TW201507239A - 電池系統及其控制器和控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種電池系統及其控制器和控制方法。電池系統包括無線充電器，產生充電電壓以為電池充電，並計算電池的第一充電電量；檢測模組，耦接無線充電器，檢測充電資訊；電量計，計算電池的第二充電電量；以及控制器，耦接無線充電器、檢測模組以及電量計，從檢測模組獲取充電資訊，根據充電資訊計算電池的第三充電電量，並根據第一充電電量、第二充電電量和第三充電電量修正第二充電電量。

Description

電池系統及其控制器和控制方法

本發明係關於一種電池領域，特別是一種電池系統及其控制器和控制方法。

隨著科技的快速發展，智慧電池系統(Smart Battery System)的出現大大簡化了獨立電池系統的設計。因此，智慧電池系統的應用已經超出了膝上型電腦領域，出現在其他各種領域中，例如，汽車、安全/監視/防偽系統、醫療設備、電信和可攜式電子產品等。

圖1所示為傳統智慧電池系統100的示意圖。電池系統100包括線圈102、無線充電器104和電池106。線圈102將來自電源(圖1中未示出)的電力轉換為電磁信號。無線充電器104耦接電池106，無線充電器104內的線圈感應電磁信號，產生充電電壓為電池106充電。

然而，在傳統智慧電池系統100中，考慮到節能的因素，無線充電器104只計算大致的充電電量。此外，當無線充電器104不工作的時候，即當電池106未處於充電狀態時，使用者無法知道電池106的剩餘電量。由於傳統智慧電池系統100無法精確地瞭解電池的充電電量，導致在充電過程中使用者不能方便地瞭解充電進度及估算充電時間。而且在電池使用中(電池未充電狀態)，使用者也無法精確地透過剩餘電量估計所能使用的時間，從而可能無法有效地防止其過放電以保護電池，也可能由於電池斷電而無法及時地保存重要資料。

本發明提供了一種電池系統，包括：一無線充電器，產生一充電電壓以為一電池充電，並計算該電池的一第一充電電量；一檢測 模組，耦接該無線充電器，檢測一充電資訊；一電量計，計算該電池的一第二充電電量；以及一控制器，耦接該無線充電器、該檢測模組以及該電量計，從該檢測模組獲取該充電資訊，根據該充電資訊計算該電池的一第三充電電量，並根據該第一充電電量、該第二充電電量和該第三充電電量修正該第二充電電量。

本發明還提供了一種電池系統的控制方法，包括：當一電池處於一充電狀態，一電池系統中的一無線充電器計算一第一充電電量，該電池系統中的一電量計計算一第二充電電量；計算該第一充電電量和該第二充電電量之間的一差值；以及當該差值大於一第一臨限值時，修正該第二充電電量。

本發明還提供了一種用於控制電池系統的控制器，包括：一判斷單元，當一電池系統內的一無線充電器對一電池進行一充電時，計算該無線充電器計算的一第一充電電量和耦接該控制器的一電量計計算的一第二充電電量之間的一差值，並判斷該差值是否大於一第一臨限值；以及一電量計算單元，根據一充電電流及一充電時間計算一第三充電電量，其中，若該判斷單元判斷該第一充電電量與該第二充電電量之間的該差值大於該第一臨限值，該電量計算單元利用該第三充電電量修正該第二充電電量。

本發明提供的電池系統及其控制器和控制方法，透過無線充電器感應電磁信號產生充電電壓，及時檢測充電過程中充電電壓、充電電流和溫度等充電資訊，使得充電更為方便與安全。此外，本發明提供的電池系統及其控制方法透過在充電過程中對電量計計算的充電電量的修正，提高了電池的使用效率，並延長了電池的壽命。

