TWI789111B - 具有降電壓放電機制的電池管理系統及其方法 - Google Patents

具有降電壓放電機制的電池管理系統及其方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統及其方法，該具有降電壓放電機制的電池管理系統包括一降壓器、一放電迴路及一微處理器：該降壓器耦接一電池；該放電迴路耦接該降壓器；該微處理器耦接該電池、該降壓器及該放電迴路，且該微處理器包括：一電池狀態監測單元、一計時單元及一控制單元；其中，若該電池為一靜止狀態，該計時單元計時，若一計時時間長於或等於一時間閾值，該控制單元使該電池的一輸出電壓進行降電壓，並使該放電迴路放電。本發明在提升電池長期儲能的安全性及壽命維持性的同時，提高電池放電的安全性。

Description

具有降電壓放電機制的電池管理系統及其方法
本發明有關於一種電池管理系統及方法，尤指一種具有降電壓放電機制的電池管理系統及其方法。
在目前使用可循環充放電的電池或電池組的設備中，由於電池組件處於滿充電狀態且長時間不使用時，起因於滿充電狀態的電池組件的化學活性較高，致使提升電池膨脹及/或漏液的損害機率，導致電池壽命縮短。
為了解決先前技術中存在的問題，本發明提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，其包括一降壓器、一放電迴路及一微處理器：所述降壓器耦接一電池；所述放電迴路耦接該降壓器；所述微處理器耦接該電池、該降壓器及該放電迴路，且該微處理器包括：一電池狀態監測單元、一計時單元及一控制單元；其中，若該狀態為一靜止狀態，該計時單元開始計時，當該計時單元的一計時時間大於或等於一時間閾值，該控制單元使該電池的一輸出電壓進行降電壓，並透過該放電迴路放電。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，其中，該微處理器更包括一電量判斷單元，在該靜止狀態時，該電量判斷單元判斷該電池的一電量，若該電量低於一電量閾值，該控制單元禁止該電池的該輸出電壓進行降電壓，且該控制單元禁止該放電迴路放電。
一般而言，所述靜止狀態係指電池既非處在一充電狀態，亦非處在一放電狀態。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，更包括一第一開關，且其中，該微處理器更包括一電量判斷單元，該第一開關耦接於該電池與該降壓器之間，該控制單元透過該第一開關耦接該降壓器，若該計時時間長於或等於該時間閾值，該控制單元使該第一開關導通，使該電池的該輸出電壓進行降電壓，直到該電量判斷單元判斷該電池的一電量低於一電量閾值，該控制單元使該第一開關斷開。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，該第一開關為包括一PMOS電晶體及一NMOS電晶體的一開關迴路。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，更包括一第二開關，且其中，該微處理器更包括一電量判斷單元，該第二開關耦接於該降壓器與該放電迴路之間，該控制單元透過該第二開關耦接該放電迴路，若該計時時間長於或等於該時間閾值，該控制單元導通該第二開關，使該放電迴路放電，直到該電量判斷單元判斷該電池的一電量低於一電量閾值，該控制單元使該第二開關斷開。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，其中，該第二開關為包括一PMOS電晶體及一NMOS電晶體的一開關迴路。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，其中，該電池用於一無人飛行器。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理系統，其中，該微處理器更包括一電量判斷單元，該放電迴路放電直到該電量判斷單元判斷該電池的一電量低於一電量閾值，該控制單元停止該電池的該輸出電壓的降電壓及該放電迴路的放電。
