TW201304353A

TW201304353A - 電池平衡電路

Info

Publication number: TW201304353A
Application number: TW100123752A
Authority: TW
Inventors: Qi-De Li
Original assignee: Empire Energy Co Ltd
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-01-16
Also published as: TWI511411B

Abstract

本發明提供一種電池平衡電路，其包括一充電器、一第一切換單元、一第二切換單元、一轉換單元及一控制器，充電器用以串接電池的充電，第一切換單元及第二切換單元分別包括複數個第一開關器及第二開關器，各電池分別與相對應的第一開關器及第二開關器連接，轉換單元設置於第一切換單元及第二切換單元間，控制器用以偵測各電池的電壓值，以根據偵測結果決定是否導通各第一開關器及各第二開關器，而令較高電壓值之電池的部份能量能夠經由轉換單元轉換到較低電壓值之電池上，不僅可平衡各電池間之電池能量，且可避免部份電池產生過充電的情形。

Description

電池平衡電路

　　本發明有關於一種電池平衡電路，其用以平衡各電池間之電池能量，且可避免部份電池產生過充電的情形。

　　在電池電路中，為了可提供較高的輸出電壓給予負載裝置使用，一般會採用多顆電池進行串接。又，對於多個串接電池進行充電時，流經這些電池的電流大小雖皆為相等，但，由於各串接電池的分壓不同，造成各電池所充電的電壓並不一致，進而導致有些電池過充電，而有些電池卻是充電不完全的情形。再者，此時若某些電池充到可容許的範圍之上，則可能會產生熱跑脫的情況，其嚴重的話會造成電池爆炸。

　　請參閱第１圖，為習用電池平衡電路之結構示意圖。如圖所示，係以四個串接電池進行充電作為說明，習用電池平衡電路100包括有一充電器11、複數個串接之電池121、122、123、124、一電池平衡器13及一控制器15。

　　其中，電池平衡器13包括有複數個電阻131、133、135、137及複數個開關132、134、136、138，各電阻131、133、135、137分別串接對應的開關132、134、136、138。充電器11連接於電池121之正極端與電池124之負極端間，對於串接的電池121、122、123、124進行充電。電池121與串接的電阻131及開關132並聯，電池122與串接的電阻133及開關134並聯，電池123與串接的電阻135及開關136並聯，電池124與串接的電阻137及開關138並聯。此外，充電器11、電池121、122、123、124及電池平衡器13分別連接至控制器15。

　　控制器15設定有一上限電壓值(例如：3.6V)，在充電器11對於電池121、122、123、124充電時，控制器15將偵測各電池121、122、123、124之電壓值是否超過該上限電壓值，若部分電池121/122/123/124之電壓值已被充電超過該上限電壓值，則控制器15將會控制其相對應的開關132/134/136/138進行導通。

　　舉例來說，當電池122之電壓值被充電器11充電超過該上限電壓值時，此時代表電池122已被充飽，則控制器15將會啟動開關134，以令開關134導通(turn on)。則本來對於電池122之充電電流將流向旁路電阻133，以透過電阻133進行放電的動作，而停止對於電池122的充電。如此，電池122之電壓值將不會繼續增加，以避免產生過充電的情形。

　　然而，採用上述傳統方法之缺點，電阻將會消耗掉部分電能，而使得能量運用的效率減低，且電阻所產生的熱能，亦會使得電池的環境溫度升高，進而影響電池的效能。

　　有鑑於此，本發明將提供一創新結構之電池平衡電路，不僅有效避免電池過充電的情形，且可將充飽電池之放電能量使用於其他未充飽電池的充電，藉以減少能量浪費，將會是本發明欲達到的目的。

　　本發明之主要目的，在於提供一種電池平衡電路，藉由一控制器偵測各電池之電壓值以決定是否導通各電池所對應的開關器，而令較高電壓值之電池的部份能量能夠經由至少一轉換單元轉換到較低電壓值之電池上，不僅可平衡各電池間之電池能量，且可避免部份電池產生過充電的情形。

　　本發明之另一目的，在於提供一種電池平衡電路，控制器設定有一上限電壓值，當其中一電池之電壓值已超過上限電壓值時，控制器會立即對於此充飽電之電池所對應之開關器及/或其他較低電壓值之電池所對應之開關器進行導通，而令已充飽電之電池的部份能量可轉換至較低電壓值之電池上，以避免對於已充飽之電池的繼續充電而造成過充電的情形。

