TWI523376B - 藉助參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統及其平衡控制 方法 - Google Patents

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Description

藉助參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統及其平衡控制 方法
本發明係關於電池系統，尤指一種藉助參考電壓資訊來進行電池平衡控制的方法及其系統。
近年來，環保意識逐漸抬頭，為了減緩自然環境的惡化，可反覆儲存能量的二次電池被大量的鼓勵使用。舉例來說，目前世界各國積極發展並推動的電動車(Electric Vehicle,EV)或油電混合動力車(Hybrid Electric Vehicle,HEV)就是很典型的例子。此外，為了因應大電壓驅動的機械，比如前述的電動車就需要十幾至數百伏特的電壓驅動，單一電池已無法負荷，必須串聯多個電池形成串聯電池系統才能提供足夠電壓。
串聯電池系統遇到的問題與單一電池面臨的問題不同。串聯電池系統中，由於個別電池的電性不一致，當串聯電池數目增加，電池間差異所造成的影響就愈加顯著，導致串聯電池系統中個別電池電量不平衡，發生過充或過放的情形，而無法充分利用串聯電池系統的蓄電能力，甚至會縮短串聯電池系統的使用壽命。因此，在使用串聯電池系統時，個別電池電量平衡是一個值得探討的議題。
依據相關技術，傳統串聯電池系統的平衡控制電路往往需要特別 的設計，且存在如後所述的問題：欲改變串聯電池系統中所串的電池數量時，即串聯電池系統輸出電壓規格需要更動時，平衡控制電路必須對應地修改。另一方面，為因應不同的使用者需求而造成平衡控制電路之設計更新，會使得串聯電池系統中之機構元件(例如，某些外殼零件)也必須修改。前述狀況不僅有相關成本的增加的問題，在使用靈活度上也非常的匱乏。
本發明之一目的在於提供一種藉助參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統及其平衡控制方法，以解決上述問題。
本發明之另一目的在於提供一種藉助於參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統及其平衡控制方法，以在不產生任何副作用的狀況下實現複數個電池模組之間的自動化平衡。
本發明之較佳實施例中提供一種藉助於一參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統平衡控制方法，電池系統平衡控制方法係應用於一電源供應裝置，電池系統平衡控制方法包含有下列步驟：在複數個參考電阻之中的一第一參考電阻係設置於電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一第一電池模組中、複數個參考電阻之中的一第二參考電阻係設置於電源供應裝置之中彼此串聯之組電池模組之中的一第二電池模組中，以及複數個參考電阻係彼此串聯之後，將組電池模組之一總電壓轉換為參考電壓資訊，其中第一電池模組包含具有一第一電池電壓之一第一電池單元、第二電池模組包含具有一第二電池電壓之一第二電池單元，以及參考電壓資訊包含對應於第一參考電阻之一第一組參考電壓準位以及對應於第二參考電阻之一第二組參考電壓準位；以及依據第一參考電阻所對應之第一組參考電壓準位來進行第一電池模組之平衡控制(例如，主動式平衡控制及/或被動式平衡控制)，以及依據第二參考電阻所對應之第二組參考電壓準位來進行第二電池模組之 平衡控制(例如，主動式平衡控制及/或被動式平衡控制)。
本發明於提供上述方法之同時，亦對應地提供一種藉助於一參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統，電池系統包含一電源供應裝置之至少一部分，更具體地說，電池系統包含一第一電池模組以及一第二電池模組。第一電池模組係為電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一電池模組，其中第一電池模組包含一第一電池單元、一第一參考電阻以及一第一平衡控制電路。第一電池單元具有一第一電池電壓。第一參考電阻為彼此串聯以將組電池模組之一總電壓轉換為參考電壓資訊的複數個參考電阻的其中之一，其中複數個參考電阻之第一參考電阻係設置於第一電池模組之中以產生一第一組參考電壓準位，以及參考電壓資訊包含第一組參考電壓準位。第一平衡控制電路係電連接於第一電池單元及及第一參考電阻，用以依據第一參考電阻所對應之第一組參考電壓準位來進行第一電池模組之平衡控制(例如，主動式平衡控制及/或被動式平衡控制)。第二電池模組為電源供應裝置之中彼此串聯之組電池模組之中的另一電池模組，其中第二電池模組包含一第二電池單元、一第二參考電阻以及一第二平衡控制電路。第二電池單元與第一電池單元串聯，且第二電池單元具有一第二電池電壓。第二參考電阻與第一參考電阻串聯，第二參考電阻為彼此串聯以將組電池模組之總電壓轉換為參考電壓資訊的複數個參考電阻的其中之另一，其中複數個參考電阻之第二參考電阻係設置於第二電池模組之中以產生一第二組參考電壓準位，以及參考電壓資訊包含第二組參考電壓準位。第二平衡控制電路係電連接於第二電池單元及第二參考電阻，用以依據第二參考電阻所對應之第二組參考電壓準位來進行第二電池模組之平衡控制(例如，主動式平衡控制及/或被動式平衡控制)。
本發明之藉助參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統及其平衡 控制方法，能在不產生任何副作用的狀況下實現複數個電池模組之間的自動化平衡。另外，本發明之電池系統及其平衡控制方法不受電池模組個數的限制，可實現具有複數個電池模組之電源供應裝置之自我平衡。因此，依據本發明之電池系統及其平衡控制方法所實作之電源供應裝置可提供高電壓輸出，同時避免電量較低之電池模組發生使用壽命縮短的問題。本發明之電池系統及其平衡控制方法對於電源供應裝置之製造、測試、安裝、使用、檢修(例如：抽換故障的電池模組)及/或彈性升級(例如：藉由新增或移除至少一電池模組來改變輸出電壓之規格)均有極大的助益。再者，基於本發明之電池系統及其平衡控制方法可輕易地實作出一電源供應裝置以及達成低成本的目標，而無需模組間通訊(inter-module communication)，也不會產生累積誤差。基於本發明之電池系統及其平衡控制方法所實作之該電源供應裝置可經由模組化而為可組態的(configurable)，並且彼此串聯之電池模組的個數對於其平衡速度僅有最低限度的影響。
100‧‧‧電池系統
110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1‧‧‧電池模組
112-N,112-(N-1),112-(N-2),...,112-1 PCB‧‧‧印刷電路板
116-X‧‧‧平衡電路
114-X‧‧‧平衡控制電路
118-N,118-(N-1),118-(N-2),...,118-1‧‧‧外殼
200‧‧‧電池系統平衡控制方法
210、220‧‧‧步驟
410‧‧‧分壓模組
BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1‧‧‧電池單元
VN,VN-1,VN-2,...,V1 VX‧‧‧電池電壓
PAK+、PAK-‧‧‧系統電池端子
VREFN,VREFN-1,VREFN-2,...,VREF1 GNDN,GNDN-1,GNDN-2,...,GND1 VREFX、GNDX、VFBX、VFAX NA、NB‧‧‧端子
RN,RN-1,RN-2,...,R1‧‧‧參考電阻
VAVG‧‧‧參考電壓
ET1N,ET1N-1,ET1N-2,...,ET11 ET2N,ET2N-1,ET2N-2,...,ET21‧‧‧外接端子
T1N,T1N-1,T1N-2,...,T11 T2N,T2N-1,T2N-2,...,T21 T1(X)、T2(X)、T3(X)、T4(X)‧‧‧內部端子
0‧‧‧導線
