TWI405383B - Intelligent charge and discharge system - Google Patents

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TWI405383B TW99107894A TW99107894A TWI405383B TW I405383 B TWI405383 B TW I405383B TW 99107894 A TW99107894 A TW 99107894A TW 99107894 A TW99107894 A TW 99107894A TW I405383 B TWI405383 B TW I405383B
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智慧型充放電系統
本發明係有關一種智慧型充放電系統，尤指一種可自動調整電池具優先次序充放電及均衡充放電功效之智慧型充放電系統。
按，由於電池在生產過程中，普遍存在化學組成比例上之差異，且即使出廠時性能相同之電池，也可能因存放時間及環境因素，造成客戶端在初次使用時，即使相同規格及廠牌之電池，也已存在性能上之差異。
因此，如何令電池均衡充放電，使其使用壽命延長，進而使電力系統更加可靠，是一項重要之議題。市面上現有各種應用於電池均衡充放電之方案，普遍朝向硬體(即電路設計)上著手，包括使用電容、電感或變壓器以達成被動或主動均衡充放電。上述之方案雖可解決電池均衡充放電之問題，但仍稱不上是智慧型系統。
故，本發明係致力於此方向加以研究，進而提出一種以軟體為主，硬體為輔之智慧型系統，希望能提供一更完善且有效率之充放電系統。
本發明目的之一，在於解決上述問題而提供一種智慧型充放電系統，係利用數位訊號處理器(DSP)晶片模組推測出優先放電電池組數量與優先充電電池組數量，並透過控制電路模組將放電電池組串聯輸入穩壓模組後，輸出電壓予電力需求系統，而充電電池組則透過控制電路模組以並聯方式接受一電源系統，經由穩壓模組輸出電壓予以充電，具備自動調整電池優先次序充放電及電池均衡充放電之功能。
本發明目的之二，在於本發明之智慧型充放電系統，可依使用者設定之操作模式自動調整充放電電池數量，當系統並不需要大電力時，便降低放電電池組數量，使系統能發揮最大功效並延長電池使用壽命。
為達前述之目的，本發明係包括：一數位訊號處理器(DSP)晶片模組、一控制電路模組及複數個電池組，藉由以上各模組搭配組成一並聯充電、串聯放電之電路系統，並利用該數位訊號處理器偵測各電池組之電壓，依此計算總電池電量，搭配設定之使用模式，藉由模糊邏輯演算法推測優先放電之電池組數量與優先充電之電池組數量，並透過該控制電路模組將放電電池組串聯輸入穩壓模組後，輸出電壓予一電動機或其他電力需求系統，而充電電池組則透過控制電路模組以並聯方式接受一電源系統，經由穩壓模組輸出電壓予以充電，以達智慧型電池均衡充放電之功效。
本發明之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。
當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容許有所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予以詳細說明，並於附圖中展示其構造。
請參閱第1圖至第3圖，圖中所示者為本發明所選用之實施例結構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。
如第1～2圖所示，以下係本發明智慧型充放電系統之實施例說明，其主要係包含有：一數位訊號處理器(DSP)晶片模組1、一控制電路模組2及複數個電池組3，藉由以上各模組搭配可組成一並聯充電，串聯放電之電路系統。
其中，該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1，於本實施例中，係採用TMS320F2812此款數位訊號處理器。
該智慧型充放電系統中各電池組3係由至少兩個電池串聯而成，並個別連接於該控制電路模組2上，形成複數個(設為N個)電池組3相互並聯狀態。
利用該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1可偵測各電池組3之電壓Vk (k=1,2,...N)，依此計算總電池電量Q，並兩兩比較依照電壓高低排序，搭配設定之使用模式Mj (j=1,2,...m)，藉由模糊邏輯演算法推測一放電電池組數量(Nd )與一充電電池組數量(N-Nd )，並透過控制電路模組2將放電電池組串聯輸入一穩壓模組R1後，輸出電壓V1予一電動機或其他電力需求系統4。
其中，搭配計算公式換算為總電量Q如下：
其中，N 為電池組數量，V full 為飽和電壓，V end 為放電終止電壓。
由該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1之邏輯運算功能依照電壓高低排序，並依使用者自行設定之操作模式，藉由寫入於數位訊號處理器(DSP)晶片模組1之模糊邏輯演算法推測優先放電電池組數量(Nd )與優先充電電池組數量N-Nd 。
於本實施例中，充放電可依據附件一之模糊規則表架構，其中Q1，Q2，...Q5為一範圍區間(如Q1=0~10，Q2=10~20，Q3=20~50，Q4=50~80，Q5=80~100)。今若電動機操作模式為M2 ，目前總電池組電量為Q2 %，此時燒錄於數位訊號處理器(DSP)晶片模組1中之模糊邏輯演算法便會根據附件一之規則表，自動判定所需放電電池組數量為Nd =N7 ，則可用來充電之電池組數量即為N-Nd =N-N7 。且該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1便輸出控制訊號予控制電路模組2，令其執行切換動作，藉此自動調整優先充放電電池組之數量，並控制電壓較高之電池組優先執行放電動作，透過穩壓模組R1輸入予電動機或其他電力需求系統4。
而充電電池組則透過控制電路模組2以並聯方式接受主電源系統5(例如：室內電源、戶外充電柱、充電站...等)或附屬電源系統6(例如：電動機動能回收轉換電源、動力發電機電源或小型風力發電機電源...等)，經由穩壓模組R2輸出電壓V2予以充電，以達成智慧型電池充放電之功能。而室內主電源AC/DC及附屬電源系統也將透過穩壓模組R2(若電動機動能回收，也將透過穩壓模組R2)輸入予電壓較低之電池組執行充電動作，當電池組充飽時，則電源會由穩壓模組R1輸入予電動機或其他電力需求系統4。
其中，該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1可監控每組電池之電壓，當判斷其中一組電池電壓不足，則會輸出控制訊號予控制電路模組2，令其執行切換動作，以切換該組電池組為充電狀態，其餘各組則繼續放電。再者，複數個(設為N個)電池組可同時放電，亦可設定一半充電、一半放電...等方式。
此外，在充放電過程中，該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1可計算各電池組3之電壓差ΔV，當電壓差ΔV小於預設值E(E值可由使用者自行設定)，便可判定各電池組3處於平衡狀態，當電池組3間電壓有差異且大於預設值E時，可自行切換電池組3進入充電狀態，以便平均並穩定電池間的電壓，達成電池均衡充放電之目的，令本發明具備智慧型電池自動調整優先次序充放電及電池均衡充放電之功能。且當系統檢測出電池組3超過半數以上電壓不足時，則會發出訊號並告知使用者電量不足，必須立刻充電。
因此，不論電池組3僅需充電、僅需放電或同時需進行放電及充電下，搭配該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1，則系統將具備電池自動調整優先次序充放電及電池均衡充放電之功能。
本發明亦可依使用者設定之操作模式自動調整充放電電池數量，當系統並不需要大電力時，便降低放電電池組數量，使系統能發揮最大功效並延長電池使用壽命。
此外，本發明之智慧型充放電系統，係可據以應用於太陽能發電系統、小型風力發電系統、電動或油電複合之機車或汽車以及輕型電動車等之周邊應用。
當然，本發明仍存在許多例子，其間僅細節上之變化。請參閱第3圖，其係本發明之第二實施例，其中該智慧型充放電系統系可應用於腳踏發電電動自行車，該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1之邏輯運算功能推測優先放電電池組數量(Nd )與優先充電電池組數量N-Nd ，且該數位訊號處理器(DSP)晶片模組1便輸出控制訊號予控制電路模組2，令其執行切換動作，藉此自動調整優先次序充放電電池組之數量，並控制電壓較高之電池組優先執行放電動作，透過穩壓模組R1輸入予電動機41，而充電電池組則透過控制電路模組2以並聯方式接受主電源系統51(例如：室內電源、戶外充電柱、充電站等)或附屬電源系統61(例如：電動機動能回收轉換電源)，經由穩壓模組R2輸出電壓V2予以充電，以達成智慧型電池均衡充放電之功能。
其中，複數個(設為N個)電池組可同時放電，亦可設定一半充電、一半放電...等方式，切換的模式可分為經濟模式(平地定速或下坡減速等)、正常模式(平地崎嶇路面等)及運動模式(爬坡或加速等)，此三種模式可切換各電池組的充放電狀態。
再者，當系統判斷行車狀態為經濟模式之定速度時，系統會自動以較少的電池組放電並切換需要充電的電池組進行充電。
以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡數值之變更或等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。
由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利申請。
 (習用部分)
無
(本發明部分)
1．．．數位訊號處理器(DSP)晶片模組
2．．．控制電路模組
3．．．電池組
4．．．電動機及其他電力需求系統
41．．．電動機
5、51．．．主電源系統
6、61．．．附屬電源系統
R1、R2．．．穩壓模組
第1圖係本發明之架構圖。
第2圖係本發明之流程圖。
第3圖係本發明第二實施例之架構圖。
1．．．數位訊號處理器(DSP)晶片模組
2．．．控制電路模組
3．．．電池組
4．．．電動機及其他電力需求系統
5．．．主電源系統
6．．．附屬電源系統
R1、R2．．．穩壓模組

