CN101399382A - 电池结构及用于该电池结构的充电装置 - Google Patents

Abstract

一种电池结构及用于此电池结构的充电装置。电池结构包含N个电池单元、(N－1)个可移动连接器与一保护装置，N是一大于1的正整数；充电装置则包含断路装置及电源供应器。N个电池单元相邻排列，且各电池单元具有二接点。当电池结构进行放电时，各可移动连接器电性连接相邻电池单元的相邻二接点，借此便能串联所有电池单元。当使用充电装置充电电池结构时，断路装置使可移动连接器脱离开各电池单元的相邻二接点，使各电池单元间形成断路，再以电源供应器的2N个充电接点对各个电池单元的接点进行个别分开的充电。

Description

电池结构及用于该电池结构的充电装置

技术领域

本发明是关于一种电池结构及用于此电池结构的充电装置；更详细地说，是关于一种便于使电池结构内部的各个电池单元能个别充电的电池结构及与其相适配的充电装置。

背景技术

现今大多数的可携式电子装置中，多采用可充电的电池以作为电源。当电池电力耗尽后，电池须以交/直流电源再次充电，达到再次使用的目的。目前的充电电池可大致分为镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiMH)电池及锂电池等数类。

一般而言，为使充电电池提供适当电压予电子装置，电子装置内部常以数个充电电池单元串联以提供符合所需的电压，目前的充电电池1的串联示意图即如图1A所示。当进行充电时，充电电源将同时对所有电池单元10充电。然而，由于各个电池单元10因制造过程等变异因素，因而具有不同的充放电状况。以充电而言，目前的充电电池1常发生部份电池单元已充电完毕，而其他电池单元却未充电完成的情况。换言之，为使所有电池单元皆能完成充电，势必对已充电的电池单元续行充电而导致部分电池单元有过度充电的现象。这些情况将使电池单元的寿命与容量减少，甚至可能发生变形或爆炸等意外。

为克服前述缺点，使充电过程中，各个电池单元尽可能得以分别充电的方式充电，先前技术便提出了在电池单元间延伸出接点或以一外部电子元件进行分压等充电方法。以前者为例，其充电示意图如图1B所示，此充电电池1’具有一第一电池单元10a与一第二电池单元10b，各个电池单元10a、10b的所需电压(或为可提供电压)均为3.6伏特，故自电池单元10a、10b延伸出的三接点11a、11b、11c的电位分别为7.2伏特、3.6伏特与0伏特。充电时，也以此三种电压的电源提供电力。然于此架构中，各个电池单元10a、10b具有相对的电位差，因此在7.2伏特的接点11a与0伏特的接点11c间同样会出现充电电流，因而无法确实进行分充。同样地，以外部电子元件进行虚拟分充的架构中，也是自两端接点输入一总电压，再由外部电子元件进行分压后进行个别电池单元的充电，然而此虚拟分压充电仍然无法实质达到各个电池单元个别充电的状况，仍非真正的分充。

综上所述，虽然先前技术中是以仿效分充的方式进行充电，但事实上仅是以相对分压值进行充电，无法应对各个电池单元的变异程度，故仍会有过度充电而影响电池整体的运作效能，甚至导致危险的情况发生。因此，如何使电池单元能确实完成充电，且不受其他电池单元的充电完毕与否的影响，便为此业界亟需达成的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种可确实对各电池单元分别进行充电，因而可使各电池单元均能单独安全完成充电的电池结构和电池结构的充电装置。

本发明的一方面在于提供一种电池结构，包含N个电池单元与(N—1)个可移动连接器，其中N是一大于1的正整数。N个电池单元相邻排列，且各该电池单元具有二接点。(N—1)个可移动连接器用以当该电池结构进行放电时，电性连接相邻的各该电池单元的相邻二接点，借此便能串联这些电池单元，且当该电池结构被充电时，这些可移动连接器脱离开各该电池单元的该相邻二接点，以断绝该相邻二接点的电性连接，使各该电池单元间形成断路。

