一種用于準確測量電池容量的主從式電池管理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明關于一種電池管理系統(tǒng)；特別關于一種主從式電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于準確測量由數(shù)個電池組構成的一個電池的容量。
【背景技術】
[0002]筆記本電腦、平板電腦、移動電話，甚至是大型電動車或機器人均包含由數(shù)個充電電池組串/并聯(lián)而成，附有一定運作容量的充電電池。上述充電電池組又由數(shù)個充電電池芯串/并聯(lián)而組成。就電池組裝廠而言，他們采購的充電電池芯可能來自不同的供貨商(或自行生產(chǎn))，也許規(guī)格差異不大(放電電量、電壓)。但因使用材料、細部設計或加工精密度的不同，甚至批料的區(qū)別，充電電池芯的表現(xiàn)性，如充放電量等，會有差異。混合使用不同的來料往往容易造成組裝后的充電電池產(chǎn)生不平衡的現(xiàn)象。但組裝時完全不混入不同來源或使用特性一致的充電電池芯有實際操作上的困難。又譬如以大型電池組為動力來源的電動車，因為電池芯的數(shù)目更多，電池組常常以替換充電電池芯的方式進行保養(yǎng)維修，以增加其壽命。若要求替換的充電電池芯具有與現(xiàn)存充電電池芯一樣的特性，實屬困難。對于以上問題進行電池管理與準確容測量量，也非易事。
[0003]主從控制是一種將一裝置作為主裝置，可以控制或管理其他相連的從屬裝置的方法。這種方法運用在電池管理上，可以達到分類電池監(jiān)控，統(tǒng)一數(shù)據(jù)整理的成效。將充電電池芯依照不同特性區(qū)分為不同主從電池組來進行管理與測量，不失為一個好方法。相關的現(xiàn)有技術已由美國專利第7，453，236所揭露，請參見圖1與圖2。圖1描述該技術的一多電池組系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一主電池組100與第I個到第N個的從電池組101?10N。主電池組100與第I個到第N個的從電池組101?1N并聯(lián)連接至動力輸出端V +與V —，并輸出預定的動力至動力輸出端V +與V —。主電池組100與第I到第N個從電池組101?1N具有相同組態(tài)，但操作有主從之別，因此以下將僅詳述一電池組。
[0004]請參照圖2，在被設定為主電池組時，電池組中的一個控制器200自第I到第N個從電池組101?1N接收到總電壓，并自一電池電壓與電流偵測電路202接收來自一電池串204 (內(nèi)含串聯(lián)的8個電池芯)本身的總電壓。接著，控制器200計算整個電池組的目標總電壓，并將計算出的目標總電壓傳送至第I到第N個從電池組101?1N中，根據(jù)目標總電壓控制開關單元206。此外，在被設定為從電池組時，控制器200根據(jù)主電池組100的要求送出其本身的總電壓，并根據(jù)主電池組100所提供的目標總電壓來控制開關單元206。該開關單元206內(nèi)的一開關元件控制器208分別于充電放電階段，依照目標總電壓分別控制一充電開關元件2081與一放電開關元件2082的開關。該系統(tǒng)使用一驅動信號來操作控制器200，其與另一電池組經(jīng)由一通訊路徑相連以傳導符合RS232的序列通訊。
[0005]上述美國專利第7，453，236的最特別之處在于其選擇主電池組的方式。其方式是讓各電池組在剛啟動或接收到一設定主電池信號時，在一第一時間內(nèi)判斷通信線路內(nèi)的電壓信號是高還是低。如果是低的，表示其它電池組都想當主電池組，則在接受到指示何者為主電池組的又一設定主電池信號時，自行設定為從電池組；如果是高的，表示其它電池組都不想當主電池組，則在一第二時間內(nèi)發(fā)出低電壓信號，并在第二時間屆滿后，發(fā)出高電壓信號。如果某一個電池組在發(fā)出高電壓信號后，察覺到它接收來自通信線路內(nèi)的電壓信號都是高的，表示詢問后其它電池組都不想當主電池，則該電池組自行設定為主電池組，并發(fā)出前述用于指示何者已經(jīng)為主電池組的設定主電池信號給其它電池組?？梢韵氲降氖牵羰敲恳粋€電池組在第二時間結束同時發(fā)出高電壓信號，不是無法確認何者為主電池組嗎？該專利特別就這樣的情況，內(nèi)定不同的第二時間給不同的電池組。這意味著，主電池組的選擇，在不考慮環(huán)境變異與信號傳輸問題的情形下，有優(yōu)先級的差異。
[0006]上述專利提供了良好的主從控制技術。利用主從電池組的角色，提供單一有序的窗口，讓各電池組的電壓計算在主電池組內(nèi)完成，并能最為有效地被傳送回饋至各從電池組，以便能在電池組系統(tǒng)充放電時,控制個電池組的充放電，以避免產(chǎn)生過度充放電等問題。
