电池管理装置和方法与流程

1.本发明的实施例主要涉及一电池管理的技术，特别涉及在发生放电异常时，通过配置在放电电路和控制电路之间的开关电路，加速关闭放电电路的放电晶体管的时间的电池管理的技术。


背景技术：

2.随着科技的进步，电子产品中几乎都会配置电池管理系统(battery management system，bms)来管理其电池的充电和放电。此外，在电电池管理系统中会配置放电晶体管和充电晶体管来控制电池的充电和放电的启动和关闭。
3.当发生放电异常时，电池管理系统会关闭放电晶体管，以停止放电。然而，在大电流的情况下，电池管理系统往往会来不及关闭放电晶体管，而导致放电晶体管被烧毁。此外，当有多个放电晶体管串接时，由于关闭上的时间差，因而造成大电流流过单一放电晶体管，而导致该放电晶体管被烧毁。
4.因此，如何在发生放电异常时，更快速地关闭每一放电晶体管，将是值得研究的课题。


技术实现要素：

5.有鉴于上述现有技术的问题，本发明的实施例提供了一种电池管理装置和方法。
6.根据本发明的一实施例提供了一种电池管理装置。电池管理装置包括一放电电路、一控制电路和一开关电路。放电电路包含多个放电晶体管。控制电路耦接上述放电电路，且当发生放电异常时，产生一关闭信号。开关电路耦接上述放电电路和上述控制电路之间，以及从上述控制电路接收上述关闭信号。上述开关电路包含一开关晶体管，且上述开关晶体管耦接上述多个放电晶体管。当上述开关电路接收到上述关闭信号时，上述开关晶体管被导通，以关闭上述放电电路。
7.根据本发明的一实施例，上述多个放电晶体管是n型-金属氧化物半导体场效晶体管，且上述开关晶体管是p型-金属氧化物半导体场效晶体管。
8.根据本发明的一实施例，上述开关晶体管的源极耦接至每一上述多个放电晶体管的栅极，且上述开关晶体管的漏极耦接至上述多个放电晶体管的源极。
9.根据本发明的一实施例，上述开关晶体管的栅极耦接至上述开关电路的一放电晶体管控制引脚。
10.根据本发明的一实施例，电池管理装置还包括一二极管。上述二极管耦接至上述开关晶体管的源极和上述放电晶体管控制引脚。
11.根据本发明的一实施例提供了一种电池管理方法。上述电池管理方法适用一电池管理装置。上述电池管理方法的步骤包括，通过上述电池管理装置的一控制电路检测是否有放电异常发生；当发生放电异常时，通过上述电池管理装置的一控制电路产生一关闭信号；通过上述电池管理装置的一开关电路从上述控制电路接收上述关闭信号，其中上述开
关电路包含一开关晶体管；以及当上述开关晶体管接收到上述关闭信号后，上述开关晶体管被导通，以关闭上述电池管理装置的一放电电路，其中上述放电电路包含多个放电晶体管，且上述开关晶体管耦接上述多个放电晶体管。
12.关于本发明其他附加的特征与优点，此领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可根据本公开实施方法中所公开的电池管理装置和方法，做些许的变动与润饰而得到。
附图说明
13.图1是显示根据本发明的一实施例所述的一电池管理装置100的方框图。
14.图2是显示根据本发明的一实施例所述的放电电路120和开关电路130的电路图。
15.图3是根据本发明的一实施例所述的电池管理方法的流程图。
16.符号说明
17.100：电池管理装置
18.110：充电电路
19.120：放电电路
20.121：第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管
21.122：第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管
22.123：第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管
23.124：第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管
24.130：开关电路
25.131：p型-金属氧化物半导体场效晶体管
26.132：二极管
27.140：控制电路
28.150：电池组
29.200：负载
30.d_fet放电晶体管控制引脚
31.r1：第一电阻
32.r2：第二电阻
33.r3：第三电阻
34.r4：第四电阻
35.r5：第五电阻
36.s310～s340：步骤
具体实施方式
37.本章节所叙述的是实施本发明的优选方式，目的在于说明本发明的构思而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
38.图1是显示根据本发明的一实施例所述的一电池管理装置100的方框图。如图1所示，电池管理装置100可包括一充电电路110、一放电电路120、一开关电路130、一控制电路140以及一电池组150。应注意的是，在图1中所示的方框图，仅为了方便说明本发明的实施
