TW201434234A - 藉助於全功能模組化功能方塊來控制電源供應裝置之方法及裝置 - Google Patents

藉助於全功能模組化功能方塊來控制電源供應裝置之方法及裝置 Download PDF

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Abstract

一種控制電源供應裝置之方法及裝置。該裝置包含該電源供應裝置之至少一部分，並包含至少一電池模組，該至少一電池模組中的每一電池模組為該電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組中的一電池模組。該至少一電池模組中的每一電池模組包含至少一電池單元、一處理電路與一平衡電路。該平衡電路電連接於該電池單元與該處理電路。該處理電路用以控制該組電池模組之中上述每一電池模組之運作。在該處理電路的控制下，該平衡電路進行該至少一電池單元之平衡操作。該平衡電路提供偏壓予該處理電路，以及該處理電路從該平衡電路得到電能。

Description

藉助於全功能模組化功能方塊來控制電源供應裝置之方法及 裝置
本發明係關於電源供應裝置，尤指一種控制一電源供應裝置之方法及其相關的裝置。
傳統的電源供應裝置(例如，一備援電源供應器)之中通常設置有為了特殊目的之控制電路，以供對該傳統的電源供應裝置中之電池的某些運作進行控制。依據相關技術，該傳統的電源供應裝置當中之這樣的控制電路往往需要特別的設計，這會產生某些問題。例如：當該傳統的電源供應裝置之輸出電壓之規格需要更動時，該控制電路必須對應地修改，而導致相關成本的增加。又例如：因應不同的使用者需求而造成該控制電路之設計更新，會使得該傳統的電源供應裝置中之機構元件(例如，某些外殼零件)必須修改，而導致相關成本的增加。因此，需要一種新穎的方法於不產生任何副作用的狀況下加強電源供應裝置之相關控制、並且改善電源供應裝置之基本架構。
本發明之一目的在於提供一種控制一電源供應裝置之方法及其相關的裝置，以解決上述問題。
本發明之另一目的在於提供一種控制一電源供應裝置之方法及其相關的裝置，以實作出可組態的電池系統(configurable battery system)以及實現易於組態之系統架構(easy system configuration)。
本發明之較佳實施例中提供一種控制一電源供應裝置之裝置。該裝置包含該電源供應裝置之至少一部分。該裝置包含有至少一電池模組，該至少一電池模組之中的每一電池模組係為該電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一電池模組。該組電池模組之中的每一電池模組包含至少一電池單元、一處理電路以及一平衡電路，其中該平衡電路係電連接於該至少一電池單元以及該處理電路。該處理電路係用以控制該組電池模組之中的該每一電池模組之運作。在該處理電路的控制下，該平衡電路係進行該至少一電池單元之平衡操作。另外，該平衡電路係提供一偏壓予該處理電路，以及該處理電路係從該平衡電路得到電能。
本發明於提供上述裝置之同時，亦對應地提供一種控制一電源供應裝置之方法，該方法包含有下列步驟：利用該電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一特定電池模組的一平衡電路來進行該特定電池模組之至少一電池單元之平衡操作；以及利用該平衡電路來提供一偏壓予該特定電池模組之一處理電路，其中該處理電路係從該平衡電路得到電能，並用來控制該特定電池模組之運作。
本發明的好處之一是，所述之控制一電源供應裝置之方法與裝置可在不產生任何副作用的狀況下實現複數個電池模組之間的自動化平衡。另外，本發明之方法與裝置不受電池模組個數的限制，並可實現具有複數個電池模組之電源供應裝置之自我平衡。因此，依據本發明之方法與裝置所實作之電源供應裝置可提供相當高的輸出電壓，以及避免電量較低之電池模組發 生使用壽命縮短的問題。本發明之方法與裝置對於該電源供應裝置之製造、測試、安裝、使用、檢修(例如：抽換故障的電池模組)及/或彈性升級(例如：藉由新增或移除至少一電池模組來改變輸出電壓之規格)均有極大的助益。再者，基於本發明之方法與裝置可輕易地實作出一電源供應裝置以及達成低成本的目標。由於每一功能方塊(例如，電池模組、電源模組或整合模組之任一模組)係為全功能模組化功能方塊(full-featured modularized functional block)，因此，可實現易於組態之系統架構。另外，由於方塊/區塊平衡功能(block balancing function)以及偏壓電路係內建於模組之中，因此，當電源供應裝置因應不同需求而分別應用於不同系統時(例如，電池模組的個數改變時)，無需重新設計功能方塊。
BM‧‧‧電池模組
BB+、BB-、PB+、PB-、IB+、IB-、PACK+、PACK-‧‧‧外接端子
BMS‧‧‧區塊管理服務電路
PM‧‧‧電源模組
RSEN1‧‧‧感測電阻
IM‧‧‧整合模組
{BM(1),BM(2),...,BM(J)}‧‧‧電池模組
ID‧‧‧識別
V’s‧‧‧電壓值
T’s‧‧‧溫度值
Bias_V‧‧‧偏壓
PAK+、PAK-、IM_BAT+、BAT+、OVP{T1(1),T1(2),...,T1(J)}、T1(j){T2(1),T2(2),...,T2(J)}、T2(j) {T3(1),T3(2),...,T3(J)}、T3(j){T4(1),T4(2),...,T4(J)}、T4(j){T5(1),T5(2),...,T5(J)}、T5(j){T10(1),T10(2),...,T10(J)}、T10(j){T13(1),T13(2),...,T13(J)}、T13(j)T14(J)、T14(j){T15(1),T15(2),...,T15(J)}、T15(j){Vbias(1),Vbias(2),...,Vbias(J)}、Vbias(j){Vbs(1),Vbs(2),...,Vbs(J)}、Vbs(j)‧‧‧ 端子
