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CN107809120A - 电池装置、电子装置以及电池装置的保护方法 - Google Patents

电池装置、电子装置以及电池装置的保护方法 Download PDF

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CN107809120A
CN107809120A CN201610836999.2A CN201610836999A CN107809120A CN 107809120 A CN107809120 A CN 107809120A CN 201610836999 A CN201610836999 A CN 201610836999A CN 107809120 A CN107809120 A CN 107809120A
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charging
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Abstract

电池装置、电子装置以及电池装置的保护方法。该电池装置包括至少一电芯、一管理芯片以及一总线。管理芯片耦接至电芯，用以检测电芯的一电压或一剩余容量，并根据电芯的电压或剩余容量管理电池装置的一运作状态。总线耦接至管理芯片，其中管理芯片通过总线与一主机装置沟通。管理芯片进一步判断是否电芯的剩余容量于电池装置的一充电状态中并未增加。当电芯的剩余容量于电池装置的充电状态中并未增加时，管理芯片启动一保护机制，使电池装置离开充电状态。

Description

电池装置、电子装置以及电池装置的保护方法
技术领域
本发明涉及一种电池装置的保护方法，特别涉及一种在电池装置发生充电异常时的保护方法。
背景技术
对于无法连续地连接到固定电源的电子设备，可使用电池提供电力来源。日益普及的可提供移动通信以及多媒体娱乐等应用的电子设备为使用电池作为电力来源的一实例。随着技术的发展，可充电电池为现今较受青睐的电源设备，这也造就了在各个领域的可充电电池的技术发展。
然而，电池充电与放电的过程，皆会产生热能。因此，无论是电池制造商或电子设备制造商，都致力于将电池的充放电保护机制设计得更加完善，以避免不必要的能量耗损以及因热能累积导致的危险发生。
发明内容
本发明公开一种电池装置，包括至少一电芯、一管理芯片以及一总线。管理芯片耦接至电芯，用以检测电芯的一电压或一剩余容量，并根据电芯的电压或剩余容量管理电池装置的一运作状态。总线耦接至管理芯片，其中管理芯片通过总线与一主机装置沟通。管理芯片进一步判断是否电芯的剩余容量在电池装置的一充电状态中并未增加。当电芯的剩余容量在电池装置的充电状态中并未增加时，管理芯片启动一保护机制，使电池装置离开充电状态。
本发明公开一种电子装置，包括一电池装置、一充/放电芯片以及一微处理器。充/放电芯片耦接至电池装置，用以控制电池装置的一充电操作以及一放电操作。微处理器，通过一总线与电池装置沟通。当微处理器判断电池装置的一剩余容量在一充电状态中并未增加时，微处理器启动一保护机制，使电池装置离开充电状态。
本发明公开一种电池装置的保护方法，包括：判断一电池装置是否运作在一充电状态；当该电池装置运作在该充电状态时，判断该电池装置的一剩余容量是否在该充电状态中并未增加；以及当该电池装置的该剩余容量在该充电状态中并未增加时，启动一保护机制，使该电池装置离开该充电状态。
附图说明
图1是显示根据本发明的一实施例所述的一电子装置方块图。
图2是显示根据本发明的一实施例所述的一电池装置方块图。
图3是显示根据本发明的一实施例所述的电池装置的保护方法流程图。
图4是显示根据本发明的一实施例所述的电池装置的保护方法流程图。
图5A与图5B是显示根据本发明的一实施例所述的电池装置的保护方法流程图。
【符号说明】
50～直流/交流电源；
100～电子装置；
110～主机装置；
111～微处理器；
112～充/放电芯片；
113～电源选择装置；
114～主机电源；
115～电源管理装置；
116～显示装置；
120～电池装置；
121～主管理芯片；
122～副管理芯片；
123～充电开关；
124～放电开关；
125～保护装置；
126～感测电阻；
