CN104467064A - 一种具有电池单元平衡系统的充电站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有电池单元平衡系统的充电站。该充电站包括：多个平衡充电单元，每一平衡充电单元包括：一侦测元件，用以侦测一电池单元的电量状态；一充电元件，用以对该电池单元进行充电；一电源单元，用以提供电力；及一充电控制单元，连接至该些平衡充电单元与该电源单元，用以控制来自该电源单元的电力至该充电元件以充电该电池单元。该电池单元于一电池组内，以串联或并联方式与其他电池单元连接。当该电池单元由该侦测元件侦测的电量状态为饱满的或超过一预定值时，该充电控制单元停止该电源单元向该电池单元充电。

Description

一种具有电池单元平衡系统的充电站
技术领域
本发明涉及一种充电站，特别是涉及一种具有电池单元平衡系统的充电站。因而，每一个通过该充电站充电的电池组不须包含一电池单元平衡系统，以延长电池的寿命。电池的尺寸与成本也因此减少。
背景技术
以电池作为动力来源变得越来越普遍，如何能够使电池的寿命最大化也成为一迫切需要解决的问题。在大型锂离子电池组的电池平衡(亦即在一电池组内电池单元的电量状态匹配状态)成为了一个问题，该问题是由制造过程的差异性、工作状态及电池老化所造成。电池不平衡可能会降低电池组的整体容量，也可能会损伤电池组。由充电到放电阶段的电池不平衡无法追查。如果没有密切监控，电池可能会导致过充电或过放电，这将永久损坏电池。对于车子上使用的电池，上述的问题变得更加显著，尤其是对于锂电池。
通常而言，每一锂电池的电压并不高且电流量不大。因此，需要串联及并联多颗锂电池来增强电压与电流。然而，当这样的电池串联和并联连接时，也容易造成"不平衡"而缩短电池组的放电时间(即，寿命时间缩短)，并加速电池组的老化。
电池管理系统是一种保护机制，它被用来监视整个电池组。当电池组被侦测出具有某些不平衡的电池单元时，电池管理系统将会关闭整个电池组系统，该电池组不再供电。电池管理系统使用一种平衡回路以达成上述目的。多数的平衡回路于电池组充电中使用，鲜少使用于电池组放电。该平衡回路可分为主动型式与被动型式两种类型。主动型式平衡回路具有高效率的优点，但同时亦具有高成本与大尺寸的缺点。被动型式平衡回路则有低成本的优点。然而，其缺点是低效率，且低效率会产生多余热量，平衡效果有限。虽然主动型式的效率较高，但考虑价格，多数电池组还是选择内建被动型式平衡回路。
对于电动车而言，并不希望电池组过于巨大。因此，电池的电池管理系统应正确地设计。一种现有技术方案可以是个很好的例子。如图1所示。美国专利申请案第20120105001公开一种电池管理系统。该电池管理系统包括几个子系统区块、一储能主单元100及电池组系统104。该储能主单元100可与车辆主控制器101衔接，通过控制器局域网络或其他联通方法，由储能主单元100连接到外部充电器102。车辆主控制器101可与外部充电器102直接或经由一充电站衔接。能量储存系统可包括多个置于电动车内的电池串103。在每一电池串103内，有多个电池组104。每个电池组104则包括多个电池模块。经由一第二控制器局域网络，电池组104能与储能主单元100联系。两个电池组104可组成一电池串103。电池组104能被一电池组管理员所管控，该电池组管理员可与该储能主单元100通过使用于整个系统的单一控制器局域网络而联通。每个电池组管理员可与其区域模块单元通过使用序列周边接口而联通。区域模块单元与电池组管理员的联通是可以分离的。每一电池组包含10个棱柱电池单元，两个电池组装于一电池串中，多个电池串置于车辆中(通常3到4个)。
依照该发明，带有电池单元平衡系统的电池组仍显笨重。然而，它提供人们一种缩减尺寸的方式：由电池组中取出电池单元平衡系统。如果一组或多组电池单元平衡系统能在电池组外设置，电池单元平衡系统的成本就能降低。此外，电池组的尺寸也能缩小。更经济方便的是，充电站能结合电池单元平衡系统，以提供电池组电力且监视电池单元或电池组的状态。这即是本案发明人创作本发明的要点。
发明内容
本段文字提取和编译本发明的某些特点。其他特点将被公开于后续段落中。
依照本发明的一种态样，一种具有电池单元平衡系统的充电站，包含：多个平衡充电单元，每一平衡充电单元包括：一侦测元件，用以侦测一电池单元的电量状态；及一充电元件，用以对该电池单元进行充电；一电源单元，用以提供电力；及一充电控制单元，连接至该些平衡充电单元与该电源单元，用以控制来自该电源单元的电力至该充电元件以充电该电池单元。该电池单元于一电池组内，以串联或并联方式与其他电池单元连接，当该电池单元由该侦测元件侦测的电量状态为饱满的或超过一预定值时，该充电控制单元停止该电源单元向该电池单元充电。