OPa、OPb、OPc‧‧‧運算放大器
CPx‧‧‧比較器
R、R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R/3‧‧‧電阻
BBON‧‧‧控制端子
LP(X)、LS(X)‧‧‧繞組
Q(X)‧‧‧金氧半場效電晶體
D(X)、DA(X)‧‧‧二極體
C(X)‧‧‧電容
第1圖為依據本發明一實施例之一種藉助於一參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統的示意圖。
第2圖繪示了第1圖所示之電池系統的電池平衡控制方法的流程圖。
第3圖繪示了第1圖所示之電池系統更詳細的示意圖。
第4圖繪示了第1圖所示之電池系統的平衡控制電路圖。
第5圖繪示了第1圖所示之電池系統的另一平衡控制電路圖。
第6圖繪示了第1圖所示之電池系統的平衡電路圖。
第1圖係為依據本發明一實施例之一種藉助於一參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統100的示意圖，其中電池系統100包含一電源供應 裝置之至少一部分(例如一部分或全部)，而該電源供應裝置的例子可包含(但不限於)備援電源供應器。例如：電池系統100可包含該電源供應裝置當中的電氣系統，而該電氣系統包含該電源供應裝置之至少一控制電路。又例如：電池系統100可包含該電源供應裝置之整體。這只是為了說明的目的而已，並非用來做為本發明之限制。依據此實施例之一變化例，電池系統100可代表該電氣系統當中除了電池之外的部分，諸如上述之至少一控制電路。依據此實施例之另一變化例，電池系統100可代表包含該電源供應裝置之一系統，而該電源供應裝置係為這個系統的子系統。
於此實施例中，電池系統100可包含該電源供應裝置之中彼此串聯的一組電池模組{110-n}，諸如第1圖所示之複數個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}，其中符號「N」可代表大於1之正整數，以及索引n可為落入區間[1,N]的範圍之正整數。另外，上述之一組電池模組之中的每一電池模組，諸如複數個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的電池模組110-n，可包含至少一電池單元(例如，一個或多個電池單元)。為了簡潔起見，無論電池模組110-n包含單一電池單元或複數個電池單元，電池模組110-n所包含之所述至少一電池單元可稱作電池單元BAn。如第1圖所示，複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}係分別位於複數個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中。更具體地說，複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}可分別位於複數個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}的外殼之中，其中複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}係彼此串聯。另外，電池單元BAn之二端子之間的電池電壓Vn，諸如分別對應於複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}的複數個電池電壓{VN,VN-1,VN-2,...,V1}，可基於電池模組110-n之平衡控制(例如，主動平衡控制及/或被動平衡控制)來調整之。
由第1圖可知，電池系統100另可包含複數個參考電阻{R}，以供上述平衡控制之用。於此實施例中，複數個參考電阻{R}(例如，第1圖所示之複數個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1})之中任兩個參考電阻之電阻值係彼此相等。舉例來說，複數個參考電阻{R}(例如，複數個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1})可為彼此串聯於複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}之正端子與負端子(例如，此實施例所示之複數個系統電池端子PAK+與PAK-)之間的一串高精度(high-precision)且等電阻值之複數個電阻。實作上，複數個參考電阻{R}可彼此電性串聯以將該組電池模組之總電壓(亦即，複數個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}之總電壓)轉換為上述之參考電壓資訊，其中該參考電壓資訊可包含分別對應於複數個參考電阻{R}的複數組參考電壓準位，諸如第1圖所示之複數個端子{{VREFN,GNDN},{VREFN-1,GNDN-1},{VREFN-2,GNDN-2},...,{VREF1,GND1}}之參考電壓準位。為了便於理解，第1圖所示之複數個端子{{VREFN,GNDN},{VREFN-1,GNDN-1},{VREFN-2,GNDN-2},...,{VREF1,GND1}}之參考電壓準位可分別以{{VREF N ,GND N },{VREF N-1 ,GND N-1 },{VREF N-2 ,GND N-2 },...,{VREF 1 ,GND 1 }}來表示之。
於此實施例中，複數個參考電阻{R}之中每一電阻之跨壓可以是一參考電壓(average battery block voltage)VAVG，其係為若所有的電池區塊(例如，第1圖所示之複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1})處於平衡的情形下，則每一電池區塊(例如，複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}之中的電池單元BAn)應具有之電壓。為了簡潔起見，參考電壓VAVG可稱作平均電壓。具體來說，當第1圖所示之一特定電池區塊之電池電壓VX，諸如第1圖所示之複數個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}之中的一電池單元BAX(亦即，一特定電池模組110-X之上述至少一電池單元，其中特定電池模組110-X係為該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N- 2),...,110-1}之其一，諸如該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的任一電池模組)，超過平均電壓VAVG一預定值時(例如，一預設值(VAVG+△1))，可啟用特定電池模組110-X之一平衡電路(例如，一被動式平衡電路或一主動式平衡電路)以將能量自特定電池模組110-X之電池區塊之中移除或將能量增加至特定電池模組110-X之電池區塊，進而減少或增加電池電壓VX直到電池電壓VX少於或大於另一預定值(例如，一預設值(VAVG-△2))為止。
舉例來說，當偵測出電池電壓VX係大於平均電壓VAVG一預定值時(例如，一預設值(VAVG+△1))，可啟用特定電池模組110-X之上述平衡電路以將能量自特定電池模組110-X之電池區塊之中移除，因而減少電池電壓VX直到電池電壓VX少於另一預定值(例如，一預設值(VAVG-△2))為止。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，當偵測出電池電壓VX係小於平均電壓VAVG一預定值時(例如，一預設值(VAVG-△1)，可啟用特定電池模組110-X之上述平衡電路以將能量增加至特定電池模組110-X之電池區塊，因而減少電池電壓VX直到電池電壓VX大於另一預定值(例如，一預設值(VAVG+△2))為止。
基於第1圖所示之架構，可輕易地實作出該電源供應裝置以及達成低成本的目標，而無需模組間通訊，也不會產生累積誤差。另外，基於第1圖所示之架構所實作之該電源供應裝置可經由模組化而為可組態的(configurable)，以及彼此串聯之電池模組的個數「N」對於其平衡速度僅有最低限度的影響。
