TW201312830A - 鉛酸電池配組方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種鉛酸電池配組方法及系統。鉛酸電池配組方法包括：測量構成一鉛酸電池模組的多個鉛酸電池單元的一特性參數；以及根據該多個鉛酸電池單元的該特性參數的一測量結果來劃分該鉛酸電池模組的一等級。

Description

鉛酸電池配組方法及系統
本發明係有關一種鉛酸電池，特別關於一種鉛酸電池配組方法及系統。
鉛酸電池具有100多年的歷史，被廣泛應用於電動自行車及電動汽車。通常，鉛酸電池單元的額定電壓值為2伏特。市面上，12伏特或16伏特的鉛酸電池模組分別是由6個或8個鉛酸電池單元串聯組成，並且電動自行車和電動汽車大部分使用透過將多數個12伏特或16伏特的鉛酸電池模組串聯而成的36伏特、48伏特、60伏特甚至64伏特的鉛酸電池組作為動力源。
目前，鉛酸電池模組的使用壽命通常為一年至一年半，這對於電動自行車和電動汽車的應用來說太短了。另外，鉛酸電池模組中的鉛酸電池單元中因過度放電而產生的壓降最容易導致鉛酸電池模組的壽命大幅度地縮短，但現有的鉛酸電池模組配組技術並不能識別出這種因鉛酸電池單元過度放電而導致的壓降，因此，無法有效地延長鉛酸電池模組的使用壽命。
如圖1所示，以12伏特的鉛酸電池模組為例，現有的鉛酸電池配組流程大致為：製造商在電池生產階段或出廠測試階段對鉛酸電池模組進行充/放電迴圈，並由作業員採用如圖1中所示的方式人工地測量鉛酸電池模組的模組放電電壓。再根據測量結果篩選可用於配組的鉛酸電池模 組。由於這種人工測量的方式均是以鉛酸電池模組為最小單位執行，顯然無法顧及鉛酸電池模組中的各個鉛酸電池單元的狀況。
更具體而言，製造商在電池生產階段或出廠測試階段對鉛酸電池模組執行額定容量的放電並靜置一段時間之後，再測量鉛酸電池模組的模組放電電壓。例如，若需要配組48伏特的鉛酸電池組，則需要篩選4個12伏特的鉛酸電池模組。首先，對多個額定容量為20安時(AH)的滿電量鉛酸電池模組進行20安時的放電，在多個鉛酸電池模組完成20安時的放電後靜置一段時間(例如，半小時或1小時)，再測量靜置後的多個鉛酸電池模組的模組放電電壓，基於模組放電電壓的測量結果進一步篩選能夠配組的鉛酸電池模組。現有技術的鉛酸電池模組應當同時滿足如下的配組條件：(1)每個鉛酸電池模組的模組放電電壓均高於預定的臨限值(例如，10.5伏特)；以及(2)兩個鉛酸電池模組之間的模組放電電壓的差值均在規定的範圍內(例如，50毫伏)。換言之，若兩個鉛酸電池模組之間的模組放電電壓的差值在規定的範圍之外，則認為該鉛酸電池模組不合格，需要將其排除。
結合圖2所示，根據前述配組條件，由於鉛酸電池模組M13的模組放電電壓低於預定的臨限值(例如，10.5伏特)且鉛酸電池模組M13和M14之間的模組放電電壓的差值超出規定的範圍(例如，50毫伏)，則鉛酸電池模組M11~M14將不被用來配置鉛酸電池組。此外，由於鉛酸電 池模組Mn1~Mn4滿足前述配組條件，因此可將它們相互串聯組成1個48伏特的鉛酸電池組。
上述鉛酸電池配組方法的缺點在於：每個鉛酸電池模組包含多個鉛酸電池單元，而鉛酸電池模組之間的模組放電電壓的差值並不能準確地反應其所包含的鉛酸電池單元之間的單元放電電壓的差值。因此，採用現有的電池配組技術無法準確地識別出因鉛酸電池單元過度放電而導致的壓降，因某個鉛酸電池單元過度放電而導致的壓降可能進而使得整個鉛酸電池組的使用壽命大幅縮短。
本發明的目的為提供一種鉛酸電池配組方法，包括：測量構成一鉛酸電池模組的多個鉛酸電池單元的一特性參數；以及根據該多個鉛酸電池單元的該特性參數的一測量結果來劃分該鉛酸電池模組的一等級。
本發明還提供一種鉛酸電池配組系統，包括：一檢測裝置，測量構成一鉛酸電池模組的多個鉛酸電池單元的一特性參數；以及一控制器，根據該多個鉛酸電池單元的該特性參數的一測量結果來劃分該鉛酸電池模組的一等級。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。
