TW201351752A - 電池胞平衡裝置及電池系統 - Google Patents

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Abstract

提供可靠性高的電池胞平衡裝置及電池系統。將電池胞平衡裝置由以下構成:複數蓄電器連接端子,其係連接經串聯連接的複數蓄電器的連接點或兩端;電壓保持裝置連接端子,其係連接電壓保持裝置;複數第一開關電路,其係設在複數蓄電器連接端子與電壓保持裝置之間;收訊端子,其係接收同步訊號;送訊端子,其係傳送同步訊號;控制電路,其係根據同步訊號,來控制複數第一開關電路的ON/OFF;及過電流檢測電路,其係檢測流至第一開關電路的過電流。

Description

電池胞平衡裝置及電池系統
本發明係關於取得經串聯連接之二次電池的電池胞平衡的電池胞平衡裝置及電池系統,尤其係關於可防止因過電流而破壞電池胞平衡裝置之開關電路的電池胞平衡裝置及電池系統。
圖5係顯示習知之電池胞平衡調整電路的電路圖。具備有習知之電池胞平衡調整電路的電池胞平衡裝置係設有:串聯連接複數作為基本的二次電池胞(以下稱為電池胞(cell))401~406的組電池的部分、及在各電池胞的連接部分連接其中一方接點的開關411~462。開關411、421、431、441、451、461的另一方接點係與作為電壓保持裝置的電容器407的其中一方電極相連接,開關412、422、432、442、452、462之非為電池胞側的接點係與電壓保持裝置407的其他電極相連接。在組電池的兩端係連接有負荷電路或充電電路408。
各開關的開閉訊號係以開關411與開關412同時動作的方式予以連接。同樣地,連接形成為將開關421與開關 422、開關431與開關432、開關441與開關442、開關451與開關452、開關461與開關462分別相對應的2個作為一組的開關而同時進行開閉動作的訊號。此外,開關開閉訊號係如將開關411與開關412進行ON/OFF→將開關421與開關422進行ON/OFF→將開關431與開關432進行ON/OFF→將開關441與開關442進行ON/OFF→將開關451與開關452進行ON/OFF→將開關461與開關462進行ON/OFF地進行依序連接的ON/OFF。一結束開關461與開關462的ON/OFF,即返回至最初的開關411與開關412的ON/OFF動作,將繼續進行反覆開關的開閉的開閉訊號與各自的開關的控制部相連接。
接著,說明動作。在作串聯連接而相鄰接的電池胞與電壓保持裝置407之間一面形成並聯連接,一面以單向依序掃描開關的切換,藉此作串聯連接而在所有電池胞與電壓保持裝置407之間依序形成並聯連接。接著,在完成與作為控制對象的組電池內的所有電池胞的並聯連接的形成之後,返回至最初的電池胞而反覆進行同樣的切換動作,藉此調整電池胞平衡。
開關411與412係形成為接受同時進行開閉動作的訊號的構成,開關421與開關422亦形成為同時進行開閉動作的構成。以下同樣地,在開關431與開關432、開關441與開關442、開關451與開關452、開關461與開關462的各開關的組合中同時進行開閉動作。由開關411與開關412依序進行開閉,在開關461與開關462的開閉結 束後,再次開始開關411與開關412的開閉,且依序反覆該動作。在所有電池胞中維持平衡狀態,若電池胞的電壓相同時,在電壓保持電路407與電池胞之間並不會發生電荷的交接。即使進行各開關的開閉動作,對各個電池胞的狀態並不會受到任何影響。另一方面,若電池胞失衡時,即發揮平衡調整功能。
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2001-178008號公報
但是,在習知技術中會有因在開關流通過電流,而使電池胞平衡裝置的可靠性降低的課題。
為解決習知之課題,本發明之電池胞平衡裝置係形成為以下所示之構成。
