專利名稱：智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，尤指一種由硬件電路與軟件程序配合運(yùn)作，針對(duì)鋰離子電池組實(shí)際應(yīng)用之需，提供可增進(jìn)鋰離子電池組整體性能表現(xiàn)的智慧型容量補(bǔ)償電路，且改善傳統(tǒng)保護(hù)電路板不夠精確的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
近代電器產(chǎn)品的開發(fā)朝輕薄短小的方向發(fā)展，可攜式電器用品推陳出新，如移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝錄像機(jī)、收錄音機(jī)等等，更是日新月異不時(shí)推陳出新；基于使用者方便的考慮，高能量密度的新一代電池材料相繼被開發(fā)及應(yīng)用；例如可重復(fù)充放電的鋰離子電池(Li-ionbattery)因容量大且重量輕，目前已被大量應(yīng)用在支援行動(dòng)通訊器材以及筆記本電腦等產(chǎn)品的應(yīng)用上，造成該等產(chǎn)品附加價(jià)值及使用方便性大幅提高。
鋰離子電池因材質(zhì)特性的限制，其充電電壓一般不得超過4.2v/cell，否則鋰離子電池的使用壽命將大為減少，而充電電壓若超過太多、鋰離子電池甚至?xí)腥紵虮ǖ奈ｋU(xiǎn)性，此乃因鋰本身與氧有極佳的親和性，故不能使用具有含氧成份的水溶性電解液做為離子交換的電解質(zhì)，例如氫氧化鉀等；故而必須使用不具含氧成份的碳?xì)浠衔镒鰹殡娊赓|(zhì)，例如煤油溶出物等。至于鋰離子電池通常的放電電壓限制一般絕對(duì)禁止電壓低于2.7v/cell，否則將造成鋰離子電池過度放電、以致容量無法回復(fù)及無法再充電的不可逆性故障；因此鋰離子電池在應(yīng)用上除了考慮其安全性外，尚需考慮其可信賴度，故在設(shè)計(jì)及應(yīng)用時(shí)，傳統(tǒng)做法必須于鋰離子電池組內(nèi)加裝一傳統(tǒng)保護(hù)電路板，以確保使用上的絕對(duì)安全。
為擷取鋰離子電池的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，并避開其具危險(xiǎn)性的缺陷，目前市售的鋰離子電池、全部皆加裝有一片完全利用硬件零件制作的傳統(tǒng)保護(hù)電路板加以克服，但因一種電池規(guī)格即搭配一種傳統(tǒng)保護(hù)電路板，不同規(guī)格的電路板之間絕無法共用，不但成本高、且造成庫(kù)存控管以及生產(chǎn)線制程管理的極大困擾。
鋰離子電池因材質(zhì)特性限制，由于充電電壓一般不得超過4.2v/cell，放電電壓則禁止低于2.7 v/cell，否則將無法回復(fù)充電；因此鋰離子電池應(yīng)用上需考慮安全性及可信賴度，故設(shè)計(jì)時(shí)通常在鋰離子電池組內(nèi)加裝一傳統(tǒng)保護(hù)電路板以策安全。但該保護(hù)電路板單位成本高且規(guī)格多樣而復(fù)雜，造成很多困擾。傳統(tǒng)保護(hù)電路板可參考圖1所示的方塊圖；由一熱敏電阻、熱保險(xiǎn)絲、充電控制開關(guān)、放電控制開關(guān)、短路保護(hù)器、控制IC及數(shù)個(gè)鋰離子電池組所組成。該熱敏電阻偵測(cè)鋰離子電池組在充/放電時(shí)所產(chǎn)生的異常溫度，熱保險(xiǎn)絲則是在過熱時(shí)斷路，以避免高溫?fù)p壞控制IC。該控制IC控制切換充電控制開關(guān)及放電控制開關(guān)，以對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行充電或放電作業(yè)。該短路保護(hù)器則是提供產(chǎn)生短路現(xiàn)象時(shí)的電路保護(hù)作用。當(dāng)鋰離子電池組在充電時(shí)，由于充電回路中的各個(gè)串接電池單體、因受其內(nèi)阻值的參差不齊的影響，必然造成每個(gè)電池單體的端電壓分壓不一致的現(xiàn)象，不同內(nèi)阻值的電池的正負(fù)極，其端電壓在充放電時(shí)，將因內(nèi)阻值不同而產(chǎn)生端電壓高低不一致的結(jié)果，此時(shí)傳統(tǒng)保護(hù)電路板將會(huì)針對(duì)最先達(dá)到上限電壓值的電池單體做出保護(hù)、進(jìn)而對(duì)整組鋰離子電池組停止充電；此時(shí)其他未達(dá)上限端電壓值的電池單體則無法充電飽和；放電時(shí)情況正好相反，如此周而復(fù)始有長(zhǎng)期累積干擾效應(yīng)，將使鋰離子電池組容量不正常地急速遞減。