发明内容
本发明的目的是为了提供一种电池组平衡方法,将电池组中各电池根据不同的特性加以分类,再根据分类调整平衡的措施,以便更有效地使各个电池的充、放电量平均,改善电池组的蓄电能力,及有效延长电池组的使用寿命。
为了实现上述目的,根据本发明的方案之一是提供一种电池组平衡方法,所述的电池组中包括了多个可充电电池,该方法包括:将所述多个电池分类为第一群组及第二群组,其中,属于第一群组的电池到达过电压保护点的一过电压次数大于零,而属于第二群组的电池的过电压次数为零。当对电池组充电时,先检测第二群组的电池的一最低电压值,使第二群组的电池根据最低电压值进行电压平衡,且使第一群组的电池分别根据其过电压次数及一电压常数,将电压降低至小于最低电压值,以进行电压平衡。当电池组中的电池于充电时到达过电压保护点时,加计到达过电压保护点的电池的过电压次数并停止对该电池组充电;而当电池组的电池皆未到达该过电压保护点时,继续对电池充电至全部的电池皆充饱电后,才停止对电池组充电。
为了实现上述目的,再提供一种电池组平衡方法,所述的电池组中包括了多个可充电电池,该方法包括:在开始对该电池组充电时,将多个电池分类为第一群组及第二群组,第一群组的电池分别具有其到达一过电压保护点的一过电压次数;接着检测第二群组的电池的一最低电压值;再将第一群组的电池的电压分别降低至小于最低电压值的一降电压值以进行充电。当第一群组中的电池再度到达过电压保护点时,加计到达过电压保护点的该电池的过电压次数,并停止充电。
在其中一个实施例中,所述加计到达过电压保护点的该电池的过电压次数的步骤还包括:当到达该过电压保护点的该电池属于该第一群组时,判断该电池是否具有到达一欠电压保护点的记录,若否,则加计该电池的该过电压次数。
在另一个实施例中,所述判断电池是否具有到达欠电压保护点的记录的步骤还包括:若属于第一群组而到达过电压保护点的电池也具有到达欠电压保护点的记录时,不加计过电压次数。
在另一实施例中,所述停止对电池组充电的步骤后还包括:当对电池组放电时,分别检测电池组的电池是否到达欠电压保护点:若电池皆未到达欠电压保护点,则继续对该电池放电,而若任一个电池到达欠电压保护点,停止对电池组放电。
在另一实施例中,所述当任一个电池到达欠电压保护点而停止对电池组放电的步骤还包括:若到达欠电压保护点的电池属于第一群组时,则减计该电池的过电压次数。
上述技术手段的详细内容,请参照以下实施方式及附图的说明。
具体实施方式
本发明所述的电池组平衡方法,可应用于一个耦接于电池组的充放电控制器,控制器中包括监控电池组中各个电池状态的监控电路,以及控制各个电池进行充电、放电及平衡的微控制器。以下所提供的各种实施例可由微控制器来执行。
图1及图2提供了本发明的一种电池组平衡方法第一实施例的流程图。由于电池组是在反复的充电和放电程序中实行电压平衡,因此利用图1说明本实施例的充电程序,图2则用于说明放电程序。
在图1中,先将电池组中的各个电池根据充电速度分类成第一群组和第二群组(S101);具体的分类门坎可根据每个电池的一过电压次数来划分。过电压次数代表电池曾经在充电时到达过电压保护点(Over VoltageProtection point,OVP point)的次数,当电池组中的部分电池充电速度比其它电池都来得快,在其它电池尚未充电到达预设的工作电压时,速度较快的电池已经充电完成,并且由于电池组仍持续充电当中,已充电完成的电池也会继续增加电压,直到其到达一个为了保护电池组件而设置的过电压保护点为止。本实施例中分类为第一群组的电池的过电压次数大于零,而第二群组的电池的过电压次数为零。过电压保护点为电池充电时接受到最大电压的安全临界点,当电池组中任一个电池到达过电压保护点时,代表已经有电池接受的电压高于其它电池,并且已到达电池所能接受的安全临界点,此时即使电池组中的其它电池尚未充电完全,整个电池组仍必须停止充电,以避免已经到达过电压保护点的电池继续充电而损坏该电池。然而,此种保护手段的实施,相对地即浪费了其它尚未完全充足电力的电池的剩余可蓄电容量。
分类后的两个群组的电池,分别依据不同的电压值开始充电:其中,第二群组是依据该群组的数个电池当中,电压最低者所具有的最低电压值为基准,使第二群组的每个电池在充电的过程中都根据此最低电压值实行被动式电压平衡,以平均地充电。
