TWI538348B - 電池平衡控制電路及其系統 - Google Patents

Description

電池平衡控制電路及其系統

本發明係關於一種電池平衡控制電路及其系統，尤指一種以一判斷電位進行平衡判斷之電池平衡控制電路。

請參見圖1，為習知之電池平衡控制電路之應用電路圖。電池模組包含了串聯的一第一電池單元Ce1以及一第二電池單元Ce2。一第一開關模組Q1與一第一限流電阻Re1並聯於第一電池單元Ce1；一第二開關模組Q2與一第二限流電阻Re2並聯於第二電池單元Ce2。兩電阻R1、R2與第一電池單元Ce1以及第二電池單元Ce2並聯，且兩電阻R1、R2之阻值相同，故兩電阻R1、R2的連接點產生的一平衡參考訊號Vbal為第一電池單元Ce1以及第二電池單元Ce2的電池電壓之一平均電壓值。一遲滯比較器HC的一非反相輸入端耦接第一電池單元Ce1的負端與第二電池單元Ce2的正端之連接點，以接收一偵測訊號DET。遲滯比較器HC的一反相輸入端接收平衡參考訊號Vbal，以根據平衡參考訊號Vbal及偵測訊號DET來控制第一開關模組Q1及第二開關模組Q2的導通與截止。

當第一電池單元Ce1的電池電壓高於第二電池單元Ce2的電池電壓時，平衡參考訊號Vbal之準位高於偵測訊號DET之準位，遲滯比較 器HC輸出一低準位訊號，使得第一開關模組Q1導通而第二開關模組Q2截止。此時，由一充電電源Vch所提供的一充電電流會部分的流經第一限流電阻Re1及第一開關模組Q1，因此第一電池單元Ce1實際的充電電流會小於第二電池單元Ce2實際的充電電流，第二電池單元Ce2的電池電壓會逐漸地追上第一電池單元Ce1的電池電壓。相對地，當第二電池單元Ce2的電池電壓高於第一電池單元Ce1的電池電壓時，平衡參考訊號Vbal之準位低於偵測訊號DET之準位，遲滯比較器HC輸出一高準位訊號，使得第二開關模組Q2導通而第一開關模組Q1截止。此時，第二電池單元Ce2的電池電壓會逐漸地追上第一電池單元Ce1的電池電壓。藉由上述的控制方式而使得第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2的電池電壓能達到平衡。

習知的電池平衡控制電路是利用遲滯比較器的遲滯區間來濾除電路中的雜訊干擾，以避免在兩電池單元的電池電壓大致平衡時，開關會因雜訊而經常性的進行切換。幾乎所有的習知的電池平衡控制電路於電路中顯示的是比較器之電路符號，實際上也是使用遲滯比較器。也就是說，遲滯比較器HC會根據平衡參考訊號Vbal而形成一上遲滯電壓及一下遲滯電壓。當偵測訊號DET高於上遲滯電壓時，遲滯比較器HC輸出高準位訊號；當偵測訊號DET低於下遲滯電壓時，遲滯比較器HC輸出低準位訊號；當偵測訊號DET位於上遲滯電壓及下遲滯電壓之間時，遲滯比較器HC不改變輸出。藉此即可避免雜訊的干擾。上遲滯電壓及下遲滯電壓的準位差異需考量到電路雜訊的大小及比較器的最小比較電壓。因此，第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2並非達到實際的平衡，而會相當於遲滯比較器的遲滯區間的電壓差。尤其，當電池模組所串聯的電池單元越多，兩兩電池 單元對應習知的電池平衡控制電路來進行平衡時，最上方的電池單元與最下方的電池單元的差異最大為(N-1)倍的遲滯區間，N為串聯的電池單元之數量。這樣的平衡誤差，會造成習知的電池平衡控制電路的平衡效果並不佳，而且隨著電池單元數量的增加，平衡誤差也會有累積而使平衡效果下降之情況。以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

鑑於先前技術中的電池平衡控制電路在避免雜訊干擾的同時，也會造成平衡誤差而降低平衡效果，尤其在串聯的電池單元數量增加時，平衡效果會隨之下降。本發明利用時間窗來避免雜訊的干擾，使得可以使用單一判斷電位作為實際判斷電池平衡的判斷標準，避免了習知的平衡誤差而提供更佳的平衡效果。

