專利名稱：多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電池剩余電量管理架構(gòu)，特別是有關(guān)于一種適用于多節(jié)電池 芯的電池(battery with multi cells)剩余電量管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池可說是一切便攜式電子裝置動(dòng)力來源，例如移動(dòng)電話、筆記本電腦、個(gè)人數(shù) 字助理、隨身聽等等，皆有賴電池提供電力。但畢竟電池只是一種蓄積電量的裝置，便攜式 電子裝置使用時(shí)就消耗電池的電能。當(dāng)便攜式電子裝置被開啟以使用時(shí)，電池電力就會持 續(xù)被消耗直至該便攜式電子裝置被關(guān)閉或者剩余的電能不足以驅(qū)動(dòng)該裝置時(shí)，便攜式電子 裝置就會被強(qiáng)迫關(guān)閉。后者所表示意義是儲存于電池內(nèi)的電力低于一臨界值。一般而言， 不管以環(huán)保考量，或者以長時(shí)間總平均成本思考，便攜式電子裝置多會采取電池再充電的 方式，將原來耗損的電能補(bǔ)充回來。一電池管理程序良好的電池通?？杀恢貜?fù)充電數(shù)百次，甚至達(dá)數(shù)千次。另一方面， 由于電池的續(xù)航力也常被來評斷筆記本電腦的好壞，因此，多數(shù)的筆記本電腦不但要求單 一電池芯本身的電池容量要高，更要求一個(gè)電池包包括有不只一節(jié)的電池芯，例如至少二 節(jié)甚至四節(jié)或六節(jié)的電池芯。如此一來，由于每節(jié)電池芯本身所含化學(xué)性質(zhì)及在電池包的 相對位置都可能使每節(jié)電池芯電量的消耗有所差異，因此，電池的管理就相對要比只有單 節(jié)電池芯來得更復(fù)雜。請參見圖1所示的多節(jié)電池芯電量管理架構(gòu)的電池包及筆記本電腦相對關(guān)系的 示意圖。圖1中的電池包10包括了多節(jié)電池芯15，電池保護(hù)電路20，電池特性檢測模塊 25，電池電量計(jì)算模塊30 (gauge)，從SMBus (System Management Bus,系統(tǒng)管理總線)控制 器40s、P+及P-。其中，P+及P-是電池包提供給筆記本電腦50的電源線，或者筆記本電腦 50經(jīng)上述電源線對電池包充電。電池保護(hù)電路20包括過充電比較器，過放電比較器、過電 流比較器及MOS FET等(未圖示)，而電池特性檢測模塊25則包括非電性檢測模塊25a與 電性檢測模塊25b。非電性檢測模塊2 如電池芯表面溫度檢測，而電性檢測模塊2 則是 電池芯15的充、放電電流及每節(jié)電池芯電壓的檢測。而電池容量計(jì)算模塊30則包括一微 處理器，微處理器以電池特性檢測模塊25輸出的電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)為依據(jù)，由 微處理器的只讀存儲器或其它電可擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM)或快閃存儲器存放的 程序計(jì)算出電池芯15的剩余電量。至于從SMBus控制器40s則是一種通信接口，藉以和使 用該電池包的便攜式電子裝置，如筆記本電腦50通信。另一方面，筆記本電腦50對應(yīng)于電池包10的部分則包括了主SMBus控制器40m 和嵌入控制器(embedded controller ；在此及以后稱為EC)45。其中主SMBus控制器40m 和從SMBus控制器40s顧名思義，二者有主從(master-slave)關(guān)系。主SMBus控制器40m 具有主動(dòng)對從SMBus控制器40s詢電量數(shù)據(jù)能力，而從SMBus控制器40s則是被動(dòng)回應(yīng)。對筆記本電腦50而言，EC 45是內(nèi)建于鍵盤控制器內(nèi)。不同于桌上型電腦，筆記 本電腦的鍵盤控制器包括了一微處理器，結(jié)合主SMBus控制器40m，可以經(jīng)由從SMBus控制器40s向電池包要求電池容量的數(shù)據(jù)。有了 EC 45，它不需要占用筆記本電腦50的中央處 理單元的資源而可以單獨(dú)管理電池的電量，并將電量數(shù)據(jù)提供給筆記本電腦的作業(yè)系統(tǒng)以 進(jìn)行電池電量的監(jiān)控與管理。