TW201115878A - System and module and device and method for charging battery - Google Patents

Description

201115878 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種電池組的平衡充電系統、充電模組、 充電裝置及充電方法，且特別係有關於可平衡充電之電池組的 平衡充電系統、充電模組、充電裝置及充電方法。 【先前技術】 通常’當電池（例如鐘電池）應用於例如電動工具或電動 Φ 車，需同時串聯多個電池’以提供較高的電壓。當多個電池所 組成的電池組進行充電時，若其中某一電池過度充電，則電池 容易損壞也會產生大量的熱有爆炸的風險；若其中某一電池充 電不足，則容易影響總體電池組的電量。再者，在電池使用一 特定時間後，串聯電池組中之每一電池的電壓、阻抗會產生變 異，因而導致每-電池的電壓與容量值具有差異和不平衡的問 題，進行降低電池壽命。

【發明内容】 •種電池組的平衡充電 ’藉以平衡電池組的充 因此本發明之一方面係在於提供一 系統、充電模組、充電裝置及充電方法， 電’避免電池過充或不足的問題。

種電池組的平衡充電系$ 201115878 統、充電模組、充電裝置及充電方法，藉以利用簡易的電路架 構來達到平衡充電的功效。 根據本發明之實施例，本發明之電池組充電裝置，用以對 電池組進行充電’其中電地組係由複數個電池來串聯組成，電 池組充電裝置包含電源分配單元、切換器及複數個充電控制單 元。電源分配單元係電性連接於此些電池，其中當電池之其中 者的電壓或容里到達預設值時，電源分配單元係根據彳貞測信 號來產生複數個小電流電源。切換器係電性連接於充電電源、 電池組及電源分配單元，當進行電池組的充電時，切換器係切 換充電電源至電池組’當電源分配單元接收到偵測信號時，切 換器切換充電電源至電源分配單元，以產生小電流電源。充電 控制單元係電性連接於電源分配單元與電池之間，其中小電流 電源係經由充電控制單元來分別對電池進行充電。 又’根據本發明之實施例，上述電池組充電裝置可應用於 電池組的充電模組及系統。 又’根據本發明之實施例’本發明之電池組充電方法，用 以對電池組進行充電’其中電池組係由複數個電池來串聯組 成’此方法包含以下步騾：提供充電電源至電池組來進行大電 流串聯充電；偵測每一電池的電壓或充電容量；以及當電池之 其中一者的電壓或容量到達預設值時，提供複數個小電流電源 至電池’以進行小電流獨立充電’其中小電流獨立充電係個別 地對每一電池進行充電。 因此’本發明之電池組的平衡充電系統、充電模組、充電 褒置及充電方法可具有充電平衡的功效，以避免電池過充或不 足的問題。且本發明之電池組充電裝置的電路架構相當簡易， 而可大幅節省成本。 201115878 【實施方式】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更 明顯易懂，本說明書將特舉出一系列實施例來加以說明。但值 得注意的係，此些實施例只係用以說明本發明之實施方式，而 非用以限定本發明。 請參照圖1 ’其繪示依照本發明之一實施例之電池組平衡 充電系統的系統方塊示意圖。本實施例的電池組平衡充電系統 100可包含電池充電模組1〇1和充電器1〇2，充電器1〇2可提 供一充電電源至電池充電模組101，來進行充電。電池充電模 組101包含電池組充電裝置110和電池組120,電池組充電裝 置110係用以接收充電器1〇2的充電電源，來對電池組12〇進 行充電，其中電池組120係由複數個電池121來串聯組成。充 電器102例如為鋰電池充電器，而電池組12〇的電池ι21例如 為鐘電池。本實施例的電池組平衡充電系統1〇〇、電池充電模 組101及電池組充電裝置110可達到平衡充電的功效，亦即可 使得電池組120的每一電池121完全充飽，且無過充問題。 如圖1所示’本實施例之電池充電模組1〇1的電池組充電 裝置11〇可整合於一電路板（未繪示）上，電池組充電裝置11〇 包含電池偵測單元111、電源分配單元U2、切換器U3、複數 個充電控制單元114及充電接頭115。