TWI436549B - 先進可充電式電池系統，具有其之汽車，以及其之充電方法 - Google Patents

先進可充電式電池系統，具有其之汽車，以及其之充電方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI436549B
TWI436549B TW100111501A TW100111501A TWI436549B TW I436549 B TWI436549 B TW I436549B TW 100111501 A TW100111501 A TW 100111501A TW 100111501 A TW100111501 A TW 100111501A TW I436549 B TWI436549 B TW I436549B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
charging
voltage
battery
rechargeable battery
battery system
Prior art date
Application number
TW100111501A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201203781A (en
Inventor
張惇杰
張惇育
Original Assignee
張惇杰
張惇育
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 張惇杰, 張惇育 filed Critical 張惇杰
Publication of TW201203781A publication Critical patent/TW201203781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI436549B publication Critical patent/TWI436549B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/51—Photovoltaic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/52—Wind-driven generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/13—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • 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
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K16/00—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind
    • B60K2016/003—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind solar power driven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K16/00—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind
    • B60K2016/006—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind wind power driven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/12—Bikes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24—Energy storage means
    • B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/244—Charge state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/10—Accelerator pedal position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/12—Brake pedal position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/24—Energy storage means
    • B60W2710/242—Energy storage means for electrical energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/12—Motorcycles, Trikes; Quads; Scooters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/94—Mounting on supporting structures or systems on a movable wheeled structure
    • F05B2240/941—Mounting on supporting structures or systems on a movable wheeled structure which is a land vehicle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/90—Energy harvesting concepts as power supply for auxiliaries' energy consumption, e.g. photovoltaic sun-roof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

先進可充電式電池系統，具有其之汽車，以及其之充電方法
本發明係關於可充電式電池，且明確地說，係關於可充電式電池的充電作業。
1.對於要被使用在汽車啟動器、電動腳踏車、電動摩托車、電動或油電混合車、...等之類應用中的電池來說，由於效率提高以及成本下降的關係，高電壓係必要條件。提高電壓需要多顆電池串聯相接。
2.有關電池串聯的問題如下：
a.當一顆電池有較低容量時，整個電池組的容量便會由較低容量電池的容量來支配；
b.假如擁有較低容量的電池無法在充電作業期間被充電至飽滿容量，整個電池組的效能將會因該較低容量電池的關係而變差。這便係本技術中所熟知的電池胞不平衡。
c.造成其中一顆特定電池的較低容量的原因能夠是高自我放電或是電池生產期間的缺陷。
3.解決電池胞不平衡問題的傳統方式如下：
a.挑選電池，以免串聯連接不一致的電池；
b.分開充電該等電池(舉例來說，美國專利案第6,586,909號)，以便克服上面所提及的問題；然而，其需要使用低電壓來將每一顆電池充電至飽滿(舉例來說，鋰離子電池會被充電至3.65V)，由於從一般高電壓AC電源轉換成低電壓DC電力的關係，此低電壓充電作業並不節能。
用以在充電作業期間讓該等電池達到平衡所運用的大部分先前技術系統與方法係使用複雜的電路系統來偵測且平衡未被充電的電池(舉例來說，US7,068,011、US7,061,207、US6,882,129、US6,841,971、US6,825,638、US6,801,014、US6,784,638、US6,777,908、US6,700,350、US6,642,693、US6,586,909、US6,511,764、US6,271,645)。
由於它們在電力方面的卓越性能、延長的循環壽命、以及有利於環境的特性的關係，可充電式電池在傳統消費性電子以外的現今各種應用範圍中越來越重要，例如應用在蜂巢式電話或膝上型電腦。造成此變化的主要原因在於可充電式電池具有更佳的循環壽命而越來越可靠，其允許人們開始建構用於較重負荷應用的較大型電池系統，例如，家用節能系統，甚至電動車應用。然而，隨著尺寸的增加，其意謂著要串聯連接及並聯連接更多的電池胞，其最後組成的電池系統的服務壽命會變得不可預測，甚至不可靠。一個範例便係利用先前專利授權的鋰離子氧化磷(LiFe(1-x) Mx P(1-x) O2(2-x) )材料作為陰極建構而成的電池胞。雖然單電池可輕易地實施1000個循環而仍有超過80%的容量；但是，提高尺寸(有更多的電池胞被串聯連接與並聯連接)卻可能會讓整個電池系統的服務壽命範圍從數十個循環至數千個循環。循環壽命強化的關鍵在於每次充電作業期間能夠被施行的電池胞的容量平衡。從此觀點來看，電池胞的平衡和要被施行在該等電池胞中的協同控制以及要被運用的充電方法非常相關。在本發明中，會藉由說明電池胞以及充電器或充電系統的適當限制條件以及控制方式導入電池系統，其確保會造成整個電池系統有延長循環壽命的最佳電池胞平衡施行方式。