為達到上述之優點及功效，本發明提供了一種電池平衡控制電路，用以平衡串聯之一第一電池單元及一第二電池單元之電池電壓。電池平衡控制電路包含一平衡模組、一比較電路以及一平衡判斷電路。平衡模組耦接第一電池單元之一正端及一負端以及第二電池單元之一正端及一負端。比較電路根據第一電池單元及第二電池單元之一偵測訊號及及一平衡參考訊號之一判斷電位進行比較，以輸出一比較結果訊號。平衡判斷電路耦接平衡模組及比較電路，其中平衡判斷電路判斷比較結果訊號狀態之改變是否持續超過一預定判斷時間，若是，則平衡判斷電路控制平衡模組使第一電池單元及第二電池單元其中之一具有較高之電池電 壓者釋放電池或其充電電流之至少部份電力至平衡模組。

本發明也提供了一種電池平衡控制系統，用以平衡串聯之M個電池單元之電池電壓。電池平衡控制系統包含N個電池平衡控制電路。每一電池平衡控制電路耦接對應兩相鄰之一第一電池單元及一第二電池單元。每一電池平衡控制電路包含一平衡模組、一比較電路以及一平衡判斷電路。平衡模組耦接第一電池單元之一正端及一負端以及第二電池單元之一正端及一負端。比較電路根據第一電池單元及第二電池單元之一偵測訊號及一平衡參考訊號之一判斷電位進行比較，以輸出一比較結果訊號。平衡判斷電路耦接平衡模組及比較電路，其中平衡判斷電路根據比較結果訊號以及一同步訊號，同步執行一電池電壓平衡程序以控制平衡模組使第一電池單元及第二電池單元其中之一具有較高之電池電壓者釋放電池或其充電電流之至少部份電力至平衡模組。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

