电池管理系统和方法与流程

本发明主要涉及一电池管理技术，特别涉及藉由一判断机制使并联的多个电池装置达成一均衡状态的电池管理技术。

背景技术：

多组电池装置的连接方式可分为串联及并联连接，且无论串联或并联连接都需电池均衡技术。串联的应用中目前已广泛地应用在产品中，技术已相当成熟。在并联的应用中，并联的电池装置比较像是竞争的关系，当电池装置不匹配时，能量较小的电池装置不是无法供给负载所需的电源，就是会被其他能量较大的电池装置所充电，因而造成环流现象或单一电池提供负载的情形。然而，并联应用虽然遇到的问题较为复杂，但是相较于串联的连接，并联有备源的效果、整体提供电流大等优点。

在目前电池装置并联应用中，都需配置一中央控制系统来汇集各个电池装置的电池信息来进行均衡控制。虽使用中央控制系统可有效解决并联连接时遇到的环流现象或者单一电池提供负载等问题，但这样会增加成本及功耗，且汇集各个电池装置的电池信息做运算处理将会增加复杂度

因此如何当多组并联的电池装置，无需汇集各个电池装置信息或中央控制系统控制，即可达到充放电的均衡，将是值得讨论的课题。

技术实现要素：

有鉴于上述现有技术的问题，本发明提供了一种藉由一判断机制使并联的多个电池装置达成一均衡状态的电池管理系统和方法。

根据本发明的一实施例提供了一种电池管理系统。此电池管理系统包括多个电池装置，其中每一上述电池装置以并联的方式相连接。每一上述电池装置分别包括，一或多个电池单元、一开关电路以及一控制器。电池单元用以提供电源。控制器用以检测一逆电流。当控制器检测到逆电流时，失能上述开关电路，并执行一判断机制，以判断是否重新致能上述开关电路。

在上述实施例中，上述判断机制可包括，判断一端电压差值是否大于一第一临界值，其中当上述端电压差值大于上述第一临界值，上述控制器重新致能上述开关电路。在上述实施例中，上述判断机制也可包括，判断一延迟时间是否大于或等于一第二临界值，其中当上述延迟时间大于或等于上述第二临界值，上述控制器重新致能上述开关电路。

在上述实施例中，上述控制器还用以检测一过电流，当上述控制器检测到上述过电流时，限制其所对应的上述电池装置之一电流值至一设定值。

根据本发明的一实施例提供了一种电池管理方法，适用以并联的方式相连接的一电池装置。上述电池管理方法的步骤包括，检测是否有一逆电流；当上述控制器检测到上述逆电流时，失能上述电池装置的一开关电路；以及执行一判断机制，以判断是否重新致能上述开关电路。

在上述实施例中，上述判断机制可包括：判断一端电压差值是否大于一第一临界值；以及当上述端电压差值大于上述第一临界值时，重新致能上述开关电路。在上述实施例中，上述判断机制也可包括：判断一延迟时间是否大于或等于一第二临界值；以及当上述延迟时间大于或等于上述第二临界值，重新致能上述开关电路。

在上述实施例中，上述电池管理方法的步骤还包括，检测是否有一过电流；当检测到上述过电流时，限制其所对应的上述电池装置的电流值至一设定值。

关于本发明其他附加的特征与优点，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本申请实施方法中所公开的执行联系程序的使用者装置、系统、以及方法，做些许的更动与润饰而得到。

