TWI685174B - 電池失效管理方法及電池失效管理系統 - Google Patents

Abstract

一種電池失效管理方法，包含：提供一電池模組及一馬達驅動模組；電池模組依據其內置一可充電電池之一最低殘電量產生相對應之一殘電訊號；電池模組傳送殘電訊號至馬達驅動模組；馬達驅動模組接收殘電訊號，並依據殘電訊號控制一馬達輸出於一全速模式、一減速模式或一截止模式；以及電池模組依據馬達之不同輸出模式，調變可充電電池之一電流輸出量。藉此，於可充電電池未失效前，強制降低可充電電池之電流輸出量，令電動載具之駕駛者有足夠時間反應，避免拋錨。

Description

電池失效管理方法及電池失效管理系統

本發明係關於一種電池失效管理方法及電池失效管理系統。更特別言之，本發明係關於一種無設置放電開關之電池失效管理方法及電池失效管理系統。

基於能源短缺議題，電動載具如電動自行車、電動摩托車或電動汽車等，日益受到開發者及使用者青睞。於此種電動載具中，一般使用可循環充放電之可充電電池為供電來源。惟於長時間循環充放電後，此可充電電池之電芯之內阻，與其實際輸出之電量將產生差異，致發生過充或過放等狀況，而致可充電電池壽命減短。再者，亦須隨時監測可充電電池之充放電狀況，以即時反應誤差。因此，建置一完善之電池管理系統為必要。

習知地，放電開關被使用於上述電池管理系統中，以防止電池過放或過溫等誤差狀況產生。雖放電開關對保護可充電電池有所助益，惟另一方面，卻對電動載具造成使用上不便。舉例而言，若產生誤判，常導致電池管理系統過早斷電，致使電動載具瞬間拋錨而造成安全問題。再者， 因電動載具之負載波動相當大，亦常造成放電開關被擊穿，致使可充電電池妥善率下降。另外，電池管理系統將因電動載具不同，而須相應使用不同最大耐流量之放電開關，致使製造成本及複雜度增加。

基於上述，仍有必要開發安全性及穩定度高，且可即時反應之電池管理系統。

本發明之一目的在揭示一應用於電動載具上，但不使用放電保護開關之電池失效管理方法及系統。更進一步地闡述，本發明係依據可充電電池之最低殘電量為判斷依據，相對應調變馬達驅動模組之輸出，於可充電電池未失效前，強制降低可充電電池之電流輸出量。藉此，令電動載具之駕駛者得以獲取早期警示，並令駕駛者具有足夠充電或更換電池之時間，減少瞬間拋錨發生。

依據一實施方式，本發明提供一種電池失效管理方法，包含：提供一電池模組及一馬達驅動模組；電池模組依據其內置一可充電電池之一最低殘電量產生相對應之一殘電訊號；電池模組傳送殘電訊號至馬達驅動模組；馬達驅動模組接收殘電訊號，並依據殘電訊號控制一馬達輸出於一全速模式、一減速模式或一截止模式；以及電池模組依據馬達之不同輸出模式，調變可充電電池之一電流輸出量。其中，當可充電電池之最低殘電量大於等於一第一設定比例，為全速模式，馬達驅動模組控制馬達維持全速輸出；當可充 電電池之最低殘電量小於第一設定比例，大於等於一第二設定比例，為減速模式，馬達驅動模組控制馬達減速輸出，可充電電池之電流輸出量降低；當可充電電池之最低殘電量小於第二設定比例，或可充電電池產生過電流、過溫或過放時，為截止模式，馬達驅動模組控制馬達停止輸出，可充電電池之電流輸出量歸零。

上述電池失效管理方法中，電池模組可透過一有線通訊協定或一無線通訊協定傳送殘電訊號至馬達驅動模組。當運行於減速模式及截止模式時，則發出一警告訊號。

依據另一實施方式，本發明揭示一種電池失效管理系統，其包含一電池模組、一馬達驅動模組以及一通訊模組。電池模組係裝配有至少一可充電電池及一電池管理電路。電池管理電路控制可充電電池之充放電，並依據可充電電池之一最低殘電量輸出相對應之一殘電訊號。馬達驅動模組係用以驅動一馬達運轉。馬達驅動模組接收殘電訊號，並依據殘電訊號控制馬達輸出於一全速模式、一減速模式或一截止模式。通訊模組將殘電訊號由電池模組傳送至馬達驅動模組。電池管理電路可依據不同模式，調變可充電電池之一電流輸出量。當可充電電池之最低殘電量大於等於一第一設定比例時，為全速模式，此時馬達驅動模組控制馬達維持全速輸出。當可充電電池之最低殘電量小於第一設定比例，大於等於一第二設定比例時，為減速模式，此時馬達驅動模組控制馬達減速輸出，可充電電池之電流輸出量降低。當可充電電池之最低殘電量小於第二設定比例，或可充電電池產生 過電流、過溫或過放時，為截止模式，此時馬達驅動模組控制馬達停止輸出，可充電電池之電流輸出量歸零。