電池偵測單元U1係電 性連接於電池組120的電池12ι，用以偵測電池121的電壓是 否到達一預設值，例如為電池121的充飽電壓，亦即電池偵測 單元111可用以偵測電池121是否已充飽。然不限於此，在其 他實施例中，此預設值可例如為電池121之充飽電壓或充飽容 量的90〜99%，或可依實際使用需求來決定。當電池偵測單元 5 201115878 111偵測到此些電池121之其中—者的電壓或容量到達預設值 時電池偵測單疋U1可發出债測信號至電源分配單元山， 來通知電’池121之其中一者的電壓已到達預設值（或充飽）。在 本實施例中’電池組充電裝置m可包含複數個電池㈣單元 in，其分別連接於對應的電池121，以個別偵測電池ΐ2ι。然 不限於此，在其他實施例中，電池組充電裝置11〇亦可設有單 一電池仙單元111來連接於這些電池121，以偵測電池組12〇 中是否有電池121的電壓或容量到達預設值。 如圖1所示，本實施例之電源分配單元112係電性連接於 偵測單元111、電池組120的電池121以及切換器113。電源分 配單元112包括切換控制器116和轉換器117。切換控制器ιΐ6 係電性連接於偵測單元111和切換器113之間，用以根據電池 偵測單元111的偵測信號，來控制切換器113。轉換器117係 電性連接於切換器113與充電控制單元114之間，用以轉換大 電流的充電電源成複數個獨立隔離的小電流電源（其電流例如 為1〜1.5A)，並分別提供至充電控制單元114,其中轉換器117 較佳為一對多形式的轉換器’例如為反驰式（Flyback)轉換器。 如圖1所示，本實施例之切換器113係電性連接於充電接 頭115、電池組120及電源分配單元112之間，用以切換充電 電源至串聯的電池121或電源分配單元112。當開始進行充電 時’切換器113係切換充電電源來電性連接電池組12〇，藉以 使充電電源直接對串聯的電池組120進行充電。當電源分配單 元112接收到偵測信號時，亦即當電池121之其中―者的電壓 已到達預設值（或充飽）時，電源分配單元112的切換控制器116 可控制切換器113，以切換充電電源來電性連接於電源分配單 元112，藉以使電源分配單元112的轉換器117可轉換大電流 201115878 的充電電源成此些小電流電源，並分別輸出至充電控制單元 114 ° 如圖1所示，本實施例之充電控制單元114係電性連接於 電源分配單7G 112與電池121之間，且分別與電池121呈一對 一的連接方式。充電控制單元例如為充電控制IC，用以分別對 每一電池121進行獨立的充電控制，因而電源分配單元ιΐ2所 產生的小電流電源可分別經由充電控制單元114來獨立地對電 池進行充電。亦即在電池121之其中一者的電愿或容量到 #達預設值後’充電控制單元1U可對其餘未到達預設值的電池 121進行一對一的充電，藉以各別使每一電池121到達預設值。 本實施例之充電接頭115係用以連接於充電器1〇2的接頭 1〇3 ’以提供充電電源至電池ι21。 請參照圖2’其纷示依照本發明之第一實施例之電池組充 電方法的方法流程圖。當利用本實施例之電池組平衡充電系統 100來對電池組m進行充電時’首先，將充電接頭115連接 於充電ϋ H)2_ 103,以提供充電電源至電池組12〇來進 •行大電流串聯充電（步驟S201)。此時’切換器113係切換至電 •池組藉以使充電器102所提供的充電電源可直接對串聯 的電池組120進行充電。接著，偵測每一電池121的電壓或充 電容量（步驟S202)。此時，電池摘測單元⑴可摘測電池121 的電麼是否到達-預設值，並發出偵測信號來通知電源分配單 元U2接著，當偵測到電池121之其中任一者的電壓或容量 J達預》又值時供小電流電源至電池丨2丨，以進行小電流獨 立充電（步驟S203)，其中小電流獨立充電係個別地對每一電池 121。進行一對一的充電’直到每一電池ΐ2ι充餘電。此時，切 換器113可切換至電源分配單元112，藉以使電源分配單元η》 201115878 產生小電流電源，來分別輸出至充電控制單元114，充電控制 單元114可個別地對每一電池121進行一對一且獨立的充電控 制，直到個別的電池121充飽電，其對應的充電控制單元114 即可停止對電池121的充電。當電池組12〇的每一電池121皆 充飽電時，即完成對電池組12〇的充電。 