TWI517521B - 可程式化電池電源架構與其方法 - Google Patents

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Description

可程式化電池電源架構與其方法
本案是有關於一種可程式化電池電源架構與其方法。
由於環保意識抬頭，以電力為動力來源的電動車已吸引愈來愈多汽車業者與消費者的眼光。電動車的內部電池模組包括非常多的單顆電池。故而，如果能夠有一種可程式化電池電源架構，能符合負載需求，又能達到低成本、高電池使用效率，對產業界是一大助力。
本案係有關於一種可程式化電池電源架構與方法，其利用矩陣交錯式線路模組來耦接電池模組，以形成(陣列式)電池連接組態，以同時輸出一或多個輸出電壓/電流。
根據本案一實施例，提出一種可程式化電池電源架構，包括：一電池模組，包括多個電池單元；以及一可程式化電池連線電路，耦接至該電池模組。該可程式化電池連線電路包括：一矩陣交錯式線路模組，電性耦接至該電池模組以形成多個電池連接組態；一切換開關組，配置於該矩陣交錯式線路模組的 各線路交錯處，該切換開關組用以切換該多個電池連接組態；以及一控制單元，依據一負載要求以動態控制該切換開關組，以從該多個電池連接組態動態選擇至少一電池連接組態，使得該電池模組依據所選之該至少一電池連接組態來輸出至少一輸出電壓。
根據本案另一實施例，提出一種可程式化電池電源方法，包括：從多個電池單元中選出一第一電池單元組；於將該第一電池單元組之各電池單元並聯後，持續偵測該第一電池單元組之各電池單元之各別動態電池特徵參數；判斷該第一電池單元組的一第一並聯電壓與一第一並聯電流是否分別滿足一負載電壓與一負載電流；以及如果判斷該第一電池單元組的該第一並聯電壓與該第一並聯電流皆滿足該負載電壓與該負載電流，連結一矩陣交錯式線路模組與該第一電池單元組以形成一第一電池連接組態，以從該第一電池單元組輸出至少一輸出電壓。
為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧可程式化電池電源架構
110‧‧‧電池模組
120‧‧‧可程式化電池連線電路
121‧‧‧控制單元
123‧‧‧矩陣交錯式線路模組
140‧‧‧電源
150‧‧‧負載
210‧‧‧矩陣交錯式輸入線路單元
220‧‧‧矩陣交錯式輸出線路單元
230‧‧‧矩陣交錯式電池互連單元
I1+與I1-‧‧‧輸入線路
O1+~O3-‧‧‧輸出線路
L1~L5‧‧‧介接線路
301~305‧‧‧曲線
410、420‧‧‧方塊
510~580‧‧‧步驟
U1~U3‧‧‧電壓
I1~I3‧‧‧電流
710~740‧‧‧步驟
第1圖顯示根據本案一實施例之可程式化電池電源架構之示意圖。
第2A圖~第2C圖顯示根據本案一實施例之可程式化電池連線電路之實施例。
第3A圖與第3B圖顯示由多個不同放電曲線形成的一電池放 電曲線模型。
第4圖顯示剛出廠(fresh)電池與已操作100次的電池的各別AOW示意圖。
第5圖顯示本案一實施例之電池連接組態決定流程圖。
第6圖舉例說明根據本案一實施例所找出之電池連接組態。
第7圖顯示本案一實施例之可程式化電池電源方法之流程圖。
本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。
現請參考第1圖，其顯示根據本案一實施例之可程式化電池電源架構100之示意圖。如第1圖所示，可程式化電池電源架構100包括：電池模組110與可程式化電池連線電路120。可程式化電池連線電路120包括：控制單元121、切換開關組(未示出)與矩陣交錯式線路模組123。
電池模組110包括多個電池單元。在此，電池單元可能是指單一個電池，也可以是指多個電池之串/並聯組合。在本 案一實施例中，電池模組110可以本身具有測量電池參數(如電壓、電流、溫度、內部阻抗)的功能或是由可程式化電池連線電路120來測量電池模組110之電池參數。
