專利名稱：可替換能源模塊的能源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種 可替換能源模塊的能源裝置，特別是能夠根據(jù)電池狀態(tài)取得更換電池單元時(shí)機(jī)的能源裝置。
背景技術(shù)：
在需要持續(xù)工作的電子系統(tǒng)中，電カ持續(xù)供應(yīng)是個(gè)基本條件，因此有公知技術(shù)發(fā)展可以在系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)執(zhí)行在線更換電池的技木。公知技術(shù)之一可以參考圖I所描述利用限電流(current limit)的技術(shù)確?？稍诰€更換電池的裝置的電カ輸出能力的示意圖，圖示為ー種供應(yīng)電カ的裝置，主要儲(chǔ)能的設(shè)備為多個(gè)電池組(105，106，107，108)組成的儲(chǔ)能裝置，多個(gè)電池組(105，106，107，108)通過(guò)ー個(gè)電路板(未顯示)相連接，并通過(guò)一電カ輸出単元101對(duì)外部裝置供電。此電池裝置特別設(shè)置一限電流單元(current limiter) 103,限電流單元103可以控制輸出給電カ輸出單元101的電流，在一般供電狀態(tài)下，可以控制輸出平穩(wěn)的電流；另在變動(dòng)多個(gè)電池組(105，106，107，108)時(shí)，包括更換、插入與取出等動(dòng)作，此限電流單元103亦可確保在變動(dòng)時(shí)輸出穩(wěn)定的電流，不影響供電功能。此類儲(chǔ)能系統(tǒng)由多個(gè)電池組(Battery Pack)組成,若有其中的一電池組需要取下并換上另ー電池組，儲(chǔ)能系統(tǒng)在持續(xù)工作的狀態(tài)下，換上電池組的動(dòng)作會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生很大的突波電流(inrush current),原因是備用的電池組的電氣性質(zhì),如電壓、剩余電量、荷電狀態(tài)(state of charger, SOC)，與運(yùn)轉(zhuǎn)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)有一定的差距，這個(gè)差距會(huì)在兩者接觸瞬間產(chǎn)生突波電流，而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重者可能造成損害。因此，相關(guān)的電氣保護(hù)措施也會(huì)相應(yīng)發(fā)展，使得在系統(tǒng)運(yùn)作中，若有任一電池單元發(fā)生損壞，于更換損壞的電池單元時(shí)，公知技術(shù)的電氣保護(hù)措施為利用特定電路手段防止電池更換時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓(overvoltage)或是過(guò)電流(over current)等的突波現(xiàn)象。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問(wèn)題包括若整個(gè)電池組中ー或部分的電池組發(fā)生異常而需要更換時(shí)，新更換的電池組的電壓或相關(guān)電氣參數(shù)勢(shì)必與目前系統(tǒng)操作的電壓不同，而這差異極可能造成很大的突波電流(inrush current)?？商鎿Q能源模塊的能源裝置即提出利用硬件或韌體手段在更換時(shí)主動(dòng)調(diào)整或被動(dòng)偵測(cè)來(lái)取得適當(dāng)?shù)倪B接時(shí)機(jī)。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種可替換能源模塊的能源裝置，該能源裝置主要包括有由多個(gè)電性連接的電池單元組成的儲(chǔ)能電池組、對(duì)儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元充電的充電單元，或在放電電路上的放電單元、與取得儲(chǔ)能電池組與多個(gè)電池単元的電氣狀態(tài)并據(jù)以控制啟閉在線更換的電池單元的控制單元。上述電氣狀態(tài)可為各電池單元與儲(chǔ)能電池組的電壓、剩余電量或荷電狀態(tài)。