先前技術：

Ce1‧‧‧第一電池單元

Ce2‧‧‧第二電池單元

DET‧‧‧偵測訊號

HC‧‧‧遲滯比較器

Q1‧‧‧第一開關模組

Q2‧‧‧第二開關模組

R1、R2‧‧‧電阻

Re1‧‧‧第一限流電阻

Re2‧‧‧第二限流電阻

Vbal‧‧‧平衡參考訊號

Vch‧‧‧充電電源

本發明：

10、10a、10b、10c、10d‧‧‧電池平衡控制電路

100、100a、100b、100c‧‧‧局部電池平衡控制電路

110、110a、110b、110c‧‧‧平衡模組

DD1、DD2‧‧‧延遲判斷電路

SW1、SW2‧‧‧切換控制電路

AN1、AN2‧‧‧及閘

C1‧‧‧延遲電容

Ce1‧‧‧第一電池單元

Ce2‧‧‧第二電池單元

Ce3‧‧‧第三電池單元

Clk‧‧‧時脈訊號

CLK‧‧‧時脈產生器

Com‧‧‧比較電路

Com1‧‧‧比較器

Cre‧‧‧重設訊號

DET‧‧‧偵測訊號

DT‧‧‧平衡判斷電路

I‧‧‧電流源

I1‧‧‧第一電流源

I2‧‧‧第二電流源

Iadj‧‧‧可控電流源

INV‧‧‧反相器

M1‧‧‧切換開關

M2‧‧‧第一電流開關

M3‧‧‧第二電流開關

NA1、NA2‧‧‧反及閘

OR1‧‧‧或閘

Q1‧‧‧第一開關模組

Q2‧‧‧第二開關模組

R1、R2‧‧‧電阻

Re‧‧‧限流電阻

Re1‧‧‧第一限流電阻

Re2‧‧‧第二限流電阻

Sc‧‧‧比較結果訊號

Sdt1、Sdt2‧‧‧控制訊號

Si‧‧‧電流偵測訊號

Sst‧‧‧平衡啟動訊號

St‧‧‧啟動訊號

ST‧‧‧平衡啟動單元

Sts‧‧‧平衡停止訊號

Sv‧‧‧電壓偵測訊號

Syn‧‧‧同步訊號

TR1‧‧‧上緣觸發電路

TR2‧‧‧下緣觸發電路

TS‧‧‧平衡停止單元

Vbal‧‧‧平衡參考訊號

Vch‧‧‧充電電源

Vr‧‧‧參考電壓

Rset‧‧‧設定電阻

L‧‧‧電感元件

圖1為習知之電池平衡控制電路之應用電路圖。

圖2為根據本發明之一第一較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。

圖3為根據本發明之一第一較佳實施例之平衡判斷電路之電路示意圖。

圖4為根據本發明之一第二較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。

圖5為根據本發明之一第三較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。

圖6為根據本發明之一第四較佳實施例之電池平衡控制系統之應用電路圖。

圖7為根據本發明之一第二較佳實施例之平衡判斷電路之電路示意圖。

圖8為根據本發明之一第一較佳實施例之可控電流源之電路示意圖。

圖9為根據本發明之一第五較佳實施例之電池平衡控制系統之應用電路圖。

圖10為為根據本發明之一第六較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。

圖11為根據本發明之一第七較佳實施例之電池平衡控制系統之應用電路圖

請參見圖2，為根據本發明之一第一較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。本發明之電池平衡控制電路10係用以平衡串聯之一第一電池單元Ce1及一第二電池單元Ce2之電池電壓。電池平衡控制電路10包含一平衡模組110、一比較電路Com以及一平衡判斷電路DT。平 衡模組110包含一第一開關模組Q1以及一第二開關模組Q2，其中第一開關模組Q1與一第一限流電阻Re1耦接第一電池單元Ce1之一正端及一負端，而第二開關模組Q2與一第二限流電阻Re2耦接第二電池單元Ce2之一正端及一負端。第一開關模組Q1係用以決定第一電池單元Ce1提供的一放電電流或充電電源Vch所提供給第一電池單元Ce1的充電電流是否至少部分地流經第一開關模組Q1，而第一限流電阻Re1係用以限制流經第一開關模組Q1的電流大小。第二開關模組Q2係用以決定第二電池單元Ce2提供的一放電電流或提供給第二電池單元Ce2的充電電流是否至少部分地流經第二開關模組Q2，而第二限流電阻Re2係用以限制流經第二開關模組Q2的電流大小。兩電阻R1、R2與第一電池單元Ce1以及第二電池單元Ce2並聯，且兩電阻R1、R2之阻值相同，故兩電阻R1、R2的連接點產生的一平衡參考訊號Vbal為第一電池單元Ce1以及第二電池單元Ce2的電池電壓之一平均電壓值。比較電路Com的一非反相輸入端耦接第一電池單元Ce1的負端與第二電池單元Ce2的正端之連接點，以接收一偵測訊號DET，而比較電路Com的一反相輸入端接收平衡參考訊號Vbal。比較電路Com並不具遲滯功能，故僅根據偵測訊號DET(即第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2之間的連接點電位)及平衡參考訊號Vbal之一單一判斷電位(judgment voltage level)進行比較，以輸出一比較結果訊號Sc。平衡判斷電路DT耦接平衡模組110及比較電路Com。平衡判斷電路DT判斷比較結果訊號Sc狀態之改變是否持續超過一預定判斷時間，例如：由低準位轉變為高準位並維持超過預定判斷時間，或者由高準位轉變為低準位並維持超過預定判斷時間。若是，平衡判斷電路DT輸出控制訊號Sdt1、Sdt2控制平衡模組110，使第一 開關模組Q1及第二開關模組Q2中對應第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2中具有一較高之電池電壓者被導通，以釋放電池或充電電源Vch所提供的充電電流之至少部份電力至平衡模組110；而另外一個開關此時則截止。

當第一電池單元Ce1之電池電壓高於第二電池單元Ce2之電池電壓時，平衡參考訊號Vbal之準位高於偵測訊號DET，使得比較電路Com輸出低準位之比較結果訊號Sc。當平衡判斷電路DT判斷低準位之比較結果訊號Sc持續超過預定判斷時間時，導通第一開關模組Q1並截止第二開關模組Q2，使第二電池單元Ce2之電池電壓逐漸追上第一電池單元Ce1之電池電壓。當第二電池單元Ce2之電池電壓高於第一電池單元Ce1之電池電壓時，平衡參考訊號Vbal之準位低於偵測訊號DET，使得比較電路Com輸出高準位之比較結果訊號Sc。當平衡判斷電路DT判斷高準位之比較結果訊號Sc持續超過預定判斷時間時，導通第二開關模組Q2並截止第一開關模組Q1，使第一電池單元Ce1之電池電壓逐漸追上第二電池單元Ce2之電池電壓。藉由上述電池平衡控制電路10的電池電壓平衡程序，可使第一電池單元Ce1之電池電壓與第二電池單元Ce2電池電壓最終會達成相同。而且由於本發明之電池平衡控制電路10中的比較電路Com利用單一判斷電位，故不會有習知之平衡誤差之問題。