可程式化電池連線電路120用以提供電池模組110內部的該些電池單元的電性耦接、電池模組110與電源140之間的電性耦接，以及電池模組110與負載150之間的電性耦接。電池模組110與該可程式化電池連線電路120可形成多個電池連接組態。控制單元121可依據一負載要求來動態控制切換開關組之導通/關閉，以從該多個電池連接組態中至少擇一，讓電池模組110輸出電力給負載150。
切換開關組設置於矩陣交錯式線路模組123之各線路交錯處，其受控於控制單元121。切換開關組用以進行切換該多個電池連接組態。
矩陣交錯式線路模組123包括：矩陣交錯式輸入線路單元，矩陣交錯式輸出線路單元與矩陣交錯式電池互連單元。矩陣交錯式輸入線路單元提供讓電源140對電池模組110進行充電的線路連接。矩陣交錯式輸出線路單元則提供電池模組110的輸出電壓與負載150之間線路連接。矩陣交錯式電池互連單元則提供電池模組110的內部該些電池單元之間的線路連接。
透過控制可程式化電池連線電路120，可以達到電池模組110的內部該些電池單元之間的互相串聯/並聯，或者是讓電池單元處於旁通(bypass)狀態。所謂的旁通狀態是指，此電池單 元的正端與負端皆未被連接。
參考第2A圖~第2C圖，其顯示根據本案一實施例之可程式化電池連線電路之實施例。矩陣交錯式線路模組123包括：矩陣交錯式輸入線路單元210、矩陣交錯式輸出線路單元220與矩陣交錯式電池互連單元230。
矩陣交錯式線路模組123的矩陣交錯式輸入線路單元210包括多條輸入線路，在此以矩陣交錯式輸入線路單元210包括輸入線路I1+與I1-為例做說明，但當知本案並不受限於此。輸入線路I1+與I1-，以及電池單元B1~B4的正/負端形成矩陣交錯。此外，各輸入線路I1+~I1-與各電池單元B1~B4的各正/負端的線路交錯處更配置開關(其屬於切換開關組)。這些開關的初始狀態為斷開狀態。舉例來說，當需要對電池單元B1進行充電時，則控制單元121控制配置於輸入線路I1+/I1-與電池單元B1的正/負端的線路交錯處的開關為導通，所以，電源140的充電電流即可透過輸入線路I1+/I1-而對電池單元B1進行充電。
矩陣交錯式線路模組123的矩陣交錯式輸出線路單元220包括多條輸出線路，在此以矩陣交錯式輸出線路單元220包括輸出線路O1+~O3-為例做說明，但當知本案並不受限於此。輸出線路O1+~O3-，以及電池單元B1~B4的正/負端形成矩陣交錯。此外，各輸出線路O1+~O3-與各電池單元B1~B4的各正/負端的線路交錯處更配置開關(其屬於切換開關組)。這些開關的初始狀態為斷開狀態。舉例來說，當控制單元121決定電池單元B1 要提供電力時，則控制單元121控制配置於輸出線路(比如是輸出線路O1+與O1-)與電池單元B1的正/負端的線路交錯處的開關為導通，所以，電池單元B1的電力即可透過輸出線路O1+與O1-而提供至負載150。
矩陣交錯式線路模組123的矩陣交錯式電池互連單元230包括多條介接線路(intermediate line)，在此以矩陣交錯式電池互連單元230包括介接線路L1~L5為例做說明，但當知本案並不受限於此。介接線路L1~L5，以及電池單元B1~B4的正/負端形成矩陣交錯。此外，各介接線路L1~L5與各電池單元B1~B4的各正/負端的線路交錯處更配置開關(其屬於切換開關組)。這些開關的初始狀態為斷開狀態。如果控制單元121決定要讓這些電池單元之間為並聯/串聯的話，則控制單元121控制相對應的開關為導通。
如第2A圖之實施例所示，假設負載電壓為O1=B1-B2-(B3|B4)，其中，符號“-”與“|”分別代表串聯與並聯。B1-B2-(B3|B4)即為本案實施例中所稱之電池連接組態。
