TWI463721B - 具多模式之電池管理系統及其切換方法 - Google Patents

Description

具多模式之電池管理系統及其切換方法

本發明有關於一種電池管理系統，且特別是有關於一種具多模式之電池管理系統及其切換方法。

目前市面上應用於移動載具(例如為機車、電動車或汽車)中的充電電池都會加裝有電池管理系統(battery management system，BMS)，以監控充電電池於執行充電程序或放電程序時的電壓、電流與溫度等狀態。

然而，傳統的電池管理系統若要隨時監控充電電池的狀態的話，勢必會加快充電電池的電量消耗，造成充電電池使用時間的縮短。

有鑑於此，業界已提出一種解決方法，此方法為當電池管理系統偵測到充電電池已經有一段時間未執行充電程序或放電程序時，將會斷開與充電電池之間的連結，使得電池管理系統進入關閉模式，以節省充電電池的電量消耗。然而，若當電池管理系統進入關閉模式後，要重新啟動電池管理系統則必須要使用充電器來充電喚醒，造成實際操作上的不便。

本發明提出一種具多模式之電池管理系統，此電池管理系統透過鑰匙開關以及開關模組之設置與運作，使得鑰匙開關在第一狀態時導通對外部負載之連結，而在第二狀態時斷開對外部負載之連結，據以使得電池管理系統具有 三種不同的運作模式。

本發明實施例提供一種具多模式之電池管理系統，此電池管理系統電性連接於充電電池組與外部負載之間，其中充電電池組包括至少一電池單元，而電池管理系統具有第一模式、第二模式與第三模式且包括有電池管理模組、鑰匙開關以及開關模組。電池管理模組電性連接充電電池組，以監控與管理充電電池組。鑰匙開關電性連接電池管理模組，其透過鑰匙而選擇性地處於第一狀態或第二狀態。開關模組電性連接於電池管理模組與外部負載之間，且開關模組會依據鑰匙開關處於第一狀態而導通對外部負載之連結，或依據鑰匙開關處於第二狀態而斷開對外部負載之連結。其中，當鑰匙開關處於第一狀態時，電池管理系統執行於第一模式；當鑰匙開關處於第二狀態時，電池管理系統由第一模式切換至第二模式，並在電池管理系統於第二模式超過一段設定時間後切換至第三模式。

本發明提出一種具多模式之電池管理系統的切換方法，此電池管理系統的切換方法透過鑰匙開關以及開關模組之設置與運作，使得鑰匙開關在第一狀態時導通對外部負載之連結，而在第二狀態時斷開對外部負載之連結，據以使得電池管理系統具有三種不同的運作模式。

本發明實施例提供一種具多模式之電池管理系統的切換方法，此電池管理系統電性連接於充電電池組與外部負載之間，其中電池管理系統具有第一模式、第二模式與第三模式，而充電電池組包括至少一電池單元。所述的切換方法包括提供鑰匙開關，並透過鑰匙而使鑰匙開關選擇性地處於第一狀態或第二狀態。接著，依據鑰匙開關處於第 一狀態而導通充電電池組與外部負載之間的連結，或依據鑰匙開關處於第二狀態而斷開充電電池組與外部負載之間的連結。其中，當鑰匙開關處於第一狀態時，電池管理系統執行於第一模式；當該鑰匙開關處於該第二狀態時，電池管理系統由第一模式切換至第二模式；在電池管理系統於第二模式超過一段設定時間後將切換至第三模式。

綜上所述，本發明實施例提供一種電池管理系統及其切換方法，此電池管理系統及其切換方法係透過鑰匙開關以及開關模組之設置與運作，使得電池管理系統具有三種不同的運作模式，且在由第一模式切換至其他兩種不同模式時，必會先將電池管理系統與外部負載之間的連結斷開後，才會將充電電池組與電池管理系統之間的連結斷開。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

〔具多模式之電池管理系統之一實施例〕

請參照圖1，圖1係繪示依據本發明一實施例之具多模式之電池管理系統的功能方塊圖。如圖1所示，具多模式之電池管理系統(battery management system，BMS)1電性連接於充電電池組2與外部負載3之間，其中電池管理系統1包括有電池管理模組10、鑰匙開關12以及開關模組14，且電池管理系統1透過上述之功能模組的交互作動而具有第一模式、第二模式以及第三模式之運 作。

充電電池組2包括至少一電池單元(未繪示於圖1)，換句話說，兩個以上的電池單元可以經由串接或並接來形成充電電池組2，本發明在此不加以限制電池單元所使用的數量以及其連接方式。於實務上，電池單元可以為一種鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池或者是鉛蓄電池等類型之蓄電池，本發明在此不加以限制。

