TWI870119B

TWI870119B - 人工智慧監控及保護電池效能的方法及裝置

Info

Publication number: TWI870119B
Application number: TW112145149A
Authority: TW
Inventors: 顏維廷
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2023-11-22
Filing date: 2023-11-22
Publication date: 2025-01-11
Also published as: JP2025084672A; TW202522019A; US20250164561A1; KR20250076358A; CN120033792A; EP4560875A1; KR102901609B1; JP7783355B2

Abstract

一種人工智慧監控及保護電池效能的方法，包括：判斷一電池組中一電池芯的一溫度及一電流是否在一限制規格內；當上述電池芯的上述溫度及上述電流在上述限制規格內時，取得一最大電流功率；以及根據上述最大電流功率對上述電池芯執行一操作。

Description

人工智慧監控及保護電池效能的方法及裝置

本揭露係有關於電池技術領域，特別是有關於一種人工智慧監控及保護電池效能的方法及裝置。

當今社會對於節能和環保的要求日益提高，而電池能效最佳化是實現節能和環保的關鍵之一。隨著電池技術的不斷進步，電池管理系統(Battery Management System，BMS)的應用也愈發廣泛。

電池管理系統通常具有量測電池電壓的功能，防止或避免電池過放電、過充電、過溫度等異常狀況出現。一般的電池管理系統通常使用過電流保護(Over current protection，OCP)、過溫度保護(Over temperature protection，OTP)等保護機制對電池進行管理。然而，上述保護機制均是使用固定門檻值對電池進行電流保護與過溫度保護，但並無法使電池能效最佳化。

因此，需要有一種人工智慧監控及保護電池效能的方法及裝置，能實現電池能效最佳化，並確保電池能正常運行並延長電池的壽命。

以下揭露的內容僅為示例性的，且不意指以任何方式加以限制。除所述說明方面、實施方式和特徵之外，透過參照附圖和下述具體實施方式，其他方面、實施方式和特徵也將顯而易見。即，以下揭露的內容被提供以介紹概念、重點、益處及本文所描述新穎且非顯而易見的技術優勢。所選擇，非所有的，實施例將進一步詳細描述如下。因此，以下揭露的內容並不意旨在所要求保護主題的必要特徵，也不意旨在決定所要求保護主題的範圍中使用。

因此，本揭露之主要目的即在於提供一種人工智慧監控及保護電池效能的方法及裝置，使用一最大電流功率，能實現電池能效最佳化，並確保電池能正常運行並延長電池組的壽命。

本揭露提出一種人工智慧監控及保護電池效能的方法，包括：判斷一電池組中一電池芯的一溫度及一電流是否在一限制規格內；當上述電池芯的上述溫度及上述電流在上述限制規格內時，取得一最大電流功率；以及根據上述最大電流功率執行一操作。

在一些實施例中，上述最大電流功率係根據上述電池組的一剩餘容量百分比(Relative State Of Charge，RSOC)、一電壓、一系統阻抗值、一最佳化參數及一電池阻抗值所取得。

在一些實施例中，上述最大電流功率(Maximum current power，MCP)以以下公式表示：

其中B為上述剩餘容量百分比、D為上述電壓、E為上述系統阻抗值、F為上述最佳化參數及G為上述電池阻抗值。

在一些實施例中，上述最佳化參數係一大型語言模型或一大數據模型所生成。

在一些實施例中，判斷上述電池芯的上述溫度及上述電流是否在上述限制規格內之步驟更包括：判斷上述電池芯的上述溫度是否在一操作溫度區間內、上述電流是否未達到一過電流保護(Over Current Protection，OCP)操作限制且未達到一短路保護操作限制。

在一些實施例中，根據上述最大電流功率執行上述操作之步驟更包括：當上述最大電流功率對應之一指標低於一門檻值時，傳送一通知訊息至一處理器，以通知上述處理器上述電池芯目前能支援的一電力情況。

在一些實施例中，上述方法更包括：當上述電池芯的上述溫度及上述電流未在上述限制規格內時，對上述電池芯執行一保護操作。

本揭露提出一種人工智慧監控及保護電池效能的裝置，包括：一電池組，包括：一電池芯；以及一控制器；其中上述控制器係執行：判斷上述電池芯的一溫度及一電流是否在一限制規格內；當上述電池芯的上述溫度及上述電流在上述限制規格內時，取得一最大電流功率；以及根據上述最大電流功率執行一操作。

