TW201618416A

TW201618416A - 電池管理方法

Info

Publication number: TW201618416A
Application number: TW103138181A
Authority: TW
Inventors: 謝錫福; 陳清富; 施順瑋; 黃卓文; 簡仁傑; 王祖胤; 張維珊; 廖剛伯
Original assignee: 臺灣塑膠工業股份有限公司
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-16
Also published as: TWI543495B

Abstract

一種電池管理方法，由一電池管理系統所執行，該電池管理系統包含一包括多個串聯連接之電池模組的電池裝置及一電連接該電池裝置的電池管理裝置，該電池裝置適用於接收一外部電力以進行充電，並供電予一負載，且該電池管理方法包含以下步驟：(A)利用該電池管理裝置偵測該電池裝置中的該等電池模組的電壓，以得到多個分別具有一電壓值的電壓量測信號；(B)利用該電池管理裝置根據該等電壓量測信號判斷該電池裝置的電壓是否平衡；及(C)利用該電池管理裝置對該電池裝置進行電量平衡調整。

Description

電池管理方法

本發明是有關於一種方法，特別是指一種電池管理方法。

目前用於提供各種電子產品工作所需電源的電池管理系統主要包含多個串聯連接的電池模組，每一電池模組包括多個電池單元。由於每一電池單元的製程差異，使得每一電池單元的充放電容量、充電轉換效率或初始電量皆不一致，導致經過長時間反覆充放電之後，會逐漸拉大每一電池單元的蓄電量差異，使得每一電池模組的使用壽命受限於蓄電能力較差的電池單元。因此，如何對每一電池模組進行電量平衡調整及電池異常保護已成為現今技術發展的重要議題。

因此，本發明之目的，即在提供一種可用以進行電量平衡調整及電池異常保護的電池管理方法。

於是本發明電池管理方法，由一電池管理系統所執行，該電池管理系統包含一電池裝置及一電連接該電池裝置的電池管理裝置，該電池裝置適用於接收一外部電力以進行充電，並供電予一負載，且包括串聯連接的一第一電池模組及多個第二電池模組，該電池管理方法包含以下步驟：(A)利用該電池管理裝置偵測該電池裝置中的該等電池模組的電壓，以得到多個分別具有一電壓值的電壓量測信號；(B)利用該電池管理裝置根據該等電壓量測信號判斷該電池裝置的電壓是否平衡；及(C)利用該電池管理裝置對該電池裝置進行電量平衡調整。

100‧‧‧負載

1‧‧‧電池裝置

11‧‧‧第一電池模組

111‧‧‧電池電路

112‧‧‧開關電路

12‧‧‧第二電池模組

2‧‧‧電池管理裝置

21‧‧‧第一電池管理模組

211‧‧‧偵測電路

212‧‧‧微處理機

213‧‧‧平衡電路

214‧‧‧傳輸介面

22‧‧‧第二電池管理模組

23‧‧‧通訊模組

3‧‧‧監控主站

41~43‧‧‧步驟

431~436‧‧‧子步驟

421、422‧‧‧子步驟

51~53‧‧‧步驟

521~523‧‧‧子步驟

531~533‧‧‧子步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明本發明電池管理系統之一較佳實施例；圖2及2A是一流程圖，說明該較佳實施例的該電池管理系統執行一種電池管理方法以對一電池裝置進行電量平衡調整；及圖3及3A是一流程圖，說明該較佳實施例的該電池管理系統執行該電池管理方法以對該電池裝置進行電池異常保護。

參閱圖1，本發明電池管理系統之一實施例適用於接收一外部電力以進行充電，並供電給一負載100，且電池管理系統包含一電池裝置1、一電池管理裝置2及一監控主站3。

電池裝置1電連接負載100，接收外部電力並據以進行充電以供電給負載100，且電池裝置1包括串聯連接的一第一電池模組11及多個第二電池模組12(於圖1中為方便說明僅畫出二個第二電池模組12)，每一電池模組11、12具有串聯連接的一電池電路111及一開關電路112，每一電池電路111具有多個串聯連接的電池單元(圖未示)。

電池管理裝置2電連接電池裝置1，並對電池裝置1進行電池管理，且電池管理裝置2包括一第一電池管理模組21、多個第二電池管理模組22(於圖1中為方便說明僅畫出二個第二電池管理模組22)及一通訊模組23。