於實務上，外部負載3除了可以為一種移動載具(例如為機車、電動車或汽車)之頭燈、尾燈、方向燈或是儀表板之外，更可以為一種用以對充電電池組2進行充電的充電器，本發明在此不加以限制。以下分別就電池管理系統1內部的各功能模組作詳細的說明。

電池管理模組10電性連接於充電電池組2、鑰匙開關12以及開關模組14之間，以監控與管理充電電池組2的運作狀態。由於電池管理模組10已為本技術領域具有通常知識者所知悉，故不再加以贅述。

鑰匙開關12可透過一把鑰匙(未繪示於圖1)而選擇性地處於第一狀態或第二狀態。更詳細來說，當上述的鑰匙已插設至鑰匙開關12的鑰匙孔時，鑰匙開關12會依據鑰匙的轉動而改變鑰匙孔的方向，而使得鑰匙開關12的鑰匙孔會有第一狀態(亦可稱第一位置)或第二狀態(亦可稱第二位置)之情況。於實務上，當鑰匙開關12處於第一狀態時即為致能的ON狀態，當鑰匙開關12處於第二狀態時即為禁能的OFF狀態。

開關模組14電性連接於電池管理模組10與外部負載3之間，其用以導通或斷開對外部負載3之連結。因 此，於實際的操作中，開關模組14會依據鑰匙開關12處於第一狀態而導通對外部負載3之連結，或是依據鑰匙開關12處於第二狀態而斷開對外部負載3之連結。於實務上，開關模組14可以為一種由金屬氧化物半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)所組成的半導體開關元件、由雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)所組成的半導體開關元件或是繼電器(relay)，本發明在此不加以限制。

為了更加清楚地說明本發明之電池管理系統1其第一模式、第二模式與第三模式之間的切換運作，請一併參照圖1與圖2，圖2係繪示依據本發明一實施例之具多模式之電池管理系統其運作模式切換的狀態示意圖。

如圖2所示，本發明之電池管理系統1具有三種運作模式，其分別為第一模式MODE 1、第二模式MODE 2與第三模式MODE 3。當鑰匙開關12處於第一狀態時，電池管理系統1會執行於第一模式MODE 1，當鑰匙開關12處於第二狀態時，電池管理系統1會由第一模式MODE 1切換至第二模式MODE 2，並在電池管理系統1於第二模式MODE 2超過一段設定時間後切換至第三模式MODE 3。因此，電池管理系統1更具有一組用以計算時間長度的計時器(未繪示於圖式)，由於計時器已為習知之技術，故不再贅述。

更詳細來說，在電池管理系統1執行於第二模式MODE 2或是執行於第三模式MODE 3時，開關模組14均為斷開的狀態，使得外部負載3與充電電池組2之間 的連結為中斷的狀態，此時，充電電池組2與外部負載3之間是無法進行充電程序或是放電程序的。而當鑰匙開關12處於第一狀態時，電池管理模組10會收到由鑰匙開關12傳遞而來的第一觸發訊號，進而控制開關模組14進行導通，使得充電電池組2與外部負載3之間的連結重新恢復導通，並將電池管理系統1切換至第一模式MODE 1，而使得充電電池組2可以透過開關模組14的導通而執行與外部負載3之間的充電程序與放電程序。

在實際的操作中，電池管理系統1的第一模式MODE 1亦可稱為啟動模式或工作模式，於此第一模式MODE 1中，電池管理模組10的效能是處於百分之百的運作狀態，而具有監控與保護充電電池組2於執行充電程序或是放電程序時的電壓位準、電流與溫度，並且檢測出充電電池組2的電量狀態(state of charge，SOC)以及進行通訊等功能。

接著，當鑰匙開關12處於第二狀態時，電池管理模組10會收到由鑰匙開關12傳遞而來的第二觸發訊號，進而控制開關模組14進行截止，使得充電電池組2與外部負載3之間的連結中斷，並將電池管理系統1由第一模式MODE 1切換至第二模式MODE 2，而使得充電電池組2可以透過開關模組14的斷開而停止與外部負載3之間的充電程序與放電程序。

因此，在實際的操作中，電池管理系統1的第二模式MODE 2亦可稱為休眠模式或睡眠模式，於此第二模式MODE 2中，由於充電電池組2與外部負載3之間的 連結已經中斷，電池管理模組10不需要再以高效能的狀態去監控充電電池組2的電壓位準、電流與溫度，而僅需檢測充電電池組2的電量狀態，使得其電池管理模組10可以運作在低效能狀態，進而降低由充電電池組2所提供的運作電流。

當電池管理系統1於第二模式MODE 2超過一段設定時間後，電池管理模組10會斷開對充電電池組2之連結，使得充電電池組2停止對電池管理模組10供給運作電流，並將電池管理系統1由第二模式MODE 2切換至第三模式MODE 3，據以使得電池管理模組10停止運作。於實務上，設定時間是以使用者對外部負載3的使用頻率與習慣而逕行設定，一般是設定在二小時至一百六十八小時以內，但不以此為限。

