CN113541224A - 电池系统、电压平衡程序的控制方法与平衡电量的计算方法 - Google Patents

电池系统、电压平衡程序的控制方法与平衡电量的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电池系统、电压平衡程序的控制方法与平衡电量计算方法。电池系统包括数个单元电池组、一通信总线及一主控单元。各个单元电池组包括数个串电芯、一隔离充电器、一开关阵列电路、一平衡从开关及一平衡从控制器。主控单元包括一平衡主控制器、一平衡总开关及一系统电流与电量测量单元。在各个平衡从控制器所计算的平衡检测电压与平衡主控制器所计算的平衡检测电压的误差小于一误差设定值时，导通平衡总开关与单元电池组上的特定平衡从开关以对特定串电芯充电达到电压平衡的目的。

Description

电池系统、电压平衡程序的控制方法与平衡电量的计算方法
技术领域
本公开涉及一种电池系统、电压平衡程序的控制方法与平衡电量的计算方法。
背景技术
空气污染的议题日益受到重视，取代石化能源的呼声促使油电混合或是纯电动车辆产业蓬勃发展，其中电池组为不可或缺的关键元件。目前电池组多由具有较小体积与输出电压的串电芯串并联组成，在实际应用上，由于各串电芯之间电化学特性及内阻等非线性特性并不完全相同，操作环境条件的差异也造成各个串电芯在电性上会有所差异。当这些串电芯串并联使用时，有些串电芯在充电时可能已经过度充电，但有些串电芯却充电不足，电芯长时间处于过充与过放的使用，将对电池模块造成了非预期的耗损，使得串电芯加速劣化，进而降低了电池模块的安全性与使用寿命，上述的现象在一般电池管理系统领域称为电池组平衡问题或是电池组均衡问题。
为了增加电池耐用性，电池管理系统一般会设计电池组串电压平衡器，而所谓的平衡技术(又称为均衡技术)主要目的是对串并联串电芯在使用过程中对电池组的各串电芯利用独立回路进行充放电调节，以使各个串电芯之间的容量或电压差异尽可能降低，其中又可分为非消耗式(又称主动式)或是消耗式(又称非主动式)均衡技术，非消耗式均衡技术利用如电容电感等储能元件在不同串电芯之间进行能量搬移，而消耗式则利用如功率电阻元件对不同串电芯进行即时放电。
发明内容
本公开有关于一种电池系统、电压平衡程序的控制方法与平衡电量的计算方法。
根据本公开的一实施例，提出一种电池系统。电池系统包括数个单元电池组、一通信总线及一主控单元。各个单元电池组包括数个串电芯、一隔离充电器、一开关阵列电路、一平衡从开关及一平衡从控制器。隔离充电器适于对各个串电芯提供一平衡电量，以进行一电压平衡程序。开关阵列电路设置在此些串电芯与隔离充电器之间。平衡从开关连接于隔离充电器与一平衡供应电源之间。平衡从控制器适于计算一平衡检测电压。平衡检测电压用以计算平衡电量。平衡从控制器更适于控制开关阵列电路，以使隔离充电器针对此些串电芯的其中之一进行电压平衡程序。通信总线连接于此些单元电池组。主控单元包括一平衡主控制器、一平衡总开关及一系统电流与电量测量单元。平衡主控制器连接于通信总线。平衡主控制器的电池讯息与此些平衡从控制器的电池讯息通过通信总线交互传递。平衡主控制器更适于计算平衡检测电压。平衡总开关控制平衡供应电源的供给，并受控于平衡主控制器。系统电流与电量测量单元适于测量流经串接的此些单元电池组的一系统电流，并将系统电流与一时间乘积后计算一系统电量。在此些单元电池组均符合一启动条件时，平衡主控制器才会导通平衡总开关。在各个平衡从控制器所计算的平衡检测电压与平衡主控制器所计算的平衡检测电压的误差小于一误差设定值时，各个平衡从控制器才会导通对应的各个平衡从开关，各个单元电池组只有在平衡总开关与对应的各个平衡从开关都导通时才会被供电。当电压平衡程序位于一运作阶段，平衡主控制器发现讯息传递延迟，则平衡主控制器切断平衡总开关。当各个平衡从控制器发现讯息传递延迟，则各个平衡从控制器切断对应的各个平衡从开关。
根据本公开的一实施例，提出一种平衡电量的计算方法。平衡电量为一电压平衡程序中，为了使一电池系统中的数个串电芯保持电压平衡，而对此些串电芯的其中之一补充的电量。此些串电芯具有一最高串电压及一最低串电压。计算方法包括以下步骤。若最高串电压上升至一平衡复归电压，则重置电压平衡程序的一暂存器数据。若最高串电压上升至一平衡触发电压，则计算最高串电压与最低串电压的一电压差。设定一平衡检测电压为一单电芯定电压充电设定值减去电压差与一安全系数的乘积。单电芯定电压充电设定值为一固定电流充电模式(Constant Current Mode简称CC模式)转换至一固定电压充电模式(Constant Voltage Mode简称CV模式)的界线。若最高串电压上升至平衡检测电压，则记录电池系统当时的一系统电量为一第一电量。若此些串电芯的任一串电压上升至平衡检测电压，则记录电池系统当时的系统电量为一第二电量。计算此平衡电量为第一电量与第二电量的差值。
根据本公开的一实施例，提出一种电池系统的电压平衡程序的控制方法。电池系统包括数个单元电池组、一通信总线及一主控单元。各个单元电池组包括数个串电芯、一隔离充电器、一开关阵列电路、一平衡从开关、一平衡从控制器及一平衡电流测量器。隔离充电器适于对各个串电芯提供一平衡电量，以进行一电压平衡程序。开关阵列电路设置在此些串电芯与隔离充电器之间。平衡从开关连接于隔离充电器与一平衡供应电源之间。平衡从控制器适于计算一平衡检测电压。平衡检测电压用以计算平衡电量。平衡从控制器更适于控制开关阵列电路，以使隔离充电器针对此些串电芯的其中之一进行该电压平衡程序，且平衡电流测量器取得各个串电芯的一电流。各个串电芯的电流与一时间乘积为平衡电量。通信总线连接于此些单元电池组。主控单元包括一平衡主控制器、一系统电流与电量测量单元及一平衡总开关。平衡主控制器连接于通信总线。平衡主控制器的电池讯息与此些平衡从控制器的电池讯息通过通信总线交互传递。平衡主控制器更适于计算一系统电流、一系统电量与平衡检测电压。平衡总开关连接平衡主控制器。控制方法包括以下步骤。在此些单元电池组均符合一启动条件时，平衡主控制器才会导通平衡总开关。在各个平衡从控制器所计算的平衡检测电压与平衡主控制器所计算的平衡检测电压的误差小于一误差设定值时，各个平衡从控制器才会导通对应的各个平衡从开关。当平衡主控制器发现讯息传递延迟，则平衡主控制器切断平衡总开关，并持续维持一暂停平衡状态直到检修完成。当各个平衡从控制器发现讯息传递延迟，则各个平衡从控制器切断对应的各个平衡从开关，并持续维持暂停平衡状态直到检修完成。
为了对本公开的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图详细说明如下：
附图说明
图1A绘示容量不平衡的示意图；
图1B绘示根据多个串电芯串接的实施例的电压平衡程序的示意图；
图2绘示根据一实施例的电池系统的示意图；
图3A绘示根据一实施例的开关阵列电路的细部结构；
图3B绘示根据另一实施例的开关阵列电路的细部结构；
图4说明平衡电量的示意图；
图5A绘示较低的平衡检测电压与较高的平衡检测电压的示意图；
图5B绘示具最低电量的串电芯依据较低的平衡检测电压进行电压平衡程序的示意图；
