專利名稱：電池模塊及其充放電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池模塊及其充放電方法，且特別是涉及一種利用正溫
度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient, PTC)元件感測(cè)電池溫度，以對(duì) 應(yīng)調(diào)整充放電速度的電池模塊及其充放電方法。
背景技術(shù)：
在電子科技急速發(fā)展的今日，各式電子裝置不斷推陳出新。人們?cè)谔幚?各種事務(wù)及休閑生活中，大量利用電子裝置以享受科技所帶來的便利性。其 中，電子裝置的電力來源即來自于電池模塊。
請(qǐng)參照?qǐng)D1,其示出了為傳統(tǒng)電池模塊的方塊示意圖。傳統(tǒng)電池模塊10 包括電池110及充放電電路14 0 ，且電池110例如為鋰電池(L i -1 on Ba U e r y)。 充放電電路140耦4妄于電池110，且電池110可經(jīng)由充放電電路140接收一 外部電源，以進(jìn)行充電。此外，電池110亦可經(jīng)由充放電電路140提供電力， 以供外部電子裝置使用。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，其示出了為電池110的電壓、電流及溫度的測(cè)量波形圖。 曲線210用以表示電池110的溫度，而曲線220用以表示電池110的兩端電 壓，曲線230則用以表示流經(jīng)電池110的電流。
電池110經(jīng)充》文電電路140，以"恒;危(constant current)恒壓(constant voltage)"的充電方式進(jìn)行充電。亦即，電池110是先以恒定電流進(jìn)行充電。 接著，當(dāng)電池110兩端的電壓達(dá)到恒定的電壓值時(shí)，充放電電路140即停止 對(duì)電池110進(jìn)行充電。之后，流經(jīng)電池110的電流將降至很小，最后逐漸趨 于零。
然而，此種控制方式容易造成電池過熱而燒毀。此外，當(dāng)溫度過熱時(shí)， 容易造成電池爆裂，而嚴(yán)重地影響使用者的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種利用正溫度系凄t (Positive Temperature Coefficient,
PTC)元件感測(cè)電池溫度，以對(duì)應(yīng)調(diào)整充放電速度的電池模塊及其充放電方法。 如此一來，不僅能有效地避免電池因過熱而燒毀，更能預(yù)防電池的爆裂，以 提高使用者操作上的安全性。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種電池模塊。電池模塊包括電池、充放電電路、溫 度感測(cè)電路及充放電速度控制電路。充放電電路耦接于電池。而溫度感測(cè)電
路更包括正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient, PTC)元件，正溫 度系數(shù)元件用以感測(cè)電池的溫度，使得溫度感測(cè)電路根據(jù)電池的溫度輸出第 一模擬信號(hào)。充放電速度控制電路用以根據(jù)第一模擬信號(hào)輸出一控制信號(hào)至 充放電電路，以調(diào)整電池的充放電速度。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種電池模塊的充放電方法。電池模塊包括電池、充 放電電路、溫度感測(cè)電路及充放電控制電路，且充放電方法包括如下步驟
首先，提供一正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient, PTC) 元件感測(cè)電池的溫度。接著，溫度感測(cè)電路根據(jù)電池的溫度輸出第一模擬信 號(hào)。最后，充放電控制電路根據(jù)第一模擬信號(hào)輸出控制信號(hào)至充放電電路， 以調(diào)整電池的充放電速度。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合 附圖，作詳細(xì)it明如下。


圖1示出了為傳統(tǒng)電池模塊的方塊示意圖。
圖2示出了為電池110的電壓、電流及溫度的測(cè)量波形圖。
圖3示出了依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種電池模塊的方塊示意圖。
圖4示出了為電池310的電壓、電流及溫度的測(cè)量波形圖。
圖5示出了為溫度感測(cè)電路320的細(xì)部電路圖。
圖6示出了為充放電速度控制電路330的方塊示意圖。
圖7示出了為感測(cè)模塊332的方塊示意圖。
圖8示出了依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種充放電方法的流程圖。 附圖符號(hào)說明
10:傳統(tǒng)電池模塊
30:依照本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種電池模塊 110、 310:電池
140、340:充力欠電電^各
320溫度感測(cè)電路
322正溫度系數(shù)元件
330充放電速度控制電路
332感測(cè)模塊
334模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器
336微控制器
3322:電壓跟隨器
3324:反相加法器
3326:反相放大器
810一830:流程步驟
0P1、 OP2、 0P3:運(yùn)算放大器
Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7:電阻
VR1、 VR2:可變電阻
