專利名稱：電池組電流監(jiān)測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無線電氣裝置的電池組，而且尤其涉及電池組電流監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
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(shí)例包括但不限于，膝上型計(jì)算機(jī)、蜂窩式電話、個(gè)人數(shù)字助理以及例如鉆之類的電動(dòng)工具。這種電池組可以包括多個(gè)電池單元和電源開關(guān)，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(tài)監(jiān)測(cè)電路，以執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，以此維持電池單元安全和期望的使用。
在常規(guī)電池組中，可以使用電流檢測(cè)電阻器與電池組的電池單元串聯(lián)，以提供一信號(hào)給電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路，該信號(hào)表示來自或進(jìn)入電池單元的電流。對(duì)于弱電流應(yīng)用，使用該電流檢測(cè)電阻器是可接受的。但是，對(duì)于強(qiáng)電流應(yīng)用，該電流檢測(cè)電阻器會(huì)導(dǎo)致過度的功率損耗。另外，該電流檢測(cè)電阻器促使產(chǎn)生額外的元件和連接成本。因此，需要一種不使用電流檢測(cè)電阻器的電池組電流監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)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(gè)電池單元、一開關(guān)、一熱敏電阻和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路，其中開關(guān)具有取決于開關(guān)的溫度的導(dǎo)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(tài)監(jiān)測(cè)電路可以被配置成，監(jiān)測(cè)由流經(jīng)開關(guān)的電流引起的跨過開關(guān)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(guān)聯(lián)。
本發(fā)明所述的電池組，所述熱敏電阻被置于接近所述開關(guān)處。
本發(fā)明所述的電池組，所述開關(guān)包括一放電開關(guān)，將所述放電開關(guān)配置成，閉合所述放電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)電池單元，以提供放電電流給負(fù)載，所述電壓降表示所述放電電流。
本發(fā)明所述的電池組，所述放電開關(guān)包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極端子的電壓降。
本發(fā)明所述的電池組，所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極和源極端子的所述電壓降，并提供一個(gè)表示流經(jīng)所述開關(guān)的所述電流的輸出信號(hào)。
本發(fā)明所述的電池組，所述開關(guān)包括一充電開關(guān)，將所述充電開關(guān)配置成，閉合所述充電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)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(jù)本發(fā)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(fù)載以及要提供電力給負(fù)載的電池組。該電池組可以包括至少一個(gè)電池單元、一開關(guān)、一熱敏電阻和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路，其中開關(guān)具有取決于開關(guān)的溫度的導(dǎo)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(tài)監(jiān)測(cè)電路可以被配置成，監(jiān)測(cè)由流經(jīng)開關(guān)的電流引起的跨過開關(guān)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(guān)聯(lián)。
本發(fā)明所述的無線電氣裝置，所述熱敏電阻被置于接近所述開關(guān)處。
本發(fā)明所述的無線電氣裝置，所述開關(guān)包括一放電開關(guān)，將所述放電開關(guān)配置成，閉合所述放電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)電池單元，以提供放電電流給負(fù)載，所述電壓降表示所述放電電流。
本發(fā)明所述的無線電氣裝置，所述放電開關(guān)包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極端子的電壓降。
本發(fā)明所述的無線電氣裝置，所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極和源極端子的所述電壓降，并提供一個(gè)表示流經(jīng)所述開關(guān)的所述電流的輸出信號(hào)。
本發(fā)明所述的無線電氣裝置，所述開關(guān)包括一充電開關(guān)，將所述充電開關(guān)配置成，閉合所述充電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)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(jù)本發(fā)明的再一方面，提供有一種方法。該方法可以包括當(dāng)電池組的開關(guān)閉合時(shí)監(jiān)測(cè)跨過該開關(guān)兩端的電壓降，該開關(guān)具有取決于開關(guān)的溫度的導(dǎo)通電阻，并通過計(jì)算溫度的改變使得該電壓降和流經(jīng)該開關(guān)的電流相互關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明所述的方法，還包括也通過計(jì)算所述開關(guān)的起始增益而將所述電壓降和流經(jīng)所述開關(guān)的所述電流相互關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明所述的方法，所述開關(guān)包括一放電開關(guān)，所述電流包括一從所述至少一個(gè)電池單元流向負(fù)載的放電電流，所述放電開關(guān)包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極端子的電壓降。


所要求的主題的實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)隨著下列詳細(xì)描述的進(jìn)行以及在參考附圖的基礎(chǔ)上而變得清楚，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，并且在其中圖1是具有含電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路的電池組的無線電氣裝置的示圖；圖2是更詳細(xì)描述的圖1的電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路的示圖；以及圖3是根據(jù)實(shí)施例的操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
