CN114069749A - 具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统，包括：复数对供串联使用的电池芯对，每对电池芯依照级串顺序，分别被标定为一奇数电池芯和一偶数电池芯；至少一供串联充电上述电池芯对的充电电极对；在各相邻的奇数电池芯和偶数电池芯间，分别设置有旁路导接的补电电极；复数个补电装置数目恰对应上述成对电池芯对数目；以及一组分别在一个断路位置、一个导通上述奇数电池芯和前述补电装置的奇数位置和一个导通上述偶数电池芯和前述补电装置的位置间切换的切换单元，借此选择个别补电充电上述奇数电池芯或上述偶数电池芯。

Description

具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统

技术领域

本发明涉及一种可充电电池系统，尤其涉及一种具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统。

背景技术

随着电子工艺进步及环保潮流，可重复充能之充电电池组已是诸多电动产品之动力来源，免除普通电池需频繁汰换之不便，且对用电量大的耗电装置，目前主要以大量电池单体作为能量来源，以日益普及的电动车辆为例，目前常采用串连众多充电电池芯级串组合作为电源、供应电能。依照目前技术水准，一般电动车辆的续航距离仅数百公里，随后就需要进行充电，而且因为所需电能动辄数千瓦，配备的电源必须能提供数十伏特电压搭配数十安培电流，并且频繁地几乎每日进行充电。

一般充电电池的充电曲线如图1所示，当以一固定电流持续充电时，在前期充入电能将如L1所示呈线性增加，但随着电池蓄电量接近饱和，持续充入的电能将如L2逐步减少，若保持原先的大电流输入，无疑造成充电效率降低。因此，部分充电电路的设计，将会采用前期大电流，而后期电流降低的模式进行充电。

但是考虑例如电动车等大电能用电装置，必须采用多电池芯的配置，即使原先出厂时的电池芯规格一致，但在长期频繁充电放电使用后，往往会造成相异的老化程度、充电效率以及蓄电量，无法统一上述大电流和小电流的分界。此外在快速充电的市场需求下，一般都会将这种级串式电池芯直接采用如图2所示的串联式充电，由外部直流电源90以大电流和高于电池满载电压的充电电压进行快速充电。此种充电模式虽然可以在较短时间内以高速快充，但不幸地，当其中有任一电池芯92已经达到满电时，将迫使整条充电电路断路，其他同一级串上的其他电池芯将无法再继续充电，由此造成整组级串电池芯92的充电无法达成饱和。

为解决上述充电问题，如图3所示，中国台湾第I358146号发明专利在每一电池芯82旁分别设置一组并连电路84，且分别量测每一电池芯的充电状态，当任一电池芯已经达到满载，就会由充电的串行电路中被脱机，并且让外部直流电源80所提供的充电电流经由旁路越过该电池芯82，直到所有电池芯均被充饱为止。

然而，此种充电方式存在下列问题，一方面由于每一电池芯都必须搭配一组旁路组件组，使得控制系统复杂化；更糟的是，由于完全依赖同一组充电装置，即使将充饱的电池芯脱机而停止持续对其进行不必要的过度充电，但由于整条线路必须串联导通，使得尚未完成充电的电池芯仍然被持续充电，充电电流在避开充饱的电池芯时，需要经过旁路电路组件，使得原本应该用来充电的电能被旁路组件无谓消耗，尤其是此时仍采用大电流灌入，充电效能相对较低，不符合用电的效率考虑。

因此，若能在整体电池芯电量均低的情况下，采取高电流快充，并且在部分电池芯已经充饱的状态，提供低电流补电的差异化充电，并且在补电状态时提供低电能输入状态，将可让充电效率和充电速率两者达成良好匹配，使得搭配消耗大电能的移动式电动装置的电源，可以被有效率且环保节能地反复充电。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统，旨在实现如下目的：(1)借由旁路导接的补电电极，让大电流地高效能充电模式和低电流的补电模式分路，减少不必要资源浪费。(2)借由奇数电池芯和偶数电池芯轮流补电，让每一补电装置同时搭配两组电池芯，简化补电机具。(3)让每一电池芯均可借由补电而被分别充饱，达成用电需求。

根据实施例，本发明提供的一种具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统，包括复数对供串联使用的电池芯对，每对上述电池芯依照级串顺序，分别被标定为一奇数电池芯和一偶数电池芯；至少一供串联充电复数对上述电池芯对的充电电极对；在各相邻的上述奇数电池芯和上述偶数电池芯间，分别设置有旁路导接的补电电极；复数个补电装置，前述补电装置数目恰对应上述成对电池芯对数目；一组分别在一个导通上述奇数电池芯和前述补电装置的奇数位置和一个导通上述偶数电池芯和前述补电装置的位置间切换的切换单元，借此选择个别补电充电上述奇数电池芯或上述偶数电池芯。

相对于现有技术，本发明技术方案中，由于补电电极是由每一奇数电池芯和相邻的偶数电池芯之间旁路导接，和主要的充电电极采用串接充电不同，因此在各电池芯储电都已经消耗大部分的状况下，可以选择用充电电极施加大电流快速充电，但当所有级串电池芯中已经有部分充饱时，将改用补电电极，以低于上述串接充电的小电流，经由复数补电装置轮流选择性地向奇数电池芯或偶数电池芯充电，直到全数充饱。此种充电方式既可以达成初步充电时的高速率快充，又可以在后期改以低电流高充电效率补满各电池芯中的电能，尤其是补电装置仅需配置所有电池芯的一半数目，一举达成上述目的。