第2圖係為依據本發明一實施例之一種藉助於一參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統平衡控制方法200的流程圖。電池系統平衡控制方 法200可應用於第1圖所示之電池系統100。電池系統平衡控制方法200係說明如下：於步驟210中，在複數個參考電阻{R}之中的一特定參考電阻R(例如，第1圖所示之複數個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}之其一)係設置於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的特定電池模組110-X中，以及複數個參考電阻{R}係彼此串聯之後，複數個參考電阻{R}係將該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之一總電壓轉換為該參考電壓資訊，其中該組電池模組之中的每一電池模組包含至少一電池單元。舉例來說，該參考電壓資訊可包含分別於複數個端子{{VREFN,GNDN},{VREFN-1,GNDN-1},{VREFN-2,GNDN-2},...,{VREF1,GND1}}之複數組參考電壓準位{{VREF N ,GND N },{VREF N-1 ,GND N-1 },{VREF N-2 ,GND N-2 },...,{VREF 1 ,GND 1 }}，其中上述之總電壓可以是上述之複數個系統電池端子PAK+與PAK-之間的電池電壓Vo。
於步驟220中，電池系統100可依據至少一部分(例如，一部分或全部)的該參考電壓資訊來對特定電池模組110-X進行平衡控制(例如，主動平衡控制及/或被動平衡控制)。更具體地說，特定電池模組110-X之平衡控制電路可依據複數個端子{{VREFN,GNDN},{VREFN-1,GNDN-1},{VREFN-2,GNDN-2},...,{VREF1,GND1}}之複數組參考電壓準位{{VREF N ,GND N },{VREF N-1 ,GND N-1 },{VREF N-2 ,GND N-2 },...,{VREF 1 ,GND 1 }}之中對應於步驟210所述之特定參考電阻的一組參考電壓準位(例如，特定電池模組110-X之中該組端子{VREFX,GNDX}之該組參考電壓準位{VREF X ,GND X })來進行特定電池模組110-X之平衡控制(例如，主動平衡控制及/或被動平衡控制)。
由第2圖可知，電池系統平衡控制方法200可基於上述之特定參考電阻來說明之，然而，此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。請注意，可對電池系統平衡控制方法200作適當變化，舉例來說，步驟210與步驟220之操作可基於複數個參考電阻{R}之中的兩個或多個參考電阻來進行。更具體地說，依據本發明之某些實施例，電池系統平衡控制方法200可包含下列步驟：在複數個參考電阻{R}之中的一第一參考電阻係設置於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的一第一電池模組中、複數個參考電阻{R}之中的一第二參考電阻係設置於該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的一第二電池模組中，以及複數個參考電阻{R}係彼此串聯之後，將該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之該總電壓轉換為該參考電壓資訊，其中該第一電池模組包含具有一第一電池電壓之一第一電池單元、該第二電池模組包含具有一第二電池電壓之一第二電池單元，以及該參考電壓資訊包含對應於該第一參考電阻之一第一組參考電壓準位以及對應於該第二參考電阻之一第二組參考電壓準位；以及電池系統100係依據該第一參考電阻所對應之該第一組參考電壓準位來進行該第一電池模組之平衡控制(例如，主動式平衡控制及/或被動式平衡控制)，以及依據該第二參考電阻所對應之該第二組參考電壓準位來進行該第二電池模組之平衡控制(例如，主動式平衡控制及/或被動式平衡控制)。舉例來說，該第一參考電阻的電阻誤差值可小於0.1%。於另一例子中，該第一參考電阻之電阻值可大於一千歐姆。於又一例子中，該第一參考電阻之電阻值可大於一千歐姆，以及該第一參考電阻的電阻誤差值可小於0.1%。
依據本發明之某些實施例，當該第一電池電壓大於該第一組參考電壓準位之間的一電壓差所對應之一第一參考電壓時，該第一平衡控制電路可控制該第一電池單元進行放電。以上僅供說明之需，並非用來作為本發明 之限制。依據本發明之某些實施例，該第一參考電阻可被分割成一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻，其中該第一電阻之電阻值以及該第三電阻之電阻值均是該第一參考電阻的五分之二，且該第二電阻之電阻值為該第一參考電阻的五分之一。更具體地說，基於該第一組參考電壓準位之間的該電壓差所對應之該第一參考電壓，該第一平衡控制電路可選擇性地控制該第一電池單元進行放電，其中該第一參考電壓可為該第二電阻的跨壓。
依據本發明之某些實施例，該第一平衡控制電路可基於該第一組參考電壓準位之間的該電壓差所對應之該第一參考電壓，選擇性地控制該第一電池單元進行放電，其中該第一平衡控制電路可包含一第一比較器。該第一比較器可包含一正端子以及一負端子，其中該第一參考電壓係輸入至該正端子，以及該第一電池電壓係輸入至該負端子。於一實作範例中，該第一比較器之輸入阻抗可大於一吉歐姆(giga-ohm)。
依據本發明之某些實施例，該第一平衡控制電路可為一被動式平衡電路。然而，此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本發明之某些實施例，該第一平衡控制電路可為一主動式平衡電路。
第3圖繪示了第1圖所示之電池系統100更詳細的示意圖，其中第2圖所示之電池系統平衡控制方法200所涉及之控制機制亦於此實施例說明之。由第3圖可知，該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的每一電池模組(例如，電池模組110-n)可包含一印刷電路板(printed circuit board(PCB))(例如，複數個印刷電路板{112-N,112-(N-1),112-(N-2),...,112-1}之中相對應的印刷電路板112-n)，並另可包含一外殼(例如，複數個外殼{118-N,118-(N-1),118-(N-2),...,118-1}之中相對應的外殼118-n)。另外，該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中每一電池 模組之外殼，諸如電池模組110-n之外殼118-n，可包含二外接端子ET2n與ET1n，其中二外接端子ET2n與ET1n分別電連接於設置於印刷電路板112-n上的參考電阻R(例如，第2圖所示之複數個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}之其一)之二端子。請注意，複數組外接端子{{ET2N,ET1N},{ET2N-1,ET1N-1},{ET2N-2,ET1N-2},...,{ET21,ET11}}可用來電性串聯複數個參考電阻{R}(例如，第2圖所示之複數個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1})。
