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TWI692174B - 電池自動調節單元及電池自動平衡系統 - Google Patents

電池自動調節單元及電池自動平衡系統 Download PDF

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TWI692174B
TWI692174B TW108103440A TW108103440A TWI692174B TW I692174 B TWI692174 B TW I692174B TW 108103440 A TW108103440 A TW 108103440A TW 108103440 A TW108103440 A TW 108103440A TW I692174 B TWI692174 B TW I692174B
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Abstract

一種電池自動調節單元包括：共模扼流線圈、開關裝置及第一控制單元。共模扼流線圈包括輸入側及輸出側，其中輸入側耦接電源裝置。開關裝置包括第一輸入點、第二輸入點、第一輸出點、第二輸出點及第三輸出點。第一輸出點耦接第一電池組，且第二輸出點耦接第二電池組，且第三輸出點為空接點。第一控制單元比較第一輸出點的第一端電壓及第二輸出點的第二端電壓，以控制第一輸入點選擇性地連接第一輸出點或第二輸出點，及控制第二輸入點選擇性地連接第二輸出點或第三輸出點。

Description

電池自動調節單元及電池自動平衡系統
本發明是有關於一種電池調節裝置，特別是有關於應用在電力系統的電池自動調節單元及電池自動平衡系統。
隨著不同的市場發展，例如：電動車(Electrical Vehicle)、充電站等，電力系統的應用也越來越被重視。其中電力系統包括多個電池組，並且這些電池組是以串/並聯的方式進行連結。如此一來，電力系統可以提供不同電力需求的裝置。以電動車為例，一般的電動車所需的電力為直流電源，並且電動車之工作電壓大約為：300~500伏特。然而電動車中的電力系統中的電池組在供應電力時，多個電池組之間會有電力不平衡的現象發生。當電力不平衡發生時，會造成電池組的壽命減少，更嚴重的是直接的損壞。因此電力平衡系統及裝置的研究也被越來越重視。
然而目前有關於電池平衡的技術，往往會造成電力系統的工作效能降低，並且充電效果不高等缺失。此外，目前有關於電池平衡的技術需要在電力系統中設置許多電路板，使得產品的製造成本大幅提高。
有鑑於此，本發明提出一種電池自動調節單元及電池自動平衡系統，可以更有效地對多個電池組進行平衡。藉此，解決上述之問題。
一種電池自動調節單元包括：共模扼流線圈(common mode choke)、開關裝置及第一控制單元。共模扼流線圈包括一輸入側及一輸出側，其中輸入側耦接電源裝置，且輸出側包括第一端點及第二端點。開關裝置包括第一輸入點、第二輸入點、第一輸出點、第二輸出點及第三輸出點；其中第一輸入點耦接共模扼流線圈的第一端點，且第二輸入點耦接共模扼流線圈的第二端點。其中第一輸出點耦接第一電池組，且第二輸出點耦接第二電池組，且第三輸出點為空接點。第一控制單元比較第一輸出點的第一端電壓及第二輸出點的第二端電壓，以控制第一輸入點選擇性地連接第一輸出點或第二輸出點，及控制第二輸入點選擇性地連接第二輸出點或第三輸出點。當第一控制單元判斷第一端電壓大於第二端電壓超過誤差範圍時，第一控制單元控制第一輸入點連接第二輸出點。當第一控制單元判斷第二端電壓大於第一端電壓超過誤差範圍時，第一控制單元控制第二輸入點連接第三輸出點。
一種電池自動平衡系統，包括多個電池自動調節裝置，其中該多個電池自動調節裝置的每一個包括：切換開關、電流感測裝置及如申請專利範圍第1項之電池自動調節單元。切換開關包括第一端、第二端及控制端，其中第一端耦接電源裝置，且第二端耦接負載，且控制端耦接第二控制單元。電流感測裝置，包括第一接點及第二接點，其中第一接點耦接切換開關的第二端及負載。如申請專利範圍第1項之電池自動調節單元，其中共模扼流線圈的輸入側耦接電流感測裝置的第二接點。其中第二控制單元依據流經電流感測裝置之一電流控制該切換開關。當第二控制單元判斷電流最高目標值大於該電流超過目標範圍時，第二控制單元控制切換開關進行導通。
