TWI771871B - 多電池串聯之電壓平衡系統 - Google Patents

Abstract

一種多電池串聯之電壓平衡系統，包含一高壓電池模組、一直流轉換器及一控制器，該高壓電池模組包含複數串聯電池組；該直流轉換器連接該高壓電池模組，並對該高壓電池模組的一輸出電源進行電壓轉換，且該直流轉換器連接一低功率負載；該控制器連接各該串聯電池組及該直流轉換器，該控制器偵測各該串聯電池組是否存在電壓差以執行電壓平衡，且該控制器執行電壓平衡的判斷由該控制器內一喚醒訊號觸發；其中當該各該串聯電池組間存在電壓差時，該控制器控制該複數串聯電池組中具有最高電壓值的各該串聯電池組放電以達成電壓平衡。

Description

多電池串聯之電壓平衡系統

一種電壓平衡系統，尤指一種多電池串聯之電壓平衡系統。

許多電力產品的都配備有電池，由電池為電力產品提供電源，維持電力產品的運作，然而隨著電力產品硬體與性能的提升，單一電池的電容量可能無法因應電力產品在不同功能應用上所需的額定電壓或電源需求，因此，將複數電池組相互串聯提高整體的輸出電壓值，或是將複數電池組相互並聯提高整體的輸出電流值的電池應用技術已逐漸應用於電力產品中。

在電池串聯的應用方面，將複數電池串聯雖然能夠提高整體的輸出電壓，然而每一個電池其電量消耗的速度及電池容量容易因電池的壽命或規格不同而有所差異，當其中一電池其電量耗盡或損壞時，電量耗盡或損壞的電池會造成供電迴路斷路，即使其他電池狀態正常，仍無法為電力產品提供電源，必須更換失效的電池後才能繼續供電，造成該複數串聯電池無法發揮最大的使用效率。

就電池串聯技術上的供電缺失，中華民國專利申請第107144642號案揭露一種串聯電池開關模組及其模式切換方法及儲能系統，藉由限流元件、雙向開關及單向開關的限流或導通，使得電池可正常的充放電或是旁路於充放電迴路外，讓狀況較差的電池仍可與狀況較佳的電池進行串接使用，然而限流放電開關本身運作功率較大，容易造成元件過熱，且以旁路開關控制各電池的供電容易造成整體電壓變化過大，影響電池運作及供電效能。

本發明提供一種多電池串聯之電壓平衡系統，平衡串聯各個電池的電壓，防止習知串聯電池在應用時，因不同電池間的電量差異而影響整體電池供電效能的情形。

為達成前述目的，本發明提供一種多電池串聯之電壓平衡系統，包含有：一高壓電池模組，包含有複數串聯電池組；一直流轉換器，該直流轉換器的一電源輸入端電連接該高壓電池模組的一電源輸出端，並對該高壓電池模組的一輸出電源進行電壓轉換，且該直流轉換器的一電源輸出端電連接一低功率負載；一控制器，訊號連接該高壓電池模組的各該串聯電池組及該直流轉換器，該控制器偵測各該串聯電池組的電壓值，並判斷是否存在電壓差，且該控制器是否執行電壓平衡的判斷由該控制器內一喚醒訊號觸發；其中，當該控制器偵測各該串聯電池組間存在電壓差時，該控制器控制該複數串聯電池組中具有最高電壓值的各該串聯電池組放電，由具有最高電壓值的各該串聯電池組經由該直流轉換器對該低功率負載進行供電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡。

本發明提供另一種多電池串聯之電壓平衡系統，包含有：一高壓電池模組，包含有複數串聯電池組，該高壓電池模組的一電源輸出端連接一高功率負載； 一控制器，訊號連接該高壓電池模組的各該串聯電池組及該高功率負載，該控制器偵測各該串聯電池組的電壓值，並判斷是否存在電壓差，且該控制器是否執行電壓平衡的判斷由該控制器內一喚醒訊號觸發；其中，當該控制器偵測各該串聯電池組間存在電壓差時，該控制器控制該複數串聯電池組中具有最高電壓值的各該串聯電池組放電，由具有最高電壓值的各該串聯電池組對該高功率負載進行供電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡。

本發明提供另一種多電池串聯之電壓平衡系統，包含有：一高壓電池模組，包含有複數串聯電池組，該高壓電池模組電連接一充電電源；一平衡開關模組，包含有複數短路開關，每一個短路開關與對應的一個串聯電池組相並聯；一控制器，訊號連接該高壓電池模組的各該串聯電池組及該平衡開關模組，該控制器偵測各該串聯電池組的電壓值，並判斷是否執行電壓平衡；其中，在該高壓電池模組進行充電的狀態下，當該控制器偵測各該串聯電池組間存在電壓差時，該控制器控制該高壓電池模組及該平衡開關模組，使該充電電源對該複數串聯電池組中具有最低電壓值的各該串聯電池組進行充電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡。

