TWI502849B - 矩陣式充電裝置與充電方法 - Google Patents

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Description

矩陣式充電裝置與充電方法
本揭露是有關於一種矩陣式充電裝置與充電方法。
有許多用電裝置(例如手持式電子裝置、電動汽車或是其他配置電池的裝置)皆需仰賴電池供電。一般而言，所述電池可以將多個電池模組相互串接為至少一個電池模組串，以供應所述用電裝置所需的電壓準位。在所述用電裝置消耗了此電池模組串的電能後，傳統充電裝置是使用單一個充電器對此電池模組串進行充電。然而，由於此電池模組串中不同電池模組的特性差異，往往造成這些電池模組之間的充/放電差異，例如充電不足或過充電等。
因此，充電裝置除了要完成對電池模組串進行充電外，還要進行電池等化。傳統充電裝置除了充電器外，還針對電池模組串中的每一個電池模組分別配置了一個對應的監測/等化電路(調控邏輯)，以便監測/等化每一個電池模組的充電狀況，以及控制整串電池模組的匹配或等化。這些額外的監測/等化電路往往增 加了傳統充電裝置的成本。再者，對此電池模組串進行充電的所述單一個充電器為了要供應此電池模組串的高充電電壓，使得所述單一個充電器的成本居高不下。
本揭露提供一種充電裝置與充電方法，使用多個充電器對相互串聯的多個電池模組進行充/放電同時完成電池等化。
本揭露提出一種充電裝置，其適用於對一電池模組串進行充放電。此電池模組串包含相互串聯的多個電池模組。此充電裝置包括多個充電器，這些充電器被至少分群為第一充電器群以及第二充電器群，而這些充電器至少包括第一充電器與第二充電器。第一充電器被分群於所述第一充電器群中。第一充電器的充電電流輸出端耦接至這些電池模組中的第i個電池模組的正端，而第一充電器的充電電流輸入端耦接至這些電池模組中的第j個電池模組與第k個電池模組之間的第一節點，其中所述i、j、k為整數，且j介於i與k之間。第二充電器被分群於所述第二充電器群中。第二充電器的充電電流輸出端耦接至所述第i個電池模組與所述第j個電池模組之間的第二節點，而第二充電器的充電電流輸入端耦接至所述第k個電池模組的負端。
本揭露提出一種充電方法，包括：將多個充電器至少分群為第一充電器群以及第二充電器群，其中該第一充電器群至少包含第一充電器，而該第二充電器群至少包含第二充電器；以及 將該第一充電器群與該第二充電器群耦接至一電池模組串，以對該電池模組串進行充放電；其中該電池模組串包含相互串聯的多個電池模組；其中該第一充電器的充電電流輸出端耦接至該些電池模組中的第i個電池模組的正端，而該第一充電器的充電電流輸入端耦接至該些電池模組中的第j個電池模組與第k個電池模組之間的第一節點(其中所述i、j、k為整數，且j介於i與k之間)；以及其中該第二充電器的充電電流輸出端耦接至所述第i個電池模組與所述第j個電池模組之間的第二節點，而該第二充電器的充電電流輸入端耦接至該第k個電池模組的負端。
本揭露提出一種充電方法，包括：對於多個充電器的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至一電池模組串，其中該電池模組串的多個電池模組的每一電池模組接受該些充電器的至少一充電器的充放電操作；以及將這些充電器至少分群為第一充電器群以及第二充電器群，其中所述第一充電器群的第一充電組合不同於所述第二充電器群的第二充電組合。所述第一充電組合指出這些電池模組中每一電池模組被所述第一充電器群的幾個充電器充電，而所述第二充電組合指出這些電池模組中每一電池模組被所述第二充電器群的幾個充電器充電。
基於上述，本揭露實施例所述充電裝置與充電方法可以提供一種充電架構。此充電架構藉由多個充電器對相互串聯的多個電池模組進行充/放電，同時完成電池等化。因此，本揭露實施 例所述充電裝置與充電方法可以不需要額外的等化或監測電路。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧電池模組串
10_1、10_2、10_3、10_4、10_i、10_j、10_k、10_n‧‧‧電池模組
100_1、100_2、100_3、100_4、100_5、100_a、100_b、100_c、100_d、100_m‧‧‧充電器
110‧‧‧第一充電器群
120‧‧‧第二充電器群
APS ‧‧‧配置矩陣
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
R1、R2‧‧‧電阻
S410~S440‧‧‧步驟
圖1是依照本揭露的實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。
圖2是依照本揭露的另一實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。
圖3是以電池模組串具有4個電池模組為例，說明充電器對電池模組串的所有連接樣式示意圖。
圖4是依照本揭露的實施例說明一種充電方法的流程示意圖。