本發明的目的係提供一種電池系統，其含有多個電池封裝以及讓該等電池封裝擁有長循環壽命之傑出效能的充電器(或是充電系統)。本文所揭示的電池系統，毋須恆定電壓或恆定電流充電，相對於傳統的鋰離子電池中恆定電壓或恆定電流充電則是必須的。
本發明係一種可充電式電池系統，其具有複數個電池胞以及一用於充電該可充電式電池系統的充電裝置。該可充電式電池系統具有：複數個電池胞，它們會被電連接用以形成一可充電式電池系統；一自我放電電壓測量裝置，用以持續測量一自我放電電壓，以及一對應的自我放電裝置，兩者會以並聯連接至下面至少其中一者：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝；一過充電電壓測量裝置，用以持續測量跨越下面至少其中一者的過充電電壓：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝；一充電裝置，其會串聯連接該可充電式電池系統，用以充電該可充電式電池系統中的所有電池胞；一系統電壓測量裝置，用以持續測量跨越該充電裝置的系統電壓；一限制裝置，用以限制該可充電式電池系統的充電電流；以及一控制裝置，用以控制該可充電式電池系統。該可充電式電池系統的操作如下：
(a)在充電期間，假如由該等自我放電電壓測量裝置中任何一者所測得的自我放電電壓一預設自我放電電壓，則該對應的自我放電裝置便會運作，直到該所測得的自我放電電壓等於該預設自我放電電壓為止，接著，該對應的自我放電裝置便不會運作；以及
(b)在充電期間，假如該等已測得的過充電電壓中任何一者>一預設過充電電壓，則流到該可充電式電池系統的充電電流便會受到限制，接著，當所有已測得的過充電電壓一預設的第一重啟電壓(resume voltage)時，則流到該可充電式電池系統的充電電流便不會受到限制；以及
(c)在充電期間，假如該已測得的系統電壓>一預設總電壓，則流到該可充電式電池系統的充電電流便會受到限制，接著，當該已測得的系統電壓該預設的第二重啟電壓時，流到該可充電式電池系統的充電電流便不會受到限制；以及
(d)在充電期間，假如流到該可充電式電池系統的充電電流會受到限制的時間週期>一預設時間週期，則流到該可充電式電池系統的充電電流便不會受到限制。
本發明對於解決因串聯連接的電池所造成的問題特別重要。藉由創造允許從正被充電的電池處洩漏電流(能量)的裝置與方法可以減輕充電期間電池胞不平衡的問題。本發明並不使用非常昂貴的裝置或方式來防止過充電，為達電池均等的目的，如先前技術的裝置與方法中的發現，本發明使用的方法與裝置會減少要被提供至將要過充電的串聯電路中的一電池的電流。此方法與裝置能夠被施行在要串聯連接的每一個電池或電池組或電池封裝之中。對單一電池單元來說，其可能會被稱為「一電池」或是「一電池胞」。本文整篇說明書中所使用的「電池組」或是「電池胞組」等術語的意義為以並聯連接、或是以串聯連接、或是以並串聯連接、或是以串並聯連接的複數個電池。本文整篇說明書中所使用的「電池封裝」或是「電池胞封裝」等術語的意義為以並聯連接、或是以串聯連接、或是以並串聯連接、或是以串並聯連接的複數個電池組。本文整篇說明書中所使用的「組件」一詞的意義為一電池(或是一電池胞)、一電池組(或是一電池胞組)、或是一電池封裝(或是一電池胞封裝)，其伴隨著一用於在該(等)電池(或是該(等)電池胞)過充電時自我放電該(等)電池(或是該(等)電池胞)、該(等)電池組(或是該(等)電池胞組)、或是該(等)電池封裝(或是該(等)電池胞封裝)的裝置。
於本發明中，一電池或多個電池會在過充電時自我放電。因為每一個電池、電池組、或是電池封裝都配備一「自我放電」裝置，所以，當電壓在充電作業期間或是甚至在充電之後抵達一預設參數時，便能夠消弭電池胞平衡問題。
圖1(a)所示的係一「電池組件」的結構；圖1(b)所示的係一「並聯電池組組件」的結構；圖1(c)所示的係一「串聯電池組組件」的結構；圖1(d)所示的係一「並串聯電池組組件」的結構；以及圖1(e)所示的係一「串並聯電池組組件」的結構。該些組件係用來提供電池封裝的基本單元。於該些圖式以及其餘圖式中，符號1係表示一個別的可充電式電池，而符號3則表示一用於自我放電該(等)可充電式電池的電路。
圖2(a)中所示的係解決電池胞不平衡問題的本發明方法。如圖2(a)中所示，每一顆電池皆會和裝置2以並聯連接。此裝置係由下面所構成：一切換元件6；一電阻元件7；一電壓偵測元件5a；以及一切換元件控制器5b，其會開啟或關閉切換元件6。該電壓偵測元件會偵測電池的電壓，而該切換元件控制器則會控制該切換元件的「開啟」或「關閉」狀態。該切換元件、該電阻元件、該電壓偵測元件、以及該切換元件控制器能夠被設置在一印刷電路板上。然而，因為一電晶體能夠發揮一電壓偵測元件、一控制器、一切換元件、以及一電阻元件之組合的功能，所以，圖2(a)中所示的裝置可由一電晶體或是以並聯連接的複數個電晶體(用於調整電阻值)來取代。其它可能方式為如圖2(b)中所示的一電晶體8串聯連接一電阻器7。在如圖2(b)中所示之串聯連接的電晶體與電阻器的情況中，該電阻器的電阻值應該很小，以便最小化因該電阻器所造成的電壓降，從而影響該電晶體的電壓偵測。圖2(b)的配置還可應用於二極體(例如，LED)或是一僅由該切換元件與該控制器所組成的印刷電路板。
當電池被充電時，假如其中一顆電池的電壓在一預設上限之上，電並聯連接至該電池的裝置的切換元件便會關閉，所以，允許電流流過該電阻器。因此，由於以並聯連接至該電池的裝置的存在的關係，超越該預設上限電壓的該電池的充電電流便會下降。此下降情形顯示在下面的範例1中。於此條件中，其它電池會以正常的電流被充電，但是，超越該上限電壓的電池則會有遞減充電的動作。這係本發明中為防止發生電池過充電的基本機制。應該提到的係，該電阻元件可以係擁有符合要求之電阻值的任何電子構件。舉例來說，可以使用一照明燈泡作為一電阻源。
該裝置中的元件能夠在一半導體晶片2之上，而該半導體晶片則可能被設置在靠近該電池的任何地方。圖3所示的係被內建在一電池之殼體的蓋板(lid)上的半導體晶片2的其中一種可能方式。另外，舉例來說，該晶片亦可被設置在陰極(殼體)11與陽極(負終端)12之間。另外，該晶片亦可被放置在該電池殼體裡面。
假如需要對電阻值作進一步精確控制，該電阻器亦可能係一可變電阻器。下面將進一步說明每一顆電池在充電期間的電流變化細節：
範例1，如何能夠達到電池胞均等之目的的理論性解釋。
假設：
1.如圖2(a)中所示，四個電池組件以串聯方式連接。
2.電池(1)、(3)、(4)的內部電阻值為5毫歐姆，電池(2)的內部電阻值為10毫歐姆。
3.電池(1)、(3)、(4)的開路電壓為3.3V，電池(2)的開路電壓為3.6V。
4.對每一個電池組件來說，一1.0歐姆的電阻器會以並聯連接至該電池。
5.一15V的電源供應器會被施加至該等四個串聯連接的電池組件。
計算案例1(當並聯電阻器全部開路時)：
在該等四個電池組件的充電期間，每一顆電池的電壓可以表示如下：
電池(1)：V1 =Vo1 +I1 R1 ，V1 為在充電期間電池(1)的電壓，Vo1 為電池(1)的開路電壓，I1 為通過電池(1)的電流，而R1 為電池(1)的內部電阻值。
電池(2)：V2 =Vo2 +I2 R2 ，
電池(3)：V3 =Vo3 +I3 R3 ，
電池(4)：V4 =Vo4 +I4 R4 ，
因為沒有其它電阻器會被連接，所以，I1 =I2 =I3 =I4 =I
15=(V1 +V2 +V3 +V4 )=(Vo1 +Vo2 +Vo3 +Vo4 )+I(R1 +R2 +R3 +R4 )
15-(Vo1 +Vo2 +Vo3 +Vo4 )=I(R1 +R2 +R3 +R4 )
15-3.3-3.6-3.3-3.3=I(0.005+0.01+0.005+0.005)
I=60安培---此為通過每一顆電池的電流。
計算案例2(當並聯電阻器電路在電池(2)中為閉路時)：
假設I’為通過該電阻器的電流，而R’為該電阻器的電阻值。
那麼，
V2 =I’R’，I’=V2 /R’
V2 =Vo2 +I2 R2 ，
考量到電流平衡：(I’+I2 )=I1 =I3 =I4 =I
因此，
V2 =Vo2 +(I-I’)R2 =Vo2 +(I-V2 /R’)R2
重新排列之後可以得到
V2 =(Vo2 +IR2 )/(1+R2 /R’)
因此，
15=(V1 +V2 +V3 +V4 )=(Vo1 +Vo3 +Vo4 )+I(R1 +R3 +R4 )+(Vo2 +IR2 )/(1+R2 /R’)
所以，
I=61.672(A)，
V2 =(Vo2 +IR2 )/(1+R2 /R’)=4.175(V)，
I’=V2 /R’=4.175(A)，
I2 =I-I’=57.497(A)
假如用一10歐姆的電阻器來取代的話，那麼，
I=60.168(A)，
V2 =Vo2 +(I-V2 /R’)R2 =4.1975(V)，
I’=V2 /R’=0.4198(A)，
I2 =I-I’=59.748(A)
前面計算的結論：
1.就圖2(a)的電池組件來說，當該並聯電路中該電阻器的開關關閉時，電流會流過該電阻器，而且電池(2)的充電電流會下降。
2.當圖2(a)的電池組件中的並聯電阻器電路的開關關閉時，其它電池(1、3、4)的充電電流會增加。
3.該電阻器的電阻值支配電池(2)的電流下降幅度。該電阻值越小，電流下降的幅度就越大。