附图说明

图1A是显示根据本发明的实施例所述的电池管理系统100在一放电状态(discharge state)的方块图。

图1B是显示根据本发明的实施例所述的电池管理系统100在一充电状态(charge state)的方块图。

图2A是根据本发明一实施例所述的电池管理方法的流程图200A。

图2B是根据本发明另一实施例所述的电池管理方法的流程图200B。

图3A是根据本发明一实施例所述的电池管理方法的流程图300A。

图3B是根据本发明另一实施例所述的电池管理方法的流程图300B。

图4A是根据本发明一实施例所述的电池管理方法的流程图400A。

图4B是根据本发明另一实施例所述的电池管理方法的流程图400B。

【符号说明】

100 电池管理系统

110-1～110-N 电池装置

111 电池单元

112 开关电路

113 控制器

120 负载

130 充电装置

200A、200B、300A、300B、400A、400B 流程图

V_c、V_o 端点电压

具体实施方式

本章节所叙述的是实施本发明的最佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

图1A是显示根据本发明的实施例所述的电池管理系统100在一放电状态(discharge state)的方块图。如图1A所示，电池管理系统100中包括了多个电池装置110-1～110-N，且每一电池装置110-1～110-N以并联的方式相连接。每一电池装置110-1～110-N中分别包括了，一或多个电池单元111、一开关电路112，以及一控制器113。当在放电状态时，电池管理系统100会连接一负载120以提供电源。特别说明的是，在图1A中的方块图，仅为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。每一电池装置110-1～110-N中也可包含其他元件。此外，注意的是，电池装置110-1～110-N所包含的电池单元、开关电路以及控制器都以电池单元111、开关电路112，以及控制器113表示，仅为了方便说明本发明的实施例，并非代表其是同一个元件。

图1B是显示根据本发明的实施例所述的电池管理系统100在一充电状态(charge state)的方块图。如图1B所示，当在充电状态时，电池管理系统100会连接一充电装置130以进行充电。特别说明的是，在图1B中的方块图，亦仅是为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。每一电池装置110-1～110-N中也可包含其他元件。

根据本发明的实施例，多个电池单元111用以提供电源。开关电路112则以两颗金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)所组成，用以开启或关闭电池装置110-1～110-N。控制器113用以致能或失能开关电路112，以决定开启或关闭电池装置110-1～110-N。根据本发明的实施例，控制器113可表示一电子装置、一处理器或一芯片。

在并联的电池装置110-1～110-N中，因为电池新或旧的关系，所以每一电池装置的电量可能会不相同。因此在并联的电池装置110-1～110-N在未达成充放电的均衡时，可能会发生具有较大电量的电池装置有可能会对电量较低的电池装置进行充电的动作，因而造成逆电流(reverse current)的产生。

根据本发明一实施例，控制器113可用以检测一逆电流，也就是说控制器113会判断电流的流向是否符合目前的状态，举例来说，若是在一充电状态，却有放电流向的电流产生，控制器113就会判断有逆电流产生，或是在一放电状态，却有充电流向的电流产生，控制器113就会判断有逆电流产生。当电池装置110-1～110-N被启动后，每一电池装置的控制器113就会开始判断其所对应的电池装置是否有逆电流产生。当控制器113检测到有逆电流产生时，控制器113就会失能开关电路112，以关闭其所对应的电池装置。接着，控制器113将会开始执行一判断机制，以判断是否重新致能开关电路112。举例来说，当电池装置110-1的控制器113检测到有逆电流产生时，就会失能开关电路112以关闭电池装置110-1。

根据本发明一实施例，判断机制可表示，控制器113会判断一端电压差值是否大于一第一临界值。当端电压差值大于第一临界值时，控制器113就会重新致能开关电路112以重新启动其所对应的电池装置。当端电压差值小于或等于第一临界值时，控制器113就会继续判断端电压差值是否大于第一临界值，直到电池模块110-1～110-N达成充电或放电均衡为止。根据本发明一实施例，第一临界值可一小于电池装置110-1～110-N的最大电压值的一设定值。

根据本发明一实施例，在一放电状态时，端电压差值表示电池单元111与负载120的一电压差值。如图1所示，在此实施例中，端电压可是指电池单元111的端电压V_c和负载120的端电压V_o的一电压差值。根据本发明另一实施例，在一放电状态时，端电压差值表示负载120在不同时间点的第一电压值和第二电压值的一电压差值。如图1所示，在此实施例中，端电压也可是指负载120的端电压V_o在第一时间点的第一电压值与在第二时间点的第二电压值的一电压差值。