第一電池管理模組21電連接第一電池模組 11，第一及第二個第二電池管理模組22分別電連接第一及第二個第二電池模組12，且第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22用以偵測各自所對應的該等電池模組11、12中之該等電池電路111的該等電池單元的電壓及溫度，以得到多個分別具有一電壓值的電壓量測信號及多個分別具有一溫度值的溫度量測信號，第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22根據各自所對應的該等電壓量測信號及該等溫度量測信號，產生各自所對應的多個電壓資訊及多個溫度資訊，其中，該等電壓資訊用於判斷與第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自所對應之該等電池模組11、12中之該等電池電路111是否處於一過壓狀態(即電池電路111過度充電)及一欠壓狀態(即電池電路111過度放電)二者其中之一，該等溫度資訊用於判斷與第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自所對應之該等電池模組11、12中之該等電池電路111是否處於一過溫狀態，且第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22中的每一者包括一偵測電路211、一微處理機212、一平衡電路213及一傳輸介面214。

於每一第二電池管理模組22及其所對應的每一第二電池模組12中，偵測電路211電連接所對應的電池電路111以偵測所對應的電池電路111中的每一電池單元的電壓及溫度，並據以分別產生呈數位形式的該等電壓量測信號及該等溫度量測信號，且偵測電路211接收一比較信號並據以產生一第一平衡控制信號。

於每一第二電池管理模組22中，微處理機212 電連接偵測電路211以接收該等電壓量測信號及該等溫度量測信號，並將該等電壓量測信號的該等電壓值分別與一預設參考電壓值進行比較，以得到該等電壓資訊，並將該等溫度量測信號的該等溫度值分別與一預設參考溫度值進行比較，以得到該等溫度資訊。每一第二電池管理模組22之微處理機212根據其所對應的該等電壓資訊及該等溫度資訊產生一切換信號，並將切換信號傳輸至其所對應電連接的開關電路112，以致所對應的開關電路112受切換信號控制而導通或不導通，進而使開關電路112所對應的電池電路111進行充/放電或終止充/放電。此外，每一第二電池管理模組22之微處理機212將該等電壓量測信號中的任二個電壓量測信號的一電壓差值與一第一預設臨界值比較，以產生比較信號並輸出至偵測電路211。

於每一第二電池管理模組22中，平衡電路213電連接在偵測電路211與所對應的電池電路111之間，接收來自偵測電路211的第一平衡控制信號，並對所對應的電池電路111進行電量平衡調整。

於每一第二電池管理模組22中，傳輸介面214電連接微處理機212，以接收並輸出該等電壓資訊及該等溫度資訊，且同時將微處理機212所接收的該等電壓量測信號中的一電壓量測信號輸出。

值得特別說明的是，第一電池管理模組21中的之偵測電路211、微處理機212、平衡電路213及傳輸介面214實質上分別相似於每一第二電池管理模組22中的偵測電路211、微處理機212、平衡電路213及傳輸介面214，因此對於其相似處之詳細組構及配置情況將被省略不再贅述。此外，於第一電池管理模組21中，偵測電路211還偵測其所對應之第一電池模組11之電池電路111的電流，以產生一呈數位形式且具有一電流值的電流量測信號。微處理機212還接收電流量測信號，並將電流量測信號的電流值與一預設參考電流值進行比較，以產生一相關於電池裝置1的電流資訊，其中，電流資訊用於判斷電池裝置1是否處於一過電流狀態，且微處理機212更根據電流資訊產生切換信號。傳輸介面214更接收並輸出電流資訊。

通訊模組23電連接第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22的該等傳輸介面214以接收該等電壓資訊、電流資訊及該等溫度資訊，並據以產生一具有該等電壓資訊、電流資訊及該等溫度資訊的通訊信號。

監控主站3電連接通訊模組23以接收具有該等電壓資訊、電流資訊及該等溫度資訊的通訊信號，並據以顯示該等電壓資訊、電流資訊及該等溫度資訊以利監控。

舉例來說，當藉由該等電壓資訊判斷出電池裝置1處於過壓狀態或欠壓狀態，藉由電流資訊判斷出電池裝置1處於過電流狀態，或藉由該等溫度資訊判斷出電池裝置1處於過溫狀態時，監控主站3會對應顯示該等電壓資訊、電流資訊及該等溫度資訊，進而使電池監控人員可即時對電池裝置1進行遠端監控並採取對應的電池異常保護措施。

需注意的是，在此實施例中，以有線通訊方式 (如：CAN-Bus、RS-485)來收發信號，也就是說每一電池管理模組21、22與通訊模組23之間及通訊模組23與監控主站3之間是有線(例如網路線、電纜線)電連接，但不限於此。在其他實施例中，也可以是符合ZigBee或其他無線標準的無線通訊方式來收發信號。此外，在其他實施例中，第一電池模組11的開關電路112可用以控制電池裝置1的充放電狀態，以致該等第二電池模組12的該等開關電路112可被省略。