根據(jù)實(shí)施例，儲(chǔ)能電池組具有一測(cè)量電氣狀態(tài)的主統(tǒng)控制電路，各電池單元亦具有測(cè)量各電池單元電氣狀態(tài)的次統(tǒng)控制電路，特別的是儲(chǔ)能電池組中的各電池單元為可單獨(dú)或多個(gè)一次更換。上述放電單元或充電單元通過(guò)ー或多個(gè)開關(guān)電性連接主統(tǒng)控制電路或次統(tǒng)控制電路，控制単元根據(jù)電氣狀態(tài)的分析直接控制這些開關(guān)，藉此控制充電與放電的時(shí)機(jī)，使得更換的電池單元可以適時(shí)與儲(chǔ)能電池組連接。根據(jù)控制單元所執(zhí)行的功能，其中包括有取得儲(chǔ)能電池組與多個(gè)電池單元的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)取得模塊、比對(duì)儲(chǔ)能電池組的電氣狀態(tài)與ー或多個(gè)在線更換電池單元的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)比對(duì)模塊、控制儲(chǔ)能電池組或ー或多個(gè)在線更換電池単元的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)控制模塊，以及能夠根據(jù)取得的電氣狀態(tài)控制啟閉ー或多個(gè)在線更換電池單元的開關(guān)控制模塊。換句話說(shuō)，本實(shí)用新型提供一種可替換能源模塊的能源裝置，所述的能源裝置包括 一于該能源裝置運(yùn)作中可更換的多個(gè)電性連接的電池單元組成的儲(chǔ)能電池組，其中該儲(chǔ)能電池組具有一測(cè)量該儲(chǔ)能電池組電氣狀態(tài)的主系統(tǒng)控制電路；各電池單元具有一測(cè)量各電池單元電氣狀態(tài)的次系統(tǒng)控制電路，并電性連接該主系統(tǒng)控制電路；一對(duì)該儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元充電或放電的充放電單元，該充放電單元通過(guò)ー或多個(gè)開關(guān)電性連接該主系統(tǒng)控制電路或該次系統(tǒng)控制電路；以及一取得該儲(chǔ)能電池組與該多個(gè)電池單元的電氣狀態(tài)并據(jù)以控制啟閉ー或多個(gè)在線更換的電池單元的控制單元，該控制單元電性連接該主系統(tǒng)控制電路與該次系統(tǒng)控制電路。所述的ー或多個(gè)在線更換的電池單元與所測(cè)量電氣狀態(tài)的該儲(chǔ)能電池組為同一回路的裝置。
該可替換能源模塊的能源裝置可以在更換電池組時(shí)根據(jù)整個(gè)裝置內(nèi)電池組的電氣參數(shù)取得一個(gè)適當(dāng)連接時(shí)機(jī)，以適時(shí)更換新的電池組，可以有效防止過(guò)電流(電壓)，更不會(huì)產(chǎn)生突波而避免過(guò)電流(電壓)產(chǎn)生的損壞。圖I為現(xiàn)有技術(shù)在線更換電池的裝置的電ヵ輸出裝置示意圖；圖2為本實(shí)用新型可替換能源模塊的能源裝置示意圖；圖3為本實(shí)用新型可替換能源模塊的能源裝置的實(shí)施例示意圖；圖4為應(yīng)用于本實(shí)用新型的能源裝置的充放電電路示意圖；圖5為應(yīng)用于本實(shí)用新型的能源裝置的充電電路示意圖；圖6為在線更換電池的實(shí)施例步驟之一的流程圖；圖7為在線更換電池的實(shí)施例步驟之ニ的流程圖；圖8為在線更換電池的實(shí)施例步驟之三的流程圖。主要元件附圖標(biāo)記說(shuō)明電池組105，106，107，108 電カ輸出單元101限電流單元103主系統(tǒng)20次系統(tǒng)控制電路22主系統(tǒng)控制電路23[0032]損壞電池單元201新電池單元203電池單元a，b，c，d，e，f，g，h充電單元26放電單元28控制單元24電氣狀態(tài)取得模塊241電氣狀態(tài)比對(duì)模塊242電氣狀態(tài)控制模塊243開關(guān)控制模塊244微控制單元30電池單元308充放電開關(guān)39外部連接接ロ 38電源開關(guān)36控制開關(guān)34狀態(tài)指示器32系統(tǒng)管理信號(hào)301電流偵測(cè)電路303電阻器305充放電單元311控制單元40充電單元42放電單元44次系統(tǒng)401切換開關(guān)403控制單元50充電單元52次系統(tǒng)501，503線路開關(guān)505，507步驟S601 