TW201521324A - 可程式化的充電系統及其充電方法 - Google Patents

Abstract

一種可程式化的充電系統及其充電方法，透過控制端傳送偵測條件至電池管理端，以便對電池管理端中的控制器進行程式化處理，並且根據偵測條件驅動感測器偵測電池單元的電氣參數，以及在完成程式化處理後，控制器將比對偵測條件和電氣參數以生成比對結果，並且根據比對結果控制開關元件對電池單元進行充電平衡，用以達成提高充電平衡的效率之技術功效。

Description

可程式化的充電系統及其充電方法

本發明為有關於一種充電系統及其方法，特別是指一種允許於控制端指定偵測條件來偵測電池狀態，以便作為充電平衡的依據之可程式化的充電系統及其充電方法。

近年來，隨著二次電池(亦稱為充電電池)的普及與蓬勃發展，各種應用於二次電池的技術便如雨後春筍般產生，其中又以充電平衡技術最受矚目。

一般而言，充電平衡可分為被動式平衡與主動式平衡，其中被動式平衡是將多餘的電流分流至旁路電阻，以便透過此旁路電阻耗散多餘的電流進而避免電池單元過度充電；而主動式平衡並未將多餘的電流耗散，而是將其傳送至尚未充滿電的電池單元，換句話說，主動式平衡能夠為各電池單元間的殘電量失衡提供補償。由於主動式平衡不會使多餘的電流藉由電阻將電能轉換為熱能，因此不需額外增加熱管理技術，電池組內的各電池單元也不會因為具有不同的溫度梯度而使得老化程度各不相同，故主動式平衡已成為各家廠商的技術發展之重點。

有鑑於此，便有廠商提出透過估算電池單元的殘電量(State of charge,SOC)來調節電池單元(Cell)的充電電壓或充電電流，藉以解決充電平衡效率不彰的問題，例如：美國專利公告號「US 5,905,360」所揭示的「Battery system and electric motor vehicle using the battery system with charge equalizing features」。不過，以此方式必須建立在能夠精準估算各電池單元的殘電量上，否則仍將降低充電平衡的效率，而上述方式並無法提供使用者自行設定偵測條件來偵測電池單元的電氣參數以便作為估算依據，因此容易產生使用不適當的偵測條件造成無法準確估算殘電量的情 況，造成仍然無法有效解決充電平衡效率不彰的問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在充電平衡效率不彰之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

有鑒於先前技術存在的問題，本發明遂揭露一種可程式化的充電系統及其充電方法。

本發明所揭露之可程式化的充電系統，其包含：控制端及電池管理端。其中，控制端用以傳送偵測條件，每一偵測條件至少包含預設閥值。接著，在電池管理端的部份，其包含：電池模組、處理模組、偵測模組及控制模組。其中，電池模組具有電性連接的電池單元，每一電池單元分別電性連接相應的開關元件；處理模組用以接收控制端所傳送的偵測條件，並且根據接收到的偵測條件對控制器進行程式化處理；偵測模組用以根據偵測條件驅動相應的感測器，使感測器偵測每一電池單元的電氣參數；控制模組包含控制器及解碼驅動器，當控制器完成程式化處理後，控制器將電氣參數與偵測條件的預設閥值進行比對，並且根據比對結果驅動解碼驅動器以控制開關元件來調節每一個電池單元的充電電壓或充電電流，使得電池單元形成充電平衡狀態。

至於本發明之可程式化的充電方法，其步驟包括：於控制端傳送偵測條件至電池管理端，每一偵測條件至少包含預設閥值；電池管理端接收控制端所傳送的偵測條件，並且根據接收到的偵測條件對控制器進行程式化處理；電池管理端根據偵測條件驅動相應的感測器，使感測器偵測電池管理端中多個電性連接的電池單元之電氣參數；當電池管理端完成程式化處理後，將電氣參數與偵測條件的預設閥值進行比對，並且根據比對結果驅動解碼驅動器以控制與各電池單元電性連接的開關元件來調節每一電池單元的充電電壓或充電電流，使電池單元形成充電平衡狀態。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術之間的差異在於本發明是透過控制端傳送偵測條件至電池管理端，以便對電池管理端中的控制器進行程式化處理，並且根據偵測條件驅動感測器偵測電池單元的電氣參數，以及在完成程式化處理後，控制器將比對偵測條件和電氣參數 以生成比對結果，並且根據比對結果控制開關元件對電池單元進行充電平衡。