電池管理系統進行充電時，第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自對所對應的該等電池模組11、12之該等電池電路111執行一種電池管理方法，以致該等電池電路111各自達到電量平衡，如圖2所示，其包含以下步驟：步驟41：利用電池管理裝置2中的第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22偵測各自所對應的該等電池模組11、12之該等電池電路111中的該等電池單元的電壓，並使第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自得到所對應的該等電壓量測信號。

步驟42：利用電池管理裝置2根據該等電壓量測信號判斷電池裝置1的電壓是否平衡。

值得特別說明的是，在步驟42中，還進一步包含子步驟421、422之細部流程。

子步驟421：利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22之該等微處理機212將各自所對應的該等電壓量測信號中的任二個電壓量測信號的電壓差值分別與第一預設臨界值進行比較，以產生第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自所對應的該等比較信號。

子步驟422：利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22之該等微處理機212根據各自所對應的該等比較信號，判斷各自所對應的該等電池電路111的電壓是否平衡。若是，則進行子步驟433；若否，則進行步驟43。

舉例來說，當該等電壓量測信號中的任二個電壓量測信號的電壓差值大於第一預設臨界值時，比較信號指示其所對應的電池電路111的電壓不平衡。

步驟43：利用電池管理裝置2對電池裝置1進行電量平衡調整。

值得特別說明的是，在步驟43中，還進一步包含子步驟431、432之細部流程。

子步驟431：當子步驟422的判斷結果為否，利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22之該等偵測電路211根據各自所對應的該等比較信號，產生各自所對應的該等第一平衡控制信號。

子步驟432：利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22之該等平衡電路213根據各自所對應的該等第一平衡控制信號，對電池裝置1中各自所對應的第一電池模組11及該等第二電池模組12之該等電池電路111進行電量平衡調整，以致每一電池電路111中的該等電池單元的電量達到平衡，且第一電池管理模組21所對應之第一電池模組之電池電路111中的該等電池單元進行電量平衡調整後的電壓為一第一平衡電壓。

舉例來說，在此實施例中，該等平衡電路213是對各自所對應的該等電池電路111進行被動平衡調整，以致電池電路111中所有的電池單元持續充電，同時已充飽電量的電池單元放電，使得電池電路111中該等電池單元的電量達到平衡。

此外，在步驟43中，還進一步包含子步驟 433~436之細部流程。於子步驟432結束後，第一電池管理模組21更對該等第二電池管理模組22所對應的該等電池電路111執行子步驟433~436，以致電池裝置1整體達到電量平衡。

子步驟433：利用第一電池管理模組21之傳輸介面214接收每一第二電池管理模組22所對應之該等電壓量測信號中的一電壓量測信號V1，並傳輸至第一電池管理模組21之微處理機212。

子步驟434：利用第一電池管理模組21之微處理機212依序將每一第二電池管理模組22之該等電壓量測信號中的電壓量測信號V1的電壓值與第一平衡電壓進行比較，以判斷該等第二電池管理模組22是否需進行電量平衡調整。若是，則進行子步驟435。

舉例來說，當第一個第二電池管理模組22的電壓量測信號V1與第一平衡電壓的一電壓差值大於一第二預設臨界值時，第一個第二電池管理模組22需進行電量平衡調整。

子步驟435：利用第一電池管理模組21之微處理機212產生多個控制信號，並經由第一電池管理模組21之傳輸介面214輸出至各自所對應需進行電量平衡調整的該等第二電池管理模組22。

子步驟436：利用需進行電量平衡調整的該等第二電池管理模組22根據各自所對應的該等控制信號，產生各自所對應的多個第二平衡控制信號，以對其各自所對應的該等第二電池模組12之該等電池電路111進行電量平衡調整(即，被動平衡調整)，以致電池裝置1的電量達到平衡。

在此實施例中，電池管理方法還包含以下步驟，且當電池管理系統進行充/放電時，該等電池管理模組21、22還執行電池管理方法，以對電池裝置1進行電池異常保護，如圖3所示，其包含以下步驟：步驟51：利用第一電池管理模組21偵測其所對應的電池電路111的電流，以得到電流量測信號，並利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22偵測各自所對應的該等電池電路111中的該等電池單元的溫度，以得到該等溫度量測信號。

步驟52：利用第一電池管理模組21根據其所對應的該等電壓量測信號、電流量測信號及該等溫度量測信號，判斷第一電池管理模組21所對應的電池電路111的電壓、總電流與溫度是否異常，並利用該等第二電池管理模組22根據各自所對應的該等電壓量測信號及該等溫度量測信號，判斷該等第二電池管理模組22各自所對應的該等電池電路111的電壓與溫度是否異常。

