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TW201403998A - 藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法與裝置 - Google Patents

藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法與裝置 Download PDF

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TW201403998A
TW201403998A TW102124971A TW102124971A TW201403998A TW 201403998 A TW201403998 A TW 201403998A TW 102124971 A TW102124971 A TW 102124971A TW 102124971 A TW102124971 A TW 102124971A TW 201403998 A TW201403998 A TW 201403998A
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蔡富生
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蔡富生
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Abstract

本發明提供一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟：從該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池模組中之一特定電池模組取得第一電壓資訊，其中每一電池模組包含至少一電池單元；從該組電池模組中之至少一其它電池模組取得第二電壓資訊；以及依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊決定是否致能該特定電池模組之一主動平衡電路之至少一部分。本發明另提供相關之裝置。

Description

藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法與裝置
本發明係有關於電源供應裝置，尤指一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡(Active Balancing)控制之方法與裝置。
傳統的電源供應裝置諸如一備援電源供應器中通常設置有為了特殊目的之控制電路，以供對該傳統的電源供應裝置中之電池的某些運作進行控制。依據相關技術，該傳統的電源供應裝置當中之這樣的控制電路往往需要特別的設計，這會產生某些問題。例如：當該傳統的電源供應裝置之輸出電壓之規格需要的更動時，該控制電路必須對應地修改，而導致相關成本的增加。又例如：因應不同的使用者之需求而造成該控制電路之設計更新，會使得該傳統的電源供應裝置中之機構元件諸如某些外殼零件必須修改，而導致相關成本的增加。因此，需要一種新穎的方法於不產生任何副作用的狀況下加強電源供應裝置之相關控制、並且改善電源供應裝置之基本架構。
本發明之一目的在於提供一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡(Active Balancing)控制之方法與裝置，以解決上述問題。
本發明之另一目的在於提供一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法與裝置，以在不產生任何副作用的狀況下實現多電池模組之間的自動化平衡。
本發明之較佳實施例中提供一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟： 從該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池模組中之一特定電池模組取得第一電壓資訊，其中每一電池模組包含至少一電池單元(Battery Cell)；從該組電池模組中之至少一其它電池模組取得第二電壓資訊；以及依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊決定是否致能(Enable)該特定電池模組之一主動平衡電路之至少一部分。
本發明於提供上述方法之同時，亦對應地提供一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之裝置，該裝置包含一電源供應裝置之至少一部分。尤其是，該裝置包含：一特定電池模組，而該特定電池模組係為該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池模組中之一電池模組，其中每一電池模組包含至少一電池單元；一主動平衡電路，耦接至該特定電池模組；一電壓資訊分享埠，設置於該電源供應裝置之複數個電源供應模組中之一特定電源供應模組，其中該特定電池模組係設置於該特定電源供應模組；以及一判斷電路，耦接至該特定電池模組、該主動平衡電路、與該電壓資訊分享埠。另外，該主動平衡電路係用來為該特定電池模組進行主動平衡，而該電壓資訊分享埠係用來進行電壓資訊分享。此外，該判斷電路係用來從該特定電池模組取得第一電壓資訊、透過該電壓資訊分享埠從該組電池模組中之至少一其它電池模組取得第二電壓資訊、以及依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊決定是否致能該主動平衡電路之至少一部分。
本發明的好處之一是，所述之藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法與裝置能在不產生任何副作用的狀況下實現多電池模組之間的自動化平衡。另外，本發明之方法與裝置能實現具備多電池模組的電源供應裝置之自我平衡，而不受電池模組數之限制。於是，依據本發明之方法與裝置所實現之電源供應裝置可提供極高的輸出電壓，而沒有較弱電池模組的壽命急劇縮短的問題。因此，本發明之方法與裝置對於該電源供應裝置之製造、測試、安裝、使用、檢修(例如：抽換故障的電池模組)、彈性升級(例如：藉由新增或移除至少一電池模組來改變輸出電壓之規格)均有極大的助益。
100,800‧‧‧藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之裝置
110-1,110-2,...,110-J‧‧‧判斷電路