另一種已知多節(jié)電池芯電量管理架構(gòu)，請參見圖2所示的示意圖。圖2中的電池包210包括了多節(jié)電池芯215，電池保護(hù)電路220，非電性檢測模塊 22 ，從SMBus控制器MOs。對應(yīng)的筆記本電腦250端則包括了主SMBus控制器MOm和 EC及電池電量計(jì)算模塊(gauge) 230、電性檢測模塊22恥。P+及P_，一如上述為電源線。其中，主SMBus控制器40m和從SMBus控制器40s的主從(master-slave)關(guān)系，一 如已知圖1的架構(gòu)，但電性檢測模塊230及電量計(jì)算模塊則分別利用筆記本電腦250端鍵 盤控制器本身的硬件及EC 230中的固件來完成。電性檢測模塊22 經(jīng)由多節(jié)電池芯215 的一端P-及電池保護(hù)電路220的輸出端取得多節(jié)電池芯215的端電壓，因此，它量測的是 整組電池芯的端電壓、充電電流及放電電流，而EC 230的固件并無法管理每一節(jié)電池芯。比較第一種傳統(tǒng)的多節(jié)電池芯管理架構(gòu)(圖1)及第二種傳統(tǒng)多節(jié)電池芯管理架 構(gòu)(圖2)，可以發(fā)現(xiàn)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。第二種傳統(tǒng)多節(jié)電池芯管理架構(gòu)可以降低電池包的 成本，因?yàn)槠鋺?yīng)用了 EC 230上的硬件與軟件來完成多節(jié)電池芯215剩余電量量測，但缺點(diǎn) 是它沒辦法獲得單節(jié)電池芯的電壓，這對于多節(jié)電池芯215的單節(jié)電池芯管理而言是不利 的。而第一種傳統(tǒng)多節(jié)電池芯管理架構(gòu)量到的是每一節(jié)電池芯的電壓，可以管理每一節(jié)電 池芯，但缺點(diǎn)是電池包的成本會較高，因?yàn)殡姵匕?0在出廠時(shí)就需要完整但耗時(shí)的校正與 量測，此外，電池包10需要內(nèi)建一微處理器及相關(guān)的檢測模塊于其內(nèi)。有鑒于此，業(yè)內(nèi)希望提出一種包括上述兩種傳統(tǒng)多節(jié)電池芯管理架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)于一 身的多節(jié)電池芯管理架構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭露一種多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)包括電池包及便攜式電子裝置，其中，電池 包包括了電池的電性及非電性檢測模塊、多節(jié)電池芯、電池保護(hù)電路、從電池通信協(xié)議控制 器(communication protocol controller)，而便攜式電子裝置則包括嵌入控制器及主電 池通信協(xié)議控制器，電池剩余電量計(jì)算所需要的參數(shù)由電池包內(nèi)的電池的電性及非電性檢 測模塊量度，經(jīng)由SMBus界面，傳送至便攜式電子裝置的嵌入控制器進(jìn)行計(jì)算。因此，本發(fā)明的電池包可以省掉微處理器，但卻可管理每一節(jié)的電池芯，提高電池 包的安全性與使用壽命。
通過以下詳細(xì)的描述結(jié)合所附附圖，將可輕易明了上述內(nèi)容及此項(xiàng)發(fā)明的諸多優(yōu)
點(diǎn)，其中圖1示依據(jù)已知技術(shù)第一實(shí)施例所繪的多節(jié)電池芯管理架構(gòu)示意圖。圖2示依據(jù)已知技術(shù)第二實(shí)施例所繪的多節(jié)電池芯管理架構(gòu)示意圖。圖3示依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例所設(shè)計(jì)的多節(jié)電池芯管理架構(gòu)示意圖。圖4示依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例所設(shè)計(jì)的多節(jié)電池芯管理的電池包內(nèi)部電路方 塊示意圖。
附圖標(biāo)號
電池包 10，210，310嵌入控制器45
電池保護(hù)電路20，220，320電池電量計(jì)算模塊30
EC+電池電量計(jì)算模塊230，330驅(qū)動(dòng)及延遲電路320a
