专利摘要:
本發明提供了電池充電系統和電池放電系統。該電池充電系統包括:一充電控制器,控制流向一電池組的一充電電流,該充電控制器包括一溫度感應節點,耦接至一溫度感應器,並檢測與該電池組的一溫度成比例的一電壓降;以及一補償電路,耦接至該溫度感應節點,產生一補償電流,該補償電路從該溫度感應節點抽取一電流,該電流與該充電電流在該電池充電系統中之一寄生電阻上所產生的一壓降成比例。
公开号:TW201310753A
申请号:TW101120315
申请日:2012-06-06
公开日:2013-03-01
发明作者:Guoxing Li
申请人:O2Micro Inc;
IPC主号:H02J7-00
专利说明:
電池充電及放電系統
本發明係有關一種電池系統,尤其是一種電池充電系統及放電系統。
圖1所示為習知技術中的電池充電系統100。電池充電系統100包括充電器102和電池組104。充電器102包括一電源106和一充電控制器108。充電控制器108控制從電源106流向電池組104的一充電電流。在習知技術的充電結構中,出於安全因素的需要,充電控制器108通常設計成可感應電池的溫度。進而,充電控制器108可根據檢測到的溫度調整充電電流,或者當溫度超過一臨限值時,充電控制器108執行過溫(OT)保護,進而停止對電池充電。為此,電池組104包括一熱敏電阻RTS,其電阻值隨溫度而線性變化。充電控制器108包括耦接至熱敏電阻RTS的溫度感應節點,感應熱敏電阻RTS上的電壓的變化,以得到電池組104之溫度變化。更具體地說,充電控制器108還包括由一上拉電阻RPU和熱敏電阻RTS組成的一分壓電路。充電控制器108的參考電壓VREF,可用來驅動分壓電路。理想情況下,由於參考電壓VREF和上拉電阻RPU的阻值是固定的,並且熱敏電阻RTS隨電池組104的溫度變化而變化,所以,溫度感應電壓VTS隨之而改變。因此,充電控制器108可檢測電池組104的溫度資訊,並相應調整充電電流。
然而,溫度檢測之精確度將受到電流通路上的寄生電阻RPAR的影響。產生寄生電阻RPAR的原因包括:印刷電路板(PCB)上的電阻值、電源線的電阻值以及由於電池組104和充電器102之間的耦接所產生的接觸電阻值等。寄生電阻RPAP上的電壓降將直接影響到熱敏電阻RTS上的溫度感應電壓VTS,因此,產生了基於溫度控制充電電流的誤差。在工作中,流經電池組104的充電電流將控制寄生電阻RPAR上的電壓降VRPAR,這反過來又會影響熱敏電阻RTS的感應電壓。換言之,對於一個給定的熱敏電阻RTS阻值(即溫度不變),當充電電流增加時,寄生電阻RPAR上的電壓降VRPAR將增加,進而使得溫度感應電壓VTS增加,但此時溫度感應電壓VTS的變化並非由電池組溫度變化所造成。對於負溫度係數的熱敏電阻而言,寄生電阻RPAR的存在降低了熱敏電阻RTS阻值,因此過溫觸發點將低於電池組104的實際溫度。進而,降低了電池組104工作的安全係數。
本發明要解決的技術問題在於提供一種電池充電系統及放電系統,該系統可精確測量電池組的溫度,同時減小或消除寄生電阻的影響。
為解決上述技術問題,本發明提供了一種電池充電系統,包括一充電控制器,控制流向一電池組的一充電電流,該充電控制器包括一溫度感應節點,耦接至一溫度感應器,並檢測與該電池組的一溫度成比例的一電壓降;以及一補償電路,耦接至該溫度感應節點,產生一補償電流,該補償電路從該溫度感應節點抽取一電流,該電流與該充電電流在該電池充電系統中之一寄生電阻上所產生的一壓降成比例。
本發明還提供了一種電池放電系統,包括一監測電路,控制來自一電池組的一放電電流,該監測電路包括:一溫度感應節點,耦接至一溫度感應電路,監測與該電池組的溫度成比例的一電壓降;以及一電流鏡,其係基於一參考電流為該溫度感應電路提供一溫度感應電流;以及一補償電路,耦接至該監測電路,產生一補償電流流入該監測電路,其中,該補償電流與該放電電流在該電池放電系統中之一寄生電阻上所產生的電壓降成比例。
本發明還提供了一種電池充電系統,包括一充電控制器,控制流向一電池組的一充電電流,該充電控制器包括一溫度感應節點,耦接至一溫度感應器上,並檢測與該電池的溫度成比例的一電壓降;一感應電阻,產生與該充電電流成比例的一電壓降;以及一補償電路,產生一補償電流,該補償電路包括一放大器、一電晶體和一電阻;該放大器的一第一輸入端耦接至該感應電阻的一第一端,該放大器的一第二輸入端耦接至該電晶體的輸出端,該放大器的一輸出端耦接至該電晶體以控制該電晶體的一導通狀態;該電晶體和該電阻串聯耦接在溫度感應節點和該感應電阻一第二端之間;該放大器的該輸出控制該電晶體的阻值,使該第一輸入端和該第二輸入端的電壓大致相等。