100‧‧‧智慧電池系統

102‧‧‧線圈

104‧‧‧無線充電器

106‧‧‧電池

200‧‧‧電池系統

202‧‧‧線圈

204‧‧‧無線充電器

206‧‧‧檢測模組

208‧‧‧控制器

210‧‧‧電量計

212‧‧‧電池單體控制器

214‧‧‧電池

216‧‧‧電壓檢測單元

218‧‧‧電流檢測單元

220‧‧‧溫度檢測單元

302‧‧‧判斷單元

304‧‧‧多級安全充電控制單元

306‧‧‧電量計算單元

308‧‧‧充電狀態控制單元

410‧‧‧電量計算單元

412‧‧‧電量修正單元

414‧‧‧電量控制單元

500‧‧‧方法流程圖

502-520‧‧‧步驟

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所示為一種傳統智慧電池系統的示意圖。

圖2所示為根據本發明一實施例的電池系統的結構方塊圖。

圖3所示為根據本發明一實施例的圖2中的控制器的結構方塊圖。

圖4所示為根據本發明一實施例的圖2中的電量計的結構方塊圖。

圖5所示為根據本發明一實施例的電池系統的控制方法的流程圖。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

圖2所示為根據本發明一實施例的電池系統200的結構方塊圖。電池系統200包括線圈202、無線充電器204、檢測模組206、控制器208、電量計210、電池單體控制器212以及電池214。其中，檢測模組206包括電壓檢測單元216、電流檢測單元218以及溫度檢測單元220。無線充電器204產生充電電壓以為電池214充電，並計算電池214的第一充電電量。檢測模組206耦接無線充電器204，檢測充電資訊。電量計210計算電池214的第二充電電量。控制器208耦接檢測模組206及電量計210，從檢測模組206獲取充電資訊，根據充電資訊計算電池214的第三充電電量，並根據第一充電電量和第三充電電量修正第二充電電量。

在本發明一實施例中，線圈202將來自電源(圖2中未示出)的電力轉換為電磁信號，無線充電器204內的線圈感應此電磁信號，並產生充電電壓為電池214充電。檢測模組206檢測充電資訊，例如，充電電壓、充電電流、溫度和充電時間。具體而言，電壓檢測單元216耦接無線充電器204，檢測電池214的充電電壓。電流檢測單元218耦接無線充電器204，檢測電池214的充電電流。溫度檢測單元 220，透過控制器208接收來自耦接各電池單體正負兩極的熱敏電阻(圖2中未示出)的溫度資訊，計算電池214內每個電池單體的溫度。電量計210計算電池214的電量。電池單體控制器212控制電池214的充電電流和充電電壓，並根據電池214中每個電池單體的電池特性相應調整充電電流和充電電壓。控制器208耦接電池214，檢測電池214的狀態資訊，例如，各電池單體的溫度資訊及充電特性(例如，各電池單體的充電電壓隨時間變化的充電曲線)等。同時控制器208耦接檢測模組206、電量計210以及電池單體控制器212，與檢測模組206、電量計210以及電池單體控制器212等各模組進行通訊，並執行相應處理。例如，控制器208將檢測到的各電池單體的充電曲線傳遞給電池單體控制器212，電池單體控制器212根據得到的各電池單體的充電曲線計算出適於各個電池單體的充電電壓和充電電流，並回授給控制器208。控制器208還與無線充電器204通訊，控制無線充電器204以電池單體控制器212計算得到的充電電壓和充電電流對電池214充電。

具體而言，在操作中，電量計210檢測無線充電器204的工作狀態(即，檢測電池214是否處於充電狀態)。若無線充電器204未工作(即，無線充電器204未向電池214充電)，電量計210由電池214供電，並計算電池214的剩餘電量。當電量計210檢測到剩餘電量小於第一臨限值時，控制器208發出報警信號，電量計210關閉整個電池系統200。

