TW201733234A - 電池管理系統及應用其之電池系統 - Google Patents

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Abstract

一種電池系統，包括單元電池模組、電流電量偵測電路以及主控電路。單元電池模組包括電池組以及單元電池管理電路。電池組用以儲存電能。單元電池管理電路依據系統電流值、系統電量值、電池組的電壓值以及電池組的溫度值計算電池組的電池資訊。電流電量偵測電路耦接單元電池模組，其依據流經電池組的電流產生系統電流值，並對系統電流值進行積分以產生系統電量值，以及將系統電流值以及系統電量值發送至單元電池模組。主控電路耦接單元電池模組，其自單元電池模組接收電池資訊，並依據電池資訊產生系統電池資訊以提供至外部裝置。

Description

電池管理系統及應用其之電池系統
本揭露是有關於一種電池管理系統及應用其之電池系統。
電池系統已廣泛地被應用在各類電動車、不斷電系統以及相關的儲能裝置等。電池系統可對電池進行管理，以避免對電池過度充/放電或過熱等異常事件發生。
傳統上，電池系統係集中處理、儲存來自各電池組的資訊。然而，隨著系統中電池組的數量增多，相關處理電路的運算量將大幅增加，且當部分電池組被更換，將需耗費相當的時間及人力成本以重新更新整體電池組之資訊，使得系統更新維護不易。
因此，如何提出一種便於管理、維護的電池系統，乃目前業界所致力的課題之一。
本揭露係有關於一種電池管理系統及應用其之電池 系統，其採用模組化之架構分散量測、分散處理不同電池組之電池資訊，藉此降低系統中主控電路的運算量，並簡化更換電池組的複雜度，進而提升系統的可維護性。
根據本揭露之一實施例，提出一種電池系統，其包括單元電池模組、電流電量偵測電路以及主控電路。單元電池模組包括電池組以及單元電池管理電路。電池組用以儲存電能。單元電池管理電路依據系統電流值、系統電量值、電池組的電壓值以及電池組的溫度值計算電池組的電池資訊。電流電量偵測電路耦接單元電池模組，其依據流經電池組的電流產生系統電流值，並對系統電流值進行積分以產生系統電量值，以及將系統電流值以及系統電量值發送至單元電池模組。主控電路耦接單元電池模組，其自單元電池模組接收電池資訊，並依據電池資訊產生系統電池資訊以提供至外部裝置。
根據本揭露之一實施例，提出一種電池管理系統，其適於管理電池組的資訊。電池管理系統包括單元電池管理電路、電流電量偵測電路以及主控電路。單元電池管理電路依據系統電流值、系統電量值、電池組的電壓值以及電池組的溫度值計算電池組的電池資訊。電流電量偵測電路耦接單元電池管理電路，其依據流經電池組的電流產生系統電流值，對系統電流值進行積分以產生系統電量值，並將系統電流值和系統電量值發送至單元電池管理電路。主控電路耦接單元電池管理電路，其自單元電池管理電路接收電池資訊，並依據電池資訊產生系統電池資訊 以提供至外部裝置。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧電池系統
102_1~102_N、102_i‧‧‧電池組
104_1~104_N、104_i‧‧‧電池管理電路
106‧‧‧電流電量偵測電路
108‧‧‧主控電路
110‧‧‧外部裝置
112‧‧‧電流感測器
114‧‧‧主電流開關
M1~MN‧‧‧單元電池模組
I‧‧‧系統電流值
Q‧‧‧系統電量值
V1~VN、Vi‧‧‧電壓值
T1~TN、Ti‧‧‧溫度值
BI1~BIN、BIi‧‧‧電池資訊
P+、P-‧‧‧電力輸出輸入端
EL‧‧‧緊急通報線
SBI‧‧‧系統電池資訊
202‧‧‧量測電路
204‧‧‧第一隔離通訊電路
206‧‧‧運算控制電路
208‧‧‧記憶電路
210‧‧‧供電單元
212‧‧‧平衡控制電路
B1~BK‧‧‧電池
304‧‧‧儲能裝置
306‧‧‧開關陣列
308‧‧‧外部電源
404‧‧‧放電器
S1‧‧‧第一充電開關
S2‧‧‧第二充電開關
S3‧‧‧第一放電開關
S4‧‧‧第二放電開關
EQbus‧‧‧充放電匯流排
502‧‧‧第二隔離通訊電路
504‧‧‧主運算控制電路
