TWM483892U - 智慧型電動車電池並聯裝置 - Google Patents

Description

智慧型電動車電池並聯裝置

　　本創作是關於一種電池並聯裝置，尤其是指一種電動車使用的電池並聯裝置。

　　由於電池的實際容量會隨著使用循環次數及放電深度而衰減，當電池實際容量只剩下原額定容量的80%時，一般即認為電池壽命已經到了；雖然電池的容量已經變小了，但是仍然是可以繼續被使用，惟若是做為電動車的動力電池，由於電池容量變小，將影響電動車的行駛里程，造成使用者的不便，故電動車電池的維修保養廠商，會建議更換新品，以免影響行駛里程造成電池無電可用的窘境，惟目前電動車的電池主要採用相當昂貴的鋰電池，其電池成本約佔整車的1/3。

　　根據文獻指出，已知電池並聯供電將可增大電池輸出容量及使用彈性，但即使將相同型號的電池作並聯，也可能因彼此之間的內阻不完全相同而產生環流，因此電池並聯時需克服循環電流的問題，否則容易造成電池不可逆的化學反應而受損。

　　故此，當電池容量降低時，如何在不用更換且不影響行車里程下繼續使用，實為一待解決之課題。

　　本創作目的在於提出一種可延長電動車電力系統上原有電池使用壽命的智慧型電動車電池並聯裝置。

　　本創作一種 智慧型電動車電池並聯裝置，包括一負載；一第一電池，該第一電池的正極與負極分別與該負載連接；一第一電力轉換單元，該第一電力轉換單元的輸出端分別與該負載連接；一第二電池，該第二電池的正極與負極分別與該第一電力轉換單元的輸入端連接；以及一控制模組，該控制模組包括至少一監測單元、二殘電單元及一控制單元，該監測單元供監測該第一電池、該第二電池的電壓與電流，該些殘電單元供個別監測該第一電池、該第二電池的充電狀態，該控制單元供依據該監測單元及該些殘電單元調控該第一電力轉換單元的電力輸出。

　　進一步的，本創作智慧型電動車電池並聯裝置， 更包括一第二電力轉換單元，該第二電力轉換單元設在該第一電池與該負載之間，該第二電力轉換單元的輸入端分別與該第一電池的正極與負極連接，該第二轉換單元的輸出端分別與該負載連接。

　　本創作的特點在於可並聯使用兩顆或多顆不同類型、不同電壓、不同容量或不同電量狀態（SOC，State of Charge）的電池， 結合兩顆不同類型電池的輸出功率，把兩顆電池當成一顆使用， 即可增加電池的使用彈性及使用壽命，且可順利使電動車繼續運轉。

1‧‧‧負載
2‧‧‧第一電池

3‧‧‧第一電力轉換單元
4‧‧‧第二電池

5‧‧‧控制模組
51‧‧‧監測單元

52‧‧‧殘電單元
53‧‧‧控制單元

6‧‧‧第二電力轉換單元

第1圖：為本創作智慧型電動車電池並聯裝置之電路示意圖。

第2圖：為本創作智慧型電動車電池並聯裝置之電路另一實施示意圖。

　　以下配合所附的圖式，詳加說明本創作的結構如何組合、使用，應當更容易瞭解本創作的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。

　　本創作提出一種智慧型電動車電池並聯裝置，如第1圖所示，包括有一負載1、一第一電池2、一第一電力轉換單元3、一第二電池4及一控制模組5；其中，該負載1為電動車本身的驅動裝置，該第一電池2的正極與負極分別與該負載1連接；該第一電力轉換單元3以雙向DC/DC轉換器實施，其輸出端分別與該負載1連接，該第二電池4的正極與負極分別與該第一電力轉換單元3的輸入端連接；

　　該控制模組5得為一單晶片或數位信號處理器，本創作則以數位信號處理器為實施，其包括至少一監測單元51、二殘電單元52及一控制單元53，該監測單元51供監測該第一電池2、該第二電池4的電壓與電流，該些殘電單元52供個別監測該第一電池2、該第二電池4的電量狀態，而該控制單元53供依據該監測單元51及該些殘電單元52調控該第一電力轉換單元3的電力輸出。

　　進一步而言，該控制模組5依據第一電池2、第二電池4的容量、電壓大小（由監測單元51監測）、剩餘電量（由殘電單元52監測）、電池特性來決定該負載1功率分配的比例，以方程式表示則為：

　　其中，SOC B1 為第一電池2的電量狀態、SOC B2 為第二電池4的電量狀態、Q B2 為第二電池4的實際容量、Q B1 為第一電池2的實際容量、V B1 為第一電池2的端電壓、V B2 為第二電池4的端電壓、η C1 為一第二電力轉換單元6（此元件將於後續段落說明）的轉換效率、η C2 為該第一電力轉換單元3的轉換效率、P L 為負載1功率、P B1 為第一電池2與該第二電力轉換單元6的輸出功率、 P B2 為第二電池4與第一電力轉換單元3的輸出功率。

　　SOC B1 或SOC B2 的定義為電池剩餘電量相對於實際容量的百分比，電池的實際容量常常與電池的標稱容量不同，新電池的實際容量可能比標稱容量稍高，對於已經使用一段時間的電池，它的實際容量會降低。電池容量會隨著循環使用次數的增加而下降，因此電池實際容量必需隨著電池老化程度作調整，以避免影響到電池的並聯操作。

