藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)及平衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)平衡控制方法及電池系統(tǒng)。電池系統(tǒng)平衡控制方法包括：在多個(gè)參考電阻之中的特定參考電阻設(shè)置于電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的多個(gè)電池模組中的特定電池模組中，以及多個(gè)參考電阻彼此串聯(lián)之后，將多個(gè)電池模組的總電壓轉(zhuǎn)換為參考電壓信息，其中多個(gè)電池模組之中每一電池模組包括至少一電池單元，以及參考電壓信息包括分別對應(yīng)于多個(gè)參考電阻的多組參考電壓準(zhǔn)位；以及根據(jù)多組參考電壓準(zhǔn)位之中對應(yīng)于特定參考電阻的一組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行特定電池模組的平衡控制。
【專利說明】藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)及平衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)，尤指一種藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)及平衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，環(huán)保意識逐漸增強(qiáng)，為了減緩自然環(huán)境的惡化，可反復(fù)儲存能量的二次電池被大量的鼓勵使用。舉例來說，目前世界各國積極發(fā)展并推動的電動車(ElectricVehicle, EV)或油電混合動力車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)就是很典型的例子。此夕卜，為了因應(yīng)大電壓驅(qū)動的機(jī)械，比如前述的電動車就需要十幾至數(shù)百伏特的電壓驅(qū)動，單一電池已無法負(fù)荷，必須串聯(lián)多個(gè)電池形成串聯(lián)電池系統(tǒng)才能提供足夠電壓。
[0003]串聯(lián)電池系統(tǒng)遇到的問題與單一電池面臨的問題不同。串聯(lián)電池系統(tǒng)中，由于個(gè)別電池的電性不一致，當(dāng)串聯(lián)電池?cái)?shù)目增加，電池間差異所造成的影響就愈加顯著，導(dǎo)致串聯(lián)電池系統(tǒng)中個(gè)別電池電量不平衡，發(fā)生過充或過放的情形，而無法充分利用串聯(lián)電池系統(tǒng)的蓄電能力，甚至?xí)s短串聯(lián)電池系統(tǒng)的使用壽命。因此，在使用串聯(lián)電池系統(tǒng)時(shí)，個(gè)別電池電量平衡是一個(gè)值得探討的議題。
[0004]根據(jù)相關(guān)技術(shù)，傳統(tǒng)串聯(lián)電池系統(tǒng)的平衡控制電路往往需要特別的設(shè)計(jì)，且存在如后所述的問題:欲改變串聯(lián)電池系統(tǒng)中所串的電池?cái)?shù)量時(shí)，即串聯(lián)電池系統(tǒng)輸出電壓規(guī)格需要更動時(shí)，平衡控制電路必須對應(yīng)地修改。另一方面，為因應(yīng)不同的使用者需求而造成平衡控制電路的設(shè)計(jì)更新，會使得串聯(lián)電池系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)組件(例如，某些外殼零件)也必須修改。前述狀況不僅有相關(guān)成本的增加的問題，在使用靈活度上也非常的匱乏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)及平衡控制方法，以解決上述問題。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)及平衡控制方法，以在不產(chǎn)生任何副作用的狀況下實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池模組之間的自動化平衡。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種藉助于參考電壓信息來進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)平衡控制方法，電池系統(tǒng)平衡控制方法應(yīng)用于一電源供應(yīng)裝置，電池系統(tǒng)平衡控制方法包括有下列步驟:在多個(gè)參考電阻中的一第一參考電阻設(shè)置于電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的多個(gè)電池模組之中的一第一電池模組中、多個(gè)參考電阻之中的一第二參考電阻設(shè)置于電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的多個(gè)電池模組之中的一第二電池模組中，以及多個(gè)參考電阻彼此串聯(lián)之后，將多個(gè)電池模組的一總電壓轉(zhuǎn)換為參考電壓信息，其中第一電池模組包括具有一第一電池電壓的一第一電池單元、第二電池模組包括具有一第二電池電壓的一第二電池單元，以及參考電壓信息包括對應(yīng)于第一參考電阻的一第一組參考電壓準(zhǔn)位以及對應(yīng)于第二參考電阻的一第二組參考電壓準(zhǔn)位；以及根據(jù)第一參考電阻所對應(yīng)的所述第一組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行所述第一電池模組的平衡控制(例如，主動式平衡控制和/或被動式平衡控制)，以及根據(jù)第二參考電阻所對應(yīng)的第二組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行第二電池模組的平衡控制(例如，主動式平衡控制和/或被動式平衡控制)。
[0008]本發(fā)明提供上述方法的同時(shí)，還對應(yīng)地提供了 一種藉助于參考電壓信息來進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)，電池系統(tǒng)包括一電源供應(yīng)裝置的至少一部分，更具體地說，電池系統(tǒng)包括一第一電池模組以及一第二電池模組。第一電池模組為電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的多個(gè)電池模組之中的一電池模組，其中第一電池模組包括一第一電池單元、一第一參考電阻以及一第一平衡控制電路。第一電池單元具有一第一電池電壓。第一參考電阻彼此串聯(lián)以將多個(gè)電池模組的一總電壓轉(zhuǎn)換為參考電壓信息的多個(gè)參考電阻的其中之一，其中多個(gè)參考電阻的第一參考電阻設(shè)置于第一電池模組之中以產(chǎn)生一第一組參考電壓準(zhǔn)位，以及參考電壓信息包括第一組參考電壓準(zhǔn)位。第一平衡控制電路電連接于第一電池單元及及第一參考電阻，用以根據(jù)第一參考電阻所對應(yīng)的第一組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行所述第一電池模組的平衡控制(例如，主動式平衡控制和/或被動式平衡控制)。第二電池模組為電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的多個(gè)電池模組之中的另一電池模組，其中第二電池模組包括一第二電池單元、一第二參考電阻以及一第二平衡控制電路。第二電池單元與第一電池單元串聯(lián)，且第二電池單元具有一第二電池電壓。所述第二參考電阻與第一參考電阻串聯(lián)，第二參考電阻彼此串聯(lián)以將多個(gè)電池模組的總電壓轉(zhuǎn)換為參考電壓信息的多個(gè)參考電阻的其中之另一，其中多個(gè)參考電阻的所述第二參考電阻設(shè)置于第二電池模組之中以產(chǎn)生一第二組參考電壓準(zhǔn)位，以及參考電壓信息包括第二組參考電壓準(zhǔn)位。第二平衡控制電路電連接于第二電池單元及及第二參考電阻，用以根據(jù)第二參考電阻所對應(yīng)的第二組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行第二電池模組的平衡控制(例如，主動式平衡控制和/或被動式平衡控制)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)及平衡控制方法，能在不產(chǎn)生任何副作用的狀況下實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池模組之間的自動化平衡。另外，本發(fā)明的電池系統(tǒng)及其平衡控制方法不受電池模組個(gè)數(shù)的限制，可實(shí)現(xiàn)具有多個(gè)電池模組的電源供應(yīng)裝置的自我平衡。因此，根據(jù)本發(fā)明的電池系統(tǒng)及其平衡控制方法所實(shí)現(xiàn)的電源供應(yīng)裝置可提供高電壓輸出，同時(shí)避免電量較低的電池模組發(fā)生使用壽命縮短的問題。本發(fā)明的電池系統(tǒng)及其平衡控制方法對于電源供應(yīng)裝置的制造、測試、安裝、使用、檢修(例如:抽換故障的電池模組)和/或彈性升級(例如:藉由新增或移除至少一電池模組來改變輸出電壓的規(guī)格)均有極大的幫助。再者，基于本發(fā)明的電池系統(tǒng)及其平衡控制方法可輕易地實(shí)作出一電源供應(yīng)裝置以及達(dá)成低成本的目標(biāo)，而無需模組間通信(inter-modulecommunication)，也不會產(chǎn)生累積誤差?；诒景l(fā)明的電池系統(tǒng)及其平衡控制方法所實(shí)現(xiàn)的所述電源供應(yīng)裝置可經(jīng)由模組化而為可組態(tài)的(configurable)，并且彼此串聯(lián)的電池模組的個(gè)數(shù)對于其平衡速度僅有最低限度的影響。
[0010]通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明藉助于參考電壓信息來進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)一實(shí)施例的示意圖。
[0012]圖2為圖1所示電池系統(tǒng)的電池平衡控制方法的流程圖。[0013]圖3為圖1所示電池系統(tǒng)更詳細(xì)的示意圖。
[0014]圖4為圖1所示電池系統(tǒng)的平衡控制電路圖。
[0015]圖5為圖1所示電池系統(tǒng)的另一平衡控制電路圖。
[0016]圖6為圖1所示電池系統(tǒng)的平衡電路圖。
[0017]【符號說明】
[0018]100電池系統(tǒng)
[0019]110-N, IlO-(N-1), 110-(N-2),…，110-1 電池模組
[0020]112-N, 112-(N-1), 112-(N-2),…，112-1 印刷電路板
[0021]PCB
[0022]116-X平衡電路
[0023]114-X平衡控制電路
[0024]118-N, 118- (N-1)，118- (N-2)，…，118-1 外殼
[0025]200電池系統(tǒng)平衡控制
[0026]方法
[0027]210、220步驟
[0028]410分壓模組
[0029]BAn, BAh，BAn_2，- ,BA1電池單元
[0030]Vn, νΝ_υ VN_2，…，V1電池電壓
[0031]Vx
[0032]PAK+, PAK-系統(tǒng)電池端子
[0033]VREFn, VREFim, VREFn_2，…，VREF1端子
[0034]GNDn, GNDh，GNDn_2，…，GND1
[0035]VREFx, GNDx, VFBx, VFAx
[0036]NA、NB
[0037]Rn, Rh，Rn_2，…，Ri參考電阻
[0038]Vavg參考電壓 [0039]ETIn, ET V” ΕΤ1ν_2，…，ETli外接端子
[0040]ΕΤ2ν, ΕΤ2ν_1, ΕΤ2ν_2，…，ΕΤ2!