依據本實施例，複數個參考電阻{R}係分別設置於該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之複數個印刷電路板{112-N,112-(N-1),112-(N-2),...,112-1}上，因此，上述之印刷電路板112-n可用來設置複數個參考電阻{R}的其中之一，諸如電池模組110-n之參考電阻R。另外，上述之外殼118-n可用來保護電池模組110-n之中的一個或多個元件，更具體地說，上述之外殼118-n可用來保護印刷電路板112-n以及設置於印刷電路板112-n上的參考電阻R，而上述之電池模組110-n之中的一個或多個元件可包含印刷電路板112-n以及設置於印刷電路板112-n上的參考電阻R。舉例來說，特定電池模組110-X可包含一外殼118-X，其可用來保護特定電池模組110-X之中的一個或多個元件，諸如印刷電路板112-X以及設置於印刷電路板112-X上的參考電阻R。特定電池模組110-X之外殼118-X可包含二外接端子ET2X與ET1X，其中二外接端子ET2X與ET1X分別電連接於設置於印刷電路板112-X上的參考電阻R之二端子，而二外接端子ET2X與ET1X之至少其一可用來電性串聯複數個參考電阻{R}。
實作上，複數個印刷電路板{112-N,112-(N-1),112-(N-2),...,112-1}之中任兩個印刷電路板均可具有相同的佈局(layout)以節省相關的成本。由第3圖可知，每一電池模組之印刷電路板，諸如上述之電池模組110-n之印刷電路板112-n，可包含一第一內部端子T1n以及一第二內部端子T2n， 其中第一內部端子T1n以及第二內部端子T2n電連接於電池模組110-n之電池單元BAn之二端子。於此實施例中，複數組內部端子{T2N,T1N},{T2N-1,T1N-1},{T2N-2,T1N-2},...,{T21,T11}}可分別位於複數個印刷電路板{112-N,112-(N-1),112-(N-2),...,112-1}之一側。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據此實施例之某些變化例，可改變複數組內部端子{T2N,T1N},{T2N-1,T1N-1},{T2N-2,T1N-2},...,{T21,T11}}位於複數個印刷電路板{112-N,112-(N-1),112-(N-2),...,112-1}的位置。
更具體地說，對於步驟210之中所述的特定電池模組110-X來說，特定電池模組110-X之印刷電路板112-X可包含第一內部端子T1X以及第二內部端子T2X，其中第一內部端子T1X以及第二內部端子T2X電連接於電池模組110-X之電池單元BAX之二端子。舉例來說，在特定電池模組110-X係為位於彼此串聯之該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的一第一電池模組110-1的情形下，一導線(wire)(例如，標示為「0」的電阻，代表其電阻值為零)係設置於特定電池模組110-X之印刷電路板112-X(例如，特定電池模組110-1之印刷電路板112-1)上以將第一內部端子T11電連接於設置於印刷電路板112-1上的特定參考電阻R之二端子的其中之一，以及第二內部端子T21並未電連接於上述特定參考電阻(例如，設置於印刷電路板112-1上的特定參考電阻R1)之該二端子的其中之另一。於另一例子中，在特定電池模組110-X既不是位於彼此串聯之該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中的第一電池模組110-1、也不是最後電池模組110-N的情形下，第一內部端子T1X並未電連接於設置在特定電池模組110-X之印刷電路板112-X上的特定參考電阻之二端子的其中之一，以及第二內部端子T2X並未電連接於設置在特定電池模組110-X之印刷電路板112-X上的特定參考電阻之該二端子的其中之另一。在另一例子中，在特定電池模組110-X係為位於彼此串聯之該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N -2),...,110-1}之中的最後電池模組110-N的情形下，一導線(例如，標示為「0」的電阻，代表其電阻值為零)係設置於特定電池模組110-X之印刷電路板112-X上(例如，特定電池模組110-N之印刷電路板112-N上)以將第二內部端子T2N電連接於設置在印刷電路板112-N上的特定參考電阻RN之二端子的其中之一，以及第一內部端子T1N並未電連接於設置在印刷電路板112-N上的特定參考電阻RN之該二端子的其中之另一。
請注意，對於步驟210之中所述之特定電池模組110-X來說，在電池區塊平衡之實作範例中，複數組端子{VREFX,GNDX}之參考電壓準位{VREF X ,GND X }可作為第3圖所示之相對應電池區塊的電壓準位(例如，特定電池模組110-X之中的電池單元BAX)。舉例來說，電池系統100可依據下列方程式來運作：(VREF X -GND X )=(Vo/N)； 其中上述方程式之符號「Vo」可代表相對應之電池組電壓(pack voltage)(例如，上述之電池電壓Vo)，以及上述方程式之符號「N」可代表彼此串聯之電池區塊的個數(例如，上述之該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之電池模組的個數)。實作上，複數個電阻{R}可為高精度電阻(high accuracy resistor)，以及電池區塊之內部電路的阻抗可大於電阻R(例如，第2圖所示之複數個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}之其一)以使參考電壓準位VREF X (更具體地說，電池電壓(VREF X -GND X ))受到最小的影響。舉例來說，複數個電阻{R}可以分別是誤差值位於0.1%內的複數個電阻。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，複數個電阻{R}可以分別是誤差值位於0.5%內的複數個電阻。
第4圖繪示了第1圖所示之電池系統100的平衡控制電路圖，其中第2圖所示之電池系統平衡控制方法200所涉及之控制機制亦於此實施例說明之。於此實施例中，電池系統100可包含至少一平衡控制電路，該至少一平衡控制電路可用來進行位於該組電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}之中至少一電池模組的平衡控制。舉例來說，上述之特定電池模組110-X可包含至少一平衡控制電路(例如，一主動式平衡控制電路及/或一被動式平衡控制電路)，其係電連接於該特定參考電阻，並可依據對應於該特定參考電阻之一組參考電壓準位(例如，該組端子{VREFX,GNDX}之複數個參考電壓準位{VREF X ,GND X })來進行特定電池模組110-X之平衡控制(例如，主動式平衡控制及/或被動式平衡控制)。實作上，特定電池模組110-X之上述至少一平衡控制電路可利用特定電池模組110-X之印刷電路板112-X來實作之，更具體地說，上述至少一平衡控制電路可包含至少一部分的印刷電路板112-X以及設置於印刷電路板112-X上的某些元件。
第4圖所示之架構可作為特定電池模組110-X之上述至少一平衡控制電路的一個範例。由第4圖可知，平衡控制電路114-X可包含複數個運算放大器OPa、OPb與OPc，以及一比較器CPx，並另可包含複數個阻抗元件，其中該複數個阻抗元件可包含複數個電容(例如，第4圖之左半部所繪示之電容)以及複數個電阻(例如，第4圖所示之複數個電阻R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7與R8，以及標示為「R」之電阻)。另外，平衡控制電路114-X另可包含複數個二極體(例如，電連接於比較器CPx之正輸入端子的二極體，以及電連接於運算放大器OPb之正輸入端子的齊納二極體(Zener diode))。請注意，第4圖所繪示之三角形接地符號可視為特定電池模組110-X之本地接地(local ground)(例如，端子GNDX之參考電壓準位GND X )，以及第4圖所繪示之參考電壓準位+10V係為大於端子GNDX之參考電壓準位GND X 10伏特的電壓準位。
