TWI842127B - 電動車的電池並聯充電方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種電動車的電池並聯充電方法，可利用一電池並聯充電系統實施，該系統供應用於一電動車上，且包含有複數個電池模組及一控制單元。當該電動車連接至一充電器而喚醒該控制單元，令該控制單元接收各該電池模組的電壓值，該控制單元判斷複數個該電池模組彼此之間的電壓差值是否大於一預設電壓值。當該電壓差值大於該預設電壓值時，該控制單元控制該複數個該電池模組中較低電壓值者進行充電；當該電壓差值小於該預設電壓值時，該控制單元控制複數個該電池模組共同充電。

Description

電動車的電池並聯充電方法

本發明關於電動車的電池，特別是關於電動車的電池並聯充電方法。

現有的電動機車通常以可重複充電的電池作為動力來源，為了改善單一電池的電容量問題，電動機車發展出使用多顆電池的供電系統，通常透過串聯複數個電池形成一電池組，增加電動機車的續航力；並可透過專屬充電纜線直接對該電動機車內部的電池組充電，或是由使用者從該電動機車內分別取出各該電池進行充電；當使用者以充電纜線對該電池組充電時，因為該電池組中的電池以串聯的方式連接，如果各該電池的電壓不均衡，可能有任一電池提早結束充電，其餘的電池尚未充飽電。

就電池串聯充電技術上的缺失，中華民國專利申請第109106621號案揭露一種多節電池組充電平衡裝置、系統及其方法，藉由一輪休架構，該架構透過一控制器斷開包含一充飽電池的切換電路中的串聯開關，導通切換電路中的旁路開關，讓該充飽電池離開充電迴路，其餘電池可持續穩定地充電。該技術可能存在以下問題： 1.     當突然斷開切換電路的串聯開關時，整體的充電電壓會驟降，影響充電的穩定性。 2.     如果切換電路中的串聯開關與旁路開關失效，切換電路中的電池有短路而損壞的風險。

[發明所欲解決之問題]

現有電動車中的電池以串聯的方式連接，為使一充飽電池離開充電迴路，需斷開包含一充飽電池的切換電路中的串聯開關而導致充電器的充電電壓驟降，影響充電的穩定性，且如果切換電路中的開關失效時，切換電路中的電池有短路而損壞的風險，本發明為解決該技術問題，故提出一種電動車的電池並聯充電方法。

[解決問題之技術手段]

本發明提供一種電動車的電池並聯充電方法，依據本發明的一實施例，該電動車包含有複數個電池模組及一控制單元，該電池模組包含一電池芯模組、一充電開關與一放電開關，且複數個該電池模組相並聯，該控制單元電連接複數個該電池模組；當該電動車連接一充電器時，該控制單元接收該充電器傳送的一觸發喚醒訊號以執行該電池並聯充電方法，該方法包含： 該控制單元接收複數個該電池模組的電壓值； 該控制單元判斷複數個該電池模組彼此之間的電壓差值是否大於一預設電壓值； 當該電壓差值大於該預設電壓值時，該控制單元控制複數個該電池模組中較低電壓值者進行充電； 當該電壓差值小於該預設電壓值時，該控制單元控制複數個該電池模組共同充電。

依據本發明的另一實施例，該電動車包含有一第一電池模組、一第二電池模組及一控制單元，該第一電池模組包含一第一電池芯模組、一第一充電開關與一第一放電開關；該第二電池模組包含一第二電池芯模組、一第二充電開關與一第二放電開關；該第一電池模組與該第二電池模組相並聯，該控制單元電連接該第一電池模組及該第二電池模組；當該電動車連接一充電器，該控制單元接收該充電器傳送的一觸發喚醒訊號以執行該電池並聯充電方法，該方法包含： 該控制單元接收該第一電池模組的一第一電壓值及該第二電池模組的一第二電壓值； 該控制單元計算該第一電壓值與該第二電壓值的一電壓差值； 該控制單元判斷該電壓差值是否大於一預設電壓值； 當該電壓差值大於該預設電壓值，該控制單元控制該第一電池模組及該第二電池模組之中具有較低電壓值者進行充電； 當該電壓差值小於該預設電壓值，該控制單元控制該第一電池模組與該第二電池模組共同充電。