為一種電池胞平衡裝置,其係構成調整經串聯連接的複數蓄電器的電池胞平衡的電池系統的電池胞平衡裝置,其特徵為具備有:複數蓄電器連接端子,其係連接經串聯連接的複數蓄電器的連接點或兩端;電壓保持裝置連接端子,其係連接電壓保持裝置;複數第一開關電路,其係設在複數蓄電器連接端子與電壓保持裝置之間;收訊端子, 其係接收同步訊號;送訊端子,其係傳送同步訊號;控制電路,其係根據同步訊號,來控制複數第一開關電路的ON/OFF;及過電流檢測電路,其係檢測流至第一開關電路的過電流。
此外,為一種電池系統,其特徵為具備有:複數蓄電器,其係經串聯連接;複數電壓保持裝置,其係經串聯連接;時脈發生電路,其係輸出前述同步訊號;及複數之電池胞平衡裝置,其係經串聯連接的複數蓄電器的連接點或兩端被連接於複數蓄電器連接端子,經串聯連接的複數電壓保持裝置連接點或兩端被連接於電壓保持裝置連接端子。
根據本發明,藉由形成為在開關電路流通過電流時,檢測過電流而使開關電路呈OFF的構成,可構成安全性高的電池裝置。
10‧‧‧電池系統
101‧‧‧充電器
102‧‧‧時脈發生電路
201~20n‧‧‧控制電路
211~21n、221~22n、231~23n‧‧‧過電流檢測電路
401~406‧‧‧二次電池胞
407‧‧‧電壓保持裝置
408‧‧‧充電電路
411~462‧‧‧開關
502‧‧‧定電流電路
503‧‧‧比較器
A1~An+1‧‧‧二次電池
B1~Bn‧‧‧電池胞平衡裝置
C1~Cn-1‧‧‧電壓保持裝置
S11~S1n、S21~S2n、S31~S3n‧‧‧開關電路
T11、T21、T31、T41、T51、T61、T1n、T2n、T3n、T4n、T3n-1‧‧‧端子
圖1係具備有本實施形態之電池胞平衡裝置的電池系統的電路圖。
圖2係本實施形態之電池胞平衡裝置的電路圖。
圖3係顯示本實施形態之電池胞平衡裝置之訊號的時序圖的圖。
圖4係本實施形態之電池胞平衡裝置的過電流檢測電 路的電路圖。
圖5係具備有習知之電池胞平衡調整電路的電池胞平衡裝置的電路圖。
<第1實施形態>
圖1係具備有本實施形態之電池胞平衡裝置的電池系統的電路圖。圖2係本實施形態之電池胞平衡裝置的電路圖。圖4係本實施形態之電池胞平衡裝置的過電流保護電路的電路圖。
本實施形態之電池系統10係具備有:時脈發生電路102、經串聯連接的n+1個二次電池A1~An+1、n個電池胞平衡裝置B1~Bn、n-1個電壓保持裝置(電容器)C1~Cn-1、及連接有充電器101或負荷的外部端子(n為2以上的整數)。
第1個電池胞平衡裝置B1係由開關電路S11、S21、S31、控制電路201、過電流檢測電路211、221、231、及端子T11、T21、T31、T41、T51、T61所構成。其他電池胞平衡裝置B2~Bn亦同。過電流檢測電路231係由比較器503、定電流電路502、及開關電路501所構成。其他過電流檢測電路亦同樣構成。
電池胞平衡裝置B1係端子T11被連接於二次電池A1的負極,端子T21被連接於二次電池A1的正極及電池胞平衡裝置B2的端子T12,端子T31被連接於二次電池A2 的正極及電池胞平衡裝置B2的端子T22,端子T41被連接於電壓保持裝置C1的其中一方端子,端子T51被連接於時脈發生電路102的輸出,端子T61被連接於電池胞平衡裝置B2的端子T52。電池胞平衡裝置B2係端子T22被連接於電池胞平衡裝置B3的端子T13,端子T32被連接於二次電池A3的正極及電池胞平衡裝置B3的端子T23,端子T42被連接於電壓保持裝置C2的其中一方端子及電壓保持裝置C1的另一方端子,端子T62被連接於電池胞平衡裝置B3的端子T53。接著,至第n-1個電池胞平衡裝置Bn-1為止係與電池胞平衡裝置B2同樣地進行連接。電池胞平衡裝置Bn係端子T1n被連接於二次電池An的負極,端子T2n被連接於二次電池An的正極及電池胞平衡裝置Bn-1的端子T3n-1,端子T3n被連接於二次電池An+1的正極,端子T4n被連接於電壓保持裝置Cn-1。
電池胞平衡裝置B1係開關電路S11被連接於端子T11及端子T41,開關電路S21被連接於端子T21及端子T41,開關電路S31被連接於端子T31及端子T41。過電流檢測電路211的輸入係被連接於開關電路S11的兩端,輸出係被連接於控制電路201。過電流檢測電路221的輸入係被連接於開關電路S21的兩端,輸出係被連接於控制電路201。過電流檢測電路231的輸入係被連接於開關電路S31的兩端,輸出係被連接於控制電路201。開關電路S11、S21、S31係藉由控制電路201的訊號予以ON/OFF控制。其他電池胞平衡裝置B2~Bn亦同樣地進行連 接。
