TWI745746B - 分散式電池平衡管理方法及運用該方法之電池系統 - Google Patents

分散式電池平衡管理方法及運用該方法之電池系統 Download PDF

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Abstract

分散式電池平衡管理方法包括：藉由電池系統平衡管理單元進行電池系統平衡步驟及藉由各電池模組的各模組平衡管理電路各自進行電池模組平衡步驟。電池系統平衡步驟包括：取得各電池模組的模組最小電壓；取得電池系統的系統最小電壓及系統平均電壓；判斷各電池模組的模組最小電壓是否大於系統平均電壓，當判斷為是，設定各模組平衡管理電路的平衡時間佔空比為第一佔空比，當判斷為否，設定平衡時間佔空比為第二佔空比。設定各模組平衡管理電路的平衡總致能訊號為致能狀態，以允許各電池模組的N個電池進行對應的電壓平衡控制。

Description

分散式電池平衡管理方法及運用該方法之電池系統
本發明係有關一種電池平衡管理方法，特別是指一種分散式電池平衡管理方法。本發明也有關於運用此分散式電池平衡管理方法之電池系統。
請參考第1圖。第1圖顯示先前技術之電池系統之示意圖。先前技術之電池系統100包含：一電池系統管理單元11以及M個電池模組12-1、12-2、...、12-M-1、12-M。各個電池模組(例如電池模組12-1)包括一模組管理電路121、一電池組123及N個平衡電路122-1、...、122-N-1、122-N。電池組123具有彼此串聯的N個電池B-1、...、B-N-1、B-N，各自皆耦接於模組管理電路121。
以電池模組12-1為例，在電池模組12-1的電池組123中，彼此串聯的N個電池B-1、...、B-N-1、B-N會有彼此電壓不平衡的問題。
為了解決這樣的電壓不平衡的問題，先前技術之電池系統100必須要針對各個電池模組(例如電池模組12-1、12-2、...、12-M-1、12-M)中的每一電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)進行電壓轉換、電壓收集以及電壓監控，以便進行整體的電壓平衡控制機制。先前技術之電池系 統100的重大缺點在於：上述的電壓轉換、電壓收集及電壓監控的所有資訊，都會先藉由各個電池模組(例如電池模組12-1、12-2、...、12-M-1、12-M)各自的模組管理電路121經由通訊介面ID1，分別傳回到電池系統管理單元11。接著，電池系統管理單元11再將電壓平衡控制機制各個電池模組(例如電池模組12-1、12-2、...、12-M-1、12-M)各自所需的電壓平衡控制機制經由通訊介面ID1，分別傳回到各個電池模組(例如電池模組12-1、12-2、...、12-M-1、12-M)。也就是說，各個電池模組(例如電池模組12-1、12-2、...、12-M-1、12-M)中的各個模組管理電路121無法獨立地進行各自的電壓平衡控制機制。
這樣的缺點在於：上述的電壓轉換、電壓收集、電壓監控的所有資訊加上整體的電壓平衡控制機制都僅能藉由單一個電池系統管理單元11來處理。當電池模組的數量很大時(即當M的數值很大時)及/或當電池的數量很大(即當N的數值很大時)，由於電池系統管理單元11所需處理的資訊量過於龐大，電池系統管理單元11的處理程序將變得複雜，最終會耗費時間，因而使得先前技術之電池系統100在進行整體的電壓平衡控制機制時嚴重地延誤時間，導致電壓失衡的狀態需耗費多時才能改善。
有鑑於此，本發明提出一種分散式電池平衡管理方法以及運用此分散式電池平衡管理方法之電池系統。藉此，本發明能夠使整體的電壓平衡控制機制變得輕省簡單，以致能迅速解決電壓失衡的問題。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種分散式電池平衡管理方法，用以控制一電池系統達到全系統電壓平衡的狀態，該電池系統包含：一電池系統平衡管理單元；以及M個電池模組，藉由一通訊介面與該電池系 統平衡管理單元耦接，其中M為大於1的正整數，其中該M個電池模組中的各個電池模組包括：一模組平衡管理電路，藉由該通訊介面與該電池系統平衡管理單元耦接；一電池組，具有彼此串聯的N個電池，各自皆耦接於該模組平衡管理電路，其中N為大於1的正整數；以及N個平衡電路，各自對應耦接於對應的各個該電池，且與該模組平衡管理電路耦接，其中該M個電池模組中的M個電池組彼此依序串聯，用以產生一電池系統電壓(VPCK)；該分散式電池平衡管理方法包含：該電池系統平衡管理單元進行一電池系統平衡步驟；以及各模組平衡管理電路各自進行一電池模組平衡步驟；其中該電池系統平衡步驟包括：(S13)：藉由該通訊介面自該M個電池模組中的各個模組平衡管理電路取得該電池系統中所有的該電池的電壓，以及取得各該電池模組的一模組最小電壓，其中該模組最小電壓為該電池模組中的N個電池的電壓中的最小電壓；(S14)：根據該電池系統中所有的該電池的電壓以計算取得一系統最小電壓以及一系統平均電壓，其中該系統最小電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓中的最小電壓，其中該系統平均電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓的平均值；以及模組設定步驟(S15)：對該M個電池模組中的每一電池模組進行以下步驟：(S152)：判斷該電池模組的該模組最小電壓是否大於該系統平均電壓，當判斷為是，進入步驟(S153)，當判斷為否，進入步驟(S154)；(S153)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡時間佔空比設定為第一佔空比；(S154)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的該平衡時間佔空比設定為第二佔空比，其中該第一佔空比大於該第二佔空比；以及(S155)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡總致能訊號設定為致能狀態，其中當該平衡總致能訊號為致能狀態時，允許該電池模組的N個電池進行對應的電壓平衡控制；其中於該電池模組平衡步驟中，各個該模組平衡管理電 路根據對應的該平衡時間佔空比，以控制對應的該電池模組中的每一個平衡電路，藉此對每一個對應的電池進行電壓平衡控制。
在一較佳實施例中，該模組設定步驟(S15)更包括：對該M個電池模組中的每一電池模組進行以下步驟：(S151)：判斷該模組最小電壓與該系統最小電壓的差值是否大於一第一差值閾值，當判斷為是，才進入步驟(S152)，當判斷為否，進入步驟(S158)；以及(S158)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的該平衡總致能訊號設定為禁能狀態；其中當該平衡總致能訊號為禁能狀態時，不允許該電池模組的任一個電池進行對應的電壓平衡控制。
在一較佳實施例中，該電池系統平衡步驟更包括步驟(S12)：根據該電池系統的一系統電流判斷該電池系統是否為放電狀態；其中當步驟(S12)的判斷為否時，才進入該步驟(S13)，當步驟(S12)的判斷為是，進入步驟(S18)；其中步驟(S18)：將該電池系統中所有的M個電池模組的該平衡總致能訊號皆設定為禁能狀態。
在一較佳實施例中，該電池系統平衡步驟更包括步驟(S21)：於步驟(S15)後經過一第一延遲時間之後，回到步驟(S13)。
在一較佳實施例中，該電池系統平衡步驟更包括步驟(S21)：於步驟(S15)後經過一第一延遲時間之後，回到步驟(S12)。
在一較佳實施例中，在該M個電池模組皆已經執行過該模組設定步驟(S15)之後，該分散式電池平衡管理方法更包括步驟(S16)：根據一第一外部指令，判斷是否需進行該電池系統平衡步驟，當判斷為是時，經過一第二延遲時間後回到步驟(S12)，當判斷為否時，才進入步驟(S21)。
在一較佳實施例中，該第一佔空比與該第二佔空比根據以下方式之一而獲得：(1)：該第二佔空比為一預設值，該第一佔空比為該預設值加上一佔空比差值；(2)：該第一佔空比為一預設值，該第二佔空比為該預設值減去一佔空比差值；或(3)：該第一佔空比為該預設值加上一佔空比差值，該第二佔空比為一預設值減去該佔空比差值。
在一較佳實施例中，該佔空比差值為一固定值。
在一較佳實施例中，該佔空比差值相關於一平衡電壓差值或一平衡電池容量。
在一較佳實施例中，該電池模組平衡步驟包括：(S43)：各個該模組平衡管理電路自對應的該電池模組中的該電池組分別收集該N個電池各自的電壓，且根據對應的該電池模組中所有的該N個電池的電壓以計算取得對應的該電池模組的該模組最小電壓；以及平衡致能步驟(S45)：對該N個電池中的各個該電池進行以下步驟：(S452)：判斷該電池的電壓與該模組最小電壓的差值是否大於一第二差值閾值，當判斷為是，進入步驟(S453)，當判斷為否，進入步驟(S454)；(S453)：各個該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比致能該電池所對應的該平衡電路，以對該電池進行電壓平衡控制；以及(S454)：該模組平衡管理電路禁能該電池所對應的該平衡電路。
