TWI792793B - 電池平衡電路及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一種電池平衡電路包含交流-直流轉換器、複數電池芯、複數開關、隔離型直流-直流轉換器、線路開關以及控制單元。交流-直流轉換器接收交流電源。電池芯串聯連接以形成電池鏈。各開關對應地連接各電池芯。隔離型直流-直流轉換器耦接開關與串聯耦接電池鏈。線路開關耦接於交流-直流轉換器與隔離型直流-直流轉換器、開關之間。控制單元提供複數控制信號對應地控制開關與線路開關。

Description

電池平衡電路及其操作方法

本發明係有關一種電池平衡電路及其操作方法，尤指一種主動式電池平衡電路及其操作方法。

在高能量(高功率)、高電壓的儲能系統的應用中，通常並非由單一顆電池所能運作，因此為了達到高能量(高功率)、高電壓的儲能應用，會將多個電池芯(battery cell)包裝模組化。如圖1所示，其係為現有技術之具有複數電池芯的電池模組之立體示意圖，每一個電池模組100具有18個電池芯101-10N，以兩排的方式設置且串聯連接。因此，在儲能系統的應用，則可同時透過多組的電池模組100提供並聯，以達到高能量(高功率)、高電壓之供電應用。

對於單一顆電池芯101-10N而言，當該電池芯101-10N老化時，則會出現易充飽電、易泄放電的異常現象。以圖1所示的單一個電池模組100而言，其具有18個電池芯101-10N，一旦其中有一者提前老化，該老化較嚴重的電池芯對於其他17個電池芯而言的充、放電影響會在於：充電時，該老化較嚴重的電池芯的充電電壓上升較快，因此對整個電池模組100而言，在持續正常的充電過程，該老化較嚴重的電池芯會發生過充電的狀況(其他的電池芯可能尚未充飽電)，甚至損毀。相反地，放電時，該老化較嚴重的電池芯的放電電壓則下降較快，因此對整個電池模組100而言，在持續正常的放電過程，該老化較嚴重的電池芯會發生過放電的狀況(其他的電池芯可能尚未放完電)，甚至損毀。

為此，如何設計出一種電池平衡電路及其操作方法，解決現有技術所存在的問題與技術瓶頸，乃為本案發明人所研究的重要課題。

本發明之一目的在於提供一種電池平衡電路，解決現有技術之問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的電池平衡電路包含交流-直流轉換器、複數電池芯、複數開關、隔離型直流-直流轉換器、線路開關以及控制單元。交流-直流轉換器接收交流電源。複數電池芯串聯連接以形成電池鏈。各開關對應地連接各電池芯。隔離型直流-直流轉換器的輸入側並聯耦接各開關的輸入側，隔離型直流-直流轉換器的輸出側串聯耦接電池鏈。線路開關耦接於交流-直流轉換器與隔離型直流-直流轉換器、該等開關之間。控制單元提供複數控制信號對應地控制該等開關與線路開關。

本發明之另一目的在於提供一種電池平衡電路之操作方法，解決現有技術之問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的電池平衡電路之操作方法，所述電池平衡電路包含：複數電池芯，串聯連接以形成電池鏈；複數開關，各開關對應地連接各電池芯；線路開關，耦接於直流電源與該等開關之間。操作方法包含：在該等電池芯充電過程中，當偵測任一電池芯的電池電壓高於上臨界電壓時，控制對應該電池芯的開關導通；該電池芯的電能釋放至電池鏈；在該等電池芯放電過程中，當偵測任一電池芯的電池電壓低於下臨界電壓時，控制線路開關導通，並且控制對應該電池芯的開關導通；以及該電池芯從直流電源接收電能。