S609更換電池流程之一步驟S701 S711更換電池流程之ニ步驟S801 S811更換電池流程之三具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所涉及的可替換能源模塊的能源裝置是在替換運(yùn)轉(zhuǎn)的能源裝置中的電池單元吋，能夠提供韌體或是硬件手段調(diào)整其中電池單元或整個(gè)主系統(tǒng)的電氣參數(shù)，使之在適當(dāng)時(shí)機(jī)與主系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)不間斷替換，由此避免兩者結(jié)合時(shí)因?yàn)楫a(chǎn)生突波而發(fā)生的不穩(wěn)定與損害問(wèn)題。上述能源裝置可參閱圖2所示的可替換能源模塊的能源裝置示意圖。圖中所示的可替換能源模塊的能源裝置可區(qū)分為主系統(tǒng)20與次系統(tǒng)，電池單元較佳為可充電、儲(chǔ)能的電池組(battery pack),主系統(tǒng)20也就是運(yùn)作中的電池組,此例包括有相互串聯(lián)或/與并聯(lián)的電池單元a，b，c，d，e, f，g，h，并包括相關(guān)控制電路，次系統(tǒng)則指單獨(dú)的電池單元，可指為脫機(jī)的電池單元、被斷路的電池單元，與新更換的電池單元。在這個(gè)由多個(gè)電性連接的電池單元a, b, c, d, e, f, g, h組成的儲(chǔ)能電池組中，儲(chǔ)能電池組具有一測(cè)量?jī)?chǔ)能電池組電氣狀態(tài)的主系統(tǒng)控制電路23，主系統(tǒng)控制電路23可分別電性連接各電池單元(次系統(tǒng))的次系統(tǒng)控制電路22，負(fù)責(zé)傳遞控制信號(hào)，并取得各自電池單元的電氣參數(shù)(包括電壓、剩余電量或/和荷電狀態(tài))，而測(cè)量出整個(gè)組的電氣狀態(tài)。各電池單元a，b，c，d，e，f，g，h (包括損壞電池單元201與新電池單元203)具有一測(cè)量各電池單元電氣狀態(tài)的次系統(tǒng)控制電路22，電性連接主系統(tǒng)控制電路23，由此電路連接傳遞控制信號(hào)與上述的各種電氣參數(shù)，特別的是，本實(shí)用新型提供的能源裝置中多個(gè)電池單元于能源裝置運(yùn)作中可為單獨(dú)或多個(gè)一起更換。如圖2所示，虛線描述ー個(gè)儲(chǔ)能電池組中損壞電池單元201，在系統(tǒng)運(yùn)作中，若有一或多個(gè)電池単元損毀，通常會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的供電效能，且不能先暫停整個(gè)供電系統(tǒng)而進(jìn)行更換，在同時(shí)需要維持整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作的要求下，因此本實(shí)用新型所提出的可替換能源模塊的能源裝置可以在更換電池単元的同時(shí)，判斷主系統(tǒng)20與各電池單元的次系統(tǒng)的電氣狀態(tài)，經(jīng)主動(dòng)或被動(dòng)的調(diào)整，得出適當(dāng)?shù)你暯訒r(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)不間斷替換。在此能源裝置中，主系統(tǒng)控制電路23由各次系統(tǒng)控制電路22取得各電池單元的電氣狀態(tài)，可以據(jù)此關(guān)閉已經(jīng)損壞或是無(wú)法正常運(yùn)作的電池單元，更可得到整個(gè)主系統(tǒng)的電氣狀態(tài)。而能源裝置更設(shè)置有一控制單元24，控制單元24電性連接主系統(tǒng)控制電路23與次系統(tǒng)控制電路22，可以由主系統(tǒng)控制電路23或各次系統(tǒng)控制電路22取得儲(chǔ)能電池組與多個(gè)電池單元的電氣狀態(tài)。