專利名稱：過放電情況下的電池電源管理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池電源管理單元(PMU)，尤其涉及在過放電情況 下的電源管理單元的操作。
背景技術：
用于如移動電話之類的手持設備的電池具有內(nèi)置的安全電路， 該安全電路保護電池免于過充電和過放電。當由于過放電而啟動了該 安全電路時，內(nèi)置的串聯(lián)開關被斷開。結(jié)果是電池只能被充電。只有 當電池被重新充電到足夠高的電壓時，安全電路才被再次重置到正常 狀態(tài)。在電池還沒有返回到其正常操作模式的時候，當設備進入運行 狀態(tài)，即設備被開啟時會有困難。提供起動浪涌電流的電池緩沖容量 不可用。結(jié)果跳轉(zhuǎn)到運行狀態(tài)失敗，于是無法使用設備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設法提供了一種用于操作電源管理單元的改進的方法和 系統(tǒng)。本發(fā)明由獨立權利要求來限定。
本發(fā)明的發(fā)明人認識到在移動電話制造商應用新開發(fā)的具有用 以從安全模式重置的比原電池更高電壓電平的電池組時會發(fā)生問題。
在優(yōu)選實施例中，首先檢測裝置處于斷開狀態(tài)。如果在斷開狀 態(tài)該裝置被連接到充電器，則電源管理單元可以處在運行狀態(tài)或未運 行狀態(tài)。電源管理單元具有預定的電池電壓監(jiān)測電平(Vbvm)。當實 際電池電壓超過Vbvm時，電源管理單元將切換到運行狀態(tài)。電源管
理單元還具有預設電壓電平，用以指示電源管理單元應在何時從安全 模式重置。電源管理單元控制電池充電，在電池充電時，其電壓(Vbat)
將升高。
按照優(yōu)選實施例的發(fā)明具有顯著的優(yōu)點，但也不排除其他優(yōu)點，
因為本發(fā)明將解決在移動電話制造商應用新開發(fā)的具有用以從安全
模式重置的高電壓電平(Vreset)的電池組時所發(fā)生的問題，并且本 發(fā)明因此保證了在這種情況下穩(wěn)定的系統(tǒng)啟動。
實施例另外的優(yōu)點包括可以僅使用正常充電電路之外的少量 (內(nèi)部)元件來實現(xiàn)本發(fā)明，而不需要額外的外部元件。不需要額外 的外部元件的事實是非常重要的，因為外部元件增加了成本和對物理 空間的需要。另外，該方法對于裝置的操作是魯棒的，因為只有在安 全開關被實際斷開時它才工作。而且，由于該方法提供了關于電池狀 態(tài)的信息，所以可以將電池狀態(tài)報告給用戶，如傳達關于斷開開關對 電池充電將比平?；ㄙM更長時間的信息。另外的優(yōu)點在于可將本方法 應用于任何類型的安全電路，而與安全電路中的特定參數(shù)設置無關， 還在于本方法獨立于特定電池類型的實際Vreset而工作。
從屬權利要求中所限定的可選特征描述了本發(fā)明有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明其他方面提供了一種電池電源管理單元和一種包括 了電源管理單元的裝置，在其中使第一方面的方法得以實現(xiàn)以使電源 管理單元進行相應的操作?？偟膩碚f，本發(fā)明的各個方面可以在本發(fā) 明范圍內(nèi)以任何可能的方式組合和結(jié)合。
參考下述實施例來揭示和闡明本發(fā)明的這些和其他方面、特征 禾口/或優(yōu)點。
參考附圖，僅以示例的方式描述本發(fā)明的實施例，其中 圖1圖示出總體系統(tǒng)結(jié)構，其中可應用本發(fā)明的電源管理單元， 圖2圖示出在電源管理單元中通常使用的保護設計的實施例， 圖3圖示出本發(fā)明一個實施例的流程圖，以及 圖4示意性示出一個充電周期內(nèi)電池電壓隨時間而改變的一個 實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明描述了一種在給移動電子裝置(諸如移動電話、數(shù)碼相 機、移動音頻/視頻設備等)充電時易于檢測并監(jiān)測安全開關狀態(tài)的 方法。在安全電路保持運行時，使用安全開關狀態(tài)信息使得該裝置的 通/斷控制不運行。這方面中很重要一點是要知道安全開關是開路的 以及何時再閉合。本發(fā)明將使電源管理單元(P圖)有規(guī)律地測試開 關的狀態(tài)。只要檢測到開關是開路的，則電源管理單元會被禁止進入 運行狀態(tài)。