藉由所提出的電池平衡電路以及電池平衡電路之操作方法，對老化較嚴重的電池芯透過能量的釋放與補充而對電池電壓進行調整，即當電池芯 因蓄電能力下降造成充電過程電壓升高較快時，則將較高電壓的電池芯能量傳送至電池鏈，而當電池芯因蓄電能力下降造成放電過程電壓下降較快時，則透過交流電源對較低電壓的電池芯補充能量，如此，可維持老化較嚴重的電池芯在整個電池模組正常運作，使得在儲能系統的應用中，能夠在不需要經常更換電池芯的狀況下持續地維持電池模組的運作。直等到年度歲修時再將老化嚴重的電池芯進行汰換，以提高儲能系統應用的經濟效益。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100:電池模組

101-10N:電池芯

200:充放電電路

Cell 1-Cell m:電池芯

S_1A-S_mB:開關單元

S₁-S_m+1:開關單元

Sa:開關組

300:交流-直流轉換器

301:交流-直流轉換電路

400:隔離型直流-直流轉換器

500:控制單元

501:電池充電控制單元

502:控制器

Cell 1-Cell 6:電池芯

RL1-RL6:開關單元

S_C:線路開關

V_AC:交流電源

L_CELL:電池鏈

SRL1-SRL6:開關控制信號

S_CC:開關控制信號

S₁-S₇:開關單元

Sa1,Sa2,Sb1,Sb2:切換開關單元

S1c-S7c:開關控制信號

Sa1c-Sb2c:切換開關控制信號

F1-F7:保險絲

圖1：係為現有技術之具有複數電池芯的電池模組之立體示意圖。

圖2：係為本發明電池平衡電路之開關單元的第一實施例的電路方塊圖。

圖3：係為本發明電池平衡電路之開關單元的第二實施例的電路方塊圖。

圖4：係為本發明電池平衡電路之開關單元的第三實施例的電路方塊圖。

圖5：係為本發明電池平衡電路較佳實施例之電路方塊圖。

圖6：係為本發明電池平衡電路較佳實施例之詳細電路方塊圖。

圖7：係為本發明電池平衡電路之操作方法的流程圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

在詳細說明本發明電池平衡電路及其操作方法的技術特徵前，先針對被動式電池平衡技術與主動式電池平衡技術略為說明。被動式電池平衡技術係指透過耗能元件將較高電壓的電池芯能量消耗掉，常見作法為：各電池芯分別經開關電路並聯電阻元件，透過控制開關的導通及並聯的電阻元件將較高電壓電池芯的能量消耗掉，從而降低電池芯的電壓，以達到各電池芯之間電壓的平衡。

相較於被動式電池平衡技術而言，主動式電池平衡技術係指將電池之間的能量重新分配，例如：利用儲能元件(如電感或電容)先將較高電壓的電池芯能量暫時儲存，之後再將暫存之能量釋放到較低電壓的電池芯以達到各電池芯電壓平衡的效果。

然而相較於前揭現有的主動式電池平衡技術，本發明提出不同的技術手段實現主動式電池平衡之功效。

請參見圖2所示，其係為本發明電池平衡電路之開關單元的第一實施例的電路方塊圖。如圖2所示，該電池平衡電路具有複數個(m個)電池芯Cell 1-Cell m，且該等電池芯Cell 1-Cell m串聯連接以形成電池鏈L_CELL。在本實施例的配置架構中，由於每一個電池芯Cell 1-Cell m的正、負極(端)各連接一開關單元，即電池芯Cell 1的正、負極分別連接開關單元S_1A、S_1B，電池芯Cell 2的正、負極分別連接開關單元S_2A、S_2B，以此類推，因此開關單元的數量為電池芯數量的兩倍。因此若電池芯Cell 1-Cell m的數量為18，則開關單元的數量為36。如圖2所示，電池芯Cell 1-Cell m透過開關單元S_1A-S_mB連接到充放電電路200，其中，電池芯Cell 1-Cell m的正極分別透過開關單元S_1A-S_mA連接到充放 電電路200的正極供電端或正極受電端。同理，電池芯Cell 1-Cell m的負極分別透過開關單元S_1B-S_mB連接到充放電電路200的負極供電端或負極受電端。