Battery_ID、SMBus_Clock、SMBus_Data、System_ID～引脚；
Cell_1、Cell_2、Cell_3、Cell_4～电芯；
P+～正极；
P-～负极。
具体实施方式
使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明。
图1是显示根据本发明的一实施例所述的一电子装置方块图。电子装置100可包括一主机装置110以及一电池装置120，其中电池装置120为可充电的电池装置，用以作为电子装置100的一电力来源。
主机装置110可至少包括一微处理器111、一充/放电芯片112、一电源选择装置113、一主机电源114、一电源管理装置115以及一显示装置116。
值得注意的是，为了清楚阐述本发明，图1为一简化的方块图，其中仅显示出与本发明相关的元件。本领域技术人员应了解电子装置当可包含其他元件，用以提供特定的功能，因此，本发明并不限于图1所示的内容。
充/放电芯片112耦接至电池装置120，用以控制电池装置120的一充电操作以及一放电操作。充/放电芯片112提供充/放电回路，用以在电池装置的一放电过程中自电池装置120撷取电力，以及在电池装置120的一充电过程中提供电力至电池装置120。充电过程的电力来源可以是外部的直流/交流电源50。
电源选择装置113用以选择提供给主机电源114的电力来源。举例而言，当电源选择装置113检测到变压器(adaptor)插入电子装置100所配置的一插孔(图未示)时，电源选择装置113可选择由外部的直流/交流电源50提供电力至主机电源114。当电源选择装置113未检测到有变压器插入插孔时，电源选择装置113则选择由电池装置120提供电力至主机电源114。
主机电源114用以提供整个电子装置100系统运作时所需的电力。电源管理装置115耦接至主机电源114，用以管理电子装置系统的电源。
微处理器111耦接至充/放电芯片112、电源管理装置115及显示装置116，用以控制该等元件的运作。
一般而言，电池装置或主机装置系统会内建有基本的保护机制，用以在充/放电过程中针对发生过高/过低的电压、过高/过低的电流或过高/过低的温度等的情况给予保护，以避免不必要的能量耗损以及因热能累积导致的危险发生。然而，传统技术中，并未有针对电池容量(或，剩余容量)是否正常增/减而有对应的保护机制。
根据本发明的一实施例，微处理器111或电池装置120可持续检测电池装置120是否发生充电异常。在本发明的实施例中，所述的充电异常可包含各种因素而造成电池装置120的一电池容量(或，剩余容量)在一充电状态或充电过程中并未增加的异常情况，例如，元件毁坏、充电控制不当、电池装置与主机装置沟通失败、识别引脚异常开启、甚至保护机制失效等因素。
当微处理器111或电池装置120检测到电池装置120发生充电异常时，可启动另一保护机制，一种电量持平保护机制，简称为KCP(Keeping Capacity Protection)保护机制，使电池装置120离开充电状态，以避免不必要的能量耗损以及因热能累积导致的危险发生。
在本发明的实施例中，KCP保护机制可实施于主机装置110端和/或电池装置120端。此外，充电异常的检测也可以实施于主机装置110端和/或电池装置120端。
根据本发明的一实施例，微处理器111可通过一总线与电池装置120沟通。所述的总线可以是，例如，一系统管理总线(System Management Bus，简称为SM Bus)。微处理器111可周期性探询(polling)总线上传递的数据，以得知电池装置120目前的状态与相关的参数。举例而言，电池装置120可定期将检测到的电池电压、充电/放电电流、电池温度、充饱容量、剩余容量、警示指令等相关信息通过总线传送给微处理器111。此外，电池装置120也可根据检测到的电压、电流、温度及剩余容量等数值判断目前电池装置所处的状态，设立对应的状态标志，并且通过总线将状态标志的相关信息传送给微处理器111。
微处理器111可根据剩余容量或状态标志的内容判断电池装置120的剩余容量是否在一充电状态中并未增加。举例而言，当微处理器111发现连续多次探询所得到的剩余容量均未增加，或者发现电池装置120已设立起一充电异常状态标志时，微处理器111可启动KCP保护机制，使电池装置120离开充电状态。
