TWI394345B - 電池充電／放電系統 - Google Patents

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TWI394345B TW099101292A TW99101292A TWI394345B TW I394345 B TWI394345 B TW I394345B TW 099101292 A TW099101292 A TW 099101292A TW 99101292 A TW99101292 A TW 99101292A TW I394345 B TWI394345 B TW I394345B
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits

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Description

電池充電/放電系統
本發明係與測試裝置相關，並且尤其與針對電池設計的測試裝置相關。
隨著科技發展進步，近年來各種商用、家用以及個人的電子產品皆日益普及。除了功能與外觀之外，產品的安全性和耐用性也受到相當的重視。如何延長產品的使用壽命並避免使用者因產品的損壞受到傷害，皆為產品設計者和製造商關注的議題。一般而言，產品在出廠銷售之前都必須經過品質檢驗的程序。
舉例來說，在生產電子產品中所包含的電池時，製造者必須針對電池進行充電及放電的化成測試，以確保電池的充電/放電過程正常，且其容量能符合產品規格的要求。
在為電池進行放電測試的過程中，由電池排出的電能如果未經回收處理，會轉化為大量的熱能。這些熱能非但形成驚人的能源浪費，還會對測試機台、甚至是整個周邊測試環境帶來棘手的散熱問題。有鑑於此，安全法規規定的測試條件愈來愈完整嚴格，開始對回收電池放電產生之能量一事有所規範。
現有的電池充電/放電測試系統通常包含多個充電/放電裝置。請參閱圖一，圖一即為這種系統架構的示意圖。如圖一所示，兩個獨立運作的充電/放電裝置10A和10B各自為電池12A、12B進行充電/放電測試。電池12A於放電測試中排出的電能僅限於回收至充電/放電裝置10A中的電源供應器。同樣地，電池12B於放電測試中排出的電能亦僅限於回收至充電/放電裝置10B中的電源供應器。這種架構的缺點在於未能達到最有效利用回收電能的效果。此外，現有的電能回收系統大多是以交流電形式將電能回收至電力系統，這樣的做法容易造成電力品質因素降低。
為解決上述問題，本發明提供一種電池充電/放電系統。透過整合多個電池充電/放電控制器，根據本發明之系統除了可有效回收並利用電池在放電過程中釋放的電量，亦可進而減少測試設備中的散熱問題。此外，根據本發明之系統係以直流電形式回收電能，因此可解決先前技術中電力品質因素受到回收電力負面影響的問題。
根據本發明之一具體實施例為一電池充電/放電系統，其中包含一回收排線和複數個充電/放電控制器。每一個充電/放電控制器各自對應於一電池。當該電池係處於一放電模式，該電池輸出之一放電電流係透過該充電/放電控制器流向該回收排線。當該電池充電/放電系統在運作時，該回收排線具有一回收電壓，並且該回收電壓為一直流電壓。
根據本發明之電池充電/放電系統適用於各種不同大小或不同容量的電池，亦不僅限應用於測試設備中。關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱圖二(A)，圖二(A)為根據本發明之一具體實施例中的電池充電/放電系統之方塊圖。實務上，這個系統20可為一電池充電/放電測試設備，但不以此為限。於此實施例中，該系統包含複數個充電/放電控制器(為方便說明，此圖中僅繪示兩個控制器24A、24B做為代表)、一回收排線26、一電源供應器28以及一單向開關29。於實際應用中，回收排線26可以用金屬銅材製成，但不以此為限。
如圖二(A)所示，本實施例中的每一個充電/放電控制器各自對應於一電池(12A、12B)。電池12A與電池12B之規格及被充電時所需要的電壓不必相同。亦如圖二(A)所示，該等電池係各自透過其所對應的充電/放電控制器連接至回收排線26。更明確地說，當電池12A係處於放電模式，電池12A所輸出的放電電流會透過充電/放電控制器24A被導向回收排線26。同樣地，當電池12B係處於放電模式，充電/放電控制器24B會將電池12B輸出的放電電流導向回收排線26。根據本發明，當圖二(A)所示之電池充電/放電系統20在運作時，回收排線26上的回收電壓為一直流電壓。
在這個實施例中，電源供應器28分別連接至充電/放電控制器24A和24B，用以透過各充電/放電控制器為處於充電模式的電池12A和12B充電。各充電/放電控制器也可以為電池提供調整電壓的功能。舉例而言，假設電源供應器28輸出的電源電壓固定為24伏特，而電池12A所需要的充電電壓為5伏特，則充電/放電控制器24A可負責將自己收到的電源電壓先調降為5伏特再提供給電池12A。
於實際應用中，單向開關29可利用二極體來實現。如圖二(A)所示，單向開關29係連接於回收排線26與電源供應器28之間。當單向開關29處於導通狀態，單向開關29僅容許由回收排線26流向電源供應器28之電流通過。易言之，單向開關29並不允許電流由電源供應器28流向回收排線26。
