TWI501508B - 藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法與裝置 - Google Patents

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Description

藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法與裝置
本發明係有關於電源供應裝置，尤指一種藉助於可插入(Pluggable)機制來進行電池平衡(Balancing)控制之方法與裝置。
傳統的電源供應裝置諸如一備援電源供應器中通常設置有為了特殊目的之控制電路，以供對該傳統的電源供應裝置中之電池的某些運作進行控制。依據相關技術，該傳統的電源供應裝置當中之這樣的控制電路往往需要特別的設計，這會產生某些問題。例如：當該傳統的電源供應裝置之輸出電壓之規格需要的更動時，該控制電路必須對應地修改，而導致相關成本的增加。又例如：因應不同的使用者之需求而造成該控制電路之設計更新，會使得該傳統的電源供應裝置中之機構元件諸如某些外殼零件必須修改，而導致相關成本的增加。因此，需要一種新穎的方法於不產生任何副作用的狀況下加強電源供應裝置之相關控制、並且改善電源供應裝置之基本架構。
本發明之一目的在於提供一種藉助於可插入(Pluggable)機制來進行電池平衡(Balancing)控制之方法與裝置，以解決上述問題。
本發明之另一目的在於提供一種藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法與裝置，以在不產生任何副作用的狀況下以最經濟的方式實現一電池模組當中之一組電池單元(Battery Cell)之間的自動化平衡。
本發明之較佳實施例中提供一種藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟： 提供一可插入外接模組，其中該可插入外接模組包含一組外接平衡電路與一第一連接埠，而該組外接平衡電路分別對應於該電源供應裝置中之一特定電池模組之一組電池單元；以及於該特定電池模組之外殼上提供對應於該第一連接埠之一第二連接埠，容許該可插入外接模組藉助於該第一連接埠與該第二連接埠所形成之可插入機制來耦接至該特定電池模組，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
本發明於提供上述方法之同時，亦對應地提供一種藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之裝置，該裝置包含一電源供應裝置之至少一部分，該裝置包含有：一可插入外接模組，其中該可插入外接模組包含一組外接平衡電路與一第一連接埠。尤其是，該組外接平衡電路係用來進行平衡運作，其中該組外接平衡電路分別對應於該電源供應裝置中之一特定電池模組之一組電池單元。另外，該第一連接埠包含複數個端子，而該複數個端子係分別耦接至該組外接平衡電路。此外，該特定電池模組之外殼上設置有對應於該第一連接埠之一第二連接埠，容許該可插入外接模組藉助於該第一連接埠與該第二連接埠所形成之可插入機制來耦接至該特定電池模組，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
本發明於提供上述方法之同時，亦對應地提供一種藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之裝置，該裝置包含一電源供應裝置之至少一部分，該裝置包含有：一電源供應模組(Power Supply Module)，其中該電源供應模組包含一特定電池模組與一外殼。尤其是，該電源供應模組對應於該電源供應裝置之一可插入外接模組，而該可插入外接模組包含一組外接平衡電路與一第一連接埠。另外，該特定電池模組包含一組電池單元，其中該組外接平衡電路分別對應於該組電池單元。此外，該外殼上設置有對應於該第一連接埠之一第二連接埠，容許該可插入外接模組藉助於該第一連接埠與該第二連接埠所形成之可插入機制來耦接至該特定電池模組，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作，其中該第二連接埠包含複數個端子， 以及該複數個端子係分別耦接至該組電池單元。
本發明的好處之一是，所述之藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法與裝置能在不產生任何副作用的狀況下以最經濟的方式實現一電池模組當中之一組電池單元之間的自動化平衡，故本發明之方法與裝置能實現具備多電池單元的電源供應裝置之自我平衡。另外，本發明之方法與裝置能實現具備架構修改彈性的電源供應裝置，其中電源供應裝置中之電池模組數可於需要時機動地調整，並且，藉由利用上述之可插入外接模組，電源供應裝置中之任一電池模組的電路系統可於需要時修改或升級。因此，本發明之方法與裝置對於該電源供應裝置之製造、測試、安裝、使用、檢修(例如：抽換故障的電池模組)、彈性升級(例如：藉由新增或移除至少一電池模組來改變輸出電壓之規格；又例如：藉由新增或移除至少一可插入外接模組來修改使用者手中之任一電池模組的電路系統)均有極大的助益。
100‧‧‧藉助於可插入機制來進行電池平衡控 制之裝置
110‧‧‧上殼
112‧‧‧內部散熱器
114‧‧‧印刷電路板
1141,CONRJ45 ‧‧‧連接器
118‧‧‧外部散熱器
120‧‧‧下殼
130‧‧‧電池模組
140,142,152‧‧‧連接埠
150,550‧‧‧可插入外接模組
151-1,151-2,151-3,151-4,151-i,551-1,551-2,551-3,551-4,551-i‧‧‧外接平衡電路
200‧‧‧藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法
210,220‧‧‧步驟
310‧‧‧偵測電路
320‧‧‧電池管理電路
330-1,330-2,330-3,330-4‧‧‧內部平衡電路
410‧‧‧振盪器
420,620‧‧‧切換單元
B1,B2,B3,B4‧‧‧電池單元
C(1),C(2),C(3),C(4),C2(i)‧‧‧電容器