本發明還提供了一種電池充電系統,包括一充電控制器,控制流向一電池組的一充電電流,該充電控制器包括一溫度感應節點,耦接至一溫度感應器,並檢測與該電池組的溫度成比例的一電壓降;一感應電阻,產生與該充電電流成比例的一電壓降;一補償電路,產生一補償電流,包括一放大器、一電晶體和一電阻;該放大器的一第一輸入端耦接至該感應電阻的一第一端,該放大器的一第二輸入端耦接至該電晶體的一輸出端,該放大器的該輸出端耦接至該電晶體以控制該電晶體的一導通狀態;該電晶體和該電阻串聯耦接於該溫度感應節點和該感應電阻一第二端之間;該放大器的輸出控制該電晶體的阻值使該第一輸入端和該第二輸入端的電壓大致相等;其中,該充電控制器還包括一放大器、一電晶體和一電流鏡,該放大器包括一第一輸入端和一第二輸入端,該第一輸入端接收一參考電壓,該第二輸入端接收與該充電電流成比例的一電壓;該電晶體由該放大器的一輸出端控制;其中,該電晶體耦接於該電流鏡和與該充電電流成比例的該電壓之間,產生一參考電流;其中,該放大器的該輸出端控制該電晶體的阻值,使得該第一輸入端與該第二輸入端的電壓大致相等,其中,該電流鏡根據該參考電流為該溫度感應電路提供該溫度感應電流,且其中,該參考電流係由該溫度感應電流和該補償電流決定之。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述,但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地,本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外,在以下對本發明的詳細描述中,為了提供針對本發明的完全的理解,提供了大量的具體細節。然而,於本技術領域中具有通常知識者將理解,沒有這些具體細節,本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中,對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述,以便於凸顯本發明之主旨。
圖2所示為根據本發明的實施例的電池充電系統200的結構示意圖。電池充電系統200包括一充電器202和一電池組204。圖2所示的電路中,充電器202透過一電力線201(PACK+)和電力線203(PACK-)對電池組204提供一充電電流ICH。充電器202和電池組204透過一介面205耦接,介面205可為印刷電路板(PCB)連線、導線、直接接觸等。電池組204可包括一或多個串聯耦接的電池單元,接收一充電電能,並為負載(圖中未示)提供電能。電池組204還包括一溫度感應電路電路(例如,熱敏電阻RTS),熱敏電阻RTS與電池組204的一或多個電池單元相鄰放置,使得熱敏電阻RTS可感應到電池組204的溫度。熱敏電阻RTS耦接至充電器202,以使充電器202獲得電池組204的溫度測量值。熱敏電阻RTS的阻值隨電池組204的溫度變化而改變。
充電器202包括一電壓源206,為電池組204提供一充電電流ICH。在一個實施例中,電壓源206也可為負載提供一電壓。充電器202還包括一充電控制器208,耦接至電壓源206和電池組204,控制流向電池組204的充電電流ICH。充電器202還包括一感應電阻RSEN,具有回授的功能,充電控制器208可檢測感應電阻RSEN的電壓降,以檢測電池組204的充電電流ICH
充電器202還包括一溫度感應電路210,檢測電池組204的溫度。在圖2所示實施例中,溫度感應電路210包括一上拉電阻RPU,耦接於充電控制器208與溫度感應節點211之間,以產生參考電流IREF。上拉電阻RPU和熱敏電阻RTS構成一個分壓電路,為熱敏電阻RTS提供溫度感應電流IRTS。因此,溫度感應節點211可獲得熱敏電阻RTS的電壓降。在工作中,如果忽略介面205的寄生電阻,當電池組204的溫度變化時,熱敏電阻RTS的阻值隨之發生改變,進而熱敏電阻RTS的電壓降和溫度感應電壓VTS也將改變。因此,充電控制器208能夠獲得電池組204的溫度回授資訊。為了防止電池組204進入過溫狀態,充電控制器208比較溫度感應電壓VTS(對應電池組的溫度)和可編程的或預設過溫臨限值T0。如果電池組204的溫度超過預設過溫臨限值T0,充電控制器208將降低或中斷電池組204的充電電流ICH直至溫度降低至低於預設過溫臨限值T0
如上所述,當充電器202和電池組204耦接時,會產生寄生電阻RPAR。在一個實施例中,充電器202還包括一補償電路212,補償寄生電阻RPAR對溫度感應電壓VTS產生的影響。由於寄生電阻RPAR的影響,溫度感應電壓VTS的值由熱敏電阻RTS的電壓降VRTS和寄生電阻RPAR的電壓降VRPAR決定,例如,VTS=VRTS+VRPAR。如圖2所示,寄生電阻RPAR等效為串聯耦接至電池組204負極的電阻。所以,當充電電流ICH改變時,寄生電阻RPAR的電壓降也改變,進而影響到溫度感應電壓VTS。在此實施例中,補償電路212耦接至溫度感應節點211,產生與寄生電阻RPAR的電壓降成比例的電流。換言之,補償電路212從溫度感應節點211抽取電流以降低或消除寄生電阻RPAR對溫度感應電壓VTS的影響。
在一個實施例中,補償電路212包括放大器214、電晶體216和電阻218。如圖2所示,放大器214的非反相輸入端經由電力線203耦接至感應電阻RSEN,放大器214的反相輸入端耦接至電晶體216的源極,放大器214的輸出端耦接至電晶體216的閘極。電晶體216的汲極耦接至溫度感應節點211,電晶體216的源極耦接至放大器214和電阻218。電阻218透過電阻RSEN耦接至電力線203。