在電池組內(nèi)的安全開關開路并且預設的重置電壓Vreset高于預 定義電池電壓監(jiān)測器電平Vbvrn的情況下，因為短時間流過的大量浪 涌電流，所以電源管理單元不能試圖切換為運行狀態(tài)。這引起電池電 壓Vbat的急劇下降，并且系統(tǒng)返回到待機狀態(tài)。充電過程繼續(xù)進行 直到Vbat再次達到Vbvm。隨后將再次試圖進入運行狀態(tài)。這種情況 無止境地重復。在安全開關閉合的情況下，浪涌電流從電池提供，不 會出現(xiàn)這種問題。
圖1示出了總體系統(tǒng)結(jié)構，其中可應用本發(fā)明的電源管理單元。 電源管理單元PMU連接到電池組BP。電源管理單元還連接到多個系 統(tǒng)芯片SC1、 SC2、 SCx。在充電情況下，電池組通過電源管理單元PMU 連接到DC充電器DC-C。電源管理單元中的開關內(nèi)部構件控制通/斷 以及充電電流值。電源管理單元與系統(tǒng)芯片通常在同一印刷電路板上 不能分開。電池組和墻壁插頭(充電器插頭)可以從該裝置取下。
圖2示出了與電源管理單元一起使用的通常使用的保護圖的實 施例，該圖示出了電池3周圍的安全電路。電源管理單元為包括幾個 模塊的單片裝置并且實體上與電池3相分離。電池3以及安全電路是 單一實體的密封單元，可以連接到所期望的應用設備(即，連接到該 裝置)。
保護電路包括接線端l、 2，通過該接線端可以把負載連接到電 池3。安全控制電路SCC通過線路9、 10連接到接線端1、 2，從而可 以監(jiān)測接線端之間的電壓差。安全控制電路SCC還通過線路9、 11 連接到電池3，從而可以監(jiān)測電池3兩端的電壓差Vcell。安全控制 電路SCC控制開關T1、 T2的狀態(tài)。
開關Tl的作用是來保護防止過充電，而開關T2的作用是來保 護防止過放電。當開關T1、 T2中的一個處于非導通狀態(tài)時(即，開 關開路)，則禁止正常操作，在這種情況下安全電路處于運行狀態(tài)。 當兩個開關都處于導通狀態(tài)時(即，開關閉合)，安全電路處于"重 置"或"正常模式"。當開關T2處于非導通狀態(tài)，其寄生二極管7 能為電池充電。結(jié)果，接線端電壓Vbat比電池電壓Vcell高 0. 6V。 0.6V是由物理性質(zhì)給予的特性，典型地是半導體器件中使用的硅材 料有此特性。開關T1和T2可以集成在保護電路中。
用于鋰離子電池類型的電池的過放電保護作用的典型參數(shù)范圍
是
Vopen T2開路時的電池電壓 2-3V Vclose T2再次閉合時的電池電壓差 0-0. 7V
Vreset T2再次閉合時的接線端電壓 2. 6-4. 3V
電池組被密封起來，而不會直接進入安全電路的狀態(tài)。 圖3示出了在過放電情況下操作電源管理單元實施例的流程圖， 其中確定安全電路的狀態(tài)，從而防止直接進入安全電路的狀態(tài)。圖3 示出了電池的充電受到與該裝置的通/斷控制相關的控制的情況。
在步驟20，通過檢測電池充電器的連接來禁止充電控制，此時 系統(tǒng)處于待機狀態(tài)(對于最終用戶的斷開狀態(tài))。
在步驟21確定電源管理單元的狀態(tài)，即檢測電池的安全電路的 狀態(tài)。如果電源管理單元處于運行狀態(tài)，則沿線路22進行，在步驟 23系統(tǒng)可能處于運行狀態(tài)，即如果期望的話該系統(tǒng)可能被用戶接通。 由此，啟動通/斷控制，而系統(tǒng)完全控制了充電過程。
然而，如果電源管理單元未運行，則沿線路24進行，并且在步 驟25測試電池狀態(tài)。測試包括