CB1,CB2,CB3,CB4,En(i),VBAT- ,VBAT+ ,VB0 ,VB1 ,VB2 ,VB3 ,VB4 ,VC0 ,VC1 ,VC2 ,VC3 ,VC4 ,VC (0),VC (1),VC (2),VC (3),VC (4),VD1 ,VD2 ,VD3 ,VD4 ,VD (1),VD (2),VD (3),VD (4),VC (i-1),VC (i),VD (i)‧‧‧端子
D(1),D(2),D(3),D(4)‧‧‧二極體
OP(i)‧‧‧運算放大器
Q(1),Q(2),Q(3),Q(4)‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
R0 (0),R0 (1),R0 (2),R0 (3),R0 (4),R1 (1),R1 (2),R1 (3),R1 (4),R2 (1),R2 (2),R2 (3),R2 (4), R1(i),R4(i),R5(i),R10(i)‧‧‧電阻器
VBS (i)‧‧‧電壓位準
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種藉助於可插入(Pluggable)機制來進行電池平衡(Balancing)控制之裝置的示意圖。
第2圖為依據本發明一實施例之一種藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法的流程圖。
第3圖繪示第2圖所示之方法於一實施例中所涉及之上殼、內部散熱器(Internal Heat Sink)、印刷電路板(Printed Circuit Board)、與連接器。
第4圖繪示第3圖所示之各個元件的組裝示意圖。
第5圖繪示第2圖所示之方法於第3圖所示實施例中所涉及之下殼與電池模組。
第6圖繪示第5圖所示之各個元件的組裝示意圖。
第7圖繪示第2圖所示之方法於第3圖所示實施例中所涉及之可插入外接模組。
第8圖繪示第4圖、第6圖、與第7圖所示之各個元件的組裝示意圖。
第9圖繪示第2圖所示之方法於另一實施例中所涉及之外部散熱器(External Heat Sink)。
第10圖繪示第2圖所示之方法於至少一較佳實施例中所涉及之內部電氣系統。
第11圖繪示第2圖所示之方法於第10圖所示實施例中所涉及之一組外接平衡電路。
第12圖繪示第11圖所示之該組外接平衡電路中之一外接平衡電路於一實施例中所涉及之某些實施細節。
第13圖繪示第12圖所示之振盪器於一實施例中所涉及之某些實施細節。
第14圖繪示第2圖所示之方法於另一實施例中所涉及之內部電氣系統。
第15圖繪示第2圖所示之方法於第14圖所示實施例中所涉及之一組外接平衡電路。
第16圖繪示第15圖所示之該組外接平衡電路中之一外接平衡電路於一實施例中所涉及之某些實施細節。
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種藉助於可插入(Pluggable)機制來進行電池平衡(Balancing)控制之裝置100的示意圖，其中裝置100包含一電源供應裝置之至少一部分(例如一部分或全部)，而該電源供應裝置的例子可包含(但不限於)備援電源供應器。例如：裝置100可包含該電源供應裝置之整體。又例如：裝置100可包含該電源供應裝置中之多個模組中之至少一者，諸如多個電源供應模組(Power Supply Module)中之至少一者。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明的某些實施例，諸如該第一實施例之某些變化例，裝置100可包含該電源供應裝置當中的電氣系統，而該電氣系統包含該電源供應裝置之至少一控制電路。依據本發明的某些實施例，諸如該第一實施例之某些其它變化例， 裝置100可代表該電氣系統當中除了電池之外的部分，諸如上述之至少一控制電路。依據本發明的某些實施例，諸如該第一實施例之某些其它變化例，裝置100可代表包含該電源供應裝置之一系統，而該電源供應裝置係為這個系統的子系統。
如第1圖所示，裝置100包含至少一外殼諸如一上殼110與一下殼120，且包含至少一連接埠，諸如一連接埠140與至少一其它連接埠142，且另包含設置於上述之至少一外殼當中之某些元件(未顯示於第1圖)，其中上述之至少一外殼以及其內之該些元件形成一個電源供應模組，其可作為上述多個電源供應模組中之任一者之一例。請注意，本實施例之連接埠140與其它連接埠142均設置於上述之至少一外殼諸如上殼110之上。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明的某些實施例，諸如該第一實施例之某些變化例，連接埠140與其它連接埠142中之至少一部分(例如一部分或全部)可設置於上述之至少一外殼諸如下殼120之上。另外，於第1圖所示之實施例中，連接埠140以及其它連接埠142可用來作為上述之至少一連接埠的例子。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明的某些實施例，諸如該第一實施例之某些變化例，連接埠140可用來作為上述之至少一連接埠的例子，其中在該些變化例當中，上述之至少一連接埠不包含其它連接埠142。
實作上，上述之多個電源供應模組中之每一電源供應模組可實施成為一個電池箱/電池盒(Battery Pack)，諸如第1圖所示之架構。如此，對使用者而言，上述之多個電源供應模組可分別視為具備獨立結構之模組。
第2圖為依據本發明一實施例之一種藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之方法200的流程圖。該方法可應用於第1圖所示之裝置100。該方法說明如下：於步驟210中，提供一可插入外接模組(未顯示於第2圖)，其中該可插入外接模組包含一組外接平衡電路與一第一連接埠，而該組外接平衡 電路分別對應於該電源供應裝置中之一特定電池模組(例如第1圖所示架構所代表之電源供應模組中之電池模組)之一組電池單元。該可插入外接模組之實施細節容後描述。
於步驟220中，於該特定電池模組之外殼(例如第1圖所示架構所代表之電源供應模組之上述至少一外殼，諸如上殼110)上提供對應於該第一連接埠之一第二連接埠(例如連接埠140)，容許該可插入外接模組藉助於該第一連接埠與該第二連接埠所形成之可插入機制來耦接至該特定電池模組，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