為了達到上述的目的，本發明另提出一種具有降電壓放電機制的電池管理方法，包括：一微處理器至少監測一電池的一狀態；若該電池為一靜止狀態，該微處理器計時；及該微處理器判斷一計時時間是否長於或等於一時間閾值，若是，該微處理器使該電池的一輸出電壓進行降電壓，以進行放電。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理方法，其中，在該微處理器使該電池的該輸出電壓進行降電壓，以進行放電之後更包括該微處理器判斷該電池的一電量是否低於一電量閾值，若是，該微處理器使該電池停止放電。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理方法，在該電池為該靜止狀態時，更包括判斷該電池的一電量是否低於一電量閾值，若是，禁止該電池的放電。
本發明的一目的，在於提供一種具有降電壓放電機制的電池管理方法，其中，該微處理器透過一第一開關控制該電池的該輸出電壓的降電壓是否進行，且該微處理器透過一第二開關控制該電池的放電是否進行。
請參閱圖1，其為本發明具有降電壓放電機制的電池管理系統1的方塊圖。如圖所示，本發明所述的具有降電壓放電機制的電池管理系統1主要包括一降壓器10、一放電迴路11及一微處理器12。
本發明所述的降壓器10耦接一電池2，所述的放電迴路11耦接該降壓器10。而所述的微處理器12耦接該電池2、該降壓器10及該放電迴路11。需注意的是，此處的耦接為直接耦接或間接耦接，也就是可通過其它元件、模組、單元、裝置等耦接。該微處理器12包括一電池狀態監測單元120、一計時單元121及一控制單元122。該電池狀態監測單元120至少監測該電池2的一狀態。
特別地，若該狀態為一靜止狀態，該計時單元121計時，以得到一計時時間(例如，該計時單元121係持續計時而從中擷取一時間段落)，若該計時時間長於或等於一時間閾值，該控制單元122使該電池2的一輸出電壓進行降電壓，並使該放電迴路11放電。在一實施例中，該時間閾值為預先設定值，例如七天，進一步而言為充電狀態結束後七天，惟本發明不限於此。在另一實施例中，該控制單元122導通該降壓器10所包括的一開關或該降壓器10之前耦接的一開關、以及導通該放電迴路11所包括的一開關或該放電迴路11之前耦接的一開關，從而降至一預定電壓值(例如，從電池的20V輸出電壓降電壓至12V)，或者，例如從電池的20V輸出電壓降電壓至低於12V。
進一步而言，該微處理器12更包括一電量判斷單元123，該放電迴路11放電直到該電量判斷單元123判斷該電池2的一電量低於一電量閾值，該控制單元122停止該電池2的該輸出電壓的降電壓及該放電迴路11的放電。舉例而言，該電量閾值為該電池2的滿充電量的30%，惟該電量閾值是依該電池2的儲電特性而改變，另外該微處理器12為一電池管理系統(Battery Management System，縮寫BMS)中的微處理器。而該放電迴路11為基於電阻器的一電路，該計時單元121包含一振盪器。該電池2可另外包含晶片及/或電路元件等以構成一電池模組，在一範例中，複數個可循環充放電的電池、或複數個可循環充放電的電池與晶片及/或電路元件等可替代該電池2為一電池組。
舉例而言，該電量判斷單元123能量測該電池2的電壓及/或電流，以得到該電池2的電量，或者該電量判斷單元123能得到該電池2的電壓及/或電流情報，以得到該電池2的電量。另外，該降壓器10可包括一開關單元，以於該計時時間長於或等於一時間閾值時，該控制單元122使該開關導通，使該電池2的該輸出電壓進行降電壓，且直到該電量判斷單元123判斷該電池2的該電量低於該電量閾值時，該控制單元122使該開關斷開。例如，若該降壓器10採用具有一NC ON/OFF端的降壓器，則該NC ON/OFF端作為該開關單元的端子。而該放電迴路11也可包括一開關元件或開關電路，以於該計時時間長於或等於一時間閾值時，該控制單元122導通該開關元件或開關電路，使該放電迴路11放電，且直到該電量判斷單元123判斷該電池2的該電量低於該電量閾值時，該控制單元122使該開關元件或開關電路斷開。
在一可行的實施例，該電池狀態監測單元120可以該電池2的電壓得到該電池2的狀態，例如一靜止狀態、一充電狀態及一放電狀態。在靜止狀態時(一般而言，在該充電狀態結束之後)，該電量判斷單元123判斷該電池2的該電量，若該電量低於該電量閾值，該控制單元122禁止該電池2的該輸出電壓進行降電壓，且該控制單元122禁止該放電迴路11放電。