[發明之功效]

本發明電動車的電池並聯充電方法，係判斷電池模組之間的電壓差值，充電過程中無須使任一電池模組離開充電迴路，充電器的充電電壓因此可以穩定輸出，且各電池模組包含有一充電開關及一放電開關，該充電開關與該放電開關具有單向導通的功能，使各該電池模組充電過程中不會有電流互灌的情形發生。另外， 因為以並聯的方式進行充電，分散充電器的充電電流之充放電率(C-rate)，降低各電池模組充電時的溫度，增加各電池模組的使用壽命。

本發明是一種電動車的電池並聯充電方法，可利用如圖1所示的電池並聯充電系統實施。該電池並聯充電系統設置在一電動車上，在本發明電池並聯充電系統的一第一實施例中，包含一第一電池模組10、一第二電池模組20及一控制單元30，該第一電池模組10與該第二電池模組20相並聯，且透過充電排線共同接收一充電器50提供的電力以進行充電。該控制單元30具有一通訊控制模組31及一接收模組32，該通訊控制模組31連接該第一電池模組10及該第二電池模組20以進行通訊，該接收模組32可為但不限於一喚醒電路，且連接該充電器50以進行通訊。當該控制單元30透過該接收模組32接收該充電器50傳送的訊號喚醒，可透過該通訊控制模組31接收該第一電池模組10與該第二電池模組20傳送的電池資訊，或輸出指令控制該第一電池模組10與該第二電池模組20。

該第一電池模組10包含一第一電池芯模組11及一第一電池管理系統(Battery Management System，簡稱BMS)12。該第一電池芯模組11可為單一個電池芯或是由多個電池芯構成，該第一電池管理系統12可實施在一電路板上，作為該第一電池芯模組11的一資訊管理核心，用來對該第一電池芯模組11進行充放電的運作管理，並監控該第一電池芯模組11的電量資訊、溫度資訊等。

該第一電池管理系統12連接至該充電器50、該第一電池芯模組11及該控制單元30，且包含一第一通訊介面13、一第一充電開關14及一第一放電開關15，該第一通訊介面13連接該通訊控制模組31，接收來自該控制單元30發出的控制指令，或傳送該第一電池模組10的一電池資訊給該控制單元30，具體而言，該第一電池管理系統12與該控制單元30透過該通訊控制模組31與該第一通訊介面13連接通訊，其中，該第一通訊模組13與該通訊控制模組31可以是支援控制器區域網路(Controller Area Network，簡稱CAN或CAN bus)的協定，或是其他透過有線/無線的通訊介面。

該第一充電開關14及該第一放電開關15為具有單向導通功能的開關，例如金氧半場效電晶體(MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)，以下以該第一充電開關14及該第一放電開關15分別為一金氧半場效電晶體(MOSFET)為例進行說明，在該金氧半場效電晶體的源極(source)及汲極(drain)之間存在有一寄生二極體。該充電器50、該第一充電開關14、該第一放電開關15與該第一電池芯模組11相串聯，且該第一充電開關14及該第一放電開關15為反向連接，令各別的該寄生二極體的陰極相連接。該第一充電開關14及該第一放電開關15可分別根據該控制單元30的控制而導通或中斷，透過改變該第一充電開關14及該第一放電開關15的狀態，令該充電器50對該第一電池芯模組11進行充電。

該第二電池模組20同樣包含有一第二電池芯模組21及一第二電池管理系統22，該第二電池管理系統22具有一第二通訊介面23、一第二充電開關24及一第二放電開關25，其中，該第二通訊介面23亦與該控制單元30的該通訊控制模組31連接通訊；因為該第二電池模組20的電路架構與該第一電池模組10的電路架構相同，故不進行贅述。

本發明電動車的電池並聯充電方法的一第一實施例，可藉由上述的電池並聯充電系統連接至該充電器50而執行。具體而言，該充電器50具有一充電通訊模組51及一喚醒模組52，當該電池並聯充電系統連接至該充電器50，該充電通訊模組51與該通訊控制模組31連接通訊，該喚醒模組52與該接收模組32連接通訊，令該充電器50透過該喚醒模組52傳送一觸發喚醒訊號T1給該接收模組32，該接收模組32接收該觸發喚醒訊號T1，藉此，該控制單元30觸發喚醒而執行該電池並聯充電方法，其中，該觸發喚醒訊號T1可為一電源訊號。請參閱圖2，該電池並聯充電方法包含有：