為了便於理解，請參考第3圖至第8圖。第3圖繪示第2圖所示之方法200於一實施例中所涉及之上殼110、內部散熱器(Internal Heat Sink)112、印刷電路板(Printed Circuit Board，可簡稱為「PCB」)114、與連接器CONRJ45 ，而第4圖則繪示第3圖所示之各個元件的組裝示意圖，其中本實施例之連接器CONRJ45 可為「RJ45」規格之連接器，諸如一般個人電腦上用來連接網路線之連接器。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，連接器CONRJ45 可代換為其它類型的連接器。另外，第5圖繪示第2圖所示之方法200於第3圖所示實施例中所涉及之下殼120與電池模組130，而第6圖則繪示第5圖所示之各個元件的組裝示意圖，其中電池模組130可為步驟210所述之該特定電池模組之一例。第5圖所示之電池模組130中之這組電池單元可包含彼此串聯之四個電池單元，而本實施例中之這組電池單元可為步驟210所述之該組電池單元之一例。此外，第7圖繪示第2圖所示之方法200於第3圖所示實施例中所涉及之可插入外接模組150，而第8圖則繪示第4圖、第6圖、與第7圖所示之各個元件的組裝示意圖，其中可插入外接模組150包含連接埠152。請注意，可插入外接模組150可為步驟210所述之該可插入外接模組之一例，而連接埠152可為步驟210所述之該第一連接埠之一例。
實作上，第3圖所示之連接器CONRJ45 之至少一部分於第4圖中 係暴露於上述之至少一外殼(諸如上殼110)之至少一開口，故如第4圖所示，上述之至少一外殼上設置有包含多個連接器{CONRJ45 }之連接埠142。相仿地，第3圖所示之另一連接器1141之至少一部分於第4圖中暴露於上述至少一外殼(諸如上殼110)之至少一開口，故如第4圖所示，上述至少一外殼上設置有對應於該第一連接埠之該第二連接埠，諸如包含連接器1141之連接埠140。
依據本實施例，裝置100可包含一電源供應模組，諸如第1圖所示架構所代表之電源供應模組，其中該電源供應模組包含該特定電池模組諸如第5圖所示之電池模組130，且另包含上述至少一外殼諸如上殼110與下殼120。尤其是，裝置100可包含步驟210所述之該可插入外接模組，諸如第7圖所示之可插入外接模組150，其中該電源供應模組對應於可插入外接模組150。例如：該第二連接埠諸如連接埠140可包含複數個端子，而該第二連接埠之該複數個端子可分別耦接至該組電池單元，諸如第5圖所示之電池模組130中之該組電池單元。另外，該第一連接埠諸如連接埠152可包含複數個端子，而該第一連接埠之該複數個端子可分別耦接至上述之該組外接平衡電路。如此，上述之至少一外殼(例如上殼110)上設置有對應於該第一連接埠之該第二連接埠，諸如對應於連接埠152之連接埠140，容許可插入外接模組150藉助於連接埠152與連接埠140所形成之該可插入機制來耦接至電池模組130，尤其是容許上述之該組外接平衡電路藉助於該可插入機制來分別耦接至電池模組130中之該組電池單元，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
如第3圖所示，裝置100包含內部散熱器112。如此，方法200可另包含：於上述之至少一外殼之內提供至少一內部散熱器，諸如內部散熱器112，容許上述之至少一外殼之內的至少一元件(例如一組內部平衡電路，其可用來對該組電池單元進行平衡運作)所產生的熱透過上述之至少一內部散熱器與上述之至少一外殼而消散(Dissipate)。於本實施例中，該組內部平 衡電路可設置於印刷電路板114。基於第3圖與第4圖所示之架構，內部散熱器112可從上述之至少一元件諸如該組內部平衡電路吸收熱，並且上述之至少一外殼諸如上殼110可從內部散熱器112吸收熱，以將熱消散至上述之至少一外殼之外。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據第3圖所示實施例之某些變化例，諸如第9圖所示之實施例，裝置100可包含一外部散熱器(External Heat Sink)118。如此，方法200可另包含：於上述之至少一外殼上提供至少一外部散熱器，諸如外部散熱器118，容許上述之至少一外殼之內的至少一元件(例如上述之該組內部平衡電路)所產生的熱透過上述之至少一內部散熱器、上述之至少一外殼、與上述之至少一外部散熱器而消散。尤其是，基於第3圖、第4圖、與第9圖所示之架構，內部散熱器112可從上述之至少一元件諸如該組內部平衡電路吸收熱，而上述之至少一外殼諸如上殼110可從內部散熱器112吸收熱，並且上述之至少一外部散熱器諸如外部散熱器118可從上述之至少一外殼諸如上殼110吸收熱，以將熱消散至上述之至少一外殼之外。
如第8圖所示，裝置100中之電源供應模組的數量可大於或等於一，且裝置100中之可插入外接模組的數量可大於或等於一。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明的某些實施例，諸如第3圖所示實施例之某些變化例，裝置100中之電源供應模組的數量可大於一。例如：該特定電池模組諸如電池模組130可為該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池模組中之一電池模組，而該組電池模組中之每一者係與該組電池模組中之任一其它電池模組彼此相同。尤其是，裝置100可包含該組電池模組各自所屬之複數個電源供應模組(諸如上述之多個電源供應模組)，其中該複數個電源供應模組中之每一者係與該複數個電源供應模組中之任一其它電源供應模組彼此相同。又例如：不但裝置100中之電源供應模組的數量可大於一，而且裝置100中之可插入外接模組的數量可大於一。尤其是，裝置100可包含分別對應於該複數個電源供應模組之複數個可插入外接模組，其中該 複數個可插入外接模組中之每一者係與該複數個可插入外接模組中之任一其它可插入外接模組彼此相同。
第10圖繪示第2圖所示之方法200於至少一較佳實施例中所涉及之內部電氣系統，其中連接埠140可包含一組端子{VC0 ,VC1 ,VC2 ,VC3 ,VC4 ,VD1 ,VD2 ,VD3 ,VD4 }，而該組端子{VC0 ,VC1 ,VC2 ,VC3 ,VC4 ,VD1 ,VD2 ,VD3 ,VD4 }中之至少一部分端子，諸如端子{VC0 ,VC1 ,VC2 ,VC3 ,VC4 }，可作為第3圖至第8圖所示之實施例所涉及之連接埠140之該複數個端子之一例。