所以，傳統(tǒng)保護(hù)電路板對(duì)鋰離子電池組在充電或放電之時(shí)，無可避免的會(huì)針對(duì)電池組最終電壓進(jìn)行不當(dāng)?shù)墓?jié)制；此一不當(dāng)?shù)墓?jié)制即是造成鋰離子電池組容量不正常衰減的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，提供可增進(jìn)鋰離子電池組整體性能表現(xiàn)的智慧型容量補(bǔ)償電路，且改善傳統(tǒng)保護(hù)電路板不夠精確的缺失；特別是避免鋰離子電池組在充電或放電時(shí)、因鋰離子電池單體本身的效率參差不齊以及性能匹配不良所造成的長(zhǎng)期累積干擾效應(yīng)。
依據(jù)前述，本發(fā)明針對(duì)前述傳統(tǒng)保護(hù)電路板的缺失；在充電過程中，應(yīng)用本發(fā)明的韌體所偵測(cè)并記錄到的數(shù)據(jù)，控制一負(fù)載電路，在充電時(shí)針對(duì)端電壓值最高、或電池單體之間端電壓不平衡超過設(shè)計(jì)上限值的個(gè)別電池單體并聯(lián)一電阻加以負(fù)載，使之與其他電池單體的端電壓接近，直至其端電壓(即容量)回歸至和其他電池單體相同為止；此時(shí)本發(fā)明智慧型容量補(bǔ)償電路即立刻通知負(fù)載電路解除并聯(lián)電阻的負(fù)載、繼續(xù)針對(duì)已實(shí)施個(gè)別單獨(dú)負(fù)載處理后的鋰離子電池組續(xù)行充電，如此周而復(fù)始，直到鋰離子電池組中所有電池單體真正充電飽和為止；亦即鋰離子電池組中每一電池單體、將因本發(fā)明智慧型容量補(bǔ)償電路功能的修正而使每個(gè)電池單體的端電壓值趨于一致(即容量相同)并充電至最飽和為止。
依據(jù)前述，本發(fā)明僅應(yīng)用少量硬件電路零件、配合多功能軟件程序控制的韌體方式加以徹底改良，將原本多達(dá)數(shù)十種硬件傳統(tǒng)保護(hù)電路板的復(fù)雜規(guī)格單一化，涵蓋了上述傳統(tǒng)保護(hù)電路板全部的功能要求，并且改善了傳統(tǒng)保護(hù)電路板的所有缺失，又大大地提高了保護(hù)功能的精確度，更且降低生產(chǎn)及庫(kù)存控管的成本。
本發(fā)明的另一目的即是具有容量補(bǔ)償?shù)墓δ茉O(shè)計(jì)，應(yīng)用上可確實(shí)避免鋰離子電池組充電或放電時(shí)、因電池單體效率參差不齊及性能匹配不良所造成的長(zhǎng)期累積干優(yōu)效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到延長(zhǎng)鋰離子電池組使用壽命的功能。
本發(fā)明的一延伸目的即是中央微處理器能通過數(shù)據(jù)總線與電腦內(nèi)建的通訊數(shù)據(jù)機(jī)與外界互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，進(jìn)而與專用的特定遠(yuǎn)端遙控電池管理服務(wù)系統(tǒng)連線，以便作即時(shí)數(shù)據(jù)處理及相關(guān)調(diào)整控制的服務(wù)，亦即可進(jìn)一步作為該鋰離子電池組的遠(yuǎn)端診斷、遙控調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等技術(shù)范疇的特定用途。


圖1為傳統(tǒng)鋰離子電池組保護(hù)電路電路圖；圖2為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路方塊圖；圖3為本發(fā)明圖2的詳細(xì)電路圖；圖4為本發(fā)明圖3的另一實(shí)施例；圖5為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的中央處理器軟件控制流程圖；圖6為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的偵測(cè)電池溫度的詳細(xì)電路圖；圖7為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的電流檢知器詳細(xì)電路圖。
圖中符號(hào)說明1 中央微處理器31、32 電池電壓比較器2 控制器 41、42、43 負(fù)載器3 電壓比較器 51、52 功率晶體開關(guān)4 放電回路61 差動(dòng)放大器5 復(fù)連開關(guān)91、92、93 電池單體6 電流檢知器 B 電洗式可規(guī)劃只讀存儲(chǔ)器7 保險(xiǎn)裝置H 顯示器8 穩(wěn)壓整流器 G 數(shù)據(jù)總線9 鋰離子電池組TH 溫度感知電阻流程號(hào)說明F00 程序開始 F01 模式判斷
