TWI413330B - 電池保護方法和系統 - Google Patents

Description

電池保護方法和系統

本發明是有關於一種方法和系統，特別是指一種電池保護方法和系統。

電動車於煞車時，若能將多餘的動能回收且轉成電能儲存於電池組中，可有效增加電動車的續航力，但是缺點為：若電動車煞車時產生一呈大電流形式的回收電流直接對該電池組進行充電，此回收大電流將造成電池組短時間內以異常高C Rate充電，導致電池組容量的可逆損失和不可逆損失，而減少電池組的壽命，因此必須經常的更換電池組而增加維護成本。

因此，本發明之目的，即在提供一種避免上述缺失的電池保護方法。

一種電池保護方法，適用於防止來自一負載之大電流回充時對一主電池組產生損害以及提高該主電池組使用壽命，其包含以下步驟：提供一輔助電池組；判斷是否回收該負載之能量，若是，則執行一充電模式；及於該充電模式下，將來自該負載之能量轉移至該輔助電池組。

本發明之另一目的，即在提供一種避免上述缺失的電池保護系統。

該電池保護系統，耦接於一負載與一主電池組之間，適用於防止來自該負載之一感應電流回充至該主電池組時產生損害以及提高該主電池組使用壽命，包含：一輔助電池組，用於充電和放電；一第一開關，耦接於該負載與該輔助電池組之間；一第一電壓轉換器，耦接於該主電池組，用於將所接收的電壓進行轉換以提供一充電電流；一第二開關，耦接於該輔助電池和該第一電壓轉換器之間；及一控制電路，於一充電模式下控制該第一開關導通以使該負載與該輔助電池組電連接，以使該感應電流對該輔助電池組進行充電，將來自該負載之能量轉移至該輔助電池組；又該控制電路更於一放電模式下控制該第二開關導通以使該第一電壓轉換器與該輔助電池組電連接，以使該充電電流對該主電池組進行充電，將來自該輔助電池組之能量轉移至該主電池組。

本發明之功效在於防止大電流由負載回充至電池組造成傷害，並且在非回充時對電池組以涓流電流(trickle current)進行充電，以對電池組提供充電兼具保養的作用。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如圖1所示，本發明電池保護系統之較佳實施例，適用於耦接於一具有多個電池和一輸入輸出端之主電池組和一負載之間，而能操作於一放電模式、一充電模式和一平衡模式以防止在大電流回充時對主電池組產生損害以及提高該主電池組使用壽命，又在本實施例中，該負載是一能執行加速或煞車的電動車馬達，且該電池保護系統包含：一輔助電池組2、一第一開關21、一第一電壓轉換器3、一第二開關32、一第二電壓轉換器4、一第三開關41和一控制電路5。

輔助電池組2用於充電和放電，且具有一輸入輸出端。

第一開關21電連接於該負載與該輔助電池組2的輸入輸出端之間，且遭控制以於導通和不導通之間切換。

第一電壓轉換器3具有一電連接於該主電池組之輸入輸出端的輸出端和一輸入端，用於將該輸入端所接收的電壓進行轉換以提供一充電電流。

第二開關32電連接於該輔助電池組2的輸入輸出端和該第一電壓轉換器3的輸入端之間，且遭控制以於導通和不導通之間切換。

第二電壓轉換器4具有一電連接於該輔助電池組2的輸出端和一輸入端，用於將該輸入端所接收的電壓進行轉換。

第三開關41電連接於該主電池組的輸入輸出端和該第二電壓轉換器4的輸入端之間。

控制電路5基於一外部指令或藉由偵測主電池組對該負載的供電情形來使電池保護系統執行一種電池保護方法，該電池保護方法包含以下步驟，如圖2所示：

步驟10：提供一輔助電池組2至該主電池組；

步驟20：判斷是否回收該負載之能量，若是，則執行一充電模式，若否則進到步驟30。

其中步驟10的詳細做法為：當偵測到該馬達執行煞車而產生可回收的能量時，則進入到該充電模式。

<充電模式>

如圖1所示，當主電池組提供電力到該負載，且該負載產生一感應電流時，控制電路會進行充電模式，將第一開關21導通，使該感應電流經由該第一開關21充電至該輔助電池組2，將來自該負載之能量轉移至該輔助電池組2。