本发明的另一方面在于提供一种充电装置，用于如上所述的电池结构，充电装置包含一断路装置以及一电源供应器。断路装置用以使这些可移动连接器脱离开该相邻二接点。电源供应器具有2N个充电接点，其与N个电池单元的该二接点对应电性连接，以提供一充电电源。当断路装置使这些可移动连接器脱离，相邻的各该电池单元的该相邻二接点间形成断路，电源供应器通过2N个充电接点以对各该电池单元个别充电。

本发明的电池结构中具有可移动连接器，当进行充电时，以断路装置使可移动连接器自接点移开，让原先电性连接的相邻二接点形成断路，便能令电池结构内部的各个电池单元进行个别充电，以符合各个电池单元的不同充电需求。

附图说明

在参阅附图及随后描述的实施方式后，所属技术领域具有通常知识者便可了解本发明的目的，以及本发明的技术手段及实施态样；其中：

图1A为先前技术的串联充电电池的示意图；

图1B为先前技术中具有分充接点的充电电池示意图；

图2为本发明第一实施例的电池结构的放电示意图；

图3A为本发明第一实施例的电池结构及其充电装置的充电示意图；

图3B为本发明第二实施例的电池结构及其充电装置的另一实施态样充电示意图；以及

图4为本发明第二实施例的电池结构及其充电装置的充电示意图。

具体实施方式

本发明的第一实施例为一电池结构2，用以提供一电源至一电子装置(图未示出)。电池结构2的放电示意图是如图2所示，其包含三个电池单元20a、20b、20c与二个可移动连接器21a、21b。此三个电池单元20a、20b、20c相邻排列，且各电池单元20a、20b、20c均具有二接点，此二接点分别为一正极接点201与一负极接点203；此外，各个电池单元20a、20b、20c均具有一保护装置205。须说明的是本实施例的电池结构2的电池单元数目仅用以说明，并非用以限制本发明，实际上，本实施例的电池单元的数目可依实际所使用的电压而调整。以本实施例而言，各电池单元20a、20b、20c可提供1.5伏特的电压，若电子装置所需的电压为4.5伏特时，此电池结构2内即需将三个电池单元20a、20b、20c串联使用。

如图2所示，当电池结构2进行放电时，可移动连接器21a、21b与相邻的各电池单元20a、20b、20c的相邻二接点间是呈一电性连接的状态，借此串联电池单元20a、20b、20c。最后，通过电池单元20a的正极接点201与电池单元20c的负极接点203连接至电子装置，便能提供4.5伏特的电源。

当电池结构2内至少电池单元20a、20b、20c其中之一须进行充电时，本发明是采用一充电装置3为电池结构2进行充电，其充电示意图如图3A所示。此充电装置3包含二断路装置31a、31b、一电源供应器33。于本实施例中，电源供应器33具有六个充电接点301a、301b、301c、303a、303b、303c。于本实施例中，断路装置31为机械式顶推装置。于本实施例的较佳实施态样中充电装置3还包含三过热切断装置35，其中过热切断装置35的功能详如后述。

详细而言，充电装置3的外形结构是可适切地与电池结构2的整体结构相配合，当进行充电时，充电装置3的二断路装置31a、31b可插置于电池结构2内部，并向前顶推分别使电池结构2的二可移动连接器21a、21b脱离开相应各电池单元间的相邻二接点，以断绝各电池单元间相邻二接点的电性连接，进而使原先串联的各电池单元20a、20b、20c间形成断路。

电源供应器33的六个充电接点301a、301b、301c、303a、303b、303c恰与各个电池单元20a、20b、20c的二接点201、203对应电性连接，借以提供一充电电源，并对各个电池单元20a、20b、20c个别充电。更详细而言，充电接点301a、303a提供1.5伏特的充电电压给电池单元20a、充电接点301b、303b提供1.5伏特的充电电压给电池单元20b，且充电接点301c、303c提供1.5伏特的充电电压给电池单元20c，借此达到各个电池单元个别充电的目的。