在一較佳實施例中，該平衡致能步驟(S45)更包括：對該N個電池中的各個該電池進行以下步驟：(S451)：判斷該電池的電壓是否大於一下限閾值，當判斷為是，才進入步驟(S452)，當判斷為否，進入步驟(S454)。
在一較佳實施例中，該電池模組平衡步驟更包括步驟(S42)：判斷該平衡總致能訊號是否為致能狀態，其中當步驟(S42)的判斷為是時， 才進入該步驟(S43)，當步驟(S42)的判斷為否，進入步驟(S52)；其中步驟(S52)：禁能該電池模組中所有的該N個平衡電路。
在一較佳實施例中，該電池模組平衡步驟更包括步驟(S55)：於步驟(S45)後經過一第三延遲時間(T3)之後，回到步驟(S43)。
在一較佳實施例中，該電池模組平衡步驟更包括步驟(S55)：於步驟(S45)後經過一第三延遲時間之後，回到步驟(S42)。
在一較佳實施例中，在該N個電池中的每一電池皆已經執行過該平衡致能步驟(S45)之後，該分散式電池平衡管理方法更包括步驟(S50)：根據一第二外部指令，判斷是否需進行電池模組平衡步驟，當判斷為是時，經過一第四延遲時間後回到步驟(S42)，當判斷為否時，才進入步驟(S55)。
在一較佳實施例中，各該平衡電路包括一旁路開關以及一旁路阻抗元件，其中該旁路開關以及該旁路阻抗元件耦接於對應的該電池；其中步驟(S453)包括：該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比以控制對應的該旁路開關而導通一旁路電流且持續一平衡時間，以針對各該平衡電路所對應的該電池進行電壓平衡控制；其中該平衡時間正比於該平衡時間佔空比。
就另一個觀點言，本發明也提供了一種電池系統，包含：一電池系統平衡管理單元；以及M個電池模組，藉由一通訊介面與該電池系統平衡管理單元耦接，其中M為大於1的正整數；其中該M個電池模組中的各個電池模組包括：一模組平衡管理電路，藉由該通訊介面與該電池系統平衡管理單元耦接；一電池組，具有彼此串聯的N個電池，各自皆耦接於該模組平衡管理電路，其中N為大於1的正整數；以及N個平衡電路，各自對應耦接於對應的各個該電池，且與該模組平衡管理電路耦接，其中該M個電池模組 中的M個電池組彼此依序串聯，用以產生一電池系統電壓；其中該電池系統平衡管理單元進行一電池系統平衡步驟；其中各模組平衡管理電路各自進行一電池模組平衡步驟；其中該電池系統平衡管理單元所進行的該電池系統平衡步驟包括：(S13)：藉由該通訊介面自該M個電池模組中的各個模組平衡管理電路取得該電池系統中所有的該電池的電壓，以及取得各該電池模組的一模組最小電壓，其中該模組最小電壓為該電池模組中的N個電池的電壓中的最小電壓；(S14)：根據該電池系統中所有的該電池的電壓以計算取得一系統最小電壓以及一系統平均電壓，其中該系統最小電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓中的最小電壓，其中該系統平均電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓的平均值；以及模組設定步驟(S15)：對該M個電池模組中的每一電池模組進行以下步驟：(S152)：判斷該電池模組的該模組最小電壓是否大於該系統平均電壓，當判斷為是，進入步驟(S153)，當判斷為否，進入步驟(S154)；(S153)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡時間佔空比設定為第一佔空比；(S154)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的該平衡時間佔空比設定為第二佔空比，其中該第一佔空比大於該第二佔空比；以及(S155)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡總致能訊號設定為致能狀態，其中當該平衡總致能訊號為致能狀態時，允許該電池模組的N個電池進行對應的電壓平衡控制；其中各個該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比，以控制對應的該電池模組中的每一個平衡電路，藉此對每一個對應的電池進行電壓平衡控制。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
100:習知的電池系統
11:習知的電池系統管理單元
12-1:習知的電池模組
12-2:習知的電池模組
12-M-1:習知的電池模組
12-M:習知的電池模組
121:習知的模組管理電路
122-1:習知的平衡電路
122-2:習知的平衡電路
122-N-1:習知的平衡電路
122-N:習知的平衡電路
123:習知的電池組
200:電池系統
21:電池系統平衡管理單元
22-1:電池模組
22-2:電池模組
22-M-1:電池模組
22-M:電池模組
221:模組平衡管理電路
222-1:平衡電路
222-2:平衡電路
222-N-1:平衡電路
222-N:平衡電路
223:電池組
B-1:電池
B-N-1:電池
B-N:電池
IB-1:旁路電流
IB-N-1:旁路電流
IB-N:旁路電流
i:電池模組的個數
ID1:通訊介面
ID2-1:傳輸介面
ID2-M-1:傳輸介面
j:電池的個數
M:電池模組的總數
N:電池的總數
R-1:旁路阻抗元件
R-N-1:旁路阻抗元件
R-N:旁路阻抗元件
S1000:電池系統平衡步驟
S2000:電池模組平衡步驟
S11~S15:步驟
S151~S158:步驟
S16~S18:步驟
S20:步驟
S21:步驟
S41~S43:步驟
S45:步驟
S451~S456:步驟
S50~S53:步驟
S55:步驟
P-1:旁路開關
P-N-1:旁路開關
P-N:旁路開關
VPCK:電池系統電壓
VPCK+:電池輸出正端
VPCK-:電池輸出負端
第1圖顯示先前技術之電池系統之示意圖。
第2圖顯示本發明之電池系統之一實施例示意圖。
第3圖顯示本發明之電池系統之中，各平衡電路的一實施例示意圖。
第4圖顯示本發明之電池系統之電池模組22-1中，各平衡電路的一具體實施例示意圖。
第5圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法之一實施例示意圖。
第6圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000之一實施例示意圖。
第7圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000之另一實施例示意圖。
第8圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000又一實施例示意圖。
第9圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000之再一實施例示意圖。
第10圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000之一實施例示意圖。
第11圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000之另一實施例示意圖。
第12圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000又一實施例示意圖。
第13圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000再一實施例示意圖。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
請參考第2圖並對照第5圖。第2圖顯示本發明之電池系統之一實施例(電池系統200)示意圖。第5圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法之一實施例示意圖。
如第2圖所示，本發明之電池系統200包含：一電池系統平衡管理單元21以及M個電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M。在一實施例中，M為大於1的正整數。各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)藉由一通訊介面ID1個別地與電池系統平衡管理單元21耦接。
