CN103178571A - 电动车的电池并联及保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明电动车的电池并联及保护装置，包含一电池单元、一由两个二极管并联组成的并联负载控制保护单元、一两端各自与电池单元及并联负载控制保护单元电性连接的芯片保护单元、以及一两端各自与电池单元及并联负载控制保护单元电性连接的电容单元；尤其可提供一种容许各种不同电池种类互相并联混合使用且不损害原来不同种类电池的特性及生命周期、大幅降低电池管理系统所需成本，避免电池管理系统因烧毁导致电池毁损，并可有效改善电动车启动爆冲，兼具延长电池寿命的电池保护及可配合电力回收装置，可增加电动车的续航力。

Description

电动车的电池并联及保护装置

技术领域

本发明涉及一种电池并联及保护装置，尤其为一种关于电动车可使用不同种类电池并联及保护装置。

背景技术

坊间常见的电动车内包含有至少一电池组，作为驱动马达的电力来源，然而，因各电池制造商依不同材料及需求制成各种不同特性及电量的电池，如锂锰电池、锂铁电池、锂三元素电池等，各电动车生产商大多限定其中一种电池作为该电动车驱动电力来源，并依该种电池特性作为保护电路设计的标的，于使用者而言，却易因其后误用其他种类、不同电量电池，甚或是该特定电池停产，而产生维护不易、损坏电路或断料的困扰。

然而，由于锂电池本身具备高能量密度的特性，使锂电池大量应用于高电力系统，如启动电瓶、电动自行车、电动摩托车与电动汽车等，请参阅图1所示，若电动车的电池11以并联方式连接，藉以提高供电时间，却也将因该电池11特性及电性连接方式，产生诸如若连结不同种类、电池11容量、及不同规格的电池11，将对有高电位的电池11对低电位的电池11逆充电导致电池11毁损、各不同电量的电池11因其电性连接，于电流互相平衡过程中各电池11内阻抗也会造成电量损耗、无过压保护、过充及过放电保护、电动车于启动或要求马达(图中未示)高输出动力时，各电池11输出电量不均及电量无法控制致使极易发生电动车爆冲的意外，及因上述各缺点导致各电池11的组合其寿命普遍较单独使用单一该种电池11使用寿命更短，徒增使用者困扰及维护成本。

其后，请参阅图2，锂离子电池11制造商为确保高能量的锂电池11所组成的模块(图中未示)在系统中的表现可靠度与安全性。在多重串并联的电池11中，会以另加一电池管理电子系统(BMS，Battery ManagementSystem)12来达到此一目的，故其后市面所见电动车皆以增设该BMS 12作为保护电池电路之用。

然而，锂铁、锂锰、锂钴、锂三元素因电池11的磁芯材料的不同，所以其各满电位皆不相同，即因外加一该BMS 12得避免该电池11寿命折损及各种电性损失的问题，然，现有该BMS 12因造价居高不下，仍占有该电池并联装置成本相当高的比例，且经过一定操作时间后，该BMS 12其内部元件将因其元件特性达到高温，并存在有熔毁并短路的情况，于其短路后，该BMS 12所电性连接的多个电池11将未能得到保护，而回到无该BMS 12的状态，也将存有其他具有正常使用该电池11共同对该BMS12损坏电池11对其逆放电、于该电池11充放电过程中也无过充电保护以及过放电保护，导致该电池11耗损寿命，甚或毁损。

综上所述，可知传统BMS(电池管理电子系统)12具有以下缺点：

1.传统BMS(电池管理电子系统)12售价较高，造成使用者欲修复时需负担较高维护成本。

2.传统BMS(电池管理电子系统)12易于使用一定时间后产生高温，并因该系统元件耐压不足，而有烧毁的可能。

3.传统BMS(电池管理电子系统)12于烧毁后，该元件处形成短路，将形同无任何电池11保护机制。

4.传统BMS(电池管理电子系统)12并无电力回收装置，于电动车初发动时，往往因为各电池11电力输出无法有效调节，进而发生启动即爆冲的事情，对于使用者将造成潜在危险。