圖5是依照本揭露的又一實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。
圖6是依照本揭露的實施例說明圖5所示充電裝置的實驗結果示意圖。
圖7是依照本揭露的更一實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。
在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。
圖1是依照本揭露的實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。圖1所示充電裝置可以對電池模組串10進行充放電。電池模組串10包含相互串聯的n個電池模組10_1、10_2、…、10_i、…、10_j、…、10_k、…、10_n，如圖1所示。其中，i、j、k、n為整數，i、j、k皆小於n，且j介於i與k之間。電池模組10_1~10_n可以是單一個電池胞(電池芯單體)，也可以是多個電池胞所組成的電池芯組。另外，電池模組10_1~10_n可以不含電池監控電路，也可以各自包含專用的電池監控電路。當電池模組10_1~10_n各自包含專用的電池監控電路時，這些電池監控電路的操作可以彼此獨立。
假設圖1所示的充電裝置只採用單一個充電器，則此單一個充電器的充電電流輸出端與充電電流輸入端必須各自耦接至第一個電池模組10_1的正端(陽極)與最後一個電池模組10_n的負端(陰極)。因此，此單一個充電器的充電電壓必須被設定為 大於或等於這n個電池模組10_1~10_n額定電壓的總和。可想而知，可以供應如此高壓的所述單一個充電器，其造價必定昂貴。
因此，圖1所示充電裝置採用多個充電器。圖1所示的充電裝置包括m個充電器100_1、…、100_a、…、100_b、…、100_c、…、100_d、…、100_m。其中，a、b、c、d、m為整數，且a、b、c、d皆小於m。這些充電器100_1~100_m可以被分為二或更多個充電器群。例如，於本實施例中充電器100_1~100_m被分群為第一充電器群110以及第二充電器群120。充電器100_1~100_a~100_b被分群於第一充電器群110中，而充電器100_c~100_d~100_m被分群於第二充電器群120中。第一充電器群110以及第二充電器群120的實際充電器數量不應受限於圖1。例如，以四個充電器為例，第一充電器群110以及第二充電器群120的充電器數量可以分別為一個充電器與三個充電器，也可以分別為二個充電器與二個充電器。
充電器100_1~100_m的充電電流輸出端與充電電流輸入端各自耦接至電池模組10_1~10_n中對應的電池模組。例如，充電器100_a的充電電流輸出端耦接至電池模組10_1~10_n中的第i個電池模組10_i的正端(陽極)，而充電器100_a的充電電流輸入端耦接至電池模組10_1~10_n中的第j個電池模組10_j與第k個電池模組10_k之間的第一節點N1。充電器100_d的充電電流輸出端耦接至所述第i個電池模組10_i與所述第j個電池模組10_j之間的第二節點N2，而充電器100_d的充電電流輸入端耦接至所 述第k個電池模組10_k的負端(陰極)。
充電器100_1~100_m的數量m大於或等於電池模組10_1~10_n的數量n。這些充電器100_1~100_m對電池模組10_1~10_n所進行的充放電操作是相互獨立。這些充電器100_1~100_m各自以定電流(constant current,CC)及/或定電壓(constant voltage,CV)方式對電池模組10_1~10_n中的對應電池模組進行充放電操作。本實施例並不限制充電器100_1~100_m的實現方式。例如，充電器100_1~100_m中任何一個可以是電源供應器(power supply unit)、雙極性電源供應器(bipolar power supply unit)、直流至直流轉換器(DC-DC convertor)、交流至直流轉換器(AC-DC convertor)、電壓調整器(voltage regulator)或是其他充放電電路。在一些實施例中，充電器100_1~100_m的內部電路結構可以是相同的。在另一些實施例中，充電器100_1~100_m中部份或全部充電器的內部電路結構可以是互不相同的。
充電器100_1~100_m與電池模組10_1~10_n之間的配置關係(充電關係)可以用一配置矩陣A表示。因此，配置矩陣A為m*n矩陣，其中m為充電器100_1~100_m的數量，n為電池模組10_1~10_n的數量。其中，配置矩陣A的第x行(column)代表第x個充電器100_x可以對哪些電池模組充放電，而配置矩陣A的第y個列(row)代表第y個電池模組10_y被哪幾個充電器充放電。當以配置矩陣A表示充電器100_1~100_m與電池模組10_1~10_n之間的充電關係時，配置矩陣A為滿秩(full rank) 矩陣。例如，配置矩陣A可以是單位矩陣(identity matrix)或其他滿秩矩陣。配置矩陣A滿足等式(1)，其中X為充電器100_1~100_m的瞬時電量向量(vector)，而Y為電池模組10_1~10_n的瞬時電壓改變量向量。上述矩陣A、X與Y的相關範例容後詳述。