附帶一提，圖2所示的充放電電路200僅為示意當該等電池芯Cell 1-Cell m(的至少一者)的電壓過低時需進行充電或者電壓過高時需進行放電時，所配合運作的充電電路與放電電路。意即，充放電電路200可為同時具有充電與放電功能的電路，或者，充放電電路200為充電與放電功能分開的兩組電路，然不以此限制本發明。

請參見圖3所示，其係為本發明電池平衡電路之開關單元的第二實施例的電路方塊圖。如圖3所示，該電池平衡電路具有複數個(m個)電池芯Cell 1-Cell m，且該等電池芯Cell 1-Cell m串聯連接以形成電池鏈L_CELL。在本實施例的配置架構中，由於第一個電池芯Cell 1的正極連接一開關單元S₁，而最後一個電池芯Cell m的負極連接一開關單元S_m+1，並且居中的電池芯Cell 2-Cell m-1的正極與負極共接端連接一開關單元S₂-S_m，再者透過4個開關單元(容後詳述)所組成的開關組Sa以實現電池芯Cell 1-Cell m的充、放電操作，因此開關單元的總數量為電池芯數量加5。因此若電池芯Cell 1-Cell m的數量為18，則開關單元的數量為23。

請參見圖4所示，其係為本發明電池平衡電路之開關單元的第三實施例的電路方塊圖。相較於前揭圖2與圖3的實施例，圖4所示的開關單元係以繼電器RL1-RL6所實現(以電池鏈L_CELL具6個電池芯為例)，換言之，透過對繼電器RL1-RL6的激磁控制，以實現開關導通與關斷的效果，提供電池芯Cell 1-Cell 6充、放電操作的路徑。

具體地，以圖4的實施例為例，本發明電池平衡電路主要包含交流-直流轉換器300、複數電池芯Cell 1-Cell 6、複數開關單元RL1-RL6、隔離型直流-直流轉換器400、線路開關S_C以及控制單元500。交流-直流轉換器300接 收交流電源V_AC，且轉換交流電源V_AC為直流電源。複數電池芯Cell 1-Cell 6串聯連接以形成電池鏈L_CELL。各開關單元RL1-RL6對應地連接各電池芯Cell 1-Cell 6。在圖4所示的實施例中，各開關單元RL1-RL6係為電磁繼電器(relay)，利用電磁效應原理令線圈激磁，而使接點改變狀態，實現導通與關斷的開關功能。再者，開關單元RL1-RL6的數量與電池芯Cell 1-Cell 6相同，意即第一電池芯Cell 1連接第一開關單元RL1、第二電池芯Cell 2連接第二開關單元RL2...以此類推。

隔離型直流-直流轉換器400的輸入側並聯耦接各開關單元RL1-RL6的第一側，如圖4所示，隔離型直流-直流轉換器400輸入側具有正極與負極，且正極連接經交流-直流轉換器300轉換後的直流電源的正極，而負極連接經交流-直流轉換器300轉換後的直流電源的負極。各電磁繼電器具有第一側及第二側，並分別具有正極與負極，第一側的正極耦接至直流電源的正極與隔離型直流-直流轉換器400輸入側的正極，第一側的負極耦接至直流電源的負極與隔離型直流-直流轉換器400輸入側的負極，第二側則分別耦接至對應電池芯的正極與負極。換言之，所有磁繼電器第一側的正極係耦接在一起，再共同耦接至直流電源的正極與隔離型直流-直流轉換器400輸入側的正極，而磁繼電器第一側的負極係耦接在一起，再共同耦接至直流電源的負極與隔離型直流-直流轉換器400輸入側的負極。

再者，隔離型直流-直流轉換器400的輸出側串聯耦接電池鏈L_CELL，如圖4所示，隔離型直流-直流轉換器400輸出側具有正極與負極，其中正極耦接電池鏈L_CELL的正極端(即第一電池芯Cell 1的正極)，負極耦接電池鏈L_CELL的負極端(即第六電池芯Cell 6的負極)，使得隔離型直流-直流轉換器400的輸出側串聯耦接電池鏈L_CELL。