各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)包括：一模組平衡管理電路221、一電池組223及N個平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N。在一實施例中，N為大於1的正整數。各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的模組平衡管理電路221藉由通訊介面ID1個別地與電池系統平衡管理單元21耦接。各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的電池組223具有彼此串聯的N個電池B-1、...、B-N-1、B-N，各自對應耦接於對應的模組平衡管理電路221。各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的N個平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N各自對應耦接於對應的電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)。且，各個電池模組(例如電池模組22-1、22- 2、...、22-M-1、22-M)中的N個平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N皆與對應的模組平衡管理電路221耦接。
如第2圖所示，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)彼此依序串聯。其中，其依序串聯方式為：各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)倆倆之間藉由傳輸介面ID2-1、...、ID2-M-1彼此耦接。例如，電池模組22-1藉由傳輸介面ID2-1與電池模組22-2彼此耦接。電池模組22-M-1藉由傳輸介面ID2-M-1與電池模組22-M彼此耦接。如此一來，M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的M個電池組223彼此依序串聯，用以產生一電池系統電壓VPCK。如第2圖所示，電池模組22-1的電池B-1的陽極用以作為電池系統200的電池輸出正端VPCK+，而電池模組22-M的電池B-N(圖未示)的陰極用以作為電池系統200的電池輸出負端VPCK-。如此一來，電池輸出正端VPCK+與電池輸出負端VPCK-之間具有電池系統電壓VPCK。
以電池模組22-1為例，在電池模組22-1的電池組223中，彼此串聯的N個電池B-1、...、B-N-1、B-N可能會有彼此電壓不平衡的問題發生。舉例而言，電池B-1的電壓為4.2V、電池B-N-1的電壓為3.9V、電池B-N的電壓為3.6V，而其餘的電池的電壓的值的可能範圍在4.2V~3.6V間，但卻彼此此不同。在此情況下，表示在電池模組22-1的電池組223中的N個電池有彼此電壓不平衡的問題發生了。其他的電池模組(例如電池模組22-2、...、22-M-1、22-M)的電池組223中的N個電池亦可能有彼此電壓不平衡的問題發生了。
為了解決這個電壓不平衡的問題。如第5圖所示，本發明能夠利用分散式電池平衡管理方法，藉此控制電池系統200達到全系統電壓平衡的狀態。如第5圖所示，本發明的分散式電池平衡管理方法包含：藉由電池 系統平衡管理單元21進行一電池系統平衡步驟S1000以及藉由各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221各自進行一電池模組平衡步驟S2000(關於電池系統平衡管理單元21如何進行電池系統平衡步驟S1000及關於各模組平衡管理電路221如何各自進行電池模組平衡步驟S2000的特徵與細節，容後詳述)。
需說明的是，根據本發明，利用分散式電池平衡管理方法，藉此控制電池系統200達到「全系統電壓平衡的狀態」中的「全系統電壓平衡的狀態」意指：藉由上述的分散式電池平衡管理方法，對電池系統200內的各個電池模組中的各個電池進行電壓平衡控制，使得電池系統200內的所有電池彼此達到一電壓平衡的狀態。
請參考第2圖並對照第3-4圖。第3圖顯示本發明之電池系統之中，各平衡電路的一實施例示意圖。第4圖顯示本發明之電池系統之電池模組22-1中，各平衡電路的一具體實施例示意圖。
為了簡潔說明起見，以下第3圖及第4圖所示的實施例將以電池模組22-1為例來詳述本發明的特徵與優點。然而，需說明的是，其餘的電池模組(例如電池模組22-2、...、22-M-1、22-M)同樣具有電池模組22-1的特徵與優點。
如第3圖及第4圖所示，在電池模組22-1中，各平衡電路(例如平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N)包括對應的旁路開關(例如旁路開關P-1、...、P-N-1、P-N)以及對應的旁路阻抗元件(例如旁路阻抗元件R-1、...、R-N-1、R-N)。各旁路開關(例如P-1、...、P-N-1、P-N)以及各旁路阻抗元件(例如R-1、...、R-N-1、R-N)耦接於各自所對應的電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)。
根據本發明，利用分散式電池平衡管理方法，電池模組22-1中的模組平衡管理電路221能夠根據對應的一平衡時間佔空比以控制對應的各旁路開關(例如旁路開關P-1、...、P-N-1、P-N)而導通對應的各旁路電流(例如旁路電流IB-1、...、IB-N-1、IB-N)且持續電池模組22-1所對應的一平衡時間，以針對各平衡電路(例如平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N)所對應的電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)進行電壓平衡控制。在一實施例中，各平衡電路(例如平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N)所對應的平衡時間正比於電池模組22-1所對應的平衡時間佔空比(關於平衡時間佔空比的特徵與細節，容後詳述)。
請參考第3-4圖並對照第6圖。第6圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000之一實施例示意圖。
首先，本發明的分散式電池平衡管理方法藉由電池系統平衡管理單元21進行電池系統平衡步驟S1000。
如第6圖所示，根據本發明，在一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000包括：開始(如第6圖所示之步驟S11)；接著，電池系統平衡管理單元21藉由通訊介面ID1自M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各個模組平衡管理電路221取得電池系統200中M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)的所有的電池的電壓(如第6圖所示之步驟S13)。此外，藉由通訊介面ID1取得各電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)各自對應的模組最小電壓(如第6圖所示之步驟S13)。
需說明的是，在一實施例中，以電池模組22-1為例，所謂的電池模組22-1的「模組最小電壓」為電池模組22-1中的N個電池(例如電池 B-1、...、B-N-1、B-N)的電壓中的最小電壓。類似地，以電池模組22-2為例，所謂的電池模組22-2的「模組最小電壓」為電池模組22-2中的N個電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)的電壓中的最小電壓。類似地，以電池模組22-M為例，所謂的電池模組22-M的「模組最小電壓」為電池模組22-M中的N個電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)的電壓中的最小電壓。也就是說，根據本發明(如第6圖所示之步驟S13)，M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)將會有M個「模組最小電壓」。
接著，電池系統平衡管理單元21根據電池系統200中M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)的所有的電池的電壓以計算取得一系統最小電壓以及一系統平均電壓(如第6圖所示之步驟S14)。
需說明的是，在一實施例中，所謂的「系統最小電壓」指的是：電池系統200中M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)的所有的電池(本實施例中共M*N個電池)的電壓中的最小電壓。在一實施例中，所謂的「系統平均電壓」指的是：電池系統200中M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)的所有的電池(本實施例中共M*N個電池)的電壓的平均值。
接著，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000將會執行「模組設定步驟」(如第6圖所示之步驟S15)，於模組設定步驟S15中，電池系統平衡管理單元21會對M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的每一電池模組進行以下步驟。
