TWI650569B - 電源管理系統及其運作方法 - Google Patents

Abstract

一種電源管理系統及其運作方法，電源管理系統包含有偵測模組、波形產生裝置、補電裝置、控制裝置、第一切換模組以及第二切換模組，其中偵測模組用以偵測複數個電池的電池狀態，並將電池狀態傳送到控制裝置，當控制裝置控制第一切換模組導通時，電池電性連接波形產生裝置，且波形產生裝置受控制產生複合波分別對電池充電；當控制裝置控制第二切換模組導通時，電池電性連接補電裝置以及負載，且控制裝置依據各電池的電池狀態控制補電裝置輸出補充電能予對應的電池，且補充電能與電池的電能共同供電至負載。

Description

電源管理系統及其運作方法

本發明係與電池充放電管理有關；特別是指一種電源管理系統以及電源管理系統的運作方法。

電源管理系統係用於電池之充電與放電管理。請參圖1所示，為傳統的電源管理系統1，該電源管理系統1電性連接一電池組2，該電池組2包含有複數個以串聯的方式電性連接的電池2a。

以傳統的電源管理系統1切換至充電狀態為例，傳統的電源管理系統1對與電池組2充電時，傳統的電源管理系統1通常需要消耗較大的能量才能對電池組2充電，且電池組2中若有其中一電池2a損壞或效能下降的情況，會進而導致電池組2於充電時，充電效率不佳的情況發生。

以傳統的電源管理系統1切換至供電狀態為例，當電池組2中的其中一該電池2a損壞或效能不佳時，電池組2供電給負載L時，也可能會因為一該電池2a的緣故，進而導致電池組2無法達到供電給負載L1或電池組2電力不平衡等的情況。

由上述可得知傳統的電源管理系統1未臻完善，尚有待改良。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種電源管理系統及其運作方法，可以讓電池組中的至少一電池效能下降或損壞時，可以提供額外補足電池組輸出至負載的不足能量以及讓電池組的電池效能可以藉由充電得到回復至較佳的電池效能。

緣以達成上述目的，本發明提供的一種電源管理系統，電性連接一電池組，該電池組電性連接一負載，且該電池組包括複數個串聯的電池；該電源管理系統包含一偵測模組、一波形產生裝置、一補電裝置以及一控制裝置，其中該偵測模組電性連接該些電池，該偵測模組偵測各該電池的一電池狀態；該波形產生裝置電性連接一電源且透過一第一切換模組分別電性連接該些電池；該第一切換模組受控制而導通或截止該波形產生裝置與該些電池之間的電性連接；該補電裝置電性連接該電源且透過一第二切換模組分別電性連接該些電池；該第二切換模組受控制而導通或截止該補電裝置與該些電池之間的電性連接；該控制裝置，電性連接該偵測模組、該波形產生裝置、該補電裝置、該第一切換模組與該第二切換模組；該控制裝置係操作於複數種運作模式之其中一者，該些運作模式包括一第一運作模式與一第二運作模式，其中於該第一運作模式時，該控制裝置控制該第一切換模組導通及控制該第二切換模組截止，且依據各該電池的電池狀態所分別對應的一第一參數值控制該波形產生裝置產生複數個充電波形，並將該些充電波形混合形成一具有複合波形之充電電能並分別輸出至該些電池，以分別對該些電池充電；於該第二運作模式時，該控制裝置控制該第二切換模組導通及控制該第一切換模組截止，且依據各該電池的電池狀態所形成的一第二參數值控制該補電裝置輸出一補充電能予至少一該電池，使該補充電能與該些電池之電能共同供電至該負載。

本發明提供的一種電源管理系統的運作方法，該電源管理系統電性連接一電池組，該電池組電性連接一負載，且該電池組包括複數個串聯的電池；該電源管理系統包含有一偵測模組、一波形產生裝置、一補電裝置、一控制裝置、一第一切換模組以及一第二切換模組，其中該偵測模組電性連接該些電池；該波形產生裝置電性連接一電源且透過一第一切換模組分別電性連接該些電池；該補電裝置電性連接該電源且透過一第二切換模組分別電性連接該些電池；該控制裝置電性連接該偵測模組、該波形產生裝置、該補電裝置、該第一切換模組與該第二切換模組；該控制裝置係操作於複數種運作模式之其中一者，該些運作模式包括一第一運作模式與一第二運作模式；其中，該第一運作模式包含下列步驟A1~A3：A1、該控制裝置控制該第一切換模組導通，並控制該第二切換模組截止，且該偵測模組偵測各該電池的一電池狀態；A2、依據該偵測模組所測得的各該電池的電池狀態分別對應一第一參數值；A3、該控制裝置控制該波形產生裝置產生對應各該第一參數值的充電波形，並將該些充電波形混合形成一具有複合波形之充電電能對各該電池充電；該第二運作模式包含下列步驟B1~B2：B1、該控制裝置控制該第二切換模組導通，並控制該第一切換模組截止，且該偵測模組偵測各該電池的該電池狀態；該電池狀態對應該第二參數值輸出至該控制裝置；B2、判斷是否有任一該電池的該第二參數值小於一預定值：若否，由該些電池之電能輸出至該負載；若是，輸出一補充電能至該第二參數值小於該預定值的各該電池，並由該補充電能與該些電池之電能共同供電至該負載。

