TW201214921A - Battery management system and method capable of dynamically allocating charging current - Google Patents

Description

201214921 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種電池管理系統，特別是涉及一種具有動 態分配充電電流功能的電池管理系統和方法。 【先前技術】 [0002] 傳統的AC適配器具有有限的輸出電流，系統供電和對系 統内電池充電相對獨立控制’設計時候需要考慮糸統的 最大耗電，剩下的電流再分給電池充電。因此，當系統 負載開啟（運行）時，這些傳統的AC適配器可能無法支 持對電池快速充電。例如，一種傳統的充電方法採用的 AC適配器可以為系統供電，或可以為電池充電。這樣， 當系統運行時則無法為電池充電。另一種傳統充電方法 採用的AC適配器既可以為系統供電，同時也能夠以一種 大的充電電流為電池充電。然而，這類AC適配器結構複 雜且成本較高。 [0003] 但是在實際中，往往系統耗電在不斷變化，不會一直工 作在其耗電最大狀態，這樣電池還是以原先設置的電流 充電，沒有充分利用總電源的輸入電流能力；另外一方 面，電池充電電流一直處於固定的大小，導致充電時間 也較長。並且，當輸入系統耗電瞬間抽載電流超過總輸 入電源的帶載能力，又無法從電池處補充，這樣只能提 高總輸入電源的帶載能力，從而增加總輸入電源的製造 成本。 【發明内容】 [0004] 有鑒於此，有必要提供一種電池管理系統和方法，可以 099133052 表單編號A0101 第4頁/共19頁 0992057819-0 201214921 動態分配充電電流，實現輸入電源利用率最大化。 [0005] Ο 一種電池管理系統，包括電源、系統負載、電池及主控 制單元。該電池管理系統還包括：一電源轉換器，用於 根據該系統負載正常工作所需的工作電流，將該電源的 供電電流分成兩部分，一部分為該系統負載提供工作電 流’剩餘部分為該電池提供充電電流。一第一電源開關 及一第一電源開關。該主控制單元’用於當流經該電源 轉換器的電源所提供的供電電流滿足一預設的電流門限 值時’打開第一電源開關及第二電源剩關。其中，該為 系統負載提供的工作電流經由該.第一電源開關提供給系 統負載，該為電池充電提供的充電電流經由該第二電源 開關提供至電池。 I \ [0006] 一種電池管理系統實現充電電流動態分配的方法，其中 ’該電池管理系統包括：電源、電池、系統負載、第一 電源開關及第二電源開關。該方法.包括： [0007] G [0008] 接入電源’偵測該電源提供的供電電流是否大於一預設 電流門限值。 在該電源的供電電流大於該電流門限值時，根據該系統 負載的需要即時將該電源的供電電流分成兩部分，一部 分通過第一電源開關為系統負載提供工作電流，該提供 給負載的工作電流根據負載的需要變化，剩餘部分通過 第·一電源開關為電池充電。 相對於現有技術，本發明提供了一種可動態分配充電電 流的電源路徑方案，電源為系統負載工作供電和為電池 099133052 表單編號A0101 第5頁/共19頁 0992057819-0 [0009] 201214921 充電供電實行動態分配電流，隨著线負載的耗電電流 的改變’分配至電池的充電電流也隨之調整，實現電: 的供電電流最大化的使用。當關系統負載時，電源的 全《ΙΗ、電電流用於為電池充電’實現電池的快速充電。 且電源結構簡單，且成本較低。 [0010] [0011] [⑻ 12] [0013] 099133052 另外一方面，當系統負載瞬間耗電電流增加，超過電源 的總輸入電源的帶載能’可以從現有電池補充，為系統 負載供電’這樣就能夠提高電源輸人帶載能力，從而降 低總輸入電源成本。 