TWI644467B

TWI644467B - 儲能系統的控制方法

Info

Publication number: TWI644467B
Application number: TW106146371A
Authority: TW
Inventors: 孫建中; 周俊宏; 陳麒化
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-12-11
Also published as: CN113612311A; CN109995146A; TW201931662A; CN109995146B

Abstract

儲能系統的控制方法，該儲能系統包括複數個電池模組。該控制方法包括：各該些電池模組回報個別通訊狀態與個別最大充/放電電流給該些電池模組之一主控電池模組；該主控電池模組據以通知一能源轉換器，以讓該能源轉換器據以設定一最大充/放電電流；當處於上線狀態的該些電池模組之一第一電池模組判斷本身準備離線時，該第一電池模組通知該主控電池模組，以讓該主控電池模組通報該能源轉換器來調降該最大充/放電電流；以及準備離線的該第一電池模組進行離線。

Description

儲能系統的控制方法

本發明是有關於一種儲能系統的控制方法。

由於環保意識抬頭，近年來全球電動車與儲能產業的需求逐漸爆發。在家用/商用/工業用的儲能系統中，用電量多寡可能隨著季節(淡季、旺季)影響而需要動態配置。此動態配置可透過將電池組並聯實現。

現有的電池組並聯方式例如有隔離式並聯與直接式並聯等。在隔離式並聯中，電池組輸出側經過DC/DC轉換器的隔離後，來調節輸入與輸出的能量。隔離式並聯架構的優點在於可以應用各種特性差異大的電池組，且不會有內迴路電流的產生。但隔離式並聯架構的主要缺點是體積大、重量重跟成本高。

直接式並聯架構受限於只適用特性高度相似的電池組，但一旦發生電池組跳脫離線後，需要人工處理才能夠回復到連線狀態。

故而，需要有一種電儲能系統的控制方法，其可滿足儲能系統對於容量擴充的彈性需求，也實現熱插拔的特性。

本案一實施例提出一種儲能系統的控制方法，該儲能系統包括複數個電池模組，該控制方法包括：各該些電池模組回報個別通訊狀態與個別最大充/放電電流給該些電池模組之一主控電池模組；該主控電池模組據以通知一能源轉換器，以讓該能源轉換器據以設定一最大充/放電電流；當處於上線狀態的該些電池模組之一第一電池模組判斷本身準備離線時，該第一電池模組通知該主控電池模組，以讓該主控電池模組通報該能源轉換器來調降該最大充/放電電流；以及準備離線的該第一電池模組進行離線。

本案另一實施例提出一種儲能系統的控制方法，該儲能系統包括複數個電池模組，該控制方法包括：根據已離線的該些電池模組的個別電池電壓，由該些電池模組之一主控電池模組通報一能源轉換器，以讓該能源轉換器設定一直流匯流排上的一充電電壓或一充電電流；以及當該些電池模組的一電池模組偵測到本身電池電壓與該直流匯流排上的該充電電壓間之一電壓差小於一設定值時，該電池模組掛載至該直流匯流排。

本案又一實施例提出一種儲能系統的控制方法，該儲能系統包括複數個電池模組，該控制方法包括：根據已離線的該些電池模組的個別電池電壓，由該些電池模組之一主控電池模組從該些電池模組中選定一目標放電電池模組與一目標充電電池模組；當該目標放電電池模組與該目標充電電池模組間之一電壓差大於一設定值時，該目標放電電池模組對該目標充電電池模組進行限流充電；以及當所有電池模組任二者間之個別電壓差小於該設定值時，將所有電池模組掛載至一直流匯流排。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

100‧‧‧儲能系統

50‧‧‧能源轉換器

10-30、10B-30B‧‧‧電池模組

60‧‧‧直流匯流排

70‧‧‧通訊信號線

11、21、31‧‧‧電池組

12、22、32‧‧‧電池管理系統

13、23、33、14、24、34‧‧‧開關

T21-T23、T51-T54‧‧‧時序

305-355、805-870‧‧‧步驟

80‧‧‧DC/DC轉換器

90‧‧‧放電匯流排

第1圖顯示根據本案第一實施例的儲能系統的功能方塊圖。

第2圖顯示根據本案第一實施例的放電階段離線的波形圖。

第3A圖與第3B圖顯示根據本案第一實施例的離線控制流程圖。

第4圖顯示根據本案第二實施例的儲能系統在充電平衡復歸的示意圖。

第5圖顯示根據本案第二實施例的充電平衡復歸的波形圖。

第6圖顯示根據本案第三實施例的儲能系統在靜置限流平衡復歸的示意圖。

第7圖顯示根據本案第四實施例的儲能系統在靜置限流平衡復歸的示意圖。

第8A圖至第8C圖顯示根據本案另一實施例的連接控制流程圖，以將離線的電池模組復歸(掛載)。

本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。

第一實施例-離線控制

現請參考第1圖與第2圖，第1圖顯示根據本案第一實施例的儲能系統的功能方塊圖，第2圖顯示根據本案第一實施例的放電階段離線的波形圖。

如第1圖所示，根據本案第一實施例的儲能系統100包括：複數個電池模組。在第1圖中，以儲能系統100包括3個電池模組10、20、30為例做說明，但當知本案並不受限於此。