藉由輔助電池組2作為負載和主電池組之間的緩衝器，能將回收電流可能造成的損害從主電池組轉移到輔助電池組2，以避免該感應電流處於大電流狀態時對主電池組造成損害。

步驟30：判斷是否執行一放電模式，若是，則執行該放電模式，反之則回到步驟20。

<放電模式>

如圖3所示，當主電池組沒有提供能量到負載且處於閒置狀態時，控制電路5會執行放電模式，使第一開關21和第三開關41不導通，而使該第二開關31導通以建立第一電壓轉換器3之輸入端與輔助電池組2之輸入輸出端的電連接。

此時，第一電壓轉換器3會將該輔助電池組2之輸出電壓轉換成符合該主電池組之輸入電壓，將來自該輔助電池組2之能量轉移至該主電池組，且更將該輔助電池組2之輸出電壓轉換成符合該主電池組之輸入電壓以產生一充電電流對該主電池組進行充電，其中，該充電電流之大小係使該主電池組處於一涓流充電(trickle charge)的狀態。

又在本實施例中，該第一電壓轉換器3為一升壓型直流轉換器，可將來自該輔助電池組2之輸出電壓進行升壓成符合該主電池組之輸入電壓。

在此更進一步的說明：主電池組的最大容量會隨著使用的次數增加而減少，所減少的容量包括一不可逆損失和一可逆損失，不可逆損失主要來自於活性材料的損耗，因此無法恢復。可逆損失主要來自於不當的充放電過程(例如大電流放電、大電流充電)使得電池內部活性材料排列堆積不整齊，而導致可循環利用的活性材料減少，可藉由涓流充電使得電池內部活性材料在遷移時有足夠時間排列堆積整齊，以改善可逆損失和減緩電池的老化，而提高主電池組的使用壽命。

步驟40：判斷是否執行一平衡模式，若是，則進入該平衡模式，反之，則回到步驟20。

<平衡模式>

主電池組包含多數個電池，其中，由於每個電池的充放電容量、充電轉換效率、或初始電量不完全一致，因此在經過長時間的反覆充、放電之後，各個電池的電壓會有所不同，此時需要對電池之間進行平衡。控制電路5會偵測每一電池的電位，並與一參考電位值進行比較，以判斷是否有高於該參考電位值的電池，若有，則進行平衡模式。此外，該控制電路5也可基於一外部指令而進行此平衡模式。

如圖4所示，在平衡模式下，控制電路5會使第一開關21和第二開關31不導通，而使第三開關41導通以建立該主電池組之輸入輸出端與該第二電壓轉換器4之輸入端的電連接，進而將該主電池之輸出電壓轉換成符合輔助電池組2之輸入電壓以將來自該主電池組中高於參考電位值之電池之能量轉移至該輔助電池組2，直到該等電池的電位等同於該參考電位值，而使主電池組中的電量達到平衡以避免再次進行充電或放電時，由於電量不平衡而發生過充電或過放電的情況導致主電池組的損害，甚至發生主電池組***。

又在本實施例中，該第二電壓轉換器4為一降壓型直流轉換器，可將來自該主電池組之輸出電壓進行降壓成符合該輔助電池組2之輸入電壓。

綜上所述，本發明具有以下優點：

1.藉由輔助電池組2對該主電池組提供涓流充電的方式，以達到對主電池組進行充電及保養的作用。

2.利用輔助電池組2作為在負載與主電池組之間的緩衝裝置，以接收來自負載的感應電流，再轉換成小電流提供給電池組，以避免感應電流值處於大電流狀態時對主電池組造成損害，能將感應電流可能造成的損害從主電池組轉移到輔助電池組2，不僅可降低主電池組壽命衰減，又因輔助電池組2的維護成本和難易度均較主電池組便宜及容易，藉由本發明能將主電池組維護重心移到輔助電池組2，以減低對整個電池組的維護成本及難度。

3.藉由控制電路5將主電池組中電量較高的電池之電量轉移到輔助電池組2，以維持主電池組中各個電池的電量平衡。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧提供的步驟

