TW459409B - Method for discharging a plurality of secondary battery and pack battery - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明說明（1 ) [技術領域] 本發明係有關於一種可使複數之二次電池有效放電之 放電方法，及内建有以該放電方法進行放電的放電控制電 路之組電池。 [傳統技術] 組電池係將複數之二次電池加以串聯而可以提升輸出 電壓。在該組電也供給電力於負載時，所有二次電池皆有 相同的電流在流動。因此，如果電池之容量不平衡時，小 容量電池之殘餘容量將小於大容量電池之殘餘容量。因 而，當大容量電池完全放電時，小容量電池即進入過度放 電之狀態。此一缺失’可以藉由在小容量之電池完全放電 時停止組電池之放電而予以消除。然而，如果在此一狀態 下將组電池之放電停止’則組電池整體所能輪出之總電力 即受限於最小容量之電池。 假如能夠對組電池充電放電使所有二次電池之容量不 會產生不平衡’則這類缺失就不致於發生。但是，要將複 數之二次電池加以_聯，並將所有電池之容量經常保持相 同’實際上到底是不可能的。重複進行充電放電時，串聯 之複數個電池容量會有不平衡之傾向。 組電池中各電池之不平衡，會隨著串聯的電池數的增 加而漸成問題。例如，將丨00個二次電池加以串聯之組電 池’若要使所有的二次電池之容量都維持相同，而重複將 其充電放電’乃是極為困難之事。此一組電池只要其中之 一電池谷量降低’則整體組電池之電氣性能就會明顯下 ----— II--r--I^i!--J 訂---I I----線· (請先M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格（210~χ 公釐） 1 311594 A7 B7 五、發明說明（2 ) 降。因為如果如上述為不使容量最小之電池過度放電而停 止放電’則組電池之可輸出電力會變成相當之小；又為提 升組電池之輸出’而放電至容量最小之電池進入過度放電 之狀態’則該電池之性能將急遽惡化而使整個組電池之性 能下降。 可消除此一缺失之組電池’開發中的有於串聯之電池 另外再設置輔助電池之組電池。此種组電池係一面放電一 面檢測出各個電池之殘餘容量，對於殘餘容量最低之小容 量二次電ϊ也則從輔助電池供給電力，同時使之放電。由於 殘餘容量變低之小容量二次電池有從輔助電池而來的電力 之供給’故得以防止過度放電。因此，可防止小容量二次 電池過度放電之同時，也可以提升組電池之總輸出。 [發明所欲解決之問題] 具備有輔助電池之組電池’固然可以防止小容量二次 電池之過度放電，卻必須内建並非經常使用之輔助電池。 因此’在使組電池變大之同時，製造成本也變高，甚至於 因為輔助電池不常使用’而有無法有效利用辅助電池之缺 點。再者’如果輔助電池之容量減小，則會有無法防止小 容量二次電池過度放電之缺點。輔助電池也未必能經常比 構成組電池之電池有更長的壽命。 再者’到底要將輔助電池之容量定在何一程度，亦屬 極端困難之問題。輔助電池由於係用以補償複數個二次電 池之容量的不平衡以防止過度放電之電池，所以當不平衡 愈大時辅助電池之容量也就必須愈大。但是，每個電池 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装---I I---訂---------線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 2 311594 A7 B7 五、發明說明（3 ) 不平衡絕非固定，而係隨組電池而大幅變動。為能確實補 償不平衡，而將補助電池之容量提升，雖可以有效防止小 谷量電池之過度放電’但輔助電池之利用效率卻會惡化。 反之，如果降低輔助電池之容量，則輔助電池便無法確實 防止小容量二次電池之過度放電。 本發明係以解決傳統組電池之此般缺點為目的開發而 成者。本發明之重要目的係在提供一種無須使用輔助電池 即可防止小容量二次電池之過度放電，且能夠提升细電池 之總輸出的複數之二次電池之放電方法’及以該放電方法 放電之組電池。 [解決課題之方法] 本發明之申請專利範圍第1項之放電方法，係將複數 之二次電池1加以串聯而放電之方法；其特徵在於·係將 放電中之各個二次電池1之殘餘容量加以檢測’並於判定 為殘餘容量低之小容量二次電池一面供給將串聯之複 數個二次電池1之輸出電壓予以降壓後之電池電壓，一面 使之放電者。 本發明之申請專利範圍第2項之放電方法，係以檢測 出各個二次電ί也1之電壓來檢測其殘餘容量。該方法係將 電壓下降之二次電池1之殘餘容量判定為偏低，而識別出 小容量二次電池。 本發明之申請專利範圍第3項之放電方法，係將串聯 之二次電池1單獨地依序加以完全充電。