TW201427230A - 電動交通載具電池模組之電源管理方法及其電源管理裝置 - Google Patents

電動交通載具電池模組之電源管理方法及其電源管理裝置 Download PDF

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Abstract

本發明係有關於一種電動交通載具電池模組之電源管理方法及其電源管理裝置，本發明採用主動式階層化的管理手段，且整個電池模組與電源管理系統構成為一多階層的分散式電源系統。在放電模式上採取了多階層的放電管理手段，在充電管理模式上採取主動式多階段的管理手段，即在充電階段充電時採取預充電、快充電以及電池芯之均壓均流充電等三階段。據此，本發明可有效控制不會過度放電；充電時，因進行階層化控制可以維持大至相等的電壓進行充電，不會過度充電且使每個電池芯充電至互相接近的電位，故可大幅提高充電效率以及維持電池芯及電池模組的使用壽命。

Description

電動交通載具電池模組之電源管理方法及其電源管理裝置
本發明係關於一種電動交通載具電池模組之電源管理方法及其電源管理裝置，尤指一種對電動交通載具之電池模組進行充電及放電之管理方法、及其管理裝置。
隨著環保意識的抬頭，交通載具也逐漸朝向以油電混合、或純電動的運轉型態。然而，不論是油電混合、或純電動的交通載具，電池管理系統往往在整個載具系統中佔有相當重要的角色。
由於目前所有交通載具的電池管理系統(Battery Management System，簡稱BMS)都採取被動或主動式均壓均流管理模式，但是由於鋰電池的特性，其無法達成預期的充放電效果，導致電池的壽命減短。此外，習知電池管理系統多採用單段或二段式充電，而電池無法完全充飽，造成放電後電池芯電量與電壓不均勻，導致單顆放電過深或溫度過高，衍生熱延展(heat propagation)，而導致電池早衰，甚至發生電池***危險。另外，目前交通載具的電池管理系統多半不是採用分散式控制系統DCS(Distributed Control System)，一旦有某一電池芯、或電池組毀損，將發生連鎖反應，加速造成整個電池模組損壞。
美國專利公開第2009/0066291號揭露了一種分散式能量儲存控制系統，其主要係由多個BMS電池組、串併聯系統控制器、及一SESCS系統主控制器所組成。然而 ，此一專利文獻僅是將透過多階層的控制器群組來達成分散式控制，而所有的電池組仍維持傳統串並聯的配接方式，並沒有對電池組的各組成進行分散式管理進行。再者，此一專利文獻的充電控制係為二段式充電，即先以大電流對所有串連一起的BMS電池組充電，待某一BMS電池組即將充飽時，針對該BMS電池組以小電流續充。然而，這樣二階段的充電方式，仍然無法確保每一電池芯是否充飽，甚至有可能導致其中某些電池芯過充的情形。
另外，世界智慧財產權組織專利申請案第WO 2011/126909號公開了一種管理多芯電池之方法及裝置及台灣專利M414755也揭露一種電池組主動式電位等化充電系統，其主要包括一高電壓充電器、以及個別充電器的群組。其中，先以高電壓充電器對已串併連接之電池模組進行充電(第一階段充電)，當達一預定電壓或者判斷電池芯的電量後，再以個別充電器對每一電池芯充電(第二階段充電)。雖然，前述二階段的充電方式已為習知應用於單顆電池芯或串併相連接的電池模組，但習知的技術在第一階段充電時，係採用全串充電，當有任一電池芯故障時會形成該電池芯過充或過熱現象，尤其在串聯很多的電池組上採用整串的充電，其欠缺階層式的控制會造成部份串組的過電壓或過電流充電，影響安全或電池組的壽命。另外，在第二階段充電時，係使每一電池芯進行等化充電，此會造成假性充飽現象。而且，此等先前技術揭示的方法與裝置，在電池組反覆充放 電後仍有電池芯不均的現象產生，導致影響儲電量或安全。
因此發展具有主動式多階層的分散式電源管理方法及管理系統，以改善習知技術的缺點，並改善電池模組在放電時的監控方式、及改善電池模組在充電時的充電管理模式方式，使電池模組在分階層的放電控制與分階段充電方式下，進而電池模組不會過度充電且使每個電池芯都能充飽，以應用在電動載具上，更而達到安全、均勻放電與充電、增強使用壽命，將為產業上的迫切需求。
本發明之主要目的係在提供一種電動交通載具電池模組之電源管理方法，而採用多階層的放電管理手段及主動式多階段的充電管理手段，使整個電池模組與電源管理系統構成為一主動式多階層的分散式電源系統。據此，在放電管理模式，本發明可有效控制整個輸出電壓、及輸出電流維持在一穩定狀態(相對於固定的負載)，而且電池模組不會過度放電，藉此可大幅提高放電穩定度、及效率，且電池的使用壽命更可顯著提高。另一方面，在充電管理模式，本發明可進行階層化控制每一電池組、每一電池串組、每一電池串、甚至每一電池芯充電後可維持大致相等的電壓，而且也不會有過度充電的情形發生，故可大幅提高充電效率、均一的儲電量以及維持電池的使用壽命。
另外，本發明又採取了多階段式充電管理模式，即 第一階段為預充階段，即以電池組進行預充，使電池芯能充電活化；第二階段為快充階段，即以電池組進行快速充電；以及進行第三階段，而第三階段即以相同電壓與小電流對每顆電池芯均壓均流充電。因此，本發明可顯著提高充電效率，並且可確保至每一電池芯的電量維持飽和狀態，而又不會過度充電，故可大幅提昇電池的使用壽命。
為達成上述目的，本發明提供一種電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中電動交通載具包括一電池模組、及一電源管理裝置，電源管理方法用以管理電池模組之放電與充電；電源管理裝置電性連接電池模組、連接可插拔的一充電電源及一負載；電池模組係由複數個併聯的電池組所構成，電池組係由一個或複數個串聯電池串組所構成，電池串組係由一個或複數個併聯電池串所構成，電池串係由複數個串聯的一電池芯所構成；電動交通載具電池組電源管理方法包括一放電管理程序、及一充電管理程序；其中，放電管理程序包括以下步驟：首先，進行步驟(Sd1)，判斷電源管理裝置是否有充電電源輸入，若有則切斷電源管理裝置之一電源輸出端，若無則進行下一步驟；接著，步驟(Sd2)判斷電源輸出端、及每一電池組之電池組輸出端之電壓是否低於一第一下限電壓，若有則切斷電源輸出端之電源輸出或對應的電池組之電池組輸出端之電源輸出，若無則進行下一步驟；再者，步驟(Sd3)，由電源管理裝置將電源經由電源輸出端輸出至負 載；最後，步驟(Sd4)，判斷電源輸出端、及每一電池組之電池組輸出端之電壓是否低於一第二下限電壓，若有則發出一電量耗盡警告訊號；並判斷電源輸出端之電壓是否低於一第三下限電壓高於第二下限電壓，若有則發出一低電壓警告訊號。
