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TWI666851B - 最佳化電池平衡系統及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種最佳化電池平衡系統包括多個電池模組及一控制模組。各電池模組包括一電池、一被動電量調整單元及一主動電量調整單元。各被動電量調整單元及各主動電量調整單元耦接至各電池。控制模組耦接至電池模組，並用以監控該些電池的電量。於充電期間，當該些電池模組的該些電池中的一第一電池模組的一第一電池的電量大於該些電池中的一第二電池模組的一第二電池的電量時，控制模組啟用第一電池模組的被動電量調整單元。控制模組依據第一電池與第二電池之間的一電量差，決定是否開啟第一電池模組的主動電量調整單元。

Description

最佳化電池平衡系統及其操作方法
本發明是有關於一種最佳化電池平衡系統及其操作方法。
科技發展在提升人類生活水準的同時也造成許多環境汙染。隨著環保意識的抬頭，時下的產業在研發產品的過程勢必要將環保的概念加入考量之中。使用電動引擎代替內燃機引擎做為汽車的動力核心便是一個很好的例子。
一般而言，電動引擎內會設置為數眾多的電池。這些電池可能以串聯、並聯或部分串聯部分並聯的方式連接而形成一個電力供應來源。然而，由於實際製程的精度限制，可能使得各個電池之間存在差異，例如蓄電量不同、充電及/或放電速度不同等。
以鋰電池的電力引擎為例，倘若各個電池之間的充電及/或放電速度不同，會導致電池的過度充電或過度放電，進而可能發生電池過熱、起火甚至爆炸等嚴重的後果。因此，如何平衡電池間的電量一直是業界研究的課題之一。
為了有效平衡電池間的電量，本發明提出一種最佳化電池平衡系統及其操作方法。
本發明一實施例係揭露一種最佳化電池平衡系統包括複數個電池模組以及一控制模組。各電池模組包括一電池、一被動電量調整單元以及一主動電量調整單元。各被動電量調整單元及各主動電量調整單元耦接至各電池。控制模組耦接至該些電池模組。控制模組設置用以監控該些電池模組的該些電池的電量。於充電期間，當該些電池模組的該些電池中的一第一電池模組的一第一電池的電量大於該些電池中的一第二電池模組的一第二電池的電量時，控制模組啟用第一電池模組的被動電量調整單元，以通過第一電池模組的被動電量調整單元減少第一電池的電量。控制模組依據第一電池與第二電池之間的一電量差，決定是否開啟第一電池模組的主動電量調整單元，以通過第一電池模組的主動電量調整單元將第一電池的電量轉移至第二電池。
本發明實施例係揭露一種最佳化電池平衡系統的操作方法，包括下列步驟。獲得複數個電池模組的複數個電池的電量。判斷該些電池模組的該些電池的電量是否相同。當該些電池模組的該些電池的電量不同，且該些電池模組的該些電池中的一第一電池模組的一第一電池的電量大於該些電池中的一第二電池模組的一第二電池的電量時，啟用該第一電池模組的一被動電量調整單元，以通過該第一電池模組的該被動電量調整單元減少該第一電池的電量。依據該第一電池與該第二電池之間的一電量差，決定是否開啟該第一電池模組的 一主動電量調整單元，以通過該第一電池模組的該主動電量調整單元將該第一電池的電量轉移至該第二電池。
依據本發明的實施例，不僅可以有效縮短所有電池的電量達到平衡所需的時間，更能夠避免電池因過度充電而損壞。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
10‧‧‧最佳化電池平衡系統
102_1~102_n‧‧‧電池模組
104‧‧‧控制模組
BAT_1~BAT_n‧‧‧電池
PU_1~PU_n‧‧‧被動電量調整單元
AU_1~AU_n‧‧‧主動電量調整單元
S201~S207‧‧‧步驟
第1圖繪示依據本發明一實施例的最佳化電池平衡系統的方塊圖。
第2圖繪示依據本發明一實施例的最佳化電池平衡系統的操作方法的流程圖。
請參照第1圖，第1圖繪示的是依據本發明一實施例的最佳化電池平衡系統的方塊圖。最佳化電池平衡系統10包括複數個電池模組102_1~102_n以及一控制模組104，其中n是一正整數，代表電池模組的數量。
各個電池模組102_i包括一電池BAT_i、一被動電量調整單元PU_i以及一主動電量調整單元AU_i，其中i=1,2,…,n，代表的是電池模組的代號(即第i電池模組)。被動電量調整單元PU_i及主動電量調整單元AU_i耦接至電池BAT_i。
控制模組104耦接至電池模組102_1~102_n。控制模組104是設置用以監控電池模組102_1~102_n的電池BAT_1~BAT_n的電 量。舉例來說，控制模組104可通過各個電池模組102_i的一電量偵測單元(未繪示)獲得各個電池模組102_i的電量。