{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}、BLM(j)‧‧‧平衡電路
{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}、CKT(j)‧‧‧處理電路
1、1.1、N‧‧‧繞組
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖。
第2圖為依據本發明一第二實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖。
第3圖為依據本發明一第三實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖。
第4圖為依據本發明一第四實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖。
第5圖為依據本發明一第五實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖。
第6圖為本發明控制一電源供應裝置之裝置之一實施例的示意圖。
第7圖為依據本發明一實施例之第6圖所示之複數個平衡電路的其中之一所涉及的實施細節。
第8圖為依據本發明一實施例之第6圖所示之複數個處理電路的其中之一所涉及的實施細節。
第9圖為本發明控制一電源供應裝置之裝置之一實施例的示意圖。
第10圖為本發明控制一電源供應裝置之裝置之另一實施例的示意圖。
第1圖係為依據本發明一第一實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖，其中於此實施例中所示之該裝置可包含一電池模組BM。電池模組BM可以是該電源供應裝置之一部分，並可稱作電池區塊(battery block，BB)。電池模組BM可包含至少一電池單元(battery cell)(例如，一個或多個電池單元)，諸如第1圖左半部所示之電池單元。電池模組BM另可包含一處理電路以及一平衡電路，其中該處理電路可用來控制電池模組BM之運作，而該平衡電路係電連接於該至少一電池單元以及該處理電路。在該處理電路的控制下，該平衡電路可進行電池模組BM之該至少一電池單元之平衡操作。舉例來說，該平衡電路可包含一被動式平衡電路(passive balancing circuit)(為了簡潔起見，於第1圖中係標示為「被動式平衡」)，並另可包含一主動式平衡電路，諸如一主動式區塊平衡與偏壓電路(active block balancing and bias circuit)(為了簡潔起見，於第1圖中係標示為「主動式區塊平衡與偏壓」)。該處理電路可包含一數位通訊控制電路(digital communication control circuit)(為了簡潔起見，於第1圖中係標示為「數位通訊」)以及一區塊管理服務電路(block management service circuit，BMS circuit)(為了簡潔起見，於第1圖中係標示為「BMS」)。另外，電池模組BM可包含一數位介面以及一類比介面，該數位介面與該類比介面係分別利用複數個數位訊號與複數個類比訊號以供電池模組BM與該電源供應裝置之中一個或多個模組進行溝通。
依據本實施例，該被動式平衡電路可用來進行電池模組BM之複數個電池單元的被動式平衡操作。舉例來說，在區塊管理服務電路的控制下，該被動式平衡電路可進行電池模組BM之該複數個電池單元之間的被動式平衡操作，更具體地說，在電池模組BM之該複數個電池單元之中特定電池單元的電壓降(voltage drop)大於電池模組BM之該複數個電池單元之中其他電池單元的電壓降的情形下，該被動式平衡電路可動態地將能量從電池模組BM之該複數個電池單元之一特定電池單元之中移除。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該被動式平衡電路可對電池模組BM之該複數個電池單元進行被動式平衡操作，更具體地說，在電池模組BM之該複數個電池單元之總電壓降大於該電源供應裝置之中至少一其他模組的總電壓降(例如，另一電池模組之複數個電池單元之總電壓降，或者是並非稱為「電池模組」的某一模組之中複數個電池單元之總電壓降)的情形下，該被動式平衡電路可動態地將能量從電池模組BM之該複數個電池單元之中移除。
另外，依據本實施例，該主動式平衡電路(例如，該主動式區塊平衡與偏壓電路)可用來進行電池模組BM之複數個電池單元的主動式平衡操作。舉例來說，在該電源供應裝置之一系統控制電路的控制下，該主動式平衡電路(例如，該主動式區塊平衡與偏壓電路)可進行電池模組BM之該複數個電池單元與該電源供應裝置之至少一其他模組(例如，另一電池模組，或者是並非稱為「電池模組」的某一模組)之複數個電池單元之間的主動式平衡操作，更具體地說，該主動式平衡電路進而可動態地收集來自電池模組BM(更具體地說，電池模組BM之該複數個電池單元)之能量以將能量重新分配給該至少一其他模組，或收集來自該至少一其他模組之能量以將能量重新分配給電池模組BM(更具體地說，電池模組BM之該複數個電池單元)。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化 例，該主動式平衡電路(例如，該主動式區塊平衡與偏壓電路)可對電池模組BM之該複數個電池單元進行主動式平衡操作。更具體地說，於此實施例中，該主動式區塊平衡與偏壓電路另可提供一偏壓予電池模組BM之該處理電路，其中電池模組BM之該處理電路便可從該主動式區塊平衡與偏壓電路得到電能。