線路開關S_C耦接於交流-直流轉換器300與隔離型直流-直流轉換器400之間，亦為交流-直流轉換器300與該等開關單元RL1-RL6之間。其中線路開關S_C可為電磁繼電器開關或者電晶體開關(例如MOSFET)，然不以任一者為限制本發明。

本發明所提供的電池平衡電路在該等電池芯Cell 1-Cell 6充電過程，當所有的電池芯Cell 1-Cell 6皆為正常狀態時，則在充飽電時，所有電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓都不會過高。反之，在該等電池芯Cell 1-Cell 6放電過程，當所有的電池芯Cell 1-Cell 6皆為正常狀態時，則在放完電時，所有電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓都不會過低。

本發明所提供的電池平衡電路係當該等電池芯Cell 1-Cell 6充電過程中發生任一電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓過高時，則將該(電壓過高)電池芯的電能釋放至電池鏈L_CELL，使該電池芯的電池電壓降低而不至於發生過充電的狀況。再者，當該等電池芯Cell 1-Cell 6放電過程中發生任一電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓過低時，則透過交流電源V_AC對該(電壓過低)電池芯提供電能，使該電池芯的電池電壓升高而不至於發生過放電的狀況。

具體地，如圖4所示，該等電池芯Cell 1-Cell 6充電過程中，當控制單元500偵測任一電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓高於上臨界電壓時，控制單元500透過提供的開關控制信號SRL1-SRL6控制對應電壓過高的該電池芯的開關單元RL1-RL6導通，使得電壓過高的該電池芯Cell 1-Cell 6的電能透過隔離型直流-直流轉換器400釋放至電池鏈L_CELL。舉例來說，在電池鏈L_CELL的該等電池芯Cell 1-Cell 6充電過程中，當控制單元500偵測到第一電池芯Cell 1的電池電壓過高(即高於上臨界電壓)時，控制單元500透過第一開關控制信號SRL1控制第一開關單元RL1導通，使得第一電池芯Cell 1的電能透過第一開關單元RL1與隔離型直流-直流轉換器400釋放至電池鏈L_CELL，除了使第一電池芯Cell 1的電池電壓降低而不至於發生過充電的狀況之外，第一電池芯Cell 1的電能亦可作為電池鏈L_CELL充電的電能而不致浪費。同理，對於其他電池芯的操作原理與前述相同，在此不加以贅述。

該等電池芯Cell 1-Cell 6放電過程中，當控制單元500偵測任一電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓低於下臨界電壓時，控制單元500透過提供的開關控制信號S_CC控制線路開關S_C導通，並且透過提供的開關控制信號SRL1-SRL6控制對應電壓過低的該電池芯的開關單元RL1-RL6導通，使得電壓過低的該電池芯從交流電源V_AC接收電能。其中下臨界電壓係小於前揭的上臨界電壓。舉例來說，在電池鏈L_CELL的該等電池芯Cell 1-Cell 6放電過程中，當控制單元500偵測到第一電池芯Cell 1的電池電壓過低(即低於下臨界電壓)時，控制單元500透過開關控制信號S_CC控制線路開關S_C導通，並且透過第一開關控制信號SRL1控制第一開關單元RL1導通，使得交流電源V_AC經由線路開關S_C與第一開關單元RL1對第一電池芯Cell 1提供電能，使第一電池芯Cell 1的電池電壓升高而不至於發生過放電的狀況。同理，對於其他電池芯的操作原理與前述相同，在此不加以贅述。

藉此，透過電池平衡電路對老化較嚴重的電池芯透過能量的釋放與補充而對電池電壓進行調整，即當電池芯因蓄電能力下降造成充電過程電壓升高較快時，則將較高電壓的電池芯能量傳送至電池鏈L_CELL，而當電池芯因蓄電能力下降造成放電過程電壓下降較快時，則透過交流電源對較低電壓的電池芯補充能量，如此，可維持老化較嚴重的電池芯的電壓與其他電池芯電壓大致相同，以確保整個電池模組正常運作，使得在儲能系統的應用中，能夠在不需要經常更換電池芯的狀況下持續地維持電池模組的運作。直等到年度歲修時再將老化嚴重的電池芯進行汰換，以提高儲能系統應用的經濟效益。