若電量計210檢測到無線充電器204工作(即，無線充電器204向電池214充電)，電量計210轉由無線充電器204供電，同時無線充電器204和電量計210分別計算充電過程中對電池214輸入的充電電量。無線充電器204計算得到的為第一充電電量。電量計210計算得到的為第二充電電量。無線充電器204和電量計210分別將計算得到的第一充電電量和第二充電電量輸出至控制器208。由於無線充電器204和電量計210內的類比/數位轉換器的精確度不同，兩者計算的第一充電電量和第二充電電量會出現差別。控制器208比較第一充電電量和第二充電電量，例如，每隔一預設時間比較一次，並計算第一充電 電量和第二充電電量之間的差值。在本發明一實施例中，預設時間可以為50毫秒。控制器208將第一充電電量和第二充電電量之間的差值與第二臨限值進行比較。若第一充電電量和第二充電電量之間的差值小於等於第二臨限值，則無需對電量計210計算的第二充電電量進行修正；若第一充電電量和第二充電電量之間的差值大於第二臨限值，則對電量計210計算的第二充電電量進行修正。

在一實施例中，自充電開始時，控制器208接收來自電流檢測單元218的充電電流I以及計時器(圖2中未示出)記錄的充電時間t，其中控制器208包括類比/數位轉換器(圖2中未示出)，其精確度高於電量計210和無線充電器204內的類比/數位轉換器的精確度。在一實施例中，控制器208內的類比/數位轉換器的精確度可為5伏特/2¹²。在一實施例中，控制器208根據充電電流I和充電時間t計算第三充電電量Q_control，如方程式(1)所示：

其中，t為充電時間，I為充電電流。

當控制器208確定需要對電量計210計算的第二充電電量進行修正時，控制器208將計算得到的第三充電電量Q_control輸出至電量計210。電量計210接收第三充電電量Q_control，以第三充電電量Q_control代替第二充電電量，從而修正電量計210計算的第二充電電量。

有利之處在於，在實際應用中，使用者可方便地透過電量計210瞭解電池系統200的充放電狀態。在充電過程中，電池系統200定期地比較第一充電電量和第二充電電量，對電量計210計算的第二充電電量進行修正，使得在充電過程中對充電電量的計算更為精確。從而使電量計210能更加準確的控制充電過程，防止過充或充電未充滿現象出現，同時也方便使用者瞭解充電進度，估算充電時間。此外，在電池214未充電時，透過電量計210計算電池214的剩餘電量，也方便使用者瞭解剩餘使用時間，以便能夠及時充電，避免電池過度放電。如果本發明實施例的電池系統200應用在其他電子系統中，可及時瞭解較 為準確的剩餘使用時間，也可方便使用者及時保存資料，避免資料丟失。

圖3所示為本發明一實施例的圖2中的控制器208的結構方塊圖。圖3與圖2中編號相同的元件具有類似的功能，圖3將結合圖2進行描述。如圖3所示，控制器208包括判斷單元302、多級安全充電控制單元304、電量計算單元306及充電狀態控制單元308。

其中，若電池214未處於充電狀態，並且電池214的剩餘電量小於第一臨限值，則充電狀態控制單元308發出報警信號，以指示關閉整個電池系統。

若電池214處於充電狀態，電量計算單元306接收來自電流檢測模組218的充電電流I和計時器(圖3中未示出)記錄的充電時間t，並根據充電電流I和充電時間t計算第三充電電量Q_control。判斷單元302接收來自無線充電器204計算的第一充電電量和來自電量計210計算的第二充電電量，並計算第一充電電量和第二充電電量之間的差值，例如，每隔一預設時間計算第一充電電量和第二充電電量之間的差值。若第一充電電量和第二充電電量之間的差值小於等於第二臨限值，則充電狀態控制單元308發出處於第一狀態(例如，邏輯高)的信號，以指示無需修正電量計210計算的第二充電電量。若第一充電電量和第二充電電量之間的差值大於第二臨限值，充電狀態控制單元308發出處於第二狀態(例如，邏輯低)的信號，以指示需要修正電量計210計算的第二充電電量，同時電量計算單元306將計算的第三充電電量Q_control輸出給電量計210。