放大器214可具有相對較大的直流增益。此外,如圖2所示,放大器214具有回授回路,使得放大器214的非反相輸入端和反相輸入端的電壓保持相等。感應電阻RSEN上的電壓降VRSEN(例如,VRSEN=RSEN ICH)驅動放大器214的非反相輸入端。因此,放大器214的反相輸入端與非反相輸入端的電壓大致相等,進而使得放大器214的輸出基本上保持不變。放大器214的輸出控制電晶體216的導通狀態,進而控制來自溫度感應節點211的補償電流ICOMP的振幅。在一個實施例中,電晶體216可以是小信號N通道金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOSFET),其根據放大器214的輸出電壓工作在線性區。因此,電晶體216的電壓-電流特性隨放大器214提供給電晶體216的閘極的電壓而變化。因為感應電阻RSEN和寄生電阻RPAR串聯耦接至電力線203,充電電流ICH可在感應電阻RSEN和寄生電阻RPAR上產生與之成比例的電壓降。溫度感應節點211從上拉電阻RPU接收參考電流IREF,補償電路212從溫度感應節點211抽取補償電流ICOMP,熱敏電阻RTS從溫度感應節點211抽取溫度感應電流IRTS。因此,IREF=ICOMP+IRTS。因此,產生的補償電流ICOMP正比於流過感應電阻RSEN的充電電流ICH,補償電流ICOMP可表示為:ICOMP=ICH RSEN/RB (1)
這樣,當充電電流ICH變化時,補償電流ICOMP也隨之改變。補償電流ICOMP來自溫度感應節點211,正比於流過寄生電阻RPAR的電流,補償的溫度感應電壓VTS可表示為:
方程式(2)可寫成:
方程式(3)右邊第二項由寄生電阻RPAR對於充電電流ICH產生的誤差得出。當充電電流ICH為0時,由於消除了寄生電阻RPAR的影響,方程式(3)可看成電池組204溫度檢測的理想情況。因此,在本發明實施例中,可根據方程式(3)選擇合適的電阻218的阻值RB來補償。例如,減小或消除寄生電阻RPAR。電阻218的阻值RB可根據預設過溫臨限值T0對應的熱敏電阻RTS的阻值和寄生電阻RPAR的阻值來確定,可表示為:RB=RSEN RTS(T0)/RPAR (4)
對於給定的充電電路/電池組組合,寄生電阻RPAR的阻值保持不變。所以,寄生電阻RPAR的阻值由電池組/充電系統的初始值或製造商決定。過溫臨限值T0由電池組製造商提供。對於給定的參考電壓VREF和上拉電阻值RPU,即對於給定的參考電流IREF,可根據預設過溫臨限值T0確定當溫度達到臨限值時的熱敏電阻RTS的阻值(即RTS(T0))。一旦得知寄生電阻RPAR和熱敏電阻RTS(T0)的阻值,即可設定電阻218的阻值RB。另外,充電控制器208可動態地測量寄生電阻RPAR,進而允許不同的電池組耦接至充電器202,電阻218可包括可調電阻,其電阻值由充電控制器208控制。
在工作中,對於給定的充電電流ICH,放大器214驅使電晶體216工作,使放大器214的非反相輸入端和反相輸入端的電壓大致相等。所以,對於給定的充電電流ICH,寄生電阻RPAR上的電壓降VRAPA將固定,因此,補償電路212產生成比例的補償電流從溫度感應節點211流出,進而消除寄生電阻所導致的影響。這樣,溫度感應節點211的電壓將表示熱敏電阻RTS上的電壓降VRTS,熱敏電阻RTS的電壓降VRTS與電池組204的溫度成比例。當充電電流ICH增加時,寄生電阻RPAR上的電壓降VRAPA增加,放大器214的非反相輸入端電壓增加至高於放大器214的反相輸入端的電壓(由感應電阻RSEN上的電壓降增加導致)。這將使放大器214的輸出增大,進而透過減小電晶體216的等效電阻使電晶體216的導通程度增加。由此,從溫度感應節點211流出的電流增加,直至電阻218上的電壓降與感應電阻RSEN上的電壓降成比例變化。換言之,放大器214的反相輸入端電壓將增大,直至與放大器214非反相輸入端電壓大致相等。相似的,當充電電流ICH減小時,寄生電阻RPAR的電壓降VRAPA將減小,放大器214的非反相輸入端電壓減小至低於放大器214的反相輸入端電壓(由感應電阻RSEN上的電壓降減小導致)。這將使放大器214的輸出減小,進而透過增大電晶體216等效電阻使電晶體216的導通程度降低。因此,從溫度感應節點211流出的補償電流ICOMP降低,直至電阻218上的電壓降與感應電阻RSEN上的電壓降成比例變化。換言之,放大器214的反相輸入端電壓將減小,直至與放大器214非反相輸入端電壓大致相等。
如上所述,寄生電阻RPAR增加了溫度感應電壓VTS的振幅,即VTS=VRTS+VRPAR。對於電池組204給定的溫度,當充電電流ICH改變時,補償電流ICOMP將成比例的改變,流過熱敏電阻RTS的溫度感應電流IRTS將成反比例的改變。所以,當充電電流ICH增加時,寄生電阻RPAR的電壓降增大,補償電流ICOMP成比例的增加,所以流過熱敏電阻RTS的溫度感應電流IRTS隨寄生電阻RPAR上電壓降的增大而減小,進而溫度感應電壓VTS基本由熱敏電阻RTS上的電壓降VRTS控制,即VTS=VRTS。相似的,當充電電流ICH減小時,補償電流ICOMP減小,流過熱敏電阻RTS的溫度感應電流IRTS增大,溫度感應電壓VTS基本不變或者變化較小。
當電池組204溫度變化時,熱敏電阻RTS的阻值將改變且流過熱敏電阻RTS的溫度感應電流IRTS也將改變,因此溫度感應電壓VTS也將改變。因此,假設熱敏電阻RTS是負溫度係數的熱敏電阻,則當電池組204的溫度增加時(例如,由充電電流ICH增加導致),熱敏電阻RTS的阻值將減小,溫度感應電壓VTS將增加,使得充電控制器208檢測到電池組204的溫度增加,進而減小或消除寄生電阻RPAR產生的誤差。相似的,仍然假設熱敏電阻RTS是負溫度係數的熱敏電阻,當電池組204的溫度降低時(例如,由充電電流ICH減小導致),熱敏電阻RTS的阻值將增大,溫度感應電壓VTS將降低,使得充電控制器208檢測到電池組204的溫度降低,進而減小或消除寄生電阻RPAR產生的誤差。