Claims (5)

  1. 一種智慧型充放電系統，其係包括：一數位訊號處理器(DSP)晶片模組、一控制電路模組及複數個電池組，藉由以上各模組搭配組成一並聯充電、串聯放電之電路系統，並利用該數位訊號處理器(DSP)晶片模組偵測各電池組之電壓，依此計算總電池電量，其計算總電量之公式如下： 其中，Q為總電量，N 為電池組數量，V K 為電壓，V full 為飽和電壓，V end 為放電終止電壓；並搭配設定之使用模式，藉由寫入於數位訊號處理器(DSP)晶片模組之模糊邏輯演算法推測優先放電之電池組數量與優先充電之電池組數量，再利用該數位訊號處理器(DSP)晶片模組可監控每組電池之電壓，當判斷其中一組電池電壓不足，則會輸出控制訊號予控制電路模組，令其執行切換動作，以切換該組電池組為充電狀態，其餘各組則繼續放電，之後透過該控制電路模組將放電電池組串聯輸入穩壓模組後，輸出電壓予一電動機或其他電力需求系統，而充電電池組則透過控制電路模組以並聯方式接受一電源系統，經由穩壓模組輸出電壓予以充電，以達智慧型電池均衡充放電之功效，其中所設定之使用模式至少包 含有一經濟模式、一正常模式及一運動模式，且當設定為經濟模式時，系統會自動以較少的電池組放電並切換需要充電的電池組進行充電。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之智慧型充放電系統，其中，各該電池組係由至少兩個電池串聯而成，並個別連接於該控制電路模組上，形成複數個電池組相互並聯狀態。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之智慧型充放電系統，其中，該電源系統係為一主電源系統，該主電源系統係為室內電源、戶外充電柱或充電站。
  4. 依申請專利範圍第1項所述之智慧型充放電系統，其中，該電源系統係為一附屬電源系統，該附屬電源系統係為電動機動能回收轉換電源、動力發電機電源或小型風力發電機電源。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之智慧型充放電系統，其中，該智慧型充放電系統係應用於太陽能發電系統、小型風力發電系統、電動或油電複合之機車或汽車以及輕型電動車之周邊應用。
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