例，但本发明并不以图1为限。电池管理装置100中亦可包含其他元件。此外，如图1所示，电池管理装置100可连接一负载200，以提供电源给负载200。
39.根据本发明的实施例，电池管理装置100的方块是以高端(high-side)金属氧化物半导体场效晶体管(n-mosfet)的方式进行设计。
40.根据本发明的实施例，充电电路110可包括多个n型-金属氧化物半导体场效晶体管(n-mosfet)。当要对电池组150进行充电(即电池管理装置100在一充电状态)时，充电电路110会被启动，以对电池组150进行充电。根据本发明的实施例，充电电路110可耦接至控制电路140的充电晶体管控制引脚c_fet(图未显示)和充电晶体管源极检测引脚cfs(图未显示)。
41.根据本发明的实施例，放电电路120可包括多个n型-金属氧化物半导体场效晶体管(n-mosfet)。当电池组150用来提供电源(即电池管理装置100在一放电状态)给负载200时，放电电路120会被启动。根据本发明的实施例，放电电路120可耦接至控制电路140的放电晶体管源极检测引脚dfs(图未显示)。
42.根据本发明的实施例，开关电路130可包括一p型-金属氧化物半导体场效晶体管(p-mosfet)和一二极管。根据本发明的实施例，p型-金属氧化物半导体场效晶体管(p-mosfet)可耦接至控制电路140的放电晶体管控制引脚d_fet。
43.根据本发明的实施例，控制电路140可以是一模拟前端(analog front end，afe)电路。控制电路140可耦接至一微控制器(microcontroller，mcu)(图未显示)，以接收来自微控制器的指令。根据本发明的实施例，控制电路140可用以检测目前电压是否高于或低于电池组150的电压范围，检测充电电流和放电电流，以及检测电池组150的温度，但本发明不以此为限。此外，根据本发明的实施例，控制电路140可用以根据检测的结果，来开启或关闭充电电路110和放电电路120。
44.根据本发明的实施例，电池组150可包括多个电池单元。
45.图2是显示根据本发明的一实施例所述的放电电路120和开关电路130的电路图。如图2所示，放电电路120可包括一第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、一第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、一第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和一第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124。第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124是以串联的方式相连接。应注意的是，在图2中所示的电路图中，放电电路120仅包括4颗n型-金属氧化物半导体场效晶体管，但本发明并不以图2为限。放电电路120中亦可包括其他数量的n型-金属氧化物半导体场效晶体管。此外，如图2所示，开关电路130可包括一p型-金属氧化物半导体场效晶体管131和一二极管132。
46.如图2所示，第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的栅极会分别通过第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4耦接至p型-金属氧化物半导体场效晶体管131的源极。
47.第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的源极会耦接至p型-金属氧化物半导体场效晶体管131的漏极。
48.第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的漏极会耦接至充电电路110。
49.p型-金属氧化物半导体场效晶体管131的栅极会耦接至控制电路140的放电晶体管控制引脚d_fet。二极管132的一侧会耦接p型-金属氧化物半导体场效晶体管131的源极，且二极管132的另一侧会经由第五电阻r5耦接p型-金属氧化物半导体场效晶体管131的栅极。
50.根据本发明一实施例，当电池管理装置100在放电状态时，控制电路140会去检测是否发生放电异常。根据本发明的实施例，放电异常可以是指放电电流过大、电池组150温度过高或是目前电压超过电池组150的电压范围，但本发明不以此为限。
