電池組電流監測的製作方法
2023-10-09 23:31:49 1
專利名稱：電池組電流監測的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於無線電氣裝置的電池組，而且尤其涉及電池組電流監測。
背景技術：
各種無線電氣裝置都可以由電池組來供電。這樣的無線電氣裝置的實例包括但不限於，膝上型計算機、蜂窩式電話、個人數字助理以及例如鑽之類的電動工具。這種電池組可以包括多個電池單元和電源開關，以允許電池單元提供電流(放電操作模式)或者被充電(充電操作模式)。電池組還可以包括由電池單元供電的電池狀態監測電路，以執行多個任務，以此維持電池單元安全和期望的使用。
在常規電池組中，可以使用電流檢測電阻器與電池組的電池單元串聯，以提供一信號給電池狀態監測電路，該信號表示來自或進入電池單元的電流。對於弱電流應用，使用該電流檢測電阻器是可接受的。但是，對於強電流應用，該電流檢測電阻器會導致過度的功率損耗。另外，該電流檢測電阻器促使產生額外的元件和連接成本。因此，需要一種不使用電流檢測電阻器的電池組電流監測。
發明內容
根據本發明的一方面，提供了一種電池組。該電池組可以包括至少一個電池單元、一開關、一熱敏電阻和電池狀態監測電路，其中開關具有取決於開關的溫度的導通電阻，熱敏電阻具有隨溫度改變而變化的電阻。該電池狀態監測電路可以被配置成，監測由流經開關的電流引起的跨過開關兩端的電壓降和熱敏電阻的電阻，以使該電壓降和該電流相互關聯。
本發明所述的電池組，所述熱敏電阻被置於接近所述開關處。
本發明所述的電池組，所述開關包括一放電開關，將所述放電開關配置成，閉合所述放電開關以啟動所述至少一個電池單元，以提供放電電流給負載，所述電壓降表示所述放電電流。
本發明所述的電池組，所述放電開關包括一金屬氧化物半導體場效應電晶體，並且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極和源極端子的電壓降。
本發明所述的電池組，所述電池狀態監測電路包括一讀出放大器，所述讀出放大器具有一耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述源極的另一輸入，將所述讀出放大器配置成放大跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極和源極端子的所述電壓降，並提供一個表示流經所述開關的所述電流的輸出信號。
本發明所述的電池組，所述開關包括一充電開關，將所述充電開關配置成，閉合所述充電開關以啟動所述至少一個電池單元，以由來自充電電源的充電電流充電，所述電壓降表示所述充電電流。
根據本發明的另一方面，提供有一種無線電氣裝置。該無線電氣裝置可以包括負載以及要提供電力給負載的電池組。該電池組可以包括至少一個電池單元、一開關、一熱敏電阻和電池狀態監測電路，其中開關具有取決於開關的溫度的導通電阻，熱敏電阻具有隨溫度改變而變化的電阻。該電池狀態監測電路可以被配置成，監測由流經開關的電流引起的跨過開關兩端的電壓降和熱敏電阻的電阻，以使該電壓降和該電流相互關聯。
本發明所述的無線電氣裝置，所述熱敏電阻被置於接近所述開關處。
本發明所述的無線電氣裝置，所述開關包括一放電開關，將所述放電開關配置成，閉合所述放電開關以啟動所述至少一個電池單元，以提供放電電流給負載，所述電壓降表示所述放電電流。
本發明所述的無線電氣裝置，所述放電開關包括一金屬氧化物半導體場效應電晶體，並且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極和源極端子的電壓降。
本發明所述的無線電氣裝置，所述電池狀態監測電路包括一讀出放大器，所述讀出放大器具有一耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述源極的另一輸入，將所述讀出放大器配置成放大跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極和源極端子的所述電壓降，並提供一個表示流經所述開關的所述電流的輸出信號。