能源轉換器50可將AC市電或DC再生能源等轉換成直流電，以透過直流匯流排60對電池模組10、20、30充電。或者是，能源轉換器50可將儲存系統100的電池模組10、20、30所輸出的直流電轉換成交流電，以提供給AC家用電網。能源轉換器50的詳細架構與操作在此可不特別限定之。

透過通訊信號線70，電池模組10、20、30之間可彼此通訊，或者電池模組10、20、30之一(主控電池模組)可通訊於能源轉換器50。

電池模組10包括：電池組11、電池管理系統(battery management system，BMS)12與開關13。相同地，電池模組20包括：電池組21、電池管理系統22與開關23。電池模組30包括：電池組31、電池管理系統32與開關33。

在本案第一實施例中，於儲存系統100處於放電狀態下時，當有任一電池組(11、21或31)電量用盡時、或是任一電池模組的電壓與其他電池模組之間的電壓差過大時，可將電量用盡的電池模組或電壓過低的電池模組從上線狀態跳脫成離線狀態，避免電量用盡的電池模組或電壓過低的電池模組過度放電或是在放電結束時吸收大量內迴路回充電流。

在本案實施例中，「上線狀態」是指電池模組10、20、30的開關(如開關13、23、33)導通，使得電池模組10、20、30跨接到直流匯流排60，此狀態稱為「上線狀態」。反之，如果電池模組10、20、30的開關(如開關13、23、33)處於斷開狀態，使得電池模組10、20、30未跨接到直流匯流排60，則此狀態稱為「離線狀態」。

在本案第一實施例中，編號最低的電池模組(以電池模組10為例做說明)可當做儲能系統100的預設主控電池模組，以負責對外或者是對能源轉換器50之間的通訊。即使主控電池模組處於離線狀態，仍可由主控電池模組負責通訊。

假設電池模組10、20、30的電池編號分別為1、2與3。編號1(電池模組10，預設為主控電池模組)蒐集並彙整本身與編號2(電池模組20)、編號3(電池模組30)的模組資訊(如電池電壓、電池溫度、最大可允許充/放電電流等)。主控電池模組10透過通訊信號線70，將所有電池模組的模組資訊發送給能源轉換器50，以讓能源轉換器50用以調整充電電流或放電電流。

萬一編號1的電池模組10的通訊功能失效時，亦即，當其餘電池模組20與30無法透過通訊信號線70來偵測編號1(電池模組10)的存在時，則由編號次低的電池模組(編號2的電池模組20)當成新的主控電池模組，其餘可依此類推。

現將說明本案第一實施例的離線控制。請參照第2圖。假設剛開始時，電池模組10、20、30皆處於正常放電，且各電池模組10、20、30正常輸出40A的電流給能源轉換器50。

於時序T21時，當電池模組10、20、30在直流匯流排60的電壓放電到52V附近時，電池模組10因為過溫保護，而準備轉換成離線狀態。但在電池模組10離線之前，電池模組10中的電池管理系統12經由通訊信號線70通報能源轉換器50，以讓能源轉換器50將儲存系統100的放電電流上限從120A調降到80A(亦即，能源轉換器50改成從儲存系統100抽取80A的輸出電流)。這是因為，如果欲離線的電池模組10不通報能源轉換器50的話，則剩餘的電池模組20、30要輸出共120A的電流(各輸出60A的電流)，可能造成電池模組20與30的放電電流超載而觸發電池模組20/30的過電流斷電保護措施。

當直流匯流排60的電壓放電到46V左右時(時序T22)，假設電池模組20的電量已經用光，電池模組20準備切換成離線狀態，且電池模組20的電池管理系統22經由通訊信號線70通知主控電池模組10。同樣地，在電池模組20離線之前，由電池模組10經由通訊信號線70通報能源轉換器50，以讓能源轉換器50將儲存系統100的放電電流上限從80A調降到40A。