4.因此，將一電阻器以串聯方式連接至每一顆電池的想法可藉由降低具有較高容量的電池的充電電流並且藉由提高具有較低容量的其它電池的充電電流，使平衡所有電池的容量變得有效。
5.清楚的係，並聯連接該電池的電阻器應該擁有符合要求的電池胞平衡功能。滿足電壓感測功能並提供電阻源的任何電子裝置或構件皆在本發明的重點範圍內。
範例2，用於解釋一種對一電池組件充電的方法之理論性計算。
假設：
1.如圖2(a)中所示，四個電池組件以串聯方式連接。
2.電池(1)、(3)、(4)的內部電阻值為5毫歐姆，電池(2)的內部電阻值為10毫歐姆。
3.電池(1)、(3)、(4)的開路電壓為3.3V，電池(2)的開路電壓為3.6V。
4.電池(1)、(2)、(3)、(4)皆會接受一恆定的充電電流。該電流為2A。
5.為達解釋的目的，本文要探討的電池為電池(2)，一1.0歐母的電阻器會以並聯連接至該電池，而且該開關會關閉。
計算：
考量到電流平衡：(I’+I2 )=I1 =I3 =I4 =I=2(A)
V2 =Vo2 +(I-I’)R2 =Vo2 +(I-V2 /R’)R2
重新排列之後可以得到
V2 =(Vo2 +IR2 )/(1+R2 /R’)
代入Vo2 =3.6(V)，I=2(A)，R2 =0.01歐姆，R’=1歐姆
可以得到：
V2 =3.5842(V)，
I’=V2 /R’=3.5842(A)，
I2 =I-I’=2-3.5842=-1.5842(A)<0
前面計算的結論：
1.當電路電流(I)小於通過該電阻器(I’)的電流時，被過充電的電池將會放電。也就是，(I-I’<0)。
2.當正在過充電的電池進行放電時，電池胞平衡則可以達成。
3.藉由結合範例1與2中所示的計算結果，還可以得到下面結論：該電池胞平衡充電的方法能夠被施行為一恆定電壓模式(但是，所需要的充電時間應該會長過I<I’之條件中所需要的時間)，或是一恆定電流模式(藉由傳輸一小於通過該電阻器之電流(I’)的電流(I))。
4.還可以進一步得到下面結論：充電器可以被設計成具有兩種充電模式。其中一種模式係用於電池系統之正常使用中的正常恆定電流/恆定電壓充電模式(充電結束係藉由設定一特定的充電時間來執行)。另一模式係電池胞平衡模式(恆定電流充電)，當一電池系統擁有的容量小於它們正常使用時便可以使用此模式。
範例3，電池封裝與電池系統。
如上面提及，一電池封裝可能係由如圖1(a)至(e)中所示的電池組或是電池組組件所構成。在本發明中，一電池封裝可能還會連接一含有一切換元件、一電壓偵測元件、一控制器、以及一電阻元件的並聯電路，用以形成一「電池封裝組件」。使用電池組組件所建構而成的電池封裝的可能結構如圖5(a)至(e)、圖6(a)至(e)、圖7(a)至(e)、以及圖8(a)至(e)中所示。該些圖式代表被連接在各種電路排列之中的圖1(a)至(e)中所示的五種單元結構。串聯(圖5(a)至(e))、並聯(圖6(a)至(e))、並串聯(圖7(a)至(e))、以及串並聯(圖8(a)至(e))。圖5、6、7、以及8中所示的每一種情況同樣能夠結合一含有切換元件、控制器、電壓偵測元件、以及電阻元件的並聯電路，用以形成一「電池封裝組件」。「電池封裝組件」的一範例如圖9中所示。
和由電池組或電池組組件所構成的電池封裝的情況雷同，一電池系統係由多個電池封裝或是多個電池封裝組件所構成。同樣地，使用電池封裝組件所建構而成的電池系統的可能結構可以為串聯、並聯、並串聯、以及串並聯。「電池系統」的一範例如圖10中所示。
此處說明其中一種實用情況，也就是，用於電動摩托車的電池系統的範例。參考圖10，典型的電動摩托車係使用53V及40Ah的電池系統。該電池系統係由串聯連接的四個電池封裝(13.3V)所構成。該等電池封裝中的每一者都係由串聯連接的四個鋰離子電池組(3.33V)所組成。而且，該等電池組中的每一者都係由並聯連接的四顆10Ah電池所組成。於此情況中，該電池系統的最佳結構便係運用電池封裝組件以及電池組組件作為該電池系統的建構方塊。於此排列中，可以防止電池封裝過充電以及電池組過充電。假如該電池系統係利用電池封裝組件來建構但是該等封裝組件卻僅係由電池組來建構，在長時間循環使用之後，便可能會在該電池組中發生過充電。假如該電池系統僅係利用電池封裝來建構而該等電池封裝係利用由電池組而非電池組組件來建構，在充電作業期間便可能會伴隨過充電而發生電池胞不平衡。
範例4，較佳的電力供應系統。
一電力供應系統整合多個構件，其包含：一充電器4、一電池系統(多個電池封裝或電池組)、一控制板10、以及一電路斷路器9，如圖4中所示。同樣地，為達解釋的目的，本發明的四個電池組件會以串聯連接成一最簡單的範例。參考圖4，從圖中可以看出，每一顆電池都會並聯連接一由多個購件所組成的電路，如圖2(a)或圖2(b)中所示。一控制板會利用多個電導體被連接至該等電池中每一者的每一個終端。該些電導體係充當用於提供電壓偵測的裝置。該控制板的另一端會被連接至一電路斷路器。該充電器會直接被連接至該等被電串聯連接的電池的兩個末端。在正常的充電作業期間(恆定電流/恆定電壓)，假如任何該等電池超越一預設的過充電電壓，該控制板便會發送一訊號給該電路斷路器，用以終止充電。同樣地，於放電期間，假如任何該等電池在該預設終止電壓以下，該控制板也會發送一訊號給該電路斷路器，用以終止放電。此等兩種動作係用於電池保護，用以防止過充電以及過放電。在正常充電作業期間，該充電動作會允許有一預設的時間週期(舉例來說，終止在恆定電壓充電之後的1.5個小時處)。於該時間處，該等電池可能約略平衡。然而，該等電池可能會在數次充電之後才會平衡；或者，藉由直接啟動一平衡充電模式(小恆定電流與充電電流，電流大小I<I’)，以允許所有電池達到平衡之前進行恆定電流充電。
於此情況中，該控制板可能係一非常簡單的裝置，用以偵測以串聯連接的每一顆電池的電壓，並且發送訊號給該電路斷路器以便終止充電或終止放電。因此，藉由本發明之電池的特徵可以獲得該控制板之簡易性的好處，因為本發明的電池會在充電期間保持電流洩漏。於本發明中，關閉充電作業較佳的係由一會關閉電力輸入或輸出的電磁式繼電器來執行。此電磁式繼電器較佳的係在閒置狀態期間不需要任何電力消耗，而且由該控制板所產生的一脈衝訊號會決定該繼電器的閉路與開路電路狀態，因而決定該電池充電作業的啟動與關閉。
範例5，用以達到如範例1中所述之電池胞均等的方法。
參考圖11，在本範例中，總共使用八個10Ah鋰離子電池來解釋該充電方法以及充電作業期間該等電池的電池胞平衡特徵。兩個電池胞會先以並聯連接用以形成一並聯電池組。接著，每一組電池都會連接一與該電池組電並聯連接的電路(舉例來說，一印刷電路板)，用以形成一電池組件。接著，四個電池組件會以串聯連接。於本情況中，為清楚起見，會以第一組、第二組、第三組、以及第四組來命名該等以串聯連接的四個電池組組件。所有四個電池組組件都會先被充飽至100%。該第一電池組組件接著會放電10%的容量(2Ah)。於此過程之後，所有四個電池組組件會以串聯連接，而此結構則稱為電池封裝。於本情況中，一預設的自我放電啟動電壓係被設在3.75V處。平行於每一個電池組的自我放電電路具有2歐姆的電阻值。於上面所提的過程之後，該電池封裝會進行1.7A的恆定電流充電。每一組電池的電壓變化相對於時間的關係顯示在表I中。從表I中可以看出，第2組、第3組、以及第4組電池組組件的電壓在初始狀態中會增加超過3.75V。5分鐘之後，第2組、第3組、以及第4組電池組組件會返回並且穩定在3.75V。此時，通過該電阻器的電流經測量為1.8A。
第1組電池組組件的電壓在80分鐘之後會趨向於3.75V而且這便會結束充電平衡動作。於本實驗中，I(電源供應器電流)會被設為小於I’(通過電阻器的電流)。因此，該等第2組、第3組、以及第4組電池組組件的電壓會在充電作業期間穩定於3.75V處。該等四組電池組組件的完全平衡會在一段特定的時間週期之後達成。本發明已經觀察到，假如電流I被設為略大於電流I’(於本案例中為1.8A)，該等第2組、第3組、以及第4組電池組的電壓在該恆定電流充電期間則可能會高於3.75V。然而，假如該恆定電壓充電被設在15V處作為第二步驟充電作業，便可以觀察到第2組、第3組、以及第4組電池組的電壓下降(當電流I開始下降至電流I’以下時)，而且該等四組電池組組件最終還是會平衡，但是需要較長的時間。
