CN103427121A

CN103427121A - 电池模块

Info

Publication number: CN103427121A
Application number: CN2012101630979A
Authority: CN
Inventors: 陈芳志
Original assignee: Good Will Instrument Co Ltd
Current assignee: Good Will Instrument Co Ltd
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明公开一种电池模块，具有一阴极端及一阳极端，并包含有多个电池群组、多个串联开关及一微处理器，其中，各电池群组连接至该阴极端及该阳极端，且包含有一电池单元、一电气特性检测模块、一阳极开关及一阴极开关，该阴、阳极开关分别串联连接于电池单元与该阴、阳极端之间，且该多个电池单元通过该多个串联开关而串联，该微处理器控制该多个串联开关及多个电池群组的阴、阳极开关闭合与关断；于电池模块欲放电时多个电池单元自动串联连接，于电池模块欲充电时，电池单元自动并联连接，且于充电时，各电池群组的电气特性检测模块会检知其电池单元的电气特性，并供微处理器据此控制电池单元是否充电，以确保各电池单元不过度充电，避免电池单元过充损坏。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及一种电池模块，尤其涉及一种电池模块，其可控制内部的电池单元的充放电，以避免单个电池单元过充过放而损坏。

背景技术

电池模块通常是使用于电动车、笔记型计算机或手机等电子装置，以提供各种电子装置所需的电力。

上述的各种电子装置通常会设置有一电池管理系统（Battery ManagementSystem，BMS），用以检测电池模块的电量，并切换电池模块的充放电，以避免电池模块过充电或过放电，请参阅图9，前述电池管理系统主要是以一电压表91及一电流表92测量一电池模块93电极上的电压差、充电电流及放电电流，并以一模拟数字转换器94量化该电压表91及电流表92测得的电压值及电流值后输出予一微处理器95，该微处理器95则依据检知的电流值及电压值计算电池模块93的输出及输入功率，以判断该电池模块93有无过充或过放，并切换一连接于电池模块93与一电源供应器97及一电源输出控制装置98之间的切换开关96，于判断电池模块93过放电时，切换该切换开关96使电池模块93与该电源供应器97连接，以对电池模块93充电，而于判断电池模块93过度充电时，切换该切换开关96，使电池模块93通过该电源输出控制装置98对负载99供电。

上述的电池管理系统虽能控制电池模块充放电，但由于电池模块的内部构造，使得电池管理系统对于电池模块充放电的控制效果相当有限，主要是因电池模块（Pack）通常必须包含有多个串联的电池单元（Cell），而各电池单元会因工艺、材料及温度不同而具有不同的极化特性，故电池单元的内阻并不一致，充放电特性不一致；以电动车使用48V电池模块为例，若采用4.2V电池单元，则该电池模块必须包含有十几个串联连接的电池单元，加上每个电池单元的充放电特性不同，于该电池模块充电时，所有电池单元会同时进行充电，如此一来内阻较低的电池单元充电速度较内阻高的电池单元快，故出现部分电池单元充饱但部分电池单元尚在充电中，此时电池模块仍在维持充电中直到所有电池单元均充饱，而造成已充饱的电池单元处在过充状态而容易损坏，严重者甚至造成电池过热爆炸。

为减少上述问题，电池模块的组装工厂在组装电池模块时，必须先通过一道多信道测量的步骤，并将极化特性较相近的电池单元组装成一个电池模块，惟，此道步骤仅能有限度地缩小电池模块内各个电池单元的一致性差异度，且由于电池单元于组装成电池模块之后，极化特性仍有可能改变，因此上述品管步骤对于缩小电池单元一致性内阻的效果仍不佳。

综上所述，由于现有电池模块是以多个极化特性不相同的电池单元一起充放电，除了使电池管理系统无法有效管理电池模块的充放电外，某些易充易放的电池单元也容易损坏，且多信道测量的工艺仍无法改善电池单元一致性差所造成的缺陷，因此实有需改良电池模块结构，以解决上述电池单元极化特性不同所造成的缺陷。

发明内容

有鉴于上述类电池模块以多个极化特性不相同的电池单元一起充放电，造成某些电池单元容易过充损坏的技术缺陷，本发明的主要目的在于提出一种电池模块，是具有切换对内部某些特定个电池单元充放电的功能，使得整个电池模块中的电池单元于充放电。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是提供一种电池模块具有一阳极端及一阴极端，电池模块包含有：

