備用電池保護系統的製作方法
2023-10-08 18:14:19 1
專利名稱：備用電池保護系統的製作方法
技術領域：
本發明關於一種電池保護系統，更特別的是關於一種根據備用電池的電壓來控制該備用電池是否供電的備用電池保護系統。
背景技術：
傳統電池在大電流且深度過放電時會造成電池不可逆的損壞，進而影響電池的使用壽命，為避免電池過放電的情況發生，通常在電池與負載單元之間，會設計一過放電保護
>J-U裝直。一般的過放電保護裝置利用單顆電晶體做為電池供電的簡易開關，該電晶體根據偵測的電池電壓，而判斷是否導通或關閉，以避免電池過度放電。雖然在偵測到電池的電壓過低時會關閉電池以停止負載的電源供應，然而，當電池停止供電後通常會有電壓的小幅提升，若提升後的電壓又高於電晶體所設定的門檻值時，電晶體就又會被導通，造成電池的再次供電，但是因啟動的電流輸出通常會比較大，造成電池電壓又立即下降而低於該門檻值，電晶體再次被關閉，電池再次停止供電。因此，雖然現有技術能避免電池的過度放電，但卻同時增加電池反覆切換的次數，以及系統(負載)的反覆開關機，如此，通常會對電池造成不良影響也會造成系統的不穩定。
發明內容
本發明的一 目的在於保護備用電池，避免該備用電池因過放電而損壞。本發明的另一目的在於減少備用電池的反覆切換以延長備用電池使用壽命。為達上述目的及其他目的，本發明提供一種備用電池保護系統，其用於保護供電至負載的備用電池，其包含:開關單元以及過放電保護模組。開關單元連接於備用電池與負載之間，以切換備用電池對該負載的供電。過放電保護模組連接於備用電池與開關單元，該過放電保護模組至少設定有一第一預設電壓及一第二預設電壓，以基於備用電池的電壓控制開關單元。過放電保護模組在備用電池的電壓低於第一預設電壓時關閉開關單元，使備用電池停止供電，並於備用電池停止放電後的電壓回升至高於第二預設電壓時開啟開關單元，使該備用電池進行供電。在一實施例中，該過放電保護模組包含:分壓單元、比較單元以及控制單元。分壓單元連接備用電池以將備用電池的電壓分壓為第一分壓電壓及第二分壓電壓。比較單元連接分壓單元，以將第一分壓電壓及第二分壓電壓各別與基準電壓作比較，並輸出比較後所對應產生的第一比較信號及第二比較信號，其中，在該第一比較信號中，該第一分壓電壓是否低於該基準電壓系代表備用電池的電壓是否低於第一預設電壓；在該第二比較信號中，該第二分壓電壓是否高於該基準電壓系代表備用電池的電壓是否高於第二預設電壓。控制單元連接比較單元及開關單元，該控制單元依據該第一比較信號及該第二比較信號控制開關單元切換該備用電池對該負載的供電。在一實施例中，該控制單元用以在第一比較信號代表備用電池的電壓高於第一預設電壓且第二比較信號代表備用電池的電壓低於第二預設電壓時維持開關單元的狀態，以及，用以於第一比較信號代表備用電池的電壓高於第一預設電壓且第二比較信號代表備用電池的電壓高於第二預設電壓時開啟開關單元。在一實施例中，其中該負載可為可攜式電子裝置。由此，本發明的備用電池保護系統由過放電保護模組以將第一分壓與第二分壓分別與基準電壓比較，並根據第一比較信號與第二比較信號，以切換該開關單元，進而控制備用電池輸出至負載的開啟與關閉，有效解決電池反覆供電造成電池壽命降低及負載系統不穩定的問題。
圖1是本發明在一實施例中的備用電池保護系統示意圖。圖中
100,備用電池保護系統；
110，備用電池；
120,過放電保護模組；
122，分壓單元；
124，比較單元;
126，控制單元;
130，開關單元;
140，負載；
CS,控制信號；
Vin,電壓；
VLTH；第一分壓電壓；
VHTH；第二分壓電壓；
Vrefj基準電壓；
51,第一比較信號；
52,第二比較信號。