除了上面所述的自我放電結構與機制之外，如圖2(a)與2(b)中所示，還有另一項特點可以整合到自我放電結構中，就是藉由加入一會控制在特定條件下自我放電之電量數額的計時器(時間計數器)或是電量計數器。加入一計時器或是一電量計數器的核心概念係解決無法以延長的恆定電壓充電來充電以串聯連接的多個電池、多個電池組、或是多個電池封裝的問題，也就是，當充電器或是任何充電裝置(舉例來說，太陽能或是風力渦輪充電)不能提供長時間且穩定的恆定電壓充電時。為讓以串聯連接的多個電池平衡，不需要延長的恆定電壓充電，該自我放電結構會配備一計時器。該計時器的功能係在特定的條件存在時於要自我放電的電池中設定一特定的電量數額。當電池過充電至一預設的電壓V’時，該自我放電機制便會被觸發。該自我放電動作會持續進行，直到電池電壓下降至該預設的電壓V’以下為止，接著該計時器會在一時間週期中(舉例來說，電池容量的2%，也就是，用以放電該電池之容量的2%所需要的時間)觸發進一步的自我放電。雖然2%被假定係一較佳的數額，不過，在本發明的實行中，放電數額可能介於電池容量的2%與20%之間。此方法包含下面的優點：(1)此時間延遲的自我放電結構提供先前在上面範例5中所述的功能，也就是，當被串聯連接的任何電池組組件在電壓超過預設電壓V’而自我放電時，所有該等以串聯連接的電池組組件在延長的恆定電壓充電之後最終仍會平衡；(2)不穩定的充電條件(例如，可恢復的能量電源充電作業(舉例來說，太陽能板、或是風力渦輪、...等))或是不提供延長恆定電壓充電的任何其它類型充電器仍可繼續用來充電該等電池，同時保有電池胞平衡的效能(功能)。這可以利用上面範例5中所述之相同的電池組組件來實現，舉例來說，其會被充電至一特定電壓並且實施斷電而不進行恆定電壓充電。已經超過預設電壓極限V’之該等串聯連接的電池組組件會保持放電，而且即使電池電壓已經下降至該預設電壓V’以下，其仍會實施進一步的自我放電。由於對已經超過預設電壓V’的該些電池組組件實施一額外的自我放電的關係，假如用於恆定電壓放電的時間並不充足，在斷電之前超過V’的電池(其會觸發自我放電)以及在斷電之前在V’以下的電池(其不會觸發自我放電)之間的容量差會比較靠近；以及(3)藉由數次電壓斷電充電方法可以取代該恆定電壓充電作業，下面將在範例6中作更詳細的討論。
範例6，不需要延長恆定電壓充電便可達到電池胞均等的方法。
本範例的目的在於解釋本發明中沒有延長時間來進行恆定電壓充電而達到電池胞平衡狀況的自我放電結構的時間延遲功能的需求。
參考圖12，在本範例中，總共使用四個10Ah鋰離子電池來解釋該充電方法以及充電作業期間該等電池的電池胞平衡特徵。每一顆電池1都會連接一與該電池電並聯連接的電路2，用以形成一電池組件3。每一個電路2皆含有：一電壓偵測器5a；一10歐姆電阻器7；以及一計時器13，其允許電池電壓超過或是等於3.65V時讓該電池進行自我放電，接著，當電池電壓下降至3.65V以下時，在一15分鐘的時間週期中讓該電池作進一步的自我放電。四個電池組件會以串聯連接。於本範例中，圖12中的該等4個電池組件具有編號為(1)、(2)、(3)、以及(4)的電池。每一個電池組件的電壓變化相對於時間的關係圖顯示在圖13(a)至13(d)之中。電池封裝(其含有該等串聯的四個電池組件)的電流相對於時間的關係圖顯示在圖13(e)之中。所有四個電池組件都會先被充電至100%的容量而且初始便已經平衡(如從圖13(a)至13(d)之中所看見的3.65V±0.03V)。該第一電池組件(電池(1))接著會利用一5歐姆電阻器放電6.6%的容量(0.66Ah)一個小時。於此過程之後，含有該等串聯連接的四個電池組件的電池封裝便會進行被設定在14.7V處的恆定電壓充電。然而，該充電器會被設為用以在任何電池組件被充電至3.70V以上時斷電。從圖13(a)至13(d)之中可以看見，當充電器開始充電時，第2、第3、以及第4電池組件(電池(2)、(3)、以及(4))的電壓會立刻迅速提高。該充電器幾乎在其被啟動之後便立刻停止充電。然而，因為第2、第3、以及第4電池組件已經觸發預設在3.65V處的自我放電電壓，所以，即使充電器已經斷電，仍可以在每一個電池組件之中看見電壓持續下降。對照於第2、第3、以及第4電池組件，第1電池組件在該充電器斷電之後便沒有任何自我放電，因此，可以看到一比較平坦的電壓輪廓。在8個充電循環之後可以看到，第1電池組件變成會進行自我放電的唯一電池組件(電壓提高超過3.65V)並且會在其超過3.70V時中斷該充電程序。此結果讓人聯想到，電池胞平衡可以藉由設定斷電電壓利用多次充電作業來達成。利用每一顆電池的時間延遲自我放電結構，便可以多個充電步驟來補償6.6%電池容量差異。移除每一顆電池上的自我放電結構而在14.7V處進一步充電該等串聯的四顆電池，則會得到3.7%至0電流的總容量輸入。這暗喻著，即使沒有延長恆定電壓充電，所有電池在8次連續充電之後仍會接近完全充電。根據本文所示的實驗結果，對於在該時間延遲自我放電機制要使用什麼購件並沒有任何嚴格的限制。任何積體電路、電晶體、甚至是整合多個購件(其包含電壓感測器、電阻器、以及計時器或電量計數器)的結構皆能夠以手動方式達到平衡該等串聯連接電池的目標，而不需要延長恆定電壓充電。
雖然範例6係針對圖12中所示之串聯連接的四個電池組件；不過，本發明的方法亦適用於如圖5(a)至11中所示之排列的電池以及此等排列方式的擴充版本。
如前面所提，對單一電池單元來說，其可能會被稱為「一電池」或是「一電池胞」。本文整篇說明書中所使用的「電池組」或是「電池胞組」等術語的意義為以並聯連接、或是以串聯連接、或是以並串聯連接、或是以串並聯連接的複數個電池。本文整篇說明書中所使用的「電池封裝」或是「電池胞封裝」等術語的意義為以並聯連接、或是以串聯連接、或是以並串聯連接、或是以串並聯連接的複數個電池組。本文整篇說明書中所使用的「組件」一詞的意義為一電池(或是一電池胞)、一電池組(或是一電池胞組)、或是一電池封裝(或是一電池胞封裝)，其伴隨著一用於在該(等)電池(或是該(等)電池胞)過充電時自我放電該(等)電池(或是該(等)電池胞)、該(等)電池組(或是該(等)電池胞組)、或是該(等)電池封裝(或是該(等)電池胞封裝)的裝置。一電池系統可以利用一或多個電池胞封裝來建構。該電池系統通常會被稱為適合進行充電/放電循環的最終形式。
在下面的前面三個部分中會提出三種基本控制。最後一個部分(第IV部份)則係用來介紹一先進電池系統的建構，其中將會解釋某些範例。
第I部份：平衡器
平衡器的最重要概念係使用電壓與時間雙重控制對該等電池胞放電。圖14所示的便係用於放電該等電池胞的一種典型平衡器的流程圖。一(或數個)IC(積體電路)會被設計成來監視每一個電池胞的電壓以及對每一個電池胞放電的時間。一典型的範例係一位於印刷電路板上的IC，其會同時控制八條通道。每一個通道電壓會獨立受到監視，而對該電池胞放電的時間同樣會獨立被計算。以一條通道作為範例：當一電池胞電壓超過一臨界電壓時，該電池胞的放電作業便會開始進行。該放電動作僅在電池胞電壓下降到該臨界電壓以下保持一段特定時間週期時才會終止。該時間持續長度可被設為短至數分鐘到長至數小時，端視該應用而定。一典型的案例為額定容量係10Ah的電池胞會在電壓超過3.5V時開始放電該電池胞。一外部的10歐姆電阻器會被用來對該電池胞放電，而且當電壓下降到3.5V以下保持1個小時，該放電動作便會終止。
第II部份：過充電/過放電保護
每一個電池胞的一典型的過充電/過放電保護流程顯示在圖15中。和第I部份中所介紹的平衡器雷同，一IC會被設計用來監視每一個電池胞的過充電/過放電條件。一典型的範例係一位於印刷電路板上的IC，其會同時控制八條通道。當符合一電池胞的過充電條件(通常為4.0V)時，一脈衝便會被發送至一繼電器(通常係一電磁式鎖存繼電器)，其會終止來自充電器的電流輸入，以便防止過充電該電池胞。於高壓應用的情況中(例如，操作在300V或更高電壓處的插電式油電混合車)，其並不會使用繼電器來立刻終止充電動作，取而代之的係，該過充電訊號會被發送至汽車的ECU(電子控制單元)，用以終止該充電動作，以便防止破壞電路板上的其它電子裝置(例如，馬達或是發電機組(genset))。
本發明中基本的過充電控制的其中一項最重要特點係該繼電器的「自動重啟(automatic resume)」功能。一典型的範例係一會同時控制八條通道的IC：當符合該等電池胞中其中一者的過充電條件時，一脈衝便會被發送至一繼電器(通常係一電磁式鎖存繼電器)，其會終止來自充電器的電流輸入，以便防止過充電該電池胞。當「所有」電池胞電壓都下降至一預設電壓時，該充電作業便會被重啟。這意謂著當「所有」電池胞電壓都在一預設電壓以下時，充電動作便會被重啟(請參考圖15)。於鋰離子氧化磷或是其它LiFePO4 類型電池胞的情況中，此典型電壓可能係3.4V。
第III部份：充電器
本發明中其中一項比較重要特點係該充電器的控制。傳統技術中，鋰離子電池胞適合用在開始於一恆定電流充電階段並接著在一延長時間週期中於一預設電壓處進行一恆定電壓充電階段的充電條件中。在本發明中，當電壓達到一預設電壓時(通常係一較高電壓)，該充電器便會終止充電動作。並且當電壓下降至另一預設電壓(通常係一較低電壓)之下時，便會重啟充電動作。另外，可能還會有一預設的時間週期。充電器之介於兩個預設電壓之間的「終止」與「重啟」特點暗喻著本發明中並不需要進行任何恆定電流充電。
當終止與重啟充電動作時，其並不會在DC端(電流輸出端)中斷繼電器的連接，在中斷連接時可能會產生電弧光；取而代之的係，其可能會在充電器的AC端(電流輸入端)終止來自該充電器的充電作業。此程序有助於防止在該繼電器處產生一電弧光，從而提高該繼電器的安全以及服務壽命。舉例來說，於高電壓應用的情況中(例如，操作在300V或更高電壓處的插電式油電混合車)，基於安全的理由，該充電作業的終止應該在該充電器的AC端處來實施。但是，透過會達到「重啟電壓」條件的控制手段來最小化充電電流，則會造成和使用繼電器相同的直接斷電結果。
第IV部份：電池系統
根據先前技術段落中所提及的電池系統的定義，一電池系統係一或多個電池胞封裝(電池封裝)的組合，其適合連接至一充電器。下面的範例會解釋一電池系統如何藉由下面的正確控制來妥適運作：1.為達平衡的放電機制，2.具有重啟特點的過充電保護，以及3.具有高電壓斷電及重啟(在較低的電壓處或是在一預設時間週期處)特點的充電器終端。
範例7，一包括2個串聯電池胞封裝的52V電池系統。