多个电池群组，各电池群组连接至该阳极端及该阴极端，且包含有一电池单元、一电气特性检测模块、一阳极开关及一阴极开关；该电池单元具有一阴极及一阳极，该电气特性检测模块连接该电池单元，以检知电池单元的电气特性，该阳极开关串联连接于该电池单元的阳极与电池模块的阳极端之间，该阴极开关串联连接于该电池单元的阴极与电池模块的阴极端之间，且该阳极开关及该阴极开关各具有一控制端；

多个串联开关，分别串联连接于多个电池群组中二电池单元的阴极与阳极之间，且各串联开关具有一控制端；

一微处理器，与各电池群组的电气特性检测模块、阳极开关的控制端、阴极开关的控制端及多个串联开关的控制端连接，并于电池单元放电时，控制该多个串联开关闭合，而使多个电池单元串联，且控制其中一阳极开关及其中一阴极开关闭合，使串联的多个电池群组通过闭合的阴、阳极开关与该阴、阳极端连接；于电池单元充电时，该微处理器关断该多个串联开关而控制各电池群组的阴、阳极开关闭合，使该多个电池单元分别与该阴、阳极端连接，并依据电池群组的电气特性检测模块检知各电池单元的电气特性，而控制各电池群组的阴、阳极开关的通断。

上述的电池模块，其中该微处理器于电池单元放电时，控制该所有多个串联开关闭合，而使全部电池单元串联，且控制其中第一级电池单元的阳极开关及最后一级电池单元的阴极开关闭合。

上述的电池模块，其中该微处理器于电池单元放电时，控制部分多个串联开关闭合，而构成多个组串联电池单元，且控制各组串联电池单元中第一级电池单元的阳极开关及最后一级电池单元的阴极开关闭合。

上述的电池模块，其中各电气特性件测模块包含有一电压表及一电流表，以检知电池单元的充放电电压及电流，且该微处理器依据各电压表及电流表所检知对应电池单元的输入电压及电流判断各电池单元充电是否饱和，并于电池单元充电达饱和时关断对应电池群组的阴极开关。

上述的电池模块，其中该微处理器依据各电压表及电流表组所检知对应电池单元的充放电电压及电流判断各电池单元的充放电。

上述的电池模块，其中上述各电池单元与阳极开关之间串联连接一保险丝。

上述的电池模块，其中各电池群组进一步串联连接一均流电阻于保险丝与阳极开关之间，且各均流电阻的电阻值远大于对应电池单元的内电阻值。

上述的电池模块，其中各电池群组的电池单元又进一步设置一温度表，且各温度表与该微处理器连接，该微处理器于切换电池单元并联充电时，以温度表检知各电池单元的温度，于电池单元温度超过一预设温度值时，关断对应电池单元的阴极开关。

上述的电池模块，其中该微处理器具有一温度控制端，该温度控制端用以连接一外部变温盒，以调整变温盒温度，且该微处理器于控制变温盒温度的不同盒内温度后，读取各电压表及电流表检测其电池单元于该温度下的电压值及电流值。

上所述的电池模块，其中上述各电池单元上并联连接一旁路电容及一旁路电容开关，该旁路电容开关具有一控制端，且旁路电容开关的控制端与该微处理器连接，该微处理器于电压表检知电池单元输入电压不稳定时，控制该旁路电容开关闭合。

上述的电池模块，其中上述各电池单元上并联连接一旁路电容及一旁路电容开关，该旁路电容开关具有一控制端，且旁路电容开关的控制端与该微处理器连接，且该微处理器设定有一临界电压，并于电压表检知电池单元输入电压超过该临界电压时，控制该旁路电容开关闭合。

上述本发明是于电池模块是以微处理器控制多个阴、阳极开关及串联开关的闭合与关断，使多个电池单元于放电时，是串联对外部电路供电，而于充电时，是并联充电，由于并联充电时，即可选择性的关断任一电池群组与阴、阳极端构成的回路而不影响其它电池群组的充电，故本发明电池模块中的微处理器又于电池单元并联充电时，依据电池单元的电气特性控制各电池群组的阴、阳极开关的通断，以个别控制各电池单元的充电时间，即可防止电池单元过充损坏，以有效解决电池单元极化特性不同造成的过充损坏问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1：为本发明一较佳实施例的电路方框示意图；

