CN101888099A

CN101888099A - 基于电池组的电源装置及其放电方法

Info

Publication number: CN101888099A
Application number: CN2009100572156A
Authority: CN
Inventors: 朱伟; 王骞; 李晶; 薛新华
Original assignee: SHANGHAI EDO ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Yangzhou easy Electronics Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-17

Abstract

本发明涉及电池电源领域，公开了一种基于电池组的电源装置及其放电方法。本发明中，通过一个开关在多个锂离子电池单元之间进行依次循环切换，每一个锂离子电池单元每一次接通时都是脉冲放电，利用锂离子电池脉冲瞬间放电可提供更高电流的特性，能够以同样的电池组为用电设备提供更高的电流，提高了电池的使用率。对电池组的输出进行稳压，可以使电源输出更为稳定。

Description

基于电池组的电源装置及其放电方法

技术领域

本发明涉及电池电源领域，特别涉及基于电池组的电源放电技术。

背景技术

锂离子电池(Li-ion Batteries)有时简称为“锂电池”，它以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，因此被称为锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。

锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、安全性好、无记忆效应、自放电小等优点。在目前的手机、数码相机、笔记本电脑等个人设备中普遍使用，成为人们日常生活中电能的一个常见来源。

目前常见的方式是由一个锂离子电池供电，或将多个锂离子电池通过串并联方式连接成电池组供电。在手持设备(如手机)中，对电池体积的要求非常高，然而锂离子电池体积越小通常放电电流就会越小，使用时间就会越短。如何以更小体积的电池提供更大的放电电流和更长的使用时间就成为要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电池组的电源装置及其放电方法，可以提高电池的使用率，延长设备使用时间。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于电池组的电源装置，包括：

N个锂离子电池单元，N为大于1的整数；

一个开关，用于在N个锂离子电池单元之间依次循环切换，每次切换后将N个锂离子电池单元中的一个与负载电路接通，其中，每个锂离子电池单元每次接通的持续时间T小于10秒。

本发明的实施方式还提供了一种基于电池组的电源放电方法，包括以下步骤：

A将一个锂离子电池单元与负载电路接通放电；

B放电持续时间达到T后，断开该锂离子电池单元与负载电路的连接；

回到步骤A，接通下一个锂离子电池单元；

在N个锂离子电池单元之间通过上述步骤A和B依次循环切换，N为大于1的整数，T小于10秒。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

通过一个开关在多个锂离子电池单元之间进行依次循环切换，每一个锂离子电池单元每一次接通时都是脉冲放电，利用锂离子电池脉冲瞬间放电可提供更高电流的特性，能够以同样的电池组为用电设备提供更高的电流。在锂离子电池用至电压较低时，传统使用方法已无法输出合格大小的电流，通过多个锂离子电池循环脉冲放电，仍可以输出较大的电流，因此电池组的放电可以更彻底，提高了电池的使用率，延长了用电设备的使用时间，延长了锂离子电池的寿命。

进一步地，对电池组的输出进行稳压，可以使电源输出更为稳定，减少因脉冲而导致的电压波动。

进一步地，根据锂离子电池单元的放电曲线，在放电电流下降到稳定输出电流之前结束当前脉冲放电，可以较为明显地提升输出电流和电池利用率。

进一步地，如果用电设备处于待机状态，则可以停止在各锂离子电池单元之间的切换，或者以非常缓慢的速度进行切换，从而适应待机状态的需要。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中基于电池组的电源装置结构示意图；

图2是本发明第一实施方式中电源输出情况示意图；

图3是本发明第二实施方式中基于电池组的电源装置结构示意图；

图4是本发明第三实施方式中基于电池组的电源放电方法流程示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种基于电池组的电源装置，其基本结构如图1所示。该电源装置包括：

N个锂离子电池单元，电池1、电池2、......、电池N，N为大于1的整数。各锂离子电池应当是同一型号的，新旧程度也最好相同或相似。

一个开关，用于在N个锂离子电池单元之间依次循环切换，每次切换后将N个锂离子电池单元中的一个与负载电路接通。为了形成有效的脉冲，每个锂离子电池单元每次接通的持续时间T一般为秒级(应小于10秒)，例如可以是0.5秒、1秒，1.3秒等数值。

例如有4个锂离子电池单元，编号为1、2、3、4，则依次循环切换的顺序为：1、2、3、4、1、2、3、4、1、2......。

电源的输出情况如图2所示。放电过程被划分为若干个时间片T_i，下标i是正整数，每个时间片的长度是T。在时间片T₁期间电池1放电，此后切换到电池2，在T₂期间电池2放电，......，在T_N期间电池N放电，此后再切换回电池1，在时间片T_N+1再由电池1放电，......