請參見圖3，為根據本發明之一第一較佳實施例之平衡判斷電路之電路示意圖。平衡判斷電路DT包含一延遲判斷電路DD1以及一切換控制電路SW1。延遲判斷電路DD1包含一電流源I、一比較器Com1、一切換開關M1、一延遲電容C1、一或閘OR1、一上緣觸發電路TR1以及一 下緣觸發電路TR2。切換控制電路SW1包含一反及閘NA1及一及閘AN1。

請同時參見圖2，當第一電池單元Ce1之電池電壓高於第二電池單元Ce2之電池電壓時，比較電路Com輸出低準位之比較結果訊號Sc。此時，下緣觸發電路TR2被觸發而產生一脈衝訊號。下緣觸發電路TR2所產生的脈衝訊號經或閘OR1產生一重設訊號Cre，如此切換開關M1將導通一小段時間，使得延遲電容C1的電壓被歸零。然後，電流源I重新對延遲電容C1充電。比較器Com1的非反相端耦接延遲電容C1，反相端接收一參考電壓Vr。當延遲電容C1充電經持續充電一預定判斷時間使延遲電容C1之電壓高於參考電壓Vr時，比較器Com1輸出一啟動訊號St。反及閘NA1接收比較結果訊號Sc及反相的啟動訊號St，而輸出低準位的控制訊號Sdt1，使得第一開關模組Q1導通。

當第一電池單元Ce1之電池電壓低於第二電池單元Ce2之電池電壓時，比較電路Com輸出高準位之比較結果訊號Sc。此時，上緣觸發電路TR1被觸發而產生一脈衝訊號。上緣觸發電路TR1所產生的脈衝訊號經或閘OR1產生一重設訊號Cre，如此切換開關M1將導通一小段時間，使得延遲電容C1的電壓被歸零。然後，電流源I重新對延遲電容C1充電。當延遲電容C1充電經持續預定判斷時間充電使延遲電容C1之電壓高於參考電壓Vr時，比較器Com1輸出一啟動訊號St。及閘AN1接收比較結果訊號Sc及啟動訊號St，而輸出高準位的控制訊號Sdt2，使得第二開關模組Q2導通。

然而，當雜訊等因素造成比較結果訊號Sc暫時的改變邏輯準位，都會使延遲電容C1的電壓不斷地歸零，而使得比較器Com1持續輸 出低準位之啟動訊號St。此時，控制訊號Sdt1及控制訊號Sdt2分別為高準位及低準位，使得第一開關模組Q1及第二開關模組Q2均維持截止。也就是雜訊等暫時性的干擾因素不會造成平衡判斷電路DT進行錯誤的電池平衡控制。

本發明之預定判斷時間可以外接電阻之一電阻值來設定電流源I之電流、外接電容等的方式來根據實際之應用調整預定判斷時間之長短。

請參見圖4，為根據本發明之一第二較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。相較於圖2所示之實施例，本實施例的電池平衡控制電路10a額外包含一平衡啟動單元ST，用以判斷是否啟動平衡判斷電路DT。藉此判斷適當的電壓平衡的時間，例如：充電時，以避免電池平衡影響到電池的使用。充電電源Vch對電池第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2充電時，會先經過一大電流充電期間而後電池電壓接近滿充電壓時再經過一小電流充電期間。所以，平衡啟動單元ST接收代表電池充電電流的一電流偵測訊號Si以及代表第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2的電池電壓的一電壓偵測訊號Sv。當對第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2充電之充電電流大於一啟動電流值時或者第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2之電池電壓合大於一預定啟動電壓值時，平衡啟動單元ST產生一平衡啟動訊號Sst，使平衡判斷電路DT開始控制第一開關模組Q1與第二開關模組Q2之導通與截止。

接著，請參見圖5，為根據本發明之一第三較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。相較於圖4所示之實施例，本實施例的 電池平衡控制電路10b改以一平衡停止單元TS取代平衡啟動單元ST。平衡停止單元TS偵測第一電池單元Ce1之正端電壓以及第二電池單元Ce2之正端電壓，用以判斷第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2之電池電壓其中之一是否低於一預定平衡停止電壓，若是則產生一平衡停止訊號Sts以停止平衡判斷電路DT。藉此，可以避免電池電壓平衡程序造成電池單元的儲存電力之損失，尤其是被動式平衡。