本發明的功效在於：該控制器可偵測各該串聯電池組的電壓值，當各該串聯電池組的電壓值間存在高低差異，使得各該串聯電池組間電壓不平衡時，本發明透過該控制器控制各該串聯電池組或該平衡開關，優先以具有最高電壓值的各該串聯電池組進行放電，或是優先對具有最低電壓值的各該 串聯電池組進行充電，進而縮小各該串聯電池組間的電壓值差異，達到電壓平衡。

10:高壓電池模組

11,11A,11B,11C:串聯電池組

111:電池

112:電池開關

113:單向導通元件

20:直流轉換器

31:低壓電池

32:通訊控制單元

33:用電部品

40:控制器

41:時脈單元

42:電壓偵測單元

43:運算單元

50:平衡開關模組

51,51A,51B:短路開關

61:馬達驅動器

62:馬達

71:充電器

80:電源開關

n1:第一節點

n2:第二節點

I:放電路徑

圖1：本發明多電池串聯之電壓平衡系統中第一實施例的電路方塊圖。

圖2：第一實施例中第一串聯電池組及第二串聯電池組執行電壓平衡時的供電路徑示意圖。

圖3：第一實施例中第一串聯電池組、第二串聯電池組及第三串聯電池組執行電壓平衡時的供電路徑示意圖。

圖4：本發明多電池串聯之電壓平衡系統中第二實施例的電路方塊圖。

圖5：第二實施例中第一串聯電池組及第二串聯電池組執行電壓平衡時的供電路徑示意圖。

圖6：本發明多電池串聯之電壓平衡系統中第三實施例的電路方塊圖。

圖7：第三實施例中第一串聯電池組及第二串聯電池組執行電壓平衡時的供電路徑示意圖。

請參看圖1所示，於第一實施例中，本發明多電池串聯之電壓平衡系統包含有一高壓電池模組10、一直流轉換器20及一控制器40，本實施例中以該多電池串聯之電壓平衡系統應用於一電動機車中為例說明，但本發明的應用領域不以本實施例為限。

該高壓電池模組10包含有複數串聯電池組11，各該串聯電池組11相互串聯，且各該串聯電池組11內包含有一電池111、一電池開關112及一單向導通元件113，該電池111與該電池開關112串聯，而該電池111與該電池開關 112串聯後與該單向導通元件113並聯，其中，該電池111具有一正極端及一負極端，該單向導通元件113可為一二極體，該二極體具有一陽極端及一陰極端，該電池111的該正極端與該二極體的該陰極端連接於一第一節點，該電池111的該負極端與該二極體的該陽極端連接於一第二節點，該電池開關112可連接於該第一節點與該電池111的該正極端之間，或可連接於該第二節點與該電池111的該負極端之間，而一串聯電池組11的該第一節點可電連接另一串聯電池組11的該第二節點，使兩個串聯電池組11相互串聯，當該電池開關112導通時對應的該串聯電池組11的供電迴路導通，當各該電池開關112斷路時對應的各該串聯電池組11的供電迴路斷路，於本實施例中，各該電池111可為一鋰電池，該高壓電池模組10作為該電動機車的動力電池，供應該電動機車運作時所需要的電力。

該直流轉換器20的一電源輸入端電連接該高壓電池模組10的一電源輸出端，對該高壓電池模組10的一輸出電源進行電壓轉換，於本實施例中，該直流轉換器20對該高壓電池模組10的該輸出電源進行降壓，以供該電動機車內的各式負載使用，其中，該直流轉換器20的一電源輸出端電連接該低功率負載，該低功率負載由該直流轉換器20進行電壓轉換後的該輸出電源供電運作，於本實施例中，該低功率負載可為該電動機車的一低壓電池31、一通訊控制單元32(Communication Control Unit,CCU)或一用電部品33，該低壓電池31可為12V的一鋰電池或12V的一鉛酸電池，該低壓電池31可儲存該直流轉換器20降壓後的該輸出電源，以對該電動機車中的該控制器40及採用低電壓的各式元件裝置進行供電；該通訊控制單元32可連接該控制器40以接收該控制器40所傳輸的控制訊號，該通訊控制單元32可為LTE-4G行動通訊模組、藍芽模組(Bluetooth)、全球衛星定位系統(GPS)模組、無線通訊頻率低於1GHz的Sub-1G模組及/或近場通訊模組(NFC)等，該電動機車所採用的免鑰匙(Keyless)啟動功 能可應用該通訊控制單元32的無線通訊技術與外部電子裝置進行無線訊號傳輸，且由於該通訊控制單元32於該電動機車未啟動時仍須保持運作，以供隨時與該電子裝置連線，該通訊控制單元32可直接由該直流轉換器20降壓後的該輸出電壓進行供電，或是由該低壓電池31進行供電；該用電部品33可為該電動機車的方向燈、照明燈、儀表板燈號等燈類元件、電門開關或通用序列匯流排(USB)插槽等。