於時序T22之後，只剩下電池模組30繼續供電，在時序T23時，直流匯流排60的電壓降為44V。

當然，如果電池模組30準備離線並切斷輸出(第2圖未示出此情況)，則電池模組30的電池管理系統32經由通訊信號線70通知主控電池模組10；在電池模組30離線之前，由電池模組10經由通訊信號線70通報能源轉換器50，以讓能源轉換器50將儲存系統100的放電電流上限從40A調降到0A。

也就是說，原本掛載在直流匯流排60的兩個電池模組10、20，在放電過程中逐一離線。

另外，如果任一電池模組發生過熱等異常保護時，則該異常電池模組可隨時從上線並聯狀態跳脫成離線狀態。當然，於離線前，異常電池模組要通知主控電池模組，以進一步讓能源轉換器調整儲能系統的充/放電電流上限。

要注意的是，雖然上述實施例是以放電過程的離線控制做說明，但並不以此為限。在充電過程中，亦有可能發生電池模組異常或過熱的情形而需要跳脫離線，其離線控制的方法與上述描述相似，於此不再贅述。

現請參考第3A圖與第3B圖，其顯示根據本案第一實施例的離線控制流程圖。在步驟305中，各電池模組定期回報(例如但不受限於，每秒回報)個別通訊狀態與本身最大充/放電電流給主控電池模組，其中，通訊狀態是指該電池模組處於上線或離線。在步驟310中，由主控電池模組整理所有電池模組的回報資訊後，據以通知能源轉換器50，以讓能源轉換器50據以設定最大充/放電電流。於步驟315中，由主控電池模組判斷儲能系統100的所有電池模組是否皆處於靜置狀態(亦即，靜置狀態是指，電池模組不處於充電狀態也不處於放電狀態)。如果步驟315為是，則流程回至步驟305。如果步驟315為否，則由處於上線狀態的各電池模組判斷本身是否要啟動保護，亦即，由處於上線狀態的各電池模組判斷本身是否要準備離線，如步驟320。如步驟320為是，準備離線的電池模組通知主控電池模組。於步驟325中，在接獲準備離線的電池模組的通報後，主控電池模組通報能源轉換器，來調降最大充/放電電流。步驟330中，準備離線的電池模組進行離線，亦即，將開關13、23、33斷開於直流匯流排60，以完成離線。步驟335中，由已離線的電池模組將本身編號通知主控電池模組，以讓主控電池模組得知目前仍有哪些電池模組處於上線狀態，流程回至步驟305。

此外，如果步驟320則否，則於步驟340中，由主控電池模組判斷仍處於上線狀態的電池模組的數量是否為0，或者是，由主控電池模組判斷仍處於上線狀態的電池模組是否已全部都沒電能。如果步驟340為是(即二者符合其中之一)，則主控電池模組通知能源轉換器，以讓能源轉換器停止對該些電池模組的電能抽取，如步驟345。

如果步驟340為否，則主控電池模組判斷所有處於上線狀態的電池模組是否都已達到充飽狀態，如步驟350。如果步驟350為是，則主控電池模組通知能源轉換器，以讓能源轉換器停止對該些電池模組的充電，如步驟355。如果步驟350為否，則流程回至步驟315。

由上述可知，在本案第一實施例中，在儲能系統100供電時，於電池模組離線前，由即將離線的電池模組通報主控電池模組，再由主控電池模組通報能源轉換器50，以避免剩餘的上線電池模組負擔太大的充/放電電流。

第二實施例-充電平衡復歸

現請參考第4圖與第5圖。第4圖顯示根據本案第二實施例的儲能系統在充電平衡復歸的示意圖，第5圖顯示根據本案第二實施例的充電平衡復歸的波形圖。

於本案第二實施例中，電池管理系統12、22、32之間透過通訊信號線70而彼此通訊，因此電池管理系統12、22、32可以知道彼此的電池電壓。在此，假設，電池電壓由低至高分別為電池模組30、電池模組20與電池模組10，其中，電池模組30的電池組31的電壓為44V，電池模組20的電池組21的電壓為48V，而電池模組10的電池組11的電壓為52V。電池模組10、20、30皆為離線狀態。底下將說明，當處於離線狀態的電池模組10、20、30皆回復正常之後(例如，溫度回復正常)，如何將這些電池模組10、20、30復歸。

於開始復歸之前，由於主控電池模組已知所有電池模組10、20、30的電壓，故而，主控電池模組可根據該些電池模組中的所有電池組的電壓，來通報能源轉換器50，以讓能源轉換器50設定其充電電壓的曲線，如第5圖所示。直流匯流排60上的電壓即為能源轉換器50的充電電壓或充電電流，且在本案第二實施例中，直流匯流排60 上的電壓(即為能源轉換器50的充電電壓)為遞增。在復歸的過程中，當所有電池模組的其中之一偵測到本身電池電壓與直流匯流排上的充電電壓間之電壓差小於設定值時，該電池模組掛載至直流匯流排，以進行充電。由於直流匯流排上的充電電壓為遞增，故電池模組會以最低電池電壓至最高電池電壓依序掛載於直流匯流排。

