CN110556909A - 电源管理系统及其运作方法 - Google Patents

Abstract

一种电源管理系统及其运作方法，电源管理系统包含有侦测模块、波形产生装置、补电装置、控制装置、第一切换模块以及第二切换模块，其中侦测模块用以侦测多个电池的电池状态，并将电池状态传送到控制装置，当控制装置控制第一切换模块导通时，电池电性连接波形产生装置，且波形产生装置受控制产生复合波分别对电池充电；当控制装置控制第二切换模块导通时，电池电性连接补电装置以及负载，且控制装置依据各电池的电池状态控制补电装置输出补充电能给对应的电池，且补充电能与电池的电能共同供电至负载。

Description

电源管理系统及其运作方法

技术领域

本发明与电池充放电管理有关；特别是指一种电源管理系统以及电源管理系统的运作方法。

背景技术

电源管理系统是用于电池之充电与放电管理。请参图1所示，为传统的电源管理系统1，该电源管理系统1电性连接一电池组2，该电池组2包含有多个以串联的方式电性连接的电池2a。

以传统的电源管理系统1切换至充电状态为例，传统的电源管理系统1对电池组2充电时，传统的电源管理系统1通常需要消耗较大的能量才能对电池组2充电，且电池组2中若有其中一电池2a损坏或效能下降的情况，会进而导致电池组2于充电时，充电效率不佳的情况发生。

以传统的电源管理系统1切换至供电状态为例，当电池组2中的其中一该电池2a损坏或效能不佳时，电池组2供电给负载L时，也可能会因为一该电池2a的缘故，进而导致电池组2无法达到供电给负载L1或电池组2电力不平衡等的情况。

由上述可得知传统的电源管理系统1未臻完善，尚有待改良。

发明内容

有鉴于此，本发明之目的在于提供一种电源管理系统及其运作方法，可以让电池组中的至少一电池效能下降或损坏时，可以提供额外补足电池组输出至负载的不足能量以及让电池组的电池效能可以藉由充电得到恢复至较佳的电池效能。

缘以达成上述目的，本发明提供的一种电源管理系统，电性连接一电池组，该电池组电性连接一负载，且该电池组包括多个串联的电池；该电源管理系统包含一侦测模块、一波形产生装置、一补电装置以及一控制装置，其中该侦测模块电性连接该多个电池，该侦测模块侦测各该电池的一电池状态；该波形产生装置电性连接一电源且通过一第一切换模块分别电性连接该多个电池；该第一切换模块受控制而导通或截断该波形产生装置与该多个电池之间的电性连接；该补电装置电性连接该电源且通过一第二切换模块分别电性连接该多个电池；该第二切换模块受控制而导通或截断该补电装置与该多个电池之间的电性连接；该控制装置，电性连接该侦测模块、该波形产生装置、该补电装置、该第一切换模块与该第二切换模块；该控制装置操作于多种运作模式之其中之一，该多个运作模式包括一第一运作模式与一第二运作模式，其中于该第一运作模式时，该控制装置控制该第一切换模块导通及控制该第二切换模块截止，且依据各该电池的电池状态所分别对应的一第一参数值控制该波形产生装置产生多个充电波形，并将该多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能并分别输出至该多个电池，以分别对该多个电池充电；于该第二运作模式时，该控制装置控制该第二切换模块导通及控制该第一切换模块截断，且依据各该电池的电池状态所形成的一第二参数值控制该补电装置输出一补充电能给至少一该电池，使该补充电能与该多个电池之电能共同供电至该负载。

本发明提供的一种电源管理系统的运作方法，该电源管理系统电性连接一电池组，该电池组电性连接一负载，且该电池组包括多个串联的电池；该电源管理系统包含有一侦测模块、一波形产生装置、一补电装置、一控制装置、一第一切换模块以及一第二切换模块，其中该侦测模块电性连接该多个电池；该波形产生装置电性连接一电源且通过一第一切换模块分别电性连接该多个电池；该补电装置电性连接该电源且通过一第二切换模块分别电性连接该多个电池；该控制装置电性连接该侦测模块、该波形产生装置、该补电装置、该第一切换模块与该第二切换模块；该控制装置操作于多种运作模式之其中之一，该多个运作模式包括一第一运作模式与一第二运作模式；其中，该第一运作模式包含下列步骤A1～A3：A1、该控制装置控制该第一切换模块导通，并控制该第二切换模块截断，且该侦测模块侦测各该电池的一电池状态；A2、依据该侦测模块所测得的各该电池的电池状态分别对应一第一参数值；A3、该控制装置控制该波形产生装置产生对应各该第一参数值的充电波形，并将该多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能对各该电池充电；该第二运作模式包含下列步骤B1～B2：B1、该控制装置控制该第二切换模块导通，并控制该第一切换模块截断，且该侦测模块侦测各该电池的该电池状态；该电池状态对应该第二参数值输出至该控制装置；B2、判断是否有任一该电池的该第二参数值小于一预定值：若否，由该多个电池之电能输出至该负载；若是，输出一补充电能至该第二参数值小于该预定值的各该电池，并由该补充电能与该多个电池之电能共同供电至该负载。