另外，充電管理程序包括以下步驟：首先，步驟(Sc1)，判斷電源管理裝置是否有充電電源輸入，若有則切斷電源管理裝置之電源輸出端；再者，步驟(Sc2)，若無則判斷每一電池組輸入端的電壓是否高於一第一充電電壓，若有則切斷充電電源進入電池模組對應之電池組，若無則連接對應之電池組進行下一步驟，亦即預充階段，在預充階段係以小電流對各電池組進行充電，使電池芯充電活化；而且，步驟(Sc3)，連接充電電源與各電池組進行預充電，並偵測各電池芯之電壓是否高於一第二充電電壓、或預充電超過一預充時間，若任一電池芯電壓高於第二充電電壓、或已預充電超過預充時間中任一者，則對於對應的電池組停止充電；並且，步驟(Sc4)，延遲一預定時間後，重覆上述步驟(Sc3)一次，偵測各電池芯之電壓是否高於第二充電電壓或已預充電超過預充時間，若高於第二充電電壓或已預充電超過預充時間中任一者則進行下一步驟，亦即快充階段；若任一電池芯之電壓低於第二充電電壓，及該電池芯無法進行充電活化應為故障或異常，則切斷充電電源進入對應的電池組並發出對應電池組之電池充電異常警告訊號；再且，步驟(Sc5)，連接充電電源與各電池組進行快充電，並偵測各 電池芯之電壓是否高於一第三充電電壓，任一個電池芯之電壓高於該第三充電電壓，則對於對應電池芯之電池組停止充電，進入下一步驟，亦即進入均壓均流充電階段；最後，步驟(Sc6)，切斷各電池串之併聯連接，對每一電池芯進行均壓均流充電，直到充電電源被移除。
較佳的是，於上述步驟(Sd2)中可進一步判斷各電池串組、各電池串及各該電池芯至少任一者之溫度是否高於一第一上限溫度，若有則切斷對應之電池組之電源輸出，若無則進行該步驟(Sd3)。據此，本發明除了透過電壓檢測來進行放電控制外，又可進一步監控放電溫度，當溫度超過預定值便隨即終止輸出，以避免溫度過高而導致電池模組毀損、甚至***發生危險。
再者，於本發明之步驟(Sd4)中，其進一步判斷每一電池串組之電壓是否低於第二下限電壓之平均分壓值，若是則切斷對應的電池組之電源輸出；其中，第二下限電壓之平均分壓值為第二下限電壓值除以電池組中串聯的電池串組的數量。並且，於步驟(Sd4)中，其進一步判斷每一電池串組之電壓是否低於一第三下限電壓之平均分壓值而高於第二下限電壓之平均分壓值，若有則發出低電壓警告訊號；其中，第三下限電壓之平均分壓值為第三下限電壓值除以電池組中串聯的電池串組的數量。據此，本發明當輸出電壓低於一預定值時，可先發出警告；而當電量低於另一更低的預定值時，隨即控制關閉電源輸出，以避免過度放電並確保電池的使用壽命。
又，於本發明之步驟(Sd4)中，可進一步判斷每一電 池組之溫度是否高於一第二上限溫度，若是則發出高溫警告訊號；並進一步判斷各電池組、各電池串組、及各電池串中至少任一者之溫度是否高於一第一上限溫度，若是則分別切斷對應的電池組、對應的電池串組之電源輸出；其中，第一上限溫度高於第二上限溫度之範圍為3度至10度間。據此，本發明當放電溫度高於一預定值時，即可先發出警告進行通報；而當電量高於另一溫度更高的預定值時，隨即控制關閉電源輸出，以確保電池組的使用壽命，並避免放電過高導致電池毀損，或甚至***發生危險。
並且，本發明放電管理程序之步驟(Sd4)後更包括一步驟(Sd5)，即儲存電源輸出端之電壓數值，且可進一步儲存電池模組、每一電池組、每一電池串組、每一電池串及每一電池芯之電壓數值；並進一步儲存每一電池串組、每一電池串及每一電池芯之溫度數值。據此，本發明可完整記錄整個電池模組放電與充電之運作狀態，包括電壓、及溫度等數值，以備供分析或診斷異常之用。
此外，本發明之步驟(Sc3)中，可進一步偵測各電池串組之電壓是否高於第四充電電壓，若高於第四充電電壓則對於對應的電池組停止充電。據此，本發明除了可偵測電池組之電壓是否高於預定之上限外，亦可直接偵測各電池串組之電壓，而當其中一電池串組電壓超出預定電壓時，隨即關閉整組電池組之充電輸入，以保護每一電池串組，避免過充之情形發生。另外，本發明可偵測各電池串組、各電池串、各電池芯中至少任一者之溫 度是否高於一第二上限溫度，若高於第二上限溫度則對應的電池組或電池串組停止充電。據此，本發明可進一步監控每一電池串組、、每一電池串或甚至每一電池芯之溫度，當溫度過高時，則隨即關閉溫度過高之電池串組所對應的電池組或溫度過高之電池串所對應的電池串組。
另外，於本發明步驟(Sc4)中，進一步偵測各電池串組之電壓是否高於第四充電電壓，若是則進行步驟(Sc5)之快充階段，若否則切斷充電電源進入電池組並發出電池充電異常警告訊號。據此，本發明之步驟(Sc4)除了可以偵測各電池組之電壓外，也可以進一步偵測各電池串組之電壓，便可更精準得知那一電池串組、那一電池串發生異常，以利進行檢修、維護。此外，於本發明步驟(Sc4)中，亦可一併偵測各電池串組、各電池串及各電池芯中至少任一者之溫度是否高於一第二上限溫度，若高於第二上限溫度則對於對應的電池組停止充電並發出電池充電異常警告訊號。據此，於本發明步驟(Sc4)中，可以針對各電池芯、各電池串組或各電池串發生高溫情況時，隨即停止充電並發出警告。
而且，於本發明步驟(Sc5)中，可進一步偵測各電池串組、各電池串及各電池芯中至少任一者之溫度是否高於一第二上限溫度，若高於第二上限溫度則對應的電池組停止充電。據此，在步驟(Sc5)的快充階段中，如果有溫度發生異常時，將自動停止充電。此外，於本發明步驟(Sc6)中，均壓均流充電之充電電流可為電池芯標稱容 量之0.1C以下，對於後列的實施例係以0.05C為充電電流；更進一步，當任一電池芯之電壓高於該第三充電電壓時，將對應於該電池芯之均壓均流充電的充電電流降為該電池芯標稱容量之0.01C以下，直到充電電源被移除；此即為進一步包含第四個充電階段，稱為浮動充電，可藉由小電流以涓流方式浮動的補足電池芯的電量。
又，本發明之放電管理程序之步驟(Sc6)後可更包括一步驟(Sc7)，即儲存每一電池組、每一電池串組、每一電池串、及每一電池芯中至少其一或其組合之電壓數值，以及可進一步儲存每一電池串組、每一電池串及每一電池芯之溫度數值。據此，本發明可完整記錄整個電池模組之充電運作狀態，包括紀錄各階段之電壓、及溫度等數值，以備供分析或診斷異常之用。
更且，本發明於放電管理程序及充電管理程序所儲存之數據、切斷電源輸出狀況、停止充電狀況及各警告訊號可藉由一控制器區域網路(Controller Area Network，CAN)進行傳輸。亦即，本發明可利用交通載具本身所具備之控制器區域網路來進行資料的傳輸。
