本发明是有关于一种电池管理系统，特别是一种具进阶保护功能的电池管理系统。本发明还涉及此电池管理系统的电池管理方法。
背景技术：
地球上的温室气体大多来自二氧化碳，二氧化碳的大量排放导致全球暖化及气候变迁，而造成二氧化碳排放量增加的最大原因就是燃油车所排放的废气。而为了解决上述的问题，低噪音、低污染及节能的电动车辆也就成为了未来发展的趋势。
然而，电动车辆需要依靠电池来进行驱动，因此也需要一个电池管理系统(Battery management system，BMS)，来防止电池发生异常状态，以保护电动车辆能够安全性行驶。
一般而言，现有的电池管理系统能提供的安全性保护项目包含充电过电压保护、充电过电流保护、放电过热保护、充电过热保护及充电时间保护等等。当电池管理系统执行充电过电压保护时，电池管理系统会在电池充电时电压超过一电压门槛值时启动保护机制，如切断电池的充电开关，并于电压下降至低于此电压门槛值时解除保护机制。然而，由于电池管理系统执行充电过电压保护时仅参考电压信号，因此很容易因为噪声干扰而产生误动作的情况，且由于保护机制启动与解除的门槛值相同，故使保护机制会频繁地启动及解除；此外，保护机制也容易在电动车辆行驶中无预警地启动，使电动车辆在行驶中突然产生断电的情况，故可能造成严重的安全问题。
当电池管理系统执行充电过电流保护时，电池管理系统会在电池充电且电流超过一电流门槛值时启动保护机制，如切断电池的充电开关，并于电流下降至低于此电流门槛值时解除保护机制。然而，由于电池管理系统执行充电过电流保护时仅参考电流信号，因此很容易因为噪声干扰而产生误动作的情况，且由于保护机制启动与解除的门槛值相同，故使保护机制会频繁地启动及解除；同样的，保护机制也容易在电动车辆行驶中无预警地启动，使电动车辆在行驶中突然产生断电的情况，故可能造成严重的安全问题。
当电池管理系统执行充电过热保护时，电池管理系统会在电池充电且温度超过一温度门槛值时启动保护机制，如切断电池的充电开关，并于温度下降至低于此温度门槛值时解除保护机制。然而，由于电池管理系统执行充电过热保护时仅参考温度信号，因此很容易因为噪声干扰而产生误动作的情况，且由于保护机制启动与解除的门槛值相同，故使保护机制会频繁地启动及解除。
当电池管理系统执行放电过热保护时，电池管理系统会在电池放电且温度超过一温度门槛值时启动保护机制，如切断电池的放电开关，并于温度下降至低于此温度门槛值时解除保护机制。然而，由于电池管理系统执行放电过热保护时仅参考温度信号，因此很容易因为噪声干扰而产生误动作的情况，且由于保护机制启动与解除的门槛值相同，故使保护机制会频繁地启动及解除；同样的，保护机制也容易在电动车辆行驶中无预警地启动，使电动车辆在行驶中突然产生断电的情况，故可能造成严重的安全问题。
当电池管理系统执行充电时间保护时，电池管理系统会在当电池任一串电压达到设定值时或是充电器侦测充电时间超过一预设充电时间后切断电池的充电开关。然而，上述的保护机制容易使定电压充电时间过长而使电池损坏。此外，或是电池已经处于饱电状态下，但用户又插上充电器再次对电池充电，如此也会使电池的使用寿命大幅降低。
因此，如何提出一种电池管理系统，能够有效改善现有技术的电池管理系统的各种缺点已成为一个刻不容缓的问题。
技术实现要素：
有鉴于上述现有技术的问题，本发明的其中一目的就是在提供一种电池管理系统，以解决现有技术的电池管理系统的各种缺点。
根据本发明的其中一目的，提出一种电池管理系统，其可包含供电模块、量测模块、开关模块及处理模块。供电模块可通过开关模块与负载或充电电源连接。量测模块可量测供电模块的多个运作信号。处理模块可交叉比对该些运作信号以判断供电模块的运作状态，并可根据运作状态及该些运作信号启动安全性保护项目；而处理模块可根据安全性保护项目的危险性决定执行全局保护程序以切断开关模块或执行局部保护程序以在缓冲时间过后切断开关模块。
根据本发明的其中一目的，再提出一种电池管理方法：通过开关模块连接供电模块与负载或充电电源；以量测模块量测供电模块以获得多个运作信号；以及通过处理模块交叉比对该些运作信号以判断供电模块的运作状态，并根据运作状态及该些运作信号启动安全性保护项目，再执行全局保护程序以切断开关模块，或执行局部保护程序以在缓冲时间过后切断开关模块。
承上所述，依本发明的电池管理系统及其方法，其可具有一或多个下述优点：
(1)本发明的一实施例中，电池管理系统可交叉比对供电模块的多个运作信号以判断供电模块的运作状态，并可根据运作状态及至少一个运作信号启动安全性保护项目，因此不会噪声干扰而产生误动作的情况，使电池管理系统的效能大幅提升。
(2)本发明的一实施例中，针对没有立即性危险的安全性保护项目，电池管理系统可执行局部保护程序以提供缓冲时间，因此可提供用户足够的时间将电动车辆停放在适当的地点，故可有效地避免电动车辆在行驶中突然产生断电的情况，因此具有更高的安全性。
(3)本发明的一实施例中，电池管理系统可针对部份安全性保护项目提供保护启动门槛值及保护解除门槛值以避免保护机制频繁地启动及解除，进一步提升电池管理系统的可靠度。
(4)本发明的一实施例中，电池管理系统可提供充电流程下的定电压充电阶段保护，因此可有效地防止定电压充电阶段时间过长或充电截止电流过低而使电池损坏，以延长电池的使用寿命。
(5)本发明的一实施例中，电池管理系统的安全性保护项目可具有对应不同的气候环境的警示信号设定参数及各项安全保护项目的设定参数值，使电池管理系统可能用于不同气候的地区，应用上更为广泛。
(6)本发明的一实施例中，电池管理系统更可提供电压量测断线保护、电流量测断线及温度量测断线保护，以确保电池的电压、电流及温度均可准确量测，因此可提升电池管理系统的量测准确度。
(7)本发明的一实施例中，电池管理系统可准确判断开关是否失效，并可进一步提供开关失效后的保险防护，因此可确保电池管理系统的开关运作功能，故可进一步提升电池管理系统的安全性。
附图说明
图1为本发明的电池管理系统的第一实施例的方块图；
图2为本发明的第一实施例的流程图；
图3为本发明的电池管理系统的第二实施例的方块图；
图4为本发明的电池管理系统的第二实施例的第一示意图；
图5为本发明的电池管理系统的第二实施例的第二示意图；
图6为本发明的电池管理系统的第二实施例的第三示意图；
图7为本发明的电池管理系统的第二实施例的第四示意图；
图8为本发明的电池管理系统的第二实施例的第五示意图；
图9为本发明的电池管理系统的第二实施例的第六示意图；
图10为本发明的电池管理系统的第二实施例的第七示意图；