上述處理電路可用來控制電池模組BM之運作。舉例來說，該數位通訊控制電路可進行電池模組BM(更具體地說，電池模組BM之該區塊管理服務電路)之數位通訊控制。於另一例子中，該區塊管理服務電路可偵測電池模組BM之該複數個電池單元之中的每一電池單元之複數個端子的電壓準位，並可基於電壓準位偵測之偵測結果(例如，電池模組BM之該複數個電池單元之複數個端子之電壓準位)來選擇性地致能或禁能該平衡電路之至少一部分(例如，一部分或全部)，諸如上述之被動式平衡電路之至少一部分(例如，一部分或全部)及/或上述之主動式平衡電路之至少一部分(例如，一部分或全部)。
實作上，電池模組BM可包含一外殼，其可用來保護電池模組BM之元件(例如，該複數個電池單元及內部電路)，舉例來說，該複數個電池單元之複數個外接端子BB+與BB-可位於電池模組BM之該外殼上，並可藉由設置於電池模組BM之該外殼上的一個或多個連接器(connector)來實作之。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，該複數個電池單元之複數個外接端子BB+與BB-可藉由從電池模組BM之該外殼延伸出去的一個或多個連接器以及一個或多個連接線(cable)來實作之。
第2圖係為依據本發明一第二實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖，其中於此實施例中所示之該裝置可包含一電源模組PM。電 源模組PM可以是該電源供應裝置之一部分，並可稱作電源區塊(power block，PB)。電源模組PM可包含一感測電阻RSEN1，其可用來偵測該電源供應裝置之中複數個電池單元之電流，諸如通過該電源供應裝置之中所有的電池模組{BM}的電池單元的一電流路徑上的電流。電源模組PM另可包含複數個開關(例如，於此實施例中所示之兩個金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET))，該複數個開關可位於該電源供應裝置之電池單元之該電流路徑上，並可選擇性地致能或禁能該電源供應裝置之電池單元之該電流路徑。舉例來說，在該電源供應裝置包含彼此串聯之複數個電池模組的情形下，感測電阻RSEN1可用來偵測該些電池模組之電池單元之電流。於另一例子中，在，在該電源供應裝置包含單一電池模組的情形下，感測電阻RSEN1可用來偵測該電池模組之電池單元之電流。另外，電源模組PM可包含一處理電路，舉例來說，電源模組PM之該處理電路可包含一數位通訊控制電路(為了簡潔起見，於第2圖中係標示為「數位通訊」)以及一主控制電路(為了簡潔起見，於第2圖中係標示為「主控制」)。另外，電源模組PM可包含一數位介面以及一類比介面，該數位介面與該類比介面係分別利用複數個數位訊號與複數個類比訊號以供電源模組PM與該電源供應裝置之中一個或多個模組進行溝通。
依據本實施例，上述處理電路可用來控制電源模組PM之運作，舉例來說，電源模組PM之該數位通訊控制電路可執行電源模組PM(更具體地說，電源模組PM之該主控制電路)之數位通訊控制。於另一例子中，該主控制電路可基於自電源模組PM之該類比介面所接收之一個或多個類比訊號來控制電源模組PM之該複數個開關(例如，該複數個金氧半場效電晶體)。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，該主控制電路可基於流經感測電阻RSEN1之電流來控制該複數個開關(例如，該複數個金氧半場效電晶體)。於另一例子中，該主控制電路可控制位於該電源供應裝 置之中一個或多個其他模組(例如，一個或多個電池模組{BM})。於另一例子中，該主控制電路可收集來自該電源供應裝置之其他模組(例如，一個或多個電池模組{BM})的資訊。
實作上，電源模組PM可包含一外殼，其可用來保護電源模組PM之元件(例如，該複數個電池單元及內部電路)，舉例來說，電源模組PM之中包含感測電阻RSEN1與該複數個金氧半場效電晶體的局部電路的複數個外接端子PB+與PB-可位於電源模組PM之該外殼上，並可藉由設置於電源模組PM之該外殼上的一個或多個連接器來實作之。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，複數個外接端子PB+與PB-可藉由從電源模組PM之該外殼延伸出去的一個或多個連接器以及一個或多個連接線來實作之。
第3圖係為依據本發明一第三實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖，其中於此實施例中所示之該裝置可包含一整合模組IM。整合模組IM可以是該電源供應裝置之一部分，並可稱作整合區塊(integrated block，IB)。整合模組IM可藉由將第1圖所示之電池模組BM與第2圖所示之電源模組PM整合於同一模組來實作之。舉例來說，整合模組IM可包含第1圖所示之電池模組BM之中所有的元件以及第2圖所示之電源模組PM之中所有的元件。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於一實作範例中，整合模組IM可包含第1圖所示之電池模組BM之至少一部分(例如，一部分或全部)以及第2圖所示之電源模組PM之至少一部分(例如，一部分或全部)，其中某些共同元件(例如，數位介面以及類比介面)可共用之。由於第3圖所示之實施例的架構可由第1圖與第2圖所示之實施例變化而得，因此，第3圖所示之實施例的架構的相關運作可相似於第1圖與第2圖所示之實施例的相關運作，故與前述實施例相仿之處在此便不再贅述。
實作上，整合模組IM可包含一外殼，其可用來保護整合模組IM之元件(例如，複數個電池單元及內部電路)，舉例來說，該複數個電池單元之複數個外接端子IB+與IB-可位於整合模組IM之該外殼上，並可藉由設置於整合模組IM之該外殼上的一個或多個連接器來實作之。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，該複數個電池單元之複數個外接端子IB+與IB-可藉由從整合模組IM之該外殼延伸出去的一個或多個連接器以及一個或多個連接線來實作之。