AX=Y (1)
圖1所示充電裝置的充電器100_1~100_m可以藉由分散且交錯式(矩陣式)連接電池模組10_1~10_n，同時完成充電以及電池等化。每一個充電器只要管好自己的工作即可，而不需與其他充電器協同運作。圖1所示充電裝置可以藉由矩陣式架構設計而達成智慧調控。
以四串一並(4S1P)電池組矩陣式充電架構為例。圖2是依照本揭露的另一實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。圖2所示實施例與圖1所示實施例可以相互參照相關說明而類推之。請參照圖2，於本實施例中，充電裝置包括四個充電器100_1、100_2、100_3與100_4(即m=4)，而電池模組串10包含相互串聯的四個電池模組10_1、10_2、10_3與10_4(即n=4)。這些充電器100_1~100_4可以被分群為第一充電器群110以及第二充電器群120。其中，例如，充電器100_1與100_2被分群於第一充電器群110中，而充電器100_3與100_4被分群於第二充電器群120中。
依據圖2所示充電器100_1~100_4與電池模組10_1~10_4之間的配置關係，充電器100_1的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_1與10_2二者額定電壓的總和，充電器100_2的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_3與10_4二者額定電壓的總和，充電器100_3的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_1、10_2與10_3三者額定電壓的總和，而充電器100_4的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_2、10_3與10_4三者額定電壓的總和。這些充電器100_1~100_4對電池模組10_1~10_4所進行的充放電操作是相互獨立，而不需與其他充電器協同運作。例如，充電器100_1可以量測電池串(電池模組10_1與10_2)的電壓，當電池串(電池模組10_1與10_2)的電壓太低時，充電器100_1可以對電池串(電池模組10_1與10_2)進行充電，當電池串(電池模組10_1與10_2)的電壓太高時，充電器100_1可以對電池串(電池模組10_1與10_2)進行放電。其餘充電器100_2~100_4的充放電操作可以依此類推。最終，每一個電池模組10_1~10_4的電壓可以達到目標電壓值且等化。
依據圖2所示充電器100_1~100_4與電池模組10_1~10_4之間的配置關係(充電關係)，因此圖2所示充電裝置的配置矩陣A可以表示如等式(2)所示，充電器100_1~100_4的瞬時電量向量X可以表示如等式(3)所示，而電池模組10_1~10_4的瞬時電壓改變量向量Y可以表示如等式(4)所示。其中矩陣A、 X與Y的關係可以表示如等式(5)所示。
等式(2)所示配置矩陣A中第一行第一列的「1」表示第一個充電器100_1與第一個電池模組10_1之間具有充電關係，即第一個充電器100_1的充電電流可以直接或間接供應給第一個電池模組10_1。等式(2)所示配置矩陣A中第一行第四列的「0」表示第一個充電器100_1與第四個電池模組10_4之間不具有充電關係。配置矩陣A中的其他元素可以依此類推。
於等式(3)所示充電器100_1~100_4的瞬時電量向量X中，I 1 表示第一個充電器100_1所輸出的充電電流值，I 1 t 1 表示第一個充電器100_1在時間t 1 期間所輸出的充電電量。瞬時電量向量X中的其他元素可以依此類推。
於等式(4)所示電池模組10_1~10_4的瞬時電壓改變量向量Y中，C 1 表示第一個電池模組10_1的電容值，△V 1 表示第一個電池模組10_1的電壓改變量。瞬時電壓改變量向量Y中的其他元素可以依此類推。
圖1中充電器100_1~100_m的充電電流輸出端與充電電流輸入端各自耦接至電池模組10_1~10_n中對應的電池模組。每個充電器耦接至電池模組串10的連接樣式有：耦接1個電池模組(n種連接樣式)、耦接2個電池模組(n-1種連接樣式)、…、耦接n個電池模組(1種連接樣式)。可以從上述充電器100_1~100_m對電池模組10_1~10_n的所有連接樣式中選擇其中m種連接樣式，其中每一個電池模組10_1~10_n可以直接或間接地接受至少一個充電器的充放電操作。
以電池模組串10具有4個電池模組10_1~10_4為例，一個充電器對電池模組串10共有10種(4+3+2+1)連接樣式。例如，圖3是以電池模組串10具有4個電池模組為例，說明充電器對電池模組串的所有連接樣式示意圖。此充電器對4個電池模組的配置矩陣APS 可以表示如等式(6)所示。等式(6)所示10種連接樣式所表示充電器對電池模組串的連接關係可以參照圖3所示。圖1所示實施例可以參照圖3的相關說明而類推之。