图11为本发明的电池管理系统的第二实施例的第八示意图；
图12为本发明的电池管理系统的第二实施例的第九示意图；
图13A为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十示意图；
图13B为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十一示意图；
图14A为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十二示意图；
图14B为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十三示意图；
图14C为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十四示意图；
图14D为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十五示意图；
图15为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十六示意图；
图16A为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十七示意图；
图16B为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十八示意图；
图17A为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十九示意图；
图17B为本发明的电池管理系统的第二实施例的第二十示意图；
图18为本发明的第二实施例的流程图。
【主要元件】
1、2 电池管理系统；
11 供电模块；
12 量测模块；
13 处理模块；
14 开关模块；
15 保险模块；
2 电池管理系统；
21 电池组；
22A 电池组电流量测单元；
22B 电池组电压量测单元；
22C 电压/温度量测单元；
23A 运算控制单元；
23B 逻辑判断单元；
24 开关模块；
25 开关控制模块；
26 通信模块；
27 数据存储模块；
28 比流器；
29 主动/被动式保险单元；
S1～S2 运作信号；
SP 安全性保护项目；
L 负载；
CS 充电电源；
LF 局部保护程序；
WF 全局保护程序；
P1～P10 警示信号；
AS 量测异常警示信号；
SH 比流器；
CR 限流电阻；
TR 热敏电阻；
R 电阻；
C-FET、D-FET、PreD-FET 子开关；
Mux 多任务器；
MCU 微控制器；
OP1～OP4 运算放大器；
L1～L8 量测线；
AR 箭头AR；
J 接点；
P+ 电池管理系统2的输出端；
B+ 电池组21的输出端；
电压 Vtemp、V1～V4、VDD；
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明依本发明的电池管理系统及其方法的实施例，在以下描述及/或申请专利范围中，当提及组件「连接」或「耦合」至另一组件时，其可直接连接或耦合至该另一组件或可存在介入组件；而当提及组件「直接连接」或「直接耦合」至另一组件时，不存在介入组件，用于描述组件或层之间的关系的其他字词应以相同方式解释。为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。
请参阅图1，其为本发明的电池管理系统的第一实施例的方块图。如图所示，电池管理系统1可包含供电模块11、量测模块12、开关模块14、保险模块15及处理模块13。在较佳的实施例中，电池管理系统1可应用于电动车辆或其它各种不同的装置。供电模块11可通过开关模块经过保险模块15与负载或充电电源连接，并与处理模块13连接；在较佳的实施例中，供电模块11可为电池组。
量测模块12可量测供电模块11以获得至少二个运作信号S1～S2；在较佳的实施例中，该些运作信号也可为二个以上，其可包含电流信号、电压信号、温度信号及电量信号中的二个或以上。
处理模块13可交叉比对该些运作信号S1～S2以判断供电模块11的运作状态，如放电状态、充电状态或休息状态。而处理模块11可根据该些运作信号S1～S2及供电模块11的运作状态准确判断是否为量测异常或是供电模块11处于异常状态，以避免误动作产生。
若处理模块13判断为量测异常，处理模块13可根据至少一个运作信号S1～S2及警示门槛值发出量测异常警示信号。而若处理模块13侦测到量测异常警示信号产生并持续一默认时间后，则表示电池管理系统1已无法正确的执行量测功能，此时处理模块13则可执行局部保护程序。
若处理模块13判断为供电模块11处于异常状态，处理模块13可根据供电模块11的运作状态及该些运作信号S1-S2启动安全性保护项目SP。其中，处理模块13可根据供电模块11的运作状态、至少一个运作信号S1～S2及保护启动门槛值启动安全性保护项目SP；此外，处理模块13也可根据供电模块11的运作状态、至少一个运作信号S1～S2及保护解除门槛值取消执行安全性保护项目SP；通过上述的机制可以有效防止安全性保护项目SP频繁地启动及解除。在较佳的实施例中，安全性保护项目可以为充电过电压保护、放电低电压保护、充电过电流保护、放电过电流保护、放电过热保护、充电过热保护、零电量保护、满电量保护、定电压充电阶段保护、内短路保护或量测线断线保护等等。
其中，处理模块13可根据安全性保护项目SP的危险性决定执行全局保护程序或局部保护程序；当处理模块13执行危险性较高的安全性保护项目SP时，处理模块13可执行全局保护程序以直接切断开关模块14，使供电模块11停止供电至负载L或停止由充电电源CS源进行充电；当处理模块13执行危险性较低的安全性保护项目SP时，处理模块13可执行局部保护程序以在缓冲时间过后才切断开关模块14，使供电模块11停止供电至负载L或停止由充电电源CS源进行充电；换句话说，处理模块13可在缓冲时间过后才执行全局保护程序，以提供用户缓冲时间来采取紧急措施，如将电动车辆停放在适当地点，以防止电动车辆在行驶中突然产生断电的情况。
保险模块15可设置在充电路径、放电路径或充放电路径，而供电模块11可通过开关模块经过保险模块15与负载或充电电源连接，并与处理模块13连接以保护整个电池管理系统1；在较佳的实施例中，保险模块15可为被动式保险丝或主动式保险丝；其中，被动式保险丝可在电流连续超过设定值时启动自我断开机制，而主动式保险丝则可开关模块失效后由处理模块13切断。