F02 靜置模式 F03 記錄自放電模式F04 開關(guān)動(dòng)作判斷 F05 容量狀態(tài)判斷F06 關(guān)閉復(fù)連開關(guān)模式 F07 睡眠模式F10 充電模式 F11 充電端電壓判斷F12 容量飽和判斷 F13 端電壓不平衡判斷F14 容量調(diào)整模式 F20 放電模式F21 放電端電壓判斷F22 放電端電壓下限值判斷具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
請(qǐng)參閱圖2所示，為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的方塊圖；包括有一中央微處理器1(Micro Computer)，為本發(fā)明的主控制單元，利用電流檢知器6檢知?jiǎng)討B(tài)模式[(V1-V2)/R＝I]，包括充電電流、放電電流、過載電流及電流大小等，并將鋰離子電池組9中的各電池單體91、92、93(Li-ion Battery cell)的端電壓，經(jīng)電池電壓比較器3連接至中央微處理器1接腳AD1、AD2、AD3(即內(nèi)部的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，圖中未畫)，以獲得各電池單體91、92、93的端電壓，依此監(jiān)控各相對(duì)電池單體91、92、93的臨界端電壓，并具有充電、放電及保護(hù)模式控制。
一控制器2(Watch Dog Control)，設(shè)于中央微處理器1與復(fù)連開關(guān)5間，監(jiān)控中央處理器1的運(yùn)作，控制復(fù)連開關(guān)5的開、閉。
一電壓比較器3(OP)，包含有數(shù)組比較器(如圖標(biāo)號(hào)31及32)，采用差動(dòng)輸入法檢知每一電池單體91、92、93的端電壓，以告知中央微處理器1作運(yùn)算及判斷之用。
前述各組電池電壓比較器31、32的基點(diǎn)皆為浮動(dòng)，以確保相對(duì)端電壓量測(cè)的穩(wěn)定性。
一放電回路4(Discharge Network)，受中央微處理器1所控制，包含有數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)于電池單體的負(fù)載器41、42、43(Loader)。
一復(fù)連開關(guān)5(Redundancy Switch)，連接于鋰離子電池組9與外部充放電回路，并受中央微處理器1及控制器2所控制，在此二者皆同時(shí)正常工作之時(shí)，復(fù)連開關(guān)5方可正確啟動(dòng)導(dǎo)通回路。
一電流檢知器6(Current Sense)，用以檢測(cè)回路的電流方向，使中央微處理器1得知目前為充電或放電的模式，并檢測(cè)電流大小，以供中央微處理器1加以分析計(jì)算。
前述的電池計(jì)算由保護(hù)電路的動(dòng)態(tài)模式(V1-V2)/R＝I而得，容后詳述。
一保險(xiǎn)裝置7(Fuse)，為一特定安培的保險(xiǎn)熔絲，其容量設(shè)計(jì)為稍大于電流檢知器6的設(shè)定值，為防范萬一有不當(dāng)?shù)某浞烹娀蚨搪番F(xiàn)象發(fā)生，隔離鋰離子電池9與電源或負(fù)載的連系，以保護(hù)使用者在應(yīng)用上安全無誤，并且為不可回復(fù)的最終保安保險(xiǎn)裝置。
一穩(wěn)壓整流器8(Regulator)，提供保護(hù)回路中各耗電電子零件的穩(wěn)定工作電壓源，以確定保護(hù)回路中各耗電電子零件，亦即電路內(nèi)各半導(dǎo)體主動(dòng)元件工作正常。
一鋰離子電池組9(Li-ion Battery Pack)，包含有數(shù)個(gè)串聯(lián)的電池單體成為一電池組；一般應(yīng)用上有二串、三串、四串的形式，若因提高容量的考慮，尚可就串聯(lián)后的鋰離子電池組加以并聯(lián)組裝使之提升容量，一般通稱2p3s、3p3s、4p3s或3p2s、3p4s等等。
一電洗式可規(guī)劃只讀存儲(chǔ)器B(EEPROM)；可規(guī)劃為兩大類主要功能；第一類為儲(chǔ)存供給中央微處理器1重新設(shè)定時(shí)的原始數(shù)據(jù)；例如充電時(shí)偵測(cè)鋰離子電池組9或電池單體的最高電壓或電池單體之間可容許的最大端電壓差、瞬間電流的設(shè)定值等，放電時(shí)殘存容量的預(yù)警時(shí)間、最低電壓的設(shè)定值；以及提供中央微處理器1在操控放電回路4工作時(shí)的設(shè)定值。
