本发明是关于一种管理系统及其方法，特别系指一种电池管理系统及其方法。
背景技术：
一般而言，现有的电池管理系统能提供的安全性保护项目包含充电过电压保护、充电过电流保护、放电过热保护、充电过热保护及充电时间保护等等。当电池管理系统执行充电过电压保护时，电池管理系统会在电池充电时电压超过一电压门坎值时启动保护机制，如切断电池的充电开关，并于电压下降至低于此电压门坎值时解除保护机制。
随着现今电子科技高度发展，高电压的串联电池组已广泛应用于电动车、油电混合车以及工业备用电池等领域。其中，尤以锂电池为现今较为广泛的应用，而现有锂电池的管理系统不管充电状态或放电状态，对于电池电压监测皆以量测电池的正、负端子间的电压，这两端子间的电压是由电池电动势所对应的电压加上电流流动时在电池内阻上所产生的电压降所得的总和电压，因此，电池的正、负端子间所量出的电压会随量测时的使用电流大小所影响，不管储能设备或车辆的使用电流随时在改变，但目前管理系统量测各个电池的电压都采用循序量测方式，并非同一时间量测各点电压，尤其锂铁电池在使用时，电压从满载到使用90％相对于电压降低量小于10％，其相对应使用电流的变化量最小差异变化常在10倍以上，所以此种电流变化量反映在电池内阻上产生的压降变化达到电池电量差异所产生的电动势变化的数倍以上，导致在此种电池电量变化情况下，目前电压监测无法正确测出电池状况。
再者，现有电池管理系统在充电或放电过程会若一颗(或数颗)电池充饱电后，启动充电平衡功能，以在等其他电池权充饱后才断电，这些平衡装置若要完全满电池需求，必须消耗很大能量，在小功率电池组的电池管理上，影响较低，如手提电脑或笔记本电脑的电池管理系统(功率在100瓦特左右时，负载变化不大)，但在储能设备或车辆的使用电池的功率超过数千瓦特以上，若要达到完全满足电池需求时，电池管理系统需要非常高的功率值，如此电池管理系统的成本较高且体积会大幅增加，又会导致产生大量热，所以目前上市产品较难以适合并满足上述较大功率的需求，另外，在使用过程中，只要电池组中储电量较小的电池放完电，整个电池组也不能继续使用，所以充电时浪费大量能源让电池多充的电也不能用。
另外，电动车或油电混合汽车所使用的高电压电池为透过复数个电池串联而成的电池组，藉由电池串联而获得高电压，如此每一个电池设立平衡模块或监测模块，将会造成电池管理系统需要大面积的电路设置复数个平衡模块或监测模块，以对每一级的电池进行监测，如此习知电池管理系统将会导致电路面积增加并增加电路复杂度。
如此现有电池管理系统的电路架构不易精确判断电池组过度充放电的状况，且电路复杂在启动平衡功能时需消耗很大能量会产生高热，所以要有很大的散热装置，否则故障率会很高，导致现有电池管理系统的成本较高且充放电过程中浪费较多能源，另外，量测电池状态不精确的情况下，让电池处在较高电压充电或过度放电的边缘时间拉长，而造成电池寿命缩短。
针对上述的问题，本发明提供一种电池管理系统及其方法，提供一电池组设置复数个惠斯通电桥并联至单一监测电路，即可针对电池组的每一级电池分开监测，并减少监测电路负载，当任一电池将达饱和时即降低充电电流避免过饱和充电，待达设定的充电电量即刻停止充电，不做平衡充电而避免过饱和充电。
技术实现要素：
本发明的一目的，在于提供一种电池管理系统，其藉由一电池组中每一电池经惠斯通电桥独立监测并依据监测结果，当任一电池将达饱和时即降低充电电流避免过饱和充电，待达设定的充电电量即刻停止充电，不做平衡充电而避免过饱和充电，避免伤害电池寿命。