另外，本實施例之平衡判斷電路DT額外接收一同步訊號Syn，使得電池平衡控制電路10b與其他電池平衡控制電路可以進行同步的平衡及偵測，以避免彼此於電池電壓平衡程序對電池之電流的調整影響偵測之正確性。

本發明也可以衍生利用到三個以上的電池單元之電池電壓平衡。也就是，M個電池單元之電池電壓中，只要任兩個相鄰之電池單元能對應到本發明之電池平衡控制電路10b(電池單元與電池平衡控制電路之連接方式可參見上述之實施例)，即可使該相鄰之兩電池單元達到電池電壓平衡之作用。較佳的配置是M個電池單元對應到(M-1)電池平衡控制電路。

請參見圖6，為根據本發明之一第四較佳實施例之電池平衡控制系統之應用電路圖，其中上方的一局部電池平衡控制電路100(引用圖2之電路)以被動平衡式架構對一第一電池單元Ce1及一第二電池單元Ce2進行電池電壓平衡；下方的一局部電池平衡控制電路100(引用圖2之電路)以被動平衡式架構對一第二電池單元Ce2及一第三電池單元Ce3進行電池電壓平衡。兩電池平衡控制電路100均接收一同步訊號Syn，藉此達到 同步的平衡及偵測，以避免任一局部電池平衡控制電路100在進行偵測時，其他的局部電池平衡控制電路100卻進行電池電壓平衡而造成偵測上的錯誤。

另外，本發明之電池平衡控制電路10可以以上述實施例中的電流偵測訊號Si、電壓偵測訊號Sv或同步訊號Syn作為一啟動訊號，於接收到啟動訊號時才啟動平衡電池電壓平衡程序。

上述實施例中提及的同步平衡及偵測、平衡啟動電路、平衡停止電路、預定判斷時間的設定等，均可以依實際應用情況被單一或整合至上述任一實施例中而不影響電池電壓平衡程序的進行。

請參見圖7，為根據本發明之一第二較佳實施例之平衡判斷電路之電路示意圖。相較於圖3所示之平衡判斷電路DT，本實施例主要將電流源I以可控電流源Iadj取代。可控電流源Iadj的電流大小係根據比較結果訊號Sc而決定。因此，比較結果訊號Sc為高準位時的預定判斷時間與比較結果訊號Sc為低準位時的預定判斷時間，兩者的時間長度可以是不相同的。

請參見圖8，為根據本發明之一第一較佳實施例之可控電流源之電路示意圖。可控電流源包含一第一電流源I1、一第二電流源I2、一第一電流開關M2、一第二電流開關M3以及一反相器INV。反相器接收比較結果訊號Sc，並反相比較結果訊號Sc後控制第一電流開關M2；而第二電流開關M3則直接受比較結果訊號Sc控制。因此，當比較結果訊號Sc為高準位訊號時，第二電流開關M3導通而第一電流開關M2截止，可控電流源輸出第二電流源I2的電流。當比較結果訊號Sc為低準位訊號時，第二電 流開關M3截止而第一電流開關M2導通，可控電流源輸出第一電流源I1的電流。第一電流源I1及第二電流源I2的電流大小可以根據實際應用而調整為相同或不相同較佳的設定為不相同，例如：第一電流源I1的電流大於第二電流源I2的電流；或者第二電流源I2的電流大於第一電流源I1的電流。

請參見圖9，為根據本發明之一第五較佳實施例之電池平衡控制系統之應用電路圖。本實施例之局部電池平衡控制系統100a應用圖7所示之平衡判斷電路DTa。舉例來說，局部電池平衡控制電路100a(引用圖2之電路)對一第一電池單元Ce1及一第二電池單元Ce2進行電池電壓平衡；局部電池平衡控制電路100b(引用圖2之電路)對一第二電池單元Ce2及一第三電池單元Ce3進行電池電壓平衡。在局部電池平衡控制電路100a，當第一電池單元Ce1的電壓高於第二電池單元Ce2(即比較結果訊號Sc為高準位)時的預定判斷時間長於當第一電池單元Ce1的電壓低於第二電池單元Ce2(即比較結果訊號Sc為低準位)時的預定判斷時間。在電池平衡控制電路100b，當第二電池單元Ce2的電壓高於第三電池單元Ce3時的預定判斷時間短於當第二電池單元Ce2的電壓低於第三電池單元Ce3時的預定判斷時間。在上述的電路架構下，因對應第二電池單元Ce2的預定判斷時間短於對應第一電池單元Ce1的預定判斷時間及對應第三電池單元Ce3的預定判斷時間。因此，在經電池平衡後，第二電池單元Ce2的電壓會等於或小於第一電池單元Ce1的電壓，同時第二電池單元Ce2的電壓也會等於或小於第三電池單元Ce3的電壓。這樣電路設計的優點在於，就算鄰近兩電池單元經對應的電池平衡控制電路100a、100b進行電池平衡後仍會有微小的電壓差存在，而這微小的電壓不會隨電池模組所串聯的電池單元的 數量而增加。進一步以圖9實施例來說明，第一電池單元Ce1的電壓可能略高於第二電池單元Ce2一電壓差，第三電池單元Ce3的電壓可能略高於第二電池單元Ce2一電壓差，因此，第一電池單元Ce1的電壓與第三電池單元Ce3的電壓差就會小於上述兩電壓差。

