更新堆棧電池芯充滿(mǎn)電量的方法及電池管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種探求充滿(mǎn)電量的方法與電池管理系統(tǒng)。特別是關(guān)于一種在操作中(放電)更新充電電池組內(nèi)堆棧充電電池芯的充滿(mǎn)電量的方法及電池管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]充電電池廣泛地應(yīng)用于許多產(chǎn)品中，諸如筆記本電腦、平板計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話(huà)，甚至是大型電動(dòng)車(chē)與機(jī)器人。因?yàn)檫@些產(chǎn)品的持久性依賴(lài)于充電電池，在這些產(chǎn)品的使用時(shí)限內(nèi)，使用合適的充電電池及小心地維護(hù)它們是非常重要的。
[0003]近來(lái)，在所有的充電電池中，鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池與鋰電池變得越來(lái)越受歡迎，原因是它們具有穩(wěn)定的物性與適于堆棧的小體積。它們也能被充放電而沒(méi)有或具較小的記憶效應(yīng)。此外，這些充電電池具有非常小的自放電率與高能量密度。然而，因?yàn)樗鼈兂Ｊ褂帽舜舜⒙?lián)的子電池組(或電池芯)，在充電或放電時(shí)，子電池組間的電量不平衡可能會(huì)拖累整體電池的性能。為了避免電池不平衡及能利用這些充電電池的最佳性能，電池管理系統(tǒng)常會(huì)執(zhí)行對(duì)充電電池電量的監(jiān)測(cè)。充滿(mǎn)電量是一種電量的指標(biāo)。一充電電池的充滿(mǎn)電量在該充電電池于工廠(chǎng)產(chǎn)出時(shí)，被設(shè)定為某一定值。然而，隨著充電電池反復(fù)的進(jìn)行充放電，充滿(mǎn)電量逐漸減少。因而，每個(gè)充電電池的充滿(mǎn)電量需要常常更新，以便檢查電量狀態(tài)。
[0004]一種確認(rèn)充電電池充滿(mǎn)電量的前案揭露于美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案第20130057290號(hào)中，請(qǐng)參閱圖1，該圖為前述申請(qǐng)案的流程圖。一電池依照一電池保護(hù)電路的控制，執(zhí)行充電與放電作業(yè)(SI)。當(dāng)一充電器電連接于一電池組時(shí)，充電作業(yè)開(kāi)始執(zhí)行。當(dāng)一電設(shè)備連接至該電池組時(shí),放電作業(yè)開(kāi)始執(zhí)行。一監(jiān)測(cè)單元在電池充放電作業(yè)進(jìn)行時(shí),監(jiān)視每一串聯(lián)的電池芯，以至少測(cè)量其電壓、電流與溫度其中一項(xiàng)(S2)。一控制單元接收來(lái)自監(jiān)測(cè)單元的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并決定是否該監(jiān)測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足電池充滿(mǎn)電量更新條件(S3)。舉例而言，該控制單元決定是否該電池的電壓、電流與溫度測(cè)量值符合于一預(yù)設(shè)表中的相對(duì)應(yīng)值。如果確定了于作業(yè)中，更新條件不被滿(mǎn)足(S3)，作業(yè)流程回到步驟SI。此外，電池反復(fù)地充電與放電，該監(jiān)測(cè)單元實(shí)質(zhì)上繼續(xù)地執(zhí)行監(jiān)測(cè)。另一方面，如果確定了于作業(yè)中，更新條件被滿(mǎn)足了(S3)，在電池的電壓上升期期間，決定是否包含了該條件滿(mǎn)足的時(shí)間點(diǎn)(S4)。例如，決定是否電池的放電作業(yè)發(fā)生了不連續(xù)的情形。當(dāng)在S4中決定了電池的電壓是上升時(shí)，作業(yè)流程回到步驟SI。反之，當(dāng)在S4中決定了電池的電壓是不是上升時(shí)，電池的充滿(mǎn)電量被更新且該更新的充滿(mǎn)電量?jī)?chǔ)存于一記錄單元中(S5)。