短時間(Ttest)臨時停止充電過程
為電池加載測試電流(Itest)
以固定測試電壓(Vtest)來檢査Vbat
在選擇步驟26監(jiān)測電池接線端1、 2之間的電壓，并與測試電 壓進行比較。如果Vbat小于測試電壓，則明確表示安全開關T2開路，
系統(tǒng)被設置在開路充電狀態(tài)200。
在電池充電步驟27，以受控充電電流(Ioc)為電池充電預設的 時間Tint。該方法不受給定充電電流的影響而進行，并且如果需要 可以選擇給定的充電電流。在預設的時間周期之后，在沿線路28進 行之后重新測試安全電路的狀態(tài)。因此，在步驟25，通過把給電池 充電之后得到的電池接線端1、 2兩端的電壓與測試電壓進行比較來 測試電池狀態(tài)。在不同實施例中，可以在電池充電步驟CB27之后進 行電池狀態(tài)測試。
周期性地確定安全電路的狀態(tài)，并且重復對電池充電直到電池 狀態(tài)測試之后的電池電壓大于測試電壓Vtest，接著沿線路29進行。 閾值不需要很精確。在狀態(tài)測試之后開路的安全開關將使得Vbat近 似為0。在狀態(tài)測試之后閉合的開關將使得電壓大于Vtest。針對鋰 離子電池，測試電壓通常為2. 2V或者更大。在Vbat〉Vtest的情況下， 系統(tǒng)進入預充電狀態(tài)201。電壓Vbat〉Vtest明確表示安全開關T2處 于閉合狀態(tài)，因此當測試指出安全開關閉合時可以只保留開路充電狀 態(tài)200。
在預充電狀態(tài)201中，在步驟202，以指定電流Ipc為電池充電 直到電池接線端之間的電壓已經(jīng)達到預定義的電池電壓監(jiān)測電平 Vbvm。當Vbat等于Vbvm時，電源管理單元進入運行狀態(tài)203，并且 系統(tǒng)可以處于運行狀態(tài)，即啟動通/斷控制23。
圖4示意性地示出了充電周期內(nèi)電池電壓Vbat的時間進程的示 例，假定開始時安全開關是開路的，即處于過放電情況。沿y軸30 表示電池接線端l、 2兩端的電壓Vbat，而x軸31表示時間軸t。
結(jié)合八個時間點序列A - H來說明電池電壓的進程
A) 當安全開關開路時，充電器連接之前的真實電池電壓Vbat通常為 0V。電池電壓不必主動地拉到0V。根據(jù)其過去值可以浮動。
B) 連接充電器20。電池狀態(tài)測試25將把Vbat變?yōu)?V。
C) 在充電步驟27為電池充電，電池電壓上升。隨后重新測試電池狀 態(tài)。在電池狀態(tài)測試期間，充電停止很短時間并把很小的負載連接到 電池。由于開關T2是開路的，所以負載驅(qū)使電壓變?yōu)榱?2，而繼續(xù)
電池的充電27。初始電壓將為電池中的電池電壓加上正向偏壓二極 管7的電壓。
D) 只要電池狀態(tài)測試之后的電池電壓保持低于V t e s t ，則以時間間隔 Tint周期性地重復測試25。
E) 當電池電壓Vbat達到電壓Vreset時，安全開關T2閉合。
F) 由于閉合開關T2，電壓Vbat下降了 0. 6V。
G) 由于開關T2閉合，所以電池電壓幾乎不下降。電池3可以傳送電 流Itest，并且因此Vbat保持高于Vtest 33。該測試是最后的電池 狀態(tài)測試，其開啟預充電狀態(tài)。
H) 達到Vbvm電平并且系統(tǒng)進入運行狀態(tài)。由于浪涌電流可能會發(fā)生 Vbat的微小下降，而該電流是從電池傳送的。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是并非意在限制于上述 特定形式。而且，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求所限定。
在本說明書中，描述了公開實施例的某些特定詳情是為了說明 而不是用來限定，從而清晰而徹底的理解本發(fā)明。然而，本領域技術 人員容易理解的是，在不脫離權利要求所定義的范圍情況下，本發(fā)明 可以以與在此所述具體細節(jié)并非完全一致的其他實施例中加以實踐。 另外，結(jié)合上下文，為了簡潔和清楚，省略了已知設備、電路和方法 的具體描述，從而避免了不必要的具體描述和可能出現(xiàn)的混亂。