詳細來說，於時序T51時，最低電池電壓的電池模組30的電池管理系統32偵測到直流匯流排60的目前電壓約為44V左右，所以，電池模組30的電池管理系統32判斷本身的電池電壓44V與直流匯流排60的目前電壓約為44V之間的電壓差小於一設定值，設定值可例如但不受限於3V，故而，最低電池電壓的電池模組30的電池管理系統32判斷本身可掛載至直流匯流排60。或者是，於時序T51時，最低電池電壓的電池模組30的電池管理系統32偵測到直流匯流排60的電壓值為0，代表目前直流匯流排60處於淨空狀態，亦即，沒有任何一個電池模組跨接到直流匯流排60，故而，最低電池電壓的電池模組30的電池管理系統32判斷本身可掛載至直流匯流排60。

為完成掛載，最低電池電壓的電池模組30的電池管理系統32控制開關33為導通，以掛載至直流匯流排60。當電池模組30掛載至直流匯流排60之後，於時序T51時，電池模組30完成復歸。之後，能源轉換器50透過直流匯流排60對電池模組30充電。同樣地，由主控電池模組的電池管理系統通知能源轉換器50調控充電電流值，例如是調整為20A。

相似地，於時序T52時，次低電池電壓的電池模組20的電池管理系統22偵測到直流匯流排60的目前電壓(即電池模組30的電壓)與本身的電池電壓之間的電壓皆約為48V左右，兩者電壓差小於設定值。故而，次低電池電壓的電池模組20的電池管理系統22判斷本身可掛載至直流匯流排60。

為完成掛載，次低電池電壓的電池模組20的電池管理系統22控制開關23為導通，以掛載至直流匯流排60，於時序T52時，電池模組20完成復歸。當電池模組20掛載至直流匯流排60之後，能源轉換器50透過直流匯流排60對電池模組20、30充電。此時，電池模組20與30並聯。同樣地，由主控電池模組的電池管理系統通知能源轉換器50調控充電電流值，例如是調整增加為40A。

相似地，於時序T53時，最高電池電壓的電池模組10的電池管理系統12偵測到直流匯流排60的目前電壓與本身的電池電壓皆約在52V左右，兩者電壓差小於該設定值。故而，最高電池電壓的電池模組10的電池管理系統12判斷本身可掛載至直流匯流排60。

為完成掛載，最高電池電壓的電池模組10的電池管理系統12控制開關13為導通，以掛載至直流匯流排60，於時序T53時，電池模組10完成復歸。當電池模組10掛載至直流匯流排60之後，能源轉換器50透過直流匯流排60對電池模組10、20、30充電。此時，電池模組10、20、30並聯。同樣地，由主控電池模組的電池管理系統通知能源轉換器50調控充電電流值，例如是調整增加為60A。

於時序T54時，由於所有電池電壓已接近滿充狀態，故而，能源轉換器50由定電流(CC)模式切換成定電壓(CV)模式進行充電。

亦即，在本案第二實施例中，於離線之電池模組恢復正常之後，如果離線之電池模組判斷本身電池電壓與直流匯流排60的目前電壓之間的電壓差小於設定值的話，則該電池模組可掛載至直流匯流排60，以完成該電池模組的復歸。所以，該些電池模組依本身電壓的高低依次完成復歸，最低電壓的電池模組最先復歸，以使能源轉換器持續對最低電壓的電池模組充電，接著是次低電壓的電池模組第二復歸，以使能源轉換器持續對最低及次低電壓的電池模組充電，而最高電壓的電池模組最後復歸。依此類推，直到所有正常的電池模組掛載上線。

第三實施例-靜置限流平衡

第6圖顯示根據本案第三實施例的儲能系統在靜置限流平衡復歸的示意圖。電池管理系統12、22、32之間彼此通訊，因此所有的電池管理系統12、22、32可以知道彼此的電池電壓。在此，假設，電池電壓由低至高分別為電池模組30、電池模組20與電池模組10，其中，電池模組30的電池組31的電壓為44V，電池模組20的電池組21的電壓為48V，而電池模組10的電池組11的電壓為52V。電池模組10、20、30皆為離線狀態。底下將說明，當處於離線狀態的電池模組10、20、30皆回復正常之後(例如，溫度回復正常)，如何將這些電池模組10、20、30復歸。要注意的是，在本實施例中，在進行復歸時，並非由能源轉換器50提供電流來讓離線狀態的電池模組10、20、30進行充電，而是以電池模組10、20、30之間相互進行充/放電來達到電池模組10、20、30間的電壓平衡。此外，主控電池模組可根據已離線的多個電池模組的個別電池電壓，於其中選定一目標放電電池模組與一目標充電電池模組來進行靜置限流平衡，在此以儲能系統中，具有最高電池電壓的電池模組作為目標放電電池模組，具有最低電池電壓的電池模組作為目標充電電池模組來做說明，但並不以此為限。

