TWI432759B - 具充電功能之二次電池性能分析系統 - Google Patents

Description

具充電功能之二次電池性能分析系統

本發明係與一種電池性能分析系統有關，特別係指一種可個別針對多數顆相連接之充電電池作效能分析，且可不用拆卸充電電池就可立即充電之具充電功能之二次電池性能分析系統。

按，鋰二次電池的能量密度比其他電池高，目前公認為最具經濟效益的電池。唯獨其必須應用一能量管理單元處理相關事宜，例如防止各單電池產生過放電，各單電池過充電及各電池充電之平衡等。目前應用於3C產品之串並鋰電池堆已非常成熟，其管理單元已成熟也商品化成晶片。而應用於大電力系統，例如電動車、電動船等，其電壓電流均比3C應用大很多，串並聯的單電池數目近數百顆，其管理單元的複雜度高出許多。而目前欲降低電動載具整體成本，發展高壓或大電力鋰二次電池堆刻不容緩，其管理系統技術之建立更不容遲延。

請參閱第一圖及第二圖所示，分別為習知測試平台治具之架構圖及連接方塊圖；為中華民國專利證書號數第I233498號專利，該案主要目的係提供一種用於多電源系統的測試平台治具，其能夠在一般場所下，進行包含有燃料電池的多電源系統的電池特性測試，以利電子產品之最佳電源管理之實施；而該測試平台治具1係包括與一資料處理機2電氣性連接的介面電路3，係用以量測多電源系統4的電力供應源5之複數個電池參數資料，其中電力供應源5係與工作中的負載6電氣性連接，以及其中多電源系統4的電力供應源5係至少包含燃料電池7；資料處理機2係用以接收複數個電池參數資料，以及處理該複數個電池參數資料，並輸出電力供應源4的複數個電池特性資料。

習知測試平台治具1可透過該資料處理機2接收該電力供應源5之各電池參數資料，但該測試平台治具1並不具有充電功能，故若該電力供應源5之各燃料電池7電力在測試消耗減少後，其係無法立即充電，需將該電力供應源5拆卸，並利用外部充電器對其進行充電，待充完電後，再將該電力供應源5裝上該測試平台治具1，始得進行下一回的測試，是以，習知測試平台治具1已造成測試者之不便，並實有待加以改善之必要。

本發明之目的係在提供一種具充電功能之二次電池性能分析系統，其可針對充電電池組內之每一充電電池進行效能分析，且可於不拆卸充電電池狀況下直接進行充電動作。

本發明所提供之具充電功能之二次電池性能分析系統，其係與一負載相電性連接，該具充電功能之二次電池性能分析系統係包含有：一監控處理單元，係與該負載相電性連接，且該監控處理單元內係存取有一電池電量比較數據。

一資料擷取單元，係與該監控處理單元相電性連接，且該資料擷取單元係包含有多數個資料擷取埠，該等資料擷取埠係分別與該監控處理單元相電性連接。

一電流電壓轉換感測單元，係與該資料擷取單元相電性連接，且該電流電壓轉換感測單元係包含有多數個電流電壓感測單元，該等電流電壓感測單元係與該等資料擷取埠相電性連接。

一充電電池組，係與該電流電壓轉換感測單元相電性連接，且該充電電池組係包含有多數個相電性連接之充電電池，每一充電電池係分別對應連接至一電流電壓感測單元上，同時，該充電電池組係電性連接至該負載。

一充電器，係分別與該電流電壓轉換感測單元及該充電電池組相電性連接。

藉此，當該充電電池組供電給該負載作動時，該等電流電壓感測單元會分別感測該等充電電池之電量變化，並透過該等資料擷取埠傳輸至該監控處理單元內，同時，該監控處理單元會由該負載端擷取得該充電電池組的釋放總電量，而可計算出每一充電電池的釋放電量，該監控處單元則會將該等充電電池之釋放電量與該電池電量比較數據進行比對，進而可得每一充電電池的使用效率，另，於該等充電電池電能降低時，可直接透過該充電器進行充電，無須拆卸至另外之充電器進行充電，此可省去拆卸及搬運的動作。

請同時參閱第三圖以及第四圖所示，係為本發明二次電池性能分析系統之架構圖及連接方塊圖；其係揭露有一種具充電功能之二次電池性能分析系統100，且該具充電功能之二次電池性能分析系統100係與一負載200相電性連接，其中，該具充電功能之二次電池性能分析系統100係包含有：

一監控處理單元10，係與該負載200相電性連接，且該監控處理單元10內係存取有一電池電量比較數據，於本發明實施例中該電池電量比較數據係將電池廠商提供之電池規格放電曲線影像二值化，且重建電池C-V曲線的數值陣列，進而再依據C-V數值資料使用演算法求得C-V半實驗模型，同時，利用C-V半實驗模型計算出單顆充電電池之電池電量比較數據，且該監控處理單元10係為一電腦。