為達成前揭目的，本發明另外提供一種電動交通載具電池模組之電源管理裝置，係用以管理一電動交通載具之一電池模組之放電與充電；電源管理裝置電性連接電池模組、連接可插拔的一負載及一充電電源；電池模組係由複數個併聯的電池組所構成，電池組係由複數個串聯電池串組所構成，電池串組係由一個或複數個併聯電池串所構成，電池串係由複數個串聯的電池芯所構成 。電源管理裝置主要包括一主控制器、複數電池組控制模組、複數電池串組控制模組、一充電控制電路、及一放電控制電路，而複數電池組控制模組分別對應於各電池組，複數電池串組控制模組分別對應於各電池串組。其中主控制器，用以監控充電控制電路及放電控制電路；各電池組控制模組電性連接至該充電控制電路、該放電控制電路及各該電池串組控制模組，用以控制對應之電池組之充電與放電；電池串組控制模組用以控制對應之該電池串組之充電與放電；該放電控制電路連接至電動交通載具之負載，用以控制各該電池組控制模組對該負載放電。
其中，放電控制電路包括連接於主控制器之一電池模組輸出開關器，而電池模組輸出開關器用以控制電池模組之電源輸出至負載；每一電池串組控制模組包括一電池串組開關器、及一電壓偵測模組，而電壓偵測模組用以偵測電池串組、電池串、及電池芯之電壓中至少其一；且電池串組開關器電性連接於對應之電池串組輸出端、及電池組控制模組，用以控制電池串組之電源輸出或輸入；每一電池組控制模組包括一電池組開關器、及一次控制器，而次控制器電性連接電池組開關器，用以控制電池串組之電源輸出或輸入。
其中，充電控制電路包括對應於各電池組之一電池模組輸入開關器、一電池組充電模組、以及對應於各電池芯之一電池芯均壓充電模組；電池模組輸入開關器係用以控制電池模組之充電電源輸入；各電池組充電模組 電性連接於對應之電池組，並用以對電池組進行充電控制；電池芯均壓充電模組電性連接於對應之每一電池芯，並用以對電池芯進行充電控制。
較佳的是，本發明之主控制及各次控制器包含有前述放電與充電方法的邏輯控制軟體程式，係用以執行如前所述之電動交通載具電池組電源管理方法。而且，本發明之放電控制電路控制電動交通載具電池模組輸出電壓最高為VRU=VnU×Ns×Nk，輸出電壓最低為VRL=VnL×Ns×Nk，其中VnU=(Vf-Ve)+V0，VnL=-(Vf-Ve)+V0，Ns為電池串之電池芯之數量，Nk為電池組之電池串組之數量，VnU為每一電池芯控制輸出最高電壓，Vn為電池芯之標稱電壓，Vf為電池芯之完全充飽可放電之最高電壓，Ve為電池芯之安全放電最低電壓，VnL為每一電池芯控制輸出最低電壓，V0滿足下列條件；
再者，本發明各電池串組控制模組可進一步包含一溫度偵測模組，其用以偵測電池串組溫度、及電池串溫度中至少其一。據此，本發明可利用溫度偵測模組對電池串組、電池串、電池芯進行溫度監控。另外，本發明之電源管理裝置可進一步包含一顯示裝置，其電性連接主控制器、及各次控制器，並用以顯示電池模組、各電池組、各電池串組、各電池串、及各電池芯中至少其之一或其組合的現況狀態或分析結果之一或其組合。當然，顯示裝置可以是獨立的顯示單元，亦或是直接整合於 載具的顯示儀表內。
另外，本發明之電源管理裝置可進一步包括一記錄模組，其係電性連接控制器、及各次控制器，並用以儲存電池模組、各電池組、各電池串組、各電池串、及各電池芯中至少其之一或其組合的現況狀態或分析結果之一或其組合之數據。然而，本發明之記錄模組可為EPROM、EEPROM、FLASH等記憶體、記憶卡(memory card)、或硬碟等皆可。
其中，本發明之各電池串組控制模組、各電池組控制模組、充電控制電路、及放電控制電路中至少其一設有一控制器區域網路匯流排，而電壓偵測模組、及溫度偵測模組將所偵測到的數據及分析數據，透過控制器區域網路匯流排進行傳輸。據此，本發明可以透過一般車輛載具常用的通訊介面控制器區域網路匯流排(Controller Area Network Bus)，即簡稱CANBus，來進行資料的傳輸，其不僅穩定，且因不用另外建構獨立的傳輸介面而可有效降低成本，更重要的是容易與整個電動載具的資訊系統整合。
又，本發明之各溫度偵測模組、各電壓偵測模組、及各控制器區域網路匯流排中至少其一設有一隔離電路，用以隔離控制器區域網路匯流排、主控制器、次控制器、電池模組、電池串組之電壓、電池串之電壓、溫度偵測模組、及電壓偵測模組中至少其一，以避免電源電磁輻射(EMI)干擾。據此，本發明可以透過隔離電路有效消除因大電壓大電流所產生之電源電磁輻射，以避免干 擾資料的傳輸。
本發明可適用於各種電動交通載具的電源管理，其中包括一般電動車、電動公車、及遊艇等，以下將以需要大電壓、大電流輸出之電動公車為例進行說明。然而，為因應不同的電動交通載具所需的額定電壓、及額定電流不同，本發明僅需簡易地變更電池模組之組成，包括各電池芯、各電池串、各電池串組、及各電池組等各組成的數量或串併聯關係。
首先，請同時參閱圖1、及圖2，圖1係本發明電動交通載具電池模組之電源管理裝置一較佳實施例之主要系統架構圖，圖2係本發明電動交通載具電池模組之電源管理裝置一第一實施例之電池模組的示意圖，係用於大型電動車。如圖1中所示，電源管理裝置1電性連接電池模組2，並連接一負載3及一充電電源4，在本例中負載3為一電動馬達，而其所需的額定電壓及額定電流分別為650伏特及320安培。另外，本例之充電電源4係為一充電站，其供應650伏特及120安培之電源，當然此一充電電源4可為一可供插拔之充電插座或插頭。
另外，在本實施例中，電池模組2係由八個併聯的電池組B4所構成，而每一電池組B4係由十一個串聯的電池串組B3所構成，每一電池串組B3係由四個併聯的電池串B2所構成，每一電池串B2再由十四個串聯的電池芯B1所構成。再者，本實施例之電池芯B1係採用放電規格為3.7伏特40安培小時(Ah)的鋰離子電池，即電池芯B1之標稱 電壓Vn為3.7V、標稱容量為40AH，1C充電或1C放電時，電流為40A。
如圖1所示，本實施例之電源管理裝置1主要包括一個主控制器11、一個充電控制電路12、一個放電控制電路13、一個顯示裝置5、多個區域網路匯流排6、以及一個記錄模組7。其中，充電電源4係可插拔地電性連接至充電控制電路12，而放電控制電路13則電性連接至負載3。另一方面，充電控制電路12、及放電控制電路13也電性連接電池模組2，並分別對其進行充電、及放電控制。