參考附圖來描述本發明，其中在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相似或等效的元件。附圖不是按比例繪製的，而是僅用於說明本發明。本發明的幾個形態如下描述，並參考示例應用作為說明。應該理解的是，闡述了許多具體細節、關係和方法以提供對本發明的全面了解。然而，相關領域的普通技術人員將容易認識到，本發明可以被實行即便在沒有一個或多個具體細節的情況下或沒有利用其他方法來實施本發明。在其他情況下，未詳細示出習知的結構或操作以避免模糊本發明。本發明不受所示的行為或事件的順序所限制，因為一些行為可能以不同的順序發生和/或與其他行為或事件同時發生。此外，並非所有說明的行為或事件都需要根據本發明的方法來實施。
以下說明是本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明的一般性的原則，不應視為本發明之限制，本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
本發明主要是對多組電池進行主動平衡，其中平衡的方法之一是在於均流機制。在一般的電力系統中，都會具有電源裝置及變壓器等。其中電力系統的變壓器可以是隔離型變壓器等，但本發明不限於此。以隔離型變壓器為例，通常電源裝置會連接於隔離型變壓器的一次側，而電池組會連接於隔離型變壓器的二次側。此外，電池組都有寄生電阻(parasitic resistance)、電容及其他變異參數等。為了讓主動平衡的均流機制對電池組更完整完全發揮效用，本發明主要利用變壓器二次側的電流誤差等來達到電持平衡。
在本發明中，電池組可以是鉛酸電池、鋰電池、鎳氫電池或鋅錳電池等，但本發明不限於此。
第1圖所示為根據本發明之一實施例的電池自動調節單元100的架構圖。如第1圖所示，電池自動調節單元100耦接於變壓器300，並且變壓器300耦接於電源裝置700。其中變壓器300包括一次側繞組L1及二次側繞組L2。變壓器300中的一次側繞組L1耦接於電源裝置700，以將電源裝置700輸出的電力傳送變壓器300中的二次側繞組L2。電池自動調節單元100透過變壓器300中的二次側繞組L2接收電源裝置700輸出的電力，並且將電力用於對第一電池組BT1及第二電池組BT2進行充電。以下將詳述電池自動調節單元100的操作流程及其方法。
如第1圖所示，一種電池自動調節單元100包括：共模扼流線圈102、開關裝置104及第一控制單元106。共模扼流線圈102包括輸入側102a及輸出側102b。其中共模扼流線圈102的輸入側102a透過變壓器300耦接電源裝置300，以接收電源裝置700輸出的電力。共模扼流線圈102的輸出側102b包括第一端點102c及第二端點102d，其中第一端點102c及第二端點102d連接到開關裝置104。開關裝置104包括第一輸入點104a、第二輸入點104b、第一輸出點104c、第二輸出點104d及第三輸出點104e。開關裝置104中的第一輸入點104a耦接共模扼流線圈102的第一端點102c，且開關裝置104中的第二輸入點104b耦接共模扼流線圈102的第二端點102d。開關裝置104中的第一輸出點104c耦接第一電池組BT1，且開關裝置104第二輸出點104d耦接第二電池組BT2，且開關裝置104中的第三輸出點104e為空接點。因此，第一電池組BT1使得開關裝置104中的第一輸出點104c產生第一端電壓V1，並且第二電池組BT2使得開關裝置104中的第二輸出點104d產生第二端電壓V2。
特別注意的是，在實際應用中，在變壓器300與共模扼流線圈102之間還具有整流裝置(未圖示)，例如：電容、整流電路、整流器等。整流裝置轉換變壓器300輸出的電力成為穩定的直流電力給共模扼流線圈102。共模扼流線圈102透過開關裝置104提供該整流裝置轉換的直流電力給第一電池組BT1及第二電池組BT2。由於為了簡化圖示以利說明本發明，故未繪示整流裝置於第1圖中。
承上所述，電池自動調節單元100中的第一控制單元106包括比較裝置106a及處理器106b。如第1圖所示，開關裝置104的第一輸出點104c及第一電池組BT1共同地耦接於第一控制單元106中的比較裝置106a；並且開關裝置104的第二輸出點104d及第二電池組BT2共同地耦接於第一控制單元106中的比較裝置106a。因此第一控制單元106中的比較裝置106a可以接收第一輸出點104c的第一端電壓V1及第二輸出點104d的第二端電壓V2。第一控制單元106中的比較裝置106a比較第一輸出點104c的第一端電壓V1及第二輸出點104d的第二端電壓V2，並且依據比較結果產生比較訊號S1給處理器106b。因此第一控制單元106中的處理器106b可依據比較裝置106a輸出的比較訊號S1判斷第一端電壓V1及第二端電壓V2之間的電壓差是否落入誤差範圍，並且產生控制訊號S2及控制訊號S3給開關裝置104。