參考標記包括在權利要求中，所包括的參考標記只是為了清楚 的目的，而不應該理解為是對權利要求范圍的限定。單詞"包括"并 不排除權利要求中所列之外的元件或步驟的存在。元件前面的單詞 "一"或"一個"并不排除多個這種元件的存在。本發(fā)明可以通過包
括幾個特有元件的硬件，禾n/或通過適當編程的處理器來實現(xiàn)。在列
舉幾個裝置的裝置權利要求中，這些裝置中的幾個可以由一個以及相 同硬件產(chǎn)品實現(xiàn)。在彼此不同的從屬權利要求中引用的某些方法的事 實并不代表使用這些方法的組合沒有優(yōu)勢。
權利要求
1.一種在過放電情況下操作電池電源管理單元(100)的方法，該電源管理單元是一系統(tǒng)的一部分，所述系統(tǒng)包括電池(3)以及與所述電池連接的安全電路(SCC)，該方法包括步驟檢測由所述電池供電的裝置的斷開狀態(tài)；檢測電源管理單元的狀態(tài)；以及確定電池安全電路的狀態(tài)，并且在安全電路保持運行時，該裝置的通/斷控制不運行。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過停止電池充電、隨后 為電池加載測試電流(25)來獲得電池電壓、并且把電池電壓(Vbat) 與測試電壓(Vtest)進行比較(26)，來確定安全電路的狀態(tài)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中在預設的時間間隔期間提 供所述測試電流。
4. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，電池電壓低于所述測試 電壓時將所述裝置的通/斷控制保持為不運行，并且在電池電壓高于 所述測試電壓時，使得所述裝置的通/斷控制處于運行狀態(tài)(203)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中當所述安全電路處于運行 狀態(tài)時，以預設的時間周期來周期性地確定安全電路的狀態(tài)(28)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中確定安全電路處于運行狀 態(tài)，在所述系統(tǒng)被設置在運行狀態(tài)(202)之前，電池被預充電直到 預設的電平。
7. —種電池電源管理單元(PMU)，其與電池(3)以及連接到 該電池的安全電路(SCC)電氣連接，所述電源管理單元包括通/斷檢測器，用于檢測由所述電池供電的裝置的斷開狀態(tài)；電源管理單元狀態(tài)檢測器，用于檢測電源管理單元的狀態(tài)， 其中，確定電池安全電路的狀態(tài)，并且在安全電路保持運行狀 態(tài)時，使得所述裝置的通/斷控制不運行。
8. —種裝置，包括電池、與該電池相連的安全電路、以及與該 電池和安全電路電氣連接的如權利要求7所述的電池電源管理單元 (PMU)。
全文摘要
公開了一種在過放電情況下操作電池電源管理單元(PMU)的方法。而且還公開了一種電源管理單元(PMU)以及包括電源管理單元(PMU)的裝置。電源管理單元(PMU)是一系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)包括電池和與該電池連接的安全電路。確定電池的安全電路的狀態(tài)，并且在安全電路保持運行時，使得該裝置的通/斷控制不運行。因此在電池還沒有返回到其正常操作模式時防止該裝置上運行的應用進入到運行狀態(tài)(即接通狀態(tài))。
文檔編號G01R31/00GK101189526SQ200680016327
公開日2008年5月28日 申請日期2006年5月1日 優(yōu)先權日2005年5月13日
發(fā)明者蘭伯特斯·F·M·德科寧, 埃迪·阿齊茲 申請人:Nxp股份有限公司