506‧‧‧第三隔離通訊電路
508‧‧‧主電源轉換器
510‧‧‧主程式儲存電路
512‧‧‧計時與喚醒電路
514‧‧‧開關控制電路
516‧‧‧資料儲存電路
602‧‧‧第四隔離通訊電路
604‧‧‧電流電量運算電路
606‧‧‧資訊儲存電路
608‧‧‧電源轉換器
610‧‧‧程式儲存電路
612‧‧‧電流感測與保護電路
第1圖繪示依據本揭露一實施例之電池系統100之方塊圖。
第2圖繪示依據本揭露一實施例之單元電池模組Mi之方塊圖。
第3圖繪示依據本揭露一實施例之平衡控制電路212之方塊圖。
第4圖繪示依據本揭露一實施例之平衡控制電路212之方塊圖。
第5圖繪示第1圖之主控電路108之方塊圖之一例。
第6圖繪示第1圖之電流電量偵測電路106之方塊圖之一例。
在本文中，參照所附圖式仔細地描述本發明的一些實施例，但不是所有實施例都有表示在圖示中。實際上，這些發明可使用多種不同的變形，且並不限於本文中的實施例。相對的，本揭露提供這些實施例以滿足應用的法定要求。圖式中相同的參考符號用來表示相同或相似的元件。
第1圖繪示依據本揭露一實施例之電池系統100之方塊圖。電池系統100主要包括一或多個單元電池模組M1~MN(N為正整數)、電流電量偵測電路106以及主控電路108。
每一單元電池模組M1~MN包括各自的電池組以及單元電池管理電路。如第1圖所示，單元電池模組M1包括電池組102_1及電池管理電路104_1；單元電池模組M2包括電池組102_2及電池管理電路104_2；單元電池模組MN包括電池組102_N及電池管理電路104_N。單元電池模組M1~MN例如為依序串接，也就是說，各電池組102_1~102_N的電流線串接，且各單元電池管理電路104_1~104_N的訊號線串接。一般而言，可將電池系統100中不包含電池組(如102_1~102_N)的整體電路組件視為一電池管理系統(Battery Management System,BMS)，用以管理、處理各電池組的資訊。
電池組102_1~102_N用以儲存電能。各單元電池管理電路104_1~104_N可依據系統電流值I、系統電量值Q、對應電池組102_1~102_N的電壓值V1~VN以及對應電池組102_1~102_N的溫度值T1~TN計算對應電池組102_1~102_N的電池資訊。系統電流值I例如代表流經串接電池組102_1~102_N之電流，而基於電流與電量之間的關係式：Q=ʃI．dt，系統電流值I對時間t作積分可獲得系統電量值Q，以表示整體電池組102_1~102_N的總電量。
由於估測電池狀態所需的資訊大多基於電流、電量、電壓及溫度四種參數，故各單元電池模組M1~MN在取得上述四種參數的資訊後，即可透過運算產生所需的電池資訊。舉例來說，單元電池管理電路104_1可依據系統電流值I、系統電量 值Q、電池組102_1的電壓值V1以及電池組102_1的溫度值T1計算電池組102_1的電池資訊BI1；單元電池管理電路104_2可依據系統電流值I、系統電量值Q、電池組102_2的電壓值V2以及電池組102_2的溫度值T2計算電池組102_2的電池資訊BI2；單元電池管理電路104_N可依據系統電流值I、系統電量值Q、電池組102_N的電壓值VN以及電池組102_N的溫度值TN計算電池組102_N的電池資訊BIN。各電池資訊BI1~BIN例如包括對應電池組的殘電量、劣化容量、內阻以及健康狀態至少其中之一。
電流電量偵測電路106耦接各單元電池模組M1~MN，可依據流經各電池組102_1~102_N的電流產生系統電流值I，並對系統電流值I進行積分以產生系統電量值Q，再將系統電流值I以及系統電量值Q發送至各單元電池模組M1~MN。舉例來說，電流電量偵測電路106可經由一通訊匯流排將系統電流值I以及系統電量值Q廣播(broadcast)至各單元電池模組M1~MN。通訊匯流排可以是控制器區域網路(Controller Area Network,CAN)匯流排、互連式區域網路(Local Interconnect Network,LIN)匯流排、積體電路間(Inter-Integrated Circuit,I2C)匯流排、RS485匯流排等。在一實施例中，電流電量偵測電路106可內建於主控電路108。又一實施例中，電流電量偵測電路106可透過一獨立於主控電路108的電路來實現。
