TWM453972U - 具有能量循環之電池測試系統 - Google Patents

Description

具有能量循環之電池測試系統

本創作係關於一種具有能量循環之電池測試系統，特別是指用於校正蓄電量的電池測試系統，可利用二次應用的動力電池來測試充電電池的蓄電量，並提升二次應用的動力電池之壽命。

在當今的時代，為求節能減碳，車輛的動力來源會逐步朝向油電混和甚至純電動車輛的方向發展，其中，純電動車輛如電動巴士、電動汽車、電動機車等交通工具，都需要使用大容量的動力電池以取代石化燃料作為車輛的動力來源，故在未來動力電池會隨著市場需求而開始被大量製造與測試；動力電池被使用一陣子後，會因老化使得儲電容量(Full Charge Capacity,FCC)下降，當儲電容量未達到一定標準後，譬如下降至70%以下，有可能無法滿足動力需求而被汰除；此時，雖然被汰除的動力電池其儲電容量(FCC)已無法滿足電動車輛動力需求，但仍具有相當程度的儲電功能，所以仍有許多汰除的動力電池會被拿去做其他的儲電應用，這就是所謂的動力電池二次應用(second-used)。

一般全新電池或電池模組，在製造程序中會有一道校正蓄電量(State of Charge,SOC)的程序，主要包含放電至蓄電量(SOC)的0%，完全充電，完全放電，以及充電至蓄電量(SOC) 的50%等三個步驟，同樣地，當動力電池在轉作二次應用後亦須經歷上述相同測試與校正程序，然而，在電池或電池模組經歷放電或完全放電(discharge)的步驟中，所放電的能量一般都直接浪費成熱能。

傳統之電池或電池組係採用充電器(Charger)充電，放電的話則是採用負載(Loader)進行放電，請參考第一圖，係習用電池組進行充電及放電時的示意圖，主要包含有一控制器A1、一負載A2、一待測電池A3及一充電器A4，其中，該待測電池A3係對該負載A2進行放電，該充電器A4則對該待測電池A3進行充電；當進行放電時，所有放電能量均透過負載消耗成熱能，如此，嚴重浪費能量，且由於環境溫度上升，可能會影響校正蓄電量的精準度。

因此，有鑑於上述該習用電池組進行充電及放電，尚具有許多進步的空間，故，本案之創作人係極力設計，終於設計出本創作之一種具有能量循環之電池測試系統。

本創作之第一目的，在於提供具有能量循環之電池測試系統，係可延長儲電模組的壽命，其中，儲電模組的總儲電容量為待測電池組的數倍以上，所以，儲電模組的蓄電量設定可設在70%及30%附近之區間，仍可將待測電池組的蓄電量充到100%，且若待測電池組係以1C的電流量放電，則相對於儲電模組的儲電容量，將以遠小於1C的電 流量充電，對儲電模組而言，在操作蓄電量未達100%~0%，且充電電流量遠小於1C的情形下，其操作時的溫度上升，遠低於在蓄電量達100%~0%，且充電電流等於1C的狀況，如此，本創作可以提供較低的儲電模組溫升，而較低的溫升，對儲電模組會有較長的使用壽命。

本創作的第二目的，在於提供具有能量循環之電池測試系統，係可使用二次應用的動力電池來做為儲能模組內的電池，如此，可降低購買的成本，並充分利用汰除的動力電池避免資源浪費，達到環保與節能減碳的目的。

本創作的第三目的，在於提供具有能量循環之電池測試系統，所需能量可由儲電模組提供，且待測電池組放電流出的電能亦由儲電模組儲存以備下次充電所需，因此，能量可充份循環利用，且可與市電電網隔離，不會對市電電網造成負擔。