第4圖係為依據本發明一第四實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖，其中於此實施例中所示之該裝置可包含一組電池模組{BM}，諸如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}。該組電池模組{BM}之中的每一電池模組可以是第1圖所示之電池模組BM的一複製品。該裝置另可包含一電源模組，諸如第2圖所示之電源模組PM。舉例來說，符號「J」可代表大於1之正整數。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，符號「J」可代表一正整數，其可等於或大於1。另外，一能量重新分配與箝制電路(energy redistribution and clamping circuit)(為了簡潔起見，於第4圖中係標示為「能量重新分配與箝制」)可作為上述系統控制電路的範例。由第4圖可知，該組電池模組{BM}(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}；更具體地說，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}之該複數個電池單元)係彼此串聯，以及複數個端子PAK+與PAK-可視為整體電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}之複數個外接端子。
依據本實施例，在上述系統控制電路(例如，第4圖所示之該能量重新分配與箝制電路)的控制下，一特定電池模組BM(j)(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}之中任一電池模組，其中索引「j」可以 是位於區間[1,J]之間的正整數)之主動式平衡電路，諸如特定電池模組BM(j)之主動式區塊平衡與偏壓電路，可用來進行電池模組BM之該複數個電池單元之主動式平衡操作。舉例來說，在該系統控制電路(例如，該能量重新分配與箝制電路)的控制下，該主動式平衡電路(例如，特定電池模組BM(j)之主動式區塊平衡與偏壓電路)可進行電池模組BM之該複數個電池單元與該電源供應裝置之至少一電池模組(例如，一個或多個電池模組)之間的主動式平衡操作，更具體地說，該主動式平衡電路進而可動態地收集來自特定電池模組BM(j)之能量以將能量重新分配給上述之至少一其他電池模組，或收集來自上述之至少一其他電池模組之能量以將能量重新分配給特定電池模組BM(j)。更具體地說，特定電池模組BM(j)(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}之任一電池模組)之主動式區塊平衡與偏壓電路可提供第1圖所示之實施例所述之偏壓(例如，第4圖所示之偏壓Bias_V)予電源模組PM之內部電路，其中第4圖所示之電源模組PM可從特定電池模組BM(j)之主動式區塊平衡與偏壓電路得到電能。
另外，依據本實施例，於第4圖所示之複數個模組(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}以及電源模組PM)之中任兩個模組之複數個類比介面之間所傳送或接收之複數個類比訊號可包含一個或多個個別區塊電壓(individual block voltage)(亦即，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}之其一(諸如特定電池模組BM(j))的複數個電池單元之總電壓降)、一個或多個平均區塊電壓(average block voltage)(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}所分別對應之總電壓降的平均，諸如複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}之複數個端子BB+與BB-之間的複數個電壓差的平均)，及/或閘控訊號(gating signal)。舉例來說，上述一個或多個個別區塊電壓可由特定電池模組BM(j)之區塊管理服務電路所產生。於另一例子中，上述一個或多個個別區塊電壓可由電源模組PM之主控制電路所產生。於另 一例子中，上述之複數個閘控訊號可由電源模組PM之主控制電路所產生，其中該複數個閘控訊號可用來控制複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}。
由第4圖可知，於第4圖所示之複數個模組(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}以及電源模組PM)之中任兩個模組之複數個數位介面之間所傳送或接收之複數個數位訊號可包含一個或多個識別(identification，ID)(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}以及電源模組PM之複數個識別)、一個或多個電壓值(為了簡潔起見，於第4圖中係標示為「V’s」)、一個或多個溫度值(為了簡潔起見，於第4圖中係標示為「T’s」)，及/或一個或多個狀態(status)。舉例來說，上述之一個或多個識別可用來指示出該複數個數位訊號所挾帶之複數個封包(packet)的目的地。於另一例子中，上述之一個或多個識別可用來指示出相關資訊的來源(或該相關資訊所屬的來源)，諸如上述之一個或多個電壓值的來源、上述之一個或多個溫度值的來源，及/或上述之一個或多個狀態的來源，其中該複數個數位訊號可指示出第4圖所示之複數個模組(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}以及電源模組PM)之中任一模組之相關資訊，諸如第4圖所示之複數個模組之中目前所考慮之模組的該些電壓值、該些溫度值以及該些狀態。