控制單元121控制可程式化電池連線電路120的矩陣交錯式輸入線路單元210，矩陣交錯式輸出線路單元220與矩陣交錯式電池互連單元230的連接方式之一例如第2A圖所示。為了讓電池單元B3與B4並聯，控制單元121控制開關SW7(配置於矩陣交錯式電池互連單元230的介接線路L2與電池單元B3的正端的線路交錯處)與開關SW8導通(配置於矩陣交錯式電池互 連單元230的介接線路L2與電池單元B4的正端的線路交錯處)為導通，使得電池單元B3的正端連接至電池單元B4的正端。此外，控制單元121控制開關SW2(配置於矩陣交錯式輸出線路單元220的輸出線路O1-與電池單元B3的負端的線路交錯處)及開關SW3(配置於矩陣交錯式輸出線路單元220的輸出線路O1-與電池單元B4的負端的線路交錯處)為導通，使得電池單元B3的負端連接至電池單元B4的負端。透過這樣的開關控制，即可令電池單元B3與B4為並聯。
為讓電池單元B1與B2為串聯，相似地，控制單元121控制開關SW4(配置於矩陣交錯式電池互連單元230的介接線路L1與電池單元B1的負端之線路交錯處)與開關SW5(配置於矩陣交錯式電池互連單元230的介接線路L1與電池單元B2的正端之線路交錯處)為導通，使得電池單元B1的負端連接至電池單元B2的正端。透過這樣的開關控制，即可令電池單元B1與B2為串聯。
為讓電池單元組合(B1-B2)串聯於電池單元組合(B3|B4)，相似地，控制單元121控制開關SW6(配置於矩陣交錯式電池互連單元230的介接線路L2與電池單元B2的負端的線路交錯處)為導通，使得電池單元B2的負端連接至電池單元B3的正端與電池單元B4的正端。透過這樣的開關控制，即可令電池單元組合(B1-B2)串聯於電池單元組合(B3|B4)。
由於是透過輸出電壓O1來提供電力，所以，控制 單元121控制開關SW1(配置於輸出線路O1+與電池單元B1的正端的線路交錯處)與開關SW2~SW3為導通，即可令電池單元組合(亦即電池連接組態)B1-B2-(B3|B4)來透過輸出線路O1+與O1-來提供電力。
所以，從第2A圖的實施例可看出，本案一實施例之控制單元121可透過控制開關SW1~SW8的導通/關閉狀態，來令電池模組110的該些電池單元B1~B4處於串聯/並聯，以提供所需輸出電壓/電流。
相似地，請參考第2B圖，假設所需要的電壓O2=(B1|B4)-(B2|B3)，則控制單元121控制開關SW9~SW16為導通，即可使得電池單元B1並聯於B4，電池單元B2並聯於電池單元B3，且電池單元組合(B1|B4)串聯於電池單元組合(B2|B3)，如此即可得到所需要的電壓O2=(B1|B4)-(B2|B3)。
第2A圖與第2B圖是顯示在同一時間輸出一個輸出電壓O1或O2的情況。但在本案另一實施例中，則可在同一時間同時輸出兩個或更多個輸出電壓的情況，如第2C圖所示。
在第2C圖中，電池單元B1與B1’具有相同或非常接近的電池參數；電池單元B2與B2’具有相同或非常接近的電池參數；電池單元B3與B3’具有相同或非常接近的電池參數；以及電池單元B4與B4’具有相同或非常接近的電池參數。如第2C圖所示，為能同時間輸出兩個輸出電壓O1與O2，則控制單元121控制開關SW17~SW32為導通，其細節類似於上述， 故於此不再重述。
此外，本案一實施例中，藉由動態控制矩陣交錯式線路模組123與電池模組110之間的連結關係，可程式電池電源架構100可以同時輸出二個或更多個輸出電壓/輸出電流給負載150，此亦在本案精神範圍內。
於本案其他可能實施例當中，矩陣交錯式輸出線路單元220更可以選擇性包括電壓轉換器(如直流-直流轉換器)，以將電池模組110所輸出的電壓進行精準電壓轉換。
於本案其他可能實施例中，當進行電池連接組態切換(比如，由第2A圖的電池連接組態轉換至第2B圖的電池連接組態)時，可以利用低損耗之恒流切換技術，以讓開關在切換時的電力損失在容許範圍內。另外，在可程式化電池電源架構100的正常操作狀態下，控制單元121可即時/線上(on line)切換電池連接組態。