为了达到上述的目的，本发明的一实施例系揭示一种电池管理系统，其包含至少一电池模块、至少一参考电阻模块、至少一控制电路与一显示控制装置。电池模块依据控制电路的一第一参考点分为一第一电池组与一第二电池组，该第一电池组包含复数个第一电池，该第二电池组包含复数个第二电池，且控制电路的一第一参考点连接于第一电池组与第二电池组之间，而参考电阻模块连接于第一电池组与第二电池组的一端，且参考电阻模块连接于控制电路的一第二参考点连接，藉此第一电池组与第二电池组以及参考电阻模块形成复数个惠斯通电桥(wheatstonebridge)，因此该些个惠斯通电桥并联连接于控制电路，控制电路进一步连接至显示控制装置，显示控制装置藉由该些个第一电池与该些第二电池的电性的侦测结果控制该些个第一电池与该些第二电池。透过该些个惠斯通电桥量测该些个电池组，不同电流在该些个电池组的电池内阻上产生的电压降会互相抵销，不会干扰量测结果，以精确量测该些个电池组的电池状态，藉此管理电池的充电与放电，而在电池充电充满的状态下关闭充电，以避免电池过饱和充电。
本发明提供一实施例，其该些个第一电池与该些第二电池为串联连接，该控制电路并联连接该些个第一电池与该些第二电池。
本发明提供一实施例，其更包含一电流量测单元，其串联连接该至少一电池模块，量测该至少一电池模块的电流。
本发明提供一实施例，其更包含一电流量测单元，其串联连接该至少一电池模块，量测该至少一电池模块的电流；以及一充放电开关，其电性连接至少一控制电路与该显示控制装置，以依据该至少一电池模块的电流与该些个第一电池与该些第二电池的电性，而经由该控制电路控制该些个第一电池与该些第二电池的充电与放电。
本发明提供一实施例，其中该控制电路为一单芯片(mcu)或一应用集成电路(apic)。
本发明提供一实施例，其中该些个第一电池与该些第二电池的电性为该些个第一电池与该些第二电池的电压或电流。
本发明提供一实施例，其中该参考电阻模块包含一第一参考电阻与一第二参考电阻，该第一参考电阻与该第二参考电阻的一端连接该第二参考点，该第一参考电阻与该第二参考电阻的另一端分别连接该第一电池组与该第二电池组。
本发明的另一实施例系揭示一种电池管理的方法，其步骤包含：一控制电路经复数个惠斯通电桥侦测一电池模块的电性；以及依据该电池模块的电性的一侦测结果调整该电池模块的电量平衡，其中，该电池模块包含一第一电池组与一第二电池组，该第一电池组包含复数个第一电池，该第二电池组包含复数个第二电池，该控制电路的一第一参考点连接于该第一电池组与该第二电池组之间，该些个惠斯通电桥并联该些个第一电池与该些第二电池至该控制电路，该控制电路依据该些个惠斯通电桥控制该些个第一电池与该些第二电池的充电与放电，并控制该些个第一电池与该些第二电池的至少一者于电量饱和后关闭充电。透过该些个惠斯通电桥量测该些个电池组，不同电流在该些个电池组的电池内阻上产生的电压降会互相抵销，不会干扰量测结果，以精确量测该些个电池组的电池状态，藉此管理电池的充电与放电而避免电池过饱和充电。
本发明提供另一实施例，其步骤更包含量测该电池模块的电流；以及依据该电池模块的电流控制该电池模块的充电与放电。
本发明提供另一实施例，其中该电池模块的电性为该电池模块的电压或电流。
附图说明
图1：其为本发明的一实施例的系统示意图；
图2：其为本发明的一实施例的流程图；以及
图3：其为本发明的另一实施例的系统示意图。
【图号对照说明】
10电池管理系统
12电池模块
122第一电池组
122a第一电池
124第二电池组
124a第二电池
14参考电阻模块
142第一电阻
144第二电阻
16控制电路
ref1第一参考点
ref2第二参考点
18显示控制装置
20电流量测单元
22充放电开关
30电池管理系统
32电池模块
322第一电池组
322a第一电池
322r第一内阻
324第二电池组
324a第二电池
324r第二内阻
34参考电阻模块
342第一电阻
344第二电阻
36控制电路
38显示控制装置
40电流量测单元
42充放电控制单元
cell1第一储能单元
cell2第二储能单元
r1第一参考点
r2第二参考点
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