在「模組設定步驟」(如第6圖所示之步驟S15)中，首先，電池系統平衡管理單元21判斷各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、 22-M-1、22-M)中各自對應的模組最小電壓是否大於系統平均電壓(如第6圖所示之步驟S152)。
接著，電池系統平衡管理單元21會根據各個電池模組對應的判斷結果，對各個電池模組判斷是否進入步驟S153，換言之，當某個電池模組於步驟152的判斷結果為是時，會對該個電池模組進行步驟S153。在一實施例中，步驟S153指的是：電池系統平衡管理單元21將步驟S153中判斷為是的各個電池模組中各自對應的模組平衡管理電路221的一平衡時間佔空比設定為第一佔空比。
另一方面，當某個電池模組於步驟152的判斷結果為否時，會對該個電池模組進行步驟S154。在一實施例中，步驟S154指的是：電池系統平衡管理單元21將步驟S152中判斷為否的各個電池模組中各自對應的模組平衡管理電路221的一平衡時間佔空比設定為第二佔空比。
需說明的是，在一實施例中，以電池模組22-1為例，電池模組22-1所對應的模組平衡管理電路221具有單一個對應的「平衡時間佔空比」。類似地，以電池模組22-2為例，電池模組22-2所對應的模組平衡管理電路221具有單一個對應的「平衡時間佔空比」。類似地，以電池模組22-M為例，電池模組22-M所對應的模組平衡管理電路221具有單一個對應的「平衡時間佔空比」。也就是說，根據本發明(如第6圖所示之步驟S153及/或步驟S154)，M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)將會有M個「平衡時間佔空比」(分別根據步驟S152而設定為第一佔空比或第二佔空比)。
需說明的是，本發明的特徵與優點在於：由於各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的平衡電路 (例如平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N)的一個週期內的致能時間與各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的「平衡時間佔空比」成正比，藉此可使得各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)的總平衡時間大致上接近。
根據本發明，在一實施例中，第一佔空比大於第二佔空比。詳言之，當步驟S152中判斷為是時，即代表模組最小電壓大於系統平均電壓，因此，本發明可以較大的平衡時間佔空比(第一佔空比)來對步驟S152中判斷為是的電池模組的電池進行電壓平衡，如此可適應性地平衡各電池模組所需的總平衡時間。
具體而言，在一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000可設定第二佔空比為一預設值並將第一佔空比設定為此預設值加上一佔空比差值。在另一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000可設定第一佔空比為一預設值並將第二佔空比設定為此預設值減去一佔空比差值。在又一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000可設定第一佔空比為預設值加上一佔空比差值並將第二佔空比設定為此預設值減去此佔空比差值。
在一實施例中，上述的佔空比差值可為一固定值，例如但限於前述預設值的50%。在另一實施例中，上述的佔空比差值可相關於一平衡電壓差值或一平衡電池容量。
需說明的是，在本發明中，上述的平衡電壓差值可以下列公式獲得：平衡電壓差值=開始平衡電壓一停止平衡電壓。在一實施例中，開始平衡電壓對以電池模組的角度來說，可對應於前述的模組最小電壓。
需說明的是，在本發明中，上述的平衡電池容量可以下列公式獲得：平衡電池容量=滿充電容量X不平衡荷電狀態差值。
在「模組設定步驟」(如第6圖所示之步驟S15)中，在第6圖所示之步驟S153及/或步驟S154之後，接著，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000將各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的模組平衡管理電路221所對應的平衡總致能訊號設定為致能狀態(如第6圖所示之步驟S155)。
需說明的是，在一實施例中，以電池模組22-1為例，電池模組22-1所對應的模組平衡管理電路221具有單一個對應的「平衡總致能訊號」。類似地，以電池模組22-2為例，電池模組22-2所對應的模組平衡管理電路221具有單一個對應的「平衡總致能訊號」。類似地，以電池模組22-M為例，電池模組22-M所對應的模組平衡管理電路221具有單一個對應的「平衡總致能訊號」。
也就是說，根據本發明(如第6圖所示之步驟S155)，M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)將會有M個「平衡總致能訊號」。
需說明的是，本發明的特徵與優點在於：當各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的模組平衡管理電路221所對應的平衡總致能訊號為致能狀態時，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000允許各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的N個電池進行對應的電壓平衡控制。需說明的是，是否對某個電池進行電壓平衡控制，其判斷與操作的細節則容後詳述。
接著，本發明的分散式電池平衡管理方法藉由各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221各自進行電池模組平衡步驟S2000，細節容後詳述。
於各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000中，各模組平衡管理電路221根據各自對應的平衡時間佔空比，以控制對應的各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的每一個平衡電路(例如平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N)，藉此對每一個對應的電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)進行電壓平衡控制。
需說明的是，本發明的特徵與優點在於：(1)藉由電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000，可使M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的M個模組平衡管理電路221所各自對應的M個平衡總致能訊號為致能狀態，藉此允許各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的N個電池進行對應的電壓平衡控制。(2)此外，藉由電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000，可取得M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的M個模組平衡管理電路221所各自對應的M個「平衡時間佔空比」。從電池系統平衡步驟S1000所取得的M個「平衡時間佔空比」可供各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221在進行各自的電池模組平衡步驟S2000時使用。意即，在電池模組平衡步驟S2000中，M個模組平衡管理電路221根據從電池系統平衡步驟S1000所取得的M個「平衡時間佔空比」，以控制對應的各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中 的每一個平衡電路(例如平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N)，藉此對每一個對應的電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)進行電壓平衡控制。
如此一來，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221能夠各自獨立進行電池模組平衡步驟S2000，藉此對每一個對應的電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)進行電壓平衡控制。簡而言之，每一電池模組能夠各自獨立進行電壓平衡控制，藉此使不同的電池模組在接近的時間內達到全系統電壓平衡的狀態。如此一來，也可使電池系統平衡管理單元21的負擔變得輕省簡單，以致能迅速解決每一電池模組的電壓失衡的問題(關於各模組平衡管理電路221如何各自進行電池模組平衡步驟S2000更多特徵與細節，容後詳述)。