當(dāng)所判斷出應(yīng)更換的電池單元(如圖2中損壞電池単元201)經(jīng)斷路后，將在系統(tǒng)仍持續(xù)運(yùn)作同時(shí)插接欲更換得電池單元(如新電池單元203)，控制單元24將根據(jù)所取得的主系統(tǒng)20與此新更換的次系統(tǒng)的電氣狀態(tài)，以被動(dòng)或是主動(dòng)的方式取得主系統(tǒng)20與次系統(tǒng)一致的時(shí)間，而控制啟閉ー或多個(gè)在線更換的電池單元與主系統(tǒng)20的連接。其中，各電池單元的次系統(tǒng)控制電路22通過(guò)多個(gè)連接腳位電性連接儲(chǔ)能電池組的主系統(tǒng)控制電路23，多個(gè)連接腳位至少包括有一組充放電腳位與一組控制在線更換電池単元啟閉的信號(hào)腳位。在控制單元24執(zhí)行比對(duì)主系統(tǒng)20與各次系統(tǒng)的電壓、剩余電量與荷電狀態(tài)等的電氣狀態(tài)時(shí)，將利用裝置所提供對(duì)儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元充電或放電的充放電單元進(jìn)行調(diào)整，此充放電單元將通過(guò)一或多個(gè)開關(guān)電性連接主系統(tǒng)控制電路23或次系統(tǒng)控制電路22。請(qǐng)?jiān)俅螀⒖紙D2所示,充放電單元可包括對(duì)儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元a, b,c,d，e，f，g，h放電并與控制單元24電性連接的放電單元28，放電單元28實(shí)施方式可為電性連接于各電池單元的放電電路上的電阻器，利用放電單元28對(duì)電壓不一致的主系統(tǒng)20與一或多個(gè)在線更換的電池單元進(jìn)行調(diào)整。另再可設(shè)置ー對(duì)儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元充電的充電單元26，充電單元26在特定實(shí)施例可與放電單元28并存于能源裝置內(nèi)，或是僅需設(shè)置其一。此例中，充電單元26與控制單元24電性連接，能根據(jù)控制単元24的指令對(duì)整個(gè)主系統(tǒng)20或是個(gè)別次系統(tǒng)進(jìn)行充電，并可于更換新的電池單元時(shí)，對(duì)其主系統(tǒng)20或是更換的電池單元充電，使的有一致的電氣狀態(tài)，避免結(jié)合時(shí)的突波。另外，控制單元24可以硬件或韌體實(shí)現(xiàn)，其中依據(jù)所提供的功能可以區(qū)分為多個(gè)硬件或韌體實(shí)現(xiàn)的電路模塊，包括圖標(biāo)的電氣狀態(tài)取得模塊241、電氣狀態(tài)比對(duì)模塊242、電氣狀態(tài)控制模塊243與開關(guān)控制模塊244。電氣狀態(tài)取得模塊241即為控制單元24中取得儲(chǔ)能電池組與多個(gè)電池單元的電氣狀態(tài)的電路模塊，通過(guò)電性連接至主系統(tǒng)控制電路23與次系統(tǒng)控制電路22，分別取得各控制電路所測(cè)量的電氣數(shù)值。電氣狀態(tài)包括測(cè)量的電壓，主系統(tǒng)的整體電壓可以為加總所有次系統(tǒng)的電壓的平均值，或也可為其他運(yùn)算出的數(shù)值；電氣狀態(tài)亦可為各儲(chǔ)能電池單元的剰余電量，整體 儲(chǔ)能電量也為主系統(tǒng)20的剩余電量；另，電氣狀態(tài)可為經(jīng)運(yùn)算得出的荷電狀態(tài)(state ofcharge, SOC)，荷電狀態(tài)一般定義為系統(tǒng)能量的百分比，比如為電池當(dāng)前容量與額定容量的百分比，反映出儲(chǔ)能電池目前內(nèi)部所儲(chǔ)存電量與電池可用電量的百分比。[0067]經(jīng)電氣狀態(tài)取得模塊241取得電氣狀態(tài)后，由電氣狀態(tài)比對(duì)模塊242比對(duì)儲(chǔ)能電池組的電氣狀態(tài)與ー或多個(gè)在線更換電池單元的電氣狀態(tài)，其中差異可能為插接新更換電池単元會(huì)造成突波或是其他不良效應(yīng)的原因，因此，再由ー電氣狀態(tài)控制模塊243控制儲(chǔ)能電池組或一或多個(gè)在線更換電池單元的電氣狀態(tài)，包括利用充放電單元對(duì)主系統(tǒng)20或各次系統(tǒng)進(jìn)行充放電，或是僅等待其中改變，于適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行更換連接。