主控電路108對外主要負責產生電池系統100的代表資料並與外部裝置110溝通以收發相關資料與控制指令，對內 則是負責與各單元電池模組M1~MN間的溝通，例如接收各單元電池模組M1~MN回傳的相關資料，並將其轉換成電池系統100的代表資料。如第1圖所示，主控電路108耦接各單元電池模組M1~MN，其接收各單元電池模組M1~MN對應之電池資訊BI1~BIN，並依據電池資訊BI1~BIN產生系統電池資訊SBI以提供至外部裝置110。舉例來說，主控電路108在接收各單元電池模組M1~MN回傳的最高、最低電壓、溫度、殘電量、劣化容量、保護狀態等相關電池資訊BI1~BIN後，將經由運算以取得整體電池系統100的系統電池資訊SBI，例如系統溫度、電壓、殘電量等。外部裝置110例如是馬達、儀表板、充電器或其他耗能裝置，可回應系統電池資訊SBI調節其耗能狀態。
在一實施例中，電池系統100更包括電流感測器112。電流感測器112與單元電池模組M1~MN串接(例如與電流線串接)，並耦接至電流電量偵測電路106。電流感測器112用以量測流經單元電池模組M1~MN之電池組102_1~102_N的電流，以供電流電量偵測電路106取得系統電流值I。電流感測器112可例如以比流器(Current shunt)、霍爾感測器或其他可偵測電流的感測元件來實現。在一實施例中，電流感測器112可整合至電流電量偵測電路106當中。
在一實施例中，電池系統100更包括主電流開關114。主電流開關114受控於主控電路108，可選擇性地導通或切斷電池系統100的充放電路徑，以避免電池系統100內的電池因 過度充/放電等異常狀況而損壞。主電流開關114可設置於電池系統100之輸出路徑上正負極的任一位置，例如設置在電力輸出的正端(P+)或負端(P-)，如第1圖係以擺放在P+位置為例，但本揭露並不以此為限。
當單元電池管理電路(如104_1)偵測到對應電池組(如102_1)之電壓值(如V1)符合一電壓警示條件(如電壓高過警戒值或其他電壓異常變化)，或偵測到對應電池組之溫度值(如T1)符合一溫度警示條件(如溫度高過警戒值或其他溫度異常變化)，單元電池管理電路(如104_1)將經由通訊匯流排(如CAN/LIN/I2C/RS485匯流排等)對主控電路108發送警示訊號，使主控電路108關閉主電流開關114以切斷電池系統100的充放電路徑。一般而言，警示訊號在通訊匯流排上相較於其他資料傳輸會被賦予較高的優先次序(priority)，以即時通報主控電路108異常狀況。
另一方面，主控電路108亦可直接透過電流電量偵測電路106取得系統電流值I以及系統電量值Q，並於偵測到系統電流值I符合一電流警示條件(如電流高過警戒值或其他電流值異常變化)，或是偵測到系統電量值Q符合一電量警示條件(如電量高過警戒值或其他電量異常變化)時，主動關閉主電流開關114以切斷充放電路徑。
在一實施例中，單元電池管理電路104_1~104_N亦經由緊急通報線EL耦接至主控電路108。當單元電池管理電路(如 104_1)發現無法透過通訊匯流排對主控電路108發送警示訊號，單元電池管理電路將致能緊急通報線EL，使主控電路108關閉主電流開關114以切斷充放電路徑。致能緊急通報線EL的方式可例如透過改變緊急通報線EL電壓的方式來實現，像是拉高/拉低緊急通報線EL的電壓、施加脈波等。藉由緊急通報線EL，單元電池管理電路104_1~104_N在通訊匯流排傳輸機制失靈時仍可有效地通知主控電路108進行斷電，以強化系統保護機制。
在一實施例中，電池系統100更包括外部電源116。外部電源116例如是12伏特的鉛酸電池或其他獨立的低壓直流電源，用以對主控電路108及單元電池管理電路104_1~104_N中的部分電路進行供電。
第2圖繪示依據本揭露一實施例之單元電池模組Mi之方塊圖。單元電池模組Mi例如是第1圖中單元電池模組M1~MN的其中之一者，即，1iN。