需說明的是，根據本發明，利用分散式電池平衡管理方法，藉此對每一電池模組的每一個對應的電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)進行電壓平衡控制中的「電壓平衡控制」的意義與目標在於：藉由上述的分散式電池平衡管理方法，對電池系統200內的各個電池模組中的各個電池進行電壓平衡控制，使得電池系統200內的所有電池彼此達到一電壓平衡的狀態。
需說明的是，在一實施例中，如第6圖所示，於步驟S155後，接著，進入步驟S156與S157，即，以迴圈控制使電池系統200內的M個電池模組都經過上述相同的步驟。需說明的是，上述步驟S156與S157是用以作為迴圈控制的步驟，僅為舉例而非限制，本領域人員亦可採用其他種類的迴圈控制步驟。此外，步驟S15中的電池模組[i]、模組平衡管理電路[i]以及平衡時間佔空比[i]中的「[i]」皆為用以計數的編號，本實施例中，i會從1計數至M+1而後跳出迴圈，同樣地，上述迴圈的控制方式僅為舉例而非限制。需 說明的是，電池模組[i]對應於第2圖中的電池模組22-i，模組平衡管理電路[i]對應於第2圖中電池模組22-i所對應的模組平衡管理電路221，其中i=1~M。
請參考第7圖並對照第3-4圖。第7圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000之另一實施例示意圖。
如第7圖所示，在一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000中所執行的「模組設定步驟」(如第7圖所示之步驟S15)尚可判斷各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中各自對應的模組最小電壓與系統最小電壓的差值是否大於一差值閾值VTHD1(如第7圖所示之步驟S151)。當判斷為是，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000才進入上述的步驟S152。然而，當判斷為否，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000進入步驟S158。
在一實施例中，步驟S158指的是：將步驟S151判斷為否的各個電池模組中各自對應的模組平衡管理電路221所對應的平衡總致能訊號設定為禁能狀態。需說明的是，在一實施例中，當步驟S151判斷為否的電池模組的平衡總致能訊號設定為禁能狀態時，不允許該電池模組的任一個電池進行對應的電壓平衡控制。
請繼續參考第7圖並對照第3-4圖。如第7圖所示，在一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000尚可包括步驟S12。在一實施例中，步驟S12指的是：電池系統平衡管理單元21尚可根據電池系統200的一系統電流判斷電池系統200是否為放電狀態。
本實施例中，當步驟S12的判斷為否時，才進入上述的步驟S13。
另一方面，當步驟S12的判斷為是時，則進入步驟S18(如第7圖所示之步驟S18)。在一實施例中，步驟S18指的是：電池系統平衡管理單元21將電池系統200中所有的M個電池模組各自對應的平衡總致能訊號皆設定為禁能狀態。意即，電池系統200中所有的M個平衡總致能訊號皆設定為禁能狀態。接著，在一實施例中，直接進入步驟S20(如第7圖所示之步驟S20)，代表電池系統平衡步驟S1000結束。
請繼續參考第7圖並對照第3-4圖。如第7圖所示，在一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000尚可包括步驟S21。在一實施例中，步驟S21指的是：於步驟S15後，接著，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000直接進入步驟S20(如第7圖所示之步驟S20)，代表電池系統平衡步驟S1000結束。接著，經過一延遲時間T1之後(如第7圖所示之步驟S21)，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000可再回到上述的步驟S13。需說明的是，在本實施例中，步驟S20可視為一非必須的步驟，換言之，就一角度而言，於步驟S15後可選擇結束(S20)，或經過步驟S21後回到較前面的步驟，本文中有關結束的步驟皆具有相同精神，將不予重複。
請參考第8圖並對照第3-4圖。第8圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000又一實施例示意圖。如第8圖所示，在一實施例中，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000尚可包括步驟S21。在一實施例中，步驟S21指的是：於步驟S15後，接著，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000直接進入步驟S20(如第8圖所示之步驟S20)，代表電池系統平衡步驟S1000結束。接著，本實施例中，經過一延遲時間T1之後(如 第8圖所示之步驟S21)，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000可再回到上述的步驟S12。
請參考第9圖並對照第3-4圖。第9圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，電池系統平衡管理單元所進行的電池系統平衡步驟S1000之再一實施例示意圖。
如第9圖所示，在一實施例中，在M個電池模組皆已經執行過上述的模組設定步驟S15之後(意即，在第9圖所示之步驟S157的判斷為是之後)，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000尚可包括步驟S16。在一實施例中，步驟S16指的是：於步驟S15後，接著，電池系統平衡管理單元21可根據一外部指令，判斷是否需進行前述的電池系統平衡步驟。
當步驟S16的判斷為是時，經過一延遲時間T2後(如第9圖所示之步驟517)，可再度回到上述的步驟S12。
當步驟S16的判斷為否時，則直接進入步驟S20(如第9圖所示之步驟S20)，代表電池系統平衡步驟S1000結束。在一實施例中，經過一延遲時間T1之後(如第9圖所示之步驟S21)，電池系統平衡管理單元21所進行的電池系統平衡步驟S1000可再回到上述的步驟S12。
以下詳述，在本發明中，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000的更多特徵與細節。
請參考第10圖並對照第3-4圖。第10圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000之一實施例示意圖。如第10圖所示，在一實施例中，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221 所各自進行的電池模組平衡步驟S2000包括：開始(如第10圖所示之步驟S41)；接著，各個模組平衡管理電路221自對應的各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的電池組223分別收集N個電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)各自的電壓，且各個模組平衡管理電路221根據對應的各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中所有的N個電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)的電壓以計算取得對應的各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)的模組最小電壓。
如上所述，根據本發明(如第6圖所示之步驟S13及第10圖所示之步驟S43)，M個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)將會有M個「模組最小電壓」。
接著，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000將會執行「平衡致能步驟」(如第10圖所示之步驟S45)。意即，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221將會對對應的電池模組內的N個電池中的每一電池進行以下步驟。