ZD:齊納二極管。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D3，其示出了依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種電池模塊的方塊 示意圖。電池模塊30包括電池310、溫度感測(cè)電路320、充放電速度控制電 路330及充》文電電^各340。其中，電池310例如為鋰電池(Li-Ion Battery)。 充放電電路340耦接于電池310，且電池310可經(jīng)由充放電電路340接收一 外部電源，以進(jìn)行充電。此外，電池310亦可經(jīng)由充放電電路340提供電力， 以供外部電子裝置使用。
溫度感測(cè)電路320更包括正溫度系#t (Posi t ive Temperature Coefficient, PTC)元件322。正溫度系數(shù)元件322用以感測(cè)電池310的溫度， 使得溫度感測(cè)電路320根據(jù)電池310的溫度輸出模擬信號(hào)Sl。充放電速度控 制電路330根據(jù)模擬信號(hào)Sl輸出控制信號(hào)S2至充放電電路340，且充放電 電路340根據(jù)控制信號(hào)S2調(diào)整電池310的充放電速度。
一般來說，電池的充放電速度可以1C、 0. 5C及0. 1C等方式表示。舉例 來說，使用10 0 0mA的電流對(duì)規(guī)格為10 0 0mAh的電池進(jìn)行充電，則充放電速度 即為1C。若改以500mA的電流對(duì)規(guī)格為1000mAh的電池進(jìn)行充電，則充i丈電
速度即為0. 5C。同樣地，若改以100mA的電流對(duì)規(guī)格為1000mAh的電池進(jìn)行 充電，則充放電速度即為0. 1C。
電池模塊30經(jīng)由正溫度系數(shù)元件322感測(cè)電池310的溫度，使得電池 310的充放電速度能根據(jù)其溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。如此一來，不僅能有效地 避免電池310因過熱而燒毀，還能達(dá)到充飽的效果，更能預(yù)防電池310的爆 裂，以提高其安全性。
請(qǐng)參照?qǐng)D4,其示出了為電池310的電壓、電流及溫度的測(cè)量波形圖。 曲線410用以表示電池310的溫度，而曲線420用以表示電池310的兩端電 壓，曲線430則用以表示電池310的電流。
當(dāng)電池310的溫度低于6(TC時(shí)，充放電速度控制電路330控制充放電電 路340以1C的充放電速度對(duì)電池310進(jìn)行快速充電。此時(shí)，溫度上升會(huì)很快， 且電池310的兩端電壓對(duì)應(yīng)也會(huì)迅速上升至電壓V2。
然后，當(dāng)電池310的溫度高于或等于60°C，且低于7(TC時(shí)，充放電速度 控制電路330控制充放電電路340改以0. 5C的充放電速度對(duì)電池310進(jìn)行正 常充電。此時(shí)，溫度緩慢上升，且電池310的兩端電壓由電壓V2上升至電壓 V3。
之后，當(dāng)電池310的溫度高于或等于7(TC，且低于8(TC時(shí)，充放電速度 控制電路330控制充放電電路340改以0. 1C的充放電速度對(duì)電池310進(jìn)行慢 速充電。此時(shí)，溫度更緩慢上升，且電池310的兩端電壓由電壓V3上升至電 壓V4。
最后，當(dāng)電池310的溫度高于或等于80。C時(shí)，由于電池310已被充飽， 因此，充放電速度控制電路330控制充放電電路340停止對(duì)電池310進(jìn)行充 電。流經(jīng)電池310的電流將降至很小，最后逐漸趨于零。
請(qǐng)參照?qǐng)D5,其示出了為溫度感測(cè)電路320的細(xì)部電路圖。溫度感測(cè)電 路320包括正溫度系數(shù)元件322、電阻R1及可變電阻VR1,且第一電阻R1、 可變電阻VR1與正溫度系數(shù)元件322串接。
進(jìn)一步來說，正溫度系數(shù)元件322的一端耦接至直流電源VDD,而另一 端耦4妄至電阻Rl的一端。電阻Rl的另一端耦4妄至可變電阻VR1的一端，而 可變電阻VR1的另一端耦接至一接地端。當(dāng)電池310的溫度改變時(shí)，模擬信 號(hào)Sl的大小即隨之改變。充放電速度控制電路330根據(jù)模擬信號(hào)Sl的大小 控制充放電電路340以不同的充》欠電速度對(duì)電池310進(jìn)行充電。
請(qǐng)參照?qǐng)D6，其示出了為充放電速度控制電路330的方塊示意圖。充放 電速度控制電路33G包括感測(cè)模塊332、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器334及微控制器 336。其中，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器334可選擇性地配置在微控制器336之中，或 在獨(dú)立微控制器336之外。感測(cè)模塊332用以將模擬信號(hào)Sl轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) S3后，輸出至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器334。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器334將模擬信號(hào)S3轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)S4后，輸出至微控制器336。微控制器336根據(jù)數(shù)字信號(hào)S4 輸出控制信號(hào)S2至充放電電路340，以調(diào)整電池310的充放電速度。