5.传统BMS 12并不具有电力回收装置及暂停供电的机制，于电动车刹停过程中，各该电池11电力仍持续消耗中，对于使用效率上是为无谓消耗。

6.传统BMS 12因大多使用功率金属氧化物半导体(Power MOS)作为内部元件，因该元件具有三个脚位，故仍需耗费作为驱动控制脚位的电流。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种电动车的电池并联及保护装置，包含有一至少一电池组成的电池单元，一由两个二极管并联组成的并联负载控制保护单元，一与电池单元电性连接及并联负载控制保护单元电性连接的电容单元，该电容单元由至少一超级电容组成。其中，一由一电阻与一电感电连接所组成的一电流平衡单元，该电流平衡单元的两侧与两个电池电性连接。

然而，为符合未来电动车使用者日亦增多的趋势，及政府推行的电池交换站概念，本发明所提供电动车的电池并联及保护装置，可容许各种类电池兼容于一电动车内，通过本发明电路可达成各不同电池整合其电力输出、避免各电量不同的电池对较低电压的电池逆放电、并兼具电池内部温度过高保护、过电压保护、过放电保护、防止高电位的电池对低电位的电池逆充电、烧毁后开路的保护电池机制之外，也可提供一电力回收机制，可使电动车于刹停或减速过程中回收电力并对其电容充电，于电动车再启动或起步时需要较高瞬间启动电流时，由该回收电力供应，除可达充分应用所有电力外，还可有效减轻电池负荷，提高电池使用寿命，并兼具有避免烧毁该电池并联系统后，所产生短路持续对电池毁损的可能。

本发明电动车的电池并联及保护装置，还提供一种电动车的电池并联及保护装置，包含有该至少一电池组成的电池单元，该由两个二极管并联组成的并联负载控制保护单元，该二极管可为肖特基二极管，该与电池单元电性连接及并联负载控制保护单元电性连接的电容单元及芯片保护单元，该电容单元可由至少一超级电容组成，该芯片保护单元可为至少一可编程芯片或单芯片或内含程序的芯片，其中，该由一电阻与一电感电性连接所组成的电流平衡单元，该电流平衡单元两侧与该两个电池电性连接。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，所述电池单元可为不同种类的电池或不同电量的电池或不同电量的同类电池。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，所述电容单元为至少一电容组成，该电容为超级电容。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，还包括有一电流平衡单元，该电流平衡单元由一电阻与一电感形成串联连接，该电流平衡单元的一侧与该电池电性连接，该电流平衡单元的另一侧与该另一电池电性连接。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，所述电动车的电池并联及保护装置，包含有：一电池单元，该电池单元由至少一电池组成；一并联负载控制保护单元，该并联负载控制保护单元由两个二极管并联组成，并与该电池电性连接；一电容单元，该电容单元的一端与电池单元电性连接，该电容单元的另一端与并联负载控制保护单元电性连接；以及一芯片保护单元，该芯片保护单元的一端与电池单元电性连接，该芯片保护单元的另一端与并联负载控制保护单元电性连接。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，所述芯片保护单元为至少一可编程芯片或单芯片或内含程序的芯片。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，所述电池单元可为不同种类的电池或不同电量的电池或不同电量的同类电池。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，所述电容单元由至少一电容组成，该电容为超级电容。

进一步地，本发明所述的电动车的电池并联及保护装置，其中，还包括有一电流平衡单元，该电流平衡单元由一电阻与一电感形成串联连接，该电流平衡单元的一侧与该电池电性连接，该电流平衡单元的另一侧与该另一电池电性连接。

综上所述，可知本发明具有以下优点：

1.以两个二极管即可作为负载控制保护电池的机制，相对传统电池管理系统诸多零件组成，使用者于维护时便可降低其负担维护成本。

2.本发明因可使用肖特基二极管，并因该元件具有较高耐压及较快的双向切换时间，而避免因高温而烧毁的可能。

3.本发明所使用的二极管回路于烧毁后，该元件处形成开路，将用以隔绝与其并联电池，仍可达到电池保护效果。

4.本发明所内附超级电容回路所组成的电力回收装置，于电动车初发动时，有利于提前于各电池电力输出前，便以该超级电容所储电力作为电动车的高启动电流输出，除可避免启动即爆冲的事情外，也因该超级电容所需充电时间即几毫微秒(ns，纳秒)便可完成充电，对于使用者将如同提供一安全保护机制。