当然，上述的内容仅为举例，而非用于限制本发明，电池管理系统1的结构及功能均可依实际需求改变，本发明并不以此为限。
通过上述的机制，电池管理系统1可准确判断是否为量测异常或是供电模块11已处于异常状态，以避免因噪声干扰导致安全性保护项目SP被错误地触发，使电池管理系统的效能大幅提升。此外，电池管理系统1针对没有立即性危险的安全性保护项目，可执行局部保护程序以提供缓冲时间供用户将电动车辆停放在适当的地点，故可有效地避免电动车辆在行驶中突然断电的情况，因此具有更高的安全性。此外，电池管理系统1可有效防止安全性保护项目SP频繁地启动及解除，具更佳的可靠性。
值得一提的是，现有技术的电池管理系统虽然能提供多种安全性保护项目，然而现有技术的电池管理系统在执行一种安全性保护项目时大多只参考一种信号，因此很容易因为噪声干扰而产生误动作的情况。相反的，电池管理系统可交叉比对供电模块的多个运作信号以判断供电模块的运作状态，并可根据供电模块11的运作状态及至少一个运作信号启动安全性保护项目，因此不会因噪声干扰而产生误动作的情况，使电池管理系统的效能大幅提升。
又，现有技术的电池管理系统容易在电动车辆行驶中无预警地启动保护机制，使电动车辆突然无法正常行驶，故可能造成严重的安全问题。相反的，根据本发明的实施例，针对没有立即性危险的安全性保护项目，电池管理系统可执行局部保护程序以提供缓冲时间，因此可提供用户足够的时间将电动车辆停放在适当的地点，故可有效地避免电动车辆在行驶中突然断电的情况，因此具有更高的安全性。
此外，现有技术的电池管理系统在执行一种安全性保护项目时，由于保护机制启动与解除的门槛值相同，故使保护机制会频繁地启动及解除。相反的，根据本发明的实施例，电池管理系统可针对部份安全性保护项目提供保护启动门槛值及保护解除门槛值以避免保护机制频繁地启动及解除，进一步提升电池管理系统的可靠度。
请参阅图2，其为本发明的第一实施例的流程图。如图所示，本实施例的电池管理方法可包含下列步骤：
在步骤S201中，通过开关模块经过保险模块连接供电模块与负载或充电电源，并与处理模块连接。
在步骤S202中，以量测模块量测供电模块以获得多个运作信号。
在步骤S203中，通过处理模块交叉比对该些运作信号以判断供电模块的运作状态。
在步骤S204中，通过处理模块根据供电模块的运作状态及该些运作信号启动安全性保护项目，再执行全局保护程序以切断开关模块，或执行局部保护程序以在缓冲时间过后切断开关模块。
在步骤S205中，由处理模块判断开关模块是否失效，并在判断开关模块失效后切断保险模块。
请参阅图3，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的方块图。如图所示，电池管理系统2可包含电池组21、量测模块22、开关模块24、处理模块、开关控制模块25、通信模块26、数据存储模块27、比流器28及主动/被动式保险单元29。在较佳的实施例中，电池管理系统2可应用于电动车辆或其它各种不同的装置。
电池组21可包含多个电池单元211，并可通过比流器28、开关模块24及主动/被动式保险单元29与负载L或充电电源CS连接，主动/被动式保险单元29并可与处理模块链接。主动/被动式保险单元29可在电流连续超过设定值时启动自我断开机制，或可开关模块24失效后由处理模块切断。
量测模块可包含电池组电流量测单元22A、电池组电压量测单元22B及电压/温度量测单元22C。电池组电流量测单元22A可量测比流器28的电流信号及判断电池组充电或放电；电池组电压量测单元22B可量测电池组21输出总电压，用以判断电池组21输出准位及判断电池组21是否供电；电压/温度量测单元22C则可量测各个电池单元21的电压，并可分别通过热敏电阻TR与各个电池单元21连接以量测温度。通过上述的机制，量测模块可以量测电池组21以获得多个运作信号，其可包含电流信号、电压信号、温度信号及电量信号中的二个或以上，并将该些运作信号量传送至运算与控制单元23A。
数据存储模块27可储存电压、电流及温度量测校正表、警示信号设定参数及各项安全保护项目的设定参数值；此外，数据存储模块27可储存多组警示信号设定参数及各项安全保护项目的设定参数值，使电池管理系统2可以应用于具有不同气候环境的地区(如寒带地区、温带地区及热带地区)。
开关控制模块25可导通或切断开关模块24以控制电池组21与负载L或充电电源CS的连接；开关控制模块25可为微控制器(MCU)或其它驱动组件。
处理模块可包含运算控制单元23A及逻辑判断单元23B；运算控制单元23A及逻辑判断单元23B可为微控制器(MCU)或其它模拟或数字组件。运算控制单元23A可交叉比对该些运作信号以判断电池组21的运作状态，如放电状态、充电状态或休息状态，并可计算充电电量与放电电量的积分结果，并可将该些该些运作信号及其它相关信息传送至逻辑判断单元23B及通信模块26。而逻辑判断单元23B可根据该些运作信号及电池组21的运作状态准确判断是否为量测异常或是电池组21处于异常状态，而运算控制单元23A可依逻辑判断单元23B的逻辑判断结果及数据存储模块27储存的警示信号设定参数值及各项安全保护项目的设定参数值执行相应的操作，以避免误动作产生。
若逻辑判断单元23B判断为量测异常，运算控制单元23A可根据至少一个运作信号及警示门槛值发出量测异常警示信号。而若逻辑判断单元23B侦测到量测异常警示信号产生并持续一默认时间后，则表示电池管理系统2已无法正确的执行量测功能，此时运算控制单元23A则可执行局部保护程序。
若逻辑判断单元23B判断为电池组21处于异常状态，运算控制单元23A可根据电池组21的运作状态及该些运作信号启动安全性保护项目。其中，运算控制单元23A可根据电池组21的运作状态、至少一个运作信号及保护启动门槛值启动安全性保护项目；此外，运算控制单元23A也可根据电池组21的运作状态、至少一个运作信号及保护解除门槛值取消执行安全性保护项目；通过上述的机制可以有效防止安全性保护项目频繁地启动及解除。其中，安全性保护项目可以为充电过电压保护、放电低电压保护、充电过电流保护、放电过电流保护、放电过热保护、充电过热保护、零电量保护、满电量保护、定电压充电阶段保护、内短路保护或量测线断线保护等等；本实施例将举例说明电池管理系统2如何执行上述安全性保护项目。