第二類為儲(chǔ)存鋰離子電池組9有關(guān)效率、殘存量、循環(huán)壽命、廠牌、末筆數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間、放電回路4執(zhí)行調(diào)控的累積次數(shù)等數(shù)據(jù)，提供中央微處理器1隨時(shí)取出作為計(jì)算及運(yùn)用的原始依據(jù)。
一顯示器H，顯示鋰離子電池組9目前的即時(shí)狀態(tài)。
一溫度檢知器TH，由負(fù)溫度系數(shù)電阻器(Thermistor)構(gòu)成，檢知微弱電壓并加以放大、提供中央微處理器1計(jì)算運(yùn)用，以便一旦鋰離子電池組9溫度異常上升之時(shí)，立即通知復(fù)連開關(guān)5動(dòng)作，使本發(fā)明的回路處于不導(dǎo)通狀態(tài)，以達(dá)保護(hù)鋰離子電池組9安全的功能。
該中央微處理器1利用電流檢知器6檢知本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的電流動(dòng)態(tài)模式，包括充電電流、放電電流、過載電流及電流大小等，并將鋰離子電池組9中的各電池單體91、92、93的端電壓，經(jīng)電池電壓比較器31、32連接至中央微處理器1的接腳AD1、AD2、AD3，以獲得各電池單體91、92、93的動(dòng)態(tài)端電壓；依此監(jiān)控各相對(duì)電池單體91、92、93的臨界端電壓，以確保電池單體91、92、93的端電壓符合于安全規(guī)格之內(nèi)，如此達(dá)到鋰離子電池組9的保護(hù)及充放電容量控制的雙重功能。
該中央微處理器1并具有通訊總線，與本裝置的電洗式可規(guī)劃只讀存儲(chǔ)器B(EEPROM)相通訊，以取得鋰離子電池組9的殘存量、廠牌、效率、使用壽命、自放電率等加以計(jì)算；并可連接至顯示器H(如發(fā)光二極管LED或筆記本電腦的顯示器LCD等)上，以顯示鋰離子電池組9目前的各種信息及電容量值等；在鋰離子電池9離開系統(tǒng)閑置不用時(shí)，中央微處理器1會(huì)進(jìn)入睡眠狀態(tài)以減少電量的消耗，達(dá)到節(jié)約能源的效果。
在充電模式中，中央微處理器1持續(xù)檢知各電池單體91、92、93的端電壓并做比較判斷，若其中有任一電池單體已達(dá)設(shè)定的最高充電端電壓，而其它電池單體尚未到達(dá)時(shí)，或鋰離子電池組9中，其中任意一電池單體91、92、93之間，其端電壓的電壓差若超出預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)，中央微處理器1會(huì)輸出訊號(hào)經(jīng)由可控制的獨(dú)立放電回路4，針對(duì)該端電壓過高的電池單體并聯(lián)一個(gè)相對(duì)應(yīng)的負(fù)載器加以放電(P＝IV)，直至與其他電池單體的端電壓相同之時(shí)始解除并聯(lián)負(fù)載放電，如此周而復(fù)始直到充電中每一電池單體的端電壓接近平衡為止；亦即直到充電中的每一電池單體皆同時(shí)達(dá)到飽和端電壓；用以提升鋰離子電池組9的有效容量及壽命。
請(qǐng)參閱圖3所示，為本發(fā)明圖2所示的詳細(xì)電路圖，如圖所示，當(dāng)鋰離子電池組9未與外部負(fù)載相連接時(shí)(即不處于充/放電的待機(jī)狀態(tài))，中央微處理器1即進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省功率的消耗，當(dāng)鋰離子電池組9與外界連通時(shí)；中央微處理器1啟動(dòng)功率晶體開關(guān)51(FETSwitch)，并告知控制器2啟動(dòng)功率晶體開關(guān)52同時(shí)檢查電流檢知器6確定目前為充電或放電或待機(jī)狀態(tài)，若為充電狀態(tài)，檢查電池電壓比較器31、32的值是否高于規(guī)格，否則繼續(xù)充電。若有一電池單體的端電壓值已達(dá)上限，則啟動(dòng)該組的放電回路4的負(fù)載器41、42、43等，用以獨(dú)立調(diào)整電池單體的電壓、容量并持續(xù)充電的動(dòng)作，直到所有電池單體皆同時(shí)到達(dá)上限容量為止。