S10：該控制單元30接收該第一電池模組10的一第一電壓值及該第二電池模組20的一第二電壓值。該控制單元30透過該通訊控制模組31觸發喚醒該第一電池模組10及該第二電池模組20，令該第一電池模組10透過該第一通訊介面13傳送該第一電壓值給該通訊控制模組31，該第二電池模組20透過該第二通訊介面23傳送給第二電壓值給該通訊控制模組31。

S11：該控制單元30根據該第一電壓值與該第二電壓值計算出一電壓差值。

S12：判斷該電壓差值是否大於一預設電壓值。

S13：當該電壓差值大於該預設電壓值，控制該第一電池模組10與該第二電池模組20之中具有較低電壓值者進行充電。舉例而言，如圖3所示，該第二電池模組20為具有較低電壓值者，該控制單元30透過該通訊控制模組31控制該第一電池管理系統12及該第二電池管理系統22，令該第一充電開關14、該第二充電開關24及該第二放電開關25導通，使該充電器50輸出較大的一第二充電電流I2先對該第二電池模組20進行充電，該第一電池模組10因為只有導通該第一充電開關14，故僅有微小的一第一充電電流I1輸入該第一電池模組10，該第一充電電流I1透過該第一放電開關15的寄生二極體輸入該第一電池模組10，其中，該充電器50輸出的總充電電流為該第一充電電流I1與該第二充電電流I2的總和。

隨著該第二電池模組20逐漸充電，該第二電池模組20的電壓值會漸漸上升，使該第二充電電流I2逐漸變小，而輸入該第一電池模組10的該第一充電電流I1會漸漸增大，當該第一充電電流I1將超出該寄生二極體所能承受的最大電流值時，表示該第一電池模組10與該第二電池模組20的該電壓差值將小於該預設電壓值。特別注意的是，上述的充電過程中，由於該第一放電開關15維持中斷，可以避免具有較高電壓的第一電池模組10之電流灌入具有較低電壓的該第二電池模組20，防止該第二電池模組20損壞。

S14：當該電壓差值小於該預設電壓值，控制該第一電池模組10與第二電池模組20共同充電。如圖4所示，該控制單元30透過該通訊控制模組31控制該第一電池管理系統12及該第二電池管理系統22，令該第一充電開關14、該第一放電開關15、該第二充電開關24及該第二放電開關25導通，令該第一電池模組10、該第二電池模組20分別接收該第一充電電流I1、該第二充電電流I2而共同充電，其中，該第一充電電流I1與該第二充電電流I2會隨著該第一電池模組10與該第二電池模組20的電壓值提升而變化，當該第一電池模組10與該第二電池模組20的電壓值相等時，該第一充電電流I1等於該第二充電電流I2。在本發明的一實施例中，當第一電池模組10與第二電池模組20共同充電時，該控制單元30可透過該通訊控制模組31與該充電通訊模組51通訊，令該充電器50提升輸出的總充電電流。

本發明電動車的電池並聯充電方法的一第二實施例，可利用該電池並聯充電系統的一第二實施例實施，在該系統的本實施例中，係基於該系統的第一實施例中之電路架構，增設複數個電池模組，各該電池模組具有一充電開關及一放電開關，以下以該電池並聯充電系統具有三個該電池模組為例進行說明。

如圖5所示，該第三電池模組40同樣包含有一第三電池芯模組41及一第三電池管理系統42，該第三電池管理系統42具有一第三通訊介面43、一第三充電開關44及一第三放電開關45，其中，該第三通訊介面43亦與該控制單元30的該通訊控制模組31連接通訊；因為該第三電池模組30的電路架構與該第一電池模組10的電路架構相同，故不在重述。當該電池並聯充電系統的第二實施例連接至該充電器50，該控制單元30觸發喚醒而執行該電池並聯充電方法的第二實施例，請參閱圖6，該方法包含有：