其中，运算控制单元23A可根据安全性保护项目的危险性决定执行全局保护程序或局部保护程序；当运算控制单元23A可执行危险性较高的安全性保护项目时，运算控制单元23A可执行全局保护程序以控制开关控制模块25直接切断开关模块24或切断主动/被动式保险单元29，使电池组21停止供电至负载L或停止由充电电源CS源进行充电；当运算控制单元23A执行危险性较低的安全性保护项目SP时，运算控制单元23A可执行局部保护程序以在缓冲时间过后才控制开关控制模块25切断开关模块24或切断主动式保险丝29，使电池组21停止供电至负载L或停止由充电电源CS源进行充电；换句话说，运算控制单元23A可在缓冲时间过后才执行全局保护程序，以提供用户缓冲时间来采取紧急措施，如将电动车辆停放在适当地点，以防止电动车辆在行驶中突然产生断电的情况。
通信模块26可传输电池组21的相关信息至外部装置，例如电压、温度、电流、电量积分、残电量、劣化状态、保护状态等相关信息，使电池组21可以依照上述信息与调整及管理电池组21的耗能状况。
请参阅图4，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第一示意图。第4图举例说明了电池管理系统2执行放电低压保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到电压瞬间下降，但电流与温度都没有任何变化，则处理模块可判定是电压受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在电压下降至保护启动门槛值时发出量测异常警示信号AS，并可在电压上升至警示解除门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到电压瞬间下降，而放电电流也同步增加时，处理模块可判断电池正处于放电状态，若电压持续下降至警示启动门槛值，此时处理模块可发出放电低压保护警示信号P1。当处理模块侦测到电压上升至警示解除门槛值时，处理模块可解除放电低压保护警示信号P1。当处理模块侦测到电压持续下降至保护启动门槛值时，处理模块可判断此状态为低危险性并需执行放电低压保护，此时处理模块可执行局部保护程序LF；当处理模块执行局部保护程序LF时，处理模块可在缓冲时间，如30秒过后，处理模块可取消局部保护程序LF并执行全局保护程序WF，使开关控制模块25切断开关模块24以断开电池组21与负载L的链接；当处理模块侦测到电压上升至保护解除门槛值时，处理模块可取消局部全局保护程序WF。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到电压的异常变化时即会启动放电低压保护，如此无法避免噪声干扰，因此会使放电低压保护频繁启动；而本发明的放电低压保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图5，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第二示意图。第5图举例说明了电池管理系统2执行放电过电流保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到放电电流瞬间增加，但电压没有任何变化，则处理模块可判定是电流受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在放电电流增加至保护启动门槛值发出量测异常警示信号AS，并可在放电电流下降至保护启动门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到放电电流瞬间增加至警示启动门槛值，而电压也同步下降时，处理模块可判断电池正处于放电状态，此时处理模块可发出放电过电流保护警示信号P2。当处理模块侦测到放电电流下降至警示解除门槛值时，处理模块可解除放电过电流保护警示信号P2。当处理模块侦测到放电电流持续增加至保护启动门槛值，且经过预设次数(如3-5次)的侦测均有同样结果，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行放电过电流保护，此时处理模块可直接执行全局保护程序WF；当处理模块执行全局保护程序WF时，处理模块可使开关控制模块25直接切断开关模块24以断开电池组21与负载L的链接。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到电流的异常变化时即会启动放电过电流保护，如此无法避免噪声干扰，因此会使放电过电流保护频繁启动；而本发明的放电过电流保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图6，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第三示意图。第6图举例说明了电池管理系统2执行充电过电压保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到电压瞬间增加，但电流及温度均没有任何变化，则处理模块可判定是电压受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在电压增加至警示启动门槛值发出量测异常警示信号AS，并可在电压下降至警示解除门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到电压瞬间增加至警示启动门槛值，而电流也同步增加时，处理模块可判断电池正处于充电状态，此时处理模块可发出充电过电压保护警示信号P3。当处理模块侦测到电压下降至警示解除门槛值时，处理模块可解除充电过电压保护警示信号P3。当处理模块侦测到电压持续增加至保护启动门槛值，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行充电过电压保护，此时处理模块可直接执行全局保护程序WF；当处理模块执行全局保护程序WF时，处理模块可使开关控制模块25直接切断开关模块24以断开电池组21与充电电源CS的连结；当处理模块侦测到电压下降至保护解除门槛值时，处理模块可取消全局保护程序WF。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到电压的异常变化时即会启动充电过电压保护，如此无法避免噪声干扰，因此会使充电过电压保护频繁启动；而本发明的充电过电压保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图7，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第四示意图。