多級安全充電控制單元304根據充電資訊(例如，充電電壓、充電電流、溫度)檢測充電系統200在充電過程中是否出現異常，並執行相應的異常處理。在一實施例中，多級安全充電控制單元304具有針對充電資訊的多個異常判斷等級，對應於每個異常判斷等級進行異常判斷並執行相應的異常處理。

具體而言，多級安全充電控制單元304接收來自電壓檢測單元216的充電電壓，將充電電壓與預設電壓進行比較。若充電電 壓大於預設電壓，則多級安全充電控制單元304斷開無線充電器204與電池214的耦接，關閉電量計210，並再啟動電壓檢測單元216。在一實施例中，可根據使用者需求設置多個充電電壓異常判斷等級，例如，設置多個預設電壓與充電電壓進行比較，以實現多個充電電壓異常判斷等級的安全監控。

多級安全充電控制單元304還接收來自電流檢測單元218的充電電流，將充電電流與預設電流進行比較。在一實施例中，若充電電流大於預設電流，則多級安全充電控制單元304斷開無線充電器204與電池214的耦接，關閉電量計210，並再啟動電流檢測單元218。在另一實施例中，若充電電流大於預設電流，則多級安全充電控制單元304降低充電電流至預設電流，並再啟動電流檢測單元218。在實際應用中，可根據使用者需求設置多個充電電流異常判斷等級，例如，設置多個預設電流，以實現多個充電電流異常判斷等級的安全監控。

多級安全控制單元304從設置於電池內的熱敏電阻(圖2中未示出)接收電池214中每個電池單體的溫度TEMP₁、TEMP₂…TEMP_n，其中n為電池組內電池單體的個數。多級安全控制單元304將電池214中每個電池單體的溫度分別與預設溫度進行比較，若溫度TEMP₁、TEMP₂…TEMP_n中任一溫度大於預設溫度，則多級安全控制單元304斷開無線充電器204與電池214的耦接，關閉電量計210，並再啟動溫度檢測單元220。在一實施例中，可根據使用者需求設置多個溫度異常判斷等級，例如，設置多個預設溫度，以實現多個溫度異常判斷等級的安全監控。

有利之處在於，在充電過程中，透過對電池的充電電壓、充電電流及溫度等充電資訊設置多個異常判斷等級的安全監控，使得充電操作更為安全。

當電量計210計算的第二充電電量與充電開始時的剩餘電量之和達到額定滿電量時，充電狀態控制單元308控制關閉無線充電器204，停止充電。

圖4所示為根據本發明一實施例的圖2中的電量計210的結構方塊圖。圖4與圖2中編號相同的元件具有類似的功能，圖4將結合圖2和圖3進行描述。如圖4所示，電量計210包括電量計算單元410、電量修正單元412及電量控制單元414。

其中，電量計算單元410計算電池214的剩餘電量，並根據剩餘電量的增加或減少，判斷電池214是否處於充電狀態。

若電量計算單元410確定電池214未處於充電狀態，即，確定無線充電器204未處於工作狀態時，電量計210由電池214供電。且當剩餘電量小於第一臨限值時，電量控制單元414關閉整個電池系統。

若電量計算單元410確定電池214處於充電狀態，即，確定無線充電器204處於工作狀態，電量計210轉由無線充電器204供電。無線充電器204計算第一充電電量，電量計算單元410計算第二充電電量。

若第一充電電量和第二充電電量之間的差值小於等於第二臨限值，則電量修正單元412從充電狀態控制單元308接收處於第一狀態(例如，邏輯高)的信號，以指示無需修正電量計210計算的第二充電電量。若第一充電電量和第二充電電量之間的差值大於第二臨限值，電量修正單元412從充電狀態控制單元308接收處於第二狀態(例如，邏輯低)的信號，以指示需修正電量計210計算的第二充電電量。電量修正單元412從控制器208的電量計算單元306接收第三充電電量Q_control，將第三充電電量Q_control輸出至電量計210內的電量計算單元410，以第三充電電量Q_control修正電量計210計算的第二充電電量。在一實施例中，電量計算單元410用第三充電電量Q_control替代第二充電電量，以修正電量計算單元410計算的第二充電電量。