根据本发明的一实施例，当微处理器111启动KCP保护机制时，微处理器111可控制充/放电芯片112停止提供电力至电池装置120，使电池装置120离开充电状态。
根据本发明的另一实施例，当微处理器111启动KCP保护机制时，微处理器111也可通过总线通知电池装置120启动对应的保护机制，停止自主机装置110接收电力，使电池装置120离开充电状态。
此外，根据本发明的一实施例，当微处理器111启动KCP保护机制时，微处理器111也可控制显示装置116显示一充电异常警讯，以告知使用者目前必须离开充电状态。
当使用者留意到充电异常警讯时，可自行检测是否有元件损坏、线路脱落等可能造成充电异常的情况发生，若有发现，则可进行修复。当可能造成充电异常的情况被解决后，使用者可解除KCP保护模式。根据本发明的一实施例，解除KCP保护模式的方式包括，但不限于，插拔电池装置、插拔变压器、触碰(例如，长按)电源按键一段时间或触碰任一预设的解除KCP保护模式快速键、或者改为让电池装置120进入放电模式。
图2是显示根据本发明的一实施例所述的一电池装置方块图。电池装置120可包括一或多组电芯，例如图中所示的Cell_1、Cell_2、Cell_3及Cell_4、一主管理芯片121、一副管理芯片122、一充电开关123、一放电开关124、一保护装置125以及一感测电阻126。
值得注意的是，为了清楚阐述本发明，图2为一简化的方块图，其中仅显示出与本发明相关的元件。本领域技术人员应了解电池装置也可能包含其他元件，用以提供特定的功能，因此，本发明并不限于图2所示的内容。
充电开关123与放电开关124可通过电源线耦接在电池装置120的正极P+与电芯之间。主管理芯片121可控制充电开关123与放电开关124的开启与关闭，以控制电池装置120的充放电行为。举例而言，当主管理芯片121将充电开关123关闭时，可使电源线与电芯相连，让接收到的电力可存储至电芯。当主管理芯片121将充电开关123开启时，则可使电源线与电芯之间形成断路。放电开关124的控制方式亦相近。根据本发明的一实施例，充电开关123与放电开关124可由晶体管实施。
除充电开关123与放电开关124之外，保护装置125也可通过电源线耦接在电池装置120的正极P+与电芯之间，作为第二道防护。举例而言，当充电开关123/放电开关124的控制失效时，副管理芯片122可控制保护装置125断开电源线与电芯之间的连线。根据本发明的一实施例，保护装置125可由保险丝实施。
感测电阻126通过电源线耦接在电池装置120的负极P-与电芯之间，用以检测电池装置120的充电/放电电流大小。
主管理芯片121耦接至电池装置的各元件，用以检测电池装置120的电压、充电/放电电流、温度、剩余容量等，并根据检测到的数值管理电池装置120的运作状态。主管理芯片121更耦接至总线，如图所示的SM Bus的时钟引脚SMBus_Clock以及SM Bus的数据引脚SMBus_Data，并通过总线与主机装置110沟通。
此外，主管理芯片121更耦接至识别引脚，如图所示的Battery_ID与System_ID，其中识别引脚Battery_ID提供给主机装置110用以识别电池装置120，识别引脚System_ID提供给电池装置120用以识别主机装置110。
根据本发明的一实施例，主管理芯片121可持续检测电池装置120是否在充电状态中发生充电异常。举例而言，当主管理芯片121发现连续多次测量或计算所得到的剩余容量均未增加时，主管理芯片121可启动KCP保护机制，使电池装置120离开充电状态。
根据本发明的一实施例，当主管理芯片121启动KCP保护机制时，主管理芯片121可通过总线通知在电池装置120的充电状态中用以提供电力的主机装置110停止提供电力，使电池装置120离开充电状态。
根据本发明的另一实施例，当主管理芯片121启动KCP保护机制时，主管理芯片121也可控制充电开关123开启，使得电源线与电芯之间形成断路，使电池装置120停止自主机装置110接收电力，离开充电状态。
此外，根据本发明的一实施例，当主管理芯片121启动KCP保护机制时，主管理芯片121可设立起一充电异常状态标志，以通知主机装置110。而当主机装置110的微处理器111发现电池装置120已设立起一充电异常状态标志时，微处理器111可控制显示装置116显示一充电异常警讯，以告知使用者目前必须离开充电状态。除此之外，微处理器111也可如上述在主机装置110端启动对应的KCP保护机制，使电池装置120离开充电状态。