在放電模式中檢查電池電壓比較器31、32的值是否低于規(guī)格，若無則繼續(xù)監(jiān)測(cè)。只要是其中一電池單體已達(dá)下限，則啟動(dòng)其他未達(dá)下限端電壓值的電池單體與相對(duì)應(yīng)的放電回路4負(fù)載器41、42、43等加以放電，以調(diào)整電池單體的容量，使所有電池單體皆同時(shí)到達(dá)下限容量為止。
若為開機(jī)，則中央微處理器1啟動(dòng)功率晶體開關(guān)51，并告知控制器2啟動(dòng)功率晶體開關(guān)52并檢查電流檢知器6監(jiān)測(cè)電流狀態(tài)，以執(zhí)行過載保護(hù)功能或準(zhǔn)備任何時(shí)間發(fā)生的充電、放電狀態(tài)；在任何時(shí)間，中央微處理器1皆可依外界的需求以容量顯示器H顯示容量或傳送相關(guān)訊息。
請(qǐng)參閱圖4所示，為本發(fā)明圖3的另一種實(shí)施例，如圖所示，如上同述的相同功能之外，中央微處理器1可通過數(shù)據(jù)總線G(SMBus)與電腦內(nèi)建的通訊數(shù)據(jù)機(jī)與外界互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，進(jìn)而與專用的特定遠(yuǎn)端遙控電池管理服務(wù)系統(tǒng)連線，以便該專用的特定遠(yuǎn)端遙控電池管理服務(wù)系統(tǒng)作即時(shí)數(shù)據(jù)處理及相關(guān)調(diào)整控制的服務(wù)，亦即可進(jìn)一步作為該鋰離子電池組的遠(yuǎn)端診斷、遙控調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等技術(shù)范疇的特定用途。
請(qǐng)參閱圖5，為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的中央微處理器的軟件控制流程圖；如圖所示，程序開始執(zhí)行后(步驟F00)，即進(jìn)行模式判斷(步F01)，加以判斷出目前的電流模式究竟為充電模式(步驟F10)、放電模式(步驟F20)或靜置模式(步驟F02)。
在充電模式(步驟F10)中充電模式時(shí)，持續(xù)監(jiān)測(cè)充電端電壓(步驟F11)，判斷是否有任一單顆電池達(dá)到可調(diào)整的上限設(shè)定值或容量飽和(步驟F12)時(shí)，且端電壓不平衡(步驟F13)達(dá)一定程度之時(shí)，則執(zhí)行容量調(diào)整(步驟F14)工作；否則重回步驟F11繼續(xù)監(jiān)測(cè)充電端電壓，直到充電飽和且端電壓不平衡(步驟F13)已經(jīng)調(diào)整至平衡之時(shí)；若已充電飽和而未處于放電模式(步驟F20)，則進(jìn)入靜置模式(步驟F02)的睡眠模式(步驟F07)；若被喚醒，程序?qū)⒂蒄07(睡眠模式)再一次回到F01(模式判斷)，如此周而復(fù)始循環(huán)不已。
在放電模式(步驟F20)放電模式時(shí)，持續(xù)監(jiān)測(cè)放電端電壓(步驟F21)，若有任一單顆電池達(dá)到放電端電壓(步驟F21)的端電壓下限值(步驟F22)時(shí)，則關(guān)閉復(fù)連開關(guān)5；否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)放電端電壓(步驟F21)直到任一單顆電池的放電端電壓(步驟F21)已經(jīng)達(dá)端電壓下限值(步驟F22)之時(shí)，則執(zhí)行關(guān)閉復(fù)連開關(guān)(步驟F06)并進(jìn)入睡眠模式(步驟F07)；若被喚醒，程序?qū)⒂伤吣Ｊ?步驟F07)再一次回到模式判斷(步驟F01)，如此周而復(fù)始循環(huán)不已。
在靜置模式(步驟F02)中靜置模式時(shí)，定時(shí)記錄自放電模式(步驟F03)的電壓，若顯示開關(guān)動(dòng)作模式(步驟F04)已啟動(dòng)，則由容量狀態(tài)(步驟F05)顯示容量；否則執(zhí)行關(guān)閉復(fù)連開關(guān)5(步驟F06)并進(jìn)入睡眠模式(步驟F07)以降低耗電率；若被喚醒，程序?qū)⒂伤吣Ｊ?步驟F07)再一次回到模式判斷(步驟F01)，如此周而復(fù)始循環(huán)不已。
請(qǐng)參閱圖6，為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路偵測(cè)電池溫度的詳細(xì)電路圖；如圖所示，使用負(fù)溫度系數(shù)的溫度感知電阻TH由另一搭配的電阻R做分壓；將溫度感知電阻TH的溫度特性曲線調(diào)整在0～80℃之間，亦即鋰離子電池組9的使用范圍。