[0007]然而，依照該專利的電池組系統(tǒng)，主電池組的角色并不是采取各電池組輪流的方式，容易造成過度依賴某電池組內(nèi)的資源，造成該電池組內(nèi)相關管理元件的負擔，影響其使用壽命與表現(xiàn)。此外，對于選擇主電池組，其順序已然內(nèi)定，若某電池組的管理元件出了問題，會拖累整個系統(tǒng)的運作。又該系統(tǒng)僅能偵測電壓，其余電量相關的信息都無法通過該系統(tǒng)取得。以上列舉缺點，其解決方式，亟待業(yè)界思之，以提供更完善的電池組系統(tǒng)及電池管理系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]已知的應用主從控制的電池組，其管理系統(tǒng)并未能有效利用其管理元件，造成該電池組內(nèi)相關管理元件的負擔，影響其使用壽命與表現(xiàn)。此外，管理元件使用的優(yōu)先級并沒有一個規(guī)定，容易使出問題的管理元件繼續(xù)擔任主控制角色，拖累整個系統(tǒng)的運作。最后，該電池組的測量應用范圍僅電壓值，范圍過窄。
[0009]因此，需要發(fā)展一使用主從管理的電池管理系統(tǒng)，有效利用所有電池管理元件，適時替換主電池管理元件，以解決過度使用的問題。此外，電池管理元件也不得有默認使用順序。最后，該電池管理系統(tǒng)應能有效測量多種關于電池電量的物理數(shù)據(jù)，最好能計算由該物理數(shù)據(jù)推導出來的應用數(shù)值。
[0010]本發(fā)明提供的用于準確測量電池容量的主從式電池管理系統(tǒng)，包括多個彼此以一通信線路連接的電池管理單元，各電池管理單元分別與一特定充電電池組連接，以管理該特定充電電池組并偵測該特定充電電池組的物理測量數(shù)據(jù)，并據(jù)以計算電池組容量數(shù)值，其特征在于:每一電池管理單元被賦予一獨特的電池ID，通過指定一特定電池ID的電池管理單元為主電池管理單元，其余的電池管理單元依照各自的電池ID為從電池管理單元；各從電池管理單元將偵測的物理測量數(shù)據(jù)與計算的電池組容量數(shù)值通過該通信線路傳送至該主電池管理單元；該主電池管理單元偵測對應充電電池組的物理測量數(shù)據(jù)與計算電池組容量數(shù)值、累計來自各電池管理單元的物理測量數(shù)據(jù)為一電池偵測物理數(shù)據(jù)，計算來自各電池管理單元的電池組容量數(shù)值為一電池容量數(shù)值，并將該電池偵測物理數(shù)據(jù)與電池容量數(shù)值，傳送到與電池管理系統(tǒng)連接的一主機。
[0011]依照本案構想，該主機通過辨識電池ID與具有一特定的電池ID的電池管理單元連接，對與該電池管理單元連接的充電電池組進行管理。
[0012]依照本案構想，該主機通過辨識電池ID，與具有一特定的電池ID的電池管理單元連接，取得與該電池管理單元連接的充電電池組的物理測量數(shù)據(jù)或計算的電池組容量數(shù)值。
[0013]依照本案構想，主電池管理單元由該主機指定。
[0014]依照本案構想，該被指定的主電池管理單元決定讓某一從電池管理單元成為新的主電池管理單元，而其本身重新設定為從電池管理單元，并將此決定通知該主機。
[0015]依照本案構想，該物理測量數(shù)據(jù)為電壓值、電流量或庫倫計數(shù)。
[0016]依照本案構想,該電池組容量數(shù)值為滿充電量、剩余電量、預估可供電時間或預估需充電時間。
[0017]依照本案構想，該電池偵測物理數(shù)據(jù)為來自各電池管理單元的物理測量數(shù)據(jù)的累計值。
[0018]依照本案構想，該電池容量數(shù)值為各電池組容量數(shù)值的累計值或各電池組容量數(shù)值的最大值。
[0019]依照本案構想,該電池管理單元進一步包含:一測量元件，連接至對應的電池組，用以測量該充電電池組的物理測量數(shù)據(jù)；一管理元件，電連接至該測量元件，用以計算及/或傳送該物理測量數(shù)據(jù)、電池偵測物理數(shù)據(jù)與電池組容量數(shù)值、接受該主機的命令，以管控該充電電池組，及當被指定為主電池管理單元時，依照一限制條件，決定讓某一從電池管理單元成為新的主電池管理單元，而其本身重新設定為從電池管理單元，并將此決定通知該主機；一存儲元件，電連接至該管理元件，用以記憶并提供該電池ID ;及一通訊元件，電連接至管理元件并與該通信線路連接，用以傳輸及接收該物理測量數(shù)據(jù)、電池組容量數(shù)值、電池偵測物理數(shù)據(jù)與電池容量數(shù)值及與該主機溝通。
[0020]依照本案構想，該限制條件為傳輸電池偵測物理數(shù)據(jù)或電池組容量數(shù)值的次數(shù)或使用時間。
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