以此一方法充電 之複數個二次電池1可無過度充電之虞而完全充電。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-----|_丨訂· — — —-----線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 3 311594 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 本發明之申請專利範圍第4項之放電方法，係將串聯 之二次電池1之輸出電壓，以DC/DC變流器2變換為電池 電壓而供給於小容量電池i。DC/DC變流器2，係從可以 將小容量二次電池1加以充電之電池電壓，降壓至使小容 量二次電池1之放電電流降低之電池電壓，並將輪出供給 於小容量二次電池。 本發明之申請專利範圍第5項之放電方法，係將 DC/DC變流器2之輸出電壓，依小容量二次電池之殘餘容 量而變動。 本發明之申請專利範圍第6項之組電池，係内建有串 聯之複數個二次電池1 ’及控制二次電池1之放電狀態之 放電控制電路3。該組電池係使串聯之複數個二次電池1 放電而將電力供給於負載4。再者，該组電池具有放電控 制電路3’該放電控制電路3則包括將各個二次電池1之 殘餘容量予以檢測而辨識出小容量電池1之殘餘容量檢測 電路5’及將串聯之複數個二次電池1之輸出電壓降壓為 電池電壓之DC/DC變流器（converter)2，及將DC/DC變流 器2之輸出供給於小容量二次電池〗之開關電路6。該組 電池係以殘餘容量檢測電路5，對於被辨識為殘餘容量小 之小容量二次電池1 ’ 一面將複數之二次電池丨之輸出電 壓以DC/DC變流器2變換為電池電壓，一面使之放電。 本發明之申請專利範圍第7項之組電池，係使DC/DC 變流器2之輸出電壓依小容量二次電池丨之殘餘容量而變 動。 --I J III 装·----— II 訂 ------線 t請先聞讀背面之注意事項蒋填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 311594 A7

再者本發明之申請專利範圍第8項之組電池，係於 放電控制電路3内建有用以將串聯的複數之二次電池！單 獨地依序予以完全充電之充電電路。 [發明之實施形態] 以下根據圖式說明本發明之實施形態。然而，以下所 示之實施例，係舉例說明將本發明之技術思想加以具體化 之放電方法及組電池’本發明之放電方法及組電池並不限 定於以下所述者。 再者，本說明書為易於了解申請專利之範圍而將實 施例所不之構件的相對號碼，亦附註於「申請專利範圍」 以及「解決課題之方法」所示之構件。但是，申請專利範 圍所示之構件絕非僅限於實施例中之構件。 第1圖所示之組電池係内建有串聯之複數個二次電池 卜及控制二次電池i之放電狀態之放電控制電路3。组電 池係使串聯之複數個二次電池放電而供給電力於負載4。 二次電池1係鋰離子二次電池。但是’二次電池亦可以係 鎳氫電池，或鎳鎘電池，或者其它二次電池。紐電池之内 含一次電池之個數係依用途而異。組電池可以使用於使汽 車行走之馬達之驅動，或使用於個人電腦之電源。用於驅 動汽車之馬達之組電池，係串聯有1 〇〇至3 〇〇個二次電也。 放電控制電路3係具備有將各二次電池1之殘餘容量 加以檢測而辨識出小容量二次電池1之殘餘容量檢測電路 5’及將串聯的複數個二次電池1之輸出電壓降壓為電池電 壓之DC/DC變流器2，及將DC/DC變流器2之輪出供給 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 311594 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------- -訂-------！線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 A7 可以 ，亦 459409 五、發明說明（6 ) 於小容量二次電池1之開關電路6。 殘餘容量檢測電路5，係將各個二次雷 八屯他1之雷厭 以檢測而檢測出殘餘容量。殘餘容量檢測電路5 , ％歷加 檢測個別之二次電池1之電壓，並將電壓下降之係依序 為殘餘容量已變少’而辨識出小容量電池判其 —久黾池1。以雷冰 之電壓將殘餘容量加以檢測之殘餘容量檢測電路$，， 簡單地以檢測電路為之。然而，殘餘容量檢測電路’ 可以由《電電流以及玫電電流之累言十而檢剛出_容量 殘餘容量檢測電路5,係將殘餘容量變成最少今— 電池1’或殘餘容量少於預設容量之二次電池1辨=:= 容量二次電池丨。以電壓檢測出殘餘容量之殘餘容量檢測 電路5，係以電壓降到最低之二次電池丨作為小容量電池 1’或者以電壓低於預設電壓之二次電池】作為小容量二次 電池1。