图5C绘示具最低电量的串电芯依据较高的平衡检测电压进行电压平衡程序的示意图；
图6绘示根据一实施例的平衡电量的计算方法的流程图；
图7A绘示第一次计算平衡电量的示意图；
图7B绘示第二次计算平衡电量的示意图；
图8绘示根据一实施例的开路电压曲线图；
图9A～9D绘示根据一实施例的主控单元的电压平衡程序的控制方法的流程图；以及
图10A～10D绘示根据一实施例的单元电池组的电压平衡程序的控制方法的流程图。
【符号说明】
1000:电池系统
100:单元电池组
110:串电芯
120:隔离充电器
130，130’:开关阵列电路
131，131’，132’:单切开关
132，133:电路总线
134～137:极性切换开关
140:平衡从开关
150:平衡从控制器
160:通道保险丝
170:平衡电流测量器
200:通信总线
300:主控单元
310:平衡主控制器
320:平衡总开关
330:处理器
340:系统电流与电量测量单元
400:平衡供应电源
B1，B2，B2’，B2”:曲线
CV0:单电芯定电压充电设定值
dV，dV’:电压差
EQ2，EQ3:容量差
I1:平衡电流
OCV1，OCV2，OCV3:开路电压
P1，P2:点
Q1，Q2，Q3:电量
Qa，Qa’:第一电量
Qb，Qb’:第二电量
Qab，Qab’:平衡电量
S110，S120，S130，S140，S150，S160，S170，S180，S190，S200，S300～S319，S400～S424、S4101、S4102:步骤
V0:平衡复归电压
V1:平衡触发电压
V2，V2’，V2_H，V2_L:平衡检测电压
具体实施方式
请参照图1A，其绘示容量不平衡的示意图。如图1A的斜线网底所示，假设图1A中四个串电芯特性均相同且为串联使用，但因各串电芯的剩余容量不均，而产生串电芯的串电压高低不均的现象。因此，在充电过程中，电容量较高的串电芯的串电压较高，而会发生过充的情况，容易引发串电芯失效爆炸或劣化加速等问题。在放电过程中，整个电池系统仅能释放出的电容量等同于最低串电压的串电芯的剩余电容量，而导致程度不一的电容量损失。
请参照图1B，其绘示根据多个串电芯串接的实施例的电压平衡程序的示意图。一般串电芯充电是采用定电流充电(constant current charge，简称CC 充电)，当串电芯的串电压达到一设定电压时，则从定电流充电转换为定电压充电(constant voltagecharge，简称CV充电)，此充电方式一般称为CC-CV 充电法，单电芯定电压充电设定值CV0为固定电流充电模式转换至固定电压充电模式的界线，例如：一般锂三元材料的单电芯定电压充电设定值CV0设定介于4.1V～4.2V之间。同理，对于多个串电芯串接组成的电池系统，电池系统定电压充电设定值一般以单电芯定电压充电设定值CV0与电池系统的串电芯的串接数量的乘积值当作电池系统定电压充电设定值。举例来说，单电芯定电压充电设定值CV0设定为4.1V，若电池系统的串电芯的串接数量为 100串，则电池系统定电压充电设定值会设定在410V。基于上述充电相关的描述，图1B的上侧图所示，在串电芯的因劣化产生容量不均、或是单元电池组各串电压的压差大等情况发生时，当电池系统充电达到电池系统定电压充电设定值时，可看出电池系统中的各个串电芯的串电压相当分散，而没有收敛在单电芯定电压充电设定值CV0。
如图1B的下侧图所示，本实施例的电压平衡程序，若是采用充电平衡方式，主要对非最高串电压的串电芯补充平衡电量Qab(绘示于图7A)。反之，如果是采用放电平衡方式，则相当于对非最低串电压的串电芯消耗平衡电量Qab，其做法相似，差异在于充电平衡方式，是通过隔离充电器针对非最高串电压的串电芯补充平衡电量，在平衡结束后尽量使所有串电芯的串电压对齐最高串电芯的串电压，而放电平衡方式，则是通过电阻发热方式来消耗非最低串电压的串电芯的电量，在平衡结束后尽量使所有串电芯的串电压对齐最低串电芯的串电压。因此，下一次充电到达电池系统定电压充电设定值时，能够使得所有的串电芯在达到单电芯定电压充电设定值CV0的高低串电压差越小越好。换句话说，电池系统所有的串电芯在单电芯定电压充电设定值CV0 越趋于一致，越可避免串电压高的串电芯在定电压充电阶段发生过充等失效风险，且避免过充串电芯加速劣化后而影响整个单元电池组的有效容量。
请参照图2，其绘示根据一实施例的电池系统1000的示意图。电池系统 1000包括数个单元电池组100、一通信总线200、一主控单元300及一平衡供应电源400。各个单元电池组100包括数个串电芯110、一隔离充电器120、一开关阵列电路130、一平衡从开关140、一平衡从控制器150、数个通道保险丝160及一平衡电流测量器170。其中隔离充电器120、开关阵列电路130、平衡从开关140、平衡从控制器150、通道保险丝160及平衡电流测量器170 等关键零组件可以是电路、芯片或电路板。各个元件的功能简述如下。
隔离充电器120适于对各个串电芯110进行一电压平衡程序。隔离充电器120可以针对其中一个串电芯110提供平衡电量Qab(绘示于第6A、6B 图)，以使所有的串电芯110趋向电压平衡。
开关阵列电路130设置在串电芯110与隔离充电器120之间。开关阵列电路130用以使隔离充电器120的正极与负极连接至一个串电芯110。开关阵列电路130的详细结构叙述于第3A～3B图中。
平衡从开关140连接于隔离充电器120与平衡供应电源400之间。平衡从控制器150连接于隔离充电器120、开关阵列电路130与平衡从开关140。平衡从开关140受到平衡从控制器150的控制。平衡从开关140切断时，隔离充电器120则无法进行电压平衡程序。
平衡从控制器150适于计算平衡检测电压V2。平衡检测电压V2用以计算平衡电量Qab(详细计算方式描述于第4～6B图)。平衡从控制器150更适于控制开关阵列电路130，以使隔离充电器120针对一个串电芯110进行电量补充，而达成电压平衡程序。
通道保险丝160设置在串电芯110与开关阵列电路130之间。于开关阵列电路130发生短路等异常时，通道保险丝160会熔断而自动切断与串电芯 110连接的通道。
平衡电流测量器170连接于隔离充电器120与开关阵列电路130之间。平衡电流测量器170用以测量连接串电芯110的通道的一平衡电流I1，以协助平衡从控制器150精算对每个串电芯110补充的平衡电量Qab，并控制对各串电芯110的平衡补电切换运作。
通信总线200连接于这些单元电池组100与主控单元300。通信总线200 用以使单元电池组100与主控单元300能够双向沟通，以进行交叉防护。
主控单元300包括一平衡主控制器310、一平衡总开关320、一处理器 330及一系统电流与电量测量单元340。平衡主控制器310、平衡总开关320、处理器330及系统电流与电量测量单元340等关键零组件可以是电路、芯片或电路板。各项元件简述如下。