112-1,112-2,...,112-J‧‧‧閘控邏輯電路
120-1,120-2,...,120-J‧‧‧主動平衡電路
200‧‧‧藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法
210,220,230‧‧‧步驟
310‧‧‧切換控制模組
400,M(1),M(2),M(3),M(4),M(i)‧‧‧電源供應模組
512,912‧‧‧開關
615-1,615-2,615-3,615-4,615-i‧‧‧平衡控制電路
ABd,BSc,VHi,VHo,VLi,VLo‧‧‧電壓資訊分享埠之端子
BS+,BS-‧‧‧一組電池模組之全體的對外端子
C(1),C(2),...,C(J),C(i)‧‧‧電容器
{CBn(1),CBn-1(1),CBn-2(1),...,CB1(1)},{CBn(2),CBn-1(2),CBn-2(2),...,CB1(2)},{CBn(3),CBn-1(3),CBn-2(3),...,CB1(3)},{CBn(4),CBn-1(4),CBn-2(4),...,CB1(4)},{CBn(i),CBn-1(i),CBn-2(i),...,CB1(i)}‧‧‧各組電池單元
CON(1),CON(2),CON(3),CON(4),CON(i)‧‧‧連接端子
D(1),D(2),...,D(J),D(i),DA(1),DA(2),...,DA(J),DA(i),Dpc‧‧‧二極體
LP(1),LP(2),...,LP(J),LP(i)‧‧‧對應於一次側之線圈
LS(1),LS(2),...,LS(J),LS(i)‧‧‧對應於二次側之線圈
N：1‧‧‧二次側對一次側之線圈匝數比
{OPA1(1),OPA2(1)}, {OPA1(2),OPA2(2)},{OPA1(i),OPA2(i)}‧‧‧各組運算放大器
PK+,PK-‧‧‧一組電池單元之全體的對外端子
Q(1),Q(2),...,Q(J),Q(i)‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
Rpc,R2R,{RR(1),R2R(1),R2R+(1),R’2R(1),R’2R+(1)},{RR(2),R2R(2),R2R+(2),R’2R(2),R’2R+(2)},{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)},{RR1(i),RR2(i),RR3(i),RR4(i),RR5(i),R’R1(i),R”R1(i)}‧‧‧電阻器
VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)‧‧‧電池模組
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡(Active Balancing)控制之裝置的示意圖。
第2圖為依據本發明一實施例之一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法的流程圖。
第3圖繪示第2圖所示之方法於一實施例中所涉及之實施細節。
第4圖繪示第2圖所示之方法於另一實施例中所涉及之實施細節。
第5圖繪示第2圖所示之方法於另一實施例中所涉及之實施細節。
第6圖繪示第5圖所示之電源供應模組的示意圖。
第7圖繪示第6圖所示之電源供應模組的多個複製品於一實施例中之連接關係。
第8圖為依據本發明一實施例之一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之裝置的示意圖。
第9圖繪示第2圖所示之方法於另一實施例中所涉及之實施細節。
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡(Active Balancing)控制之裝置100的示意圖，其中裝置100包含一電源供應裝置之至少一部分(例如一部分或全部)，而該電源供應裝置的例子可包含(但不限於)備援電源供應器。例如：裝置100可代表該電源供應裝置當中的電氣系統，而該電氣系統包含該電源供應裝置之至少一控制電路。又例如：裝置100可代表該電源供應裝置之整體。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，裝置100可代表該電氣系統當中除了電池之外的部分，諸如上述之至少一控制電路。依據本實施例之另一變化例，裝置100可代表包含該電源供應裝置之一系統，而該電源供應裝置係為這個系統的子系統。
如第1圖所示，裝置100包含彼此串聯之一組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}，而該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體的對外端子BS+與BS-可視為該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}所形成之整個電池系統的正、負端子，其中每一電池模組諸如電池模組VBM(i)可包含至少一電池單元(例如一個或多個電池單元；未顯示於第1圖)，而索引i可代表落於區間[1,J]的範圍之任一正整數。另外，裝置100包含至少一判斷電路，諸如分別對應於該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之複數個判斷電路{110-1,110-2,...,110-J}，且另包含分別對應於該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之複數個主動平衡電路{120-1,120-2,...,120-J}、分別對應於該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之複數個電壓資訊分享埠(其每一者包含複數個端子諸如某些端子{ABd,BSc,VHi,VHo,VLi,VLo}；未顯示於第1圖)、以及並聯之二極體Dpc與電阻器Rpc，其中該些主動平衡電路{120-1,120-2,...,120-J}係分別耦接至該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}，而該些電壓資訊分享埠係分別設置於該電源供應裝置之複數個電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}(未標示於第1圖)，並且該些判斷電路{110-1,110-2,...,110-J}係分別耦接至該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}、該些主動平衡電路{120-1,120-2,...,120-J}、以及該些電壓資訊分享埠。