在下文中，将藉由图式来说明本发明的各种实施例来详细描述本发明。然而本发明的概念可能以许多不同型式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例式性实施例。
本发明为了打破传统电池模块中的每一电池皆为设置一控制电路用以侦测电池电性的方式，因而提供一种电池管理的方法，用户可单一控制电路通过惠斯通电桥切换受侦测的电池。
首先，请参阅图1，其为本发明的一实施例的系统示意图。如图所示，本发明的电池管理系统10，其包含一电池模块12、一参考电阻模块14、一控制电路16与一显示控制装置18。电池模块12包含一第一电池组122与一第二电池组124，该第一电池组122包含复数个第一储能单元cell1，该些个第一储能单元cell1分别包含一第一电池122a与一第一内阻122r，该第二电池组124包含复数个第二储能单元cell2，该些个第二储能单元cell2分别包含一第二电池124a与一第二内阻124r。参考电阻模块14包含一第一电阻142与一第二电阻144。控制电路16设有一第一参考点(v0’脚位)ref1与一第二参考点(v0脚位)r2，第一参考点ref1连接该第一电池组122与该第二电池组124之间，第二参考点ref2连接参考电阻模块14，进一步来说，第二参考点ref2连接于第一电阻142与第二电阻144之间。
显示控制装置18电性连接该控制电路16，显示该控制电路16侦测该些个第一电池122a与该些第二电池124a的电性并依据该些个第一电池122a与该些第二电池124a的电性设定该些个第一电池122a与该些第二电池124a的至少一者的充电与放电。此外，控制电路16为并联于该些个第一电池122a与该些第二电池124a，因而依据第一参考点ref1与第二参考点ref2，以及该些个第一电池122a与该些第二电池124a的内电阻(第一内阻122r与第二内阻124r)搭配第一电阻142与第二电阻144，因而形成复数个惠斯通电桥。透过该些个惠斯通电桥量测该些个电池组，不同电流在该些个电池组的电池内阻上产生的电压降会互相抵销，不会干扰量测结果，以精确量测该些个电池组的电池状态
电池管理系统10更进一步包含一电流量测单元20与一充放电开关22，电流量测单元20串联连接电池模块12，也就是电流量测单元20串联连接该些个第一电池122a与该些个第二电池124a以及该些个第一内阻122r与该些个第二内阻124r，以获得电池模块12的电流，其中电流量测单元20可为库伦计量器，透过电流量测单元20监测电池组12的该些个第一电池122a与该些个第二电池124a的充放电程度。充放电开关22连接控制电路16与该显示控制装置18，以依据该电池模块12的电流、该显示控制装置18的设定与该些个第一储能单元cell1与该些第二储能单元cell2的电性，而经由该控制电路16控制该些个第一电池122a与该些第二电池124a的旁路，例如:产生一充放电讯号signal至控制电路16，以在该些个第一电池122a与该些第二电池124a的其中一电池储电量满载或接近满载(储电量超过90％)的情况下，将该储电量超过90％的电池旁路，进而避免电池充电过饱和。
其中本实施例的该控制电路16以单芯片(mcu)作为举例说明，除此的外，该控制电路16更可为一应用集成电路(apic)；该些个第一电池122a与该些第二电池124a的电性为该些个第一电池122a与该些第二电池124a的电压或电流。其中该些个第一电池122a与该些个第二电池124a于本实施例中，串联4个电池，其提供12伏特电压，除此的外，更可让该些个第一电池122a与该些个第二电池124a于本实施例中，串联8个电池，以提供24伏特电压。此外，该些个第一电池122a分别电性连接一第一内阻122r，且该些个第一电池124a分别连接该第二内阻124r。
首先，请参阅图2，其为本发明的一实施例的流程图。如图所示，本发明的电池管理的方法，其步骤包含:
步骤s1:一控制电路经复数个惠斯通电桥侦测一电池模块的电性；以及
步骤s3:依据该电池模块的电性的一侦测结果调整该些个第一电池与该些第二电池的电量平衡。
以下将说明本发明的一实施例的流程，请参阅搭配图1及图2。
于步骤s1中，并一并参阅图1，由于电池模块12包含一第一电池组122与一第二电池组124，该第一电池组122包含复数个第一储能单元cell1，该些个第一储能单元cell1分别包含一第一电池122a与一第一内阻122r，该第二电池组124包含复数个第二储能单元cell2，该些个第二储能单元cell1分别包含一第二电池124a与一第二内阻124r。参考电阻模块14包含一第一电阻142与一第二电阻144，且控制电路16为并联于该些个第一电池122a与该些第二电池124a，因而依据第一参考点ref1与第二参考点ref2，以及该些个第一电池122a与该些第二电池124a的内电阻(第一内阻122r与第二内阻124r)搭配第一电阻142与第二电阻144，因而形成复数个惠斯通电桥。因此，控制电路16透过该些个惠斯通电桥分别量测该些个第一电池122a与该些第二电池124a的电性，也就是分别量测该些个第一电池122a与该些第二电池124a及其内电阻(第一内阻122r与第二内阻124r)并搭配第一电阻142与第二电阻144所测得的电压与电流。
于步骤s3中，并一并参阅图1，控制电路将步骤s1中的电性侦测结果传送至显示控制装置，并设定控制电路16与充放电开关22，以及显示步骤s1中的电性侦测结果，例如：设定充放电开关22于步骤s1中的电性侦测结果为其中一第一电池122a或一第二电池124a储电量低于10％，立即充电，或者是其中一第一电池122a或一第二电池124a储电量已超过90％，而其他第一电池122a或第二电池124a，仍然低于70％，藉此立即将储电量已90％的电池旁路。透过上述的充电与放电的控制，避免其中一第一电池122a或一第二电池124a的储电量过载。
请参阅图3，其本发明的另一实施例的系统示意图。如图所示，本发明的电池管理系统30其包含复数个电池模块32、复数个参考电阻模块34、复数个控制电路36与一显示控制装置38、一电流检测单元40以及一电流量测单元42。其中该些个电池模块32、该些个参考电阻模块34、该些个控制电路36的连接关系已于前一实施例中说明，所以本实施例中不再赘述。
显示控制装置38除了个别设定控制电路36之外，更进一步设定电池模块32之间的充电，并在电池处于电量饱和状态下旁路。其中该些个电池模块32中，每一个电池模块32分别具有第一电池组322与第二电池组324，第一电池组322中具有复数个第一储能单元cell1，该些个第一储能单元cell1分别具有一第一电池322a与一第一内阻322r，第二电池组324中具有复数个第二储能单元cell2，该些第二储能单元cell2分别具有一第二电池324a与一第二内阻324r。该些个控制电路36可分别控制该些个电池模块32，该些个控制电路36亦可交由单一控制电路36做控制，并由该些个控制电路36分别监测每一第一储能单元cell1与每一第二储能单元cell2的电性。
由于上述实施例中，并未采用平衡系统，因而让整体系统的耗能大幅降低，且建置系统的成本也是大幅降低，而可应用于大功率的电池应用，例如储能设备、车辆用电池组。再者，上述实施例中，可透过低压半导体电路做成控制电路，并可透过串联而应用于高压应用，而减少高压半导体电路，藉此可降低成本，并可提供稳定性较高、侦测灵敏度较高及效率较高的电池管理系统。