[0005]雖然該前案并未指出一個(gè)特定的方法可用來(lái)計(jì)算充滿(mǎn)電量，但它標(biāo)明了更新條件，使得電池中每一電池芯的計(jì)算充滿(mǎn)電量在該條件下可以被接受。同時(shí)，因?yàn)橛性S多充電電池芯串聯(lián)組裝于該電池中，電池的充滿(mǎn)電量是設(shè)定為所有充電電池芯中最小的充滿(mǎn)電量。當(dāng)在測(cè)量中有些微的不平衡現(xiàn)象發(fā)生于充電電池芯間時(shí)，充滿(mǎn)電量應(yīng)能反映真實(shí)的狀況，以便人們能知道是否該電池需要維修。又在維修后，某些充電電池芯被替換，前述更新條件就需要再被檢視一遍。操作上實(shí)在很麻煩。
[0006]因此，在充電電池作業(yè)中，用來(lái)更新堆棧充電電池芯充滿(mǎn)電量的一種更簡(jiǎn)便與有效的方法，亟待努力研發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]已知的更新充電電池充滿(mǎn)電量的方法，必須監(jiān)測(cè)電池中的每一個(gè)電池芯，且不能隨著電池的物理特性改變而調(diào)整更新條件。
[0008]因此，本發(fā)明研發(fā)出能更新堆棧充電電池芯充滿(mǎn)電量的一種更簡(jiǎn)便與有效的方法，該法能應(yīng)用于各種由許多堆棧充電電池芯所組成的充電電池(組)。
[0009]依照本發(fā)明的一種態(tài)樣，一種更新在一充電電池組內(nèi)堆棧充電電池芯的充滿(mǎn)電量的方法，包含步驟:預(yù)定義一終止放電條件，該終止放電條件為一開(kāi)路電壓變化對(duì)電量狀態(tài)變化的比值；提供一充滿(mǎn)電量于一充電電池組，該充電電池組包括多個(gè)以串聯(lián)及/或并聯(lián)連接的堆棧充電電池芯；對(duì)該充電電池組充電直到充滿(mǎn)為止；對(duì)該充電電池組放電；定期測(cè)量該充電電池組的電流值與開(kāi)路電壓；基于該測(cè)量的電流值進(jìn)行庫(kù)倫計(jì)數(shù)，并在一個(gè)放電周期開(kāi)始時(shí)首先對(duì)該庫(kù)倫計(jì)數(shù)清零；于放電期間定期估算該充電電池組的電量狀態(tài)；在一時(shí)間范圍內(nèi)計(jì)算一運(yùn)行比值，該運(yùn)行比值為該測(cè)量的開(kāi)路電壓變化對(duì)該估算的電量狀態(tài)變化；及當(dāng)該運(yùn)行比值等同或大于該終止放電條件時(shí)，以一庫(kù)倫計(jì)數(shù)的總和更新該充滿(mǎn)電量。
[0010]依照本發(fā)明的另一種態(tài)樣，一種更新在一充電電池組內(nèi)堆棧充電電池芯的充滿(mǎn)電量的電池管理系統(tǒng)，包含:一電壓檢測(cè)單元，電連接于一充電電池組，該充電電池組包括多個(gè)以串聯(lián)及/或并聯(lián)連接的堆棧充電電池芯所，該電壓檢測(cè)單元用以定期測(cè)量該充電電池組的開(kāi)路電壓；一電流測(cè)量單元，電連接于該充電電池組，用以經(jīng)由該充電電池組定期測(cè)量電流值，并基于該測(cè)量的電流值進(jìn)行庫(kù)倫計(jì)數(shù)，并在一個(gè)放電周期開(kāi)始時(shí)首先對(duì)該庫(kù)倫計(jì)數(shù)清零；一記憶單元，用以?xún)?chǔ)存與更新該充電電池組的充滿(mǎn)電量；一開(kāi)關(guān)單元，用一開(kāi)關(guān)控制該充電電池組充電與放電的一電路；及一控制單元，連接至該電壓檢測(cè)單元、電流測(cè)量單元、記憶單元與開(kāi)關(guān)單元，用以于該充電電池組放電時(shí)定期估算該充電電池組的電量狀態(tài)、于一時(shí)間范圍內(nèi)計(jì)算該測(cè)量的開(kāi)路電壓變化對(duì)該估算的電量狀態(tài)變化的一運(yùn)行比值、當(dāng)該運(yùn)行比值等同或大于一終止放電條件時(shí)以一庫(kù)倫計(jì)數(shù)總和更新該記憶單元中的充滿(mǎn)電量，及控制該開(kāi)關(guān)單元以進(jìn)行充電或放電。該終止放電條件為一開(kāi)路電壓變化對(duì)電量狀態(tài)變化的比值。在該充電電池組開(kāi)始充電前，一預(yù)設(shè)充滿(mǎn)電量已被儲(chǔ)存于該記憶單元中。該開(kāi)關(guān)單元切換開(kāi)關(guān)使該充電電池組進(jìn)行充電直到充滿(mǎn)為止并接著使該充電電池組進(jìn)行放電。