圖5所示為根據本發明一實施例的電池系統的控制方法流程圖500。圖5結合圖2進行描述。

在步驟502中，電量計210計算電池214的剩餘電量。

在步驟504中，電量計210檢測無線充電器204的工作狀態。若無線充電器204處於工作狀態，則執行步驟510，否則執行步驟506。

在步驟506中，電量計210判斷電池214的剩餘電量是否小於第一臨限值。若剩餘電量小於第一臨限值，則執行步驟508，否則執行步驟502。

在步驟508中，控制器208發出報警信號，電量計210關閉整個電池系統。

在步驟510中，無線充電器204和電量計210分別計算第一充電電量和第二充電電量。控制器208根據來自檢測模組206的充電電流及充電時間計算第三充電電量Q_control。

在步驟512中，控制器208計算第一充電電量和第二充電電量之間的差值。

在步驟514中，控制器208判斷第一充電電量和第二充電電量之間的差值是否大於第二臨限值。若第一充電電量和第二充電電量之間的差值大於第二臨限值，則執行步驟518，否則執行步驟516。

在步驟516中，無需修正電量計210計算的第二充電電量。

在步驟518中，電量計210接收來自控制器208計算的第三充電電量Q_control，並以第三充電電量Q_control替代第二充電電量，以修正電量計210計算的第二充電電量。

在步驟520中，電量計210判斷電池214是否充滿。若電池214已充滿，則關閉無線充電器204，結束充電，否則執行步驟510。

此外，本發明實施例的電池系統的控制方法還包括檢測充電資訊，例如，充電電壓、充電電流、充電時間以及充電溫度，並判斷是否出現充電異常。此外，可根據不同的使用者需求設置多個異常判斷等級，並對應每個異常判斷等級進行異常判斷並執行相應異常處 理。

本發明實施例提供的電池系統及其控制器、控制方法，透過在充電過程中，比較無線充電器計算的第一充電電量和電量計計算的第二充電電量。當兩者出現較大差別時，對電量計計算的第二充電電量進行修正，使得在充電過程中對充電電量的計算更為精確，使電量計能更加準確的控制充電過程，防止過充或充電未充滿現象出現。同時也方便使用者瞭解充電進度，估算充電時間。此外，在電池未充電時，透過電量計計算電池的剩餘電量，也方便使用者瞭解剩餘使用時間以及時充電，也可避免電池過度放電。同時透過多級的安全監測，使得充電操作更為安全。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離申請專利範圍所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術領域中具有通常知識者應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

200‧‧‧電池系統

202‧‧‧線圈

204‧‧‧無線充電器

206‧‧‧檢測模組

208‧‧‧控制器

210‧‧‧電量計

212‧‧‧電池單體控制器

214‧‧‧電池

216‧‧‧電壓檢測單元

218‧‧‧電流檢測單元

220‧‧‧溫度檢測單元

Claims (20)