依據第10圖所示之架構，該內部電氣系統包含一組電池單元{B1,B2,B3,B4}，而該組電池單元{B1,B2,B3,B4}可作為第3圖至第8圖所示之實施例所涉及之該組電池單元之一例，其中端子{VBAT- ,VBAT+ }可用來作為該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之整體的對外端子。當有需要時，端子VBAT- 可選擇性地接地。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。例如：在裝置100中之電源供應模組的數量大於一的狀況下，上述彼此串聯之該組電池模組當中最多只能有一組電池模組的端子VBAT- 可接地，而該組電池模組中之其它組電池模組可串聯於這一組電池模組(其端子VBAT- 可接地)之端子VBAT+ 。另外，端子{VB0 ,VB1 ,VB2 ,VB3 ,VB4 }可用來作為該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中之各個電池單元的對外端子。例如：端子{VB0 ,VB1 }可用來作為電池單元B1的對外端子。又例如：端子{VB1 ,VB2 }可用來作為電池單元B2的對外端子。又例如：端子{VB2 ,VB3 }可用來作為電池單元B3的對外端子。又例如：端子{VB3 ,VB4 }可用來作為電池單元B4的對外端子。
依據本實施例，該內部電氣系統可包含一偵測電路310以及一電池管理電路320，而電池管理電路320可依據偵測電路310對該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之偵測結果(諸如該組電池單元{B1,B2,B3,B4}的各個端子之電壓位準)進行該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之平衡控制。尤其是，偵測電路310可包含分別對應於該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之一組電容器{C(1),C(2),C(3),C(4)}，且可另包含一組電阻器{R0 (0),R0 (1),R0 (2),R0 (3),R0 (4)}， 其中該組電阻器{R0 (0),R0 (1),R0 (2),R0 (3),R0 (4)}係分別耦接於該組電池單元{B1,B2,B3,B4}的各個端子以及該組電容器{C(1),C(2),C(3),C(4)}的各個端子之間的一組電阻器{R0 (0),R0 (1),R0 (2),R0 (3),R0 (4)}之間。請注意，本實施例之電池管理電路320可利用至少一閘控邏輯電路(諸如一個或多個閘控邏輯電路)來實施，其中上述之至少一閘控邏輯電路(諸如該個或多個閘控邏輯電路)可包含複數個邏輯閘以及相關之控制電路。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明的某些實施例，諸如第10圖所示實施例之某些變化例，電池管理電路320可包含一微處理器及該微處理器之週邊電路。
另外，該內部電氣系統可另包含分別對應於該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之一組內部平衡電路{330-1,330-2,330-3,330-4}，而這組內部平衡電路{330-1,330-2,330-3,330-4}可作為第3圖至第8圖所示之實施例所涉及之該組內部平衡電路之一例。例如：對應於電池單元B1之內部平衡電路330-1可包含一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，以下簡稱為「MOSFET」)Q(1)以及複數個電阻器諸如電阻器{R1 (1),R2 (1)}，其中二極體(Diode)D(1)可實施為該MOSFET Q(1)內部之反向平行二極體(Anti-parallel Diode)，而端子CB1可用來控制該MOSFET Q(1)之閘極以選擇性地致能(Enable)或禁能(Disable)這個內部平衡電路330-1。又例如：對應於電池單元B2之內部平衡電路330-2可包含一MOSFET Q(2)以及複數個電阻器諸如電阻器{R1 (2),R2 (2)}，其中二極體D(2)可實施為該MOSFET Q(2)內部之反向平行二極體，而端子CB2可用來控制該MOSFET Q(2)之閘極以選擇性地致能或禁能這個內部平衡電路330-2。又例如：對應於電池單元B3之內部平衡電路330-3可包含一MOSFET Q(3)以及複數個電阻器諸如電阻器{R1 (3),R2 (3)}，其中二極體D(3)可實施為該MOSFET Q(3)內部之反向平行二極體，而端子CB3可用來控制該MOSFET Q(3)之閘極以選擇性地致能或禁能這個內部平衡電路330-3。又例如：對應於電池單元B4之內部 平衡電路330-4可包含一MOSFET Q(4)以及複數個電阻器諸如電阻器{R1 (4),R2 (4)}，其中二極體D(4)可實施為該MOSFET Q(4)內部之反向平行二極體，而端子CB4可用來控制該MOSFET Q(4)之閘極以選擇性地致能或禁能這個內部平衡電路330-4。
基於第10圖所示之架構，電池管理電路320可致能該組內部平衡電路{330-1,330-2,330-3,330-4}中之任一內部平衡電路，以消耗該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中對應的電池單元之能量。例如：當上述之偵測結果指出該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之某一個電池單元B_i的兩端子之間的跨壓超過該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之各自的兩端子之間跨壓的平均值時，電池管理電路320可致能該組內部平衡電路{330-1,330-2,330-3,330-4}當中對應於這一個電池單元B_i之內部平衡電路330-i，以利用電阻器R1 (i)消耗電池單元B_i之能量(及/或進行被動平衡運作)，其中索引i可為落入區間[1,4]的範圍之正整數。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明的某些實施例，諸如第10圖所示實施例之某些變化例，電池模組130中之電池單元的數量可予以變化，而對應之內部平衡電路的數量可等於電池模組130中之電池單元的數量，故索引i的範圍亦可對應地變化。
