TWM603638U - 運用單一充電器作電池組平衡的系統 - Google Patents

Abstract

一種運用單一充電器作電池組平衡的系統，包含一電池機構、一主充電機構及一平衡充電機構。該電池機構由複數單體電性串聯成一電池組。該電池機構連接該主充電機構時，該主充電器電性連接該電池組整體。該電池機構連接該平衡充電機構時，該平衡充電器依次一一電性連接各該單體。開始充電時，該主充電器先對該電池組進行充電，當任一單體的電壓達預設的充電截止門檻，則充電程序即全部暫停，隨之所有單體的電壓均將稍下降，且該平衡充電器立即以一次電性連接一個單體的方式，自動依次對該電池組的所有單體一一繼續充電至預設的充電截止電壓值。藉此各單體可被充電成電壓絕對平衡一致而實現最大化均衡的效果。此外該平衡充電機構可不必配合主充電機構而隨時獨立進行充電作業，但若配合在主充電器充完電後隨即進行平衡充電，則平衡充電所需的時間將較縮短。

Description

運用單一充電器作電池組平衡的系統

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。

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，提出一種僅用一個充電器，即可將電池組內的每個單體自動依次充到絕對平衡的充電裝置及方法。

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，主充電機構(簡稱主充機構)及匹配的平衡充電機構(簡稱平充機構)。

具體而言，茲以一個具有8個單體(即電池單體)的電池組為例，分述如下：該電池機構包含一電池組、一電池管理系統、一電池主插座及一單體電極插座；其中：該電池組係包含8個單體電性串聯，且該電池組具有一總正與一總負，該總正(或總負)搭配一主充電流採樣線，以及8個該單體搭配9條單體電壓採樣線，電性連接該電池管理系統(BMS,Battery Management System)，以及8個該單體搭配9條平充電流導線供平衡充電使用；該電池管理系統(BMS)係用以取得該電池組各單體的充電電壓、充電電流及電池組的溫度資訊供主充電及平衡充電使用；該電池主插座具有一電池總正端子及一電池總負端子，該電池總正端子電性連接該電池總正，該電池總負端子電性連接該電池總負；該單體電極插座具有9個電極端子分別對應的電性連接9個該單體的電極；該電池主插座及該單體電極插座均具有與該電池管理系統電性連接的電池通訊端子及電池狀態端子； 該主充機構包含一主充電器、一主充微控器、一主充插頭及一主充市交流電輸入連接座(或連接端子)，其中：該主充電器具有一主充正極及一主充負極；該主充微控器用以控制主充的整體動作，其具有一主充通訊埠、一主充電池狀態埠及一平充信號輸出端子；該主充插頭具有一主充正端子，一主充負端子，一主充通訊端子，一主充電池狀態端子；該主充市交流電輸入連接座具有二個電線端子及一個地線端子；該主充插頭的主充正端子電性連接該主充電器的該主充正極，該主充負端子電性連接該主充負極，致使當該主充插頭連接該電池主插座時，該主充正端子即結合該電池組的總正端子，該主充負端子結合該電池組的總負端子，因而該主充電器即可對該整個電池組充電；該平充機構包含一平衡充電器、一平充控制器、一繼電器組、一組單體充電導線、一平充插頭、一平充信號接收端子及一平充市交流電輸入連接座(或連接端子)，其中：該平衡充電器具有一平充正極、一平充負極、一平充信號接收埠、一平充控制埠，以及產生一工作電壓，並具有一工作電壓輸出埠；該平充控制器包含一平充微控器、一繼電器驅動信號組及一單體平充狀態顯示組；其中：該平充微控器係用以控制平充的整體動作，具有一工作電壓輸入埠、一平充控制埠、一平充電池狀態埠及一平充通訊埠；該繼電器組用以將平衡充電器的輸出作適當的連接；該單體充電導線用以將繼電器接點適當的連接至平充插頭； 該平充插頭包含一組單體充電端子、一平充通訊端子及一平充電池狀態端子；該平充市交流電輸入連接座具有二個電線端子及一個地線端子；該平充插頭連接該電池機構的該單體電極插座時，該平充插頭的該單體充電端子即結合該電池機構的該單體電極端子，由平充微控器控制繼電器，依次將該平衡充電器的該平充正極及該平充負極電性連接至該平充插頭的相鄰二個該單體充電端子，致使該平衡充電器對該電池組的每一個該單體依序一一充電。