尤其是，該些判斷電路{110-1,110-2,...,110-J}中之每一判斷電路諸如判斷電路110-i可包含一閘控邏輯(Gating Logic)電路112-i，並且該些主動平衡電路{120-1,120-2,...,120-J}中之每一主動平衡電路諸如主動平衡電路120-i可包含分別對應於一次側與二次側之複數個線圈LP(i)與LS(i)，且另包含一開關諸如一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，以下簡稱為「MOSFET」)Q(i)、和該開關並聯之一個二極體D(i)、一能量暫存單元諸如至少一電容器C(i)、以及另一個二極體DA(i)，其中該能量暫存單元係耦接至對應於該二次側之線圈LS(i)，而索引i可代表落於區間[1,J]的範圍之任一正整數。如第1圖所示， 電容器C(i)之兩端子係分別耦接至對應於該二次側之線圈LS(i)之兩端子。於本實施例中，該二次側對該一次側之線圈匝數比(亦即，線圈LS(i)的匝數對線圈LP(i)的匝數之比例)可等於N：1，其中符號「N」可代表一個定值。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該線圈匝數比可予以變化，其中上述之定值N可代換為其它的定值(其通常為一正整數)。例如：該線圈匝數比可因應該電源供應裝置之某些設計目標或需求而予以變化。另外，本實施例中之電容器C(i)被用來作為該能量暫存單元之一例。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該能量暫存單元的架構可予以變化。例如：該能量暫存單元可包含多個電容器{C(i)}。又例如：該能量暫存單元可包含一個或多個電感器。又例如：該能量暫存單元可包含至少一電容器C(i)及/或至少一電感器。
實作上，包含上述線圈LP(i)與LS(i)之變壓器之規格、以及主動平衡電路120-i中之其它元件(諸如該MOSFET Q(i)、電容器C(i)、以及二極體D(i)與DA(i)、另一個二極體)之規格可依照其各自可能承受之電壓/電流來決定。相仿地，上述之二極體Dpc與電阻器Rpc之規格可依照其各自可能承受之電壓/電流來決定。例如：二極體Dpc之規格可為「3A,600V」，而電阻器Rpc之規格可為「200K,2W」，其中符號「A」、「V」、「W」分別代表安培(Ampere)、伏特(Volt)、瓦特(Watt)，而符號「K」代表103，尤其是代表103歐姆(Ohm)的電阻值之簡稱。
依據本實施例，主動平衡電路120-i係用來為電池模組VBM(i)進行主動平衡，而對應於電池模組VBM(i)之該電壓資訊分享埠係用來進行電壓資訊分享。尤其是，分別對應於該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之該些電壓資訊分享埠可分別用來進行該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}當中不同的電池模組之間的電壓資訊分享，如同第1圖所示之該些判斷電路{110-1,110-2,...,110-J}以及第1圖所示之該些主動平衡電路{120-1, 120-2,...,120-J}之間的箭頭中之至少一部分箭頭所示。於是，上述之至少一判斷電路諸如該些判斷電路{110-1,110-2,...,110-J}可妥善地進行相關控制諸如主動平衡控制。
實作上，上述之電阻器Rpc可用來為第1圖所示之架構導通預先充電(Pre-charge)路徑。例如：在該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}已經設置於第1圖所示之架構內的狀況下，當電阻器Rpc被設置於第1圖所示之架構中之時，電阻器Rpc可利用該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}的總輸出電壓對電容器{C(i)}進行預先充電，以避免第1圖所示架構在進行主動平衡運作之初出現反應不及的問題。另外，於主動平衡運作的過程中，上述之能量暫存單元諸如上述之至少一電容器C(i)可用來暫時地儲存抽取自電池模組VBM(i)之能量，其中上述之二極體Dpc可用來將暫時地儲存於上述之能量暫存單元(例如：上述之至少一電容器C(i))之能量傳回該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體。
第2圖為依據本發明一實施例之一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之方法200的流程圖。該方法可應用於第1圖所示之裝置100，尤其是第1圖所示之該些判斷電路{110-1,110-2,...,110-J}。該方法說明如下：於步驟210中，上述之判斷電路110-i從該電源供應裝置中彼此串聯之該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}中之一特定電池模組，諸如上述之電池模組VBM(i)，取得第一電壓資訊。
於步驟220中，透過對應於電池模組VBM(i)之該電壓資訊分享埠，判斷電路110-i從該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}中之至少一其它電池模組(尤其是該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}當中除了電池模組VBM(i)之外的至少一電池模組)取得第二電壓資訊。
於步驟230中，判斷電路110-i依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊決定是否致能(Enable)該特定電池模組之主動平衡電路之至少一部分，諸如對應於電池模組VBM(i)之主動平衡電路120-i之至少一部分(例如 一部分或全部)。