在另一實施例，如圖2所示，本發明具有降電壓放電機制的電池管理系統1更包括一第一開關13，其耦接於該電池2與該降壓器10之間，該控制單元122透過該第一開關13耦接該降壓器10，若該計時時間長於或等於一時間閾值，該控制單元122導通該第一開關13，使該電池2的該輸出電壓進行降電壓。進一步而言，該微處理器12更包括一電量判斷單元123，以直到該電量判斷單元123判斷該電池2的該電量低於該電量閾值，該控制單元122使該第一開關13斷開。在一可行的實施例，該第一開關13為包括一PMOS電晶體及一NMOS電晶體的一開關迴路。
另外，本發明具有降電壓放電機制的電池管理系統1更包括一第二開關14，其耦接於該降壓器10與該放電迴路11之間，該控制單元122透過該第二開關14耦接該放電迴路11，若該計時時間長於或等於一時間閾值，該控制單元122使該第二開關14導通，使該放電迴路11放電。進一步而言，該微處理器12更包括一電量判斷單元123，以直到該電量判斷單元123判斷該電池2的該電量低於該電量閾值，該控制單元122使該第二開關13斷開。在一可行的實施例，該第二開關14為包括一PMOS電晶體及一NMOS電晶體的一開關迴路。
在一非限定的實施例，該電池2用於一無人飛行器(UAV)，惟也能應用於使用其它循環充電使用的電池的裝置、設備、系統等。
本發明更提供一種具有降電壓放電機制的電池管理方法，如圖3所示，其包含步驟S31、步驟S33、步驟S35、步驟S37、步驟S39及步驟S40。
在一實施例中，於步驟S31，一微處理器至少監測一電池的一狀態。舉例而言，該微處理器以一電池狀態監測單元取得該電池的電壓、電流等情報，而得到該電池是處於充電狀態、放電狀態及靜止狀態的何者。詳細而言，靜止狀態係指電池既非處在一充電狀態，亦非處在一放電狀態。
接著進行步驟S33，若該電池為一靜止狀態，該微處理器進行計時。舉例而言，該微處理器以一計時單元計時，而得到該電池為靜止狀態的一計時時間。若該電池為非靜止狀態，繼續步驟S31。
於步驟S35，該微處理器判斷該計時時間是否長於或等於一時間閾值，若是，進行步驟S37，該微處理器使該電池的一輸出電壓進行降電壓，以進行放電。舉例而言，若判斷該計時時間長於或等於一時間閾值，該微處理器以一控制單元使一降壓器讓該電池的該輸出電壓進行降電壓，且以該控制單元使一放電迴路放電。若否，回到步驟S33。
在可行的一實施例中，所述方法更包括步驟S39。於步驟S39，該微處理器判斷該電池的一電量是否低於一電量閾值，若是，進行步驟S40，使該電池停止放電。舉例而言，該微處理器以一電量判斷單元得到該電池的電壓及/或電流的數據，且選擇性使用一查找表以得到該電池的電量。於該電量低於一電量閾值時，該微處理器以該控制單元使該降壓器停止降電壓，且以該控制單元使該放電迴路停止放電。若否，則使該降壓器及該放電迴路不進一步動作以繼續放電。
在一可行的實施例，如圖4所示，具有降電壓放電機制的電池管理方法更包括在步驟S31之後進行步驟S32，其中，在該電池為該靜止狀態之後，更包括判斷該電池的一電量是否低於一電量閾值，若是，禁止該電池的降電壓及放電，並回到步驟S31。舉例而言，該微處理器以該電量判斷單元判斷該電池的該電量低於該電量閾值時，該控制單元使該降壓器及該放電迴路的該開關斷開。
在一可行的實施例，該微處理器透過一第一開關控制該電池的該輸出電壓的降電壓是否進行，且該微處理器透過一第二開關控制該電池的放電是否進行。
本發明具有降電壓放電機制的電池管理方法的其它細節已於上文揭示，故不再贅述。
藉由上述的具有降電壓放電機制的電池管理系統及具有降電壓放電機制的電池管理方法，通過在放電迴路之前耦接降壓器，本發明能降低電池或電池組對放電迴路的輸出電壓，以在提升電池長期儲能的安全性及壽命維持性的同時，提高電池放電的安全性。進一步地，本發明能選擇地在電池充電不足的情況下避免過度放電，以免於電池損壞。
以上所述者，僅為本發明的一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施的範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述的形狀、構造、特徵及精神所為的均等變化與修飾，均應包括於本發明的申請專利範圍內。
1:具有降電壓放電機制的電池管理系統 10:降壓器 11:放電迴路 12:微處理器 120:電池狀態監測單元 121:計時單元 122:控制單元 123:電量判斷單元 13:第一開關 14:第二開關 2:電池 S31~S40:步驟