综上所述，本发明为一种电池管理系统及其方法，其透过惠斯通电桥方式量测各电池的状态，使不同电流在电池内阻上产生的电压降会互相抵销，而不易干扰量测结果，以精确测量电池状态，另外，电流量测单元监控电池的充放电程度，并透过惠斯通电桥监控电池的状态，以管理电池组，因而不需建置平衡系统，以降低系统成本，以及节省系统所消耗的能源。还有本发明的控制电路可采用较低的电压模块，而高压的应用时，只要把低压模块串连起来就可使用，而减少使用高压半导体，以降低应用成本，并提高效率及稳定性，以及提高监控灵敏度。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
1.一种电池管理系统，其特征在于，其步骤包含：
至少一电池模块，其包含一第一电池组与一第二电池组，该第一电池组包含复数个第一电池，该第二电池组包含复数个第二电池；
至少一参考电阻模块，其分别连接该第一电池组与该第二电池组的一端；
至少一控制电路，其一第一参考点连接于该第一电池组与该第二电池组之间并连接于该些个第一电池之间与该些第二电池之间，该控制电路的一第二参考点连接该参考电阻模块；以及
一显示控制装置，其电性连接该控制电路，显示该控制电路侦测该些个第一电池与该些第二电池的电性并依据该些个第一电池与该些第二电池的电性设定该些个第一电池与该些第二电池的至少一者的充电与放电；
其中，该些个第一电池与该些第二电池的内阻与该至少一参考电阻模块形成复数个惠斯通电桥，以电性连接至该至少一控制电路，该至少一控制电路依据该些个惠斯通电桥分别侦测该些个第一电池与该些第二电池的电性。
2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，其中该些个第一电池与该些第二电池为串联连接，该控制电路并联连接该些个第一电池与该些第二电池。
3.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，更包含:
一电流量测单元，其串联连接该至少一电池模块，量测该至少一电池模块的电流。
4.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，更包含:
一电流量测单元，其串联连接该至少一电池模块，量测该至少一电池模块的电流；以及
一充放电开关，其电性连接至少一控制电路与该显示控制装置，以依据该至少一电池模块的电流与该些个第一电池与该些第二电池的电性，而经由该控制电路控制该些个第一电池与该些第二电池的充电与放电。
5.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，其中该控制电路为一单芯片(mcu)或一应用集成电路(apic)。
6.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，其中该些个第一电池与该些第二电池的电性为该些个第一电池与该些第二电池的电压或电流。
7.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，其中该参考电阻模块包含一第一参考电阻与一第二参考电阻，该第一参考电阻与该第二参考电阻的一端连接该第二参考点，该第一参考电阻与该第二参考电阻的另一端分别连接该第一电池组与该第二电池组。
8.一种电池管理方法，其特征在于，其步骤包含：
一控制电路经复数个惠斯通电桥侦测一电池模块，该电池模块包含一第一电池组与一第二电池组，该第一电池组包含复数个第一电池，该第二电池组包含复数个第二电池，该控制电路的一第一参考点连接于该第一电池组与该第二电池组之间，该些个惠斯通电桥并联该些个第一电池与该些第二电池至该控制电路；以及
依据该电池模块的一侦测结果控制该些个第一电池与该些第二电池的至少一者旁路；
其中，该控制电路依据该些个惠斯通电桥控制该些个第一电池与该些第二电池的充电与放电。
9.如权利要求8所述的电池管理方法，其特征在于，其步骤更包含:
量测该电池模块的电流；以及
依据该电池模块的电流控制该电池模块的充电与放电。
10.如权利要求8所述的电池管理方法，其特征在于，其中该电池模块的电性为该电池模块的电压或电流。
技术总结