20‧‧‧回收的步驟

30‧‧‧放電的步驟

40‧‧‧平衡的步驟

2‧‧‧輔助電池組

21‧‧‧第一開關

3‧‧‧第一電壓轉換器

31‧‧‧第二開關

4‧‧‧第二電壓轉換器

41‧‧‧第三開關

5‧‧‧控制電路

圖1是本發明之較佳實施例操作於充電模式的電路圖；

圖2是該較佳實施例的流程圖；

圖3是該較佳實施例操作於放電模式的電路圖；及

圖4是該較佳實施例操作於平衡模式的電路圖。

2．．．輔助電池組

21．．．第一開關

3．．．第一電壓轉換器

31．．．第二開關

4．．．第二電壓轉換器

41．．．第三開關

5．．．控制電路

Claims (13)

1. 一種電池保護方法，適用於防止來自一負載之大電流回充時對一主電池組產生損害以及提高該主電池組使用壽命，其包含以下步驟：提供一輔助電池組；判斷是否回收該負載之能量，若是，則執行一充電模式；及於該充電模式下，將來自該負載之能量轉移至該輔助電池組；當偵測到該主電池組沒有提供能量到該負載且處於閒置狀態時，則進入一放電模式，將來自該輔助電池組之能量轉移至該主電池組。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之電池保護方法，該負載為一能執行加速或煞車之馬達，其中，當偵測到該馬達執行煞車而產生可回收的能量時，則進入到該充電模式。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之電池保護方法，該負載係產生一感應電流，其中，在該充電模式下，將該感應電流充電至該輔助電池組。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之電池保護方法，更包含：若不回收該負載之能量，則再判斷是否執行一放電模式；及若執行該放電模式，則將來自該輔助電池組之能量 轉移至該主電池組。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之電池保護方法，其中，更將該輔助電池組之輸出電壓轉換成符合該主電池組之輸入電壓以進行能量的轉移。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之電池保護方法，其中，該輔助電池組更產生一充電電流對該主電池組進行充電。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之電池保護方法，其中，該充電電流之大小係使該主電池組處於一涓流充電的狀態。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之電池保護方法，更包含：判斷是否執行一平衡模式；及若執行該平衡模式下，則將來自該主電池組之能量轉移至該輔助電池組。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之電池保護方法，其中，更將該主電池組之輸出電壓轉換成符合輔助電池組之輸入電壓以進行能量的轉移。
10. 依據申請專利範圍第8項所述之電池保護方法，該主電池組包括多數個電池，其中，該電池保護方法更包含：偵測該主電池組的每一電池的電位，並根據一參考電位值進行比較以判斷是否有高於該參考電位值的電池，若有，則進行該平衡模式，使該高於該參考電位值的電池輸出能量。
11. 一種電池保護系統，耦接於一負載與一主電池組之間，適用於防止來自該負載之一感應電流回充至該主電池組時產生損害以及提高該主電池組使用壽命，包含：一輔助電池組，用於充電和放電；一第一開關，耦接於該負載與該輔助電池組之間；一第一電壓轉換器，耦接於該主電池組，用於將所接收的電壓進行轉換以提供一充電電流，該充電電流係使該主電池組處於一涓流充電的狀態；一第二開關，耦接於該輔助電池和該第一電壓轉換器之間；及一控制電路，於一充電模式下控制該第一開關導通以使該負載與該輔助電池組電連接，以使該感應電流對該輔助電池組進行充電，將來自該負載之能量轉移至該輔助電池組；又該控制電路更於一放電模式下控制該第二開關導通以使該第一電壓轉換器與該輔助電池組電連接，以使該充電電流對該主電池組進行充電，將來自該輔助電池組之能量轉移至該主電池組。
12. 依據申請專利範圍第11項所述之電池保護系統，更包含：一第二電壓轉換器，耦連接於該輔助電池組，用於將所接收的電壓進行轉換；一第三開關，耦接於該主電池組和該第二電壓轉換器之間； 又該控制電路更於一平衡模式下控制該第三開關導通以使該第二電壓轉換器與該主電池組電連接，將該主電池之輸出電壓轉換成符合該輔助電池組之輸入電壓以將來自該主電池組之能量轉移至該輔助電池組。
13. 依據申請專利範圍第12項所述之電池保護系統，該主電池組包括多數個電池，其中：該控制電路更偵測該主電池組的每一電池的電位，並根據一參考電位值進行比較以判斷是否有高於該參考電位值的電池，若有，則進行該平衡模式，使該高於該參考電位值的電池輸出能量。