除了提供限定電流流向的作用之外，單向開關29還可以針對流向電源供應器28的電流提供一電流量限制，藉此避免電源供應器28因無法負荷突然流入的大量電流而損壞。此外，當電池充電/放電系統20係處於初步啟動狀態時，單向開關29可以先被關閉，待電池充電/放電系統20開始穩定運作之後，再將單向開關29開啟。
值得注意的是，當電源供應器28透過單向開關29由回收排線26接受回收電力供給時，電源供應器28本身為電池12A、12B充電的所需消耗的電量就可被降低。此外，即使不是電源供應器28正在對電池12A、12B充電的情況，電源供應器28亦可先將由回收排線26接受電力，供給充電/放電控制器24A、24B或其他週邊電路做為運作所需的電力。
請參閱圖二(B)，圖二(B)為充電/放電控制器24A之一實施範例。在這個範例中，充電/放電控制器24A包含一升壓電路242A。升壓電路242A的功用在於提高由電池12A輸出至回收排線26的電壓。舉例而言，假設電源供應器28輸出的電源電壓之電壓值為V1，且單向開關29導通時單向開關29兩端的跨壓值為V2。當電池12A係處於放電模式，升壓電路242A可將電池12A提供至回收排線26之放電電壓提高為(V1+V2)，藉此補償電池12A之放電電壓和電源供應器28輸出之電源電壓間的壓差，並且補償單向開關29在回收排線26和電源供應器28之間所造成的壓降。
電池充電/放電系統20中的其他充電/放電控制器(例如充電/放電控制器24B)也可以包含如圖二(B)所示之升壓電路242A。由於各個充電/放電控制器的工作原理大致相同，因此不再贅述。
根據本發明，若電池充電/放電系統20包含的充電/放電控制器數量較多，該等充電/放電控制器可以被分配為多個群組。舉例而言，假設電池充電/放電系統20包含例如兩千個如同充電/放電控制器24A的充電/放電控制器，每一百個充電/放電控制器可以被分配為一個群組，並且每個群組中的充電/放電控制器共用一個電源供應器。換句話說，每一個充電/放電群組各自包含一個電源供應器。或者，上述兩千個如同充電/放電控制器24A的充電/放電控制器也可共用一個電源供應器。
請參閱圖二(C)，圖二(C)係繪示根據本發明之電池充電/放電系統包含兩個充電/放電群組，且進一步包含一中央控制模組的實施例。中央控制模組32係用以控制充電/放電群組30A、30B輪流進入充電模式。更明確地說，中央控制模組32的作用在於安排、調節各個充電/放電群組中之電池的充電/放電時間順序，以達到將能量最充分利用的效果。舉例而言，當充電/放電群組30A正在對自己本身所對應的多個電池充電時，中央控制模組32可令充電/放電群組30B中的電池進入放電狀態，並將電池排放出的電量導向回收排線26。相對地，當充電/放電群組30B正在對自己本身所對應的多個電池充電時，中央控制模組32可令充電/放電群組30A中的電池進入放電狀態，並將電池排放出的電量導向回收排線26。藉此，這兩個群組可以互相利用對方放電時排出的電能為自己的充電過程節省耗能。
由於在根據本發明的系統中，能源的循環回收利用不再侷限於單一充放電裝置，因此可以大幅提升電能的利用率。實務上，中央控制模組28可以利用一電腦系統或一單晶片微處理器來實現，但不以此為限。
請參閱圖二(D)，圖二(D)為根據本發明之另一電池充電/放電系統實施例的示意圖。於此實施例中，每一個充電/放電控制器內部各自包含一個電源供應器，而非多個充電/放電控制器共用一電源供應器。當充電/放電控制器24A所對應之電池12A係處於充電模式，電源供應器246A為電池12A充電。如圖二(D)所示，充電/放電控制器24A中也包含一單向開關248A，連接於回收排線26與該電源供應器246A之間。當單向開關248A處於一導通狀態，單向開關248A容許由回收排線26流向電源供應器246A之一電流通過。與先前幾個實施例相同的是，圖二(D)中的電源供應器246A可以由回收排線26接收其他電池放電所產生的回收電力，藉此節省為電池12A所需耗費的電量。相對地，電池12A放電時排出的電量，也可以供做其他電池的充電電力。
如上所述，透過整合多個電池充電/放電控制器，根據本發明之系統及方法除了提升能源利用率並降低整個電池充電/放電系統的耗能之外，還可以減少由未被有效利用的電能轉換而成的熱能，進而解決系統中的散熱問題。此外，根據本發明之系統係以直流電形式回收電能，因此可解決先前技術中電力品質因素受到回收電力負面影響的問題。根據本發明之電池充電/放電系統及電池充電/放電方法適用於各種不同大小或不同容量的電池，亦不僅限應用於測試設備中。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
10A、10B．．．充電/放電裝置
12A、12B．．．電池
20．．．電池充電/放電系統
24A、24B．．．充電/放電控制器
26．．．回收排線
28、246A．．．電源供應器
29、248A．．．單向開關
242A．．．升壓電路
30A、30B．．．充電/放電群組
32．．．中央控制模組
圖一所示為傳統的電池充電/放電系統。
圖二(A)係繪示根據本發明之一實施例中的電池充電/放電系統架構圖。
圖二(B)係繪示根據本發明的充電/放電模組包含升壓電路之實施範例。
圖二(C)係繪示根據本發明之電池充電/放電系統包含兩個充電/放電群組，且進一步包含一中央控制模組的實施例。
圖二(D)為根據本發明之另一電池充電/放電系統實施例的示意圖。
20．．．電池充電/放電系統
12A、12B．．．電池
24A、24B．．．充電/放電控制器
26．．．回收排線
28．．．電源供應器
29．．．單向開關