本發明之效果在於提供一種電源管理系統及其運作方法可以藉由電源管理系統偵測電池的電池狀態，讓電池於充電時可以有效 避免電池之電池芯老化現象、延長電池壽命，以及提升充電效率，且具有節能環保的效果，並於電池供電予負載時，可以解決電池輸出至負載電力不一致的問題。

〔習用〕

1‧‧‧電源管理系統

2‧‧‧電池組

2a‧‧‧電池

L1‧‧‧負載

〔本發明〕

3‧‧‧電池組

3a‧‧‧電池

3b‧‧‧正輸出端

3c‧‧‧負輸出端

10‧‧‧偵測模組

20‧‧‧波形產生模組

30‧‧‧補電裝置

40‧‧‧控制裝置

50‧‧‧第一切換模組

60‧‧‧第二切換模組

70‧‧‧第三切換模組

L2‧‧‧負載

P‧‧‧電源

圖1為傳統的電源管理系統電路圖；圖2為本發明一較佳實施例之電源管理系統的電路圖；圖3A為上述一較佳實施例之波形產生器所產生的實驗數據；圖3B為上述一較佳實施例之波形產生器所產生的實驗數據；圖3C為上述一較佳實施例之波形產生器所產生的實驗數據；圖3D為上述一較佳實施例之波形產生器所產生的實驗數據；圖4為上述一較佳實施例之電源管理系統於第一運作模式之運作方法；圖5為上述一較佳實施例之電源管理系統於第一運作模式之運作方法。

為能更清楚地說明本發明，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖2所示，為本發明一較佳實施例之電源管理系統電性連接一電池組3，該電池組3電性連接一負載L2，且該電池組3包括複數個串聯的電池3a，其包含有一偵測模組10、一波形產生裝置20、一補電裝置30、一控制裝置40、一第一切換模組50、一第二切換模組60以及一第三切換模組70。

該偵測模組10電性連接該些電池3以及控制裝置40，且用以偵測各電池3a的電池狀態，於本實施例中，偵測模組10所偵測的電池狀態包含有直流內阻(DCIR)、交流內阻(ACIR)以及健康狀態(State of Health，SOH)其中至少一者，且各該電池的電池狀態分別對應一第一參數值，而電池3a的正端與負端之間的電流值對應一第二參數值，其中，各該第一參數值為電阻值、頻率值、電壓值、電流值以及功率值的其中一者，且第一參數值用以設定充電電能的振幅大小、頻率、偏移電壓的其中至少一者；而該第二參數值於本實施例中，為電流值。

該波形產生裝置20電性連接一電源P、控制裝置40以及第一切換模組50，且第一切換模組50受控制裝置40控制而導通或截止波形產生裝置20與該些電池3a之間的電性連接，當第一切換模組50導通波形產生裝置20時，波形產生裝置20可以對電池3a充電，請再配合圖3A至以及圖3D所示，於本實施例中，該波形產生裝置20可以產生產生複數個充電波形，並將該些充電波形混合形成一具有複合波形之充電電能並分別輸出至該些電池3a，以分別對該些電池3a充電，而該些複合波是由基本波形中的至少一波形組合而成，其中基本波形舉例而言可以是方波、三角波、弦波、脈衝波等，且該些基本波形會隨振幅、頻率等而有所不同，但不以此為限。舉例而言，當偵測模組10偵測的電池狀態時為直流內阻以及電壓時，直流內阻所對應的第一參數值為電阻值以及電壓值，且控制裝置40依據電阻值進一步做數值分析，進而判斷電池的種類以及其電容量大小，並控制波形產生裝置20輸出對應的充電波形，於本實施例中，控制裝置40會依據電阻值與電壓值，進而決定充電波形的振幅後輸出；而當偵測模組10偵測的電池狀態為交流內阻時，交流內阻所對應的第一參數值為交流內阻的電阻值，於本實施例中，控制裝置40會 依據交流內阻的電阻值大小決定充電頻率是否採用高頻率，並控制波形產生裝置20輸出對應的充電波形，舉例而言，當電池3a老化時，交流內阻所對應的電阻值會上升，當電阻值大於一固定值時，輸出高頻率之充電頻率的充電波形，以降低交流內阻的電阻值。