【實施方式】 下面將結合附圖，對本發明作進—步的詳細說明。 參閱圖1所示，是本發明一個實施例的具有動態分配充電 電机功忐的電池管理系統i 〇 〇的方框圖。該電池管理系統 1〇〇包括電源10、系統負載丨丨及電池12。其中，電源1〇 可以為系統負載11工作提俱工作電流，及為電池丨2充電 提供充電電流。電池12可以為系統負載丨丨供電。 忒電池管理系統1〇〇還包括電叙轉換器13、主控制單元 、電源電流偵測單元15和電池電流偵測單元16。該電源 轉換器13，用於根據系統負載丨丨正常工作所需的工作電 流，將通過該電源轉換器13 (例如，降壓型DC/I)C轉換器 )的電源10 (例如AC適配器）的供電電流分成兩部分， 一部分為系統負載11提供工作電流，剩餘部分為電池j 2 知:供充電電流。该電源電流偵測單元15用於偵測電源1 〇 提供至該電源轉換器1 3的供電電流的大小。該電池電流 偵測單元16用於偵測該電源10為電池12充電提供的充電 表單編號A0101 第6頁/共19頁 201214921 電流的大小。 [0014] 若該電池管理系統100正常工作，則該系統負載η必需從 電源10獲取其正常工作所需的m㈣❹地獲 取電流’否則’則該系統⑽無法正常工作。而電池12充 電所需的充電電流的大小則不是-定值，可由電源i。根 據系統H作的情況提供，即為被祕提供電汽。 因此 Ο ’當该系統負載11正常工作時’電源10的供電電流會優 先滿足系統負載11正常工作的工作電流。從而，當電源 正常工作所需的工作電流，自動將其分成兩部分，一部 分為系統負載11提供工作電流，剩餘部分為電池12提供 充電電流。例"°，系統負載η正常工作的電流為，電 源1〇的總供電電流糊Α，職供電電流經電源 轉換器13時，優先為系統負載n提供術的工作電流剩 [0015]Ο 餘的50A為電池12提供充電電流。 在該電池管理系統ΠΗ)中，設置為電池12充電的最大允許 充電電流為電源ί〇的最大允許供電電流。隨著系統負載 11工作所需的工作電流的變化（如增加或減少），供應 至電池12的充電電流也會隨之改變（如減少或增加）。 並且當關閉系統負載11時，電源1〇的供電電流全部為電 池12充電，即以其最大供電電流充電。從而，該電池管 理系統100可實現充電電流的動態分配。 [0016] 099133052 該電池管理系統1〇〇還包括第一電源開關17和第二電源開 關18。該第一電源開關18為一雙嚮導通開關，當該第二 電源開關18正嚮導通時，電源10提供的電流可為電池12 表單編號Α0101 第7頁/共19頁 0992057819-0 201214921 充電，當該第二電源開關18反嚮導通時，電池Μ可向系 、、先負載11供電；當該第二電源開關18雙向均不導通時， 則該第二電源開關18截止。 [0017] [0018] [0019] 該電池管理系統100會預先設置—電流門限值，即電㈣ 的供電電流可以滿足系統負載lliL常工作所需的電流。 當電源電流偵測單元咖職經該電源轉換㈣的電源 10的電流，並將該_結果傳送至主控制單元14時該 主控制單元14判斷該偵測的電流大小是否大於上述的電 流門限值。若大於電流門限值，則該主控制單元14控制 打開第一電源開關1 7，t源Ϊ0提供電流為系統負載丨J供 電。同時主控制單元14控制第二電源開關18正嚮導通， 電源10除為系統負載11提供工作電流外，剩下的電流為 電池12提供充電電流。如果電源10的電流小於電流門限 值，則主控制單元14判斷該電源1〇的電流無法維持系統 正常工作，則控制該第一電源開關17和策；電源開關18 截止。 