TWI379488B - Power management systems, battery pack and method for power management thereof - Google Patents

Description

六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種電源管理系統，尤其是關於一種可 控制適配器輸出的電源管理系統。 【先前技術】 圖1所示為傳統電池充電電路100的示意圖。如圖1 所示電池充電電路100係由一適配器（adapter) 102、一 脈衝寬度調變控制器108、一充電器控制器11〇和一電池 組1〇4内的電池保護電路（圖中未示）來實現。適配器ι〇2 =出一固定電壓，而充電器106 (圖中所示為脈衝寬度調 變控制器108以及充電器控制器no)透過控制方塊112中 的電源開關和降壓轉換器（buck c〇nverter)將適配器102 輸出電壓轉化為較低的電壓。因此，傳統的電池充電電 路體積相對較大，且昂貴。 ㈢ώ听不為另一種傳統電池充電電路2〇〇示意圖。電 /充電電路200包括-可控適配器2〇2和一外部控制晶片 圖2中所示之充電器控制器21 〇 )。夕卜 根據電池組胸電流/電壓』^ 需輪出功率。如圖2所示，電池充電電路也 這種雷卜開關212來控制電池組204的充電電流。因此， 種電池充電電路也是體積大且昂貴。 池單==卜於電池失衡現象（例如，該電池組内電 充滿的情況下，另外有此雷池置Λ某些電池早70未被 有二電池早兀部可能出現過充現象。 1379488 在傳統的充電電路中，電池平衡電路可用來緩解這種電池 不均勻㈣題。然而’只有在某電池單元接近滿充時，為 =防止電池過熱現象，才會啟動這種電池平衡模式。由於 ，衡時間的有限性’該電池平衡電路可能效率低。換句話 說’對所有這些€池單元的充電過程，其準確度並不高。 【發明内容】 本發明要解決的技術問題在於提供一種電源管理系 二電池組以及電源管理方法，以在對電池組充電的同時， 調即〜入系統負載的功率使得系統負載正常工作。 ^解決上述技術_，本發明提供了—種電源管理系 雷i 一適配器’對一電池組充電，對-系統負載供 嗶。仏不该適配器一最大適配功率的一功率識別信 卜電池㈣器’設置於該電池組内接收該功率 且根據該電池組的—狀態以及該系❹載的— 產生—控制錢，進而㈣該適配n的-輸出功率， 該功率識廳號和該適配器_輸出功率來控制 本發明還提供了一種電池組，其包括一 ，敗 測該電池組内複數個雷、、也i __ 皿工 皿 备-雷μ 早中每—電池單元且產生指示 写論/之―狀態的—監測信號；以及—電池控制 控電路’並接收指示-適配器之-最大適 率的功率識黯號且根據該 器供電的-系統負载 仏糾及由4適配 1,戰的狀^•、產生一控制信號，以控制該 ^功率，並且根據該功率識別信號和該適配 4 器的該輸*辨來控職電池組。 本發明還提供了一種電源管 適配器—最大適配功㈣—辨識^括接收指示一 :-狀態以及由該適配器供電的-系。載:據 信號’以調節該適配器的功、： 功率識別信號和該適配器的該輪出功率 L貫施方式】 明將::::=_給出詳細的說明。雖然本發 限定意指將本發明 的本發明精神和範圍;、=:=專 此外’在以下對本發明的詳細描 本發明的完全的理解，提 為了k供針對 ,肝捉讶J大里的具體細節。然而，於 ^技^域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細 =本發明同樣可以實施。在另外的—些實例中，對於大 豕熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於 凸顯本發明之主旨。 、 在-實施财’本㈣提供了—種具有可控制適配器 輸^的電池％•理系統。在—實施例中，電池管理系統可根 據早個電池單it的狀態（例如，電池電壓、電池電流、電 池溫度或電池容量）且透過整合於電池、_之㈣電路來 調整適配㈣輸出（例如，適配輯出功率、適配器輸出 電壓或適配器輸出電流）。這樣既可節省"，也可減少成 1379488 本。因此’本發明中的電池管理系統可根據個別電池單元 的狀態來致能（enable)多種充電模式（例如，標準定電流 充電模式、微量（light)定電流充電模式、標準定電壓充 電模式或微量定電壓充電模式>在一實施例中，當電池組 中的所有電池單元皆被充滿時，該電池組充電過程可被終 止，因此可避免電池組出現異常現象（例如，過電壓、過 電流或者充電過度）。 圖3所示為本發明一實施例電池管理系統3〇〇示意 圖。電池管理系統300包括一適配器302 (例如，一可控 適配器）用以對一電池組304充電，其中，電池組304包括 複數個電池單元31〇_l-31〇Jf。 一控制電路320可用於監控電池組304，以及產生一 控制信號350以控制適配器302之輸出功率，進而致能多 種充電模式。更具體地說，控制電路32〇用於根據電池組 304令每個電池單元310」_31〇—Ν的狀態（例如，電池電 塵、電池電流、電池溫度和電池容量）來產生控制信號 350。在一實施例中，與控制電路32〇耦接的適配器3〇2 可對電池組304充電。有利的是，適配器3〇2之輸出端34〇 的輸出功率可以根據控制信號350而被調整。 在-實施财，控制電路320被整合至電池組3〇4内。 因^，電池組3。4可根據每個電池單元之狀態直接控制適 配盗302之輸出端340。因此，外部控制晶片（例如，充 電器控制器）和外部電源開關可被省去。 在-實施例中，控制電路320可以致能標準定電流充 電式CCn ( η=〇 )、微量定電流充電模式CCn 6 jn-1’2’ ···，max，其中max是數字η的一預設最大值’數 子η則代表不同定電流充電模式之數量）、標準定電壓充電 模式CVm ( m=0 )、微量定電壓充電模式cvm (m—1，2，...，max’，其中max，是數字m的一預設最大 故’數字ηι則代表不同定電壓充電模式之數量）、以及充電 二模式但不以此為限。在一實施例中，當出現電池失 衡現^時，微量定電流充電模式或微量定電壓充電模式可 被致能°在—實施例中，當出現任何異常現象或錯誤時， 或者^所有電池卓元都被充滿時，充電終止模式可被致

