接在該正輸入端和該切換器之間；以及一第四電阻器，耦接在該正輸入端和該接地電位之間。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之電池控制電路，其中該控制器包括：一齊納二極體，具有一陰極和耦接到一接地電位之一陽極；一第五電阻器，耦接在該陰極和一第一節點之間；一第六電阻器，耦接在該電位偵測器和該第一節點之間；以及一或邏輯閘，具有耦接到該第一節點之二輸入端，以及耦接到該切換器之一輸出端，其中該輸出端用以輸出該控制信號。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之電池控制電路，其中該切換器包括：一第一電晶體，耦接在一第二節點和該平衡裝置之間，並具有耦接到一第三節點之一閘極；一第二電晶體，耦接在一第四節點和一接地電位之間，並具有耦接到一第五節點之一閘極；一第七電阻器，耦接在該第二節點和該第三節點之間；一第八電阻器，耦接在該第三節點和該第四節點之間；一第九電阻器，耦接在該第五節點和該接地電位之間；以及一第十電阻器，耦接在該切換器和一接地電位之間，其中，該第二節點耦接到該電池和該電位偵測器，而該第五節點耦接到該控制器。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之電池控制電路，其中該第一電晶體為PMOS電晶體，而該第二電晶體為NMOS電晶體。
    [6] 一種電池控制系統，包括：一電池，具有一電位差；一電位偵測器，耦接到該電池，並偵測該電位差以產生一偵測信號；一控制器，根據該偵測信號，產生一控制信號；一平衡裝置；以及一切換器，耦接在該電池和該平衡裝置之間，並根據該控制信號選擇導通或不導通，其中，若該電位差大於一臨界值時，則該切換器導通，且該平衡裝置由該電池汲取一負載電流，若該電位差小於或等於該臨界值時，則該切換器不導通，且該平衡裝置無法汲取任何電流。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之電池控制系統，其中該電位偵測器包括：一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸出端，以及一輸出端，其中該輸出端用以輸出該偵測信號；一第一電阻器，耦接在該負輸入端和該輸出端之間；一第二電阻器，耦接在該負輸入端和一接地電位之間；一第三電阻器，耦接在該正輸入端和該切換器之間；以及一第四電阻器，耦接在該正輸入端和該接地電位之間。
    [8] 如申請專利範圍第6項所述之電池控制系統，其中該控制器包括：一齊納二極體，具有一陰極和耦接到一接地電位之一陽極；一第五電阻器，耦接在該陰極和一第一節點之間；一第六電阻器，耦接在該電位偵測器和該第一節點之間；以及一或邏輯閘，具有耦接到該第一節點之二輸入端，以及耦接到該切換器之一輸出端，其中該輸出端用以輸出該控制信號。
    [9] 如申請專利範圍第6項所述之電池控制系統，其中該切換器包括：一第一電晶體，耦接在一第二節點和該平衡裝置之間，並具有耦接到一第三節點之一閘極；一第二電晶體，耦接在一第四節點和一接地電位之間，並具有耦接到一第五節點之一閘極；一第七電阻器，耦接在該第二節點和該第三節點之間；一第八電阻器，耦接在該第三節點和該第四節點之間；一第九電阻器，耦接在該第五節點和該接地電位之間；以及一第十電阻器，耦接在該切換器和一接地電位之間，其中，該第二節點耦接到該電池和該電位偵測器，而該第五節點耦接到該控制器。
    [10] 如申請專利範圍第6項所述之電池控制系統，更耦接到一處理器，其中該處理器係用以取得該偵測信號。
    [11] 一種電池控制方法，適用於平衡一電池，包括下列步驟：偵測該電池之一電位差，以產生一偵測信號；根據該偵測信號，產生一控制信號；以及若該電位差大於一臨界值時，則經由一平衡裝置，由該電池汲取一負載電流，若該電位差小於或等於該臨界值時，則該平衡裝置不由該電池汲取負載電流。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述之電池控制方法，該控制信號的產生，係透過一齊納二極體、一第五電阻器、一第六電阻器與一或邏輯閘所產生，其中該齊納二極體具有一陰極和耦接到一接地電位之一陽極，該第五電阻器耦接在該陰極和一第一節點之間，該第六電阻器，耦接在該電位偵測器和該第一節點之間，該或邏輯閘具有耦接到該第一節點之二輸入端，以及用以輸出該控制信號的一輸出端。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    TW100141750A|TWI443929B|2011-11-16|2011-11-16|電池控制電路、系統和方法|TW100141750A| TWI443929B|2011-11-16|2011-11-16|電池控制電路、系統和方法|
    CN201110426682.9A| CN102496988B|2011-11-16|2011-12-19|电池控制电路、系统和方法|
    US13/351,130| US8952662B2|2011-11-16|2012-01-16|Circuit and system and method for controlling battery|
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