TWI408864B

TWI408864B - Battery charge and discharge device

Info

Publication number: TWI408864B
Application number: TW97132649A
Authority: TW
Original assignee: Kwang Yang Motor Co
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2013-09-11
Also published as: TW201010246A

Description

電池充放電裝置

本發明係關於一種電池充放電裝置，尤指一種可切換電池充電或放電方式的電子裝置。

一般用以發動車輛的車用電池都是以串聯方式進行充電及放電，如第六圖所示，以輸入電壓為36伏特之電動車作為負載(5)為例，通常需要將三個12伏特的二次電池(6)串聯在一起以達到36伏特的標準值，當欲對二次電池(6)進行充電時，係於負載(5)與串聯二次電池(6)之間並聯一充電器(7)進行充電。

實際對多顆串聯的二次電池充電時，每個二次電池所得之充電電流相同，但由於每個二次電池特性不盡相同，故充電電壓因此分配不均，容易造成部分電池電壓浮充而其他電池未完整充電，使得充電器誤判串聯的加總電壓已達飽和之電壓值並停止充電，如此不僅充電效率大打折扣，且惡性循環下將會造成電池損壞；此外，串聯充電時位於負載端的整車電源依然足夠讓整車運轉行走，容易發生危險。

由上述說明可知，一般串聯充電由於各電池充電電流相同，容易因各電池特性差異造成部分電壓浮充而影響實際充電效率以及造成電池損壞。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種電池充放電裝置，可切換電池充電或放電方式，使電池以並聯方式充電及以串聯方式放電。

欲達上述目的所使用之技術手段令該電池充放電裝置包含一充放電路以及一偵測切換電路，其特徵在於：該充放電路的兩輸入端之間連接有複數充放迴路，各充放迴路上係設有至少一二次電池，且該些充放迴路上設有複數開關；以及該偵測切換電路，係控制切換前述開關，進而改變充放迴路之電流路徑，使該些二次電池於充電時切換成並聯連接，於放電時切換成串聯連接。

可令充放電路之二次電池處於串聯的放電狀態，當偵測切換電路偵測一充電訊號時，例如當充電器插入時，係根據該充電訊號切換開關而令該些二次電池以並聯方式連接而進行充電；由於並聯充電時各個二次電池之充電電壓相同，可配合各二次電池之特性(如內電阻)而給予不同充電電流，使各二次電池皆可充足足夠電量；再者，當移去充電器之後，偵測切換電路則隨即將二次電池變換為串聯電路，使加總電壓值可達負載工作之標準值。並聯充電時，總電壓僅有單一電池的電壓大小，無法讓需要36伏特的整車電源系統作動，進而達到充電時車輛不運行之保護功效。

本發明之電池充放電裝置如第一圖所示係包含一充放電路(1)及一偵測切換電路(2)，該充放電路(1)之輸出係連接一負載(3)，若以電動車輛作為該負載(3)，該充放電路(1)可對電動車輛提供運轉以及車燈等所需之工作電壓；該偵測切換電路(2)則供連接一充電器(4)，偵測充電器(4)之充電動作，並切換充放電路(1)進行充電。

請參考第二A圖所示，該充放電路(1)係具有兩充電輸入端(100)，於該兩充電輸入端(100)之間設有複數充放迴路(1a,1b,1c)，以本實施例而言，各充放迴路(1a,1b,1c)係具有一電壓12伏特的二次電池(10,11,12)，且該些充放迴路(1a,1b,1c)上設有第一開關(A)、第二開關(B)、第三開關(C)以及第四開關(D)，經由切換該些開關(A,B,C,D)便可改變充放迴路(1a,1b,1c)上二次電池(10,11,12)之連接方式為並聯或串聯。

以本實施例而言，第一開關(A)與第二開關(B)係分別連接二次電池(10)的負、正端；第三開關(C)與第四開關(D)則分別連接二次電池(11)的負、正端，且第三開關(C)與二次電池(11)之正端連接點進一步連接至第二開關(B)，當該些開關(A,B,C,D)同步切換時，即可改變二次電池(10,11,12)彼此間的連接方式，如第二A圖所示，二次電池(10,11,12)以並聯方式連接；再如第二B圖所示，各開關(A,B,C,D)切換後，二次電池(10,11,12)改以串聯方式連接。