在本案第三實施例，依據各電池電壓與最高電池電壓之間的電壓差是否小於設定值，來決定操作狀態。

情境1：目前最低電池電壓與最高電池電壓之間的電壓差小於設定值：在此情況下，開啟開關13或23或33，以讓這兩個電池模組能快速平衡。

情境2：目前最低電池電壓與最高電池電壓之間的電壓差大於設定值，最高電池電壓之電池模組對最低電池電壓之電池模組進行限流充電，此時，最高電池電壓的電池模組開啟開關。在一實施例中，開關由金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)所實現，最高電池電壓的電池模組則將開關操作於全開的飽和區狀態，以準備對選定的電池模組充電。而最低電池電壓的電池模組開啟開關，將開關操作於線性區，以兼具限流作用，來接受最高電壓的電池模組的充電。

以上例來說，電池電壓由低至高分別為電池模組30、電池模組20與電池模組10。由最高電池電壓的電池模組10對最低電池電壓的電池模組30進行充電。故而，電池模組30的開關33被操作於線性區，而電池模組10的開關13被操作於飽和區。藉此，電池模組10可透過直流匯流排60而對電池模組30進行限流充電。在本實施例中，最高電池電壓的電池模組10以小電流對最低電池電壓的電池模組30進行充電，充電電流可以是但並不限於2A。在其他實施例中，最高電池電壓的電池模組亦可以大電流對最低電池電壓的電池模組充電，以節省充電時間。隨著充電操作的進行，電池模組10的電壓逐漸下降，而電池模組30的電壓則逐漸上升。

當電池模組30的電壓與電池模組10的電壓之間的電壓差小於設定值時，電池模組30的開關33可操作在全開的飽和區狀態，以讓電池模組30與電池模組10能快速達到電壓平衡。

當完成對最高電池電壓之電池模組10與最低電池電壓之電池模組30的平衡後，可依上述方式重新再對儲能系統100中的目前最高電池電壓的電池模組與目前最低電池電壓的電池模組進行平衡，其細節於此不重述。

故而，於所有電池模組10、20、30都達平衡或是所有電池模組10、20、30任二者間的電壓差皆小於設定值時，即可將所有電池模組10、20、30中的開關13、23、33開啟，以將所有電池模組10、20、30掛載至直流匯流排60上，來完成上線的復歸。

請注意，在本案第三實施例中，在所有電池模組10、20、30完成掛載(復歸)之後，可由能源轉換器50對儲能系統100的所有上線電池模組10、20、30進行充電。

也就是說，在本案第三實施例中，於儲能系統100處於充電狀態下，若沒有即時接受能源轉換器50的充電時，在靜置狀態下，可以讓最高電壓之電池模組以限流方式對最低電壓之電池模組進行充電，以讓兩個電池模組能達到平衡。

第四實施例-靜置限流平衡

現請參考第7圖，第7圖顯示根據本案第四實施例的儲能系統在靜置限流平衡復歸的示意圖。如第7圖所示，根據本案第四實施例的儲能系統100A包括：電池模組10B、20B、30B。

要注意的是，於儲能系統100A中，電池模組10B、20B、30B透過放電匯流排90而耦接至DC/DC轉換器80，在一實施例中，DC/DC轉換器80例如是但不受限於48V/2A的DC/DC轉換器，且DC/DC轉換器80耦接至直流匯流排60。

電池模組10B包括：電池組11、電池管理系統12、開關13與14。相同地，電池模組20B包括：電池組21、電池管理系統22、開關23與24。電池模組30B包括：電池組31、電池管理系統32、開關33與34。開關14、24與34耦接至放電匯流排90。DC/DC轉換器80的輸入端耦接至放電匯流排90，而DC/DC轉換器80的輸出端耦接至直流匯流排60。其中，開關13、23與33屬於小電流開關，用於控制電池模組10B、20B、30B是否跨接至直流匯流排60；而開關14、24與34屬於大電流開關，用以控制電池模組10B、20B、30B是否跨接至放電匯流排90。