在本例中新電池單元203更換插接至儲(chǔ)能電池組的電路時(shí)，其中連接腳位會(huì)先為斷開的狀態(tài)，避免插接突然的變化產(chǎn)生突波，控制單元24內(nèi)的開關(guān)控制模塊244即根據(jù)取得的電氣狀態(tài)產(chǎn)生控制信號(hào)，利用次系統(tǒng)控制電路22控制啟閉ー或多個(gè)在線更換電池單元，本例即針對(duì)新電池單元203。圖3為本實(shí)用新型可替換能源模塊的能源裝置的實(shí)施例示意圖。圖3中顯示由多個(gè)串聯(lián)與/或并聯(lián)的電池單元308組成的電池組，各電池單元308的次系統(tǒng)控制電路電性連接于一微控制単元30，以此形成本實(shí)用新型的能源裝置。值得ー 提的是，本實(shí)用新型的能源裝置可以包括有多個(gè)回路，每個(gè)回路具有多個(gè)相互串并聯(lián)相接的電池單元，于裝置運(yùn)作時(shí)，可以在線更換其中的電池單元，本實(shí)用新型所控制的電氣參數(shù)將可僅針對(duì)相同回路中的一或多個(gè)在線更換的電池單元，而不一定要整體裝置一致性地調(diào)節(jié)。 其中，多個(gè)電池単元308所形成的電池組兩端分別連接至一充放電單元311，微控制単元30通過(guò)充放電開關(guān)39控制此充放電単元311與系統(tǒng)間的電路連接，能源裝置即通過(guò)此充放電單元311對(duì)電池組充電，包括調(diào)節(jié)時(shí)的放電程序。根據(jù)實(shí)施例，微控制單元30由各電池單元308的次系統(tǒng)控制電路取得相關(guān)運(yùn)作參數(shù)，如圖所示通過(guò)總線取得系統(tǒng)管理信號(hào)301，可包括電壓、剰余電量或荷電狀態(tài)等電氣狀態(tài)。微控制単元30可包括圖標(biāo)電流偵測(cè)電路303來(lái)測(cè)量整體裝置輸出的電壓值，如此例經(jīng)跨接于電阻器305的電路進(jìn)行測(cè)量。整個(gè)能源裝置即在需要更換新的電池單元時(shí)，微控制単元30將根據(jù)所取得的各種電氣參數(shù)做出比對(duì)與判斷，主系統(tǒng)與次系統(tǒng)間的電氣狀態(tài)處于一致時(shí)，將新更換的電池單元連接于主系統(tǒng)，完成更換的步驟。能源裝置在構(gòu)造上具有一指示能源裝置內(nèi)需要更換電池単元的狀態(tài)指示器32，比如通過(guò)燈號(hào)或是響聲提醒管理者其中包括有運(yùn)作不正常的一或多個(gè)電池単元。能源裝置同時(shí)具有較為彈性的設(shè)計(jì)，包括一外部控制多個(gè)電池單元運(yùn)作數(shù)量的控制開關(guān)34，管理者可以通過(guò)控制開關(guān)34決定整個(gè)電池組中需要運(yùn)作的部份電池単元。能源裝置另包括有提供外部系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的外部連接接ロ 38，管理者可通過(guò)此外部連接接ロ 38取得整個(gè)裝置的運(yùn)作參數(shù)。另有可啟閉整個(gè)裝置的電源開關(guān)36。圖4為應(yīng)用于本實(shí)用新型的能源裝置的充放電電路示意圖，能源裝置中的各次系統(tǒng)401 (即指單個(gè)電池単元)可同時(shí)電性連接于充電單元42與放電單元44，并由一切換開關(guān)403連接，由能源裝置內(nèi)的控制單元40根據(jù)所取得整個(gè)系統(tǒng)與各次系統(tǒng)的電氣狀態(tài)進(jìn)行控制切換。舉例來(lái)說(shuō)，一般狀態(tài)可以切換連接至充電單元42，充電單元42將持續(xù)對(duì)次系統(tǒng)401充電；在更換新的電池單元時(shí)，更可依據(jù)所應(yīng)用的充放電策略，切換對(duì)次系統(tǒng)401充電；或是切換至放電單元44進(jìn)行放電。圖5應(yīng)用于本實(shí)用新型的能源裝置的充電電路示意圖。如圖5所示，控制單元50電性連接于不同的次系統(tǒng)501，503，由此取得各次系統(tǒng)的電氣狀態(tài)。能源裝置設(shè)置有一充電單元52，分別經(jīng)由不同的線路開關(guān)505，507電性連接于次系統(tǒng)501，503，而控制單元50即連接于線路開關(guān)505，507，將根據(jù)所取得的主系統(tǒng)與次系統(tǒng)501，503的電氣狀態(tài)進(jìn)行開關(guān)切換。