5.传统电池管理电子系统并不具有电力回收装置及暂停供电的机制，于电动车刹停过程中，各电池电力仍持续消耗中，对于使用效率上是为无谓消耗。

6.传统电池管理电子系统因大多使用Power MOS作为内部元件，因该元件具有三个脚位，故仍需耗费作为驱动控制脚位的电流。

7.传统电池管理电子系统因大多使用仅有BMS作为各自保护电池单元的机制，本发明以一芯片保护单元加以整合并监控各电池单元的充放电过程外，还可于其中设有如显示电池单元现有电量、电池单元损坏、备用回路启用以及电路调控的保护措施及程序，有效提高电池并联装置的寿命、效益、及安全性外，并依其写入的程序，具有提供警示使用者的功能。

附图说明

图1是已知第一实施例电路图。

图2是已知第二实施例电路图。

图3是本发明第一实施例电路图。

图4是本发明第二实施例电路图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与效果，在以下配合参考图示的优选实施例的详细说明中，将可清楚呈现。

请参阅图3所示，本发明电动车的电池并联及保护装置的第一实施例，该电动车的电池并联及保护装置包含有一由两个二极管31并联组成的并联负载控制保护单元3，一至少一电池21组成的电池单元2，一由至少一电容41组成并与电池单元2及并联负载控制保护单元3电性连接的电容单元4，其中，一由一电阻51与一电感52电性连接所组成的电流平衡单元5，该电流平衡单元5两侧与两个电池21电性连接。

该电池单元2电流经过该并联负载控制保护单元3中的该二极管31后，便依一第一电流路径a供应电力达动力输出端6予马达及马达控制电路(图中未示)，即可达成驱动电动车的作用，然而，当使用者进行刹停或减速电动车的动作时，动力输出端6不再需要电力时，该电池单元2电流便将其电流依一第二电流路径b流动，将该电力蓄存于该电容单元4或电池单元2之中，以避免浪费该电力，当使用者再度使电动车由慢速或静止情境下希望提高马达输出动力时，由于此状况需要较高的启动电流以驱动马达(图中未示)达到较高出力，将由储存于该电容单元4中的电力由一第三电流路径c作为提高短时间高输出电力的方式。

因此，该电容单元4具有可极短时间放电的特性更适于该电池单元2担任瞬间启动的手段，且可以增减该电容41规格或数量达到该输出电力峰值的限定，藉此有效避免过大或过小的瞬间驱动电流，而致使该电动车爆冲或因电池21电力不足无法达到动力输出端6的电力需求，待该电容单元4放电后，其后将由该电池单元2内的该电池21经该并联负载控制保护单元3，作为稳定电力输出的来源，于其输出过程中，仍会将多余电力作为提供该电容单元4充电的来源，其中，该电流平衡单元5两侧与两个该电池21电性连接，并通过其回路达成该各电池21间的电流平衡的辅助效果。

该并联负载控制保护单元3中所使用的该二极管31可为肖特基二极管，该并联负载控制保护单元3因由两个该二极管31并联所构成，因肖特基二极管具有高速切换的能力，除可达成充电及放电同步外，也因具有较高耐压能力、元件不易发热、烧毁以及一旦烧毁即为开路的特性，除可避免异常电流烧毁各该电池21、单向限流的特性可防止高电位的电池21对低电位的电池21放电以提高该电池21寿命，藉改变该二极管31规格可设定各电池21限流值，可达到避免该电池21过放电及过充电损耗寿命。

请参阅图4所示，本发明还提供另一电动车的电池并联及保护装置，包含有该由两个二极管31并联组成的并联负载控制保护单元3，该至少一电池21组成的电池单元2，该由至少一电容41组成并与电池单元2及并联负载控制保护单元3电性连接的电容单元4，该与电池单元2及并联负载控制保护单元3电性连接的芯片保护单元7，其中，该由一电阻51与一电感52电性连接所组成的电流平衡单元5，该电流平衡单元5两侧与两个电池21电性连接。