根据本发明一实施例，在一充电状态时，端电压差值表示电池单元111与充电装置130的一电压差值。如图1所示，在此实施例中，端电压可是指电池单元111的端电压V_c和充电装置130端电压V_o的一电压差值。根据本发明另一实施例，在一充电状态时，端电压差值是充电装置130在不同时间点的一第一电压值和一第二电压值的一电压差值。如图1所示，在此实施例中，端电压也可是指充电装置130的端电压V_o在第一时间点的第一电压值与在第二时间点的第二电压值的一电压差值。

此外，根据本发明另一实施例，判断机制可表示，控制器113会判断一延迟时间是否大于或等于一第二临界值，也就是判断电池装置的关闭的时间是否已大于或等于一第二临界值。当延迟时间大于或等于第二临界值，控制器113就会重新致能开关电路112以重新启动其所对应的电池装置。当延迟时间小于第二临界值，控制器113就会继续判断延迟时间是否大于或等于第二临界值，直到电池模块110-1～110-N达成充电或放电均衡为止。根据本发明一实施例，第二临界值可是一任意设定的时间长度值。根据本发明一实施例，每一电池装置110-1～110-N所设定的第二临界值的数值会不相同。

根据本发明另一实施例，判断机制也可同时包括判断端电压差值和判断延迟时间的流程。举例来说，当控制器113判断端电压差值小于或等于第一临界值时，控制器113就会接着判断延迟时间是否大于或等于第二临界值。当延迟时间大于或等于第二临界值时，控制器113就会重新致能开关电路112。当延迟时间小于第二临界值时，控制器113就会重新回到判断端电压差值是否大于第一临界值的流程，直到电池模块110-1～110-N达成充电或放电均衡为止。

根据本发明一实施例，控制器113也可用以检测一过电流(over current)，也就是说控制器113会判断目前电流是否超过一电池装置所能负荷的最大电流值。举例来说，在放电状态时，当负载突然抽了大电流，具有较大电量的电池装置可能就会需要提供其所能负荷的最大电流给负载，因而造成过电流的产生。或者，在充电状态时，当充电装置130已在恒电压(Constant Voltage，CV)模式，具有较小电量的电池装置可能会接受超过其所能负荷的最大电流的电流，因而造成过电流的产生。

因此，若是目前电流已超过一电池装置所能负荷的最大电流值，控制器113就会判断有过电流产生。当控制器113检测到过电流发生时，控制器113就会限制其所对应的电池装置的一电流值至一设定值(例如：电池装置所能负荷的最大电流值)。更明确的来说，当在一放电状态时，控制器113就会限制其所对应的电池装置的一输出电流值至一设定值(例如：电池装置所能负荷的最大电流值)。当在一充电状态时，控制器113就会限制其所对应的电池装置的一输入电流值至一设定值(例如：电池装置所能负荷的最大电流值)。举例一实例来说，若电池装置110-1所能负荷的最大电流值为30安培，当电池装置110-1的控制器113检测到有超过电池装置110-1所能负荷的最大电流的电流(例如：40A)产生时，控制器113就会限制电池装置110-1的电流值至30A。

特别说明的是，控制器113检测逆电流和过电流的顺序可任意调整。也就是说，控制器113可先检测是否有逆电流产生，或是先检测是否有过电流产生。

根据本发明一实施例，每一电池装置110-1～110-N分别还包括一保护装置(图未显示)，用以保护电池管理系统100。当电池装置110-1～110-N中的一个发生异常时，例如：电池装置的一温度超过一临界值，电压高过一临界值、电压低于一临界值，或过电流的情况持续已超过一既定时间都无法改善，此电池装置的保护装置就会直接关闭此电池装置，且不再启动此发生异常的电池装置(也就是此电池装置不会再进行本发明的电池管理机制)。