為了達成本創作之目的，本案創作人設計具有能量循環之電池測試系統，包括有：一待測電池組；一儲電模組，其總儲電容量係該待測電池組之總儲電容量的數倍以上；一第一雙向轉換模組，係分別連接於該待測電池組及該儲電模組；及一控制模組，係分別連接於該待測電池組、該儲電模組及該第一雙向轉換模組，並可監測該待測電池組及該儲電模組的蓄電量，其中，該控制模組係可控制該第一雙向轉換模組，使得該儲電模組放電並對該待測電池組 充電；另外，該控制模組還可控制該第一雙向轉換模組，使得該待測電池組放電並對該儲電模組充電；其中，儲電模組的儲電容量是待測電池組的儲電容量數倍之多，例如是4倍容量，而當待測電池組以1C的電流量作完全充電與完全放電時，也就是說待測電池組蓄電量變化由0%到100%，再由100%到0%，而這時因儲電模組儲電容量是待測電池組儲電容量的4倍，所以對儲電模組而言是以0.25C的電流量作放電與充電，且儲電模組儲電容量的變化高低相差只有25%，這狀況與以1C的電流量作放電與充電，且儲電模組儲電容量的變化高低相差100%的情形相比，0.25C的發熱量要比1C的發熱量小很多，發熱量小溫度上升量就小，溫度升高將造成電池內部阻抗升高，會減少電池壽命，所以儲電模組的儲電容量是待測電池組的儲電容量數倍之多的配置，可使儲電模組有較長的使用壽命；其中，該第一雙向轉換模組係直流電/直流電轉換器(DC/DC converter)。

在本創作第二實施例中，具有能量循環之電池測試系統，更可包括與市區交流電源連接之一第二雙向轉換模組，該第二雙向轉換模組係連接於該控制模組及該儲電模組，其中，當該待測電池組已無足夠的蓄電量可對該儲電模組進行充電，同時，該儲電模組的蓄電量不足到預定的下限例如30%時，該控制模組可控制該第二雙向轉換模組 先以市區交流電源對該儲電模組進行充電，可先充到儲電模組的蓄電量的預定的上限例如70%時，再行待測電池測試；其中，該第二雙向轉換模組係交流電/直流電轉換器(AC/DC converter)。

在本創作第三實施例中，具有能量循環之電池測試系統，更可包括與一外部交流電源裝置連接以及與第二雙向轉換模組連接之一交流供電的量測裝置，該交流供電的量測裝置係須交流電源供電方能運作，其中，當該交流供電的量測裝置可靠外部交流電源裝置供電，或是外部交流電源裝置離線無法供電時，可由控制模組控制第二雙向轉換模組以儲電模組對其供電；其中，該第二雙向轉換模組係交流電/直流電轉換器(AC/DC converter)。

為了能夠更清楚地描述本創作所提出之具有能量循環之電池測試系統，以下將配合圖式，詳盡說明本創作之較佳實施例。

首先，先介紹本創作的主要元件，請先參閱第二圖，係本創作第一實施例示意圖，其中，本創作係具有能量循環之電池測試系統，包括有：一待測電池組11；一儲電模組12，其總儲電容量係該待測電池組11之總儲電容量的數倍；一第一雙向轉換模組13，係分別連接於該待測電池組11及該儲電模組12；及一控制模組14，係分別連接於 該待測電池組11、該儲電模組12及該第一雙向轉換模組13，並可監測該待測電池組11及該儲電模組12的蓄電量(state of charge,soc)，其中，該控制模組14係可控制該第一雙向轉換模組13，使得該儲電模組12放電並對該待測電池組11充電；另外，該控制模組14還可控制該第一雙向轉換模組13，使得該待測電池組11放電並對該儲電模組12充電。

在第二圖中，該第一雙向轉換模組13可以是直流電/直流電轉換器(DC/DC converter)或是功率穩定器(power regular)，能夠將該待測電池組11所放出的電流轉換成該儲電模組12的所需的直流電源，同時，也能夠將該儲電模組12所放出的電流轉換成該待測電池組11的所需的直流電源；另外，該雙向轉換模組13亦可避免該待測電池組11及該儲電模組12在電源切換瞬間，電流產生劇烈的變化；該雙向轉換模組13係透過高電位線及低電位線分別連接該待測電池組11及該儲電模組12，其中，高電位線係用於連接該待測電池組11及該儲電模組12之高電位端，而低電位線係用於連接該待測電池組11及該儲電模組12之低電位端。