因此，本實施例的電池組充電裝置11〇可先利用較大電流 的充電電源來對串聯的電池組12〇進行充電，以快速地進行大 電7’il串聯充電，而可即省充電時間，直到電池組1 2〇之其中一 電池121的電壓或容量到達預設值，即切換至小電流獨立充電 模式，藉以個別獨立地對其餘未充飽的電池121進行小電流電 源充電。由於電池組120的每一電池121係個別獨立地被充飽 電，並非經由電流串聯充電，因而可避免電池121具有過充或 充電不足的問題，以達到平衡充電的功效，並可確保電池組丨2〇 的電量和使用壽命。 凊參照圖3，其繪示依照本發明之另一實施例之電池組平 衡充電系統的系統方塊示意圖。在另一實施例中，電池充電模 組101的電池組320可設有過充保護電路322，用以避免電池 組320的電池121發生過充情形。當此些電池121之其中一者 的電壓或容量到達預設值時，過充保護電路322可發出一過充 保護信號至電源分配單元112,以進行小電流獨立充電。因此， 此過充保護信號可作為偵測信號，來通知電源分配單元1 1 2進 行充電模式切換。 請參照圖4，其繪示依照本發明之又一實施例之電池組平 衡充電系統的系統方塊示意圖。在又一實施例中，電池充電模 組101的電池組420可設有電池管理系統（BMS)422,用以監控 電池組420之電池121的電量和電壓，並可傳送電池即時充電 201115878 資訊至電源分配單元112。因此，當電池债測單元ui偵測到 此些電池121之其中-者的電壓或容量到達預設值時電池組 420的電池g理系統422可提供電池即時充電資訊至電源分配 單元112 ’藉以進行小電流獨立充電或關閉充電功能。此時， 電池管理系統422所提供的電池充電資訊可作為_信號，來 通知電源分配單元112進行充電模式切換。 請參照圖5,其繪示依照本發明之又一實施例之電池組平 衡充電系統的系統方塊示意圖。在又—實施例中，電池充電模 組501可更包含充電顯示單& 53〇，纟電性連接於電源分配單 元112,用以顯示電池121的充電情形，因而使用者可判斷電 池組120的充電情形，其中充電顯示單元53〇例如為顯示燈或 顯示器。 由上述本發明的實施例可知，本發明之電池組平衡充電系 統之電池充電模組的電池組充電裝置及電池組充電方法可用 以對串聯的電池組進行充電，並可使每一電池充飽電，且無過 充或不足的問題，因而具有充電平衡的功效。再者，本發明之 電池組充電裝置的電路架構相當簡易，而可大幅節省成本。 綜上所述’雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並 非用以限定本發明’本發明所屬技術領域中具有通常知識者， 在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更 明顯易懂’所附圖式之詳細說明如下： 严 201115878 圖1繪不依照本發明之一實施例之電池組平衡充電系統的 系統方塊示意圖。 圖2繪不依照本發明之一實施例之電池組充電方法的方法 流程圖。 圖3繪不依照本發明之另一實施例之電池組平衡充電系統 的系統方塊示意圖。 圖4繪不依照本發明之又一實施例之電池組平衡充電系統 的系統方塊示意圖。 圖5繪不依照本發明之又一實施例之電'池組平衡充電系統 的系統方塊示意圖。 【主要元件符號說明】 102 ： 充電器 111 ： 電池偵測單元 113 ： 切換器 115 ： 充電接頭 117 ： 轉換器 121 ： 電池 422 ： 電池管理系統 100 :電池組平衡充電系統 101、5 01 :電池充電模組 103 :接頭 110 :電池組充電裝置 112 :電源分配單元 114 :充電控制單元 116 :切換控制器 120、320、420 :電池組 322 :過充保護電路 530 :充電顯示單元 5201 :進行大電流串聯充電 5202 :偵測電池的電壓或充電容量 5203 :進行小電流獨立充電

Claims (1)