於第4圖所示之分壓模組(voltage dividing module)410之中，分壓模組410之中的電阻配置可透過複數個端子VFBx與VFAx來提供參考電壓，其中端子VFBx可電連接於端子VREFX,，以及端子VFAx可電連接於端子GNDX。請注意，以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一範例中，可對模組410之中的電阻配置作適當變化。另外，由於分壓模組410之中電阻值係等於設置於印刷電路板112-X上的特定參考電阻值，因此，相對於特定電池模組110-X之本地接地之電壓準位(亦即，端子GNDX之參考電壓準位GND X )來說，複數個運算放大器OPa與OPb之輸出端子的電壓準位可分別為VX與0。為了簡潔起見以及更了解本發明之技術特徵，本地接地(例如，端子GNDX之參考電壓準位GND X )可視為零電壓準位，因此，電池電壓VX(亦即，(VREF X -GND X ))可視為VREF X ,。
由於第4圖所示之架構的運作，特定電池模組110-X之平衡控制電路114-X可於平衡電路114-X之控制端子BBON產生一區塊平衡啟用訊號(block balancing turn-on signal)，以控制是否要啟用(或致能)特定電池模組110-X之區塊平衡。舉例來說，當該區塊平衡啟用訊號係處於一低準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被致能，以及當該區塊平衡啟用訊號係處於一高準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被禁能。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，當該區塊平衡啟用訊號係處於一高準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被致能，以及當該區塊平衡啟用訊號係處於一低準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被禁能。
實作上，平衡控制電路114-X之所有的電阻可分別為誤差值位於0.1%內之複數個電阻。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另 一例子中，複數個電阻{R}可以分別是誤差值位於0.5%內的複數個電阻。另外，在平衡控制電路114-X的控制下，位於特定電池模組110-X之中的上述平衡電路(例如，上述之被動式平衡電路或主動式平衡電路)可用來選擇性地進行特定電池模組110-X之區塊平衡操作。為了簡潔起見，與前述實施例相仿之處在此便不再贅述。
第5圖繪示了第1圖所示之電池系統100的另一平衡控制電路圖，其中第2圖所示之電池系統平衡控制方法200所涉及之控制機制亦於此實施例說明之。由第5圖可知，第5圖所示之架構中大部份的元件係相同於第4圖所示之架構中的元件。值得注意的是，於此實施例中，端子VFBx可電連接於端子NB，以及端子VFAx可電連接於端子NA。於第5圖所示之分壓模組410之中，標示為「R/3」之該組電阻的電阻排列配置可用來調整複數個端子VFBx與VFAx之共模範圍(common mode range)。標示為「R/3」之該組電阻之中每一電阻之電阻值可為設置於印刷電路板112-X上的特定參考電阻R之電阻值的三分之一(亦即，1/3)。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，可改變分壓模組410之電阻比例。另外，由於標示為「R/3」之該組電阻之中每一電阻之電阻值可為設置於印刷電路板112-X上的特定參考電阻R之電阻值的三分之一(亦即，1/3)，因此，相對於特定電池模組110-X之本地接地(亦即，端子GNDX之參考電壓準位GND X )來說，複數個運算放大器OPa與OPb之輸出端子的電壓準位可分別為(2/3)VX與(1/3)VX。為了簡潔起見以及對本發明之技術特徵有進一步了解，可將本地接地(例如，端子GNDX之參考電壓準位GND X )視為零電壓，因此，電池電壓VX(亦即，(VREF X -GND X ))可視為電壓VREF X 。另外，複數個電阻{R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8}之電阻值可分別以{R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8}來表示之。舉例來說，運算放大器OPc之輸出端之電壓準位VR X 可以下列式子來表示之： VR X ={[(2 * VREF X /3)-(VREF X /3)]/R3}* R2+(2 * VREF X /3) =[R2/R4+1]*(VREF X /3)=0.5 * VREF X (若R4=2 * R2)
由於第5圖所示之架構的運作，特定電池模組110-X之平衡電路114-X於平衡電路114-X之控制端子BBON產生一區塊平衡啟用訊號，以控制是否要啟用(或致能)特定電池模組110-X之區塊平衡。舉例來說，當該區塊平衡啟用訊號係處於一低準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被致能，以及當該區塊平衡啟用訊號係處於一高準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被禁能。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，當該區塊平衡啟用訊號係處於一高準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被致能，以及當該區塊平衡啟用訊號係處於一低準位時，特定電池模組110-X之區塊平衡可被禁能。
實作上，平衡控制電路114-X之所有的電阻可分別為誤差值位於0.1%內之複數個電阻。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。於另一例子中，複數個電阻{R}可以分別是誤差值位於0.5%內的複數個電阻。另外，在平衡控制電路114-X的控制下，位於特定電池模組110-X之中的上述平衡電路(例如，上述之被動式平衡電路或主動式平衡電路)可用來選擇性地進行特定電池模組110-X之區塊平衡操作。為了簡潔起見，與前述實施例相仿之處在此便不再贅述。
第6圖繪示了第1圖所示之電池系統100的平衡電路圖，其中第2圖所示之電池系統平衡控制方法200所涉及之控制機制亦於此實施例說明之。第6圖所示之架構可作為上述平衡電路的一個範例，並可用來選擇性地進行在平衡控制電路114-X的控制下特定電池模組110-X之上述區塊平衡操 作。
由第6圖可知，平衡電路116-X可包含複數個繞組(winding)LP(X)與LS(X)(其係分別對應於一次側與二次側)，並另可包含一開關(例如，金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)Q(X)以及與該開關串聯之一二極體D(X))、一能量暫存單元(energy temporary storage unit)(例如，至少一電容C(X))以及另一二極體DA(X)，其中該能量暫存單元係耦接於對應於二次側之繞組LS(X)。由第6圖可知，電容C(X)之二端子係分別耦接於對應於二次側之繞組LS(X)之二端子。於此實施例中，電容C(X)可作為該能量暫存單元的一個範例。此僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，可改變該能量暫存單元之架構。於一例子中，該能量暫存單元可包含複數個電容{C(X)}。於另一例子中，該能量暫存單元可包含一個或多個電感。於又一例子中，該能量暫存單元可包含至少一電容C(X)及/或至少一電感。