在「平衡致能步驟」(如第10圖所示之步驟S45)中，首先會進行步驟452，亦即：各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221會判斷各電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)的電壓與各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)各自對應的模組最小電壓的差值是否大於一差值閾值VTHD2。
接著，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221會根據各個電池對應的判斷結果， 對各個電池判斷是否進入步驟S453或步驟S454，換言之，當某個電池於步驟452的判斷結果為是時，會對該個電池進行步驟S453，當某個電池於步驟452的判斷結果為否時，會對該個電池進行步驟S454。在一實施例中，步驟S453指的是：各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221根據各自對應的平衡時間佔空比致能各個需進入步驟S453的電池(於步驟452的判斷結果為是者)所各自對應的平衡電路(於步驟452的判斷結果為是的電池的所對應的平衡電路)，以對需進入步驟S453的電池進行電壓平衡控制。
需說明的是，根據本發明，如前所述，在電池模組平衡步驟S2000中，M個模組平衡管理電路221根據從電池系統平衡步驟S1000所取得的M個「平衡時間佔空比」，以控制對應的各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的每一個平衡電路(例如平衡電路222-1、...、222-N-1、222-N)，藉此對每一個對應的需進行平衡的電池進行電壓平衡控制。
從另一個角度來說，這表示「在電池模組平衡步驟S2000中，M個模組平衡管理電路221必須根據從電池系統平衡步驟S1000所取得的M個「平衡時間佔空比」來執行其功能」。
另一方面，在一實施例中，步驟S454指的是：各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221會禁能各個需進入步驟S454的電池(於步驟452的判斷結果為否者)所各自對應的平衡電路(於步驟452的判斷結果為否的電池所的對應的平衡電路)，亦即，於步驟452的判斷結果為否者不進行電壓平衡控制。
需說明的是，在一實施例中，如第10圖所示，於步驟S453及/或步驟S454後，接著，進入步驟S455與S456，即，以迴圈控制使電池模組 內的N個電池都經過上述相同的步驟。接著，進入步驟S53(如第10圖所示之步驟S53)，代表電池模組平衡步驟S2000結束。需說明的是，上述步驟S455與S456是用以作為迴圈控制的步驟，僅為舉例而非限制，本領域人員亦可採用其他種類的迴圈控制步驟。此外，步驟S45中的電池[j]以及平衡電路[j]中的「[j]」皆為用以計數的編號，本實施例中，j會從1計數至N+1而後跳出迴圈，同樣地，上述迴圈的控制方式僅為舉例而非限制。需說明的是，電池[j]對應於第2圖中的任一電池模組(例如22-1)中的電池B-j，平衡電路[j]對應於該電池B-j所對應的平衡電路222-j，其中j=1~N。
請參考第11圖並對照第3-4圖。第11圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000之另一實施例示意圖。
如第11圖所示，在一實施例中，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000中所執行的「平衡致能步驟」(如第11圖所示之步驟S45)尚可判斷各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的每一電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)的電壓是否大於一下限閾值VTHL(如第11圖所示之步驟S451)，當步驟S451的判斷為是，才進入上述的步驟S452，當步驟S451的判斷為否，則進入上述的步驟S454。
請繼續參考第11圖並對照第3-4圖。如第11圖所示，在一實施例中，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000尚可包括步驟S42。在一實施例中，步驟S42指的是：各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、…、22-M-1、22-M)中的各個模組平衡管理電路221會判斷各自對應的平衡總致能訊號是否為致能狀態，本實施例中，當步驟S42的判斷為是 時，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000才進入步驟S43。當步驟S42的判斷為否，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000進入步驟S52。在一實施例中，步驟S52指的是：禁能該電池模組(步驟S42的判斷為否者)中所有的N個平衡電路。接著，在一實施例中，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000直接進入步驟S53(如第11圖所示之步驟S53)，代表電池模組平衡步驟S2000結束。
請繼續參考第11圖並對照第3-4圖。如第11圖所示，在一實施例中，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000尚可包括步驟S55。在一實施例中，步驟S55指的是：經過一延遲時間T3之後，可再回到上述的步驟S43。需說明的是，在本實施例中，步驟S53可視為一非必須的步驟，換言之，就一角度而言，於步驟S45後可選擇結束(S53)，或經過步驟S55後回到較前面的步驟，本文中有關結束的步驟皆具有相同精神，將不予重複。
請參考第12圖並對照第3-4圖。第12圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000又一實施例示意圖。如第12圖所示，在本實施例中，步驟S55指的是：經過一延遲時間T3之後(如第12圖所示之步驟S55)，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000可再回到上述的步驟S42。
請參考第13圖並對照第3-4圖。第13圖顯示本發明之分散式電池平衡管理方法中，各模組平衡管理電路所各自進行的電池模組平衡步驟S2000再一實施例示意圖。
如第13圖所示，在一實施例中，在各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的N個電池中的每一電池(例如電池B-1、...、B-N-1、B-N)皆已經執行過平衡致能步驟S45之後(意即，在第13圖所示之步驟S456的判斷為是之後)，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000尚可包括步驟S50。在一實施例中，步驟S50指的是：於步驟S45後，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221尚可根據一外部指令，判斷是否需進行電池模組平衡步驟。
當步驟S50的判斷為是時，經過一延遲時間T4後(如第13圖所示之步驟S51)，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000可再度回到上述的步驟S42。
當步驟S50的判斷為否時，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000直接進入步驟S53(如第13圖所示之步驟S53)，代表電池模組平衡步驟S2000結束。在一實施例中，經過一延遲時間T3之後(如第13圖所示之步驟S55)，各個電池模組(例如電池模組22-1、22-2、...、22-M-1、22-M)中的各模組平衡管理電路221所各自進行的電池模組平衡步驟S2000可再回到上述的步驟S42。
需說明的是，上述第6、7、8、9圖所示的實施例並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之第6、7、8、9圖所示的實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可，用以取代另一實施例中對應之組成部件。
類似地，需說明的是，上述第10、11、12、13圖所示的實施例並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之第10、11、12、13圖所示的實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可，用以取代另一實施例中對應之組成部件。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可，用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