於本範例中會使用一52V電池系統來作解釋。此52V電池系統係由兩個串聯電池胞封裝所組成，每一個電池胞封裝皆為26V。每一個電池胞封裝皆含有8組串聯電池胞，在每一個電池胞組之中會有8個並聯電池胞。每一個電池胞的容量為10Ah。
於此電池系統中，每一個電池胞組都會在該電池胞組電壓超過3.5V時利用一5歐姆電阻器來放電。當該電池胞組電壓下降至3.5V以下時，便會計時一個小時的持續長度並且在放電結束時終止放電作業。
每一個電池胞組的過充電條件會被設在4.15V處。重啟充電電壓會被設在3.65V處，當受監視的「所有」電池胞組皆在3.65V以下時。於此情況中，一八通道過充電/過放電印刷電路板會被用來監視該等八個電池胞組電壓並且分別在4.15V(當該組中的任何一者達到此電壓時)與3.65V(當所有八個電池胞組皆在此電壓以下時)處實施「充電作業終止」以及「充電作業重啟」。要被該過充電/過放電板觸發的繼電器會被佈署在每一個該等電池胞封裝之中。
本範例中所使用的充電器係一傳統的鉛酸電池充電器，其會有恆定電力輸出。於本情況中，斷電電壓會被設在56.5V處，而重啟電壓會被設在53.8V處。當抵達該斷電電壓時，被佈署在AC端的繼電器便會開啟(56.5V)。同樣地，當符合重啟電壓時(53.8V)，該繼電器則會再次關閉。
該等電池胞封裝會先被放電至0%的容量。在對該等兩個串聯電池胞封裝充電之前，該等電池胞組中的其中一者會事先被充電至其標稱容量的10%(8Ah)。圖16(a)所示的係已記錄的電池系統電壓，圖16(b)所示的係充電電流，而圖16(c)所示的係電池系統容量。圖16(d)所示的係已事先充電10%的電池胞組的電壓以及沒有事先充電的正常電池胞組之一的電壓，以達比較的目的。所有圖式皆以相同時間比例來顯示，俾使得可以堆疊該等圖式以達比較的目的。從圖16(a)至(d)中，可以歸納出下面數項觀點：
1.由該過充電/過放電板所設定的4.15V斷電條件會在由該充電器所設定的56.5V斷電電壓之前先抵達。在此時間週期期間，繼電器狀態「關閉」或「開啟」會先取決於該過充電/過放電板，如每一個圖式中的「受控於過充電/過放電板的充電作業」所示。要被觸發的繼電器係被佈署在該電池模組之中的繼電器。
2.在「受控於過充電/過放電板的充電作業」時間週期期間，整個電池組件電壓會逐漸提高至該充電器的斷電電壓。當抵達56.5V時，該充電器上的繼電器會開始支配充電過程。如每一個圖式中(從圖16(a)至圖16(d))的「受控於指派給充電器之預設電壓範圍的充電作業」所示。於此週期期間，要被觸發的繼電器係被佈署在該充電器之中的繼電器。
3.沒有平衡器，電池胞容量在充電週期中便沒有機會平衡。
4.沒有過充電/過放電板，該等電池胞在充電作業期間將有過充電的機會。這從圖3(a)中便可明顯看出，因為當電池系統電壓僅為55V時便會抵達4.15V斷電電壓。假如充電器強迫抵達56.5V，電池胞電壓肯定會高於4.15V。值得注意的係，當要串聯連接大量電池胞(或電池胞組、或電池胞封裝)時，電池胞過充電情形便更可能會發生。這在EV或插電式油電混合車的應用中會特別嚴重。(請參考範例7)。
5.因此，鋰離子電池可以使用具有反覆充電作業的充電器，而不需要有恆定電壓充電以及恆定電流充電的條件限制，其並不會有「過充電」任何電池胞的風險。
如圖16(a)至圖16(d)中所示般被充電的電池系統稍後會放電，而容量相對於時間的關係顯示在圖17中。這證實了在經過多次受控反覆充電之後，可以恢復80Ah的完全容量。
本發明的更廣泛說明如下：
1.藉由a).為達平衡的放電機制，b).具有重啟特點的過充電保護，以及c).具有高電壓斷電及重啟特點的充電器終端等控制，任何具有不穩定電壓與電流輸出(或是用於該電池系統的輸入)之可恢復的能量源皆能夠用來充電該電池系統，而不會有破壞該電池系統(舉例來說，過充電該等電池胞或電池胞組)的任何風險，同時還可在該電池系統中保持該等電池胞或電池胞組的平衡。換言之，可恢復的能量電源皆可能係一用於充電該電池系統的充電電源。
2.充電動作終止可以在電池系統側進行、在充電器側(或是可恢復的能量輸出側)進行、或是在兩側進行，端視該系統的設計而定。
3.充電動作終止(沒有任何充電)可以一小電流輸入來取代。電流大小可能等於或小於用於放電該電池胞或該等電池胞組的電流。然而，具有高電壓斷電(其後面是有限的電流大小)及重啟(其係由一較低電壓或是一預設時間週期來觸發)特點的充電器終端則會確保該電池系統在反覆充電之後會被完全充電。在範例II的說明中可以找到部分細節。
範例8，一包括6個串聯電池胞封裝的312V電池系統。
於本範例中會使用一312V電池系統來作解釋。此312V電池系統係由六個串聯電池胞封裝所組成，每一個電池胞封裝皆為52V。每一個電池胞封裝皆含有16組串聯電池胞組，在每一個電池胞組之中會有3個並聯電池胞。每一個電池胞的容量為18Ah。總共有15kWh的能量會被儲存以供插電式油電混合應用使用。
於此電池系統中，每一個電池胞組都會在電池胞組電壓超過3.5V時利用一5歐姆電阻器來放電。當該電池胞組電壓下降至3.5V以下時，便會計時一個小時的持續長度並且在放電結束時終止放電作業。
每一個電池胞組的過充電條件會被設在4.15V處。重啟充電電壓會被設在3.65V處，當受監視的「所有」電池胞組皆在3.65V以下時。於此情況中，八通道過充電/過放電印刷電路板之二個會被用來監視每一個電池胞封裝中的該等16個電池胞組電壓。當任何該等過充電/過放電印刷電路板通道處於分別在4.15V(當該組中的任何一者達到此電壓時)與3.65V(當所有八個電池胞組皆在此電壓以下時)處被觸發的「充電作業終止」以及「充電作業重啟」條件下時，該過充電/過放電印刷電路板便會發送一訊號給汽車ECU。接著，該ECU會發送一控制器區域網路(Controller Area Network，CAN)訊息給該充電器，用以將充電電流的大小最小化至小於或等於通過平衡器的電流。於此情況中可能會有零電流，這和範例7中所述的「終止」條件雷同。應該進一步提及的係，該「終止」可藉由中斷電源供應器之AC端的連接來達成，從而達到和上面所述之最小化電流大小方法相同的結果。
在ECU從任何該等電池胞組處接收一「過充電」訊號或是偵測到一電池系統電壓超過336V(假設一電池胞封裝中有56個電池胞並且有6個串聯的電池胞封裝)的任何時間處，充電電流將會在一個小時的持續長度(和平衡器工作時間相同)中被終止或最小化。已重啟的充電作業因而會確保該電池系統會在數個小時中被完全充電，而不會有進入「因過充電所造成的破壞」之情況中的風險。當然，假如已經達到被該充電器所偵測到之低重啟電壓(即318V，假設其中一個封裝為53V，並且有6個串聯封裝)，該充電作業亦可能會在一個小時極限之前便被重啟。
同樣地，即使在大型的系統應用中(例如，插電式油電混合車應用)，本發明中所介紹的下面三項主要控制仍會確保一電池系統在短時間中被完全充電並且達到平衡：a).為達平衡的放電機制，b).具有重啟特點的過充電保護，以及c).具有高電壓斷電及重啟特點(藉由電壓或是時間來重啟)的充電器終端。
1．．．可充電式電池
2．．．裝置
3．．．自我放電電路
4．．．充電器
5a．．．電壓偵測元件
5b．．．切換元件控制器
6．．．切換元件
7．．．電阻元件
8．．．電晶體
9．．．電路斷路器
10．．．控制板
11．．．陰極
12．．．陽極
13．．．計時器
透過上面的範例，從隨附圖式所示的說明中便會更清楚本發明，其中：
圖1a至e所示的係本發明的電池組件之各種實施例的概略示意圖；
圖2a所示的係本發明的一電池組件的概略示意圖，其具有本發明的一自我放電電路的放大圖；
圖2b所示的係本發明的一電池組件的概略示意圖，其具有本發明的一自我放電電路之另一實施例的放大圖；
圖3所示的係本發明的一電池組件的概略示意圖，其自我放電電路係被設置在該電池的一殼體上；
圖4所示的係一電力供應系統的概略示意圖，其具有本發明的電池組件；
圖5a至e所示的係具有本發明之電池組件的電池封裝的概略示意圖；
圖6a至e所示的係具有本發明之電池組件的電池封裝的概略示意圖，它們不同於圖5a至e中的電池封裝；
圖7a至e所示的係具有本發明之電池組件的電池封裝的概略示意圖，它們不同於圖5a至e以及6a至e中的電池封裝；
圖8a至e所示的係具有本發明之電池組件的電池封裝的概略示意圖，它們不同於圖5a至e、6a至e、以及7a至e中的電池封裝；
圖9所示的係具有本發明的電池組件的一電池封裝組件的概略示意圖；
圖10所示的係具有本發明的電池組件的一電池系統的概略示意圖，如範例3中的討論；
圖11所示的係具有本發明的電池組件的一電池系統的概略示意圖，如範例5中的討論；
圖12所示的係具有本發明的電池組件的一電池系統的概略示意圖，如範例6中的討論；
圖13(a)至(e)所示的係範例6的實驗結果；
圖14所示的係本發明中用於控制該等電池胞、電池胞組、或是封裝自我放電的一裝置的流程圖；
圖15所示的係本發明中具有重啟功能的一過充電/過放電控制板的流程圖；
圖16(a)至(d)所示的係範例7的實驗結果；以及
圖17所示的係範例7中所介紹的電池系統的放電容量。
1‧‧‧可充電式電池
2‧‧‧裝置
3‧‧‧自我放電電路
4‧‧‧充電器
5a‧‧‧電壓偵測元件
5b‧‧‧切換元件控制器
6‧‧‧切換元件
7‧‧‧電阻元件

Claims (19)