單元電池模組Mi包括電池組102_i以及單元電池管理電路104_i。單元電池管理電路104_i主要包括量測電路202、第一隔離通訊電路204、運算控制電路206以及記憶電路208。
量測電路202例如包括電壓感測器以及溫度感測器，用以量測電池組102_i的電壓值Vi及溫度值Ti。
第一隔離通訊電路204可作為單元電池模組Mi對外收發資訊的通訊模組，例如接收來自電流電量偵測電路106的系統電流值I以及系統電量值Q，並將其傳輸至運算控制電路 206。單元電池模組Mi亦可透過第一隔離通訊電路204與其他單元電池模組(如Mi+1)進行訊息傳遞。在一實施例中，第一隔離通訊電路204例如由磁耦合元件或光耦合元件來實現，達到隔離模組內外兩端的電壓位準並傳遞資料訊號。
運算控制電路206可依據電壓值Vi、溫度值Ti、系統電流值I以及系統電量值Q計算單元電池模組Mi中電池組102_i之電池資訊BIi。運算控制電路206例如是微處理器、微控制器、特定目的應用電路或其他運算處理電路。運算控制電路206可對單元電池模組Mi內的電池組102_i進行即時電池資訊估測演算法運算，以取得電池的殘電量、劣化容量、內阻、健康狀態等相關電池資訊BIi。運算結果(如電池資訊BIi)將儲存於單元電池模組Mi內建的記憶電路208。記憶電路208可以是任一形式的非揮發性記憶體。
在一實施例中，單元電池管理電路104_i更包括供電單元210。供電單元210例如是一直流-直流轉換器，可將電池組102_i所儲存的電能轉換為單元電池模組Mi內部各功能電路的電力來源。舉例來說，當第一隔離通訊電路204需要兩組電源以正常運作，第一隔離通訊電路204一端的電源可由供電單元210供應，另外一端則可由主控電路108(例如主控電路中的主電源轉換器)供應。
在一實施例中，單元電池管理電路104_i更包括平衡控制電路212，可依據電池資訊BIi選擇性地對電池組102_i 中的一或多個目標電池進行充放電，以平衡整體電壓。舉例來說，平衡控制電路212可藉由通訊方式取得單元電池模組Mi內最高、最低電壓、溫度等電池資訊BIi，並依照電池資訊BIi透過運算控制電路206進行平衡控制邏輯的運算，再依據運算結果控制的平衡控制電路212中的開關陣列，以選擇性地對電池組102_i中的一或多個電池進行充放電。
為幫助瞭解本揭露實施例之平衡控制電路的運作機制，以下分別搭配第3圖及第4圖進行說明。
第3圖繪示依據本揭露一實施例之平衡控制電路212之方塊圖。平衡控制電路212耦接電池組102_i，其中電池組102_i包括一或多個電池B1~BK(K為正整數)。電池組102_i可以是第1圖中電池組102_1~102_N中任一者所組成的電池串，但本揭露並不以此為限。在第3圖的例子中，平衡控制電路212係透過充電機制使整體電壓達到平衡。
平衡控制電路212包括儲能裝置304以及開關陣列306。儲能裝置304為一個類似行動電源的可充電及放電之裝置。開關陣列306耦接於電池B1~BK，用以使電池B1~BK中的至少一目標電池選擇性地電性耦接至充放電匯流排EQbus(例如將目標電池的正、負端與充放電匯流排EQbus相接)。儲能裝置304藉由第一充電開關S1與第一放電開關S3耦接於充電匯流排EQbus，第一充電開關S1與第一放電開關S3係控制儲能裝置304與開關陣列306之間是否導通，儲能裝置304藉由第二充電開關 S2耦接於外接的外部電源308，第二充電開關S2係控制儲能裝置304與外部電源308之間是否導通。
當第一放電開關S3為導通，儲能裝置304將進行放電而對連接至充放電匯流排EQbus的目標電池進行充電，以提升目標電池的電壓。相反地，若希望目標電池對儲能裝置304充電時，則導通第一充電開關S1，使掛載於充放電匯流排EQbus的目標電池對儲能裝置304充電，以降低目標電池的電壓。此外，亦可導通第二充電開關S2，使外部電源308對儲能裝置304充電。當平常不使用外部電源308對儲能裝置304充電時，則斷開第二充電開關S2，以避免儲能裝置304持續消耗外部電源308的電力。