TWM596485U - 電能儲存器的充電系統 - Google Patents

Abstract

一種電能儲存器的充電系統包含一電池機構、一充電機構以及一電池種類辨識機構。其中該充電機構具有一主充電器及一輔充電器組，該電池機構具有由複數個單體電性串聯的一電池組。該電池機構連接該充電機構，可使得該主充電器電性連接該電池組整體，該輔充電器組分別電性連接各該單體。開始充電前，該電池種類辨識機構先行辨識該電池組的種類，隨後該主充電器及該輔充電器組同時對該電池組進行充電，當任一單體被充達充電截止門檻，則充電程序即全部暫停，進而所有單體的電壓均將稍下降，隨後各輔助充電器再對各個單體繼續獨立充電。藉此可使各單體達到電壓充到絕對平衡一致且實現最大化均衡的效果。

Description

電能儲存器的充電系統

本創作涉及一種電池的充電裝置及充電方法的技術領域，尤其是涉及一種可同時將電池作絕對平衡及自動辨識電池種類的充電裝置及方法。

電池為電動車最核心的組件，其電能容量、 電池電壓、 安全性、續航力和充電時間等，都是在實用上要考慮的因素。在這其中、電池的充電時間一直是一個不易解決的問題。雖然可採用較大電流來進行充電以縮短充電時間，但相對的會縮短電池的壽命，所以大電流充電非是一個好的解決方法。

電動車在最近的發展上，尤其是對一些電能容量相對較小、電池電壓較低的電動車，如電動機車、高爾夫球車、機場內接送車、農用小貨車、工廠內的推高機(叉車)等，所使用的電池均逐漸改成抽換式以免除充電行為所衍生的等待時間。

上述的抽換式電池為了便於搬放攜帶，一般都是具備較低電壓(單體串數少)、體積較小、重量較輕的形式。然而電池的單體，雖在電池新組裝完成時，都會被均衡在相等的電壓，但因為充放電次數更為頻繁，所以在運行一段時間後，各單體的荷電能力、對應的電壓、容量曲線等的一致性，會產生較大的變異，很容易在短期內就產生電池無法充滿以及有電無法放出的現象，進而導致縮短該電池續航力的結果。

又由於目前常用的可充電電池有鋰鐵、鋰三元、鋰錳、鋰鈦、鎳氫、鉛酸等多種，且各種電池的電壓也不統一，常見的有24V、 36V、48V、60V等，因此若能開發一種具有可自動辨識電池種類的功能，即可使一個充電器變成通用型，可同時對各種不同種類和不同電壓的電池進行充電，將大幅提高充電器的應用價值。

本創作為解決上述因電池充放電次數頻繁，致使很容易在短期內就導致電池內的單體不平衡而導致縮短續航力的問題，以及開發一種電池及一種充電器，其中該充電器具有可對各種不同種類和電壓的電池進行充電的技術，且提出一種可以在充電的同時也一併將電池內的單體充到絕對平衡，以及可自動辨識電池種類的充電裝置及方法。

為達成上述的目的與功效，本創作揭示的充電裝置包括經特殊設計的電池機構、匹配的充電機構及電池自動辨識機構。

具體而言，該電池機構包含一電池組、一電池管理系統及一插座，其中該電池組係包含s個單體電性串聯，且該電池組具有一總正極與一總負極；s個該單體搭配s+1條的單體電極電壓採樣線電性連接該電池管理系統，以及該電池組的該總正極(或總負極)搭配一主充電流採樣線電性連接該電池管理系統；該插座具有s+1個單體電極端子分別對應的電性連接s+1個該單體的電極，以及該插座具有一總正極端子及一總負極端子，該總正極端子電性連接該總正極，該總負極端子電性連接該總負極；該充電機構包含一微控制器、一充電器模組及一插頭，其中：該充電器模組包含一主充電器及一輔充電器組，其中：該主充電器具有一充電正極及一充電負極；該輔充電器組包含s個電性串聯的輔助充電器，且該輔充電器組具有s+1個電極；該插頭具有一正極連接端子及一負極連接端子，其中該正極連接端子電性連接該主充電器的該充電正極，該負極連接端子電性連接該充電負極；該插頭具有s+1個輔充端子，且s+1個該輔充端子分別對應的電性連接該輔充電器組的s+1個該電極；該插座連接該插頭，致使該正極連接端子結合該總正極端子，該負極連接端子結合該總負極端子，s+1個該輔充端子結合s+1個該單體電極端子；該充電機構對該電池機構充電，該微控制器用以控制整體充電動作，其中該主充電器對該電池組整體進行充電，該輔充電器組對s個該單體個別充電，此外透過s+1條充電電流導線，該輔充電器組可取得s個該單體的各別充電電壓和電流的資訊，而透過s+1條單體電極電壓採樣線，該電池管理系統(BMS)可取得s個該單體的充電電壓資訊。