图2：为图1电池群组的电路方框式意图；

图3：为图1切换电池单元串联的电路回路示意图；

图4：为图1切换电池单元并联的电路回路示意图；

图5：为本发明另一较佳实施例的电路群组电路方框示意图；

图6：为本发明又一较佳实施例的电路群组电路方框示意图；

图7：为本发明连接温控盒的电路方框示意图；

图8：为图1切换电池单元双串一并的电路回路示意图；

图9：为现有电池管理系统的电路方框示意图。

具体实施方式

以下配合附图及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参阅图1及图2，本发明电池模块6具有一阴极端7、一阳极端8及一控制端9，并包含有：

多个电池群组10，各电池群组10是连接至该阳极端及该阴极端，且包含有一电池单元11、一电气特性检测模块、一阳极开关12及一阴极开关13；该电池单元具有一阳极及一阴极，该电气特性检测模块是连接该电池单元11，以检知电池单元11的电气特性，该阳极开关12是串联连接于该电池单元11的阳极与电池模块6的阳极端8之间，该阴极开关13是串联连接于该电池单元11的阴极与电池模块6的阴极端7之间，且该阳极开关12及该阴极开关13各具有一控制端121、131，于本实施例中，各电气特性件测模块包含有一电压表14及一电流表15，以检知电池单元11的充放电电压及电流，且各电池群组10进一步包含一保险丝16，该保险丝16是连接于电池单元11与阳极开关12间；

多个串联开关20，是分别串联连接于该多个电池群组10中相邻电池单元11的阴极与阳极之间，使该多个电池单元11通过闭合后的串联开关20构成串联的电性关系，且各串联开关20具有一控制端21；

一微处理器30，是与各电池群组10的电气特性检测模块、阳极开关12的控制端121、阴极开关13的控制端121及多个串联开关20的控制端21连接；当微处理器30检知电池单元11放电时，是控制该多个串联开关20闭合，而使多个电池单元11串联，且控制其中一阳极开关12及其中一阴极开关13闭合，使串联的多个电池群组10通过闭合的阴、阳极开关13、12与该阴、阳极端7、8连接，请进一步参阅图3，微处理器30控制所有个串联开关20闭合时，所有的电池单元11即全数串联，且控制第一级电池单元11的阳极开关13及最后一级电池单元11的阴极开关12闭合，此时，电池单元11即串联对外部电路提供电能，以提高输出电压；再请进一步配合参阅图4，于电池单元11充电时，该微处理器30是关断该多个串联开关20而控制各电池群组10的阴、阳极开关13、12闭合，使该多个电池单元11形成并联电性关系而与该阴、阳极端7、8连接，此时，由于各电池单元11是并联充电，因此，任一电池单元11与阴、阳极端7、8形成断路不影响其它电池单元11的充电，故该微处理器30又依据电池群组10的电气特性检测模块检知各电池单元11的电气特性，而控制各电池群组10的阴、阳极开关13、12的通断，于本实施例中，该微处理器30是依据各电压表14及电流表15组所检知对应电池单元11的充放电电压及电流判断各电池单元11的充放电，或可以该微处理器30连接至该控制端9，并以控制端9与外部电池管理系统的微处理器连接，以检知电池管理系统对电池单元11充电及放电，且该微处理器30是依据各电压表14及电流表15所检知对应电池单元11的输入电压及电流判断各电池单元11充电是否饱和，并于电池单元11充电达饱和时关断对应电池群组10的阴极开关13（或阳极开关12亦可）。

上述各电池群组10又可进一步于电池单元11并联连接一旁路电容17及一旁路电容开关171，该旁路电容开关171是具有一控制端172，且该控制端172是与该微处理器30连接，且该微处理器30设定有一临界电压，该微处理器30于电压表14检知电池单元11输入电压不稳定或超过该临界电压时，控制该旁路电容开关171闭合，以该旁路电容17稳定电池单元11的输入电压，可为电池电压平衡保护。

再请进一步参阅图5，由于本发明可切换多个电池单元11并联充电，故上述各电池群组10还进一步包含一均流电阻18，且该均流电阻18是与保险丝16串联而连接于对应的电池单元11与阳极开关12之间，且各均流电阻18的电阻值远大于对应电池单元11的内电阻值，使得微处理器30切换多个电池单元11并联充电时，流入各电池单元11的电流趋于相等，达到均流充电的效果。