該待測電池組11及該儲電模組12都各包括至少一可充電電池，一般情況，該待測電池組11及該儲電模組12都是一組可充電電池。

該控制模組14可由處理器(Processor)、微控制器(MCU)、數位訊號處理(DSP)、可程式控制器(PLC)、邏輯電路、微電腦或電腦等計算器所組成；該控制模組14係分別透過感測控制路徑而與該待測電池組11及該儲電模組12連接，以此來感測該待測電池組11及該儲電模組12的蓄電量、溫度及電壓，並控制該雙向轉換模組13以切換該待測電池組11及該儲電模組12之放電及充電，其中，該控制模組14從該待測電池組11及該儲電模組12感測到數據後，係以庫倫量法則(coulomb method)或擴散電量法則(diffusion law method)等方法估測該待測電池組11及該儲電模組12的蓄電量；此外，該控制模組14還可以無線或有線的方式，發送警示訊息或故障狀態訊息至電池管理中心，讓管理者能夠監控該待測電池組11及該儲電模組12的狀態。

接著，請參考第三圖及第四圖，分別係本創作第二實施例示意圖及第三實施例示意圖，其中，本創作具有能量循環之電池測試系統，更可包括連接交流電源之一第二雙向轉換模組15，該第二雙向轉換模組15係連接於該控制模組14及該儲電模組12，其中，當該待測電池組11已無足夠的蓄電量可對該儲電模組12進行充電，同時，該儲電模組12的蓄電量未達預定的下限例如30%時，該控制模組14可控制該第二雙向轉換模組15先以市區交流電源對該儲電模組12進行充電，可先充到儲電模組的蓄電量的預定 的上限例如70%時，再行電池測試。

在第三圖及第四圖中，該第二雙向轉換模組15係交流電/直流電轉換器(AC/DC converter)，在第三圖中，該第二雙向轉換模組15係連接市區交流電源，能將市區交流電源所輸出的交流電源轉換成直流電，再輸送至儲電模組12；而在第四圖中，該第二雙向轉換模組15係可同時連接一外部交流供電的量測裝置16，例如示波器或記錄器等，並在市區交流電源斷線時，由控制模組14控制第二雙向轉換模組15，將儲電模組12內電能，轉換成交流電，以供該外部交流供電量測裝置16執行量測功能。

為了讓本創作具有能量循環之電池測試系統能夠有更高的效率，且該儲電模組12能夠有較長的壽命，係訂出下列準則：(1)由於該儲電模組12的總儲電容量為該待測電池組11的數倍例如4倍，所以該儲電模組12蓄電量的上限與下限可分別設定為70%及30%，當蓄電量超過上限與下限時，該控制模組14係發出警示訊息，其中，當蓄電量低於下限時，該儲電模組12可由控制模組14控制第二雙向轉換模組15以市電對儲電模組12充電，可先充到儲電模組蓄電量的預定的上限例如70%時，再行電池測試，當電量超過上限時，該儲電模組12則可透過第二雙向轉換模組15對外部交流供電量測裝置16供電以降低儲電量；將上 限與下限分別設定在70%及30%是為了控制該儲電模組12的蓄電量工作區間，創作人經過長期的研究和測試發現，蓄電量設定在70%及30%能夠有較低的溫度變化，且該儲電模組12能夠有較長的使用壽命；(2)在安全考量下，本創作可對該待測電池組11設定極限儲電量，像是當該待測電池組11的蓄電量在98%時，該控制模組14係發出警示訊息，保護該待測電池組11，並在適當時刻停止充電；當該待測電池組11的蓄電量在2%時，該控制模組14係發出警示訊息，保護該待測電池組11，並在適當時刻停止放電；其中，98%及2%僅為本創作之一實施例，實際操作可依需求調整。