以下即依本創作的目的與功效，並配合圖式詳加說明。

1:電池機構

2:主充機構

2a:主充電器

2a-N:主充負極

2a-P:主充正極

2b:主充微控器

2b-bs:平充信號輸出端子

2b-cm:主充通訊埠

2b-st:主充電池狀態埠

2c:主充插頭

2c-cm:主充通訊端子

2c-st:主充電池狀態端子

2c-N:主充負端子

2c-P:主充正端子

2d:主充市交流電輸入連接座

2d-1:電線端子

2d-2:電線端子

2d-G:地線端子

3:電池組

3-1~3-8:單體

3-N:電池總負極

3-P:電池總正極

3-d0~3-d8:平充電流導線

4:平充機構

4-bs:平充信號接收端子

4a-1~4a-8:繼電器驅動元件組

4b-1~4b-8:繼電器組

4c-1~4c-8:繼電器接點

4d-1~4d-8:繼電器接點

4e:平充插頭

4e-0~4e-8:單體充電端子

4e-cm:平充通訊端子

4e-d0~4e-d8:單體充電導線

4e-st:平充電池狀態端子

4f:平充市交流電輸入連接座

4f-1:電線端子

4f-2:電線端子

4f-G:地線端子

5:電池管理系統(BMS)

5-0~5-8:單體電壓採樣線

5-A:主充電流採樣線

5-cm:電池通訊埠

5-st:電池狀態埠

5-T:電池組溫度採樣線

52:電流感測器

54:溫度感測器

6:平衡充電器

6-bs:平充信號接收埠

6-ctr:平充控制埠

6-N:平充負極

6-P:平充正極

6-v:工作電壓輸出埠

6-sw:工作電壓手動輸出開關

6a:工作電壓源

7:單體電極插座

7-0~7-8:單體電極端子

7-cm:電池通訊端子

7-st:電池狀態端子

8:平充控制器

8a:平充微控器

8a-cm:平充通訊埠

8a-ctr:平充控制埠

8a-st:平充電池狀態埠

8a-v:工作電壓輸入埠

8b:繼電器驅動信號組

8b-1~8b-8:驅動信號線

8b-G:零電位線

8c:單體平充狀態顯示組

8c-1~8c-8:顯示器

9:電池主插座

9-cm:電池通訊端子

9-st:電池狀態端子

9-N:電池總負端子

9-P:電池總正端子

圖1係本創作之一實施例結構及連接關係的示意圖，其中(a)為電池機構，(b)為主充機構與平充機構，電池機構的電池組具有8個單體。

圖2係本創作的充電方法流程圖。

圖3係本創作電池組、電池管理系統、電流感測器及溫度感測器的電性連接示意圖。

本創作提供一種可在主充電器(以較大電流)完成對整體電池組充電後，或是在未配合主充電器作業的任何時候，應用一個平衡充電器依次對電池組的每一個單體進行充電以達成絕對平衡的充電方法，其包括特殊設計的電池機構、主充機構和平充機構，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(包括主充機構和平充機構)可以具有多個容置空間供多個該電池機構插置。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，圖中揭示一電池機構1包括一電池組3、一電池管理系統(BMS)5、一電池主插座9及一單體電極插座7。其中：

該電池組3係包含s個單體，且s>1。本實施例該電池組3係由8個單體3-1,3-2,…,3-8串接而成，其串接方式為：該單體3-1的負極同時為該電池組3的電池總負極(總負)3-N(N：Negative)，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3-7的正極和該單體3-8的負極相連接，而該單體3-8的正極同時為電池組3的電池總正極(總正)3-P(P：Positive)；其次，該電池組3的總正(或總負)具有一主充電流感測器(未顯示)；其次，該電池組3具有一或多個溫度感測器(未示出)用以偵測電池組的溫度。

該電池管理系統(BMS)5係用以對電池組3的總電壓、各單體電壓、充電電流及溫度作採樣，並經其電池通訊埠5-cm及電池狀態埠5-st傳送至主充機構2及平充機構4。

該電池主插座9具有一電池總正端子9-P、一電池總負端子9-N、一電池通訊端子9-cm及一電池狀態端子9-st。

該單體電極插座7具有9個單體電極端子7-0~7-8、一個電池通訊端子7-cm及一個電池狀態端子7-st。

上述電池機構1的連接方式如下：

該電池管理系統(BMS)5藉9條單體電壓採樣線5-0~5-8，依次電性連接該電池組3的8個單體3-1~3-8的9個電極作總電壓及8個單體電壓的採樣，其中：該單體電壓採樣線5-0電性連接在單體3-1的負極，該單體電壓採樣線5-1~5-8依次電性連接在單體3-1~3-8的正極；藉1條主充電流採樣線5-A作主充電流的採樣；藉1或數條電池組溫度採樣線5-T作電池組溫度的採樣；且該電池管理系統(BMS)5的電池通訊埠5-cm及電池狀態埠5-st，亦同時分別電性連接該至電池主插座9的該電池通訊端子9-cm及該電池狀態端子9-st，及該單體電極插座7的該電池通訊端子7-cm及該電池狀態端子7-st。