現將說明本案一實施例如何從電池模組110當中選擇合適之電池單元，以及如何決定電池單元的並聯/串聯狀態。
控制單元121根據負載需求(輸出電壓與輸出電流)來找出/切換能滿足此負載需求的電池連接組態。在本案實施例中，可以即時偵測各電池單元的動態電池特徵曲線(battery characteristic curve，BCC)，其可以由電池參數：電壓、電流、溫度、及/或內阻而得到。本案實施例可據此以達到適當的輸出電流與功率。
本案實施例所應用的動態電池特徵曲線(BCC)可以是電池電壓相對於放電電量(battery voltage versus discharge capacity,V-Ah)之特徵曲線，或者是電池電流對放電容量(battery current versus discharge capacity,I-Ah)之特徵曲線，或者是電池輸出功率對放電容量(battery output power versus discharge capacity,P-Ah)之特徵曲線。
第3A圖與第3B圖顯示由多個不同放電曲線形成的一電池放電曲線模型。如第3A圖與第3B圖所示，五條V-I-Ah曲線分別代表不同的放電電流：0.2安培(曲線301)、1安培(曲線302)、2安培(曲線303)、4安培(曲線304)、以及6安培(曲線305)。
在本案一實施例中，控制單元121可即時獲得每個電池單元的BCC。在決定電池連接組態時，控制單元121儘量以低電流電池單元的組合來形成電池連接組態，而儘量不選擇以單一高電流電池單元來形成電池連接組態(也就是說，低電流電池單元的選擇優先順序高於高電流電池單元)。舉例來說，如果所需的輸出電流為1A的話，假設目前有3個電池單元能符合挑選條件：輸出電流為1A的電池單元A、輸出電流為0.8A的電池單元B與輸出電流為0.7A的電池單元C。則控制單元121會優先選擇以電池單元B與電池單元C來並聯，以提供所需的輸出電流，以降低電池損耗。這是因為，如果讓電池放出大電流的話，則對此電池的損耗比較大。故而，優先選擇小電流電池。
本案實施例利用老化適應性操作視窗(AOW, aging-adaptive operation window)來動態顯示出電池的電化學應力曲線，據以限制電池單元的放電操作於此操作視窗的10%~90%之間，以降低電化學應力並延長電池壽命。
詳細地說，本案實施例找出電池放電過程中的應力指標(AOW指標，亦可稱為放電應力指標)。本案實施例從能夠操作在AOW低應力操作區間的該些電池單元中選擇，以延長電池壽命。
第4圖顯示剛出廠(fresh)電池與已操作100次的電池的各別AOW示意圖。方塊410代表剛出廠電池的低應力操作區間，其中，AOW指標等於80對應至放電電量約為2.64Ah。方塊420代表已操作100次電池的低應力操作區間，其中，AOW指標等於80對應至放電電量約為2.4Ah。亦即，隨著電池操作次數增加(隨著電池老化)，AOW指標=80所對應的放電電量會下降。故而，本案實施例利用AOW指標來找出各電池的低應力操作區間，並讓電池操作於低應力操作區間，以延長電池壽命。
此外，在本案實施例中，如果從兩個電池單元(此兩個電池單元皆可操作於低應力操作區間)來擇一，則本案實施例原則上使用具有較高電池容量的電池單元。在選擇優先順序上，高電池容量電池單元的選擇優先順序高於低電池容量電池單元。
此外，在選擇/決定電池連接組態時，則儘量讓電池單元的串聯數量愈少愈好，以降低轉換損失。也就是說，從電池模組110中挑選電池時，優先挑選高電壓電池。
此外，在決定構成電池連接組態時，如果要將數個電池單元並聯，則控制單元121會選擇有相近輸出電壓的數個電池單元來並聯，以避免劇烈的電荷平衡效應。另外，以AOW觀點來看，要避免所選擇的電池單元操作在高應力區間。也就是說，如果電池單元有可能操作在高應力區間的話，則儘量避免選擇此電池單元。