其中第一控制單元106中的處理器106b輸出的控制訊號S2，可以控制開關裝置104中的第一輸入點選擇性地連接第一輸出點104c或第二輸出點104d。其中第一控制單元106中的處理器106b輸出的控制訊號S3，可以控制開關裝置104中的第二輸入點104b選擇性地連接第二輸出點104d或第三輸出點104e。
在一些實施例中，當第一控制單元106中的處理器106b判斷第一端電壓V1大於第二端電壓V2超過誤差範圍時，第一控制單元106中的處理器106b依據比較訊號S1控制開關裝置104中的第一輸入點104a連接開關裝置104中的第二輸出點104d。此外，當第一控制單元106中的處理器106b判斷第二端電壓V2大於第一端電壓V1超過誤差範圍時，第一控制單元106中的處理器106b依據比較訊號S1控制第二輸入點104b連接第三輸出點104e。由此實施例可知，當第一端電壓V1大於第二端電壓V2超過誤差範圍時，第一電池組BT1的電量大於第二電池組BT2的電量。相同地，當第二端電壓V2大於第一端電壓V1超過誤差範圍時，第二電池組BT2的電量大於第一電池組BT1的電量。
承上所述，當第一端電壓V1與第二端電壓V2之間的電壓差在誤差範圍之外時，第一控制單元106中的處理器106b會判斷第一電池組BT1及第二電池組BT2處於不合適的非平衡狀態。也就是說，當第一電池組BT1的電量大於第二電池組BT2的電量時，電池自動調節單元100需要控制電源裝置700對第二電池組BT2進行充電，並控制電源裝置700停止對第一電池組BT1進行充電。此時，第一控制單元106中的處理器106b依據比較訊號S1控制開關裝置104中的第一輸入點104a連接開關裝置104中的第二輸出點104d，並且處理器106b還控制開關裝置104中的第二輸入點104b持續地連接開關裝置104中的第二輸出點104d。
當第二電池組BT2的電量大於第一電池組BT1的電量時，電池自動調節單元100需要控制電源裝置700對第一電池組BT1進行充電，並控制電源裝置700停止對第二電池組BT2進行充電。此時，第一控制單元106中的處理器106b依據比較訊號S1控制開關裝置104中的第一輸入點104a連接開關裝置104中的第一輸出點104c，並且處理器106b還控制開關裝置104中的第二輸入點104b連接開關裝置104中的第三輸出點104e。特別注意的是，於此實施例中，開關裝置104中的第三輸出點104e被設置為空接點，但本發明並不限於此。
在上述實施例中，當第一端電壓V1與第二端電壓V2之間的電壓差落入誤差範圍內時，第一控制單元106中的處理器106b會判斷第一電池組BT1及第二電池組BT2仍維持一合適的平衡狀態。由於第一電池組BT1及第二電池組BT2仍維持一合適的平衡狀態，所以第一控制單元會控制開關裝置104中的第一輸入點104a連接於第一輸出點104c，並且控制開關裝置104中的第二輸入點104b連接於第二輸出點104d。如此一來電源裝置700可以透過電池自動調節單元100均衡地對第一電池組BT1及第二電池組BT2進行充電。
第2圖所示為根據本發明之其他實施例的電池自動調節單元100之工作示意圖。在其他一些實施例中，電池自動調節單元100除了可以用於電動車的電力系統中，還可以應用於電力備用系統(power backup system)。如第2圖所示，電力備用系統900可以包括電池自動調節單元100、第一電池組BT1及第二電池組BT2，並且電力備用系統900。以下請同時參照第1圖及第2圖，以說明本實施例。在正常情況之下，電源裝置700可以提供足夠的電力給負載800，並且同時地對電力備用系統900進行充電。在電力備用系統900的充電過程中，電池自動調節單元100的操作方法同於第1圖，故不再此贅述。當電源裝置700無法正常提供足夠的電力給負載800時，電力備用系統900中的第一電池組BT1及第二電池組BT2就會開始放電以提供電力給負載800。
在第一電池組BT1及第二電池組BT2的放電過程中，第一控制單元106中的比較裝置106a會比較第一端電壓V1及第二端電壓V2之間的電壓差，並輸出比較結果給第一控制單元106中的處理器106b以控制開關裝置104。其中第一控制單元106控制開關裝置104的方法同如第1圖，故不在此贅述。