此外，于较佳的实施态样中为进一步确保各别电池单元充电过程的安全性，电池结构2与充电装置3均设置有保护电池单元的装置，也即如前所述的各电池单元20a、20b、20c中的保护装置205及充电装置3中的过热切断装置35。

保护装置205是用以防止电池单元20a、20b、20c过度充电、过度放电及过电流/短路的情况。详细而言，于各个电池单元20a、20b、20c中分别装设数个保护装置205，其中各保护装置205均具有一检测单元及一第一开关205b。于此实施例中，检测单元为一过度充电检测单元205a，此过度充电检测单元205a是以并联的方式设置于电池单元20a、20b、20c中；另一方面，第一开关205b具有一控制输入端，接收来自过度充电检测单元205a的一检测讯号，作为控制过度充放电之用。当过度充电检测单元205a检测到过度充电的情况时，第一开关205b便会开启，以切断充放电的电路。于其他实施态样中，检测单元也可包含一过度放电检测单元或是过电流/短路检测单元，且各依适当连接方式装设于电池单元20a、20b、20c中。

过热切断装置35包含一温度感测元件351与一过热切断开关353，其中，温度感测元件351是用以感测电池单元20a、20b、20c的温度，并与各电池单元20a、20b、20c相连接。当电池结构2的一温度超过一阈值温度时，温度感测元件353便传送一讯号至过热切断开关353，过热切断装置353使电源供应器33停止供应充电电源，以个别确保各电池单元的充电安全性。

此外，本实施例的电池结构2还具有另一实施态样电池结构2’，其示意图是如图3B所示。由于目前普遍的电子装置6中，例如笔记本电脑、手机、多媒体播放装置等，其电源设计常具有交/直流搭配使用的趋势，也即，于电子装置6上除配置有电池结构2’外，还具有可使用交流电源61的功能，以增加电子装置6使用的便利性。本发明的电池结构2’也可配合此种电子装置6的电源设计，达到个别电池单元充电的目的。

具体而言，本发明的充电装置3’是设置于电子装置6内，其可通过电子装置6的插头与交流电源61电性连接。在此种实施态样中，充电装置3’除具有前述实施例中充电装置3所具有的各元件外，还包含一电力检测装置37，其具有一电力检测元件371与一复位开关373；此外，断路装置31’具有一可压缩的弹性机构311。

当电力检测元件371检测电子装置6未使用交流电源时，复位开关373驱动断路装置31’，以使这些可移动连接器21a、21b连接于相邻的各该电池单元20的相邻二接点。更具体而言，复位开关373压缩断路装置31’的弹性机构311，借此将断路装置31’移离这些可移动连接器21a、21b，以使这些可移动连接器21a、21b连接于相邻的各该电池单元20的相邻二接点，此际电池结构2’将作为电子装置6的电力来源。

相反地，当电子装置6电性连接交流电源61时，此交流电源61除供应电子装置6电力外，可同时对电池结构2’进行个别充电。详言之，如图3B所示，当电力检测元件371检测电子装置6使用交流电源时，复位开关373驱动断路装置31’，以使这些可移动连接器21a、21b脱离相邻的各该电池单元20的相邻二接点。更具体而言，复位开关373将不再压缩断路装置31’的弹性机构311，此际断路装置31’因弹性机构311的弹力延展而复位，并驱动这些可移动连接器21a、21b脱离开各该电池单元20的相邻二接点，使交流电源61对电池结构2’进行个别充电，直到电池结构2’充电完成。充电完成后电子装置6可单纯以交流电源61供电，电池结构2’则闲置作为备用电源。

本发明的第二实施例也为一电池结构4，与第一实施例不同的是，用于此电池结构4的充电装置5中，其断路开关51是使用一磁簧开关，而电池单元40中的可移动连接器41具有与磁簧开关相斥的一磁性。