[0041]T1N，TV1JV2，…，Tl1內(nèi)部端子
[0042]Τ2Ν，Τ2Ν_” Τ2Ν_2，…，Τ2ι
[0043]TI (X)、T2 (X)、T3 (X)、Τ4 (X)
[0044]O 導(dǎo)線
[0045]OPa> OPb > OPc運(yùn)算放大器
[0046]CPx比較器
[0047]R0、Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R/3 電阻
[0048]BBon控制端子
[0049]LP ⑴、LS (X)繞組
[0050]Q(X)金氧半場效晶體管
[0051]D ⑴、DjX)二極管[0052]C(X)電容【具體實(shí)施方式】
[0053]現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。
[0054]第I圖為本發(fā)明藉助于參考電壓信息來進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)100 —實(shí)施例的示意圖，其中電池系統(tǒng)100包括一電源供應(yīng)裝置的至少一部分(例如一部分或全部)，而所述電源供應(yīng)裝置的例子可包括(但不限于)備援電源供應(yīng)器。例如:電池系統(tǒng)100可包括電源供應(yīng)裝置當(dāng)中的電氣系統(tǒng)，而電氣系統(tǒng)包括電源供應(yīng)裝置的至少一控制電路。又例如:電池系統(tǒng)100可包括電源供應(yīng)裝置的整體。這只是為了說明的目的而已，并非用來作為本發(fā)明的限制。根據(jù)此實(shí)施例的一變化例，電池系統(tǒng)100可代表電氣系統(tǒng)當(dāng)中除了電池之外的部分，諸如上述的至少一控制電路。根據(jù)此實(shí)施例的另一變化例，電池系統(tǒng)100可代表包括電源供應(yīng)裝置的一系統(tǒng)，而電源供應(yīng)裝置為這個(gè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。
[0055]于此實(shí)施例中，電池系統(tǒng)100可包括電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的一組電池模組{110-n}，諸如第I圖所示的多個(gè)電池模組{110-N, IlO-(N-1)，110-(N—2)，…，110—1}，其中符號「N」可代表大于I的正整數(shù)，以及索引η可為落入?yún)^(qū)間[1，N]的范圍的正整數(shù)。另外，上述的一組電池模組之中的每一電池模組，諸如多個(gè)電池模組{110-N, IlO-(N-1), HO-(Ν-2),…，110-1 }之中的電池模組110-η，可包括至少一電池單元(例如，一個(gè)或多個(gè)電池單元)。為了簡潔起見，無論電池模組110-n包括單一電池單元或多個(gè)電池單元，電池模組110-n所包括的所述至少一電池單元可稱作電池單元BAn。如第I圖所示，多個(gè)電池單元{BAn，BAn_” BAn_2，...，BA1}分別位于多個(gè)電池模組{110-N, IlO-(N-1)，110-(N-2)，…，110-1}之中。更具體地說，多個(gè)電池單元{BAN，BAN_i，BAN_2，一,BAl}可分別位于多個(gè)電池模組{I10-N, IlO-(N-1), 110-(N-2)，…，110-1}的外殼之中，其中多個(gè)電池單元{BAN, BAN_” BAN_2，...，BA1}彼此串聯(lián)。另外，電池單元BAn的二端子之間的電池電壓Vn，諸如分別對應(yīng)于多個(gè)電池單兀{BAn, BAn^1, BAn_2,…，BA1}的多個(gè)電池電壓{VN, Y^1, VN_2,…，VI},可基于電池模組110-n的平衡控制(例如，主動平衡控制和/或被動平衡控制)來調(diào)整。
[0056]由第I圖可知，電池系統(tǒng)100還可包括多個(gè)參考電阻{R}，以供上述平衡控制之用。于此實(shí)施例中，多個(gè)參考電阻{R}(例如，第I圖所不的多個(gè)參考電阻{Rn, Rh, Rn-2,…，R1})之中任兩個(gè)參考電阻的電阻值彼此相等。舉例來說，多個(gè)參考電阻{R}(例如，多個(gè)參考電阻，…，R1})可為彼此串聯(lián)于多個(gè)電池單元{BAN，BAN_i，BAN_2，…，BA1}的正端子與負(fù)端子(例如，此實(shí)施例所示之多個(gè)系統(tǒng)電池端子PAK+與PAK-)之間的一串高精度(high-precision)且等電阻值的多個(gè)電阻。實(shí)際上，多個(gè)參考電阻{R}可彼此電性串聯(lián)以將一組電池模組的總電壓(亦即，多個(gè)電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(N-2)，…，110-1}的多個(gè)電池單元{BAn, BAn+ΒΑν_2, *..,ΒΑ1}的總電壓)轉(zhuǎn)換為上述參考電壓信息，其中參考電壓信息可包括分別對應(yīng)于多個(gè)參考電阻{R}的多組參考電壓準(zhǔn)位，諸如第I圖所示的多個(gè)端子{ IVREFn, GNDJ，IVREFim, GNDn_J，{VREFN_2，GNDn_2}，…，{VREF1，GNDI}}的參考電壓準(zhǔn)位。為了便于理解，第I圖所示的多個(gè)端子{ IVREFn, GNDJ，IVREFn+ GNDnJ，{VREFN_2，GNDN_2}，…，{VREFI，GND1:H 的參考電壓準(zhǔn)位可分別以{{VREFN，GNDj，(VREFn^1, GNDn_J , {VREFN_2，GNDn_2}，…，{VREF1，GND1}}來表示之。
[0057]于此實(shí)施例中，多個(gè)參考電阻{R}之中每一電阻的跨壓可以是一參考電壓(average battery block voltage) VAve,其為若所有的電池區(qū)塊(例如,第I圖所示的多個(gè)電池單元{BAn，BAn^1, BAn_2，…，BA1})處于平衡的情形下，則每一電池區(qū)塊(例如，多個(gè)電池單元{ΒΑ,,ΒΑη,ΒΑμ,-,ΒΑΙ}之中的電池單元BAn)應(yīng)具有的電壓。為了簡潔起見，參考電壓Vatc可稱作平均電壓。具體來說，當(dāng)?shù)贗圖所示的一特定電池區(qū)塊的電池電壓VX，諸如第I圖所示的多個(gè)電池單元{ΒΑν,ΒΑη,ΒΑμ，一,BAl}之中的一電池單元BAX (亦即，一特定電池模組IlO-X的上述至少一電池單元，其中特定電池模組110-Χ為一組電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(Ν-2)，…，110-1}的其中之一，諸如一組電池模組{110-Ν，IlO-(N-1),110-(Ν-2),…，110-1}之中的任一電池模組)，超過平均電壓VAve —預(yù)定值時(shí)(例如,一默認(rèn)值(Vmc+A I))，可啟用特定電池模組110-X的一平衡電路(例如，一被動式平衡電路或一主動式平衡電路)以將能量自特定電池模組110-X的電池區(qū)塊之中移除或?qū)⒛芰吭黾又撂囟姵啬＝M110-X的電池區(qū)塊，進(jìn)而減少或增加電池電壓VX直到電池電壓VX少于或大于另一預(yù)定值(例如，一默認(rèn)值Vatc- λ 2))為止。
[0058]舉例來說，當(dāng)偵測出電池電壓VX大于平均電壓Vatc —預(yù)定值時(shí)(例如，一默認(rèn)值(Vavg+Δ I))，可啟用特定電池模組110-Χ的上述平衡電路以將能量自特定電池模組110-Χ的電池區(qū)塊之中移除，因而減少電池電壓VX直到電池電壓VX少于另一預(yù)定值(例如，一默認(rèn)值(Vatc-A2))為止。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。于另一例子中，當(dāng)偵測出電池電壓VX小于平均電壓Vatc —預(yù)定值時(shí)(例如，一默認(rèn)值(Vatc-A I)，可啟用特定電池模組110-X的上述平衡電路以將能量增加至特定電池模組110-X的電池區(qū)塊，因而減少電池電壓VX直到電池電壓VX大于另一預(yù)定值(例如，一默認(rèn)值(VAve+Λ 2))為止。 [0059]基于第I圖所示的架構(gòu)，可輕易地實(shí)作出電源供應(yīng)裝置以及達(dá)成低成本的目標(biāo)，而無需模組間通信，也不會產(chǎn)生累積誤差。另外，基于第I圖所示的架構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的電源供應(yīng)裝置可經(jīng)由模組化而為可組態(tài)的(configurable)，以及彼此串聯(lián)的電池模組的個(gè)數(shù)「N」對于其平衡速度僅有最低限度的影響。