1. 201115878 七、申請專利範圍： 1. 一種電池組充電裝置，用以對一電池組進行充電，其中 該電池組係由複數個電池來串聯組成，該電池組充電裝置包 含： 一電源分配單元，電性連接於該些電池，其中當該些電池 之其中-者的電壓或容量到達—預設值時，該電源分配單元係 根據一偵測信號來產生複數個小電流電源； 一切換器，電性連接於一充電電源、該電池組及該電源分 配單元，當進行該電池組的充電時，該切換器係切換該充電電 源至該電池組，當該電源分配單元接收到該偵測信號時，該切 換器切換該充電電源至該電源分配單元，以產生該些小電流電 源；以及 複數個充電控制單元，電性連接於該電源分配單元與該些 電池之間，其中該些小電流電源係經由該些充電控制單元來分 別對該些電池進行充電。 2 ·如申明專利範圍第1項所述之電池組充電裝置，更包 含： 曰至少—電池偵測單元，用以偵測該些電池的電壓或充電容 量，並發出一偵測信號至該電源分配單元。 _ 3.如申請專利範圍第1項所述之電池組充電裝置’其中該 預"X值係每一該些電池的一充飽電壓或一充飽容量。 如申請專利範圍第1項所述之電池組充電裝置，其中該 201115878 預設值係每一該些電池之一充飽電壓或一充飽容量的90〜99%。 5·如申請專利範圍第1項所述之電池組充電裝置，其中該 電源分配單元包括一切換控制器，其根據該偵測信號來控制該 切換器。 6. 如申請專利範圍第1項所述之電池組充電裝置，其中該 電源分配單元包括一轉換器，其電性連接於該切換器與該些充 電控制單元之間，用以轉換該充電電源成該些小電流電源。 7. 如申請專利範圍第6項所述之電池組充電裝置，其中該 轉換器為反馳式（Flyback)轉換器。 8. 如申請專利範圍第1項所述之電池組充電裝置，其中該 充電控制單元為一充電控制1C或一充電控制電路。 9. 如申請專利範圍第丨項所述之電池組充電裝置，其中該 偵測信號係一過充保護信號。 1〇·如申請專利範圍第1項所述之電池組充電裝置，其中 該偵測信號係一電池管理系統所提供的一電池充電資訊。 U .如申請專利範圍第1項所述之電池組充電裝置，更包 含一充電顯不單元，其電性連接於該電源分配單元，用以顯示 每一該些電池的充電情形。 12 201115878 12. —種電池充電模組，包含： 一電池組，其由複數個電池來串聯組成；以及 一電池組充電裝置，用以對該電池組進行充電，其中電池 組充電裝置包含： 一電源分配單元，電性連接於該些電池，其中當該些 電池之其t一者的電壓或容量到達一預設值時，該電源分 配單元係根據一偵測信號來產生複數個小電流電源； 一切換器，電性連接於一充電電源、該電池組及該電 φ 源分配單元，當進行該電池組的充電時，該切換器係切換 該充電電源至該電池組，當該電源分配單元接收到該偵測 信號時，該切換器切換該充電電源至該電源分配單元，以 產生該些小電流電源；以及 複數個充電控制單元，電性連接於該電源分配單元與 該些電池之間，其中該些小電流電源係經由該些充電控制 單元來分別對該些電池進行充電。 φ 13.如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 φ 電池組充電裝置更包含： 至少一電池偵測單元，用以偵測該些電池的電壓或充電容 量’並發出一偵測信號至該電源分配單元。 14. 如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 預設值係每一該些電池的一充飽電壓或一充飽容量。 15. 如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 預設值係每一該些電池之一充飽電壓或一充飽容量的9〇〜99%卞c 13 201115878 16·如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 電源刀配單疋包括一切換控制器，其根據該偵測信號來控制該 切換器。 17. 如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 電源分配單元包括一轉換器，其電性連接於該切換器與該些充 電控制單元之間，用以轉換該充電電源成該些小電流電源。 18. 如申請專利範圍第17項所述之電池充電模組，其中該 轉換器為反驰式轉換器。 19·如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 充電控制單元為一充電控制1C或一充電控制電路。 