該電源電流偵測單元1 5和電池電流偵測單元1 6會分別即 時地偵測流經該電源轉換器13的電源1 〇的供電電流及為 電池12充電的充電電流’並且當為電池12充電的充電電 流小於其充電截止電流，且提供至該電源轉換器13的供 電電流小於電源1 0的最大允許供應電流時，主控制單元 14判斷電池12充電完成，控制關閉第二電源開關18。 通常，電池12充電充滿的判斷標準是其充電電流小於一 個設定值，即戴止電流。但是，在該電池管理系統1 Q Q中 099133052 表單編號A0101 第8頁/共19頁 0992057819-0 [0020] 201214921 ，由於供應至電池12的充電電流會隨著純負額的工 作電流的變化錢之改變，料出現賴—種情況：當 系統負載11所需的工作電流較大時，為電池12充電的充 電電流就會隨之減少’而電源電流偵測單元15偵測到的 流經電源轉細3的供電電流的大小仍然為電源1〇的最 大供電電流H電池電流偵測單元⑻貞測該充電電 流的大小小於該截止電流，主控制單元14就會判斷電池 12充電完成，從而關閉第二電源開關18。但是，實際的 情況卻有可能是電池12尚未完成充電，而是由於供應至 系統負載11的工作電綠增加而導致的誤判斷。而通過設 ..... :丨... .. . 置上述條件，當電池電流偵測單元16偵測到的電池12的 充電電流的大小小於該截止電流的同時，電源電流偵測 單元15偵測到的提供至電源轉換器〗3的供電電流的大小 小於電源10的最大允許供電電流，說明此時系統負載u 的工作電流大小不變，而是由於電池12的充電電流減小 而導致流經電源轉換器13的供電電流變小，從而判斷電 池1 2充電完成。因此’通過設置電源1 〇的供電電流及電 池1 2的充電電流_同時滿足上.述.條件可以防止誤判斷的 情況。 [0021] 進一步地’當主控制單元14通過電池電流偵測單元1 6傳 送的偵測結果，判斷供給電池1 2的充電電流瞬間減小至 零時，確定此時系統負載11瞬間的耗電電流過大時，並 超過電源10的最大允許供電電流，則主控制單元14控制 第二電源開關18反嚮導通，電池12不再進行充電，而是 向系統負載11供電（如圖1所示虛線部分）。實現當系統 099133052 表單編號Α0101 第9頁/共19頁 0992057819-0 201214921 [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] 負載11耗電瞬間抽載電流料總輸人電源的帶載能力時 ，從現有電池12補充電流，從而減少㈣人電源_成 本0 使用上述電池管理系統100，電源1〇為系統負載n工作供 電和為電池12充電供電實行動態分配電流，隨著系統負、 載11的耗電電流的改變，分配至電池12的充電電流也隨 之調整’實現電源10的供電電流最大化的使用。當關閉 系統負載11時，電源1〇的全部供電電流用於為電池12充 電’實現電池12的快速充電。且電源結構簡單，且成本 較低。 另外-方面，當系統負載u瞬間耗電電流增加超過電 源10的總輸入電源的帶載能力，可以從現有電池12補充 為系統負載11供電，這樣就能夠提高電源輸人帶載能力 ，從而降低總輸入電源成本。 參閱圖2所示，是本發明魏無域巾電源實現充電電 流動態分配的方法的流程圖_。 步驟S20 ’電池管理系統⑽接入電源1()，電源電流偵、測 單元15偵測電源1G提供的供電電流是否大於電流門限值 ，若是，則進入步驟S21 ;否則，則繼續該步驟。 该電池管理系統1〇〇會預先設置一電流門限值，即電源1〇 的供電電流可以滿足系統負載丨丨正常工作的電流。如果 電源ίο的電流小於電流門限值，則主控制單元14判斷該 電源10的電流無法維持系統正常工作，則控制該第一電 源開關1 7截止。 099133052 表單編號A0101 第頁/共19頁 0992057819-0 201214921 酬轉S21，若偵測結果滿足電流門限值，則該主控制單元 14控制打開第—電源開關17，同時控制第二電源開關μ 正嚮導通。 ο