具體實施例方式為充分了解本發明的目的、特徵及功效，由下述具體的實施例，並配合所附的圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後
請參考圖1，為本發明在一實施例中的備用電池保護系統示意圖，如圖所示，備用電池保護系統100包含過放電保護模組120以及開關單元130。電池保護系統100連接於備用電池110與負載140之間，以對備用電池110的供電提供一種備用電池110的保護機制，而在備用電池110的電壓低在第一預設電壓時關閉開關單元130，使備用電池110停止放電，並於備用電池110停止放電後的電壓回升至高於第二預設電壓時才會再次開啟開關單元 130。
開關單元130連接於備用電池110與該負載140之間，該開關單元130串接於備用電池110供應電力予負載140的路徑上，用以開啟(通路)或關閉(斷路)對該負載140的供電。過放電保護模組120連接於備用電池110以及開關單元130間，由對備用電池110的電壓狀態的偵測來控制開關單元130的開啟(通路)或關閉(斷路)。在一實施例中，過放電保護模組120可包含分壓單元122、比較單元124以及控制單元126。在一實施例中，比較單元124及控制單元126可整合為一 IC晶片，而將各個邏輯元件、運算元件、電子元件等元件集成一電路。比較單元124連接於分壓單元122與控制單元126間。分壓單元122連接備用電池110。備用電池110的電壓Vin提供給分壓單元122後，分壓單元122將其分壓為第一分壓電壓Vra及第二分壓電壓Vhth，並傳遞給比較單元124。其中，第一分壓電壓可被設定為低臨界電壓(Low-Voltage threshold),同時,第二分壓電壓可被設定為高臨界電壓(High-Voltage threshold)。過放電保護模組120中可具有一基準電壓Vref，舉例來說，當前述的整合了比較單元124及控制單元126的IC晶片通電運作時，即可對應地產生預設的該基準電壓V,ef，由於基準電壓VMf的設定方式對熟悉該項技術者來說可根據本發明的技術特徵而輕易地了解及完成，在此不再贅述。比較單兀124系將第一分壓電壓Vmi與基準電壓Vref比較，以產生第一比較信號S1O第二分壓電壓Vhth也與基準電壓VMf比較以產生第二比較信號S2。由第一比較信號S1所代表的是備用電池110的電壓Vin是否低於該第一預設電壓，而第二比較信號S2所代表的是備用電池110的電壓Vin是否高於第二預設電壓。在實施例中，第二預設電壓被設定高於第一預設電壓。本發明的實施例中，舉例來說，比較單元124可由兩運算放大器組成，未圖示，其中，一運算放大器比較第一分壓電Svra與基準電壓vMf，並根據其比較結果輸出第一比較信號S1 ;另一放大器則比較第二分壓電壓Vhth與基準電壓VMf，並根據其比較結果輸出第二比較信號S2。控制單元126可為R-S正反器，其根據所接收的第一比較信號S1與第二比較信號S2w結果送出一控制信號CS，以控制開關單元130;至於開關單元130則可為一電晶體，例如為三端元件，第一端連接備用電池110以接收其供應的電力、第二端連接負載140以傳遞備用電池110的電力予該負載140、三端元件的第三端控制端則為連接至控制單元126以接收該控制信號CS進而控制元件本身的開啟(通路)或關閉(斷路)。實施例中的備用電池110可使用例如一次電池或二次電池。其中，一次電池包含碳鋅電池、礆性電池、水銀電池等。二次電池包含鋰電池、鎳-鎘電池、鎳-氫電池以及鉛蓄電池、以及燃料電池、太陽能電池等。以實際例子來作為本發明實施例的進一步說明，備用電池110為三cell的鋰電池，其電壓為3.6伏特。過放電保護模組120中的基準電壓Vref被設定為1.24伏特。