S20：該控制單元30接收該第一電池模組10、該第二電池模組20及該第三電池模組40的電壓值。因為其接收方式如同該方法的第一實施例中的步驟S10，故不再重述。

S21：該控制單元30判斷複數個該電池模組彼此之間的電壓差值是否大於一預設電壓值。具體而言，該控制單元30可判斷該第一電池模組10、該第二電池模組20及該第三電池模組40之中，具有一最小電壓值的該電池模組作為一基準電池模組，例如該第三電池模組40為該基準電池模組。該控制單元30再分別計算該基準電池模組與其他各電池模組的一電壓差值，判斷該些電壓差值是否大於該預設電壓值，其中，該基準電池模組與該第一電池模組10的電壓差異為一第一電壓差值，該基準電池模組與該第二電池模組20的電壓差異為一第二電壓差值，而該預設電壓值如該方法的第一實施例，與各該寄生二極體所能承受的最大電流值有關。

S22：當該電壓差值大於該預設電壓值時，該控制單元30控制複數個該電池模組中較低電壓值者進行充電，如上述所述，即該第一電壓差值及該第二電壓差值分別大於該預設電壓值時，該控制單元30控制該基準電池模組進行充電。因為其充電方式如同該方法的第一實施例中的步驟S14，故不再進行贅述。

S23：當該電壓差值小於該預設電壓值時，該控制單元30控制複數個該電池模組共同充電。配合上述的例子，例如該第一電壓差值與該第二電壓差值之中至少一者小於該預設電壓值，該控制單元30控制該電壓差值小於該預設電壓值的該電池模組與該基準電池模組共同充電。舉例而言，該第二電壓差值小於該預設電壓值，該控制單元30透過該通訊控制模組31控制該第二電池管理系統22及該第三電池管理系統42，令該第二電池模組20與該第三電池模組40共同充電。

本發明電動車的電池並聯充電方法針對一電動車透過充電纜線連接至一充電器時，判斷該電動車中多個電壓不同的電池模組，其中具有一最小電壓值作為一基準電池模組，分別計算該基準電池模組與其他各電池模組的一電壓差值。當判斷該電壓差值皆大於一預設電壓值，令該基準電池模組單獨進行充電，控制該基準電池模組的充電開關與放電開關導通，其他各電池模組僅先導通其充電開關，以限制其他各電池模組的電流灌入該基準電池模組；當判斷該電壓差值中至少一者小於該預設電壓值，令該電壓差值小於該預設電壓值的該電池模組與該基準電池模組共同充電，控制該基準電池模組的充電開關與放電開關皆導通，該至少一電壓差值小於該預設電壓值的電池模組的充電開關與放電開關導通。因為本發明以並聯方式進行充電，使各該電池模組的電壓值在有差異的情況下也可以同時充電，平均各該電池模組的電壓值。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

10:第一電池模組 11:第一電池芯模組 12:第一電池管理系統 13:第一通訊介面 14:第一充電開關 15:第一放電開關 20:第二電池模組 21:第二電池芯模組 22:第二電池管理系統 23:第二通訊介面 24:第二充電開關 25:第二放電開關 30:控制單元 31:通訊控制模組 32:接收模組 40:第三電池模組 41:第三電池芯模組 42:第三電池管理系統 43:第三通訊介面 44:第三充電開關 45:第三放電開關 50:充電器 51:充電通訊模組 52:喚醒模組 I1:第一充電電流 I2:第二充電電流 T1:觸發喚醒訊號

圖1:用於實施本發明的一第一實施例的一電池並聯充電系統之電路方塊圖。 圖2:本發明電動車的電池並聯充電方法的一第一實施例之流程圖。 圖3:本發明的一第一實施例中的第二電池模組進行充電時之電路方塊圖。 圖4:本發明的一第一實施例中的第一電池模組與第二電池模組同時進行充電之電路方塊圖。 圖5:用於實施本發明的一第二實施例的一電池並聯充電系統之電路方塊圖。 圖6:本發明電動車的電池並聯充電方法的一第二實施例之流程圖。

Claims (9)