依據第10圖所示實施例之一變化例，當上述之偵測結果指出該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之某一個電池單元B_i的兩端子之間的跨壓超過該組電池單元{B1,B2,B3,B4}之各自的兩端子之間跨壓的平均值、並且這一個電池單元B_i的兩端子之間的跨壓減去該平均值所得的差值達到一預定門檻值時，電池管理電路320可致能該組內部平衡電路{330-1,330-2,330-3,330-4}當中對應於這一個電池單元B_i之內部平衡電路330-i，以利用電阻器R1 (i)消耗電池單元B_i之能量(及/或進行被動平衡運作)，其中索引i可為落入區間[1,4]的範圍之正整數。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據第10圖所示實施例之另一變化例，電池模組130中之電池單元的數量可予以變化，而對應之內部平衡電路的數量可等於電池模組130中之 電池單元的數量，故索引i的範圍亦可對應地變化。
實作上，於第10圖所示實施例中，電阻器{R0 (0),R0 (1),R0 (2),R0 (3),R0 (4)}各自的電阻值可分別等於510歐姆(Ohm)，而電阻器{R1 (1),R1 (2),R1 (3),R1 (4)}各自的電阻值可分別等於13.3歐姆，且電阻器{R2 (1),R2 (2),R2 (3),R2 (4)}各自的電阻值可分別等於1K歐姆，其中符號「K」代表103 。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據第10圖所示實施例之某些變化例，這些電阻器中之至少一部分電阻器(例如：電阻器{R0 (0),R0 (1),R0 (2),R0 (3),R0 (4)}、電阻器{R1 (1),R1 (2),R1 (3),R1 (4)}、或電阻器{R2 (1),R2 (2),R2 (3),R2 (4)}；又例如：電阻器{R0 (0),R0 (1),R0 (2),R0 (3),R0 (4),R1 (1),R1 (2),R1 (3),R1 (4),R2 (1),R2 (2),R2 (3),R2 (4)})的電阻值可予以變化。
另外，如第3圖至第8圖所示之實施例所揭露，上述之至少一外殼之內的該些元件包含上述之該組內部平衡電路；而裝置100可包含至少一判斷電路(未顯示於第10圖)，其可用來依據可插入外接模組150是否耦接至該特定電池模組諸如電池模組130，選擇性地禁能該組內部平衡電路。例如：上述之至少一判斷電路可設置於上述之至少一外殼之內(尤其是位於第1圖所示架構所代表之電源供應模組當中)。尤其是，當偵測到可插入外接模組150耦接至該特定電池模組諸如電池模組130時，上述之至少一判斷電路可禁能該組內部平衡電路；否則，上述之至少一判斷電路可選擇性地致能該組內部平衡電路，以利用組內部平衡電路進行平衡運作。實作上，在上述之至少一判斷電路係設置於上述之至少一外殼之內的狀況下，上述之至少一判斷電路可藉由利用電池管理電路320來實施，並且，舉例來說，上述之至少一判斷電路可整合進上述之至少一閘控邏輯電路。又例如：上述之至少一判斷電路可設置於可插入外接模組150之內。尤其是，當偵測到可插入外接模組150耦接至該特定電池模組諸如電池模組130時，上述之至少一判斷電路可禁能該組內部平衡電路。如此，方法200可另包含：於上述之至少一外殼之內設置前述之該組內部平衡電路(即第3圖至第8圖所示之實施例所涉及 之該組電池單元)，諸如第10圖所示之架構中之該組內部平衡電路{330-1,330-2,330-3,330-4}，以供在可插入外接模組150未藉助於該可插入機制來耦接至該特定電池模組諸如電池模組130的狀況下，利用該組內部平衡電路對該組電池單元{B1,B2,B3,B4}進行平衡運作。例如：該組內部平衡電路可為「被動平衡電路」(其可稱為無源平衡電路，諸如於對電池進行平衡運作時不需要電源之平衡電路)，而步驟210所述之該組外接平衡電路可為「主動平衡電路」(其可稱為有源平衡電路，諸如能進行監控以決定是否對電池進行平衡運作之平衡電路、及/或於監控或對電池進行平衡運作時需要電源之平衡電路)，其中第10圖所示之架構中之該組內部平衡電路{330-1,330-2,330-3,330-4}可作為被動平衡電路的例子。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該組內部平衡電路之架構可予以變化。例如：該組內部平衡電路可包含至少一主動平衡電路。又例如：該組內部平衡電路可包含至少一主動平衡電路與至少一被動平衡電路。依據本實施例之某些其它變化例，不論可插入外接模組150是否藉助於該可插入機制來耦接至該特定電池模組諸如電池模組130，該組內部平衡電路均可對該組電池單元{B1,B2,B3,B4}進行平衡運作。
依據本實施例之某些其它變化例，上述之至少一判斷電路可用來依據可插入外接模組150是否耦接至該特定電池模組諸如電池模組130，選擇性地致能該組外接平衡電路之至少一部分。例如：上述之至少一判斷電路可設置於上述之至少一外殼之內(尤其是位於第1圖所示架構所代表之電源供應模組當中)。又例如：上述之至少一判斷電路可設置於可插入外接模組150之內。如此，方法200可另包含：於可插入外接模組150或上述之至少一外殼之內提供上述之至少一判斷電路，以供決定是否致能該組外接平衡電路之至少一部分。實作上，當偵測到可插入外接模組150耦接至該特定電池模組諸如電池模組130時，上述之至少一判斷電路致能該組外接平衡電路之該至少一部分。
第11圖繪示第2圖所示之方法200於第10圖所示實施例中所涉及之一組外接平衡電路{151-1,151-2,151-3,151-4}，其中連接埠152可包含一組端子{VC (0),VC (1),VC (2),VC (3),VC (4),VD (1),VD (2),VD (3),VD (4)}，而該組端子{VC (0),VC (1),VC (2),VC (3),VC (4),VD (1),VD (2),VD (3),VD (4)}中之至少一部分端子，諸如端子{VC (0),VC (1),VC (2),VC (3),VC (4)}，可作為第3圖至第8圖所示之實施例所涉及之連接埠152之該複數個端子之一例。另外，本實施例之該組外接平衡電路{151-1,151-2,151-3,151-4}可作為步驟210所述之該組外接平衡電路的例子。