系统电流与电量测量单元340连接于各单元电池组100串接后整个电池系统1000的负极与输出之间，适于测量电池系统1000中流经串接的单元电池组100的系统电流，并搭配系统电流与时间的乘积计算系统电量，此系统电量将用于计算电压平衡程序中调整各个串电芯110所需的充电或放电电量。平衡主控制器310连接于通信总线200与平衡总开关320。平衡主控制器310 的电池讯息与平衡从控制器150的电池讯息通过通信总线200交互传递。平衡主控制器310也可以计算平衡检测电压V2。也就是说，每一平衡从控制器 150与平衡主控制器310均会去计算平衡检测电压V2。在正常运作下，平衡从控制器150与平衡主控制器310所计算出来的平衡检测电压V2会相当接近。
平衡总开关320控制该平衡供应电源400的供给。详细来说，平衡总开关320连接于平衡供应电源400与平衡从开关140之间，且平衡总开关320 与平衡主控制器310连接。平衡总开关320受到平衡主控制器310的控制。平衡总开关320切断时，电压平衡程序则会停止执行。
万一平衡总开关320的切断功能失效时，无法中止电压平衡程序，可能导致电池系统1000发生串电芯110的电压过充失控等风险。本实施例的电池系统1000采用分散式运算、主从单元双向通信、与硬件交叉防护设计来避免过充失控等风险。
在本实施例中，在单元电池组100均符合一启动条件(启动条件的详细内容描述于图9A～10D)时，平衡主控制器310才会导通平衡总开关320。
在各个平衡从控制器150所计算的平衡检测电压V2与平衡主控制器310 计算的平衡检测电压V2的误差小于一误差设定值时，各个平衡从控制器150 才会导通对应的平衡从开关140，必须同时导通平衡总开关320以及平衡从开关140，才能对每个单元电池组100上的隔离充电器120供电，提供电压平衡程序的电流。
当电压平衡程序位于运作阶段，平衡主控制器310发现讯息传递延迟(例如是发送讯息一段时间后没有收到讯息回报，或者是一段时间没有收到广播讯息)，则平衡主控制器310会暂时切断平衡总开关320，持续维持暂停平衡状态直到检修完成；当各个平衡从控制器150发现讯息传递延迟(例如是发送讯息一段时间后没有收到讯息回报，或者是一段时间没有收到广播讯息)，则各个平衡从控制器150会暂时切断平衡从开关140，并持续维持暂停平衡状态直到检修完成，当讯息传递恢复正常后，会再次导通平衡总开关320与平衡从开关140接续未完成的电压平衡程序。
也就是说，主控单元300与单元电池组100双方信息交互接收，双方各自根据数据进行相同的计算。主控单元300接收各个单元电池组100的数据与回报状态，判定每个单元电池组100的状态符合启动条件，才会导通平衡总开关320，并下达电压平衡程序的启动命令给各个单元电池组100。
若单元电池组100本地计算的平衡检测电压V2与主控单元300广播的平衡检测电压V2的误差小于误差设定值(代表单元电池组100与主控单元 300信息同步)，且接收到主控单元300的电压平衡程序的启动命令，才会启动单元电池组100的电压平衡程序。
主控单元300会检查各个单元电池组100周期性的广播回报信息，各个单元电池组100也会检查主控单元300周期性的广播信息，任一方发现广播信息异常且达到时间限制，就会下达电压平衡程序的暂停指令，把自身管辖的开关切断中止对隔离充电器120供电，因此若平衡主控制器310失效而保持导通状态时，可依靠各个单元电池组100上的平衡从控制器150来关闭电压平衡程序。反之，当平衡从控制器150失效而保持导通状态时，可依赖平衡主控制器310来关闭电压平衡程序。
基于上述特点，主控单元300与各个单元电池组100之间具有交叉检查的软件防护的功能。
在交叉防护的硬件设计是由主控单元300的平衡总开关320与各个单元电池组100的平衡从开关140所组成。平衡总开关320受控于平衡主控制器 310，平衡从开关140受控于平衡从控制器150。只有在主控单元300与单元电池组100同时将平衡总开关320、平衡从开关140导通时，电压平衡程序才会正常运作。因此主控单元300与各单元电池组100之间具有硬件交叉防护的功能(需搭配软件防护)。
以下进一步描述开关阵列电路130的细部结构。请参照图3A，其绘示根据一实施例的开关阵列电路130的细部结构。各个开关阵列电路130包括数个单切开关131、二电路总线132、133及数个极性切换开关134、135、136、 137。各个串电芯110的两端连接单切开关131的其中之二，以形成一通道。电路总线132、133连接于单切开关131。极性切换开关134、135、136、137 连接于隔离充电器120与电路总线132、133之间，以使进行电压平衡程序的串电芯110的两端与隔离充电器120的极性对应。举例来说，欲对左侧数来第一个串电芯110进行电压平衡程序时，可导通左侧数来第一个及第二个单切开关131，此时电路总线132带负电，电路总线133带正电，电路总线132 导通极性切换开关135连接到隔离充电器120的负极，电路总线133导通极性切换开关136连接到隔离充电器120的正极，完成将左侧数来第一个串电芯110的负极连接于隔离充电器120的负极。依此类推，欲对左侧数来第二个串电芯110进行电压平衡程序时，可导通左侧数来第二个及第三个单切开关131及极性切换开关134、137，以使左侧数来第二个串电芯110的正极连接于隔离充电器120的正极，左侧数来第二个串电芯110的负极连接于隔离充电器120的负极。
请参照图3B，其绘示根据另一实施例的开关阵列电路130’的细部结构。各个开关阵列电路130’包括数个单切开关131’及数个单切开关132’，单切开关131’均连接于串电芯110的负极与隔离充电器120的负极，单切开关132’均连接于串电芯110的正极与隔离充电器120的正极。各个串电芯110的两端连接单切开关131’的其中之一与单切开关132’的其中之一，以形成一通道。举例来说，欲对左侧数来第一个串电芯110进行电压平衡程序时，可导通左侧数来第一个单切开关131’及左侧数来第一个单切开关132’，以使左侧数来第一个串电芯110的正极连接于隔离充电器120的正极，左侧数来第一个串电芯110的负极连接于隔离充电器120的负极。依此类推，欲对左侧数来第二个串电芯110进行电压平衡程序时，可导通左侧数来第二个单切开关131’及左侧数来第二个单切开关132’，以使左侧数来第一个串电芯110的正极连接于隔离充电器120的正极，左侧数来第一个串电芯110的负极连接于隔离充电器120的负极。
此外，如图3A、3B所示，本实施例采用通道保险丝160可以提升安全性。如图3A所示，通道保险丝160连接于单切开关131，各个通道保险丝 160用以在任一单切开关131异常(例如是粘死保持导通而无法断开)时，会形成短路自动熔毁而切断平衡电流的通道。如图3B所示，通道保险丝160 连接于单切开关131’、132’，各个通道保险丝160适于在任一单切开关131’、 132’异常(例如是粘死保持导通而无法断开)时，自动熔毁而切断平衡电流的通道。各个平衡从控制器150可以根据平衡电流I1确认通道保险丝160是否熔断。
