CN100559680C - 锂电池电量平衡及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂电池电量平衡及充电方法，其是先监测要串接或已串接的各个锂电池的电位或电量的差异，当任意两个锂电池电位或电量差异超过某一特定值时，采取将要串接或已串接的锂电池同步放电至最低电压，使各电池电量相同归零后，再继续串接充电方式，以使串接锂电池组中的每一个锂电池能够达到均匀有效的充电状态。

Description

锂电池电量平衡及充电方法
技术领域
本发明是有关于一种锂电池电量平衡及充电方法，特别是关于一种以最低点电压伏特作为平衡基准水平，以使串接锂电池获得最均匀充电状态的充电方法。
背景技术
各种可携式产品如可携式电视、电动工具、摄影器材、可携式个人电脑等随着人类电子工艺进步相应而生，而动力电池是诸多电动产品唯一的动能来源，因此动力电池的体积、重量、寿命长短与安全条件对电动产品的功能表现更占有举足轻重的角色。
锂电池具有体积小、重量轻与充/放电几近百分百回馈的优点，因此串联的锂电池将成为新的动力电池，但是当锂电池蕊过充时，将使得锂电池内部产生锂金属与气体而发生爆炸；过放时，则使得锂电池的性能快速衰退。因此现今往往采用当一串接的数个锂电池组其中一个电池到达预定电压上限即停止充电的方式，以防止过充爆炸的危险，及其中一个电池到达电压下限即停止放电的方式，以防止过放锂电池的性能快速衰退。但是这样的充放电方式，将使锂电池组内各电池的差异性，在反覆循环之下，持续不断的累积，使得串接锂电池的整体荷电能力快速下降。
因此，本发明提供一种锂电池电量平衡及充电方法来解决前述的缺失。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种锂电池电量平衡方法，其采用低点放电平衡的方式使锂电池组中任一锂电池彼此间的电量差异性最小，而得到最佳的电量平衡效果，使串接的锂电池能够保有最佳的蓄电能力。
本发明的另一目的，在于提供一种锂电池电量平衡方法，其能够有效率的让串接锂电池组中的每一锂电池处于平衡状态，有效降低串接锂电池组在组装前所需充电、检测、放电的筛选成本。
本发明的再一目的，在于提供一种锂电池电量平衡及充电方法，其能够有效地延长串接锂电池组的循环使用寿命，避免现有串接锂电池会因各电池差异性随时间不断的累积，而导致整体蓄电效能快速降低的缺失，进而有效的达到利用与节省资源的环保观念。
本发明的一实施态样为提供一种锂电池电量平衡的方法，在各个锂电池串并成锂电池组前或串并成锂电池组后时对各个锂电池进行放电，以使每一锂电池电压皆为最低电压伏特，达到每一电池的电量都相同及归零。
本发明的另一实施态样为提供一种锂电池电量平衡及充电方法，其是先监测要串接或已串接的各个锂电池的电位或电量的差异，当任意两个锂电池电位或电量差异超过某一特定值时，采取将要串接或已串接的锂电池同步放电至最低电压，使各电池电量相同归零后，再继续串接充电方式，通过进行检测、放电与充电步骤使串接锂电池组中各电池达到蓄电量平衡。
为了对本发明的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后。
附图说明
图1为可检测电压/平衡电压/控制电流的电路方块图；
图2是本发明的锂电池平衡基准的放电曲线图；
图3为本发明一串接锂电池进行充电归零平衡时的步骤流程图。
具体实施方式
本发明是提供一种锂电池电量平衡及充电方法，其是透过低点放电的方式，使串接的每一锂电池达到电量平衡，以减少充、放电反覆循环之下，各锂电池间所持续不断累积的差异。
对一串接的锂电池组进行充、放电时，因各个锂电池的生产误差，将导致于充、放电时，产生电池的蓄电量差异性。而此差异性，在充、放电反覆循环之下，将持续不断的累积，造成整组串接锂电池蓄电量随着使用次数增加越来越少。本发明即针对此一问题通过由一如图1所示的可检测电压/平衡电压/控制电流的电路装置1，对串接的锂电池进行充/放电与平衡监控，该可检测电压/平衡电压/控制电流的电路装置1包括一中央处理器12、一平衡控制电路14、一电压检测电路16与一电流控制电路18相连接，中央处理器12与平衡控制电路14、电压检测电路16与电流控制电路18相连接，用以控制各元件间的运作，来对锂电池组中的每一个锂电池进行监控，当锂电池组中任两个锂电池电压差异超过一临界值时(此一临界值可依所须精确度而设定，一般是选择0.05～0.5伏特，或为电池0.1～20％的蓄电量)，即对该锂电池组进行低点放电归零平衡的步骤，以使每个锂电池的电压下降至最低电压，接续再对该锂电池组进行充电，以防止电量不平衡的情况发生。而该检测电压/平衡电压/控制电流的电路装置1可与一般锂电池所装设的保护板结合。
请参阅图2，其是本发明的锂电池平衡基准的放电曲线图，于此图中是一饱和电压为4.2伏特，最低电压为2.8伏特的锂电池于1C、0.5C与0.2C电流流速下的放电曲线图。以下是针对本发明为何选定以最低电压来作放电平衡来进行说明。首先，先澄明，现今于检测每一锂电池电压状态时，尽管是精密的量测仪器，误差值的产生是检测过程中无法避免的，因此，如何选定于一最小误差范围下的基准点作为进行检测电压平衡基准，为一相当重要的课题，此一基准点不仅可以有效地获得较精准的锂电池组电量状态，更能够有效的减少需要反覆平衡步骤的次数。举一范例来说，请参阅图2，锂电池的放电曲线通常可以区分为三个部分，该三个部分分别为图中标示为a的平台区域，b的电压快速下降区域及a与b交界的膝盖部(knee)，当选定的放电电压基准点为图形中斜率较小的平台区域(见图2中标示a的区段)的电压中任何一点，如3.7伏特与图中斜率较大的电压快速下降区域(见图2中标示b的区段)的电量中任何一点，如3.2伏特时，并且检测的误差范围为ΔV时，可发现在3.7±ΔV与3.2±ΔV下，3.7±ΔV伏特，所检测的电池容量差异显著的大于3.2±ΔV，因此可得知最低电压的3.2为较佳的放电电压检测基准点，所以可推的最佳的放电电量基准点须选自电压快速下降区域的电量其中之一。
请参阅图3，其是当利用本发明来对串接锂电池组进行归零平衡的充电步骤流程示意图，首先如步骤S1，于充电前先利用该可检测电压/平衡电压/控制电流的电路装置1对串接的锂电池组进行各个电压检测比对，再如步骤S2，判断此时串接锂电池彼此间电压差异是否超过一临界值，若无超过临界值，则如步骤S4所述，该组串接的各个锂电池彼此间是处于良好平衡状态，因此，可直接对该电池组进行充电，直到有一电池电压达到最大值为止，其中该充电的过程是可采间歇充电的方式；若超过该临界值时，是如步骤S3所示，是透过如图1所示的可检测电压/平衡电压/控制电流的电路装置1对串接的锂电池进行放电至每一锂电池皆为最低电压，如3.0伏特，再对该组串接的锂电池进行充电，直到有一电池电压达到最大值为止，此时串接锂电池内电力最差的锂电池与电力最佳的锂电池将达到荷电量平衡，也就是锂电池组将趋向平衡，该串接电池内每一锂电池基本上蓄电量达到相同，而获得最佳的充电状态，进而解决现有将因串接中锂电池组内锂电池差异性的持续的累积，而被强制终止充、放电，进而使得整组串接锂电池蓄电量大为降低的情况发生，大幅度降低锂电池因蓄电量不佳淘汰的机会。
因为本发明所使用的检测的电压值为最低电压伏特，此时已降至最低电压的串接电池组中的每一锂电池彼此间电量差异降最少，也就是说几乎所有锂电池的电量皆位于零基准点，因此能够有效的减少串接锂电池组趋向电压平衡时所需要的反覆充电、检测、放电的循环步骤次数，进一步达到节省锂电池在组装前所需充电、检测、放电的筛选成本，有效的达到资源节省，与增进使用上的便利。
本发明的锂电池电量平衡及充电方法也可选定在一串接锂电池经过一段使用时间或者一定使用次数后进行或者在串接前先对各个锂电池做平衡，然后再串接充电，来消除锂电池组内各个锂电池已累积的差异。
再者，本发明可于该可检测电压/平衡电压/控制电流的电路装置上装设一具多彩的LED，以使当对串接电池组进行充电、检测、放电等不同步骤时，使用者可以通过由LED所呈现的色彩判断出目前该串接电池组所进行的步骤为何，并直接由色彩目测即可得知是否该串接电池组已经平衡完毕。
综上所述，本发明的锂电池电量平衡及充电方法，其是以电压快速下降区域的电压伏特为放电检测基准，以将锂电池组间个别电池间电容量差异降至最低，以最少的充电、检测、放电的循环步骤次数，来获得最佳的锂电池间平衡效果。
以上所述，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的中请专利范围内。