應(yīng)用上述的電路設(shè)計(jì)，能源裝置的運(yùn)作分別可采取主動(dòng)或被動(dòng)模式，分述如下被動(dòng)模式能源裝置內(nèi)，于其中一或多個(gè)電池單元被更換時(shí)，先關(guān)閉其電カ連接，經(jīng)更換接上新的電池單元后，先處于斷路的狀態(tài)，由控制單元(被動(dòng))等待整個(gè)能源裝置的電氣狀態(tài)與新更換上的電池單元一致，才啟動(dòng)連接，次系統(tǒng)與主系統(tǒng)則能順利一起運(yùn)作。被動(dòng)模式通過(guò)控制單元對(duì)主系統(tǒng)與次系統(tǒng)(新更換的電池單元)進(jìn)行容量計(jì)算， 控制單元將等待主系統(tǒng)的電池容量(可為各電池単元的平均值)變化與新增電池単元一致，再可通過(guò)電路開關(guān)開啟主系統(tǒng)與次系統(tǒng)的電カ連接。因此可以避免突波電流的發(fā)生，也能同時(shí)延長(zhǎng)能源裝置的使用壽命。圖6為在線更換電池的實(shí)施例步驟之一的流程圖；如圖6所示，以剩余電量為主要電氣狀態(tài)參考的流程。經(jīng)判斷能源裝置需要更換新的電池單元時(shí)(步驟S601)，控制單元將先測(cè)量主系統(tǒng)、次系統(tǒng)目前的電池容量，并于次系統(tǒng)先于(斷路)狀態(tài)連接主系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)信號(hào)腳位測(cè)量其電池電量(步驟S603)?？刂茊卧又袛嚯姵仉娏渴欠褚恢拢?步驟S605)，若主次系統(tǒng)的電氣狀態(tài)不一致時(shí)(否)，將重復(fù)步驟S603，電路持續(xù)測(cè)量主系統(tǒng)與次系統(tǒng)的剩余電池容量，并由控制単元取得數(shù)據(jù)；若判斷主次系統(tǒng)的剩余電量一致(是)，將如步驟S607，控制單元將開啟次系統(tǒng)與主系統(tǒng)的連接，比如將相關(guān)充放電腳位開啟(enable)，主系統(tǒng)即連接新的電池單元(步驟 S609)。主動(dòng)模式當(dāng)能源裝置中的一或多個(gè)電池單元更換時(shí)，先關(guān)閉欲更換的電池單元的電カ連接，經(jīng)更換接上新的電池單元后，先處于斷路的狀態(tài)。接著，由控制單元驅(qū)動(dòng)次系統(tǒng)電路，(主動(dòng))調(diào)整其電氣狀態(tài)，使之與主系統(tǒng)一致后。而調(diào)整的方式包括利用電阻(內(nèi)電阻或外部電阻)消耗新更換的電池單元的電壓，使的主系統(tǒng)與次系統(tǒng)(各電池單元，包括新更換的電池單元)的電壓一致，之后才開啟開關(guān)，使得更換的次系統(tǒng)與主系統(tǒng)連接。因此可以防止電池組之間電氣狀態(tài)不均衡產(chǎn)生的突波，并避免造成損害。除了避免突波電流的發(fā)生，也能同時(shí)延長(zhǎng)能源裝置的使用壽命。圖7為在線更換電池的實(shí)施例步驟之ニ的流程圖；如圖7所示在線更換電池的流程。當(dāng)可替換能源模塊的能源裝置中判斷有需要更換新的電池單元，即經(jīng)斷路取出欲更換的電池單元，并置換上新的電池單元(步驟S701)，在尚未連接前，相關(guān)充放電腳位處于關(guān)閉狀態(tài)(disable)?？刂茊卧獙⑷〉糜芍飨到y(tǒng)與新增次系統(tǒng)的電氣狀態(tài)，此例為電壓(步驟S703)，并經(jīng)比對(duì)判斷兩者電壓是否一致？(步驟S705)。若判斷，主系統(tǒng)與新更換的次系統(tǒng)有不同的電壓(否)，為避免連接產(chǎn)生突波現(xiàn)象，次系統(tǒng)先處于斷路狀態(tài)。在其中之一方案中，控制單元將驅(qū)動(dòng)充電單元，對(duì)其中電壓較低者進(jìn)行充電；或是利用放電電路對(duì)其中較高電壓者進(jìn)行放電(步驟S707)，使之處于一致的電氣狀態(tài)。[0090]經(jīng)判斷，包括經(jīng)過(guò)充放電的步驟之后，主系統(tǒng)與次系統(tǒng)的電壓狀態(tài)若為一致(是)，控制單元將控制連接次系統(tǒng)控制電路的充放電腳位開啟(步驟S709)，開啟與主系統(tǒng)的連接，并順利連接新的電池單元(步驟S711)。