[圖1]為本發明具有降電壓放電機制的電池管理系統的一實施例的方塊圖。
[圖2]為本發明具有降電壓放電機制的電池管理系統的另一實施例的方塊圖。
[圖3]為本發明具有降電壓放電機制的電池管理方法的一實施例流程圖。
[圖4]為本發明具有降電壓放電機制的電池管理方法的另一實施例流程圖。
1:具有降電壓放電機制的電池管理系統
10:降壓器
11:放電迴路
12:微處理器
120:電池狀態監測單元
121:計時單元
122:控制單元
123:電量判斷單元
2:電池

Claims (9)

  1. 一種基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理系統，包括：一降壓器，耦接一電池；一放電迴路，耦接該降壓器；及一微處理器，耦接該電池、該降壓器及該放電迴路，且該微處理器包括：一電池狀態監測單元，用以偵測該電池的一電壓並得到該電池的一狀態；一計時單元；一控制單元；及一電量判斷單元；其中，若該電池的該狀態為一未充放電的靜止狀態，該計時單元開始計時，當該計時單元的一計時時間大於或等於一時間閾值，該控制單元使該電池的一輸出電壓進行降電壓，並透過該放電迴路放電；該電池在該未充放電的靜止狀態時，該電量判斷單元判斷該電池的一電量，若該電量低於一電量閾值，該控制單元禁止該電池的該輸出電壓進行降電壓，且該控制單元禁止該放電迴路放電。
  2. 如請求項1所述的基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理系統，更包括一第一開關，且其中該微處理器更包括一電量判斷單元，該第一開關耦接於該電池與該降壓器之間，該控制單元透過該第一開關耦接該降壓器，若該計時時間長於或等於該時間閾值，該控制單元使該第一開關導通，使該電池的該輸出 電壓進行降電壓，直到該電量判斷單元判斷該電池的一電量低於一電量閾值，該控制單元使該第一開關斷開。
  3. 如請求項2所述的基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理系統，其中該第一開關為包括一PMOS電晶體及一NMOS電晶體的一開關迴路。
  4. 如請求項1所述的基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理系統，更包括一第二開關，且其中該微處理器更包括一電量判斷單元，該第二開關耦接於該降壓器與該放電迴路之間，該控制單元透過該第二開關耦接該放電迴路，若該計時時間長於或等於該時間閾值，該控制單元導通該第二開關，使該放電迴路放電，直到該電量判斷單元判斷該電池的一電量低於一電量閾值，該控制單元使該第二開關斷開。
  5. 如請求項4所述的基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理系統，其中該第二開關為包括一PMOS電晶體及一NMOS電晶體的一開關迴路。
  6. 如請求項1所述的基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理系統，其中該電池用於一無人飛行器。
  7. 如請求項1所述的基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理系統，其中該微處理器更包括一電量判斷單元，該放電迴路放電直到該電量判斷單元判斷該電池的一電量低於一電量閾值，該控制單元停止該電池的該輸出電壓的降電壓及該放電迴路的放電。
  8. 一種基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理方法，包括：一微處理器監測該電池的一電壓而得到該電池的一狀態；若該電池為一未充放電的靜止狀態，該微處理器計時；該微處理器判斷一計時時間是否長於或等於一時間閾值，若是，該微處理器使該電池的一輸出電壓進行降電壓，以進行放電；及該微處理器判斷該電池的一電量是否低於一電量閾值，若是，該微處理器使該電池停止放電。
  9. 如請求項8所述的基於電池長期儲存安全性對電池進行降壓及放電的電池管理方法，其中該微處理器透過一第一開關控制該電池的該輸出電壓的降電壓是否進行，且該微處理器透過一第二開關控制該電池的放電是否進行。
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