請參閱圖3，該主充電流採樣線5-A的一端電性連接該電流感測器52的感測輸出端及該電池管理模組5，該主充電流採樣線5-A的另一端電性連接該電流感測器52的感測輸入端，該電流感測器52的感測輸入端則電性連接或套接於該電池組3的電池總正極(或電池總負極)。該電池組溫度採樣線5-T的一端電性連接該溫度感測器54，該電池組溫度採樣線5-T的另一端電性連接及該電池管理模組5，該溫度感測器54可以是熱電偶(thermocouple)或熱敏電阻(thermistor)，該熱電偶或熱敏電阻則置入於該電池組3內或以螺絲鎖於該電池組3的電極。

該電池組3的該電池總正極3-P電性連接該電池主插座9的該電池總正端子9-P，該電池總負極3-N電性連接該電池主插座9的該電池總負端子9-N。

該電池組3的該9個電極經9條該平充電流導線3-d0~3-d8，電性連接該單體電極插座7的單體電極端子7-0~7-8，其中：該平充電流導線3-d0電性連接在單體3-1的負極，該平充電流導線3-d1~3-d8依次電性連接在單體3-1~3-8的正極。

該主充機構2包含一主充電器2a、一主充微控器2b、一主充插頭2c及一主充市交流電輸入連接座2d。其中：

該主充電器2a具有一主充正極2a-P和一主充負極2a-N。

該主充微控器2b具有一主充通訊埠2b-cm、一主充電池狀態埠2b-st及一平充信號輸出端子2b-bs(bs：balance start)，用以在該主充電器2a完成充電時，輸出一電壓以啟動平衡充電器開始自動進行平衡充電。

該主充插頭2c具有一主充正端子2c-P、一主充負端子2c-N、一主充通訊端子2c-cm及一主充電池狀態端子2c-st。

該主充市交流電輸入連接座2d所示者為單相架構，具有二個市交流電的電線端子2d-1及2d-2，及一個地線端子2d-G(G：Ground)。該市交流電用以提供電源給該主充電器2a及該主充微控器2b。若主充電器的功率較大，則可能採用三相交流電(未示出)。

上述主充機構2的連接方式如下：

該主充電器2a的該主充正極2a-P和該主充負極2a-N，分別電性連接該主充插頭2c的該主充正端子2c-P和該主充負端子2c-N。

該主充微控器2b的該主充通訊埠2b-cm和主充電池狀態埠2b-st分別電性連接該主充插頭2c對應之主充通訊端子2c-cm和主充電池狀態端子2c-st。

該平充機構4包含一平衡充電器6、一平充控制器8、包含複數繼電器4b-1~4b-8的一繼電器組、複數單體充電導線4e-d0~4e-d8、一平充插頭4e及一平充市交流電輸入連接座4f。其中：

該平衡充電器6具有一平充正極6-P和一平充負極6-N、一平充信號接收埠6-bs、一平充控制埠6-ctr(ctr：control)及一工作電壓源6a(Vs：Voltage source)、一工作電壓輸出埠6-v(v：voltage)及一工作電壓手動輸出開關6-sw(sw：switch)。

該平充控制器8係用以控制平衡充電的整體動作，包含一平充微控器8a、一繼電器驅動信號組8b及一單體平充狀態顯示組8c。其中：

該平充微控器8a具有一平充通訊埠8a-cm、一平充電池狀態埠8a-st、一工作電壓輸入埠8a-v及一平充控制埠8a-ctr(ctr：control)。該平充控制埠8a-ctr具有一條信號地線及兩條信號線，分別作信號的接收和送出。

該繼電器驅動信號組8b含有8條驅動信號線8b-1~8b-8及一條零電位線(信號地線)8b-G，用以驅動8個繼電器4b-1~4b-8。

該單體平充狀態顯示組8c含有8個顯示器(例如LED)8c-1~8c-8，用以顯示8個單體3-1~3-8在平衡充電時的電壓狀態，以便於使用者觀察各單體的平衡狀況。

該繼電器組包含8個繼電器4b-1~4b-8，係用以控制其繼電器接點4c-1~4c-8及繼電器接點4d-1~4d-8，適當的連接至平衡充電器6的平充正極6-P及平充負極6-N。

該單體充電導線包含9條導線4e-d0~4e-d8，係用以將繼電器的接點電性連接至平充插頭4e的單體充電端子4e-0~4e-8。

該平充插頭4e具有一組9個單體充電端子4e-0~4e-8、一平充通訊端子4e-cm及一平充電池狀態端子4e-st。

該平充市交流電輸入連接座4f所示者為單相架構，具有二個市交流電的電線端子4f-1及4f-2，及一個地線端子4f-G。該市交流電用以提供電源給該平衡充電器6。

上述平充機構4的連接方式如下：

該平充信號接收埠6-bs係用以在主充電完成而送出一電壓至該主充機構2的該平充信號輸出端子2b-bs時，自動將該工作電壓源6a之電壓Vs連接至該工作電壓輸出埠6-v，再連接至該平充微控器8a之該工作電壓輸入埠8a-v，以提供該平充微控器8a所需的工作電壓。