再者，如图3A、3B所示，本实施例采用平衡电流测量器170提升电压平衡程序的精准度。如第3A、3B图所示，平衡电流测量器170连接于隔离充电器120与开关阵列电路130之间，平衡电流测量器170适于测量各个通道的平衡电流I1，以取得各串电芯110的电流，搭配平衡从控制器150内建的计时器功能，以串电芯110的电流与时间乘积作为平衡电量，即可精准的计算出每个串电芯110在平衡通道导通时的平衡电量(充电则对应充电电量，放电则对应放电电量)，以充电平衡为例，当串电芯110补充电量达到平衡电量Qab时即可切换下一个欲补充平衡电量的串电芯110的位置。
平衡电量Qab为电压平衡程序中，为了使电池系统1000中的多个串电芯 110保持电压平衡，而对其中具有较低电量的一串电芯110补充的电量。以下说明平衡电量Qab的计算方式。在本实施例中，平衡从控制器150与平衡主控制器310通过系统电流与电量测量单元340，若判定电池系统1000是在充电满足相应的条件时，计算平衡电量Qab。请参照图4，其说明平衡电量Qab 的示意图。如图4的上侧图示所示，以串接两个串电芯110的电池系统1000 进行说明。假设电池系统1000中具有最高串电压的为A串电芯110，对应图 4的串电压曲线为曲线B1；具有较低串电压的为B串电芯110，对应图4的串电压曲线为曲线B2。当该电池系统1000中的A串电芯110的串电压上升至平衡检测电压V2时，记录该电池系统1000通过系统电流与电量测量单元 340取得当时的充电电量，当作第一电量Qa。随充电电量持续增加，当B串电芯110的串电压上升至平衡检测电压V2时，依此类推记录第二电量Qb。
第二电量Qb与第一电量Qa的电量差即为B串电芯110在电压平衡程序所需要充电的平衡电量Qab。
如图4的下侧图示所示，对B串电芯110通过隔离充电器120充电平衡电量Qab之后，将使得B串电芯110的串电压曲线B2向左平移变成串电压曲线B2’，并在点P1与串电压曲线B1重合。如此一来，再次充电时，可使前次的B串电芯110在平衡检测电压V2接近时与A串电芯110的曲线B1 趋近于重叠，继续充电后使A串电芯110与B串电芯110以极小的压差持续升高，最终可几乎同时抵达单电芯定电压充电设定值CV0。
根据上述说明，以一个最单纯的两串电芯的电池系统说明平衡检测电压 V2用以计算平衡电量Qab，当电池系统1000的串联数量超过两个串电芯110，做法与两串相同，但要注意的是，只要不是最高串电压的串电芯110，都可以跟具有最高串电压的串电芯110产生一个平衡电量Qab，举例来说，若一个电池系统1000有100个串电芯110串接，则会产生99个平衡电量Qab，若这些串电芯110的串电压差小，则这些平衡电量Qab也会很小。因此可针对与最高串电压之间压差大的特定串电芯110启动电压平衡程序。
但平衡检测电压V2不能设定过高，也不能设定过低，以下通过图5A～5C详细说明原因。
请参照图5A，其绘示较低的平衡检测电压V2_L与较高的平衡检测电压 V2_H的示意图。平衡检测电压V2_L距离单电芯定电压充电设定值CV0较大，平衡检测电压V2_H距离单电芯定电压充电设定值CV0较小。如图5B 所示，其绘示具最低串电压的串电芯110依据较低的平衡检测电压V2_L进行电压平衡程序的示意图。平衡检测电压V2_L离单电芯定电压充电设定值 CV0过大，原本具有最低串电压的串电压曲线B2经过平衡电量Qab的补充后转换成串电压曲线B2”，相当于把串电芯110的最高串电压与最低串电压在触抵平衡检测电压V2_L时会在点P2重叠，但若两个串电芯110之间的阻抗、容量、温度等其他条件有差异时，继续充电到达单电芯定电压充电设定值CV0反而又发散了，无法达到所有串电芯110在相同串电压值进入单电芯定电压充电设定值CV0的目标。
请参照图5C，其绘示具最低电压的串电芯110依据较低的平衡检测电压 V2_H进行电压平衡程序的示意图。平衡检测电压V2_H离单电芯定电压充电设定值CV0过小，具最高串电压的串电芯110越过平衡检测电压V2_H可取得第一电量Qa，但随后因电池系统1000进入定电压充电使充电电流开始下降，但具最低串电压的串电芯110的串电压始终无法上升至平衡检测电压 V2_H，因此无法取得第二电量Qb，导致平衡电量Qab无法完成计算，进而使整个电压平衡程序永远无法启动。
为了避免平衡检测电压V2设定的过低或设定的过高，本实施例提出平衡检测电压V2的浮动设定策略，并以两串电芯的电池系统为例进行说明。请参照图6及图7A～7B，图6绘示根据一实施例的平衡电量Qab的计算方法的流程图，图7A绘示第一次计算平衡电量Qab的示意图，图7B绘示第二次计算平衡电量Qab的示意图。首先，请参照图6与图7A来了解第一次计算平衡电量Qab。假设电池系统1000中具有最高串电压的串电芯110，其对应的串电压曲线为图7A的曲线B1；具有最低串电压的串电芯110，其对应的串电压曲线为图7A的曲线B2。
平衡电量Qab的计算方法如下：若最高串电压上升至一平衡复归电压V0，则重置电压平衡程序的暂存器数据(如步骤S110、S120)；若最高串电压上升至一平衡触发电压V1，则计算最高串电压与最低串电压的电压差dV(如步骤S130、S140)；设定平衡检测电压V2为单电芯定电压充电设定值CV0 减去电压差dV与安全系数的乘积，单电芯定电压充电设定值CV0为固定电流充电模式转换至固定电压充电模式的界线(如步骤S150)；若最高串电压上升至平衡检测电压V2，则记录该电池系统1000当时的系统电量为一第一电量Qa(如步骤S160、S170)；若这些串电芯的任一串电压上升至平衡检测电压V2，则记录该电池系统1000当时的系统电量为一第二电量Qb(如步骤 S180、S190)；计算平衡电量Qab为第一电量Qa与该第二电量Qb的差值(如步骤S200)。
详细来说，在步骤S110中，判断电池系统1000中最高串电压是否上升至一平衡复归电压V0。若最高串电压上升至平衡复归电压V0，则进入步骤 S120。在一实施例中，平衡复归电压V0例如是3900mV。
在步骤S120中，重置电压平衡程序，所谓的重置平衡就是不论平衡程序是否完成，都全部停止，并把所有相关暂存器等数值恢复初始状态。
在步骤S130中，判断最高串电压是否上升至一平衡触发电压V1。若最高串电压上升至平衡触发电压V1，则进入步骤S140。其中，平衡触发电压 V1高于平衡复归电压V0。
在步骤S140中，计算最高串电压与最低串电压之一电压差。假设平衡触发电压V1例如是4000mV。此时电池系统1000中最低串电压为3930mV，也就是达到平衡触发电压V1时，最高串电压与最低串电压的一电压差dV。如图7A所示，电压差dV例如是70mV。
在步骤S150中，设定平衡检测电压V2为单电芯定电压充电设定值CV0 减去电压差dV与一安全系数的乘积(即平衡检测电压V2＝单电芯定电压充电设定值CV0–电压差dV*安全系数)。在一实施例中，单电芯定电压充电设定值CV0例如是4150mV，安全系数例如是1.5。平衡检测电压V2即为 4150mV-(70mV*1.5)＝4045mV。
在步骤S160中，判断最高串电压是否上升至平衡检测电压V2。若最高串电压上升至平衡检测电压V2，则进入步骤S170。其中，平衡检测电压V2 高于平衡触发电压V1。
在步骤S170中，记录第一电量Qa。详细来说，即记录最高串电压上升至平衡检测电压V2时的电量以作为第一电量Qa。