圖4是依照本揭露的實施例說明一種充電方法的流程示意圖。於步驟S410中，充電裝置的多個充電器可以至少被分群為第一充電器群110以及第二充電器群120。例如，m個充電器100_1~100_m可以被分群為第一充電器群110以及第二充電器群120。於步驟S420中，對於多個充電器100_1~100_m的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇對應連接樣式以連接至電池模組串10，其中電池模組串10的每一電池模組接受這些充電器100_1~100_m的至少一充電器的充放電操作。例如，假設充電裝置具有4個充電器100_1~100_4，則可以從上述圖3所示的10種連接樣式中選擇其中4種不同連接樣式，也就是從等式(6)所示10種配置矩陣APS 中選擇其中互不相同的4種矩陣。於本實施例中，對於第一充電器群110的充電器100_1~100_2所選擇的對應連接樣式互不相同，且對於第二充電器群120的充電器100_3~100_4所選擇的對應連接樣式互不相同。於其他實施例中，這些充電器100_1~100_4對充電器100_1~100_4的連接樣式互不相同。充電器100_1~100_4之間對電池模組的關係可為「線性獨立」(例如等式(6)中、、與皆為相互線性獨立)、「交錯連接」 (cross-lapped connection，例如等式(6)中與為相互交錯) 或「涵蓋」(例如等式(6)中涵蓋)的方式。
從等式(6)所示10種配置矩陣APS 中選擇其中4種來組成配置矩陣A，其中此配置矩陣A的秩(Rank)等於電池模組10_1~10_n的數量n，即可確定在進行充放電操作時電壓可以收斂。當充電器100_1~100_m是相互線性獨立時，也就是配置矩陣A是滿秩(Full-Rank)時，充電裝置可以同時完成充電以及電池等化。例如，以圖2為例，從等式(6)所示10種配置矩陣APS 中選擇其中互不相同的4種配置矩陣APS 分別為、、以及， 則這些配置矩陣APS 所組成的配置矩陣A為。此配置矩陣A的秩等於電池模組10_1~10_4的數量4，也就是滿秩，因此可確定圖2所示充電裝置在進行充放電操作時可以同時完成充電以及電池等化。
請參照圖4，步驟S430可以對步驟S420所選擇的連接樣式進行檢查，以判斷其是否符合連接規則。步驟S430可以採行一種或多種檢查方法。例如，在一些實施例中，步驟S430可以判斷配置矩陣A是否為滿秩。又例如，在另一些實施例中，步驟S430可以檢查第一充電器群110的第一充電組合與第二充電器群120 的第二充電組合。其中，所述「第一充電組合」為第一充電器群110的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至電池模組串10，所形成的組合。所述「第二充電組合」為第二充電器群120的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至電池模組串10，所形成的組合。所述第一充電組合指出電池模組10_1~10_n中每一電池模組被第一充電器群110的幾個充電器充電，而所述第二充電組合指出電池模組10_1~10_n中每一電池模組被第二充電器群120的幾個充電器充電。例如，以電池模組串10具有4個電池模組10_1~10_4為例，假 設步驟S420從等式(6)中選擇配置矩陣APS 為與分別作為 第一充電器群110中充電器100_1與100_2的連接樣式，且選擇配置矩陣APS 為與分別作為第二充電器群120中充電器 100_3與100_4的連接樣式。對於第一充電器群110而言，其相對應的第一充電組合指出：電池模組10_1被1個充電器充放 電，電池模組10_2被1個充電器充放電，電池模組10_3被2個充電器充放電，電池模組10_4被1個充電器充放電。對於第二充 電器群120而言，其相對應的第二充電組台指出：電池模組 10_1被1個充電器充放電，電池模組10_2被1個充電器充放電，電池模組10_3被2個充電器充放電，電池模組10_4被1個充電器充放電。由於第二充電組合相同於第一充電組合，因此步驟S420 所選擇第一充電器群110的連接樣式與以及第二充電器群 120的連接樣式與不符合連接規則。
又例如，在另一些實施例中，步驟S430可以檢查步驟S420對於充電器100_1~100_m所選擇的連接樣式是否發生重複/相同。例如，若步驟S420對於充電器100_1與100_2所選擇的連接樣式皆為，則步驟S430判斷結果為不符合連接規則。
當步驟S420對於充電器100_1~100_m的連接樣式出現各自相互「線性獨立」的情況時，則為電池電壓可收斂的連接狀態。例如，以電池模組串10具有4個電池模組10_1~10_4為例，步驟S420選擇、、與作為充電器100_1~100_4的連 接樣式。
當步驟S420對於充電器100_1~100_m的連接樣式出現相互「涵蓋」與「交錯連接」的情況時，則步驟S430需檢查避免所有個別的連接樣式是否為其他連接樣式相互替代後的組成。例如，假設步驟S420選擇、、與，則與交錯於第2 列(row)，而與分別「涵蓋」在之內，與一起作用 時即等同於的功能。如此，步驟S430的判斷結果為步驟S420 所選擇的連接樣式不符合連接規則。
