CN1353472A - 蓄电器串联组电压平衡装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法,一调节蓄电器,与串联组中一蓄电器并联,使调节蓄电器与所并联的蓄电器进行电压平衡;一变动开关,装设于调节蓄电器与串联蓄电器组之间,一端与调节蓄电器接设,另一端与其他各蓄电器分别连接;利用该变动开关使调节蓄电器轮流与蓄电器串联组中的单一蓄电器连接,不但避开了短路的可能,调节蓄电器与各蓄电器轮流进行电压平衡,使串联的各个蓄电器随时保持非常接近的电压。

Description

蓄电器串联组电压平衡装置及其方法

本发明是有关于一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，尤指利用一调节蓄电器及一变动开关达到平衡各个蓄电器电压的蓄电器串联组电压平衡装置及其方法。

当前，目前一般市面上所使用的蓄电器大多为二次电池或蓄电池，以下我们简称电池，并以电池为例；一般电池的电压大多数都低于5伏特，但于实际的应用上其所需操作电压往往超过单一电池的电压，因此需将数个电池串联使用。然而，当电池串联成电池组使用时必需有一先决条件，亦即，每一单颗电池的电量必须相同，而且充放电效率也必须一致，否则在几次充放电后，电池组中的各个电池就会有过充或过放的情形发生，如此不仅电池的性能与寿命会大幅降低，也会导致电池的安全性降低。

再者，在各种电池系统中，此类问题有时可接着过充电的方式使各电池组中的电池回复完全充电的状态而解决，然而，此种方式必须电池系统本身具有能忍受过充电的机制；诸如，铅酸电池，镍氢电池，镍镉电池等皆可接着充电时气体的产生及反应来完成此一机制。但是纵然如此，此种机制常常必须强制过充才能保证电池的归零，而过分的过充电也会造成电池性能及寿命的降低，安全性也因而降低。至于电池系统不具有或仅有轻微的过充电机制，则无法以此种方式归零；在此情形下就必须接着外加装置达成归零的目的，例如：在电池组中的各单一电池与具有电池最高充电电压的稽纳二极管(Zener Diode)并联，当电池电压等于(达到)设定电压后，稽纳二极管即开始导电，分担部分电流以降低过充电程度；不过仅利用稽纳二极管的功能并无法完全完成此种机制，一旦长时间的过充，稽纳二极管中的崩溃电流持续导通，会造成稽纳二极管的温度上升，甚至击穿稽纳二极管形成短路，而造成更大的损坏。除此之外，一般的充电保护装置则只是利用电压侦测控制各电池的充放电电压落于一设定范围以避免危险，而无任何平均方式补偿各电池逐渐产生的累积性差异。

此外，针对一般大电流充电时，无法采用上述现有的方式，是先使用浮充(即以高于电池组甚多的电压，加于电池组的两端，利用跨于电池两端的电压高于电池的电压，瞬间提升电池电压，以产生大电流充电效用的方式)快速充电一段时间后，再以均充(即以相当于电池组充电完成时的电压，加于电池组的两端，以小电流充电的方式)的方式对电池组充电；此一方式乍看之下似乎不错，但仍有其困难存在；何时该使用浮充，何时该使用均充，无法确实的判断，因电池的蓄电量无法以量得的电压做判断的基准，一旦浮充使用的时间过长，电池会因过高的电压而产生危险，而时间太短，又无法达到归零的目的。

因此如何找到一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，不仅可与各个蓄电器进行平衡，同时可补偿各蓄电器间逐渐产生的累积性差异，更不会产生短路的情况，实为使用者殷切盼望及本发明人欲行解决的困难点所在，本发明人经过长久的努力，研发出一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，针对上述蓄电器组所产生的问题，提出一种解决的装置及其方法。于是；

本发明的主要目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，以一调节蓄电器并联于蓄电器的两端，达到平衡蓄电器电压的目的。

本发明的次要目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，以每颗蓄电器依序进行电压平衡，达到使串联蓄电器组中的各个蓄电器随时保持非常接近的电压。

本发明的又一目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，以每颗蓄电器依序进行电压平衡，因每次仅与一颗蓄电器并联，达到不会发生短路的情况。

本发明的又一目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，其中该调节蓄电器与蓄电器间可串接电阻，达到可调整电压平衡的速度。

本发明的又一目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，其中变动开关持续作动于充电及放电时间内，达到充电时可平衡蓄电器电压及放电时亦可平衡蓄电器电压的目的。

本发明的又一目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，利用电压平衡及电量调节的方式，达到减少蓄电器组中因区域温差所造成的性能差异。

本发明的又一目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，使得蓄电器不需在相同的充电状态下，即可进行串联组装。

本发明的又一目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，可依使用者需求并联调节蓄电器。

本发明的又一目的，在于提供一种蓄电器串联组电压平衡装置及其方法，可依使用者需求串联调节蓄电器。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种蓄电器串联组电压平衡装置，其主要结构是包含：