依據本實施例，該些電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}中之每一電源供應模組，諸如電源供應模組M(i)，可包含至少一對應的電壓資訊分享埠，其中該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}分別設置於該些電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}。例如，電源供應模組M(i)之該電壓資訊分享埠可包含上述端子{ABd,BSc,VHi,VHo,VLi,VLo}，而判斷電路110-i可利用對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠(尤其是電源供應模組M(i)之該電壓資訊分享埠)以及對應該至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠(尤其是該些電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}當中除了電源供應模組M(i)之外的至少一電源供應模組之電壓資訊分享埠)進行電壓資訊分享，以供進行主動平衡控制。
實作上，上述之每一電源供應模組諸如電源供應模組M(i)可實施成為一個電池箱/電池盒(Battery Pack)。如此，對使用者而言，該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}可分別視為具備獨立結構之模組。
為了便於理解，請參考第3圖。第3圖繪示第2圖所示之方法200於一實施例中所涉及之實施細節。例如：在J=2的狀況下，上述該些電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}包含兩個電源供應模組{M(1),M(2)}。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該些電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}的數量J可予以變化。
如第3圖所示，每一電池模組諸如電池模組VBM(i)可包含彼此串聯之一組電池單元{CBn(i),CBn-1(i),CBn-2(i),...,CB1(i)}，而該組電池單元{CBn(i),CBn-1(i),CBn-2(i),...,CB1(i)}之全體的對外端子PK+與PK-可視為該組電池單元{CBn(i),CBn-1(i),CBn-2(i),...,CB1(i)}所在之整個電源供應模組M(i)的正、負端子，並且每一判斷電路諸如判斷電路110-i(尤其是其內之閘控邏輯電路112-i)可包含至少一比較器諸如一組運算放大器(Operational Amplifier，可簡稱為「OP-AMP」或「OPAMP」){OPA1(i),OPA2(i)}、以及複數個電阻 器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}，其中該些電阻器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}係耦接至電源供應模組M(i)之該電壓資訊分享埠，而上述之至少一比較器諸如該組運算放大器{OPA1(i),OPA2(i)}係耦接至該些電阻器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}與判斷電路110-i，並且索引i可代表落於區間[1,J]的範圍之任一正整數。尤其是，該些電阻器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}各自的電阻值分別等於{R,2R,2R+,2R,2R+}，而電阻值2R+係為比電阻值2R略大之電阻值。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該組運算放大器{OPA1(i),OPA2(i)}與該些電阻器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}所形成的架構可因應判斷電路110-i之判斷規則的改變而予以變化。例如：該組運算放大器{OPA1(i),OPA2(i)}的數量可予以變化。又例如：該些電阻器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}中之至少一部分電阻器之電阻值可予以調整。又例如：額外的電阻器可被設置於判斷電路110-i中。
於本實施例中，該些電阻器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}係用來從該第一電壓資訊與該第二電壓資訊分別取得第一分壓資訊與第二分壓資訊，而上述之至少一比較器諸如該組運算放大器{OPA1(i),OPA2(i)}係用來對該第一分壓資訊與該第二分壓資訊進行至少一比較運作，以產生至少一比較結果。於是，判斷電路110-i可利用上述之至少一比較結果控制主動平衡電路120-i之該至少一部分，以選擇性地致能主動平衡電路120-i之該至少一部分。
另外，該些電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}中之每一電源供應模組M(i)(例如：電源供應模組M(1)與M(2)中之任一者)可包含多個端子，諸如電源供應模組M(i)之該電壓資訊分享埠中之該些端子{ABd,BSc,VHi,VHo,VLi,VLo}以及某些連接端子CON(i)，其中該些連接端子CON(i)可用來電氣連接針對該組電池單元{CBn(i),CBn-1(i),CBn-2(i),...,CB1(i)}之某些控制電路。例如：該些連接端子CON(i)可用來電氣連接針對該組電池單元{CBn(i), CBn-1(i),CBn-2(i),...,CB1(i)}之外接式的電池單元平衡電路。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。
此外，對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠(例如：電源供應模組M(1)之該電壓資訊分享埠)係耦接至對應上述之至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠(例如：電源供應模組M(2)之該電壓資訊分享埠)，容許判斷電路110-i(例如：判斷電路110-1)從上述之至少一其它電池模組(例如：電源供應模組M(2))取得該第二電壓資訊，並且容許特定電池模組110-i(例如：判斷電路110-1)將該第一電壓資訊提供予該至少一其它電池模組(例如：電源供應模組M(2))，以供決定是否致能對應該至少一其它電池模組之至少一其它主動平衡電路之至少一部分(例如：主動平衡電路120-2之一部分或全部)。如此，該方法另包含：將對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠(例如：電源供應模組M(1)之該電壓資訊分享埠)耦接至對應上述之至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠(例如：電源供應模組M(2)之該電壓資訊分享埠)，容許判斷電路110-i(例如：判斷電路110-1)從上述之至少一其它電池模組(例如：電源供應模組M(2))取得該第二電壓資訊，並且容許特定電池模組110-i(例如：判斷電路110-1)將該第一電壓資訊提供予該至少一其它電池模組(例如：電源供應模組M(2))，以供決定是否致能對應該至少一其它電池模組之至少一其它主動平衡電路之至少一部分(例如：主動平衡電路120-2之一部分或全部)。