詳細來說，當電池組102_i中任一電池B1~BK需要由儲能裝置304補充能量時，則儲能裝置304經由第一放電開關S3搭配開關陣列306可對電池組102_i中任一電池B1~BK充電，此時儲能裝置304相當於是放電狀態。當儲能裝置304內部的電量不足時，可直接透過同時導通第二充電開關S2與第一放電開關S3路徑讓外部電源308經過開關陣列306對電池組102_i中任一電池B1~BK充電。此外，儲能裝置304亦可分別接受兩種補充能量之充電方式：一種為外部電源308經由導通第二充電開關S2而對儲能裝置304充電，外部電源308可以是系統中的獨立低電壓直流電源(如第1圖中的外部電源116)，利用12伏特的鉛酸電池來實現對儲能裝置304的充電。另一種以特定電池B1~BK藉由開關陣列306經過導通的第一充電開關S1而對儲能裝置304充電。 此設計架構在同一時間僅能選用其中一種充電方法，兩種充電方法無法同時運作。
舉例來說，若電池組102_i中電池B1的電壓低於/明顯低於電池組102_i中其他電池B2~BK的電壓，開關陣列306將連接電池B1與充放電匯流排EQbus，並斷開其他電池B2~BK與充放電匯流排EQbus的連接。此時，當第一放電開關S3與第二充電開關S2切換為導通，相當於使用外部電源308單獨對電池B1充電，或當儲能系統304能量足夠時，則單獨開啟儲能裝置304的第一放電開關S3以直接經由充放電匯流排EQbus對電池B1充電，使得電壓與其他電池B2~BK的電壓趨於一致，藉此達到整體的電壓平衡。
第4圖繪示依據本揭露一實施例之平衡控制電路212之方塊圖。平衡控制電路212耦接電池組102_i，其中電池組102_i包括一或多個電池B1~BK(K為正整數)，電池組102_i可以是第1圖中電池組102_1~102_N中任一者所組成的電池串，但本揭露並不以此為限。在第4圖的例子中，平衡控制電路212係透過放電機制使整體電壓達到平衡。
平衡控制電路212包括放電器404以及開關陣列306。放電器404例如是電阻或其他耗能元件。開關陣列306耦接於電池組102_i，用以選擇性地使電池B1~BK中的至少一目標電池電性耦接至充放電匯流排EQbus。放電器404藉由第二放電開關S4耦接於放電器404與充放電匯流排EQbus之間，第二放 電開關S4係控制放電器404與開關陣列306之間是否導通。當第二放電開關S4導通，連接至充放電匯流排EQbus的目標電池將透過放電器404進行放電，使得電壓下降。
舉例來說，若電池組102_i中電池B1的電壓高於/明顯高於電池組102_i中其他電池B2~BK的電壓，開關陣列306將連接電池B1與充放電匯流排EQbus，並斷開其他電池B2~BK與充放電匯流排EQbus的連接。此時，當第二放電開關S4為導通，電池B1將單獨地被放電，使得電壓與其他電池B2~BK的電壓趨於一致，藉此達到整體的電壓平衡。
第5圖繪示第1圖之主控電路108之方塊圖之一例。如第5圖所示，主控電路108主要包括第二隔離通訊電路502、主運算控制電路504、第三隔離通訊電路506、主電源轉換器508、主程式儲存電路510、計時與喚醒電路512、開關控制電路514以及資料儲存電路516。
第二隔離通訊電路502耦接主運算控制電路504，其主要負責和各單元電池模組M1~MN的訊息收發。舉例來說，第二隔離通訊電路502可接收由各單元電池模組M1~MN所回傳的資訊(如電池資訊BI1~BIN)，或是發送資料及控制命令至各單元電池模組M1~MN。
主運算控制電路504負責控制整個電池系統100中所有量測、通訊、資料儲存、開關控制等各部電路，並根據各部電路所提供的資訊進行運算與控制動作。舉例來說，主運算控制 電路504可根據單元電池模組M1~MN回傳的資訊(如電池資訊BI1~BIN)計算整體電池系統100的系統電池資訊SBI(像是最高/最低電壓與溫度資訊)，或是根據單元電池模組M1~MN回傳的警示訊號來判斷是否執行斷電等操作。同時，主運算控制電路504亦負責接收外部裝置110的指令並回覆相關資訊。
第三隔離通訊電路506耦接主運算控制電路504，其主要負責電池系統100對外部裝置110回報電池整體的資訊(如系統電池資訊SBI)，使外部裝置110可以依照電池資訊調控其耗能狀況或進行其他對應操作。