[0060]第2圖為本發(fā)明藉助于參考電壓信息來進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)的平衡控制方法200的流程圖。電池系統(tǒng)平衡控制方法200可應(yīng)用于第I圖所示的電池系統(tǒng)100。電池系統(tǒng)平衡控制方法200說明如下:
[0061]于步驟210中，在多個(gè)參考電阻{R}之中的一特定參考電阻R設(shè)置于電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的一組電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(N-2)，…，110-1}之中的特定電池模組110-X中，以及多個(gè)參考電阻{R}彼此串聯(lián)之后，多個(gè)參考電阻{R}將該組電池模組{110-N, IlO-(N-1), HO-(N-2),..., 110-1}的一總電壓轉(zhuǎn)換為參考電壓信息，其中該組電池模組之中的每一電池模組包括至少一電池單兀。舉例來說，參考電壓信息可包括分別于多個(gè)端子{ IVREFn, GNDJ，IVREFim, GNDn_J，{VREFN_2，GNDn_2}，…，{VREF1，GNDI}}的多組參考電壓準(zhǔn)位{{VREFn, GNDJ，IVREFim, GNDn_J，{VREFN_2，GNDn_2}，…，{VREFI, GNDI}}，其中上述總電壓可以是上述多個(gè)系統(tǒng)電池端子PAK+與PAK-之間的電池電壓Vo。
[0062]于步驟220中，電池系統(tǒng)100可根據(jù)至少一部分(例如，一部分或全部)的參考電壓信息來對特定電池模組110-X進(jìn)行平衡控制(例如，主動平衡控制和/或被動平衡控制)。更具體地說，特定電池模組110-X的平衡控制電路可根據(jù)多個(gè)端子{{VREFN，GNDn}，{VREFn_i，GNDn_J，{VREFn_2，GNDn_2}，…，{VREF1，GNDI}}的多組參考電壓準(zhǔn)位{{VREFn, GNDnI，(VREFn^1，GNDnJ，{VREFn_2，GNDn_2}，，...，{VREFI, GNDI}}之中對應(yīng)于步驟210的特定參考電阻的一組參考電壓準(zhǔn)位(例如，特定電池模組IlO-X之中一組端子IVREFx, GNDxI的該組參考電壓準(zhǔn)位{VREFX, GNDxI )來進(jìn)行特定電池模組IlO-X的平衡控制(例如，主動平衡控制和/或被動平衡控制)。
[0063]由第2圖可知，電池系統(tǒng)平衡控制方法200可基于上述的特定參考電阻R來說明之，然而，此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。請注意，可對電池系統(tǒng)平衡控制方法200作適當(dāng)變化，舉例來說，步驟210與步驟220的之操作可基于多個(gè)參考電阻{R}之中的兩個(gè)或多個(gè)參考電阻來進(jìn)行。更具體地說，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，電池系統(tǒng)平衡控制方法200可包括下列步驟:在多個(gè)參考電阻{R}之中的一第一參考電阻設(shè)置于電源供應(yīng)裝置之中彼此串聯(lián)的一組電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(N-2),…，110-1}之中的一第一電池模組中、多個(gè)參考電阻{R}之中的一第二參考電阻設(shè)置于該組電池模組{110-N，110-(N-1)，110-(N-2)，…，110-1}之中的一第二電池模組中，以及多個(gè)參考電阻{R}彼此串聯(lián)之后，將該組電池模組{110-N，IlO-(N-1), HO-(N-2),..., 110-1}的總電壓轉(zhuǎn)換為參考電壓信息，其中第一電池模組包括具有一第一電池電壓的一第一電池單元、第二電池模組包括具有一第二電池電壓的一第二電池單兀，以及參考電壓信息包括對應(yīng)于第一參考電阻的一第一組參考電壓準(zhǔn)位以及對應(yīng)于第二參考電阻的一第二組參考電壓準(zhǔn)位；以及電池系統(tǒng)100系根據(jù)第一參考電阻所對應(yīng)的第一組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行第一電池模組的平衡控制(例如，主動式平衡控制和/或被動式平衡控制)，以及根據(jù)第二參考電阻所對應(yīng)的第二組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行第二電池模組的平衡控制(例如，主動式平衡控制和/或被動式平衡控制)。舉例來說，第一參考電阻的電阻誤差值可小于0.1%。于另一例子中，第一參考電阻的電阻值可大于一千歐姆。于又一例子中，第一參考電阻的電阻值可大于一千歐姆，以及所述第一參考電阻的電阻誤差值可小于0.1%。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，當(dāng)?shù)谝浑姵仉妷捍笥诘谝唤M參考電壓準(zhǔn)位之間的一電壓差所對應(yīng)的一第一參考電壓時(shí)，第一平衡控制電路可控制第一電池單兀進(jìn)行放電。以上僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明之限制。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，第一參考電阻可被分割成一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻，其中第一電阻的電阻值以及第三電阻的電阻值均是第一參考電阻的五分之二，且第二電阻的電阻值為第一參考電阻的五分之一。更具體地說，基于第一組參考電壓準(zhǔn)位之間的電壓差所對應(yīng)的第一參考電壓，第一平衡控制電路可選擇性地控制第一電池單元進(jìn)行放電，其中第一參考電壓可為第二電阻的跨壓。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，第一平衡控制電路可基于第一組參考電壓準(zhǔn)位之間的電壓差所對應(yīng)的第一參考電壓，選擇性地控制第一電池單元進(jìn)行放電，其中第一平衡控制電路可包括一第一比較器。第一比較器可包括一正端子以及一負(fù)端子，其中第一參考電壓輸入至正端子，以及第一電池電壓輸入至負(fù)端子。于一實(shí)施例中，第一比較器的輸入阻抗可大于IG歐姆。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，第一平衡控制電路可為一被動式平衡電路。然而，此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，第一平衡控制電路可為一主動式平衡電路。
[0067]第3圖為第I圖所示電池系統(tǒng)100更詳細(xì)的示意圖，其中第2圖所示的電池系統(tǒng)平衡控制方法200所涉及的控制機(jī)制亦在此實(shí)施例說明。由第3圖可知，一組電池模組{I10-N, IlO-(N-1), 110-(N-2),…，110-1}之中的每一電池模組(例如，電池模組110-n)可包括一印刷電路板(printed circuit board(PCB))(例如，多個(gè)印刷電路板{112-N, ΙΙ^ΗΝ-?) ， 112_(N_2) ， …， 112-1}之中相對應(yīng)的印刷電路板112-n)，并另可包括一外殼(例如，多個(gè)外殼{118-N，118-(N-1)，118-(N-2)，…，118-1}之中相對應(yīng)的外殼118_n)。另外，一組電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(N-2)，…，110-1}之中每一電池模組的外殼，諸如電池模組110-n的外殼118-n，可包括二外接端子ET2n與ETln，其中二外接端子ET2n與ETln分別電連接于設(shè)置于印刷電路板112-n上的參考電阻R的二端子。請注意，多組外接端子{{ET1N, ETlJ , {ET2n_1,ET1n_1}, {ET1n_2，ET1n_2}，…，{ET21，ET11}}可用來電性串聯(lián)多個(gè)參考電阻{R}(例如，第2圖所示的多個(gè)參考電阻{Rn，Rn_1； Rn_2，…，R1})。