殘餘容量檢測電路5,係連接於各個二次電池i， 而將各個二次電池1之電壓依序切換檢測而檢測出殘餘容 量。 殘餘容量檢測電路5係控制開關電路6，而對小容量 二次電、池1供給DC/DC變流器2所輪出之電池電壓。殘餘 谷量檢測電路5 ’係將小容量二次電池1連接於dc/DC變 流器2之輸出端’並使其餘之二次電池1與dc/DC變流器 2之輸出端分離而控制開關電路6。 DC/DC變流器2係將串聯之複數個二次電池1之輸出 電壓轉換為交流’並以變壓器將交流電壓予以降壓，然後 將交流整流而轉換為直流予以輸出。DC/DC變流器2係使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（21〇χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---1---—訂--------—線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 311594 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4^9409 A7 — _B7__ 五、發明說明（7 ) 輸出之電池電壓成為一定之電壓，或者，使其依小容量電 池1之殘餘容量而變動。DC/DC變流器2之輸出電壓，係 設定為可以將放電狀態中之小容量二次電池1加以充電之 電壓’或者雖然無法充電，但可以使小容量二次電池1之 放電電流減少或為〇之電壓。依據小容量二次電池之殘餘 容量而改變輸出電壓之DC/DC變流器，係於小容量二次電 '池之殘餘容量小時降低輸出電壓，而於殘餘容量大時提高 輸出電壓。 DC/DC變流器2之輸出電壓為可以充電小容量電池1 之電壓之組電池，由於可一面將小容量電池I充電，一面 使其餘之二次電池1放電，故可以使充電中之二次電池之 殘餘容量在短時間内成為與其它二次電池I相同》DC/DC 變流器2之輸出電壓係設定成無法將小容量二次電池1充 電’但可將放電電流減少，或為0之組電池，則可以—面 防止小容量電池之過度放電’一面使全體二次電池i放 電。特別是，將DC/DC變流器2之輸出電壓設定成小容量 二次電池1之放電電流為〇之組電池，係將完全放電後之 二次電池1辨識為小容量二次電池1之後，藉由於該小容 量二次電池1供給來自DC/DC變流器2之電池電壓，而可 以一面防止小容量二次電池1之過度放電，一面使組電池 放電。 將多數之二次電池1串聯而成之組電池，也可以於直 到完全放電為止將複數之二次電池辨識為小容量二次電池 1 ’並於已辨識為小容量電池1之二次電池1供給來自 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·！11訂---I--I-- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 311594 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) ‘ DC/DC變流器2之電池電壓。該組電池係將DC/DC變流 器2之輸出電壓設定為大於能使小容量二次電池1之放電 電流為0者。該組電池之DC/DC變流器2之輸出電壓，係 設定為可以將小容量二次電池1充電之電壓，或可以降低 放電電流之電壓。該組電池較佳者為將DC/DC變流器2 之輸出電壓設定為可以將小容量二次電池1充電之電壓。 因為於辨識為小容量二次電池1之二次電池1供給來自 DC/DC變流2之電力，可以於短時間内使小容量二次電 池1達到與其它二次電池1平衡之殘餘容量β該組電池， 於將殘餘容量降低之所有二次電池1辨識為小容量二次電 池1，並於該小容量二次電池！供給來自Dc/Dc變流器2 之電池電麼使殘餘容量達於平衡之後，將殘餘容量降低之 其他一次電 '池1辨識為小容量二次電池1時再於該小容 量二次電池1供給來自DC/DC變流器2之電力以使殘餘容 量達於平衡。因此’直到組電池完全放電為止，可以將複 數之二次電池判定為小容量二次電池1，而一面於判定之 小容量二次電池1供給來自DC/DC變流器2之電力，—面 使殘餘容量達於平衡而放電。 開關電路6,為使各個二次電池1獨立並連接於dc/dc 變流器2之輸出端’各個二次電池！之+ —電極接頭，係 獨立連接於DC/DC變流器2之+—輸出接頭。該開關電路 6 ’係連接於位在DC/DC變流器2與二次電池i之間的開 關元件。開關元件係FET，也可以係由電晶體所構成者。 —再者’該圖中之開關電路6,係與開關元件串聯而連接於 本 1張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑵Q x 297公楚） 311594 -----Ί I I J----¾-------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 保護電阻。 