該手動開關6-sw係用以在該平充機構4未配合使用該主充機構2的情況下，可以用手動的方式將該電壓源6a之電壓Vs連接至該工作電壓輸出埠6-v，以使該平充機構4亦可不必配合主充機構2而獨立進行平衡充電作業。

該平充微控器8a的平充通訊埠8a-cm、平充電池狀態埠8a-st、平充控制埠8a-ctr及工作電壓輸入埠8a-v，分別電性連接該平充插頭4e的該平充通訊端子4e-cm、該平充電池狀態端子4e-st、該平衡充電器的該平充控制埠6-ctr及該工作電壓輸出埠6-v。

其次，該平衡充電器的該平充正極6-P及該平充負極電性連接該繼電器4b-1的接點4d-1(主接點)及接點4c-1(主接點)。

其次，由該平充微控器8a，經該繼電器驅動信號組8b、該繼電器驅動元件4a-1~4a-8、該繼電器組4b-1~4b-8、該繼電器接點4c-1~4c-8及4d-1~4d-8、該單體充電導線4e-d0~4e-d8，至該平充插頭4e的單體充電端子4e-0~4e-8的電性連接方式如圖1所示。

本實施例的充電方式如下：

一、主充模式

本實施例的主充電(簡稱主充)使用狀態係該主充機構2的該主充插頭2c連接該電池機構1的該電池主插座9。其中該主插座9的各該端子9-st,9-cm, 9-P,9-N電性連接該主充插頭2c的各該端子2c-st,2c-cm,2c-P,2c-N，進而使得該插座9的該電池總正端子9-P和該電池總負端子9-N對應地電性連接該主充插頭2c的該主充正端子2c-P和該主充負端子2c-N，以及該電池主插座9的該電池通訊端子9-cm和該電池狀態端子9-st對應地電性連接該主充插頭2c的該主充通訊端子2c-cm和該主充電池狀態端子2c-st。

所以當市交流電輸入該主充機構2時，該主充電器2a即可以對該電池組3的各該串接的單體3-1,3-2,…,3-8(以較大電流)作整體充電，以及可在充電過程中實時的將電池管理系統(BMS)5所偵測得電池組的電壓、電流、溫度等資訊經由電池通訊埠5-cm、9-cm、2c-cm、2b-cm傳送至主充微控器2b。以及當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，或在充電過程中發現電池組有任何異常而產生一異常信號時，包括充電電流過大、電池組溫度過高、或單體有損壞等情況，即將此異常信號經由電池狀態埠5-st、9-st、2-st、2b-st傳送至主充微控器2b，該主充微控器2b再送出一個控制信號至主充電器2a，令該主充電器2a停止充電。

當該主充電器2a正常的停止充電時，該主充微控器2b即送出一電壓至平充信號輸出端子2b-bs。

二、平充模式

本實施例的平衡充電(簡稱平充)使用狀態係該平充機構4的該平充插頭4e連接該電池機構1的該單體電極插座7。若平衡充電有配合主充電作業，則再將該平充機構4的該平充信號接收端子4-bs亦連接該主充機構2的該平充信號輸出端子2b-bs。若平衡充電未配合主充電作業，則不必作此連接。

當該平充插頭4e完成連接該單體電極插座7後，該插座7的各該端子7-0~7-8,7-st,7-cm即對應電性連接該平充插頭4e的各該端子4e-0~4e-8,4e-st,4e-cm，進而使得該電池機構1的該電池組3的各該單體的電極，經由該插座7的各該端子7-0~7-8對應地電性連接該平充插頭4e的該單體充電端子4e-0~4e-8。以及該單體電極插座7的電池通訊端子7-cm和該電池狀態端子7-st亦分別對應地電性連接該平充插頭4e的該平充通訊端子4e-cm和該平充電池狀態端子4e-st。

其次，該平充插頭4e的各該端子4e-0~4e-8,4e-st,4e-cm，再經單體充電導線4e-d0~4e-d8連接至繼電器的接點。

當市交流電連接至該平充機構4的該平充市交流電輸入連接座4f時，平充的動作如下：

從該平充市交流電輸入連接座4f輸入的交流電，將連接至該平衡充電器6，產生一電壓為Vs之直流工作電壓源6a。

此時若該平充機構4有配合該主充機構2作業，則在主充電正常完成結束時，該主充微控器2b即送出一電壓至該平充信號輸出端子2b-bs，該端子2b-bs即連接該平充機構4的平充信號接收端子4-bs，將該主充微控器2b所送出的電壓連接至該平衡充電器6的該平充信號接收埠6-bs，此電壓即驅動該平衡充電器6內的電路(未示出)，將該工作電壓源6a的電壓Vs連接至該工作電壓輸出埠6-v。