請注意，依據本發明之某些實施例，諸如第2圖所示之實施例(及其某些變化例諸如第3圖所示之實施例)，電源供應模組M(i)之該些端子{ABd,BSc,VHi,VHo,VLi,VLo}的符號之意義可說明如下：VHo - 電壓資訊輸出端子，其可用來將電源供應模組M(i)之端子PK+之電壓資訊輸出至下一個串接並且具備較低電壓的電源供應模組M(i+1)(若存在)，諸如下一個具備較低電壓的電池箱/電池盒；例如，電源供應模組M(1)之端子VHo可用來將電源供應模組M(1)之端子PK+之電壓 資訊輸出至下一個具備較低電壓的電源供應模組M(2)。
VLo - 電壓資訊輸出端子，其可用來將電源供應模組M(i)之端子PK-之電壓資訊輸出至上一個串接並且具備較高電壓的電源供應模組M(i-1)(若存在)，諸如下一個具備較高電壓的電池箱/電池盒；例如，電源供應模組M(2)之端子VLo可用來將電源供應模組M(2)之端子PK-之電壓資訊輸出至上一個具備較高電壓的電源供應模組M(1)。
VHi - 電壓資訊輸入端子，其可用來接收上一個具備較高電壓的電源供應模組M(i-1)(若存在)之端子PK+之電壓資訊；例如，電源供應模組M(2)之端子VHi可用來接收上一個具備較高電壓的電源供應模組M(1)之端子PK+之電壓資訊。
VLi - 電壓資訊輸入端子，其可用來接收下一個具備較低電壓的電源供應模組M(i+1)(若存在)之端子PK-之電壓資訊；例如，電源供應模組M(1)之端子VLi可用來接收下一個具備較低電壓的電源供應模組M(2)之端子PK-之電壓資訊。
ABd - 電壓資訊輸入/輸出端子，其可用來分享主動平衡電路120-i中之二極體DA(i)的電壓資訊予其它電源供應模組；例如，電源供應模組M(1)之端子ABd可用來分享主動平衡電路120-1中之二極體DA(1)的電壓資訊予其它電源供應模組諸如電源供應模組M(2)；又例如，電源供應模組M(2)之端子ABd可用來分享主動平衡電路120-2中之二極體DA(2)的電壓資訊予其它電源供應模組諸如電源供應模組M(1)。
BSc - 電池系統公共(Battery System Common)端子，其可用來作為公共接地(Common Ground；亦可譯為「共地」)。
依據本發明之某些實施例，諸如第2圖所示之實施例(及其某些變化例諸如第3圖所示之實施例)，判斷電路110-i可控制上述之能量暫存單元的能量暫存運作。尤其是，依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊，判斷電路110-i可選擇性地致能主動平衡電路120-i之該至少一部分，以容許能量 從該特定電池模組諸如電池模組VBM(i)透過該一次側與該二次側傳送至該能量暫存單元諸如上述之至少一電容器C(i)。
實作上，該能量暫存單元(諸如電容器C(i))之兩端子係分別耦接至該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體的兩對外端子BS+與BS-，容許該能量暫存單元將暫存於該能量暫存單元之能量分配予該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體。尤其是，該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}各自的主動平衡電路{120-1,120-2,...,120-J}分別包含各自的能量暫存單元諸如電容器{C(1),C(2),...,C(J)}，而該些能量暫存單元係彼此並聯。於是，依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊，判斷電路110-i可選擇性地致能主動平衡電路120-i，以容許能量從該特定電池模組諸如電池模組VBM(i)透過該一次側與該二次側傳送至該些能量暫存單元諸如電容器{C(1),C(2),...,C(J)}，其中每一能量暫存單元之兩端子係分別耦接至該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體的該兩對外端子BS+與BS-，容許該些能量暫存單元將暫存於該些能量暫存單元之能量分配予該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體。如此，該方法另包含：將該能量暫存單元(諸如電容器C(i))之兩端子分別耦接至該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體的兩對外端子BS+與BS-，容許該能量暫存單元將暫存於該能量暫存單元之能量分配予該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體。尤其是，該方法另包含：將每一能量暫存單元之兩端子分別耦接至該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體的該兩對外端子BS+與BS-，容許該些能量暫存單元將暫存於該些能量暫存單元之能量分配予該組電池模組{VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)}之全體。