Claims (7)

  1. 一種電池充電/放電系統，包含：一回收排線；複數個充電/放電控制器，其中的每一個充電/放電控制器各自對應於一電池，當該電池係處於一放電模式，該電池所輸出之一放電電流透過該充電/放電控制器流向該回收排線；一電源供應器，分別連接至各充電/放電控制器，用以透過各充電/放電控制器為各充電/放電控制器所對應之該電池充電；以及一單向開關，連接於該回收排線與該電源供應器之間，當該單向開關處於一導通狀態，該單向開關容許由該回收排線流向該電源供應器之一電流通過，該單向開關針對流向該電源供應器之該電流提供一電流量限制；其中當該電池充電/放電系統在運作時，該回收排線具有一回收電壓，並且該回收電壓為一直流電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電/放電系統，其中當該電池充電/放電系統係處於一穩定運作狀態，該單向開關被開啟；當該電池充電/放電系統係處於一初步啟動狀態，該單向開關被關閉。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電/放電系統，其中該單向開關包含一二極體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電/放電系統，其中該電 源供應器提供該等充電/放電控制器一電源電壓，並且每一個充電/放電控制器各自包含：一升壓電路，當該充電/放電控制器所對應之該電池係處於該放電模式，該升壓電路將該電池提供至該回收排線之一放電電壓提高為高於該電源電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電/放電系統，進一步包含：一中央控制模組，用以透過該複數個充電/放電控制器控制該等電池被充電或放電之一順序。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電/放電系統，其中的每一個充電/放電控制器各自包含一電源供應器，當該充電/放電控制器所對應之該電池係處於一充電模式，該電源供應器為該電池充電。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電池充電/放電系統，其中的每一個充電/放電控制器各自包含：一單向開關，連接於該回收排線與該電源供應器之間，當該單向開關處於一導通狀態，該單向開關容許由該回收排線流向該電源供應器之一電流通過。
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