其中，该电池单元2经由该并联负载控制保护单元3以及该电容单元4所产生的电力回收、电量平衡、该电池单元2保护、及运作机制将不再赘述。本实施例设有一两端分别与该电池单元2及该并联负载控制保护单元3电性连接的芯片保护单元7，该芯片保护单元7可为至少一可编程芯片或单芯片或内含程序的芯片，该芯片保护单元7内可设有除整合并监控各该电池单元2的充放电过程，还可于其中设有如监控该电池单元2损坏、回路短路、备用回路(图中未示)启用、截断故障回路、显示该电池单元现有电量以及电路调控的保护等措施及程序，有效提高电池并联装置的寿命、效益、及安全性外，并依其写入的程序，具有提供警示使用者的程序及功能，及为维修人员快速提供故障点或错误信息。

通过该芯片保护单元7与该电池单元2及该并联负载控制保护单元3电性连接，可达到整合并监控各该电池单元2的充放电过程外，还可于其中设有如该电池单元2损坏、备用回路(图中未示)启用、截断故障回路、显示该电池单元2现有电量以及电路调控的保护措施及程序，有效提高电池并联装置的寿命、效益、及安全性外，并依其写入的程序，可作为监控回路充放电状态、掌握各单元是否正常作动、还可主动截断故障回路达到保护电池单元2、启用备用回路、掌握各电池单元2电量等功能外，也可具有提供警示使用者的功能，及为维修人员快速提供故障点或错误信息，还为电池并联装置提供更高稳定性。

本发明以其上述三机制，除可有效达成充分保护该电池单元2的效用外，也可将使用上，甚或是平衡各该电池21输出时将会耗损的电力，藉电力转储机制及电容单元4的特性，除可充分利用电力外，并因此改善电动车容易因启动时各电池21内储电力不均，导致总输出电力不稳定形成的爆冲，于增设一具有整合控制电路的芯片保护单元7，还可有效监控电池保护装置，避免该电池单元2过放电、过充电，及提供电路设计者于芯片保护单元7中增设使用者警示、替代回路控制等机制。

Claims (9)

1.一种电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电动车的电池并联及保护装置包含有：

一电池单元，所述电池单元由至少一电池组成；

一并联负载控制保护单元，所述并联负载控制保护单元由两个二极管并联组成，并与所述电池电性连接；以及

一电容单元，所述电容单元的一端与所述电池单元电性连接，所述电容单元的另一端与所述并联负载控制保护单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电池单元为不同种类的电池或不同电量的电池或不同电量的同类电池。

3.根据权利要求1所述的电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电容单元由至少一电容组成，所述电容为超级电容。

4.根据权利要求1所述的电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电动车的电池并联及保护装置还包括有一电流平衡单元，所述电流平衡单元由一电阻与一电感形成串联连接，所述电流平衡单元的一侧与所述电池中的一个电池电性连接，所述电流平衡单元的另一侧与所述电池中的另一个电池电性连接。

5.一种电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电动车的电池并联及保护装置包含有：

一电池单元，所述电池单元由至少一电池组成；

一并联负载控制保护单元，所述并联负载控制保护单元由两个二极管并联组成，并与所述电池电性连接；

一电容单元，所述电容单元的一端与所述电池单元电性连接，所述电容单元的另一端与所述并联负载控制保护单元电性连接；以及

一芯片保护单元，所述芯片保护单元的一端与所述电池单元电性连接，所述芯片保护单元的另一端与所述并联负载控制保护单元电性连接。

6.根据权利要求5所述的电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述芯片保护单元为至少一可编程芯片或至少一单芯片或至少一内含程序的芯片。

7.根据权利要求5所述的电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电池单元为不同种类的电池或不同电量的电池或不同电量的同类电池。

8.根据权利要求5所述的电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电容单元由至少一电容组成，所述电容为超级电容。

9.根据权利要求5所述的电动车的电池并联及保护装置，其特征在于，所述电动车的电池并联及保护装置还包括有一电流平衡单元，所述电流平衡单元由一电阻与一电感形成串联连接，所述电流平衡单元的一侧与所述电池中的一个电池电性连接，所述电流平衡单元的另一侧与所述电池中的另一个电池电性连接。

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