根据本案构想，该电量状态由该电池组的温度、电压或电流所决定。
根据本案构想，该电量状态以百分比的形式指出在一电池单元内的电量剩余量。
根据本案构想，该平衡充电单元为一主动型式或一被动型式。
根据本案构想，当该平衡充电单元为主动型式时，该平衡充电单元由一充电较高的电池单元到一充电较低的电池单元传递电力。
根据本案构想，当该平衡充电单元为被动型式时，进一步包含一电阻以吸收或消耗由一充电较高的电池单元输出的电力。
根据本案构想，进一步包含一记忆单元，连接至该充电控制单元，用以提供该电池单元的历史数据，以便该充电控制单元获知该电池单元何时充电饱满或超过一预定值。
根据本案构想，该历史数据为当该电池单元于任何时间被测量时，该电池单元的温度、电压或电流。
附图说明
图1为电池单元平衡系统的一现有技术；
图2为本发明的第一实施例的示意图；
图3为依照本发明使用的一电池；
图4为本发明的第二实施例的示意图。
附图标记说明：100-储能主单元；101-车辆主控制器；102-外部充电器；103-电池串；104-电池组；20-充电站；201-充电控制单元；2021-平衡充电单元；2021a-侦测元件；2021b-充电元件；2021c-电阻；2022-平衡充电单元；2022a-侦测元件；2022b-充电元件；2022c-电阻；2023-平衡充电单元；2023a-侦测元件；2023b-充电元件；2023c-电阻；2024-平衡充电单元；2024a-侦测元件；2024b-充电元件；2024c-电阻；203-电源单元；204-记忆单元；30-电池组；300-外壳；3021-电池单元；3021a-接点；3012b-接点；3022-电池单元；3023-电池单元；3024-电池单元。
具体实施方式
本发明现在将通过以下的实施例，更具体地描述。
第一实施例：
如图2与图3所示。图2为本发明的第一实施例的示意图。图3为依照本发明使用的一电池。一充电站20包括一电池单元平衡系统。它包含多个平衡充电单元2021、2022、2023与2024、一充电控制单元201及一电源单元203。每一个平衡充电单元2021、2022、2023与2024分别包括一侦测元件2021a、2022a、2023a与2024a。每一个平衡充电单元2021、2022、2023与2024也分别包括一充电元件2021b、2022b、2023b与2024b。
侦测元件2021a、2022a、2023a与2024a能侦测电池单元3021、3022、3023与3024的电量状态。充电元件2021b、2022b、2023b与2024分别被用于对该电池单元3021、3022、3023与3024进行充电。电源单元203能提供电力。在实际实施上及本实施例中，电源单元203为一直流发电机并提供直流电。充电控制单元201连接至平衡充电单元2021、2022、2023与2024及电源单元203。它能控制由电源单元203到充电元件2021b、2022b、2023b与2024b的电力，以对电池单元进行充电。
如图2所示，很明显的充电站包括4个用作电池单元3021、3022、3023与3024充电管理的平衡充电单元。需要强调的是平衡充电单元的数量并不限定于四个。实际实施中，其数量应高于电池组中的电池单元。依照本发明，电池单元以串联或并联方式与其他电池单元连接于一电池组30中(如图3所示)。在本实施例中，2个电池单元3021与3022(或3023与3024)以串联方式连接；2个串联电池串以并联方式连接。电池组30具有4个电池单元3021、3022、3023与3024，且每一电池单元3021、3022、3023与3024由平衡充电单元2021、2022、2023与2024所控制。
当由侦测元件2021a、2022a、2023a或2024a所侦测的电池单元3021、3022、3023或3024的电量状态为饱满的或超过一预定值时，充电控制单元201停止电源单元203向电池单元3021、3022、3023与3024充电。在此，电量状态表示一电池单元中的电量剩余量，且相当于一电池驱动电动车内电池组30的能量计。电量状态的单位为百分比(0％＝空；100％＝满)。电量状态能由电池组30的温度、电压或电流所决定。亦即，由上述手段，人们能知道电池单元302饱满的程度。