該控制器40訊號連接該高壓電池模組10的各該串聯電池組11及該直流轉換器20，該控制器40可偵測該高壓電池模組10中各該串聯電池組11的電壓值，並根據各該串聯電池組11的電壓值是否存在高低差異，判斷是否執行電壓平衡，當該控制器40執行電壓平衡時，該控制器40控制各該電池開關112的導通或斷路以及該直流轉換器20的運作，藉此調控該高壓電池模組10中各該串聯電池組11的電壓值，其中，該控制器40可包含有一時脈單元41、一電壓偵測單元42及一運算單元43，該時脈單元41提供一時間訊號，該時間訊號的起始時間點可為該電動機車最近一次關閉的時間點，當該時間訊號大於一門檻時間時，該時脈單元41即傳送一喚醒訊號至該運算單元43，由該運算單元43根據該喚醒訊號觸發該控制器40判斷是否執行電壓平衡，該門檻時間可為數日或數周，但不以此為限；該電壓偵測單元42電連接該低壓電池31，且該電壓偵測單元42偵測及提供該低壓電池31的一電壓信號，該電壓信號反映該低壓電池31的電量，當該低壓電池31的該電壓信號低於一門檻電壓時，該電壓偵測單元42即傳送一喚醒訊號至該運算單元43，由該運算單元43根據該喚醒訊號觸發該控制器40判斷是否執行電壓平衡，由該時脈單元41或該電壓偵測單元42傳送的該喚醒訊號觸發該控制器40的一喚醒功能，透過該時間訊號及該電壓訊號與門檻值的比對，該控制器40藉由控制訊號喚醒並控制各該串聯電池組11內該電池開關112的導通或斷路，以及控制該直流轉換器20進行電壓轉換，調整各串聯電池 組11間的電壓平衡。於本實施例中，該控制器40可為該電動機車的一整車控制器(Vehicle Control Unit,VCU)，該時脈單元41可為一時實時鐘晶片(Real-Time Clock,RTC)或一計時器(timer)。

其中，該多電池串聯之電壓平衡系統可進一步包含有一電源開關80，該電源開關80連接該控制器40，當該電源開關80開啟(導通)時，該控制器40控制該高壓電池模組10進行供電，而當該電源開關80關閉(斷路)時，該控制器40停止該高壓電池模組10的供電運作，於本實施例中，該電源開關80可為該電動機車的啟動開關、啟動鈕或免鑰匙(Keyless)啟動裝置，使用者藉由觸發該電源開關80啟動該電動機車。

請參看圖2所示，以該高壓電池模組10包含一第一串聯電池組11A及一第二串聯電池組11B為例，且圖2中該第一串聯電池組11A的一第一節點的位置以n1標示及一第二節點的位置以n2標示，該第一串聯電池組11A透過該第二節點連接該第二串聯電池組11B的一第一節點，使該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B相互串聯，當該電動機車未啟動(key off)，即該高壓電池模組10未進行放電時，該電動機車的該低壓電池31仍需要持續對該控制器40、該通訊控制單元32及該用電部品33持續供電，使該控制器40、該通訊控制單元32及該用電部品33保持待機狀態，換言之，該低壓電池31於該電動機車未發動時仍持續消耗電量，因此，為防止該低壓電池31的電量耗盡，導致該控制器40、該通訊控制單元32及該用電部品33於該電路機車未啟動時無法運作，該控制器40需要控制該高壓電池模組10對該低壓電池31進行充電。