此外，充放電速度控制電路330亦可僅包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器334及微控 制器336。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器334將溫度感測(cè)電路320輸出的模擬信號(hào)Sl轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)S4后，輸出至微控制器336。微控制器336即根據(jù)數(shù)字信號(hào)S4 輸出控制信號(hào)S2至充放電電路340，以調(diào)整電池310的充放電速度。
請(qǐng)參照?qǐng)D7,其示出了為感測(cè)模塊332的方塊示意圖。感測(cè)模塊332包 括電壓跟隨器3322、反相加法器3324、反相放大器3326、電阻R2及齊納二 極管ZD。電壓跟隨器3322是經(jīng)反相加法器3324耦接至反相放大器3326，且 反相放大器3326是經(jīng)電阻R2耦接至齊納二極管ZD。
電壓跟隨器3322接收模擬信號(hào)Sl,并據(jù)以輸出模擬信號(hào)S5。反相加法 器3324根據(jù)模擬信號(hào)S5及參考信號(hào)S6輸出模擬信號(hào)S7。其中，參考信號(hào) S6例如為-12V。反相放大器3326用以將模擬信號(hào)S7反相放大，以輸出模擬 信號(hào)S2。
進(jìn)一步來說，電壓跟隨器3322包括運(yùn)算放大器0P1，且運(yùn)算放大器0P1 的輸出端與運(yùn)算放大器OP2的反相輸入端電性連接。而運(yùn)算放大器0P1的非 反相輸入端用以接收模擬信號(hào)Sl。
反相加法器3324包括運(yùn)算放大器0P2、電阻R3、電阻R4、電阻R5及可 變電阻VR2。電阻R3的兩端分別耦接至運(yùn)算放大器0P2的反相輸入端及輸出 端，且電阻R4的兩端分別耦接至運(yùn)算放大器0P2的反相輸入端及運(yùn)算放大器 0P1的輸出端?？勺冸娮鑆R2經(jīng)電阻R5耦接至運(yùn)算放大器0P2的反相輸入端。
反相放大器3326包括運(yùn)算放大器0P3、電阻R6及電阻R7。電阻R6的兩 端分別耦接至運(yùn)算放大器0P2的輸出端及運(yùn)算放大器0P3的反相輸入端。而 電阻R7的兩端分別耦接至運(yùn)算放大器0P3的輸出端及反相輸入端。
請(qǐng)參照?qǐng)D8，其示出了依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種充放電方法的流 程圖。充放電方法用于上述電池模塊30,且包括如下步驟
首先如步驟810所示，提供正溫度系數(shù)元件322感測(cè)電池310的溫度。 接著如步驟820所示，溫度感測(cè)電路320根據(jù)電池310的溫度輸出模擬信號(hào) Sl。充放電控制電路330根據(jù)模擬信號(hào)Sl輸出控制信號(hào)S2至充放電電路340, 以調(diào)整電池310的充;^文電速度。
本發(fā)明上述實(shí)施例所揭露的電池模塊及其充放電方法，是利用正溫度系 數(shù)元件322感測(cè)電池310的溫度，使得電池310的充放電速度能根據(jù)其溫度 進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。如此一來，不僅能有效地避免電池310因過熱而燒毀，更 能預(yù)防電池310的爆裂，以提高其安全性。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定 本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視本發(fā)明的 申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電池模塊，包括:一電池；一充放電電路，耦接于所述電池；一溫度感測(cè)電路，用以根據(jù)所述電池的溫度輸出一第一模擬信號(hào)，該溫度感測(cè)電路包括:一正溫度系數(shù)元件，用以感測(cè)該電池的溫度；以及一充放電速度控制電路，用以根據(jù)該第一模擬信號(hào)輸出一控制信號(hào)至該充放電電路，以調(diào)整該電池的充放電速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，該充放電速度控制電路包括 一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將該第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號(hào)；以及 一微控制器，用以根據(jù)該數(shù)字信號(hào)輸出該控制信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的電池模塊，其中，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器是配置于該 微控制器。
4. 如權(quán)利要求l所述的電池模塊，其中，該充放電速度控制電路包括 一感測(cè)模塊，用以將該第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一第二模擬信號(hào)； 一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將該第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號(hào)；以及 一微控制器，用以根據(jù)該數(shù)字信號(hào)輸出該控制信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求4所述的電池模塊，其中，該感測(cè)模塊及該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 器是配置于該微控制器。