當然，上述實施例也可以調整為：對應第二電池單元Ce2的預定判斷時間長於對應第一電池單元Ce1的預定判斷時間及對應第三電池單元Ce3的預定判斷時間。第一電池單元Ce1的電壓可能略低於第二電池單元Ce2一電壓差，第三電池單元Ce3的電壓也可能略低於第二電池單元Ce2一電壓差，而第一電池單元Ce1的電壓與第三電池單元Ce3的電壓差也可以確定為小於上述兩電壓差。

請參見圖10，為根據本發明之一第六較佳實施例之電池平衡控制電路之應用電路圖。相較於圖2所示之被動平衡電路，本實施例為主動平衡之應用。其中圖4之第一及第二限流電阻Re1、Re2改以一電感元件L取代。電感元件L耦接於第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2之連接點以及第一開關模組Q1與第二開關模組Q2之連接點之間，用以儲存第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2所釋放之電力或者對第一電池單元Ce1及該第二電池單元Ce2充電之充電電流之部分電力。電感元件L會有磁飽和之情況以及電感元件L所儲存之電力於後將對第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2中電池電壓較低者進行充電，而過大的充電電流也會影響電池單元之壽命，因此，第一開關模組Q1及第二開關模組Q2之每次導通時間需加以限制，以避免電感元件L上的電流過大。本實施例之平衡判斷電路DT於判斷比較結果訊號狀態之改變持續超過預定判斷時間時，將導通第一開關 模組Q1與第二開關模組Q2中對應第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2較高電池電壓者一預定導通時間後截止。在本實施例，一時脈產生器CLK產生一時脈訊號Clk，並藉由反及閘NO2以及及閘AN2分別接收反相的控制訊號Sdt1、控制訊號Sdt2可適當地控制第一開關模組Q1及第二開關模組Q2的導通與截止之時間長度。當時脈訊號Clk為高準位時，對應較高電池電壓的電池單元的第一開關模組Q1或第二開關模組Q2才會導通，使電感元件L儲能。當時脈訊號Clk為低準位時，電感元件L之電流會透過另一開模組並聯的二極體或體二極體續流，將電感元件L所儲存之電力對該第一電池單元Ce1及該第二電池單元Ce2具有一較低之電池電壓者釋放。時脈訊號Clk的高準位之時間長度可以配合實際應用的電感元件L之飽和電感值、電池單元之電壓、平衡的電流最大值等因素來調整，在本實施例，時脈訊號Clk的高準位之時間長度可透過外接之一設定電阻Rset來決定。

另外，電感元件L的儲能與釋能過程，第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2的充放電電流會有較大的變化，而造成電池單元的內阻影響到比較電路Com對於電池電壓之高低誤判。因此，平衡判斷電路DT可以於導通第一開關模組Q1與第二開關模組Q2起設定一空白時間。在空白時間內，比較電路Com所輸出比較結果訊號Sc的邏輯準位暫時停止不變，即比較電路Com停止比較操作。如此，比較電路Com在較少干擾下進行比較，可以避免誤判之發生。