第一預設電壓預設為3.1伏特，第二預設電壓預設為3. 4伏特。當備用電池110的電壓Vin於3. 6伏特的正常工作狀態時，由於電壓值Vin皆高於第一預設電壓(3.1伏特)及第二預設電壓(3. 4伏特)，因此第一比較信號S1及第二比較信號S2使開關單元130開啟備用電池110供電至負載140的路徑。當備用電池110的電壓Vin逐漸開始降低而低至3.1伏特I 4伏特之間時，由於仍未低於第一預設電壓(3.1伏特)，因此就算第二比較信號S2已代表低於第二預設電壓(3. 4伏特)，本發明實施例的開關單元130仍會開啟備用電池110供電至負載140的路徑。當備用電池110的電壓Vin低於第一預設電壓(3.1伏特)時，比較單元124輸出的第一比較信號S1系代表備用電池110的電壓Vin低於該第一預設電壓(3.1伏特)。控制單元126的控制信號CS則使開關單元130關閉，使得備用電池110的電壓Vin不再供電至負載140。當控制單元126輸出控制信號CS以控制開關單元130關閉，使得備用電池110的電壓Vin不再提供電壓至負載140，備用電池110的電壓Vin會慢慢回升。當電壓Vin回升到高於第一預設電壓(3.1伏特)且仍低於第二預設電壓(3.4伏特)時，第一分壓電SVm高於基準電壓VMf (1. 24伏特)，且第二分壓電壓Vhth低於基準電壓Vref。第一比較信號S1及第二比較信號S2會使控制單元126維持該開關單元130目前的狀態。控制單元126持續維持關閉該開關單元130，當備用電池110的電壓Vin回升到高於第二預設電壓時，第一分壓Vra (3.1伏特)高於基準電壓VMf (1. 24伏特)，且第二分壓電壓Vhth(3. 4伏特)高於基準電壓Vref。第一比較信號S1及第二比較信號S2會使控制單元126控制開關單元130重新開啟，使得備用電池110繼續提供電力至負載140。前述的第一比較信號S1及第二比較信號S2的判斷舉例來說可用S-R閂鎖器來完成各種邏輯組合的結果設定。由於本實施例中的備用電池為3cell的鋰電池(1. 2伏特X 3= 3.6伏特)，當鋰電池深度放電，且其電壓低於3伏特時，可能造成備用電池110的損壞，為避免此現象，前述示例將第一預設電壓設定於3.1伏特，以提供備用電池過放電的保護。其中，前述提及的第一預設電壓(3.1伏特)與第二預設電壓(3.4伏特)根據備用電池110的規格來設定的，使用者可根據實際需求來決定第一預設電壓(3.1伏特)與第二預設電壓(3. 4伏特)的大小，至於其大小的設定則可由分壓單元122來決定，舉例來說利用電阻來進行分壓。即，當3.1伏特的電壓經過分壓單元122後所產生的第一分壓電壓Vra必須等於基準電壓VMf (1. 24伏特)，當3. 4伏特的電壓經過分壓單元122後所產生的第二分壓電壓Vhth也必須等於基準電壓VMf (1. 24伏特)。如此，分壓單元122中的電阻即可被確定。上述的效果為當輸入分壓單元122為大於3. 4伏特的電壓時，產生的第一分壓電壓Vm必定大於1. 24伏特，產生的第二分壓電壓Vhth必定大於1. 24伏特；當輸入為小於
3.4伏特的電壓時,產生的第一分壓電壓Vuh必定大於1. 24伏特,產生的第二分壓電壓Vhth則必定小於1.24伏特；當輸入為小於3.1伏特的電壓時，產生的第一分壓電壓Vuh必定小於1. 24伏特，產生的第二分壓電壓Vhth則必定小於1. 24伏特。因此，第一比較信號S1及第二比較信號S2即可被定義出來，進而控制該控制單元126。由本發明的具有過電保護模組120的備用電池保護系統100，其可由偵測備用電池110的電壓VIN，以判斷其是否低於第一預設電壓，或高於第二預設電壓，而提供備用電池110—最佳的保護，而不會使備用電池過度放電，以延長其使用壽命。