於圖2中，各電池組控制模組VR1~VR8分別電性連接至充電控制電路12及放電控制電路13、及各電池串組控制模組BG1~BG11，用以控制對應之電池組B4之充電與放電。另外，充電控制電路12及放電控制電路13又分別可選擇地連接充電電源4及負載3。在本實施例上，電池模組B1具有八個電池組B4，每個電池組B4具有一個電池組控制模組VR、共計八個電池組控制模組VR，每個電池串組B3具有一個電池串組控制模組BG、共計有十一個電池串組控制模組BG。電池組控制模組VR用以控制對應之電池組B4之充電與放電、電池串組控制模組BG用以控制對應之電池串組B3之充電與放電。而且，每一電池串組控制模組BG1~BG11、每一電池組控制模組VR1~VR8、充電控制電路12、及放電控制電路13分別具備有控制器區域網路匯流排(Controller Area Network Bus，CANBus)6、及隔離電路61，且每一電池串組控制模組BG1~BG11又設置有一個電壓偵測模組14、及一個溫度偵 測模組15，至於上述元件之連接關係及用途後有詳述。
請再參閱圖3，圖3係本發明一較佳實施例之放電控制電路的系統架構圖。其中，放電控制電路13包括連接於主控制器11之一電池模組輸出開關器121，而電池模組輸出開關器121用以控制該電池模組2之電源輸出至負載3。再者，每一電池串組控制模組BG(圖示BG1~BG11)包括一個電池串組開關器124、一個電壓偵測模組14、及一個溫度偵測模組15。電壓偵測模組14係用以偵測電池串組B3之電壓、電池串B2、及電池芯B1之電壓，而溫度偵測模組15用以偵測電池串組B3溫度、電池串B2溫度及電池芯B1溫度。
另外，電池串組開關器124電性連接於對應之電池串組輸出端B31、及電池組控制模組VR(圖示VR1~VR8)，電池串組開關器124用以控制電池串組B3之電源輸出或輸入。此外，每一個電池組控制模組VR包括一個電池組開關器123、及一個次控制器111，次控制器111電性連接電池組開關器123，用以控制電池串組B3之電源輸出或輸入。
在本實施例中，放電控制電路13控制電池模組2輸出電壓最高為VRU=VnU×Ns×Nk，輸出電壓最低為VRL=VnL×Ns×Nk，其中VnU=(Vf-Ve)+V0，VnL=-(Vf-Ve)+V0，Ns為該電池串B2之該電池芯之數量，Nk為該電池組B4之該電池串組之數量，VnU為每一電池芯B1控制輸出最高電壓，Vn為電池芯B1之標稱電壓，Vf為電池芯B1之完全充飽可放電之最高電壓，Ve為電池芯B1之安全放電最低 電壓，VnL為每一電池芯B1控制輸出最低電壓，V0滿足下列條件；
承上，在本實施例中，採用的電池芯B1為鋰離子電池，其標稱電壓Vn為3.7V、Vf為電池芯B1之完全充飽可放電之最高電壓為4.3V，Ve為電池芯B1之安全放電最低電壓為3.2V，即單獨該電池芯B1以0.01C放電速率放電之最低電壓(對該電池芯B1不致造成永久的損害的放電之最低電壓)；對於電池模組2較不損害且可有最安全的放電電量，較佳的使V0滿足3.45≦V0≦3.67，以設定的電池模組2輸出電壓最高為VRU=VnU×Ns×Nk，輸出電壓最低為VRL=VnL×Ns×Nk，其中VnU可設定為4.45~4.67V之間、VnL可設定為2.45~2.67V之間。
請再參閱圖4，圖4係本發明一較佳實施例之充電控制電路的系統架構圖。其中，充電控制電路12包括對應於各電池組B4之一個電池模組輸入開關器121、一個電池組充電模組125、以及對應於各電池芯B1之一個電池芯均壓充電模組122。電池模組輸入開關器121係用以控該電池模組2之充電電源輸入，而各電池組充電模組125電性連接於對應之電池組B4，並用以對電池組B4進行充電控制。
另外，電池芯均壓充電模組122則電性連接於對應之每一個電池芯B1，並用以對電池芯B1進行充電控制。在本實施例中，每一個電池組充電模組125、及每一個電池 芯均壓充電模組122均具有濾波、一次側整流、變壓、及二次側整流等元件或手段，並受電池組充電模組125所控制，以提高功率因數(Power Factor)。
其中，電池模組輸入開關器121、電池組開關器123、電池串組開關器124、電池模組輸出開關器131，可使用電磁開關或其他可控制的切換開關，不為所限。
再且，本實施例之顯示裝置5係電性連接主控制器11、及各次控制器111，並用以顯示電池模組2、各電池組B4、各電池串組B3、各電池串B2、及各電池芯B1的現況狀態及分析結果。另外，本實施例之記錄模組7係電性連接主控制器11、及各次控制器111，並用以儲存電池模組2、各電池組B4、各電池串組B3、各電池串B2、及各電池芯B1的現況狀態及分析結果之數據。然而，本實施例之記錄模組7可為EPROM、EEPROM、FLASH等記憶體、記憶卡(memory card)、或硬碟等皆可。
又，本實施例之每一電池串組控制模組BG、每一電池組控制模組VR、充電控制電路12、及放電控制電路13均設有一個控制器區域網路匯流排(Controller Area Network Bus，CANBus)6，而電壓偵測模組14、及溫度偵測模組15將所偵測到的數據及分析數據，如放電之電壓或溫度、充電之電壓或溫度、以及異常狀況等，透過控制器區域網路匯流排6進行傳輸。據此，本實施例可以透過一般車輛載具常用的通訊介面，即俗稱的CANBus，來進行資料的傳輸，其不僅穩定、且可有效降低成本，更重要的是容易與整個載具的資訊系統整合。本例所 使用的控制器區域網路匯流排6為RS485通訊介面。
在本實施例中，電源管理裝置1包括一連接埠(圖中未示)，例如USB連接埠，其主要供傳輸資料至數據媒體。舉例說明，當技術人員欲存取儲存於記錄模組7內之各種數據時，可以將電源管理裝置1之USB連接埠連接至另一控制主機(圖中未示)，直接存取記錄模組7內之資料。不過，本發明並不以實體的有線傳輸為限，亦可採用無線傳輸，諸如以WiFi、Zigbee、3G、或4G網路等無線通訊網路將記錄模組7內之各種資訊傳輸至遠端主機。
另外，在本實施例中，每一溫度偵測模組15、每一電壓偵測模組14、及每一控制器區域網路匯流排中均設有一隔離電路61，用以隔離控制器區域網路匯流排6、主控制器11、次控制器111、電池模組2、電池串組B3之電壓、電池串B2之電壓、溫度偵測模組15、及電壓偵測模組14，以避免電源電磁輻射(EMI)干擾。然而，隔離電路可為ZLG®公司所出產之RSM485ECHT或RSM3485ECHT晶片。