  1. 一種可充電式電池系統，其具有複數個電池胞以及一用於充電該可充電式電池系統的充電裝置，該可充電式電池系統包括：複數個電池胞，它們會被電連接用以形成一可充電式電池系統；一自我放電電壓測量裝置，用以持續測量一自我放電電壓，以及一對應的自我放電裝置，兩者會以並聯連接至下面至少其中一者：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝；一過充電電壓測量裝置，用以持續測量跨越下面至少其中一者的過充電電壓：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝；一充電裝置，其會與該可充電式電池系統串聯連接，用以對該可充電式電池系統中的所有電池胞充電；一系統電壓測量裝置，用以持續測量跨越該充電裝置的系統電壓；一限制裝置，用以限制該可充電式電池系統的充電電流；以及一控制裝置，用以控制該可充電式電池系統，其中：(a)在充電期間，假如由該等自我放電電壓測量裝置中任何一者所測得的自我放電電壓一預設自我放電電壓，則該對應的自我放電裝置便會運作，直到該所測得的自我放電電壓等於該預設自我放電電壓為止，接著，該對應的自我放電裝置便不會運作；以及(b)在充電期間，假如該等已測得的過充電電壓中任何一者>一預設過充電電壓，則流到該可充電式電池系統的充電電流便會受到限制，接著，當所有已測得的過充電電壓一預設的第一重啟電壓時，那麼，流到該可充電式電池系統的充電電流便不會受到限制；以及(c)在充電期間，假如該已測得的系統電壓>一預設總電壓，則流到該可充電式電池系統的充電電流便會受到限制，接著，當該已測得的系統電壓該預設的第二重啟電壓時，那麼，流到該可充電式電池系統的充電電流便不會受到限制；以及(d)在充電期間，假如流到該可充電式電池系統的充電電流會受到限制的時間週期>一預設時間週期，則流到該可充電式電池系統的充電電流便不會受到限制。
  2. 如申請專利範圍第1項的可充電式電池系統，其中，在(a)中，當該自我放電裝置運作到該所測得的自我放電電壓等於該預設自我放電電壓為止時，該自我放電裝置會進一步運作一段預設的時間週期。
  3. 如申請專利範圍第2項的可充電式電池系統，其中，該預設的時間週期係對下面每一者之預設的充電容量 百分比提供放電的時間週期：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝。
  4. 如申請專利範圍第3項的可充電式電池系統，其中，該預設的充電容量百分比範圍介於0.1至20。
  5. 如申請專利範圍第1或2項的可充電式電池系統，其中，該充電裝置係一可恢復的能量電源裝置。
  6. 如申請專利範圍第1或2項的可充電式電池系統，其中，該充電裝置係下面至少其中一者：光伏電池胞充電器、風力供電式充電器、以及內燃機供電式充電器。
  7. 如申請專利範圍第1或2項的可充電式電池系統，其中，在(b)與(c)中，當流到該可充電式電池系統的充電電流受到限制時，該充電電流會被限制為零。
  8. 如申請專利範圍第7項的可充電式電池系統，其中，該限制裝置係下面至少其中一者：該充電裝置與該可充電式電池系統之串聯電路中的一電路斷路器、該充電裝置的DC輸出處的一電路斷路器、以及該充電裝置的AC輸入處的一電路斷路器。
  9. 如申請專利範圍第1或2項的可充電式電池系統，其中，在(b)與(c)中，當流到該可充電式電池系統的充電電流 受到限制時，該充電電流的大小會被限制為等於或小於用以放電下面至少其中一者中的電流：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝。
  10. 如申請專利範圍第1或2項的可充電式電池系統，其中，用於控制該可充電式電池系統的控制裝置係下面至少其中一者：一積體電路以及一印刷電路板。
  11. 如申請專利範圍第1或2項的可充電式電池系統，其中，在(d)中，受到限制之流到該可充電式電池系統的充電電流的預設時間週期的範圍介於0.5至1.5小時。
  12. 一種汽車，其包括：一電動馬達；以及如申請專利範圍第1或2項的可充電式電池系統，用以提供電能給該電動馬達。
  13. 一種可充電式電池系統的充電方法，該可充電式電池系統具有複數個電池胞以及一用於充電該可充電式電池系統的充電裝置，該方法包括：提供被電連接的複數個電池胞，以便形成一可充電式電池系統；提供一自我放電電壓測量裝置，用以持續測量一自我放電電壓，以及一對應的自我放電裝置，兩者會以並聯連接至下面至少其中一者：一串聯電路中的一電池胞、一串 聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝；提供一過充電電壓測量裝置，用以持續測量跨越下面至少其中一者的過充電電壓：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝；提供一充電裝置，其會串聯連接該可充電式電池系統，用以充電該可充電式電池系統中的所有電池胞；提供一系統電壓測量裝置，用以持續測量跨越該充電裝置的系統電壓；提供一限制裝置，用以限制該可充電式電池系統的充電電流；提供一控制裝置，用以控制該可充電式電池系統；開始充電，及：(a)在充電期間，假如由該等自我放電電壓測量裝置中任何一者所測得的自我放電電壓一預設自我放電電壓，便操作該對應的自我放電裝置，直到該所測得的自我放電電壓等於該預設自我放電電壓為止，接著，停止操作該對應的自我放電裝置；以及(b)在充電期間，假如該等已測得的過充電電壓中任何一者>一預設過充電電壓，便限制流到該可充電式電池系統的充電電流，接著，當所有已測得的過充電電壓一預設的第一重啟電壓時，便停止限制流到該可充電式電池系統的充電電流；以及 (c)在充電期間，假如該已測得的系統電壓>一預設總電壓，便限制流到該可充電式電池系統的充電電流，接著，當該已測得的系統電壓該預設的第二重啟電壓時，便停止限制流到該可充電式電池系統的充電電流；以及(d)在充電期間，假如流到該可充電式電池系統的充電電流會受到限制的時間週期>一預設時間週期，便停止限制流到該可充電式電池系統的充電電流。
  14. 如申請專利範圍第13項之充電方法，其中，在(a)中，當操作該自我放電裝置到該所測得的自我放電電壓等於該預設自我放電電壓為止時，其還會進一步操作該自我放電裝置一段預設的時間週期。
  15. 如申請專利範圍第13項之充電方法，其中，該預設的時間週期係對下面每一者之預設的充電容量百分比提供放電的時間週期：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝。
  16. 如申請專利範圍第13項之充電方法，其中，該預設的充電容量百分比的範圍介於0.1至20。
  17. 如申請專利範圍第13項之充電方法，其中，在(b)與(c)中，當流到該可充電式電池系統的充電電流受到限制時，該充電電流會被限制為零。
  18. 如申請專利範圍第13項之充電方法，其中，在(b)與(c)中，當流到該可充電式電池系統的充電電流 受到限制時，該充電電流的大小會被限制為等於或小於用以放電下面至少其中一者的電流：一串聯電路中的一電池胞、一串聯電路中的一電池胞組、以及一串聯電路中的一電池胞封裝。
  19. 如申請專利範圍第13項之充電方法，其中，在(d)中，受到限制之流到該可充電式電池系統的充電電流的預設時間週期的範圍介於0.5至1.5小時。
TW100111501A 2010-05-24 2011-04-01 先進可充電式電池系統，具有其之汽車，以及其之充電方法 TWI436549B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/785,536 US8159191B2 (en) 2007-04-17 2010-05-24 Advanced rechargeable battery system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201203781A TW201203781A (en) 2012-01-16
TWI436549B true TWI436549B (zh) 2014-05-01

Family

ID=45004265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100111501A TWI436549B (zh) 2010-05-24 2011-04-01 先進可充電式電池系統，具有其之汽車，以及其之充電方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8159191B2 (zh)
EP (1) EP2577840B1 (zh)
JP (1) JP5547342B2 (zh)
CN (1) CN103038974B (zh)
ES (1) ES2751992T3 (zh)
HK (1) HK1183981A1 (zh)
RU (1) RU2526854C2 (zh)
TW (1) TWI436549B (zh)
WO (1) WO2011149594A1 (zh)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103081281A (zh) * 2010-10-15 2013-05-01 三洋电机株式会社 电力管理系统