多節(jié)電池芯15,215,315筆記本電腦50，250，350
電池非電性檢測模塊25a，22 電池電性及非電性檢測模塊25，325
電池電性檢測模塊25b，225b電流檢測電路327
從 SMBus 控制器 40s, 240s主 SMBus 控制器 40m, 240m
庫侖計(jì)數(shù)器323模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器329
溫度檢測器328電壓比較器組331
電可擦寫可編程只讀存儲器337寄存器組336
控制邏輯電路339排線339a
SMbus 接 口 338電池包電源端P+，P-
具體實(shí)施例方式如先前所述，第一種傳統(tǒng)的多節(jié)電池芯管理架構(gòu)(圖1)及第二種傳統(tǒng)多節(jié)電池芯 管理架構(gòu)(圖2)，各有其優(yōu)劣點(diǎn)。本發(fā)明則提供另一種多節(jié)電池芯管理架構(gòu)它包括了以上 兩種的優(yōu)點(diǎn)。請參考圖3所示的方塊示意圖。電池包310包括了多節(jié)電池芯315、電池保 護(hù)電路320、電池電性及非電性檢測模塊325、從電池通信協(xié)議控制器340s，便攜式電子裝 置350例如筆記本電腦端則包括了 EC(嵌入控制器)330、電池電量計(jì)算模塊(gauge，包裝 于EC嵌入式控制器330內(nèi))、及主電池通信協(xié)議控制器340m。電池通信協(xié)議控制器除了 SMBus以外，尚有其他的電池通信協(xié)議，例如，1 與HDQ。P+及P_，一如已知技術(shù)所述為電 源線，EC (嵌入控制器)330內(nèi)建于鍵盤控制器內(nèi)。在此，電池電性量測及非電性量測的裝置和傳統(tǒng)第一種多節(jié)電池芯管理架構(gòu)相 同，都是放在電池包310內(nèi)。但電池電量的計(jì)算則在筆記本電腦端350。因此，在電池包中不 需要有微處理器。筆記本電腦端350只要通過SMBus傳送的信息，并藉助EC的微處理器及 其所包括的固件程序即可以計(jì)算出多節(jié)電池芯315的剩余電量，再搭配筆記本電腦端350 的作業(yè)系統(tǒng)即可以達(dá)成整個(gè)系統(tǒng)的電量管理監(jiān)控與管理。除此之外，EC(嵌入控制器)330 通過主電池通信協(xié)議控制器340m及從電池通信協(xié)議控制器340s可以設(shè)定及獲得電池包 310的內(nèi)部參數(shù)與狀態(tài)，達(dá)成管理電池包310的目的。本發(fā)明的電池包方塊圖架構(gòu)更進(jìn)一步的說明請參見圖4。電池保護(hù)電路320包括 驅(qū)動(dòng)及延遲電路320a、電壓比較器組331、FET UFET 2及FET3，以提供電池包的充電及放 電保護(hù)。其中，電壓比較器組331包括多個(gè)電壓比較器，以分別提供每一節(jié)電池芯的端電壓 和參考電位比較。電池電性及非電性檢測模塊325包括電流檢測電路327、溫度檢測器328、模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器(ADC) 329、及庫侖計(jì)數(shù)器323。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3 是采多工的方式循序抽取多 節(jié)電池芯315、電阻Rs的跨壓及溫度檢測器3 所傳送的電壓，模擬轉(zhuǎn)數(shù)字后存放于寄存器 組336。其中，溫度檢測器3 檢測多節(jié)電池芯315表面的溫度，電池平衡電路3 傳來每 節(jié)電池芯電壓的模擬信號，電流檢測電路327量的是電阻Rs的跨壓。其中，電流檢測電路327量的電阻Rs跨壓信號，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器3 轉(zhuǎn)換后以庫侖計(jì)數(shù)器331執(zhí)行累加(充 電時(shí))及累減(放電時(shí))的運(yùn)算，再存于寄存器組336對應(yīng)的寄存器中，即電池芯315的充 電及放電電流累積量。從電池通信協(xié)議控制器340s在一實(shí)施例中是一 SMbus控制器，包括寄存器組 336 (內(nèi)含多個(gè)寄存器)、電可擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM) 337、一控制邏輯電路339、一 SMbus接口 338。