一变动开关，是与蓄电器串联组中的各蓄电器相并联；及

一调节蓄电器，其两端与该变动开关相接设，借该变动开关的闭合与开路，并联至该蓄电器串联组中单一的蓄电器；其作动时，是借该变动开关依序闭合与开路，使得该调节蓄电器每次仅与蓄电器串联组中单一蓄电器并联，吸收或供应该单一蓄电器的部分电量，接着再与其他单一蓄电器并联，如此循环不止，借该调节蓄电器来回的搬运电量，可使蓄电器串联组的各个蓄电器随时保持非常接近的电压。

该调节蓄电器尚可串接一电阻，以改变电压平衡的速率。

该蓄电器串联组中的蓄电器是为一次电池。

该蓄电器串联组中的蓄电器是为二次电池。

该蓄电器串联组中的蓄电器是为电容器。

该蓄电器串联组中的蓄电器是为超级电容器。

该变动开关是为电子式开关。

该变动开关是为机械式开关。

该调节蓄电器是为可储存电量的元件。

该调节蓄电器是为可输出电量的装置。

该平衡装置可并联多组，以增加电压平衡的速率。

该平衡装置可串联多组，以增加蓄电器串联组的电压。

该变动开关的动作时间，是依量测个别蓄电器的电压大小而调变。

该调节蓄电器尚可接上一电源供应器，当调节蓄电器依序导接于蓄电器时，即可对该蓄电器做定电压充电。

该电压平衡装置是可用于电子产品上。

该电压平衡装置是可用于电机产品上。

该电压平衡装置是可用于机械产品上。

该电压平衡装置是可用于电池保护装置。

该电压平衡装置是可用于充放电器。

该电压平衡装置是可用于蓄电器串联组。

该电压平衡装置是可用于超级电容器串联组。

该电压平衡装置是可用于太阳能电池串联组。

一种蓄电器串联组电压平衡方法，其特征是：其主要步骤有：

a.连动开关1闭合，并联调节蓄电器与第一颗蓄电器；

b.连动开关1开路，使调节蓄电器开路；

c.连动开关2闭合，并联调节蓄电器与第二颗蓄电器；

d.连动开关2开路，使调节蓄电器开路；

e.依序执行至连动开关N闭合，并联调节蓄电器与第N颗蓄电器；

f.连动开关N开路，使调节蓄电器开路；及

g.回到步骤a重复执行。

其步骤e中该N是为串联蓄电器的总数。其中该N大于等于2。

本发明相比现有技术具有如下优点：本发明不仅可防止过充放时的危险，同时增进蓄电器性能及延长其寿命，不仅可避开蓄电器间短路的可能，更可进而调节因蓄电器组区域温差所造成的性能差异。

兹为更能了解本发明的目的特征及功效，仅以较佳的实施例，并配合所附的图示说明，对本发明做一详细说明，说明如后：

【图示说明】

图1：为本发明中以电容器为调节蓄电器依序并联电池组的示意图；

图2：为本发明中改变电压平衡速率的示意图；

图3：为本发明中变动开关的示意图；及

图4：为本发明中电压平衡处理流程的方块图。

请参阅图1，为本发明中以电容器为调节蓄电器依序并联电池组的示意图；如图所示，一串联电池组10，其中包含至少一个以上的电池12串联组成，另有一电容器14(本实施例中为电容器，但实际应用时并不限定为电容器，亦可为具蓄电效能的调节蓄电器)，依序并联于该电池12的两端进行电压平衡，亦即先与第一颗电池120并联进行电压平衡，接着再与第二颗电池122并联进行电压平衡，此时与该第一颗电池120间为开路的状态，依此类推，该电容器14依序与串联电池组10中的电池12进行电压平衡，周而复始，随时可保持各电池12间具一非常相近的电压。

请参阅图2，为本发明中改变电压平衡速率的示意图；如图所示，一串联电池组20，其中包含至少一个以上的电池22串联组成，另有一电容器24及一电阻26以串联的方式组成一电压平衡装置，依序并联于该电池22的两端进行电压平衡，亦即先与第一颗电池220并联进行电压平衡，接着再与第二颗电池222并联进行电压平衡，此时与该第一颗电池220间为开路的状态，该电容器24与该电阻26组成的电压平衡装置，依序与串联电池组20中的电池24进行电压平衡，周而复始，随时可保持各电池12间具一非常相近的电压。其中该电阻26及该电容器24是可依需求的平衡速率做调变。