依據本實施例，該電源供應裝置可輕易地實作及組態之。由於每一功能方塊(例如，複數個電池模組{BM}之中的任一模組，以及電源模組PM)係為全功能模組化功能方塊，故可實現易於組態之系統架構。當該電源供應裝置因應不同需求而分別應用於不同系統時(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}的個數「J」改變時)，無需重新設計功能方塊。
第5圖係為依據本發明一第五實施例之一種控制一電源供應裝置之裝置的示意圖，其中於此實施例中所示之該裝置可包含一組電池模組{BM}，諸如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}。該組電池模組{BM}之中的每一電池模組可以是第1圖所示之電池模組BM的一複製品。該裝置另可包含一整合模組，諸如第3圖所示之整合模組IM。相似地，一能量重新分配與箝制電路(為了簡潔起見，於第5圖中係標示為「能量重分配與箝制」)可作為上述系統控制電路的範例。由第5圖可知，該組電池模組{BM}(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}以及整合模組IM；更具體地說，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}之該複數個電池單元以及整合模組IM)係彼此串聯，以及複數個端子PAK+與PAK-可視為整體電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}以及整合模組IM之複數個外接端子。由於第5圖所示之整合模組IM可藉由將第4圖所示之電池模組BM(J)與第4圖所示之電源模組PM整合於同一模組來實作之，因此，於此實施例中所示之架構可由第4圖所示之實施例之架構變化而得，第5圖所示之實施例的架構的相關運作可相似於第4圖所示之實施例的相關運作，故與前述實施例相仿之處在此便不再贅述。
依據本實施例，該電源供應裝置可輕易地實作及組態之。由於每一功能方塊(例如，複數個電池模組{BM}之中的任一模組，以及整合模組IM)係為全功能模組化功能方塊，故可實現易於組態之系統架構，並可節省相關成本。由於該複數個主動式區塊平衡與偏壓電路係內建於複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}與整合模組IM之中，因此，當該電源供應裝置因應不同需求而分別應用於不同系統時(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}的個數「J-1」改變時)，無需重新設計功能方塊。
第6圖係為本發明控制一電源供應裝置之裝置之一實施例的示意 圖。複數個平衡電路{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}可作為上述平衡電路的範例，更具體地說，可作為第1圖所示之電池模組BM之所述主動式區塊平衡與偏壓電路的範例。因此，複數個平衡電路{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}可分別視為於第4圖所示之實施例中複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}之該複數個主動式區塊平衡與偏壓電路，或可分別視為於第5圖所示之實施例中複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}與整合模組IM之該複數個主動式區塊平衡與偏壓電路。
另外，複數個處理電路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}可作為第1圖所示之電池模組BM之所述處理電路的範例。舉例來說，處理電路CKT(j)可實作於電池模組BM(j)之區塊管理服務電路之中。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，可改變處理電路CKT(j)之架構，舉例來說，處理電路CKT(j)可實作於電池模組BM(j)之另一部份之中。於另一例子中，處理電路CKT(j)可包含上述電池模組BM(j)之該處理電路之至少一部分(例如，一部分或全部)。
由第6圖可知，複數個平衡電路{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}之複數個端子{{T1(1),T2(1)},{T1(2),T2(2)},...,{T1(J),T2(J)}}可分別電連接於第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM之中相對應的複數組電池單元，並可分別視為第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM之中的複數個內部端子。複數個平衡電路{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}之複數個端子{{T3(1),T4(1),T5(1)},{T3(2),T4(2),T5(2)},...,{T3(J),T4(J),T5(J)}}可分別實作於第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM之複數個類比介面之中，並可分別視為第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM 之中的複數個外接端子，其中複數個端子{T3(1),T3(2),...,T3(J)}係彼此電連接，以及複數個端子{{T4(1),T5(1)},{T4(2),T5(2)},...,{T4(J),T5(J)}}係彼此電連接。