如同第一实施例所述，当电池结构4放电时，可移动连接器41电性连接相邻的各该电池单元40的相邻二接点，以串联电池单元40，并借最两端的电池单元40的正极接点与负极接点连接至电子装置，进行供电。

相反地，于充电时，如图4所示，作为断路装置51的磁簧开关接近具有磁性的可移动连接器41时，便以相斥磁力使可移动连接器41脱离开相应的相邻二接点，以断绝相邻二接点的电性连接，使各电池单元40间形成断路。接着，充电装置5同样通过电源供应器53的充电接点对各电池单元40进行分别充电。

本实施例的电池结构与充电装置可具有另一实施态样，其是将可移动连接器设定为与磁簧开关相吸的磁性，因此于进行充电时，可移动连接器与磁簧开关相吸时脱离。熟悉此项技术者也可推知，此实施态样中，还需将其他部分的元件配置稍作调整，以配合此种实施态样的架构。

需再次强调的是上述实施例的各元件数目均仅用以说明，实际上应用于本发明电池结构的电池单元数目可为任何大于1的正整数。也即，若电池单元的数量为N个，N是一大于1的正整数，则各个电池单元的电性连接便须由(N—1)个可移动连接器达成。此外，每一电池单元均具有2个接点，因此总共会有2N个接点，而充电装置的电源供应器也同样具有2N个充电接点以对应至2N个接点，以进行充电动作。

此外，上述各实施例的断路装置的形式、形状与位置也可为其他实施态样；前述各实施例的电池单元可为锂电池单元、镍氢电池单元或镍镉电池单元，且锂电池单元可泛指任一种锂离子电池。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以本申请权利要求限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种电池结构，包含：

N个电池单元，各该电池单元相邻排列且具有二接点，其中N是一大于1的正整数；以及

(N—1)个可移动连接器，用以当该电池结构进行放电时电性连接相邻的各该电池单元的相邻二接点，以串联这些电池单元，且当该电池结构被充电时，这些可移动连接器脱离开各该电池单元的该相邻二接点，以断绝该相邻二接点的电性连接，使各该电池单元间形成断路。

2.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于各该电池单元包含一保护装置，用以防止该电池结构过度充电、过度放电、过电流或短路。

3.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于各该电池单元为一锂电池单元。

4.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于各该电池单元为一镍氢电池单元。

5.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于各该电池单元为一镍镉电池单元。

6.一种充电装置，用于根据权利要求1所述的电池结构，该充电装置包含：

一断路装置，用以使这些可移动连接器脱离开该相邻二接点；以及

一电源供应器，具有与各该N个电池单元的该二接点对应电性连接的2N个充电接点，用以提供一充电电源；

当该断路装置使这些可移动连接器脱离，相邻的各该电池单元的该相邻二接点间形成断路，该电源供应器通过该2N个充电接点以对各该电池单元个别充电。

7.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于还包含一过热切断装置，当该电池结构的温度超过一阈值温度时，该过热切断装置使该电源供应器停止供应该充电电源。

8.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于该过热切断装置包含一温度感测元件与一过热切断开关，该温度感测元件是用以感测该温度，该过热切断开关是用以切断该电源供应器供应该充电电源。

9.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于还包含一电力检测装置，该电力检测装置具有一电力检测元件与一复位开关，当该电力检测元件检测该电子装置使用该电池结构为电源时，该复位开关驱动该断路装置，以使这些可移动连接器连接于相邻的各该电池单元的相邻二接点。

10.根据权利要求9所述的充电装置，其特征在于该断路装置为一电磁开关或一机械式顶推装置。

11.根据权利要求9所述的充电装置，其特征在于该充电装置是用于以一交流电源及/或一电池结构作为电源的一电子装置。

12.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于各该电池单元包含一保护装置，用以防止该电池结构过度充电、过电流或短路。

13.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于各该电池单元为一锂电池单元。

14.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于各该电池单元为一镍氢电池单元。

15.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于各该电池单元为一镍镉电池单元。

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