圖3所示為根據本發明一實施例之配組一個48伏特的鉛酸電池組Pm(即需要篩選4個12伏特的鉛酸電池模組)的鉛酸電池配組系統的配組方法示意圖。如圖3所示，1個48伏特的鉛酸電池組Pm包括4個串聯的鉛酸電池模組Mm1~Mm4，每個鉛酸電池模組包含6個串聯耦接之鉛酸電池單元，且所有鉛酸電池單元均耦接到一檢測裝置100。該檢測裝置100檢測每一個鉛酸電池單元的一單元放電電壓，並將檢測得到的一結果透過一內部匯流排傳送給一通信裝置200，該通信裝置200進一步透過一外部匯流排耦接至一外部控制器(圖中未示)，由外部控制器根據接收到的單元放電電壓的檢測結果處理鉛酸電池單元(例如，分級和配組條件匹配等)。
其中，需要說明的是：為了簡化圖示，圖3僅示出了鉛酸電池模組Mm1和Mm4內的鉛酸電池單元串聯結構，但本領域技術人員應能理解鉛酸電池模組Mm2、Mm3具有相同的結構。此外，雖然圖3所示係以48伏特的鉛酸電池組為例，對應的檢測裝置100同時檢測24個鉛酸電池單元的狀態(即具有24個檢測通道)，但本領域技術人員應能理解檢測裝置100的檢測通道數量不限於此，而可根據 實際的應用環境和使用者需求靈活調整，例如，需要篩選4個16伏特的鉛酸電池模組(每個鉛酸電池模組包括8個鉛酸電池單元)串聯組成64伏特的一鉛酸電池組，則檢測裝置100的檢測通道數量相對應地增加至32個。
此外，較佳地，檢測裝置100還可在電池生產階段監測鉛酸電池模組的溫度。例如，透過如圖3所示對各鉛酸電池模組Mm1~Mm4進行溫度檢測，以確保所有的鉛酸電池模組處於相同的溫度條件下，進而可提高上述電壓檢測的準確度。
在經由檢測裝置100取得所有鉛酸電池單元的單元放電電壓的檢測結果之後，基於該檢測結果進一步處理鉛酸電池單元(例如，分級和配組條件匹配等)。
在滿容量的鉛酸電池模組完成一額定容量(例如，20安時)的放電並靜置一段時間後，經由檢測裝置100測量每個鉛酸電池單元的單元放電電壓。在一實施例中，在每個鉛酸電池單元的單元放電電壓均不低於一預定臨限值(例如，1.75伏特)的情況下，且若構成鉛酸電池模組的所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的差值均小於或等於20毫伏，則劃分該鉛酸電池模組為最優的第一等級；若所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的最大差值大於20毫伏且小於或等於35毫伏，則劃分該鉛酸電池模組為較優的第二等級；若所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的最大差值大於35毫伏且小於或等於50毫伏，則劃分該鉛酸電池模組為合格的為第三等級；以及，若所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的最大 差值大於50毫伏，則劃分該鉛酸電池模組為不合格的第四等級。
透過在電池生產階段測量鉛酸電池單元的單元放電電壓，並基於測量結果將鉛酸電池模組進行分級，有助於提高電池製造商的產量，例如可透過調整被劃分為不合格的第四等級的鉛酸電池模組中的鉛酸電池單元的酸注入量來提高成品合格率，也可透過調整被劃分為較低等級的鉛酸電池模組中的鉛酸電池單元的酸注入量來提高鉛酸電池模組的等級。更重要的是，本發明的鉛酸電池配組方法和系統能夠根據鉛酸電池單元的狀況分級，進而實現更加精確的配組。