第7图举例说明了电池管理系统2执行充电过电流保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到电流瞬间增加，但电压没有任何变化，则处理模块可判定是电流受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在电流增加至警示启动门槛值发出量测异常警示信号AS，并可在电流下降至警示解除门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到电流瞬间增加至警示启动门槛值，而电压也同步增加时，处理模块可判断电池正处于充电状态，此时处理模块可发出充电过电流保护警示信号P4。当处理模块侦测到电流下降至警示解除门槛值时，处理模块可解除充电过电流保护警示信号P4。当处理模块侦测到电流持续增加至保护启动门槛值，且3-5次侦测均有同样结果，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行充电过电流保护，此时处理模块可直接执行全局保护程序WF；当处理模块执行全局保护程序WF时，处理模块可使开关控制模块25直接切断开关模块24以断开电池组21与充电电源CS的连结。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到电流的异常变化时即会启动充电过电流保护，如此无法避免噪声干扰，因此会使充电过电流保护频繁启动；而本发明的充电过电流保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图8，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第五示意图。第8图举例说明了电池管理系统2执行放电过热保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到温度瞬间增加，但电压及电流均没有任何变化，则处理模块可判定是温度受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在温度增加至警示启动门槛值发出量测异常警示信号AS，并可在温度下降至警示解除门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到电流瞬间增加，而电压也同步下降时，处理模块可判断电池正处于放电状态，若温度增加至警示启动门槛值，此时处理模块可发出放电过热警示信号P5。当处理模块侦测到温度下降至警示解除门槛值时，处理模块可解除充电过热警示信号P5。当处理模块侦测到温度持续增加至保护启动门槛值，处理模块可判断此状态为低危险性并需执行放电过热保护，此时处理模块可启动局部保护程序LF；当处理模块执行局部保护程序LF时，处理模块可在缓冲时间，如30秒，过后启动全局保护程序WF，使开关控制模块25切断开关模块24以断开电池组21与负载L的链接；当处理模块侦测到温度下降至保护解除门槛值时，处理模块可解除局部保护程序LF。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到温度的异常变化时即会启动充电过热保护，如此无法避免噪声干扰，因此会使放电过热保护频繁启动；而本发明的放电过热保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图9，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第六示意图。第9图举例说明了电池管理系统2执行充电过热保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到温度瞬间增加，但电压及电流均没有任何变化，则处理模块可判定是温度受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在温度增加至警示启动门槛值发出量测异常警示信号AS，并可在温度下降至警示启动门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到温度瞬间增加至警示启动门槛值，而电压也同步增加时，处理模块可判断电池正处于充电状态，此时处理模块可发出充电过热保护警示信号P6。当处理模块侦测到温度下降至警示解除门槛值时，处理模块可解除充电过热警示信号P6。当处理模块侦测到温度持续增加至保护启动门槛值，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行充电过热保护，此时处理模块可直接执行全局保护程序WF；当处理模块执行全局保护程序WF时，处理模块可使开关控制模块25直接切断开关模块24以断开电池组21与充电电源CS的连结；当处理模块侦测到温度下降至保护解除门槛值时，处理模块可取消全局保护程序WF。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到温度的异常变化时即会启动充电过热保护，如此无法避免噪声干扰，因此会使充电过热保护频繁启动；而本发明的充电过热保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图10，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第七示意图。第10图举例说明了电池管理系统2执行零电量保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到电压瞬间下降，但电流与电量都没有任何变化，则处理模块可判定是电压受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在电压下降至电压警示启动门槛值发出量测异常警示信号AS，并可在电压上升至电压警示解除门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到电量下降至警示启动门槛值，而电压及电流也同步下降时，处理模块可判断电池正处于放电状态，此时处理模块可发出零电量保护警示信号P7。当处理模块侦测到电量持续下降至保护启动门槛值时，处理模块可判断此状态为低危险性并需执行零电量保护，此时处理模块可执行局部保护程序LF，并可在缓冲时间过后执行全局保护程序WF，使开关控制模块25切断开关模块24以断开电池组21与负载L的链接。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到电压的异常变化时即会启动零电量保护，因此无法确实的达成零电量保护；而本发明的零电量保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图11，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第八示意图。第11图举例说明了电池管理系统2执行满电量保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到电压瞬间增加，但电流及电量均没有任何变化，则处理模块可判定是电压受到噪声干扰因素导致量测异常，因此处理模块可在电压增加至电压警示启动门槛值发出量测异常警示信号AS，并可在电压温度下降至电压警示解除门槛值时关闭量测异常警示信号AS。