本發明所述的無線電氣裝置，所述開關包括一充電開關，將所述充電開關配置成，閉合所述充電開關以啟動所述至少一個電池單元，以由來自充電電源的充電電流充電，所述電壓降表示所述充電電流。
根據本發明的再一方面，提供有一種方法。該方法可以包括當電池組的開關閉合時監測跨過該開關兩端的電壓降，該開關具有取決於開關的溫度的導通電阻，並通過計算溫度的改變使得該電壓降和流經該開關的電流相互關聯。
本發明所述的方法，還包括也通過計算所述開關的起始增益而將所述電壓降和流經所述開關的所述電流相互關聯。
本發明所述的方法，所述開關包括一放電開關，所述電流包括一從所述至少一個電池單元流向負載的放電電流，所述放電開關包括一金屬氧化物半導體場效應電晶體，並且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極和源極端子的電壓降。
所要求的主題的實施例的特徵和優點，將會隨著下列詳細描述的進行以及在參考附圖的基礎上而變得清楚，其中相同的附圖標記表示相同的部分，並且在其中圖1是具有含電池狀態監測電路的電池組的無線電氣裝置的示圖；圖2是更詳細描述的圖1的電池狀態監測電路的示圖；以及圖3是根據實施例的操作流程圖。
具體實施例方式
雖然下列詳細描述將會參照示例性的實施例來進行，但是，其許多選擇、變形和變化對本領域技術人員來說是明顯的。因此，意欲將所要求的主題解釋得更寬。
圖1示出了一種具有電池組102的無線電氣裝置100，該電池組102可以在電池供電模式期間向負載104提供電力。負載104可以表示裝置100的整個負載，其可以耦合到電池組102的VPACK+端子118和VPACK-端子116。無線電氣裝置100可以包括但不限於膝上型計算機、蜂窩式電話、個人數字助理以及例如鑽、圓鋸、撒砂器等電動工具。在一個實施例中，當無線電氣裝置是電動工具時，負載104可以是電動工具自身。除了在電池供電模式中提供電力給負載104之外，電池組102也可以由DC電源(未示出)再充電，該DC電源例如是ACDC適配器，其也可以同時向負載104提供電力。在其它例子中，電池組102可以輕易地從無線電氣裝置100中移除，並耦合到用於充電的外部電池充電器。
電池組102可以包括一個或多個電池單元106，與電池單元106串聯的開關110，位於接近開關110處的熱敏電阻126，以及電池狀態監測電路108。當在此處的任一實施例中使用時，「電路」可以單獨或以任意的組合方式包括例如，硬連線的電路、可編程電路、狀態機電路、和/或存儲由可編程電路執行的指令的固件。開關110可以是放電開關，其閉合以提供從電池單元106到負載104的放電路徑；或為充電開關，其閉合以提供從充電電源到電池單元106的充電路徑。電池單元106可以是任一種化學電池，例如鋰電池。開關110可以是電晶體，例如場效應電晶體(FET)。
通常，電池狀態監測電路108可以通過監測跨過開關110兩端的電壓降來監測流經該開關的電流。開關110的導通電阻可以隨開關的溫度而變化，因而影響跨過開關兩端的電壓降。所以，電池狀態監測電路108可以通過計算開關110的溫度的改變，使得該電壓降與流經該開關的電流相互關聯。流經該開關110的電流水平可以由電池單元106的充電/放電電流來表示。
電池狀態監測電路108還可以將關於充電/放電電流的測量結果的數據，轉換和發送給相關無線電氣裝置100的功率調節控制器124。電池狀態監測電路108還可以接收並執行來自功率調節控制器124的指令。電池狀態監測電路108還可以按功率調節控制器124的指示驅動開關110和電池組102的其它開關(未示出)。在合適的時候，當功率調節控制器124未能發出任何控制信號時，電池狀態監測電路108也可以不管來自功率調節控制器124的指令，而提供默認狀態給電池組102的開關。
為了監測流入或者來自電池單元106的電流，電池狀態監測電路108可以利用開關110的導通電阻。當開關110閉合時，開關110可以具有特殊的導通電阻。導通電阻值可以隨例如開關110的環境溫度、開關增益和開關的其他細節等因素而變化。開關110的導通電阻可以隨溫度的改變而成比例的變化。當電流流經開關110時，該開關的導通電阻會產生跨過開關兩端的與該電流水平成比例的電壓降。