At 有利的是，在一實施例中，當控制信號350控制適配 器302在其輸出端34〇提供一定充電電流1〇時，標準定電 々il充電模式CC0可被致能。因此，電池組3〇4由此定充電 電流lG進行充電。當控制信號350控制適配器302杳其輸 出端340提供一微量定充電電流In(n=l，2, ...，max)時， 一微量定電流充電模式CCn(n=1，2，…，max)被致能。此 時，電池組304由此微量定充電電流In(n=1，2，...，max) 進行充電。在一個實施例中，Io>Il>l2)>...>Imax。 同理’當控制信號350控制適配器302在其輸出端340 提供一個定充電電壓Vo時，標準定電壓充電模式CVg被致 能。此時，電池組304由此定充電電壓Vq進行充電。當控 制信號350控制適配器302在其輸出端34〇提供一微 充電電壓Vm(m=i，2，...，max，）時，—微量定電壓充電 模式CVm(，l，2，...，max’）被致能。此時，電池纟且3〇4 由微量定充電電壓Vm(m:l，2, .'max，）進行充電。在 1379488 一實施例中，V〇>Vi>V2>-“>Vmax’ 。 有利的是，透過根據每個電池單元的狀態來致能不同 的充電模式（CCo,CCi， ... cCmax，和 CVo，CVi，...’CVmax’），電池組304—所有的電池單元可 以被充滿，並且可以避免異常現象的出現進而延長了電池 壽命。 4 如前所述，在一實施例中，控制電路32〇監控每個電 池單元的狀態，以及控制適配器302的輪出功率，以致^ 多種充電模式（CC〇，CCl，…cc：max， $ CVo，CVi’ ...’CVinax )。在另-實施例中，控制電路32〇 也可設置在電池組304的外部，用於監控電池組3〇4 (例 如’電池組電壓和電池組電流），並產生一控制信號獅， 用於致能多種充電模式（CCo, CCl，…CCmax，和 CV〇，CVl，…，CVmax’）。 圖4所示為本發明另一實施例之電池管理系統4〇〇的 示意圖。在圖4與圖3中標記相同的元件具有相似的功能， 為了簡明起見，在此將不對這些元件進行詳細描述。在圖 4的例子中，電池組30 4包括了三個電池單元3丨〇 _丨、3丨〇 _ 2 和 310_3 。 圖4中，一個監控電路424 (例如，電池容量計量電 路gas gauge)被設置以監控每個電池單元31〇j_31〇—3 的狀態，並且保護任何一個電池單元31〇一^“0-3以避免 出現異常現象（例如，過電壓、過電流、電池過溫以及電 池過度充電）。在一實施例中，監控電路424監控每個電池 單元310_1-310_3，並產生一代表這些電池單元 8 137948« 31〇_1_310_3狀態的監控信號。 舉例來說，監控電路424監控電池單 的電壓’並且產生分別代表這些電壓的監1 控= 490_1-490_3。在一實施例中，由於電池單元31。_二⑽ ^有，的電流’監控電路424可透過—感應電阻彻: 控了：流’並且產生代表此電池電流的監控信；

中’監控電路424也可透過—溫度感應器 4=來i控-電池溫度，並^產生代表此電池溫度的監控 倌號494。在-實施例中，監控電路似還可監控電池 兀310」-31G_3的電池容量，並且產生分別代表電池單元 310—1-310一3電池容量的監控信號（圖中未示）。 有利的是，在一實施例中，一與監控電路424耦接的 指令轉換器426可根據監控信號49(L1_49(L3、4犯和的4