請(qǐng)參閱圖7，為本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路的電流檢知器的詳細(xì)電路圖；如圖所示，利用電流流經(jīng)兩顆串聯(lián)的功率晶體開關(guān)51、52及差動(dòng)放大器61所構(gòu)成的復(fù)連開關(guān)5，利用其內(nèi)阻所產(chǎn)生的微小壓降[(V1-V2)/R＝I]，經(jīng)由電流檢知器6調(diào)整為0～5V的電壓，供中央微處理器1的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD4接腳讀取、用以作為電流大小及方向判斷計(jì)算之用。
綜合以上所述，本發(fā)明智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，確能針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)的鋰離子電池組保護(hù)電路的缺失提出有效的解決辦法及對(duì)策，以能讓使用該產(chǎn)品的工廠避免庫(kù)存和生產(chǎn)線等備料的困擾，將原本多達(dá)數(shù)十種硬件傳統(tǒng)保護(hù)電路板的規(guī)格單一化，確能有效降低生產(chǎn)成本、并大幅提高該產(chǎn)品的可信賴性及安全性；本發(fā)明更能針對(duì)鋰離子電池組的容量、循環(huán)壽命等，原本即因?yàn)殡姵亟M先天效率參差不齊或性能匹配不良所造成的長(zhǎng)期累積干擾效應(yīng)，一次加以徹底解決。
本發(fā)明除有效節(jié)約硬件電路的單位成本外、更大為降低環(huán)保負(fù)擔(dān)；尤有進(jìn)者，本發(fā)明更設(shè)計(jì)有三重安全保護(hù)機(jī)制、以確保電路板本身及鋰離子電池組的絕對(duì)安全。
唯以上所敘述的技術(shù)、圖說、程序或控制等方法，僅僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例之一；舉凡依本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍的技術(shù)所作的均等變化或修飾或擷取部分功能的雷同制作，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍；當(dāng)不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍。
權(quán)利要求
1.一種智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，包括有一中央微處理器，利用電流檢知器檢知?jiǎng)討B(tài)模式，并經(jīng)電池電壓比較器取得鋰離子電池組中的各電池單體的端電壓，依此監(jiān)控各相對(duì)電池單體的臨界端電壓；一控制器，設(shè)于中央微處理器與復(fù)連開關(guān)間，監(jiān)控中央處理器的運(yùn)作，控制復(fù)連開關(guān)的開、閉；一電壓比較器，包含有數(shù)組比較器，采用差動(dòng)輸入法檢知每一電池單體的端電壓，以告知中央微處理器作運(yùn)算及判斷之用；一復(fù)連開關(guān)，連接于鋰離子電池組與外部充放電回路連接，并受中央微處理器及控制器所控制，在此二者皆同時(shí)正常工作之時(shí)，復(fù)連開關(guān)方可正確啟動(dòng)導(dǎo)通回路；一電流檢知器，用以檢測(cè)回路的電流方向，使中央微處理器得知目前為充電或放電的模式，并檢測(cè)電流大小，以供中央微處理器加以分析計(jì)算；一鋰離子電池組，包含有數(shù)個(gè)串聯(lián)的電池單體成為一電池組；由前述構(gòu)成，中央微處理器下達(dá)控制命令，操控該顆必須調(diào)整的電池單體與該相對(duì)應(yīng)的放電回路開關(guān)導(dǎo)通，使電池單體與該相對(duì)應(yīng)的負(fù)載器并聯(lián)加以負(fù)載，使電池單體超出或不平衡電壓部分的能量利用物理熱能方式加以釋放，以達(dá)到各個(gè)電池單個(gè)的端電壓最終平衡的目的。