若步驟S430判斷結果為步驟S420所選擇的連接樣式不符合連接規則，則步驟S420會再一次被執行，以選擇其他的連接樣式之組合。若步驟S430判斷結果為步驟S420所選擇的連接樣式符合連接規則，則可以依照步驟S420所選擇的連接樣式確認/決定電池模組串10與充電器100_1~100_m之間的連接關係/連接架構(步驟S440)。
圖5是依照本揭露的又一實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。圖5所示實施例與圖1、圖2所示實施例可以相互參照相關說明而類推之。請參照圖5，於本實施例中，充電裝置包括 四個充電器100_1、100_2、100_3與100_4(即m=4)，而電池模組串10包含相互串聯的四個電池模組10_1、10_2、10_3與10_4(即n=4)。依據圖5所示充電器100_1~100_4與電池模組10_1~10_4之間的配置關係，充電器100_1的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_1與10_2二者額定電壓的總和，充電器100_2的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_3與10_4二者額定電壓的總和，充電器100_3的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_2與10_3二者額定電壓的總和，而充電器100_4的充電電壓可以被設定為大於或等於電池模組10_4額定電壓。藉由決定這些充電器100_1~100_4各自所輸出的充電電壓，來分別設定不同電池模組的充飽電壓。詳述如下。
依據圖5所示充電器100_1~100_4與電池模組10_1~10_4之間的配置關係(充電關係)，圖5所示充電裝置的配置矩陣A可以表示如等式(7)所示。
等式(7)所示配置矩陣A的秩(Rank)等於電池模組10_1~10_4的數量，也就是配置矩陣A是滿秩(Full-Rank)，因此可確定圖5所示充電裝置在進行充放電操作時電壓可以收斂。所以，圖5所示充電裝置可以同時完成充電以及電池等化。
為了驗證圖5所示充電裝置，在此利用外加電阻R1與R2分別模擬電池模組10_2與10_4所發生的自放電。在此假設電池模組10_2與10_4的電量為2Ah。若設定電池模組10_4的自放電會在7天內將2Ah放電至一半電量，則自放電電流為(2Ah*0.5)/(24h*7)=5.95mA。若假設電池模組10_2與10_4的額定電壓是3.7V，則用來模擬自放電的電阻R2的阻值為3.7V/(5.95mA)=620Ω。以此類推，若設定電池模組10_2的自放電會在7天內將2Ah放電至四分之一電量，則電阻R2的阻值為1240Ω。
圖6是依照本揭露的實施例說明圖5所示充電裝置的實驗結果示意圖。圖6中橫軸表示時間(單位為分)，縱軸表示電池模組的電壓(單位為伏特)。在此設定充電器100_1~100_3的充電電壓與充電電流分別為8V與1A，而充電器100_4的充電電壓與充電電流分別為4V與1A。由圖6可以看出，雖然在充電前圖5所示電池模組10_1~10_4的起始電壓互不相同，並且電池模組10_2與10_4發生自放電，但經過充電器100_1~100_4的充放電操作後，電池模組10_1~10_4的電壓可以收斂並等化。所以，圖5所示充電裝置可以同時完成充電以及電池等化。
另外在另一實施例中，一樣以圖5所示充電裝置的電路架構，但是在此另一實施例設定充電器100_1的充電電壓與充電電流分別為7.7V與1A，充電器100_2的充電電壓與充電電流分別為8.1V與1A，充電器100_3的充電電壓與充電電流分別為7.9V 與1A，充電器100_4的充電電壓與充電電流分別為4.1V與1A。在充電前圖5所示電池模組10_1~10_4的起始電壓互不相同，並且電池模組10_2與10_4發生自放電，但經過充電器100_1~100_4的充放電操作後，電池模組10_1的電壓可以收斂為3.8V，電池模組10_2的電壓可以收斂為3.9V，電池模組10_3的電壓可以收斂為4.0V，電池模組10_4的電壓可以收斂為4.1V。所以，圖5所示充電裝置可以同時完成充電之外，還可以設定為不同電池模組有不一樣的充飽電壓。
綜上所述，圖1、圖2與圖5所示充電裝置是以分散且交錯式(矩陣式)的堆疊方式耦接至電池模組串10中的對應電池模組，所以此充電裝置可以簡單、高效率地完成對電池模組串10的充放電操作。針對不同電壓與電流規格之充電站(Charge Station)應用情境，圖1、圖2與圖5所示充電裝置不需重新設計或串接轉換器(Converter)。實施例所述充電裝置與充電方法可以藉由多個充電器對相互串聯的多個電池模組進行充/放電，同時完成電池等化。因此，實施例所述充電裝置與充電方法可以不需要額外的等化或監測電路。
特別的是，這些充電器100_1~100_m的數量m可以大於或等於這些電池模組10_1~10_n的數量n。在充電器數量m大於電池模組數量n的條件下，圖1所示充電裝置還具有容錯(Fault-tolerant)能力。例如，n個電池模組可有n+1個充電器進行連接，其中可以從所述n+1個充電器中選其中n個充電器對n 個電池模組進行充放電，而剩餘的一個充電器當備用(不參與充放電)。