綜合上述，本創作具有能量循環之電池測試系統係具有以下優點：

(1)儲電模組的總儲電容量為待測電池組的數倍，所以，儲電模組的蓄電量設定在70%及30%之區間，仍可將待測電池組的蓄電量充到100%，相較於習用電池組的蓄電量在0%至100%之區間而言，本創作可以提供較低的溫度上升量，而較低的溫度上升量，能夠延長的儲電模組的壽命。

(2)可使用二次應用的動力電池來做為儲電模組的充電電池，並可依照待測電池組的總儲電容量來調整儲電模組中充電電池的數量，使得儲電模組的總儲電容量為待測 電池組的數倍，如此，使用二次應用的動力電池相較於直接購買新電池組係可降低購買的成本外，利用原本要拋棄的電池做為儲電模組也能夠達到物盡其用，避免資源浪費。

(3)在本創作中，整個測試系統所需能量皆可由儲電模組提供，且待測電池組放電流出的電能亦由儲電模組儲存以備下次充電所需，能量可充份循環利用達到節能減碳目標，因此，本創作除了儲電模組在蓄電量低於30%需進行充電外，大部份的情況是與市電電網隔離的，不會對市電電網造成負擔。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍；故，凡依本創作申請專利範圍及創作說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧待測電池組

12‧‧‧儲電模組

13‧‧‧第一雙向轉換模組

14‧‧‧控制模組

15‧‧‧第二雙向轉換模組

16‧‧‧外部交流供電量測裝置

A1‧‧‧控制器

A2‧‧‧負載

A3‧‧‧待測電池

A4‧‧‧充電器

第一圖係習用電池組進行充電及放電時的示意圖

第二圖係本創作第一實施例示意圖

第三圖係本創作第二實施例示意圖

第四圖係本創作第三實施例示意圖

11‧‧‧待測電池組

12‧‧‧儲電模組

13‧‧‧第一雙向轉換模組

14‧‧‧控制模組

Claims (7)

1. 一種具有能量循環之電池測試系統，包括有：一待測電池組；一儲電模組，其總儲電容量係該待測電池組之總儲電容量的數倍；一第一雙向轉換模組，係分別連接於該待測電池組及該儲電模組；及一控制模組，係分別連接於該待測電池組、該儲電模組及該第一雙向轉換模組，並可監測該待測電池組及該儲電模組的蓄電量，其中，該控制模組係可控制該第一雙向轉換模組，使得該儲電模組放電並對該待測電池組充電；另外，該控制模組還可控制該第一雙向轉換模組，使得該待測電池組放電並對該儲電模組充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有能量循環之電池測試系統，其中，該第一雙向轉換模組係直流電/直流電轉換器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有能量循環之電池測試系統，更可包括連接交流電源之一第二雙向轉換模組，該第二雙向轉換模組係連接於該控制模組及該儲電模組，其中，當該待測電池組已無足夠的蓄電量可對該儲電模組進行充電，且儲電模組的蓄電量尚未達到30%時，該控制模組可控制該第二雙向轉換模組，以交流電 源轉換成直流電源對該儲電模組進行充電。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有能量循環之電池測試系統，更可包括連接交流電源之一第二雙向轉換模組，該第二雙向轉換模組係連接於該控制模組及該儲電模組，其中，當該待測電池組尚有蓄電量可對該儲電模組進行充電，且儲電模組的蓄電量已達到70%時，該控制模組可控制該第二雙向轉換模組，對一外部交流供電量測裝置進行供電，以降低蓄電量。
5. 如申請專利範圍第3項所述之具有能量循環之電池測試系統，其中，該第二雙向轉換模組係交流電/直流電轉換器。
6. 如申請專利範圍第3項所述之具有能量循環之電池測試系統，其中，該交流電源係市區交流電源。
7. 如申請專利範圍第4項所述之具有能量循環之電池測試系統，其中，該交流供電量測裝置係一電池測試系統中需以交流供電方能運作的裝置。