本實施例的平衡啟動單元ST，用以判斷是否啟動平衡判斷電路DT。藉此判斷適當的電壓平衡的時間，例如：充電時，以避免電池平衡影響到電池的使用。充電電源Vch對電池第一電池單元Ce1與第二電池 單元Ce2充電時，會先經過一大電流充電期間而後電池電壓接近滿充電壓時再經過一小電流充電期間。所以，平衡啟動單元ST接收代表電池充電電流的一電流偵測訊號Si以及代表第一電池單元Ce1與第二電池單元Ce2的電池電壓的一電壓偵測訊號Sv。當對第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2充電之充電電流大於一啟動電流值時或者第一電池單元Ce1及第二電池單元Ce2之電池電壓合大於一預定啟動電壓值時，平衡啟動單元ST產生一平衡啟動訊號Sst，使平衡判斷電路DT開始控制第一開關模組Q1與第二開關模組Q2之導通與截止。本實施例之局部電池平衡控制電路100c也可以應用至圖2所示之局部電池平衡控制電路100而不影響圖2所示之局部電池平衡控制電路100之功能。

本發明也可以衍生利用到三個以上的電池單元之電池電壓平衡。也就是，M個電池單元之電池電壓中，只要任兩個相鄰之電池單元能對應到本發明之電池平衡控制電路10c(電池單元與電池平衡控制電路之連接方式可參見上述之實施例)，即可使該相鄰之兩電池單元達到電池電壓平衡之作用。較佳的配置是M個電池單元對應到(M-I)電池平衡控制電路。

請參見圖11，為根據本發明之一第七較佳實施例之電池平衡控制系統之應用電路圖，其中上方的一局部電池平衡控制電路100(引用圖2之電路)以主動平衡式架構對一第一電池單元Ce1及一第二電池單元Ce2進行電池電壓平衡；下方的一局部電池平衡控制電路100(引用圖2之電路)以主動平衡式架構對一第二電池單元Ce2及一第三電池單元Ce3進行電池電壓平衡。兩局部電池平衡控制電路100均接收一同步訊號Syn，藉此 達到同步的平衡及偵測，以避免任一局部電池平衡控制電路100在進行偵測時，其他的局部電池平衡控制電路100卻進行電池電壓平衡而造成偵測上的錯誤。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

Ce1‧‧‧第一電池單元

Ce2‧‧‧第二電池單元

Com‧‧‧比較電路

DT‧‧‧平衡判斷電路

Q1‧‧‧第一開關模組

Q2‧‧‧第二開關模組

Re1‧‧‧第一限流電阻

Re2‧‧‧第二限流電阻

R1、R2‧‧‧電阻

Vbal‧‧‧平衡參考訊號

DET‧‧‧偵測訊號

Sc‧‧‧比較結果訊號

Vch‧‧‧充電電源

10‧‧‧電池平衡控制電路

100‧‧‧局部電池平衡控制電路

110‧‧‧平衡模組

Sdt1、Sdt2‧‧‧控制訊號

Claims (19)