該電池自動辨識機構包含一電池種類電阻模組及一辨識電壓檢測器，其中該電池種類電阻模組包含一組種類設定電阻，且該電池種類電阻模組安裝在該電池機構，其次該電池機構的該插座包含與種類設定電阻等數的種類設定端子，該種類設定電阻的端點電性連接該種類設定端子，該辨識電壓檢測器包含一電壓源電性連接一組與種類設定電阻等數的標準電阻，該充電機構的該插頭具有與標準電阻等數的電池辨識端子，該電壓源電性連接該標準電阻的一端，該標準電阻的另一端分別對應的電性連接各該電池辨識端子，該插座連接該插頭，則各該種類設定端子連接各該電池辨識端子，且該微控制器用以處理及識別該電池組的種類。

以下即依本創作的目的與功效，茲舉出較佳實施例，並配圖式詳加說明。

本創作提供一種可同時將電池作絕對平衡及可自動辨識電池種類的機構及充電方法，其包括特殊設計的電池機構、充電機構和電池自動辨識機構，以下結合圖式對本創作技術方案進行詳細描述。其次，說明內容中所提及之「埠」與「端子」係為說明示例，並非用以限制實質的結構形式。該電池機構為單一電箱，該充電機構可以具有多個容置空間供該電池插置。再者該電池機構並非僅限於可攜式的電能儲存器，而是同樣可適用於各種單一箱體的電能儲存器。以下說明僅以一該電池機構搭配具有一該容置空間的該充電機構為例。

請參閱圖1所示的示意圖，本實施例揭示電池機構1包括由s個單體串接而成的電池組3、一電池管理系統(BMS)5、一電池種類電阻模組7和一插座9。上述各組件可以被安裝在一電池殼體內，其中：

該電池組3係由s個單體3-1, 3-2, …, 3-s串接而成。上述的串接方式為：該單體3-1的負極同時為該電池組3的總負極3-N，此外該單體3-1的正極和單體3-2的負極相連接；該單體3-2的正極和該單體3-3的負極相連接；依此形式，該單體3-(s-1)的正極和該單體3-s的負極相連接，其中該單體3-s的正極同時為電池組3的總正極3-P。該電池組3的該總正極3-P電性連接該插座9的一總正極端子9-P，該電池組3的該總負極3-N電性連接該插座9的一總負極端子9-N。

本實施包含s+1條單體電極電壓採樣線5-0、5-1、…、5-s。其中該單體電極電壓採樣線5-0電性連接在s個該單體3-1, 3-2, …, 3-s串接的形式之該電池組3一端的該單體3-1的負極，該單體電極電壓採樣線5-s電性連接在s個該單體3-1, 3-2, …, 3-s串接的形式之該電池組3另一端的該單體3-s的正極；其餘s-1條該單體電極電壓採樣線5-1、5-2…、5-(s-1)分別電性連接於s個該單體3-1, 3-2, …, 3-s串接形式中的相鄰二該單體的正極與負極之間。

上述的電性連接s個該單體3-1, 3-2, …, 3-s的s+1條該單體電極電壓採樣線5-0、5-1、…、5-s係皆電性連接該BMS 5以對s個該單體3-1, 3-2, …, 3-s進行電壓採樣。其次圖中揭示一主充電流採樣線5-A電性連接該電池組3的總正極3-P及該BMS 5。該主充電流採樣線5-A為該電池組3在以一主充電器進行充電時，使該BMS 5對主充電流進行採樣。

其次，一控制信號線5-c1電性連接該BMS 5及該插座9的一控制信號埠9-c1，藉此該BMS 5可輸出一控制信號。又該BMS 5具有一通訊埠5-c2，典型的該通訊埠5-c2連接(具有)4條線(包括2條電源線和2條邏輯線)且用以電性連接該插座9的一通訊埠端子9-c2。該通訊埠5-c2為該BMS 5與該主充電器的通訊埠。

該電池種類電阻模組7包含一個或多個依不同種類電池而設定的種類設定電阻7-1和7-2。不同種類電池的種類設定電阻值互異。以包含有兩個該種類設定電阻7-1和7-2的組合為例，該電池種類電阻模組7的二個種類設定電阻7-1、7-2端點可以藉由適當數量的種類設定電阻端點導線7-d1~7-d3電性連接該插座9的三該種類設定端子9-d1~9-d3，其中該種類設定端子9-d3為零電位線。

該插座9除了具備該種類設定端子9-d1~9-d3電性連接該電池種類電阻模組7、該控制信號埠9-c1電性連接該BMS 5，以及該總正極端子9-P和總負極端子9-N電性連接該電池組3的該總正極3-P與總負極3-N外，更有s+1個單體電極充電端子9-0、9-1、9-2…、9-(s-1)、9-s藉s+1條充電電流導線5-d0、5-d1、5-d2…、5-d(s-1)、5-ds對應的電性連接s+1個該單體的電極。