2.如權(quán)利要求1所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，更包括有一電洗式可規(guī)劃只讀存儲(chǔ)器，供儲(chǔ)存供給中央微處理器重新設(shè)定時(shí)的原始數(shù)據(jù)、操控放電回路工作時(shí)的設(shè)定值，及儲(chǔ)存鋰離子電池組數(shù)據(jù)人供中央微處理器隨時(shí)取出作為計(jì)算及運(yùn)用的原始依據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，該電洗式可規(guī)劃只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)存充電時(shí)偵測(cè)鋰離子電池組、電池單體的最高電壓或電池單體之間可容許的最大端電壓差、瞬間電流的設(shè)定值等、放電時(shí)殘存容量的預(yù)警時(shí)間或最低電壓的設(shè)定值。
4.如權(quán)利要求2所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，該電洗式可規(guī)劃只讀存儲(chǔ)器所儲(chǔ)存的鋰離子電池組數(shù)據(jù)，包括有關(guān)效率、殘存量、循環(huán)壽命、廠牌、末筆數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間、放電回路執(zhí)行調(diào)控的累積次數(shù)等數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求2所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，該中央微處理器能通過數(shù)據(jù)總線與電腦內(nèi)建的通訊數(shù)據(jù)機(jī)與外界互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，進(jìn)而與專用的特定遠(yuǎn)端遙控電池管理服務(wù)系統(tǒng)連線，以便作即時(shí)數(shù)據(jù)處理及相關(guān)調(diào)整控制的服務(wù)，亦即可進(jìn)一步作為該鋰離子電池組的遠(yuǎn)端診斷、遙控調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等技術(shù)范疇的特定用途。
6.如權(quán)利要求1所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，更包括有一保險(xiǎn)裝置，防范萬一有不當(dāng)?shù)某浞烹娀蚨搪番F(xiàn)象發(fā)生時(shí)，隔離鋰離子電池組電源或負(fù)載的連系，并且為不可回復(fù)的最終保安保險(xiǎn)裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，該保險(xiǎn)裝置為一特定安培的保險(xiǎn)熔絲，其容量設(shè)計(jì)為稍大于電流檢知器的設(shè)定值。
8.如權(quán)利要求1所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，更包括有一顯示器，顯示鋰離子電池組目前的即時(shí)狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求7所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，該顯示器為發(fā)光二極管或筆記本電腦的顯示器等。
10.如權(quán)利要求1所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，更包括有一穩(wěn)壓整流器，提供保護(hù)回路中各耗電電子零件的穩(wěn)定工作電壓源。
11.如權(quán)利要求1所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，該電流檢知器檢知?jiǎng)討B(tài)模式利用[(V1-V2)/R＝I]的物理法則，由互為串聯(lián)的功率晶體及差動(dòng)放大器所組成，由檢知兩個(gè)互為串聯(lián)的功率晶體所構(gòu)成的復(fù)連開關(guān)兩端的端電壓(V1-V2)，除以兩個(gè)互為串聯(lián)的功率晶體內(nèi)部所產(chǎn)生的阻抗(R)所獲得，經(jīng)由差動(dòng)放大器加以放大，獲得一有效的參考電壓傳送至中央微處理器。