在步骤S180中，判断非最高的串电压是否上升至平衡检测电压V2。若非最高的串电压上升至平衡检测电压V2，则进入步骤S190。
在步骤S190中，记录第二电量Qb。详细来说，即记录非最高串电压上升至平衡检测电压V2时的电量以作为第二电量Qb。
在步骤S200中，设定平衡电量Qab为第一电量Qa与第二电量Qb的差值(即平衡电量Qab＝第二电量Qb–第一电量Qa)。
通过上述程序，即可完成一次平衡电量Qab的计算。接着，请对照图6 与图7B了解第二次计算平衡电量Qab。在步骤S110中，判断电池系统1000 中最高串电压是否上升至平衡复归电压V0(例如是3900mV)。若最高串电压上升至平衡复归电压V0，则进入步骤S120。
在步骤S120中，重置电压平衡程序。
在步骤S130中，判断最高串电压是否上升至平衡触发电压V1(例如是 4000mV)。若最高串电压上升至平衡触发电压V1，则进入步骤S140。
在步骤S140中，计算最高串电压与最低串电压的电压差dV’。如图7B 所示，由于具最低电量的串电芯110已被充电一平衡电量Qab，其对应的串电压曲线由原本的曲线B2平移至曲线B2’，因此理论上当最高串电压达到平衡触发电压V1时，本次的高低压差应较前次小。在一实施例中，本次在触抵平衡触发电压V1时，最高串电压与最低串电压的电压差dV’缩小为15mV。
在步骤S150中，设定平衡检测电压V2’为单电芯定电压充电设定值CV0 减去电压差dV’与安全系数的乘积(即平衡检测电压V2＝单电芯定电压充电设定值CV0–电压差dV’*安全系数)。在一实施例中，单电芯定电压充电设定值CV0固定为4150mV，安全系数固定设定为1.5。平衡检测电压V2’即为 4150mV-(15mV*1.5)＝4127.5mV。
在步骤S160中，判断最高串电压是否上升至平衡检测电压V2’。若最高串电压的曲线B1上升至平衡检测电压V2’，则进入步骤S170。
在步骤S170中，记录第一电量Qa’。详细来说，即记录最高串电压上升至平衡检测电压V2’时的充电电量以作为第一电量Qa’。
在步骤S180中，判断非最高串电压是否上升至平衡检测电压V2’。若非最高的串电压(在本实施中为最低串电压)上升至平衡检测电压V2’，则进入步骤S190。
在步骤S190中，记录第二电量Qb’。详细来说，即记录非最高串电压(在本实施例中为最低串电压)上升至平衡检测电压V2’时的充电电量以作为第二电量Qb’。
在步骤S200中，设定平衡电量Qab’为第一电量Qa’与第二电量Qb’的差值(即平衡电量Qab’＝第二电量Qb’–第一电量Qa’)。
从图7A及图7B来看，随着电压平衡程序的执行次数的增加，平衡检测电压V2’会逐渐靠近单电芯定电压充电设定值CV0，电压差dV’也会逐渐缩小，平衡电量Qab’也会逐渐降低。如此一来，浮动设计的平衡检测电压V2 可以确保不论电压差是大或小，均可使得电压平衡程序能够正确执行，且逐渐收敛到单电芯定电压充电设定值CV0的预期电压上。
除了通过上述算法以外，更可利用开路电压来计算平衡电量。请参照图 8，基于串电芯的开路电压对应放电电量的特性曲线，不同开路电压的位置相当于对应不同的电池电量。在平衡从控制器150与平衡主控制器310在静置的情况下，假设由三个串电芯串接的电池系统，第一个串电芯开路电压为开路电压OCV1，依此类推。根据开路电压OCV1、OCV2、OCV3，可以直接由电池电量对应表查表取得对应电量Q1、Q2、Q3，计算所有串电芯110的开路电压对应具最高串电压的串电芯110的容量差EQ2、EQ3，以作为平衡电量。当具有非最高串电压的串电芯完成补电后，即可将各个串电芯110的串电压(也就是开路电压OCV2与开路电压OCV3)拉升到与最高串电压(开路电压OCV1)的相近点。图8的作法可设定在静置状态下执行电压平衡程序的运算，完成后取得各个串电芯的平衡电量即可启动电压平衡执行程序。
接着，更详细说明本实施例的电池系统1000的电压平衡程序的控制方法。请参照图9A～9D，其绘示根据一实施例的主控单元300的电压平衡程序的控制方法的流程图。如图9A所示，在步骤S300中，平衡主控制器310判断电池系统1000是否已开机。若电池系统1000已开机，则进入步骤S302；若电池系统1000未开机，则进入步骤S301。
如图9A所示，在步骤S301中，平衡主控制器310判断是否发生外部异常，而须强制暂停电压平衡程序。若发生外部异常，则结束本流程；若未发生外部异常，则进入步骤S303。
如图9A所示，在步骤S302中，平衡主控制器310进行初始化的动作，并将平衡状态设定为关闭状态，并清除平衡主控制器310内相关的暂存器运算信息。
如图9A所示，在步骤S303中，平衡主控制器310判断运作状态是否位于充电状态，且判断最高串电压是否上升至平衡复归电压V0。若运作状态位于充电状态且最高串电压上升至平衡复归电压V0，则进入步骤S304。因平衡主控制器310具有测量电池系统1000的充放电电流值与相关的充电状态判定标志信息，可以根据电流与充电状态信息判断是否为充电状态。
如图9A所示，在步骤S304中，平衡主控制器310关闭电压平衡程序，并设定平衡状态为平衡复归状态，平衡复归状态包含清除所有平衡运算结果与执行等相关暂存器，其目的是根据本次充电状态重新计算电压平衡程序的相关参数。
如图9B所示，在步骤S305中，平衡主控制器310判断最高串电压是否上升至平衡触发电压V1。若最高串电压上升至平衡触发电压V1，则进入步骤S306；若最高串电压未上升至平衡触发电压V1，则回至步骤S305。
如图9B所示，在步骤S306中，平衡主控制器310计算最高串电压与最低串电压的电压差dV，并计算出平衡检测电压V2。
如图9B所示，在步骤S307中，平衡主控制器310对所有单元电池组100 广播平衡检测电压V2。
如图9B所示，在步骤S308中，平衡主控制器310判断所有单元电池组 100的平衡状态是否皆为平衡检测状态。平衡检测状态指正在计算平衡电量 Qab的过程。若所有单元电池组100的平衡状态皆为平衡检测状态，则进入图9C的步骤S310；若有单元电池组100的平衡状态并非为平衡检测状态，则进入步骤S309。
如图9B所示，在步骤S309中，平衡主控制器310判断运作状态是否由充电状态变更为静置状态。若运作状态由充电状态变更为静置状态，则进入图9A的步骤303；若运作状态未由充电状态变更为静置状态，则回至步骤 S308。
如图9C所示，在步骤S310中，平衡主控制器310判断所有单元电池组 100的平衡状态是否皆为检测完成状态。若所有单元电池组100的平衡状态皆为检测完成状态，则进入步骤S311；若有单元电池组100的平衡状态为非检测完成状态，则回至步骤S310。
如图9C所示，在步骤S311中，平衡主控制器310判断单元电池组100 的运作状态是否从充电状态转为静置状态。若所有单元电池组100的运作状态皆转为静置状态，则进入步骤S312；若有单元电池组100的运作状态为非静置状态，则回至步骤S311。
如图9C所示，在步骤S312中，平衡主控制器310判断静置时间是否超过一时间设定值。若静置时间超过时间设定值，则进入图9D的步骤S313。若静置时间未超过时间设定值，则回到步骤S312。