產生一控制信號350。更具體地說，整合至電池組3〇4中 之指令轉換器426可基於每個電池單元之狀態來產生控制 信號350以控制適配器3〇2之輸出功率。因此，在一實施 例中，可以根據這些電池單元的狀態致能不同的充電模 式。在一實施例中，指令轉換器426係被設置於電池組3〇4 外部。指令轉換器426可以透過耦接於指令轉換器426與 電池組304之間之一串聯匯流排（seriai bus)接收監控信 號490__1-490_3、492和494。比如說，單線（11丨1^)匯 流排或者二線式匯流排（例如，系統管理匯流排（System Management Bus, SMBus)、内部積體電路 (Inter-Integrated Circuit，I2C )匯流排等）。 在一實施例中，指令轉換器426可由一處理器（例如， 9 1379488 微處理器）或者一狀態機（state machine)來實現。在一 實施例中，指令轉換器426致能標準定電流充電模式cCn (n=0)、微量定電流充電模式Ccn (n=i，2，…，max)、標 準定電壓充電模式CVm (m=0)、微量定電壓充電模式 (m=l,2, •••,max,)、以及充電終止模式，但不以此為 限。 在一實施例中，控制信號350是類比控制信號。控制 信號350可用於控制由一脈衝寬度調變（puise Width Modulation，PWM)信號產生器480產生的脈衝寬度調變信 號的責任週期。在一實施例中，脈衝寬度調變信號產生器 480係設置於適配器302中。透過調整該脈衝寬度調變信 號的責任週期’適配器302之輸出端340輸出功率相應的 得到調整。換句話說，可以透過控制適配器302内之脈衝 寬度調變信號的責任週期來致能不同的充電模式。比如 說’如果需要根據電池單元狀態來致能標準定電流充電模 式（CCG) ’控制信號350將調整脈衝寬度調變信號的責任 週期，進而使適配器302輸出一定電流1〇。 在另一實施例中，控制信號350是一數位控制信號。 適配器302中設置有一解碼器（圖中未示），用於將數位控 制信號轉化為類比控制信號，以控制適配器302内之脈衝 寬度調變信號的責任週期。 此外，上述指令轉換器426還控制電池組304内的充 電開關430和放電開關432。在一實施例中，當充電開關 430被斷開時，電池充電過程將被終止。當電池組3〇4對 一個系統負載（圖中未示）供電時’放電開關432會被接 10 在一實施例中，為了改善複數個電池單元 310_1 310_3的性能，電池組304包括一用於平衡電池單 元310—1-310—3的電池平衡電路428。電池平衡電路428 可設置在監控電路424内部或外部。在一實施例中，為了 降低流經失衡電池單元之電流，電池平衡電路428可為失 衡電池單元分流出一個漏電流（旁路電流）。如電池平衡電 路428所示，當開關410—1被接通時，電池單元31〇1之 漏電流被致能。當開關410—2被接通時，電池單元31〇 £ 之漏電流被致能。當開關410 _ 3被接通時，電池單元3丨〇 _ 3 之漏電流被致能。開關41〇_1-41〇_3可由監控電路424或 指令轉換器426所控制。因此，電池平衡電路428可由監 控電路424或指令轉換器426所控制。 電池失衡現象包括以下幾種，但不以此為限。在一實 施例中’當電池單元之電壓比其他電池單元之電壓相對高 出一預設值Δν ’則該電池單元處於失衡狀態。在另一實施 例中’當電池單元之電壓超過一預設之臨界電壓值Vbalance 時，則該電池單元處於失衡狀態。又，在另一個實施例中， 當電池單元的電壓變化率(電池單元電壓對時間的微 分）超過一預設之臨界值(化/汾^時，則該電池單元處於失 衡狀態。又，在另一實施例中，當一個電池單元之容量與 其他電池單元之容量相對相差一預設值△〇則該電池單元 處於失衡狀態。 有利的是，如上所述，當電池失衡現象發生時’適配 器302可輸出一較小的充電電流（微量定電流充電模式） 1379488 對電池組304充電。因此，電池平衡電路428需要較長的 電池平衡時間’才能將所有電池單元充滿。 圖5所示為根據本發明一實施例電池管理系統執行的 方法流程圖500。在一實施例中，可對指令轉換器426進 行配置，以使圖4中的電池管理系統以流程圖5〇〇的模式 運作。更具體地說，流程圖500闡明了指令轉換器426如 何根據不同的電池單元狀態來致能不同的充電模式。以下 將結合圖3和圖4對圖5進行描述。 圖5所示之例子中，電池管理系統首先以標準定電流 充電模式CCo對電池組304充電。在一實施例中，如果出 現電池失衡現象，電池管理系統則以微量定電流充電模式 CCn(n=l，2，.'max)對電池組304充電。在一實施例中， 如果電池組304的最高電池單元電壓（例如，電池單元 310_1的電壓為3.8V，電池單元310_2的電壓為3. 9V，電 池單元310_3的電壓為4. 05V，那麼最高電池單元電壓為 4. 05V)大於一預設電壓VI (例如，經離子電池的預設電 壓為3. 9V) ’電池管理系統則執行失衡檢查，以確認是否 出現電池失衡情況。在一實施例中，當檢查出電池失衡現 象時，電池管理系統不僅透過電池平衡電路428在失衡的 電池單元上分流出潙電流，更調整電池組304之充電電流 (例如，減少充電電流）。如果電池組304的電池單元平均 電壓大於一預設電壓V2 (例如，鋰離子電池的預設電壓為 4. 2V)’電池管理系統則以一定電壓充電模式（例如，標準 定電壓充電模式CVG)對電池組304充電。另外，在一實 施例中，電池管理系統還可執行一保護檢查。 12 1379488

在步驟502中’電池管理系統開始對電池組304充電， 並且將象徵不同定電流充電模式之數字η初始化為零。在 步驟504中，一定電流充電模式CCn被控制信號350致能。 比如說，當η被設為零時，一標準定電流充電模式cCo將 被致能。當η介於1到max之間時，一微量定電流充電模 式CCn (n=l，2，···’max)將被致能。步驟506則是執行一 保護檢查，例如’在一實施例中，指令轉換器426接收來 自監控電路424的監控信號，以確認是否出現異常現象（例 如，過電壓、過電流，以及電池溫度過高）。如果出現任何 異常現象’流程則將轉到步驟530中，以終止對電池充電 (致能充電終止模式）。因此’指令轉換器426將斷開充電 開關430以終止對電池充電。如果無異常現象出現，流程 將轉到步驟508。