一資料擷取單元20，係與該監控處理單元10相電性連接，且該資料擷取單元20係包含有多數個資料擷取埠21，該等資料擷取埠21係分別與該監控處理單元10相電性連接。

一電流電壓轉換感測單元30，係與該資料擷取單元20相電性連接，且該電流電壓轉換感測單元30係包含有多數個電流電壓感測單元31，該等電流電壓感測單元31係與該等資料擷取埠21相電性連接。

一充電電池組40，係與該電流電壓轉換感測單元30相電性連接，且該充電電池組40係包含有多數個相電性連接之充電電池41，於本發明實施例中該等充電電池41係為串聯連接，而該等充電電池41亦可為並聯連接或串並連接方式(圖未示)，每一充電電池41係分別對應連接至一電流電壓感測單元31上，同時，該充電電池組40係電性連接至該負載200。

請同時參閱第五圖所示，一充電器50，係分別與該電流電壓轉換感測單元30及該充電電池組40相電性連接，其中，該充電器50係更包含有：

一電源單元51，係可提供交流電。

一選擇單元52，係具有一第一開關521及一第二開關522，且該第一、第二開關521、522係分別以一端與該電源單元51相電性連接。

一整組充電單元53，係與該第一開關521相電性連接，另更與該充電電池組40相並聯連接，且該整組充電單元53係可透過該第一開關521而與該電源單元51相電性連接，並向該充電電池組40進行充電。

一微處理單元54，係分別與該第一開關521及該第二開關522相電性連接。

至少一單芯充電單元55，係一端與該第二開關522相電性連接，且該單芯充電單元55係可透過該第二開關522而與該電源單元51相電性連接，於本發明實施例中，該單芯充電單元55係具有多數個，且該等單芯充電單元55係一端分別與該第二開關522相電性連接。

一選擇器56，係分別與該微處理單元54、該等單芯充電單元55及該等電流電壓感測單元31相電性連接，該等單芯充電單元55係可透過該選擇器56而與該等電流電壓感測單元31相電性連接，並進而與該等充電電池41連接，且該等單芯充電單元55係可與至少一充電電池41相電性連接，並進行充電，於本發明實施例中該等單芯充電單元55及該等充電電池41間可選擇性以單一單芯充電單元55對單一充電電池54、以單一單芯充電單元55對多數個充電電池54，或以多數個單芯充電單元55對單一充電電池54進行充電，同時，該等電流電壓感測單元31會分別感測該等充電電池41的殘餘電量，並傳至該微處理單元54，而該微處理單元54係可依每一充電電池41之個別殘餘電量進行判讀，並觸發作動該第一開關521或該第二開關522，又，該選擇器56係可受該微處理單元54控制，並調控該等單芯充電單元55與該等充電電池41相電性連接。

為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：

請同時配合參閱第六圖所示，為本發明之分析流程圖；於實施使用本發明時，僅需要依上述連接方式將欲量測之充電電池組40進行連接，而該等電流電壓感測單元31會分別感測該等充電電池41之電量變化(電流及電壓變化)，並透過該等資料擷取埠21傳輸至該監控處理單元10內，同時，該監控處理單元10會由該負載200端擷取得該充電電池組40的釋放總電量，而可計算出每一充電電池41的釋放電量，而該監控處單元10則會將該等充電電池41之釋放電量與該電池電量比較數據進行比對，進而可得每一充電電池41的使用效率，其中，該電池電量比較數據係將電池廠商提供之電池規格放電曲線影像二值化，且重建電池C-V曲線的數值陣列，進而再依據C-V數值資料使用Levenberg Marquard演算法求得C-V半實驗模型，同時，利用C-V半實驗模型計算出單顆充電電池41之電池電量比較數據，藉此，即可透過該監控處理單元10計算得每一充電電池41的使用效率及效能，而可有效管理該充電電池組40，並達到驗證及分析之效用。

再請參閱第五圖所示，於該等充電電池41經分析測試後，該等充電電池41的電量會下降，而本發明中該等充電電池41係可直接由該充電器50進行充電即可，本系統之電流電壓感測單元31係隨時感測監控該等充電電池41之殘餘電量，並傳送給該微處理單元54，於本發明實施例中該充電電池41之殘餘電量係可界定出一低電量設定值及一高電量設定值，當該充電電池41之殘餘電量低於該低電量設定值時，該微處理單元54係會觸發該第一開關521導通，並使該整組充電單元53對該充電電池組40進行大功率之充電，以達到快速充電之目的，同時，若當該充電電池組40之電量充電至該低電量設定值及該高電量設定值間時，則該微處理單元54會將該第一開關521截止，並轉而觸發該第二開關522導通，使該等單芯充電單元55接續對該等充電電池41進行小功率之充電，進而使該等充電電池41之電位可達到幾近等電位之效用，又，於該等單芯充電單元55充電時，該微處理單元54可接收該等充電電池41之殘餘電量並調控該選擇器56，使該等單芯充電單元55僅針對該等充電電池41中電量未充飽者進行充電，而該等充電電池41中電量已充飽者，則該選擇器56會截止該單芯充電單元55與其之連接，並停止充電，以避免浪費該電源單元51之電力，再者，若當每一充電電池41之殘餘電量高過該高電量設定值時，該微處理單元54則截止該第二開關522，並停止對該等充電電池41進行充電，藉此，當該充電電池組40分析測試完後，無須拆卸即可透過該充電器50進行充電，故可省去拆卸及搬運的動作，且因本系統係分別應用該整組充電單元53及該等單芯充電單元55先後對該等充電電池41進行充電，故不僅可達到快速充電，且更可針對該等充電電池41不足之處透過該等單芯充電單元55對應進行充電，只要超過高電量設定值後，即會停止充電，故不會浪費該電源單元51之電量。

綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。

惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

[習知]

1．．．測試平台治具

2．．．資料處理機

3．．．介面電路

4．．．多電源系統

5．．．電力供應源

6．．．負載

7．．．燃料電池

[本發明]

100．．．二次電池性能分析系統

10．．．監控處理單元

20．．．資料擷取單元

21．．．資料擷取埠

30．．．電流電壓轉換感測單元

31．．．電流電壓感測單元

40．．．充電電池組

41．．．充電電池

50．．．充電器

51．．．電源單元

52．．．選擇單元

521．．．第一開關

522．．．第二開關

53．．．整組充電單元

54．．．微處理單元

55．．．單芯充電單元

56．．．選擇器

200．．．負載

第一圖係習知測試平台治具之架構圖。

第二圖係習知測試平台治具之連接方塊圖。

第三圖係本發明二次電池性能分析系統之架構圖。

第四圖係本發明二次電池性能分析系統之連接方塊圖。

第五圖係本發明充電器與電流電壓轉換感測單元及充電電池組之連接方塊圖。

第六圖係本發明之分析流程圖。

100．．．次電池性能分析系統

10．．．監控處理單元

20．．．資料擷取單元

21．．．資料擷取埠

30．．．電流電壓轉換感測單元

31．．．電流電壓感測單元

40．．．充電電池組

41．．．充電電池

50．．．充電器

200．．．負載

Claims (3)

1. 一種具充電功能之二次電池性能分析系統，其係與一負載相電性連接，該具充電功能之二次電池性能分析系統係包含有：一監控處理單元，係與該負載相電性連接，且該監控處理單元內係存取有一電池電量比較數據；一資料擷取單元，係與該監控處理單元相電性連接，且該資料擷取單元係包含有多數個資料擷取埠，該等資料擷取埠係分別與該監控處理單元相電性連接；一電流電壓轉換感測單元，係與該資料擷取單元相電性連接，且該電流電壓轉換感測單元係包含有多數個電流電壓感測單元，該等電流電壓感測單元係與該等資料擷取埠相電性連接；一充電電池組，係與該電流電壓轉換感測單元相電性連接，且該充電電池組係包含有多數個相電性連接之充電電池，每一充電電池係分別對應連接至一電流電壓感測單元上，同時，該充電電池組係電性連接至該負載；一充電器，係分別與該電流電壓轉換感測單元及該充電電池組相電性連接，其中，該充電器係更包含有：一電源單元，係可提供交流電；一選擇單元，係具有一第一開關及一第二開關，且該第一、第二開關係分別以一端與該電源單元相電性連接；一整組充電單元，係與該第一開關相電性連接，另更與該充電電池組相電性連接，且該整組充電單元係可透過該第一開關而與該電源單元相電性連接，並向該充電電池組進行充電； 一微處理單元，係分別與該第一開關及該第二開關相電性連接；至少一單芯充電單元，係一端與該第二開關相電性連接，且該單芯充電單元係可透過該第二開關而與該電源單元相電性連接；以及，一選擇器，係分別與該微處理單元、該單芯充電單元及該等電流電壓感測單元相電性連接，該單芯充電單元係可透過該選擇器而與該等電流電壓感測單元相電性連接，並進而與該等充電電池連接，且該單芯充電單元係可與至少一充電電池相電性連接，並進行充電，同時，該等電流電壓感測單元會分別感測該等充電電池的殘餘電量，並產生一電量資訊，而該微處理單元係可接收該電量資訊，並判斷觸發作動該第一開關或該第二開關，又，該選擇器係可受該微處理單元控制，並調控該單芯充電單元與該等充電電池相電性連接。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之一種具充電功能之二次電池性能分析系統，其中，該電池電量比較數據係將電池廠商提供之電池規格放電曲線影像二值化，且重建電池C-V曲線的數值陣列，進而再依據C-V數值資料使用演算法求得C-V半實驗模型，同時，利用C-V半實驗模型計算出單顆充電電池之電池電量比較數據。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之一種具充電功能之二次電池性能分析系統，其中，該單芯充電單元係具有多數個，且該等單芯充電單元係分別與該選擇器相電性連接，而該選擇器再進一步與該等充電電池相電性連接，同時，該等單芯充電單元係可透過該選擇器而與該等充電電池相電性連接，且該等單芯充電單元係可與至少一充電電池相電性連接。