200:電池系統
21:電池系統平衡管理單元
22-1:電池模組
22-2:電池模組
22-M-1:電池模組
22-M:電池模組
221:模組平衡管理電路
222-1:平衡電路
222-2:平衡電路
222-N-1:平衡電路
222-N:平衡電路
223:電池組
B-1:電池
B-N-1:電池
B-N:電池
ID1:通訊介面
ID2-1:傳輸介面
ID2-M-1:傳輸介面
VPCK:電池系統電壓
VPCK+:電池輸出正端
VPCK-:電池輸出負端

Claims (32)

  1. 一種分散式電池平衡管理方法，用以控制一電池系統達到該電池系統之電壓平衡的狀態，該電池系統包含：一電池系統平衡管理單元；以及M個電池模組，藉由一通訊介面與該電池系統平衡管理單元耦接，其中M為大於1的正整數，其中該M個電池模組中的各個電池模組包括：一模組平衡管理電路，藉由該通訊介面與該電池系統平衡管理單元耦接；一電池組，具有彼此串聯的N個電池，各自皆耦接於該模組平衡管理電路，其中N為大於1的正整數；以及N個平衡電路，各自對應耦接於對應的各個該電池，且與該模組平衡管理電路耦接，其中該M個電池模組中的M個電池組彼此依序串聯，用以產生一電池系統電壓；該分散式電池平衡管理方法包含：該電池系統平衡管理單元進行一電池系統平衡步驟；以及各模組平衡管理電路各自進行一電池模組平衡步驟；其中該電池系統平衡步驟包括：(S13)：藉由該通訊介面自該M個電池模組中的各個模組平衡管理電路取得該電池系統中所有的該電池的電壓，以及取得各該電池模組的一模組最小電壓，其中該模組最小電壓為該電池模組中的N個電池的電壓中的最小電壓；(S14)：根據該電池系統中所有的該電池的電壓以計算取得一系統最小電壓以及一系統平均電壓，其中該系統最小電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓中的最小電壓，其中該系統平均電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓的平均值；以及模組設定步驟(S15)：對該M個電池模組中的每一電池模組進行以下步驟： (S152)：判斷該電池模組的該模組最小電壓是否大於該系統平均電壓，當判斷為是，進入步驟(S153)，當判斷為否，進入步驟(S154)；(S153)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡時間佔空比設定為第一佔空比；(S154)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的該平衡時間佔空比設定為第二佔空比，其中該第一佔空比大於該第二佔空比；以及(S155)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡總致能訊號設定為致能狀態，其中當該平衡總致能訊號為致能狀態時，允許該電池模組的N個電池進行對應的電壓平衡控制；其中於該電池模組平衡步驟中，各個該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比，以控制對應的該電池模組中的每一個平衡電路，藉此對每一個對應的電池進行電壓平衡控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該模組設定步驟(S15)更包括：對該M個電池模組中的每一電池模組進行以下步驟：(S151)：判斷該模組最小電壓與該系統最小電壓的差值是否大於一第一差值閾值，當判斷為是，才進入該步驟(S152)，當判斷為否，進入步驟(S158)；以及(S158)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的該平衡總致能訊號設定為禁能狀態； 其中當該平衡總致能訊號為禁能狀態時，不允許該電池模組的任一個電池進行對應的電壓平衡控制。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該電池系統平衡步驟更包括步驟(S12)：根據該電池系統的一系統電流判斷該電池系統是否為放電狀態；其中當該步驟(S12)的判斷為否時，才進入該步驟(S13)，當該步驟(S12)的判斷為是，進入步驟(S18)；其中該步驟(S18)：將該電池系統中所有的M個電池模組的該平衡總致能訊號皆設定為禁能狀態。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該電池系統平衡步驟更包括步驟(S21)：於該步驟(S15)步驟(S15)後經過一第一延遲時間之後，回到該步驟(S13)。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該電池系統平衡步驟更包括步驟(S21)：於該步驟(S15)後經過一第一延遲時間之後，回到該步驟(S12)。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之分散式電池平衡管理方法，其中在該M個電池模組皆已經執行過該模組設定該步驟(S15)之後，該分散式電池平衡管理方法更包括步驟(S16)：根據一第一外部指令，判斷是否需進行該電池系統平衡步驟，當判斷為是時，經過一第二延遲時間後回到該步驟(S12)，當判斷為否時，才進入步驟(S21)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該第一佔空比與該第二佔空比根據以下方式之一而獲得：(1)：該第二佔空比為一預設值，該第一佔空比為該預設值加上一佔空比差值； (2)：該第一佔空比為一預設值，該第二佔空比為該預設值減去一佔空比差值；或(3)：該第一佔空比為一預設值加上一佔空比差值，該第二佔空比為該預設值減去該佔空比差值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該佔空比差值為一固定值。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該佔空比差值相關於一平衡電壓差值或一平衡電池容量。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該電池模組平衡步驟包括：(S43)：各個該模組平衡管理電路自對應的該電池模組中的該電池組分別收集該N個電池各自的電壓，且根據對應的該電池模組中所有的該N個電池的電壓以計算取得對應的該電池模組的該模組最小電壓；以及平衡致能步驟(S45)：對該N個電池中的各個該電池進行以下步驟：(S452)：判斷該電池的電壓與該模組最小電壓的差值是否大於一第二差值閾值，當判斷為是，進入步驟(S453)，當判斷為否，進入步驟(S454)；(S453)：各個該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比致能該電池所對應的該平衡電路，以對該電池進行電壓平衡控制；以及(S454)：該模組平衡管理電路禁能該電池所對應的該平衡電路。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該平衡致能步驟(S45)更包括：對該N個電池中的各個該電池進行以下步驟：(S451)：判斷該電池的電壓是否大於一下限閾值，當判斷為是，才進入該步驟(S452)，當判斷為否，進入該步驟(S454)。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該電池模組平衡步驟更包括步驟(S42)：判斷該平衡總致能訊號是否為致能狀態，其中當該步驟(S42)的判斷為是時，才進入該步驟(S43)，當該步驟(S42)的判斷為否，進入步驟(S52)；其中該步驟(S52)：禁能該電池模組中所有的該N個平衡電路。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該電池模組平衡步驟更包括步驟(S55)：於該步驟(S45)後經過一第三延遲時間之後，回到該步驟(S43)。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之分散式電池平衡管理方法，其中該電池模組平衡步驟更包括步驟(S55)：於該步驟(S45)後經過一第三延遲時間之後，回到該步驟(S42)。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之分散式電池平衡管理方法，其中在該N個電池中的每一電池皆已經執行過該平衡致能步驟(S45)之後，該分散式電池平衡管理方法更包括步驟(S50)：根據一第二外部指令，判斷是否需進行電池模組平衡步驟，當判斷為是時，經過一第四延遲時間後回到該步驟(S42)，當判斷為否時，才進入該步驟(S55)。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之分散式電池平衡管理方法，其中各該平衡電路包括一旁路開關以及一旁路阻抗元件，其中該旁路開關以及該旁路阻抗元件耦接於對應的該電池；其中步驟(S453)包括：該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比以控制對應的該旁路開關而導通一旁路電流且持續一平衡時間，以針對各該平衡電路所對應的該電池進行電壓平衡控制；其中該平衡時間正比於該平衡時間佔空比。