在步驟508中，指令控制器426將電池組3〇4的電、、也 單元平均電壓與-預設電壓V2進行比較，以確認是否能夠 致能一定電壓充電模式（例如，標準定電壓充電模式 CV0)。在一實施例中，如果電池組304的電池單元平均電 壓大於預設電壓V2，也就是說可透過—定電壓充電模式 (例如，標準定電壓充電模式CVQ)對電池組3〇4充電， 那麼該流程將轉到步驟524。 在步驟524中，定電壓充電模式（例如，標準定電壓 充電模式cvo)被控制信號350致能。步驟526是執行— 保護檢查（類似於步驟506)。如果出現任何異常現象^哕 流程將轉到步驟530終止對電池充電（致能充電終止^ 式）。否則，流程將轉到步驟528。 、 13 在步驟528中’如果電池組304 t的所有電池單元都 被充滿’流程將轉到步驟53〇中終止對電池充電（致能充 電終止模式）。否則’流程將返回到步驟524中繼續以一定 電壓充電模式（例如’標準定電壓充電模式cv〇)對電池 組304充電。在一實施例中，指令轉換器426接收來自監 控電路424的監控信號，以確認所有的電池單元是否被充 滿。 在步驟508中，如果電池組304的電池單元平均電壓 小於預設電壓V2,也就是說可以透過一種標準定電流/微 量定電流充電模式對電池組304充電，那麼流程將轉到步 驟 510。 在步驟510中’指令控制器426將電池組304的最高 電池單元電壓與一個預設電壓V1 (例如，鋰離子電池的 3· 9V)進行比較，預設電壓V1係用以確認是否應該執行電 池失衡檢查。在一實施例中，如果最高電池單元電壓大於 預设電壓V1 ’將執行電池失衡檢查，流程將轉到步驟512 中。如果最咼電池單元電壓小於預設電壓V1 ’該流程將返 回到步驟504中。前面已經對步驟504以及其後面的步驟 進行詳細描述，為了簡明起見’在此將不對其重複描述。 在步驟512中，執行失衡檢查。如果無異常現象出現， 流程將返回到步驟504中。如果檢查出任何異常現象，在 失衡的電池單元上將會致能一漏電流（此步驟未被顯示在 流程圖500中），且流程將轉到步驟514。 在步驟514中’計時器開始計時。在步驟516中，指 令控制器426將電池組304的電池單元平均電壓與一預設 電壓V2進行比較（類似於步驟508 )，以確認是否致能一 疋電屋充電模式（例如，標準定電壓充電模式^在一 實施例中，如果電池組3〇4的電池單元平均電壓大於預設 電壓V2，也就是說可以透過一種定電壓充電模式（例如， 標準定電壓充電模式CVfl)對電池組3〇4充電，那麼流程 將轉到步驟524中。前面已經對步驟524以及其後面的步 驟進行詳細描述’為了簡㈣見，在此將不對其重複描述。 在步驟516 t，如果電池組304的電池單元平均電壓 ^於預設電壓V2，也就是說可賤過—標較電流/微量 定電流充電模式對電池組3G4充電，那麼流程將轉到步驟 518。在步驟518巾’如果計時器超時（例如，計時器運轉 超過-預設時間），流程將轉到步驟52Q。如果計時器尚未 超時，流程則返回步驟516。 在步驟520巾’指令轉換器426將數字 ^進行比較。如果n等於預設最大值二= 組3步驟504繼續以微量定電流充電模式αΐΜχ對電池 充電。否則，流程將轉到步驟522。在步驟522中， 504予二V然後流程返回到步驟5〇4。前面已經對步驟 此將不對二=驟進行詳細描述’為了簡明起見’在 的方據==施=:理系統執行 進行配番y：fcEI , ^ 實細•例中，可對私令轉換器426 模式運H圖中所示之電池管理系統以流程圖600的 。以下將結合圖3和圖4對圖6進行描述。 圖6給出的例子中’電池管理系統首U標準定電 流充電模式CCg對電池組304充電。在一實施例中，如果 出現電池失衡現象，電池管理系統則以微量定電流充電模 式CCn (n=l，2，…，max)對電池.纟且304充電。如果電池組 304的電池單元平均電壓大於一預設電壓V2 (例如，鋰離 子電池的4. 2V)，電池管理系統則以一定電壓充電模式（例 如，標準定電壓充電模式CVQ)對電池組304充電。如果 電池組304的最高電池單元電壓大於一預設電壓V3 (例 如，裡離子電池的4. 3V)，且電池單元平均電壓小於預設 電壓V2，電池管理系統則將定電流充電模式cCn改為定電 流充電模式CCn+1，進而減少充電電流以及致能電池組3〇4 的過電壓保護。在一實施例中，電池管理系統也可執行保 護檢查。 在步驟602中，電池管理系統開始對電池組3〇4充電， 並且將象徵不同定電流充電模式的數字n初始化為零。在 步驟604中，定電流充電模式CCn由控制信號35〇致能。 比如說，當η被設為零時，一標準定電流充電模式cc〇將 被致能。當η介於1到max之間時，一微量定電流充電模 式CCn (n=l，2，".，max)將被致能。步驟6〇6執行一保護 檢查。比如说，和令轉換器426接收來自監控電路42^'的 監控信號，以確認是否出現異常現象（例如，過電壓、過 電流，以及電池溫度過咼）。如果出現任何異常現象，流程 將轉到步驟636中，以終止對電池充電（致能充電終止模 式）。因此，指令轉換器426將關斷充電開關43〇來終止電 池充電。如果無異常現象出現，該流程將轉到步驟^ 在步驟608中，指令轉換器426將電池組304的最高 1379488 =單預設電壓V3進行比較，以檢測是否出現 '過·如果最向電池單元電壓大於預設電愿V3 (表示出現電池過電壓騎），流程將制步驟614。在步 驟614 數字n自力小然後流程轉到步驟624中，進 而檢查疋何以致# $電壓充電模式如 壓如果最高電池單元電壓小於預設電壓： (表不沒有出現電池過電壓現象），流程則轉到步驟610。

在^ 610巾’系統執行失衡檢查。如果無失衡現象 出現’該k程將轉到步驟624進而檢查是否可以致能一定 電壓充電模式（例如’標準定電壓充電模式㈤。如果檢 查出現電池失衡絲，錢衡的電池單元上將會致能一漏 電流（此步驟未被顯示在流糊_中），錢程將轉到步 驟 615。