透過上述的技術手段，本發明可以達成提高充電平衡的效率之技術功效。

10‧‧‧控制端

20‧‧‧電池管理端

210‧‧‧電池模組

220‧‧‧處理模組

230‧‧‧偵測模組

240‧‧‧控制模組

300‧‧‧觸控顯示元件

311~313‧‧‧輸入區塊

321‧‧‧選用按鍵

322‧‧‧忽略按鍵

411‧‧‧控制器

412‧‧‧解碼驅動器

421‧‧‧電壓感測器

422‧‧‧電流感測器

423‧‧‧溫度感測器

424‧‧‧內電阻感測器

431‧‧‧開關元件

432‧‧‧電池單元

步驟210‧‧‧於一控制端傳送至少一偵測條件至一電池管理端，每一偵測條件至少包含一預設閥值

步驟220‧‧‧該電池管理端接收該控制端所傳送的偵測條件，並且根據接收到的所述偵測條件對一控制器進行程式化處理

步驟230‧‧‧該電池管理端根據所述偵測條件驅動相應的感測器，使所述感測器偵測該電池管理端中多個電性連接的電池單元之至少一電氣參數

步驟240‧‧‧當電池管理端完成程式化處理後，將所述電氣參數與偵測條件的預設閥值進行比對，並且根據比對結果驅動一解碼驅動器以控制與各電池單元電性連接的開關元件調節每一電池單元的充電電壓或充電電流，使所述電池單元形成充電平衡狀態

第1圖為本發明可程式化的充電系統之系統方塊圖。

第2圖為本發明可程式化的充電方法之方法流程圖。

第3A圖及第3B圖為應用本發明於控制端設定偵測條件之示意圖。

第4圖為本發明電池管理端之電路示意圖。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

在說明本發明所揭露之可程式化的充電系統及其充電方法之前，先對本發明所自行定義的名詞作說明，本發明所述的控制端為計算機設備，如：車載電腦、個人電腦、個人數位助理......等，在實際實施上，所述控制端是提供使用者設定偵測條件及其包含的預設閥值之設備，其偵測條件是指偵測電池的電壓、電流、溫度、極性及內電阻至少其中之一或其組合的條件，而所述預設閥值則可為使用者自行指定的標準範圍、高標範圍及低標範圍或至少其中之一，舉例來說，假設偵測條件為“電池溫度”，其相應的預設閥值可設“0度至60度”為標準範圍、“大於60度”為高標範圍、“小於0度”為低標範圍，稍候將配合實施例對偵測條件作詳細說明。另外，所述電池管理端則是用以對本身多個電性連接的電池單元進行管理的設備，其具有可程式化控制器、偵測電池單元的電氣參數、對電池單元進行充電平衡的功能。

以下配合圖式對本發明可程式化的充電系統及其充電方法作進一步說明，請參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明可程式化的充電系 統之系統方塊圖，此系統包含：控制端10及電池管理端20。其中，控制端10用以傳送偵測條件至電池管理端20，每一偵測條件至少包含預設閥值，由於偵測條件及預設閥值已於先前自行定義的名詞中作說明，故在此不再多作贅述。特別要說明的是，在實際實施上，控制端10傳送偵測條件至電池管理端20的方式可透過有線傳輸(例如：乙太網路、RS-232......等等)或無線傳輸(如：Wi-Fi、GPRS......等等)來實現。

至於電池管理端20則包含：電池模組210、處理模組220、 偵測模組230及控制模組240。其中，電池模組210具有多個電性連接的電池單元(Cell)，其中每一電池單元分別電性連接相應的開關元件。在實際實施上，各電池單元之間的電性連接方式為串聯或並聯，而所述開關元件則可使用金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor FET,MOSFET)作為切換成開路或斷路的元件。

處理模組220用以接收控制端10所傳送的偵測條件，並且 根據接收到的偵測條件對控制器進行程式化處理。所述控制器為可被程式化來提供不同邏輯功能的積體電路(亦稱之為可程式化邏輯元件)，並且允許透過電訊號進行寫入/抹除(如：Electrically Erasable Programmable Read Only,EEPROM)，或是以紫外線抹除以電訊號寫入(Erasable Programmable Read Only,EPROM)的元件，由於其寫入及抹除的方式為習之技術，故在此不再多作贅述。

偵測模組230用以根據處理模組220所接收的偵測條件來驅 動相應的感測器，如：電壓感測器、電流感測器、溫度感測器及內電阻感測器......等等，用以偵測電池單元的電氣參數，如：電壓、電流、溫度、內電阻......等等。