在第一電池組BT1及第二電池組BT2的放電過程中，當第一電池組BT1的電量大於第二電池組BT2的電量時，電池自動調節單元100需要控制第二電池組BT2停止對負載800進行放電，並控制第一電池組BT1持續地對負載800進行放電。此時，第一控制單元106中的處理器106b依據比較訊號S1控制開關裝置104中的第一輸入點104a連接開關裝置104中的第一輸出點104c，並且處理器106b還控制開關裝置104中的第二輸入點104b連接開關裝置104中的第三輸出點104e。當第一電池組BT1的電量與第二電池組BT2的電量達到平衡狀態時，處理器106b才控制第一輸入點104a連接第一輸出點104c，以及第二輸入點104b連接開關裝置104中的第二輸出點104d。
另外一方面，當第二電池組BT2的電量大於第一電池組BT1的電量時，電池自動調節單元100需要控制第一電池組BT1停止對負載800進行放電，並控制第二電池組BT2持續地對負載800進行放電。此時，第一控制單元106中的處理器106b依據比較訊號S1控制開關裝置104中的第一輸入點104a連接開關裝置104中的第二輸出點104d，並且處理器106b還控制開關裝置104中的第二輸入點104b連接開關裝置104中的第二輸出點104d。當第一電池組BT1的電量與第二電池組BT2的電量達到平衡狀態時，處理器106b才控制第一輸入點104a連接第一輸出點104c，以及第二輸入點104b連接開關裝置104中的第二輸出點104d。
在上述各個實施例中，電池自動調節單元100中的第一控制單元106扮演相當重要的角色。因此，以下本揭露將繼續對第一控制單元106的操作方法進行詳細地說明。
第3圖所示為根據本發明之一實施例的第一控制單元106之架構圖。如第3圖所示，第一控制單元106包括比較裝置106a及處理器106b。其中比較裝置106a包括電阻R1~R4及運算放大器OPA。請同時參照第1圖及第3圖，以說明第一控制單元106之架構。其中電阻R1耦接第一端電壓V1，並且電阻R1還耦接於電阻R4及運算放大器OPA的正輸入端。電阻R2耦接於第二端電壓V2，並且電阻R2還耦接於電阻R3及運算放大器OPA的負輸入端。電阻R4耦接於電阻R1及運算放大器OPA的輸出端。此外，運算放大器OPA還耦接於正電源端+Vcc及負電源端-Vcc。特別注意的是，在此實施例中，電阻R1~R4的電阻值皆相同，但本發明不限於此。
根據以上所述的比較裝置106a之連接方式，可以推導出比較裝置106a輸出的比較訊號S1為：
Figure 02_image001
也就是說，第一控制單元106中的比較裝置106a可以視為一減法器，以計算出第一端電壓V1及第二端電壓V2之間的電壓差。第一控制單元106中的處理器106b能夠依據比較訊號S1判斷第一端電壓V1及第二端電壓V2之間的電壓差
Figure 02_image003
是否落入誤差範圍內。
其中當比較訊號S1為正電壓時，處理器106b可以判斷出第二端電壓V2大於第一端電壓V1。相似地，當比較訊號S1為負電壓時，處理器106b可以判斷出第一端電壓V1大於第二端電壓V2。此外，依據比較訊號S1的絕對值(absolute value)之大小，處理器106b可以判斷出第一端電壓V1及第二端電壓V2之間的電壓差
Figure 02_image003
是否落入誤差範圍內。
其中誤差範圍可以從以下方式得到：電壓差
Figure 02_image003
除以第一端電壓V1；或者電壓差
Figure 02_image003
除以第二端電壓V2。在其他一些實施例中，處理器106b如果判斷第一端電壓V1大於第二端電壓V2，則處理器106b會採用電壓差
Figure 02_image003
除以第一端電壓V1以取得誤差範圍。處理器106b如果判斷第二端電壓V2大於第一端電壓V1，則處理器106b會採用電壓差
Figure 02_image003
除以第二端電壓V2以取得誤差範圍。此外，如果處理器106b判斷誤差範圍大於5%時，則處理器106b判斷第一電池組BT1及第二電池組BT2處於非平衡狀態，並且輸出控制訊號S2、S3以控制開關裝置104。如果處理器106b判斷誤差範圍小於5%時，則處理器106b判斷第一電池組BT1及第二電池組BT2處於理想地平衡狀態。
上述的各個實施例，僅對於用於平衡兩組電池組的電池自動調節單元100進行說明。然而，在實際的應用中，由於不同的負載具有不同需求的電力，所以研發出了具有多組電池自動調節單元100的電池自動平衡系統。以下將對電池自動平衡系統的操作方式進行詳細的說明。