当使用者留意到充电异常警讯时，可自行检测是否有元件损坏、线路脱落等可能造成充电异常的情况发生，若有发现，则可进行修复。当可能造成充电异常的情况被解决后，使用者可解除KCP保护模式，其充电异常标志也会解除。根据本发明的一实施例，解除KCP保护模式的方式包括，但不限于，插拔电池装置、插拔变压器、触碰(例如，长按)电源按键一段时间或触碰任一预设的解除KCP保护模式快速键、或者改为让电池装置120进入放电模式。
图3是显示根据本发明的一实施例所述的电池装置的保护方法流程图。图3显示的流程图以由包含电池装置与主机装置的电子装置系统的角度做描述。首先，判断电池装置是否运作在一充电状态(步骤S302)。若否，则无需启动KCP保护机制。若是，则进一步判断电池装置的一剩余容量是否在充电状态中并未增加(步骤S304)。若否，则无需启动KCP保护机制。若是，则启动KCP保护机制(步骤S306)，使电池装置离开充电状态。
图4是显示根据本发明的一实施例所述的电池装置的保护方法流程图。图4显示的流程图以由主机装置的角度做描述，其中主机装置如图1所示耦接至电池装置。首先，主机装置判断是否有提供外接电源的装置插入(步骤S402)。若否，则判断电池装置目前运作在放电状态(步骤S404)。若是，则判断电池装置目前运作在充电状态(步骤S406)。
接着，主机装置判断充电电流是否大于零(步骤S408)。举例而言，判断充/放电芯片112所提供的充电电流是否大于零。若充电电流不大于零，则判断电池装置目前运作在放电状态(步骤S404)。若充电电流大于零，则进一步探询电池装置目前的参数(步骤S410)。举例而言，探询总线上传递的数据，以得知电池装置目前的状态与相关的参数。
接着，主机装置判断是否有电压、电流或温度等相关的异常状态标志被设起(步骤S412)。若有，则主机装置启动一般的电池保护机制(步骤S414)。若无，则主机装置持续检测电池电量(步骤S416)。主机装置判断电池电量是否有持续增加(步骤S418)。举例而言，主机装置可藉由检视电池电量相关参数数值，判断电池电量是否有持续增加。此外，主机装置也可藉由检视电池电压/电流相关参数数值，根据电池电压是否有上升、或者电池电流是否为0安培，判断电池电量是否有持续增加。
若无，则启动上述的KCP保护机制(步骤S420)。若有，则进一步判断电池电量是否已被充饱(步骤S422)。若是，则充电结束。若否，则回到步骤S406持续监控电池状态。
图5A与图5B是显示根据本发明的一实施例所述的电池装置的保护方法流程图。图5A与图5B显示的流程图以由电池装置的角度做描述。首先，主管理芯片121判断是否接收到外部电源(步骤S502)。若否，则电池装置目前运作在放电状态(步骤S504)。若是，则电池装置目前运作在充电状态(步骤S506)。
接着，主管理芯片121判断是否与主机装置的沟通可正常运作(步骤S508)。若否，则判断为电池装置异常(步骤S510)。若是，则判断电池装置正常(步骤S512)。
接着，主管理芯片121判断目前电池容量是否已达充饱范围(步骤S514)。举例而言，充饱范围可订为充饱电量(或，最高电量)的95％～100％。若主管理芯片121判断目前电池容量已达充饱范围，则视为已充饱电，进入充饱状态(步骤S516)，而不会启动KCP保护机制。
若否，则主管理芯片121进一步判断目前电池容量是否已达完全放电范围(步骤S518)。举例而言，完全放电范围可订为充饱电量(或，最高电量)的0％～10％。若主管理芯片121判断目前电池容量已达完全放电范围，则视为已完全放电，进入完全放电状态(步骤S520)，而不会启动KCP保护机制。
值得注意的是，电池装置可针对充饱状态及完全放电状态设计对应的保护机制。
若目前电池容量未达完全放电范围，则主管理芯片121进一步判断目前电池电压是否落于适当范围(步骤S522)。举例而言，适当的电压范围可依据电池的规格而订在电压V1～V2之间。若否，则主管理芯片121判断目前电池装置处于过高/过低电压状态(步骤S524)。电池装置可针对过高/过低电压状态设计对应的保护机制。
若目前电池电压落于适当范围，则主管理芯片121进一步判断电池电量是否有持续增加(步骤S526)。举例而言，主管理芯片121可藉由检测或计算目前电池电量，判断电池电量是否有持续增加。此外，主管理芯片121也可藉由检测或计算电池电压/电流值，根据电池电压是否有上升、或者电池电流是否为0安培，判断电池电量是否有持续增加。