雖然下列詳細(xì)描述將會(huì)參照示例性的實(shí)施例來進(jìn)行，但是，其許多選擇、變形和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)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(fù)載104提供電力。負(fù)載104可以表示裝置100的整個(gè)負(fù)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可以包括但不限于膝上型計(jì)算機(jī)、蜂窩式電話、個(gè)人數(shù)字助理以及例如鉆、圓鋸、撒砂器等電動(dòng)工具。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)無線電氣裝置是電動(dòng)工具時(shí)，負(fù)載104可以是電動(dòng)工具自身。除了在電池供電模式中提供電力給負(fù)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(shí)向負(fù)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，并耦合到用于充電的外部電池充電器。
電池組102可以包括一個(gè)或多個(gè)電池單元106，與電池單元106串聯(lián)的開關(guān)110，位于接近開關(guān)110處的熱敏電阻126，以及電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108。當(dāng)在此處的任一實(shí)施例中使用時(shí)，“電路”可以單獨(dú)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(tài)機(jī)電路、和/或存儲(chǔ)由可編程電路執(zhí)行的指令的固件。開關(guān)110可以是放電開關(guān)，其閉合以提供從電池單元106到負(fù)載104的放電路徑；或?yàn)槌潆婇_關(guān)，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(xué)電池，例如鋰電池。開關(guān)110可以是晶體管，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
通常，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108可以通過監(jiān)測(cè)跨過開關(guān)110兩端的電壓降來監(jiān)測(cè)流經(jīng)該開關(guān)的電流。開關(guān)110的導(dǎo)通電阻可以隨開關(guān)的溫度而變化，因而影響跨過開關(guān)兩端的電壓降。所以，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108可以通過計(jì)算開關(guān)110的溫度的改變，使得該電壓降與流經(jīng)該開關(guān)的電流相互關(guān)聯(lián)。流經(jīng)該開關(guān)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(tài)監(jiān)測(cè)電路108還可以將關(guān)于充電/放電電流的測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換和發(fā)送給相關(guān)無線電氣裝置100的功率調(diào)節(jié)控制器124。電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108還可以接收并執(zhí)行來自功率調(diào)節(jié)控制器124的指令。電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108還可以按功率調(diào)節(jié)控制器124的指示驅(qū)動(dòng)開關(guān)110和電池組102的其它開關(guān)(未示出)。在合適的時(shí)候，當(dāng)功率調(diào)節(jié)控制器124未能發(fā)出任何控制信號(hào)時(shí)，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108也可以不管來自功率調(diào)節(jié)控制器124的指令，而提供默認(rèn)狀態(tài)給電池組102的開關(guān)。
為了監(jiān)測(cè)流入或者來自電池單元106的電流，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108可以利用開關(guān)110的導(dǎo)通電阻。當(dāng)開關(guān)110閉合時(shí)，開關(guān)110可以具有特殊的導(dǎo)通電阻。導(dǎo)通電阻值可以隨例如開關(guān)110的環(huán)境溫度、開關(guān)增益和開關(guān)的其他細(xì)節(jié)等因素而變化。開關(guān)110的導(dǎo)通電阻可以隨溫度的改變而成比例的變化。當(dāng)電流流經(jīng)開關(guān)110時(shí)，該開關(guān)的導(dǎo)通電阻會(huì)產(chǎn)生跨過開關(guān)兩端的與該電流水平成比例的電壓降。
為了考慮影響開關(guān)110的導(dǎo)通電阻的因素，可以執(zhí)行校準(zhǔn)來使得例如起始增益和環(huán)境溫度兩者的因素與導(dǎo)通電阻相關(guān)?？梢詫⑺鶞y(cè)量的相關(guān)性保存在存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器例如是功率調(diào)節(jié)控制器124的永久性存儲(chǔ)器129。該變化規(guī)則可以引入到作為溫度的函數(shù)的μC中，從而補(bǔ)償電流測(cè)量值。
圖2更詳細(xì)地示出了圖1的電池組102的電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108。電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路108可以包括讀出放大器206和放電驅(qū)動(dòng)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(guān)110可以是放電開關(guān)，其閉合以提供放電電流給負(fù)載104a，并且該放電開關(guān)可以使用晶體管來實(shí)現(xiàn)，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)Q1。MOSFET Q1的控制端即柵極可以從放電驅(qū)動(dòng)器202接收控制信號(hào)。MOSFET Q1的源極可以耦合到I_P端子240，該端子240然后耦合到讀出放大器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然后耦合到讀出放大器206的反相輸入端?？梢栽贗_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(dāng)從電池單元106將放電電流(I_load)提供給負(fù)載時(shí)，電流會(huì)流過放電MOSFET Q1。MOSFET的導(dǎo)通電阻會(huì)在跨過源極和漏極端子產(chǎn)生電壓降。該電壓降會(huì)被讀出放大器206放大，并在讀出放大器的輸出端子210、208提供。在一個(gè)實(shí)施例中，為了監(jiān)測(cè)流經(jīng)MOSFET Q1的電流水平，電池監(jiān)測(cè)電路108會(huì)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(hào)，以及熱敏電阻126的電阻204，以確定放電電流。將熱敏電阻126置于接近MOSFET Q1處，并且該熱敏電阻126具有電阻204，該電阻隨溫度迅速地且可預(yù)測(cè)地變化。
電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(tài)監(jiān)測(cè)電路108檢測(cè)到放電電流大于或者等于該最大放電電流水平，則它會(huì)提供一個(gè)輸出控制信號(hào)以保護(hù)無線電氣裝置的元件。可以將該輸出控制信號(hào)供給一個(gè)或者多個(gè)在電池組102中例如MOSFET Q1的開關(guān)，以打開MOSFET Q1，或者可以將其提供給位于電池組102外部的其它電路，例如功率調(diào)節(jié)控制器124。
圖3是根據(jù)實(shí)施例的操作300的流程圖。操作302可以包括，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，監(jiān)測(cè)跨過電池組的開關(guān)兩端的電壓降，該開關(guān)具有取決于開關(guān)溫度的導(dǎo)通電阻。操作304可以包括，通過計(jì)算溫度中的改變，使得該電壓降與流經(jīng)該開關(guān)的電流相互關(guān)聯(lián)。