為了考慮影響開關110的導通電阻的因素，可以執行校準來使得例如起始增益和環境溫度兩者的因素與導通電阻相關。可以將所測量的相關性保存在存儲器中，該存儲器例如是功率調節控制器124的永久性存儲器129。該變化規則可以引入到作為溫度的函數的μC中，從而補償電流測量值。
圖2更詳細地示出了圖1的電池組102的電池狀態監測電路108。電池狀態監測電路108可以包括讀出放大器206和放電驅動器202。電池組102可以具有熱敏電阻126，該熱敏電阻126具有隨溫度改變而變化的電阻204。開關110可以是放電開關，其閉合以提供放電電流給負載104a，並且該放電開關可以使用電晶體來實現，例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)Q1。MOSFET Q1的控制端即柵極可以從放電驅動器202接收控制信號。MOSFET Q1的源極可以耦合到I_P端子240，該端子240然後耦合到讀出放大器206的非反相輸入端。MOSFET Q1的漏極可以耦合到I_M端子242，該端子242然後耦合到讀出放大器206的反相輸入端。可以在I_M_OUT端子210和I_P_OUT端子208上提供讀出放大器206的輸出。
操作中，當從電池單元106將放電電流(I_load)提供給負載時，電流會流過放電MOSFET Q1。MOSFET的導通電阻會在跨過源極和漏極端子產生電壓降。該電壓降會被讀出放大器206放大，並在讀出放大器的輸出端子210、208提供。在一個實施例中，為了監測流經MOSFET Q1的電流水平，電池監測電路108會分析來自讀出放大器206的I_M_OUT端子210和I_P_OUT端子208的信號，以及熱敏電阻126的電阻204，以確定放電電流。將熱敏電阻126置於接近MOSFET Q1處，並且該熱敏電阻126具有電阻204，該電阻隨溫度迅速地且可預測地變化。
電池狀態監測電路108也可以將來自電池單元106的放電電流與表示最大放電電流水平的閾值作比較。如果電池狀態監測電路108檢測到放電電流大於或者等於該最大放電電流水平，則它會提供一個輸出控制信號以保護無線電氣裝置的元件。可以將該輸出控制信號供給一個或者多個在電池組102中例如MOSFET Q1的開關，以打開MOSFET Q1，或者可以將其提供給位於電池組102外部的其它電路，例如功率調節控制器124。
圖3是根據實施例的操作300的流程圖。操作302可以包括，當開關閉合時，監測跨過電池組的開關兩端的電壓降，該開關具有取決於開關溫度的導通電阻。操作304可以包括，通過計算溫度中的改變，使得該電壓降與流經該開關的電流相互關聯。
有利地，可以消除對於利用傳統檢測電阻器來監測來自電池單元或者流入電池單元的電流的需要。這就節約了獲取和連接檢測電阻器的成本，還消除了由檢測電阻器導致的、當電流水平增高時會變得很顯著的功率損耗。
在文中所使用的術語和措辭是用作描述性的術語，而非限制性的，並且不企圖使用上述術語和措辭排除任何所顯示和所描述的特徵(或其部分)的等同物，還可以認識到在權利要求的範圍內各種變形都是可以的。其他變形、變化和替換也是可以的。
權利要求
1.一種電池組，其特徵在於，該電池組包括至少一個電池單元；一開關，所述開關具有取決於所述開關的溫度的導通電阻；一熱敏電阻，所述熱敏電阻具有隨所述溫度改變而變化的電阻；以及電池狀態監測電路，將所述電池狀態監測電路配置成，監測由流經所述開關的電流引起的跨過所述開關兩端的電壓降和所述熱敏電阻的所述電阻，以使所述電壓降和所述電流相互關聯。
2.根據權利要求1所述的電池組，其特徵在於，所述熱敏電阻被置於接近所述開關處。
3.根據權利要求1所述的電池組，其特徵在於，所述開關包括一放電開關，將所述放電開關配置成，閉合所述放電開關以啟動所述至少一個電池單元，以提供放電電流給負載，所述電壓降表示所述放電電流。
4.根據權利要求3所述的電池組，其特徵在於，所述放電開關包括一金屬氧化物半導體場效應電晶體，並且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極和源極端子的電壓降。