本发明之效果在于提供一种电源管理系统及其运作方法可以藉由电源管理系统侦测电池的电池状态，让电池于充电时可以有效避免电池之电池芯老化现象、延长电池寿命，以及提升充电效率，且具有节能环保的效果，并于电池供电给负载时，可以解决电池输出至负载电力不一致的问题。

附图说明

图1为传统的电源管理系统电路图；

图2为本发明一优选实施例之电源管理系统的电路图；

图3A为上述一优选实施例之波形产生器所产生的实验数据；

图3B为上述一优选实施例之波形产生器所产生的实验数据；

图3C为上述一优选实施例之波形产生器所产生的实验数据；

图3D为上述一优选实施例之波形产生器所产生的实验数据；

图4为上述一优选实施例之电源管理系统于第一运作模式之运作方法；

图5为上述一优选实施例之电源管理系统于第一运作模式之运作方法。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举一优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图2所示，为本发明一优选实施例之电源管理系统电性连接一电池组3，该电池组3电性连接一负载L2，且该电池组3包括多个串联的电池3a，其包含有一侦测模块10、一波形产生装置20、一补电装置30、一控制装置40、一第一切换模块50、一第二切换模块60以及一第三切换模块70。

该侦测模块10电性连接该多个电池3以及控制装置40，且用以侦测各电池3a的电池状态，于本实施例中，侦测模块10所侦测的电池状态包含有直流内阻(DCIR)、交流内阻(ACIR)以及健康状态(State of Health，SOH)其中至少一个，且各该电池的电池状态分别对应一第一参数值，而电池3a的正极端与负极端之间的电流值对应一第二参数值，其中，各该第一参数值为电阻值、频率值、电压值、电流值以及功率值的其中之一，且第一参数值用以设定充电电能的振幅大小、频率、偏移电压的其中至少一个；而该第二参数值于本实施例中，为电流值。

该波形产生装置20电性连接一电源P、控制装置40以及第一切换模块50，且第一切换模块50受控制装置40控制而导通或截断波形产生装置20与该多个电池3a之间的电性连接，当第一切换模块50导通波形产生装置20时，波形产生装置20可以对电池3a充电，请再配合图3A至以及图3D所示，于本实施例中，该波形产生装置20可以产生多个充电波形，并将该多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能并分别输出至该多个电池3a，以分别对该多个电池3a充电，而该多个复合波是由基本波形中的至少一波形组合而成，其中基本波形举例而言可以是方波、三角波、弦波、脉冲波等，且该多个基本波形会随振幅、频率等而有所不同，但不以此为限。举例而言，当侦测模块10侦测的电池状态时为直流内阻以及电压时，直流内阻所对应的第一参数值为电阻值以及电压值，且控制装置40依据电阻值进一步做数值分析，进而判断电池的种类以及其电容量大小，并控制波形产生装置20输出对应的充电波形，于本实施例中，控制装置40会依据电阻值与电压值，进而决定充电波形的振幅后输出；而当侦测模块10侦测的电池状态为交流内阻时，交流内阻所对应的第一参数值为交流内阻的电阻值，于本实施例中，控制装置40会依据交流内阻的电阻值大小决定充电频率是否采用高频率，并控制波形产生装置20输出对应的充电波形，举例而言，当电池3a老化时，交流内阻所对应的电阻值会上升，当电阻值大于一固定值时，输出高频率之充电频率的充电波形，以降低交流内阻的电阻值。

该补电装置30电性连接电源P以及控制装置40以及第二切换模块60，且补电装置30是受控制装置40控制第二切换模块60而导通或截断与该多个电池3a的正极端及负极端之间的电性连接，当第二切换模块60导通时，补电装置30会依据控制装置40所发出的控制讯号，针对各需求补电的电池3a输出一补充电能给该电池3a，且当控制装置40控制第二切换模块60以及第三切换模块70同时导通补电装置30与电池3a之间的电性连接以及电池组3的正输出端3b及负输出端3c分别与负载L2之间的电性连接时，补电装置30对电池3a所补充的补充电能会与电池3a同时供电给负载L2。