開關電路6係以連接於二次電池電極接頭之 開關元件為一對’並以殘餘容量檢測電路5作〇n_〇ff控 制。殘餘容量檢測電路5於將任何一對之開關元件切換為 ON時，其它之開關元件則為〇FF。此乃為使Dc/D(：變流 器2將電池電壓供給於任一之小容量電池丨之故。 第1圖所示之组電池，係以下述之狀態放電。 ① 將組電池完全充電。組電池係使串聯之二次電池1 單獨地依序予以完全充電，或者在串聯狀態下完全充電。 將各個二次電池1單獨地依序完全充電之方法，具有不致 使各個二次電池1過度充電而可以完全充電之特點。圖中 之組電池係於DC/DC變流器2連接電源7。從電源7所供 給之充電電壓*係供給於各個二次電池1而依序完全充 電，或者’將串聯之二次電池1 一起完全充電。電源7在 電動汽車用之組電地中係為發電機，而在家用之個人電腦 等之中則係為AC充電器等。 將各個二次電池1單獨地依序充電之组電池，可以利 用開關電路6之開關元件充電。將所有二次電池1於串聯 狀態下一起充電之組電池’則係使開關電路6之開關元件 為OFF ’並將電源7所供給之電力從DC/DC變流器2供給 於二次電池1而充電。此時，圖中所示之組電池係使將 DC/DC變流器2串聯於二次電池1之充電開關8成為ON。 ② 使組電池放電時，連接於負載4與組電池之間的放 電開關9係切換為ON。此時，内含於组電池之所有二次 !,---^----I----I---訂---------線 T (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 311594 A7

五、發明說明（10 ) 電池1係在串聯狀態下對負載4供拉 ^ ^ 找伢m電力。組電池之充電 電壓則係二次電池1之個數X電池電壓。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ③在使二次電池1放電時’放電控制電路3之殘餘容 量檢測電路5,係將各個二次電池！之電壓予以檢測而檢 測出殘餘容量，並將殘餘容量最低，或變成小於設定容量 之二次電池1判定為小容量二次電池！ ’然後將連接於該 小容量二次電池〗之+―電極接頭之開關元件切換為 ON ’其他的開關元件則保持為〇FF。 殘餘容量檢測電路5，係於放電開始後隨即將二次電 池1之殘餘容量加以檢測，並將殘餘容量最低之二次電池 1辨識為小容量二次電池1，或者將殘餘容量變為低於設定 容量之二次電池1辨識為小容量二次電池1。 放電開始之後隨即辨識出小容量二次電池1，並於該 小容量二次電池Ϊ供給來自DC/DC變流器2之電池電壓之 放電方法’可以降低DC/DC變流器2之輸出，而防止小容 量二次電池1之過度放電。此乃由於DC/DC變流器可以在 長時間内對小容量二次電池1供給電力之故。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將二次電池1之殘餘容量已成低於設定容量之二次電 池1判定為小容量二次電池1，並於該小容量二次電池] 從DC/DC變流器2供給電池電壓之方法，不需在完全充電 之組電池放電剛開始之後，即從DC/DC變流器2輸出電池 電壓。組電池在放電中，任何二次電池1之殘餘容量皆低 於設定容量，若持續該狀態而判定小容量電池1之二次電 池1為過度放電時，則從DC/DC變流器2供給電池電壓於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 311594 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（U ) 小容量二次電池1 ’並將該小容量二次電池1加以充電， 或降低其放電。 任何之放電方法’均係於判定為小容量二次電池1從 DC/DC變流器2供給電池電壓，而被判定為小容量二次電 池1之二次電池1之殘餘容量大於其它二次電池1，或其 殘餘容量大於設定容量時，則將連接於該二次電池1之開 關元件切換為OFF ’並停止從DC/DC變流器2而來之電力 供給。 ④然後將各個二次電池1之殘餘容量加以檢測，當殘 餘容量降到最低或低於設定容量時，則重複③之步驟，將 小容量二次電池Ϊ連接於DC/DC變流器2 1 —面防止小容 量二次電池1之過度放電一面使組電池放電。 [發明效果] 本發明之放電方法及以該放電方法使二次電池放電之 組電池’係具有不使用輔助電池，也可以防止任何二次電 池之過度放電’並使整艎輸出增加之極為優異之特點。此 乃由於本發明之放電方法及组電池，係將有可能會過度放 電之容量小的二次電池判定為小容量二次電池，並從其它 之二次電池供給電力於該小容量二次電池而使其放電之 故。 