1. 一種電池平衡控制電路，用以平衡串聯之一第一電池單元及一第二電池單元之電池電壓，該電池平衡控制電路包含：一平衡模組，耦接該第一電池單元之一正端及一負端以及該第二電池單元之一正端及一負端；一比較電路，根據該第一電池單元及該第二電池單元之一偵測訊號比較一平衡參考訊號之一判斷電位，以輸出一比較結果訊號；以及一平衡判斷電路，耦接該平衡模組及該比較電路，其中該平衡判斷電路判斷該比較結果訊號狀態之改變是否持續超過一預定判斷時間，若是，則該平衡判斷電路執行一電池電壓平衡程序，以控制該平衡模組使該第一電池單元及該第二電池單元其中之一具有較高之電池電壓者釋放電池之至少部份電力至該平衡模組，或是釋放其至少部份充電電流至該平衡模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池平衡控制電路，其中該平衡模組包含兩開關模組以及一電感元件，該些開關模組分別與該第一電池單元及該第二電池單元並聯，以及該電感元件耦接於兩開關模組之間的連接點與兩電池單元之間的連接點，該電感元件用以儲存該第一電池單元及該第二電池單元其中之一具有較高之電池電壓者釋放電 池之至少部份電力，或是該電感元件用以儲存該第一電池單元及該第二電池單元其中之一具有較高之電池電壓者釋放其至少部份充電電流。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池平衡控制電路，其中該平衡判斷電路將該電感元件所儲存之電力對該第一電池單元及該第二電池單元其中之一具有較低之電池電壓者釋放。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電池平衡控制電路，更包含一平衡啟動單元，用以啟動該平衡判斷電路運作，該平衡啟動單元的決定條件包括：a.對該第一電池單元及該第二電池單元充電之一充電電流是否大於一啟動電流值；以及b.該第一電池單元及該第二電池單元之電池電壓合是否大於一預定啟動電壓值；其中，該平衡啟動單元根據決定條件a及b之至少其中之一之判斷結果，以決定是否啟動該平衡判斷電路運作。
5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之電池平衡控制電路，更包含一平衡停止單元，判斷該第一電池單元及該第二電池單元之電池電壓其中之一是否低於一預定平衡停止電壓，若是，則該平衡停止單元停止該平衡判斷電路運作。
6. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之電池平衡控制電 路，其中該電池平衡控制電路更接收一同步訊號，以同步執行該電池電壓平衡程序。
7. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之電池平衡控制電路，其中該預定判斷時間之一時間長度根據該比較結果訊號調整。
8. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之電池平衡控制電路，其中該電池平衡控制電路包含一延遲電容以及一電流源，該電流源對該延遲電容充電以決定該預定判斷時間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電池平衡控制電路，其中該電流源之電流大小根據該比較結果訊號調整。
10. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之電池平衡控制電路，其中該電池平衡控制電路於接收代表該第一電池單元及該第二電池單元之電池電壓之一電壓偵測訊號、代表該第一電池單元及該第二電池單元之電流之一電流偵測訊號或一同步訊號時啟動。
11. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所述之電池平衡控制電路，其中該平衡判斷電路判斷該比較結果訊號狀態之改變是否持續超過該預定判斷時間，若否，則該平衡判斷電路停止執行該電池電壓平衡程序。
12. 一種電池平衡控制系統，用以平衡串聯之M個電池單元之電池電壓，該電池平衡控制系統包含： N個電池平衡控制電路，每一電池平衡控制電路耦接對應兩相鄰之一第一電池單元及一第二電池單元，該每一電池平衡控制電路包含：一平衡模組，耦接該第一電池單元之一正端及一負端以及該第二電池單元之一正端及一負端；一比較電路，根據該第一電池單元及該第二電池單元之一偵測訊號比較一平衡參考訊號之一判斷電位，以輸出一比較結果訊號；以及一平衡判斷電路，耦接該平衡模組及該比較電路，其中該平衡判斷電路根據該比較結果訊號且該平衡判斷電路判斷該比較結果訊號狀態之改變是否持續超過一預定判斷時間，若是，則該平衡判斷電路執行一電池電壓平衡程序以控制該平衡模組使該第一電池單元及該第二電池單元其中之一具有較高之電池電壓者釋放電池之至少部份電力至該平衡模組，或是釋放其至少部份充電電流至該平衡模組。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電池平衡控制系統，其中該每一電池平衡控制電路更包含一平衡啟動單元，用以啟動該平衡判斷電路運作，該平衡啟動單元的決定條件包括：a.對該第一電池單元及該第二電池單元充電之一充電電流是否大於一啟動電流值；以及 b.該第一電池單元及該第二電池單元之電池電壓合是否大於一預定啟動電壓值；其中，各該平衡啟動單元根據決定條件a及b之至少其中之一之判斷結果，以決定是否啟動該平衡判斷電路運作。
14. 如申請專利範圍第12或13項所述之電池平衡控制系統，其中該每一電池平衡控制電路包含一延遲電容以及一電流源，該電流源對該延遲電容充電以決定該預定判斷時間。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電池平衡控制系統，其中該電流源之電流大小根據該比較結果訊號而決定。
16. 如申請專利範圍第12或13項所述之電池平衡控制系統，更包括一同步訊號，同步執行一電池電壓平衡程序以控制該平衡模組，使該第一電池單元及該第二電池單元其中之一具有較高之電池電壓者釋放電池之至少部份電力至該平衡模組，或是釋放其至少部份充電電流至該平衡模組。
17. 如申請專利範圍第12或13項所述之電池平衡控制系統，其中該平衡判斷電路判斷該比較結果訊號狀態之改變是否持續超過該預定判斷時間，若否，則該平衡判斷電路停止執行該電池電壓平衡程序。
18. 如申請專利範圍第17項所述之電池平衡控制系統，其中該預定判斷時間之一時間長度根據該比較結果訊號而調 整設定，而M大於N，且M及N分別為大於零的正數。
19. 如申請專利範圍第12項所述之電池平衡控制系統，其中M個電池單元為大於或等於3個電池單元時，每一該電池平衡控制電路耦接兩相鄰電池單元，該些電池平衡控制電路根據該些電池單元以電池電壓大小互相交錯方式的連結順序，以預設兩大小不等的電池電壓分別作為兩相鄰電池單元的平衡電壓。