本實施例揭示一充電機構2具有包含一主充電器4a及一輔充電器組4b的一充電模組4、一辨識電壓檢測器6，以及一插頭8，其中該插頭8對應的電性連接該主充電器4a、該輔充電器組4b及該辨識電壓檢測器6。上述的各組件可以安裝在一機殼內部。

進一步，該主充電器4a具有一微控制器4a-1、一充電正極4a-P和一充電負極4a-N。該微控制器4a-1係用以控制整體充電動作和處理及識別電池種類。該插頭8具有二端子8-P和8-N，其一為正極連接端子8-P，另一為負極連接端子8-N。二該端子8-P和8-N對應的電性連接至該主充電器4a的該充電正極4a-P和該充電負極4a-N。其次，該輔充電器組4b包含s個獨立的輔助充電器4b-1~4b-s，各該輔助充電器4b-1~4b-s依序串接，且串接的s個該輔助充電器4b-1~4b-s的電極以s+1條線連接至該插頭8的s+1個輔充端子8-0~8-s。

本實施例之該辨識電壓檢測器6以包含一個精確的電壓源6-4及具有兩個標準電阻6-1和6-2所形成的電阻組(對應該電池種類電阻模組7)為例。該辨識電壓檢測器6的該電壓源6-4係電性連接至二該標準電阻6-1和6-2的一端，且二該標準電阻6-1、6-2的另一端各自搭配一辨識電壓電位線6-d1、6-d2對應的電性連接至該插頭8的該電池辨識端子8-d1、8-d2。其次該辨識電壓檢測器6的該電壓源6-4另連接一辨識電壓電位線6-d3作為一零電位線，且該零電位線電性連接至該插座9的一電池辨識端子8-d3(零電位)。

本實施例之該充電機構2具有一市電插頭10。該市電插頭10為市交流電的電源輸入插頭，一般而言可包含3條電線，其中一條電線為地線10-G，另二條電線10-1和10-2為市交流電的輸入導線。市交流電用以提供電源給該主充電器4a及該輔充電器組4b，其中該主充電器4a更間接提供一個適當的電壓給該辨識電壓檢測器6。

本實施例的使用狀態係該插頭8連接該插座9，其中該電池機構1的該插座9的各該端子9-0 ~ 9-s連接該充電機構2的該插頭8的各該輔充端子8-0 ~ 8-s端子，進而使得s個該單體3-1, 3-2, …, 3-s對應地電性連接至s個獨立的該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s。其次，該電池機構1該插座9的該總正極端子9-P和該總負極端子9-N對應地電性連接該充電機構2的該正極連接端子8-P和該負極連接端子8-N，以及該電池機構1的該種類設定端子9-d1~9-d3對應地電性連接該充電機構2的該電池辨識端子8-d1~8-d3。如此在市電輸入該充電機構2的狀態下，該充電機構2即可對該電池機構1進行充電。

一、主充電模式

由於該電池機構1與該充電機構2透過該插座9的該總正極端子9-P和該總負極端子9-N與該插頭8的該正極連接端子8-P和該負極連接端子8-N對接，所以市電輸入該充電機構2，則可以對該電池組3的各該單體3-1, 3-2, …, 3-s進行較大電流充電。

二、電池管理系統(BMS)的偵測

該通訊埠5-c2為BMS 5與該主充電器4a的通訊埠，用以在該主充電器4a正常充電時，即時的將該電池組3的狀態訊息，經由插座9的該通訊埠端子9-c2及該充電機構2的該插頭8的一通訊連接埠8-c2傳給該主充電器4a。

若BMS 5測得任一單體的電壓達到了預設的充電截止門檻值時，即經由插座9的該控制信號埠9-c1及該充電機構2的該插頭8的該信號連接埠8-c1送出一個控制信號給該主充電器4a，致使該主充電器4a停止充電。

若BMS 5發現有其他異常時，包括充電電流過大、電池組溫度過高、或單體有損壞等情況，即同樣經由該插座9的該控制信號埠9-c1及該插頭8的信號連接埠8-c1送出一個不同的控制信號給主充電器4a和輔充電器組4b，令該主充電器4a和所有該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s均停止充電。

三、輔助充電模式

該輔充電器組4b包括s個特性相同的獨立輔助充電器4b-1 ~ 4b-s且分別提供或產生V1 ~ Vs等s個獨立的電壓。依圖式，該輔充電器組4b由右側至左各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s所提供或產生的電壓為對應V1 ~ Vs。