[0068]根據(jù)本實(shí)施例，多個(gè)參考電阻{R}分別設(shè)置于一組電池模組{110-N，IlO-(N-1), I10-(N-2),…，110-1}的多個(gè)印刷電路板{112-N, 112-(N-1), 112-(N_2),…，112-1}上，因此，上述印刷電路板112-n可用來設(shè)置多個(gè)參考電阻{R}的其中之一，諸如電池模組110-n的參考電阻R。另外，上述外殼118-n可用來保護(hù)電池模組110-n之中的一個(gè)或多個(gè)組件，更具體地說，上述外殼118-n可用來保護(hù)印刷電路板112-n以及設(shè)置于印刷電路板112_n上的參考電阻R，而上述電池模組110-n之中的一個(gè)或多個(gè)組件可包括印刷電路板112-n以及設(shè)置于印刷電路板112-n上的參考電阻R。舉例來說，特定電池模組110-X可包括一外殼118-X，其可用來保護(hù)特定電池模組IIO-X之中的一個(gè)或多個(gè)組件，諸如印刷電路板112-X以及設(shè)置于印刷電路板112-X上的參考電阻R。特定電池模組110-X的外殼118-X可包括二外接端子ET2X與ET1X，其中二外接端子ET2X與ETlX分別電連接于設(shè)置于印刷電路板112-X上的參考電阻R的二端子，而二外接端子ET2X與ETlX的至少其一可用來電性串聯(lián)多個(gè)參考電阻{R}。
[0069]實(shí)際上，多個(gè)印刷電路板{112-N，112-(N-1)，112-(N-2)，…，112-1}之中任兩個(gè)印刷電路板均可具有相同的布局(layout)以節(jié)省相關(guān)的成本。由第3圖可知，每一電池模組的印刷電路板，諸如上述電池模組110-n的印刷電路板112-n，可包括一第一內(nèi)部端子Tln以及一第二內(nèi)部端子Tin，其中第一內(nèi)部端子Tln以及第二內(nèi)部端子Tln電連接于電池模組110-n的電池單元BAn的二端子。于此實(shí)施例中，多組內(nèi)部端子{T2N，T1n}，{T2N-1, TIn-J , {T2N-2，T1n_2}，…，{T21，T11}}可分別位于多個(gè)印刷電路板{112-Ν，112_(N_1)，112-(N-2),-,112-1}的一側(cè)。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。根據(jù)此實(shí)施例的某些變化例，可改變多組內(nèi)部端子{T2N，T1n}，M-11TVJ, {T2N-2，T1n_2}，…，{T21，T11}}位于多個(gè)印刷電路板{112-Ν，112-(Ν-1)，112-(Ν-2)，…，112-1}的位置。
[0070]更具體地說，對于步驟210之中的特定電池模組110-Χ來說，特定電池模組110-Χ的印刷電路板112-Χ可包括第一內(nèi)部端子TlX以及第二內(nèi)部端子Τ1Χ，其中第一內(nèi)部端子TlX以及第二內(nèi)部端子TlX電連接于電池模組IIO-X之電池單元BAX的二端子。舉例來說，在特定電池模組110-Χ為位于彼此串聯(lián)的一組電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(Ν-2)，…，110-1}之中的一第一電池模組110-1的情形下，一導(dǎo)線(wire)(例如，標(biāo)示為「O」的電阻，代表其電阻值為零)設(shè)置于特定電池模組110-X的印刷電路板112-X (例如，特定電池模組110-1的印刷電路板112-1)上以將第一內(nèi)部端子Tll電連接于設(shè)置于印刷電路板112-1上的特定參考電阻R的二端子的其中之一，以及第二內(nèi)部端子T21并未電連接于上述特定參考電阻(例如，設(shè)置于印刷電路板112-1上的特定參考電阻R)的二端子的其中之另一。于另一例子中，在特定電池模組110-X既不是位于彼此串聯(lián)的一組電池模組{110-N，110-(N-1),110-(N-2),..., 110-1}之中的第一電池模組110-1、也不是最后電池模組110-N的情形下，第一內(nèi)部端子TlX并未電連接于設(shè)置在特定電池模組110-X的印刷電路板112-X上的特定參考電阻R的二端子的其中之一，以及第二內(nèi)部端子T2X并未電連接于設(shè)置在特定電池模組110-X的印刷電路板112-X上的特定參考電阻R的二端子的其中之另一。在另一例子中，在特定電池模組110-X為位于彼此串聯(lián)的一組電池模組{110-N，IlO-(N-1), 110-(Ν-
2),..., 110-1} 之中的最后電池模組110-Ν的情形下，一導(dǎo)線(例如，標(biāo)示為「O」的電阻，代表其電阻值為零)設(shè)置于特定電池模組110-Χ的印刷電路板112-Χ上(例如，特定電池模組110-Ν的印刷電路板112-Ν上)以將第二內(nèi)部端子Τ2Ν電連接于設(shè)置在印刷電路板112-Ν上的特定參考電阻R的二端子的其中之一，以及第一內(nèi)部端子TlN并未電連接于設(shè)置在印刷電路板112-Ν上的特定參考電阻R的二端子的其中之另一。
[0071]請注意，對于步驟210之中的特定電池模組IIO-X來說，在電池區(qū)塊平衡的實(shí)施例中，多組端子{VREFX，GNDX}的參考電壓準(zhǔn)位{VREFX，GND5J可作為第3圖所示的相對應(yīng)電池區(qū)塊的電壓準(zhǔn)位(例如,特定電池模組IIO-X之中的電池單元BAX)。舉例來說，電池系統(tǒng)100可根據(jù)下列方程式來工作:
[0072](VREFx-GNDx) = (Vo/N);
[0073]其中上述方程式的符號「Vo」可代表相對應(yīng)的電池組電壓(pack voltage)(例如，上述電池電壓Vo)，以及上述方程式的符號「N」可代表彼此串聯(lián)的電池區(qū)塊的個(gè)數(shù)(例如，上述一組電池模組{110- N, IlO-(N-1), 110-(N-2),…，110-1}的電池模組的個(gè)數(shù))。實(shí)際上，多個(gè)電阻{R}可為高精度電阻(high accuracy resistor),以及電池區(qū)塊的內(nèi)部電路的阻抗可大于電阻R以使參考電壓準(zhǔn)位VREFx (更具體地說，電池電壓(VREFx-GNDx)受到最小的影響。舉例來說，多個(gè)電阻{R}可以分別是誤差值位于0.1%內(nèi)的多個(gè)電阻。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。于另一例子中，多個(gè)電阻{R}可以分別是誤差值位于0.5%內(nèi)的多個(gè)電阻。
[0074]第4圖為第I圖所示電池系統(tǒng)100的平衡控制電路圖，其中第2圖所示電池系統(tǒng)平衡控制方法200所涉及的控制機(jī)制亦于此實(shí)施例說明。于此實(shí)施例中，電池系統(tǒng)100可包括至少一平衡控制電路，至少一平衡控制電路可用來進(jìn)行位于一組電池模組{110-N，110-(N-1), 110-(N-2),..., 110-1}之中至少一電池模組的平衡控制。舉例來說，上述特定電池模組110-X可包括至少一平衡控制電路(例如，一主動式平衡控制電路和/或一被動式平衡控制電路)，其電連接于特定參考電阻，并可根據(jù)對應(yīng)于特定參考電阻的一組參考電壓準(zhǔn)位(例如，組端子{VREFX，GND5J的多個(gè)參考電壓準(zhǔn)位{VREFX，GNDj )來進(jìn)行特定電池模組110-X的平衡控制(例如，主動式平衡控制和/或被動式平衡控制)。實(shí)際上，特定電池模組110-X的上述至少一平衡控制電路可利用特定電池模組110-X的印刷電路板112-X來實(shí)現(xiàn)，更具體地說，上述至少一平衡控制電路可包括至少一部分的印刷電路板112-X以及設(shè)置于印刷電路板112-X上的某些組件。