換言之，本發明的鉛酸電池配組方法應當滿足如下的配組條件：(1)每個鉛酸電池單元的單元放電電壓高於預定的臨限值(例如，1.75伏特)；(2)若構成一鉛酸電池模組的所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的差值均在規定的第一範圍(例如，不大於20毫伏)內，則劃分該鉛酸電池模組為第一等級；否則(3)若構成一鉛酸電池模組的所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的差值的最大值大於上述第一範圍但小於規定的第二範圍(例如，大於20毫伏且小於或等於35毫伏)，則劃分該鉛酸電池模組為第二等級；否則(4)若構成一鉛酸電池模組的所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的差值的最大值大於上述第二範圍 但小於規定的第三範圍(例如，大於35毫伏且小於或等於50毫伏)，則劃分該鉛酸電池模組為第三等級；(5)若構成一鉛酸電池模組的所有鉛酸電池單元相互之間的單元放電電壓的差值的最大值超過上述第三範圍(例如，大於50毫伏)，則認為該鉛酸電池模組為不合格的第四等級。
結合圖4所示，根據上述配組條件，由於鉛酸電池單元C13的單元放電電壓低於臨限值1.75伏特，且鉛酸電池單元C13和C14之間的單元放電電壓的差值大於50毫伏，因此認為由鉛酸電池單元C11~C16組成的鉛酸電池模組不合格，該鉛酸電池模組將不適合配置鉛酸電池組。並且，由於鉛酸電池單元Cn1~Cn6的單元放電電壓均不低於臨限值1.75伏特，且最大的單元放電電壓的差值即鉛酸電池單元Cn2和Cn5之間的單元放電電壓的差值大於上述第一範圍但小於規定的第二範圍(例如，大於20毫伏且小於或等於35毫伏)，因此認為鉛酸電池單元Cn1~Cn6相互串聯組成1個屬於第二等級的鉛酸電池模組。
在一實施例中，可先計算其單元放電電壓大於臨限值的多個鉛酸電池單元的一單元放電電壓平均值，再以該單元放電電壓平均值為基準設定鉛酸電池配組方法的配組條件。例如，構成一鉛酸電池模組的所有鉛酸電池單元的單元放電電壓均處於該單元放電電壓平均值的正10毫伏至負10毫伏以內，則劃分該鉛酸電池模組為一等品；構成一鉛酸電池模組的所有鉛酸電池單元的單元放電電壓均在該單元放電電壓平均值的正17.5毫伏至負17.5毫伏 以內，則劃分該鉛酸電池模組為第二等級；以此類推，不復贅述。
綜上所述，透過在電池生產階段測量鉛酸電池單元的狀態，可準確地識別構成鉛酸電池(組)的鉛酸電池單元的壓降，進而能夠有效避免因壓降引起鉛酸電池組的使用壽命縮短。並且，相較於現有技術，透過鉛酸電池單元的測量結果之應用具有更準確的配組條件，可提供多種品質等級的鉛酸電池模組以適應不同層次的使用者需求。
如上所述，本發明旨在改進現有的鉛酸電池模組的鉛酸電池配組方法，其能夠準確識別鉛酸電池組中多個鉛酸電池單元的狀況，並根據該多個鉛酸電池單元的狀況精確地設定鉛酸電池模組等級，進而有助於延長鉛酸電池組的使用壽命。
需要說明的是，儘管以測量鉛酸電池單元在完成額定容量放電並靜置一段時間後的放電電壓為例對本發明的典型實施例進行了說明，但本發明不限於此。並且，本領域技術人員完全能夠理解，測量鉛酸電池單元的其他特性參數同樣適用於本發明。例如，測量各鉛酸電池單元在放電過程中的電壓，此種情況下通常無需靜置，並同樣以鉛酸電池單元相互之間的電壓差作為判斷依據；或者，測量各鉛酸電池單元的內阻(即放電過程中電壓除以電流所獲得的值)，並以鉛酸電池單元相互之間的內阻差作為判斷依據。
此外，如圖5所示為根據本發明一實施例之鉛酸電池配組系統的示意圖。該鉛酸電池配組系統包括檢測裝置 100、通信裝置200以及控制器300。其中，檢測裝置100經由內部匯流排(例如，I2C和SPI等)將其檢測到的鉛酸電池單元的單元放電電壓測量結果傳輸至通信裝置200；而通信裝置200之外部匯流排(例如，RS485和CAN等)將該鉛酸電池單元的單元放電電壓測量結果傳輸至控制器300(例如，PC等)；控制器300根據單元放電電壓測量結果進行上述的分級和配組條件匹配等處理。更具體而言，控制器300包括一計算單元和一判斷元件(未圖示之)，該計算單元根據多個鉛酸電池單元的特性參數的測量結果計算鉛酸電池單元相互之間的特性參數的差值；該判斷元件根據該差值，並參照規定的配組條件劃分鉛酸電池模組的一等級。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。