在一實施例中，電池BAT_1~BAT_n例如是鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰電池。被動電量調整單元PU_1~PU_n例如包括至少一電阻。主動電量調整單元AU_1~AU_n例如包括一電晶體開關及一磁性元件。當電池BAT_i的電量被控制模組104判斷為過高時，可通過被動電量調整單元PU_i中的電阻消耗多餘的電量以調整(降低)電池BAT_i的電量。此外，控制模組104亦可啟用主動電量調整單元AU_i，例如開啟主動電量調整單元AU_i的電晶體開關，通過磁性元件將多餘的電量轉移給其他電池模組的電池。在另一實施例中，主動電量調整單元AU_1~AU_n則可包括一電晶體開關及一電感，以通過電感將多餘的電量轉移給其他電池模組的電池。
請參照第2圖，第2圖繪示的是依據本發明一實施例的最佳化電池平衡系統的操作方法的流程圖。本實施例的方法可用以操作第1圖所示的最佳化電池平衡系統10。操作方法包括步驟S201~S207。一般而言，本實施例的操作方法可適用於最佳化電池平衡系統10的一充電期間。
在步驟S201中，控制模組104獲得複數個電池模組102_1~102_n的複數個電池BAT_1~BAT_n的電量。控制模組104例如通過電池模組102_1~102_n的電量偵測單元來獲得電池BAT_1~BAT_n的電量。
在步驟S203中，控制模組104判斷電池模組102_1~102_n的電池BAT_1~BAT_n的電量是否相同。一般而言，控制模組104通過將電池BAT_1~BAT_n的電量相互比較，以判斷電池BAT_1~BAT_n的電量是否相同。當電池BAT_1~BAT_n的電量皆相同時，控制模組104可判定電池BAT_1~BAT_n的電量無須被調整，而結束流程。反之，當電池BAT_1~BAT_n的電量不相同時，則控制模組104判定電池BAT_1~BAT_n的電量需要被調整，而步驟S205會被執行。
在步驟S205中，當電池模組102_1~102_n的電池BAT_1~BAT_n中的一第一電池模組102_1的一第一電池BAT_1的電量大於電池BAT_1~BAT_n中的一第二電池模組102-2的一第二電池BAT_2的電量時，啟用第一電池模組102_1的一被動電量調整單元PU_1，以通過第一電池模組102_1的被動電量調整單元PU_1減少第一電池BAT_1的電量。需要注意的是，本實施例中所述的第一電池BAT_1與第二電池BAT_2僅為說明方便而舉例而已，並非用已限定本發明。更明確來說，第一電池BAT_1的電量大於第二電池BAT_2的電量所要描述的情況是「任一電池的電量大於另一電池的電量」。當發生前述情況，控制模組104會啟用對應於具有較高電量的電池的電池模組的被動電量調整單元，以減少具有較高電量的電池的電量。
在步驟S207中，控制模組104依據第一電池BAT_1與第二電池BAT_2之間的一電量差，決定是否開啟第一電池模組102_1的一主動電量調整單元AU_1，以通過第一電池模組102_1的主動電量調整單元AU_1將第一電池BAT_1的電量轉移至第二電池BAT_2。進一步來 說，控制模組104將第一電池BAT_1與第二電池BAT_2之間的電量差與一閥值比較，當第一電池BAT_1與第二電池BAT_2之間的電量差大於或等於閥值時，控制模組104啟用第一電池模組102_1的主動電量調整單元AU_1。反之，當第一電池BAT_1與第二電池BAT_2之間的電量差小於閥值時，控制模組104不啟用第一電池模組102_1的主動電量調整單元AU_1。
在一實施例中，第一電池BAT_1與第二電池BAT_2之間的電量差例如是以百分比的形式呈現，而閥值例如是10%。當第一電池BAT_1與第二電池BAT_2之間的電量差小於10%時，控制模組104啟用第一電池模組102_1的被動電量調整單元PU_1，但不啟用第一電池模組102_1的主動電量調整單元AU_1。當第一電池BAT_1與第二電池BAT_2之間的電量差大於或等於10%時，控制模組104啟用第一電池模組102_1的被動電量調整單元PU_1以及主動電量調整單元AU_1。
換言之，當控制模組104判斷一電池與另一電池之間的電量差較小(即電量差小於閥值)時，控制模組104僅會通過被動電量調整單元以消耗電量的方式，減少具有較高電量的電池的電量，以平衡所有電池的電量。而當控制模組104判斷一電池與另一電池之間的電量差較大(即電量差大於或等於閥值)時，控制模組104不僅會通過被動電量調整單元以消耗電量的方式減少具有較高電量的電池的電量，更會通過主動電量調整單元以主動轉移的方式，將具有較高電量的電池的電量轉移給具有較低電量的電池，以快速平衡所有電池的電量。
另外，為了進一步避免電池BAT_1~BAT_n因過度充電而損壞，控制模組104更可以在任一電池的電量達到100%時強制關閉充電路徑。在關閉充電路徑的期間，最佳化電池平衡系統10仍可依上述操作方法操作，以平衡所有電池的電量。當原本電量已達100%的電池通過上述操作方法降低電量後，控制模組104可再次開啟充電路徑。