第4圖所示為根據本發明之一實施例的電池自動平衡系統200之架構圖。如第4圖所示，電池自動平衡系統200能夠包括兩個或兩個以上的電池自動調節裝置A、B，以及第二控制單元204。特別注意的是，於此實施例中，電池自動平衡系統200中雖然在第4圖中僅繪出兩個電池自動調節裝置A、B，但是在實際應用中可以依據實際需求設置兩個以上的電池自動調節裝置。為了簡單說明本發明之操作方式，以下各個實施例僅用具有兩組電池自動調節裝置A、B的電池自動平衡系統200作為範例，但本發明不限於此。
在第4圖中，每一個電池自動調節裝置(A或B)包括切換開關SW1(或SW2)、電流感應裝置202a(或202b)以及如第1圖所示的電池自動調節單元100a(或100b)。特別注意的是，電池自動調節裝置(A及B)中的所有硬體(包括電池自動調節單元100a及100b)、切換開關(SW1及SW2)、電流感應裝置(202a及202b)、模組、軟體、韌體及其他元件皆具有相同規格及設計，並且來自於相同的供應商。另外，應用在電池自動平衡系統200中的電池組BT1~BT4也具有相同規格及設計，並且來自於相同的供應商。如此一來，可以使得電池平衡系統200的操作效果達到最佳化。
此外電池自動平衡系統200中的第二控制單元204，可以是處理器(processor)、控制器(controller)、晶片(chip)或中央處理單元(central processing unit, CPU)等，但本發明不限於此。
在第4圖中，電池自動調節裝置A中的切換開關SW1包括第一端p1、第二端p2及控制端p3。切換開關SW1中的第一端p1透過變壓器400耦接於電源裝置700，以接收來自於電源裝置700的電力。切換開關SW1中的第一端p2耦接於負載(未圖示)。切換開關SW1中的控制端p3耦接於第二控制單元204，所以第二控制單元204可以控制切換開關SW1的狀態(導通或截止)。
於此實施例中，變壓器400包括一次側繞組L1及二次側繞組L2、L4，並且一次側繞組L1耦接電源裝置700，且二次側繞組L2耦接電池自動調節裝置A，且二次側繞組L4耦接電池自動調節裝置B。在變壓器400中，由於二次側繞組L2及二次側繞組L4皆為相同的繞組，所以電池自動調節裝置A及電池自動調節裝置B所接收的電力相同。
請同時參照第1圖及第4圖，電池自動調節裝置A中的電流感應裝置202a包括第一接點c1及第二接點c2。電流感應裝置202a中的第一接點c1耦接切換開關SW1的第二端p2及負載(未圖示)。電流感應裝置202a中的第二接點c2耦接電池自動調節單元100a中的共模扼流線圈102的輸入側102a。其中電池自動調節單元100a與第一電池組BT1及第二電池組BT2的連接方式已詳述於第1圖中(包括電池自動調節單元100的架構)，故不再此贅述。因此電源裝置700所提供的電力(如電流)會流經切換開關SW1、電流感應裝置202a及電池自動調節單元100a，以對第一電池組BT1及第二電池組BT2進行充電。此外，電流感應裝置202a依據來自於電源裝置700的電流，傳送電流感應訊號S4給第二控制單元204。第二控制單元204可依據電流感應訊號S4控制切換開關SW1導通或截止。
電池自動調節裝置B的連接方式，相同於電池自動調節裝置A，故不再贅述。其中，電池自動調節裝置B中的電流感應裝置202b也會輸出電流感應訊號S5給第二控制單元204，使得第二控制單元204依據電流感應訊號S5控制切換開關SW2導通或截止。
在一些實施例中，電池自動平衡系統200中的第二控制單元204會對電流感應訊號S4及S5進行電流大小的比較，以控置切換開關SW1、SW2導通或截止。如果第二控制單元204判斷電流感應訊號S4及S5之間相差落入一目標範圍內(約16mA)，則第二控制單元204控制切換開關SW1及SW2為截止狀態。此時，電池組BT1~BT2及電池組BT3~BT4均衡地供應電力給負載。
如果第二控制單元204判斷電流感應訊號S4大於電流感應訊號S5超過目標範圍(約16mA)，則第二控制單元204判斷電池自動調節裝置A與電池自動調節裝置B發生不平衡狀態，並且電池自動調節裝置A輸出的電力超過電池自動調節裝置B輸出的電力。於此同時，第二控制單元204控制切換開關SW1導通，且控制切換開關SW2截止。如此一來，電池自動調節裝置A輸出的部分電力會透過變壓器400中的二次側繞組L2傳遞至變壓器400中的一次側繞組L1。當第二控制單元204判斷電流感應訊號S4及S5之間相差落入目標範圍內(約16mA)時，第二控制單元204控制切換開關SW1回復為截止狀態。