在整体上看，就会得到一个持续的电源输出，如图2的最后一行所示。

通过一个开关在多个锂离子电池单元之间进行依次循环切换，每一个锂离子电池单元每一次接通时都是脉冲放电，利用锂离子电池脉冲瞬间放电可提供更高电流的特性，能够以同样的电池组为用电设备提供更高的电流。在锂离子电池用至电压较低时，传统使用方法已无法输出合格大小的电流，但利用本发明的技术方案，通过多个锂离子电池循环脉冲放电，仍可以输出较大的电流，因此电池组的放电可以更彻底，提高了电池的使用率，延长了用电设备的使用时间，延长了锂离子电池的寿命。

图1中开关正切换在电池2上，将电池2与负载电源接通。从接入电池2起，持续放电T后，开关将切换到下一个电池(电池3)上。

因为不同的锂离子电池单元的放电曲线可能有差异，此外不同的设备对电流大小的要求不同，所以在不同的应用场景下T的大小也会不同。T可以有多种确定的方法，例如可以通过实验或仿真得到。下面再介绍一种确定T的方法。

先测定锂离子电池单元的放电曲线，假定测得从接通到放电电流下降到稳定输出电流的时间长度为T0，则T取不大于T0的值为宜。在放电电流下降到稳定输出电流之前结束当前脉冲放电，可以较为明显地提升输出电流和电池利用率。

当然，即使T大于T0，也可以达到平均输出电流较大的效果，只是T大于T0的这一段没有进一步的贡献而已。

开关可以通过多种方式实现，例如电子开关芯片、继电器、开关三级管电路、可控硅电路等等

该电源装置的用途广泛，可用于电子书阅读器，也可以应用于其它一切需要使用电池的设备，特别是手持移动设备，例如手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称“PDA”)、手持游戏机、MP3(MPEGAudio Layer 3，简称“MP3”)播放器、数码像机等等。

本发明第二实施方式涉及一种基于电池组的电源装置。

第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：增加了一个稳压电路，接在开关的输出端与负载电路之间，用于对开关输出的电能进行稳压。具体可参见图3。

对电池组的输出进行稳压，可以使电源输出更为稳定，减少因脉冲而导致的电压波动。

可以理解，稳压电路是一种成熟技术，可以是简单到一个电容，也可以是一个复杂的电路，因为稳压电路本身不是本发明的创新，所以这里不对稳压电路进行详细说明了。

本发明第三实施方式涉及一种基于电池组的电源放电方法，其流程如图4所示。

在步骤401中，将一个锂离子电池单元与负载电路接通放电。

此后进入步骤402，该锂离子电池单元持续放电T时长。可以用一个定时器控制，该定时器每隔T的时长触发一次超时事件。T一般为秒级，通常应该小于10秒。

此后进入步骤403，断开该锂离子电池单元与负载电路的连接。此后回到步骤401，接通下一个锂离子电池单元。

在N个锂离子电池单元之间通过上述步骤401-403依次循环切换，N为大于1的整数。

本实施方式是与第一或第二实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一或第二实施方式互相配合实施。第一或第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一或第二实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种基于电池组的电源放电方法。

第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：当用电设备处于待机状态时，可以停止在各锂离子电池单元之间的切换，或者以非常缓慢的速度进行切换，从而适应待机状态的需要。

具体地说，

方案一：如果负载电路处于待机状态，则停止步骤401-403，直至负载电路恢复正常工作。

方案二：如果负载电路处于待机状态，则在放电持续时间达到M后才断开该锂离子电池单元与负载电路的连接，其中，M大于T。可以理解，正常的脉冲切换是秒级的，而于待机状态后的切换可以是小时级的，例如，M可以是2个小时，而T是1秒。

本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可是换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种基于电池组的电源装置，其特征在于，包括：

N个锂离子电池单元，N为大于1的整数；

一个开关，用于在所述N个锂离子电池单元之间依次循环切换，每次切换后将所述N个锂离子电池单元中的一个与负载电路接通，其中，每个锂离子电池单元每次接通的持续时间T小于10秒。

2.根据权利要求1所述的基于电池组的电源装置，其特征在于，还包括一个稳压电路，接在所述开关的输出端与所述负载电路之间，用于对所述开关输出的电能进行稳压。

3.根据权利要求1所述的基于电池组的电源装置，其特征在于，所述T通过以下方法确定：

根据锂离子电池单元的放电曲线，从接通到放电电流下降到稳定输出电流的时间长度为T0，则T不大于T0。

4.根据权利要求1所述的基于电池组的电源装置，其特征在于，开关可以通过以下方式之一实现：

电子开关芯片、继电器、开关三级管电路、可控硅电路。

5.根据权利要求1所述的基于电池组的电源装置，其特征在于，所述电源装置可用于电子书阅读器。

6.一种基于电池组的电源放电方法，其特征在于，包括以下步骤：

A将一个锂离子电池单元与负载电路接通放电；

B放电持续时间达到T后，断开该锂离子电池单元与所述负载电路的连接；

回到步骤A，接通下一个锂离子电池单元；

在N个锂离子电池单元之间按上述步骤A和B依次循环切换，N为大于1的整数，T小于10秒。

7.根据权利要求6所述的基于电池组的电源放电方法，其特征在于，还包括以下步骤：

如果所述负载电路处于待机状态，则停止所述步骤A、B。

8.根据权利要求6所述的基于电池组的电源放电方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括以下子步骤：

如果所述负载电路处于待机状态，则在放电持续时间达到M后才断开该锂离子电池单元与所述负载电路的连接；

如果所述负载电路处于非待机状态，则放电持续时间达到T后，断开该锂离子电池单元与所述负载电路的连接；

其中，M大于T。