如果熱敏電阻RTS的溫度達到了預設過溫臨限值T0,則補償電路212可消除寄生電阻RPAR所導致的誤差。參考方程式(3)和(4),如果溫度低於或高於過溫臨限值T0(假設熱敏電阻RTS是負溫度係數的熱敏電阻),那麼溫度感應電壓VTS將包含由寄生電阻RPAR產生的誤差。例如,如果電池組204的溫度低於過溫臨限值T0,即T0-△T,相應的熱敏電阻值為RTS(T0)+△RTS,那麼由寄生電阻RPAR對溫度感應電壓VTS產生的誤差為ICH RPAR (-△RTS/RTS(T0))RPU/(RPU+RTS(T0))。這個誤差由以上方程式(3)和(4)推導得出,並將RB=RSEN RTS(T0)/RPAR和RTS=RTS(T0)+△RTS等效帶入方程式(4)右邊第二項。當溫度小於預設過溫臨限值T0時,誤差將導致一個比期望值低的溫度感應電壓VTS,與之對應的檢測溫度就會高於電池組204實際的溫度值。當溫度接近預設過溫臨限值T0時,誤差趨近於零。有利之處在於,在預設過溫臨限值T0時,補償電路212可消除由寄生電阻RPAR所導致的誤差,並在其他溫度時減小由寄生電阻RPAR引起的誤差。
圖3所示為本發明另一實施例提供的電池充電系統300的結構示意圖。如圖3所示,充電系統300與圖2所示的充電系統200相似,不同的是,圖3所示的實施例中採用了充電控制器中的電流鏡320為熱敏電阻RTS提供溫度感應電流IRTS,並且,電池組可使用多種態樣之參考電流,且上拉電阻RPU可被省略。如圖3所示,充電系統300包括充電器302和電池組304,其中,充電器302透過電力線301(PACK+)和電力線303(PACK-)對電池組304提供一充電電流ICH。充電器302和電池組304透過一介面305耦接,介面305可為印刷電路板(PCB)連線、導線、及直接接觸等。與圖2所示實施例相同,電池組304可包括一或多個相互串聯耦接的電池單元,接收充電電能並為負載(圖中未示)提供電能。電池組304還包括耦接至充電器302上的熱敏電阻RTS,以使充電器302獲得電池溫度的測量值。熱敏電阻RTS的阻值隨電池組304溫度的變化而變化。
充電器302包括電壓源306,為電池組304提供充電電流ICH,在一個實施例中,電壓源306也可為負載提供一電壓。充電器302還包括一充電控制器308,耦接至電壓源306和電池組304,以控制電池組304的充電電流ICH。在本發明實施例中,充電控制器308包括電流鏡320、放大器322、電晶體324,充電控制器308的工作原理將在下文詳細說明。充電器302還包括感應電阻RSEN,具有回授電阻的功能,充電控制器308可透過檢測感應電阻RSEN上的電壓降,以檢測電池組304的充電電流ICH
充電控制器308還包括溫度感應電壓VTS,接收溫度感應節點311的電壓資訊。電流源電路309包括充電控制器308和參考電阻RREF,為溫度感應節點311提供參考電流IREF。如圖3所示,放大器322的非反相輸入端耦接至參考電壓VREF節點,放大器322的反相輸入端耦接至電晶體324的源極,放大器322的輸出端耦接至電晶體324的閘極。電晶體324的汲極耦接至電流鏡320,電晶體324的源極耦接至放大器322和參考電阻RREF。參考電阻RREF一端耦接至電晶體324的源極,另一端耦接至電力線303。
與圖2所示實施例中的放大器214類似,放大器322有較大的直流增益,圖3所示的放大器322的回授回路使放大器322的非反相輸入端和反相輸入端保持大致相等。所以,放大器322,電晶體324和參考電阻RREF為電流鏡320提供於參考電壓VREF成比例的參考電流IREF。特別的,在圖3所示的電路中,IREF=VREF/RREF
通常,電流鏡可視為一電流放大器。電流鏡至少能提供一路與輸入電流成比例的輸出電流。例如電流鏡接收一個輸入電流,可提供一或多個輸出電流,其中,每一個輸出電流都與輸入電流相等。電流鏡320的每一個輸出參考電流可為多個電池組中的熱敏電阻RTS提供溫度感應電流IRTS。與圖2所示實施例相比,本發明實施例中的多個輸出電流可使用較少的上拉電阻。
圖3所示的電流源電路309為溫度感應節點311提供一個參考電流IREF。在沒有補償電路312和寄生電阻RPAR的電路結構中(附圖中未示出),參考電流IREF將流向耦接至溫度感應節點311的熱敏電阻RTS。透過檢測熱敏電阻RTS的電壓可以得到熱敏電阻RTS的電阻值,進而得到電池組304的溫度。
補償電路312包括放大器314、電晶體316和電阻318。補償電路312可補償寄生電阻RPAR對溫度感應電壓VTS所產生的影響。其連接方式及功能與圖2所示實施例中的補償電路212類似。溫度感應節點311從電流鏡320接收參考電流IREF,補償電路312從溫度感應節點311抽取補償電流ICOMP,熱敏電阻RTS從溫度感應節點311抽取溫度感應電流IRTS。因此,IREF=ICOMP+IRTS,對圖3所示的電路,ICOMP由方程式(1)得之,IRTS可由VTS=IRTS RTS+ICH RPAR得出。補償後的溫度感應電壓VTS可表示為:
與方程式(3)類似的,方程式(5)右邊第二項由充電電流ICH在寄生電阻RPAR上產生的誤差推導出。當充電電流ICH為零時,由於消除了寄生電阻RPAR的影響,方程式(5)可以看成電池組304溫度檢測的理想情況。所以,與圖2所示的實施例類似,在本發明實施例中,可根據方程式(5)選擇電阻318的阻值RB來補償,例如減少或消除寄生電阻RPAR。電阻318的阻值RB可根據預設過溫臨限值T0對應的熱敏電阻RTS和寄生電阻RPAR的阻值來選擇,可由方程式(4)得之。