此外，復參見圖4，本發明的實施例中，電池平衡電路更包含對應該等電池芯Cell 1-Cell 6的過電流保護元件，例如但不限制為保險絲F1-F7。藉此，當該等電池芯Cell 1-Cell 6在充、放電過程中，若發生過電流異常，則可透過對應的保險絲F1-F7提供過電流保護，實現對該等電池芯Cell 1-Cell 6的保護。

請參見圖5所示，其係為本發明電池平衡電路較佳實施例之電路方塊圖，其中圖5即為搭配前揭圖3(即開關單元的第二實施例)之實施例，該電池平衡電路主要包含交流-直流轉換器300、隔離型直流-直流轉換器400、控制單元500、複數個(6個)電池芯Cell 1-Cell 6串聯連接形成電池鏈L_CELL、複數個(7個)開關單元S₁-S₇，以及包含切換開關單元Sa1,Sa2,Sb1,Sb2的開關組Sa。其中控制單元500提供開關控制信號S1c-S7c分別控制開關單元S₁-S₇，切換開關控制信號Sa1c-Sb2c分別控制開關單元Sa1,Sa2,Sb1,Sb2，以及開關控制信號S_CC控制線路開關S_C。在本實施例中，由於透過對開關單元S₁-S₇的配置(連接關係)設計，對於電池芯越多的電池模組而言，可大幅地降低開關單元的數量(如前揭圖3的說明)，因此，配合開關單元Sa1,Sa2,Sb1,Sb2的導通與關斷，可實現提供電池芯Cell 1-Cell 6充、放電操作的路徑。

具體地，如圖5所示，該等電池芯Cell 1-Cell 6充電過程中，當控制單元500偵測任一電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓高於上臨界電壓時，控制單元500透過提供的開關控制信號S1c-S7c控制對應電壓過高的該電池芯的開關單元S₁-S₇導通，使得電壓過高的電池芯Cell 1-Cell 6的電能透過隔離型直流-直流轉換器400釋放至電池鏈L_CELL。舉例來說，在電池鏈L_CELL的該等電池芯Cell 1-Cell 6充電過程中，當控制單元500偵測到第一電池芯Cell 1的電池電壓過高(即高於上臨界電壓)時，控制單元500透過第一切換開關控制信號Sa1c控制第一切換開關單元Sa1導通、第二切換開關控制信號Sa2c控制第二切換開關單元Sa2導通，以及透過第一開關控制信號S1c控制第一開關單元S₁導通、第二開關 控制信號S2c控制第二開關單元S₂導通，使得第一電池芯Cell 1的電能透過第一開關單元S₁、第二開關單元S₂、第一切換開關單元Sa1、第二切換開關單元Sa2與隔離型直流-直流轉換器400釋放至電池鏈L_CELL，除了使第一電池芯Cell 1的電池電壓降低而不至於發生過充電的狀況之外，第一電池芯Cell 1的電能亦可作為電池鏈L_CELL充電的電能。

同理，在電池鏈L_CELL的該等電池芯Cell 1-Cell 6充電過程中，當控制單元500偵測到第二電池芯Cell 2的電池電壓過高時，控制單元500透過第三切換開關控制信號Sb1c控制第三切換開關單元Sb1導通、第四切換開關控制信號Sb2c控制第四切換開關單元Sb2導通，以及透過第二開關控制信號S2c控制第二開關單元S₂導通、第三開關控制信號S3c控制第三開關單元S₃導通，使得第二電池芯Cell 2的電能透過第二開關單元S₂、第三開關單元S₃、第三切換開關單元Sb1、第四切換開關單元Sb2與隔離型直流-直流轉換器400釋放至電池鏈L_CELL，除了使第二電池芯Cell 2的電池電壓降低而不至於發生過充電的狀況之外，第二電池芯Cell 2的電能亦可作為電池鏈L_CELL充電的電能。