　　本發明之又一目的，在於提供一種電池平衡電路，其電路只設置有對應於電池數量之複數個轉換單元，各轉換單元之其中一側分別連接所對應的電池而另一側相互連接其他的轉換單元，則在進行各電池的充電程序時，只要其中一電池之電壓值稍微高於其他電池之電壓值時，此較高電壓值之電池將可直接經由轉換單元轉換能量至其他較低電壓值之電池，係以簡單的電路結構設計，也能達到各電池電壓平衡的目的。

　　為達成上述目的，本發明提供一種電池平衡電路，其包括有：一充電器，連接複數個串接之電池，用以各電池的充電；一第一切換單元，包括有複數個第一開關器；一第二切換單元，包括有複數個第二開關器，各電池分別連接對應的第一開關器及第二開關器；一轉換單元，其中一側連接第一切換單元，另一側連接第二切換單元；及一控制器，分別連接至各電池、第一切換單元及第二切換單元，用以偵測各電池的電壓值，並依據各電池的電壓值以決定控制各電池所對應的第一開關器或第二開關器之導通，而令較高電壓值之電池的部份能量經由轉換單元轉換至較低電壓值的電池，以平衡各電池間的電壓值。

　　本發明另提供一種電池平衡電路，其包括有：一充電器，連接複數個串接之電池，用以各電池的充電；一第二切換單元，包括有複數個第二開關器；複數個轉換單元，各電池分別連接對應的第二開關器及轉換單元，而各轉換單元之其中一側連接對應的電池及另一側配置連接至少一第二開關器，並且各電池所對應連接之第二開關器及轉換單元彼此間並未連接一起；及一控制器，分別連接至各電池及第二切換單元，用以偵測各電池的電壓值，並依據各電池的電壓值以決定控制各電池所對應的轉換單元其配置連接的各第二開關器導通，而令較高電壓值之電池的部份能量經由轉換單元轉換至較低電壓值的電池，以平衡各電池間的電壓值。

　　本發明又提供一種電池平衡電路，其包括有：一充電器，連接複數個串接之電池，用以各電池的充電；及複數個轉換單元，各轉換單元之其中一側分別連接所對應的電池，另一側連接其他的轉換單元；其中，各轉換單元用以轉換各電池的部份能量，以平衡各電池間的電壓值。

　　請參閱第２圖，為本發明電池平衡電路一較佳實施例之電路結構示意圖，其係以四個串接電池進行充電為例。如圖所示，本實施例之電池平衡電路200包括有一充電器21、一第一切換單元23、一轉換單元25、一第二切換單元27及一控制器29。

　　其中，充電器21連接串接的電池221、222、223、224之間，用以各電池221、222、223、224的充電。第一切換單元23包括有複數個第一開關器231、232、233、234，第二切換單元27包括有複數個第二開關器271、272、273、274，而轉換單元25設置於第一切換單元23及第二切換單元27間。再者，第一開關器231、232、233、234及第二開關器271、272、273、274亦可選擇為一金氧半場效電晶體、一繼電器或一電磁開關，而轉換單元25亦可選擇為一直流對直流(DC to DC)轉換器。

　　各電池221、222、223、224分別與相對應的第一開關器231、232、233、234及第二開關器271、272、273、274進行連接，例如：電池221分別連接第一開關器231及第二開關器271，電池222分別連接第一開關器232及第二開關器272，電池223分別連接第一開關器233及第二開關器273，電池224分別連接第一開關器234及第二開關器274。

　　而控制器29連接至各電池221、222、223、224、第一切換單元23及第二切換單元27，用以偵測各電池221、222、223、224的電壓值，並依據偵測到的各電池221、222、223、224之電壓值以決定是否控制其個別對應的第一開關器231、232、233、234或第二開關器271、272、273、274導通。

　　接續，本發明電池平衡電路200之一實施例中，控制器29設定有一上限電壓值(例如：3.6V)。當充電器21對於串接之電池221、222、223、224進行一充電程序時，控制器29將偵測各電池221、222、223、224之電壓值是否超過該上限電壓值。若其中一個電池221/222/223/224之電壓值已被充電超過該上限電壓值，則控制器29將會控制其對應連接之第一開關器231/232/233/234進行導通(turn on)，且同時間控制器29會判斷出至少一其他較低電壓值之電池221/222/223/224並控制其對應連接之的第二開關器271/272/273/274進行導通。