在工作中,補償電路312可根據充電電流ICH產生補償電流ICOMP。補償電路312可根據充電電流ICH的變化相應調整補償電流ICOMP。當充電電流ICH變化時,寄生電阻RPAR上的電壓降相應改變,補償電路312相應調整補償電流ICOMP以補償寄生電阻RPAR上的電壓降對溫度感應電壓VTS的影響。
當電池組304的溫度變化時,熱敏電阻RTS的阻值隨之改變,進而使溫度感應電壓VTS改變。和圖2所示實施例不同的是,在圖3所示的實施例中,由於為熱敏電阻RTS提供電流的是電流源(例如,電流鏡320),所以當熱敏電阻RTS的阻值改變時,熱敏電阻RTS上的溫度感應電流IRTS不變。但是,熱敏電阻RTS上的電壓將隨熱敏電阻RTS的阻值變化而成比例的變化。假設熱敏電阻RTS是負溫度係數的熱敏電阻,隨著電池組304溫度升高,熱敏電阻RTS的阻值減小,溫度感應電壓VTS減小,進而使充電控制器308檢測到電池組304溫度的增加。
如果電池組304的溫度為預設過溫臨限值T0,那麼補償電流312可消除寄生電阻RPAR所導致的誤差。參考方程式(4)和(5),如果電池組304的溫度低於預設過溫臨限值T0,且假設熱敏電阻RTS為負溫度係數的熱敏電阻,則溫度感應電壓VTS包含了寄生電阻RPAR產生的誤差。例如,如果電池組304的溫度低於過溫臨限值T0,即T0-△T,相應的熱敏電RTS的阻值為RTS(T0)+△RTS,那麼由寄生電阻RPAR給溫度感應電壓VTS所導的誤差為ICH RPAR (-△RTS/RTS(T0))。這個誤差由方程式(4)和(5)推導,並將RB=RSEN RTS(T0)/RPAR和RTS=RTS(T0)+△RTS等效帶入方程式(5)右邊第二項。當溫度低於預設過溫臨限值T0時,這個誤差會導致溫度感應電壓VTS低於期望值,相應地,檢測溫度就會高於電池組304實際的溫度值。當溫度接近過溫臨限值T0時,誤差趨近於零。有利之處在於,補償電路312在預設過溫臨限值T0時,可消除由寄生電阻RPAR所導致的誤差,在其他溫度時可減小由寄生電阻RPAR引起的誤差。
圖4所示為根據本發明的一個實施例的電池放電系統400的結構示意圖。如圖4所示,放電系統400與圖3所示充電系統300相似,不同的是本發明實施例中,電池組404驅動一個負載407,並且補償電流係基於放電電流而產生而非充電電流ICH。放電系統400包括一負載電路405和一電池組404,其中,電池組404透過電力線401(PACK+)和電力線403(PACK-)將放電電流輸送到負載電路405。負載電路405和電池組404透過介面415耦接,該介面415可以是印刷電路板(PCB)連線、導線、直接接觸等。電池組404可包括一或多個串聯耦接的電池單元,為負載(例如,負載電路405)提供電能。電池組404還可包括溫度感應器可,例如熱敏電阻RTS,耦接至負載電路405,以使負載電路405獲得電池組404的溫度測量值。熱敏電阻RTS的阻值隨著電池組404溫度的變化而變化。
負載電路405包括負載407,負載407從電池組404獲得一放電電流。負載電路405還包括耦接至電池組404和負載407的監測電路409,監測電路409控制從電池組404流出的放電電流IDISCH。在本發明一實施例中,監測電路409包括電流鏡420、放大器422、電晶體424,監測電路409的工作原理將在下文詳細說明。負載電路405還包括感應電阻RSEN,具有回授的功能,監測電路409能透過檢測感應電阻RSEN上的電壓降,以檢測電池組404輸出的放電電流。
監測電路409包括一溫度感應電壓VTS。電流源電路419包括電流鏡420,放大器422,電晶體424和參考電阻RREF。如圖4所示,放大器422的非反相輸入端耦接至溫度感應節點411,放大器422的反相輸入端耦接至電晶體424的源極,放大器422的輸出端耦接至電晶體424的閘極。電晶體424的汲極耦接至電流鏡420,電晶體424的源極耦接至放大器422和參考電阻RREF(溫度感應節點411處)。參考電阻RREF的另一端耦接至電力線403。在不含補償電路413和寄生電阻RPAR的電路結構中(附圖中未示出),根據放大器422的工作原理即可得出等式:IRTS=VREF/RREF,故透過檢測熱敏電阻RTS上的電壓,可得到熱敏電阻RTS的阻值,進而得到電池組404的溫度。
負載電路405還包括一補償電路413,以補償寄生電阻RPAR。補償電路413透過溫度感應節點411耦接至電流源電路419。在這個實施例中,補償電路413包括放大器414、電晶體416和電阻418。如圖4所示,放大器414的非反相輸入端耦接至感應電阻RSEN,放大器414的反相輸入端耦接至電晶體416的源極,放大器414的輸出端耦接至電晶體416的閘極。電晶體416的汲極耦接至溫度感應節點411和電晶體424的源極,電晶體416的源極耦接至放大器414的反相輸入端和電阻418。電阻418的一端耦接至電晶體416的源極,另一端耦接至電力線403。