请参阅图3，为本发明中变动开关的示意图；如图所示，一串联电池组30，是包含第一颗电池300、第二颗电池302及第三颗电池304；一变动开关32，设有一组连动开关A、一组连动开关B及一组连动开关C；该变动开关32是连结该串联电池组30与一电容器34；实施时，首先连动开关A闭合，而连动开关B及连动开关C为开路的状态，此时该电容器34是与该第一颗电池300并联，同时对第一颗电池300进行电压平衡，接着连动开关A开路且连动开关B闭合，而连动开关C保持开路的状态，此时该电容器34是与该第二颗电池302并联，同时对第二颗电池302进行电压平衡，接着连动开关B开路且连动开关C闭合，而连动开关A保持开路的状态，此时该电容器34是与该第三颗电池304并联，同时对第三颗电池304进行电压平衡，利用该变动开关32中的连动开关依序闭合及开路，使得该串联电池组30于充电或放电过程中，保持各电池的电压差为最小的情况。

请参阅图4，为本发明中电压平衡处理流程的方块图；如图所示，其主要步骤如下：

步骤41，连动开关1闭合，此时电容器与第一颗电池并联，同时对第一颗电池进行电压平衡；

步骤42，连动开关1开路，此时电容器为开路的状态；

步骤43，连动开关2闭合，此时电容器与第二颗电池并联，同时对第二颗电池进行电压平衡；

步骤44，连动开关2开路，此时电容器为开路的状态；

步骤45，连动开关依序闭合及开路，至连动开关N闭合，此时电容器与第N颗电池并联，同时对第N颗电池进行电压平衡；及

步骤46，连动开关N开路，此时电容器为开路的状态；跳回步骤41继续执行。

本发明于实施时，利用变动开关不断改变其导通的位置，同时因各个蓄电器量测所得的电压不同，相对的该变动开关于每个蓄电器导通的时间亦不相同，相对的该变动开关于每个蓄电器导通的电量亦不相同，因而达到使每个蓄电器电量相同的目的；另外，可于该调节蓄电器接上电源供应器，当调节蓄电器依序导接于蓄电器时，即可对该蓄电器做定电压充电。

综上所述，本发明不仅可提供一种充电时蓄电器电压平衡装置，同时在放电时及开路时亦可进行电压调整，进而达到使各个蓄电器完全放电；此外，其电压平衡的速率亦可依使用者的需要而改变，且不会因此伤害蓄电器电性及寿命，实为一具有新颖性、创造性及实用性的发明创造，应符合我国专利法专利申请要件，故依法提出发明专利申请。

惟以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (25)

1.一种蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其结构是包含：

一变动开关，是与蓄电器串联组中的各蓄电器相并联；及

一调节蓄电器，其两端与该变动开关相接设，借该变动开关的闭合与开路，并联至该蓄电器串联组中单一的蓄电器；其作动时，是借该变动开关依序闭合与开路，使得该调节蓄电器每次仅与蓄电器串联组中单一蓄电器并联，吸收或供应该单一蓄电器的部分电量，接着再与其他单一蓄电器并联，如此循环不止，借该调节蓄电器来回的搬运电量，使蓄电器串联组的各个蓄电器随时保持非常接近的电压。

2.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该调节蓄电器尚可串接一电阻，以改变电压平衡的速率。

3.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该蓄电器串联组中的蓄电器是为一次电池。

4.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该蓄电器串联组中的蓄电器是为二次电池。

5.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该蓄电器串联组中的蓄电器是为电容器。

6.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该蓄电器串联组中的蓄电器是为超级电容器。

7.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该变动开关是为电子式开关。

8.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该变动开关是为机械式开关。

9.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该调节蓄电器是为储存电量的元件。

10.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该调节蓄电器是为输出电量的装置。

11.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该平衡装置并联多组，以增加电压平衡的速率。

12.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该平衡装置串联多组，以增加蓄电器串联组的电压。

13.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该变动开关的动作时间，是依量测个别蓄电器的电压大小而调变。

14.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该调节蓄电器尚接上一电源供应器，当调节蓄电器依序导接于蓄电器时，即对该蓄电器做定电压充电。

15.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于电子产品上。

16.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于电机产品上。

17.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于机械产品上。

18.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于电池保护装置。

19.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于充放电器。

20.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于蓄电器串联组。

21.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于超级电容器串联组。

22.如权利要求1所述的蓄电器串联组电压平衡装置，其特征是：其中该电压平衡装置是用于太阳能电池串联组。

23.一种蓄电器串联组电压平衡方法，其特征是：其主要步骤有：

a.连动开关1闭合，并联调节蓄电器与第一颗蓄电器；

b.连动开关1开路，使调节蓄电器开路；

c.连动开关2闭合，并联调节蓄电器与第二颗蓄电器；

d.连动开关2开路，使调节蓄电器开路；

e.依序执行至连动开关N闭合，并联调节蓄电器与第N颗蓄电器；

f.连动开关N开路，使调节蓄电器开路；及

g.回到步骤a重复执行。

24.如权利要求23所述的蓄电器串联组电压平衡方法，其特征是：其步骤e中该N是为串联蓄电器的总数。

25.如权利要求24所述的蓄电器串联组电压平衡方法，其特征是：其中该N大于等于2。

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