值得特別說明的是，在步驟52中，還進一步包含子步驟521~523之細部流程。

子步驟521：利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22將各自所對應的該等電壓量測信號的該等電壓值分別與預設參考電壓值進行比較，以產生第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自所對應的該等電壓資訊，以判斷第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自所對應之該等電池電路111是否處於過壓狀態及欠壓狀態二者其中之一。若是，則進行子步驟531。

子步驟522：利用第一電池管理模組21將電流量測信號的電流值與預設參考電流值進行比較，以產生電流資訊，以判斷電池裝置1是否處於過電流狀態。若是，則進行子步驟532。

子步驟523：利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22將各自所對應的該等溫度量測信號的該等溫度值分別與預設參考溫度值進行比較，以產生第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自所對應的該等溫度資訊，以判斷第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22各自所對應之該等電池電路111是否處於過溫狀態。若是，則進行子步驟533。

步驟53：利用第一電池管理模組21及該等第二電池管理模組22對各自所對應的該等電池電路111進行電池異常保護。

值得特別說明的是，在步驟53中，還進一步包含子步驟531~533之細部流程。

子步驟531：當子步驟521的判斷結果為是，利用第一電池模組11及該等第二電池模組12之該等開關電路112中的任一開關電路112來使電池裝置1斷路，以致電池裝置1終止充電及放電二者其中之一。

子步驟532：當子步驟522的判斷結果為是，利用第一電池模組11之開關電路112使電池裝置1斷路，以致電池裝置1終止充電及放電二者其中之一。

子步驟533：當子步驟523的判斷結果為是，利用第一電池模組11及該等第二電池模組12之該等開關電路112中的任一開關電路112來使電池裝置1斷路，以致電池裝置1終止充電及放電二者其中之一。

綜上所述，本發明電池管理系統利用電池管理裝置2來對該等電池電路111進行電量平衡調整及電池異常保護，藉此可提昇該等電池電路111的蓄電能力並延長電池裝置1的使用壽命。此外，監控人員利用監控主站3所顯示的該等電壓資訊、電流資訊及該等溫度資訊還可即時監控電池裝置1的總電壓、各電池單元電壓、總電流及溫度，並採取相應的電池異常保護措施，以降低電池裝置1的損壞程度。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