在f驟615巾’計時器開始計時。在步驟616中，如 果計時超時’流程將轉到步驟618，且數字η自加工。铁 後流程將轉到步驟624，檢查是否可以致能—定電壓充電 模式（例如，標準定電壓充電模式cv〇)。 在步驟624中，指令轉換器426將電池單元平均電壓 與預設電壓V2進行比較，以確認是否可以致能一定電壓充 電模式。如果電池單元平均電壓小於預設電壓V2，該流程 將返回到步驟604。前面已經對步驟604以及其後面的步 驟進行詳細描述，為了簡明起見，在此將不對其重複描述。 如果電池單元平均電壓大於預設電壓V2，流程將轉到 步驟626,致能一定電壓充電模式（例如’標準定電 電模式CVo)。 & 17 1379488 返回到步驟616 ’如果計時器沒有超時，該流程將轉 到步驟622 (類似於步驟624)，檢查是否可以致能一定電 壓充電模式（例如，標準定電壓充電模式CVq)。在步驟622 中’指令轉換器426將電池組304的電池單元平均電壓與 預設電壓V2進行比較。如果電池單元平均電壓小於預設電 壓V2，流程則返回到步驟616。前面已經對步驟616以及 其後面的步驟進行詳細描述，為了簡明起見，在此將不對 其重複描述。如果電池單元平均電壓大於預設電壓V2 ’流 程將轉到步驟626中，致能一定電壓充電模式（例如，標 準定電壓充電模式CVo)。 在步驟628中，執行一保護檢查（類似於步驟606)。 如果出現任何異常現象’流程將轉到步驟636，終止對電 池充電（致能充電終止模式）。如果無異常現象出現，流程 將轉到步驟630。在步驟630中，指令轉換器426將電池 組304的最高電池單元電壓與預設電壓V3進行比較（類似 於步驟608) ’檢查是否出現過電壓現象。如果最高電池單 元電壓大於預設電壓V3 (表示出現電池過電壓現象），流 程將轉到步驟634中。在步驟634中，η被設定為預設最 大值max，且流程將返回到步驟604中。因此，一個最小 定電流Imax ( Iq>Ii>I2>…>Imax)被致能。如果最高電池 單元電壓小於預設電壓V3 (表示沒有出現電池過電壓現 象），該流程將轉到步驟632中。在步驟632中，如果所有 電池單元都被充滿，流程將轉到步驟636,終止電池充電。 否則’流程將返回到步驟626繼續執行定電壓充電模式。 前面已經對步驟626以及其後面的步驟進行詳細描述，為 137948« 了簡明起見，在此將不對其重複描述。 圖7所示為本發明提供一實施例的電池管理系統執行 的另一種方法流程圖700 »在一實施例中，對於磷酸鹽裡 離子（phosphate Lithium ion)電池，當其電池電壓達到

一臨界電壓時，電池電壓將會迅速增加（出現電壓跳變 voltage jump)。那麼，可以透過流程圖700提供的方法’ 即當電池出現電壓跳變時，透過減少電池充電電流’對磷 酸鹽鐘離子電池進行充電。在本實施例中，可對指令轉換 器426進行配置，使圖4中的電池管理系統以流程圖700 的模式運作。以下將結合圖3和圖4對圖7進行描述。 在圖7給出的例子中，電池管理系統首先以一標準定 電流充電模式CC〇對電池組304充電。如果出現電池過電 % 壓現象’電池管理系統以一微量定電流充電模式CCn (n=l’ 2，...，max)對電池組3〇4充電。在一實施例中，當 電池組304的最高電池單元電壓大於―預設電壓V3 (例 如鐘離子電池的4· 3V)時’代表出現電池過電壓現象。 =果發生電池電壓跳變，電池管理系統則以—微量定電流 的例如以充電電流為1峨。。〉11〉12〉...〉11^) 電流充電模式—對電池組綱充電。在_ 元二電壓二;，Λ(例如，一電池單元電壓或者電池單 大於-臨界其變化時間^的比值AVMt 池_的電池單元時平= 見;池電壓跳變現象。當電 鋰離子電池的4 大預設電壓V2 (例如， 模式（例如，標準定電壓充電模式㈤對電池組3〇= 1379488 電。另外電池管理系統還可執行一保護檢查β 在步驟702中’電池管理系統開始對電池組3〇4充電， 並且將象徵不同定電流充電模式的數字η初始化為零。在 步驟704中，一種定電流充電模式ccn係由控制信號350 致能。比如說，當η δ史為〇時，一標準定電流充電模式cc〇 將被致能。當η介於1到max之間時，一微量定電流充電 模式CCn (n=l，2，."，max)將被致能。步驟7〇6執行一保 s蒦檢查’比如忒’ h令轉換器426接收來自監控電路424 的監控信號，以確認是否出現異常現象（例如，電池過電 壓、電池過電流，以及電池溫度過高）。如果出現任何異常 現象’流程將轉到步驟728 ’終止對電池充電（致能充電 終止模式）。因此’指令轉換器426將關斷充電開關43〇 來終止對電池充電。如果無異常現象出現，流程將轉到步 驟 708。 在步驟708中’指令轉換器426將電池組304的最高 電池單元電壓與一預設電壓V3進行比較，以檢測是否出^ 電池過電壓現象。如果最高電池單元電壓大於預設電壓V3 (表示出現電池過電壓現象）’流程將轉到步驟71〇。在步 驟710中，數字η自加1。然後流程轉到步驟712，執行電 池電壓跳變檢查。如果最高電池單元電壓小於預設電壓Μ (表示沒有出現電池過電壓現象）’流程將直接轉到步驟 712。 在步驟714中，當一電壓（例如，一電池單元電壓戋 者電池單元平均電壓）的增量ΔΥ與其變化時間At的比值 △ V/Δΐ；，小於一臨界值Ath，流程返回到步驟7〇4。前面 20 1379488 已紅對步驟704以及其後面的步驟進行詳細描述，為了簡 月起見’在此將不對其重複描述。 在步驟716中’如果一電壓（例如，—電池單元電壓 3電'也單元平均電壓）的增量與其變化時間Δΐ的比 //△t大於一臨界值Δ1;1ί，則以一微量定電流充電模 /例如’ CCmax)對電池組3〇4充電。控制信號350將控 制適配益3〇2輸出一個定充電電流（丨 池組綱 充電。