上述電池失效管理系統中，電池模組、通訊模組及馬達驅動模組係可裝配於一電動載具上。通訊模組係可透過一有線通訊協定或一無線通訊協定傳送殘電訊號至馬達驅動模組。

上述電池失效管理系統中，馬達可為一直流無刷馬達。馬達驅動模組並包含一微控制器、一霍爾感測器以及一逆變器。霍爾感測器受控而改變其周圍之一磁場，並因應磁場不同變化而輸出不同之電壓訊號。微控制器藉由逆變器讀入不同之電壓訊號，藉以控制馬達之加速或減速。

110‧‧‧電池模組

111‧‧‧可充電電池

112‧‧‧電池管理電路

120‧‧‧馬達驅動模組

121‧‧‧微控制器

122‧‧‧霍爾感測器

123‧‧‧逆變器

S101、S102、S103、S104‧‧‧步驟

124‧‧‧直流無刷馬達

130‧‧‧通訊模組

第1圖係繪示依據本發明一實施例之電池失效管理方法流程圖；第2圖係繪示依據本發明一實施例之電池失效管理系統架構示意圖；以及第3圖係繪示於本發明之電池失效管理系統中，馬達驅動模組架構示意圖。

於下列的描述中，將參照所附圖式說明本發明之具體實施例。許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。 然而，這些實務上的細節不應該用以限制本發明。亦即，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

第1圖係繪示依據本發明一實施例之電池失效管理方法流程圖。本發明之電池失效管理方法，包含下列步驟：步驟S101係提供一電池模組及一馬達驅動模組；步驟S102係由電池模組傳送一殘電訊號至馬達驅動模組；步驟S103係由馬達驅動模組接收殘電訊號，並依據殘電訊號控制一馬達輸出於一全速模式、一減速模式或一截止模式；步驟S104係電池模組依據不同之輸出模式，調變一可充電電池之一電流輸出量。上述之全速模式、減速模式及截止模式，係依據可充電電池之最低殘電量而定義。以下續說明上述電池失效管理方法之運作機制。

第2圖係繪示依據本發明一實施例之電池失效管理系統架構示意圖。電池失效管理系統包含一電池模組110、一馬達驅動模組120以及一通訊模組130。電池模組110係裝配有至少一可充電電池111及一電池管理電路112。電池管理電路112用以控制可充電電池111之充放電，並依據可充電電池111之一最低殘電量輸出相對應之一殘電訊號。馬達驅動模組120係驅動一馬達運轉，藉以驅動一電動載具之行駛。馬達驅動模組120於接收殘電訊號後，依據殘電訊號，控制馬達不同操作模式(全速模式、減速模式或截止模式)。此不同操作模 式，大致而言，係依據可充電電池111之最低殘電量多寡而定義，電池管理電路112則依據上述馬達不同操作模式，調變可充電電池111之電流輸出量(或最大電流輸出量)，以避免過度耗費電量，並令電動載具駕駛者具有足夠反應時間，於電力耗盡前進行更換電池或充電，避免瞬間拋錨等危險狀況。另外，通訊模組130則用以將殘電訊號由電池模組110傳送至馬達驅動模組120。

舉例而言，當可充電電池111之最低殘電量大於等於一第一設定比例(如：20%)時，為全速模式，此時馬達驅動模組120控制馬達維持全速輸出，以維持電動載具之騎乘品質。當可充電電池111之最低殘電量小於第一設定比例(如：20%)，且大於等於一第二設定比例(如：5%)時，為減速模式，此時馬達驅動模組120控制馬達減速輸出，可充電電池111之電流輸出量(或最大電流輸出量)降低，一方面令馬達減速運轉，一方面亦對可充電電池111之電流輸出量進行限制，確保可充電電池111之最低殘電量不至過度耗費。當可充電電池111之最低殘電量小於第二設定比例(如：5%)時，或可充電電池111產生過電流、過溫或過放時，為截止模式，此時馬達驅動模組120控制馬達停止輸出，可充電電池111之電流輸出量歸零。藉此，停止可充電電池111電流輸出及馬達運轉，避免電池模組110及馬達驅動模組120損壞。須知上述最低殘電量之設定比例區間，僅為一展示例，實際可依據不同狀況而調變。上述亦可得知本發明對過放、過溫等之保護，非如習知使用放電開關，而是透過對 可充電電池111之最低殘電量與馬達驅動模組120控制馬達操作模式之共同判斷而得到。

上所述之最低殘電量，係因可充電電池111通常由多個電池芯串聯而達到所需工作電壓。因此，對於可充電電池111之整體電性表現估測，必須以可充電電池111中具最低殘電量之電池芯代表整組可充電電池111之電性表現。