而第一群组中的电池由于在先前的充电程序中曾发生过早于其它电池而到达过电压保护点的记录,代表第一群组中的电池在相同充电时间下,电压提升的速度比未曾到达过电压保护点的电池快,因此在本实施例中则采用降低属于第一群组的电池进行充电的基准点的方式来调整电池的充电基准点。
所述方式是根据用来调降第一群组电池的充电基准值的一电压常数,以及第一群组中各电池所记录的过电压次数为调整的倍数,将第一群组中各电池的电压先调整到一个低于第二群组的最低电压值的一降电压值,再根据第一群组各电池经调降后的降电压值为基准,在充电过程中进行被动式的电压平衡(S103)。由于第一群组中的电池是根据其过电压次数为倍数来调降电压,因此,曾经在先前的充电程序中,到达过电压次数越多的电池,被调降的幅度越大,调降后的降电压值就越低。
进行上述调降后,原先曾到达过电压保护点的第一群组的电池先被放电到其所属的降电压值,也就是使第一群组的电池与第二群组的电池充电到达预定的工作电压的差距加大,使得第二群组中的电池有较高的机率在第一群组的电池到达过电压保护点之前将电压提升到预定的工作电压。
根据上述步S103分别设置出第一群组和第二群组的电池的充电平衡基准值之后,在为电池组充电的过程中,则进一步判断是否仍有电池在其它电池充电到达工作电压前,先到达过电压保护点(S105),上述到达过电压保护点的电池有可能为第一群组或第二群组中的任一群组;若在充电过程中确实有电池到达过电压保护点的情形产生时,则加计一次到达过电压保护点的该电池的过电压次数(S107),并且停止为电池组继续充电(S111),避免已到达过电压保护点的该电池受损。
若根据步骤S105判断有无电池到达过电压保护点,而结果发现在充电过程中一直未有电池在其它电池充电至工作电压前到达过电压保护点,即表示电池组中的各个电池充电的速度,在被动式平衡的控制下,平均地接收电力而提升其电压值当中,在此情况下,即继续使各个电池进行充电,直到电池组中所有电池都充电完毕(S109),亦即都到达预设的工作电压后,才停止充电的程序(S111)。如此即可平稳地完成电池组充电的程序,并且使电池组中的各个电池都能平均充电。
而图2中的放电程序则接着充电程序之后进行。当电池组充电完毕后,多会置放在电子产品中进行放电(S301),也就是供电给电子产品运作。在电池组放电的过程中,则判断电池组中是否有电池在其它电池尚未放电完毕之前,先到达了欠电压保护点(Under Voltage Protection,UVP)(S303)。欠电压保护点为允许电池放电的一最低电压临界点,当电池组中有任一电池放电使得电压降低到欠电压保护点时,即必须停止再放电,以避免损坏电池。
若在放电过程中确实有电池先到达欠电压保护点时,则需进一步判断该电池是否为第一群组的电池(S305),也就是在充电时因曾经到达过电压保护点,而被调降充电时电压基准值的电池。若先到达欠电压保护点的电池属于第一群组,则可能表示在充电程序中,将此电池的电压基准值降得太低,使得该电池放电时,又因放电的速度快于其它电池,而先到达欠电压保护点。在此种情况下,则减计先到达欠电压保护点的电池的过电压次数(S307),用以减少下一次充电时,调降该电池的电压的幅度,接着即停止放电(S309);反之,若先到达欠电压保护点的电池属于第二群组,则代表电池组中的电池在正常的放电程序下,已放电到达极限,即直接停止继续使各个电池放电的程序(S311)。
如上述步骤S303所述判断是否有电池放电到达欠电压保护点之后,若判断出在放电过程中皆无电池先到达欠电压保护点,即表示电池组中各个电池正以较为平均的速度进行放电当中,则使电池组继续进行放电,直到电池组中的电池都放电完毕(S309),才停止放电的程序(S311)。
如上所述,若属于第一群组的电池在放电程序中,先于其它电池到达欠电压保护点,代表在前次充电程序中该电压的降电压值调整得太低所致;因此,在放电程序中,当判断出到达欠电压保护点的电池属于第一群组时,除了减计其过电压次数之外,并且进一步将到达欠电压保护点的该电池加以标记,以供次回对电池组进行充电时,减少调降该电池的降电压值的幅度。
此外,当充电过程中判断出第一群组的电池再度到达过电压保护点时(图1步骤S105),若该电池具有曾到达欠电压保护点的标记,也就是在前次的放电程序中先到达欠电压保护点时,表示该电池已经发生老化的现象,亦即电池可能因充放电次数过多、或电池的使用寿命即将耗尽,而使得老化电池在放电时电压下降速度快、但充电时电压上升速度也快的情况。在此情况下,即不执行加计过电压次数的步骤,而仅直接停止充电,以避免过度剥夺该颗老化电池充足电压的机会。