簡言之，於本案一實施例中，利用動態電池特徵曲線(BCC)來偵測出電池單元之放電容量(如第3A圖與第3B圖)。由BCC來決定相對應的AOW指標。利用AOW指標來判斷此電池單元是否操作於低應力操作區間。以第4圖來看，剛出廠電池單元的放電容量1.5Ah，其所對應的AOW指標為40左右。所以，可以判定出此剛出廠電池單元目前操作於低應力操作區間。
以另一情況來做說明。如果，利用BCC來偵測已操作100次電池單元的目前放電容量為2.5Ah，接著，根據所偵測出的放電容量來判斷此已操作100次電池單元的目前AOW指為90左右，高於AOW指標門檻(80)。所以，可以判定出此已操作100次電池單元目前操作於高應力操作區間，本案實施例會避免選用操作於高應力操作區間之電池單元。
在本案一實施例中，偵測電池單元的動態電池特徵參數以得到動態電池特徵曲線(BCC)。接著，利用BCC來判斷電池單元是否操作於低應力操作區間(比如，利用AOW指標)。
此外，在本案實施例中，控制單元121在決定電池 連接組態時，暫時可以不考量由於開關的切換所造成的能量損失。
本案一實施例更引入性能觀測窗(performance window)來決定各電池單元之狀態是否符合要求。此性能觀測窗包括下列參數：V(電池電壓)、C(電池電流)、T(電池溫度)、R(電池內阻)與P(可容許電流範圍，permissible current range(PCR))。其中，參數V(電池電壓)、C(電池電流)、T(電池溫度)與R(電池內阻)可由電池模組110及/或可程式化電池連線電路120測量電池單元而得。可容許電流範圍代表的是，此電池所能容許的輸出電流之範圍(包括上限值與下限值)。本案實施例中，更可根據所偵測到的動態電池特徵參數/曲線(比如BCC)來動態更新可容許電流範圍的上限值。如果控制單元121決定讓一電池單元形成電池連接組態的話，則控制單元121要判斷此電池單元所預計提供的電池電流是否必須處在PCR內。如果是的話，則控制單元121將選用此電池單元來形成電池連接組態；如果否的話，則控制單元121不能選用此電池單元來形成電池連接組態。
處於使用狀態下的電池單元的溫度必須低於溫度門檻值。控制單元121持續監控各電池單元的各別溫度是否低於溫度門檻值。如果有任一電池單元的溫度高過溫度門檻值的話，則控制單元121發出警示。
處於使用狀態下的電池單元的電池容量必須高於電池容量門檻值。控制單元121持續監控各電池單元的各別電池容 量是否高於電池容量門檻值。如果有任一電池單元的電池容量低過電池容量門檻值的話，則控制單元121發出警示。
另外，處於使用狀態下的電池單元的電池電壓必須高於放電截止電壓。這是因為，如果電池電壓低於放電截止電壓但仍讓此電池單元繼續放電(提供電力)的話，則此電池單元可能導致損壞/故障。控制單元121持續監控各電池單元的各別電池電壓是否高於放電截止電壓(其亦為一門檻值)。如果有任一電池單元的電池電壓低於放電截止電壓的話，則控制單元121發出警示。
請參考第5圖，其顯示本案一實施例之電池連接組態決定流程圖。將所有的電池單元依據其各別電池參數(比如但不受限於，電池電壓)，由高至低來排列於一串列(list)之中，如步驟510。在本案實施例中，步驟510為選擇性。
接著，於第一輪挑選中，從該些電池單元中選出K1個電池單元(可稱為第一電池單元組)來並聯，這些K1個電池單元並聯的電壓位準為U1，如步驟520所示。其中，這些K1個電池單元的電池電壓須儘可能地接近，以避免劇烈的電荷平衡效應。這些K1個電池單元的總並聯電流必須大於負載電流。控制單元121不斷地偵測這些K1個電池單元的動態電池特徵參數，以決定各這些K1個電池單元的參數V(電池電壓)、C(電池電流)、T(電池溫度)、R(電池內阻)與P(可容許電流範圍)是否仍為可容許。此外，控制單元121不斷地偵測各這些K1個電池單元的各別AOW指標，以確認其是否處於低應力操作區間。也就是說，控制單元 121持續檢測這些K1個電池單元是否符合挑選條件(電壓/電流/溫度/電池容量是否符合)，如步驟530。亦即，於前幾輪挑選時，具有較高電池電壓的那些電池單元優先被挑選。