圖8為在線更換電池的實(shí)施例步驟之三的流程圖；如圖8所示的流程，比對(duì)主次系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)。開始如步驟S801，能源裝置進(jìn)行更換新的電池單元，經(jīng)結(jié)合主次系統(tǒng)吋，同樣次系統(tǒng)將先處于斷路狀態(tài)，經(jīng)相關(guān)控制電路計(jì)算主/次系統(tǒng)的荷電狀態(tài)，由控制單元取得(步驟S803)，將判斷荷電狀態(tài)是否一致？(步驟S805)。若判斷目前荷電狀態(tài)不一致(否)，通過(guò)充放電單元執(zhí)行充電或放電(步驟S807)，視裝置所采用的措施而定，并同時(shí)計(jì)算主次系統(tǒng)的荷電狀態(tài)，直到一致時(shí)(是)，控制單元將開啟次系統(tǒng)與主系統(tǒng)的連接(步驟S809)，以連接新的電池單元(步驟S811)。本實(shí)用新型提出的可替換能源模塊的能源裝置主要提出在連接電池組與更換的電池單元前，先通過(guò)電氣特性偵測(cè)手段取得知欲置換上的電池單元與能源裝置上同一回路中電池單元的電氣狀態(tài)的差異，包括電池單元與能源裝置中其余電池單元的電壓、剰余電量或荷電狀態(tài)，經(jīng)主動(dòng)調(diào)整或被動(dòng)偵測(cè)后，在電氣狀態(tài)一致的情況下連接更換的電池單元，可以避免差異造成的突波或是相關(guān)異常狀況。舉例來(lái)說(shuō)，上述主次系統(tǒng)的電氣狀態(tài)是否一致的判斷中，可以設(shè)定ー個(gè)差異的范圍，而主系統(tǒng)的電氣特性可以其中所組成電池単元的總和或是平均來(lái)看。比如荷電狀態(tài)差異在3%內(nèi)，視為一致，實(shí)際操作并不以此為限；或是主次系統(tǒng)差異在2%或另ー適當(dāng)?shù)陌俜直纫詢?nèi)，視為一致；或是主次系統(tǒng)的剩余電量百分比差異在3. 5%或是其他適當(dāng)范圍內(nèi)，則視為一致。 綜上所述，本實(shí)用新型提出的可替換能源模塊的能源裝置，將除了實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)作下更換其中電池組的目的外，更通過(guò)取得各系統(tǒng)電氣狀態(tài)來(lái)判斷更換連接的時(shí)機(jī)，更可以避免結(jié)合不同狀態(tài)的主次系統(tǒng)所產(chǎn)生的差異造成的損害。但是，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳可行實(shí)施例，非因此即局限本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，故凡運(yùn)用本實(shí)用新型說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所為的等效結(jié)構(gòu)變化，均同理包含于本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)，特此聲明。
權(quán)利要求1.一種可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的能源裝置包括 一于該能源裝置運(yùn)作中可更換的多個(gè)電性連接的電池單元組成的儲(chǔ)能電池組，其中 該儲(chǔ)能電池組具有一測(cè)量該儲(chǔ)能電池組電氣狀態(tài)的主系統(tǒng)控制電路； 各電池單元具有一測(cè)量各電池單元電氣狀態(tài)的次系統(tǒng)控制電路，并電性連接該主系統(tǒng)控制電路； 一對(duì)該儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元充電或放電的充放電單元，該充放電單元通過(guò)一或多個(gè)開關(guān)電性連接該主系統(tǒng)控制電路或該次系統(tǒng)控制電路；以及 一取得該儲(chǔ)能電池組與該多個(gè)電池單元的電氣狀態(tài)并據(jù)以控制啟閉一或多個(gè)在線更換的電池單元的控制單元，該控制單元電性連接該主系統(tǒng)控制電路與該次系統(tǒng)控制電路。