該等電池芯Cell 1-Cell 6放電過程中，當控制單元500偵測任一電池芯Cell 1-Cell 6的電池電壓低於下臨界電壓時，控制單元500透過提供的開關控制信號S_CC控制線路開關S_C導通，並且透過提供的開關控制信號S1c-S7c控制對應電壓過低的該電池芯的開關單元S₁-S₇導通，使得電壓過低的該電池芯從交流電源V_AC接收電能。舉例來說，在電池鏈L_CELL的該等電池芯Cell 1-Cell 6放電過程中，當控制單元500偵測到第一電池芯Cell 1的電池電壓過低(即低於下臨界電壓)時，控制單元500透過開關控制信號S_CC控制線路開關S_C導通，並且透過第一切換開關控制信號Sa1c控制第一切換開關單元Sa1導通、第二切換開關控制信號Sa2c控制第二切換開關單元Sa2導通，以及透過第一開關控制信號S1c控制第一開關單元S₁導通、第二開關控制信號S2c控制第二開關單元S₂ 導通，使得交流電源V_AC經由線路開關S_C、第一切換開關單元Sa1、第二切換開關單元Sa2與第一開關單元S₁與第二開關單元S₂對第一電池芯Cell 1提供電能，使第一電池芯Cell 1的電池電壓升高而不至於發生過放電的狀況。

同理，在電池鏈L_CELL的該等電池芯Cell 1-Cell 6放電過程中，當控制單元500偵測到第二電池芯Cell 2的電池電壓過低時，控制單元500透過開關控制信號S_CC控制線路開關S_C導通，並且透過第三切換開關控制信號Sb1c控制第三切換開關單元Sb1導通、第四切換開關控制信號Sb2c控制第四切換開關單元Sb2導通，以及透過第二開關控制信號S2c控制第二開關單元S₂導通、第三開關控制信號S3c控制第三開關單元S₃導通，使得交流電源V_AC經由線路開關S_C、第三切換開關單元Sb1、第四切換開關單元Sb2與第二開關單元S₂與第三開關單元S₃對第二電池芯Cell 2提供電能，使第二電池芯Cell 2的電池電壓升高而不至於發生過放電的狀況。

綜上說明，圖5所示的電池平衡電路的開關組Sa(包含切換開關單元Sa1,Sa2,Sb1,Sb2)與開關單元S₁-S₇的控制原則，係根據交流-直流轉換器300所轉換輸出的直流電源的正、負極性對應電池電壓過高(或過低)的電池芯Cell 1-Cell 6的正、負極性一致，以實現對老化較嚴重的電池芯透過能量的釋放與補充而對電池電壓進行調整。

同樣地，圖2所示開關單元的第一實施例亦可應用於圖5架構，其開關單元的控制原則與圖5相似，因此詳細的控制與操作說明不再多加贅述。

請參見圖6所示，其係為本發明電池平衡電路較佳實施例之詳細電路方塊圖。圖6更具體地揭示交流-直流轉換器300包含交流-直流轉換電路301與非隔離型直流-直流轉換電路(例如降壓轉換電路，其包含開關S1、開關S2、電感L1、電容C1以及電阻R1)。控制單元500包含電池充電控制單元501與控制器502，以實現對該等電池芯Cell 1-Cell 6進行充電與放電操作的控制。此外， 電池平衡電路更包含控制器區域網路CAN(包含控制器區域網路積體電路CAN IC與控制器區域網路匯流排)，使控制單元500對整體電路進行偵測、控制的結果，透過控制器區域網路CAN對外傳送，以利遠端操作人員能夠獲得監控與掌握，在系統發生異常時能夠即時地進行維修，以維持系統正常運作。