另外，當這些K1個電池單元並聯且電壓平衡後，控制單元121仍要持續檢測並聯後的各這些K1個電池單元的各別電流是否仍處於PCR內，如步驟530。如果電池單元(電壓平衡後)的電流不在PCR內，則控制單元121跳過(不選用)此電池單元，並從串列中選擇另一個電壓接近的電池單元(步驟540)來取代電流不在PCR內的此電池單元，重覆上述步驟530-540，直到該些K1個電池單元中的每一個電池單元的電壓平衡後電流均滿足PCR為止。
接著，控制單元121判斷該些K1個電池單元的並聯後電壓/電流是否滿足負載電壓/電流，如步驟550。如果步驟550為是的話，則已決定好電池連接組態(步驟560)，並依此電池連接組態來控制切換開關組與矩陣交錯式線路模組123。這K1個電池單元之並聯已能滿足所需要的負載電壓/電流要求。如果步驟550為否的話，則控制單元121從其餘電池單元(不包括該些K1個電池單元)中另挑選K2個電池單元(所選出這些K2個電池單元也一樣要滿足上述挑選條件)，將K2個電池單元並聯及重覆步驟530~550，如步驟570。之後，控制單元121將並聯的K1個電池單元串聯於並聯的K2個電池單元(稱為第二電池單元組)，並判斷所串聯出的電壓/電流是否滿足負載電壓/電流，如步驟580。 如果仍不能滿足的話，則重覆步驟570，繼續找出K3個電池單元(稱為第三電池單元組)，K4個電池單元(稱為第四電池單元組)…，直到總串聯電壓/電流滿足負載電壓/電流為止。如果步驟580為是的話，則代表已決定好電池連接組態，可依上述實施例，連結矩陣交錯式線路模組123、第一電池單元組與第二電池單元組以形成電池連接組態，以從第一電池單元組與第二電池單元組輸出電壓/電流。
將並聯之K1個電池單元、並聯之K2個電池單元…串聯後，控制單元121除確認串聯後電壓高於負載電壓之外，仍要持續檢測串聯後之K1個電池單元與K2個電池單元中各電池單元之各別動態電池特徵參數。控制單元121持續檢測各電池單元的各別電流是否仍位於PCR之內。如果電流仍滿足PCR的話，則控制單元121決定已找出能滿足負載電壓/電流的電池連接組態。另外，控制單元121持續偵測各電池單元的各別電壓是否高於一放電截止電壓；持續偵測各電池單元的各別溫度是否低於一溫度門檻值；以及持續偵測各電池單元的各別電池容量是否高於一電池容量門檻值。
第6圖舉例說明根據本案一實施例所找出之電池連接組態。假設需求之負載電壓為48V而負載電流為2A。於第一輪挑選時，控制單元121找出K1=4個電池單元來並聯，並聯後電壓U1=16V，並聯後電流I1=2.1A(各電流單元供應電流為2.1/4=0.525A，符合PCR)；於第二輪挑選時，控制單元121找出 K2=2個電池單元來並聯，並聯後電壓U2=16V，並聯後電流I2=2.2A(各電流單元供應電流為2.2/2=1.1A，符合PCR)；以及於第三輪挑選時，控制單元121找出K3=3個電池單元來並聯，並聯後電壓U3=16V，並聯後電流I3=2.3A(各電流單元供應電流為2.3/3=0.7667A，符合PCR)。這些電池單元的串聯/並聯後所提供的電壓與電流為48V與2.1A，符合負載電壓(48V)與負載電流(2A)，而且，控制單元121仍要判斷於串聯/並聯後，各電池單元之電流是否仍符合PCR。
至於如何將這些電池單元進行並聯/串聯，則可參考第2A圖~第2C圖，其細節於此不重述。