控制模組240包含該控制器及解碼驅動器，當控制器完成程 式化處理後，此控制器會將電氣參數與偵測條件的預設閥值進行比對，並根據比對結果驅動解碼驅動器來控制開關元件，以便調節每一電池單元的充電電壓或充電電流，使得電池單元形成充電平衡狀態。

接著，請參閱「第2圖」，「第2圖」為本發明可程式化的充 電方法之方法流程圖，其步驟包括：於控制端10傳送偵測條件至電池管理 端20，每一偵測條件至少包含預設閥值(步驟210)；電池管理端20接收控制端10傳所傳送的偵測條件，並且根據接收到的偵測條件對控制器進行程式化處理(步驟220)；電池管理端20根據偵測條件驅動相應的感測器，使感測器偵測電池管理端20中多個電性連接的電池單元之電氣參數(步驟230)；當電池管理端20完成程式化處理後，將電氣參數與偵測條件的預設閥值進行比對，並且根據比對結果驅動解碼驅動器以控制與各電池單元電性連接的開關元件，以便調節每一電池單元的充電電壓或充電電流，使電池單元形成充電平衡狀態(步驟240)。透過上述步驟，即可透過控制端10傳送偵測條件至電池管理端20，以便對電池管理端20中的控制器進行程式化處理，並且根據偵測條件驅動感測器偵測電池單元的電氣參數，以及在完成程式化處理後，控制器將比對偵測條件和電氣參數以生成比對結果，並且根據比對結果控制開關元件對電池單元進行充電平衡。

以下配合「第3A圖」至「第4圖」以實施例的方式進行如 下說明，請先參閱「第3A圖」及「第3B圖」，「第3A圖」及「第3B圖」為應用本發明於控制端設定偵測條件之示意圖。當使用者欲調整用以估算電池殘電量的偵測條件來改善充電平衡的效率時，其可透過控制端10選擇設定偵測條件，如「第3A圖」所示使用觸控方式在觸控顯示元件300上點選“感測內電阻”。之後，觸控顯示元件300將如「第3B圖」所示意顯示作為偵測條件的“感測內電阻”之預設閥值，如：標準範圍、高標範圍及低標範圍。此時，使用者能夠點選各預設閥值所對應的輸入區塊(311、312及313)用以進行設定，例如：點選輸入區塊311設定標準範圍的內電阻值為“20歐姆至30歐姆”、點選輸入區塊312設定高標範圍的內電阻值為“大於30歐姆”，以及點選輸入區塊313設定低標範圍的內電阻值為“小於20歐姆”，接著，在設定完成後點選選用按鍵321以確定使用此偵測條件，反之，倘若使用者不欲使用此偵測條件亦可點選忽略按鍵322取消選用此偵測條件。

承上所述，當使用者逐一設定欲使用的偵測條件(如：“感 測內電阻”及“感測電壓”)後，控制端10會將使用者所設定的偵測條件及其包含的預設閥值透過有線傳輸或無線傳輸的方式傳送至電池管理端 20。由於有線傳輸或無線傳輸的方式為習知技術，故在此不再多作贅述。

如「第4圖」所示意，「第4圖」為本發明電池管理端之電路示意圖。前面提到，控制端10會將使用者選用及設定完成的偵測條件及其預設閥值傳送至電池管理端20。此時，電池管理端20的處理模組220接收控制端10所傳送的偵測條件，並且根據接收到的所述偵測條件對控制模組240中的控制器411進行程式化處理。同時，偵測模組230也為根據處理模組220所接收到的偵測條件驅動相應的感測器，舉例來說，倘若處理模組220接收到的偵測條件為“感測內電阻”及“感測電壓”，則偵測模組230將驅動電壓感測器421及內電阻感測器424，以便偵測每一電池單元432的電氣參數。同樣地，倘若處理模組220接收到的偵測條件為“感測電流”或“感測溫度”，則偵測模組230將驅動電流感測器422或溫度感測器423。由於各感測器及驅動各感測器的方式為習知技術，故在此不再多作贅述。