例如，圖7是依照本揭露的更一實施例的一種充電裝置的電路方塊示意圖。圖7所示實施例與圖1、圖2與圖5所示實施例可以相互參照相關說明而類推之。請參照圖7，於本實施例中，充電裝置包括五個充電器100_1、100_2、100_3、100_4與100_5(即m=5)，而電池模組串10包含相互串聯的四個電池模組10_1、10_2、10_3與10_4(即n=4)。依據圖7所示充電器100_1~100_5與電池模組10_1~10_4之間的配置關係(充電關係)，圖7所示充電裝置的配置矩陣A`可以表示如等式(8)所示。
本實施例可以從5個充電器100_1~100_5中選擇其中4個充電器對4個電池模組10_1~10_4進行充放電，而剩餘的一個充電器當備用(不參與充放電)。例如，選擇充電器100_1、100_2、100_4與100_5對電池模組10_1~10_4進行充放電，而禁能(disable)充電器100_3。此時，圖7所示充電裝置的配置矩陣A可以表示如等式(7)所示。依照等式(1)、等式(3)、等式(4)與等式(7)，可以求得電池模組10_1的電壓改變量， 電池模組10_2的電壓改變量，電池模組10_3的 電壓改變量，而電池模組10_4的電壓改變量。等式(7)所示配置矩陣A的秩(Rank)等於電 池模組10_1~10_4的數量，也就是配置矩陣A是滿秩(Full-Rank)，因此可確定當圖7所示充電器100_3為故障或被禁能時，剩餘的充電器100_1、100_2、100_4與100_5在進行充放電操作時電壓可以收斂。所以，圖7所示剩餘的充電器100_1、100_2、100_4與100_5可以同時完成充電以及電池等化。
再例如，選擇充電器100_2、100_3、100_4與100_5對電池模組10_1~10_4進行充放電，而禁能(disable)充電器100_1。此時，圖7所示充電裝置的配置矩陣A可以表示如等式(9)所示。依照等式(1)、等式(3)、等式(4)與等式(9)，可以求得電池 模組10_1的電壓改變量，電池模組10_2的電壓改變 量，電池模組10_3的電壓改變量， 而電池模組10_4的電壓改變量。等式(9)所示配置矩陣A的秩(Rank)等於電池模組10_1~10_4的數量，也就是配置矩陣A是滿秩(Full-Rank)，因此可確定當圖7所示充電器100_1為故障或被禁能時，剩餘的充電器100_2~100_5在進行充放電操作時電壓可以收斂。所以，圖7所示剩餘的充電器100_2 ~100_5可以同時完成充電以及電池等化。
所以，圖7所示具有容錯能力的充電裝置可以同時完成充電以及電池等化。圖7所示充電裝置是以分散且交錯(矩陣式)的方式耦接至電池模組串10中的對應電池模組，所以此充電裝置可以簡單、高效率地完成對電池模組串10的充放電操作。因此，圖7所示充電裝置與充電方法可以不需要額外的等化或監測電路。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧電池模組串
10_1、10_2、10_i、10_j、10_k、10_n‧‧‧電池模組
100_1、100_a、100_b、100_c、100_d、100_m‧‧‧充電器
110‧‧‧第一充電器群
120‧‧‧第二充電器群
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點

Claims (34)

  1. 一種充電裝置，適用於對一電池模組串進行充放電，該電池模組串包含相互串聯的多個電池模組，該充電裝置包括多個充電器，該些充電器被至少分群為一第一充電器群以及一第二充電器群，而該些充電器包括：一第一充電器，被分群於所述第一充電器群中，其中該第一充電器的一充電電流輸出端耦接至該些電池模組中的一第i個電池模組的一正端，而該第一充電器的一充電電流輸入端耦接至該些電池模組中的一第j個電池模組與一第k個電池模組之間的一第一節點，以同時對該第i個電池模組與該第j個電池模組進行充電，其中所述i、j、k為整數，且j介於i與k之間；以及一第二充電器，被分群於所述第二充電器群中，其中該第二充電器的一充電電流輸出端耦接至所述第i個電池模組與所述第j個電池模組之間的一第二節點，而該第二充電器的一充電電流輸入端耦接至該第k個電池模組的一負端，以同時對該第j個電池模組與該第k個電池模組進行充電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中該些充電器的數量大於或等於該電池模組串中該些電池模組的數量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中當以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係時，該配置矩陣A不為一單位矩陣。