以下將詳細說明本實施例之充電、放電管理程序，先以放電管理為例，請參閱圖5，圖5係本發明一較佳實施例之放電管理程序之流程圖。首先，步驟(Sd1)，先判斷電源管理裝置1是否有充電電源4輸入，若有則切斷電源管理裝置1之一電源輸出端31，若無則進行下一步驟。接著，步驟(Sd2)，判斷電源輸出端31、及每一電池組B4之電池組輸出端B41之電壓是否低於一第一下限電壓VUVP；以及，判斷各電池組B4、各電池串組B3、各電池 串B2及各電池芯B1之溫度是否高於一第一上限溫度TOTP。若電壓低於第一下限電壓VUVP或溫度高於第一上限溫度TOTP則切斷對應的電池組B4之電源輸出，若無則進行下一步驟。
在本實施例中，第一下限電壓VUVP為每個電池芯輸出電壓下限(3.25V)、每一電池組B4之電池串組B3的數量(十一串)、以及每一電池串B2之電池芯B1的數量(十四個)之乘積，故約500伏特。另外，根據所採用的電池芯規格，本實施例將第一上限溫度TOTP設定為攝氏65度。據此，在步驟(Sd2)中，如果車輛在啟動時電壓過低或溫度過高則切斷電源輸出，即無法提供行駛。若無則繼續下一步驟，步驟(Sd3)，由電源管理裝置1將電源經由電源輸出端31輸出至負載3，即進行放電管理。
在放電的過程中，又進行以下判斷步驟。步驟(Sd4)，判斷電源輸出端31、及每一電池組B4之電池組輸出端B41之電壓是否低於一第二下限電壓VUVP2，以及判斷每一電池串組B3之電壓是否低於一第二下限電壓VUVP2之平均分壓值(即VUVP2/11)，若以上的任一者有超過設定的第二下限電壓VUVP2相對數值，則發出一電量耗盡警告訊號並切斷對應的電池組B4之電源輸出。又，判斷電源輸出端31、每一電池組B4之電壓是否低於一第三下限電壓VUVP3高於第二下限電壓VUVP2，以及判斷每一電池串組B3之電壓是否低於一第三下限電壓VUVP3之平均分壓值(即VUVP3/11)高於第二下限電壓VUVP2之平均分壓值(即VUVP2/11)，若以上的任一者有超過設定的數值，則發出 一低電壓警告訊號。
在本實施例的步驟(Sd4)中，第二下限電壓VUVP2為每個電池芯輸出電壓最低下限(3.15V)、每一電池組B4之電池串組B3的數量(十一串)、以及每一電池串B2之電池芯B1的數量(十四個)之乘積，故約485伏特。第三下限電壓VUVP3為每個電池芯輸出電壓標準下限(3.4V)、每一電池組B4之電池串組B3的數量(十一串)、以及每一電池串B2之電池芯B1的數量(十四個)之乘積，故約520伏特。
據此，在車輛啟動時或行駛中，如果有某一電池組B4、之電壓低於520伏特而高於485伏特或某一電池串組B3之電壓低於47.5伏特而高於44.1伏特，便會發出低電壓警告訊號。但是，如果某一電池組B4更低於485伏特或對於某一電池串組B3之電壓低於44.1伏特時便會發出一電量耗盡警告訊號，同時停止對應的該電池組B4之電源輸出。在本例中如果有超過三個電池組B4被停止輸出，則除發出警告訊息外，依據電動載具電源控制方式的不同，可採取整個電池模組2完全關閉使電動載具停止、限制負載3降至最低(如以最低速率緩慢行駛)或啟動備用電源等，以避免其他電池組B4負擔過重，而毀損或影響壽命。在實際應用的實施上，通常採用限制負載3降至最低，且在電動載具停俥後，將無法再啟動，以避免影響電池壽命及維護安全。
此外，在本實施例的步驟(Sd4)中，另判斷每一電池組B4之溫度是否高於一第二上限溫度TOTP2，若是則發出高溫警告訊號；並進一步判斷各電池組B4、各電池串組 B3、各電池串B2、及各電池芯B1之溫度是否高於一第一上限溫度TOTP，若是則分別切斷對應的電池組B4、對應的電池串組B3之電源輸出。在本例中第二上限溫度TOTP2設定為攝氏60度，第一上限溫度TOTP設定為攝氏65度。據此，當放電溫度高於一攝氏60度時，即可先發出警告進行通報；而當電量高於攝氏65度時，隨即控制關閉電源輸出，以確保電池的使用電池組B4之壽命，並避免放電溫度過高導致電池毀損，或甚至***發生危險。
接著，步驟(Sd5)，儲存每一電池組B4、每一電池串組B3、每一電池串B2、及每一電池芯B1之電壓數值；並進一步儲存每一電池串組B3、每一電池串B2、及每一電池芯B1之溫度數值於記錄模組7中，藉以完整記錄整個電池模組放電之運作狀態，包括電壓、溫度等數值、以及異常狀態或警告信號等，以備供分析或診斷研判之用。
再者，請參閱圖6，圖6係本發明一較佳實施例之充電管理程序之流程圖。本實施例之充電管理程序包括以下步驟：首先，步驟(Sc1)，判斷電源管理裝置1是否有充電電源4輸入，若有則切斷電源管理裝置1之電源輸出端31；換言之，此步驟是判斷是否有在進行充電，若有則停止放電輸出，以保護控制電路及電池模組2。
步驟(Sc2)，若經上一步驟判斷而並未進行充電時，則判斷每一電池組輸入端B42的電壓是否高於一第一充電電壓Vc1，若高於則切斷充電電源進入電池模組2對應之電池組B4，若低於則連接對應之該電池組B4進行下一步驟，即進行預充階段。在本實施例中，第一充電電壓 Vc1為每個電池芯最高充電電壓(4.7V)、每一電池組B4之電池串組B3的數量(十一串)、以及每一電池串B2之電池芯B1的數量(十四個)之乘積，再乘上超過5%的電壓為總串聯電壓，故約720伏特；藉此判斷進入每一電池組輸入端B42的電壓是否有過高的錯誤，以免影響充電的安全或將電池組B4形成過高壓充電的現象。
接著進行步驟(Sc3)之預充階段，即連接充電電源與各電池組B4進行預充電，在本例中預充電以650伏特、及20安培之低電流進行充電，而每電池組B4之充電電流約為2.5A。在進行預充電的過程中，持續偵測每一個電池芯電壓是否高於一第二充電電壓Vc2或預充電超過一預充時間。若偵測任一個電池芯電壓結果高於第二充電電壓Vc2、或已預充電超過預充時間，則對於對應的電池組B4停止充電。在本例中，第二充電電壓Vc2為每個電池芯輸出電壓下限(3.25V)，而預充時間設定為10分鐘。藉此，若任一個電池芯B1在預充階段不能將電壓升至第二充電電壓Vc2以上，則判斷該電池芯B1為故障，為免影響安全或造成該電池芯B1假性充電現象，則對電池模組B4停止充電。
再且，在步驟(Sc3)中，又可進一步偵測各電池串組B3之電壓是否高於第四充電電壓Vc4，若高於第四充電電壓Vc4則對於對應的電池組B4停止充電。在本例中，第四充電電壓Vc4為每個電池芯輸出電壓下限(3.25V)、電池串B2之串聯的電池芯B1的數量(十四個)之乘積。並且，步驟(Sc3)中又可偵測各電池串組B3、各電池串B2 、及各電池芯B1之溫度是否高於一第二上限溫度TOTP2，若高於第二上限溫度TOTP2則發出警告，且對應的電池組B4或電池串組B3停止充電，在本例中第二上限溫度TOTP2設定為攝氏60度。