图2A是根据本发明一实施例所述的电池管理方法的流程图200A，此信号传输方法适用于每一电池装置110-1～110-N。如图2A所示，在步骤S210，开启电池装置。在步骤S220，藉由控制器113检测是否有一逆电流产生。若控制器113有检测到逆电流时，进行步骤S230。在步骤S230，藉由控制器113失能电池装置的开关电路112。接着，在步骤S240，藉由控制器113执行一判断机制，以判断一端电压差值是否大于一第一临界值。当端电压差值大于第一临界值时，回到步骤S210，藉由控制器113重新致能开关电路112，以开启电池装置。当端电压差值小于或等于第一临界值时，则回到步骤S240。

若控制器113没有检测到逆电流时，进行步骤S250。在步骤S250，藉由控制器113检测是否有一过电流产生。当控制器113检测到有过电流产生时，进行步骤S260。在步骤S260，藉由控制器113限制其所对应的电池装置的一电流值至一设定值。当控制器113没有检测到过电流产生时，则回到步骤S220。

图2B是根据本发明另一实施例所述的电池管理方法的流程图200B，此信号传输方法适用于每一电池装置110-1～110-N。如图2B所示，根据本发明另一实施例，步骤S220和步骤S250是可以对调的，也就是说可先进行S250的相关流程，再进行S220的相关流程。详细的流程可参照图2B所示。由于其进行的流程类似图2A所示。因此在此就不再赘述。

图3A是根据本发明一实施例所述的电池管理方法的流程图300A，此信号传输方法适用于每一电池装置110-1～110-N。如图3A所示，在步骤310，开启电池装置。在步骤S320，藉由控制器113检测是否有一逆电流产生。若控制器113有检测到逆电流时，进行步骤S330。在步骤S330，藉由控制器113失能电池装置的一开关电路112。接着，在步骤S340，藉由控制器113执行一判断机制，以判断一延迟时间是否大于或等于一第二临界值。当延迟时间大于或等于第二临界值，回到步骤S310，藉由控制器113重新致能开关电路112，以开启电池装置。当延迟时间小于第二临界值，则回到步骤S340。

若控制器113没有检测到逆电流时，进行步骤S350。在步骤S350，藉由控制器113检测是否有一过电流产生。当控制器113检测到有过电流产生时，进行步骤S360。在步骤S360，藉由控制器113限制其所对应的电池装置的一电流值至一设定值。当控制器113没有检测到过电流产生时，则回到步骤S310。

图3B是根据本发明另一实施例所述的电池管理方法的流程图300B，此信号传输方法适用于每一电池装置110-1～110-N。如图3B所示，根据本发明另一实施例，步骤S320和步骤S350是可以对调的，也就是说可先进行S350的相关流程，再进行S320的相关流程。详细的流程可参照图3B所示。由于其进行的流程类似图3A所示。因此在此就不再赘述。

图4A是根据本发明一实施例所述的电池管理方法的流程图400A，此信号传输方法适用于每一电池装置110-1～110-N。如图4A所示，在步骤410，开启电池装置。在步骤S420，藉由控制器113检测是否有一逆电流产生。若控制器113有检测到逆电流时，进行步骤S430。在步骤S430，藉由控制器113失能电池装置的一开关电路112。接着，在步骤S440，藉由控制器113执行一判断机制，以判断一端电压差值是否大于一第一临界值。当端电压差值大于第一临界值时，回到步骤S410，藉由控制器113重新致能开关电路112，以开启电池装置。当端电压差值小于或等于第一临界值时，则进行步骤S450。在步骤S450，更藉由控制器113判断一延迟时间是否大于或等于一第二临界值。当延迟时间大于或等于第二临界值，回到步骤S410，藉由控制器113重新致能开关电路112，以开启电池装置。当延迟时间小于第二临界值时，则再回到步骤S430。

若控制器113没有检测到逆电流时，进行步骤S460。在步骤S460，藉由控制器113检测是否有一过电流产生。当控制器113检测到有过电流产生时，进行步骤S470。在步骤S470，藉由控制器113限制其所对应的电池装置的一电流值至一设定值。当控制器113没有检测到过电流产生时，回到步骤S420。