在圖4所示的實施例中,補償電路413將補償電流ICOMP注入電流源電路419,所以電流鏡420提供的溫度感應電流IRTS將包括參考電流IREF和補償電流ICOMP。在本發明一實施例中,放大器414和放大器422具有較大的直流增益,圖4所示的放大器414和放大器422的回授回路使放大器414以及放大器422的非反相輸入端和反相輸入端保持大致相等。對補償電路413,RSEN上的電壓降VRSEN(VRSEN=IDISCH RSEN)驅動放大器414的非反相輸入端。透過放大器414和電晶體416的作用,補償電流ICOMP等於VRSEN/RB,因此ICOMP=IDISCH RSEN/RB。對於電流源電路419,參考電壓VREF驅動放大器422的反相輸入端。透過放大器422和電晶體424的作用,溫度感應節點411的電壓為參考電壓VREF。因此,透過參考電阻RREF可得參考電流IREF為VREF/RREF。參考電流IREF和補償電流ICOMP在溫度感應節點411疊加後輸出電流給電流鏡420。電流鏡420可提供一個溫度感應電流IRTS給熱敏電阻RTS。因此,假設電流鏡420的增益不變,圖4所示實施例的溫度感應電流IRTS為:
監測電路409還包括溫度感應電壓VTS,接收來自熱敏電阻RTS的電壓資訊。溫度回授功能與上述實施例類似,由熱敏電阻RTS和溫度感應電壓VTS完成。因此,熱敏電阻RTS上的電壓資訊包括熱敏電阻RTS上的電壓降(即IRTS RTS)和寄生電阻RPAR上的電壓降(即,放電電流IDISCH的函數),可表示為:VTS=IRTS RTS-IDISCH RPAR (7)
將方程式(6)等效到方程式(7),可得:
方程式(8)右邊第二項由放電電流IDISCH在寄生電阻RPAR上產生的誤差得到,當放電電流為零時,由於消除了寄生電阻RPAR的影響,方程式(8)可以視為電池組404溫度檢測的理想情況。因此,與圖2以及圖3所示的實施例類似,在本發明實施例中,可根據方程式(8)選擇電阻418的阻值RB來補償(例如,減小或消除寄生電阻RPAR所產生的影響)。電阻418的阻值RB可根據預設過溫臨限值T0對應的熱敏電阻RTS和寄生電阻RPAR的阻值來選擇,可由方程式(4)得之。
在工作中,補償電路413產生補償電流ICOMP,補償電流ICOMP如上所述為放電電流IDISCH的一部分。補償電路413可根據放電電流IDISCH的變化相應地調整補償電流ICOMP。隨著放電電流IDISCH的改變,寄生電阻RPAR上的電壓降將相應改變,補償電路413成比例的調整補償電流ICOMP,使之補償寄生電阻RPAR上電壓降對溫度感應電壓VTS的影響。
隨著電池組404溫度之改變,熱敏電阻RTS的阻值改變,進而使溫度感應電壓VTS改變。與圖3所示實施例類似,在圖4所示的實施例中,由於熱敏電阻RTS的溫度感應電流IRTS由電流源(例如,電流鏡420)提供,熱敏電阻RTS上的溫度感應電流IRTS將不會隨熱敏電阻RTS阻值的變化而改變。相反,熱敏電阻RTS上電壓降將隨熱敏電阻RTS阻值變化成比例的改變。因此,假設熱敏電阻RTS是負溫度係數的熱敏電阻,當電池組404上溫度增加時,熱敏電阻RTS的阻值將減小,溫度感應電壓VTS將降低,進而使監測電路409檢測到電池組404溫度的增加。
如果熱敏電阻RTS上溫度在過溫臨限值T0,則補償電路413將消除或基本消除由寄生電阻RPAR造成的誤差。考慮到上述方程式(7)和(8),如果電池組404的溫度低於或高於預設過溫臨限值T0,並假設熱敏電阻RTS為負溫度係數的熱敏電阻,溫度感應電壓VTS將包括由寄生電阻RPAR產生的誤差。例如,如果電池組404的溫度低於過溫臨限值T0,例如T0-△T,相應的熱敏電RTS的阻值為RTS(T0)+△RTS,那麼由寄生電阻RPAR給溫度感應電壓VTS引入的誤差為ICH RPAR (△RTS/RTS(T0))。這個誤差根據方程式(7)和(8)推導出,並將RB=RSEN RTS(T0)/RPAR和RTS=RTS(T0)+△RTS等效帶入方程式(8)。當電池組404的溫度低於預設過溫臨限值T0時,這個誤差會導致溫度感應電壓VTS高於期望值,相應的檢測溫度就會低於電池組404實際的溫度值。當電池組404的溫度接近預設過溫臨限值T0時,誤差趨近於零。有利之處在於,在預設過溫臨限值T0時,補償電路413可消除由寄生電阻RPAR所導致的誤差,在其他溫度時可減小由寄生電阻RPAR引起的誤差。
上述電池系統能在電池充電或放電時提供電池組溫度檢測和寄生電阻補償。電池充電系統和電池放電系統中的補償電路產生與電池充電或放電電流成比例的補償電流,使之補償電池組與充電電路/監測電路線路耦接帶來的寄生電阻。補償電流調整提供給溫度感應電路的參考電流的大小,使之精確測量電池組的溫度而不受寄生電阻的影響。補償電路能應用到電池充電電路結構中以加強電池充電控制,或應用到電池監測電路結構中以加強電池放電控制。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然,在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解,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,在此披露之實施例僅用於說明而非限制,本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定,而不限於此前之描述。
100‧‧‧電池充電系統
102‧‧‧充電器
104‧‧‧電池組
106‧‧‧電源
108‧‧‧充電控制器