在步驟720中’執行定電壓充電模式（cv)檢查。更 、 說將電池組304的電池單元平均電壓與一預設電 f V2進仃比較，以確定是否可以致能定電壓充電模式(例 ，=準定電壓充電模式㈤。在步驟72{)中，如果電池 ^丰跡的也單7°平均電壓小於預設電壓V2，流程將返回 常716 ’繼續以—微量定電流充電模式對該電池組3⑽ 充電。 在步驟720巾’如果電池組3〇4電池單元平均電壓大

ΐ;Γ=:，步驟722中，以-種定電壓充 ☆ ^準定電壓充電模式CVo)對電池組304 =全3流程將轉到步驟724中，以確定所有電池單元 ==中，如果檢查到所有電池單元均被充滿， 流程將轉到步驟728，終止充電過程。否則 到步定電壓充電模式對電池组3。4充電。 圖至圖7之描述，本發明—實施，也 統可以透過多種定電流充電料（例如，鮮定電i充電 21 模式CCo、微量定電流充電模式CChCCmax)，以及一種定 電壓充電模式（例如，標準定電壓充電模式CVg)對電池 組304充電。透過對指令轉換器426進行配置/編程 (programming)，則可以執行其他的充電模式。比如說， 在一實施例中，電池管理系統可以透過一定電流充電模式 (例如，標準定電流充電模式cc〇)，以及多種定電壓充電 模式（例如，標準定電壓充電模式CV〇、微量定電壓充電 模式CVi-CVmax’ ）對電池組3〇4充電。另外，還可以透 過多種定電流充電模式（例如，標準定電流充電模式cc〇、 微量定電流充電模式CCi-CCmax)，以及多種定電壓充電模 式（例如’標準定電壓充電模式CVo、微量定電壓充電模 式CV卜CVmax’ ）對電池組304充電。 圖8所示為根據本發明提供的一實施例的電池管理系 統執行的另一種方法流程圖8〇〇。以下將結合圖3和圖4 對圖8進行描述。 如圖8所示，在步驟802中，電池管理系統監控一電 池組304中複數個電池單元中每一電池單元。比如說，監 控電路424監控這些電池單元的電壓、.電流，和溫度等等， 並且產生指示每個電池單元狀態的監控信號。 在步驟804中’電池管理系統根據電池組304内的複 數個電池單元中每個電池單元的狀態產生一控制信號 350。比如說’可以根據如圖4中所示的監控信號 490_卜490_3、492，和494來產生控制信號350。 在步驟806中，電池管理系統根據控制信號350調整 一適配器302的輸出功率。比如說，電池管理系統透過控 22 1379488 内之—脈衝寬度調變信號的責任週期，進而 調整適配器302的輸出功率。 j此’本發明中提供了—種電池管理系統。在這樣的 :固實施例中’―電池組可以透過整合在其内部的-控制 ，路直接控制—適配器的輸出功率。有利的是，可以根據 電池組内每個電池單元的狀態調整適配器的輸出功率。因 \在冑知例中’可以根據電池單元的狀態致能多種充