另外，複數個處理電路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}之複數個端子{{T10(1),T13(1),T15(1)},{T10(2),T13(2),T15(2)},...,{T10(J),T13(J),T14(J),T15(J)}}係電連接於複數個平衡電路{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}之複數個端子{{Vbias(1),T3(1),T4(1),T5(1)},{Vbias(2),T3(2),T4(2),T5(2)},...,{Vbias(J),T3(J),T4(J),T5(J)}}。由於複數個平衡電路{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}可分別經由複數個端子{Vbias(1),Vbias(2),...,Vbias(J)}來提供電能予複數個處理電路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}，複數個端子{Vbias(1),Vbias(2),...,Vbias(J)}可分別視為複數個處理電路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}之本地能量端子(local power terminal)。因此，複數個端子{T10(1),T10(2),...,T10(J)}(其係分別電連接於複數個端子{Vbias(1),Vbias(2),...,Vbias(J)})可分別視為複數個處理電路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}之本地能量輸入端子，以及端子T14(J)可視為處理電路CKT(J)之本地接地端(local ground)。請注意，複數個處理電路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}之複數個端子{Vbs(1),Vbs(2),...,Vbs(J)}係彼此電連接。另外，舉例來說，第6圖所示之最下方的端子可用來輸出該偏壓以供上述之系統控制電路(例如，整個系統之系統控制電路)之用，以及端子IM_BAT+可電連接於處理電路CKT(J)之某一端子。
第7圖係為依據本發明一實施例之第6圖所示之複數個平衡電路{BLM(1),BLM(2),...,BLM(J)}的其中之一所涉及的實施細節。關於第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM其中任一模組中複數個端子{T1(j),T2(j),T3(j),T4(j),T5(j),Vbias(j)}的連接細節，可相同於第6圖所示之實施例的相關連接細節。
依據本實施例，平衡電路BLM(j)可包含複數個繞組，其可分別對應於一一次側以及一二次側，諸如標示為「1」之繞組、標示為「N」之繞組以及標示為「1.1」之繞組。更具體地說，標示為「1」之繞組對應於該一次側，以及標示為「N」之繞組與標示為「1.1」之繞組之中的任一繞組對應於該二次側。舉例來說，對於由標示為「1」之繞組與標示為「N」之繞組所形成之一第一變壓器來說，該二次側與該一次側之間的匝數比(亦即，標示為「1」之繞組與標示為「N」之繞組之間的匝數比)可為「N：1」，其中該第一變壓器可用來進行相對應模組(例如，第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM其中的任一模組)之主動式平衡操作。於另一例子中，對於由標示為「1」之繞組與標示為「1.1」之繞組所形成之一第二變壓器來說，該二次側與該一次側之間的匝數比(亦即，標示為「1」之繞組與標示為「1.1」之繞組之間的匝數比)可為「1.1：1」，其中該第二變壓器可用來產生該偏壓以供相對應模組(例如，第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM)之內部電路來使用，更具體地說，該第二變壓器可產生該偏壓以供上述相對應模組之一處理電路來使用。
基於第7圖所示之架構，偏壓能量可由具有較高能量之複數個電池區塊(更具體地說，第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM)而得，其中所述較高能量係於電池區塊作動的期間重新分配(或取走)之。另外，在第7圖所示之架構中索引「j」等於「J」的情形下，當沒有電池區塊作動時，偏壓能量也可經由第6圖所示之整合模組IM之電池單元來發送之。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，於諸如對應於第4圖所示之架構的系統中，相似地，該偏壓可藉由相鄰於電源模組PM之電池模組BM(J)(扮演整合模組IM的角色)所產生，其中偏壓能量接著可被引導至電源模組PM。
第8圖係為依據本發明一實施例之第6圖所示之複數個處理電路{CKT(1),CKT(2),...,CKT(J)}的其中之一(例如，處理電路CKT(j))所涉及的實施細節。關於第6圖所示之複數個電池模組(亦即，複數個電池模組BM(1)、BM(2)...)與整合模組IM之中任一模組之複數個端子{T10(j),T13(j),T14(j),T15(j),Vbs(j)}的連接細節，其可相同於第6圖所示之實施例的相關連接細節。
依據本實施例，處理電路CKT(j)可包含複數個電阻、複數個二極體以及複數個開關(例如，此實施例中所示之複數個金氧半場效電晶體)。舉例來說，在第8圖所示之實施例中索引「j」等於「J」的情形下，第6圖所示之端子IM_BAT+可電連接於處理電路CKT(j)之端子BAT+。於另一例子中，處理電路CKT(j)之端子OVP可用於某些控制目的。