提供或產生V1電壓的該輔助充電器4b-1具有一負極4b-0；該輔助充電器4b-1的一正極和提供或產生V2電壓的該輔助充電器4b-2的負極相連接；提供或產生V2電壓的該輔助充電器4b-2的正極和提供或產生V3電壓的該輔助充電器4b-3的負極相連接；依此類推，提供或產生V(s-1)電壓的該輔助充電器4b-(s-1)的正極和提供或產生Vs電壓的該輔助充電器4b-s的負極相連接；此外該輔助充電器4b-s具有一正極。

上述s個串接的該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s的s+1個電極以s+1條導線，藉由該插頭8的s+1個該輔充端子8-0 ~ 8-s及該電池機構1的該插座9的s+1個該單體電極充電端子9-0 ~ 9-s的電性連接，一一對應的連接至該電池機構1內串接的s個該單體3-1, 3-2, …, 3-s的s+1個電極，致使s個該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s可以分別獨立的對每一個該單體3-1, 3-2, …, 3-s進行充電；此外透過s+1個該輔充端子8-0 ~ 8-s連接s+1個該單體電極充電端子9-0 ~ 9-s，致使該充電機構2能同時對每一單體的電壓進行採樣。

四、電池種類自動辨識

該電池自動辨識機構包括兩個部分，其一為安裝在該充電機構2內的該辨識電壓檢測器6，另一為安裝在該電池機構1內的該電池種類電阻模組7。

該電池種類電阻模組7內包含一個或多個依電池種類而設定的電阻，不同種類的電池具有不同的該電池種類電阻模組7。依圖所示，該電池機構1的該電池種類電阻模組7包含兩個該電池種類設定電阻7-1和7-2，且該電池種類電阻模組7連接三條種類設定電阻端點導線7-d1 ~ 7-d3用以對應的電性連接三該種類設定端子9-d1 ~ 9-d3。

藉由該插座9的各該種類設定端子9-d1 ~ 9-d3連接該充電機構2的該插頭8的各該電池辨識端子8-d1 ~ 8-d3，可以使該電池種類電阻模組7電性連接該辨識電壓檢測器6。其中該辨識電壓檢測器6包含有一個精確的電壓源6-4用以產生精確穩定的標準電壓Vr，且該電壓源6-4接至兩個該標準電阻6-1和6-2的一端。

依上述該電池機構1與該充電機構2的架構及組合，可同時對該電池機構1作絕對平衡及自動辨識電池種類的充電，其動作說明如下：

假設該充電機構2的該插頭8和該電池機構1的插座9已經連接上，且該充電機構1的該市電插頭10亦已連接到市交流電，此時該主充電器4a和所有的各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s並不會立即對該電池組3充電，而是該主充電器4a先提供一個適當的電壓給該辨識電壓檢測器6，再由該電壓源6-4產生一個精確穩定的標準電壓Vr。此標準電壓Vr即同時加至兩個該標準電阻6-1和6-2的一端，且二該標準電阻6-1和6-2另一端的二該辨識電壓電位線6-d1、6-d2及該電壓源6-4的該辨識電壓電位線(地線)6-d3，則分別經由該插頭8的三該電池辨識端子8-d1 ~ 8-d3及該插座9的三該種類設定端子9-d1 ~ 9-d3電性連接該電池機構1的該電池種類電阻模組7的三該種類設定電阻端點導線7-d1 ~ 7-d3，如此該電池種類電阻模組7電性連接該辨識電壓檢測器6。

此時該標準電阻6-1(阻值為R _6-1)和該種類設定電阻7-1(阻值為R _7-1)即會將標準電壓Vr分壓，進而在該辨識電壓電位線6-d1上產生一個辨識電壓V _6-d1, 其值為V _6-d1= Vr * R _7-1/ (R _6-1+ R _7-1)；同樣的，該標準電阻6-2(阻值為R _6-2)和該電池種類設定電阻7-2(阻值為R _7-2)會將標準電壓Vr分壓，並且在該辨識電壓電位線6-d2上產生一辨識電壓V _6-d2，其值為V _6-d2= Vr * R _7-2/ (R _6-2+ R _7-2)。

此組辨識電壓{V _6-d1, V _6-d2}即傳送至主充電器4a的該微控制器4a-1，且該微控制器4a-1即將此組辨識電壓與預存在其記憶體(未顯示)內的資料比對，即可判斷得知此該電池的種類，包括是何種單體、單體的充滿電壓門檻、電池組的串數、及可容許的最大充電電流等資訊。此時該微控制器4a-1再依據這些資訊及從該通訊連接埠8-c2取得的電池狀態資訊進行比對，若該電池組3無異常，才開始啟動該主充電器4a和所有的各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s對該電池組3充電。