G

[0028]該第二電源開關18為一雙嚮導通開關，當該第二電源開 關18正嚮導通時，電源1〇提供的電流可為電池12充電； 當該第二電源開關18反嚮導通時，電池12可向系統負載 11供電；當該第二電源開關18雙向均不導通時，則該第 二電源開關18截止。 步驟S22，該主控制單元丨4控制流經電褥轉換器13的電源 10的供電電流分成兩部分，一部分為系統負載丨1供電， 剩餘部分為電池12充電’並且為電池12充電的電流隨著 系統負載11的耗電電流的變化而不斷麥化。 步驟S23 ’該電池電流偵測單元16偵測電池12的充電電流 是否小於其截止電流，若是，則進入步驟S24 ;否則，則 繼續該步驟。 广 步驟S24，該電源電流偵測單元15偵測提供至電源轉換器 13的供電電流是否小於電源1〇的最大允許供電電流，若 是，則進入步驟S25 ;否則，則繼續該步驟。 [0032] 步驟S25，該主控制單元14判斷電池12充電完成，控制該 第二電源開關18截止。 [0029] [0030] [0031] [0033] 099133052 通常，電池12充電充滿的判斷標準是其充電電流小於一 個設定值，即截止電流。但是，在該電池管理系統1 〇 〇中 ，由於供應至電池12的充電電流會隨著系統負載11的工 作電流的變化而隨之改變’則會出現這樣一種情況：當 表單編號A0101 第11頁/共19頁 0992057819-0 201214921 系統負載U所需的工作電流較大時，為電池12充電的充 電電流就會隨之減少，而電源電流_單元⑸貞測到提 供至電源轉換器13的供電電流的大小仍然為電源10的最 大允許供«流。此時，電池電流_單元16_該充 電電流的大小小於域止電流，主控制單元㈣會判斷 電池12充電完成，從而關閉第二電源開關18。但是，實 際的情況卻是電池12尚未完成«，而是由於供應至系 統負載11的工作電流增加而導致的誤判斷。而通過設置 上述條件，當電池電流_單元16_到的電奶的充 電電流的大小小_截止電流的同時，電源電流侦測單 元15偵測到提供至電_鋪13的供電電流的大小小於 電源10的最大允許供電電流，說明此時系統負載u的工 作電流大小不變，而是由於電池12的充電電流減小而導 致流經電源轉換器13的供電電流變小，從而判斷電池12 充電完成。因此，通過設置電源1〇的供電電流及電池12 的充電電流同時滿足上述條件，可以防止誤判斷的情況 [0034] [0035] 该電源實現充電電流動態分配的方法，當該電源電流偵 測單元15偵測電源1〇的供電電流的同時，還包括如下步 驟： 步驟S26，電池電流偵測單元16偵測電池12的充電電流是 否瞬間減少至零’若是’則進入步驟S 2 7 ;否則，則繼續 該步驟。 步驟S27 ’主控制單元14控制第二電源開關18反嚮導通， 電池12為系統負載11供電。 099133052 表單編號A0101 第12頁/共19頁 0992057819-0 [0036]

201214921 LU037J

[0038] Ο [0039]

[0040] 當系統負載11瞬間的耗電電流過大時，並超過電源10的 最大供電的電流時，主控制單元14通過電池電流偵測單 元1 6傳送的偵測結果，判斷電池1 2的充電電流瞬間減小 ，並減少至零時，主控制單元14控制第二電源開關18反 嚮導通，電池12不再進行充電，而是向系統負載11供電 〇 使用上述充電電流動態分配的方法，電源10為系統負載 11工作供電和為電池12充電供電實行動態分配電流，隨 著系統負載11的耗電電流的改變，分配至電池12的充電 電流也隨之調整，實現電源丨0的供電電流最大化的使用 。當關閉系統負載11時，電源10的全部供電電流用於為 電池12充電，實現電池12的快速充電。且電源結構簡單 ，且成本較低。 另外一方面，當系統負載11瞬間耗電電流增加，超過電 源10的總輸入電源的帶載能力，可以從現有電池12補充 ，為系統負載11供電，這樣就能夠提高電源輸入帶載能 力，從而降低總輸入電源成本。 可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以 根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形 ，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保 護範圍。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明的一個實施例的具有可動態分配充電電流的 電源的電池管理系統的方框圖。 099133052 表單編號Α0101 第13頁/共19頁 0992057819-0 [0041] 201214921 [0042]圖2為根據本發明的一個實施例的電源實現充電電流動態 分配的方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 [0043] 電池管理系統：100 [0044] 電源：10 [0045] 系統負載：11 [0046] 電池：12 [0047] 電源轉換器：13 [0048] 主控制單元：14 [0049] 電源電流偵測單元： 15 [0050] 電池電流偵測單元： 16 [0051] 第一電源開關：1 7 [0052] 第二電源開關：18 099133052 表單編號A0101 第14頁/共19頁 0992057819-0

Claims (1)