[0075]第4圖所示的架構(gòu)可作為特定電池模組110-X的上述至少一平衡控制電路的一個(gè)實(shí)施例。由第4圖可知，平衡控制電路114-X可包括多個(gè)運(yùn)算放大器0Pa、0Pb與OPc，以及一比較器CPx，并另可包括多個(gè)阻抗組件，其中多個(gè)阻抗組件可包括多個(gè)電容(例如，第4圖的左半部所繪示的電容)以及多個(gè)電阻(例如，第4圖所示的多個(gè)電阻R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7與R8，以及標(biāo)示為「R」的電阻)。另外，平衡控制電路114-X另可包括多個(gè)二極管(例如，電連接于比較器CPx的正輸入端子的二極管，以及電連接于運(yùn)算放大器OPb的正輸入端子的齊納二極管(Zener diode))。請注意，第4圖所繪示的三角形接地符號可視為特定電池模組110-X的本地接地(local ground)(例如，端子GNDx的參考電壓準(zhǔn)位GNDx),以及第4圖所繪示的參考電壓準(zhǔn)位+IOV為大于端子GNDx的參考電壓準(zhǔn)位GNDxIO伏特的電壓準(zhǔn)位。
[0076]于第4圖所示的分壓模組(voltage dividing module)410之中，分壓模組410之中的電阻配置可通過多個(gè)端子VFBx與VFAx來提供參考電壓，其中端子VFBx可電連接于端子VREFx,，以及端子VFAx可電連接于端子GNDX。請注意，以上僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。于另一實(shí)施例中，可對模組410之中的電阻配置作適當(dāng)變化。另外，由于分壓模組410之中電阻值等于設(shè)置于印刷電路板112-X上的特定參考電阻值R，因此，相對于特定電池模組110-X的本地接地的電壓準(zhǔn)位(亦即，端子GNDx的參考電壓準(zhǔn)位GNDx)來說，多個(gè)運(yùn)算放大器OPa與OPb的輸出端子的電壓準(zhǔn)位可分別為VX與O。為了簡潔起見以及更了解本發(fā)明的技術(shù)特征，本地接地(例如，端子GNDx的參考電壓準(zhǔn)位GNDx)可視為零電壓準(zhǔn)位，因此，電池電壓VX (亦即，(VREFx-GNDx))可視為VREFX。
[0077]由于第4圖所示的架構(gòu)的運(yùn)作，特定電池模組110-X的平衡控制電路114-X可于平衡電路114-X的控制端子BBON產(chǎn)生一區(qū)塊平衡啟用信號(block balancing turn-onsignal),以控制是否要啟用(或致能)特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡。舉例來說，當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一低準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被致能，以及當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一高準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被禁能。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。根據(jù)本實(shí)施例的某些變化例，當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一高準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被致能，以及當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一低準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被禁能。
[0078]實(shí)際上，平衡控制電路114-X的所有的電阻可分別為誤差值位于0.1%內(nèi)的多個(gè)電阻。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。于另一例子中，多個(gè)電阻{R}可以分別是誤差值位于0.5%內(nèi)的多個(gè)電阻。另外，在平衡控制電路114-X的控制下，位于特定電池模組110-X之中的上述平衡電路(例如，上述被動式平衡電路或主動式平衡電路)可用來選擇性地進(jìn)行特定電池模組110-X的之區(qū)塊平衡操作。為了簡潔起見，與前述實(shí)施例相仿之處在此便不再贅述。
[0079]第5圖為第I圖所示電池系統(tǒng)100的另一平衡控制電路圖，其中第2圖所示電池系統(tǒng)平衡控制方法200所涉及的控制機(jī)制亦于此實(shí)施例說明。由第5圖可知，第5圖所示的架構(gòu)中大部份的組件相同于第4圖所示架構(gòu)中的組件。值得注意的是，于此實(shí)施例中，端子VFBx可電連接于端子NB，以及端子VFAx可電連接于端子NA。于第5圖所示的分壓模組410之中，標(biāo)示為「R/3」的該組電阻的電阻排列配置可用來調(diào)整多個(gè)端子VFBx與VFAx的共模范圍(common mode range)。標(biāo)不為「R/3」的該組電阻之中每一電阻的電阻值可為設(shè)置于印刷電路板112-X上的特定參考電阻R的電阻值的三分之一(亦即，1/3)。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。于另一例子中，可改變分壓模組410的電阻比例。另外，由于標(biāo)示為「R/3」的該組電阻之中每一電阻的電阻值可為設(shè)置于印刷電路板112-X上的特定參考電阻R的電阻值的三分之一(亦即，1/3)，因此，相對于特定電池模組110-X的本地接地(亦即，端子GNDx的參考電壓準(zhǔn)位GNDx)來說，多個(gè)運(yùn)算放大器OPa與OPb的輸出端子的電壓準(zhǔn)位可分別為(2/3)VX與(1/3)VX。為了簡潔起見以及對本發(fā)明的技術(shù)特征有進(jìn)一步了解，可將本地接地(例如，端子GNDx的參考電壓準(zhǔn)位GNDx)視為零電壓，因此，電池電壓VX(亦即，(VREFx-GNDx))可視為電壓 VREFxo 另外，多個(gè)電阻{RO, Rl, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8}的電阻值可分別以{RO，Rl, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8}來表示。舉例來說，運(yùn)算放大器OPc的輸出端的電壓準(zhǔn)位VRX可以下列式子來表示:
[0080]VRX= {[ (2*VREFx/3) - (VREFx/3) ] /R3} *R2+ (2*VREFx/3)
[0081]= [R2/R4+1]*(VREFx/3) =0.5*VREFX (若 R4=2*R2)
[0082]由于第5圖所示的架構(gòu)的原理，特定電池模組110-X的平衡電路114-X于平衡電路114-X的控制端子BBON產(chǎn)生一區(qū)塊平衡啟用信號，以控制是否要啟用(或致能)特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡。舉例來說，當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一低準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被致能，以及當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一高準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被禁能。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。根據(jù)本實(shí)施例某些變化例，當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一高準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被致能，以及當(dāng)區(qū)塊平衡啟用信號處于一低準(zhǔn)位時(shí)，特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡可被禁倉泛。
[0083]實(shí)際上，平衡控制電路114-X的所有的電阻可分別為誤差值位于0.1%內(nèi)的多個(gè)電阻。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。于另一例子中，多個(gè)電阻{R}可以分別是誤差值位于0.5%內(nèi)的多個(gè)電阻。另外，在平衡控制電路114-X的控制下，位于特定電池模組IIO-X之中的上述平衡電路(例如，上述被動式平衡電路或主動式平衡電路)可用來選擇性地進(jìn)行特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡操作。為了簡潔起見，與前述實(shí)施例相仿之處在此便不再贅述。