如图9D所示，在步骤S313中，平衡主控制器310广播平衡执行信息，并导通平衡总开关320。
如图9D所示，在步骤S314中，平衡主控制器310判断单元电池组100 是否出现异常。若任一个串接的单元电池组100出现异常，则进入步骤S315；若单元电池组100没有出现异常，则进入步骤S316。
如图9D所示，在步骤S315中，平衡主控制器310对所有单元电池组100 广播电压平衡程序的暂停指令，此时不会清除所有平衡从控制器150内的相关数据。
如图9D所示，在步骤S317中，平衡主控制器310判断单元电池组100 是否恢复正常。若单元电池组100恢复正常，则回至步骤S313；若单元电池组100未恢复正常，则进入步骤S318。
如图9D所示，在步骤S318中，平衡主控制器310判断运作状态是否位于充电状态，并判断最高串电压是否上升至平衡复归电压V0。若运作状态位于充电状态，且最高串电压上升至平衡复归电压V0，则回至图9A的步骤S303；若运作状态不位于充电状态，或最高串电压未上升至平衡复归电压V0，则回至步骤S315。
如图9D所示，在步骤S316中，平衡主控制器310判断所有单元电池组 100是否皆已完成电压平衡程序。若所有单元电池组100皆已完成电压平衡程序，则进入步骤S319；若并非所有单元电池组100皆已完成电压平衡程序，则回至步骤S313。
在步骤S319中，平衡主控制器310显示平衡状态为完成状态，且切断平衡总开关320。
从上述主控单元300的控制流程来看，主控单元300接收各个单元电池组100的数据与回报状态，判定每个单元电池组100的状态符合启动条件，才会导通平衡总开关320，并下达电压平衡程序的启动命令给各个单元电池组100。
主控单元300会检查各个单元电池组100周期性的广播回报信息，当主控单元300发现广播信息异常且达到时间限制，就会下达把平衡总开关320 切断的指令，停止电压平衡程序。
请参照图10A～10D，其绘示根据一实施例的单元电池组100的电压平衡程序的控制方法的流程图。如图10A所示，在步骤S400中，平衡从控制器 150判断电池系统1000是否已开机。若电池系统1000已开机，则进入步骤 S402；若电池系统1000未开机，则进入步骤S401。
如图10A所示，在步骤S401中，平衡从控制器150判断是否发生外部异常，而须强制暂停电压平衡程序。若发生外部异常，则结束本流程，强制暂停电压平衡程序；若未发生外部异常，则进入步骤S403。
如图10A所示，在步骤S402中，平衡从控制器150进行初始化的动作，并将平衡状态设定为关闭状态，并清除平衡从控制器150内相关的暂存器运算信息。
如图10A所示，在步骤S403中，平衡从控制器150判断运作状态是否为充电状态。若运作状态位于充电状态，则进入步骤S404；若运作状态不位于充电状态，则结束本流程。因只有平衡主控制器310具有测量电池系统1000 的充放电电流值与相关的充电状态判定标志信息，因此藉由平衡主控制器310 通过通信总线200以广播方式将电流测量值发送给所有平衡从控制器150，因此平衡从控制器150可以根据平衡主控制器310发送的广播信息判断充电状态。
如图10A所示，在步骤S404中，平衡从控制器150判断整个电池系统 1000的最高串电压是否上升至平衡复归电压V0。若最高串电压已上升至平衡复归电压V0，则进入步骤S405；若整个电池系统1000的最高串电压未上升至平衡复归电压V0，则回至步骤S403。
如图10A所示，在步骤S405中，平衡从控制器150关闭电压平衡程序，并设定平衡状态为平衡复归状态，平衡复归状态包含清除所有平衡运算结果与执行等相关暂存器，其目的是根据本次充电状态重新计算电压平衡程序的相关参数。
如图10B所示，在步骤S406中，平衡从控制器150判断最高串电压是否上升至平衡触发电压V1。若最高串电压上升至平衡触发电压V1，则进入步骤S407；若最高串电压未上升至平衡触发电压V1，则回至步骤S406。
如图10B所示，在步骤S407中，平衡从控制器150设定平衡状态为平衡检测状态。
如图10B所示，在步骤S408中，平衡从控制器150计算整个电池系统 1000最高串电压与最低串电压的电压差dV，并计算出平衡检测电压V2。在此须强调所有平衡从控制器150均会以通信方式回报对应单元电池组100内的最高与最低串电压值给平衡主控制器310，因此所有平衡从控制器150均可从通信总线200上接收其他单元电池组100的最高与最低串电压值，因此可计算整个电池系统1000的最高与最低电压差dV，以及平衡检测电压V2，此步骤与平衡主控制器310在图9B的S306步骤的运算方式相同，因此理论上平衡从控制器150计算的平衡检测电压V2与平衡主控制器310计算的平衡检测电压V2，虽然各别运算但应该具有相同值。
如图10B所示，在步骤S409中，平衡从控制器150计算平衡从控制器 150所计算的平衡检测电压V2与平衡主控制器310所计算的平衡检测电压 V2的误差。
如图10B所示，在步骤S410中，平衡从控制器150判断误差是否小于误差设定值。若误差小于误差设定值，则进入图10C的步骤S4101；若误差不小于误差设定值，则结束本流程。如此一来，会使主控单元300的控制流程在步骤S308～S309(见图9B)之间重复直到充电结束进入静置状态，而平衡状态会维持在检测状态，因此不会启动任何平衡程序，直到再次充电时，会进入步骤S303重新开始平衡程序判定。
在步骤S4101中，平衡从控制器150判断整个电池系统1000的串电芯 110的最高串电压是否触抵平衡检测电压V2，若否，则流程重回到步骤S4101；若是，平衡从控制器150会跳到步骤S4102，把最高串电压对应的系统充电电量保存到相应暂存器中(相当于取得第一电量Qa)，此步骤也相当于图6 的步骤S160与S170。
如图10C所示，在步骤S411中，平衡从控制器150判断所属单元电池组 100中，第i个串电芯的串电压是否上升到平衡检测电压V2。若第i个串电芯的串电压上升至平衡检测电压V2，则进入步骤S412；若第i个串电芯的串电压未上升至平衡检测电压V2，则回至步骤S411。
如图10C所示，在步骤S412中，平衡从控制器150记录第i个串电芯 110对应的电池系统充电电量，并将电池系统充电电量的数值保存在第i个串电芯110相应的充电电量暂存器中。例如：单元电池组100由14个电芯串接组成，因此会设定14个平衡控制的充电电量暂存器，其编号为「B[1]～B[14]」，假设第2串的串电芯的串电压先触抵平衡检测电压V2，此时电池系统充电电量为「Qb1」，就会把「Qb1」保存在编号为「B[2]」的充电电量暂存器中，接着是第10串的串电芯的串电压触抵平衡检测电压V2，此时电池系统充电电量为「Qb2」，就会把「Qb2」保存在编号为「B[10]」的充电电量暂存器中，依此类推，最终会让14个串电芯的串电压在达到平衡检测电压V2时的电池系统充电电量，按照串电芯相应的位置完整保存在充电电量暂存器中。此步骤也相当于图6的步骤S180与步骤S190。