其中，電可擦寫可編程只讀存儲器337儲存電池包的一些特性參數(shù)，EC將 控制電池包的指令，通過SMbus的傳送，驅(qū)使控制邏輯電路339通過排線339a將數(shù)字控制 信號傳送至電池包內(nèi)所有功能方塊，以管理整個(gè)電池包。為避免圖面過于擁擠，排線339a 和各模塊并未示出。電池包的內(nèi)部運(yùn)作為已知的技術(shù)，以下僅略述圖4的運(yùn)作程序。首先是電池平 衡功能，電池包管理的第一控制參數(shù)由筆記本電腦的主SMbus控制器340m經(jīng)由電池包的 SMbus接口 338傳送至寄存器組336?？刂七壿嬰娐?39在接收到寄存器組336的第一控制 參數(shù)時(shí)便由控制邏輯電路339發(fā)出第一控制信號通過排線339a傳送至電池平衡電路326。 電池平衡電路3 藉第一控制信號控制每一節(jié)電池芯的充放電。當(dāng)某一節(jié)電池芯電壓達(dá)第 一預(yù)設(shè)值時(shí)就禁止該節(jié)電池芯繼續(xù)充電，但允許其它節(jié)電池芯端電壓未達(dá)第一預(yù)設(shè)值者繼 續(xù)充電。當(dāng)某一節(jié)電池芯電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)就禁止該節(jié)電池芯繼續(xù)放電但允許其它節(jié) 電池芯端電壓未低于第二預(yù)設(shè)值者繼續(xù)放電。電池平衡電路3 盡可能維持所有的每一節(jié) 電池芯的剩余可用電量接近。電池平衡電路3 盡可能平衡每一節(jié)電池芯的電壓。是有其必要的。在使用一段 時(shí)日后每一節(jié)電池芯放電或充電能力會因電池芯所填充的化學(xué)聚合物性變化而有差異性。 沒有電池平衡電路3 將可能因多節(jié)電池芯的其中一節(jié)電池芯特性變差而導(dǎo)致多節(jié)電池 芯的蓄電能力愈來愈差。其次是電池充放電保護(hù)功能，電池包管理的第二控制參數(shù)也是由筆記本電腦的主 SMbus控制器:340m經(jīng)由電池包的SMbus接口 338傳送至寄存器組336。控制邏輯電路339 在接收到寄存器組336的第二控制參數(shù)時(shí)便由控制邏輯電路339發(fā)出第二控制信號通過排 線339a給電壓比較器組331。電壓比較器組331的結(jié)果將傳送到電池保護(hù)電路320，并且控 制充電開關(guān)FETl及放電開關(guān)FET2。充電開關(guān)FETl的柵極連接于接腳C0，放電開電關(guān)FET2 的柵極連接于接腳DO。當(dāng)多節(jié)電池芯電壓的某一節(jié)電池芯達(dá)第三預(yù)設(shè)值時(shí)就關(guān)閉充電電關(guān)FETl以禁止 電池包內(nèi)的多節(jié)電池芯繼續(xù)充電，當(dāng)多節(jié)電池芯電壓的某一節(jié)電池芯低于第四預(yù)設(shè)值時(shí)就 關(guān)閉放電電關(guān)FET2以禁止電池包內(nèi)的多節(jié)電池芯繼續(xù)放電。換言之，第二控制參數(shù)是控制電池包整體的充電及放電。而第一控制參數(shù)只是控 制某一節(jié)電池芯的充電及放電。而要能達(dá)到上述管理電池包的功能，則電池平衡電路326 及電壓比較器組331必須可以獲知單節(jié)電芯的電壓的環(huán)境下方可行。本發(fā)明的多節(jié)電池芯管理架構(gòu)具有以下的好處(1)電池包可以省掉微處理器，因?yàn)?，依?jù)量度的參數(shù)計(jì)算的模塊是由便攜式電子 裝置的嵌入控制模塊進(jìn)行。(2)多節(jié)電池芯的每節(jié)電池芯單獨(dú)量度因此有更佳的管理能力而達(dá)到延長電池壽 命以及更高安全性的目的。