舉例來說，假設標準電壓Vr = 5V，辨識電壓的解析度為0.2V，則若使用一個種類設定電阻，即可產生5V/0.2V = 25區的可辨識電壓，即(0 ~ 0.2)、(0.2 ~ 0.4)、……(4.8 ~ 5.0)；亦即以中心電壓為0.1V, 0.3V, …, 4.7V, 4.9V等25種。若扣除4.9V+/-0.1V (4.8V ~ 5.0V)表示電池未接至充電器(若電池未接上，辨識電壓約為5V)，及0.1V+/-0.1V (0V ~ 0.2V)表示電池故障(若電池有任何故障，包括充電電流過大、溫度過高或單體有損壞等情況時，電池機構會自動將種類設定電阻旁路短路，使辨識電壓為0)外，尚有23區的可辨識電壓可以使用，故使用一個電池種類設定電阻可用以辨識23種不同的電池。

若使用兩個種類設定電阻即可產生25 * 25 = 625區的可辨識電壓組合。若以中心電壓表示，即 {0.1, 0.1}、{0.1, 0.3}、……、{4.7, 4.9}、{4.9, 4.9}。若扣除{4.9, 4.9}表示電池未接至充電器，及{0.1, 0.1}表示電池故障外，尚有623種的可辨識電壓可以使用，故使用二個種類設定電阻可用以辨識623種不同的電池。

在主充電模式時，該主充電器4a和輔充電器組4b內所有的各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s同時作用，且經由該插頭8和該插座9而電性連接至該電池機構1內的該電池組3。其中該主充電器4a的該充電正極4a-P和該充電負極4a-N分別電性連接至該電池組3的總正極3-P和總負極3-N，因此整串該電池組3中的各該單體3-1, 3-2, …, 3-s能獲得較大的電流進行充電；此外s個輔助充電器4b-1 ~ 4b-s的各獨立電壓V1, V2, …, Vs一一對應連接至各該單體3-1, 3-2, …, 3-s，且各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s以較小的電流分別對各該單體3-1, 3-2, …, 3-s同時獨立充電。

在主充電過程中，當任一該單體的電壓被充達預設的充電截止門檻時，充電程序即全部暫停。然而在暫停充電的瞬間，所有的該單體的電壓均將稍下降到預設的充電截止門檻值以下。如此一來，不受主充電器4a中的微控制器4a-1控制的各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s，即分別各自測得各該單體3-1, 3-2, …, 3-s的電壓均低於預設的充電截止門檻，且分別以V1, V2, …, Vs電壓繼續對各個該單體3-1, 3-2, …, 3-s獨立充電。

當各個單體3-1, 3-2, …, 3-s受所有的該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s分別充電達到充電截止門檻值而停充時，即可使得該電池機構1內的各該單體3-1, 3-2, …, 3-s的電壓都充到絕對平衡一致，實現最大化均衡。

舉例來說，假設該單體的充電截止門檻電壓為3.65V，該主充電器的充電電流為20A， 每一個輔助充電器的充電電流為2A，則在充電時，主充電器的最大充電功率為3.65V/串* s串 * 20A = 73*s W (此處 * 為乘號)；每一個輔助充電器的最大充電功率為3.65V/串 * 1串 * 2A = 7.3W，為該主充電器的(10/s)%，全部s個輔助充電器的最大總充電功率為7.3W/個 * s個 = 7.3*s W，為主充電器的10%。因該輔助充電器的充電功率很小，約一般手機充電器的大小，所以在實際實現上可以用一個小模組(module)來達成，因此在實際上非常可行且非常容易。

請參閱圖2，本實施例茲舉一個具有8個單體的電池機構，使用一個電池種類設定電阻，及與其匹配的充電機構為例，說明如下：

該電池機構1包括由8個單體3-1, 3-2, …, 3-8串接而成的該電池組3、該電池管理系統(BMS)5、該電池種類電阻模組7及該插座9。該充電機構2包括該充電器模組4，且該充電器模組4包含該主充電器4a和該輔充電器組4b，其中該輔充電器組4b包含8個該輔助充電器4b-1 ~ 4b-8。該充電機構2還包含該辨識電壓檢測器6，以及該插頭8用以匹配該電池機構1的該插座9。此外該充電機構2具有該市電插頭10用以電性連接外部市交流電。該電池機構1和該充電器機構2間的電流與該BMS 5等訊號的傳送則均經由該插座9和該插頭8作連接。