過電流檢測電路231係在比較器503的非反轉輸入端子連接有端子T41,在反轉輸入端子連接有開關電路501及定電流電路502,在輸出端子連接有控制電路201。開關電路501的另一方係被連接於端子T31,定電流電路502的另一方係被連接於二次電池A1的負極。開關電路S31、501係藉由輸入控制電路201的訊號而同時進行ON/OFF控制。其他過電流檢測電路亦同樣地進行連接。
接著,說明本實施形態之電池系統10的動作。圖3係顯示本實施形態之電池胞平衡裝置的訊號的時序圖的圖。
在時刻t0中,若在電池系統10的外部端子連接有充電器101時,時脈發生電路102係輸出時脈訊號CLK。電池胞平衡裝置B1係若在端子T51接收時脈訊號CLK時,發生控制電路201與時脈訊號CLK同步而將開關電路S11~S31進行ON的訊號,且依序輸出。此外,控制電路201係對端子T61輸出時脈訊號CLK。接下來的電池胞平衡裝置B2係在端子T52,由電池胞平衡裝置B1接收時脈訊號CLK。如此一來,時脈訊號CLK係被傳達至電池胞平衡裝置Bn為止,全部電池胞平衡裝置B1~Bn係可取得同步。因此,開關電路S11~S1n、開關電路S21~S2n、及開關電路S31~S3n係以同步依序進行ON的方式予以控制。
在時刻t1中,若開關電路S11~S1n全部呈ON,開 關電路S21~S2n與開關電路S31~S3n全部呈OFF時,二次電池A1~An-1係與電壓保持裝置C1~Cn-1分別作並聯連接。接著,二次電池A1~An-1與電壓保持裝置C1~Cn-1係分別進行放電或充電。
在時刻t2中,若開關電路S21~S2n全部呈ON,開關電路S11~S1n與開關電路S31~S3n全部呈OFF時,二次電池A2~An係與電壓保持裝置C1~Cn-1分別作並聯連接。接著,二次電池A2~An與電壓保持裝置C1~Cn-1係分別進行放電或充電。
在時刻t3中,若開關電路S31~S3n全部呈ON,開關電路S11~S1n與開關電路S21~S2n全部呈OFF時,二次電池A3~An+1係與電壓保持裝置C1~Cn-1分別作並聯連接。接著,二次電池A3~An+1與電壓保持裝置C1~Cn-1係分別進行放電或充電。
接著,全部電池胞平衡裝置B1~Bn係以3時脈為一周期而反覆同樣的動作。
接著,若由電池系統10的外部端子卸下充電器101時,時脈發生電路102係停止時脈訊號CLK的輸出,而結束電池胞平衡的動作。
如此一來,在二次電池A1~An+1與電壓保持裝置C1~Cn-1之間反覆充放電,藉此將二次電池A1~An+1的電壓平均化,而可減少電壓的不均。接著,由於形成為為了取得平衡而按照二次電池數具備有複數電壓保持裝置的構成,因此可提高電池胞平衡裝置的平衡能力(可加快 取得平衡的速度)。
在開關電路S31~S3n全部呈ON的狀態下,若端子T21與端子T41呈短路時,電流由二次電池A2透過開關電路S31流通。此時,開關電路501亦同時呈ON,由定電流電路502流通電流,藉由開關電路501的導通電阻,比較器503的反轉輸入端子的電壓下降而保持一定電壓。電流持續流至開關電路S31,若比較器503的非反轉輸入端子的電壓低於反轉輸入端子的電壓時,比較器503係輸出Lo的訊號。控制電路201係接受該訊號而使開關電路S31呈OFF。如此一來,停止過電流由二次電池A2透過開關電路S31流通,可防止開關電路S31受到破壞。
開關電路S31的導通電阻RonS31與開關電路501的導通電阻Ron501係設定為成為RonS31÷Ron501=N(常數)。若將過電流檢測電流設為Ioc、定電流電路502的電流設為Iref時,設定為成為Iref=Ioc×RonS31÷Ron501。過電流檢測電流Ioc係可藉由調整定電流Iref的電流值與溫度特性、及開關電路501的導通電阻與溫度特性來作設定。例如,若以N成為0.001的方式設定導通電阻Ron501,定電流Iref若為過電流檢測電流Ioc的1/1000即可,若以MOS電晶體構成開關電路501時,與開關電路S31相比較為較小者即可。