電池管理系統12、22、32之間彼此通訊，因此所有的電池管理系統12、22、32可以知道彼此的電池電壓。在此，假設，電池電壓由低至高分別為電池模組30B、電池模組20B與電池模組10B，其中，假設，電池模組30B的電池組31的電壓為44V、電池模組20B的電池組21的電壓為48V而電池模組10B的電池組11的電壓為52V。電池模組10B、20B、30B目前皆為離線狀態。底下將說明，當處於離線狀態的電池模組10B、20B、30B皆回復正常之後(例如，溫度回復正常)，如何將這些電池模組10B、20B、30B復歸。要注意的是，在本實施例中，在進行復歸時，並非由能源轉換器50提供電流來讓離線狀態的電池模組10、20、30進行充電，而是以電池模組10、20、30 之間相互進行充/放電來達到電池模組10、20、30間的電壓平衡。此外，主控電池模組可根據已離線的多個電池模組的個別電池電壓，於其中選定一目標放電電池模組與一目標充電電池模組來進行靜置限流平衡，在此以儲能系統中，具有最高電池電壓的電池模組作為目標放電電池模組，具有最低電池電壓的電池模組作為目標充電電池模組來做說明，但並不以此為限。

在本案第四實施例，依據各電池電壓與最高電池電壓之間的電壓差是否小於設定值，來決定操作狀態。

情境1：目前最低電池電壓與最高電池電壓之間的電壓差小於設定值：在此情況下，開啟開關13或23或33，以透過直流匯流排60讓這兩個電池模組能快速平衡。

情境2：目前最低電池電壓與最高電池電壓之間的電壓差大於設定值，則最高電池電壓之電池模組對最低電池電壓之電池模組進行限流充電，此時，最高電池電壓的電池模組10B開啟開關14，以透過放電匯流排90而輸出電能給DC/DC轉換器80。經DC/DC轉換器80的電壓轉換後，DC/DC轉換器80透過直流匯流排60而對最低電池電壓的電池模組30B充電。此時，最低電池電壓的電池模組30B的開關33處於導通狀態，而最高電池電壓的電池模組10B的開關13、電池模組20B的開關23、24並未導通。

亦即，在本案第四實施例中，限流作用由DC/DC轉換器80來實現，因為DC/DC轉換器80的輸出電流可有上限(如2A)，以避免電池模組突然被大電流充電而損毀。

以上例來說，電池電壓由低至高分別為電池模組30B、電池模組20B與電池模組10B。最先由最高電壓電池模組10B(被選定要放電的電池模組亦可稱為目標放電電池模組)對最低電壓電池模組30B(被選定要被充電的電池模組亦可稱為目標充電電池模組)進行充電。電池模組30B的開關33導通，且電池模組10B的開關14也導通。藉此，電池模組10B可透過放電匯流排90放電至DC/DC轉換器80，進而耦接至直流匯流排60而對電池模組30B充電。也就是說，電池模組10B的電能透過開關14而經由放電匯流排90送至DC/DC轉換器80，接著，DC/DC轉換器80進行DC/DC轉換後，將電能送至直流匯流排60，並透過電池模組30B處於導通狀態的開關33以對電池模組30B充電。要注意的是，雖然在本實施例中，目標放電電池模組對單一的目標充電電池模組進行充電，然而在其他實施例中，目標充電電池模組可為多個，只要各目標充電電池模組間的電池特性、電壓等相似，目標放電電池模組可同時對多個目標充電電池模組進行充電，並不以所列舉者為限。

隨著充電操作的進行，電池模組10B的電壓逐漸下降，而電池模組30B的電壓則逐漸上升。

當電池模組30B的電壓與電池模組10B的電壓之間的電壓差小於設定值時，電池模組30B的開關33可繼續保持導通。同時，關閉電池模組10B的開關14，斷開電池模組10B與DC/DC轉換器80的導通，使電能不再流向DC/DC轉換器80(亦即關閉限流功能)，接著讓電池模組10B的開關13導通，以耦接到直流匯流排60並直接快速對電池模組30B充電，以讓電池模組10B與電池模組30B之間可快速平衡。

同樣地，當完成對最高電池電壓之電池模組10B與最低電池電壓之電池模組30B的平衡後，可依上述方式重新再對儲能系統 100A中的目前最高電池電壓的電池模組與目前最低電池電壓的電池模組進行平衡，其細節於此不重述。

透過本案第四實施例，於所有電池模組10B、20B、30B都達平衡或是所有電池模組10B、20B、30B任二者的電壓差皆小於設定值時，即可將所有電池模組10B、20B、30B中的開關13、23、33開啟，以將所有電池模組10B、20B、30B掛載至直流匯流排60上，來完成上線的復歸。