關於第3圖所示之切換控制模組310說明如下。切換控制模組310可以設置於電源供應模組M(J)當中，以供進行某些切換控制。例如：在J=2的狀況下，切換控制模組310可以設置於第3圖所示之電源供應模組M(2)當中，其中該複數個電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}中之剩餘的電源供應模 組M(1)當中不需要設置有切換控制模組310。又例如：在J=18的狀況下，切換控制模組310可以設置於電源供應模組M(18)當中，其設置方式如同第3圖所示之電源供應模組M(2)當中之切換控制模組310的設置方式，其中該複數個電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}中之剩餘的電源供應模組{M(1),M(2),...,M(17)}中之任一者當中不需要設置有切換控制模組310。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本發明之某些實施例，諸如第3圖所示之實施例之某些變化例，只要不影響本發明的實施，切換控制模組310之設置方式可以予以變化。例如：依據第3圖所示實施例之一變化例，切換控制模組310可以設置於電源供應模組M(J)之外。又例如：依據第3圖所示實施例之另一變化例，切換控制模組310可以設置於該複數個電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}中之每一者，其中電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J-1)}中之每一者中之切換控制模組310之兩個對外端子被短路，也因此電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J-1)}中之每一者中之切換控制模組310被禁能(Disable)。
第4圖繪示第2圖所示之方法200於另一實施例中所涉及之實施細節，諸如電源供應模組400，其中上述該些電阻器{RR(i),R2R(i),R2R+(i),R’2R(i),R’2R+(i)}被代換為另一組電阻器{RR1(i),RR2(i),RR3(i),RR4(i),RR5(i),R’R1(i),R”R1(i)}。例如：該些電阻器{RR1(i),RR2(i),RR3(i),RR4(i),RR5(i),R’R1(i),R”R1(i)}各自的電阻值分別等於{R1,R2,R3,R4,R5,R1,R1}。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該組運算放大器{OPA1(i),OPA2(i)}與該些電阻器{RR1(i),RR2(i),RR3(i),RR4(i),RR5(i),R’R1(i),R”R1(i)}所形成的架構可因應判斷電路110-i之判斷規則的改變而予以變化。例如：該組運算放大器{OPA1(i),OPA2(i)}的數量可予以變化。又例如：該些電阻器{RR1(i),RR2(i),RR3(i),RR4(i),RR5(i),R’R1(i),R”R1(i)}中之至少一部分電阻器之電阻值可予以調整。又例如：額外的電阻器可被設置於判斷電路110-i中。
請注意，關於第4圖所示之切換控制模組310說明如下。在不同的狀況下，切換控制模組310可以選擇性地設置於電源供應模組400當中，以供進行某些切換控制。例如：在i=J的狀況下，切換控制模組310可以設置於第4圖所示之電源供應模組400當中，其中切換控制模組310之設置方式如同第3圖所示之電源供應模組M(2)當中之切換控制模組310的設置方式。又例如：在i<J的狀況下，切換控制模組310不需要設置於電源供應模組400當中，其中電池單元CB1(i)之下方端子與對外端子PK-之間的連接方式如同第3圖所示之電源供應模組M(1)當中之電池單元CB1(i)之下方端子與對外端子PK-之間的連接方式。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
第5圖繪示第2圖所示之方法200於另一實施例中所涉及之實施細節，諸如電源供應模組M(i)之實施細節。例如：在i<J的狀況下，本實施例之電源供應模組M(i)中之切換控制模組310之兩個對外端子可透過開關512予以短路，使電池單元CB1(i)之下方端子直接電氣連接至對外端子PK-；於是，在i<J的狀況下，電源供應模組M(i)中之切換控制模組310沒有作用。因此，第3圖所示之電源供應模組M(1)可視為第5圖所示之電源供應模組M(i)在i<J的狀況下之等效電路。又例如：在i=J的狀況下，本實施例之電源供應模組M(i)中之切換控制模組310之兩個對外端子並未透過開關512予以短路；於是，在i=J的狀況下，電源供應模組M(i)中之切換控制模組310可以依需要進行切換控制。因此，第3圖所示之電源供應模組M(2)可視為第5圖所示之電源供應模組M(i)在i=J的狀況下之等效電路。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
於第5圖所示之實施例中，電源供應模組M(i)包含開關512。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據第5圖所示實施例之一變化例，並不需要設置有開關512。尤其是，於本變化例中，可以選擇性地採用一跳線(未顯示)來代換開關512。例如：在i<J的狀況下，可藉由 利用該跳線將本變化例之電源供應模組M(i)中之切換控制模組310之兩個對外端子予以短路，使電池單元CB1(i)之下方端子直接連接至對外端子PK-；於是，在i<J的狀況下，電源供應模組M(i)中之切換控制模組310沒有作用。又例如：在i=J的狀況下，並未藉由利用該跳線將本變化例之電源供應模組M(i)中之切換控制模組310之兩個對外端子予以短路；於是，在i=J的狀況下，電源供應模組M(i)中之切換控制模組310可以依需要進行切換控制。
第6圖繪示第5圖所示之電源供應模組M(i)的示意圖，其中平衡控制電路615-i可包含第5圖所示之電源供應模組M(i)當中屬於判斷電路110-i之各個元件以及屬於主動平衡電路120-i之各個元件。為了簡明起見，上述之開關512並未繪示於第6圖中。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
請注意，第6圖繪示了切換控制模組310。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據第6圖所示實施例之某些變化例，切換控制模組310可選擇性地設置於第6圖所示之電源供應模組M(i)當中。例如：在i<J的狀況下，這些變化例之電源供應模組M(i)中不需要設置有切換控制模組310，其中電池單元CB1(i)之下方端子直接連接至對外端子PK-。又例如：在i=J的狀況下，這些變化例之電源供應模組M(i)中可以設置有切換控制模組310，其中切換控制模組310的設置方式如第6圖所示。