第9圖係為本發明控制一電源供應裝置之裝置之一實施例的示意圖，其中於此實施例中所示之該裝置可包含複數個分支(branch)，每一分支可包含一組電池模組以及一整合模組，諸如第5圖所示之複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J-1)}以及整合模組IM。由第9圖可知，該複數個分支係並聯耦接於整個系統之複數個外接端子PACK+與PACK-之間，其中每一分支之複數個端子PAK+與PAK-係分別電連接於整個系統之複數個外接端子PACK+與PACK-。另外，上述之系統控制電路(為了簡潔起見，於第9圖中係標示為「系統控制」)可控制每一分支之運作，舉例來說，第9圖所示之架構可應用於整個系統係為中低電壓(low-medium voltage)(例如，輸出電壓小於或等於154伏特(Volt，V))與低分支電流(例如，輸出電流小於或等於80安培(Ampere，A))之系統的實作範例。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。
第10圖係為本發明控制一電源供應裝置之裝置之另一實施例的示意圖，其中於此實施例中所示之該裝置可包含複數個分支，每一分支可包含一組電池模組以及一電源模組，諸如第4圖所示之複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)}以及電源模組PM。由第10圖可知，該複數個分支係並聯耦接於整個系統之複數個外接端子PACK+與PACK-之間，其中每一分支之複數個端子PAK+與PAK-係分別電連接於整個系統之複數個外接端子PACK+與PACK-。另外，上述之系統控制電路(為了簡潔起見，於第10圖中係標示為「系統控制」)可控制每一分支之運作，舉例來說，第10圖所示之架構可應用於整個系統係為高電壓(例如，輸出電壓大於154伏特，且小於或等於450伏特)與高分支電流(例如，輸出電流大於或等於120安培)之系統的實作範例。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。
基於上述實施例，本發明另可提供一種控制一電源供應裝置(如上述之電源供應裝置)之方法，其中該方法可包含下列步驟：利用該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組{BM}(例如，複數個電池模組{BM(1),BM(2),...,BM(J)})之特定電池模組BM(j)之該平衡電路來進行特定電池模組BM(j)之至少一電池單元之平衡操作；以及利用該平衡電路來提供相對應之偏壓予特定電池模組BM(j)之該處理電路，其中該處理電路係從該平衡電路之中得到電能，並用來控制特定電池模組BM(j)之運作。由於該方法之相關操作細節已於前述實施例說明之，故與前述實施例相仿之處在此便不再贅述。
另外，依據本發明之實施例，一電池模組(例如，上述之電池模組BM)之該平衡電路可用來收集來自該電源供應裝置之中一個或多個其他電池模組之能量，以將該電源供應裝置之所有的電池模組中具有最多能量之一電池模組的能量提供給該電源模組。於本發明之某些實施例中，該電源模 組以及一電池模組(例如，上述之電池模組BM)可整合於同一模組，而該同一模組可稱作一整合模組。舉例來說，該整合模組係電連接於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組。更具體地說，當該整合模組之至少一電池單元的能量大於一預設值時，該整合模組之該至少一電池單元係提供能量給該整合模組之該平衡電路以及該整合模組之該處理電路；當該整合模組之該至少一電池單元的能量小於一預設值時，該電源供應裝置之所有的電池模組中具有最多能量之一電池模組係提供能量給該整合模組之該處理電路。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
BM‧‧‧電池模組
BB+、BB-‧‧‧外接端子
BMS‧‧‧區塊管理服務電路

Claims (20)

  1. 一種控制一電源供應裝置之裝置，該裝置包含該電源供應裝置之至少一部分，該裝置包含有：至少一電池模組，該至少一電池模組之中的每一電池模組係為該電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一電池模組，其中該組電池模組之中的每一電池模組包含：至少一電池單元；一處理電路，用以控制該組電池模組之中的該每一電池模組之運作；以及一平衡電路，電連接於該至少一電池單元以及該處理電路，其中在該處理電路的控制下，該平衡電路係進行該至少一電池單元之平衡操作；其中該平衡電路係提供一偏壓予該處理電路，以及該處理電路係從該平衡電路得到電能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該組電池模組之中的該每一電池模組另包含：一類比介面，用以利用複數個類比訊號以供該組電池模組之中的該每一電池模組與該電源供應裝置之中一個或多個其他模組進行溝通。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該平衡電路包含：一主動式平衡電路，電連接於該類比介面以及該至少一電池單元，用以進行該至少一電池單元之主動式平衡操作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中在該電源供應裝置之一系統控制電路的控制下，該主動式平衡電路係進行該至少一電池單元與該電源供應 裝置之中至少一其他模組之電池單元之間的主動平衡操作。