附图说明

图1是一般充电电池芯在恒定电流及恒定电压下的蓄电电压-时间曲线。

图2是现有技术中串接电池芯充电结构示意图。

图3是现有技术中采用旁路组件的级串电池芯充电结构示意图。

图4是本发明较佳实施例的结构示意图(说明充电状态)。

图5是图4实施例的补电状态示意图(说明补电至奇数电池芯的作动情况)。

图6是图4实施例的补电状态示意图(说明补电至偶数电池芯的作动情况)。

图7是图4实施例的电路方块示意图。

其中：1为可充电电池系统；10为充电电极；11、13为奇数电池芯；12、14为偶数电池芯；20、21、22、23、24为补电电极；31、32、33、34为切换装置；4为量测装置；5为控制装置；6为储存装置；70、80、90为外部直流电源；71、72为补电电源；82、92为电池芯；84为并连电路；L1、L2为曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。

如图4所示，本发明较佳实施例提供的一种具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统1，包括复数电池芯，在本实施例中是以16个级串电池芯为例，为便于说明起见，仅绘示其中4个，并且将每两个电池芯分为一对，依级串顺序将第1、3…标定为奇数电池芯11、13…，而第2、4…标定为偶数电池芯12、14…。由于本实施例中所有电池芯都是串接，因此在整串电池芯的头尾两侧，分别设置有一个充电电极，当所有电池芯都需要同步充电时，由一外部直流电源70导接至该对充电电极10，对所有串接回路上的每一电池芯同步进行大电流快速充电。

如上所述，由于每一电池芯11、12、13、14…的老化程度不一，各自的蓄电容量会逐步差异化，使得快速充电无法同步满足每一电池芯；因此当已经有部分电池芯接近满载时，将会停止快充的大电流充电模式，改为启动本发明的补电模式。由于依照本发明所揭露的结构设计，在各相邻的上述奇数电池芯11、13…和上述偶数电池芯12、14…间，分别设置有旁路导接的补电电极20、21、22、23、24…，因此当复数个切换装置31、32、33、34…从上述充电模式的断路位置，分别转换为图5所示，导接至标号A的奇数位置时，外部补电电源71、72…的正负极，将分别透过例释为接头的补电装置，分别向奇数电池芯11、13…进行低电流补电，由于此时的电流量会小于上述串接充电，因此使得各奇数电池芯的补电状态不会无谓大量耗费电能，提升后期的补电效率。

在本实施例中，每当补电例如五分钟后，将会暂停对此奇数电池芯11、13…的补电，并且对每一奇数电池芯的电压进行量测并暂存至控制装置，随后如图6所示，在例如六秒钟后，将前述切换装置31、32、33、34…再分别转换为导接至标号B的偶数位置，对偶数电池芯12、14…进行低电流的补电五分钟，并且轮流进行奇数电池芯和偶数电池芯的补电，直到所有电池芯都储存预定电能为止。过程中如图7所示，是由量测装置4分别量测各电池芯所储存的电能，控制装置5在判定各电池芯的电能后，将输出该数值至储存装置6暂存，借此作为最新电量的依据。

由于切换装置可在断路位置、奇数位置和偶数位置之间切换，前期充电时旁路的补电电极将不发生任何作用，单纯借由充电电极以大电流串接上述奇数电池芯和偶数电池芯进行高速充电，但在充电达到一预定电能后，切换装置将会轮流切换至奇数位置和偶数位置，借此让外部的补电电源71、72…轮流分别对个别奇数电池芯和偶数电池芯进行高效率且低电流补电，可以同时兼顾前期的快速充电和后期补电时的充电效率，避免浪费长时间充电，也避免不必要的电能浪费，加以，补电的外部电源数目仅需要设置为电池芯数目的一半，也可以降低补电所需要的设备成本。

当然，如本技术领域具有专业知识人士所能轻易理解，本实施例中的轮流对奇数电池芯和偶数电池芯轮流充电五分钟仅是举例，并非限制条件，无论是补电的时间长短，例如将每次补电轮换的时间缩短至例如100ms，且中间暂停1ms作为量测之用，或者是单次将所有奇数电池芯先补电至饱和，再轮换成对偶数电池芯进行补电，都无碍于本发明的实施。

Claims (4)

1.一种具有复数级串电池芯及轮替式补电装置的可充电电池系统，其特征是，包括：

复数对供串联使用的电池芯对，每对上述电池芯依照级串顺序，分别被标定为一奇数电池芯和一偶数电池芯；

至少一供串联充电复数对上述电池芯对的充电电极对；

在各相邻的上述奇数电池芯和上述偶数电池芯间，分别设置有旁路导接的补电电极；

复数个补电装置，前述补电装置数目恰对应上述成对电池芯对数目；以及

一组分别在一个断路位置、一个导通上述奇数电池芯和前述补电装置的奇数位置和一个导通上述偶数电池芯和前述补电装置的位置间切换的切换单元，借此选择个别补电充电上述奇数电池芯或上述偶数电池芯。

2.如权利要求1所述的可充电电池系统，其特征是，进一步包括分别量测上述每一上述奇数电池芯和上述偶数电池芯电能的量测装置。

3.如权利要求2所述的可充电电池系统，其特征是，进一步包括用以接受上述量测装置的量测结果，判别每一上述奇数电池芯和上述偶数电池芯电能的控制装置。

4.如权利要求3所述的可充电电池系统，其特征是，进一步包括用以储存上述电池芯能量数值的储存装置。

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