現請參考第7圖，其顯示根據本案一實施例之可程式化電池電源方法之流程圖。如第7圖所示，於步驟710中，從多個電池單元中選出一第一電池單元組。於步驟720中，於將該第一電池單元組之各電池單元並聯後，持續偵測該第一電池單元組之各電池單元之各別動態電池特徵參數。於步驟730中，判斷該第一電池單元組的一第一並聯電壓與一第一並聯電流是否分別滿足一負載電壓與一負載電流。於步驟740中，如果判斷該第一電池單元組的該第一並聯電壓與該第一並聯電流皆滿足該負載電壓與該負載電流，連結一矩陣交錯式線路模組與該第一電池單元組以形成一第一電池連接組態，以從該第一電池單元組輸出至少一輸出電壓。至於各步驟之細節可如上所述，於此不重覆。
電動車對於電池的要求很高(亦即，較好應用高品質 電池)，而且，以目前技術而言，容量低於60%的電池會被淘汰，無法應用於電動車。如果本案實施例應用於電動車的話，即便是電池單元的品質並非很高(甚至，一般常見的3C產品所用的電池)，透過本案實施例，這些中等品質的電池單元，或者是電池容量低於60%的電池，仍可應用於電動車，因為，本案實施例可以動態/線上改變電池連接組態，從電池模組當中挑選出符合的電池單元。所以，本案實施例可以解決電動車的高成本問題。
另外，在目前的電動車架構中，電動車通常採用固定框架式電池系統(fixed-frame battery system)，所以，電池單元基本上幾乎無法被輪調(online rotating)，導致電池容易老化。相反地，在本案實施例中，由於可以動態調整電池連接組態，電池模組中的電池單元可以有機會被線上輪調，延後電池老化的不利因子。
此外，由於本案實施例可以動態地調整/決定電池連接組態，所以，即便是所用的該些電池不甚一致，電池的使用效率仍能達到最佳化。
綜上所述，雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧可程式化電池電源架構
110‧‧‧電池模組
120‧‧‧可程式化電池連線電路
121‧‧‧控制單元
123‧‧‧矩陣交錯式線路模組
140‧‧‧電源
150‧‧‧負載

Claims (15)

  1. 一種可程式化電池電源架構，包括：一電池模組，包括多個電池單元；以及一可程式化電池連線電路，耦接至該電池模組，該可程式化電池連線電路包括：一矩陣交錯式線路模組，電性耦接至該電池模組以形成多個電池連接組態；一切換開關組，配置於該矩陣交錯式線路模組的各線路交錯處，該切換開關組用以切換該多個電池連接組態；以及一控制單元，依據一負載要求以動態控制該切換開關組，以從該多個電池連接組態動態選擇至少一電池連接組態，使得該電池模組依據所選之該至少一電池連接組態來輸出至少一輸出電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化電池電源架構，其中，該矩陣交錯式線路模組包括：一矩陣交錯式輸入線路單元，受控於該控制單元而提供該電池模組與一電源之間的電性耦接；一矩陣交錯式輸出線路單元，受控於該控制單元而提供該電池模組與一負載之間的電性耦接；以及一矩陣交錯式電池互連單元，受控於該控制單元而提供該電池模組的該多個電池單元之間的電性耦接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化電池電源架構，其 中，在該可程式化電池電源架構的正常操作狀態下，該控制單元即時/線上切換該多個電池連接組態。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化電池電源架構，其中，該控制單元更依據該電池模組之該多個電池單元之各別動態電池特徵參數來從該多個電池單元中選擇以形成該多個電池連接組態。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化電池電源架構，其中，該控制單元更依據該電池模組之該多個電池單元之各別放電應力指標來從該多個電池單元中選擇以形成該多個電池連接組態。