當由該電壓偵測單元42傳送該喚醒訊號至該運算單元43，並經由該運算單元43觸發該控制器40的該喚醒功能時，該電壓偵測單元42可於該電動機車未發動時持續偵測該低壓電池31的該電壓訊號，若該第一串聯電池組11A的當前電壓值為54V，該第二串聯電池組11B當前的電壓值為50V，當該電 壓偵測單元42判斷該低壓電池31的該電壓訊號低於該門檻電壓時，該電壓偵測單元42觸發該控制器40判斷是否執行電壓平衡，該控制器40首先偵測該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B的電壓值，接著該控制器40根據該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B間的電壓值差異判斷是否控制該高壓電池模組10進行電壓平衡，於圖2中由於該第二串聯電池組11B的電壓值低於該第一串聯電池組11A的電壓值，該控制器40判斷該高壓電池模組10需要進行電壓平衡，且優先由電壓較高的該第一串聯電池組11A進行放電，以縮小該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B間電壓值的高低差異，因此該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該直流轉換器20，以喚醒該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該直流轉換器20執行對應操作，該控制器40控制該第一串聯電池組11A的該電池開關112導通而該第二串聯電池組11B的該電池開關112斷路，使得該高壓電池模組10經由放電路徑I對該低壓電池31充電時，由該第一串聯電池組11A單獨供電，該直流轉換器20對該第一串聯電池組11A的一輸出電源進行降壓，並以降壓後的該輸出電源對該低壓電池31進行充電，另一方面該直流轉換器20亦可直接將降壓後的該輸出電源提供給待機中的該通訊控制單元32及/或該用電部品33，透過只由該第一串聯電池組11A提供該輸出電源，可消耗該第一串聯電池組11A的蓄電量，即降低該第一串聯電池組11A的電壓值，使該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B間電壓差縮小，以達到該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B間的電壓平衡。

而當由該時脈單元41傳送該喚醒訊號至該運算單元43，並由該運算單元43觸發該控制器40的該喚醒功能時，在該電動機車未啟動時，該時脈單元41每經過一預設時間的間隔後即提供一時間訊號，由該時間訊號觸發該控 制器40偵測該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B的電壓值，控制該高壓電池模組10進行電壓平衡。

於電壓平衡中，該控制器40仍持續偵測該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B的電壓值，若該控制器40判斷該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B間電壓值一致，即該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B達到電壓平衡時，該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B，控制該第一串聯電池組11A的該電池開關112導通且該第二串聯電池組11B的該電池開關112導通，使得該高壓電池模組10對該低壓電池31充電時，由該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B一起供電。

進一步參看圖3所示，以此類推，以該複數高壓電池模組10包含一第一串聯電池組11A、一第二串聯電池組11B及一第三串聯電池組11C為例，該第一串聯電池組11A透過一第二節點連接該第二串聯電池組11B的一第一節點，該第二串聯電池組11B透過一第二節點連接該第三串聯電池組11C的一第一節點，使該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B與該第三串聯電池組11C相互串聯，若該第一串聯電池組11A的電壓值為54V，該第二串聯電池組11B的電壓值為54V，而該第三串聯電池組11C的電壓值為50V，當該電動機車未啟動(key off)，即該高壓電池模組10未進行放電時，本發明可由該電壓偵測單元42或該時脈單元41傳送的該喚醒訊號觸發該控制器40判斷是否執行電壓平衡，該控制器40首先偵測該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該第三串聯電池組11C的電壓值，接著該控制器40根據該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該第三串聯電池組11C間的電壓值差異判斷是否控制該高壓電池模組10進行電壓平衡，於圖3中由於該第三串聯電池組11的電壓值低於該第一串聯電池組11A，該控制器40判斷該高壓電池模組10需要進行電壓平衡， 且由電壓最高的該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B進行放電，以縮小該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該第三串聯電池組11間電壓值的高低差異，因此該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B、該第三串聯電池組11C及該直流轉換器20，控制該第一串聯電池組11A的該電池開關112導通、該第二串聯電池組11B的該電池開關112導通而該第三串聯電池組11C的該電池開關112斷路，使得該高壓電池模組10經由放電路徑I對該低壓電池31充電時，由該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B供電，該直流轉換器20對該第一串聯電池組11A串聯該第二串聯電池組11B的一輸出電源進行降壓，並以降壓後的該輸出電源對該低壓電池31進行充電，另一方面該直流轉換器20亦可直接將降壓後的該輸出電源提供給待機中的該通訊控制單元32及/或該用電部品33，透過只由該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B提供該輸出電源，可消耗該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B的蓄電量，使該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B與該第三串聯電池組11C間電壓值與蓄電量的差異縮小，以達到該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B與該第三串聯電池組11C間的電壓平衡。