[0084]第6圖為第I圖所示電池系統(tǒng)100的平衡電路圖，其中第2圖所示電池系統(tǒng)平衡控制方法200所涉及的控制機(jī)制亦于此實(shí)施例說明。第6圖所示的架構(gòu)可作為上述平衡電路的一個(gè)實(shí)施例，并可用來選擇性地進(jìn)行在平衡控制電路114-X的控制下特定電池模組110-X的上述區(qū)塊平衡操作。
[0085]由第6圖可知，平衡電路116-X可包括多個(gè)繞組(winding) LP⑴與LS(X)(其分別對應(yīng)于一次側(cè)與二次側(cè))，并另可包括一開關(guān)(例如，金氧半場效晶體管(metal-oxi de-semi conductor f ield-effect transistor, MOSFET ) Q (X)以及與開關(guān)串聯(lián)的一二極管D(X))、一能量緩存單元(energy temporary storage unit)(例如，至少一電容C(X))以及另一二極管DA(X)，其中能量緩存單元系耦接于對應(yīng)于二次側(cè)的繞組LS(X)。由第6圖可知，電容C(X)的二端子分別耦接于對應(yīng)于二次側(cè)之繞組LS (X)的二端子。于此實(shí)施例中，電容C(X)可作為能量緩存單元的一個(gè)實(shí)施例。此僅供說明之需，并非用來作為本發(fā)明的限制。根據(jù)本實(shí)施例的某些變化例，可改變能量緩存單元的架構(gòu)。于一例子中，能量緩存單元可包括多個(gè)電容IC(X)}。于另一例子中，能量緩存單元可包括一個(gè)或多個(gè)電感。于又一例子中，能量緩存單元可包括至少一電容C(X)和/或至少一電感。
[0086]實(shí)際上，位于特定電池模組110-X之中的平衡電路116-X可利用特定電池模組Iio-X的印刷電路板112-X來實(shí)現(xiàn)，更具體地說，平衡電路116-X可包括至少一部分的印刷電路板112-X以及設(shè)置于印刷電路板112-X上的某些組件。根據(jù)本實(shí)施例，第6圖所示的多個(gè)內(nèi)部端子Tl (X)與T2(X)分別耦接于(更具體地說，電連接于)印刷電路板112-Χ的第一內(nèi)部端子TlX與第二內(nèi)部端子Τ2Χ，其中第一內(nèi)部端子TlX與第二內(nèi)部端子Τ2Χ電連接于特定電池模組IlO-X的電池單元之二端子ΒΑΧ。第6圖所示的多個(gè)內(nèi)部端子TMx)與Τ3(Χ)分別耦接于(更具體地說，電連接于)整體電池單元{BAN，BAN_i，BAN_2，…，ΒΑ1}的正端子與負(fù)端子(例如，此實(shí)施例的多個(gè)系統(tǒng)電池端子PAK+與PAK-)。另外，平衡電路116-X的上述開關(guān)(例如，第6圖所示金氧半場效晶體管Q(X))可用來致能或禁能平衡電路116-X。舉例來說，金氧半場效晶體管Q(X)的閘極可耦接于第5圖所示的平衡控制電路114-X的控制端子BBON。因此，平衡電路116-X可選擇性地進(jìn)行在平衡控制電路114-X的控制下特定電池模組110-X的區(qū)塊平衡操作。
[0087]前述說明是解釋本發(fā)明的其中一種方式，以下?lián)Q個(gè)方式來解釋本發(fā)明。請參考第I圖，本實(shí)施例電池系統(tǒng)100是由多個(gè)電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(N-2)，…，110-1}串聯(lián)而成，基本上，每一個(gè)電池模組{110-N, IlO-(N-1), 110-(N-2)，…，110-1}的內(nèi)部組件及構(gòu)造均相同。除了如第I圖所示以串聯(lián)方式呈現(xiàn)外，亦可將多個(gè)電池系統(tǒng)100以并聯(lián)的方式組成更大的電池系統(tǒng)，是故本實(shí)施例僅是實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)眾多方式中的其中一種。
[0088]在此先對本實(shí)施例電池系統(tǒng)中的其中一個(gè)電池模組進(jìn)行說明。一電池模組具有一第一輸入節(jié)點(diǎn)、一第二輸入節(jié)點(diǎn)、第一輸出節(jié)點(diǎn)及一第二輸入節(jié)點(diǎn)。前述電池模組用以跟另一電池模組相連，另一電池模組同樣具有一第一輸入節(jié)點(diǎn)、一第二輸入節(jié)點(diǎn)、第一輸出節(jié)點(diǎn)、一第二輸入節(jié)點(diǎn)。其中，另一電池模組的第一輸入節(jié)點(diǎn)與電池模組的第一輸出節(jié)點(diǎn)相連，且另一電池模組的第二輸入節(jié)點(diǎn)與電池模組的第二輸出節(jié)點(diǎn)相連。電池模組包括一電池單元、一參考電阻及一平衡控制電路。電池單元連接于電池模組的第一輸入節(jié)點(diǎn)及第一輸出節(jié)點(diǎn)之間，且電池單元具有一電池電壓。參考電阻連接于電池模組的第二輸入節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)之間，且參考電阻具有一參考電壓。平衡控制電路電性連接電池單元及參考電阻，平衡控制電路透過比較電池電壓及參考電壓，對電池單元進(jìn)行平衡控制。
[0089]為了做更進(jìn)一步的說明，以下以其中兩組電池模組進(jìn)行說明。電池系統(tǒng)100包括一第一電池模組110-N及一第二電池模組IlO-(N-1)，第一電池模組110-N與第二電池模組IlO-(N-1)串聯(lián)。其中，第一電池模組110-N包括一第一電池單元BAn、一第一參考電阻Rn及一第一平衡控制電路(無標(biāo)號)。第一電池單兀BAn具有一第一電池電壓Vn,第一參考電阻Rn對應(yīng)第一電池單兀BAn設(shè)置,且第一參考電阻Rn具有一第一參考電壓VAve。第一平衡控制電路電連接于第一電池單元BAn及第一參考電阻Rn，第一平衡控制電路透過比較第一電池電壓Vn及第一參考電壓VAve，對第一電池單元BAn進(jìn)行平衡控制。第二電池模組IlO-(N-1)則包括一第二電池單元BAim、一第二參考電阻R及一第二平衡控制電路(無標(biāo)號)。第二電池單元BAim與第一電池單元BAn相互串聯(lián)，且第二電池單元BAim具有一第二電池電壓VN_lt)第二參考電阻Rim與第一參考電阻Rn相互串聯(lián)，第二參考電阻Rim對應(yīng)第二電池單元BAim設(shè)置，且第二參考電阻Rim具有一第二參考電壓VAve。
[0090]本實(shí)施例的電池系統(tǒng)平衡控制方法包括下列步驟:提供第一電池模組110-N及第二電池模組IlO-(N-1)。串聯(lián)第一電池模組IIO-N及第二電池模組IlO-(N-1)。提供一第一電池單兀BAn、一第一參考電阻&及一第一平衡控制電路(無標(biāo)號)于第一電池模組110-N。提供一第二電池單元BAim、一第二參考電阻Rim及一第二平衡控制電路(無標(biāo)號)于第二電池模組llO-(N-l)。串聯(lián)第一電池單元BAn及第二電池單元BAim。將第一參考電阻Rn及第二參考電阻Rim分別對應(yīng)第一及第二電池單元BAN、BAN_i設(shè)置，且第一參考電阻Rn及第二參考電阻Rim相互串聯(lián)。以第一平衡控制電路偵測第一參考電阻Rn的第一參考電壓VAve。以第二平衡控制電路偵測第二參考電阻IV1的第二參考電壓vAve。分別以平衡控制電路(第4圖的114-X)偵測第一及第二電池單元BAn、BAn^1的第一及第二電池電壓\、VN_10透過比較第一電池電壓Vn及第一參考電壓Vatc，以第一平衡控制電路對第一電池單元BAn進(jìn)行平衡控制。透過比較第二電池電壓Vim及第二參考電壓VAve，以第二平衡控制電路對第二電池單元BAim進(jìn)行平衡控制。更進(jìn)一步來說，當(dāng)?shù)谝浑姵仉妷築An大于第一參考電壓Vatc時(shí)，以第一平衡控制電路控制第一電池單元BAn進(jìn)行放電。同樣的，當(dāng)?shù)诙姵仉妷築Aim大于第二參考電壓Vatc時(shí)，以第二平衡控制電路控制第二電池單元BAim進(jìn)行放電。
