CN110299732A - 直流电同步充电平衡系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种直流电同步充电平衡系统，系包含：一发电装置及一充电分配模块。该发电装置与该充电分配模块电性连接，且提供该充电分配模块电力。该充电分配模块用以电性连接一电池模块，该电池模块由多个电池串联连接而成，其中该充电分配模块有多个充电接点，每两两相邻充电接点之间供连接一电池并提供一额定电压值，以该额定电压值同时对各电池加以充电，可提高该电池模块电压的平衡性以达延长电池的使用寿命。

Description

直流电同步充电平衡系统
技术领域
本发明涉及一种直流电同步充电平衡系统，尤其涉及一种能同时对多个电池分别充电的系统。
背景技术
一般汽车所用的电力系统，是利用引擎带动车用发电机运转，使车用发电机输出直流电压，并通过一充电模块对一电池模块充电。一般而言，该电池模块是由多个电池所组成(例如四个电池)，而常用的车用电池种类为锂铁电芯，以锂铁电芯所组成的电池为例，每个电池的工作电压约为3.3V，且以四个电池所组成的电池模块为例，该电池模块的工作电压约为13.2V，而一个电池的充电电压需求约为3.7V。一般车用发电机的输出电压可以到达14.8V，则每个电池可分配到3.7V，如此一来可以顺利充电。
但车用发电机的输出电压可能有不稳的情形，假如车用发电机的输出电压高于14.8V，平均下来每个电池被分配到的电压会高于3.7V，这时该些电池会有过充的问题，容易影响各电池的使用效能，甚至有损毁的疑虑。反之，若车用发电机的输出电压低于13.2V，平均下来每个电池被分配到的电压会低于3.3V，在长期无法充饱该电池模块的状况下，该电池模块的蓄电容量会越来越小，同样会影响该电池模块的使用效能，甚至减少该电池模块的使用寿命。
另外，同样以四个电池所组成的电池模块为例，在对电池模块充电的过程中，各电池是无法同时充饱的，而是会至少有一个或是两个电池先充饱。假如继续充电，则已充饱的电池会发生过充的问题，导致电芯损毁；假如停止充电，则未充饱的电池不但会影响整个电池模块的使用效能，同时会因工作电压不足却持续放电导致本身效能降低，甚至损坏，降低电池的使用寿命。
更进一步，由于该电池模块为一体成形，各个电池之间是利用连接片所连接，在每个电池的使用寿命不一的状况下，若有其中一电池故障，势必更换整组电池模块，不但造成更换的困难度，这当中也会浪费其他三个正常的电池，增加使用成本。
发明内容
为提高电池模块的使用寿命，以及增加提升电池更换作业的便利性，本发明的目的在于提出一种直流电同步充电平衡系统，用于对以多个电池组成的一电池模块进行充电，并能对电池模块中的多个电池同时电充电，且让每个电池皆以固定的电压值进行充电，在充电电压较一致的情形下，提高电池组的整体使用寿命。
为达成上述目的，本发明为一种直流电同步充电平衡系统，用于对以多个电池组成的一电池模块进行充电，该直流电同步充电平衡系统包含：
一发电装置；
一充电分配模块，与该发电装置电性连接，该充电分配模块具有多个充电接点，在两相邻充电接点之间提供一额定电压值，于两相邻充电接点之间供连接该电池模块中的一电池以对该电池进行充电。
藉由该充电分配模块对该电池模块内的各电池同时充以额定电压值，让每个电池的充电情形大致相同，进而提高该电池模块的使用寿命。
该电池模块可进一步与一过充保护电路及一过放电保护电路电性连接。该过充保护电路能在其中一电池被过度充电时，利用其中之一控制单元控制切换开关，使该电池能与该功率电阻导通而让多余的电由该功率电阻消耗掉，不会让该电池过度充电，避免该电池因过度充电而导致老化甚至损毁。当其中一电池因过度放电时，该控制单元可控制该过放电保护电路，让该电池模块断开回路，使所有的电池不再放电，亦能保护该电池不会因过度放电而导致老化速度过快，甚至有损坏的情形产生，增加使用寿命。
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：本发明直流电同步充电平衡系统的架构示意图；