20·如申請專利範圍第丨2項所述之電池充電模組，其中該 電池組设有一過充保護電路，該偵測信號為該過充保護電路的 一過充保護信號。 21. 如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 電池組設有—電池管理系統，該偵測信號為該電池管理系統所 提供的一電池充電資訊。 22. 如申請專利範圍第12項所述之電池充電模組，其中該 電池組充電裝置更包含一充電顯示單元，其電性連接於該電源 刀配單元用以顯示每一該些電池的充電情形。 201115878 23. —種電池組平衡充電系統包含： 一充電器；以及 一電池充電模組，用以電性連接於該充電器，其中該電池 充電模組包含： 一電池組，其由複數個電池來串聯組成；以及 一電池組充電裝置，用以對該電池組進行充電，其中 電池組充電裝置包含： • 一電源分配單元，電性連接於該些電池，其中當 該些電池之其中一者的電壓或容量到達一預設值 時，該電源分配單元係根據一偵測信號來產生複數個 小電流電源； 一切換器，電性連接於一充電電源、該電池組及 該電源分配單元’當進行該電池組的充電時，該切換 器係切換該充電電源至該電池組，當該電源分配單元 接收到該摘測信號時’該切換器切換該充電電源至該 φ 電源分配單元，以產生該些小電流電源；以及 • 複數個充電控制單元，電性連接於該電源分配單 元與該些電池之間’其中該些小電流電源係經由該些 充電控制單元來分別對該些電池進行充電。 24. 如申請專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統，其中該電池組充電裝置更包含： 至 >、一電池偵測單元，用以偵測該些電池的電壓或充電容 畺，並發出一偵測信號至該電源分配單元。 15 201115878 25.如U利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統’其中該預設值係每-該些電池的—充飽㈣或一充飽容 量。 26.如申响專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統，其中該預設值係每-該些電池之—充飽電壓或—充飽容量 的90〜99%。 27.如申叫專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統，其中該電源分配單元包括__切換控制器，其根據該偵測信 號來控制該切換器。 28.如申明專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統，其中該電源分配單元包括—轉換器，其電性連接於該切換 H與該些充電㈣單元之間’用以轉換該充電電源成該些小電 流電源。 29. 如申研專利範圍第28項所述之電池充電模組，其中該 轉換器為反馳式轉換器。 30. 如申請專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統，其中該充電控制單元為一充電控制IC或一充電控制電路。 31. 如申請專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統，其中該電池組設有一過充保護電路，該偵測信號為該過充 保護電路的一過充保護信號。 201115878 32. 如申請專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統，其中該電池組設有一電池管理系統，該偵測信號為該電池 管理系統所提供的一電池充電資訊。 33. 如申請專利範圍第23項所述之電池組平衡充電系 統’其中該電池組充電裝置更包含一充電顯示單元，其電性連 接於該電源分配早元，用以顯示每一該些電池的充電情形。 34· —種電池組充電方法，用以對一電池組進行充電，其 中該電池組係由複數個電池來串聯組成，該方法包含： 提供一充電電源至該電池組來進行一大電流申聯充電； 偵測每一該些電池的電壓或充電容量；以及 备該些電池之其中一者的電壓或容量到達一預設值時，提 供複數個小電流電源至該些電池，以進行—小電流獨立充電， 其中該j電流獨立充電係個別地對每一該些電池進行充電。 如申明專利範圍第34項所述之電池組充電方法，其中

   90〜99% » 方法，其中 充飽容量的 17