在開關電路S31~S3n全部呈ON的狀態下,若端子T11與端子T41呈短路時,電流由二次電池A1、A2透過開關電路S31流通。此時,開關電路501亦同時呈ON, 由定電流電路502流通電流,藉由開關電路501的導通電阻,比較器503的反轉輸入端子的電壓下降而保持一定電壓。電流持續流至開關電路S31,若比較器503的非反轉輸入端子的電壓低於反轉輸入端子的電壓時,比較器503係輸出Lo的訊號。控制電路201係接受該訊號而使開關電路S31呈OFF。如此一來,停止過電流由二次電池A1、A2透過開關電路S31流通,可防止開關電路S31受到破壞。以下開關電路S11~S1n、S21~S2n亦可以相同動作來施加過電流保護。開關電路的導通電阻、定電流電路的電流值的設定方法亦同。
在開關電路S11~S1n全部呈ON的狀態下,若端子T21與端子T41呈短路時,電流由二次電池A1透過開關電路S11流通。此時,開關電路S11係藉由導通電阻而在兩端發生電壓,藉由以過電流檢測電路211檢測該電壓,由過電流檢測電路211的輸出端子對控制電路201輸出訊號。控制電路201係接受該訊號而使開關電路S11呈OFF。如此一來,停止電流由二次電池A1透過開關電路S11流通,可防止開關電路S11受到破壞。
在開關電路S11~S1n全部呈ON的狀態下,若端子T31與端子T41呈短路時,電流由二次電池A1、A2透過開關電路S11流通。此時,開關電路S11係藉由導通電阻而在兩端發生電壓,藉由以過電流檢測電路211檢測該電壓,由過電流檢測電路211的輸出端子對控制電路201輸出訊號。控制電路201係接受該訊號而使開關電路S11呈 OFF。如此一來,停止電流由二次電池A1、A2透過開關電路S11流通,可防止開關電路S11受到破壞。以下,與其他端子短路時亦同樣地可檢測電流而防止開關電路S11受到破壞。此外,開關電路S21~S2n呈ON時或由電池胞平衡裝置B2,關於Bn亦同樣地,檢測在端子間短路時的電流,可防止開關電路受到破壞。
其中,檢測流至開關電路的電流的電路的方式並非限定於上述構成。
此外,本實施形態之電池胞平衡裝置係作為取得經串聯連接的二次電池A1~An+1的電池胞平衡者來進行說明,但是並非侷限於二次電池,若為具有蓄電功能的蓄電器,即可得相同的效果。
如以上說明所示,藉由具備有本實施形態之電池胞平衡裝置的電池系統,檢測流至開關電路的過電流而將開關電路進行OFF,來防止被破壞。
10‧‧‧電池系統
101‧‧‧充電器
102‧‧‧時脈發生電路
A1~An+1‧‧‧二次電池
B1~Bn‧‧‧電池胞平衡裝置
C1~Cn-1‧‧‧電壓保持裝置

Claims (3)

  1. 一種電池胞平衡裝置,其係構成調整經串聯連接的複數蓄電器的電池胞平衡的電池系統的電池胞平衡裝置,其特徵為具備有:複數蓄電器連接端子,其係連接前述經串聯連接的複數蓄電器的連接點或兩端;電壓保持裝置連接端子,其係連接電壓保持裝置;複數第一開關電路,其係設在前述複數蓄電器連接端子與前述電壓保持裝置之間;收訊端子,其係接收同步訊號;送訊端子,其係傳送前述同步訊號;控制電路,其係根據前述同步訊號,來控制複數前述第一開關電路的ON/OFF;及過電流檢測電路,其係檢測流至前述第一開關電路的過電流。
  2. 如申請專利範圍第1項之電池胞平衡裝置,其中,前述過電流檢測電路係具備有:第二開關電路,其係與前述第一開關電路同時地予以ON/OFF控制;定電流電路,其係在前述第二開關電路流通定電流;及比較電路,其係將前述第一開關電路的導通電阻與根據電流的電壓、及前述第二開關電路的導通電阻與根據前述定電流的電壓進行比較。
  3. 種電池系統,其特徵為具備有:複數蓄電器,其係經串聯連接;複數電壓保持裝置,其係經串聯連接;時脈發生電路,其係輸出前述同步訊號;及複數之如申請專利範圍第1項或第2項之電池胞平衡裝置,其係前述經串聯連接的複數蓄電器的連接點或兩端被連接於前述複數蓄電器連接端子,前述經串聯連接的複數電壓保持裝置連接點或兩端被連接於前述電壓保持裝置連接端子。
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