主電源轉換器508耦接外部電源116，用以將外部電源116轉換為提供整個主控電路108上所有電路部件的電力供應(例如5伏特電壓)。此外，由於單元電池模組M1~MN中的隔離通訊電路(如第2圖之隔離通訊電路204)需要獨立的電源供應才能達到隔離的效果，因此主電源轉換器508的輸出電源亦可用於供應各單元電池模組M1~MN之隔離通訊電路所需之電源。在一實施例中，主電源轉換器508可不包含於主控電路108中，並以獨立之電路來實現。
主程式儲存電路510耦接主運算控制電路504，用以儲存主運算控制電路504執行運算與流程控制所需的相關程式碼。進一步說，所有經過隔離通訊所接收的資料，若需要經過運算與流程控制等相關處理，並根據不同狀態需有不同的控制動作等設計，相關程式碼均可儲存在主程式儲存電路510。
計時與喚醒電路512耦接主運算控制電路504，用以計算電池系統100的年月日時分等相關時間資訊，亦可透過設定固定時間週期以喚醒電池系統100進行自我檢測後再進入睡眠模式。
開關控制電路514受控於主運算控制電路504以選擇性地切換主電流開關114。舉例來說，主運算控制電路504可回應於單元電池模組M1~MN所發送的警示訊號、被致能的緊急通報線EL或是系統電流值I/系統電量值Q達到警示條件的狀況，透過開關控制電路514關閉主電流開關114以進行斷電操作。
資料儲存電路516耦接主運算控制電路504，用以儲存電池系統100的相關參數，該些參數例如用來指示電池系統100的型號、出廠日期、電池保護參數，各串電池組的最高/最低電壓、溫度、殘電量、阻抗、健康狀態等。
第6圖繪示第1圖之電流電量偵測電路106之方塊圖之一例。電流電量偵測電路106包括第四隔離通訊電路602、電流電量運算電路604、資訊儲存電路606、電源轉換器608、程式儲存電路610以及電流感測與保護電路612。
第四隔離通訊電路602耦接電流電量運算電路604，其主要負責電流電量偵測電路106與外部電路部件的溝通/訊號收發。舉例來說，第四隔離通訊電路602可透過通訊匯流排將資料(例如系統電流值I以及系統電量值Q)發送至各單元電池模組M1~MN及主控電路108。
電流電量運算電路604可根據電流感測器112的電流量測資料取得系統電流值I，並按照設定之取樣週期計算充電與放電電量積分結果，以產生系統電量值Q。在具備系統電流值I與系統電量值Q後，電流電量運算電路604可透過隔離通訊電路602將系統電流值I與系統電量值Q以廣播方式發送至掛載於電池系統100內部通訊網路上的所有電路部件，例如單元電池模組M1~MN以及主控電路108。
資訊儲存電路606耦接電流電量運算電路604，其負責儲存電流電量運算電路604的運算結果以及運算過程中所需的參數，像是電流量測資料、系統電流值I以及系統電量值Q等。
電源轉換器608耦接外部電源116，其可將外部電源116轉換為電流電量偵測電路106內部各電路部件所需的電力。或者，在一實施例中，電流電量偵測電路106可直接由主控電路108的電源系統(如第5圖之主電源轉換器508)進行供電。
程式儲存電路610耦接電流電量運算電路604，用以儲存電流電量運算電路604運算系統電流值I及系統電量值Q所需的相關程式碼，例如包括如何將電流訊號轉換成實際電流大小、電量積分、以及判斷充放電狀態等演算程式碼。
電流感測與保護電路612耦接電流感測器112，其可量測電流感測器112上的壓差訊號以供電流電量運算電路604運算產生系統電流值I。在一實施例中，當電流出現異常時，電流感測與保護電路612亦可直接藉由緊急通報線EL通報主控電 路108以進行斷電。
在一實施例中，電流電量偵測電路106可整合至主控電路108當中。此時，電流電量偵測電路106自電流感測器112取得電流量測資料後，會將量測資料傳送給主控電路108的主運算控制電路504進行運算以取得系統電流值I及系統電量值Q，再透過第二隔離通訊電路502廣播給各單元電池模組M1~MN。