200‧‧‧電池充電系統
201‧‧‧電力線
202‧‧‧充電器
203‧‧‧電力線
204‧‧‧電池組
205‧‧‧介面
206‧‧‧電壓源
208‧‧‧充電控制器
210‧‧‧溫度感應電路
211‧‧‧溫度感應節點
212‧‧‧補償電路
214‧‧‧放大器
216‧‧‧電晶體
218‧‧‧電阻
300‧‧‧電池充電系統
301‧‧‧電力線
302‧‧‧充電器
303‧‧‧電力線
304‧‧‧電池組
305‧‧‧介面
306‧‧‧電壓源
308‧‧‧充電控制器
309‧‧‧電流源電路
311‧‧‧溫度感應節點
312‧‧‧補償電路
314‧‧‧放大器
316‧‧‧電晶體
318‧‧‧電阻
320‧‧‧電流鏡
322‧‧‧放大器
324‧‧‧電晶體
400‧‧‧電池放電系統
401‧‧‧電力線
403‧‧‧電力線
404‧‧‧電池組
405‧‧‧負載電路
407‧‧‧負載
409‧‧‧監測電路
411‧‧‧溫度感應節點
413‧‧‧補償電路
414‧‧‧放大器
415‧‧‧介面
416‧‧‧電晶體
418‧‧‧電阻
419‧‧‧電流源電路
420‧‧‧電流鏡
422‧‧‧放大器
424‧‧‧電晶體
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所示為習知技術中的電池充電系統的結構示意圖。
圖2所示為根據本發明一實施例提供的電池充電系統的結構示意圖。
圖3所示為根據本發明另一實施例提供的電池充電系統的結構示意圖。
圖4所示為根據本發明再一實施例提供的電池放電系統的結構示意圖。
300‧‧‧電池充電系統
301‧‧‧電力線
302‧‧‧充電器
303‧‧‧電力線
304‧‧‧電池組
305‧‧‧介面
306‧‧‧電壓源
308‧‧‧充電控制器
309‧‧‧電流源電路
311‧‧‧溫度感應節點
312‧‧‧補償電路
314‧‧‧放大器
316‧‧‧電晶體
318‧‧‧電阻
320‧‧‧電流鏡
322‧‧‧放大器
324‧‧‧電晶體
权利要求:
Claims (19)
[1] 一種電池充電系統,包括:一充電控制器,控制流向一電池組的一充電電流,該充電控制器包括一溫度感應節點,耦接至一溫度感應器,並檢測與該電池組的一溫度成比例的一電壓降;以及一補償電路,耦接至該溫度感應節點,產生一補償電流,該補償電路從該溫度感應節點抽取一電流,該電流與該充電電流在該電池充電系統中之一寄生電阻上所產生的一壓降成比例。
[2] 如申請專利範圍第1項的電池充電系統,其中,該溫度感應器包括一熱敏電阻,耦接至該電池組。
[3] 如申請專利範圍第1項的電池充電系統,該電池充電系統還包括:一溫度感應電路,耦接至該溫度感應節點,為該溫度感應器提供一溫度感應電流。
[4] 如申請專利範圍第3項的電池充電系統,其中,該充電控制器產生一參考電壓。
[5] 如申請專利範圍第4項的電池充電系統,其中,該溫度感應電路包括一電阻,耦接至該參考電壓和該溫度感應節點,以產生一參考電流,其中,該參考電流係由該溫度感應電流和該補償電流決定之。
[6] 如申請專利範圍第1項的電池充電系統,其中,該充電控制器還包括一放大器、一電晶體和一電流鏡,該放大器包括一第一輸入端和一第二輸入端,該第一輸入端接收一參考電壓,該第二輸入端接收與該充電電流成比例的一電壓;該電晶體係受控於該放大器的一輸出端;其中,該電晶體耦接於該電流鏡和與該充電電流成比例的該電壓之間,產生該參考電流;且其中,該放大器的該輸出端控制該電晶體的一阻值,使得該第一輸入端的電壓與該第二輸入端的電壓大致相等。
[7] 如申請專利範圍第6項的電池充電系統,其中,該充電控制器包括一電流源電路,根據一參考電流為該溫度感應電路提供一溫度感應電流,其中,該參考電流係由該溫度感應電流和該補償電流決定之。
[8] 如申請專利範圍第1項的電池充電系統,該電池充電系統還包括:一感應電阻,產生與該充電電流成比例的一電壓降;該補償電路包括一放大器、一電晶體和一電阻;該放大器的一第一輸入端耦接至該感應電阻的一第一端,該放大器的一第二輸入端耦接至該電晶體的一輸出端,該放大器的該輸出端耦接至該電晶體,以控制該電晶體的一導通狀態;該電晶體和該電阻串聯耦接於該溫度感應節點和該感應電阻一第二端之間;該放大器的該輸出端控制該電晶體的一阻值,使該第一輸入端和該第二輸入端的電壓大致相等。
[9] 一種電池放電系統,包括:一監測電路,控制來自一電池組的一放電電流,該監測電路包括:一溫度感應節點,耦接至一溫度感應電路,監測與該電池組的溫度成比例的一電壓降;以及一電流鏡,其係基於一參考電流為該溫度感應電路提供一溫度感應電流;以及一補償電路,耦接至該監測電路,產生一補償電流流入該監測電路,其中,該補償電流與該放電電流在該電池放電系統中之一寄生電阻上所產生的電壓降成比例。
[10] 如申請專利範圍第9項的電池放電系統,其中,該溫度感應電路包括一熱敏電阻,耦接至該電池組。
[11] 如申請專利範圍第9項的電池放電系統,其中,該監測電路還包括一放大器、一電晶體和一電流鏡,該放大器包括一第一輸入端和一第二輸入端,該第一輸入端接收該參考電壓,該第二輸入端接收與該放電電流成比例的一電壓;該電晶體由該放大器的一輸出端控制;其中,該電晶體耦接於該電流鏡和與該放電電流成比例的該電壓之間,產生該參考電流;其中,該放大器的該輸出端控制該電晶體的一阻值,使得該第一輸入端的電壓與該第二輸入端的電壓大致相等。