41~43‧‧‧步驟

421、422‧‧‧子步驟

431~436‧‧‧子步驟

Claims

一種電池管理方法，由一電池管理系統所執行，該電池管理系統包含一電池裝置及一電連接該電池裝置的電池管理裝置，該電池裝置適用於接收一外部電力以進行充電，並供電予一負載，且包括串聯連接的一第一電池模組及多個第二電池模組，該電池管理方法包含以下步驟：(A)利用該電池管理裝置偵測該電池裝置中的該等電池模組的電壓，以得到多個分別具有一電壓值的電壓量測信號；(B)利用該電池管理裝置根據該等電壓量測信號判斷該電池裝置的電壓是否平衡；及(C)利用該電池管理裝置對該電池裝置進行電量平衡調整。
如請求項1所述的電池管理方法，其中，該電池管理裝置包括一第一電池管理模組及多個第二電池管理模組，該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組各自電連接所對應的該第一電池模組及該等第二電池模組，且每一電池模組具有串聯連接的一電池電路及一開關電路，每一電池電路具有多個電池單元，該步驟(A)包括以下子步驟：(A1)利用該電池管理裝置中的該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組偵測各自所對應的該第一電池模組及該等第二電池模組中的該等電池電路之該等電池單元的電壓，並使該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組各自得到所對應的該等電壓量測信號。
如請求項2所述的電池管理方法，其中，該步驟(B)包括以下子步驟：(B1)利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組將各自所對應的該等電壓量測信號中的任二個電壓量測信號的電壓差值分別與一第一預設臨界值進行比較，以得到該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組各自所對應的多個比較信號；及(B2)利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組根據各自所對應的該等比較信號，判斷各自所對應的該第一電池模組及該等第二電池模組的電壓是否平衡。
如請求項3所述的電池管理方法，其中，該步驟(C)包括以下子步驟：(C1)當子步驟(B2)的判斷結果為否，利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組根據各自所對應的該等比較信號，產生各自所對應的多個第一平衡控制信號；及(C2)利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組根據各自所對應的該等第一平衡控制信號，對該電池裝置中各自所對應的該第一電池模組及該等第二電池模組進行電量平衡調整，以致每一電池模組之該電池電路中的該等電池單元的電量達到平衡，且該第一電池管理模組所對應之第一電池模組之電池電路中的該等電池單元進行電量平衡調整後的電壓為一第一平衡電壓。
如請求項4所述的電池管理方法，其中，該步驟(C)還包括以下子步驟：(C3)利用該第一電池管理模組接收每一第二電池管理模組所對應之該等電壓量測信號中的一電壓量測信號；(C4)利用該第一電池管理模組依序將每一第二電池管理模組之該等電壓量測信號中的該電壓量測信號的電壓值與該第一平衡電壓進行比較，以判斷該等第二電池管理模組是否需進行電量平衡調整；(C5)當子步驟(C4)的判斷結果為是，利用該第一電池管理模組產生多個控制信號，並輸出至各自所對應需進行電量平衡調整的該等第二電池管理模組；及(C6)利用需進行電量平衡調整的該等第二電池管理模組根據各自所對應的該等控制信號，產生各自所對應的多個第二平衡控制信號，以對其各自所對應的該等第二電池模組之該等電池電路進行電量平衡調整，以致該電池裝置的電量達到平衡。
如請求項5所述的電池管理方法，其中：步驟(A)還利用該第一電池管理模組偵測其所對應的該第一電池模組之該電池電路的電流，以得到一具有一電流值的電流量測信號，並利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組偵測各自所對應的該第一電池模組及該等第二電池模組之該等電池電路中的該等電池單元的溫度，以得到多個分別具有一溫度值的溫度量測信號；步驟(B)還利用該第一電池管理模組根據其所對應的該等電壓量測信號、該電流量測信號及該等溫度量測信號，判斷該第一電池管理模組所對應的該第一電池模組之該電池電路的電壓、總電流與溫度是否異常，並利用該等第二電池管理模組根據各自所對應的該等電壓量測信號及該等溫度量測信號，判斷該等第二電池管理模組各自所對應的該等第二電池模組之該等電池電路的電壓與溫度是否異常；及步驟(C)還利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組對各自所對應的該第一電池模組及該等第二電池模組進行電池異常保護。
如請求項6所述的電池管理方法，其中，該步驟(B)還包括以下子步驟：(B3)利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組將各自所對應的該等電壓量測信號的該等電壓值分別與一預設參考電壓值進行比較，以產生該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組各自所對應的多個電壓資訊，其中，該等電壓資訊用於判斷與第一電池管理模組及該等第二電池管理模組各自所對應之該第一電池模組及該等第二電池模組中之該等電池電路是否處於一過壓狀態及一欠壓狀態二者其中之一；(B4)利用該第一電池管理模組將該電流量測信號的該電流值與一預設參考電流值進行比較，以產生一相關於該電池裝置的電流資訊，其中，該電流資訊用於判斷該電池裝置是否處於一過電流狀態；及(B5)利用該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組將各自所對應的該等溫度量測信號的該等溫度值分別與一預設參考溫度值進行比較，以產生該第一電池管理模組及該等第二電池管理模組各自所對應的多個溫度資訊，其中，該等溫度資訊用於判斷與第一電池管理模組及該等第二電池管理模組各自所對應之該第一電池模組及該等第二電池模組中之該等電池電路是否處於一過溫狀態。
如請求項7所述的電池管理方法，其中，該電池管理裝置還包括一電連接該第一及第二電池管理模組的通訊模組，及一電連接該通訊模組的監控主站，且該電池管理方法還包含以下步驟：(D)利用該通訊模組接收該等電壓資訊、該電流資訊及該等溫度資訊，並據以產生一具有該等電壓資訊、該電流資訊及該等溫度資訊的通訊信號；及(E)利用該監控主站接收該通訊信號，並據以顯示該等電壓資訊、該電流資訊及該等溫度資訊以利監控。
如請求項7所述的電池管理方法，其中，該步驟(C)還包括以下子步驟：(C7)當子步驟(B3)是否處於該過壓狀態及該欠壓狀態二者其中之一的判斷結果為是，利用該第一電池模組及該等第二電池模組之該等開關電路中的任一開關電路來使該電池裝置斷路，以致該電池裝置終止充電及放電二者其中之一；(C8)當子步驟(B4)是否處於該過電流狀態的判斷結果為是，利用該第一電池模組之該開關電路來使該電池裝置斷路，以致該電池裝置終止充電及放電二者其中之一；及(C9)當子步驟(B5)是否處於該過溫狀態的判斷結果為是，利用該第一電池模組及該等第二電池模組之該等開關電路中的任一開關電路來使該電池裝置斷路，以致該電池裝置終止充電及放電二者其中之一。