接下來，當控制器411完成程式化處理後，控制器411會讀取偵測模組230偵測到的電氣參數，並且將其與偵測條件的預設閥值進行比對，以及根據比對結果驅動解碼驅動器412以控制開關元件431調節每一電池單元432的充電電壓或充電電流，使電池單元432形成充電平衡狀態，舉例來說，假設偵測模組230所偵測到的電氣參數為電池的溫度，且各電池單元432的溫度分別為“10度”、“61度”及“零下2度”，此時控制器411會將這些溫度與偵測條件“電池溫度”的預設閥值進行比對，倘若此偵測條件其相應的預設閥值預設“0度至60度”為標準範圍、“大於60度”為高標範圍、“小於0度”為低標範圍，則控制器411可控制開關元件431以便先對低標範圍的電池單元432進行充電，接著再對標準範圍的電池單元432進行充電，最候再對高標範圍的電池單元432進行充電。另外，假設偵測模組230偵測到的電氣參數為電壓、電流、內電阻至少其中之一，則控制器411更可根據這些電氣參數估算電池殘電量，並且根據電池殘電量的百分比作為電池單元432的充電順序或是停止充電之依據，所述電池殘電量的估算方式可使用比重法、開路電壓法、加載電壓法、安培小時法、內電阻法......等等。由於所述估算電池殘電量的方法為習知技術，故在此不再多作贅述。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過控制端傳送偵測條件至電池管理端，以便對電池管理端中的控制器進行程式化處理，並且根據偵測條件驅動感測器偵測電池單元的電氣參數，以及在完成程式化處理後，控制器將比對偵測條件和電氣參數以生成比對結果，並且根據比對結果控制開關元件對電池單元進行充電平衡，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成提高充電平衡的效率之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧控制端

20‧‧‧電池管理端

210‧‧‧電池模組

220‧‧‧處理模組

230‧‧‧偵測模組

240‧‧‧控制模組

Claims (10)

1. 一種可程式化的充電系統，該系統包含：一控制端，用以傳送至少一偵測條件，每一偵測條件至少包含一預設閥值；及一電池管理端，該電池管理端包含：一電池模組，該電池模組具有多個電性連接的電池單元，其中每一電池單元分別電性連接相應的一開關元件；一處理模組，用以接收該控制端所傳送的偵測條件，並且根據接收到的所述偵測條件對一控制器進行程式化處理；一偵測模組，用以根據所述偵測條件驅動相應的感測器，使所述感測器偵測每一電池單元的至少一電氣參數；及一控制模組，該控制模組包含該控制器及一解碼驅動器，當該控制器完成程式化處理後，該控制器將所述電氣參數與所述偵測條件的預設閥值進行比對，並根據比對結果驅動該解碼驅動器以控制所述開關元件調節每一電池單元的充電電壓或充電電流，使所述電池單元形成充電平衡狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化的充電系統，其中該控制端係以有線傳輸或無線傳輸的方式將所述偵測條件傳送至該電池管理端的處理模組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化的充電系統，其中所述偵測條件至少包含偵測電池的電壓、電流、溫度、極性及內電阻至少其中之一或其組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化的充電系統，其中該預設閥值包含標準範圍、高標範圍及低標範圍至少其中之一。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可程式化的充電系統，其中所述感測器包含電壓感測器、電流感測器、溫度感測器及內電阻感測器。
6. 一種可程式化的充電方法，其步驟包括：於一控制端傳送至少一偵測條件至一電池管理端，每一偵測條件至少包含一預設閥值；該電池管理端接收該控制端所傳送的偵測條件，並且根據接收到的所述偵測條件對一控制器進行程式化處理；該電池管理端根據所述偵測條件驅動相應的感測器，使所述感測器偵測該電池管理端中多個電性連接的電池單元之至少一電氣參數；及當電池管理端完成程式化處理後，將所述電氣參數與偵測條件的預設閥值進行比對，並且根據比對結果驅動一解碼驅動器以控制與各電池單元電性連接的開關元件調節每一電池單元的充電電壓或充電電流，使所述電池單元形成充電平衡狀態。
7. 如申請專利範圍第6項所述之可程式化的充電方法，其中該控制端的傳送方式為有線傳輸或無線傳輸。
8. 如申請專利範圍第6項所述之可程式化的充電方法，其中所述偵測條件至少包含偵測電池的電壓、電流、溫度、極性及內電阻至少其中之一或其組合。
9. 如申請專利範圍第6項所述之可程式化的充電方法，其中該預設閥值包含標準範圍、高標範圍及低標範圍至少其中之一。
10. 如申請專利範圍第6項所述之可程式化的充電方法，其中所述感測器包含電壓感測器、電流感測器、溫度感測器及內電阻感測器。