100:系統

110:電源供應器

120:電源選擇器

130:主電源裝置

140:電池充電器

150:電池組

160:處理器

170:電源管理單元

180:警示裝置

210:電池芯

220:控制器

230:二次保護IC

240:熱電阻

250:感應電阻

260:自切保護器

272:熱熔斷器

274:放電場效電晶體

276:充電場效電晶體

280:正極端子

282:負極端子

284:資料線

286:時脈線

300:方法

S305,S310,S315,S320:步驟

第1圖係依據本揭露一實施例所述之人工智慧監控及保護電池效能的系統之示意圖。

第2圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電池組的內部架構圖。

第3圖係依據本揭露一實施例所述之人工智慧監控及保護電池效能的方法的流程圖。

第4圖係顯示根據本揭露一實施例所述之取得最大電流功率及狀態指標的實驗數據表格。

第5圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電池組放電的示意圖。

第6圖係顯示根據本揭露一實施例所述之最大電流功率(MCP)與剩餘容量百分比(RSOC)的關係示意圖。

第7圖係顯示根據本揭露一實施例所述之最大電流功率(MCP)與時間的關係示意圖。

在下文中將參考附圖對本揭露的各方面進行更充分的描述。然而，本揭露可以具體化成許多不同形式且不應解釋為侷限於貫穿本揭露所呈現的任何特定結構或功能。相反地，提供這些方面將使得本揭露周全且完整，並且本揭露將給本領域技術人員充分地傳達本揭露的範圍。基於本文所教導的內容，本領域的技術人員應意識到，無論是單獨還是結合本揭露的任何其它方面實現本文所揭露的任何方面，本揭露的範圍旨在涵蓋本文中所揭露的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意數量的裝置或者執行方法來實現。另外，除了本文所提出本揭露的多個方面之外，本揭露的範圍更旨在涵蓋使用其它結構、功能或結構和功能來實現的裝置或方法。應可理解，其可透過申請專利範圍的一或多個元件具體化本文所揭露的任何方面。

詞語「示例性」在本文中用於表示「用作示例、實例或說明」。本揭露的任何方面或本文描述為「示例性」的設計不一定被解釋為優選於或優於本揭露或設計的其他方面。此外，相同的數字在所有若干圖示中指示相同的元件，且除非在描述中另有指定，冠詞「一」和「上述」包含複數的參考。

可以理解，當元件被稱為被「連接」或「耦接」至另一元件時，該元件可被直接地連接到或耦接至另一元件或者可存在中間元件。相反地，當該元件被稱為被「直接連接」或「直接耦接」至到另一元件時，則不存在中間元件。用於描述元件之間的關係的其他詞語應以類似方式被解釋(例如，「在…之間」與「直接在…之間」、「相鄰」與「直接相鄰」等方式)。

本揭露實施例提供一種人工智慧監控及保護電池效能的方法及裝置，使用一最大電流功率，能實現電池能效最佳化，並確保電池能正常運行並延長電池組的壽命。

第1圖係依據本揭露一實施例所述之人工智慧監控及保護電池效能的系統100之示意圖。系統100包括一電源供應器110、一電源選擇器120、一主電源裝置130、一電池充電器140、一電池組150、一處理器160、一電源管理單元170及一警示裝置 180。

電源供應器110可為一適配器或通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)。電源選擇器120耦接至電源供應器110、主電源裝置130及電池充電器140。電源選擇器120是當具有直流電/交流電時，選擇直流電/交流電作為主要電源來源。反之，電源選擇器120選擇電池作為供電來源。

主電源裝置130可以是一系統端，例如，3C產品、筆記型電腦、平板電腦、機器人、車用電池等任意類型的裝置。電池充電器140耦接至電源選擇器120及電池組150，具有一充/放電迴路。電池組150可包括多種組合之電池組，例如，單串聯、多串聯、單並聯、多並聯等組合。