6. 如權(quán)利要求4所述的電池模塊，其中，該感測(cè)模塊包括 一電壓跟隨器，用以接收該第一模擬信號(hào)，并據(jù)以輸出一第三模擬信號(hào)； 一反相加法器，用以根據(jù)該第三模擬信號(hào)及一參考信號(hào)，輸出一第四模擬信號(hào)；以及一反相放大器，用以該第四模擬信號(hào)反相放大后輸出該第二模擬信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求6所述的電池模塊，其中，該反相加法器包括 一運(yùn)算放大器；一第一電阻，該第一電阻的兩端分別耦接至該運(yùn)算放大器的反相輸入端 及輸出端；一第二電阻，該第二電阻的一端耦接至該運(yùn)算放大器的反相輸入端； 一第三電阻；以及一第 一可變電阻，經(jīng)該第三電阻耦接至該運(yùn)算放大器的反相輸入端。
8. 如權(quán)利要求6所述的電池模塊，其中，該感測(cè)模塊包括 一齊納二極管；以及一第一電阻，該反相放大器經(jīng)該第一電阻耦接至該齊納二極管。
9. 如權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，該溫度感測(cè)電路更包括 一第一電阻；以及一第 一可變電阻，該第 一 電阻及該第 一可變電阻與該正溫度系數(shù)元件串接。
10. —種電池模塊的充放電方法，該電池模塊包括一 電池、 一充放電電路、 一溫度感測(cè)電路及一充放電控制電路，該充放電方法包括提供一正溫度系數(shù)元件感測(cè)該電池的溫度； 該溫度感測(cè)電路根據(jù)該電池的溫度輸出 一第一模擬信號(hào)；以及 該充放電控制電路根據(jù)該第 一模擬信號(hào)輸出 一控制信號(hào)至該充放電電 ^各，以調(diào)整該電池的充》文電速度。
11. 如權(quán)利要求10所述的充放電方法，其中，該充放電速度控制電路包括一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將該第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號(hào)；以及 一微控制器，用以根據(jù)該數(shù)字信號(hào)輸出該控制信號(hào)。
12. 如權(quán)利要求11所述的充放電方法，其中，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器是配置 于該微控制器。
13. 如權(quán)利要求10所述的充放電方法，其中，該充放電速度控制電路包括..一感測(cè)模塊，用以將該第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一第二模擬信號(hào)； 一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以將該第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號(hào)；以及 一微控制器，用以根據(jù)該數(shù)字信號(hào)輸出該控制信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求13所述的充放電方法，其中，該感測(cè)模塊及該模擬/數(shù)字 轉(zhuǎn)換器是配置于該微控制器。
15. 如權(quán)利要求13所述的充放電方法，其中，該感測(cè)模塊包括 一電壓跟隨器，用以接收該第一模擬信號(hào)，并據(jù)以輸出一第三模擬信號(hào)； 一反相加法器，用以根據(jù)該第三模擬信號(hào)及一參考信號(hào)，輸出一第四模 擬信號(hào)；以及一反相放大器，用以該第四模擬信號(hào)反相放大后輸出該第二模擬信號(hào)。
16. 如權(quán)利要求15所述的充放電方法，其中，該反相加法器包括 一運(yùn)算放大器；一第一電阻，該第一電阻的兩端分別耦接至該運(yùn)算放大器的反相輸入端 及輸出端；一第二電阻，該第二電阻的一端耦接至該運(yùn)算放大器的反相輸入端； 一第三電阻；以及一第一可變電阻，經(jīng)該第三電阻耦接至該運(yùn)算放大器的反相輸入端。
17. 如權(quán)利要求15所述的充放電方法，其中，該感測(cè)模塊包括 一齊納二極管；以及一第一電阻，該反相放大器經(jīng)該第一電阻耦接至該齊納二極管。
18. 如權(quán)利要求IO所述的充放電方法，其中，該溫度感測(cè)電路更包括 一第一電阻；以及一第一可變電阻，該第一電阻及該第一可變電阻與該正溫度系數(shù)元件串
全文摘要
一種電池模塊及其充放電方法。電池模塊包括電池、充放電電路、溫度感測(cè)電路及充放電速度控制電路。充放電電路耦接于電池。而溫度感測(cè)電路更包括正溫度系數(shù)元件，正溫度系數(shù)元件用以感測(cè)電池的溫度，使得溫度感測(cè)電路根據(jù)電池的溫度輸出第一模擬信號(hào)。充放電速度控制電路用以根據(jù)第一模擬信號(hào)輸出一控制信號(hào)至充放電電路，以調(diào)整電池的充放電速度。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101373900SQ20071014238
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者顏維廷 申請(qǐng)人:廣達(dá)電腦股份有限公司