1. 201214921 七、申請專利範圍： 1 . 一種電池管理系統，包括電源、系統負載、電池及主控制 單元；其改進在於，所述電池管理系統還包括： 一電源轉換器，用於根據所述系統負載正常工作所需的工 作電流，將所述電源的供電電流分成兩部分，一部分為所 述系統負載提供工作電流，剩餘部分為所述電池提供充電 電流； 一第一電源開關； 一第二電源開關；及 所述主控制單元，用於當流經所述電源轉換器的電源所提 供的供電電流滿足一預設的電流門限值時，打開第一電源 開關及第二電源開關；其中，所述為系統負載提供的工作 電流經由所述第一電源開關提供給系統負載，所述為電池 充電提供的充電電流經由所述第二電源開關提供至電池。 2 .根據申請專利範圍第1項所述之電池管理系統，其中，設 置所述電池充電的最大允許充電電流為所述電源的最大允 許供電電流，所述提供給系統負載的工作電流根據系統負 Ο 載的需要變化，所述為電池充電的剩餘部分電流隨提供給 系統負載的工作電流的變化而變化。 3 .根據申請專利範圍第2項所述之電池管理系統，其中，還 包括一電池電流偵測單元，用於即時偵測所述電源為電池 提供的充電電流；及一電源電流偵測單元，用於即時偵測 電源提供至所述電源轉換器的供電電流；當所述電池電流 偵測單元偵測到為所述電池充電的充電電流小於充電截止 電流，且所述電源電流偵測單元偵測到流經所述電源轉換 099133052 表單編號A0101 第15頁/共19頁 0992057819-0 201214921 器的供=電流小於所述電源的最大允許供電電流時，所述 主控制單疋判斷電池充電完成，控制所述第二電源開關截 止。 •根據巾請專利範圍第3項所述之電池管理线，其中，所 述主控制單元還用於在電源電流傾測單元谓測到電源提供 至所述電源轉換器的供電電流不滿足所述預設電流門限值 時，控制第-電源開關和第二電源開關截止，其中，所述 預設的電流門限值為電源的供電電流滿足系統負載正常工 作所需的電流。 .根據申請專利範圍第4項所述之電池管理系統，其中，所 述第一電源開關為一雙嚮導通開關，當第二電源開關正嚮 導通時，電源提供電流為電池充電；當第二電源開關反嚮 導通時，電池向系統負載供電；當第二電源開關雙向均不 導通時’則第二電源開關戴止。 .根據申請專利範圍第5項所述之電池管理系統，其中，當 電池電流偵測單元偵測到電池電流瞬間減小時，判斷所述 系統負載瞬間的耗電電流超過電源的最大允許供電電流， 所述主控制單元控制第二電源開關，发嚮導通，電池為系統 負載供電。 ‘一種電池管理系統實現充電電流動態分配的方法，其中， 所述電池管理系統包括：電源、電池、系統負載、第一電 源開關及第二電源開關，其改進在於，所述方法包括： 接入電源’偵測所述電源提供的供電電流是否大於一預設 電流門限值； 在所述電源的供電電流大於所述電流門限值時，根據所述 系統負載的需要即時將所述電源的供電電流分成兩部分， 099133052 表單編號A0101 第16頁/共19頁 0992057819-0 201214921 一部分通過第一電源開關為系統負载提供工作電流，所述 提供給負載的工作電流根據負載的需要變化，剩餘部分通 過第二電源開關為電池充電。 根據申請專利範圍第7項所述之方法，其中，所述方法還 包括： 偵測電池的充電電流是否小於充電截止電流； 偵測電源的供電電流是否小於電源的最大允許供電電流·， 截止第二電源開關，電池充電完成。 Ο 根據申請專利範圍第7項所述之方法，其中，所述第二電 源開關為一雙嚮導通開關’當第二電源間關正嚮導通時， 電源提供電流為電池充電；當第二電源開關反嚮導通時， 電池向系統負載供電；當第二電源開關雙向均不導通時， 則第二電源開關截止。 ίο . 根據申請專利範圍第8項所述之方法，其_中，所述方法還 包括： 偵測電池的充電電流是否瞬_減少至零；娃 〇 在電池的充電電流瞬間減少至零時，反嚮導通第二電源開 關’利用所述電施為系統負載供電。 099133052 表單編號Α0101 第17頁/共19頁 0992057819-0