本實施例可以同時將電池作絕對平衡及自動辨識電池種類以進行充電，其動作說明如下：

假設該充電機構2的該插頭8和該電池機構1的該插座9已經連接上，且該充電機構2的該市電插頭10亦已連接到市交流電，此時該主充電器4a和所有的各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-8並不馬上對該電池組3充電，而是該主充電器4a先提供一個適當的電壓給該辨識電壓檢測器6，再由該電壓源6-4產生一個精確穩定的標準電壓Vr。以包含一個標準電阻6-1為例，此標準電壓Vr即加至標準電阻6-1的一端，而該標準電阻6-1另一端的該辨識電壓電位線6-d1，及該電壓源的該辨識電壓電位線(地線)6-d3，分別經由該插頭8的二該電池辨識端子8-d1及8-d3及該插座9的二該種類設定端子9-d1及9-d3，連接該電池種類電阻模組7的二該種類設定電阻端點導線7-d1及7-d3，致使該電池種類電阻模組7電性連接該辨識電壓檢測器6。

此時標準電阻6-1(阻值為R _6-1)和種類設定電阻7-1(阻值為R _7-1)即會將標準電壓Vr分壓，在該辨識電壓電位線6-d1上產生一個辨識電壓V _6-d1，其值為V _6-d1= Vr * R _7-1/ (R _6-1+ R _7-1)。此辨識電壓即傳送至該主充電器4a的該微控制器4a-1，該微控制器4a-1即將此辨識電壓與預存在一記憶體(未顯示)內的資料比對，即可判斷得知此電池的種類，包括是何種單體、單體的充滿電壓門檻、電池組的串數及可容許的最大充電電流等資訊。該微控制器4a-1再依據這些資訊及從該通訊連接埠8-c2取得的電池狀態資訊，若電池組無異常，才啟動該主充電器4a和所有的該輔助充電器4b-1 ~ 4b-8對該電池組3充電。

假設標準電壓Vr = 5V，辨識電壓的解析度為0.2V，即可產生5V/0.2V = 25區的可辨識電壓，即 (0 ~ 0.2)、(0.2 ~ 0.4)、…, (4.8 ~ 5.0)，亦即以中心電壓為0.1V、0.3V、…, 4.7V、4.9V等25種。若扣除4.9V+/-0.1V (4.8V ~ 5.0V)表示電池未接至充電器，及0.1V+/-0.1V (0V ~ 0.2V)表示電池故障外，尚有23種的可辨識電壓可以使用， 亦即0.3V=第1種, 0.5V=第2種, …, 1.5V=第8種, …, 4.7V=第23種，故本實施可用以辨識23種不同的電池。例如標準電阻6-1的阻值R _6-1=1 kOhm，該電池種類設定電阻7-1的阻值R _7-1=0.429 kOhm，則會得辨識電壓V _6-d1= Vr * R _7-1/ (R _6-1+ R _7-1) = 5 * 0.429 / (1+0.429) = 1.501V(即屬於區域1.40V~1.60V)，亦即此電池為第8種。

此辨識電壓即傳送至該主充電器4a的微控制器4a-1，該微控制器4a-1即將此辨識電壓與預存在該記憶體內的資料比對，即可判斷得知此電池的種類，包括是何種單體、單體的充滿電壓門檻、電池組的串數及可容許的最大充電電流等資訊。該微控制器4a-1再依據這些資訊及從該通訊連接埠8-c2取得的電池狀態資訊，若該電池組3無異常，則才啟動該主充電器4a和所有的該輔助充電器4b-1 ~ 4b-8對該對電池組3進行充電。

在充電時，該主充電器4a和該輔充電器組4b內所有的該輔助充電器4b-1 ~ 4b-8同時作用，且電力經由該插頭8和該電池機構的插座9輸入該電池機構內的電池組3。其中該主充電器4a的該充電正極4a-P和該充電負極4a-N分別連接該電池組3的該總正極3-P和該總負極3-N，如此可以對整串電池組3的各該單體3-1, 3-2, …, 3-8以較大的電流進行充電，而s個輔助充電器4b-1 ~ 4b-s的電壓V1, V2, …, Vs則一一對應各單體3-1, 3-2, …, 3-8並以較小的電流對其同時獨立充電。

在充電過程中，當任一單體的電壓被充達預設的充電截止門檻時，假設為3.65V，則充電程序即全部暫停。而在暫停充電的瞬間，所有單體的電壓均將稍下降到預設的充電截止門檻值3.65V以下。如此一來，各該輔助充電器4b-1 ~ 4b-s(不受主充電器4a中的微控制器4a-1控制)，即分別各自測得各該單體3-1, 3-2, …, 3-s的電壓均低於預設的充電截止門檻，而以電壓V1, V2, …, V8分別繼續對各個單體3-1, 3-2, …, 3-8獨立充電。當所有的該輔助充電器4b-1 ~ 4b-8都分別將各個單體3-1, 3-2, …, 3-8充達充電截止門檻值3.65V而停充時，即達到該電池組3內所有該單體3-1, 3-2, …, 3-8的電壓都充到絕對平衡一致且實現最大化均衡。