JP5747491B2 (ja) * 2010-12-08 2015-07-15 ソニー株式会社 蓄電システム、電動車両および電力システム
US9347997B2 (en) 2011-03-28 2016-05-24 Changs Ascending Enterprise Co., Ltd. State of charge determination systems and methods
US9184605B2 (en) 2011-03-28 2015-11-10 Changs Ascending Enterprise Co., Ltd. High voltage battery system for vehicle applications
TW201242212A (en) * 2011-04-01 2012-10-16 Samya Technology Co Ltd Improved independent serial battery detecting charger
CN103492222B (zh) * 2011-04-22 2016-01-20 三菱电机株式会社 充电装置
JP2012244843A (ja) * 2011-05-23 2012-12-10 Hitachi Ltd 電池システム
JP5621044B2 (ja) 2011-05-31 2014-11-05 エルジー・ケム・リミテッド 電力貯蔵用単位ラックを連結するための電圧平準化装置及びこれを含む電力貯蔵システム
FR2978625B1 (fr) * 2011-07-25 2014-12-26 Renault Sa Methode et dispositif d'equilibrage des batteries d'accumulateurs electriques
US20150042284A1 (en) * 2011-09-21 2015-02-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control apparatus for vehicle battery and control method for vehicle battery
US9294026B2 (en) 2011-12-20 2016-03-22 United Technologies Corporation Method of operating a power generation system
CN103427125B (zh) * 2012-05-15 2016-04-13 清华大学 硫基聚合物锂离子电池的循环方法
US9035622B2 (en) * 2012-06-21 2015-05-19 Go-Tech Energy Co. Ltd. Charging device with battery management system for rechargeable battery
US20140176084A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Paul Geantil System and Method for the Adaptive Management of a Battery System
US9368979B2 (en) 2013-03-15 2016-06-14 O2Micro Inc System and methods for battery balancing
JP6024684B2 (ja) * 2014-02-21 2016-11-16 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
US9728985B2 (en) * 2014-04-11 2017-08-08 Panasonic Corporation Charging device and charging method for charging a plurality of secondary battery-equipped devices
US9954260B2 (en) 2015-03-16 2018-04-24 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery system with heat exchange device
US9550406B2 (en) 2015-03-16 2017-01-24 Thunder Power Hong Kong Ltd. Thermal dissipation system of an electric vehicle
US10173687B2 (en) 2015-03-16 2019-01-08 Wellen Sham Method for recognizing vehicle driver and determining whether driver can start vehicle
US9499067B2 (en) 2015-03-16 2016-11-22 Thunder Power Hong Kong Ltd. Power management in electric vehicles
US10703211B2 (en) 2015-03-16 2020-07-07 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery pack, battery charging station, and charging method
KR20160134120A (ko) * 2015-05-14 2016-11-23 삼성에스디아이 주식회사 자동차 배터리 시스템
TWI634416B (zh) * 2015-07-01 2018-09-01 長園科技實業股份有限公司 Energy storage battery power supply system
KR102415122B1 (ko) * 2015-08-20 2022-06-30 삼성에스디아이 주식회사 배터리 시스템
KR102523045B1 (ko) * 2016-01-12 2023-04-17 삼성전자주식회사 고장 셀 검출 장치 및 방법
US11437827B2 (en) * 2016-03-01 2022-09-06 Volvo Truck Corporation Control of a relatively low current fed to a battery pack
TWI581485B (zh) * 2016-03-29 2017-05-01 陳文全 電池組件
CN107369859A (zh) * 2016-05-12 2017-11-21 深圳市沃特玛电池有限公司 一种电动汽车电池系统充电及放电方法
US10330739B2 (en) * 2016-08-24 2019-06-25 The Boeing Company Detecting internal short circuits in batteries
JP6883396B2 (ja) * 2016-08-25 2021-06-09 矢崎総業株式会社 急速充電装置
CN106532150B (zh) * 2016-12-02 2019-05-03 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种模块化的高压大容量锂电池组可控拓扑结构
CN110392956B (zh) 2017-01-09 2023-06-23 米沃奇电动工具公司 电池组
US10727543B2 (en) 2018-01-08 2020-07-28 Changs Ascending Enterprise Co., Ltd. Battery module system and method
JP7199021B2 (ja) * 2018-03-13 2023-01-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 管理装置、蓄電システム
US10641835B2 (en) 2018-03-15 2020-05-05 Ascending Energy Inc. Health monitoring and safety protection for lithium ion battery modules and applications
KR102361334B1 (ko) * 2018-05-09 2022-02-09 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 제어 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템
MX2019014925A (es) * 2018-05-31 2020-02-13 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd Metodo de carga y aparato de carga.