　　實際使用狀態下，如第1圖所示，第一電池2為電壓源，其端電壓會隨著電池內部的儲能而改變電能。第一電力轉換單元3是採用電流模式控制，使第一電力轉換單元3的輸出電流追隨一電流命令值，該第二電池4與該第一電力轉換單元3則合成為一個可控的電流源，並依據負載1分配該控制模組5所輸出的電流命令值（此值 P B2 為第二電池4與第一電力轉換單元3的輸出功率除以負載1的輸出電壓所得的一電流值），控制第一電力轉換單元3的輸出電流，以達成電池並聯運轉；由於第二電池4採用電流控制法，因此將可解決電池並聯環流的問題，並達成極佳的負載分配效果。

　　接續，若是需要穩壓輸出或負載電壓與電池電壓不同時，如第2圖所示，為本創作 另一實施的電路示意， 係於該第一電池2與負載1之間外接一第二電力轉換單元6，即 該第二電力轉換單元6的輸入端分別與該第一電池2 的正極與負極 連接，該第二電力轉換單元6的輸出端分別與該負載1連接， 該第二電力轉換單元6以一雙向DC/DC轉換器實施，該第二電力轉換單元6並轉換第一電池2的輸出電壓，達到可控電壓及穩壓的要求。

　　此外，假設該第一電池2、該第二電池4分別為鋰電池、鉛酸電池實施並聯運轉時，在鉛酸電池輸出電壓尚未達到截止電壓之前，則各電池的負載分配比率，是依據每顆電池容量、電壓大小、剩餘電量來做計算，如前述方程式所示；當並聯運轉時，若鉛酸電池達到截止電壓時，但其內部尚有未釋放的儲能，則控制鉛酸電池以小電流放電，因此鉛酸電池仍可繼續輸出電能，此時並聯電池之負載分配依據，需配合鉛酸電池端電壓及其內部尚未釋放的儲能容量作調整，新的電流命令值小於原電流命令值，使鉛酸電池能釋放更多的容量，提升並聯電池組整體之效能，故，藉由考量各類電池的放電特性，可適用於不同種類電池之並聯，提高整體的輸出容量。

　　綜上所述，電池的實際容量會隨著使用循環次數及放電深度而衰減，藉由本創作智慧型電動車電池並聯裝置，則並不需要立刻替換一顆新的電池，只需並聯一個功率較小的電池，原電池仍可繼續使用，藉此，將可降低電動車電池更換的成本，並提升並聯電池整體之效能。

1‧‧‧負載

2‧‧‧第一電池

3‧‧‧第一電力轉換單元

4‧‧‧第二電池

5‧‧‧控制模組

51‧‧‧監測單元

52‧‧‧殘電單元

53‧‧‧控制單元

Claims (6)

1. 【第1項】

   一種智慧型電動車電池並聯裝置，包括：一負載；一第一電池，該第一電池的正極與負極分別與該負載連接；一第一電力轉換單元，該第一電力轉換單元的輸出端分別與該負載連接；一第二電池，該第二電池的正極與負極分別與該第一電力轉換單元的輸入端連接；以及一控制模組，該控制模組包括至少一監測單元、二殘電單元及一控制單元，該監測單元供監測該第一電池、該第二電池的電壓與電流，該些殘電單元供個別監測該第一電池、該第二電池的充電狀態，該控制單元供依據該監測單元及該些殘電單元調控該第一電力轉換單元的電力輸出。
2. 【第2項】

   如申請專利範圍第1項所述之智慧型電動車電池並聯裝置，其中，該第二電池相對於該第一電池為不同類型或不同電壓或不同容量或不同電量狀態（SOC，State of Charge）的電池。
3. 【第3項】

   如申請專利範圍第1項所述之智慧型電動車電池並聯裝置，其中，該第二電池相對於該第一電池為相同類型或相同電壓或相同容量或相同電量狀態（SOC，State of Charge）的電池。
4. 【第4項】

   如申請專利範圍第1項所述之智慧型電動車電池並聯裝置，其中，更包括一第二電力轉換單元，該第二電力轉換單元設在該第一電池與該負載之間，該第二電力轉換單元的輸入端分別與該第一電池的正極與負極連接，該第二轉換單元的輸出端分別與該負載連接。
5. 【第5項】

   如申請專利範圍第1項所述之智慧型電動車電池並聯裝置，其中，該控制模組決定分配該負載輸出功率的比例，該第一電池的輸出功率為該負載輸出功率與該第二電池輸出功率的差值，該第二電池的輸出功率為該第二電池的電量狀態、實際容量、端電壓、轉換效率及該負載功率的乘積除以該第一電池的電量狀態、實際容量、端電壓、轉換效率的乘積與該第二電池的電量狀態、實際容量、端電壓、轉換效率的乘積的和值。
6. 【第6項】

   如申請專利範圍第1項所述之智慧型電動車電池並聯裝置，其中，該控制模組以該第二電池輸出功率除以該負載輸出電壓所得的一電流值控制該第一電力轉換單元的輸出電流。