綜上所述，本揭露實施例提出之電池系統可透過各單元電池模組自行運算並儲存對應電池組的電池資訊。由於各電池組的電池資訊皆保存在其對應單元電池模組上，故只要搭配抽換式電池機構設計，即可以將劣化過快或異常的電池組的單元電池模組進行替換，如此不僅可大幅提高電池組的可維護性、再利用性，更能降低電池組因損壞所需負擔的隱藏風險與成本。此外，由於各單元電池模組可自行計算對應模組中的電池資訊，故可有效分擔系統中主控電路的運算量，進而降低對系統運算的要求及成本。另一方面，各單元電池模組亦可搭載平衡控制電路，以根據電池資訊自動調整電池組的電壓平衡狀態，進而提升系統使用效率。
雖然本揭露已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電池系統
102_1~102_N‧‧‧電池組
104_1~104_N‧‧‧電池管理電路
106‧‧‧電流電量偵測電路
108‧‧‧主控電路
110‧‧‧外部裝置
112‧‧‧電流感測器
114‧‧‧主電流開關
M1~MN‧‧‧單元電池模組
I‧‧‧系統電流值
Q‧‧‧系統電量值
V1~VN‧‧‧電壓值
T1~TN‧‧‧溫度值
BI1~BIN‧‧‧電池資訊
P+、P-‧‧‧電力輸出輸入端
EL‧‧‧緊急通報線
SBI‧‧‧系統電池資訊

Claims (13)

  1. 一種電池系統，包括：一單元電池模組，包括：一電池組，用以儲存電能；以及一單元電池管理電路，依據一系統電流值、一系統電量值、該電池組的一電壓值以及該電池組的一溫度值計算該電池組的一電池資訊；一電流電量偵測電路，耦接該單元電池模組，依據流經該電池組的一電流產生該系統電流值，並對該系統電流值進行積分以產生該系統電量值，以及將該系統電流值以及該系統電量值發送至該單元電池模組；以及一主控電路，耦接該單元電池模組，自該單元電池模組接收該電池資訊，並依據該電池資訊產生一系統電池資訊以提供至一外部裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，更包括：一電流感測器，與該電池組串接，並耦接至該電流電量偵測電路，用以量測流經該電池組的該電流。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，更包括：一主電流開關，受控於該主控電路，選擇性地導通或切斷該電池系統之一充放電路徑；其中當該電壓值符合一電壓警示條件或該溫度值符合一溫度警示條件，該單元電池管理電路經由一通訊匯流排對該主控電 路發送一警示訊號，使該主控電路關閉該主電流開關以切斷該充放電路徑；當該系統電流值符合一電流警示條件或該系統電量值符合一電量警示條件，該主控電路自行關閉該主電流開關以切斷該充放電路徑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電池系統，其中當該單元電池管理電路無法透過該通訊匯流排對該主控電路發送該警示訊號，該單元電池管理電路致能一緊急通報線，使該主控電路關閉該主電流開關以切斷該充放電路徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，其中該單元電池管理電路包括：一量測電路，量測該電池組的該電壓值及該溫度值；一第一隔離通訊電路，接收來自該電流電量偵測電路的該系統電流值以及該系統電量值；一運算控制電路，依據該電壓值、該溫度值、該系統電流值以及該系統電量值，計算該電池組之該電池資訊；以及一記憶電路，儲存該電池資訊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，其中該單元電池管理電路包括：一平衡控制電路，依據該電池資訊選擇性地對該電池組中的一或多個目標電池進行充放電。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電池系統，其中該平衡控制 電路包括：一儲能裝置，係可充電及放電；以及一開關陣列，耦接於該電池組，選擇性地使該一或多個目標電池電性連接至一充放電匯流排；其中該儲能裝置藉由一第一充電開關與一第一放電開關耦接於該充電匯流排，以控制該儲能裝置與該開關陣列之間是否導通，該儲能裝置藉由一第二充電開關耦接於外接的一外部電源，以控制該儲能裝置與該外部電源之間是否導通；其中當該第一放電開關為導通，該儲能裝置對連接至該充放電匯流排的該一或多個目標電池進行充電；當該第一充電開關為導通，該充放電匯流排的該一或多個目標電池對該儲能電池充電；當該第二充電開關為導通，該外部電源對該儲能裝置進行充電。