图2：本发明充电分配模块与电池模块、发电装置连接示意图；
图3：本发明第一应用实施例电路图；
图4：本发明第一应用实施例电路动作图；
图5：本发明第二应用实施例电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参见图1，本发明直流电同步充电平衡系统包含：一发电装置10及一充电分配模块20。该直流电同步充电平衡系统用于对以多个电池组成的一电池模块30进行充电，而该发电装置10提供电力，在一较佳实施例中，该发电装置10为直流发电装置。
请进一步参见图2，该充电分配模块20与该发电装置10电性连接，由该发电装置10提供电力至该充电分配模块20。在一较佳实施例中，该充电分配模块20具有多个充电接点Va、Vb、Vc、Vd、Ve。各充电接点Va、Vb、Vc、Vd、Ve依序排列，且各充电接点Va、Vb、Vc、Vd、Ve分别与一充电线相连接，两相邻充电接点Va、Vb、Vc、Vd、Ve之间能输出一额定电压值，在本实施例中，该额定电压值为3.7V，举例而言，该充电接点Va的节点电压值与该充电接点b的节点电压值相差为3.7V，且该充电接点Va的节点电压值高于该充电接点Vb；该充电接点Vb的节点电压值与该充电接点Vc的节点电压值相差3.7V，且该充电接点Vb的节点电压值高于该充电接点Vc，以此类推。
该电池模块30与该充电分配模块20电性连接。该电池模块30包含多个电池31～34，在本实施例中，该些电池31～34的数量为四颗，但不以此为限。该些电池31～34为串联连接，其中该充电接点Va电性连接该电池31的正极端，该充电接点Ve电性连接该电池34的负极端。本实施例中，各个电池31～34所能提供的输出电压值为3.7V。
在本较佳实施例中，该充电分配模块20是由多个直流转换电路组成，各直流转换电路分别连接该发电装置10，并将该发电装置10提供的电压值转换成该额定电压值后，分别提供给该些电池31～34充电。举例来说，各该直流转换电路的输入端分别电连接至该发电装置10接收该发电装置10提供的电压，且各该直流转换电路的输出端分别连接至该些电池31～34的正极与负极，以对该些电池31～34充电。也就是说，其中一直流转换电路的输出端分别连接该充电接点Va与Vb，另一直流转换电路的输出端则分别连接该充电接点Vb与Vc，以此类推。
本发明利用该充电分配模块20分别对各电池31～34同时进行充电，让每个电池31～34皆以该额定电压值加以充电，降低各电池31～34发生大于或小于该额定电压值的情形，能延长该些电池31～34的使用寿命，减少更换电池31～34的频率。同时，亦能让每个电池31～34的使用寿命趋为一致，若因电池31～34老旧而必须更换，能将该电池模块30直接取下更换，不但减少更换电池31～34的次数，同时增加更换的便利性。
请参见图3，为本发明的第一应用实施例。该电池模块30更进一步连接一过充保护电路40。该过充保护电路40包含多个第一切换开关41～44、一第二切换开关45及一控制单元46。各第一切换开关41～44的一端分别与对应的各电池31～34的正极电性连接，各第一切换开关41～44的另一端再分别与一对应的功率电阻90相连接，依序串接各功率电阻90。该第二切换开关45的一端连接最末端的该功率电阻90，该第二切换开关45的另一端接回该电池模块30的负极。在一较佳实施例中，该些第一切换开关41～44及该第二切换开关45可为金氧半场效晶体管(MOSFET)或是晶体管(BJT)。
该控制单元46包含多个输入接点及多个控制接点S1～S6，其中各控制接点S1～S5电性连接各切换开关41～45。