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中在該電源供應裝置之該系統控制電路的控制下，該主動式平衡電路係動態地收集來自該至少一電池單元之能量以將能量重新分配給該至少一其他模組，或收集來自該至少一其他模組之能量以將能量重新分配給該至少一電池單元。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該主動式平衡電路係為一主動式區塊平衡與偏壓電路，並包含：複數個繞組，其係分別對應於一一次側以及一二次側；其中該複數個繞組之中的一第一繞組與一第二繞組係形成一第一變壓器，該第一變壓器係用來進行該組電池模組之中的該每一電池模組之主動式平衡操作；該複數個繞組之中的該第一繞組與一第三繞組係形成一第二變壓器，該第二變壓器係用來產生該偏壓；以及該主動式區塊平衡與偏壓電路係提供該偏壓予該處理電路，該處理電路係從該主動式區塊平衡與偏壓電路得到電能。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，另包含：一電源模組，電連接於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組，其中該電源模組包含：一類比介面，用以利用複數個類比訊號以供該電源模組與該電源供應裝置之中一個或多個其他模組進行溝通；以及一主控制電路，用以基於自該電源模組之該類比介面所接收之一個或多個類比訊號來控制複數個開關，其中該複數個開關係位於通過該電源供應裝置之中所有的電池模組的電池單元的一電流路徑上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該電池模組之該平衡電路係收集來自該電源供應裝置之中一個或多個其他電池模組之能量，以將該電源供應裝置之所有的電池模組中具有最多能量之一電池模組的能量提供給該電源模組。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該電源模組以及該電池模組係整合於同一模組，而該同一模組係為一整合模組。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該整合模組係電連接於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中當該整合模組之至少一電池單元的能量大於一預設值時，該整合模組之該至少一電池單元係提供能量給該整合模組之該平衡電路以及該整合模組之該處理電路；而當該整合模組之該至少一電池單元的能量小於一預設值時，該電源供應裝置之所有的電池模組中具有最多能量之一電池模組係提供能量給該整合模組之該處理電路。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該組電池模組之中的該每一電池模組另包含一類比介面；以及該複數個類比介面之間所傳送或接收的該複數個類比訊號包含該組電池模組之中的一電池模組之該至少一電池單元的一總電壓降、該組電池模組所分別對應之總電壓降的平均，以及該主控制電路所產生之複數個閘控訊號。
  13. 一種控制一電源供應裝置的方法，該方法包含有下列步驟：利用該電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一特定電池模 組的一平衡電路來進行該特定電池模組之至少一電池單元之平衡操作；以及利用該平衡電路來提供一偏壓予該特定電池模組之一處理電路，其中該處理電路係從該平衡電路得到電能，並用來控制該特定電池模組之運作。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該平衡電路包含一主動式平衡電路；以及該方法另包含：利用該主動式平衡電路來進行該至少一電池單元之主動式平衡操作。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中在該電源供應裝置之一系統控制電路的控制下，該主動式平衡電路係進行該至少一電池單元與該電源供應裝置之中至少一其他模組之電池單元之間的主動平衡操作。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中在該電源供應裝置之該系統控制電路的控制下，該主動式平衡電路係動態地收集來自該至少一電池單元之能量以將能量重新分配給該至少一其他模組，或收集來自該至少一其他模組之能量以將能量重新分配給該至少一電池單元。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，另包含：利用一電源模組之一類比介面以利用複數個類比訊號來供該電源模組與該電源供應裝置之中一個或多個其他模組進行溝通，其中該電源模組係電連接於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組；以及利用該電源模組之一主控制電路以基於自該電源模組之該類比介面所接收之一個或多個類比訊號來控制複數個開關，其中該複數個開關係位於通過該電源供應裝置之中所有的電池模組的電池單元的一電流路徑 上。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該電源模組以及該特定電池模組係整合於同一模組，而該同一模組係為一整合模組。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該整合模組係電連接於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該特定電池模組另包含一類比介面；以及該複數個類比介面之間所傳送或接收的該複數個類比訊號包含該特定電池模組之該至少一電池單元的一總電壓降、該組電池模組所分別對應之總電壓降的平均，以及該主控制電路所產生之複數個閘控訊號。
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