實作上，位於特定電池模組110-X之中的平衡電路116-X可利用特定電池模組110-X之印刷電路板112-X來實作之，更具體地說，平衡電路116-X可包含至少一部分的印刷電路板112-X以及設置於印刷電路板112-X上的某些元件。依據本實施例，第6圖所示之複數個內部端子T1(X)與T2(X)係分別耦接於(更具體地說，電連接於)印刷電路板112-X之第一內部端子T1X與第二內部端子T2X，其中第一內部端子T1X與第二內部端子T2X係電連接於特定電池模組110-X之電池單元之二端子BAX。第6圖所示之複數個內部端子T4(X)與T3(X)係分別耦接於(更具體地說，電連接於)整體電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}之正端子與負端子(例如，此實施例之複數個系統電池端子PAK+與PAK-)。另外，平衡電路116-X之上述開關(例如，第6圖所示之金氧半場效電晶體Q(X))可用來致能或禁能平衡電路116-X。 舉例來說，金氧半場效電晶體Q(X)之閘極可耦接於第5圖所示之平衡控制電路114-X之控制端子BBON。因此，平衡電路116-X可選擇性地進行在平衡控制電路114-X的控制下特定電池模組110-X之區塊平衡操作。
前述說明是解釋本發明的其中一種方式，以下換個方式來解釋本發明。請參考第1圖，本實施例之電池系統100是由多個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}串聯而成，基本上，每一個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}的內部元件及構造均相同。除了如第1圖所示以串聯方式呈現外，亦可將多個電池系統100以並聯的方式組成更大的電池系統，是故本實施例僅是實現電池系統眾多方式中的其中一種。
這邊先對本實施例之電池系統中的其中一個電池模組進行說明。一電池模組具有一第一輸入節點、一第二輸入節點、第一輸出節點及一第二輸出節點。前述電池模組用以跟另一電池模組相連，另一電池模組同樣具有一第一輸入節點、一第二輸入節點、第一輸出節點、一第二輸出節點。其中，另一電池模組的第一輸入節點與電池模組的第一輸出節點相連，且另一電池模組的第二輸入節點與電池模組的第二輸出節點相連。電池模組包含一電池單元、一參考電阻及一平衡控制電路。電池單元連接於電池模組的第一輸入節點及第一輸出節點之間，且電池單元具有一電池電壓。參考電阻連接於電池模組的第二輸入節點及第二輸出節點之間，且參考電阻具有一參考電壓。平衡控制電路電性連接電池單元及參考電阻，平衡控制電路透過比較電池電壓及參考電壓，對電池單元進行平衡控制。
為了做更進一步的說明，以下以其中兩組電池模組進行說明。電池系統100包含一第一電池模組110-N及一第二電池模組110-(N-1)，第一電池模組110-N與第二電池模組110-(N-1)串聯。其中，第一電池模組110-N包 含一第一電池單元BAN、一第一參考電阻RN及一第一平衡控制電路(無標號)。第一電池單元BAN具有一第一電池電壓VN，第一參考電阻RN對應第一電池單元BAN設置，且第一參考電阻RN具有一第一參考電壓VAVG。第一平衡控制電路電連接於第一電池單元BAN及第一參考電阻RN，第一平衡控制電路透過比較第一電池電壓VN及第一參考電壓VAVG，對第一電池單元BAN進行平衡控制。第二電池模組110-(N-1)則包含一第二電池單元BAN-1、一第二參考電阻RN-1及一第二平衡控制電路(無標號)。第二電池單元BAN-1與第一電池單元BAN相互串聯，且第二電池單元BAN-1具有一第二電池電壓VN-1。第二參考電阻RN-1與第一參考電阻RN相互串聯，第二參考電阻RN-1對應第二電池單元BAN-1設置，且第二參考電阻RN-1具有一第二參考電壓VAVG。
本實施例的電池系統平衡控制方法包含下列步驟：提供第一電池模組110-N及第二電池模組110-(N-1)。串聯第一電池模組110-N及第二電池模組110-(N-1)。提供一第一電池單元BAN、一第一參考電阻RN及一第一平衡控制電路(無標號)於第一電池模組110-N。提供一第二電池單元BAN-1、一第二參考電阻RN-1及一第二平衡控制電路(無標號)於第二電池模組110-(N-1)。串聯第一電池單元BAN及第二電池單元BAN-1。將第一參考電阻RN及第二參考電阻RN-1分別對應第一及第二電池單元BAN、BAN-1設置，且第一參考電阻RN及第二參考電阻RN-1相互串聯。以第一平衡控制電路偵測第一參考電阻RN的第一參考電壓VAVG。以第二平衡控制電路偵測第二參考電阻RN-1的第二參考電壓VAVG。分別以平衡控制電路(第4圖的114-X)偵測第一及第二電池單元BAN、BAN-1的第一及第二電池電壓VN、VN-1。透過比較第一電池電壓VN及第一參考電壓VAVG，以第一平衡控制電路對第一電池單元BAN進行平衡控制。透過比較第二電池電壓VN-1及第二參考電壓VAVG，以第二平衡控制電路對第二電池單元BAN-1進行平衡控制。更進一步來說，當第一電池電壓BAN大於第一參考電壓VAVG時，以第一平衡控制電路控制第一電池單元BAN 進行放電。同樣的，當第二電池電壓BAN-1大於第二參考電壓VAVG時，以第二平衡控制電路控制第二電池單元BAN-1進行放電。
再換個方式來說，本實施例的電池系統100包含一電池單元串{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}、一參考電阻串{RN,RN-1,RN-2,...,R1}及一平衡控制電路組(第4圖的{114-X})。電池單元串{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}具有一第一電池單元BAN及一第二電池單元BAN-1，第一電池單元BAN與第二電池單元BAN-1串聯，第一電池單元BAN具有一第一電池電壓VN，第二電池單元BAN-1具有一第二電池電壓VN-1。參考電阻串{RN,RN-1,RN-2,...,R1}與電池單元串{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}並聯，參考電阻串{RN,RN-1,RN-2,...,R1}具有一第一參考電阻RN及一第二參考電阻RN-1，第一參考電阻RN與第二參考電阻RN-1串聯，第一參考電阻RN具有一第一參考電壓VAVG，第二參考電阻RN-1具有一第二參考電壓VAVG。平衡控制電路組(第4圖的{114-X})具有一第一平衡控制電路(無標號)及一第二平衡控制電路(無標號)，第一平衡控制電路與第一電池單元BAN及第一參考電阻RN電性連接，第二平衡控制電路與第二電池單元BAN-1及第二參考電阻RN-1電性連接，第一平衡控制電路透過比較第一電池電壓VN及第一參考電壓VAVG，對第一電池單元BAN進行平衡控制，而第二平衡控制電路透過比較第二電池電壓VN-1及第二參考電壓VAVG，對第二電池單元BAN-1進行平衡控制。
應特別注意，參考電阻串{RN,RN-1,RN-2,...,R1}的每一個參考電阻，其阻值皆相同，因此，每一個參考電阻的參考電壓皆相同，如此可取得目前每個電池單元的理想電池電壓值。實際舉個例子來說，假設第一電池單元BAN目前的第一電池電壓VN為10伏特，第二電池單元BAN-1目前的第二電池電壓VN-1為14伏特，與第一電池單元BAN及第二電池單元BAN-1相對設置的第一參考電阻RN及第二參考電阻RN-1相互串聯後，再與串聯的第一電池單元 BAN及第二電池單元BAN-1並聯。由於第一參考電阻RN及第二參考電阻RN-1的阻值相同，第一參考電阻RN及第二參考電阻RN-1會平均分攤總電池電壓(24伏特)，因此，第一參考電阻RN的第一參考電壓VAVG應是12伏特，第二參考電阻RN-1的第二參考電壓VAVG也會是12伏特，也就是說第一電池單元BAN及第二電池單元BAN-1目前的理想電池電壓值應該是12伏特。接下來，第一平衡控制電路透過比較第一電池電壓BAN及第一參考電壓VAVG後，發現第一電池電壓VN(10伏特)小於第一參考電壓VAVG(12伏特)，此時，第一平衡控制電路不會啟動平衡機制。另一方面，第二平衡控制電路透過比較第二電池電壓VN-1及第二參考電壓VAVG後，發現第二電池電壓VN-1(14伏特)大於第二參考電壓VAVG(12伏特)，此時，第二平衡控制電路會控制第二電池單元BAN-1進行放電。