據此，本實施例之步驟(Sc3)中除了可偵測電池芯B1之電壓是否高於預定之上限外，亦可直接偵測各電池串組B3、各電池串B2之電壓，而當其中一電池芯B1或一電池串組B3、電池串B2之電壓超出預定電壓時，隨即關閉整組電池組B4之充電輸入，以保護每一電池串B2、每一電池串組B3、每一電池組B4，避免任一故障的電池芯B1產生過充之情形發生。然而，圖6所顯示之電壓、及溫度偵測有先後順序，但實際上是同時進行偵測，且是持續偵測的。
步驟(Sc4)，延遲10分鐘後，重覆上述步驟(Sc3)一次，即續行再次預充電並偵測各電池芯B1之電壓是否高於第二充電電壓Vc2、各電池串組B3之電壓是否高於第四充電電壓Vc4、或已預充電超過預充時間，若高於第二充電電壓Vc2、第四充電電壓Vc4、或已預充電超過預充時間則進行下一步驟之快充階段。若任一電池芯B1對應的各電池組B4之電壓低於第二充電電壓Vc2，或者若各電池串組B3之電壓低於第四充電電壓Vc4，則切斷充電電源進入對應的電池組B4並發出對應電池組B4之電池充電異常警告訊號。
此步驟之主要目的係避免進行單一次預充電容易產生量測誤差，且確保每一電池芯B1可以充電活化，或者 檢測出無法充電活化的電池芯B1，若任一電池芯B1不能充電活化則發出充電異常警告訊號。更進一步，本實施例之步驟(Sc4)中除了可偵測電池芯B1之電壓是否高於預定之上限外，亦可直接偵測各電池串組B3之電壓，而當其中一電池芯B1或一電池串組B3之電壓超出預定電壓時，隨即關閉整組電池組B4之充電輸入，以確定故障的電池芯B1。
此外，本步驟同樣偵測各電池串組B3、各電池串B2及各電池芯B1中至少任一者之溫度是否高於一第二上限溫度TOTP2，若高於第二上限溫度TOTP2則發出警告，且對於對應的電池組B4停止充電並發出電池充電異常警告訊號。雖然，圖6所顯示之電壓、及溫度偵測有先後順序，但實際上是同時進行偵測，且是持續偵測的。
步驟(Sc5)，連接充電電源與各電池組B4進行快充電，本例係以650伏特120安培之正常電流進行充電，其中每電池組為15安培。本步驟並偵測各電池芯B1之電壓是否高於一第三充電電壓Vc3(如4.3伏特)，如果任一個電池芯B1之電壓高於第三充電電壓Vc3，則對於對應電池芯B1之電池組B4停止充電，進入下一步驟均壓均流充電階段。此外，本步驟又進一步偵測各電池串組B3、各電池串B2、及各電池芯B1之溫度是否高於一第二上限溫度TOTP2，若高於第二上限溫度TOTP2則發出警告，且對應的電池組B4停止充電。雖然，圖6所顯示之電壓、及溫度偵測有先後順序，但實際上是同時進行偵測，且是持續偵測的。
步驟(Sc6)，切斷各電池串B2之併聯，連接對每一電池芯B1進行均壓均流充電直到充電電源4被移除，在本例中係以0.05C之5伏特2安培進行均壓均流充電。據此，在電池已接近飽和時，更進一步可以小電流對每一電池芯B1進行均壓均流充電，以確保每一電池芯B1達到飽和狀態，也可維持飽和狀態直到移除充電電源。更進一步，當任一電池芯B1之電壓高於第三充電電壓Vc3(如4.3伏特)時，進入第四個浮動充電階段，將對應於該電池芯B1之均壓均流充電的充電電流降為該電池芯B1標稱容量之0.01C以下，直到充電電源被移除，以藉由小電流以涓流方式浮動的補足電池芯B1的電量。
最後，步驟(Sc7)，儲存每一電池組B4、每一電池串組B3、每一電池串B2、及每一電池芯B1之電壓數值，以及儲存每一電池串組B3、每一電池串B2、及每一電池芯B1之溫度數值於記錄模組7中，藉以完整記錄整個電池模組充電之運作狀態，包括電壓、溫度等數值、以及異常狀態等，以備供分析或診斷研判之用。
請參閱圖8，圖8係本發明第一實施例之顯示裝置5的畫面照片。在圖中，係顯示電池模組中某一電池組B4之某一電池串組B3之某一電池串B2的電源管理的結果；在照片下方的ID 1~11表示可選擇電池串組B3的那一個電池串B2，以顯示任何時候的每一個電池芯B1的電壓與溫度狀況，在照片中係選擇第一個電池串B2進行顯示(ID選擇為1)。顯示裝置5的畫面標示第一個電池芯B1至第十四個電池芯B1(在畫面中標示BV-01~BV-14)的電壓與溫 度狀況；顯示畫面分成二區，各為電壓顯示(畫面字體為Voltage display)與溫度顯示(畫面字體為Temp.display)；在電壓顯示區，顯示各電池芯B1的電壓(以mV顯示)，並以長條圖示表示，最高電壓者以紅色長條圖顯示、最低者以藍色長條圖顯示，若該電池芯B1電壓異常則以紅色或藍色閃爍顯示。在溫度顯示區，顯示各電池芯B1的溫度(以℃顯示)，並以長條圖示表示，若該電池芯B1溫度異常則以閃爍顯示。又畫面中顯示VTotal表示此一電池串B2現在的電壓(顯示為50145mV)，VAvra.表示此一電池串B2中各電池芯B1的電壓平均值(顯示為3581.8mV)，Vdmax表示此一電池串中最高電壓的電池芯B1與最低電壓電池芯B1的電壓差值(顯示為42mV)。
由圖8所示，本發明的電動交通載具電池模組之電源管理方法及其電源管理裝置採用主動式階層化的管理手段，且整個電池模組2與電源管理裝置1構成為一多階層的分散式電源系統；應用於第一實施例，可使各電池組B4、各電池串組B3、各電池串B2、各電池芯B1有效控制整個輸出電壓及電流維持在一穩定狀態，而且不會過度放電、不會過度充電、且使每個電池芯B1充電至互相接近的電位，故可大幅提高充電效率以及維持電池芯B1及電池模組2的使用壽命。
請參閱圖7，圖7係本發明第二實施例之電池模組的示意圖。本實施例係應用於內陸湖泊之電動船舶，其與上述第一實施例基本上相同，其中差異處僅在電池模組2之組成有所不同。在本例中，電動船舶之負載3’之標稱 電壓為160V，該電池模組2的最佳串併組合為，併聯的電池組B4數量為四個，其分裝在四個外箱內；而每一電池組B4之串併聯的電池串組B3數量為三個；每一電池串組B3之併聯的電池串B2數量為二個，及各該電池串B2之串聯的電池芯B1為十四個。
第二實施例之充電、放電的控制方法、及其電路結構皆與上述第一實施例雷同。然而，因為電池模組2的組成有所變化，故各控制點的電壓值亦隨之改變，其中變化包括第一下限電壓VUVP約為136.5伏特，第二下限電壓VUVP2約為132.3伏特，第二下限電壓VUVP2之平均分壓值約為44.1伏特，第三下限電壓VUVP3約為138.6伏特，第三下限電壓VUVP3之平均分壓值約為46.2伏特；第一充電電壓Vc1約為207.27伏特，第二充電電壓Vc2仍為3.25伏特，第三充電電壓Vc3仍為4.3伏特，第四充電電壓Vc4約為45.5伏特。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1‧‧‧電源管理裝置
