TW200937798A - Balance circuit for battery pack - Google Patents

Description

200937798 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種充電電路’尤其涉及一種可對鋰電池 組的每個電池單元進行均等充電的充電平衡電路。

【先前技掏J 按，當今之大多數便攜式數位產品皆有賴於可充電電 池提供電能。而在實際應用中，由於單一電池所提供的電 ❹ 壓有限，因此通常採用將多個電池單元串聯成電池組的方 式向數位產品提供電能。在電池組的電能耗盡後，需要藉 由充電電路對電池組進行充電。 然而在對串聯的電池組進行充電時，經常會出現「電 池單元不平衡」的現象而影響電池組的正常充電。這種現 像係由於串聯電池組中各電池單元内殘餘電量不等造成 的。因此，在對電池組進行充電時，殘餘電量較多的電池 〇 單元將比殘餘電量較少的電池單元更快的達到充電飽和狀 態。當一電池單元已達到充電飽和狀態時，該電池組的保 護1C將啟動過壓保護（〇ver v〇itage pr〇teeti〇n)功能，阻 止充電電路繼續向電池組充電，而其它尚未達到充電飽和 狀態的電池單元不能繼續充電達到飽和。放電時，未達到 充電飽和的電池單元因提前達到一預設的殘餘電量而啟動 保s蔓1C的過放保護（under Voltage Protection )功能而使 電池組停止向外提供電能。因此「電池單元不平衡」的現 5 200937798 象將導致電池組頻繁充電，從而影響數位產品之正常使用 且影響電池的壽命。 為了克服上述「電池單元不平衡」現象之影響，業界 赘明了一種串聯電池組充電電路，如第一圖所示。該串聯 電池組充電之方法，係在一電池組B，的第一電池B1，的兩 啕教聯—串聯的第一電阻R1，和第一開關SW1’及在一與該 第 〜電池ΒΓ串聯的第二電池B2’的兩端並聯一串聯的第二 電随玟2,和第二開關sw2,。 於充電時，若第一電池ΒΓ先達到充電平衡，則該第一 開關SW1，導通。此時，原本流經第一電池B1，之部分充電 電流經由該第一電阻R1，及第一開關SW1’流入第二電池 Β2» ’從而防止因電池組B，啟動過充保護功能而停止充電， 运而繼續對尚未達到飽和狀態的第二電池B2,進行充電。 惟’由於實際充電電路中之充電電流很大，在啟動第 ，關S W1後，仍將有一較大的電流流過前述之第一電池 。’因而導致平衡電路的充電效果不佳，不能有效的達成 電池魬B，的充電平衡。 【發明内容】 〜本發明的目的係針對上述習知技術存在之缺陷，提供 種有效對電池組進行平衡充電的電池組充電平衡電路。八 為達成上述目的’本發明提供了—種電池組充電平衡 ，用於連接在—充放電電路的兩充放電端之間以對一 6 200937798 由複數個串聯在一起的電池單元組成的電池組進行充電。 該電池組充電平衡電路包括一第一平衡控制電路、一第二 平衡控制電路及一保護電路。第一平衡控制電路與充放電 電路的一充放電端連接。該第一平衡控制電路具有複數個 串聯連接的並分別與相應的電池單元並聯的控制單元，每 一控制單元皆包括串聯連接的一開關元件及一電阻元件。 第二平衡控制電路連接在充放電電路的另一充放電端和第 一平衡控制電路之間，其具有並聯的第一支路及第二支 路，第一支路包括開關元件，第二支路包括串聯在一起的 開關元件和電阻元件。保護電路具有多個控制端，該等控 制端分別與上述各開關元件連接。在第一平衡控制電路的 開關元件皆斷開時，保護電路控制第一支路的開關元件導 通而控制第二支路的開關元件斷開；在第一平衡控制電路 的至少一開關元件導通時，保護電路控制第二支路的開關 元件導通而控制第一支路的開關元件斷開。 如上所述，本發明電池組充電平衡電路藉由該保護電 路控制第二平衡控制電路的第一支路或第二支路的導通而 控制充放電電路中充電電流的大小，同時藉由與電池單元 並聯的控制單元對電池組中的達到一預設之不平衡保護啟 動電壓點的電池單元進行分流，因而防止保護電路過早的 啟動過充保護功能，從而得以繼續對電池組的電池單元進 行充電以有效達到各電池單元的充電平衡。 200937798 【實施方式】 為詳細說明本發明之技術内容、所達成的目的及功 效，以下茲舉實施例並配合圖式詳予說明。 請參閱第二圖，其揭示了本發明電池組充電平衡電路E 的一實施例。本發明電池組充電平衡電路E與一充放電電 路10連接以對一電池組B進行充電。該充放電電路10具 有兩充放電端11、12。該電池組B係由複數個串聯在一起 ϋ 的電池單元組成，在本實施例中，電池組B由第一電池單 元Β1及第二電池單元Β2串聯而成。 所述電池組充電平衡電路Ε包括：第一平衡控制電路 C卜第二平衡控制電路C2及保護電路Ρ。保護電路Ρ與充 放電電路10的充放電端11連接以由該充放電電路10或電 池組Β提供工作電壓，其具有多個控制端。在本實施例中， 保護電路Ρ具有六個控制端，該六個控制端的標號分別為 Ο Ρ1-Ρ6。 第一平衡控制電路C1具有複數個串聯連接的控制單 元。其中，每一控制單元皆依次與電池組Β中相應的一電 池單元並聯，且每一控制單元皆包括串聯連接的一開關元 件及一電阻元件。在本實施例中，第一平衡控制電路C1 具有兩個控制單元，其中，第一控制單元包括一第一開關 SW1及一第一電阻R1。