該補電裝置30電性連接電源P以及控制裝置40以及第二切換模組60，且補電裝置30是受控制裝置40控制第二切換模組60而導通或截止與該些電池3a的正端及負端之間的電性連接，當第二切換模組60導通時，補電裝置30會依據控制裝置40所發出的控制訊號，針對各需求補電的電池3a輸出一補充電能予該電池3a，且當控制裝置40控制第二切換模組60以及第三切換模組70同時導通補電裝置30與電池3a之間的電性連接以及電池組3的正輸出端3b及負輸出端3c分別與負載La之間的電性連接時，補電裝置30對電池3a所補充的補充電能會與電池3a同時供電予負載L2。

舉例而言，偵測模組10偵測電池3a的正端與負端之間的電流值，並將電流值輸出至控制裝置40，該電流值與控制裝置40中的一預定值比較，當電流值小於該預定值時，控制裝置40控制補電裝置30輸出補充電能至對應的電池3a之正端與負端，使補充電能與該些電池3a之電能共同供電至該負載L2。

藉由上述供電系統之架構，即可進行本實施例的運作方法，其中本實施例的運作方法，其中控制裝置40包含有一第一運作模式以及一第二運作模式，當電源管理系統於第一運作模式時包含圖4所示之下列步驟：首先，於步驟S1中，控制裝置40控制第一切換模組50導通，並控制第二切換模組60與第三切換模組70截止； 於步驟S2中，偵測模組10偵測各電池3a的電池狀態，於本實施例中，電池狀態包含有電池3a正端以及負端的電流值、直流內阻(DCIR)、健康狀態(State of Health，SOH)以及交流內阻(ACIR)，且電池3a的電池狀態形成一第一參數值輸出至控制裝置40，且該些偵測模組藉由電池狀態取得對應的第一參數值，其中第一參數值包含有電阻值、電壓值、功率值以及電流值等。於其他實施例中，更包含有充電狀態(State of Charge，SOC)。

於步驟S3中，控制裝置40分別依據各第一參數值控制波形產生裝置20產生對應各電池3a的複數個充電波形，並將該些充電波形混合形成一具有複合波形之充電電能，且藉由該些充電電能對各該電池3a充電，於本實施例中，控制裝置40可以設定充電電能的振幅大小、偏移電壓(offset voltage)以及頻率，於其他實施例中，更可以設定電流。

藉此，波形產生裝置20可以讓電池3a藉由專屬的充電電能充電，達到延長電池3a壽命、避免電池3a老化以及於電池3a老化或損壞時，藉由充電電能對電池3a進行活化或再生。

當電源管理系統於第二運作模式時，包含有圖5所示的下列步驟：首先，於步驟S4中，控制裝置40控制第二切換模組60與第三切換模組70導通，以及第一切換模組50截止：於步驟S5中，偵測模組100偵測各電池3a的電池狀態，且電池狀態形成第二參數值輸出至控制裝置40，於本實施例中，該第二參數值為電流值；於步驟S6中，判斷任一電池3a的第二參數值是否小於預定值：若是，則執行步驟S7a，控制裝置40控制補電裝置30輸出補充電能 至第二參數值小於預定值的電池3a，且補充電能與電池3a共同供電至負載L2；若否，則執行步驟S7b，則由該些電池3a之電能輸出供給負載L2。

於本實施例中，根據第二參數值可以設定補充電能的充電電流。於其他實施例中，更可以設定充電電壓等。

藉此，補電裝置30可以讓電池3a有較佳的輸出電力予負載L2，以解決電池3a電力不一致的問題。

綜上所述，本發明所提供之電源管理系統及其運作方法，可以偵測各電池的電池狀態，進而對各個電池分別提供較佳的充電電能，且藉由充電電能除了可以對電池提供較佳的充電外，更具有藉由各電池所適合的充電電能避免電池之電池芯老化，並延長電池壽命，以及提升充電效率，進而達到節能環保的效果；此外，於電池組對負載供電時，更可以藉由補電裝置解決電池輸出至負載電力不一致的問題。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

Claims (9)