而若該平充機構4未配合該主充機構2作業，則可以將該平衡充電器6之該工作電壓手動輸出開關6-sw按下，直接將該工作電壓源6a的電壓Vs連接至該工作電壓輸出埠6-v。

該工作電壓輸出埠6-v再連接至該平充微控器8a之該工作電壓輸入埠8a-v，提供該平充微控器8a所需的工作電壓。

其次，該平充插頭4e的該平充通訊端子4e-cm，連接至該平充微控器8a之該平充通訊埠8a-cm，故該平充微控器8a即可得知該電池機構1的該電池組3的單體串數；本實施例的單體串數為8個。

其次，該平充插頭4e的該平充電池狀態端子4e-st，連接至該平充微控器8a之該平充電池狀態埠8a-st，故該平充微控器8a即可得知該電池機構1的該電池組3的實時狀態。若該電池組3的狀態無異常，則該平充微控器8a之該平充控制埠8a-ctr即送出一控制電壓至該平衡充電器6之該平充控制埠6-ctr。

其次，該平充控制埠6-ctr之控制電壓即令該平衡充電器6產生一平衡充電電壓，並將正極連接至該平衡充電器6的該平充正極6-P，負極連接至該平衡充電器6的該平充負極6-N，此二該端子6-P和6-N則分別連接至該平充機構4的該繼電器4b-1所控制的該二組接點的主接點4d-1和4c-1，此處為說明方便，將以主接點表示該組繼電器。

其次，在圖1中所示的繼電器組的主接點4c-1~4c-8及4d-1~4d-8，均係連接在標示為0的位置(即繼電器處於未被激勵狀態下主接點所連接之位置)，為說明方便，將標示為(4c-1→0)、(4c-2→0)、…、(4c-8→0)及(4d-1→0)、(4d-2→0)、…、(4d-8→0)。

其次，而當一繼電器被激勵時，繼電器的主接點將跳接至標示為1的位置(即繼電器處於被激勵狀態下主接點所連接之位置)，例如繼電器4b-1被激勵時，其所控制的主點4c-1及4d-1均將跳接至標示為1的位置，亦即(4c-1→1)及(4d-1→1)。

其次，在該平充微控器8a之該平充控制埠8a-ctr送出一控制電壓至該平衡充電器6之該平充控制埠6-ctr的，同時，該平充微控器8a亦送出一驅動電 壓至該繼電器驅動信號組8b之驅動信號線8b-1，且該驅動電壓未送至該繼電器驅動信號組8b之驅動信號線8b-2~8b-8等位置，如此該驅動電壓即加至該驅動元件4a-1(圖1中所示為一電晶體，亦可採用場效電晶體)而激勵該繼電器4b-1，致使其所控制的二組接點的該二個主接點4d-1及4c-1均從接點0跳接至接點1，亦即將該平衡充電器6的該平充正極6-P及該平充負極6-N，分別經該主接點4d-1連接至其接點1及經該主接點4c-1連接至其接點1，表示為：(6-P)→(4d-1→1)及(6-N)→(4c-1→1)。

因此從圖1可知，在該繼電器4b-1被激勵後，完整的繼電器接點的連接情況如下：(6-P)→(4d-1→1)→(4d-8→0)→(4d-7→0)→…→(4d-2→0)→(4e-d1)→(4e-1)→插座7之(7-1)→(3-d1)→(單體1之正極)，以及(6-N)→(4c-1→1)→(4c-8→0)→(4c-7→0)→…→(4c-2→0)→(4e-d0)→(4e-0)→插座7之(7-0)→(3-d0)→(單體1之負極)，亦即該平衡充電器6對該單體1充電；此時，該平充微控器8a即送出一信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-1，顯示該單體3-1係充電中(例如以綠LED閃爍表示)。

當該平衡充電器6將該單體1充達預設的充電截止門檻值時即停止充電，此時該平衡充電器6的該平充控制埠6-ctr即送出一信號至該平充微控器8a的該平充控制埠8a-ctr。該平充微控器8a即送出一不同的信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-1，顯示充電完成(例如綠LED轉為恆亮)。

同時該平充微控器8a即計數充電次數為1，並將此計數值與應有的該電池組3的單體串數(8)作比較，得知仍有單體待充電，因此該平充微控器8a即除維持送一電壓至該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-1外，亦將此電壓送至 該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-2，因而激勵繼電器4b-2而使平衡充電的連接變成(此時繼電器4b-1及4b-2被激勵)如下：(6-P)→(4d-1→1)→(4d-8→0)→(4d-7→0)→…→(4d-2→1)→(4e-d2)→(4e-2)→插座7之(7-2)→(3-d2)→單體2之正極，以及(6-N)→(4c-1→1)→(4c-8→0)→(4c-7→0)→…→(4c-2→1)→(4e-d1)→(4e-1)→插座7之(7-1)→(3-d1)→單體2之負極；亦即該平衡充電器6對該單體2充電，此時，該平充微控器8a即送出一信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-2，顯示該單體3-2係充電中(綠LED閃爍)，而維持8c-1為充電完成的顯示(綠LED恆亮)。