12.如權(quán)利要求1所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，更包括有一放電回路，其包含有數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)于電池單體的負(fù)載器；受中央微處理器所控制與該須要調(diào)整的電池單體相對(duì)應(yīng)的放電回路開關(guān)，使電池單體與該相對(duì)應(yīng)的負(fù)載器并聯(lián)加以負(fù)載，以達(dá)到各個(gè)電池單體的端電壓平衡的目的。
13.如權(quán)利要求1所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，更包括有一溫度檢知器，檢知微弱電壓并加以放大、提供中央微處理器計(jì)算運(yùn)用，鋰離子電池組溫度異常上升，即立即通知復(fù)連開關(guān)動(dòng)作。
14.如權(quán)利要求12所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，該溫度檢知器由負(fù)溫度系數(shù)電阻器所構(gòu)成。
15.一種智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，中央微處理器控制軟件包括有一模式判斷步驟，判斷出目前的電流模式為充電模式、放電模式或靜置模式。
16.如權(quán)利要求15所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，中央處理器控制軟件模式判斷步驟的充電模式，為持續(xù)監(jiān)測(cè)充電端電壓，判斷是否有任一單顆電池達(dá)到可調(diào)整的上限設(shè)定值或容量飽和時(shí)，且端電壓不平衡達(dá)一定程度之時(shí)，則執(zhí)行容量調(diào)整工作；否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)充電端電壓，直到充電飽和且端電壓不平衡已經(jīng)調(diào)整至平衡。
17.如權(quán)利要求15所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，中央處理器控制軟件模式判斷步驟的放電模式，為持續(xù)監(jiān)測(cè)放電端電壓，判斷是否有任一單顆電池達(dá)到放電端電壓的端電壓下限值時(shí)，則關(guān)閉復(fù)連開關(guān)；否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)放電端電壓直到任一單顆電池的放電端電壓已經(jīng)達(dá)端電壓下限值。
18.如權(quán)利要求15所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，中央處理器控制軟件模式判斷步驟的靜置模式，為定時(shí)記錄自放電模式的電壓，若顯示開關(guān)動(dòng)作模式已啟動(dòng)，則由容量狀態(tài)顯示容量；否則執(zhí)行關(guān)閉復(fù)連開關(guān)并進(jìn)入睡眠模式以降低耗電率。
19.如權(quán)利要求15所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，中央處理器控制軟件中的充電模式、放電模式及靜置模式執(zhí)行完成后將進(jìn)入睡眠模式，若被喚醒則重返模式判斷步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，中央處理器控制軟件的喚醒動(dòng)作由程序與電流檢知器及數(shù)據(jù)總線之中任何一種訊號(hào)通知中央微處理器，由中央微處理器內(nèi)建的程序?qū)﹄娐繁旧淼乃郀顟B(tài)加以解除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智慧型鋰離子電池組保護(hù)電路，包括有中央微處理器、電壓比較器、充放電回路控制及數(shù)組可重復(fù)充放電的鋰離子電池組；該中央處理器接受電壓比較器所讀取電池組的端電壓，用以判定當(dāng)時(shí)屬充電或放電或過載的模式，并依特殊的程序加以運(yùn)算，決定鋰離子電池組是否應(yīng)進(jìn)入保護(hù)模式的狀態(tài)，具有智慧型容量補(bǔ)償功能的設(shè)計(jì)，可避免電池組充放電時(shí)，因本身效率參差不齊或性能匹配不良而造成長(zhǎng)期累積干擾效應(yīng)，進(jìn)而影響電池組的應(yīng)用壽命。
文檔編號(hào)H02H7/18GK1489252SQ0214433
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月9日
發(fā)明者秦玉美, 陳惠秋 申請(qǐng)人:圣能捷科技股份有限公司