2.如權(quán)利要求I所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，各電池單元的該次統(tǒng)控制電路通過(guò)多個(gè)連接腳位電性連接該主系統(tǒng)控制電路。
3.如權(quán)利要求2所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的多個(gè)連接腳位至少包括有一組充放電控制腳位與一組控制該在線更換電池單元啟閉的信號(hào)腳位。
4.如權(quán)利要求I所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的充放電單元包括一對(duì)該儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元放電并與該控制單元電性連接的放電單元；或一對(duì)該儲(chǔ)能電池組或其中各電池單元充電并與該控制單元電性連接的充電單元。
5.如權(quán)利要求4所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的放電單元為一電性連接于各電池單元的放電電路上的電阻器。
6.如權(quán)利要求I或4所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的控制單元更包括 一取得該儲(chǔ)能電池組與該多個(gè)電池單元的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)取得模塊； 一比對(duì)該儲(chǔ)能電池組的電氣狀態(tài)與該一或多個(gè)在線更換電池單元的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)比對(duì)模塊； 一控制該儲(chǔ)能電池組或該一或多個(gè)在線更換電池單元的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)控制模塊；以及 一根據(jù)該取得的電氣狀態(tài)控制啟閉該一或多個(gè)在線更換電池單元的開關(guān)控制模塊。
7.如權(quán)利要求6所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的電氣狀態(tài)取得模塊所取得的電氣狀態(tài)為各電池單元與該儲(chǔ)能電池組的電壓、剩余電量或荷電狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求I所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的能源裝置更包括一外部控制該多個(gè)電池單元運(yùn)作數(shù)量的控制開關(guān)。
9.如權(quán)利要求I所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的能源裝置更包括一指示該儲(chǔ)能裝置內(nèi)需要更換電池單元的狀態(tài)指示器。
10.如權(quán)利要求I所述的可替換能源模塊的能源裝置，其特征在于，所述的一或多個(gè)在線更換的電池單元與所測(cè)量電氣狀態(tài)的該儲(chǔ)能電池組為同一回路的裝置。
專利摘要一種可替換能源模塊的能源裝置，所述能源裝置包括由多個(gè)電性連接的電池單元組成的儲(chǔ)能電池組、對(duì)各電池單元充電或放電的充放電單元與由系統(tǒng)中控制電路取得電氣狀態(tài)的控制單元，此控制單元將先取得儲(chǔ)能電池組與新更換的電池單元的電氣狀態(tài)，再利用充放電手段或是被動(dòng)等待的方式使得新的電池單元與整體系統(tǒng)的電氣特性能夠一致，于適當(dāng)時(shí)間連接完成。該能源裝置運(yùn)作時(shí)，將根據(jù)更換時(shí)的電氣狀態(tài)判斷出更換電池單元的時(shí)機(jī)，由此可以避免產(chǎn)生突波現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202405805SQ20112042545
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者張瑩崟, 林欣模, 林正宗, 林育潤(rùn), 王俊煒, 蔡瑞賓, 陳文誼 申請(qǐng)人:順達(dá)科技股份有限公司