再请进一步参阅图6，各电池群组10的电池单元11上又可进一步设置一温度表19，且各温度表19是与该微处理器30连接，该微处理器30是于切换电池单元11并联充电时，以温度表19检知各电池单元11的温度，于电池单元11温度超过一预设温度值时，关断对应电池单元11的阴极开关13（或阳极开关12亦可）。

再请进一步参阅图7，上述微处理器30具有一温度控制端31，该温度控制端31用以连接一外部的变温盒40，以将电池模块6放至于变温盒40中，且该微处理器30于控制该变温盒40的不同盒内温度后，读取各电压表14及电流表15检测其电池单元11于该温度下的电压值及电流值，使微处理器30可藉此掌握各电池单元11于不同温度下的充放电特性。

上述微处理器30于电池单元11放电时，亦可控制部分多个串联开关闭合，而使电池单元构成多个组串联电池单元11，且控制各组串联电池单元11中第一级电池单元11的阳极开关13及最后一级电池单元11的阴极开关12闭合，如图8所示，即为上述微处理器30控制部分多个串联开关20闭合，而使电池单元11构成二组串联的电池单元11，并将二组串联电池单元中第一即电池单元的阳极开关13及最后一级电池单元11的阴极开关12闭合后，所构成串并联的电性关系（如图中所示为双串一并的电性关系）。

上述微处理器30可以是型号为AT89C51ED2或MSP430F5438A的一集成电路。

本发明是以各电池群组的阴、阳极开关及串联开关的导通与否控制电池单元的串并联的电性关系，而以微处理器控制电池单元以串联的形式供应电力，而以并联形式充电，以于充电时，依据电压表及电流表检知各电池单元的电气特性，控制各电池单元是否继续充电，如此，即可针对各个电池单元不同的极化特性来充电，避免电池单元过充损坏，有效解决电池单元因极化特性不同造成的过充损坏问题。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电池模块，具有一阳极端及一阴极端，其特征在于，电池模块包含有：

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该微处理器于电池单元放电时，控制该所有多个串联开关闭合，而使全部电池单元串联，且控制其中第一级电池单元的阳极开关及最后一级电池单元的阴极开关闭合。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该微处理器于电池单元放电时，控制部分多个串联开关闭合，而构成多个组串联电池单元，且控制各组串联电池单元中第一级电池单元的阳极开关及最后一级电池单元的阴极开关闭合。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电池模块，其特征在于，各电气特性件测模块包含有一电压表及一电流表，以检知电池单元的充放电电压及电流，且该微处理器依据各电压表及电流表所检知对应电池单元的输入电压及电流判断各电池单元充电是否饱和，并于电池单元充电达饱和时关断对应电池群组的阴极开关。

5.根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，该微处理器依据各电压表及电流表组所检知对应电池单元的充放电电压及电流判断各电池单元的充放电。

6.根据权利要求5所述的电池模块，其特征在于，上述各电池单元与阳极开关之间串联连接一保险丝。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其特征在于，各电池群组进一步串联连接一均流电阻于保险丝与阳极开关之间，且各均流电阻的电阻值远大于对应电池单元的内电阻值。

8.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，各电池群组的电池单元又进一步设置一温度表，且各温度表与该微处理器连接，该微处理器于切换电池单元并联充电时，以温度表检知各电池单元的温度，于电池单元温度超过一预设温度值时，关断对应电池单元的阴极开关。

9.根据权利要求8所述的电池模块，其特征在于，该微处理器具有一温度控制端，该温度控制端用以连接一外部变温盒，以调整变温盒温度，且该微处理器于控制变温盒温度的不同盒内温度后，读取各电压表及电流表检测其电池单元于该温度下的电压值及电流值。

10.根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，上述各电池单元上并联连接一旁路电容及一旁路电容开关，该旁路电容开关具有一控制端，且旁路电容开关的控制端与该微处理器连接，该微处理器于电压表检知电池单元输入电压不稳定时，控制该旁路电容开关闭合。

11.根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，上述各电池单元上并联连接一旁路电容及一旁路电容开关，该旁路电容开关具有一控制端，且旁路电容开关的控制端与该微处理器连接，且该微处理器设定有一临界电压，并于电压表检知电池单元输入电压超过该临界电压时，控制该旁路电容开关闭合。