1. 一種電動車的電池並聯充電方法，該電動車包含有複數個電池模組及一控制單元，該控制單元具有一通訊控制模組及一接收模組，該通訊控制模組連接複數個該電池模組以進行通訊，該電池模組包含一電池芯模組、一充電開關與一放電開關，且複數個該電池模組相並聯，該控制單元電連接複數個該電池模組；當該電動車連接一充電器時，該接收模組連接該充電器且該通訊控制模組連接該充電器的一充電通訊模組以進行通訊，當該接收模組透過該充電器接收該充電器的一喚醒模組所傳送的一觸發喚醒訊號而被喚醒時，該控制單元執行該電池並聯充電方法，該方法包含：該通訊控制模組接收複數個該電池模組傳送的電壓值；該控制單元判斷複數個該電池模組彼此之間的電壓差值是否大於一預設電壓值；當該電壓差值大於該預設電壓值時，該控制單元控制複數個該電池模組中較低電壓值者進行充電；當該電壓差值小於該預設電壓值時，該控制單元控制複數個該電池模組共同充電。
2. 一種電動車的電池並聯充電方法，該電動車包含有一第一電池模組、一第二電池模組及一控制單元，該控制單元具有一通訊控制模組及一接收模組，該通訊控制模組連接該第一電池模組及該第二電池模組以進行通訊，該第一電池模組包含一第一電池芯模組、一第一充電開關與一第一放電開關；該第二電池模組包含一第二電池芯模組、一第二充電開關與一第二放電開關；該第一電池模組與該第二電池模組相並聯，該控制單元電連接該第一電池模組及該第二電池模組；當該電動車連接一充電器時，該接收模組連接該充電器且該通訊控制模組連接該充電器的一充電通訊模組以進行通訊，當該接收模 組透過該充電器接收該充電器的一喚醒模組所傳送的一觸發喚醒訊號而被喚醒時，該控制單元執行該電池並聯充電方法，該方法包含：該通訊控制模組接收該第一電池模組傳送的一第一電壓值及該第二電池模組傳送的一第二電壓值；該控制單元計算該第一電壓值與該第二電壓值的一電壓差值；該控制單元判斷該電壓差值是否大於一預設電壓值；當該電壓差值大於該預設電壓值時，該控制單元控制該第一電池模組及該第二電池模組之中具有較低電壓值者進行充電；當該電壓差值小於該預設電壓值時，該控制單元控制該第一電池模組與該第二電池模組共同充電。
3. 如請求項1或2所述之電動車的電池並聯充電方法，其中，該控制單元包含有一接收模組，該充電器包含有一喚醒模組，該充電器透過該喚醒模組傳送該觸發喚醒訊號給該接收模組，該觸發喚醒訊號係為一電源訊號。
4. 如請求項3所述之電動車的電池並聯充電方法，其中，該接收模組為一喚醒電路，該喚醒電路根據該觸發喚醒訊號喚醒該控制單元。
5. 如請求項2所述之電動車的電池並聯充電方法，其中，該第一電池模組包含有一第一電池管理系統，該第二電池模組包含有一第二電池管理系統，該控制單元包含有一通訊控制模組，其中，該控制單元透過該通訊控制模組分別與該第一電池管理系統及該第二電池管理系統通訊，以接收該第一電壓值及該第二電壓值。
6. 如請求項5所述之電動車的電池並聯充電方法，其中，該充電器進一步包含一充電通訊模組，該充電通訊模組與該通訊控制模組相互通訊。
7. 如請求項6所述之電動車的電池並聯充電方法，其中，當該第一電池模組與該第二電池模組共同充電時，該控制單元透過該充電通訊模組令該充電器提升輸出的總充電電流。
8. 如請求項2所述之電動車的電池並聯充電方法，其中，當該電壓差值大於該預設電壓值，該控制單元令該第一電池模組及該第二電池模組之中具有較低電壓值者之充電開關及放電開關導通，並令該第一電池模組及該第二電池模組之中具有較高電壓值者之充電開關導通。
9. 如請求項2所述之電動車的電池並聯充電方法，其中，當該電壓差值小於該預設電壓值，該控制單元令該第二充電開關與該第二放電開關導通，並令該第一充電開關與該第一放電開關導通以共同充電。