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中當以一配置 矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係時，該配置矩陣A為一滿秩矩陣。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中當以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係時，該配置矩陣A滿足等式AX=Y，其中X為該些充電器的瞬時電量向量，而Y為該些電池模組的瞬時電壓改變量向量。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的充電裝置，其中該配置矩陣A為m*n矩陣，m為該些充電器的數量，n為該些電池模組的數量。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中該些充電器所進行的充放電操作相互獨立。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中該些充電器各自以定電流或定電壓方式對該些電池模組中的對應電池模組進行充放電操作。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中藉由決定該些充電器各自的充電電壓來分別設定不同電池模組的充飽電壓。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中該些充電器的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模組串，且該些電池模組的每一電池模組接受該些充電器的至少一充電器的充放電操作。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的充電裝置，其中所述第一充電器群的該些充電器所選擇的該些對應連接樣式互不相同，且 所述第二充電器群的該些充電器所選擇的該些對應連接樣式互不相同。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的充電裝置，其中所述第一充電器群的一第一充電組合不同於所述第二充電器群的一第二充電組合，其中所述第一充電組合為所述第一充電器群的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模組串，所形成的組合；以及其中所述第二充電組合為所述第二充電器群的每一充電器各自從所述多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模組串，所形成的組合。
  13. 一種充電方法，包括：將多個充電器至少分群為一第一充電器群以及一第二充電器群，其中該第一充電器群至少包含一第一充電器，而該第二充電器群至少包含一第二充電器；以及將該第一充電器群與該第二充電器群耦接至一電池模組串，以對該電池模組串進行充放電；其中該電池模組串包含相互串聯的多個電池模組；其中該第一充電器的一充電電流輸出端耦接至該些電池模組中的一第i個電池模組的一正端，而該第一充電器的一充電電流輸入端耦接至該些電池模組中的一第j個電池模組與一第k個電池模組之間的一第一節點，以同時對該第i個電池模組與該第j個電池模組進行充電，其中所述i、j、k為整數，且j介於i與k之間；以及 其中該第二充電器的一充電電流輸出端耦接至所述第i個電池模組與所述第j個電池模組之間的一第二節點，而該第二充電器的一充電電流輸入端耦接至該第k個電池模組的一負端，以同時對該第j個電池模組與該第k個電池模組進行充電。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，更包括：將該些充電器的數量設置為大於或等於該電池模組串中該些電池模組的數量。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，更包括：以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係；以及使該配置矩陣A不為一單位矩陣。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，更包括：以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係；以及使該配置矩陣A為一滿秩矩陣。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，更包括：以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係；以及使該配置矩陣A滿足等式AX=Y，其中X為該些充電器的瞬時電量向量，而Y為該些電池模組的瞬時電壓改變量向量。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的充電方法，其中該配置矩陣A為m*n矩陣，m為該些充電器的數量，n為該些電池模組的 數量。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，其中該些充電器所進行的充放電操作相互獨立。