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化電池電源架構，其中，該控制單元動態控制該切換開關組，使得該電池模組依據所選之該至少一電池連接組態來同時輸出至少二輸出電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化電池電源架構，其中，在該控制單元從該多個電池單元之中選擇時，如果一第一電池單元的一第一輸出電流低於一第二電池單元的一第二輸出電流，則該控制單元優先選擇該第一電池單元來形成該多個電池連接組態。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化電池電源架構，其中，在該控制單元從該多個電池單元之中選擇時，如果一第一電池單元的一第一電池容量高於一第二電池單元的一第二電池容量，則該控制單元優先選擇該第一電池單元來形成該多個電池連 接組態。
  9. 一種可程式化電池電源方法，包括：從多個電池單元中選出一第一電池單元組；於將該第一電池單元組之各電池單元並聯後，持續偵測該第一電池單元組之各電池單元之各別動態電池特徵參數；判斷該第一電池單元組的一第一並聯電壓與一第一並聯電流是否分別滿足一負載電壓與一負載電流；以及如果判斷該第一電池單元組的該第一並聯電壓與該第一並聯電流皆滿足該負載電壓與該負載電流，連結一矩陣交錯式線路模組與該第一電池單元組以形成一第一電池連接組態，以從該第一電池單元組輸出至少一輸出電壓。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之可程式化電池電源方法，更包括：將該多個電池單元依其各別電池電壓參數排序於一串列之中。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之可程式化電池電源方法，更包括：如果判斷該第一電池單元組的該第一並聯電壓或該第一並聯電流不滿足該負載電壓或該負載電流，從該多個電池單元中另外選出一第二電池單元組；於將該第二電池單元組之各電池單元並聯後，持續偵測該第二電池單元組之各電池單元之各別動態電池特徵參數； 判斷該第一電池單元組與該第二電池單元組串聯後的一串聯電壓與一串聯電流是否滿足該負載電壓與該負載電流；以及如果該第一電池單元組與該第二電池單元組串聯後的該串聯電壓與該負載電流滿足該負載電壓與該負載電流，則連結該矩陣交錯式線路模組、該第一電池單元組與該第二電池單元組以形成一第二電池連接組態，以從該第一電池單元組與該第二電池單元組輸出至少該輸出電壓。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之可程式化電池電源方法，其中，該第一電池單元組的該第一並聯電壓高於該第二電池單元組的一第二並聯電壓。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之可程式化電池電源方法，更包括：依據該第一電池單元組之各電池單元之各別動態電池特徵參數而得到各電池單元之各別放電應力指標，以判斷是否跳過該第一電池單元組之至少一電池單元。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之可程式化電池電源方法，其中，持續偵測該第一電池單元組與該第二電池單元組之各電池單元之各別動態電池特徵參數之該步驟更包括：持續偵測各電池單元的各別電流是否落於一可容許電流範圍內；持續偵測各電池單元的各別電壓是否高於一放電截止電壓；持續偵測各電池單元的各別溫度是否低於一溫度門檻值；以 及持續偵測各電池單元的各別電池容量是否高於一電池容量門檻值。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之可程式化電池電源方法，更包括：依據該第二電池單元組之各電池單元之各別動態電池特徵參數而得到各電池單元之各別放電應力指標，以判斷是否跳過該第二電池單元組之至少一電池單元。
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