請參見圖7所示，其係為本發明電池平衡電路之操作方法的流程圖。所述電池平衡電路包含：複數電池芯，串聯連接以形成電池鏈；複數開關，各開關對應地連接各電池芯；線路開關，耦接於交流電源與該等開關之間。電池平衡電路具體的架構可參見前揭內容，在此不多加贅述。本發明電池平衡電路之操作方法包含： 該等電池芯可為充電操作(S11)與放電操作(S21)。在該等電池芯充電過程中(S11)，當偵測任一電池芯的電池電壓高於上臨界電壓時，控制對應該電池芯的開關導通(S12)。進一步地，該電池芯的電能釋放至電池鏈(S13)。在該等電池芯放電過程中(S21)，當偵測任一電池芯的電池電壓低於下臨界電壓時，控制線路開關導通，並且控制對應該電池芯的開關導通(S22)。進一步地，該電池芯從交流電源接收電能(S23)。

綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：

1、透過如本發明之電池平衡電路對老化較嚴重的電池芯透過能量的釋放與補充而對電池電壓進行調整，即當電池芯的電壓過高時，將能量傳送至電池鏈L_CELL，而當電池芯的電壓過低時，則透過交流電源補充，如此，可維持老化較嚴重的電池芯在充放電過程的電壓與其他電池芯電壓大致相同，以確保整個電池模組正常運作，使得在儲能系統的應用中，能夠在不需要經常更換電池芯的狀況下持續地維持電池模組的運作。直等到年度歲修時再將老化嚴重的電池芯進行汰換，以提高儲能系統應用的經濟效益。

2、在選擇特定電池模組透過固態開關耦接電池平衡電路，由此架構連接之方式，其開關可使用固態開關取代雙刀單擲開關(傳統電磁閥開關)，因而可增加電池平衡電路中開關的使用壽命，並更優化電池模組之間的電壓差異。

3、電池鏈充電：選擇最高電壓的電池芯，回收其電能，反饋至電池鏈，延續電池鏈充電時間。

4、電池鏈放電：選擇最低電壓的電池芯，由交流電源對其充電，延續電池鏈放電時間。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

300:交流-直流轉換器

400:隔離型直流-直流轉換器

500:控制單元

V_AC:交流電源

Cell 1-Cell 6:電池芯

L_CELL:電池鏈

S₁-S₇:開關單元

Sa1,Sa2,Sb1,Sb2:切換開關單元

S_C:線路開關

F1-F7:保險絲

S_CC:開關控制信號

Sa1c-Sb2c:切換開關控制信號

S1c-S7c:開關控制信號

Claims (15)