　　舉例來說，當第二電池(V2)222之電壓值被充電器21充電超過該上限電壓值時，此時係代表第二電池(V2)222已被充飽。則第二電池(V2)222所對應連接之第一開關器232將會被控制器29啟動導通，而令第二電池(V2)222可電性連接至轉換單元25。同時間，控制器29可在其餘電池221、223、224中檢測出第三電池(V3)223係具有一較低的電壓值(例如：3.25V)，則第三電池(V3)223所對應連接之第二開關器273也會被控制器29啟動導通，而令第三電池(V3)223電性連接至轉換單元25。之後，原本要對於第二電池(V2)222進行的充電能量將會進行放電，放電所產生之電流將流向轉換單元25，再經由轉換單元25轉換至第三電池(V3)223上。則第三電池(V3)223在進行充電程序時，除接收充電器21所提供之充電能量外，亦包含有第二電池(V2)222所提供之放電能量。藉此以將充電電池(V2)222多餘能量轉換至另一未充飽電池(V3)223進行充電，不僅可減少能量的浪費，並可避免對於已充飽之第二電池(V2)222繼續充電而造成過充電的情形。

　　上述實施例中，係利用一較低電壓值之電池(V3)223作為充飽電池(V2)222之能量轉換的對象。然，在實際操作而言，控制器29亦可同時導通多個第二開關器271、273、274，並利用多個較低電壓值之電池(V1)221、(V3)223、(V4)224作為充飽電池(V2)222之能量轉換的對象。

　　本發明電池平衡電路200之另一實施例中，也可在電池221、222、223、224未充飽之前即刻進行能量平衡轉換之動作。控制器29可在各電池221、222、223、224之中偵測出至少一較高電壓值之電池(例如：電池222)以及至少一較低電壓值之電池(例如：電池221、223)，且在未考慮電池222是否充飽之因素下，即刻控制較高電壓值之電池222所對應的第一開關器232進行導通及控制較低電壓值之電池221、223所對應的第二開關器271、273進行導通。則，較高電壓值之電池222之部分能量經由轉換單元25轉換到其他較低電壓值的電池221、223上，如此以在各電池221、222、223、224充電的同時立即達到電池容量相互平衡的目的。

　　請參閱第３圖，為本發明電池平衡電路又一實施例之電路結構示意圖，同樣以四個串接電池進行充電為例。如圖所示，相較於上述實施例之電池平衡電路200，本實施例之電池平衡電路201僅設置一組切換單元28，且從原本單一轉換單元25增設為複數個轉換單元251、252、253、254。

　　其中，切換單元28包括有複數個開關器281、282、283、284。各電池221、222、223、224分別連接對應的開關器281、282、283、284及轉換單元251、252、253、254，例如：電池221分別連接轉換單元251及開關器281，電池222分別連接轉換單元252及開關器282，電池223分別連接轉換單元253及開關器283，電池224分別連接轉換單元254及開關器284。

　　又，各轉換單元251、252、253、254之其中一側連接對應的電池221、222、223、224而另一側配置連接至少一開關器282、281、284、283，並且各電池221、222、223、224所對應連接之開關器281、282、283、284及轉換單元251、252、253、254其彼此間並未連接一起，換言之，各電池221、222、223、224所對應的轉換單元251、252、253、254將會選擇與其他電池222、221、224、223所對應的開關器282、281、284、283連接一起。

　　例如：轉換單元251之其中一側連接電池221而另一側配置連接另一電池222所對應的開關器282；轉換單元252之其中一側連接電池222而另一側配置連接另一電池221所對應的開關器281；轉換單元253之其中一側連接電池223而另一側配置連接另一電池224所對應的開關器284；轉換單元254之其中一側連接電池224而另一側配置連接另一電池223所對應的開關器283。

　　控制器29 連接至各電池221、222、223、224及切換單元28，用以偵測各電池221、222、223、224的電壓值，並依據偵測到的各電池221、222、223、224之電壓值以決定是否控制對應之轉換單元251、252、253、254其配置連接之開關器282、281、284、283進行導通。

　　接續，本發明電池平衡電路201之一實施例中，控制器29也可設定有一上限電壓值。當充電器21對於串接之當充電器21對於串接之電池 221、222、223、224進行一充電程序時，控制器29將偵測各電池221、222、223、224之電壓值是否超過該上限電壓值。若其中一個電池221/222/223/224之電壓值已被充電超過該上限電壓值，則控制器29將會控制其對應的轉換單元251、252、253、254之另一側配置連接的開關器282、281、284、283進行導通。