当处理模块侦测到电量增加至警示启动门槛值，而电压及电量也同步增加时，处理模块可判断电池正处于充电状态，此时处理模块可发出满电量保护警示信号P8。当处理模块侦测到电量持续增加至保护启动门槛值，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行满电量保护，此时处理模块可直接执行全局保护程序WF；当处理模块执行全局保护程序WF时，处理模块可使开关控制模块25直接切断开关模块24以断开电池组21与充电电源CS的连结。换句话说，一旦处理模块侦测到电池组21充饱电时(SOC>95％)即断开电池组21与充电电源CS，以防止电池组21继续充电，直到电池组21的电量低于门槛值后(SOC<＝90％)才允许再次充电，以提升电池组21的寿命及安全性。相反的，现有技术的电池管理系统在侦测到电压的异常变化时即会启动满电量保护，因此无法确实的达成满电量保护；而本发明的满电量保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图12，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第九示意图。第12图举例说明了电池管理系统2执行定电压充电阶段保护的程序。
如图所示，当处理模块判断电池组21进入由定电流充电阶段进入定电压充电阶段且定电压充电阶段持续时间超过警示启动门槛值时，处理模块可发出电压充电时间保护警示信号P9。当处理模块判断定电压充电阶段持续时间超过保护启动门槛值或充电截止电流已低于一预设门槛值时，即两者中任一发生时，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行定电压充电阶段保护，此时处理模块可直接执行全局保护程序WF以断开电池组21与充电电源CS的连结。现有技术的电池管理系统会在电池开充电并经过预设充电时间后启动充电时间保护机制，如此容易使定电压充电时间过长而使电池损坏，使电池的使用寿命大幅下降；而本发明的定电压充电阶段的时间保护保护机制可有效地防止定电压阶段充电时间过长而使电池组21损坏，以延长电池组21的使用寿命。
请参阅图13A，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十示意图。第13A图举例说明了电池管理系统2执行内短路保护的程序。
如图所示，当处理模块侦测到电压及温度在短时间内有极大的变化量，且电压变化量及温度变化量分别超过电压变化量门槛值温度变化量门槛值，处理模块可发出内短路保护警示信号P10；而若上述的情况连续发生一预设次数(如3-5次)，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行内短路保护，此时处理模块可直接执行全局保护程序WF；当处理模块执行全局保护程序WF时，处理模块可使开关控制模块25直接切断开关模块24以断开电池组21与充电电源CS的连结。电池组21发生内短路状态时，电池组21的电压瞬间下降，但电池组21的温度不一定会同步上升，这是因为电池组21发生内短路状态产生的能量需要一定的时间才能使电池组21的温度上升。因此，通常是在电池组21的电压下降后才会有明显的温度上升(可能3-60秒后电池组21才会上升至最高温度)，而若内短路状态无连续发生，则经过数分钟后，电池组21的温度会回到正常温度；此外，电池组21在充电时发生内短路状态或在非定电流放电时发生内短路状态时，电池组21的温度都会呈现上升的趋势。
请参阅图13B，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十示意图。第13B图举例说明了电池管理系统2执行内短路温度保护的程序。
在执行处理模块上述的内短路保护后，若处理模块仍侦测到电池组21的平均温度仍然持续上升，则表示电池组21的电量仍然处于高准位的情况，且上述的内短路保护无法有效发挥作用，故电池组21仍然处于内短路的状况；在这种情况之下，电池组21容易发生热暴走(Thermal runaway)而产生爆炸。
如图13B所示，曲线T1表示电池组21的温度曲线，而曲线T2则表示电池组21的平均温度曲线，若处理模块仍侦测到电池组21的平均温度持续上升，且超过保护启动门槛值时，处理模块可判断此状态为高危险性并需执行内短路温度保护，此时处理模块可直接执行进阶全局保护程序AWF；当处理模块执行全局保护程序AWF时，处理模块可使唤醒负载，并可控制负载使负载的各组件全速运转，直到电池组21的电量耗尽。
例如，当电池管理系统2应用于智能型手机等3C产品时，处理模块可执行内短路温度保护以唤醒智能型手机，并可使智能型手机的各组件全速运转(如将屏幕开到最亮、使CPU高速运算及音量开到最大)，如此可使电池组的能量在热暴走之前消耗完毕，以防止电池发生爆炸。
因此，现有技术的电池管理系统只有在侦测到电压或温度的异常变化达到门槛值时才会启动电压或温度保护，因此无法侦测到内短路发生的初期，因此无法有效地进行内短路保护机制；此外，当电池发生热暴走的情况时，现有技术的电池管理系统也无法有效地防止电池因热暴走而产生爆炸的情况。相反的，本发明的内短路保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图14A、图14B、图14C及图14D，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十二示意图、第十三示意图、第十四示意图及第十五示意图。图14举例说明了电池管理系统2执行开关失效保护的程序。