相同地，如果第二控制單元204判斷電流感應訊號S5大於電流感應訊號S6超過目標範圍(約16mA)，則第二控制單元204判斷電池自動調節裝置B輸出的電力超過電池自動調節裝置A輸出的電力。於此同時，第二控制單元204控制切換開關SW1截止，且控制切換開關SW2導通。如此一來，電池自動調節裝置B輸出的部分電力會透過變壓器400中的二次側繞組L4傳遞至變壓器400中的一次側繞組L1。當第二控制單元204判斷電流感應訊號S4及S5之間相差落入目標範圍內(約16mA)時，第二控制單元204控制切換開關SW2回復為截止狀態。
在其他一些實施例中，如果第二控制單元204判斷電流感應訊號S4大於電流感應訊號S5超過目標範圍(約16mA)，則第二控制單元204判斷電池自動調節裝置A與電池自動調節裝置B發生不平衡狀態，並且電池自動調節裝置B輸出的電力低於電池自動調節裝置A輸出的電力。於此同時，第二控制單元204控制切換開關SW2導通，且控制切換開關SW1截止。如此一來，電源裝置700可以透過變壓器400中的一次側繞組L1傳送電力制變壓器400中的二次側繞組L4。因此，電池自動調節裝置B可以透過變壓器400接收來自電源裝置700的電力。當第二控制單元204判斷電流感應訊號S4及S5之間相差落入目標範圍內(約16mA)時，第二控制單元204控制切換開關SW2回復為截止狀態。
承上所述，相同地，如果第二控制單元204判斷電流感應訊號S5大於電流感應訊號S4超過目標範圍(約16mA)，則第二控制單元204判斷電池自動調節裝置A輸出的電力低於電池自動調節裝置B輸出的電力。於此同時，第二控制單元204控制切換開關SW1導通，且控制切換開關SW2截止。如此一來，電源裝置700可以透過變壓器400中的一次側繞組L1傳送電力制變壓器400中的二次側繞組L2。因此，電池自動調節裝置A可以透過變壓器400接收來自電源裝置700的電力。當第二控制單元204判斷電流感應訊號S4及S5之間相差落入目標範圍內(約16mA)時，第二控制單元204控制切換開關SW1回復為截止狀態。
第5圖所示為根據本發明之其他實施例的電池自動平衡系統500之架構圖。於此實施例中，電池自動平衡系統500具有兩組以上的電池自動調節裝置A~D。特別注意的是，第5圖所繪示的電池自動調節裝置A~D之數量僅作為範例，但本發明不限於此。其中每一個電池自動調節裝置A~D都具有切換開關、電流感應裝置及電池自動調節單元。如第5圖所示，以電池自動調節裝置A作為範例說明，電池自動調節裝置A包括切換開關SW1、電流感應裝置202a及電池自動調節單元100a。其他電池自動調節裝置B~D相同於電池自動調節裝置A。
特別注意的是，請同時參照第4圖及第5圖，第5圖中電池自動平衡系統500也具有第二控制單元204(未圖示)。電池自動平衡系統500中的第二控制單元204耦接於電流感應裝置202a~202d，以接收電流感應裝置202a~202d輸出的電流感應訊號。此外，電池自動平衡系統500中的第二控制單元204還耦接於切換開關SW1~SW4的控制端(未圖示)，以控制切換開關SW1~SW4導通或截止。為了簡化圖示，第5圖中並未繪示出電池自動平衡系統500中的第二控制單元204，及第二控制單元204與切換開關SW1~SW4及電流感應裝置202a~202d的連接關係。
電池自動調節裝置A~D內的連接關係，相同於第4圖。以第5圖中的電池自動調節裝置A作為範例說明，其中切換開關SW1、電流感應裝置202a、電池自動調節單元100a的連接方式相同於第4圖中的電池自動調節裝置A。另外第5圖中的電池自動調節裝置還耦接於電池模組B1為第4圖中的第一電池組BT1及第二電池組BT2的簡化圖示。其他電池模組B2~B4相同於電池模組B1。因此，於此實施例中，不再贅述電池自動調節裝置A~D。
第5圖中，在電池自動調節裝置A中，切換開關SW1包括第一端p1、第二端p2及控制端(未圖示)。其中切換開關SW1的第一端p1透過變壓器600耦接於電源裝置700。切換開關SW1的第二端p2耦接於負載800及電流感應裝置202a。此外，負載800還耦接於電池模組B4的負極端N。由此可知，在正常操作下電池模組B1~B4同時提供電力給負載800，並且第二控制單元204控制切換開關SW1~SW4為截止狀態。
在一些實施例中，第二控制單元204可以透過電流感應裝置202a~202d，計算出流經電流感應裝置202a~202d的電流大小，如下表1所示:
Figure 108103440-A0305-0001
表1
當第二控制單元204計算出電流感應裝置202a~202d的電流時，便會決定電流最高目標值。如表1所示，當第二控制單元204計算出電流感應裝置202c的電流最高時，第二控制單元204會以流經電流感應裝置202c的電流(220mA)作為電流最高目標值。同時，第二控制單元204會將其他電流感應裝置(202a、202b、202d)的電流與電流最低目標值進行個別的比較。