11‧‧‧主控制器
111‧‧‧次控制器
12‧‧‧充電控制電路
121‧‧‧電池模組輸入開關器
122‧‧‧電池芯均壓充電模組
123‧‧‧電池組開關器
124‧‧‧電池串組開關器
125‧‧‧電池組充電模組
13‧‧‧放電控制電路
131‧‧‧電池模組輸出開關器
14‧‧‧電壓偵測模組
15‧‧‧溫度偵測模組
2‧‧‧電池模組
3、3’‧‧‧負載
31‧‧‧電源輸出端
4‧‧‧充電電源
41‧‧‧電源輸入端
5‧‧‧顯示裝置
6‧‧‧控制器區域網路匯流排
61‧‧‧隔離電路
7‧‧‧記錄模組
B1‧‧‧電池芯
B2‧‧‧電池串
B3‧‧‧電池串組
B4‧‧‧電池組
B41‧‧‧電池組輸出端
B42‧‧‧電池組輸入端
VR‧‧‧電池組控制模組
BG‧‧‧電池串組控制模組
圖1係本發明一較佳實施例之主要系統架構圖。
圖2係本發明第一實施例之電池模組的示意圖。
圖3係本發明一較佳實施例之放電控制電路的系統架構圖。
圖4係本發明一較佳實施例之充電控制電路的系統架構圖。
圖5係本發明一較佳實施例之放電管理程序之流程圖。
圖6係本發明一較佳實施例之充電管理程序之流程圖。
圖7係本發明第二實施例之電池模組的示意圖。
圖8係本發明第二實施例之電池模組的示意圖。
1‧‧‧電源管理裝置
11‧‧‧主控制器
12‧‧‧充電控制電路
13‧‧‧放電控制電路
2‧‧‧電池模組
3‧‧‧負載
31‧‧‧電源輸出端
4‧‧‧充電電源
41‧‧‧電源輸入端
5‧‧‧顯示裝置
6‧‧‧控制器區域網路匯流排
7‧‧‧記錄模組
B41‧‧‧電池組輸出端
B42‧‧‧電池組輸入端

Claims (23)

  1. 一種電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中該電動交通載具包括一電池模組、及一電源管理裝置，該電源管理方法用以管理該電池模組之放電與充電；該電源管理裝置電性連接該電池模組、連接可插拔的一充電電源及一負載；該電池模組係由複數個併聯的電池組所構成，該電池組係由一個或複數個串聯電池串組所構成，該電池串組係由一個或複數個併聯電池串所構成，該電池串係由複數個串聯的電池芯所構成；該電動交通載具電池組電源管理方法包括一放電管理程序、及一充電管理程序；該放電管理程序包括以下步驟：(Sd1)判斷該電源管理裝置是否有該充電電源輸入，若有則切斷該電源管理裝置之一電源輸出端，若無則進行下一步驟；(Sd2)判斷該電源輸出端、及每一電池組之電池組輸出端之電壓是否低於一第一下限電壓，若有則切斷該電源輸出端之電源輸出，若無則進行下一步驟；(Sd3)由該電源管理裝置將電源經由該電源輸出端輸出至該負載；以及(Sd4)判斷該電源輸出端、及每一電池組之電池組輸出端之電壓是否低於一第二下限電壓，若有則發出一電量耗盡警告訊號；並判斷該電源輸出端之電壓是否低於一第三下限電壓高於該第二下限電壓，若有則發出一低電壓警告訊號； 該充電管理程序包括以下步驟：(Sc1)判斷該電源管理裝置是否有該充電電源輸入，若有則切斷該電源管理裝置之該電源輸出端；(Sc2)若無則判斷每一電池組輸入端的電壓是否高於一第一充電電壓，若有則切斷充電電源進入該電池模組對應之該電池組，若無則連接對應之該電池組進行下一步驟；(Sc3)連接該充電電源與各該電池組進行預充電，並偵測各該電池芯之電壓是否高於一第二充電電壓、或預充電超過一預充時間，若任一電池芯電壓高於該第二充電電壓、或已預充電超過該預充時間中任一者，則對於對應的該電池組停止充電；(Sc4)延遲一預定時間後，重覆上述步驟(Sc3)一次，偵測各該電池芯之電壓是否高於該第二充電電壓或已預充電超過該預充時間，若任一電池芯電壓高於該第二充電電壓或已預充電超過該預充時間中任一者則進行下一步驟；若各該電池芯之電壓低於該第二充電電壓則切斷充電電源進入該電池組並發出對應該電池組之電池充電異常警告訊號；(Sc5)連接該充電電源與各該電池組進行快充電，並偵測各該電池芯之電壓是否高於一第三充電電壓，任一個電池芯之電壓高於該第三充電電壓，則對於對應該電池芯之該電池組停止充電，進入下一步驟；以及(Sc6)切斷各該電池串之併聯連接，對每一電池芯 進行均壓均流充電，直到該充電電源被移除。
  2. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sd2)中進一步判斷各該電池組、各該電池串組、各該電池串及各該電池芯中至少任一者之溫度是否高於一第一上限溫度，若有則切斷對應之該電池組之電源輸出，若無則進行該步驟(Sd3)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sd4)中，其進一步判斷每一電池串組之電壓是否低於該第二下限電壓之平均分壓值，若是則切斷對應的該電池組之電源輸出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sd4)中，其進一步判斷每一電池串組之電壓是否低於一第三下限電壓之平均分壓值而高於該第二下限電壓之平均分壓值，若有則發出該低電壓警告訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sd4)中，進一步判斷每一電池組之溫度是否高於一第二上限溫度，若是則發出高溫警告訊號；並進一步判斷各該電池組、各該電池串組、各該電池串及各該電池芯中至少任一者之溫度是否高於一第一上限溫度，若是則分別切斷對應的該電池組、對應的該電池串組之電源輸出；其中，該第一上限溫度高於該第二上限溫度之範圍為3度至10度間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，該放電管理程序之步驟(Sd4)後更包括一步驟(Sd5)；(Sd5)儲存該電源輸出端之電壓數值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sd5)中，其進一步儲存每一電池組、每一電池串組、每一電池串及每一電池芯至少其一者之電壓數值；並進一步儲存每一電池組、每一電池串組、每一電池串及每一電池芯至少其一者之溫度數值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sc3)中進一步：偵測各該電池串組之電壓是否高於一第四充電電壓，若高於該第四充電電壓則對於對應的該電池組停止充電；偵測各該電池串組、各該電池串及各該電池芯中至少任一者之溫度是否高於一第二上限溫度，若高於該第二上限溫度則對應的該電池組或該電池串組停止充電。