可將多數之二次電池串聯’使任何之二次電池不致過 度放電而放電之放電方法及組電池，不僅可以增加整體輸 出電力’並且具有多數之二次電池之壽命得以延長，而各 個二次電池可以在理想狀態下高度平衡地放電之極為優異 -----^----r---I^-----!| 訂---111!線 {請先閱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（210 X 297公釐） 11 311594 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（12 ) 之特點。此於串聯電池個數多之組電池，例如，電動車用之 組電池來說，乃一極為重要之事。因為串聯有多數二次電池 之組電池，任何二次電池劣化之機率隨電池之個數比例增 加，而且若然則整個組電池就會無法使用。再者，將多數二 次電池串聯之組電池，由於其整體成本極高，故能夠長期使 用之事乃極其重要。不論如何’此種组電池係只要任一二次 電池劣化而不堪使用，則其它之多數二次電池也就都無法以 正常狀態加以使用。因此’將多數之二次電池串聯之組電池， 如何使各個二次電池能夠在理想狀態下放電，乃是極其重要 之事。 再者’本發明之放電方法及組電池’並非以輔助電池來防 止劣化之二次電池之過度放電者。而係以其它未劣化之二次 電池來防止已劣化之二次電池之過度放電。因此，無須設置 辅助電池，也就全無補助電池之充電放電管理之必要，進而 得以實現使所有二次電池在理想狀態下平衡地放電之特點。 [圖式之簡單說明] 第i圖係本發明之放電方法中所使用之組電池之方塊 圖。 [符號之說明] 5 9 二次電池 放電控制電路 殘餘容量檢測電路6 電源 放電開關 2 4 8 DC/DC變流器 負載 開關電路 充電開關 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 发-------訂---------線、 本紙張尺度適用中园家標準（CNSM4規格（21G x 297公餐） 12 311594

Claims (1)

1. i 459409 H3 伽年e月1日修正/更正/補充 第89113270號專利申請案 申請專利範圍修正本 (90年8月27曰） 1. 一種複數之二次電池之放電方法，係將複數個二次電池 (1)串聯而放電之方法，其特徵係將放電中之各個二次 電池（1)之殘餘容量加以檢測，並於判定為殘餘容量低 之小容量二次電池（1)，一面供給將串聯的複數二次電 池（1)之輸出電壓降壓而得之電池電壓，一面使串聯之 複數二次電池（1)放電》 2_如申請專利範圍第1項之複數之二次電池之放電方法， 其中’係將各個二次電池（1)之電壓加以檢測而檢測出 其殘餘容量。 3，如申請專利範圍第1項之複數之二次電池之放電方法， 其中’係將串聯的二次電池（1)單獨地依序加以完全充 電。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 4. 如申請專利範圍第1項之複數之二次電池之放電方法， 其中，係將串聯的二次電池（1)之輪出電壓，以DC/DC 變流器（2)變換為電池電壓。 5. 如申請專利範圍第4項之複數之二次電池之放電方法， 其中’係使DC/DC變流器（2)之输出電壓，依據小容量 二次電池（1)之殘餘容量而變動β 6. —種組電池’係内建有串聯之複數二次電池（1)，及控 制二次電池（1)之放電狀態之放電控制電路;並使串 聯的複數二次電池（1)放電而供給電力於負載（4)者：其 1 311594 &张从適用中國國緖準Τ^)Α4規格（210 X 297公廣)--- d 5 9 Ο ^ _ Η3 特徵在於：放電控制電路（3)具備有將各個二次電池（1) 之殘餘容量加以檢測而辨識出小容量二次電池之殘餘 容量檢測電路（5)，及將串聯之複數二次電池（1)之輸出 電壓降壓為電池電壓之DC/DC變流器（2)，及將DC/DC 變流器（2)之輸出供給於小容量二次電池（1)之開關電路 (6);且係將串聯之複數二次電池（1)之輪出電壓，以 DC/DC變流器（2)變換成電池電壓，而一面供給於殘餘 容量檢測電路（5)辨識為殘餘容量低之小容量二次電池 (1) ，一面使之放電。 7. 如申請專利範圍第6項之組電池，其中，DC/DC變流器 (2) 係依據小容量二次電池（1)之殘餘容量而變動輸出電 壓。 8. 如申請專利範圍第6項之組電池，其中，放電控制電路 (3) 係内建有將串聯之複數二次電池（1)單獨地依序予以 完全充電之充電電路。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 本紙張尺度適用中0國家標準（CNS)A4規格（210><297公笼) 2 311594