處理器160耦接至電池組150、電源管理單元170及警示裝置180。處理器160可以為適於執行指令(比如來自記憶體(圖未顯示)的指令)的任何處理器。相應地，處理器160可以為例如中央處理單元(CPU)、微處理器、或其它類似的處理器。

電源管理單元170耦接至主電源裝置130及處理器160，可提供系統100基本的電源保護。

警示裝置180可以是顯示器、LED或其他具有警示功能的輸出元件。

第2圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電池組150的內部架構圖。電池組150可以包括但不限於一電池芯210、一控制器220、一二次保護IC 230、一熱電阻240、一感應電阻250、自切保護器260、一熱熔斷器272、一放電場效電晶體(Field-effect transistor，FET)274、一充電場效電晶體276。

控制器220可以是通用處理器、微控制單元(Micro Control Unit，簡稱MCU)、應用處理器等，其包括用於提供資料處理和計算功能的各種電路，控制電池芯210以與第1圖中微處理器160及電池充電器140進行通訊。

控制器220耦接至電池芯210、二次保護IC 230、熱電阻240及感應電阻250。控制器220可支援廣泛的第一級和第二級電池安全特徵。第一級安全特徵包括：電芯級過壓/欠壓保護、充放電過流保護、短路保護和過溫度保護。第二級安全特徵用於指示更嚴重的故障，並可能導致串聯保險絲(例如，熱熔斷器272)熔斷，從而永久停用電池芯210。第二級安全特徵包括：安全過壓、電池不平衡、安全過流、安全過溫、熱電阻240開路、充電FET 274和放電FET 276故障、保險絲熔斷故障檢測等。

此外，控制器220也可與二次保護IC 230觸發耦接至電池芯210的自切保護器260，以啟動電池芯210的保護機制。控制器220可透過熱電阻240取得電池芯210的溫度242，並透過感應電阻250取得電池芯210的電流。控制器220可即時追蹤電池芯210容量變化、電池阻抗、電壓、電流、溫度和其他關鍵操作參數，並取得一最大電流功率。在一實施例中，控制器220可根據最大電流功率產生某些控制訊號以啟動針對電池芯210的適當的安全預防措施。

在第2圖中，電池組150具有正極端子280和負極端子282，以連接至電池充電器140進行充電。控制器220使用智慧電池匯流排(Smart Battery Bus，SMBus)協定來與第1圖中處理器 160通訊。SMBus由資料線(SMD)284和時脈線(SMC)286組成，處理器160透過資料線284和時脈線286與控制器220彼此通訊。

在另一實施例中，電池組150可包括一記憶體(圖未顯示)，其可儲存與電池組150運行相關聯的指令，其中上述指令係由控制器220所執行。控制器220也可執行記憶體中之程式及指令以呈現本揭露實施例所述之動作和步驟，或其它在說明書中內容之描述。

在又一實施例中，控制器220可實現基於一神經網路的大型語言模型(Large Language Model，LLM)或大數據模型，並利用上述大型語言模型或大數據模型實現電池組中相關參數之生成。

值得注意的是，儘管電池芯210之數目在第2圖中係以一電池作為例子，但電池芯可被擴充為其他組合(例如，兩串聯、兩串一並等組合)，因此本揭露並不侷限於第2圖所示之實施方式。

第3圖係依據本揭露一實施例所述之人工智慧監控及保護電池效能的方法300的流程圖。此方法300係由如第2圖所示之電池組150的控制器220所執行。

在步驟S305中，控制器判斷一電池組中一電池芯的一溫度及一電流是否在一限制規格內。更詳細地說明，控制器可判斷電池芯的溫度是否在一操作溫度區間內、電流是否未達到一過電流保護(Over Current Protection，OCP)操作限制且未達到一短路保護操作限制。

當上述電池芯的上述溫度及上述電流在上述限制規格內時(步驟S305中的「是」)，在步驟S310中，控制器取得一最大電流功率(Maximum current power，MCP)，其中上述最大電流功率係根據上述電池芯的一剩餘容量百分比(Relative State Of Charge，RSOC)、一電壓、一系統阻抗值、一最佳化參數及一電池阻抗值所取得。更詳細地說明，系統阻抗值係為系統100的阻抗值，而電池阻抗值係為電池芯210的阻抗值。而最佳化參數係為由控制器利用大型語言模型或大數據模型所生成之一數值，其中此數值主要係使最大電流功率與剩餘容量百分比的關係接近一預設曲線。舉例來說，此最佳化參數係可使最大電流功率與剩餘容量百分比的關係接近一45度曲線，如第6圖所示。最大電流功率可以以下公式表示：