請同時參考第1圖及第3-4圖。第3圖的細節元件說明與第1圖大致相同，在此不多做說明。第4圖是每一個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}的平衡控制電路的局部示意圖，換句話說，每一個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}都有一個如第4圖的平衡控制電路114-X。實際上，第4圖的平衡控制電路114-X僅是完整平衡控制電路中擷取參考電壓VAVG，並將參考電壓VAVG與電池電壓{VN,VN-1,VN-2,...,V1}進行比較的部分。應注意到，第4圖僅是電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}中平衡控制電路114-X的其中一種實施方式，其餘能達成如本實施例所述之功效的平衡控制電路皆不脫離本發明的精神。
本實施例在實際運作時，會遭遇下述兩個挑戰：(1)如何得出準確的參考電壓VAVG及(2)平衡控制電路114-X的設計。首先，就得出準確的參考電壓VAVG進行探討，在第3圖中，本實施例串聯與電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}數量相同的參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}，換言之，每個參 考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}的參考電壓VAVG即是每個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}目前的理想電壓值。再者，為了更進一步提升準確度，本實施例使用高精確度的參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}，具體來說，本實施例的參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}誤差值均小於0.1%，即便串聯多達30串的電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}，所得出的參考電壓VAVG的誤差值也小於2%。應注意到，本實施例參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}的阻值除了誤差值很小外，還需使用具有大阻值的電阻，以避免對流經電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}的電流有太大的影響，具體來說，本實施例參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}的阻值大於一千歐姆。
接下來，就平衡控制電路114-X的設計進行說明。在充放電過程中，由於個別電池的電性、使用壽命...不一致，每個電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}的電量有可能不平衡，為了讓各電池模組無需與其於電池模組進行互動，比如前述第一電池模組110-N無需與第二電池模組110-(N-1)有訊號上的溝通，即能自行進行平衡，本實施例的每一個電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}都有各自的平衡控制電路114-X。其中，平衡控制電路114-X不限制是被動平衡電路或主動平衡電路。
在充電的過程中，平衡控制電路114-X會從參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}偵測其參考電壓VAVG，具體來說，請參考第4圖，端子VFAx連接端子GNDx，端子VFBx連接端子VREFx，參考電阻R兩端的電壓訊號分別由端子VFBx進入運算放大器OPa及由端子VFAx進入運算放大器OPb，參考電阻R兩端的電壓訊號經過運算放大器OPa及OPb緩衝後，再輸入運算放大器OPc，將訊號進行特定倍率的放大後，輸出參考電壓VAVG至比較器CPx的正極。另一方面，電池單元{BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1}兩端的電壓訊號也會經過類似的電路後，將電池電壓{VN,VN-1,VN-2,...,V1}輸入至比較器 CPx的負極。如此一來，比較器CPx可以參考電壓VAVG為基準，比較各電池模組{110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1}的電池電壓{VN,VN-1,VN-2,...,V1}，再由控制端子BBON輸出控制訊號。以前述的第一電池模組110-N來進行說明，當電池電壓VN大於參考電壓VAVG時，平衡控制電路114-X控制電池單元BAN進行放電。應特別注意，將電池單元BAN多出來的電能以被動平衡的方式消耗掉，或將電池單元BAN多出來的電能以主動平衡的方式回饋至整個電池系統100，均是這裡所指的「放電」。
與參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}相似的是，運算放大器OPa、OPb及比較器CPx均具有很大的阻抗，以避免對流經參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}的電流有太大的影響，進而影響參考電壓VAVG的準確性。具體來說，本實施例運算放大器OPa、OPb的阻抗大約是五百萬到一千萬歐姆之間，而比較器CPx的阻抗更可高達一吉歐姆。
請參考第5圖，第5圖是第1圖所示之電池系統的另一平衡控制電路圖。第5圖與第4圖最大的不同在於每一個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}被均分成三份，而端子VFAx連接節點NA，端子VFBx連接節點NB，也就是在第4圖中，是取每一個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}兩端的電壓訊號，而在第5圖中，是取R/3兩端的電壓訊號。電阻R/3兩端的電壓訊號同樣分別由端子VFBx進入運算放大器OPa及由端子VFAx進入運算放大器OPb再輸入運算放大器OPc，在第5圖中，R/3兩端的電壓訊號進入運算放大器OPc會被放大三倍，再輸出參考電壓VAVG至比較器CPx的正極。其餘做法大致皆與第4圖相同，在此就不多做說明。前述將每一個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}均分成三份的做法，其實是為因應運算放大器OPa、OPb、OPc及比較器CPx特性的設計，避免運算放大器OPa、OPb、OPc及比較器CPx損壞。除了如前述將每一個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}均分成三份，只取其中一份 兩端的電壓訊號外，另外也可將每一個參考電阻{RN,RN-1,RN-2,...,R1}分成(2/5)R、(1/5)R、(2/5)R，然後只取其中(1/5)R兩端的電壓訊號進行後續處理。
本發明之藉助參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統及其平衡控制方法，將電池系統模組化，不僅實現各電池模組之間的自動化平衡，在使用靈活度上也大幅提升。由於每一電池模組均有獨立的平衡控制電路，加上參考電阻的設計，使得各電池模組無需溝通即可自行進行平衡。當為因應不同需求而需增加或減少電池系統的供應電能時，使用者無需更改平衡控制電路的設計，也無需修改硬體設施，使用者僅需依照實際需求，加裝或拆卸預定組數的電池模組，即可符合新需求。另一方面，模組化的電池模組無論在製造、測試、安裝、使用或檢修(例如：抽換故障的電池模組)也都相當的方便靈活。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧電池系統
110-N,110-(N-1),110-(N-2),...,110-1‧‧‧電池模組