請參看圖4所示，為本發明的第二實施例，第二實施例與第一實施例的差別在於本發明多電池串聯之電壓平衡系統進一步包含有一平衡開關模組50，該平衡開關模組50包含有複數短路開關51，每一個短路開關51與一個串聯電池組11相互並聯，而該控制器40訊號連接該平衡開關模組50，由該控制器40控制各該短路開關51的導通或斷路，而該高壓電池模組10的該電源輸出端連接一高功率負載的一電源輸入端，於本實施例中，該高功率負載可為該電動機車的一馬達驅動器61，且該馬達驅動器61電連接該電動機車的一馬達62，其中，該馬達驅動器61的一電源輸入端連接該高壓電池模組10的該電源輸出端， 由該高壓電池模組10對該馬達驅動器61供電，且該控制器40訊號連接該馬達驅動器61，透過該馬達驅動器61控制該馬達62的運轉。

於第一實施例中，該控制器40透過控制各該電池開關112，調整各該串聯電池組11的供電迴路，以電壓值最高的串聯電池組11對該低壓電池31進行充電，或對該通訊控制單元32及該用電部品33供電，以調整各該串聯電池組11間的電壓值，達到電壓平衡，然而該低壓電池31、該通訊控制單元32及該用電部品33皆為低功率負載，所能消耗的電能有限，當各該串聯電池組11間的電壓差距較大時，難以在短時間內透過對低功率負載供電達到各該串聯電池組11間的電壓平衡，因此當該控制器40判斷電壓值最高的一串聯電池組11與電壓值最低的另一串聯電池組11間的一電壓差大於一電壓差臨界值時，該控制器40控制該高壓電池模組10對該高功率負載供電，進行電壓平衡。

請參看圖5所示，以該複數高壓電池模組10包含一第一串聯電池組11A及一第二串聯電池組11B為例，且圖5中該第一串聯電池組11A的一第一節點的位置以n1標示及一第二節點的位置以n2標示，該第一串聯電池組11A透過該第二節點連接該第二串聯電池組11B的一第一節點，使該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B相互串聯，且該平衡開關模組50包含對應該第一串聯電池組11A的一第一短路開關51A以及對應該第二串聯電池組11B的該第二短路開關51B，該第一短路開關51A與該第一串聯電池組11A並聯，該第二短路開關51B與該第二串聯電池組11B並聯。若該第一串聯電池組11A的電壓值為54V，該第二串聯電池組11B的電壓值為40V，而該電壓差臨界值為10V，當該電動機車未啟動(key off)，且該時脈單元41傳送的該喚醒訊號經由該運算單元43觸發該控制器40判斷是否執行電壓平衡時，該控制器40首先偵測該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B電壓值，於圖5中由於該第二串聯電池組11B的電壓值低於該第一串聯電池組11A的電壓值，該控制器40判斷該高壓電池 模組10需要進行電壓平衡，且該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B間的該電壓差大於該電壓差臨界值，因此該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B、該平衡開關模組50及該馬達驅動器61，控制該第一串聯電池組11A的該電池開關112導通、該平衡開關模組50的該第一短路開關51A斷路、該第二串聯電池組11B的該電池開關112斷路以及該平衡開關模組50的該第二短路開關51B導通，使得該第一串聯電池組11A經由放電路徑I對該馬達驅動器61直接供電，而該控制器40透過該馬達驅動器61控制該馬達62進行微弱的正反轉，，藉此於短時間內大量消耗該第一串聯電池組11A的電力，使該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B達到電壓平衡，其中，該馬達62是透過進行微弱的正反轉，協助該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B間的電壓平衡，而該馬達62進行微弱的正反轉時不會造成過大的聲響及震動。

於電壓平衡中，該控制器40仍持續偵測該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B的電壓值，若該控制器40判斷該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B間電壓值一致，即該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B達到電壓平衡時，該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該平衡開關模組50，控制該第一串聯電池組11A的該電池開關112導通且該第二串聯電池組11B的該電池開關112導通，而該平衡開關模組50的該第一短路開關51A斷路且該第二短路開關51B斷路，使得該高壓電池模組10對該馬達驅動器61供電時，由該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B一起供電。