在步驟S315中，控制器根據上述最大電流功率執行一操作。在一實施例中，最大電流功率的數值可透過一狀態指標顯示電池組目前能耗電力狀態。狀態指標可以以數值0-5、1-10或其他數值表示。數值越高，表示電池芯能支援的電力狀態越好。數值越低表示電池芯能支援的電力狀態較差。舉例來說，狀態指標係以數值1-10表示。狀態指標為0表示電池芯能支援的電力狀態很低，狀態指標為9或10則表示電池芯能支援的電力狀態很好，可以重載運行。

而當狀態指標低於一門檻值時，控制器可傳送一通知訊息至一處理器或一使用者，以通知上述處理器上述電池芯目前能支援的一電力情況。舉另一例子說明，當狀態指標低於一門檻值3時，控制器可傳送一通知訊息至一處理器或一使用者，以通知上述處理器上述電池芯目前能支援的電力狀態不佳。而處理器在收到通知訊息後，可透過調整負載的方式來延長電池芯使用時間，以提高系統能效。

回到步驟S305，當上述電池芯的上述溫度及上述電流未在上述限制規格內時(步驟S305中的「否」)，在步驟S320中，控制器對上述電池芯執行一保護操作。舉例來說，當控制器判斷電池芯的溫度未在一操作溫度區間內或是電流已達到過電流保護操作限制及短路保護操作限制其中之一時，控制器停止使用上述電池芯。

第4圖係顯示根據本揭露一實施例所述之取得最大電流功率及狀態指標的實驗數據表格400。在第4圖中，電池組係採用兩串一並的組合，且正常電流為3.5安培。狀態指標係依據最大電流功率被分為0~5個數值。

如表格400所示，電池阻抗值與運作週期相關。運作週期越多，則電池阻抗值越高。而最大電流功率(MCP)又與剩餘容量百分比(RSOC)、電池組電壓、系統阻抗值、最佳化參數及電池阻抗值相關。換言之，最大電流功率係為非固定值的一預估值，其可預估電池芯目前能提供多少電能，且最大電流功率會隨電池組的使用次數、老化情況、容量等差異而改變。

第5圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電池組放電的示意圖，並參照第4圖。

電池組係採用7安培電流放電10秒及14安培電流放電10毫秒的組合來運作。如圖所示，運作的電流並未超過過電流保護(OCP)操作限制(使用8.75安培持續放電5~8秒)及短路保護操作限制(使用17.5安培放電超過3毫秒以上)。以此電流組合進行放電，最大電流功率(MCP)與剩餘容量百分比(RSOC)的關係可如第6圖所示，而最大電流功率(MCP)與時間的關係可如第7圖所示。須注意的是，在第6圖及第7圖中，最大電流功率係以負值(-)表示放電進行繪製。

從第6圖中可以看出在放電過程中，最大電流功率的運作走勢除了沒有意外的峰值產生外，還符合45度曲線，並在最終歸零。而在第7圖中，電池組在放電過程中最大電流功率的曲線也沒有峰值發生，並在經過約300分鐘後歸零。

如上所述，本揭露之人工智慧監控及保護電池效能的方法及裝置，使用最大電流功率來判斷電池目前的電力狀態，可優化電池與負載之間的交互，以確保電池供電的穩定性和效率，並提高電池的能源利用率。

本具體實施方式中描述的資料結構和程式碼通常儲存在電腦可讀儲存媒體上，該電腦可讀儲存媒體可以是可以儲存供電腦系統使用的程式碼和/或資料的任何設備或媒體。電腦可讀儲存媒體包括但不限於易失性記憶體、非易失性記憶體、磁和光存放裝置，如磁碟機、磁帶、CD(光碟)、DVD(數位多功能光碟)、或能夠儲存現在已知或以後開發的電腦可讀媒體的其他媒體。