當該平衡充電器6將該單體2充達預設的充電截止門檻值時即停止充電，此時該平衡充電器6的該平充控制埠6-ctr即送出一信號至該平充微控器8a的該平充控制埠8a-ctr。該平充微控器8a即送出一不同的信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-2，顯示充電完成(綠LED轉為恆亮)，同時維持顯示器8c-1為充電完成(綠LED恆亮)的顯示，亦即此時顯示器8c-1與顯示器8c-2均為綠LED恆亮。

同時該平充微控器8a即計數充電次數為2，並將此計數值與應有的該電池組3的單體串數(8)作比較，得知仍有單體待充電，因此該平充微控器8a即除維持送一電壓至該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-1外，亦將此電壓送至該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-3，因而激勵繼電器4b-2而使平衡充電的連接變成(此時繼電器4b-1及4b-3被激勵)：(6-P)→(4d-1→1)→(4d-8→0)→(4d-7→0)→…→(4d-3→1)→(4e-d3)→(4e-3)→插座7之(7-3)→(3-d3)→單體3之正極，以及(6-N)→(4c-1→1)→(4c-8→0)→(4c-7→0)→…→(4c-3→1)→(4e-d2)→(4e-2)→插座7之(7-2)→(3-d2)→單體3之負極。

依據上揭電連接形式，該平衡充電器6對該單體3充電；此時，該平充微控器8a即送出一信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-3，顯示該單體3-3係充電中(例如綠LED閃爍)，而維持顯示器8c-1及顯示器8c-2為充電完成的顯示(例如綠LED恆亮)。

當該平衡充電器6將該單體3充達預設的充電截止門檻值時即停止充電，此時該平衡充電器6的該平充控制埠6-ctr即送出一信號至該平充微控器8a的該平充控制埠8a-ctr。該平充微控器8a即送出一不同的信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-3，顯示充電完成(綠LED恆亮)，同時維持顯示器8c-1與顯示器8c-2為充電完成的顯示(綠LED恆亮)亦即此時顯示器8c-1、顯示器8c-2與顯示器8c-3均為綠LED恆亮。

同時該平充微控器8a即計數充電次數為3，並將此計數值與應有的該電池組3的單體串數(8個)作比較，得知仍有單體待充電，因此該平充微控器8a即除維持送一電壓至該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-1外，亦將此電壓送至該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-4，因而激勵繼電器4b-4(此時繼電器4b-1及4b-4被激勵)，繼續對單體4充電。

繼續此種充電方式，即可依次對單體3-4、3-5、…等的充電。假設已完成對該單體3-1、3-2、…、3-7的充電而要進行對該單體3-8充電時，該平充微控器8a即除維持送一電壓至該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-1外，亦將此電壓送至該繼電器驅動信號組8b的驅動信號線8b-8，因而激勵繼電器4b-8而使平衡充電的連接變成(此時繼電器4b-1及4b-8被激勵)： (6-P)→(4d-1→1)→(4d-8→1)→(4e-d8)→(4e-8)→插座7之(7-8)→(3-d8)→單體8之正極，以及(6-N)→(4c-1→1)→(4c-8→1)→(4e-d7)→(4e-7)→插座7之(7-7)→(3-d7)→單體8之負極。

依據上揭電連接形式，該平衡充電器6對該單體8充電。此時，該平充微控器8a即送出一信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-8，顯示該單體3-8係充電中(綠LED閃爍)，而維持顯示器8c-1~8c-7為充電完成的顯示(綠LED恆亮)。

當該平衡充電器6將該單體8充達預設的充電截止門檻值時即停止充電，此時該平衡充電器6的該平充控制埠6-ctr即送出一信號至該平充微控器8a的該平充控制埠8a-ctr。該平充微控器8a即送出一不同的信號至該單體平充狀態顯示組8c的顯示器8c-8，顯示充電完成(綠LED恆亮)，同時維持顯示器8c-1~8c-7為充電完成的顯示(綠LED恆亮)亦即此時顯示器8c-1~8c-8均為綠LED恆亮。

同時該平充微控器8a即計數充電次數為8，並將此計數值與應有的該電池組3的單體串數(8個)作比較，得知所有單體均已充電完成而結束整個平衡充電的作業。

而由於各該單體3-1,3-2,…,3-8均是由同一個該平衡充電器6充電完成，因此可使得各該單體3-1,3-2,…,3-8的電壓都充到絕對平衡一致，實現最大化均衡。