以此類推，以該複數高壓電池模組10包含一第一串聯電池組11、一第二串聯電池組11及一第三串聯電池組11為例，該第一串聯電池組11透過一第二節點連接該第二串聯電池組11的一第一節點，該第二串聯電池組11透 過一第二節點連接該第三串聯電池組11的一第一節點，使該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11與該第三串聯電池組11相互串聯，且該平衡開關模組50包含對應該第一串聯電池組11的一第一短路開關51、對應該第二串聯電池組11的該第二短路開關51以及對應該第三串聯電池組11的該第三短路開關51，該第一短路開關51與該第一串聯電池組11並聯，該第二短路開關51與該第二串聯電池組11並聯，該第三短路開關51與該第三串聯電池組11並聯。若該第一串聯電池組11的電壓值為54V，該第二串聯電池組11的電壓值為54V，該第三串聯電池組11的電壓值為40V，而該電壓差臨界值為10V，當該電動機車未啟動(key off)，且該時脈單元41傳送的該喚醒訊號經由該運算單元43觸發該控制器40判斷是否執行電壓平衡時，該控制器40首先偵測該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11與該第三串聯電池組11的電壓值，由於該第三串聯電池組11的電壓值低於該第一串聯電池組11及該第二串聯電池組11的電壓值，該控制器40判斷該高壓電池模組10需要進行電壓平衡，且該第一串聯電池組11與該第三串聯電池組11間的該電壓差，以及該第二串聯電池組11與該第三串聯電池組11間的該電壓差皆大於該電壓差臨界值，因此該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11、該第三串聯電池組11、該平衡開關模組50及該馬達驅動器61，控制該第一串聯電池組11的該電池開關112導通、該平衡開關模組50的該第一短路開關51斷路、控制該第二串聯電池組11的該電池開關112導通、該平衡開關模組50的該第二短路開關51斷路、該第三串聯電池組11的該電池開關112斷路以及該平衡開關模組50的該第三短路開關51導通，使得該第一串聯電池組11與該第二串聯電池組11對該馬達驅動器61直接供電，而該控制器40透過該馬達驅動器61控制該馬達62空轉，藉此於短時間內大量消耗該第一串聯電池組11及該第二串聯電池組11的電力，使該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11及該第三串聯電池組11達到電壓平衡。

請參看圖6所示，於第三實施例中，本發明多電池串聯之電壓平衡系統包含有該高壓電池模組10、該平衡開關模組50及該控制器40，該高壓電池模組10中的各該電池111為可充電電池，該高壓電池模組10可連接一充電電源，由該充電電源對該高壓電池模組10中的各該串聯電池組11進行充電，於本實施例中，以該充電電源來自為一充電器71為例說明，但該充電電源亦可來自充電插座等，不以本實施例為限。

請參看圖7所示，以該高壓電池模組10包含一第一串聯電池組11A及一第二串聯電池組11B，且該平衡開關模組50包含對應該第一串聯電池組11A的一第一短路開關51A以及對應該第二串聯電池組11B的該第二短路開關51B為例，該第一串聯電池組11A透過一第二節點連接該第二串聯電池組11B的一第一節點，使該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B相互串聯，該第一短路開關51A與該第一串聯電池組11A並聯，該第二短路開關51B與該第二串聯電池組11B並聯。若該第一串聯電池組11A的電壓值為54V，該第二串聯電池組11B的電壓值為50V，且該高壓電池模組10與一充電器71電連接，該充電器71要對該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B進行充電時，該控制器40首先偵測該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B的電壓值，接著該控制器40根據該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B間的電壓值差異判斷是否控制該高壓電池模組10進行電壓平衡，於圖7中由於該第二串聯電池組11B的電壓值低於該第一串聯電池組11A，該控制器40判斷該高壓電池模組10需要進行電壓平衡，且由電壓最低的該第二串聯電池組11B優先進行充電，以縮小該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B間電壓值的高低差異，因此該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該平衡開關模組50，控制該第一串聯電池組11A的該電池開關112斷路、該平衡開關模組50的該第一短路開關51A導通該第二串聯電池組11B的該電池開關112導通及 該平衡開關模組50的該第二短路開關51B斷路，使得該充電器71單獨對該第二串聯電池組11B進行充電，以縮小該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B間的電壓值差異，達到該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B的電壓平衡。

於電壓平衡中，該控制器40仍持續偵測該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B的電壓值，若該控制器40判斷該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B間電壓值一致，即該第一串聯電池組11A及該第二串聯電池組11B達到電壓平衡時，該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11A、該第二串聯電池組11B及該平衡開關模組50，控制該第一串聯電池組11A的該電池開關112導通且該第二串聯電池組11B的該電池開關112導通，而該平衡開關模組50的該第一短路開關51A斷路且該第二短路開關51B斷路，使得該第一串聯電池組11A與該第二串聯電池組11B一起由該充電器71充電。