如图10C所示，在步骤S413中，平衡从控制器150判断是否所有的串电芯的串电压均上升至平衡检测电压V2。若所有的串电芯的串电压均上升至平衡检测电压V2，则进入步骤S414；若并非所有的串电芯的串电压均上升至平衡检测电压V2，则回至步骤S411。
如图10C所示，在步骤S414中，平衡从控制器150设定平衡状态为检测完成状态。
如图10C所示，在步骤S415中，平衡从控制器150会计算管辖的单元电池组100的串电芯110最低串电压值与整个电池系统1000中所有单元电池组100广播出来的最高串电压值之间的电压差dV，其目的是评估本单元电池组100相对于所有单元电池组100的串电芯110最高串电压之间的差距量，差距量越大表示此单元电池组100离群越严重，需优先处理电压平衡程序，差距量越小表示串电压的一致性好(也就是步骤S417中提到的低压差状态)，该单元电池组100不需启动电压平衡程序。
如图10C所示，在步骤S416中，平衡从控制器150判断电压差dV是否小于一压差设定值。若电压差dV小于压差设定值，则进入步骤S417；若电压差dV不小于压差设定值，则进入图10D的步骤S418。
如图10C所示，在步骤S417中，平衡从控制器150设定平衡状态为低压差状态。
如图10D所示，在步骤S418中，平衡从控制器150进行电压平衡程序的执行顺序的安排。在单一个单元电池组100内部的串电芯平衡电量顺序方式为平衡从控制器150会先针对较低串电压者进行电压平衡程序，而在整个电池系统1000来看，平衡电量顺序会从整个电池系统1000中串电压最低的单元电池组100优先启动电压平衡电量程序，因此当平衡供应电源400输出受限时，可以优先对串电压最低的串电芯110补充电量，快速把电压差缩小。
每个通道的平衡电量Qab估计方式与图6的步骤S200相同，只是对单元电池组100的每个串电芯110的平衡电量Qab计算方式如下，第i个串电芯110的平衡电量Qab为第i个串电芯110的编号为「B[i]」的充电电量暂存器内的第二电量Qb扣除最高串电压对应的第一电量Qa的电量差，其原理示意图与图7中说明的平衡电量Qab相同，但要注意的是，对于14串的单元电池组100来说，会产生14个平衡电量，也就是「Qab[1]～Qab[14]」，每个通道依据各自的平衡电量Qab进行补充电量值。假设本单元电池组100中的第14 个串电芯110为整个电池系统1000的最高串电压，则相当于Qab[14]等于零。
此外，在所有的单元电池组100中，具有最低串电压的串电芯110会被额外多补充一预设电量(例如是0.5％的电量)。如此一来，本次具有最低串电压的串电芯110在下次充电时有机会变为整个电池系统1000中最高串电压的串电芯110，故此电压平衡程序可以让最高串电压的串电芯110达到轮替的效果，避免特定串电芯110持续维持最高串电压状态而引发电池过充失效或寿命加速劣化等问题。
如图10D所示，在步骤S419中，平衡从控制器150设定平衡状态为暂停状态，但此时的暂停状态是为了等待平衡主控制器310发送的电压平衡程序启动指令。
如图10D所示，在步骤S420中，平衡从控制器150判断是否接收到平衡主控制器310发送的电压平衡程序的启动指令。若接收到平衡主控制器310 发出的电压平衡程序的启动指令，则进入步骤S421；若未收到平衡主控制器 310发出的电压平衡程序的启动指令，则回至步骤S419。
如图10D所示，在步骤S421中，平衡从控制器150设定平衡状态为执行状态，开始执行电压平衡程序。
如图10D所示，在步骤S422中，平衡从控制器150判断电压平衡程序是否已完成。若电压平衡程序已完成，则进入步骤S423；若电压平衡程序未完成，则进入步骤S424。
如图10D所示，在步骤S423中，平衡从控制器150设定平衡状态为完成状态，并关闭所有的电压平衡程序。
如图10D所示，在步骤S424中，平衡从控制器150判断是否接收到平衡主控制器310的电压平衡程序的暂停指令。若接收到平衡主控制器310的电压平衡程序的暂停指令，则回至步骤S419；若未接收到平衡主控制器310 的电压平衡程序的暂停指令，则回至步骤S421。电压平衡程序的暂停指令的应用时机主要是当平衡主控制器310因运算资源限制或是使用者强制暂停时，需要暂时停止电压平衡程序运作的情境下使用。
根据上述流程，主控单元300与单元电池组100双方信息交互接收，双方各自根据数据进行相同的计算。主控单元300接收各个单元电池组100的数据与回报状态，判定每个单元电池组100的状态符合启动条件，才会导通平衡总开关320，并下达电压平衡程序的启动命令给各个单元电池组100。
若单元电池组100本地计算的平衡检测电压V2与主控单元300广播的平衡检测电压V2的误差小于一误差设定值，代表单元电池组100与主控单元300同步，且接收到主控单元300的电压平衡程序的启动命令，才会启动单元电池组100的电压平衡程序，并导通所属的平衡从开关140。
主控单元300会检查各个单元电池组100周期性的广播回报信息，各个单元电池组100也会检查主控单元300周期性的广播信息，任一方发现广播信息异常且达到时间限制，就会下达电压平衡程序的暂停指令，平衡主控制器310会切断平衡总开关320、平衡从控制器150会切断平衡从开关140，关闭平衡隔离充电器120。
基于上述特点，主控单元300与各个单元电池组100之间具有交叉检查的软件防护的功能。
此外，除了上述的控制方法以外，以下的异常情况也可以执行监控并限制电压平衡程序的运行。
当平衡从控制器150在电压平衡程序完成后，却发现串电芯110的串电压未达目标电压值，且超过误差容许范围，则平衡从控制器150会发送平衡异常状态以广播方式发送，平衡主控制器310与其他平衡从控制器150接收到任一平衡从控制器150的平衡异常状态时，就会触发电压平衡程序的暂停指令，亦即平衡主控制器310会切断平衡总开关320，平衡从控制器150会切断对应的平衡从开关140，切断隔离充电器120的供电，使充电功能停止运作，并持续维持在暂停平衡状态直到检修完成。
再者，当平衡主控制器310或平衡从控制器150在电压平衡程序中发现串电芯温度上升至一温度阈值，也会触发电压平衡程序的暂停指令。亦即平衡主控制器310切断平衡总开关320，并持续维持在暂停平衡状态直到检修完成。
或者，当平衡主控制器310发现电池系统1000受到撞击的撞击力超过一撞击预设值，则平衡主控制器310也会切断平衡总开关320，卡在电压平衡程序的暂停指令，并持续维持在暂停平衡状态直到检修完成。
综上所述，本公开针对高压大型电池系统研发出高安全、高性能、低成本的平衡功能，其可以应用于多串电芯的串接应用。本公开不仅利用软硬件交叉防护的设计提高安全性，并优化平衡硬件的设计来提高可靠度。此外，通过平衡控制策略优化的设计来提高效能，并提供维修保养与特殊状况处置方式，使其能够快速检修。
综上所述，虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本公开所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本公开的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (19)

