TW402690B - Method and device for protecting battery from over-discharging - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 402690 五、發明説明（3 ) 本發明係有翮一種電池過放電保護方法與裝置，尤指 一種適用於電動車輛電池之過放電保護方法與裝置。 由於以往鉛酸電池大多使用於小電流、非深食放電的 狀況下，電池使用壽命不會受到放電狀況的影響，於適當 的保養下皆能保持一相當的水準。而電動車輛所使用的電 池操作範圍則較為廣泛，於大電流與深度放電的需求下， 電池壽命將不如傳統使用狀況之電池。若以傳統放電管理 方式用於電動車輛，則將面臨電池過放電的情形，致使電 池壽命更加縮短，老化速度更加快速。 傳統之電池放電管理方式如下： (a) 習用上並不限制電池的最终截止時機，其最终皆因電 \ 池電壓過低，使系統無法運作因而停止。此停止時之 電池電壓通常低於電池放電截止電壓甚多，對電池之 壽命有着相當不良的影響。 / (b) 傳統電池放電測試的電池截止時機，採偵測電池之端 電壓，當此電壓低於放電截止電壓即Μ斷電處理（如申 請案號第83106489號，由日本三洋電機申請之”防止蓄 電池過放電之電路"）。此斷電處理方式於實驗室測試 台上應不會發生問題，但若是電動車輔於道路行駛之 狀況則易造成操作上的突然斷差而形成安全上的問題 本發明係以維護電池壽命為出發點，利用電池的放電 特性，於放電末期Μ限電壓的方式來作放電管理，Μ避免 過放電損傷電池的壽命，且避免使用突然的斷電措施而影 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 、^I 訂~~ I -； I n J— I--- l _ 0. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A74Π2Β90_B7五、發明説明（4 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 大傷用處影器各 放作 電電池降的 單池 ，組 ，送電電 期損運電而電大 池其理限電滾紡 池電理分較則出限 末而的充施殘加. 電 ，處之 得電突 電 處各比 ，輸到 電放：：k>'之措池而 用理壓池使出 E 蓄ii;例述作點舍達 放過有近罨電電 '運管電電，輸使 ：電比前壓作不 Μ 制致最最斷之放 為電池於路均免 括之過將電動間 ， 抑導作至的確過。徵放電低電苹避 包需經，點制瞬低 ①降期式然精因命特作過壓動的Ρ成所，路作限池降 :壓末方突雜免壽其來經電驅池， 組 壓電動壓蜜流 有的電行取複遊之 •式，端之雷命 ，供電較制電得電 點幅放慢採需⑤組法方壓之載犋籌 置乂 端比限池使出 優巨於 Κ 不無。池方的電池負使的 裝 > 之；壓電，輸 之期源者下明低電護壓端電到而池。護 t 池號電於路均 明末能用命發本體保電之組號，電全保而電信池低電平 發電的使壽本成整.電限池一倍載傷安電聯組準電壓動的 本放池讓池④需長放K電中制負損作放並分位之電驅池 。兔電，電。所延過期組其禁到電操過八各壓設池之電 全遴將程及全，可池末分知出流放的池串將電預電截得 安可②里顧安池，電電各檢送電過常電池，之與組負使 作 ，。航於作電異之放得路則出免正之電路較號一到而 操電命鑛③操護差明於取電，輸避響明顆電比信有號 ， 的放壽長。的保之發，別較點會此影發數理做準中信載 常的的延電常可池本性分比作不如而本由處可位其制負 正流池K充正即電 特為和動間.，雩 ，壓到壓要禁到 響電罨，所響，姐 電法路壓瞬低斷 元電得電只出流 — -Ί 巷丨—V----訂，---^----缘 ί V - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 4Q269G_b7_ 五、發明説明（5 ) 颳放電的B的。 於后附圖中： 第1圖為電池操作特性圖； 1 第2圖為電池於平均工作負載電流下之限電壓放電曲 線圔； 第3圖為乙類櫬車之行車型態圖； 第4圖為電池於放電末期的電壓、電流與時間的闞係 圖； 第5圖為本發明實施例電池過放電保護電路之方塊圖； 第6圖為本發明實施例之詳细電路圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 規今所面對的問題是要如何避免使電池過放電（電壓 過低），且兼顧車輔操作的安全性。電池本身的操作特性 如第1圖所示，其中縱軸為電池端電壓，横軸為電池的輸 出電流，各斜線代表罨池處於相同的殘電量（Stateof Charge, S0C)狀況下之端電壓與輸出電流間之闞係。而電 池於使用過程中，因其殘電量一直在改變，因此其端電壓 與輸出電流間之變化則如圖中之A曲線所示，在電流Ia〜 lb變動範圍内，端電壓除了會陲著殘電量下降而有降低趨 勢之外，亦與輸出電流之大小有關，當電池放電電流愈大 ,則端電壓愈低，是K於放電末期，若不希望電池電壓過 低，最好的方式即為限制電池的最大輸出電流，以使電池 的端電壓回升，而得到較高之電壓值。又從一般的放電實 驗得知，放電電流較小者，具有較高之電池容量。是K於 放電末期，限制電池的最大輸出電流间時具有保譁電池過 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 40269G - 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ 6 ) 放 電 與 使 電 池 處 於 較 高 的 容 量狀 態之雙重優 點 0 本 發 明 即 運 用 此 電 池 放 電特 性，於放電末期以限電壓 • 1 1 1 1 1 的 方 式 來 作 放 電 管 理 0 如第2圖所示，ί〇代表電^工作之 請 平 均 負 載 電 流 9 當 工 作 電 壓 V。低 於限電壓值 V L 時， 即 開 始 先 閲 讀 1 1 限 制 負 載 電 流 而使得電池電壓能維持於限電壓值Vl 9 Μ 維 背 面 之 注 意 事 1 I 護 電 池 薄 命 〇 1 1 今 由 中 國 國 家 標 準 (CNS)3105，D3029之乙類機車行車 項 再 1 型 態 9 如 第 3圖所示， 模擬轉換， 配合電池之放電模型， 寫 本 頁 4- I 探 用 限 電 壓 的 放 電 方 法 * 而 將電 池於放電末 期 的電 壓 、 電 1 流 與 時 間 的 闞 係 表 示 於 第 4圖中。 於第3圖中 f 縱座 標 表 7F 1 1 I 機 車 的 速 度 而 横 座 標 表 示 每 次操 作的時間， 於 步驟 Si 機 車 1 1 訂 1 是 在 靜 止 狀 態 9 步 驟 S 2 -1 m 車是 在緩加速狀 態 ,S 2 -2 機 車 是 在 急 加 速 狀 態 t S 3 機 車 是 在極 速狀態，S4 機 車差 在 減 速 1 -.1 狀 態 9 而 於 S 5 機 車 是 保持於定速20km/h,再 於 步驟 S 6 機 車 1 | 減 速 » 至 S 7 機 車 靜 止 0 於 第 4圖之第1個行車 循 環中 $ 顯 示 1 嗥 配 合 第 3圖之行車步驟S 1 一 -S 7而得到相對應電池電壓和輸 \ I 出 電 流 之 翮 係 〇 於 其 後 之 各 個行 車循環中， 亦 顯示 相 類 Μ 1 1 之 電 壓 電 流 few 画 形 0 圖 中 循 環1〜4是處於正 常 的狀 態 9 而 循環5的最大負載處（最 大 電 流處 )將畲觸及電池的限電壓 動 作 值 〇 傳 統 的 方 法 若 欲 維 護電 池壽命則此 時 應以 斷 電 處 1 \ 理 0 但 車 輔 此 時 處 於 全 加 速 狀況 下（最大負載處）， 若 突 然 1 1 失 去 動 力 > 使 用 者 於 無 預 期 之心 理狀況下， 則 很容 易 造 成 V I 事 故 〇 而 本 方 法 能 於 此 時 將 限電 壓放電的功 能 自動 啟 動 9 1 1 I 開 始 限 制 電 池 之 輸 出 電 流 (如第4圖所不，最 大 電流 較 前 者 1 Ί 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 6