請注意，在本案第四實施例中，在所有電池模組10B、20、30B完成掛載(復歸)之後，可由能源轉換器50對儲能系統100的所有上線電池模組10B、20B、30B進行充電。

也就是說，在本案第四實施例中，於儲能系統100A處於充電狀態下，若沒有即時接受能源轉換器50的充電時，在靜置狀態下，可以讓最高電壓之電池模組以限流方式對最低電壓之電池模組進行充電，以讓兩個電池模組能達到平衡。

現請參考第8A圖至第8C圖，其顯示根據本案另一實施例的連接控制流程圖，以將離線的電池模組復歸(掛載)。原則上，第8A圖至第8C圖的流程圖可包括上述的充電平衡法(第二實施例)與靜置限流平衡法(第三與第四實施例)。

在步驟805中，各電池模組定期回報(例如但不受限於，每秒回報)個別通訊狀態與本身最大充/放電電流給主控電池模組，其中，通訊狀態是指該電池模組處於上線或離線。在步驟810中，主控電池模組整理所有電池模組的回報資訊後，主控電池模組判斷處於通訊狀態中的所有電池模組的最大電壓差，亦即該些電池模組中的一最高電池電壓值減去該些電池模組中的一最低電池電壓值是否超過設定值。在此，「處於通訊狀態」是指，該電池模組仍可通訊於主控電池模組。亦即，如果，該電池模組與主控電池模組之間的通訊已斷訊，則稱該電池模組處於斷訊狀態。

如果處於通訊連線狀態中的所有電池模組之最大電壓差超過設定值，則流程接續至步驟815；反之，流程接續至步驟820。

於步驟815中，如果目前已連線至直流匯流排的電池模組不具有最低電池電壓，也就是說，如果目前上線至直流匯流排的電池模組中，不包含有處於通訊狀態中最低電池電壓電池模組，此時先將所有電池模組離線，再把具有最低電池電壓之電池模組掛載到直流匯流排60。於步驟820中，主控電池模組控制將所有電池模組並聯且掛載至直流匯流排60。

步驟817有關於第二實施例的充電平衡法，而步驟847有關於第三與第四實施例的靜置限流平衡法。步驟817包括步驟825-845，而步驟847包括步驟850-867。

在步驟825中，由主控電池模組整理所有電池模組的回報資訊後，通知能源轉換器50，以讓能源轉換器50據以設定充電電流或充電電壓。

在步驟830中，由主控電池模組判斷是否利用能源轉換器對儲能系統進行充電，此即充電平衡法。如果步驟830為是，則流程接續至步驟835；如果步驟830為否，則流程接續至步驟847中的步驟850。

在步驟835中，由主控電池模組判斷是否所有離線的電池模組已完成掛載。如果步驟835為是，則結束步驟817，進入到後續的步驟870；如果步驟835為否，則流程接續至步驟840。

在步驟840中，離線的各電池模組判斷本身的電池電壓與直流匯流排的電壓之間的電壓差是否於小於設定值。如果步驟840為是，則流程執行步驟845，將本身電池電壓與直流匯流排電壓之間的電壓差於小於設定值的該電池模組掛載至直流匯流排上。如果步驟840為否，則流程執行步驟842，能源轉換器對掛載到直流匯流排的電池模組充電。在進行完步驟842之後，流程回至步驟830，由主控電池模組判斷是否利用能源轉換器對儲能系統進行充電。

另一方面，如果步驟830為否，亦即，在進行掛載時，不利用能源轉換器對儲能系統進行充電，而是進行靜置限流平衡法，則流程接續至步驟850，以限流方式由最高電池電壓的電池模組對最低電池電壓的電池模組進行充電。步驟850包括第三實施例中，由最高電池電壓的電池模組直接對最低電池電壓的電池模組充電。此外，步驟850也可包括第四實施例中，由最高電池電壓的電池模組透過DC/DC轉換器來對最低電池電壓的電池模組充電。

於步驟855中，判斷最高電池電壓與最低電池電壓之間的電壓差是否小於設定值。如果步驟855為否的話，則繼續執行步驟850，由最高電池電壓的電池模組對最低電池電壓的電池模組進行充電，直到兩者的電壓差小於設定值為止。