該第一開關SW1為一場效應三級 管，其栅極（Gate Electrode)與保護電路Ρ的控制端Ρ1 200937798 連接，其漏極（Drain Electrode)與充放電電路10的充放 電端11和第一電池單元B1的正極連接，第一電阻R1連接 在第一開關SW1的源極（Source Electrode )與第一電池單 元B1的負極之間；第二控制單元包括一第二開關SW2及 一第二電阻R2，第二開關SW2亦為一場效應三級管，其 柵極與保護電路P的控制端P2連接，其漏極與第二電池單 元B2的正極連接，第二電阻R2連接在第二開關SW2的源 p 極與第二電池單元B2的負極之間。 第二平衡控制電路C2包括相互並聯的一第一支路A1 及一第二支路A2。第一支路A1包括相互串聯的一第三開 關SW3及一第四開關SW4。第三開關SW3和第四開關SW4 為場效應三級管，第三開關SW3的源極與第一平衡控制電 路C1的第二電阻R2和第二電池單元B2的負極連接，第 三開關SW3的漏極與第四開關SW4的漏極連接，第三開 Q 關SW3的柵極與保護電路P的控制端P3連接；第四開關 SW4的源極與充放電電路10的充放電端12連接，第四開 關SW4的柵極與保護電路P的控制端P4連接。 第二支路A2包括相互串聯的一第五開關SW5、一第 六開關SW6及一第三電阻R3。第五開關SW5和第六開關 SW6為場效應三級管，第五開關SW5的源極與第一平衡控 制電路C1的第二電阻R2和第二電池單元B2的負極連接， 第五開關SW5的漏極與第六開關SW6的漏極連接，第五 9 200937798 開關SW5的柵極與保護電路P的控制端P5連接；第六開 關SW6的柵極與保護電路P的控制端P6連接；第三電阻 R3連接在第六開關SW6的源極與充放電電路10的充放電 端12之間。 本發明所揭露之電池組充電平衡電路E對電池組B進 行充電的過程說明如下： 在第一電池單元B1及一第二電池單元B2皆未達到一 預設的不平衡保護啟動電壓點（該電壓點通常小於充電飽 和的電壓點）時，第一開關SW1、第二開關SW2、第五開 關SW5及第六開關SW6皆處於斷開狀態，第三開關SW3 及第四開關SW4皆處於導通狀態，因此充放電電路10之 充放電端11輸出的充電電流經電池組B的第一電池單元 B1、第二電池單元B2、第三開關SW3及第四開關SW4流 入充放電電路10之充放電端12。 若電池組B中的一電池單元先達到預設的不平衡保護 啟動電壓點，保護電路P觸發第三開關SW3及第四開關 SW4斷開，使第五開關SW5及第六開關SW6導通，從而 使第三電阻R3串入電路，以減小電池組B的充電電流； 同時，使與達到不平衡保護啟動電壓點的電池單元並聯的 控制單元導通，以分流該電池單元的充電電流，從而防止 其因過充而損壞；此時，與其它電池單元並聯的控制單元 保持斷開，從而繼續以較大的電流對其它電池單元充電至 200937798 充電平衡。 現以第一電池單元B1先達到不平衡保護啟動電壓點 為例進行說明。此時保護電路P使第二開關SW2、第三開 關SW3及第四開關SW4斷開，使第一開關SW1、第五開 關SW5及第六開關SW6導通，從而通過第三電阻R3減小 該電池組充電平衡電路E的充電電流。由於第一開關SW1 導通而將充電電流分流至第一電阻R1，因此減小了流過第 P —電池單元B1之電流，這延長了第一電池單元B1達到充 電飽和的時間以防止保護電路P過早的啟動過壓保護之功 能，從而繼續對電池組B的其他電池單元進行充電。 當電池組B放電時，電池組充電平衡電路E中之第一 支路A1的第三開關SW3、第四開關SW4保持導通，第一 開關SW1、第二開關SW2、第五開關SW5、第六開關SW6 皆處於斷開狀態，從而藉由充放電電路10向一電子裝置（圖 ⑩ 未示）提供電能。 綜上所述，本發明電池組充電平衡電路E藉由保護電 路P控制第一支路A1或第二支路A2導通，從而控制電池 組B充電電流的大小；同時藉由控制單元對電池組B中的 達到不平衡保護啟動電壓點的電池單元分流，因而防止保 護電路P過早的啟動過充保護功能，從而得以繼續對電池 組B的其他各電池單元進行充電，以有效達到各電池單元 的充電平衡。 11 200937798 本發明由上述揭露之構造，可以達到所述之功效，且 本發明之申請合乎專利之要件，故依法提出申請。惟，以 上所揭露者，僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本 發明之權利範圍。至於本發明之其他等效之修飾或變化， 皆應涵蓋在以下本案之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖係習知技術所揭露之電池組平衡電路的電路 ❹ 圖。 第二圖係本發明電池組平衡電路之一實施例的電路 圖。 【主要元件符號說明】 [習知技術] 電池組 B, 第一電池 ΒΓ 第二電池 B2， 第一電阻 R1， 第一開關 SW1， 第二電阻 R2, 第二開關 SW2， [本發明] 電池組充電平衡電路 E 第一平衡控制電路 C1 第二平衡控制電路 C2 充放電端 11、12 第一支路 A1 第二支路 A2 第一開關 SW1 12 200937798 第二開關 SW2 第三開關 SW3 第四開關 SW4 第五開關 SW5 第六開關 SW6 第一電阻 R1 第二電阻 R2 第三電阻 R3 電池組 B 第一電池單元 B1 第二電池單元 B2 充放電電路 10 保護電路 P 控制端 PI- P6