BAN,BAN-1,BAN-2,...,BA1‧‧‧電池單元
VN,VN-1,VN-2,...,V1‧‧‧電池電壓
PAK+、PAK-‧‧‧系統電池端子
VREFN,VREFN-1,VREFN-2,...,VREF1
GNDN,GNDN-1,GNDN-2,...,GND1‧‧‧端子
RN,RN-1,RN-2,...,R1‧‧‧參考電阻
VAVG‧‧‧參考電壓

Claims (12)

  1. 一種藉助於一參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統平衡控制方法，該電池系統平衡控制方法係應用於一電源供應裝置，該電池系統平衡控制方法包含有下列步驟：在複數個參考電阻之中的一第一參考電阻係設置於該電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一第一電池模組中、該複數個參考電阻之中的一第二參考電阻係設置於該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組之中的一第二電池模組中，以及該複數個參考電阻係彼此串聯之後，將該組電池模組之一總電壓轉換為該參考電壓資訊，其中該第一電池模組包含具有一第一電池電壓之一第一電池單元、該第二電池模組包含具有一第二電池電壓之一第二電池單元，以及該參考電壓資訊包含對應於該第一參考電阻之一第一組參考電壓準位以及對應於該第二參考電阻之一第二組參考電壓準位；以及依據該第一參考電阻所對應之該第一組參考電壓準位來進行該第一電池模組之平衡控制，以及依據該第二參考電阻所對應之該第二組參考電壓準位來進行該第二電池模組之平衡控制；其中依據該第一參考電阻所對應之該第一組參考電壓準位來進行該第一電池模組之平衡控制的步驟包含：利用一第一平衡控制電路以基於該第一組參考電壓準位之間的一電壓差所對應之一第一參考電壓，選擇性地控制該第一電池單元進行放電，其中該第一平衡控制電路包含一第一運算放大器、一第二運算放大器、一第三運算放大器以及一比較器；其中利用該第一平衡控制電路以基於該第一組參考電壓準位之間的該電壓差所對應之該第一參考電壓，選擇性地控制該第一電池單元進行放電的步驟包含： 將該第一運算放大器之一第一輸入端子耦接於該第一運算放大器之一輸出端子；將該第二運算放大器之一第一輸入端子耦接於該第二運算放大器之一輸出端子，以及經由該第一運算放大器之一第二輸入端子與該第二運算放大器之一第二輸入端子來接收該第一參考電壓，以使該第一運算放大器之該第二輸入端子與該第二運算放大器之該第二輸入端子之間的一電壓準位差為該第一參考電壓；將該第三運算放大器之一第一輸入端子耦接於該第一運算放大器之該輸出端子，以及將該第三運算放大器之一第二輸入端子耦接於該第二運算放大器之該輸出端子；以及將該比較器之一正端子耦接於該第三運算放大器之一輸出端子，以將該第一參考電壓經由該第三運算放大器之該輸出端子輸入至該比較器之該正端子，以及將該第一電池電壓輸入至該比較器之該負端子。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統平衡控制方法，其中依據該第一參考電阻所對應之該第一組參考電壓準位來進行該第一電池模組之平衡控制的步驟包含：當該第一電池電壓大於該第一組參考電壓準位之間的一電壓差所對應之一第一參考電壓時，控制該第一電池單元進行放電。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池系統平衡控制方法，其中該第一參考電阻被分割成一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻；該第一電阻之電阻值以及該第三電阻之電阻值均是該第一參考電阻的五分之二，且該第二電阻之電阻值為該第一參考電阻的五分之一。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電池系統平衡控制方法，其中該第一參考電 壓係為該第二電阻的跨壓。
  5. 一種藉助於一參考電壓資訊來進行平衡控制的電池系統，該電池系統包含一電源供應裝置之至少一部分，該電池系統包含有：一第一電池模組，其係為該電源供應裝置之中彼此串聯之一組電池模組之中的一電池模組，其中該第一電池模組包含：一第一電池單元，具有一第一電池電壓；一第一參考電阻，其係為彼此串聯以將該組電池模組之一總電壓轉換為該參考電壓資訊的複數個參考電阻的其中之一，其中該複數個參考電阻之該第一參考電阻係設置於該第一電池模組之中以產生一第一組參考電壓準位，以及該參考電壓資訊包含該第一組參考電壓準位；以及一第一平衡控制電路，電連接於該第一電池單元及該第一參考電阻，用以依據該第一參考電阻所對應之該第一組參考電壓準位來進行該第一電池模組之平衡控制；以及一第二電池模組，其係為該電源供應裝置之中彼此串聯之該組電池模組之中的另一電池模組，其中該第二電池模組包含：一第二電池單元，與該第一電池單元串聯，該第二電池單元具有一第二電池電壓；一第二參考電阻，與該第一參考電阻串聯，該第二參考電阻為彼此串聯以將該組電池模組之該總電壓轉換為該參考電壓資訊的複數個參考電阻的其中之另一，其中該複數個參考電阻之該第二參考電阻係設置於該第二電池模組之中以產生一第二組參考電壓準位，以及該參考電壓資訊包含該第二組參考電壓準位；以及一第二平衡控制電路，電連接於該第二電池單元及該第二參考電阻，用以依據該第二參考電阻所對應之該第二組參考電壓準位來進行 該第二電池模組之平衡控制；其中該第一平衡控制電路係基於該第一組參考電壓準位之間的一電壓差所對應之一第一參考電壓，選擇性地控制該第一電池單元進行放電，且該第一平衡控制電路包含有：一第一運算放大器，具有一第一輸入端子、一第二輸入端子以及一第一輸出端子，其中該第一輸入端子係耦接於該第一輸出端子；一第二運算放大器，具有一第三輸入端子、一第四輸入端子以及一第二輸出端子，其中該第三輸入端子係耦接於該第二輸出端子，以及該第二輸入端子與該第四輸入端子用以接收該第一參考電壓，以使該第二輸入端子與該第四輸入端子之間的一電壓準位差係為該第一參考電壓；一第三運算放大器，具有一第五輸入端子、一第六輸入端子以及一第三輸出端子，其中該第五輸入端子係耦接於該第一輸出端子，該第六輸入端子係耦接於該第二輸出端子；以及一第一比較器，包含一正端子以及一負端子，其中該正端子係耦接於該第三輸出端子，以使該第一參考電壓經由該第三輸出端子輸入至該正端子；以及該第一電池電壓係輸入至該負端子。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電池系統，其中該第一參考電阻的電阻誤差值小於0.1%。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電池系統，其中當該第一電池電壓大於該第一組參考電壓準位之間的一電壓差所對應之一第一參考電壓時，該第一平衡控制電路控制該第一電池單元進行放電。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之電池系統，其中該第一參考電阻被分割成一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻；該第一電阻之電阻值以及該第三 電阻之電阻值均是該第一參考電阻的五分之二，且該第二電阻之電阻值為該第一參考電阻的五分之一。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電池系統，其中該第一參考電壓係為該第二電阻的跨壓。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之電池系統，其中該第一比較器之輸入阻抗係大於一吉歐姆。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之電池系統，其中該第一參考電阻之電阻值係大於一千歐姆。
  12. 如申請專利範圍第5項所述之電池系統，其中該第一平衡控制電路係為一主動式平衡電路。
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