請參考第三A圖所示，前述充放電路(1)之各個開關 (A,B,C,D)將受前述偵測切換電路(2)驅動而切換，本實施例中，該偵測切換電路(2)具有一偵測端(200)連接一可變電阻R1，該可變電阻R1並與一電容C1連接，且該電容C1一端與一電晶體Q1之射極連接，電容另一端透過兩串接二極體D1、D2而連接到電晶體Q1之基極，再者，該電晶體Q1之集極連接有一開關S，前述充放電路(1)所設的開關(A,B,C或D)即是由此開關S所構成，其可為繼電器(RELAY)、雙載子接面電晶體(BJT)或是場效電晶體(MOSFET)等元件。

以電動車輛作為負載(3)為例，電動車輛連接的充放電路(1)平時係處放電狀態，故其開關係切換至二次電池(10,11,12)為串聯模式，當電動車輛欲進行充電時，係將一可提供12伏特充電電壓之充電器(4)與充放電路(1)以及偵測切換電路(2)連接，當充電器(4)電壓自可變電阻R1一端輸入，經過電容C1、二極體D1、D2而使電晶體Q1導通，偵測切換電路(2)之開關S即有電流通過而進行切換動作，此時二次電池(10,11,12)即變為並聯模式，故整體電路從原先的串聯形式進行放電變換為並聯形式進行充電，各二次電池(10,11,12)均接受充電器12伏特的充電電壓。

請參考第四圖所示，前述充放電路(1)之兩充電輸入端(100)與偵測切換電路(2)之偵測端(200)係構成一充電插座(20)，本實施例中，其中該偵測端(200)係連接正極之充電輸入端(100)，進一步參考第五圖，令前述充電器(4)具有一電源輸入插頭(40)以及一充電插頭(41)，其中，電源輸入插頭(40)係供連接交流市電而透過充電器(4)轉換為直流電再由充電插頭(41)輸出；該充電插頭(41)具有兩充電端子(410)；其中該兩充電端子(410)可對應插入充電插座(20)之充電輸入端(100)，以提供充電電壓予充放電路(1)。

由前述說明可知，偵測切換電路(2)係感應充電器連接後之電壓輸入，進而切換充放電路(1)之各開關，以改變二次電池之連接方式為彼此並聯；由於並聯充電使得各二次電池獲得相同的充電電壓，故可避免因電池特性差異影響而造成部分電池過充及部分未充滿的情況產生；再者，由於並聯時電壓維持12伏特，未達可供負載(3)作動之電壓標準值，故負載(3)無法於充電時作動，以電動車輛為例，電動車即無法在充電狀態下發動，可避免發生危險。

以本實施例而言，各二次電池(10,11,12)之放電截止電壓為8伏特，而充電截止電壓則為14.5伏特，當充電器判斷各二次電池(10,11,12)電壓皆已達到12~14.5伏特時，即充電完畢而切斷充電，直至當充電器之插頭拔除後，充放電路即回復至串聯連接狀態。

前述第四圖之充電插座(20)亦可設計令偵測端(200)連接負極之充電輸入端(100)，則對應之偵測切換電路(2)則如第三B圖所示，其與前述實施例不同處在於，該偵測切換電路(2)之偵測端(200)係連接一反向器U1之輸入端，該反向器U1之輸出端連接一電阻R2，電阻R2係與一電容C2連接，該電容C2一端與前述電晶體Q1之射極連接，電容C2另端透過前述兩串接二極體D1、D2而連接到電晶體Q1之基極，同樣地，該電晶體Q1之集極連接有前述開關S。

綜上所述，本發明主要於一充放電路上的數個充放迴路分別設有二次電池，並藉由開關切換改變充放迴路之電流路徑，使二次電池可於串、並聯模式間進行切換；應用於串聯放電及並聯充電時，可設計由一偵測切換電路感測一充電訊號而驅動各開關切換將二次電池之連接方式由串聯變換為並聯，使得各二次電池以並聯方式獲得相同電壓進行充電，可確保每個電池皆可充足電能，在不需耗費時間氣力取下各個二次電池進行個別充電的情況下，有效改善二次電池的充電效率。