依據第11圖所示之架構，連接埠152之該組端子{VC (0),VC (1),VC (2),VC (3),VC (4),VD (1),VD (2),VD (3),VD (4)}分別對應於連接埠140之該組端子{VC0 ,VC1 ,VC2 ,VC3 ,VC4 ,VD1 ,VD2 ,VD3 ,VD4 }。在可插入外接模組150藉助於該可插入機制來耦接至該特定電池模組諸如電池模組130的狀況下，連接埠152之該組端子{VC (0),VC (1),VC (2),VC (3),VC (4),VD (1),VD (2),VD (3),VD (4)}分別電氣連接至連接埠140之該組端子{VC0 ,VC1 ,VC2 ,VC3 ,VC4 ,VD1 ,VD2 ,VD3 ,VD4 }。
第12圖繪示第11圖所示之該組外接平衡電路{151-1,151-2,151-3,151-4}中之一外接平衡電路151-i於一實施例中所涉及之某些實施細節，其中索引i可為落入區間[1,4]的範圍之正整數。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明的某些實施例，諸如第10圖所示實施例之某些變化例，電池模組130中之電池單元的數量可予以變化，而對應之外接平衡電路的數量可等於電池模組130中之電池單元的數量，故索引i的範圍亦可對應地變化。
如第12圖所示，外接平衡電路151-i可包含振盪器410、切換單元420、複數個電容器、複數個MOSFET、至少一線圈、複數個雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor，可簡稱為「BJT」)、複數個電阻器諸如電阻器R10(i)...等。振盪器410可用來產生一振盪訊號，而切換單元420可依 據端子En(i)上之控制訊號是否處於一低位準來選擇性地將振盪器410之輸出端子導通至下一級，其中這個控制訊號之低位準、高位準可分別用來使切換單元420閉路(Close)、開路(Open)。例如：當這個控制訊號處於低位準時，切換單元420處於閉路狀態(於第12圖中係標示為「關」)，使得振盪器410之輸出端子導通至下一級。又例如：當這個控制訊號處於高位準時，切換單元420處於開路狀態(於第12圖中係標示為「開」)，使得振盪器410之輸出端子不能導通至下一級。上述之端子En(i)可用來作為致能端子。由於端子En(i)係電氣連接至連接埠152之該組端子{VC (0),VC (1),VC (2),VC (3),VC (4),VD (1),VD (2),VD (3),VD (4)}中之端子VD (i)，故在可插入外接模組150藉助於該可插入機制來耦接至該特定電池模組諸如電池模組130的狀況下，端子En(i)可透過端子VD (i)電氣連接至連接埠140之該組端子{VC0 ,VC1 ,VC2 ,VC3 ,VC4 ,VD1 ,VD2 ,VD3 ,VD4 }中之對應的端子VDi 。另外，為了便於理解，外接平衡電路151-i中之某些訊號路徑上標示有訊號波形的符號。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。此外，第12圖的左上角所示之電容器之正端子上之電壓位準VBS (i)可用來作為振盪器410的電源，而這個電容器與端子VC (i)之間的路徑上之MOSFET可視為振盪器410的電源之開關，其中在這個MOSFET被端子En(i)上之該控制訊號開啟的狀況下，維持電壓位準VBS (i)所需之電能可透過連接埠140與152取自該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中對應於外接平衡電路151-i之電池單元B_i。請注意，外接平衡電路151-i中繪示了另一種接地符號(其有別於第10圖的最下面所示之接地符號)，其中該另一種接地符號代表外接平衡電路151-i的局部接地(Local Ground)，而非裝置100之廣域接地(Global Ground)。為了避免影響裝置100之正常運作，該組外接平衡電路{151-1,151-2,151-3,151-4}各自的局部接地不可彼此相連。
第12圖所示架構中的其它部分係用來進行平衡運作，尤其是主動平衡運作。例如：外接平衡電路151-i可利用第12圖的左上角所示之線圈，將對應的電池單元B_i之能量傳送予該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之其它 電池單元中之至少一部分電池單元(諸如上述之其它電池單元中之一個或多個電池單元)。又例如：外接平衡電路151-i可利用第12圖的左上角所示之線圈，將能量輸入至對應的電池單元B_i，尤其是將能量從該組電池單元{B1,B2,B3,B4}中之其它電池單元中之至少一部分電池單元(諸如上述之其它電池單元中之一個或多個電池單元)傳送予對應的電池單元B_i。
請注意，如前面所述，第12圖的左上角所示之電容器之正端子上之電壓位準VBS (i)可用來作為振盪器410的電源，而這個電容器與端子VC (i)之間的路徑上之MOSFET可視為振盪器410的電源之開關。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，設置這個開關是不必要的，並且原本位於這個開關之左、右兩側的連接線改成彼此導通。尤其是，本變化例中不必設置這個MOSFET以及這個MOSFET上方之二極體，其中維持電壓位準VBS (i)所需之電能可隨時透過連接埠140與152取自該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中對應於外接平衡電路151-i之電池單元B_i。
第13圖繪示第12圖所示之振盪器410於一實施例中所涉及之某些實施細節。本實施例之振盪器410可包含至少一電容器諸如電容器C2(i)、至少一運算放大器OP(i)、複數個電阻器諸如電阻器{R1(i),R4(i),R5(i)}...等，而第12圖的左上角所示之電容器的正端子上之電壓位準VBS (i)可用來作為運算放大器OP(i)的電源，並且電阻器R5(i)係耦接至一預定電壓位準諸如3.3 V之電壓位準，其中符號「V」代表伏特(Volt)。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，振盪器410之架構可以予以變化。