　　舉例來說，當第二電池(V2)222之電壓值被充電器21充電超過該上限電壓值時，此時係代表第二電池(V2)222已被充飽。則第二電池(V2)222所對應之轉換單元252其配置連接之開關器281將會進行導通，而令第一電池(V1)221可電性連接至轉換單元252。之後，原本要對於第二電池(V2)222進行的充電能量將會進行放電，放電所產生之電流將流向轉換單元252，再經由轉換單元252轉換至第一電池(V1)221上。如此第一電池(V1)221在進行充電程序時，除接收充電器21所提供之充電能量外，亦包含有第二電池(V2)222所提供之放電能量。藉此以將充電電池(V2)222多餘能量轉換至另一未充飽電池(V1)221進行充電，不僅可減少能量的浪費，並可停止對於已充飽之第二電池(V2)222繼續充電而避免造成過充電的情形。

　　上述實施例中，電池222所對應的轉換單元252其另一側只配置連接單一個開關器281。然，在實際操作而言，轉換單元252之另一側也可配置連接多個開關器281、283、284。則當第二電池(V2)222已被充飽時，控制器29亦可同時導通多個開關器281、283、284，以利用多個較低電壓值之電池(V1)221、(V3)223、(V4)224作為充飽電池(V2)222之能量轉換的對象。再者，其他轉換單元251、253、254的另一側當然也可比照於轉換單元252選擇配置單一個或多個開關器281/282/283/284。

　　又，本發明電池平衡電路200之另一實施例中，當然也可在電池221、222、223、224未充飽之前即刻進行能量平衡轉換之動作。控制器29可在各電池221、222、223、224之中偵測出至少一較高電壓值之電池(例如：電池222)，且在未考慮電池222是否充飽之因素下，即刻控制轉換單元252配置連接之開關器281進行導通。則，較高電壓值之電池222之部分能量經由轉換單元252轉換到其他另一較低電壓值的電池221上。如此以在各電池221、222、223、224充電的同時立即達到電池容量相互平衡的目的。

　　請參閱第４圖，為本發明電池平衡電路又一實施例之電路結構示意圖，同樣以四個串接電池進行充電為例。如圖所示，本實施例之電池平衡電路202包括有一充電器21、複數個串接之電池221、222、223、224及複數個轉換單元251、252、253、254。

　　充電器21連接串接的電池221、222、223、224，用以各電池221、222、223、224的充電，而轉換單元251、252、253、254之其中一側分別連接所對應的電池221、222、223、224，另一側相互連接其他的轉換單元251、252、253、254。

　　如此電路設計，在進行電池221、222、223、224的充電程序時，只要其中一電池(例如：電池221)之電壓值稍微高於其他電池222、223、224之電壓值時，則此較高電壓值之電池221將會直接進行放電，並經由相對應的轉換單元251把放電能量轉換至其他相連接之轉換單元252、253、254。之後，再透過其他轉換單元252、253、254轉移放電能量至其他較低電壓值之電池222、223、224以作為充電用途。

　　如此，在本實施例之電池平衡電路202中，不需建置開關元件23、27及其切換導通的控制器29，係以簡單的電路結構，也能達到各電池221、222、223、224電池能量平衡的目的。

　　以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

100．．．電池平衡電路

11．．．充電器

121．．．電池

122．．．電池

123．．．電池

124．．．電池

13．．．電池平衡器

131．．．電阻

132．．．開關

133．．．電阻

134．．．開關

135．．．電阻

136．．．開關

137．．．電阻

138．．．開關

15．．．控制器

200．．．電池平衡電路

201．．．電池平衡電路

202．．．電池平衡電路

21．．．充電器

221．．．電池

222．．．電池

223．．．電池

224．．．電池

23．．．第一切換單元

231．．．第一開關器

232．．．第一開關器

233．．．第一開關器

234．．．第一開關器

25．．．轉換單元

251．．．轉換單元

252．．．轉換單元

253．．．轉換單元

254．．．轉換單元

27．．．第二切換單元

271．．．第二開關器

272．．．第二開關器

273．．．第二開關器

274．．．第二開關器

28．．．切換單元

281．．．開關器

282．．．開關器

283．．．開關器

284．．．開關器

29．．．控制器

第１圖：習用電池平衡電路之結構示意圖。

第２圖：本發明電池平衡電路一較佳實施例之電路結構示意圖。

第３圖：本發明電池平衡電路又一實施例之電路結構示意圖。

第４圖：本發明電池平衡電路又一實施例之電路結構示意圖。