如果步驟855為是的話，則於步驟860中，關閉限流功能，讓兩個電池模組耦接到直流匯流排(例如，導通開關13、23與33等)，以達快速平衡。

接著，在步驟865中，由主控電池模組判斷是否所有離線的電池模組已完成離線平衡，亦即所有離線的電池模組之中任二者的電壓差小於設定值。如果步驟865為是，則代表於所有電池模組皆已完成離線平衡，此時進入到步驟867，將完成離線平衡的所有電池模組掛載，使流程回到步驟817中的步驟835。於所有電池模組皆已完成離線平衡及所有電池模組掛載到直流匯流排之後，對掛載到直流匯流排的所有電池模組充電，在一實施例中，由主控電池模組整理所有電池模組的回報資訊後，通知能源轉換器50，以讓能源轉換器50據以設定充電電流或充電電壓，如步驟870所示。如果步驟865為否，則流程回至步驟850。

由上述實施例可知，如果儲能系統需要擴充容量，來掛載更多電池模組的話，可透過上述第二至第四實施例，自動地將要擴充的電池模組掛載，可以減少人工掛載的麻煩。

當然，如果發現有電池模組已故障，需要替換的話，透過本案上述第一實施例，亦可實現對故障電池模組的熱插拔。

另外，在本案其他可能實施例中，電池模組更可以選擇性設置「開關機按鈕」。回應於使用者操作，該開關機按鈕可以讓電池模組開機。或者是，回應於使用者操作，該開關機按鈕可以強制將處於上線狀態的電池模組切換到離線狀態，以方便進行例行性的檢修保養工作等。

在本案上述實施例中，透過電池管理系統的軟體控制技術，搭配硬體電路的設計，以直接並聯式的低成本架構，可滿足儲能系統對於容量擴充的彈性需求。

更甚者，本案上述該些實施例可實現離線/上線自動偵測與控制。而且，本案上述該些實施例透過利用自動離線/連線，可以避免電池模組異常使用(過放、過充、過熱等)。而且，等異常電池模組狀態恢復正常後，本案上述該些實施例可將之自動復歸回上線模式。

另外，本案上述該些實施例中，不同特性之電池模組也可使用於同一儲能系統中。如此更有助於降低儲能系統的潛在成本。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種儲能系統的控制方法，該儲能系統包括複數個電池模組，該控制方法包括：各該些電池模組回報個別通訊狀態與個別最大充/放電電流給該些電池模組之一主控電池模組；該主控電池模組據以通知一能源轉換器，以讓該能源轉換器據以設定一最大充/放電電流；當處於上線狀態的該些電池模組之一第一電池模組判斷本身準備離線時，該第一電池模組通知該主控電池模組，以讓該主控電池模組通報該能源轉換器來調降該最大充/放電電流；以及準備離線的該第一電池模組進行離線。
如申請專利範圍第1項所述之儲能系統的控制方法，其中，更包括：於該第一電池模組離線後，由已離線的該第一電池模組將一本身編號通知該主控電池模組。
如申請專利範圍第1項所述之儲能系統的控制方法，其中，準備離線的該第一電池模組進行離線之該步驟包括：準備離線的該第一電池模組將一開關斷開於一直流匯流排，以完成離線。
如申請專利範圍第1項所述之儲能系統的控制方法，更包括：由該主控電池模組判斷仍處於上線狀態的該些電池模組的數量是否為0，或者是，由該主控電池模組判斷仍處於上線狀態的該些電池模組是否已全部沒電能；以及如果判斷為是，則該主控電池模組通知該能源轉換器，以讓該能源轉換器停止對該些電池模組的電能抽取。
如申請專利範圍第1項所述之儲能系統的控制方法，更包括：回應於使用者操作，該電池模組的一開關機按鈕讓該電池模組開機；或者是，回應於使用者操作，該開關機按鈕強制將處於上線狀態的該電池模組切換到離線狀態。
一種儲能系統的控制方法，該儲能系統包括複數個電池模組，該控制方法包括：根據已離線的該些電池模組的個別電池電壓，由該些電池模組之一主控電池模組通報一能源轉換器，以讓該能源轉換器設定一直流匯流排上的一充電電壓或一充電電流；以及當該些電池模組的一電池模組偵測到本身電池電壓與該直流匯流排上的該充電電壓間之一電壓差小於一設定值時，該電池模組掛載至該直流匯流排。
如申請專利範圍第6項所述之儲能系統的控制方法，其中，該直流匯流排上的該充電電壓為遞增。
如申請專利範圍第7項所述之儲能系統的控制方法，其中，依照該些電池模組的個別電池電壓，由一最低電池電壓至一最高電池電壓，該些電池模組依序掛載至該直流匯流排。
如申請專利範圍第6項所述之儲能系統的控制方法，更包括：回應於使用者操作，該電池模組的一開關機按鈕讓該電池模組開機；或者是，回應於使用者操作，該開關機按鈕強制將處於上線狀態的該電池模組切換到離線狀態。