100、100-1、100-2、100-3‧‧‧檢測裝置
200、200-1、200-2、200-3‧‧‧通信裝置
300‧‧‧控制器
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中： 圖1所示為現有的人工測量鉛酸電池模組的模組放電電壓並實現配組的示意圖；圖2所示為現有的鉛酸電池配組技術中的配組條件的示意圖；圖3所示為採用本發明一實施例之鉛酸電池配組方法配組一個48伏特的鉛酸電池組Pm(即需要篩選4個12伏特的鉛酸電池模組)的鉛酸電池配組系統的示意圖；圖4所示為根據本發明一實施例之鉛酸電池配組方法中的配組條件的示意圖；以及圖5所示為根據本發明一實施例之鉛酸電池配組系統的示意圖。
100‧‧‧檢測裝置
200‧‧‧通信裝置

Claims (11)

  1. 一種鉛酸電池配組方法，包括：測量構成一鉛酸電池模組的多個鉛酸電池單元的一特性參數；以及根據該多個鉛酸電池單元的該特性參數的一測量結果劃分該鉛酸電池模組的一等級。
  2. 如申請專利範圍第1項的鉛酸電池配組方法，其中，該劃分步驟包括：根據該測量結果計算該多個鉛酸電池單元相互之間的該特性參數的一差值；以及根據該鉛酸電池單元相互之間的該特性參數的該差值，並參照一預設配組條件劃分該鉛酸電池模組的該等級。
  3. 如申請專利範圍第2項的鉛酸電池配組方法，其中，該預設配組條件包括：該多個鉛酸電池單元的該特性參數的該測量結果均不低於一預設臨限值；若該多個鉛酸電池單元相互之間的該特性參數的該差值均小於或等於一第一範圍，則劃分該鉛酸電池模組為一第一等級；若一鉛酸電池模組中的多個鉛酸電池單元相互之間的該特性參數的該差值中的一最大值大於該第一範圍且小於或等於規定的一第二範圍，則劃分該鉛酸電池模組為一第二等級；若一鉛酸電池模組中的多個鉛酸電池單元相互之間 的該特性參數的該差值中的該最大值大於該第二範圍且小於或等於規定的一第三範圍，則劃分該鉛酸電池模組為一第三等級；以及若一鉛酸電池模組中的多個鉛酸電池單元相互之間的該特性參數的該差值中的該最大值大於該第三範圍，則劃分該鉛酸電池模組為一第四等級。
  4. 如申請專利範圍第1項的鉛酸電池配組方法，其中，該特性參數為該多個鉛酸電池單元在滿充電的一鉛酸電池模組完成一額定容量放電並靜置一預定時間之後的一單元放電電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項的鉛酸電池配組方法，更包括：檢測該鉛酸電池模組的一溫度。
  6. 如申請專利範圍第1項的鉛酸電池配組方法，更包括：根據該鉛酸電池模組的一等級劃分結果調整對應的該鉛酸電池模組的一生產製程。
  7. 如申請專利範圍第6項的鉛酸電池配組方法，其中，該調整對應的鉛酸電池模組的生產工藝的步驟包括調整該鉛酸電池模組的一酸注入量。
  8. 一種鉛酸電池配組系統，包括：一檢測裝置，測量構成一鉛酸電池模組的多個鉛酸電池單元的一特性參數；以及一控制器，根據該多個鉛酸電池單元的該特性參數的一測量結果劃分該鉛酸電池模組的一等級。
  9. 如申請專利範圍第8項的鉛酸電池配組系統，其中，該控制器包括：一計算單元，根據該多個鉛酸電池單元的該特性參數的該測量結果計算該鉛酸電池單元相互之間的該特性參數的一差值；以及一判斷元件，根據該鉛酸電池單元之間的該特性參數的該差值，並參照規定的一配組條件來劃分該鉛酸電池模組的一等級。
  10. 如申請專利範圍第8項的鉛酸電池配組系統，更包括：一通信裝置，耦接至該檢測裝置和該控制器，將該多個鉛酸電池單元的該特性參數的該測量結果從該檢測裝置傳輸至該控制器。
  11. 如申請專利範圍第8項的鉛酸電池配組系統，其中，該檢測裝置還可檢測該鉛酸電池模組的一溫度。
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