图3及图4进一步提供一种电池组平衡方法的第二实施例的详细流程图,图3用以说明电池组充电时进行电压平衡的流程;图4则说明电池组放电时的流程。
在图3所示的电池组充电平衡流程当中,首先是由充放电控制器对电池组所包含的多个电池开始一一充电(S501)。电池组中的各个电池都具有一过电压次数,用以记录各个电池在整个电池组循环进行充电、放电的过程中,曾经在其它电池尚未充电到预设的工作电压前,就已经充电至超出工作电压而到达过电压保护点的次数,此项过电压次数可由电池平衡电路中的监控电路或微控制器来实作。为了使电池组中的各个电池都有机会充电到达工作电压,而非由于其中一个电池先到达停止充电的临界点,而使得其它电池还没有充足足够电力前就必须停止充电,因此在本实施例中,即根据每个电池的过电压次数为根据,将电池组中的电池分为过电压次数大于零的第一群组和过电压次数为零的第二群组(S503),亦即第一群组中的电池皆为曾经到达过电压保护点的电池,而第二群组中的电池则为充电过程中未曾到达过电压保护点的电池。例如:电池组中包括6个串联的电池,分别命名为A、B、C、D、E、F,其中,A、B、C属于第一群组,D、E、F则属于第二群组。
分类之后,先从第二群组的电池中找出最低电压值(S505),例如上述电池D、E、F三者在充电开始时的电压分别为2.7伏特、2.5伏特、2.8伏特,则其中的最低电压值即为电池E的2.5伏特,此项最低电压值亦即第二群组的各电池在充电时进行电压平衡的基准值。找出第二群组中的最低电压值后,电池平衡电路中的微控制器即于控制各个电池充电时,一一判断每一电池是否属于第二群组(S507),若为属于第二群组的电池,则使该电池依据所述的最低电压值做为电压平衡的基准值而充电(S509)。
举例来说,当微控制器分别判断出电池D、E、F属第二群组时,即根据上述找出的最低电压值2.5伏特,分别使电池D和F进行被动式的电压平衡处理,亦即在为电池D、E、F充电的程序中,通过如电阻等阻性组件陆续地将电池D和F多余的电能转换成热能消耗掉,藉以减少电池E与电池D和F之间的电压差距,以避免电池D和F都已充电到达预设的工作电压(如3.3伏特)时,电池E却还未到达工作电压。
另一方面,若微控制器判断出电池组中的其它电池属于第一群组时,如上述的电池A、B、C,由于该电池在先前的充电程序中都曾发生过到达过电压保护点的情形,可知若是第一群组的电池与第二群组的电池都采用相同的电压平衡机制充电,则第二群组所包括的该电池在其电压回复到工作电压之前,极可能就已经因第一群组中任一电池充电速度过快而到达过电压保护点,造成整个电池组都必须停止充电,使得第二群组的电池始终无机会充电到达工作电压的情形。因此,在本实施例中即实行先降低第一群组中电池的基准电压的手段,增加第一群组与第二群组的电池于开始充电时的电压差距,使第一群组中的电池必须花较多的时间才能达到充电至工作电压的效果,以便使第二群组的电池也有机会将电充满。
因此,当微控制器判断到属于第一群组的电池时,则进一步判断属于第一群组的该电池在准备开始充电时的电压,是否高于从第二群组中找出的最低电压值(S511),即上述的2.5伏特;若第一群组中的电池有高于最低电压值者,则将该电池的电压放电到低于该最低电压值的降电压值后再继续充电(S513)。例如:电池A、B、C在准备开始充电时的电压分别为3伏特、2.4伏特及2.8伏特,其中电池A和C的电压高于最低电压值,因此需分别将电池A和电池C的电压调降。调降的方式,在本实施例中采用该电池的过电压次数和一个由设计者所设定的一电压常数的乘积进行调整,所述的电压常数为调降电压的一个单位电压量,例如10毫伏特。假设电池A与电池C的过电压次数分别为3次和2次,微控制器则分别将电池A和C的电压调降到比最低电压值2.5伏特更低30毫伏特和20毫伏特;放电调降后的电池A和电池C的降电压值分别为2.47伏特及2.48伏特。
当第一群组中电压值高于第二群组的最低电压值的电池已调降至降电压值后,第一群组的各电池亦开始分别根据其基准值进行充电,由上述说明可知,第一群组的电池经调整后,每一电池的基准值不一定相同,例如:电池A到C的基准值分别为:2.47伏特、2.4伏特和2.48伏特。此点与属于第二群组的电池采用最低电压值为共通基准值不同。