图4B是根据本发明另一实施例所述的电池管理方法的流程图400B，此信号传输方法适用于每一电池装置110-1～110-N。如图4B所示，根据本发明另一实施例，步骤S420和步骤S460是可以对调的，也就是说可先进行S460的相关流程，再进行S420的相关流程。详细的流程可参照图4B所示。由于其进行的流程类似图4A所示。因此在此就不再赘述。

根据本发明一实施例，在上述实施例的电池管理方法中，在一放电状态时，端电压差值表示电池装置的电池单元111与一负载120的一电压差值，或表示负载120在不同时间点的一第一电压值和一第二电压值的一电压差值。

根据本发明另一实施例，在上述实施例的电池管理方法中，在一充电状态时，端电压差值表示电池装置的电池单元111与一充电装置130的一电压差值，或充电装置130在不同时间点的一第一电压值和一第二电压值的一电压差值。

根据本发明一实施例，在上述实施例的电池管理方法中还包括，当上述电池装置的一温度超过一第三临界值时，藉由一保护装置失能开关电路112。根据本发明另一实施例，在上述实施例的电池管理方法中还包括，当上述电池装置的一电压超过一第四临界值时，藉由一保护装置失能开关电路112。根据本发明另一实施例，在上述实施例的电池管理方法中还包括，当上述电池装置的一电压低于一第五临界值时，藉由一保护装置失能开关电路112。根据本发明另一实施例，在上述实施例的电池管理方法中还包括，当上述电池装置的过电流情况已持续超过一既定时间都无法改善，藉由一保护装置失能开关电路112。

根据本发明所提出的电池管理方法，将可实现一个简单、低成本及低功耗的并联电池装置的均衡控制系统，且无需中央控制系统来汇集各个电池装置的电池信息做运算处理。也就是说，本发明的每一电池装置，可自行通过本身的判断机制来决定是否开启、关闭或限制电流，以达成所有并联的电池装置的充放电的均衡。此外，本发明所提出的电池管理方法，可直接应用在目前的电池装置架构上，无需新增任何元件，并解决并联操作下的环流现象或者单一电池提供负载等问题，达到并联连接的电池装置的充放电的均衡。

本发明的说明书所公开的方法和演算法的步骤，可直接通过执行一处理器直接应用在硬件以及软件模块或两者的结合上。一软件模块(包括执行指令和相关数据)和其它数据可存储在数据存储器中，像是随机存取存储器(RAM)、快闪存储器(flash memory)、只读存储器(ROM)、可抹除可编程只读存储器(EPROM)、电子可抹除可编程只读存储器(EEPROM)、暂存器、硬盘、可携式应碟、光盘只读存储器(CD-ROM)、DVD或在此领域已知技术中任何其它计算机可读取的存储介质格式。一存储介质可耦接至一机器装置，举例来说，像是计算机/处理器(为了说明的方便，在本说明书以处理器来表示)，上述处理器可通过存储介质来读取信息(像是程序代码)，以及写入信息至存储介质。一存储介质可整合一处理器。一特殊应用集成电路(ASIC)包括处理器和存储介质。一用户设备则包括一特殊应用集成电路。换句话说，处理器和存储介质以不直接连接用户设备的方式，包含于用户设备中。此外，在一些实施例中，任何适合计算机程序的产品包括可读取的存储介质，其中可读取的存储介质包括和一或多个所公开实施例相关的程序代码。在一些实施例中，计算机程序的产品可包括封装材料。

本说明书中所提到的“一实施例”或“实施例”，表示与实施例有关的所述特定的特征、结构、或特性是包含根据本发明的至少一实施例中，但并不表示它们存在于每一个实施例中。因此，在本说明书中不同地方出现的“在一实施例中”或“在实施例中”词组并不必然表示本发明的相同实施例。

以上段落使用多种层面描述。显然的，本文的教示可以多种方式实现，而在范例中公开的任何特定架构或功能仅为一代表性的状况。根据本文的教示，本领域技术人员应理解在本文公开的各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。