40269G A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 為低），而使電池電壓不低於限電壓動作值。然而此時車 輻之加速性能降低，且將隨電量繼鑛減少而下降；甚至到 達第10循環時將會降低車輻的極速值。此性能之午降有提 醒使用者電池之電力將要用罄的優點，且能於斷電之前有 一鍰衝區可讓使用者採取必要之行動。由於電池特性中抑 制放電電流，可提高電池的容量，且抑制車_性能將減少. 車輔的行車耗能，此雙重特性使得此方法中所存在的放電 末期緩衡區可延長車輛之續肮里程，讓使用者可·以較差的 行車性能，鑀行至最近的充電處所進行充電，同時兼顧到 電池的過放罨保護與使用者的操作安全性。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 依據前述之解決問題之方法，本發明的功能流程方塊 圖如第5圖所不。Μ電動載具（例如電動機車）為例，蓄電 池單元11由四個12伏持電池所組成，並以馬達驅動器12控 制無刷馬達13之運轉。首先取得電池各分组電壓訊號，經 電池電壓處理電路14作比例的放大補償，再經比較電路 15,若其中任一電池分組電懕VI〜V4中有低於電池限制電 壓動作值者（此值主要限制條件必須不低於電池的放電截 止電壓），則·^禁制輸出的命令予驅動@12,令其瞬間限 制至馬達1 3之輸出，Κ達到限電壓放電的目的。 現將第5圖中的電池電壓處理電路14與比較電路15之 詳细電路圖表不於第6圖，玆分別說明如下： (1)電池電壓處理電路14,係將蓄電池單元11各分組電池 之端電壓，經過放大電路U1與U4作比例處理，得到可 作比較之電壓位準信號VI、V2、V3與V4; 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 7

Claims (1)

1. ο 9 6 2ο4- ABCD 六、申請專利範圍 1. 一種電池之過放電保護方法，其特徴為運用電池放電 特性，於放電末期以限電壓的方式來作放電管理，其 作法為分別取得各分組電池之端電壓，經過電~池電髎 處理電路和比較電路檢知其中一組電池之端電壓低於 電池之限電壓動作點，則送出禁制信號到負載之驅動 電路，使得電池瞬間不會輪出電流到負載，而使得電 池的平均輸出電流降低；如此避免過放電損電池的壽 命，且避免使用突然的斷電而影響正常的操作安全。 2. —種電池之過放電保護裝置，組成包括： 蓄電池單元，由數組電池串/並聯而成，Μ供應所 需之電源； 、 電池電壓處理電路，將各分組電池之端電壓，經 過比例處理，得到可做比較之電壓位準信號； 比較電路，將前述各分組電/歷位準信號與預設之 電池電壓限制動作點值作比較，只要其中有一組電池 電壓位準信號低於電池電壓限制動作點值，則送出禁 制信號到負載之驅動電路，使得電池瞬間不會輸出電 流到負載。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3. 如申請專利範圍第2項之電池之過放電保護裝置，其 中該電池電壓限制動作點值不限定為定值，可為放電 電流相關的任意函數，Κ符合各類電池對電池安全操 作區之不同要求。 4. 如申請專利範圍第2項之電池之過放電保護裝置，其 中取得之各該分組電池電壓，可為單顆電池的電壓值， _亦可為全部電池作適當區分而成之電池組的電壓值。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐） 9