以此類推，以該複數高壓電池模組10包含一第一串聯電池組11、一第二串聯電池組11及一第三串聯電池組11，且該平衡開關模組50包含對應該第一串聯電池組11的一第一短路開關51、對應該第二串聯電池組11的該第二短路開關51以及對應該第三串聯電池組11的該第三短路開關51為例，該第一串聯電池組11透過一第二節點連接該第二串聯電池組11的一第一節點，該第二串聯電池組11透過一第二節點連接該第三串聯電池組11的一第一節點，使該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11與該第三串聯電池組11相互串聯，該第一短路開關51與該第一串聯電池組11並聯，該第二短路開關51與該第二串聯電池組11並聯，該第三短路開關51與該第三串聯電池組11並聯。若該第一串聯電池組11的電壓值為54V，該第二串聯電池組11的電壓值為54V，該第三串聯電池組11的電壓值為50V，當該電動機車未啟動(key off)，且該高壓電池模組10與一充電器71電連接，該充電器71對該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11 及該第三串聯電池組11進行充電時，該控制器40首先偵測該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11與該第三串聯電池組11的電壓值，由於該第三串聯電池組11的電壓值低於該第一串聯電池組11及該第二串聯電池組11的電壓值，該控制器40判斷該高壓電池模組10需要進行電壓平衡，且由電壓最低的該第三串聯電池組11優先進行充電，以縮小該第三串聯電池組11與該第一串聯電池組11及該第二串聯電池組11間電壓值的高低差異，因此該控制器40分別傳輸控制訊號至該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11、該第三串聯電池組11及該平衡開關模組50，控制該第一串聯電池組11的該電池開關112斷路、該平衡開關模組50的該第一短路開關51導通、控制該第二串聯電池組11的該電池開關112斷路、該平衡開關模組50的該第二短路開關51導通、該第三串聯電池組11的該電池開關112導通以及該平衡開關模組50的該第三短路開關51斷路，使得該充電器71單獨對該第三串聯電池組11進行充電，以縮小該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11與該第三串聯電池組11間的電壓值差異，使該第一串聯電池組11、該第二串聯電池組11及該第三串聯電池組11達到電壓平衡。

綜上所述，本發明多電池串聯之電壓平衡系統中，本發明中的該控制器40可偵測各該串聯電池組11的電壓值，當各該串聯電池組11的電壓值間存在高低差異，換句話說，各該串聯電池組11間電壓不平衡時，本發明透過該控制器40控制各該電池開關112與該平衡開關模組50中各該短路開關51的導通或斷路，優先以具有最高電壓值的各該串聯電池組11進行放電，或是優先對具有最低電壓值的各該串聯電池組11進行充電，縮小各該串聯電池組11間的電壓值差異，達到電壓平衡，除此之外，該控制器40可由該時脈單元41或該電壓偵測單元42傳送的該喚醒訊號觸發，並判斷是否執行電壓平衡。於習知技術相比，本發明是於該高壓電池模組10未供電時進行電壓平衡，使該高壓電池模組10運作供電時各該串聯電池組11能處於電壓平衡的狀態，並不影響該高壓電池 模組10供電時的整體電壓，藉此克服習知技術進行電池調節時，容易造成電池運作時輸出電壓變化過大的問題。

10:高壓電池模組

11:串聯電池組

111:電池

112:電池開關

113:單向導通元件

20:直流轉換器

31:低壓電池

32:通訊控制單元

33:用電部品

40:控制器

41:時脈單元

42:電壓偵測單元

43:運算單元

80:電源開關

Claims (13)