假設該主充電器4a的充電電流為20A，每一個該輔助充電器3-1, 3-2, …, 3-8的充電電流為2A，則在充電時，該主充電器4a的最大充電功率為3.65V/串 * 8串 * 20A = 584W；每一個輔助充電器4b-1 ~ 4b-8的最大充電功率為3.65V/串 * 1串 * 2A = 7.3W，為該主充電器4a的1.25%，全部8個輔助充電器4b-1 ~ 4b-8的最大總充電功率為7.3W/個 * 8個 = 58.4 W, 為主充電器4a的10%。

請參閱圖3，根據上述說明，本實施例揭示的充電方法包含以下步驟及內容：

一電池機構連接一充電機構步驟，係藉由該電池機構的一插座連接該充電機構的一插頭。

一電池種類辨識步驟，係藉由一電池種類辨識機構來辨識該電池組的種類。進一步，該電池種類辨識機構包含安裝於該電池機構的一電池種類電阻模組，以及安裝於該充電機構的一辨識電壓檢測器，藉由該電池種類電阻模組電性連接該辨識電壓檢測器，並用以對一標準電壓進行分壓以形成一辨識電壓，進而依該辨識電壓可獲知該電池機構的電池組種類。該電池種類電阻模組及該辨識電壓檢測器的結構形式及分壓辨識方法，於前述內容已有詳述，故不予重覆贅述。

一主充電及一輔助充電同步進行步驟，係安裝於該充電機構的一主充電器及一輔充電器組，藉由該插座連接該插頭而使電力傳輸至該電池組，其中主充電器對該電池組整體充電，該輔充電器組則對構成該電池組的各個單體獨立充電。

一充達充電截止門檻步驟，係當任一該單體的電壓被充達預設的充電截止門檻時，則充電程序即全部暫停。在暫停充電的瞬間，所有單體的電壓均將稍下降到預設的充電截止門檻以下。

一絕對平衡充電步驟，係該充電機構的該主充電器維持停止充電，而該輔充電器組的各輔助充電器分別繼續對各個單體獨立充電，當所有的該輔助充電器都分別將各個單體充達充電截止門檻而停充時，即完成充電程序。

是以，根據本實例揭示的方法可使該電池組內所有該單體的電壓都充到絕對平衡一致且呈現最大化均衡。此外該辨識電壓係可傳送至該主充電器的一微控制器，該微控制器即可將此電壓與預存在一記憶體內的資料比對，進而判斷得知此該電池組的種類。

上述實施例僅為例示性說明本創作之技術及其功效，而非用於限制本創作。任何熟於此項技術人士均可在不違背本創作之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本創作之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍所列。

1:電池機構 2:充電機構 3:電池組 3-1~3-s:單體 3-P:電池總正極 3-N:電池總負極 4:充電器模組 4a:主充電器 4a-1:微控制器 4a-P:充電正極 4a-N:充電負極 4b:輔充電器組 4b-0:負極 4b-1~4b-s:輔助充電器 5:電池管理系統(BMS) 5-0~5-s:單體電極電壓採樣線 5-A:主充電流採樣線 5-c1:控制信號線 5-c2:通訊埠 5-d0~5-ds:充電電流導線 6:辨識電壓檢測器 6-1、6-2:標準電阻 6-d1、 6-d2、6-d3:辨識電壓電位線 6-4:電壓源 7:電池種類電阻模組 7-1、7-2:電池種類設定電阻 7-d1~7d3:種類設定電阻端點導線 8:插頭 8-d1~8-d3:電池辨識端子 8-c1:控制信號連接埠 8-c2:通訊連接埠 8-P:正極連接端子 8-N:負極連接端子 8-0~8-s:輔充端子 9:插座 9-d1~9-d3:種類設定端子 9-c1:控制信號埠 9-c2:通訊埠端子 9-P:總正極端子 9-N:總負極端子 9-0~9-s:單體電極充電端子 10:市電插頭 10-1:電線 10-2:電線 10-G:地線

圖1係本創作之一實施例的電池機構與充電機構架構及連接關係的示意圖，其中電池機構具有s個單體，充電機構具有s個輔助充電器，且使用二個種類設定電阻； 圖2係本創作之另一實施例的電池機構與充電機構架構及連接關係的示意圖，其中電池機構具有8個單體，充電機構具有8個輔助充電器，且只用一個種類設定電阻； 圖3係本創作充電方法的流程圖。

1:電池機構

2:充電機構

3:電池組

3-1~3-s:單體

3-P:電池總正極

3-N:電池總負極

4:充電器模組

4a:主充電器

4a-1:微控制器

4a-P:充電正極

4a-N:充電負極

4b:輔充電器組

4b-0:負極

4b-1~4b-s:輔助充電器

5:電池管理系統(BMS)