举例而言，侦测模块10侦测电池3a的正极端与负极端之间的电流值，并将电流值输出至控制装置40，该电流值与控制装置40中的一预定值比较，当电流值小于该预定值时，控制装置40控制补电装置30输出补充电能至对应的电池3a之正极端与负极端，使补充电能与该多个电池3a之电能共同供电至该负载L2。

藉由上述供电系统之架构，即可进行本实施例的运作方法，其中本实施例的运作方法，其中控制装置40包含有一第一运作模式以及一第二运作模式，当电源管理系统于第一运作模式时包含图4所示之下列步骤：

首先，于步骤S1中，控制装置40控制第一切换模块50导通，并控制第二切换模块60与第三切换模块70截断；

于步骤S2中，侦测模块10侦测各电池3a的电池状态，于本实施例中，电池状态包含有电池3a正极端以及负极端的电流值、直流内阻(DCIR)、健康状态(State of Health，SOH)以及交流内阻(ACIR)，且电池3a的电池状态形成一第一参数值输出至控制装置40，且该多个侦测模块藉由电池状态取得对应的第一参数值，其中第一参数值包含有电阻值、电压值、功率值以及电流值等。于其他实施例中，还包含有充电状态(State of Charge，SOC)。

于步骤S3中，控制装置40分别依据各第一参数值控制波形产生装置20产生对应各电池3a的多个充电波形，并将该多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能，且藉由该多个充电电能对各该电池3a充电，于本实施例中，控制装置40可以设定充电电能的振幅大小、偏移电压(offset voltage)以及频率，于其他实施例中，还可以设定电流。

藉此，波形产生装置20可以让电池3a藉由专属的充电电能充电，达到延长电池3a寿命、避免电池3a老化以及于电池3a老化或损坏时，藉由充电电能对电池3a进行活化或再生。

当电源管理系统于第二运作模式时，包含有图5所示的下列步骤：

首先，于步骤S4中，控制装置40控制第二切换模块60与第三切换模块70导通，以及第一切换模块50截断；

于步骤S5中，侦测模块100侦测各电池3a的电池状态，且电池状态形成第二参数值输出至控制装置40，于本实施例中，该第二参数值为电流值；

于步骤S6中，判断任一电池3a的第二参数值是否小于预定值：若是，则执行步骤S7a，控制装置40控制补电装置30输出补充电能至第二参数值小于预定值的电池3a，且补充电能与电池3a共同供电至负载L2；若否，则执行步骤S7b，则由该多个电池3a之电能输出供给负载L2。

于本实施例中，根据第二参数值可以设定补充电能的充电电流。于其他实施例中，还可以设定充电电压等。

藉此，补电装置30可以让电池3a有较佳的输出电力给负载L2，以解决电池3a电力不一致的问题。

综上所述，本发明所提供之电源管理系统及其运作方法，可以侦测各电池的电池状态，进而对各个电池分别提供较佳的充电电能，且藉由充电电能除了可以对电池提供较佳的充电外，更具有藉由各电池所适合的充电电能避免电池之电池芯老化，并延长电池寿命，以及提升充电效率，进而达到节能环保的效果；此外，于电池组对负载供电时，还可以藉由补电装置解决电池输出至负载电力不一致的问题。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为之等效变化，理应包含在本发明之专利范围内。

附图标记说明

[习用]

1 电源管理系统

2 电池组

2a 电池

L1 负载

[本发明]

3 电池组

3a 电池 3b 正输出端 3c 负输出端

10 侦测模块

20 波形产生模块

30 补电装置

40 控制装置

50 第一切换模块

60 第二切换模块

70 第三切换模块

L2 负载

P 电源

Claims (11)

1.一种电源管理系统，电性连接一电池组，所述电池组电性连接一负载，且所述电池组包括多个串联的电池；所述电源管理系统包含：

一侦测模块，电性连接所述多个电池，所述侦测模块侦测各所述电池的一电池状态；

一波形产生装置，电性连接一电源且通过一第一切换模块分别电性连接所述多个电池；所述第一切换模块受控制而导通或截断所述波形产生装置与所述多个电池之间的电性连接；

一补电装置，电性连接所述电源且通过一第二切换模块分别电性连接所述多个电池；所述第二切换模块受控制而导通或截断所述补电装置与所述多个电池之间的电性连接；

一控制装置，电性连接所述侦测模块、所述波形产生装置、所述补电装置、所述第一切换模块与所述第二切换模块；所述控制装置操作于多种运作模式之其中之一，所述多个运作模式包括一第一运作模式与一第二运作模式，其中：

于所述第一运作模式时，所述控制装置控制所述第一切换模块导通及控制所述第二切换模块截断，且依据各所述电池的电池状态所分别对应的一第一参数值控制所述波形产生装置产生多个充电波形，并将所述多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能并分别输出至所述多个电池，以分别对所述多个电池充电；