第7圖繪示第6圖所示之電源供應模組M(i)的多個複製品於一實施例中之連接關係，其中電源供應模組M(i)的該多個複製品的例子可包含電源供應模組{M(1),M(2),M(3),M(4)}。為了簡明起見，上述之開關512並未繪示於第7圖中，並且上述之切換控制模組310僅繪示於電源供應模組M(4)中。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
請注意，第7圖繪示了切換控制模組310。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據第7圖所示實施例之某些變化例，切換控制模組310可選擇性地設置於電源供應模組M(J)(例如：第7圖所示之電 源供應模組M(4))當中。例如：在i<J的狀況下，這些變化例之電源供應模組M(i)(例如：第7圖所示之電源供應模組{M(1),M(2),M(3)}中之任一者)中不需要設置有切換控制模組310，其中電池單元CB1(i)之下方端子直接連接至對外端子PK-。又例如：在i=J的狀況下，這些變化例之電源供應模組M(J)(例如：第7圖所示之電源供應模組M(4))中可以設置有切換控制模組310，其中切換控制模組310的設置方式如第7圖所示。
第8圖為依據本發明一實施例之一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之裝置800的示意圖。相較於第1圖所示之實施例，本實施例中針對該些主動平衡電路{120-1,120-2,...,120-J}(尤其是針對該些主動平衡電路{120-1,120-2,...,120-J}各自的能量暫存單元諸如電容器{C(1),C(2),...,C(J)})，分別設置了專屬的二極體{Dpc}與電阻器{Rpc}。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
第9圖繪示第2圖所示之方法200於另一實施例中所涉及之實施細節。相較於第3圖所示之實施例，本實施例中之該複數個電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}中之每一者不需要設置有上述之切換控制模組310，其中於該複數個電源供應模組{M(1),M(2),...,M(J)}中之任一者當中，電池單元CB1(i)之下方端子與對外端子PK-之間的連接方式如同第3圖所示之電源供應模組M(1)當中之電池單元CB1(i)之下方端子與對外端子PK-之間的連接方式。另外，相較於第3圖所示之實施例，本實施例中針對電源供應模組M(J)(其在J=2的狀況下係為電源供應模組M(2))，設置了開關912，以供進行上述該些切換控制，其中開關912之功能可用來取代上述之切換控制模組310之功能。本實施例與前述實施例/變化例相仿之處不再重複贅述。
100‧‧‧藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡控制之裝置
110-1,110-2,...,110-J‧‧‧判斷電路
112-1,112-2,...,112-J‧‧‧閘控邏輯電路
120-1,120-2,...,120-J‧‧‧主動平衡電路
C(1),C(2),...,C(J)‧‧‧電容器
D(1),D(2),...,D(J),DA(1),DA(2),...,DA(J),Dpc‧‧‧二極體
LP(1),LP(2),...,LP(J)‧‧‧對應於一次側之線圈
LS(1),LS(2),...,LS(J)‧‧‧對應於二次側之線圈
N：1‧‧‧二次側對一次側之線圈匝數比
Q(1),Q(2),...,Q(J)‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
Rpc‧‧‧電阻器
VBM(1),VBM(2),...,VBM(J)‧‧‧電池模組
BS+,BS-‧‧‧一組電池模組之全體的對外端子

Claims (16)

  1. 一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡(Active Balancing)控制之方法，該方法係應用於一電源供應裝置，該方法包含有下列步驟：從該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池模組中之一特定電池模組取得第一電壓資訊，其中每一電池模組包含至少一電池單元(Battery Cell)；從該組電池模組中之至少一其它電池模組取得第二電壓資訊；以及依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊決定是否致能(Enable)該特定電池模組之一主動平衡電路之至少一部分。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電源供應裝置之複數個電源供應模組中之每一電源供應模組包含一電壓資訊分享埠，而該組電池模組分別設置於該複數個電源供應模組；以及該方法另包含：利用對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠以及對應該至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠進行電壓資訊分享，以供進行主動平衡控制；其中從該組電池模組中之該至少一其它電池模組取得該第二電壓資訊之步驟另包含：將對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠耦接至對應該至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠，以從該至少一其它電池模組取得該第二電壓資訊。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其另包含：將對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠耦接至對應該至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠，以將該第一電壓資訊提供予該至少一 其它電池模組，以供決定是否致能對應該至少一其它電池模組之至少一其它主動平衡電路之至少一部分。