當第二控制單元204判斷電流最高目標值大於其他電流感應裝置的電流超過目標範圍(16mA)時，第二控制單元204控制切換開關進行導通。如表1所示，第二控制單元204會以電流感應裝置202c的電流作為電流最高目標值(220 mA)。其中第二控制單元204判斷電流感應裝置202a及202b的電流低於電流最高目標值，並且相差超過目標範圍(16 mA)。因此第二控制單元204會控制切換開關SW1及切換開關SW2導通，使得電源裝置700對電池自動調節裝置A及電池自動調節裝置B進行供電。此時，雖然第二控制單元204判斷電流感應裝置202d的電流低於電流最高目標值，因為電流感應裝置202d的電流並未低於電流最高目標值超過16豪安培，所以第二控制單元204仍控制切換開關SW4截止。
承上所述，如果第二控制單元204判斷流經電流感應裝置202a及電流感應裝置202b的電流相差電流最高目標值落入目標範圍內，則第二控制單元204控制切換開關SW1及SW2截止。
在其他一些實施例中，當第二控制單元204計算出電流感應裝置202a~202d的電流時，便會決定電流最低目標值。如表1所示，當第二控制單元204計算出電流感應裝置202b的電流最低時，第二控制單元204會以流經電流感應裝置202b的電流(180mA)作為電流最低目標值。同時，第二控制單元204會將其他電流感應裝置(202a、202c、202d)的電流與電流最低目標值進行個別的比較。
如表1所示，其中第二控制單元204判斷電流感應裝置202c及202d的電流高於電流最低目標值，並且相差超過目標範圍(16豪安培)。因此第二控制單元204會控制切換開關SW3及切換開關SW4導通，電池自動調節裝置C及電池自動調節裝置D透過變壓器600進行放電。此時，雖然第二控制單元204判斷電流感應裝置202a的電流高於電流最低目標值，因為電流感應裝置202a的電流並未高於電流最低目標值超過16豪安培，所以第二控制單元204仍控制切換開關SW1截止。
承上所述，如果第二控制單元204判斷流經電流感應裝置202c及電流感應裝置202d的電流相差電流最低目標值落入目標範圍內，則第二控制單元204控制切換開關SW3及SW4截止。
本發明中的電流感應裝置202a~202d皆為相同的規格及設計，並且來自於同一供應來源。此外，電流感應裝置202a~202d可以電流感應器(current sensor)或霍爾感應器(hall sensor)等，但本發明不限於此。
綜上所述，在電池自動調節單元100中，利用開關裝置104進行調節電池組的平衡狀態，再加上配合電池自動平衡系統的切換開關的操作。本發明更能有效地在電力系統中對電池進行平衡。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具有通常技術知識者，在不違背本發明精神和範圍的情況下，可做些許變動與替代，因此本發明之保護範圍當應視隨後所附之申請專利範圍所界定者為準。
本文使用的術語僅用於描述特定實施例，而不旨在限制本發明。如本文所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式「一」、「一個」和「該」也包含複數形式。此外，就術語「包括」 、「包含」 、「具有」或其他變化用法被用於詳細描述和/或請求項，這些術語旨在以類似於術語「包含」的方式具有相同意思。
100:電池自動調節單元
100a~100d:電池自動調節單元
102:共模扼流線圈
102a:輸入側
102b:輸出側
102c~102d:第一至第二端點
104:開關裝置
104a~104b:第一至第二輸入點
104c~104e:第一至第三輸出點
106:第一控制單元
106a:比較裝置
106b:處理器
202:電流感應裝置
202a~202d:電流感應裝置
300:變壓器
700:電源裝置
800:負載
200、500:電力自動平衡系統
A~D:電池自動調節裝置
L1、L4、L5、L7:一次側繞組
L2、L4、L6、L8:二次側繞組
V1~V2:第一至第二端電壓
+Vcc:正電源端
-Vcc:負電源端
OPA:運算放大器
R1~R4:電阻
S1:比較訊號
S2~S3:控制訊號
SW1~SW4:切換開關
p1~p2:第一至第二端
p3:控制端
c1~c2:第一至第二接點
BT1~ BT2:第一至第二電池組
BT3~BT4:電池組
N:負極端
B1~B4:電池模組