[0091]再換個(gè)方式來說，本實(shí)施例的電池系統(tǒng)100包括一電池單元串{BAn，BAn+ BAn_2，…，BA1}、一參考電阻串{RN，IVpIV2，…，Rl}及一平衡控制電路組(第4圖的{114-X})。電池單兀串{BAn, BAn^1, BAn_2,…，BA1}具有一第一電池單兀BAn及一第二電池單兀BAN_1;第一電池單元BAn與第二電池單元BAim串聯(lián)，第一電池單元BAn具有一第一電池電壓VN，第二電池單元ΒΑΝ_ι具有一第二電池電壓VN_lt)參考電阻串{RN，IVuIV2，…，R1}與電池單元串{BAn, BAn_1； BAn_2，…，BA1}并聯(lián)，參考電阻串{Rn，Rn_1； Rn_2，…，R1}具有一第一參考電阻RN，及一第二參考電阻IV1，第一參考電阻Rn,與第二參考電阻IV1串聯(lián)，第一參考電阻Rn,具有一第一參考電壓Vatc，第二參考電阻Rim具有一第二參考電壓VAve。平衡控制電路組(第4圖的{114-X})具有一第一平衡控制電路(無標(biāo)號)及一第二平衡控制電路(無標(biāo)號)，第一平衡控制電路與第一電池單元BAn及第一參考電阻Rn,電性連接，第二平衡控制電路與第二電池單元BAim及第二參考電阻IV1電性連接，第一平衡控制電路透過比較第一電池電壓Vn及第一參考電壓VAve，對第一電池單元BAn進(jìn)行平衡控制，而第二平衡控制電路過比較第二電池電壓Vim及 第二參考電壓VAve，對第二電池單元BAim進(jìn)行平衡控制。
[0092]應(yīng)別注意，參考電阻串{RN，IVpIV2，…，R1}的每一個(gè)參考電阻，其阻值皆相同，因此，每一個(gè)參考電阻的參考電壓皆相同，如此可取得目前每個(gè)電池單元的理想電池電壓值。實(shí)際舉個(gè)例子來說，假設(shè)第一電池單元BAn目前的第一電池電壓VnS 10伏特，第二電池單元BAim目前的第二電池電壓Vim為14伏特，與第一電池單元BAn及第二電池單元BAim相對設(shè)置的第一參考電阻Rn及第二參考電阻Rim相互串聯(lián)后，再與串聯(lián)的第一電池單元BAn及第二電池單元BAim并聯(lián)。由于第一參考電阻&及第二參考電阻IV1的阻值相同，第一參考電阻Rn及第二參考電阻Rim會平均分?jǐn)偪傠姵仉妷?24伏特)，因此，第一參考電阻Rn的第一參考電壓VAve應(yīng)是12伏特,第二參考電阻IV1的第二參考電壓VAve也會是12伏特,也就是說第一電池單元BAn及第二電池單元BAim目前的理想電池電壓值應(yīng)是12伏特。接下來，第一平衡控制電路透過比較第一電池電壓BAn及第一參考電壓Vatc后，發(fā)現(xiàn)第一電池電壓Vn (10伏特)小于第一參考電壓Vatc (12伏特)，此時(shí)，第一平衡控制電路不會啟動平衡機(jī)制。另一方面，第二平衡控制電路透過比較第二電池電壓Vim及第二參考電壓Vatc后，發(fā)現(xiàn)第二電池電壓Vim (14伏特)大于第二參考電壓Vatc(12伏特)，此時(shí)，第二平衡控制電路會控制第二電池單元BAim進(jìn)行放電。
[0093]請同時(shí)參考第I圖及第3-4圖。第3圖的細(xì)節(jié)組件說明與第I圖大致相同，在此不多做說明。第4圖是每一個(gè)電池模組{110-N，IlO-(N-1), HO-(N-2),..., 110-1}的平衡控制電路的局部示意圖，換句話說，每一個(gè)電池模組{110-N，IlO-(N-1), HO-(N-2),..., 110-1}都有一個(gè)如第4圖的平衡控制電路114-X。實(shí)際上，第4圖的平衡控制電路114-X僅是完整平衡控制電路中擷取參考電壓VAve，并將參考電壓Vatc與電池電壓{VN，Vn^1, VN_2，…，VI}進(jìn)行比較的部分。應(yīng)注意到，第4圖僅是電池模組{110-N, IlO-(N-1)，110-(N-2)，…，110-1}中平衡控制電路114-X的其中一種實(shí)施方式，其余能達(dá)成如本實(shí)施例的功效的平衡控制電路皆不脫離本發(fā)明的精神。
[0094]本實(shí)施例在實(shí)際運(yùn)作時(shí)，會遭遇下述兩個(gè)挑戰(zhàn):(1)如何得出準(zhǔn)確的參考電壓D⑵平衡控制電路114-X的設(shè)計(jì)。首先，就得出準(zhǔn)確的參考電壓Vatc進(jìn)行探討，在第3圖中，本實(shí)施例串聯(lián)與電池單元{BAn，BAn+BAn_2，- ,BA1}數(shù)量相同的參考電阻{Rn, Rn-1, Rn-2.…，RH，換言之，每個(gè)參考電阻{Rn，Rn-!, Rn-2,…，R1}的參考電壓VAve即是每個(gè)電池單元{BAN，BAN_i，BAN_2，…，BA1}目前的理想電壓值。再者，為了更進(jìn)一步提升準(zhǔn)確度，本實(shí)施例使用高精確度的參考電阻{Rn，Rn-!, Rn_2，…，Rl}，具體來說，本實(shí)施例的參考電阻{Rn, Rn-!, Rn-2，-,R1}誤差值均小于0.1%，即便串聯(lián)多達(dá)30串的電池模組{110-N, 110-(N-1)，110-(N-2)，…，110-1}，所得出的參考電壓Vavg的誤差值也小于2%。應(yīng)注意到，本實(shí)施例參考電阻{RN，IVpIV2，…，R1}的阻值除了誤差值很小外，還需使用具有大阻值的電阻，以避免對流經(jīng)電池單元{BAn，BAn+BAn_2，…，BA1}的電流有太大的影響，具體來說，本實(shí)施例參考電阻{Rn, Rn-!, Rn-2,…，R1}的阻值大于一千歐姆。
[0095]接下來，就平衡控制電路114-X的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。在充放電過程中，由于個(gè)別電池的電性、使用壽命…不一致，每個(gè)電池單兀{BAn, BAh，BAn_2,..., BA1}的電量有可能不平衡，為了讓各電池模組無需與其于電池模組進(jìn)行互動，比如前述第一電池模組110-N無需與第二電池模組IlO-(N-1)有信號上的溝通，即能自行進(jìn)行平衡，本實(shí)施例的每一個(gè)電池模組{110-N, IlO-(N-1)，110-(N-2)，…，110-1}都有各自的平衡控制電路114-X。其中，平衡控制電路114-X不限制是被動平衡電路或主動平衡電路。
[0096]在充電的過程中，平衡控制電路114-X會從參考電阻{Rn，Rn+Rn_2，…，R1}偵測其參考電壓VAve，具體來說，請參考第4圖，端子VFAx連接端子GNDx，端子VFBx連接端子VREFx,參考電阻R兩端的電壓信號分別由端子VFBx進(jìn)入運(yùn)算放大器OPa及由端子VFAx進(jìn)入運(yùn)算放大器OPb，參考電阻R兩端的電壓信號經(jīng)過運(yùn)算放大器OPa及OPb緩沖后，再輸入運(yùn)算放大器OPc，將信號進(jìn)行特定倍率的放大后，輸出參考電壓Vatc至比較器CPx的正極。另一方面，電池單元{ΒΑ,,ΒΑη,ΒΑμ,-,ΒΑΙ}兩端的電壓信號也會經(jīng)過類似的電路后，將電池電壓{VN，νΝ_υ VN_2，…，VI}輸入至比較器CPx的負(fù)極。如此一來，比較器CPx可以參考電壓Vatc為基準(zhǔn)，比較各電池模組{110-N，IlO-(N-1), HO-(N-2),..., 110-1}的電池電壓{νΝ, νΝ_1； VN_2,…，VI}，再由控制端子BBON輸出控制信號。以前述的第一電池模組110-N來進(jìn)行說明，當(dāng)電池電壓Vn大于參考電壓Vatc時(shí)，平衡控制電路114-X控制電池單元BAn進(jìn)行放電。應(yīng)特別注意，將電池單元BAn多出來的電能以被動平衡的方式消耗掉，或?qū)㈦姵貑卧狟An多出來的電能以主動平衡的方式回饋至整個(gè)電池系統(tǒng)100，均是這里所指的「放電」。
[0097]與參考電阻{Rn，Rn_1； Rn_2，…，R1}相似的是，運(yùn)算放大器OPa、OPb及比較器CPx均具有很大的阻抗，以避免對流經(jīng)參考電阻{RN，IVpIV2，…，R1}的電流有太大的影響，進(jìn)而影響參考電壓Vatc的準(zhǔn)確性。具體來說，本實(shí)施例運(yùn)算放大器0Pa、0Pb的阻抗大約是五百萬到一千萬歐姆之間，而比較器CPx的阻抗更可高達(dá)IG歐姆。[0098]請參考第5圖，第5圖是第I圖所示的電池系統(tǒng)的另一平衡控制電路圖。第5圖與第4圖最大的不同在于每一個(gè)參考電阻{Rn，Rn_1； Rn_2，…，R1}被均分成三份，而端子VFAx連接節(jié)點(diǎn)NA，端子VFBx連接節(jié)點(diǎn)NB，也就是在第4圖中，是取每一個(gè)參考電阻{RN，Rn+ Rn_2，…，R1}兩端的電壓信號，而在第5圖中，是取R/3兩端的電壓信號。電阻R/3兩端的電壓信號同樣分別由端子VFBx進(jìn)入運(yùn)算放大器OPa及由端子VFAx進(jìn)入運(yùn)算放大器OPb再輸入運(yùn)算放大器OPc，在第5圖中，R/3兩端的電壓信號進(jìn)入運(yùn)算放大器OPc會被放大三倍，再輸出參考電壓Vatc至比較器CPx的正極。其余做法大致皆與第4圖相同，在此就不多做說明。前述將每一個(gè)參考電阻{Rn，Rn-1； Rn_2，…，R1}均分成三份的做法，其實(shí)是為因應(yīng)運(yùn)算放大器OPa、OPb、OPc及比較器CPx特性的設(shè)計(jì)，避免運(yùn)算放大器OPa、OPb、OPc及比較器CPx損壞。除了如前述將每一個(gè)參考電阻{RN，IVpIV2，…，R1}均分成三份，只取其中一份兩端的電壓信號外，另外也可將每一個(gè)參考電阻{Rn，Rn-!, Rn_2，…，R1}分成2/5R、1/5R、2/5R，然后只取其中1/5R兩端的電壓信號進(jìn)行后續(xù)處理。