若是，则回到步骤S512持续监控电池状态。若无，则进一步判断电池电量是否超过一既定时间都没有增加(步骤S528)。若否，则回到步骤S512持续监控电池状态。若电池电量超过一既定时间都没有增加，则启动上述的KCP保护机制(步骤S530)。
根据本发明的一实施例，步骤S528可设定一合理的时间区间，例如，根据系统操作速度设定为数秒钟或数分钟。若电池电量超过合理的时间都没有增加，则代表充电异常发生，应启动上述的KCP保护机制。
如上述，传统技术中，并未有针对电池容量(或，剩余容量)是否正常增/减而有对应的保护机制。在本发明实施例中，主机装置端的微处理器111或电池装置120端的主管理芯片121可持续检测电池装置120的一电池容量(或，剩余容量)在一充电状态或充电过程中是否并未正常增加，而导致发生充电异常。
当检测到电池装置120发生充电异常时，可启动上述的KCP保护机制，使电池装置120离开充电状态，并且通知使用者，以避免不必要的能量耗损以及因热能累积导致的危险发生。
此外，上述KCP的检测及保护机制可与传统保护机制共存。举例而言，可被设计为优先于传统保护机制，用以作为第一道防线。此外，上述KCP的检测及保护机制也可以被设计为传统保护机制启动后，持续检测是否传统保护机制失效而导致充电异常的第二道防线。除此之外，上述KCP的检测也可以被设计与传统保护机制的检测并行，如图4及图5A、图5B的范例所示。
本发明的上述实施例能够以多种方式执行，例如使用硬件、软件或其结合来执行。本领域技术人员应了解执行上述功能的任何组件或组件的集合可被视为一个或多个控制上述功能的处理器。此一个或多个处理器可以多种方式执行，例如藉由指定硬件，或使用微码或软件来编程的通用硬件来执行上述功能。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (10)

1.一种电池装置，包括：
至少一电芯；
管理芯片，耦接至该电芯，用以检测该电芯的电压或剩余容量，并根据该电芯的该电压或该剩余容量管理该电池装置的运作状态；以及
总线，耦接至该管理芯片，其中该管理芯片通过该总线与主机装置沟通，并且
其中该管理芯片进一步判断是否该电芯的该剩余容量在该电池装置的充电状态中并未增加，
当该电芯的该剩余容量在该电池装置的该充电状态中并未增加时，该管理芯片启动保护机制，使该电池装置离开该充电状态。
2.如权利要求1所述的电池装置，其中当该管理芯片启动该保护机制时，该管理芯片通过该总线通知在该电池装置的该充电状态中用以提供电力的该主机装置停止提供电力。
3.如权利要求1所述的电池装置，还包括：
充电开关，耦接在用以传送电力的电源线与该电芯之间，
其中当该管理芯片启动该保护机制时，该管理芯片开启该充电开关，使得该电源线与该电芯之间形成断路。
4.一种电子装置，包括：
电池装置；
充/放电芯片，耦接至该电池装置，用以控制该电池装置的充电操作以及放电操作；以及
微处理器，通过总线与该电池装置沟通，
其中当该微处理器判断该电池装置的剩余容量在充电状态中并未增加时，该微处理器启动保护机制，使该电池装置离开该充电状态。
5.如权利要求4所述的电子装置，其中当该微处理器启动该保护机制时，该微处理器控制该充/放电芯片停止提供电力至该电池装置。
6.如权利要求4所述的电子装置，还包括：
显示装置，
其中当该微处理器启动该保护机制时，该微处理器控制该显示装置显示充电异常警讯。
7.一种电池装置的保护方法，包括：
判断电池装置是否运作在充电状态；
当该电池装置运作在该充电状态时，判断该电池装置的剩余容量是否在该充电状态中并未增加；以及
当该电池装置的该剩余容量在该充电状态中并未增加时，启动保护机制，使该电池装置离开该充电状态。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
在该保护机制启动时，控制主机装置停止提供电力至该电池装置。
9.如权利要求7所述的方法，还包括：
在该保护机制启动时，控制该电池装置停止自主机装置接收电力。
10.如权利要求7所述的方法，还包括：
在该保护机制启动时，控制显示装置显示充电异常警讯。
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