1. 一種多電池串聯之電壓平衡系統，包含有：一高壓電池模組，包含有複數串聯電池組；一直流轉換器，該直流轉換器的一電源輸入端電連接該高壓電池模組的一電源輸出端，並對該高壓電池模組的一輸出電源進行電壓轉換，且該直流轉換器的一電源輸出端電連接一低功率負載；一控制器，訊號連接該高壓電池模組的各該串聯電池組及該直流轉換器，該控制器偵測各該串聯電池組的電壓值，並判斷是否存在電壓差，且該控制器執行電壓平衡的判斷由該控制器內一喚醒訊號觸發；其中，當該控制器偵測各該串聯電池組間存在電壓差時，該控制器控制該複數串聯電池組中具有最高電壓值的各該串聯電池組放電，由具有最高電壓值的各該串聯電池組經由該直流轉換器對該低功率負載進行供電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡；該控制器包含有一時脈單元，該時脈單元提供一時間訊號，當該時間訊號大於一門檻時間時，由該時脈單元傳送該喚醒訊號觸發該控制器判斷是否執行電壓平衡。
2. 如請求項1所述之多電池串聯之電壓平衡系統，各該串聯電池組包含有一電池、一電池開關及一單向導通元件，該電池與該電池開關串聯，而該電池與該電池開關串聯後與該單向導通元件並聯，該控制器控制具有最高電壓值的各該串聯電池組的該電池開關導通，並控制其餘串聯電池組的該電池開關斷路，由具有最高電壓值的各該串聯電池組的放電達成各該串聯電池組間的電壓平衡。
3. 如請求項1所述之多電池串聯之電壓平衡系統，該低功率負載為一低壓電池，而該控制器包含有一電壓偵測單元，該電壓偵測單元連接該低壓電池；該電壓偵測單元偵測及提供該低壓電池的一電壓信號，當該電壓信號低於一門檻電壓時，由該電壓偵測單元傳送一喚醒訊號觸發該控制器判斷是否執行電壓平衡。
4. 一種多電池串聯之電壓平衡系統，包含有：一高壓電池模組，包含有複數串聯電池組，該高壓電池模組的一電源輸出端連接一高功率負載；一控制器，訊號連接該高壓電池模組的各該串聯電池組及該高功率負載，該控制器偵測各該串聯電池組的電壓值，並判斷是否存在電壓差，且該控制器是否執行電壓平衡的判斷由該控制器內一喚醒訊號觸發；其中，當該控制器偵測各該串聯電池組間存在電壓差時，該控制器控制該複數串聯電池組中具有最高電壓值的各該串聯電池組放電，由具有最高電壓值的各該串聯電池組對該高功率負載進行供電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡；該控制器包含有一時脈單元，該時脈單元提供一時間訊號，當該時間訊號大於一門檻時間時，由該時脈單元傳送該喚醒訊號觸發該控制器判斷是否執行電壓平衡。
5. 如請求項4所述之多電池串聯之電壓平衡系統，當該控制器判斷具有最高電壓值的各該串聯電池組與具有最低電壓值的另一串聯電池組間的一電壓差大於一電壓差臨界值時，該控制器控制具有最高電壓值的各該串聯電池組放電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡。
6. 如請求項4所述之多電池串聯之電壓平衡系統，各該串聯電池組包含有一電池、一電池開關及一單向導通元件，該電池與該電池開關串聯，而該電池與該電池開關串聯後與該單向導通元件並聯。
7. 如請求項6所述之多電池串聯之電壓平衡系統，該多電池串聯之電壓平衡系統包含有一平衡開關模組，該平衡開關模組包含有複數短路開關，每一個短路開關與對應的一個串聯電池組相並聯，且該平衡開關模組連接該控制器。
8. 如請求項7所述之多電池串聯之電壓平衡系統，該控制器一方面控制具有最高電壓值的各該串聯電池組的該電池開關導通，以及控制對應具有最高電壓值的各該串聯電池組的各該短路開關斷路，該控制器另一方面控制其餘串聯電池組的該電池開關斷路，以及對應其餘串聯電池組的各該短路開關導通，由具有最高電壓值的各該串聯電池組放電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡。
9. 如請求項4所述之多電池串聯之電壓平衡系統，該高功率負載為一電動機車的一馬達驅動器，該馬達驅動器控制該電動機車的一馬達進行正反轉。
10. 如請求項1或4所述之多電池串聯之電壓平衡系統，該多電池串聯之電壓平衡系統包含有一電源開關，當該電源開關觸發時，該控制器控制該高壓電池模組進行供電。
11. 一種多電池串聯之電壓平衡系統，包含有：一高壓電池模組，包含有複數串聯電池組，該高壓電池模組電連接一充電電源；一平衡開關模組，包含有複數短路開關，每一個短路開關與對應的一個串聯電池組相並聯； 一控制器，訊號連接該高壓電池模組的各該串聯電池組及該平衡開關模組，該控制器偵測各該串聯電池組的電壓值，並判斷是否執行電壓平衡；其中，在該高壓電池模組進行充電的狀態下，當該控制器偵測各該串聯電池組間存在電壓差時，該控制器控制該高壓電池模組及該平衡開關模組，使該充電電源對該複數串聯電池組中具有最低電壓值的各該串聯電池組進行充電，以達成各該串聯電池組間的電壓平衡。
12. 如請求項11所述之多電池串聯之電壓平衡系統，各該串聯電池組包含有一電池、一電池開關及一單向導通元件，該電池與該電池開關串聯，而該電池與該電池開關串聯後與該單向導通元件並聯，該控制器一方面控制具有最高電壓值的各該串聯電池組的該電池開關斷路，以及控制對應具有最高電壓值的各該串聯電池組的各該短路開關導通，該控制器另一方面控制其餘串聯電池組的該電池開關導通，以及對應其餘串聯電池組的各該短路開關斷路，由具有最低電壓值的各該串聯電池組進行充電。
13. 如請求項1、4或11所述之多電池串聯之電壓平衡系統，該控制器為一電動機車的一整車控制器。

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