[发明专利]使用荷电状态进行平衡电池电量的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用电池的荷电状态(state-of-charge，SOC)来平衡电池的电量的方法及系统，尤其涉及一种在多电池组中，平衡电池组中各电池的电量的方法及系统。

背景技术

电池目前广泛地被应用于各种电子装置及电器中。在对多电池组的可重复充电的应用中，经常需要在电池组中进行电量平衡或均衡。例如，串联形态的多电池组经常需进行电量平衡或均衡。电池被配置为串联形态从而以合理的电流源/漏来达到较高的功率水平。串联的高电压使得低电流具有相同的功率水平。一般而言，现有技术中的术语“平衡”(balancing)或“均衡”(equalizing)是指将所有电池的终端电压(terminal voltage)调整至固定电平的过程。

经一段时间的使用后，多电池组的各电池将“失去平衡”，即各电池所具有的库仑效率(Coulombic efficiencies)及容量(capacities)在它们各自变化中具有微小差异，这使得当多电池组工作时，各电池的荷电状态(SOC)便开始相互偏移。不幸地，若此多电池组其中的一个或多个电池的荷电状态(SOC)远低于其余电池的荷电状态(SOC)时，此多电池组的放电能力(discharge ability)便受到限制；而若此多电池组其中的一个或多个电池的荷电状态(SOC)远高于其余电池的荷电状态(SOC)时，此多电池组的充电能力(charge ability)也会受到限制。在极端的情况中，当其中一个电池的荷电状态(SOC)位于下限(low SOC limit)且另一个电池的荷电状态(SOC)位于上限(high SOClimit)时，即便此多电池组的其余电池的荷电状态(SOC)仍位于中间值，此多电池组仍无法充电及放电。此时，可通过对荷电状态(SOC)过低的电池进行“加压”(单独向该电池中加入电荷)，对荷电状态(SOC)过高的电池进行“消耗”或“分流”(单独地消耗此电池的电荷)，或“转移”(使电荷从其中一个电池流动至另外的电池)的方法来对此多电池组进行电量平衡或均衡。

在某些应用中，例如此多电池组经过一长时间的放电后再进行完全充电(complete charge)，对该多电池组的电量平衡的仅发生在充电过程(charge process)的停止充电点(end-of-charge point)附近，并持续进行直到此多电池组的各电池电量完全平衡。但其他应用要求此多电池组必须连续地进行部分充电(partial-charge)、部分放电(partial-discharge)，因此此多电池组的电量平衡必须在此多电池组工作时进行，使电池组中的各电池的荷电量朝完全平衡方向持续调整。随之而来的问题在于，电量平衡可能会在各电池仅接近平衡状态时便先行停止而当各电池明显地失去平衡时，才会再度开始进行电量平衡。

在现有技术中，一般仅以电池电压为基准，判断哪一个电池的荷电状态(SOC)需要被调整，以使整个多电池组达到平衡状态。当所有电池皆具有相同电压时或当各电池电压的差值在特定的误差范围之内时，此多电池组则被认为是处于平衡状态。若其中一个电池的电压过高，则必须从此电池中移除电荷，若其中一个电池的电压过低，则必须将电荷添加到此电池中。目前已有多种电子装置可进行电量平衡，不管是自动进行或由微处理器控制。其包括：转移电荷、消耗电荷，以及加入电荷。转移电荷是将电荷从一个或多个电压过高的电池转移至一个或多个电压过低的电池，可使用开关电容或基于变压器线圈的能量转移方法进行该电荷转移。消耗电荷是将电荷从电压过高的电池中移出(如借由开关电阻)。加入电荷则是将电荷从外部电源(externalsource)或多电池组添加至电压过低的电池中(如借由一直流-直流变压器)。这种利用各电池的电压作为启动电量平衡动作的指标，来控制何时进行电量平衡的方法，具有无法使此多电池组达到其最佳效能的缺点。

由于电量平衡的目的在于使此多电池组处于电荷饱和及可随时为放电提供能量的状态，所以需要一种改进的电量平衡方法，即通过加入电荷、消耗电荷或转移电荷的手段使各电池达成电量平衡，且使多电池组达到最佳的使用状态。

发明内容

为达到上述要求和解决前述的问题，本发明公开一种平衡电池电量的装置及方法的各种实施例。如，本发明公开的一示例实施例是提供一种平衡电池组的电池电量的方法，包括：确定多个电池的每个电池的荷电状态；依据各电池所具有的荷电状态，将各电池排序；以及根据前述的排序来平衡各电池的电量。