請注意，第13圖的左上角所示之電容器之正端子上之電壓位準VBS (i)可用來作為運算放大器OP(i)的電源，而這個電容器與端子VC (i)之間的路徑上之MOSFET可視為運算放大器OP(i)的電源之開關。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，設置這個開關是不必要的，並且原本位於這個開關之左、右兩側的連接線改成彼此導通。 尤其是，本變化例中不必設置這個MOSFET以及這個MOSFET上方之二極體，其中維持電壓位準VBS (i)所需之電能可隨時透過連接埠140與152取自該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中對應於外接平衡電路151-i之電池單元B_i。
第14圖繪示第2圖所示之方法200於另一實施例中所涉及之內部電氣系統。相較於第10圖所示之架構，本實施例中之端子{VD1 ,VD2 ,VD3 ,VD4 }係分別電氣連接至上述之端子{CB1,CB2,CB3,CB4}，而非分別直接連接至電阻器{R1 (1),R1 (2),R1 (3),R1 (4)}的端子。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
第15圖繪示第2圖所示之方法200於第14圖所示實施例中所涉及之一組外接平衡電路{551-1,551-2,551-3,551-4}。本實施例之連接埠152可等同於第11圖所示之實施例中之連接埠152。另外，因應第14圖所示之架構的改變，上述之該組外接平衡電路也對應地變化，故上述之可插入外接模組改標示為550，其中本實施例之該組外接平衡電路{551-1,551-2,551-3,551-4}可作為步驟210所述之該組外接平衡電路的例子。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
第16圖繪示第15圖所示之該組外接平衡電路{551-1,551-2,551-3,551-4}中之一外接平衡電路551-i於一實施例中所涉及之某些實施細節。相較於第12圖所示之架構，上述之切換單元420於本實施例中係被代換為切換單元620，以因應其控制訊號的改變。尤其是，切換單元620可依據端子En(i)上之控制訊號是否處於一高位準來選擇性地將振盪器410之輸出端子導通至下一級，其中這個控制訊號之高位準、低位準可分別用來使切換單元620閉路(Close)、開路(Open)。例如：當這個控制訊號處於高位準時，切換單元620處於閉路狀態(於第16圖中係標示為「關」)，使得振盪器610之輸出端子導通至下一級。又例如：當這個控制訊號處於低位準時，切換單元620處於開路狀態(於第16圖中係標示為「開」)，使得振盪器610之輸出端子不能導通至下一級。另外，相較於第12圖所示之架構，第16圖的左上角所示之 MOSFET的閘極以及端子En(i)之間設置有一反向器，其中在這個MOSFET被端子En(i)上之該控制訊號之反向訊號開啟的狀況下，維持電壓位準VBS (i)所需之電能可透過連接埠140與152取自該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中對應於外接平衡電路551-i之電池單元B_i。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
請注意，第16圖的左上角所示之電容器之正端子上之電壓位準VBS (i)可用來作為振盪器410的電源，而這個電容器與端子VC (i)之間的路徑上之MOSFET可視為振盪器410的電源之開關。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，設置這個開關是不必要的，並且原本位於這個開關之左、右兩側的連接線改成彼此導通。尤其是，本變化例中不必設置這個MOSFET、這個MOSFET上方之二極體、以及上述之反向器，其中維持電壓位準VBS (i)所需之電能可隨時透過連接埠140與152取自該組電池單元{B1,B2,B3,B4}當中對應於外接平衡電路551-i之電池單元B_i。
100‧‧‧藉助於可插入機制來進行電池平衡控制之裝置
110‧‧‧上殼
120‧‧‧下殼
150‧‧‧可插入外接模組

Claims (19)

  1. 一種藉助於可插入(Pluggable)機制來進行電池平衡(Balancing)控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟：提供一可插入外接模組，其中該可插入外接模組包含一組外接平衡電路與一第一連接埠，而該組外接平衡電路分別對應於該電源供應裝置中之一特定電池模組之一組電池單元(Battery Cell)；以及於該特定電池模組之外殼上提供對應於該第一連接埠之一第二連接埠，容許該可插入外接模組藉助於該第一連接埠與該特定電池模組之該外殼之該第二連接埠形成可拆式耦接，並利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於該特定電池模組之該外殼上提供對應於該第一連接埠之該第二連接埠之步驟另包含：於該特定電池模組之該外殼上提供對應於該第一連接埠之該第二連接埠，容許該組外接平衡電路藉助於該可插入機制來分別耦接至該組電池單元，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其另包含：於該特定電池模組之該外殼之內提供至少一內部散熱器(Internal Heat Sink)，容許該特定電池模組之該外殼之內的至少一元件所產生的熱透過該至少一內部散熱器與該特定電池模組之該外殼而消散(Dissipate)；以及於該特定電池模組之該外殼上提供至少一外部散熱器(External Heat Sink)，容許該特定電池模組之該外殼之內的至少一元件所產生的 熱透過該至少一內部散熱器、該特定電池模組之該外殼、與該至少一外部散熱器而消散。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其另包含：於該特定電池模組之該外殼之內設置一組內部平衡電路，以供在該可插入外接模組未藉助於該可插入機制來耦接至該特定電池模組的狀況下，利用該組內部平衡電路對該組電池單元進行平衡運作，其中該組內部平衡電路分別對應於該組電池單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其另包含：依據該可插入外接模組是否耦接至該特定電池模組，選擇性地禁能(Disable)該組內部平衡電路。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其另包含：於該可插入外接模組之內或該特定電池模組之該外殼之內提供至少一判斷電路，以供決定是否致能(Enable)該組外接平衡電路之至少一部分。