开关模块24可包含比流器(Shunt)SH、限流电阻CR及多个子开关C-FET、D-FET、PreD-FET，若电池组21尚未与负载L或充电电源CS链接，处理模块可控制开关控制模块25通过切换该些子开关C-FET、D-FET、PreD-FET来判断该些子开关C-FET、D-FET、PreD-FET的任一个是否失效；而若处理模块侦测到该些子开关C-FET、D-FET、PreD-FET的任一个失效，处理模块可控制开关控制模块25切断主动/被动式保险单元29。
如图14A所示，当该些子开关C-FET、D-FET、PreD-FET均为导通时，电流方向如图中箭头AR所示，此时电池组21的输出端B+的电压应约等于电池管理系统2的输出端P+的电压，即B+≒P+。
如图14B所示，接下来，开关控制模块25可切断子开关D-FET，电流方向如图中箭头AR所示，此时电池组21的输出端B+的电压应约等于电池管理系统2的输出端P+的电压再加上限流电组CR二端的电压差△Vr，即B+≒P++△Vr)。若电池组21的输出端B+的电压不等于电池管理系统2的输出端P+的电压再加上限流电组CR二端的电压差△Vr，则表示子开关D-FET故障而无法被切断，此时处理模块可执行开关失效保护，以控制开关控制模块25切断主动/被动式保险单元29。
如图14C所示，然后，开关控制模块25可再切断子开关PreD-FET，电流方向如图中箭头AR所示，此时电池管理系统2的输出端P+的电压应为零，即P+＝0。若电池管理系统2的输出端P+的电压应为零，则表示子开关PreD-FET故障而无法被切断，此时处理模块可执行开关失效保护，以控制开关控制模块25切断主动/被动式保险单元29。
如图14D所示，最后，开关控制模块25可再导通子开关D-FET，并切断子开关C-FET，电流方向如图中箭头AR所示，此时电池管理系统2的输出端P+的电压应高于电池组21的输出端B+的电压，即B+＝P++△V。若电池管理系统2的输出端P+的电压几乎等于电池组21的输出端B+的电压，则表示子开关C-FET故障而无法被切断，此时处理模块可执行开关失效保护，以控制开关控制模块25切断主动/被动式保险单元29。
通过上述的开关失效保护机制，电池管理系统2可确保电池管理系统的开关均能准确运作，故可进一步提升电池管理系统的安全性。相反的，现有技术的电池管理系统并没有提供开关失效保护机制，因此无法确保电池管理系统的开关均能准确运作；而本发明的开关失效保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图15，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十六示意图。第15图举例说明了电池管理系统2执行温度量测断线保护的程序。
量测模块可执行温度量测断线保护，以量测各个电池单元211的热敏电阻TR的分压以判断是否能正常量测各个电池单元211的温度。量测模块的电压/温度量测单元22C内部可包含温度量测电路，其可量测与各个电池单元211连接的热敏电组TR的分压Vtemp，其中热敏电组TR的分压Vtemp＝VDD*(R/(TR+R))，热敏电组TR的分压并可通过多任务器Mux传送至微控制器MCU，而若上述任一接点J与热敏电组TR的间接线断线，则热敏电组TR的分压Vtemp为零，此时处理模块可使开关控制模块25切断开关模块24；通过上述的温度量测断线保护机制则可确保电池组21的温度可准确量测，因此可提升电池管理系统2的量测准确度。相反的，现有技术的电池管理系统并没有提供温度量测断线保护机制，因此无法确保电池的温度可准确量测；而本发明的温度量测断线保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图16A及图16B，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十七示意图及第十八示意图。图16A及图16B举例说明了电池管理系统2执行电压量测断线保护的程序。
如图16A所示，量测模块可执行电压量测断线保护，以量测任二个相邻的电池单元211的电压差以判断是否能正常量测各个电池单元211的电压。量测模块的电压/温度量测单元22C内部可包含电压量测电路，其包含多个运算放大器OP1～OP4，该些运算放大器OP1～OP4通过量测线L1～L5与该些电池单元211连接，且任一个电池单元211的至少一端是同时与一个运算放大器的非反相输入端及另一个放大器的反相输入端连接，该些电池组211的电压通过该些运算放大器OP1～OP4及多任务器Mux传送至微控制器MCU。
若量测线L1～L5中的任一个产生断线的情况，断线的量测线上方的电池单元211的电压会极高并超过默认电压上限，而断线的量测线下方的电池单元211的电压会极低并超过默认电压下限。如图16B所示，若量测线L3断线，则第三个电池单元211的量测电压V3会极高并超过默认电压上限，而第二个电池单元211的量测电压V2会极低并超过默认电压下限。因此可通过判断任一电池单元211的量测电压是否高于默认电压上限或低于默认电压下限来判断是否有量测线断线的情况。
而若是量测线L5断线，第四个电池组211的量测电压V4将会接近零；而若是量测线L1断线，电池组211则无法提供电力至电池管理系统2；通过上述的电压量测断线保护机制则可确保电池组21的电压可准确量测，因此可提升电池管理系统2的量测准确度。相反的，现有技术的电池管理系统并没有提供电压量测断线保护机制，因此无法确保电池的电压可准确量测；而本发明的温度量测断线保护机制可有效避免上述的问题。
请参阅图17A及图17B，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的第十九示意图及第二十示意图。图17A及图17B举例说明了电池管理系统2执行电压量测断线保护的程序。
如图17A所示，量测模块可执行电压量测断线保护，以量测任二个相邻的电池单元211的电压差以判断是否能正常量测各个电池单元211的电压。量测模块的电压/温度量测单元22C内部可包含电压量测电路，其包含多个运算放大器OP1～OP4，该些运算放大器OP1～OP4通过量测线L1～L8与该些电池单元211连接，且各个运算放大器分别连接于一个电池单元211，该些电池组211的电压通过该些运算放大器OP1～OP4及多任务器Mux传送至微控制器MCU。此电压量测电路较第16A图的电压量测电路更为准确。