  17. 一種電池系統，包含：一電池系統平衡管理單元；以及M個電池模組，藉由一通訊介面與該電池系統平衡管理單元耦接，其中M為大於1的正整數；其中該M個電池模組中的各個電池模組包括：一模組平衡管理電路，藉由該通訊介面與該電池系統平衡管理單元耦接；一電池組，具有彼此串聯的N個電池，各自皆耦接於該模組平衡管理電路，其中N為大於1的正整數；以及N個平衡電路，各自對應耦接於對應的各個該電池，且與該模組平衡管理電路耦接，其中該M個電池模組中的M個電池組彼此依序串聯，用以產生一電池系統電壓；其中該電池系統平衡管理單元進行一電池系統平衡步驟；其中各模組平衡管理電路各自進行一電池模組平衡步驟；其中該電池系統平衡管理單元所進行的該電池系統平衡步驟包括：(S13)：藉由該通訊介面自該M個電池模組中的各個模組平衡管理電路取得該電池系統中所有的該電池的電壓，以及取得各 該電池模組的一模組最小電壓，其中該模組最小電壓為該電池模組中的N個電池的電壓中的最小電壓；(S14)：根據該電池系統中所有的該電池的電壓以計算取得一系統最小電壓以及一系統平均電壓，其中該系統最小電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓中的最小電壓，其中該系統平均電壓為該電池系統中所有的該電池的電壓的平均值；以及模組設定步驟(S15)：對該M個電池模組中的每一電池模組進行以下步驟：(S152)：判斷該電池模組的該模組最小電壓是否大於該系統平均電壓，當判斷為是，進入步驟(S153)，當判斷為否，進入步驟(S154)；(S153)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡時間佔空比設定為第一佔空比；(S154)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的該平衡時間佔空比設定為第二佔空比，其中該第一佔空比大於該第二佔空比；以及(S155)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的一平衡總致能訊號設定為致能狀態，其中當該平衡總致能訊號為致能狀態時，允許該電池模組的N個電池進行對應的電壓平衡控制；其中各個該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比，以控制對應的該電池模組中的每一個平衡電路，藉此對每一個對應的電池進行電壓平衡控制。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電池系統，其中該模組設定步驟(S15)更包括：對該M個電池模組中的每一電池模組進行以下步驟：(S151)：判斷該模組最小電壓與該系統最小電壓的差值是否大於一第一差值閾值，當判斷為是，才進入該步驟(S152)，當判斷為否，進入步驟(S158)；以及(S158)：將該電池模組中的該模組平衡管理電路的該平衡總致能訊號設定為禁能狀態；其中當該平衡總致能訊號為禁能狀態時，該模組平衡管理電路不允許該電池模組的任一個電池進行對應的電壓平衡控制。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之電池系統，其中該電池系統平衡管理單元所進行的該電池系統平衡步驟更包括步驟(S12)：根據該電池系統的一系統電流判斷該電池系統是否為放電狀態；其中當該步驟(S12)的判斷為否時，才進入該步驟(S13)，當該步驟(S12)的判斷為是，進入步驟(S18)；其中該步驟(S18)：將該電池系統中所有的M個電池模組的該平衡總致能訊號皆設定為禁能狀態。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之電池系統，其中該電池系統平衡管理單元所進行的該電池系統平衡步驟更包括步驟(S21)：於該步驟(S15)後經過一第一延遲時間之後，回到該步驟(S13)。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之電池系統，其中該電池系統平衡管理單元所進行的該電池系統平衡步驟更包括步驟(S21)：於該步驟(S15)後經過一第一延遲時間之後，回到該步驟(S12)。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之電池系統，其中在該M個電池模組皆已經執行過該模組設定該步驟(S15)之後，該電池系統平衡管理單元所進行的該電池系統平衡步驟更包括步驟(S16)：該電池系統平衡管理單元根據一第一外部指令，判斷是否需進行該電池系統平衡步驟，當判斷為是時，經過一第二延遲時間後回到該步驟(S12)，當判斷為否時，才進入步驟(S21)。
  23. 如申請專利範圍第17項所述之電池系統，其中該第一佔空比與該第二佔空比根據以下方式之一而獲得：(1)：該第二佔空比為一預設值，該第一佔空比為該預設值加上一佔空比差值；(2)：該第一佔空比為一預設值，該第二佔空比為該預設值減去一佔空比差值；或(3)：該第一佔空比為一預設值加上一佔空比差值，該第二佔空比為該預設值減去該佔空比差值。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之電池系統，其中該佔空比差值為一固定值。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之電池系統，其中該佔空比差值相關於一平衡電壓差值或一平衡電池容量。
  26. 如申請專利範圍第17項所述之電池系統，其中各模組平衡管理電路所各自進行的該電池模組平衡步驟包括：(S43)：各個該模組平衡管理電路自對應的該電池模組中的該電池組分別收集該N個電池各自的電壓，且根據對應的該電池模組中所有的該N個電池的電壓以計算取得對應的該電池模組的該模組最小電壓；以及平衡致能步驟(S45)：對該N個電池中的各個該電池進行以下步驟： (S452)：判斷該電池的電壓與該模組最小電壓的差值是否大於一第二差值閾值，當判斷為是，進入步驟(S453)，當判斷為否，進入步驟(S454)；(S453)：各個該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比致能該電池所對應的該平衡電路，以對該電池進行電壓平衡控制；以及(S454)：該模組平衡管理電路禁能該電池所對應的該平衡電路。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之電池系統，其中該平衡致能步驟(S45)更包括：對該N個電池中的各個該電池進行以下步驟：(S451)：判斷該電池的電壓是否大於一下限閾值，當判斷為是，才進入該步驟(S452)，當判斷為否，進入該步驟(S454)。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之電池系統，其中各模組平衡管理電路所各自進行的該電池模組平衡步驟更包括步驟(S42)：判斷該平衡總致能訊號是否為致能狀態，其中當該步驟(S42)的判斷為是時，才進入該步驟(S43)，當該步驟(S42)的判斷為否，進入步驟(S52)；其中該步驟(S52)：禁能該電池模組中所有的該N個平衡電路。
  29. 如申請專利範圍第26項所述之電池系統，其中各模組平衡管理電路所各自進行的該電池模組平衡步驟更包括步驟(S55)：於該步驟(S45)後經過一第三延遲時間之後，回到該步驟(S43)。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之電池系統，其中各模組平衡管理電路所各自進行的該電池模組平衡步驟更包括步驟(S55)：於該步驟(S45)後經過一第三延遲時間之後，回到該步驟(S42)。
  31. 如申請專利範圍第28項所述之電池系統，其中在該N個電池中的每一電池皆已經執行過該平衡致能步驟(S45)之後，各模組平衡管理電路所各自進行的該電池模組平衡步驟更包括步驟(S50)：各模組平衡管理電路根據一第二外部指令，判斷是否需進行電池模組平衡步驟，當判斷為是時，經過一第四延遲時間後回到該步驟(S42)，當判斷為否時，才進入該步驟(S55)。
  32. 如申請專利範圍第26項所述之電池系統，其中各該平衡電路包括一旁路開關以及一旁路阻抗元件，其中該旁路開關以及該旁路阻抗元件耦接於對應的該電池；其中該模組平衡管理電路根據對應的該平衡時間佔空比以控制對應的該旁路開關而導通一旁路電流且持續一平衡時間，以針對各該平衡電路所對應的該電池進行電壓平衡控制；其中該平衡時間正比於該平衡時間佔空比。
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