(1)‧‧‧充放電路

(1a,1b,1c)‧‧‧充放迴路

(100)‧‧‧充電輸入端

(10,11,12)‧‧‧二次電池

(2)‧‧‧偵測切換電路

(200)‧‧‧偵測端

(20)‧‧‧充電插座

(3)‧‧‧負載

(4)‧‧‧充電器

(40)‧‧‧電源輸入插頭

(41)‧‧‧充電插頭

(410)‧‧‧充電端子

(5)‧‧‧負載

(6)‧‧‧二次電池

(7)‧‧‧充電器

(A)‧‧‧第一開關

(B)‧‧‧第二開關

(C)‧‧‧第三開關

(D)‧‧‧第四開關

(S)‧‧‧開關

R1‧‧‧可變電阻

R2‧‧‧電阻

C1,C2‧‧‧電容

Q1‧‧‧電晶體

D1,D2‧‧‧二極體

U1‧‧‧反向器

第一圖：係本發明之方塊示意圖。

第二A圖：係本發明之充放電路一較佳實施例之二次電池並聯電路圖。

第二B圖：係本發明之充放電路一較佳實施例之二次電池串聯電路圖。

第三A圖：係本發明之偵測切換電路一較佳實施例之電路圖。

第三B圖：係本發明之偵測切換電路另一較佳實施例之電路圖。

第四圖：係本發明一較佳實施例之充電插座示意圖。

第五圖：係一用以與本發明之充電插座連接的充電器之立體圖。

第六圖：係傳統以二次電池串聯方式進行充、放電之示意圖。

(1)‧‧‧充放電路

(2)‧‧‧偵測切換電路

(3)‧‧‧負載

(4)‧‧‧充電器

Claims

一種電池充放電裝置，係包含一充放電路以及一偵測切換電路，其特徵在於：該充放電路的兩充電輸入端之間連接有複數充放迴路，各充放迴路上係設有至少一個二次電池，且該些充放迴路上設有複數開關；以及該偵測切換電路，係具有一偵測端而與前述充電輸入端構成一充電插座，該偵測端連接其中任一充電輸入端，該偵測切換電路係透過該偵測端偵測一充電訊號，並根據該充電訊號控制切換前述開關，進而改變充放迴路之電流路徑，使該些二次電池於充電時切換成並聯連接，於放電時切換成串聯連接，該充電插座可對應連接一充電器之充電插頭，該充電插頭包含兩充電端子而對應插入充電插座之充電輸入端，以提供充電電壓予前述充放電路。
如申請專利範圍第1項所述之電池充放電裝置，該偵測切換電路之偵測端連接正極之充電輸入端，其中，該偵測切換電路係由偵測端與一可變電阻連接，該可變電阻並與一電容連接，且該電容一端與一電晶體之射極連接，電容另一端透過兩串接二極體而連接到電晶體之基極，該電晶體之集極則連接前述各開關。
如申請專利範圍第1項所述之電池充放電裝置，該偵測切換電路之偵測端連接負極之充電輸入端，其中，該偵測切換電路係由偵測端與一反向器之輸入端連接，該反向器之輸出端連接一電阻，該電阻並與一電容並聯，且該電容一端與一電晶體之射極連接，電容另一端透過兩串接二極體而連接到電晶體之基極，該電晶體之集極則連接前述各開關。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之電池充放電裝置，各開關可為一繼電器。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之電池充放電裝置，各開關可為一電晶體。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之電池充放電裝置，各二次電池之放電截止電壓為8伏特；充電截止電壓為14.5伏特。
如申請專利範圍第4項所述之電池充放電裝置，各二次電池之放電截止電壓為8伏特；充電截止電壓為14.5伏特。
如申請專利範圍第5項所述之電池充放電裝置，各二次電池之放電截止電壓為8伏特；充電截止電壓為14.5伏特。