有利地，可以消除對(duì)于利用傳統(tǒng)檢測(cè)電阻器來監(jiān)測(cè)來自電池單元或者流入電池單元的電流的需要。這就節(jié)約了獲取和連接檢測(cè)電阻器的成本，還消除了由檢測(cè)電阻器導(dǎo)致的、當(dāng)電流水平增高時(shí)會(huì)變得很顯著的功率損耗。
在文中所使用的術(shù)語和措辭是用作描述性的術(shù)語，而非限制性的，并且不企圖使用上述術(shù)語和措辭排除任何所顯示和所描述的特征(或其部分)的等同物，還可以認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求的范圍內(nèi)各種變形都是可以的。其他變形、變化和替換也是可以的。
權(quán)利要求
1.一種電池組，其特征在于，該電池組包括至少一個(gè)電池單元；一開關(guān)，所述開關(guān)具有取決于所述開關(guān)的溫度的導(dǎo)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(tài)監(jiān)測(cè)電路，將所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路配置成，監(jiān)測(cè)由流經(jīng)所述開關(guān)的電流引起的跨過所述開關(guān)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(guān)聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述熱敏電阻被置于接近所述開關(guān)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述開關(guān)包括一放電開關(guān)，將所述放電開關(guān)配置成，閉合所述放電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)電池單元，以提供放電電流給負(fù)載，所述電壓降表示所述放電電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組，其特征在于，所述放電開關(guān)包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極端子的電壓降。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組，其特征在于，所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極和源極端子的所述電壓降，并提供一個(gè)表示流經(jīng)所述開關(guān)的所述電流的輸出信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，所述開關(guān)包括一充電開關(guān)，將所述充電開關(guān)配置成，閉合所述充電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)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，其特征在于，該無線電氣裝置包括一負(fù)載；以及向所述負(fù)載提供電力的電池組，所述電池組包括至少一個(gè)電池單元；一開關(guān)，所述開關(guān)具有取決于所述開關(guān)的溫度的導(dǎo)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(tài)監(jiān)測(cè)電路，將所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路配置成，監(jiān)測(cè)由流經(jīng)所述開關(guān)的電流引起的跨過所述開關(guān)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(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電氣裝置，其特征在于，所述熱敏電阻被置于接近所述開關(guān)處。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電氣裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一放電開關(guān)，將所述放電開關(guān)配置成，閉合所述放電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)電池單元，以提供放電電流給負(fù)載，所述電壓降表示所述放電電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線電氣裝置，其特征在于，所述放電開關(guān)包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極端子的電壓降。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電氣裝置，其特征在于，所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極的輸入，且具有耦合到所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所述漏極和源極端子的所述電壓降，并提供一個(gè)表示流經(jīng)所述開關(guān)的所述電流的輸出信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線電氣裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括一充電開關(guān)，將所述充電開關(guān)配置成，閉合所述充電開關(guān)以啟動(dòng)所述至少一個(gè)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，其特征在于，該方法包括當(dāng)電池組的開關(guān)閉合時(shí)監(jiān)測(cè)跨過所述開關(guān)兩端的電壓降，所述開關(guān)具有取決于所述開關(guān)的溫度的導(dǎo)通電阻；以及通過計(jì)算所述溫度的改變而使得所述電壓降和流經(jīng)所述開關(guān)的電流相互關(guān)聯(lián)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括也通過計(jì)算所述開關(guān)的起始增益而將所述電壓降和流經(jīng)所述開關(guān)的所述電流相互關(guān)聯(lián)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)包括一放電開關(guān)，所述電流包括一從所述至少一個(gè)電池單元流向負(fù)載的放電電流，所述放電開關(guān)包括一金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述電壓降是跨過所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和源極端子的電壓降。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池組電流監(jiān)測(cè)。該電池組可以包括至少一個(gè)電池單元、一個(gè)開關(guān)、一個(gè)熱敏電阻和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路，其中開關(guān)具有取決于開關(guān)的溫度的導(dǎo)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(tài)監(jiān)測(cè)電路可以被配置成，監(jiān)測(cè)由流經(jīng)開關(guān)的電流引起的跨過開關(guān)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(guān)聯(lián)。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(guān)的方法。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1832248SQ20061005683
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月7日
發(fā)明者康斯坦丁·布克, 瑪利安·尼古拉 申請(qǐng)人:美國凹凸微系有限公司