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該主動平衡電路包含分別對應於一次側(Primary Side)與二次側(Secondary Side)之複數個線圈；以及該方法另包含：依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊，選擇性地致能該主動平衡電路之該至少一部分，以容許能量從該特定電池模組透過該一次側與該二次側傳送至該主動平衡電路之一能量暫存單元；以及將該能量暫存單元之兩端子分別耦接至該組電池模組之全體的兩對外端子，容許該能量暫存單元將暫存於該能量暫存單元之能量分配予該組電池模組之全體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該組電池模組各自的主動平衡電路包含各自的能量暫存單元，而該些能量暫存單元係彼此並聯；以及該方法另包含：依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊，選擇性地致能該主動平衡電路，以容許能量從該特定電池模組透過該一次側與該二次側傳送至該些能量暫存單元；以及將每一能量暫存單元之兩端子分別耦接至該組電池模組之全體的該兩對外端子，容許該些能量暫存單元將暫存於該些能量暫存單元之能量分配予該組電池模組之全體。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該能量暫存單元包含一電容器；以及該電容器之兩端子係分別耦接至對應於該二次側之線圈之兩端子。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊決定是否致能該主動平衡電路之該至少一部分之步驟另包含：利用複數個電阻器從該第一電壓資訊與該第二電壓資訊分別取得第一分壓資訊與第二分壓資訊；以及利用至少一比較器對該第一分壓資訊與該第二分壓資訊進行至少一比較運作，以產生至少一比較結果；該方法另包含：利用該至少一比較結果控制該主動平衡電路之該至少一部分，以選擇性地致能該主動平衡電路之該至少一部分。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中每一電池模組包含彼此串聯之一組電池單元。
  9. 一種藉助於電壓資訊分享來進行主動平衡(Active Balancing)控制之裝置，該裝置包含一電源供應裝置之至少一部分，該裝置包含有：一特定電池模組，該特定電池模組係為該電源供應裝置中彼此串聯之一組電池模組中之一電池模組，其中每一電池模組包含至少一電池單元(Battery Cell)；一主動平衡電路，耦接至該特定電池模組，用來為該特定電池模組進行主動平衡；一電壓資訊分享埠，設置於該電源供應裝置之複數個電源供應模組中之一特定電源供應模組，用來進行電壓資訊分享，其中該特定電池模組係設置於該特定電源供應模組；以及一判斷電路，耦接至該特定電池模組、該主動平衡電路、與該電壓資訊分享埠，用來從該特定電池模組取得第一電壓資訊、透過該電壓 資訊分享埠從該組電池模組中之至少一其它電池模組取得第二電壓資訊、以及依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊決定是否致能(Enable)該主動平衡電路之至少一部分。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該複數個電源供應模組中之每一電源供應模組包含一電壓資訊分享埠，而該組電池模組分別設置於該複數個電源供應模組；該判斷電路利用對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠以及對應該至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠進行電壓資訊分享，以供進行主動平衡控制；以及對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠係耦接至對應該至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠，容許該判斷電路從該至少一其它電池模組取得該第二電壓資訊。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中對應該特定電池模組之電壓資訊分享埠係耦接至對應該至少一其它電池模組之電壓資訊分享埠，容許該特定電池模組將該第一電壓資訊提供予該至少一其它電池模組，以供決定是否致能對應該至少一其它電池模組之至少一其它主動平衡電路之至少一部分。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該主動平衡電路包含：分別對應於一次側(Primary Side)與二次側(Secondary Side)之複數個線圈；以及一能量暫存單元，耦接至對應於該二次側之線圈，用來暫存能量；其中依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊，該判斷電路選擇性地致能該主動平衡電路之該至少一部分，以容許能量從該特定電池模組透過該一次側與該二次側傳送至該能量暫存單元；以及該能量暫存單元之兩端子係分別耦接至該組電池模組之全體的兩對外 端子，容許該能量暫存單元將暫存於該能量暫存單元之能量分配予該組電池模組之全體。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該組電池模組各自的主動平衡電路包含各自的能量暫存單元，而該些能量暫存單元係彼此並聯；依據該第一電壓資訊與該第二電壓資訊，該判斷電路選擇性地致能該主動平衡電路，以容許能量從該特定電池模組透過該一次側與該二次側傳送至該些能量暫存單元；以及每一能量暫存單元之兩端子係分別耦接至該組電池模組之全體的該兩對外端子，容許該些能量暫存單元將暫存於該些能量暫存單元之能量分配予該組電池模組之全體。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該能量暫存單元包含一電容器；以及該電容器之兩端子係分別耦接至對應於該二次側之線圈之兩端子。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該判斷電路包含：複數個電阻器，耦接至該電壓資訊分享埠，用來從該第一電壓資訊與該第二電壓資訊分別取得第一分壓資訊與第二分壓資訊；以及至少一比較器，耦接至該複數個電阻器與該判斷電路，用來對該第一分壓資訊與該第二分壓資訊進行至少一比較運作，以產生至少一比較結果；其中該判斷電路利用該至少一比較結果控制該主動平衡電路之該至少一部分，以選擇性地致能該主動平衡電路之該至少一部分。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中每一電池模組包含彼此串聯之一組電池單元。
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