1. 一種電源管理系統，電性連接一電池組，該電池組電性連接一負載，且該電池組包括複數個串聯的電池；該電源管理系統包含：一偵測模組，電性連接該些電池，該偵測模組偵測各該電池的一電池狀態；一波形產生裝置，電性連接一電源且透過一第一切換模組分別電性連接該些電池；該第一切換模組受控制而導通或截止該波形產生裝置與該些電池之間的電性連接；一補電裝置，電性連接該電源且透過一第二切換模組分別電性連接該些電池；該第二切換模組受控制而導通或截止該補電裝置與該些電池之間的電性連接；一控制裝置，電性連接該偵測模組、該波形產生裝置、該補電裝置、該第一切換模組與該第二切換模組；該控制裝置係操作於複數種運作模式之其中一者，該些運作模式包括一第一運作模式與一第二運作模式；一第三切換模組，分別電性連接於該控制裝置以及該電池組的一正輸出端及一負輸出端；其中：於該第一運作模式時，該控制裝置控制該第一切換模組導通及控制該第二切換模組截止以及控制該第三切換模組截止，且依據各該電池的電池狀態所分別對應的一第一參數值控制該波形產生裝置產生複數個充電波形，並將該些充電波形混合形成一具有複合波形之充電電能並分別輸出至該些電池，以分別對該些電池充電；於該第二運作模式時，該控制裝置控制該第二切換模組導通及控制該第一切換模組截止以及控制該第三切換模組導通，且依據各該電池的電池狀態所形成的一第二參數值控制該補電裝置輸出一補充電能予至少一該電池，使該補充電能與該些電池之電能共同供電至該負載。
2. 如請求項1所述之電源管理系統，其中各該電池的電池狀態包含有直流內阻(DCIR)、交流內阻(ACIR)以及健康狀態(State of Health，SOH)其中至少一者，且各該電池的電池狀態分別對應一該第一參數值，各該第一參數值為電阻值、頻率值、電壓值以及功率值的其中一者；該充電電能包含有振幅大小、頻率以及偏移電壓的其中至少一者。
3. 如請求項1所述之電源管理系統，其中該第二參數值為各該電池之一正端與一負端之間的電流值，且該補充電能為電流。
4. 如請求項3所述之電源管理系統，其中該第二參數值小於一預定值時，輸出該補充電能至對應的一該電池之該正端與該負端，使該補充電能與該些電池之電能共同供電至該負載。
5. 一種電源管理系統的運作方法，該電源管理系統電性連接一電池組，該電池組電性連接一負載，且該電池組包括複數個串聯的電池；該電源管理系統包含有一偵測模組、一波形產生裝置、一補電裝置、一控制裝置、一第一切換模組、一第二切換模組以及一第三切換模組，其中該偵測模組電性連接該些電池；該波形產生裝置電性連接一電源且透過一第一切換模組分別電性連接該些電池；該補電裝置電性連接該電源且透過一第二切換模組分別電性連接該些電池；該控制裝置電性連接該偵測模組、該波形產生裝置、該補電裝置、該第一切換模組與該第二切換模組；該第三切換模組分別電性連接於該控制裝置，以及該電池組的一正輸出端及一負輸出端；該控制裝置係操作於複數種運作模式之其中一者，該些運作模式包括一第一運作模式與一第二運作模式；其中：該第一運作模式包含下列步驟A1~A3：A1、該控制裝置控制該第一切換模組導通，並控制該第二切換模組截止，以及控制該第三切換模組截止，且該偵測模組偵測各該電池的一電池狀態；A2、依據該偵測模組所測得的各該電池的電池狀態分別對應一第一參數值；A3、該控制裝置控制該波形產生裝置產生對應各該第一參數值的充電波形，並將該些充電波形混合形成一具有複合波形之充電電能對各該電池充電；該第二運作模式包含下列步驟B1~B2：B1、該控制裝置控制該第二切換模組導通，並控制該第一切換模組截止，以及控制該第三切換模組導通，且該偵測模組偵測各該電池的該電池狀態；該電池狀態對應該第二參數值輸出至該控制裝置；B2、判斷是否有任一該電池的該第二參數值小於一預定值：若否，由該些電池之電能輸出至該負載；若是，輸出一補充電能至該第二參數值小於該預定值的各該電池，並由該補充電能與該些電池之電能共同供電至該負載。
6. 如請求項5所述之電源管理系統的運作方法，於步驟A1中，電池狀態包括有直流內阻(DCIR)，該偵測模組係偵測該至少一電池的直流內阻；步驟A2中，該第一參數值為對應該直流內阻的電阻值；於步驟A3中，係根據該電阻值設定該充電電能的振幅大小。
7. 如請求項5所述之電源管理系統的運作方法，於步驟A1中，電池狀態包括有健康狀態(State of Health，SOH)，該偵測模組係偵測該至少一電池的健康狀態；步驟A2中，該第一參數值為對應該健康狀態的電壓值；於步驟A3中，係根據該電壓值設定該充電電能的偏移電壓(offset voltage)。
8. 如請求項5所述之電源管理系統的運作方法，其中於步驟A1中，電池狀態包括有交流內阻(ACIR)，該偵測模組係偵測該至少一電池的交流內阻；步驟A2中，該第一參數值為對應該交流內阻的電阻值；於步驟A3中，係根據該電阻值設定該充電電能的充電頻率。
9. 如請求項5所述之電源管理系統的運作方法，其中於步驟B1中，該第二參數值為電流值。