[0011]本發(fā)明的方法，可在充電電池組正常運(yùn)作下，借由測(cè)量的開(kāi)路電壓與估算的電量狀態(tài)，得到充電電池組的充滿(mǎn)電量。借由更新充滿(mǎn)電量，提供電池管理系統(tǒng)其他評(píng)估效能用途。本發(fā)明所提供的充滿(mǎn)電量的更新方法，能隨著充電電池芯物性衰減的程度而修正，不需要提供校正或?qū)φ諈?shù)，操作上非常簡(jiǎn)便。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為確認(rèn)電池充滿(mǎn)電量方法的前案的一流程圖；
[0013]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的電池管理系統(tǒng)的一方塊不意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的更新充電電池組的充滿(mǎn)電量的一流程圖；
[0015]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的充電電池組放電時(shí)，顯示的開(kāi)路電壓與電量狀態(tài)間關(guān)系O
[0016]附圖標(biāo)記說(shuō)明:10_電池管理系統(tǒng)；101_電壓檢測(cè)單元；102_電流測(cè)量單元；103-記憶單元；104_控制單元；105_控制單元；20_充電電池組；201_充電電池芯。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明將參照下列的實(shí)施例而更具體地描述。
[0018]請(qǐng)參閱圖2至圖4。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的電池管理系統(tǒng)的方塊示意圖。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的更新充電電池組的充滿(mǎn)電量的流程圖。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的充電電池組放電時(shí)，顯示開(kāi)路電壓與電量狀態(tài)間關(guān)系。
[0019]本發(fā)明所提供的方法可借由一裝設(shè)于充電電池中的電池管理系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)，該法也能應(yīng)用于獨(dú)立的裝置，以更新由堆棧充電電池芯串聯(lián)及/或并聯(lián)的充電電池組的充滿(mǎn)電量。為了使得本發(fā)明的描述更易于理解，實(shí)施例僅聚焦于描述一電池管理系統(tǒng)，不特別針對(duì)該應(yīng)用本發(fā)明方法的獨(dú)立裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0020]如圖2所示，虛線(xiàn)圍繞者為本發(fā)明的一電池管理系統(tǒng)10。該電池管理系統(tǒng)10與一充電電池組20電連接，并能更新該充電電池組20內(nèi)堆棧充電電池芯201的充滿(mǎn)電量。它是由一電壓檢測(cè)單元101、一電流測(cè)量單元102、一記憶單元103與一控制單元104所組成。以下將先描述每一組件的功能，之后再說(shuō)明其運(yùn)作步驟。
[0021]電壓檢測(cè)單元101以并聯(lián)方式電連接于該充電電池組20的兩端上。該充電電池組20由4個(gè)串聯(lián)的充電電池芯201所組成。依照本發(fā)明，充電電池芯201的數(shù)量不限于4個(gè)，可以為大于I的任何數(shù)字。充電電池芯201連接的方式不限于串聯(lián)，可以是并聯(lián)，或串聯(lián)與并聯(lián)的組合。該電壓檢測(cè)單元101被用來(lái)定期測(cè)量該充電電池組20的開(kāi)路電壓。此處，二連續(xù)