  9. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sc4)中進一步：偵測各該電池串組之電壓是否高於該第四充電電壓，若是則進行步驟(Sc5)，若否則切斷充電電源進入對應的該電池組並發出電池充電異常警告訊號；偵測各該電池串組、各該電池串及各該電池芯中至少任一者之溫度是否高於一第二上限溫度，若高於該第二上限溫度則 對於對應的該電池組停止充電並發出電池充電異常警告訊號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sc5)中，進一步偵測各該電池串組、各該電池串及各該電池芯中至少任一者之溫度是否高於一第二上限溫度，若高於該第二上限溫度則對應的該電池組停止充電。
  11. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sc6)中，均壓均流充電之充電電流為該電池芯標稱容量之0.1C以下。
  12. 如申請專利範圍第11項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sc6)中，當任一電池芯之電壓高於該第三充電電壓時，將對應於該電池芯之均壓均流充電的充電電流降為該電池芯標稱容量之0.01C以下。
  13. 如申請專利範圍第1項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，該放電管理程序之步驟(Sc6)後更包括一步驟(Sc7)；(Sc7)儲存每一電池組、每一電池串組、每一電池串、及每一電池芯中至少其一或其組合之電壓數值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述電動交通載具電池模組之電源管理方法，其中，於該步驟(Sc7)中，進一步儲存該每一電池串組、每一電池串及每一電池芯至少其一或其組合之溫度數值。
  15. 如申請專利範圍第1至14項任一項所述電動交通載具 電池模組之電源管理方法，其中，於該放電管理程序及該充電管理程序所儲存之數據、切斷電源輸出狀況、停止充電狀況及各警告訊號係藉由一控制器區域網路(Controller Area Network，CAN)進行傳輸。
  16. 一種電動交通載具電池模組之電源管理裝置，係用以管理一電動交通載具之一電池模組之放電與充電；該電源管理裝置電性連接該電池模組、連接可插拔的一充電電源及一負載；該電池模組係由複數個併聯的電池組所構成，該電池組係由複數個串聯電池串組所構成，該電池串組係由一個或複數個併聯電池串所構成，該電池串係由複數個串聯的電池芯所構成；該電源管理裝置包括：一主控制器、對應於各該電池組之一電池組控制模組、及對應於各該電池串組之一電池串組控制模組；一充電控制電路、及一放電控制電路，其分別電性連接於該主控制器；其中，該放電控制電路包括連接於該主控制器之一電池模組輸出開關器，該電池模組輸出開關器用以控制該電池模組之電源輸出至該負載；每一電池串組控制模組包括一電池串組開關器、及一電壓偵測模組，該電壓偵測模組用以偵測該電池串組、該電池串、及該電池芯之電壓中至少其一；該電池串組開關器電性連接於對應之該電池串組輸出端、及該電池組控制模組，用以控制該電池串組之電源 輸出或輸入；每一電池組控制模組包括一電池組開關器、及一次控制器，該次控制器電性連接該電池組開關器，用以控制該電池串組之電源輸出或輸入；其中，該充電控制電路包括對應於各電池組之一電池模組輸入開關器、一電池組充電模組、以及對應於各該電池芯之一電池芯均壓充電模組；該電池模組輸入開關器係用以控制該電池模組之充電電源輸入；各該電池組充電器電性連接於對應之電池組，並用以對該電池組進行充電控制；該電池芯均壓充電模組電性連接於對應之每一電池芯，並用以對該電池芯進行充電控制。
  17. 如申請專利範圍第16項所述電動交通載具電池模組之電源管理裝置，其中，該主控制及各該次控制器係用以執行如申請專利範圍第1~15項中任一項所述之電動交通載具電池組電源管理方法。
  18. 如申請專利範圍第16項所述電動交通載具電池模組之電源管理裝置，其中，該放電控制電路控制該電池模組輸出電壓最高為VRU=VnU×Ns×Nk，輸出電壓最低為VRL=VnL×Ns×Nk，其中VnU=(Vf-Ve)+V0，VnL=-(Vf-Ve)+V0，Ns為該電池串之該電池芯之數量，Nk為該電池組之該電池串組之數量，VnU為每一電池芯控制輸出最高電壓，Vn為電池芯之標稱電壓，Vf為電池芯之完全充飽可放電之最高電壓，Ve為電池芯之安全放電最低電壓，VnL為每一電池芯控制輸出最低電壓，V0滿足下列條件；
  19. 如申請專利範圍第16項所述電動交通載具電池模組之電源管理裝置，其中，各該電池串組控制模組進一步包含一溫度偵測模組，其用以偵測該電池組溫度、該電池串組溫度、該電池串溫度及該電池芯溫度中至少其一。
  20. 如申請專利範圍第16項所述電動交通載具電池模組之電源管理裝置，其中，該電源管理裝置進一步包含一顯示裝置，其電性連接該主控制器、及各該次控制器，並用以顯示該電池模組、各該電池組、各該電池串組、各該電池串及各該電池芯中至少其之一或其組合的現況狀態或分析結果之一或其組合。
  21. 如申請專利範圍第16項所述電動交通載具電池模組之電源管理裝置，其中，該電源管理裝置進一步包括一記錄模組，其係電性連接該主控制器、及各該次控制器，並用以儲存該電池模組、各該電池組、各該電池串組、各該電池串、及各該電池芯中至少其之一或其組合的現況狀態或分析結果之一或其組合之數據。
  22. 如申請專利範圍第16項所述電動交通載具電池模組之電源管理裝置，其中，各該電池串組控制模組、各該電池組控制模組、該充電控制電路、及該放電控制電路中至少其一設有一控制器區域網路匯流排，該電壓偵測模組、及該溫度偵測模組將所偵測到的數據及分析數據，透過該控制器區域網路匯流排進行傳輸。
  23. 如申請專利範圍第22項所述電動交通載具電池模組之電源管理裝置，其中，各該溫度偵測模組、各該電壓偵測模組、及各該控制器區域網路匯流排中至少其一設有一隔離電路，用以隔離該控制器區域網路匯流排、該主控制器、該次控制器、該電池模組、電池串組之電壓、該電池串之電壓、該溫度偵測模組、及該電壓偵測模組中至少其一，以避免電源電磁輻射干擾。
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