平衡充电单元有两种型式：主动型式或被动型式。第一实施例说明本发明如应用一主动型式平衡充电单元。当于一段时间充电后电压差异量已达到某种程度时，主动型式平衡充电单元被设计为对一电池单元放电。对每一电池单元3021、3022、3023或3024而言不必100％充满电。电池单元3021、3022、3023与3024的一限定电量状态能被用来假定该电池单元3021、3022、3023或3024是充电饱满的或超过一预定值。平衡充电单元2021、2022、2023或2024能由一充电较高的电池单元到一充电较低的电池单元传递电力。举例而言，当电池单元3022的电量状态为99％饱满时，过剩充电量将被传递到90％饱满的电池单元3024。同时，只要其它2个电池单元3021与3023不是100％充满电力，它们仍然正常地进行充电。当然，充电控制单元201能停止对电池单元3022充电却又维持对其它电池单元3021、3023与3024充电。
传统上，平衡充电单元内建于一电池组，以便该电池组能控制每一单元的充电，进而防止电池组因电池单元不平衡而老化。然而，这将造成电池单元的笨重与过于昂贵。在本发明中，自电池组取出所有的平衡充电单元，并将这些平衡充电单元放进一充电站中。当然，本发明也需要电池组30具有某些特定的设计方式：在电池组30的一外壳300上的电池单元(例如3021)的接点(例如3021a与3021b)应各自满足侦测元件2021a与充电元件2021b的规格要求。
理想上，充电站20可进一步包括一记忆单元204。该记忆单元204连接至该充电控制单元201。记忆单元204能提供电池单元3021、3022、3023与3024的历史数据，以便充电控制单元201能获知电池单元3021、3022、3023或3024何时充电饱满或超过一预定值。该历史数据为当该电池单元3021、3022、3023与3024于任何时间被测量时，电池单元3021、3022、3023与3024的温度、电压或电流。
第二实施例：
如图4所示。该图说明一第二实施例，其中，第一实施例与第二个实施例具有相同号码的元件具有相同的功能。如图4所示，很明显的4个电阻2021c、2022c、2023c与2024c内建于此且各自连接至平衡充电单元2021、2022、2023与2024。
如上所述，第一实施例说明本发明如何应用一主动型式平衡充电单元。第二实施例说明本发明应用一被动型式平衡充电单元。被动型式平衡充电单元通常由电阻2021c、2022、2023c或2024c，吸收或消耗来自一充电较高的电池单元的电力。根据不同的设计，电阻2021c、2022、2023c与2024c能被设计成单一形式。只要多余的电力可以被带走，它也可以是其他的形式，且不影响每一电池单元3021、3022、3023或3024的效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本案的权利要求所界定为准。

Claims (8)

1.一种具有电池单元平衡系统的充电站，其特征在于，包含：
多个平衡充电单元，每一平衡充电单元包括：
一侦测元件，用以侦测一电池单元的电量状态；及
一充电元件，用以对该电池单元进行充电；
一电源单元，用以提供电力；及
一充电控制单元，连接至该些平衡充电单元与该电源单元，用以控制来自该电源单元的电力至该充电元件以充电该电池单元；
其中该电池单元于一电池组内，以串联或并联方式与其他电池单元连接，且当该电池单元由该侦测元件侦测的电量状态为饱满的或超过一预定值时，该充电控制单元停止该电源单元向该电池单元充电。
2.如权利要求1所述的充电站，其中该电量状态由该电池组的温度、电压或电流所决定。
3.如权利要求1所述的充电站，其中该电量状态以百分比的形式指出在一电池单元内的电量剩余量。
4.如权利要求1所述的充电站，其中该平衡充电单元为一主动型式或一被动型式。
5.如权利要求4所述的充电站，其中当该平衡充电单元为主动型式时，该平衡充电单元由一充电较高的电池单元到一充电较低的电池单元传递电力。
6.如权利要求4所述的充电站，其中当该平衡充电单元为被动型式时，进一步包含一电阻以吸收或消耗由一充电较高的电池单元输出的电力。
7.如权利要求1所述的充电站，进一步包含一记忆单元，其连接至该充电控制单元，用以提供该电池单元的历史数据，以便该充电控制单元获知该电池单元何时充电饱满或超过一预定值。
8.如权利要求7所述的充电站，其中该历史数据为当该电池单元于任何时间被测量时，该电池单元的温度、电压或电流。
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