以上的平衡充電技術雖係對一具有8個單體的電池組的實施例作說明，實際上該技術並不受單體個數的限制，只要這些單體係安裝在同一個電池機構內就可以。

假設該單體的充電截止電壓為4.25V，該主充電器2a的充電電流為20A，該平衡充電器6的充電電流為2A，則在充電時，該主充電器2a的最大充電功率為4.25V/串* 8串* 20A=680W；該平衡充電器6的最大充電功率為4.25V/串* 1串* 2A=8.5W，僅為該主充電器2a的1.25%，此功率約與一般的手機充電器相當，故在實際應用上非常可行。

參考圖2的充電流程，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：

一電池機構連接一主充機構及一平充機構步驟，係藉由該電池機構的一插座(例如電池主插座)連接該主充機構的一插頭(例如主充插頭)，以及該電池機構的另一插座(例如單體電極插座)連接該平充機構的一插頭(例如平充插頭)，而使電力傳輸至該電池組。上述該平充機構可配合該主充機構使用或單獨使用，且該主充機構可與該平充機構合置於同一機殼內或分別放置。

一先進行主充電再輔以平衡充電步驟，其中該主充電器對該電池組整體充電，並在完成充電時，送出一信號至該平充機構，隨後該平衡充電器則對構成該電池組的各個單體依次充電。

一充達充電截止門檻步驟，係在主充電時當任一該單體的電壓被充達預設的充電截止門檻時，則主充電程序即停止。在停止充電的瞬間，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，係該主充電器在停止充電後(或平衡充電器未配合主充電器而單獨使用時)，該平衡充電器繼續對各個單體依次一一充電，當該平衡充電器將各個單體依次一一充達充電截止門檻而停充時，即完成整個充電程序。

根據第2圖所示及上述充電步驟，本創作的充電方法包含一充電模式選用步驟，係用以選擇單獨平充模式，或是主充模式加平充模式；一充電進行步驟，若選用單獨平充模式，則該平充機構對該電池機構的一電池組的各單體逐個進行充電，直至各該單體完成充電；若選用主充模式加平充模式，則該主充機構的一主充電器先對該電池機構的一電池組進行整體充電，並在完成充電時，送出一信號至該平充機構令一平衡充電器自動依次對該電池機構的該電池組的各單體一一進行充電。

是以，根據本實例揭示的結構組態及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。然而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:主充機構

2a:主充電器

2a-N:主充負極

2a-P:主充正極

2b:主充微控器

2b-bs:平充信號輸出端子

2b-cm:主充通訊埠

2b-st:主充電池狀態埠

2c:主充插頭

2c-cm:主充通訊端子

2c-st:主充電池狀態端子

2c-N:主充負端子

2c-P:主充正端子

2d:主充市交流電輸入連接座

2d-1:電線端子

2d-2:電線端子

2d-G:地線端子

3:電池組

3-1~3-8:單體

3-N:電池總負極

3-P:電池總正極

3-d0~3-d8:平充電流導線

4:平充機構

4-bs:平充信號接收端子

4a-1~4a-8:繼電器驅動元件組

4b-1~4b-8:繼電器組

4c-1~4c-8:繼電器接點

4d-1~4d-8:繼電器接點

4e:平充插頭

4e-0~4e-8:單體充電端子

4e-cm:平充通訊端子

4e-d0~4e-d8:單體充電導線

4e-st:平充電池狀態端子

4f:平充市交流電輸入連接座

4f-1:電線端子

4f-2:電線端子

4f-G:地線端子

5:電池管理系統(BMS)

5-0~5-8:單體電壓採樣線

5-A:主充電流採樣線

5-cm:電池通訊埠

5-st:電池狀態埠

5-T:電池組溫度採樣線

6:平衡充電器

6-bs:平充信號接收埠

6-ctr:平充控制埠

6-N:平充負極

6-P:平充正極

6-v:工作電壓輸出埠

6-sw:工作電壓手動輸出開關

6a:工作電壓源

7:單體電極插座

7-0~7-8:單體電極端子

7-cm:電池通訊端子

7-st:電池狀態端子

8:平充控制器

8a:平充微控器

8a-cm:平充通訊埠

8a-ctr:平充控制埠

8a-st:平充電池狀態埠

8a-v:工作電壓輸入埠

8b:繼電器驅動信號組

8b-1~8b-8:驅動信號線

8b-G:零電位線

8c:單體平充狀態顯示組

8c-1~8c-8:顯示器

9:電池主插座

9-cm:電池通訊端子

9-st:電池狀態端子

9-N:電池總負端子

9-P:電池總正端子

Claims (4)

