TWI419433B - Series battery system with automatic bypass function - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種串聯電池系統，特別是指一種具有自動旁路功能的串聯電池系統。
一般電動車的電力來源是採用多數串聯的電池單元，每一電池單元又是由多數電池及一電池電路組成，當有其中一個電池單元發生故障時，由於採用串聯迴路的設計，一般處理方式會自動將整個迴路開路(open)，藉以避免故障的電池單元持續放電而達到保護功能，然而，瞬間斷電卻會造成電動車在行進中迅速停擺與控制系統當機的缺點，且由於無法繼續供電，所以使用者必須要藉助拖吊車才能帶電動車返家或返回車商維修，以致於相當不便。
因此，本發明的目的是在於提供一種能夠保護故障的電池單元且不會中斷電力迴路的具有自動旁路功能的串聯電池系統。
於是，本發明具有自動旁路功能之串聯電池系統包含多數電池單元。
每一電池單元包括一高電位端、一低電位端、一第一開關模組、一第二開關模組、多數串聯的蓄電池、一充電命令埠、一充電狀態埠，及一控制模組，該等電池單元是以該高電位端與該低電位端依序串聯。
該第一開關模組是串聯於該高電位端與該低電位端之間，該第二開關模組是與該等蓄電池一起串聯於該高電位端與該低電位端之間，該控制模組能偵測每一蓄電池的電壓，並內建有一電壓標準範圍。
當該控制模組經由該充電命令埠接收到一充電命令時，該控制模組會依序使該第一開關模組開路、該第二開關模組導通，並經由該充電狀態埠輸出一充電狀態訊號。
當該控制模組偵測到任一蓄電池的電壓不符合該電壓標準範圍時，該控制模組會依序使該第二開關模組開路、該第一開關模組導通，並經由該充電狀態埠輸出一旁路狀態訊號。
本發明的有益效果在於：透過每一電池單元的該第一開關模組、該第二開關模組，以及該電壓標準範圍的判斷機制，就可以使得發生故障的每一電池單元自動形成旁路，於是不但可以中斷故障的電池單元繼續充電或放電，也可以使其它正常的電池單元繼續保持串聯迴路的關聯，所以應用在電動車時，能達到避免行進中停擺與控制系統當機的使用效果。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
如圖1、2所示，本發明具有自動旁路功能的串聯電池系統200的較佳實施例包含多數電池單元20、一充電單元30，及一放電單元40。
每一電池單元20包括一高電位端211、一低電位端212、一第一開關模組221、一第二開關模組222、多數串聯的蓄電池23、一充電命令埠241、一充電狀態埠242、一放電命令埠251、一放電狀態埠252，及一控制模組26。
該等電池單元20是以該高電位端211與該低電位端212依序串聯，在本實施例中共有三個電池單元20，實際應用於該等電池單元20串聯的數量不受限。
該第一開關模組221是串聯於該高電位端211與該低電位端212之間。
該第二開關模組222是與該等蓄電池23一起串聯於該高電位端211與該低電位端212之間，在本實施例中的第一開關模組221與該第二開關模組222都是採用電晶體開關電路，實際製造時也可以採用繼電器所組成的開關電路。
該充電命令埠241、該充電狀態埠242、該放電命令埠251，及該放電狀態埠252在本實施例中都是採用光耦合傳輸電路。
該控制模組26能偵測每一蓄電池23的電壓，並內建有一電壓標準範圍261，在本實施例中的控制模組26是採用一電池管理系統(Battery Management Systems,BMS)，該控制模組26可以監控每一蓄電池23的電力狀態，並能根據該電壓標準範圍261判斷每一蓄電池23是否充電或放電異常。
該充電單元30是用於電連接一交流電源，並輸出一串聯於該等電池單元20形成一充電迴路的直流電源，以及能分別對該等電池單元20輸出一充電命令，該充電單元30還能接收每一電池單元20經由該充電狀態埠242所輸出的一旁路狀態訊號，並配合旁路狀態的電池單元20數量而降低該直流電源的電壓。
該放電單元40是用於串聯於該等電池單元20形成一放電迴路，並能分別對該等電池單元20輸出一放電命令，在本實施例中的放電單元40是採用一馬達控制器，該馬達控制器可以連接控制一由馬達所組成的負載90，該放電單元40還能接收每一電池單元20經由該放電狀態埠252所輸出的一旁路狀態訊號，並配合處在旁路狀態的電池單元20數量而調整輸出功率或停止運作。
如圖1、2、3所示，以下將進一步說明本發明具有自動旁路功能的串聯電池系統200的使用情形，其中圖2及圖3為了方便說明使用情形，因此採用粗黑線表示來簡化該充電單元30與該充電命令埠241、該充電狀態埠242的連接關係，以及該放電單元40與該放電命令埠251、該放電狀態埠252的連接關係。
當每一電池單元20的控制模組26經由該充電命令埠241接收到一來自該充電單元30的充電命令時，該控制模組26會依序使該第一開關模組221開路(open)、該第二開關模組222導通(short)，並經由該充電狀態埠242輸出一充電狀態訊號到該充電單元30，此時該充電單元30對該等電池單元20進行充電。