  7. 一種藉助於可插入(Pluggable)機制來進行電池平衡(Balancing)控制之裝置，該裝置包含一電源供應裝置之至少一部分，該裝置包含有：一可插入外接模組，其中該可插入外接模組包含：一組外接平衡電路，用來進行平衡運作，其中該組外接平衡電路分別對應於該電源供應裝置中之一特定電池模組之一組電池單元(Battery Cell)；以及一第一連接埠，其中該第一連接埠包含複數個端子，而該複數個端子係分別耦接至該組外接平衡電路； 其中該特定電池模組之外殼上設置有對應於該第一連接埠之一第二連接埠，容許該可插入外接模組藉助於該第一連接埠與該特定電池模組之該外殼之該第二連接埠形成可拆式耦接，並利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中於該特定電池模組之該外殼上設置有對應於該第一連接埠之該第二連接埠，容許該組外接平衡電路藉助於該可插入機制來分別耦接至該組電池單元，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中於該可插入外接模組之內或該特定電池模組之該外殼之內設置有至少一判斷電路，而該至少一判斷電路係用來決定是否致能(Enable)該組外接平衡電路之至少一部分。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中於該特定電池模組之該外殼之內設置有一組內部平衡電路，以供在該可插入外接模組未藉助於該可插入機制來耦接至該特定電池模組的狀況下，利用該組內部平衡電路對該組電池單元進行平衡運作；以及該至少一判斷電路另用來依據該可插入外接模組是否耦接至該特定電池模組，選擇性地禁能(Disable)該組內部平衡電路。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其包含：一電源供應模組(Power Supply Module)，其中該電源供應模組包含：該特定電池模組；該特定電池模組之該外殼；以及一組內部平衡電路，設置於該特定電池模組之該外殼之內，用來 對該組電池單元進行平衡運作。
  12. 一種藉助於可插入(Pluggable)機制來進行電池平衡(Balancing)控制之裝置，該裝置包含一電源供應裝置之至少一部分，該裝置包含有：一電源供應模組(Power Supply Module)，其中該電源供應模組對應於該電源供應裝置之一可插入外接模組，而該可插入外接模組包含一組外接平衡電路與一第一連接埠，以及該電源供應模組包含：一特定電池模組，該特定電池模組包含一組電池單元(Battery Cell)，其中該組外接平衡電路分別對應於該組電池單元；以及該特定電池模組之一外殼，該外殼上設置有對應於該第一連接埠之一第二連接埠，容許該可插入外接模組藉助於該第一連接埠與該特定電池模組之該外殼之該第二連接埠形成可拆式耦接，並利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作，其中該第二連接埠包含複數個端子，以及該複數個端子係分別耦接至該組電池單元。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該外殼上設置有對應於該第一連接埠之一第二連接埠，容許該組外接平衡電路藉助於該可插入機制來分別耦接至該組電池單元，以利用該組外接平衡電路對該組電池單元進行平衡運作。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該電源供應模組另包含：至少一內部散熱器(Internal Heat Sink)，設置於該特定電池模組之該外殼之內，容許該特定電池模組之該外殼之內的至少一元件所產生的熱透過該至少一內部散熱器與該特定電池模組之該外殼而消散 (Dissipate)。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該電源供應模組另包含：至少一外部散熱器(External Heat Sink)，設置於該特定電池模組之該外殼上，容許該特定電池模組之該外殼之內的至少一元件所產生的熱透過該至少一內部散熱器、該特定電池模組之該外殼、與該至少一外部散熱器而消散。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該電源供應模組另包含：一組內部平衡電路，耦接至該組電池單元，用來在該可插入外接模組未藉助於該可插入機制來耦接至該特定電池模組的狀況下，對該組電池單元進行平衡運作，其中該組內部平衡電路分別對應於該組電池單元。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中於該可插入外接模組之內或該特定電池模組之該外殼之內設置有至少一判斷電路，而該至少一判斷電路係用來決定是否致能(Enable)該組外接平衡電路之至少一部分；以及依據該可插入外接模組是否耦接至該特定電池模組，該組內部平衡電路被該至少一判斷電路選擇性地禁能(Disable)。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其另包含：該可插入外接模組。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該特定電池模組係為該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池模組中之一電池模組，而該組電池模組中之每一者係與該組電池模組中之任一其它電池模組彼此相同；以及該 裝置包含：該組電池模組各自所屬之複數個電源供應模組，而該複數個電源供應模組中之每一者係與該複數個電源供應模組中之任一其它電源供應模組彼此相同。
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