在该充电分配模块20对各电池31～34进行充电时，该控制单元46通过各输入接点分别电性连接各充电接点Va、Vb、Vc、Vd、Ve。当任一电池31～34的电压大于该控制单元46内设定的一上限电压值，则该控制单元46会控制对应的切换开关41～45使其导通而形成一旁路回路，让该功率电阻90消耗多余的电力，让该充电分配模块20不会再对该对应的电池31～34过度充电，避免该电池31～34因过充而损坏，达到过充保护的功效。举例而言，请参考图4，假定该上限电压值预设为3.9V，当该电池31因过度充电而达到4V时，该控制单元46会量测到该电池31的跨压为4V，超过预设的上限电压值3.9V，此时该控制单元46会控制该切换开关41转为导通，让充电电流流经该切换开关41及该些功率电阻90，让该些功率电阻90消耗多余的电力，让该充电分配模块20不会对该电池31过度充电，保护该电池31不会因过充导致损毁。
请参见图5，为本发明第二应用实施例示意图。该电池模块30连接至一负载60以对该负载60供电，本发明更进一步包含一过放电保护电路50，该过放电保护电路50串接该电池模块30与该负载60。另外，该控制单元46的控制接点S6与该过放电保护电路50电性连接。
在一较佳实施例中，该过放电保护电路50为一继电器。在该电池模块30对该负载60供电时，若该控制单元46系量测到任一电池31～34的电压低于由该控制单元46内所设定的一下限电压值，则控制该过放电保护电路50转为断路，使该电池模块30不会继续对该负载60放电，保护该电池模块30中的该些电池31～34不会因电压过低造成损毁。在本实施例中，该下限电压值预设为3.2V。
在一较佳实施例中，该控制单元为一微处理器(Micro Control Unit，MCU)。
本发明除了可同时对各个电池31～34用统一的该额定电压值进行充电，延长该些电池31～34的使用寿命，更可搭配该过充保护电路40及该过放电保护电路50，当该充电分配模块20无论是对该些电池31～34过度充电，或是该负载60汲取过多的电力导致该些电池31～34过度放电，都能利用该控制单元46控制该过充保护电路40及该过放电保护电路50使该些电池31～34的电压保持一定的范围内，更能让该些电池31～34的衰退状况尽量保持一致，提高该些电池31～34的使用年限。
当然，本发明还可有其它多种实施例，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 (7)

1.一种直流电同步充电平衡系统，用于对以多个电池组成的一电池模块进行充电，其特征在于，该直流电同步充电平衡系统包含：
一发电装置；
一充电分配模块，与该发电装置电性连接，该充电分配模块具有多个充电接点，在两相邻充电接点之间提供一额定电压值，于两相邻充电接点之间供连接该电池模块中的一电池以对该电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的直流电同步充电平衡系统，其特征在于，该发电装置为一直流发电装置。
3.根据权利要求2所述的直流电同步充电平衡系统，其特征在于，更包含一过充保护电路，该过充保护电路包含：
一控制单元，具有多个输入接点及多个控制接点，该多个输入接点与该充电分配模块的各充电接点电性连接；
多个第一切换开关，各切换开关与该控制单元的对应的该多个控制接点分别电性连接，且该切换开关供分别连接至该电池模块中各电池的正极；
一第二切换开关，与该电池模块的负极一端电性连接；
其中，该控制单元根据该充电接点的电压值控制该切换开关的状态。
4.根据权利要求3所述的直流电同步充电平衡系统，其特征在于，更包含一过放电保护电路，该过放电保护电路串联该电池模块及一负载。
5.根据权利要求4所述的直流电同步充电平衡系统，其特征在于，该过放电保护电路与该控制单元电性连接，当两相邻充电接点之间的电压低于一下限电压值时，该控制单元控制该过放电保护单元转为断路以断开该电池模块与该负载之间的连接。
6.根据权利要求5所述的直流电同步充电平衡系统，其特征在于，该控制单元为一微处理器。
7.根据权利要求6所述的直流电同步充电平衡系统，其特征在于，包含多个功率电阻，各功率电阻的两端与相邻两第一切换开关电性连接后，再与该电池电性连接，或各功率电阻的两端与相邻的该第一切换开关及该第二切换开关电性连接后，再与该电池电性连接。
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