依據本發明的實施例，藉由被動電量調整單元與主動電量調整單元的搭配，於電池間電量差較小時採被動消耗的方式平衡所有電池電量，於電池間電量差較大時同時採被動消耗與主動轉移的方式平衡所有電池電量，不僅可以有效縮短所有電池的電量達到平衡所需的時間，更能夠避免電池因過度充電而損壞。
本發明所提出之電池平衡系統10，較佳的是可應用於發光二極體(light-emitting diode,LED)照明裝置中，每個電池BAT_1~BAT_n分別以電性連接不同之發光二極體(LED)光源LED_1~LED_n(未顯示)，透過調整及平衡所有電池電量，可調整及平衡所有LED的亮度、發光強度，大幅地、有效地延長發光二極體(LED)照明裝置的壽命。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種最佳化電池平衡系統，包括：複數個電池模組，各該電池模組包括一電池、一被動電量調整單元以及一主動電量調整單元，各該被動電量調整單元及各該主動電量調整單元耦接至各該電池；以及一控制模組，耦接至該些電池模組，該控制模組設置用以監控該些電池模組的該些電池的電量，其中於充電期間，當該些電池模組的該些電池中的一第一電池模組的一第一電池的電量大於該些電池中的一第二電池模組的一第二電池的電量時，且該第一電池與該第二電池之間的一電量差小於一閥值時，該控制模組僅啟用該第一電池模組的該被動電量調整單元，以通過該第一電池模組的該被動電量調整單元減少該第一電池的電量；當該些電池模組的該些電池中的該第一電池模組的該第一電池的電量大於該些電池中的該第二電池模組的該第二電池的電量時，且該第一電池與該第二電池之間的該電量差大於或等於該閥值時，同時開啟該第一電池模組的該被動電量調整單元以及該主動電量調整單元，以通過該第一電池模組的該主動電量調整單元將該第一電池的電量轉移至該第二電池。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之最佳化電池平衡系統，其中，當該第二電池的電量達到100%時，該控制模組強制關閉該第一電池模組的該主動電量調整單元，以避免該第二電池因過度充電而損壞。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之最佳化電池平衡系統，其中該些電池為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰電池。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之最佳化電池平衡系統，其中該被動電量調整單元包括至少一電阻。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之最佳化電池平衡系統，其中該主動電量調整單元包括一電晶體開關、一電感及一磁性元件至少其中之一。
  6. 一種最佳化電池平衡系統的操作方法，包括：獲得複數個電池模組的複數個電池的電量；判斷該些電池模組的該些電池的電量是否相同；當該些電池模組的該些電池的電量不同，且該些電池模組的該些電池中的一第一電池模組的一第一電池的電量大於該些電池中的一第二電池模組的一第二電池的電量時，以及該第一電池與該第二電池之間的一電量差小於一閥值時，僅啟用該第一電池模組的一被動電量調整單元，以通過該第一電池模組的該被動電量調整單元減少該第一電池的電量；以及當該些電池模組的該些電池中的該第一電池模組的該第一電池的電量大於該些電池中的該第二電池模組的該第二電池的電量時，且該第一電池與該第二電池之間的該電量差大於或等於該閥值時，同時開啟該第一電池模組的該被動電量調整單元與一主動電量調整單元，以通過該第一電池模組的該被動電量調整單元與該主動電量調整單元將該第一電池的電量轉移至該第二電池。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其中，當該第二電池的電量達到100%時，該控制模組強制關閉該第一電池模組的該主動電量調整單元，以避免該第二電池因過度充電而損壞。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其中該些電池為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰電池。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其中該被動電量調整單元包括至少一電阻。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其中該主動電量調整單元包括一電晶體開關、一電感及一磁性元件至少其中之一。
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