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明的範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效的變化與置換，均應設為涵蓋於本發明的範疇內。因此，本發明的保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種備用電池保護系統，其特徵在於:其用於保護供電至負載的備用電池，包含: 一開關單元，其連接於該備用電池與該負載之間，以切換該備用電池對該負載的供電；及 一過放電保護模組，其連接於該備用電池與該開關單元，該過放電保護模組至少設定有一第一預設電壓及一第二預設電壓，以基於該備用電池的電壓控制該開關單元，其中，該過放電保護模組在該備用電池的電壓低於該第一預設電壓時關閉該開關單元，使該備用電池停止供電；並在該備用電池停止放電後的電壓回升至高於該第二預設電壓時開啟該開關單元，使該備用電池進行供電。
2.根據權利要求1所述的備用電池保護系統，其特徵在於:其中該過放電保護模組包含: 一分壓單元，其連接該備用電池以將該備用電池的電壓分壓為第一分壓電壓及第二分壓電壓； 一比較單元，其連接該分壓單元，以將該第一分壓電壓及該第二分壓電壓各別與一基準電壓作比較，並輸出比較後所對應產生的第一比較信號及第二比較信號，其中，在該第一比較信號中，該第一分壓電壓是否低於該基準電壓系代表該備用電池的電壓是否低於該第一預設電壓；在該第二比較信號中，該第二分壓電壓是否高於該基準電壓系代表該備用電池的電壓是否高於該第二預設電壓；及 一控制單元，其連接該比 較單元及該開關單元，該控制單元依據該第一比較信號及該第二比較信號控制開關單元切換該備用電池對該負載的供電。
3.根據權利要求2所述的備用電池保護系統，其特徵在於:其中該控制單元用以在該第一比較信號代表該備用電池的電壓低於該第一預設電壓時關閉該開關單元，以及，用以在該第一比較信號代表該備用電池的電壓高於該第一預設電壓且該第二比較信號代表該備用電池的電壓低於該第二預設電壓時維持該開關單元的狀態，以及，用以在該第一比較信號代表該備用電池的電壓高於該第一預設電壓且該第二比較信號代表該備用電池的電壓高於該第二預設電壓時開啟該開關單元。
4.根據權利要求1所述的備用電池保護系統，其特徵在於:其中該備用電池的工作電壓係為3.6伏特，該第一預設電壓為3.1伏特且該第二預設電壓為3.4伏特。
5.根據權利要求3所述的備用電池保護系統，其特徵在於:其中該基準電壓為1.24伏特。
6.根據權利要求1所述的備用電池保護系統，其特徵在於:其中該負載為可攜式電子>J-U裝直。
全文摘要
本發明公開一種備用電池保護系統，其用於保護供電至負載的備用電池，其包含開關單元以及過放電保護模組，開關單元用以切換該備用電池對該負載的供電，當過放電保護模組在備用電池的電壓低於第一預設電壓時關閉開關單元，使備用電池停止放電，並在備用電池停止放電後的電壓回升至高於第二預設電壓時始再次開啟開關單元。由此，本發明的備用電池保護系統由過放電保護模組以將第一分壓與第二分壓分別與基準電壓比較，並根據第一比較信號與第二比較信號，以切換該開關單元，進而控制備用電池輸出至負載的開啟與關閉，有效解決電池反覆供電造成電池壽命降低及負載系統不穩定的問題。
文檔編號H02J7/00GK103078354SQ20111030633
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月11日 優先權日2011年8月12日
發明者高迦得, 謝青峰 申請人:亞旭電子科技(江蘇)有限公司, 亞旭電腦股份有限公司