5.根據權利要求4所述的電池組，其特徵在於，所述電池狀態監測電路包括一讀出放大器，所述讀出放大器具有一耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述源極的另一輸入，將所述讀出放大器配置成放大跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極和源極端子的所述電壓降，並提供一個表示流經所述開關的所述電流的輸出信號。
6.根據權利要求1所述的電池組，其特徵在於，所述開關包括一充電開關，將所述充電開關配置成，閉合所述充電開關以啟動所述至少一個電池單元，以由來自充電電源的充電電流充電，所述電壓降表示所述充電電流。
7.一種無線電氣裝置，其特徵在於，該無線電氣裝置包括一負載；以及向所述負載提供電力的電池組，所述電池組包括至少一個電池單元；一開關，所述開關具有取決於所述開關的溫度的導通電阻；一熱敏電阻，所述熱敏電阻具有隨所述溫度改變而變化的電阻；以及電池狀態監測電路，將所述電池狀態監測電路配置成，監測由流經所述開關的電流引起的跨過所述開關兩端的電壓降和所述熱敏電阻的所述電阻，以使所述電壓降和所述電流相互關聯。
8.根據權利要求7所述的無線電氣裝置，其特徵在於，所述熱敏電阻被置於接近所述開關處。
9.根據權利要求7所述的無線電氣裝置，其特徵在於，所述開關包括一放電開關，將所述放電開關配置成，閉合所述放電開關以啟動所述至少一個電池單元，以提供放電電流給負載，所述電壓降表示所述放電電流。
10.根據權利要求9所述的無線電氣裝置，其特徵在於，所述放電開關包括一金屬氧化物半導體場效應電晶體，並且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極和源極端子的電壓降。
11.根據權利要求10所述的無線電氣裝置，其特徵在於，所述電池狀態監測電路包括一讀出放大器，所述讀出放大器具有一耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述源極的另一輸入，將所述讀出放大器配置成放大跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的所述漏極和源極端子的所述電壓降，並提供一個表示流經所述開關的所述電流的輸出信號。
12.根據權利要求7所述的無線電氣裝置，其特徵在於，所述開關包括一充電開關，將所述充電開關配置成，閉合所述充電開關以啟動所述至少一個電池單元，以由來自充電電源的充電電流充電，所述電壓降表示所述充電電流。
13.一種方法，其特徵在於，該方法包括當電池組的開關閉合時監測跨過所述開關兩端的電壓降，所述開關具有取決於所述開關的溫度的導通電阻；以及通過計算所述溫度的改變而使得所述電壓降和流經所述開關的電流相互關聯。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，還包括也通過計算所述開關的起始增益而將所述電壓降和流經所述開關的所述電流相互關聯。
15.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述開關包括一放電開關，所述電流包括一從所述至少一個電池單元流向負載的放電電流，所述放電開關包括一金屬氧化物半導體場效應電晶體，並且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導體場效應電晶體的漏極和源極端子的電壓降。
全文摘要
本發明涉及一種電池組電流監測。該電池組可以包括至少一個電池單元、一個開關、一個熱敏電阻和電池狀態監測電路，其中開關具有取決於開關的溫度的導通電阻，熱敏電阻具有隨溫度改變而變化的電阻。該電池狀態監測電路可以被配置成，監測由流經開關的電流引起的跨過開關兩端的電壓降和熱敏電阻的電阻，以使該電壓降和該電流水平相互關聯。還提供一種包括所述電池組的無線電氣裝置以及一種有關的方法。
文檔編號G01R31/36GK1832248SQ20061005683
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月7日 優先權日2005年3月7日
發明者康斯坦丁·布克, 瑪利安·尼古拉 申請人:美國凹凸微系有限公司