接着,在充电的过程中,仍需继续监控第一群组中的电池是否再度到达过电压保护点(S515),若第一群组中的电池虽然调降电压,但仍在其它电池尚未充电到达工作电压时,即已经到达过电压保护点(如3.7伏特),表示该电池的降电压值仍然过高,此时需再进一步判断再度到达过电压保护点的电池是否在先前的放电过程中被标记曾到达欠电压保护点(S517),若是,则表示该电池已经老化,充电快、耗电也快;或是对该电池的降电压值调整已经调降太多,使得该电池无法正常蓄电,此种情况下,即使电池再度到达过电压保护点,微控制器亦不加计其过电压次数,而仅是停止对电池组充电(S523)。但若第一群组中的电池经调降电压后,在充电过程中再度到达过电压保护点(S515)、且并无在放电时到达欠电压保护点的记录时(S517),则使微控制器加计一次该电池的过电压次数后(S519),才停止对各个电池继续充电(S523),例如电池A经降压后仍到达过电压保护点,且无欠电压的记录,则其过电压次数就从3次增加到4次。如此一来,当次回再对电池组充电时,若最低电压值仍是2.5伏特,电池A的降电压值则会降低至2.46伏特。
此外,第二群组的电池根据最低电压值实行电池D、E、F的电压平衡后(S509),在充电过程中,若其中有一如同第一群组的电池,在其它电池充电完成前,充电量爆增以致于到达过电压保护点(例如:电池D)时,则亦应加计到达过电压保护点的电池的过电压次数,也就是从零变成一,并且全部停止电池组中各个电池的充电程序。如此一来,当次回电池组准备进行充电时,原本分类于第二群组的电池D,即会改为分类到第一群组当中,依照上述步骤S511以下的流程充电。
图4所述的放电流程,则可接续在图3的充电流程之后,亦或是在图4的放电程序完成后,接着进行图3的充电程序。放电程序开始时,充放电控制器对电池组的多个电池一一放电(S701);并且持续判断是否有电池先到达欠电压保护点(S703),也就是允许电池放电的最低安全临界值,例如:2伏特。若电池组中尚无电池到达欠电压保护点,则进一步判断电池组中的电池是否都已放电完毕(S705),若监控电路已判断出各个电池都已放电完毕,即可停止放电(S713),以待电池组进行图3所示的充电程序;反之,若电池组中的电池尚未全部放电完毕,则继续由充放电控制器一一放电,并返回判断有无电池到达欠电压保护点的步骤(S703)。
若在放电过程中,检测到有电池在其它电池都放电完毕之前先到达欠电压保护点,则先将该电池加以标记(S707),接着再判断被标记的此一电池是否属于第一群组(S709),此步骤的目的即是为了呼应上述图3中的步骤S517,用以判断属于第一群组的电池是否在充电程序中,开始充电时的电压基准值被调降太多。因此,若到达欠电压保护点的电池确实属于第一群组,则在放电程序中先行减计其过电压次数(S711)后,再使全部的电池都停止放电(S713)。
延续图3中所使用的例子,假设是电池C先到达欠电压保护点,则表示在前一次的充电程序中,将电池C的降电压值调降过多,虽然避免了电池C再次到达过电压保护点,但却使其在放电时,因放电的速度较快,在其放电的起始点从过电压保护点3.7伏特降低到工作电压3.3伏特后,在相同的时间的内,放电后剩余的电压可能从2.8伏特迅速降低到欠电压保护点2伏特。因此,为了平衡过电压及欠电压的情形,此时微控制器会先将电池C的过电压次数由2次减为1次。藉此,当下次电池组充电时,电池C的充电基准值调降幅度缩小,其充电后电压数可控制在工作电压和过电压保护点之间,而再下一次的放电后,亦可降低电池C电压过低的风险。
最后,若根据步骤S709的判断,发现到达欠电压保护点而被标记的电池非属于第一群组,亦即为属于第二群组的电池,则直接停止对电池组放电(S713)。
综合上述实施例的说明,本发明已详细揭示了一种电池组平衡机制,将电池组中的各个电池依照其特性分类,并根据不同的分类适用不同的控制电压的手段,改善了原本不分电池特性,一律适用相同的平衡手段所产生电池无法平均充、放电的问题,实际地提高了电池组的蓄电能力和整体的使用寿命。
然而,上述各实施例中所述的流程步骤和组件名称,皆仅用于举例说明本发明技术的精神及手段,非用以限制本发明的保护范围,因此,将电池组分类的依据亦不限于以过电压次数是否大于零为分界,本领域的技术人员自可经适当地调整参数后,改变分类的门坎值(例如:过电压次数三次以下采用最低电压值;超过三次者才采用降电压值),或采用过电压次数以外的分类标准,只要能将充电速度较快、易于到达过电压保护点者与其它电池加以区隔即可。因此,凡根据本发明的精神所进行的变形和修改,仍皆为本发明所请求保护的范围。