1. 一種電池系統，包括：一無線充電器，產生一充電電壓以為一電池充電，並計算該電池的一第一充電電量；一檢測模組，耦接該無線充電器，檢測一充電資訊；一電量計，計算該電池的一第二充電電量；以及一控制器，耦接該無線充電器、該檢測模組以及該電量計，從該檢測模組獲取該充電資訊，根據該充電資訊計算該電池的一第三充電電量，並根據該第一充電電量、該第二充電電量和該第三充電電量修正該第二充電電量。
2. 如申請專利範圍第1項的電池系統，其中，該控制器計算該第一充電電量和該第二充電電量之間的一差值，並判斷該差值是否大於一第一臨限值。
3. 如申請專利範圍第2項的電池系統，其中，當該差值大於該第一臨限值時，該控制器將該第三充電電量輸出至該電量計，以修正該第二充電電量。
4. 如申請專利範圍第2項的電池系統，其中，該電量計接收該控制器發送的該第三充電電量，並以該第三充電電量替代該電量計計算的該第二充電電量，從而修正該第二充電電量。
5. 如申請專利範圍第1項的電池系統，其中，該充電資訊包括一充電時間和一充電電流，該控制器根據該充電時間和該充電電流計算該第三充電電量。
6. 如申請專利範圍第1項的電池系統，其中，當該電量計檢測到該無線充電器對該電池進行充電時，該無線充電器計算該第一充電電量，該電量計計算該第二充電電量。
7. 如申請專利範圍第1項的電池系統，其中，當該電量計檢測 到該無線充電器未對該電池進行充電，且當該電池的一剩餘電量小於一第二臨限值時，該電量計關閉該電池系統。
8. 如申請專利範圍第1項的電池系統，其中，該控制器包括：一多級安全充電控制單元，根據該充電資訊檢測該充電系統在一充電過程中是否出現一異常，並執行相應的一異常處理。
9. 如申請專利範圍第8項的電池系統，其中，該多級安全充電控制單元具有多個異常判斷等級，對應於每一該異常判斷等級進行一異常判斷並執行相應的該異常處理。
10. 一種電池系統的控制方法，包括：當一電池處於一充電狀態，一電池系統中的一無線充電器計算一第一充電電量，該電池系統中的一電量計計算一第二充電電量；計算該第一充電電量和該第二充電電量之間的一差值；以及當該差值大於一第一臨限值時，修正該第二充電電量。
11. 如申請專利範圍第10項的控制方法，其中，修正該第二充電電量的步驟包括：該電池系統中的一控制器根據一充電電流和一充電時間計算一第三充電電量，利用該第三充電電量修正該第二充電電量。
12. 如申請專利範圍第11項的控制方法，其中，修正該第二充電電量的步驟還包括：該電量計從該控制器接收該第三充電電量，並以該第三充電電量替代該第二充電電量，從而修正該第二充電電量。
13. 如申請專利範圍第10項的控制方法，還包括：當該電池未處於該充電狀態，且該電池的一剩餘電量降低至 一第二臨限值時，關閉該電池系統。
14. 如申請專利範圍第10項的控制方法，還包括：檢測一充電資訊，並判斷是否出現一充電異常，其中該充電資訊包括一充電電壓、一充電電流、一充電時間或一充電溫度。
15. 如申請專利範圍第10項的控制方法，還包括：設置多個異常判斷等級，對應於每一該異常判斷等級進行一異常判斷並執行相應的一異常處理。
16. 一種控制電池系統的控制器，包括：一判斷單元，當一電池系統內的一無線充電器對一電池進行一充電時，計算該無線充電器計算的一第一充電電量和耦接該控制器的一電量計計算的一第二充電電量之間的一差值，並判斷該差值是否大於一第一臨限值；以及一電量計算單元，根據一充電電流及一充電時間計算一第三充電電量，其中，若該判斷單元判斷該第一充電電量與該第二充電電量之間的該差值大於該第一臨限值，該電量計算單元利用該第三充電電量修正該第二充電電量。
17. 如申請專利範圍第16項的控制器，其中，若該第一充電電量和該第二充電電量之間的該差值大於該第一臨限值，該電量計算單元將該第三充電電量輸出至該電量計以替代該第二充電電量，從而修正該第二充電電量。
18. 如申請專利範圍第16項的控制器，其中，若該電池未處於一充電狀態，且該電池的一剩餘電量小於一第二臨限值，該控制器發出一報警信號給該電量計，以關閉該電池系統。
19. 如申請專利範圍第16項的控制器，還包括：一多級安全控制單元，檢測該電池系統是否出現一充電異 常，並執行相應的一異常處理。
20. 如申請專利範圍第19項的控制器，其中，該多級安全控制單元具有多個異常判斷等級，對應於每一該異常判斷等級進行一異常判斷並執行相應的該異常處理。