第1圖所示為根據本發明之一實施例的電池自動調節單元的架構圖。 第2圖所示為根據本發明之其他實施例的電池自動調節單元之工作示意圖。 第3圖所示為根據本發明之一實施例的第一控制單元之架構圖。 第4圖所示為根據本發明之一實施例的電池自動平衡系統之架構圖。 第5圖所示為根據本發明之其他實施例的電池自動平衡系統之架構圖。
100:電池自動調節單元
102:共模扼流線圈
102a:輸入側
102b:輸出側
102c~102d:第一至第二端點
104:開關裝置
104a~104b:第一至第二輸入點
104c~104e:第一至第三輸出點
106:第一控制單元
106a:比較裝置
106b:處理器
300:變壓器
700:電源裝置
L1:一次側繞組
L2:二次側繞組
V1~V2:第一至第二端電壓
S1:比較訊號
S2~S3:控制訊號
BT1~BT2:第一至第二電池組

Claims (10)

  1. 一種電池自動調節單元，包括：  一共模扼流線圈，包括一輸入側及一輸出側，其中該輸入側耦接一電源裝置，且該輸出側包括一第一端點及一第二端點；      一開關裝置，包括一第一輸入點、一第二輸入點、一第一輸出點、一第二輸出點及一第三輸出點；其中該第一輸入點耦接該共模扼流線圈的該第一端點，且該第二輸入點耦接該共模扼流線圈的該第二端點；其中該第一輸出點耦接一第一電池組，且該第二輸出點耦接一第二電池組，且該第三輸出點為一空接點；以及      一第一控制單元，比較該第一輸出點的一第一端電壓及該第二輸出點的一第二端電壓，以控制該第一輸入點選擇性地連接該第一輸出點或該第二輸出點，及控制該第二輸入點選擇性地連接該第二輸出點或該第三輸出點； 當該第一控制單元判斷該第一端電壓大於該第二端電壓超過一誤差範圍時，該第一控制單元控制該第一輸入點連接該第二輸出點；當該第一控制單元判斷該第二端電壓大於該第一端電壓超過該誤差範圍時，該第一控制單元控制該第二輸入點連接該第三輸出點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池自動調節單元，其中當該第一控制單元判斷該第一端電壓與該第二端電壓的一電壓差落入該誤差範圍內時，該第一控制單元控制該第一輸入點連接該第一輸出點，並且控制該第二輸入點連接該第二輸出點。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電池自動調節單元，其中該第一控制單元包括一比較裝置，其中該比較裝置比較該第一端電壓及該第二端電壓以輸出一比較訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電池自動調節單元，其中該第一控制單元更包括一處理器，依據該比較訊號判斷該第一端電壓與該第二端電壓的該電壓差是否落入該誤差範圍。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電池自動調節單元，其中該誤差範圍為5%。
  6. 一種電池自動平衡系統，包括多個電池自動調節裝置，其中該多個電池自動調節裝置的每一個包括： 一切換開關，包括一第一端、一第二端及一控制端，其中該第一端耦接一電源裝置，且該第二端耦接一負載，且該控制端耦接一第二控制單元； 一電流感測裝置，包括一第一接點及一第二接點，其中該第一接點耦接該切換開關的該第二端及該負載；以及 如申請專利範圍第1項之電池自動調節單元，其中該共模扼流線圈的該輸入側耦接該電流感測裝置的該第二接點； 其中該第二控制單元依據流經該電流感測裝置之一電流控制該切換開關；當該第二控制單元判斷一電流最高目標值大於該電流超過一目標範圍時，該第二控制單元控制該切換開關進行導通。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電池自動平衡系統，當該第二控制單元判斷該電流大於一電流最低目標值超過該目標範圍時，該第二控制單元控制該切換開關進行導通。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電池自動平衡系統，其中該第二控制單元耦接該多個電池自動調節裝置之每一個中的該電流感應裝置，以計算出該電流最低目標值及該電流最高目標值。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之電池自動平衡系統，其中該目標範圍為16毫安培。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之電池自動平衡系統，更包括該第二控制單元。
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