[0099]本發(fā)明藉助參考電壓進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)及平衡控制方法，將電池系統(tǒng)模組化，不僅實(shí)現(xiàn)各電池模組之間的自動化平衡，在使用靈活度上也大幅提升。由于每一電池模組均有獨(dú)立的平衡控制電路，加上參考電阻的設(shè)計(jì)，使得各電池模組無需溝通即可自行進(jìn)行平衡。當(dāng)為因應(yīng)不同需求而需增加或減少電池系統(tǒng)的供應(yīng)電能時(shí)，使用者無需更改平衡控制電路的設(shè)計(jì)，也無需修改硬件設(shè)施，用戶僅需依照實(shí)際需求，加裝或拆卸預(yù)定組數(shù)的電池模組，即可符合新需求。另一方面，模組化的電池模組無論在制造、測試、安裝、使用或檢修(例如:抽換故障的電池模組)也都相當(dāng)?shù)姆奖沆`活。
[0100]以上結(jié)合 最佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合。
【權(quán)利要求】
1.一種藉助于參考電壓信息來進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)平衡控制方法，所述電池系統(tǒng)平衡控制方法應(yīng)用于一電源供應(yīng)裝置，其特征在于，所述電池系統(tǒng)平衡控制方法包括下列步驟: 在多個(gè)參考電阻中的一第一參考電阻設(shè)置于所述電源供應(yīng)裝置中彼此串聯(lián)的多個(gè)電池模組中的一第一電池模組中、所述多個(gè)參考電阻中的一第二參考電阻設(shè)置于所述電源供應(yīng)裝置中彼此串聯(lián)的多個(gè)所述電池模組中的一第二電池模組中，多個(gè)所述參考電阻彼此串聯(lián)之后，將多個(gè)所述電池模組的一總電壓轉(zhuǎn)換為所述參考電壓信息，其中所述第一電池模組包括具有一第一電池電壓的一第一電池單元、所述第二電池模組包括具有一第二電池電壓的一第二電池單元，以及所述參考電壓信息包括對應(yīng)于所述第一參考電阻的一第一組參考電壓準(zhǔn)位以及對應(yīng)于所述第二參考電阻的一第二組參考電壓準(zhǔn)位；以及 根據(jù)所述第一參考電阻所對應(yīng)的所述第一組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行所述第一電池模組的平衡控制，以及根據(jù)所述第二參考電阻所對應(yīng)的所述第二組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行所述第二電池模組的平衡控制。
2.如權(quán)利要求1所述的電池系統(tǒng)平衡控制方法，其特征在于，所述“根據(jù)所述第一參考電阻所對應(yīng)的所述第一組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行所述第一電池模組的平衡控制”的步驟包括: 當(dāng)所述第一電池電壓大于所述第一組參考電壓準(zhǔn)位之間的一電壓差所對應(yīng)的一第一參考電壓時(shí)，控制所述第一電池單元進(jìn)行放電。
3.一種藉助于參考電壓信息來進(jìn)行平衡控制的電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)包括一電源供應(yīng)裝置的至少一部分，其特征在于，所述電池系統(tǒng)包括: 一第一電池模組，所述第一電池模組為所述電源供應(yīng)裝置中彼此串聯(lián)的多個(gè)電池模組中的一電池模組，其中所述第一電池模組包括: 一第一電池單兀，具有一第一電池電壓； 一第一參考電阻，所述第一參考電阻彼此串聯(lián)以將多個(gè)所述電池模組的一總電壓轉(zhuǎn)換為所述參考電壓信息的多個(gè)參考電阻的其中之一，其中多個(gè)所述參考電阻的所述第一參考電阻設(shè)置于所述第一電池模組之中以產(chǎn)生一第一組參考電壓準(zhǔn)位，以及所述參考電壓信息包括所述第一組參考電壓準(zhǔn)位；以及 一第一平衡控制電路，電連接于所述第一電池單元及所述第一參考電阻，用以根據(jù)所述第一參考電阻所對應(yīng)的所述第一組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行所述第一電池模組的平衡控制；以及 一第二電池模組，所述第二電池模組為所述電源供應(yīng)裝置中彼此串聯(lián)的多個(gè)所述電池模組之中的另一電池模組，其中所述第二電池模組包括: 一第二電池單元，與所述第一電池單元串聯(lián)，所述第二電池單元具有一第二電池電壓； 一第二參考電阻，與所述第一參考電阻串聯(lián)，所述第二參考電阻彼此串聯(lián)以將多個(gè)所述電池模組的所述總電壓轉(zhuǎn)換為所述參考電壓信息的多個(gè)參考電阻的其中之另一，其中多個(gè)所述參考電阻的所述第二參考電阻設(shè)置于所述第二電池模組之中以產(chǎn)生一第二組參考電壓準(zhǔn)位，以及所述參考電壓信息包括所述第二組參考電壓準(zhǔn)位；以及 一第二平衡控制電路，電連接于所述第二電池單元及所述第二參考電阻，用以根據(jù)所述第二參考電阻所對應(yīng)的所述第二組參考電壓準(zhǔn)位來進(jìn)行所述第二電池模組的平衡控制。
4.如權(quán)利要求3所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第一參考電阻的電阻誤差值小于0.1%。
5.如權(quán)利要求3所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述第一電池電壓大于所述第一組參考電壓準(zhǔn)位之間的一電壓差所對應(yīng)的一第一參考電壓時(shí)，所述第一平衡控制電路控制所述第一電池單元進(jìn)行放電。
6.如權(quán)利要求3所述的電池系統(tǒng),其特征在于,所述第一參考電阻被分割成一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻；所述第一電阻的電阻值以及所述第三電阻的電阻值均是所述第一參考電阻的五分之二，且所述第二電阻的電阻值為所述第一參考電阻的五分之一。
7.如權(quán)利要求6所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第一平衡控制電路基于所述第一組參考電壓準(zhǔn)位之間的一電壓差所對應(yīng)的一第一參考電壓，選擇性地控制所述第一電池單元進(jìn)行放電；以及所述第一參考電壓為所述第二電阻的跨壓。
8.如權(quán)利要求3所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第一平衡控制電路基于所述第一組參考電壓準(zhǔn)位之間的一電壓差所對應(yīng)的一第一參考電壓，選擇性地控制所述第一電池單元進(jìn)行放電，其中所述第一平衡控制電路包括一第一比較器；以及所述第一比較器包括一正端子一負(fù)端子，其中所述第一參考電壓輸入至所述正端子，所述第一電池電壓輸入至所述負(fù)端子。
9.如權(quán)利要求8所述的電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第一比較器的輸入阻抗大于IG歐姆。
10.如權(quán)利要求3所述的電池系統(tǒng),其特征在于,所述第一參考電阻的電阻值大于一千歐姆。
【文檔編號】H02J7/00GK104009517SQ201410069414
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月27日
【發(fā)明者】蔡富生 申請人:蔡富生