1.一种电池系统，包括：
多个单元电池组，各该单元电池组包括：
多个串电芯；
隔离充电器，适于对各该串电芯提供平衡电量，以进行电压平衡程序；
开关阵列电路，设置在这些串电芯与该隔离充电器之间；
平衡从开关，连接在该隔离充电器与平衡供应电源之间；及
平衡从控制器，适于计算平衡检测电压，该平衡检测电压用以计算该平衡电量，该平衡从控制器更适于控制该开关阵列电路，以使该隔离充电器针对这些串电芯的其中之一进行该电压平衡程序；
通信总线，连接于这些单元电池组；以及
主控单元，包括：
平衡主控制器，连接于该通信总线，该平衡主控制器的电池讯息与这些平衡从控制器的电池讯息通过该通信总线交互传递，该平衡主控制器更适于计算该平衡检测电压；
平衡总开关，控制该平衡供应电源的供给，并受控于该平衡主控制器；及
系统电流与电量测量单元，适于测量流经串接的这些单元电池组的系统电流，并将该系统电流与时间乘积后计算系统电量；其中
在这些单元电池组均符合启动条件时，该平衡主控制器才会导通该平衡总开关；
在各该平衡从控制器所计算的该平衡检测电压与该平衡主控制器所计算的该平衡检测电压的误差小于误差设定值时，各该平衡从控制器才会导通对应的各该平衡从开关，各该单元电池组只有在该平衡总开关与对应的各该平衡从开关都导通时才会被供电；
当该电压平衡程序位于运作阶段，该平衡主控制器发现讯息传递延迟，则该平衡主控制器切断该平衡总开关；当各该平衡从控制器发现讯息传递延迟，则各该平衡从控制器切断对应的各该平衡从开关。
2.如权利要求1所述的电池系统，其中各该开关阵列电路包括：
多个单切开关，各该串电芯的两端连接这些单切开关的其中之二，以形成通道；
二电路总线，连接于这些单切开关；以及
多个极性切换开关，连接于该隔离充电器与这些电路总线之间，以使进行该电压平衡程序的各该串电芯的两端与该隔离充电器的极性对应。
3.如权利要求2所述的电池系统，其中各该单元电池组还包括：
多个通道保险丝，连接于这些单切开关，各该通道保险丝适于在各该单切开关异常时，自动切断各该通道。
4.如权利要求3所述的电池系统，其中各该单元电池组还包括：
平衡电流测量器，连接于该隔离充电器与该开关阵列电路之间，适于测量各该通道的平衡电流。
5.如权利要求4所述的电池系统，其中各该平衡从控制器根据各该平衡电流确认各该通道保险丝是否熔断。
6.如权利要求1所述的电池系统，其中各该平衡从控制器与该平衡主控制器在充电的情况下，计算该平衡电量。
7.如权利要求1所述的电池系统，其中各该平衡从控制器与该平衡主控制器在静置的情况下，计算该平衡电量。
8.如权利要求1所述的电池系统，其中当各该平衡从控制器于该电压平衡程序完成后，发现各该串电芯的串电压未达目标电压值，且误差超过设定范围，则各该平衡从控制器切断对应的各该平衡从开关，并持续维持在暂停平衡状态直到检修完成。
9.如权利要求1所述的电池系统，其中当各该平衡主控制器于该电压平衡程序中发现温度上升至温度阈值，则各该平衡主控制器切断该平衡总开关，并持续维持在暂停平衡状态直到检修完成。
10.如权利要求1所述的电池系统，其中当各该平衡主控制器发现该电池系统的撞击力超过撞击预设值，则该平衡主控制器切断该平衡总开关，并持续维持在暂停平衡状态直到检修完成。
11.一种平衡电量的计算方法，其中该平衡电量为电压平衡程序中，为了使电池系统中的多个串电芯保持电压平衡，而对这些串电芯的其中之一补充的电量，这些串电芯具有最高串电压及最低串电压，该计算方法包括：
若该最高串电压上升至平衡复归电压，则重置该电压平衡程序的暂存器数据；
若该最高串电压上升至平衡触发电压，则计算该最高串电压与该最低串电压的电压差；
设定平衡检测电压为单电芯定电压充电设定值减去该电压差与安全系数的乘积，该单电芯定电压充电设定值为固定电流充电模式转换至固定电压充电模式的界线；
若该最高串电压上升至该平衡检测电压，则记录该电池系统当时的系统电量为第一电量；
若这些串电芯的任一串电压上升至该平衡检测电压，则记录该电池系统当时的该系统电量为第二电量；以及
计算该平衡电量为该第一电量与该第二电量的差值。
12.如权利要求11所述的计算方法，其中该平衡触发电压高于该平衡复归电压。
13.如权利要求11所述的计算方法，其中该平衡检测电压高于该平衡触发电压。
14.一种电池系统的电压平衡程序的控制方法，其中该电池系统包括多个单元电池组、通信总线及主控单元，各该单元电池组包括多个串电芯、隔离充电器、开关阵列电路、平衡从开关、平衡从控制器及平衡电流测量器，该隔离充电器适于对各该串电芯提供平衡电量，以进行电压平衡程序，该开关阵列电路设置在这些串电芯与该隔离充电器之间，该平衡从开关连接于该隔离充电器与平衡供应电源之间，该平衡从控制器适于计算平衡检测电压，该平衡检测电压用以计算该平衡电量，该平衡从控制器更适于控制该开关阵列电路，以使该隔离充电器针对这些串电芯的其中之一进行该电压平衡程序，且该平衡电流测量器取得各该串电芯的电流，各该串电芯的该电流与时间乘积为该平衡电量，该通信总线连接于这些单元电池组，该主控单元包括平衡主控制器、系统电流与电量测量单元及平衡总开关，该平衡主控制器连接于该通信总线，该平衡主控制器的电池讯息与这些平衡从控制器的电池讯息通过该通信总线交互传递，该平衡主控制器更适于计算系统电流、系统电量与该平衡检测电压，该平衡总开关连接该平衡主控制器，该控制方法包括：
在这些单元电池组均符合启动条件时，该平衡主控制器才会导通该平衡总开关；
在各该平衡从控制器所计算的该平衡检测电压与该平衡主控制器所计算的该平衡检测电压的误差小于误差设定值时，各该平衡从控制器才会导通对应的各该平衡从开关；
当该平衡主控制器发现讯息传递延迟，则该平衡主控制器切断该平衡总开关，并持续维持暂停平衡状态直到检修完成；以及
当各该平衡从控制器发现讯息传递延迟，则各该平衡从控制器切断对应的各该平衡从开关，并持续维持该暂停平衡状态直到检修完成。
15.如权利要求14所述的控制方法，其中各该平衡从控制器与该平衡主控制器在静置的情况下，计算该平衡电量。
16.如权利要求14所述的控制方法，其中各该平衡从控制器与该平衡主控制器在静置的情况下，可根据各该串电芯的开路电压与电池电量对应表，计算该电池系统中非最高串电压的这些串电芯达到电压平衡的该平衡电量。
17.如权利要求14所述的控制方法，还包括：
当各该平衡从控制器在该电压平衡程序后，发现各该串电芯的一串电压未达目标电压值，且误差超过设定范围，则各该平衡从控制器切断对应的各该平衡从开关，并持续维持在该暂停平衡状态直到检修完成。
18.如权利要求14所述的控制方法，还包括：
当各该平衡主控制器在该电压平衡程序中发现温度上升至温度阈值，则各该平衡主控制器切断该平衡总开关，并持续维持在该暂停平衡状态直到检修完成。
19.如权利要求14所述的控制方法，还包括：
当各该平衡主控制器发现该电池系统的撞击力超过撞击预设值，则该平衡主控制器切断该平衡总开关，并持续维持在该暂停平衡状态直到检修完成。
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