若断线的量测线是与运算放大器非反相输入端连接，则输出为0并超过默认电压下限；若断线的量测线是与运算放大器反相输入端连接，则输出为极高并超过默认电压上限。如图17B所示，若量测线L4断线，则第二个电池组211的量测电压V2会极低并超过默认电压下限，若量测线L7断线，而第四个电池组211的量测电压V2会极高并超过默认电压上限。因此可通过判断任一电池单元211的量测电压是否高于默认电压上限或低于默认电压下限来判断是否有量测线断线的情况。
通过上述的电压量测断线保护机制则可确保电池组21的电压可准确量测，因此可提升电池管理系统2的量测准确度。相反的，现有技术的电池管理系统并没有提供电压量测断线保护机制，因此无法确保电池的电压可准确量测；而本发明的温度量测断线保护机制可有效避免上述的问题。
由上述可知，电池管理系统2可交叉比对电池组21的多个运作信号以判断电池组21的运作状态，并可根据电池组21的运作状态及至少一个运作信号启动安全性保护项目，避免因噪声干扰而产生误动作的情况，使电池管理系统2的效能大幅提升。此外，针对没有立即性危险的安全性保护项目，电池管理系统2可执行局部保护程序以提供缓冲时间，故可有效地避免电动车辆在行驶中突然断电的情况，因此具有更高的安全性。另外，针对部份安全性保护项目，电池管理系统2可提供保护启动门槛值及保护解除门槛值以避免保护机制频繁地启动及解除，进一步提升电池管理系统的可靠度。进一步，电池管理系统2更可提供电压量测断线保护、电流量测断线保护、温度量测断线保护及开关失效保护，以确保电池的电压及温度均可准确量测且开关也能准确运作，因此可提升电池管理系统的量测准确度及安全性
值得一提的是，现有技术的电池管理系统虽然能提供多种安全性保护项目，然而现有技术的电池管理系统在执行一种安全性保护项目时大多只参考一种信号，因此很容易因为噪声干扰而产生误动作的情况。相反的，根据本发明的实施例，电池管理系统可交叉比对供电模块的多个运作信号，如电流信号、电压信号、温度信号及电量信号，中的二个或以上，以判断供电模块的运作状态，如充电状态、放电状态或休息状态，并可根据运作状态及至少一个运作信号启动安全性保护项目，因此不会因噪声干扰而产生误动作的情况，使电池管理系统的效能大幅提升。
又，现有技术的电池管理系统执行充电时间保护时，会在电池开始充电并经过一预设充电时间后启动保护机制，但电池在开始充电时可能已经具有很高的电量，故上述的保护机制容易使定电压阶段充电时间过长而使电池损坏，使电池的使用寿命大幅下降。相反的，根据本发明的实施例，电池管理系统可提供定电压充电阶段的限制时间保护且限制充电截止电流的最低下限，因此可有效地防止充电进入定电压阶段充电时间过长或充电截止电流过低而使电池损坏，以延长电池的使用寿命。
此外，根据本发明的实施例，电池管理系统的安全性保护项目可具有对应不同的气候环境的门槛值，使电池管理系统可能用于不同气候的地区，应用上更为广泛。
另外，根据本发明的实施例，电池管理系统还可提供电压量测断线保护、电流量测断线保护及温度量测断线保护，以确保电池的电压、电流及温度均可准确量测，因此可提升电池管理系统的量测准确度。
再者，根据本发明的实施例，电池管理系统更可准确判断开关是否失效，并可进一步提供开关失效后的保险防护，因此可确保电池管理系统的开关运作功能，故可进一步提升电池管理系统的安全性。由上述可知，本发明实具进步性的专利要件。
请参阅图18，其为本发明的电池管理系统的第二实施例的流程图。如图所示，本实施例的电池管理系统2的电池管理方法可包含下列步骤：
在步骤S1中，交叉比对多个运作信号，并进入步骤S2。
在步骤S2中，判断比对结果是否达到警示启动门槛值？若是，则进入步骤S21；若否，则进入步骤S22。
在步骤S21中，发出安全性保护项目警示，并进入步骤S3。
在步骤S22中，解除安全性保护项目警示，并进入步骤S3。
在步骤S3中，判断电池组是否为放电状态？若是，则进入步骤S31；若否，则进入步骤S32。
在步骤S31中，根据电池组的运作状态、至少一个运作信号判断是否满足局部保护程序的保护启动门槛值？若是，则进入步骤S311；若否，则进入步骤S312。
在步骤S311中，执行局部保护程序，并进入步骤S3111。
在步骤S3111中，计算缓冲时间，并进入步骤S321。
在步骤S312中，解除局部保护程序，并进入步骤S32。
在步骤S32中，根据电池组的运作状态、至少一个运作信号判断是否满足全局保护程序的保护启动门槛值？若是，则进入步骤S321；若否，则进入步骤S322。
在步骤S321中，执行全局保护程序。
在步骤S322中，解除全局保护程序。
综上所述，根据本发明的实施例，电池管理系统可交叉比对供电模块的多个运作信号以判断供电模块的运作状态，并可根据运作状态及至少一个运作信号启动安全性保护项目，因此不会因噪声干扰而产生误动作的情况，使电池管理系统的效能大幅提升。
根据本发明的实施例，针对没有立即性危险的安全性保护项目，电池管理系统可执行局部保护程序以提供缓冲时间，因此可提供用户足够的时间将电动车辆停放在适当的地点，故可有效地避免电动车辆在行驶中突然断电的情况，因此具有更高的安全性。
根据本发明的实施例，电池管理系统可针对部份安全性保护项目提供保护启动门槛值及保护解除门槛值以避免保护机制频繁地启动及解除，进一步提升电池管理系统的可靠度。
又，根据本发明的实施例，电池管理系统可提供定电压阶段充电时间保护，因此可有效地防止定电压阶段充电时间过长或充电截止电流过低而使电池损坏而使电池损坏，以延长电池的使用寿命。
此外，根据本发明的实施例，电池管理系统的安全性保护项目可具有对应不同的气候环境的警示信号设定参数及各项安全保护项目的设定参数值，使电池管理系统可能用于不同气候的地区，应用上更为广泛。
另外，根据本发明的实施例，电池管理系统更可提供电压量测断线保护及温度量测断线保护，以确保电池的电压及温度均可准确量测，因此可提升电池管理系统的量测准确度。
再者，根据本发明的实施例，电池管理系统更可提供开关失效保护，因此可确保电池管理系统的开关均能准确运作，故可进一步提升电池管理系统的安全性。
可见本发明在突破先前之技术下，确实已达到所欲增进之功效，且也非熟悉该项技艺者所易于思及，其所具之进步性、实用性，显已符合专利之申请要件，爰依法提出专利申请，恳请贵局核准本件发明专利申请案，以励创作，至感德便。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。其它任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应该包含于后附之申请专利范围中。