1. 一種電池平衡電路，包含：一交流-直流轉換器，接收一交流電源且轉換該交流電源為一直流電源；複數電池芯，串聯連接以形成一電池鏈；複數開關，各該複數開關對應地連接各該複數電池芯；一隔離型直流-直流轉換器，該隔離型直流-直流轉換器的一輸入側並聯耦接各該複數開關的一輸入側，該隔離型直流-直流轉換器的一輸出側串聯耦接該電池鏈，其中該電池芯的電能透過該隔離型直流-直流轉換器釋放至該電池鏈；一線路開關，耦接於該交流-直流轉換器與該隔離型直流-直流轉換器、該等開關之間；及一控制單元，提供複數控制信號對應地控制該等開關與該線路開關。
2. 如請求項1所述之電池平衡電路，其中該控制單元偵測任一電池芯的一電池電壓高於一上臨界電壓時，該控制單元控制對應該電池芯的該開關導通，使該電池芯的電能透過該隔離型直流-直流轉換器釋放至該電池鏈。
3. 如請求項1所述之電池平衡電路，其中該控制單元偵測任一電池芯的該電池電壓低於一下臨界電壓時，該控制單元控制該線路開關導通，並且控制對應該電池芯的該開關導通，使該電池芯從該交流電源接收電能。
4. 如請求項1所述之電池平衡電路，其中該等開關為電磁繼電器；各該複數開關的一正極第一端連接該直流電源的正極，各該複數開關的一負極第一端連接該直流電源的負極；各該複數開關的一正極第二端對應連接該電池芯的正極，各該複數開關的一負極第二端連接該電池芯的負極。
5. 如請求項1所述之電池平衡電路，其中該等開關包含複數開關單元；各該複數電池芯的正極分別連接一個開關單元的一端，該等開關單元的另一端則共接且連接該直流電源的正極；各該複數電池芯的負極分別連接一個開關單元的一端，該等開關單元的另一端則共接且連接該直流電源的負極。
6. 如請求項1所述之電池平衡電路，其中該等開關包含複數開關單元與一開關組；該等電池芯的第一者的正極連接一個開關單元的一端，該等電池芯的最後一者的負極連接一個開關單元的一端，且居中的該等電池芯的正極與負極共接端各連接一個開關單元的一端；該開關組包含複數個切換開關單元；其中該等開關單元的另一端對應地連接該等切換開關單元，使得該等電池芯的正極對應連接該直流電源的正極，該等電池芯的負極對應連接該直流電源的負極。
7. 如請求項1所述之電池平衡電路，其中該交流-直流轉換器包含一交流-直流轉換電路與一非隔離型直流-直流轉換電路。
8. 如請求項7所述之電池平衡電路，其中該非隔離型直流-直流轉換電路係為一降壓轉換電路，包含兩開關以及一電感。
9. 如請求項1所述之電池平衡電路，其中該控制單元包含一電池充電控制單元與一控制器，以提供對該等電池芯進行充電與放電操作的控制。
10. 如請求項1所述之電池平衡電路，更包含： 複數過電流保護元件，對應地連接該等開關與該等電池芯之間。
11. 一種電池平衡電路之操作方法，所述電池平衡電路包含：複數電池芯，串聯連接以形成一電池鏈；複數開關，各該複數開關對應地連接各該複數電池芯；一線路開關，耦接於一直流電源與該等開關之間；以及一隔離型直流-直流轉換器，該隔離型直流-直流轉換器的一輸入側並聯耦接各該複數開關的一第一側，該隔離型直流-直流轉換器的一輸出側串聯耦接該電池鏈；其中該電池芯的電能透過該隔離型直流-直流轉換器釋放至該電池鏈；該操作方法包含：在該等電池芯充電過程中，當偵測任一電池芯的一電池電壓高於一上臨界電壓時，控制對應該電池芯的該開關導通；該電池芯的電能釋放至該電池鏈；在該等電池芯放電過程中，當偵測任一電池芯的該電池電壓低於一下臨界電壓時，控制該線路開關導通，並且控制對應該電池芯的該開關導通；及該電池芯從該直流電源接收電能。
12. 如請求項11所述之電池平衡電路之操作方法，其中所述電池平衡電路更包含：一交流-直流轉換器，接收一交流電源且轉換該交流電源為該直流電源；其中，該線路開關透過該交流-直流轉換器耦接該交流電源。
13. 如請求項11所述之電池平衡電路之操作方法，其中該等開關為電磁繼電器；各該複數開關的一正極第一端連接該直流電源的正極，各該複數開關的一負極第一端連接該直流電源的負極； 各該複數開關的一正極第二端對應連接該電池芯的正極，各該複數開關的一負極第二端連接該電池芯的負極。
14. 如請求項11所述之電池平衡電路之操作方法，其中該等開關包含複數開關單元；各該複數電池芯的正極分別連接一個開關單元的一端，該等開關單元的另一端則共接且連接該直流電源的正極；各該複數電池芯的負極分別連接一個開關單元的一端，該等開關單元的另一端則共接且連接該直流電源的負極。
15. 如請求項11所述之電池平衡電路之操作方法，其中該等開關包含複數開關單元與一開關組；該等電池芯的第一者的正極連接一個開關單元的一端，該等電池芯的最後一者的負極連接一個開關單元的一端，且居中的該等電池芯的正極與負極共接端各連接一個開關單元的一端；該開關組包含複數個切換開關單元；其中該等開關單元的另一端對應地連接該等切換開關單元，使得該等電池芯的正極對應連接該直流電源的正極，該等電池芯的負極對應連接該直流電源的負極。

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