1. 一種運用單一充電器作電池組平衡的系統，係一電池機構連接一主充機構及一平充機構，其特徵在於：該電池機構包含一電池組電性連接一電池管理系統；其次，該電池機構包含一單體電極插座及一電池主插座，其中該單體電極插座電性連接該電池組的各該單體的電極，該電池主插座電性連接電池組的該電池總正極、電池總負極與該電池管理系統；該主充機構包含一主充電器、一主充微控器、一主充插頭及一主充市交流電輸入連接座，其中該主充插頭電性連接該主充電器與該主充微控制；該平充機構包含一平衡充電器、一平充控制器、一繼電器組、一平充插頭及一平充市交流電輸入連接座，其中該平衡充電器電性連接該平充插頭與該繼電器組，以及該平充控制器電性連接該平衡充電器與該繼電器組，此外該平衡充電器電性連接該主充微控器；藉由該電池機構的該電池主插座連接該主充機構的該主充插頭，以及該電池機構的該單體電極插座連接該平充機構的該平充插頭，市交流電的電力可藉由該主充市交流電輸入連接座及該平充市交流電輸入連接座傳輸至該電池機構的電池組。
2. 一種運用單一充電器作電池組平衡的系統，係一電池機構連接一主充機構及一平充機構，其特徵在於：該電池機構包含一電池組、一電池管理系統、一單體電極插座及一電池主插座，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，其中s大於1；該電池管理系統具有一電池通訊埠及一電池狀態埠，以及該電池管理系統搭配s+1條的單體電壓採樣線電性連接該電池組的s個單體的s+1個電極；該單體電極插座具有s+1個單體電極端子、一電池通訊端子及一電池狀態端子，其中s+1個該單體電極端子分別電性連接該電池組的s個該單體的s+1個電極；該電池主插座具有一電池總正端子及一電池總負端子，該電池總正端子電性連接該電池總正極，該電池總負端子電性連接該電池總負極，以及該電池主插座具有一電池通訊端子及一電池狀態端子；其中，該單體電極插座的該電池通訊端子，以及該電池主插座的該電池通訊端子，電性連接該電池管理系統的該電池通訊埠；該單體電極插座的該電池狀態端子，以及該電池主插座的該電池狀態端子，電性連接該電池管理系統的該電池狀態埠；該主充機構包括一主充電器、一主充微控器、一主充插頭及一主充市交流電輸入連接座，其中：該主充電器具有一主充正極和一主充負極；該主充微控器具有一主充通訊埠、一主充電池狀態埠及一平充信號輸出端子；該主充插頭具有一主充正端子、一主充負端子、一主充通訊端子及一主充電池狀態端子，其中該主充正端子電性連接該主充正極，該主充負端子電性連 該主充負極，該主充通訊端子電性連接該主充通訊埠，該主充電池狀態端子電性連接該主充電池狀態埠；該主充市交流電輸入連接座係用以連接市交流電以提供電源給主充電器及該主充微控器；其中，該主充插頭的該主充正端子、該主充負端子、該主充通訊端子及該主充電池狀態端子分別用以連接該電池主插座的該電池總正端子、該電池總負端子、該電池通訊端子及該電池狀態端子；該平充機構包含一平衡充電器及一平充控制器，以及一繼電器組、s+1條單體充電導線、一平充插頭，其中：該平充插頭具有s+1個單體充電端子、一平充通訊端子及一平充電池狀態端子，該繼電器組包含複數繼電器並提供有複數繼電器接點，該平充插頭的各該單體充電端子分別電性連接該繼電器接點；該平衡充電器具有一平充正極和一平充負極、一平充信號接收埠、一平充控制埠及一工作電壓源、一工作電壓輸出埠及一工作電壓手動輸出開關，其中該平充正極與該平充負極分別電性連接二該繼電器接點，該平充信號接收埠用以電性連接該主充微控器的該平充信號輸出端子；該工作電壓源及該工作電壓輸出埠電性連接該工作電壓手動輸出開關；該平充控制器包含一平充微控器、一繼電器驅動信號組及一單體平充狀態顯示組，其中：該平充微控器電性連接該繼電器驅動信號組及該單體平充狀態顯示組，該平充微控器具有一工作電壓輸入埠電性連接該平衡充電器的該工作電壓輸出埠；該平充微控器具有一平充控制埠電性連接該平衡充電器的該平充控制 埠；該平充微控器具有一平充電池狀態埠及一平充通訊埠對應的電性連接該平充插頭的該平充電池狀態端子及該平充通訊端子。
3. 如申請專利範圍第2項所述之運用單一充電器作電池組平衡的系統，其中該主充機構具有一主充市交流電輸入連接座，該平充機構具有一平充市交流電輸入連接座，藉由該主充市交流電輸入連接座及該平充市交流電輸入連接座將市交流電的電力傳輸至該電池機構的電池組。
4. 如申請專利範圍第2項所述之運用單一充電器作電池組平衡的系統，更包含一主充電流感測器及一主充電流採樣線，其中該主充電流感測器位在該電池機構的總正極或總負極，該主充電流採樣線電性連接該電流感測器及該電池管理模組。

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