[12] 如申請專利範圍第11項的電池放電系統,其中,該參考電流係由該溫度感應電流和該補償電流決定之。
[13] 如申請專利範圍第9項的電池放電系統,該電池放電系統還包括:一感應電阻,產生與該放電電流成比例的一電壓降;該補償電路包括一放大器、一電晶體和一電阻;該放大器的一第一輸入端耦接至該感應電阻的一第一端,該放大器的一第二輸入端耦接至該電晶體的一輸出端,該放大器的輸出端耦接至該電晶體以控制該電晶體的一導通狀態;該電晶體和該電阻串聯耦接於該溫度感應節點和該感應電阻的一第二端之間;該放大器的該輸出控制該電晶體的一阻值,使該第一輸入端和該第二輸入端的電壓大致相等。
[14] 一種電池充電系統,包括:一充電控制器,控制流向一電池組的一充電電流,該充電控制器包括一溫度感應節點,耦接至一溫度感應器上,並檢測與該電池的溫度成比例的一電壓降;一感應電阻,產生與該充電電流成比例的一電壓降;以及一補償電路,產生一補償電流,該補償電路包括一放大器、一電晶體和一電阻;該放大器的一第一輸入端耦接至該感應電阻的一第一端,該放大器的一第二輸入端耦接至該電晶體的輸出端,該放大器的一輸出端耦接至該電晶體以控制該電晶體的一導通狀態;該電晶體和該電阻串聯耦接在溫度感應節點和該感應電阻一第二端之間;該放大器的該輸出控制該電晶體的阻值,使該第一輸入端和該第二輸入端的電壓大致相等。
[15] 如申請專利範圍第14項的電池充電系統,其中,該溫度感應器包括一熱敏電阻,耦接至該電池組。
[16] 如申請專利範圍第14項的電池充電系統,該電池充電系統還包括:一溫度感應電路,耦接至該溫度感應節點,為該溫度感應器提供一溫度感應電流。
[17] 如申請專利範圍第16項的電池充電系統,其中,該充電控制器產生一參考電壓;其中,該溫度感應電路包括一電阻,耦接於該參考電壓和該溫度感應節點之間,以產生一參考電流,其中,該參考電流係由該溫度感應電流和該補償電流決定之。
[18] 一種電池充電系統,包括:一充電控制器,控制流向一電池組的一充電電流,該充電控制器包括一溫度感應節點,耦接至一溫度感應器,並檢測與該電池組的溫度成比例的一電壓降;一感應電阻,產生與該充電電流成比例的一電壓降;一補償電路,產生一補償電流,包括一放大器、一電晶體和一電阻;該放大器的一第一輸入端耦接至該感應電阻的一第一端,該放大器的一第二輸入端耦接至該電晶體的一輸出端,該放大器的該輸出端耦接至該電晶體以控制該電晶體的一導通狀態;該電晶體和該電阻串聯耦接於該溫度感應節點和該感應電阻一第二端之間;該放大器的輸出控制該電晶體的阻值使該第一輸入端和該第二輸入端的電壓大致相等;其中,該充電控制器還包括一放大器、一電晶體和一電流鏡,該放大器包括一第一輸入端和一第二輸入端,該第一輸入端接收一參考電壓,該第二輸入端接收與該充電電流成比例的一電壓;該電晶體由該放大器的一輸出端控制;其中,該電晶體耦接於該電流鏡和與該充電電流成比例的該電壓之間,產生一參考電流;其中,該放大器的該輸出端控制該電晶體的阻值,使得該第一輸入端與該第二輸入端的電壓大致相等,其中,該電流鏡根據該參考電流為該溫度感應電路提供該溫度感應電流,且其中,該參考電流係由該溫度感應電流和該補償電流決定之。
[19] 如申請專利範圍第18項的電池充電系統,其中,該溫度感應器包括一熱敏電阻,耦接至該電池組。
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DE102011083307A1|2011-09-23|2013-03-28|Continental Automotive Gmbh|Vorrichtung zur Messung eines Batteriestroms|
CN104037921A|2013-03-07|2014-09-10|鸿富锦精密电子有限公司|充电电路|
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EP3100337B1|2014-01-27|2022-01-12|Otis Elevator Company|Charge algorithm for battery propelled elevator|
JP6507040B2|2015-06-08|2019-04-24|株式会社マキタ|充電器|
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US11101680B2|2019-06-28|2021-08-24|Microsoft Technology Licensing, Llc|Parallel battery charge management|
US11165265B2|2019-06-28|2021-11-02|Microsoft Technology Licensing, Llc|Parallel battery discharge management|
法律状态:
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
US13/215,567|US9007033B2|2011-08-23|2011-08-23|Battery temperature detection and parasitic resistance compensation system|
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