同樣地，當每一電池單元20的控制模組26經由該放電命令埠251接收到一來自該放電單元40的放電命令時，該控制模組26會依序使該第一開關模組221開路(open)、該第二開關模組222導通(short)，並經由該放電狀態埠252輸出一放電狀態訊號到該放電單元40，此時該等電池單元20對該放電單元40供電。
當控制模組26偵測到任一蓄電池23的電壓不符合該電壓標準範圍261時，該控制模組26會依序使該第二開關模組222開路、該第一開關模組221導通，此時會中斷本身電池單元20的充電或放電程序，並產生旁路效果，同時經由該充電狀態埠242或該放電狀態埠252輸出一旁路狀態訊號告知該充電單元30或該放電單元40，例如圖3所示，位於中間的電池單元20呈現旁路狀態，但不影響其它電池單元20繼續保持串聯迴路。
藉此，透過每一電池單元的該第一開關模組221、該第二開關模組222，以及該電壓標準範圍261的判斷機制，就可以使得發生故障的每一電池單元20自動形成旁路(bypass)，於是不但可以中斷故障的電池單元20繼續充電或放電，也可以使其它正常的電池單元20繼續保持串聯迴路的關聯，所以應用在電動車時，能達到避免行進中突然停擺與控制系統當機的使用效果。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，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。
200‧‧‧串聯電池系統
20‧‧‧電池單元
211‧‧‧高電位端
212‧‧‧低電位端
221‧‧‧第一開關模組
222‧‧‧第二開關模組
23‧‧‧蓄電池
241‧‧‧充電命令埠
242‧‧‧充電狀態埠
251‧‧‧放電命令埠
252‧‧‧放電狀態埠
26‧‧‧控制模組
261‧‧‧電壓標準範圍
30‧‧‧充電單元
40‧‧‧放電單元
90‧‧‧負載
圖1是一示意圖，說明本發明具有自動旁路功能的串聯電池系統的較佳實施例；
圖2是一示意圖，說明該較佳實施例中，所有電池單元相互串聯並處於正常狀態的運作情形；及
圖3是一示意圖，說明該較佳實施例中，其中一電池單元處於旁路狀態的運作情形。
20．．．電池單元
211．．．高電位端
212．．．低電位端
221．．．第一開關模組
222．．．第二開關模組
23．．．蓄電池
241．．．充電命令埠
242．．．充電狀態埠
251．．．放電命令埠
252．．．放電狀態埠
26．．．控制模組
261．．．電壓標準範圍
Claims (4)
- 一種具有自動旁路功能的串聯電池系統，包含：多數電池單元，每一電池單元包括一高電位端、一低電位端、一第一開關模組、一第二開關模組、多數串聯的蓄電池、一充電命令埠、一充電狀態埠，及一控制模組，該等電池單元是以該高電位端與該低電位端依序串聯；該第一開關模組是串聯於該高電位端與該低電位端之間，該第二開關模組是與該等蓄電池一起串聯於該高電位端與該低電位端之間，該控制模組能偵測每一蓄電池的電壓，並內建有一電壓標準範圍，其中：當該控制模組經由該充電命令埠接收到一充電命令時，該控制模組會依序使該第一開關模組開路、該第二開關模組導通，並經由該充電狀態埠輸出一充電狀態訊號；當該控制模組偵測到任一蓄電池的電壓不符合該電壓標準範圍時，該控制模組會依序使該第二開關模組開路、該第一開關模組導通，並經由該充電狀態埠輸出一旁路狀態訊號；該具有自動旁路功能的串聯電池系統還包含一充電單元，該充電單元是用於電連接一交流電源，並輸出一串聯於該等電池單元形成一充電迴路的直流電源，以及輸出該充電命令。
- 根據申請專利範圍第1項所述具有自動旁路功能的串聯 電池系統，其中，該充電單元還接收每一電池單元的旁路狀態訊號，並配合旁路狀態的電池單元數量而降低該直流電源的電壓。
- 一種具有自動旁路功能的串聯電池系統，包含：多數電池單元，每一電池單元包括一高電位端、一低電位端、一第一開關模組、一第二開關模組、多數串聯的蓄電池、一放電命令埠、一放電狀態埠，及一控制模組，該等電池單元是以該高電位端與該低電位端依序串聯；該第一開關模組是串聯於該高電位端與該低電位端之間，該第二開關模組是與該等蓄電池一起串聯於該高電位端與該低電位端之間，該控制模組能偵測每一蓄電池的電壓，並內建有一電壓標準範圍，其中：當該控制模組經由該放電命令埠接收到一放電命令時，該控制模組會依序使該第一開關模組開路、該第二開關模組導通，並經由該放電狀態埠輸出一放電狀態訊號；當該控制模組偵測到任一蓄電池的電壓不符合該電壓標準範圍時，該控制模組會依序使該第二開關模組開路、該第一開關模組導通，並經由該放電狀態埠輸出一旁路狀態訊號；該自動旁路功能的串聯電池系統還包含一放電單元，該放電單元是用於串聯於該等電池單元形成一放電迴路，並輸出該放電命令。
- 根據申請專利範圍第3項所述具有自動旁路功能的串聯電池系統，其中，該放電單元還接收每一電池單元的旁路狀態訊號，並配合處在旁路狀態的電池單元數量而調整輸出功率。
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