第3圖係繪示於本發明之電池失效管理系統中，馬達驅動模組120架構示意圖。馬達驅動模組120基本包含一微控制器121、一霍爾感測器122及一逆變器123。於一展示例中，本發明係使用一直流無刷馬達124，並且，馬達驅動模組120亦具有欠電壓保護、過電流保護、過溫度保護等多重功能。電動載具之行進，則一般透過把手進行速度控制。把手內置霍爾感測器122與永久磁鐵。把手轉動時，霍爾感測器122周圍磁場將改變，並因應不同磁場輸出不同之電壓訊號。微控制器121藉由逆變器123讀入不同電壓訊號，據以進行馬達之加減速控制，以控制電動載具之加速、減速等動作。同時，馬達驅動模組120透過通訊模組130(可透過例如RS-485、RS-422、RS-232等有線通訊協定；或紅外線、藍牙、ZigBee、ANT、Wi-Fi等無線通訊協定)接收電池模組110之殘電訊號，得知電池模組110之狀態變化，使馬達驅動模組120依據殘電訊號進行不同模式切換與調整，以達放電警示與保護作用。

綜上，本發明係同時整合電池模組110及馬達驅動模組120之協同運作。依據可充電電池111之最低殘電 量進行判斷，藉以限制馬達驅動模組120之輸出，並反饋至電池模組110減少電流輸出量，避免在低殘電量時的過度電流導致可充電電池111過放觸發斷電保護，並導致電動車拋錨，藉本發明可以使駕駛者具有較足夠時間充電或更換電池，降低瞬間拋錨發生機率，提高騎乘安全性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S101、S102、S103、S104‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種電池失效管理方法，包含：提供一電池模組及一馬達驅動模組；該電池模組依據其內置一可充電電池之一最低殘電量產生相對應之一殘電訊號；該電池模組傳送該殘電訊號至該馬達驅動模組；該馬達驅動模組接收該殘電訊號，並依據該殘電訊號控制一馬達輸出於一全速模式、一減速模式或一截止模式；以及該電池模組依據該馬達之不同輸出模式，調變該可充電電池之一電流輸出量；其中，當該可充電電池之該最低殘電量大於等於一第一設定比例時，為該全速模式，該馬達驅動模組控制該馬達維持全速輸出；當該可充電電池之該最低殘電量小於該第一設定比例，且大於等於一第二設定比例時，為該減速模式，該馬達驅動模組控制該馬達減速輸出，該可充電電池之該電流輸出量降低；當該可充電電池之該最低殘電量小於該第二設定比例，或該可充電電池產生過電流、過溫或過放時，為該截止模式，該馬達驅動模組控制該馬達停止輸出，該可充電電池之該電流輸出量歸零。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電池失效管理方法，其中該電池模組透過一有線通訊協定或一無線通訊協定傳送該殘電訊號至該馬達驅動模組。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電池失效管理方法，其中當運行於該減速模式及該截止模式時，則發出一警告訊號。
4. 一種電池失效管理系統，包含：一電池模組，其係裝配有至少一可充電電池及一電池管理電路，該電池管理電路控制該可充電電池之充放電，並依據該可充電電池之一最低殘電量輸出相對應之一殘電訊號；一馬達驅動模組，其係用以驅動一馬達運轉，該驅動模組接收該殘電訊號，並依據該殘電訊號控制該馬達輸出於一全速模式、一減速模式或一截止模式；以及一通訊模組，其將該殘電訊號由該電池模組傳送至該馬達驅動模組；其中：該電池管理電路依據不同模式，調變該可充電電池之一電流輸出量； 當該可充電電池之該最低殘電量大於等於一第一設定比例時，為該全速模式，該馬達驅動模組控制該馬達維持全速輸出；當該可充電電池之該最低殘電量小於該第一設定比例，且大於等於一第二設定比例時，為該減速模式，該馬達驅動模組控制該馬達減速輸出，該可充電電池之該電流輸出量降低；當該可充電電池之該最低殘電量小於該第二設定比例，或該可充電電池產生過電流、過溫或過放時，為該截止模式，該馬達驅動模組控制該馬達停止輸出，該可充電電池之該電流輸出量歸零。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電池失效管理系統，其中該電池模組、該通訊模組及該馬達驅動模組係裝配於一電動載具上。
6. 如申請專利範圍第4項所述的電池失效管理系統，其中該通訊模組係透過一有線通訊協定或一無線通訊協定傳送該殘電訊號至該馬達驅動模組。
7. 如申請專利範圍第4項所述的電池失效管理系統，其中該馬達為一直流無刷馬達。
8. 如申請專利範圍第4項所述的電池失效管理系統，其中該馬達驅動模組包含一微控制器、一霍爾感測器以及一逆變器，該霍爾感測器受控而改變其周圍之一磁場，並因應該磁場不同變化而輸出不同之電壓訊號，該微控制器藉由該逆變器讀入不同之電壓訊號，藉以控制該馬達之加速或減速。

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