因此，在實際的操作中，電池管理系統1的第三模式MODE 3亦可稱為關閉模式，於此第三模式MODE 3中，由於充電電池組2與電池管理模組10之間的連結以及電池管理模組10與外部負載3之間的連結皆已經中斷，電池管理模組10的效能等於是完全停止運作(即處於百分之零的運作狀態)，進而延長充電電池組2的使用時間。

然而，在第二模式MODE 2下的電池管理系統1是在設定時間內將鑰匙開關12由第二狀態切換至第一狀態時，電池管理系統1會直接地由第二模式MODE 2切換至第一模式MODE 1，其切換的運作過程相同於先前所述，故不再贅述。

而在第三模式MODE 3下的電池管理系統1，由於 其內的電池管理模組10已完全停止運作，在此狀況下，若要重新將電池管理系統1由第三模式MODE 3切換至第一模式MODE 1時，則需將鑰匙開關12由第二狀態切換至第一狀態，以先導通電池管理模組10與充電電池組2之間的連結來喚醒電池管理模組10重新運作，再使電池管理模組10控制開關模組14導通對外部負載3之連結。

值得注意的是，本發明之電池管理系統1在進入第三模式MODE 3前，必會有一段運作於第二模式MODE 2的階段，且在執行於第二模式MODE 2時會先將開關模組14截止，以斷開對外部負載3之連結，接著在進入第三模式MODE 3時才斷開電池管理模組10與充電電池組2之間的連結。相反地，若電池管理系統1在未與外部負載3斷開連結就先行斷開與充電電池組2之間的連結的情況下，若外界有突發狀況發生時(例如瞬間的大電流饋入)，將容易造成電池管理系統1的損毀，進而影響到充電電池組2的使用安全性。換句話說，本發明之電池管理系統1在實際的操作中具有十分地安全性，且較能應付外界的突發狀況。

除此之外，當本發明之電池管理系統1執行於第二模式MODE 2或第三模式MODE 3時，電池管理系統1更可透過電性連接一組充電器(未繪示於圖式)並且進行充電，據以使電池管理系統1切換至第一模式MODE 1，由於使用充電器喚醒電池管理系統1之技術已被於所屬技術領域具有通常知識者所知悉，故不再贅述。

〔具多模式之電池管理系統的切換方法之一實施例〕

請一併參照圖1、圖2與圖3，圖3係繪示依據本發明一實施例之具多模式之電池管理系統的切換方法的步驟流程圖。如圖1、圖2與圖3所示，電池管理系統1電性連接於充電電池組2與外部負載3之間，其中電池管理系統1分別具有第一模式MODE 1、第二模式MODE 2與第三模式MODE 3，而充電電池組2是由至少一電池單元所組成。

於步驟S30中，電池管理系統1提供一組鑰匙開關12，並透過一隻專屬於此鑰匙開關12的鑰匙而使上述的鑰匙開關12選擇性地處於第一狀態或第二狀態。

接著，在步驟S32中，電池管理系統1會依據鑰匙開關12處於該第一狀態而導通充電電池組2與外部負載3之間的連結，或依據鑰匙開關12處於該第二狀態而斷開充電電池組2與外部負載3之間的連結。其中，當鑰匙開關12處於第一狀態時，電池管理系統1會執行於第一模式MODE 1，當鑰匙開關12處於第二狀態時，電池管理系統1會由第一模式切換至第二模式MODE 2，並在電池管理系統1於第二模式MODE 2超過一段設定時間後切換至第三模式MODE 3。

此外，當電池管理系統1於第一模式MODE 1時，會控制充電電池組2執行與外部負載3之間的充電程序與放電程序。當電池管理系統1於第二模式MODE 2時，會控制充電電池組2停止與外部負載3之間的充電程序與放電程序。當電池管理系統1於第三模式MODE 3時，會斷開對充電電池組3之連結，使得充電電池組3停止供應電源給電池管理系統1，進而使電池管理系統 1停止運作。

承接上述，當電池管理系統1於第三模式MODE 3切換至第一模式MODE 1的過程中，會先導通電池管理系統1與充電電池組2之間的連結以喚醒電池管理系統1後，再使電池管理系統1導通對外部負載3之連結。

除此之外，當電池管理系統1執行於第二模式MODE 2或第三模式MODE 3時，電池管理系統1更可透過電性連接充電器並且進行充電，據以使電池管理系統1切換至第一模式MODE 1。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例提供一種電池管理系統及其切換方法，此電池管理系統及其切換方法係透過鑰匙開關以及開關模組之設置與運作，使得電池管理系統具有三種不同的運作模式，且在由第一模式切換至其他兩種不同模式時，必會先將電池管理系統與外部負載之間的連結斷開後，才會將充電電池組與電池管理系統之間的連結斷開。藉此，本發明之電池管理系統及其切換方法與傳統的電池管理系統相比之下，較能節省充電電池組的電能消耗，且所具有的分兩階段斷開連結之方式於實際操作時更具有安全性，十分具有實用性。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