  20. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，其中該些充電器各自以定電流或定電壓方式對該些電池模組中的對應電池模組進行充放電操作。
  21. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，更包括：藉由決定該些充電器各自的充電電壓來分別設定不同電池模組的充飽電壓。
  22. 如申請專利範圍第13項所述的充電方法，其中將該第一充電器群與該第二充電器群耦接至該電池模組串包括：對於該些充電器的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模組串，其中該些電池模組的每一電池模組接受該些充電器的至少一充電器的充放電操作。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的充電方法，其中對於所述第一充電器群的該些充電器所選擇的該些對應連接樣式互不相同，且對於所述第二充電器群的該些充電器所選擇的該些對應連接樣式互不相同。
  24. 如申請專利範圍第22項所述的充電方法，其中所述第一充電器群的一第一充電組合不同於所述第二充電器群的一第二充電組合，其中所述第一充電組合為所述第一充電器群的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模 組串，所形成的組合；而所述第二充電組合為所述第二充電器群的每一充電器各自從所述多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模組串，所形成的組合。
  25. 一種充電方法，包括：對於多個充電器的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至一電池模組串，其中該電池模組串的多個電池模組的每一電池模組接受該些充電器的至少一充電器的充放電操作，而該電池模組串具有至少一個電池模組同時被不同充電器充電；以及將該些充電器至少分群為一第一充電器群以及一第二充電器群，其中所述第一充電器群的一第一充電組合不同於所述第二充電器群的一第二充電組合，所述第一充電組合為所述第一充電器群的每一充電器各自從多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模組串，所形成的組合；而所述第二充電組合為所述第二充電器群的每一充電器各自從所述多個連接樣式中選擇一對應連接樣式以連接至該電池模組串，所形成的組合。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，其中對於所述第一充電器群的該些充電器所選擇的該些對應連接樣式互不相同，且對於所述第二充電器群的該些充電器所選擇的該些對應連接樣式互不相同。
  27. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，更包括：將該些充電器的數量設置為大於或等於該電池模組串中該些 電池模組的數量。
  28. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，更包括：以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係；以及使該配置矩陣A不為一單位矩陣。
  29. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，更包括：以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係；以及使該配置矩陣A為一滿秩矩陣。
  30. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，更包括：以一配置矩陣A表示該些充電器與該些電池模組之間的充電關係；以及使該配置矩陣A滿足等式AX=Y，其中X為該些充電器的瞬時電量向量，而Y為該些電池模組的瞬時電壓改變量向量。
  31. 如申請專利範圍第30項所述的充電方法，其中該配置矩陣A為m*n矩陣，m為該些充電器的數量，n為該些電池模組的數量。
  32. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，其中該些充電器所進行的充放電操作相互獨立。
  33. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，其中該些充電器各自以定電流或定電壓方式對該些電池模組中的對應電池模組進行充放電操作。
  34. 如申請專利範圍第25項所述的充電方法，更包括：藉由決定該些充電器各自的充電電壓來分別設定不同電池模組的充飽電壓。
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