5-0~5-s:單體電極電壓採樣線

5-A:主充電流採樣線

5-c1:控制信號線

5-c2:通訊埠

5-d0~5-ds:充電電流導線

6:辨識電壓檢測器

6-1、6-2:標準電阻

6-d1、6-d2、6-d3:辨識電壓電位線

6-4:電壓源

7:電池種類電阻模組

7-1、7-2:電池種類設定電阻

7-d1~7d3:種類設定電阻端點導線

8:插頭

8-d1~8-d3:電池辨識端子

8-c1:控制信號連接埠

8-c2:通訊連接埠

8-P:正極連接端子

8-N:負極連接端子

8-0~8-s:輔充端子

9:插座

9-d1~9-d3:種類設定端子

9-c1:控制信號埠

9-c2:通訊埠端子

9-P:總正極端子

9-N:總負極端子

9-0~9-s:單體電極充電端子

10:市電插頭

10-1:電線

10-2:電線

10-G:地線

Claims (6)

1. 一種電能儲存器的充電系統，係一電池機構連接一充電機構，其特徵在於： 該電池機構包含一電池組、一電池管理系統及一插座，其中： 該電池組係包含s個單體電性串聯，且該電池組具有一電池總正極與一電池總負極；s個該單體搭配s+1條的單體電極電壓採樣線電性連接該電池管理系統，以及該電池組的該電池總正極搭配一主充電流採樣線電性連接該電池管理系統； 該插座具有s+1個單體電極充電端子藉s+1條充電電流導線分別對應的電性連接s+1個該單體，以及該插座具有一總正極端子及一總負極端子，且該總正極端子電性連接該電池總正極，該總負極端子電性連接該電池總負極； 該充電機構包含一充電器模組及一插頭，其中： 該充電器模組包含一主充電器及一輔充電器組，該主充電器具有一充電正極及一充電負極，一微控制器配置於該主充電器；該輔充電器組包含s個電性串聯的輔助充電器，且該輔充電器組具有s+1個電極； 該插頭具有一正極連接端子及一負極連接端子，其中該正極連接端子電性連接該主充電器的該充電正極，該負極連接端子電性連接該充電負極；該插頭具有s+1個輔充端子，且s+1個該輔充端子分別對應的電性連接該輔充電器組的s+1個該電極； 該插座連接該插頭，致使該正極連接端子結合該總正極端子，該負極連接端子結合該總負極端子，s+1個該輔充端子結合s+1個該單體電極充電端子； 該充電機構對該電池機構充電，該微控制器用以控制整體充電動作，該主充電器對該電池組整體以較大的電流進行充電，該輔充電器組透過s+1個該單體電極充電端子對s個該單體以較小的電流個別充電；又此s+1個該單體電極充電端子同時提供該s個輔充電器取得s個該單體的各別充電狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存器的充電系統，更包含一電池種類電阻模組及一辨識電壓檢測器，其中該電池種類電阻模組安裝在該電池機構，該辨識電壓檢測器安裝在該充電機構，在該電池機構連接該充電機構的狀態下，該電池種類電阻模組電性連接該辨識電壓檢測器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電能儲存器的充電系統，其中該電池種類電阻模組包含至少一個電池種類設定電阻，該辨識電壓檢測器包含一電壓源電性連接一組標準電阻，該標準電阻與該電池種類設定電阻等數量，在該電池機構連接該充電機構的狀態下，該電池種類電阻模組電性連接該辨識電壓檢測器，且該標準電阻電性連接該電池種類設定電阻。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電能儲存器的充電系統，其中該電池種類設定電阻的二端各自連接一電阻端點導線；該電池機構的該插座包含與該電阻端點導線等數的種類設定端子，該電池種類設定電阻的端點藉該電阻端點導線電性連接該種類設定端子；該充電機構的該插頭具有與該電阻端點導線等數的辨識電壓電位線，其一該辨識電壓電位線為地線且用以電性連接該電壓源，其他該辨識電壓電位線用以電性連接該標準電阻，該辨識電壓電位線與等數的電池辨識端子電性連接，該電壓源電性連接該標準電阻的一端；該插座連接該插頭，則各該種類設定端子連接各該電池辨識端子，且該微控制器用以處理及識別該電池機構的電池組種類。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電能儲存器的充電系統，其中該辨識電壓檢測器內的該標準電阻和該電池種類電阻模組內的該種類設定電阻係對該電壓源所提供的一標準電壓產生不同的分壓，藉此判斷該電池機構的電池組種類。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存器的充電系統，其中s+1條的該充電電流導線中，一該充電電流導線電性連接在該電池組一端的該單體的負極，一該充電電流導線電性連接在該電池組另一端之該單體的正極，其餘s-1條該充電電流導線分別電性連接於s個該單體串接形式中的相鄰二該單體的正極與負極之間。

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