Claims (6)

1.一种锂电池电量平衡及充电方法，其特征在于，该方法是用在一串接锂电池组，当充电开始前检测到该锂电池组中的任两个锂电池电压或电量差异超过临界值时，则对该锂电池组进行放电，以使每一该锂电池电压皆为最低电压伏特时，再进行充电直到串接锂电池组中有一电池电压达到最大设定值；反之若当充电开始前检测到该锂电池组中的任两个锂电池电压或电量差异低于临界值时，则直接对该锂电池组进行充电。
2.如权利要求1所述的锂电池电量平衡及充电方法，其特征在于，所述对该锂电池组中任一锂电池进行充电、检测、放电的步骤，是透过一可检测电压、平衡电压和控制电流的电路装置来进行。
3.如权利要求2所述的锂电池电量平衡及充电方法，其特征在于，所述电路装置包含有一中央处理器、一平衡控制电路、一电压检测电路与一电流控制电路，其中该中央处理器与该平衡控制电路、该电压检测电路和该电流控制电路三者相连接，用以控制平衡控制电路、该电压检测电路与该电流控制电路间的运作。
4.如权利要求2所述的锂电池电量平衡及充电方法，其特征在于，所述该电路装置上装设有一具有多色彩的发光二极管，以便于充电、检测、平衡电压过程呈现不同色彩。
5.如权利要求1所述的锂电池电量平衡及充电方法，其特征在于，所述该最低电压伏特是选自电压快速下降区域内的任一电压。
6.如权利要求1所述的锂电池电量平衡及充电方法，其特征在于，所述该临界值为0.05～0.5伏特或为电池组0.1～20％的蓄电量。
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