51.当控制电路140检测到发生放电异常时，控制电路140会从放电晶体管控制引脚d_fet输出一低准位信号(即关闭信号)至开关电路130的p型-金属氧化物半导体场效晶体管131。当p型-金属氧化物半导体场效晶体管131接收到低准位信号后，p型-金属氧化物半导体场效晶体管131会被导通。当p型-金属氧化物半导体场效晶体管131导通后，第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的栅极和源极会被立即拉到等电位。
52.当第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的栅极和源极被拉到等电位时，即表示第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的栅极-源极电压vgs会变为0。
53.当第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的栅极-源极电压vgs为0时，即表示栅极-源极电压vgs会小于临界电压vt。当第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124的栅极-源极电压vgs小于临界电压vt时，第一n型-金属氧化物半导体场效晶体管121、第二n型-金属氧化物半导体场效晶体管122、第三n型-金属氧化物半导体场效晶体管123和第四n型-金属氧化物半导体场效晶体管124将会被关闭，以停止电池管理装置100继续输出电源给负载200。
54.根据本发明一实施例，开关电路130的二极管132是用以防止高电压回灌p型-金属氧化物半导体场效晶体管131，而造成p型-金属氧化物半导体场效晶体管131被关闭。
55.图3是根据本发明的一实施例所述的一电池管理方法的流程图。声音信号输出设定的设定方法可适用电池管理装置100。如图3所示，在步骤s310，通过电池管理装置100的一控制电路检测是否有放电异常发生。
56.在步骤s320，当发生放电异常时，通过电池管理装置100的一控制电路产生一关闭信号(例如：一低准位信号)。
57.在步骤s330，通过电池管理装置100的一开关电路从控制电路接收关闭信号。在此
实施例中，开关电路可包含一开关晶体管。根据本发明的实施例，开关晶体管可以是p型-金属氧化物半导体场效晶体管(p-mosfet)。
58.在步骤s340，当电池管理装置100的开关电路接收到关闭信号后，开关晶体管会被导通，以关闭电池管理装置100的一放电电路。在此实施例中，电池管理装置100的放电电路包括多个放电晶体管，且电池管理装置100的开关晶体管会耦接至多个放电晶体管。根据本发明的实施例，放电晶体管可以是n型-金属氧化物半导体场效晶体管(n-mosfet)。当开关晶体管会被导通，多个放电晶体管会被关闭，以关闭放电电路。
59.根据本发明提出的电池管理方法，在发生放电异常时，可通过配置在放电电路和控制电路之间的开关电路，加速关闭放电电路的放电晶体管的时间，以防止放电晶体管被烧毁。
60.本说明书中以及权利要求中的序号，例如“第一”、“第二”等等，仅为了方便说明，彼此之间并没有顺序上的先后关系。
61.本发明的说明书所公开的方法和演算法的步骤，可直接通过执行一处理器直接应用在硬件以及软件模块或两者的结合上。一软件模块(包括执行指令和相关数据)和其它数据可存储在数据存储器中，像是随机存取存储器(ram)、快闪存储器(flash memory)、只读存储器(rom)、可抹除可规化只读存储器(eprom)、电子可抹除可规划只读存储器(eeprom)、暂存器、硬盘、便携式硬盘、光盘只读存储器(cd-rom)、dvd或在本领域现有技术中任何其它电脑可读取的存储媒体格式。一存储媒体可耦接至一机器装置，举例来说，像是电脑/处理器(为了说明的方便，在本说明书以处理器来表示)，上述处理器可通过读取信息(像是程序码)，以及写入信息至存储媒体。一存储媒体可整合一处理器。一特殊应用集成电路(asic)包括处理器和存储媒体。一用户设备则包括一特殊应用集成电路。换句话说，处理器和存储媒体以不直接连接用户设备的方式，包含于用户设备中。此外，在一些实施例中，任何适合电脑程序的产品包括可读取的存储媒体，其中可读取的存储媒体包括与一或多个所公开实施例相关的程序码。在一些实施例中，电脑程序的产品可包括封装材料。
62.以上段落使用多种层面描述。显然，本文的启示可以多种方式实现，而在范例中公开的任何特定架构或功能仅为一代表性的状况。根据本文的启示，任何本技术领域人员应理解在本文公开的各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。
63.虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，因此发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。