才气叾戶斤有的電池單元均被充滿時，可致能充電終止 模式。除此之外’透過致能充電終止模式，可以避免任何 異常現象出現。

*在一實施例中’根據電池組的狀態還可以致能多種充 ，模式。比如說，在電池充電初期，可以致能一標準定電 流充電模式。當電池組電壓大於一第一臨界值時可以致 月b—種微量定電流充電模式。當電池組電壓在一時間内的 增量大於一第一臨界值時，也可以致能一種微量定電流充 電模式。在一實施例中，當電池組的電壓大於一第三臨界 值時，可以致能一種定電壓充電模式。 圖9所示為根據本發明一實施例一電源管理系統9〇〇 示意方塊圖。在圖9與圖4中標記相同的元件具有相似的 功能’在此將不再對這些元件進行詳細描述。 電源管理系統900包括一適配器902，用於對一電池 組904充電且對一系統負載910供電。在一實施例中，適 配器902可同時對電池組904以及系統負载91〇充/供電。 適配器902可產生指示最大適配功率的一功率識別信號 952給電池組904中的一電池控制器920,且可接收來自電 23 1379488 池控制器920的一控制信號95〇。其_，控制信號950與 圖4中所不之控制信號350相似。功率識別信號952可為 一電墨信號’且其電壓位準可指示適配器902的最大可用 功率。在一實施例中，電池組9〇4包括電池控制器92〇以 及監控電路424 °電池控制器920可接收來自適配器902 的功率識別信號952，且根據電池組904的狀態以及系統 負載910的狀態產生控制信號950，以調節適配器902的 輪出功率。更具體而言，控制信號95〇可為一類比控制信 唬或一數位控制信號。控制信號95〇可透過調節適配器go〗 内部的脈衝寬度調變信號產生器彻所產生的脈衝寬度調 唬之責任週期，進而調節適配器9〇2的輸出功率。在 一實施例中，功率識別信號952和控制信號950由一單一 匯流排傳遞。在另一實施例中，功率識別信號952和控制 信號950分別由兩條信號匯流排傳遞。 電池控制器920可透過監測感應電阻94〇上之電壓以 監測來自適配器902的一輸出電流。例如，一差分放大器 (圖9中未示）可耦接至感應電阻940以放大感應電阻94〇 上的電壓’且產生招示適配器逝輸出電流的類比監測信 號…類比數位轉換器（圖9中未示）可輕接至差分放大 器’將類比監測信號轉換成指示適配器9〇2輸出電流的數 位信號。 電池控制器920也可從監控電路424接收電池組9〇4 的監測資訊。根據圖4的相關描述，在一實施例中，監控 電路424可監測每個電池單元31(U一31〇一3的狀態（例如二 電池電壓、電池電流、電池溫度或電池容量），並且防止每 24 個電池單Tt 31G_1-31G_3出現異常現象（例如，電池過壓、 電池過流、電池溫度過高或電池充電過度 > 監控電路犯4 也透過感應電阻470監測電池電流（例如，一電池充電電 流），且產生指示電池電流位準的監控信號他。電池控制 器920可接收來自監控電路424的監測資訊。有利的是， 電池控制器920可根據適配器902的輪出電流與電池充電 電流之間的差值來計算供給系統負載9丨〇的總功率/電流。 有利的是，電池控制器920可根據電池組9〇4的狀態 (例如，電池組904的充電電流或用於對電池組9〇4充電 之功率）以及纽負載910的狀態（例如，流人系統負載 910的電流或用於對系統負載910供電的總功率）調節適 配器902的輸出功率。換言之’可根據系統的需求以及電 池的需求/狀‘4’動態地且自動地調節適配器9〇2的輸出功 率。例如，如果電池組9〇4需要以一定電流充電模式cCl 進行充電，電池控制器920可調節控制信號952，使得在 電池組904被一定充電電流h充電的同時，系統負載91〇 仍然接收到足夠的功率且正常工作。在一實施例中，電池 控制器920可以圖5至圖7所描述的方式操作。 在一實施例中，電池控制器920根據適配器9〇2的輸 出功率（例如，根據指示適配器902輸出電流的監測信號） 調節電池組904的充電電流◊例如，可透過監測感應電阻 940以產生指示適配器902之輸出電流的監測信號。在一 實施例中，當電池控制器920偵測到適配器9〇2的輸出功 率達到最大適配功率時（例如，當指示適配器9〇2之輸出 電流的監測信號等於或者大於—預設值時），電池控制器 25 1379488 920可減少/關斷電池組904的充電電流，以確保有足夠的 功率得以提供給系統負載910，進而使系統負載91〇正常 工作。在一實施例中’電池控制器920可關斷充電開關43〇 以關斷充電電流。在另一實施例中，由於充電開關430可 由電池控制器920所產生之脈衝寬度調變信號致能，電池 控制器920可透過減少用於控制充電開關430的脈衝寬度 調變信號之責任週期以減少充電電流。有利的是，在一實 施例中’電池控制器920可根據適配器902的輸出功率， 在系統負載910和電池組904之間動態地分配功率。 在一實施例中’如果適配器902出現異常現象（或者 出現錯誤）’電池控制器920則產生一信號以關斷耦接於適 配器902和電池組904之間的開關％0。例如，當電池控 制器920偵測到適配器902的輸出電壓大於一預設值，開 關960可被關斷’以保護電池組904和系統負载91 〇。 圖10所示為根據本發明一實施例電池控制器（例如， 電池控制器920)執行方法流程圖1〇〇〇。以下圖1〇將結合 圖9進行描述。 在步驟1002中，電池控制器920接收指示最大適配功 率（例如’來自適配器902的最大適配功率）的功率識別 # 5虎952。在步驟1004中’電池控制器920根據電池組904 的狀態以及由適配器902供電的系統負載910的狀態，產 生一控制信號950 ’以調節適配器902的輸出功率。在步 驟1006中，電池控制器920接收指示適配器902輸出電流 的監測信號。在步驟1008中，可根據指示適配器9〇2輸出 電流的監測信號調節電池組904的充電電流。有利的是， 26 1379488 在一實施例中’當電池控制器920偵測到適配器902的輸 出功率達到最大適配功率時（例如，當指示適配器9〇2之 輸出電流的監測信號等於或者大於一預設值時），電池控制 器920可減少/關斷電池組904的充電電流，以確保足夠的 功率得以提供給系統負載910 ’進而使得系統負載91 〇正 常工作。 上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。 顯然，在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和 保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術 領域中具有通常知識者應該理解’本發明在實際應用中可 根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在 形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面 有所變化。因此，在此彼露之實施例僅用於說明而非限制， 本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等物界定， 而不限於此前·之描述。 【圖式簡單說明】 以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進 行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中： 圖1所示為一種傳統的電池充電電路的示意圖。 圖2所示為另一種傳統的電池充電電路的示意圖。 圖3所示為本發明一實施例中一種電池管理系統的示意 圖。 圖4所不為本發明一實施例中一種電池管理系統的示意 圖。 27 1379488 圖5所示為根據本發明一實施例的電池管理系統執行的 方法流程圖。 圖6所示為根據本發明一實施例的電池管理系統執行的 另一種方法流程圖。 圖7所示為根據本發明一實施例的電池管理系統執行的 另一種方法流程圖。 圖8所示為根據本發明一實施例的電池管理系統執行 的一種方法流程圖。 圖9所示為根據本發明一實施例一電源管理系統示意 方塊圖。 圖10所示為根據本發明一實施例電池控制器執行方 法流程。 【主要元件符號說明】 100 :電池充電電路 102 :適配器 104 :電池組 106 :充電器 108 :脈衝寬度調變控制器 110 :充電器控制器 112 :電源開關/降壓轉換器 200 :電池充電電路 202 :可控適配器 204 :電池組 210 :充電器控制器 28 1379488 212 :開關 300 :電池管理系統 302 :適配器 304 :電池組 306 :充電開關 308 :放電開關 310_1〜310_N :電池單元 320 :控制電路