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Claims (1)

1. 200937798 十、申請專利範圍： 1. 一種電池組充電平衡電路，用於連接在一充放電電 路的兩充放電端之間以對一由複數個串聯在一起的電池單 元組成的電池組進行充電，該電池組充電平衡電路包括： 一第一平衡控制電路，與充放電電路的一端連接，該 第一平衡控制電路具有複數個串聯連接的並分別與相應的 電池單元並聯的控制單元，每一控制單元皆包括串聯連接 q 的一開關元件及一電阻元件； 一第二平衡控制電路，連接在充放電電路的另一端和 第一平衡控制電路之間，其具有並聯的第一支路及第二支 路，第一支路包括開關元件，第二支路包括串聯在一起的 開關元件和電阻元件；及 一保護電路，其具有多個控制端，該等控制端分別與 上述各開關元件連接，在第一平衡控制電路的開關元件皆 Q 斷開時，保護電路控制第一支路的開關元件導通而控制第 二支路的開關元件斷開，在第一平衡控制電路的至少一開 關元件導通時，保護電路控制第二支路的開關元件導通而 控制第一支路的開關元件斷開。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電池組充電平衡電 路，其中所述第一支路由兩個串聯連接的開關元件組成。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電池組充電平衡電 路，其中所述第二支路由兩開關元件和一個電阻元件組成。 14