于所述第二运作模式时，所述控制装置控制所述第二切换模块导通及控制所述第一切换模块截断，且依据各所述电池的电池状态所形成的一第二参数值控制所述补电装置输出一补充电能给至少一所述电池，使所述补充电能与所述多个电池之电能共同供电至所述负载。

2.如权利要求1所述的电源管理系统，包含有一第三切换模块，分别电性连接于所述控制装置，以及所述电池组的一正输出端及一负输出端，且所述第一运作模式还包含所述控制装置控制所述第三切换模块截断；所述第二运作模式还包含所述控制装置控制所述第三切换模块导通。

3.如权利要求1所述的电源管理系统，其中各所述电池的电池状态包含有直流内阻、交流内阻以及健康状态其中至少一个，且各所述电池的电池状态分别对应一所述第一参数值，各所述第一参数值为电阻值、频率值、电压值以及功率值的其中之一；所述充电电能包含有振幅大小、频率以及偏移电压的其中至少一个。

4.如权利要求1所述的电源管理系统，其中所述第二参数值为各所述电池之一正极端与一负极端之间的电流值，且所述补充电能为电流。

5.如权利要求4所述之电源管理系统，其中所述第二参数值小于一预定值时，输出所述补充电能至对应的一所述电池之所述正极端与所述负极端，使所述补充电能与所述多个电池之电能共同供电至所述负载。

6.一种电源管理系统的运作方法，所述电源管理系统电性连接一电池组，所述电池组电性连接一负载，且所述电池组包括多个串联的电池；所述电源管理系统包含有一侦测模块、一波形产生装置、一补电装置、一控制装置、一第一切换模块以及一第二切换模块，其中所述侦测模块电性连接所述多个电池；所述波形产生装置电性连接一电源且通过一第一切换模块分别电性连接所述多个电池；所述补电装置电性连接所述电源且通过一第二切换模块分别电性连接所述多个电池；所述控制装置电性连接所述侦测模块、所述波形产生装置、所述补电装置、所述第一切换模块与所述第二切换模块；所述控制装置操作于多种运作模式之其中之一，所述多个运作模式包括一第一运作模式与一第二运作模式；其中：

所述第一运作模式包含下列步骤A1～A3：

A1、所述控制装置控制所述第一切换模块导通，并控制所述第二切换模块截断，且所述侦测模块侦测各所述电池的一电池状态；

A2、依据所述侦测模块所测得的各所述电池的电池状态分别对应一第一参数值；

A3、所述控制装置控制所述波形产生装置产生对应各所述第一参数值的充电波形，并将所述多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能对各所述电池充电；

所述第二运作模式包含下列步骤B1～B2：

B1、所述控制装置控制所述第二切换模块导通，并控制所述第一切换模块截断，且所述侦测模块侦测各所述电池的所述电池状态；所述电池状态对应所述第二参数值输出至所述控制装置；

B2、判断是否有任一所述电池的所述第二参数值小于一预定值：

若否，由所述多个电池之电能输出至所述负载；

若是，输出一补充电能至所述第二参数值小于所述预定值的各所述电池，并由所述补充电能与所述多个电池之电能共同供电至所述负载。

7.如权利要求6所述的电源管理系统的运作方法，包含有一第三切换模块分别电性连接于所述控制装置，以及所述电池组的一正输出端及一负输出端，且于步骤A1中，还包含所述控制装置控制所述第三切换模块截断；于步骤B1中，还包含所述控制装置控制所述第三切换模块导通。

8.如权利要求6所述的电源管理系统的运作方法，于步骤A1中，电池状态包括有直流内阻，所述侦测模块系侦测所述至少一电池的直流内阻；步骤A2中，所述第一参数值为对应所述直流内阻的电阻值；于步骤A3中，根据所述电阻值设定所述充电电能的振幅大小。

9.如权利要求6所述的电源管理系统的运作方法，于步骤A1中，电池状态包括有健康状态，所述侦测模块系侦测所述至少一电池的健康状态；步骤A2中，所述第一参数值为对应所述健康状态的电压值；于步骤A3中，系根据所述电压值设定所述充电电能的偏移电压。

10.如权利要求6所述的电源管理系统的运作方法，其中于步骤A1中，电池状态包括有交流内阻，所述侦测模块系侦测所述至少一电池的交流内阻；步骤A2中，所述第一参数值为对应所述交流内阻的电阻值；于步骤A3中，系根据所述电阻值设定所述充电电能的充电频率。

11.如权利要求6所述的电源管理系统的运作方法，其中于步骤B1中，所述第二参数值为电流值。