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(3)電池包材料成本及測試成本可以獲得降低，但仍無損于可以對多節(jié)電池芯的 每節(jié)電池芯單獨(dú)量度。本發(fā)明雖以較佳實(shí)例闡明如上，然其并非用以限定本發(fā)明精神與發(fā)明實(shí)體僅止于 上述實(shí)施例爾。是以，在不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)所作的修改，均應(yīng)包括在權(quán)利要求的 保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)至少包括一電池包包括多節(jié)電池芯，電池電性及非電性檢測模塊，從電池通信協(xié)議控制器，及電池保護(hù)電路，其中所述電池電性及非電性檢測模塊連接于從電池通信協(xié)議控制器與 所述多節(jié)電池芯之間，以檢測所述多節(jié)電池芯的電性及非電性特性的數(shù)據(jù)，并向所述從電 池通信協(xié)議控制器傳送所述數(shù)據(jù)，或由所述從電池通信協(xié)議控制器獲取第一控制參數(shù)及第 二控制參數(shù)，結(jié)合所述電池保護(hù)電路以管理所述多節(jié)電池芯；及一便攜式電子裝置包括電池電量計(jì)算模塊及主電池通信協(xié)議控制器，所述主電池通信協(xié)議控制器主動(dòng)向所述 電池包的所述從電池通信協(xié)議控制器1)要求所述檢測的數(shù)據(jù)并交由電池電量計(jì)算模塊計(jì) 算所述多節(jié)電池芯的每一單節(jié)電池芯的剩余電量，幻傳送所述第一控制參數(shù)及第二控制參 數(shù)至所述從電池通信協(xié)議控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電性及非電檢測模塊 向所述從電池通信協(xié)議控制器傳送的數(shù)據(jù)至少包括所述多節(jié)電池芯的單節(jié)電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電性及非電檢測模塊 向所述從電池通信協(xié)議控制器傳送的數(shù)據(jù)，更包括流入及流出所述多節(jié)電池芯的電流。
4.如權(quán)利要求1所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一控制參數(shù)控制 多節(jié)電池芯中每一節(jié)電池芯的充放電。
5.如權(quán)利要求1所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二控制參數(shù)是控 制電池包整體的充電及放電。
6.如權(quán)利要求1所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池電量計(jì)算模塊 設(shè)于所述便攜式電子裝置的嵌入控制器內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池電量計(jì)算模塊 是以固件或軟件型式設(shè)于所述便攜式電子裝置的嵌入控制器內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的嵌入控制器存在于 所述便攜式電子裝置的鍵盤控制器中。
9.如權(quán)利要求1所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的從電池通信協(xié)議控 制器及主電池通信協(xié)議控制器包括SMBus、l2C、HDQ其中的一種。
10.如權(quán)利要求1所述的多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池的電性及非電 性檢測模塊包括一庫侖計(jì)數(shù)器以執(zhí)行累加或累減進(jìn)出所述多節(jié)電池芯的電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)，所述多節(jié)電池芯管理系統(tǒng)包括電池包及便攜式電子裝置。其中，電池包包括了電池的電性及非電性檢測模塊、多節(jié)電池芯、從電池通信協(xié)議控制器，而便攜式電子裝置則包括嵌入控制器及主電池通信協(xié)議控制器，電池剩余電量計(jì)算所需要的參數(shù)由電池包內(nèi)量度，而電池剩余電量計(jì)算則由便攜式電子裝置的嵌入控制器進(jìn)行。因此，電池包可以不用微處理器，但又達(dá)到每節(jié)電池芯都被管理的目的。
文檔編號H02J7/00GK102082446SQ200910225550
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者薛宗良, 許宏安 申請人:新德科技股份有限公司