1‧‧‧電池管理系統

10‧‧‧電池管理模組

12‧‧‧鑰匙開關

14‧‧‧開關模組

2‧‧‧充電電池組

3‧‧‧外部負載

MODE 1‧‧‧第一模式

MODE 2‧‧‧第二模式

MODE 3‧‧‧第三模式

S30~S32‧‧‧步驟流程

圖1係繪示依據本發明一實施例之具多模式之電池管理系統的功能方塊圖。

圖2係繪示依據本發明一實施例之具多模式之電池管理系統其運作模式切換的狀態示意圖。

圖3係繪示依據本發明一實施例之具多模式之電池管理系統的切換方法的步驟流程圖。

MODE 1‧‧‧第一模式

MODE 2‧‧‧第二模式

MODE 3‧‧‧第三模式

Claims (9)

1. 一種具多模式之電池管理系統，電性連接於一充電電池組與一外部負載之間，其中該充電電池組包括至少一電池單元，該電池管理系統包括：一電池管理模組，電性連接該充電電池組，以監控與管理該充電電池組；一鑰匙開關，電性連接該電池管理模組，透過一鑰匙而選擇性地處於一第一狀態或一第二狀態；以及一開關模組，電性連接於該電池管理模組與該外部負載之間，該開關模組依據該鑰匙開關處於該第一狀態而導通對該外部負載之連結，或依據該鑰匙開關處於該第二狀態而斷開對該外部負載之連結；其中，該電池管理系統具有一第一模式、一第二模式與一第三模式，當該鑰匙開關處於該第一狀態時，該電池管理系統執行於該第一模式，當該鑰匙開關處於該第二狀態時，該電池管理系統由該第一模式切換至該第二模式，並在該電池管理系統於該第二模式超過一設定時間後切換至該第三模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具多模式之電池管理系統，其中於該第一模式時，該充電電池組透過該開關模組的導通而執行與該外部負載之間的充電程序與放電程序，於該第二模式時，該充電電池組透過該開關模組的斷開而停止與該外部負載之間的充電程序與放電程序，於該第三模式時，該電池管理模組斷開對該充電電池組之 連結，據以使該電池管理模組停止運作。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具多模式之電池管理系統，其中於該第三模式切換至該第一模式時，先導通該電池管理模組與該充電電池組之間的連結以喚醒該電池管理模組後，再使該電池管理模組控制該開關模組導通對該外部負載之連結。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具多模式之電池管理系統，其中該鑰匙開關於該第一狀態時，該電池管理模組控制該開關模組導通，於該第二狀態時，該電池管理模組控制該開關模組截止。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具多模式之電池管理系統，其中當該電池管理系統執行於該第二模式或該第三模式時，該電池管理系統更可透過電性連接一充電器並且進行充電，據以使該電池管理系統切換至該第一模式。
6. 一種具多模式之電池管理系統的切換方法，該電池管理系統電性連接於一充電電池組與一外部負載之間，其中該電池管理系統具有一第一模式、一第二模式與一第三模式，而該充電電池組包括至少一電池單元，所述的切換方法包括：提供一鑰匙開關，並透過一鑰匙而使該鑰匙開關選擇性地處於一第一狀態或一第二狀態；以及依據該鑰匙開關處於該第一狀態而導通該充電電池組與該外部負載之間的連結，或依據該鑰匙開關處於該第二狀態而斷開該充電電池組與該外部負載之間的連結，其中當該鑰匙開關處於該第一狀態時，該電池管理系統執行於該第一模式，當 該鑰匙開關處於該第二狀態時，該電池管理系統由該第一模式切換至該第二模式，並在該電池管理系統於該第二模式超過一設定時間後切換至該第三模式。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具多模式之電池管理系統的切換方法，其中於該第一模式時，控制該充電電池組執行與該外部負載之間的充電程序與放電程序，於該第二模式時，控制該充電電池組停止與該外部負載之間的充電程序與放電程序，於該第三模式時，斷開對該充電電池組之連結，據以使該電池管理系統停止運作。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具多模式之電池管理系統的切換方法，其中於該第三模式切換至該第一模式時，先導通該電池管理系統與該充電電池組之間的連結以喚醒該電池管理系統後，再使該電池管理系統導通對該外部負載之連結。
9. 如申請專利範圍第6項所述之具多模式之電池管理系統的切換方法，其中當該電池管理系統執行於該第二模式或該第三模式時，該電池管理系統更可透過電性連接一充電器並且進行充電，據以使該電池管理系統切換至該第一模式。