在具體實施方式部分中描述的方法和過程可以被體現為程式碼和/或資料，該程式碼和/或資料可以被儲存在如上所述的電腦可讀儲存媒體中。當電腦系統讀取並執行儲存在電腦可讀儲存媒體上的程式碼和/或資料時，該電腦系統執行被體現為資料結構和程式碼並被儲存在電腦可讀儲存媒體內的方法和過程。

此外，上述方法和過程可以被包括在硬體設備或裝置中。例如，硬體設備或裝置可以包括但不限於專用積體電路(ASIC)晶片、現場可程式設計閘陣列(FPGA)、在特定時間執行特定的軟體程式或程式碼的專用或共用處理器、以及現在已知或以後開發的其他可程式設計邏輯裝置。在啟動硬體設備或裝置時，這些硬體模組或裝置執行其中所包括的方法和過程。

在此所揭露程序之任何具體順序或分層之步驟純為一舉例之方式。基於設計上之偏好，必須了解到程序上之任何具體順序或分層之步驟可在此文件所揭露的範圍內被重新安排。伴隨之方法權利要求以一示例順序呈現出各種步驟之元件，也因此不應被此所展示之特定順序或階層所限制。

申請專利範圍中用以修飾元件之「第一」、「第二」、「第三」等序數詞之使用本身未暗示任何優先權、優先次序、各元件之間之先後次序、或方法所執行之步驟之次序，而僅用作標識來區分具有相同名稱(具有不同序數詞)之不同元件。

雖然本揭露已以實施範例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

300:方法

S305,S310,S315,S320:步驟

Claims

一種人工智慧監控及保護電池效能的方法，包括：判斷一電池組中一電池芯的一溫度及一電流是否在一限制規格內；當上述電池芯的上述溫度及上述電流在上述限制規格內時，取得一最大電流功率；以及根據上述最大電流功率執行一操作；其中上述最大電流功率係根據上述電池芯的一剩餘容量百分比(Relative State Of Charge，RSOC)、一電壓、一系統阻抗值、一最佳化參數及一電池阻抗值所取得。
如請求項1所述之人工智慧監控及保護電池效能的方法，其中上述最大電流功率(Maximum current power，MCP)以以下公式表示：
其中B為上述剩餘容量百分比、D為上述電壓、E為上述系統阻抗值、F為上述最佳化參數及G為上述電池阻抗值。
如請求項2所述之人工智慧監控及保護電池效能的方法，其中上述最佳化參數係一大型語言模型或一大數據模型所生成。
如請求項1所述之人工智慧監控及保護電池效能的方法，其中判斷上述電池芯的上述溫度及上述電流是否在上述限制規格內之步驟更包括：判斷上述電池芯的上述溫度是否在一操作溫度區間內、上述電流是否未達到一過電流保護(Over Current Protection，OCP)操作限制且未達到一短路保護操作限制。
如請求項1所述之人工智慧監控及保護電池效能的方法，其中根據上述最大電流功率執行上述操作之步驟更包括：當上述最大電流功率對應之一指標低於一門檻值時，傳送一通知訊息至一處理器，以通知上述處理器上述電池芯目前能支援的一電力情況。
如請求項1所述之人工智慧監控及保護電池效能的方法，更包括：當上述電池芯的上述溫度及上述電流未在上述限制規格內時，對上述電池芯執行一保護操作。
一種人工智慧監控及保護電池效能的裝置，包括：一電池組，包括：一電池芯；以及一控制器；其中上述控制器係執行：判斷上述電池芯的一溫度及一電流是否在一限制規格內；當上述電池芯的上述溫度及上述電流在上述限制規格內時，取得一最大電流功率；以及根據上述最大電流功率執行一操作；其中上述最大電流功率係根據上述電池芯的一剩餘容量百分比(Relative State Of Charge，RSOC)、一電壓、一系統阻抗值、一最佳化參數及一電池阻抗值所取得。
如請求項7所述之人工智慧監控及保護電池效能的裝置，其中上述最大電流功率(Maximum current power，MCP)以以下公式表示：
其中B為上述剩餘容量百分比、D為上述電壓、E為上述系統阻抗值、F為上述最佳化參數及G為上述電池阻抗值。