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電池系統，其中該單元電池管理電路包括：一放電器；以及一開關陣列，耦接於該電池組，選擇性地使該一或多個目標電池電性連接至一充放電匯流排；其中該放電器藉由一第二放電開關耦接於該放電器與該充放電匯流排之間，以控制該放電器與該開關陣列之間是否導通； 其中當該第二放電開關為導通，連接至該充放電匯流排的該一或多個目標電池透過該放電器進行放電。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，其中該電池資訊包括該電池組的殘電量、劣化容量、內阻以及健康狀態至少其中之一。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，其中該電流電量偵測電路經由一通訊匯流排將該系統電流值以及該系統電量值廣播至該單元電池模組。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，其中該主控電路包括：一主運算控制電路，用以依據該單元電池模組回傳的該電池資訊計算該電池系統的該系統電池資訊；一第二隔離通訊電路，耦接該主運算控制電路，用以接收回傳自該單元電池模組的該電池資訊；一第三隔離通訊電路，耦接該主運算控制電路，用以對該外部裝置提供該系統電池資訊；一主電源轉換器，耦接一外部電源，用以將該外部電源轉換為對該主控電路之電力供應；一主程式儲存電路，耦接該主運算控制電路，用以儲存該主運算控制電路執行運算與流程控制的程式碼；一計時與喚醒電路，耦接該主運算控制電路，用以計算該電池系統的時間資訊； 一開關控制電路，受控於該主運算控制電路以選擇性地切換一主電流開關，以導通或切斷該電池系統的一充放電路徑；以及一資料儲存電路，耦接該主運算控制電路，用以儲存該電池系統的參數，該參數指示該電池系統的型號、出廠日期、電池保護參數，該電池組的最高或最低電壓、溫度、殘電量、阻抗以及健康狀態至少其中之一。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統，其中該電流電量偵測電路包括：一電流電量運算電路，用以根據一電流感測器的電流量測資料取得該系統電流值，並透過計算充電與放電電量積分結果以產生該系統電量值，其中該電流感測器係與該電池組串聯；一第四隔離通訊電路，耦接該電流電量運算電路，用以將該系統電流值以及該系統電量值發送至該單元電池模組以及該主控電路；一資訊儲存電路，耦接該電流電量運算電路，用以儲存該系統電流值以及該系統電量值；一電源轉換器，耦接一外部電源，用以將該外部電源轉換為對該電流電量偵測電路之電力供應；以及一程式儲存電路，耦接該電流電量運算電路，用以儲存該電流電量運算電路運算該系統電流值及該系統電量值之程式碼；以及一電流感測與保護電路，耦接該電流感測器，用以量測該電 流感測器上的壓差訊號以供該電流電量運算電路運算產生該系統電流值。
  13. 一種電池管理系統，適於管理一電池組的資訊，該電池管理系統包括：一單元電池管理電路，用以依據一系統電流值、一系統電量值、該電池組的一電壓值以及該電池組的一溫度值計算該電池組的一電池資訊；一電流電量偵測電路，耦接該單元電池管理電路，用以依據流經該電池組的一電流產生該系統電流值，並對該系統電流值進行積分以產生該系統電量值，以及將該系統電流值和該系統電量值發送至該單元電池管理電路；以及一主控電路，耦接該單元電池管理電路，用以自該單元電池管理電路接收該電池資訊，並依據該電池資訊產生一系統電池資訊以提供至一外部裝置。
TW105106176A 2016-03-01 2016-03-01 電池管理系統及應用其之電池系統 TWI581542B (zh)

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