340 :輸出端 350 :控制信號 400 :電池管理系統 410_1 〜410_3 :開關 424 :監控電路 426 :指令轉換器 428 :電池平衡電路 430 :充電開關

432 :放電開關 470 :感應電阻 472 :溫度感應器 480 :脈衝寬度調變信號產生器 490_1〜490_3 :監控信號 492 :監控信號 494 :監控信號 500 :流程圖 502〜530 :步驟 29 1379488 600 :流程圖 602〜636 :步驟 700 :流程圖 702〜728 :步驟 800 :流程圖 802〜806 :步驟 900 :電源管理系統 902 :適配器 904 :電池組 910 :系統負載 920 :電池控制器 940 :感應電阻 950 :控制信號 952 :功率識別信號 960 :開關 1000 :流程圖 1002〜1008 :步驟 30

Claims (1)

1379488 七、申請專利範圍： 1. 一種電源管理系統，包括： 一適配器，對一電池組充電，對一系統負載供電和產 生指示該適配器一最大適配功率的一功率識別信 號；以及；

一電池控制器，設置於該電池組内接收該功率識別信 號，與該適配器電性連接，且根據該電池組的狀態以 及該系統負載的狀態產生一控制信號，進而調節該適 配器的一輸出功率，並且根據該功率識別信號和該適 配器的該輸出功率來控制該電池組。 2. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該電 池組的狀態包括該電池組之一充電電流之位準。 3. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該電 池組的狀態包括該電池組内複數個電池單元中之每 一該電池單元的狀態。

4. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該電 池控制器接收指示該適配器之一輸出電流的一監測 信號。 5. 如申請專利範圍第4項的電源管理系統，其中，該電 池控制器根據該監測信號調節該電池組的一充電電 流。 6. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該適 配器包括一脈衝寬度調變信號產生器以產生一脈衝 寬度調變信號，其中，該脈衝寬度調變信號的一責任 週期係受控於該控制信號。 31 7，如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該電 池組包括一監控電路’監測該電池組中複數個電池單 元中母一電池單元且產生指示每一該電池單元之狀 態的一監測信號給該電池控制器。 8. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該控 制信號包括一類比控制信號。 9. 如申請專利範圍第1項的電源管理系統，其中，該控 制信號包括一數位控制信號。 i〇.如申請專利範圍第丨項的電源管理系統，其中，該功 率識別信號和該控制信號係由一單一匯流排傳遞。 u.如申請專利範圍第丨項的電源管理系統，進一步包 含： —開關，其耦接於該適配器和該電池組之間，其中， 若該適配器出現一異常現象，該電池控制器則產生一 信號以關斷該開關。 12.如申請專利範圍第】項的電源管理系統，進一步包 含： 開關，其耦接於該適配器和該電池組之間，其中， 如果該適配器的該輸出功率達到該最大適配功率，該 電池控制器減小一脈衝寬度調變信號的一責任週期 來控制該開關。 13· 一種電池組，包括·· ▲監控電路’監測該電池組内複數個電池單元中每一 该電池單it且產生指示每—該電池單元之狀態的一 監測信號；以及 32 1379488 一電池控制器，耦接至該監控電路，並接收指示一適 配器之一最大適配功率的一功率識別信號且根據該 監測信號以及由該適配器供電的一系統負載的狀態 產生一控制信號，以控制該適配器的一輸出功率，並 且根據該功率識別信號和該適配器的該輸出功率來 控制該電池組。

14. 如申請專利範圍第13項的電池組，其中，該電池控 制器根據該電池組之一充電電流的一位準還會產生 該控制信號。 15. 如申請專利範圍第13項的電池組，其中，該電池控 制器接收指示該適配器之一輸出電流的一適配器監 測信號。 16. 如申請專利範圍第15項的電池組，其中，該電池控 制器還根據該適配器監測信號調節該電池組的一充 電電流。

17. 如申請專利範圍第13項的電池組，其中，該控制信 號包括一類比控制信號。 18. 如申請專利範圍第13項的電池組，其中，該控制信 號包括一數位控制信號。 19. 如申請專利範圍第13項的電池組，其中，該功率識 別信號和該控制信號由一單一匯流排傳遞。 20. 如申請專利範圍第13項的電池組，其中，當該適配 器出現一異常現象，該電池控制器產生一信號以關斷 搞接於該適配器和該電池組之間的一開關。 21. —種電源管理方法，包括： 33 1379488 接收指示一適配器一最大適配功率的一功率識別信 號； 根據一電池組的狀態以及由該適配器供電的一系統 負載的狀態產生一控制信號，以調節該適配器的一輸 出功率；以及 根據該功率識別信號和該適配器的該輸出功率來控 制該電池組。 22. 如申請專利範圍第21項的電源管理方法，進一步包 含： 接收指示該適配器之一輸出電流的一監測信號。 23. 如申請專利範圍第21項的電源管理方法，進一步包 含·· 根據該監測信號調節該電池組之一充電電流。 24. 如申請專利範圍第21項的電源管理方法，進一步包 含： 監測該電池組内多個電池單元中之每一該電池單 元；以及 產生指示每一該電池單元之狀態的一監測信號。 25. 如申請專利範圍第21項的電源管理方法，進一步包 含： 透過耦接於該適配器和該電池組之間的一單一匯流 排傳遞該功率識別信號和該控制信號。 26. 如申請專利範圍第21項的電源管理方法，進一步包 含： 當該適配器出現一異常現象，關斷耦接於該適配器和 34 1379488 該電池組之間的一開關。 27. 如申請專利範圍第21項的電源管理方法，其中，該 電池組的狀態包括該電池組之一充電電流的一位準。 28. 如申請專利範圍第21項的電源管理方法，其中，該 電池組的狀態包括該多個電池單元中每一該電池單 元的狀態。

35