KR20210059092A (ko) * 2019-11-14 2021-05-25 현대자동차주식회사 전력 공급 장치, 그를 가지는 차량 및 그 제어 방법
KR20210101712A (ko) * 2020-02-10 2021-08-19 삼성전자주식회사 충전 전류를 제어하는 전력 수신 장치 및 방법
EP4231492A1 (de) * 2022-02-18 2023-08-23 M&P Motion Control and Power Electronics GmbH Überspannungsschutzsystem für energiespeicher

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4242627A (en) * 1977-12-05 1980-12-30 Edmund Kisiel Battery charger
US4808904A (en) * 1988-01-25 1989-02-28 Solarex Corporation Portable photovoltaic battery recharger
JP3464694B2 (ja) * 1993-11-30 2003-11-10 富士通株式会社 充電装置および充電制御回路
US6060864A (en) * 1994-08-08 2000-05-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery set structure and charge/discharge control apparatus for lithium-ion battery
CA2169706A1 (en) * 1995-03-03 1996-09-04 Troy Lynn Stockstad Circuit and method for battery charge control
JPH08265987A (ja) * 1995-03-20 1996-10-11 Integuran Kk 直列電池の充電電圧分配装置
JPH11185719A (ja) 1997-12-25 1999-07-09 Rohm Co Ltd 電気部品の保護ケース、および充電池パック
US5898291A (en) 1998-01-26 1999-04-27 Space Systems/Loral, Inc. Battery cell bypass topology
JPH11234916A (ja) * 1998-02-16 1999-08-27 Rohm Co Ltd リチウムイオン電池パック
US6064178A (en) 1998-05-07 2000-05-16 Ford Motor Company Battery charge balancing system having parallel switched energy storage elements
JP3812145B2 (ja) * 1998-05-27 2006-08-23 株式会社デンソー 過充電保護回路を有する組み電池
JP2000092737A (ja) * 1998-09-11 2000-03-31 Toshiba Battery Co Ltd 二次電池の充電装置
CA2291831A1 (en) * 1998-12-11 2000-06-11 Chaz G. Haba Battery network with compounded interconnections
US6291972B1 (en) 1999-02-17 2001-09-18 Chaojiong Zhang System for battery formation, charging, discharging, and equalization
US7459882B2 (en) 2000-03-06 2008-12-02 Richard Morgan Rechargeable batteries
US6204634B1 (en) * 2000-06-26 2001-03-20 The Aerospace Corporation Adaptive charging method for lithium-ion battery cells
JP2004524793A (ja) * 2001-03-30 2004-08-12 デザインライン・リミテッド バッテリー管理ユニット、システム、および方法
US6713988B2 (en) 2001-07-20 2004-03-30 Evionyx, Inc. Selectively activated electrochemical cell system
US7068011B2 (en) 2003-01-24 2006-06-27 Fu-I Yang Series charger with separate detection of batteries (battery set)
JP4291629B2 (ja) * 2003-06-20 2009-07-08 三菱電機株式会社 バッテリ装置
US6873134B2 (en) * 2003-07-21 2005-03-29 The Boeing Company Autonomous battery cell balancing system with integrated voltage monitoring
RU40810U1 (ru) * 2004-05-28 2004-09-27 Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" Комплекс оборудования для испытания батарей перезаряжаемых химических источников тока
JP4739040B2 (ja) 2005-02-18 2011-08-03 パナソニック株式会社 二次電池の内部短絡検出装置、二次電池の内部短絡検出方法、二次電池の電池パック及び電子機器
JP4456042B2 (ja) * 2005-07-15 2010-04-28 パナソニック株式会社 保護回路
RU2313160C1 (ru) * 2006-03-22 2007-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Способ подготовки никель-водородной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в системе электропитания искусственного спутника земли
JP4374351B2 (ja) * 2006-04-12 2009-12-02 矢崎総業株式会社 充電状態調整装置
JP4512062B2 (ja) * 2006-06-02 2010-07-28 Ｎｅｃトーキン株式会社 複数のリチウムイオン二次電池を直列接続した組電池の電圧バランス調整法
JP3907065B1 (ja) * 2006-06-12 2007-04-18 株式会社パワーシステム 蓄電素子充放電システム
JP2008010295A (ja) * 2006-06-29 2008-01-17 Hokuriku Electric Power Co Inc:The 二次電池の保温方法及び保温装置
US7598706B2 (en) * 2007-01-26 2009-10-06 General Electric Company Cell balancing battery pack and method of balancing the cells of a battery
US7777451B2 (en) * 2007-04-17 2010-08-17 Chun-Chieh Chang Rechargeable battery assembly and power system using same
US7782013B2 (en) * 2007-04-17 2010-08-24 Chun-Chieh Chang Rechargeable battery assembly and method for recharging same
JP2009080939A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Panasonic Corp 電源システムおよび電池集合体の制御方法
JP2009131060A (ja) * 2007-11-26 2009-06-11 Honda Motor Co Ltd 充放電回路の制御システム
JP4824040B2 (ja) * 2007-12-14 2011-11-24 富士通株式会社 電池回路の制御装置、充電制御装置、これを用いた電子機器、および制御方法
RU2371825C2 (ru) * 2007-12-19 2009-10-27 Закрытое Акционерное Общество Производственное объединение "Комплекс" Автоматизированный программно-аппаратный комплекс для заряда и тренировки аккумуляторных батарей "призма"
KR100998304B1 (ko) * 2008-01-23 2010-12-03 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이의 충전 방법

Also Published As

Publication number Publication date
ES2751992T3 (es) 2020-04-02
HK1183981A1 (zh) 2014-01-10
RU2012149928A (ru) 2014-06-27
CN103038974B (zh) 2016-08-03
EP2577840A1 (en) 2013-04-10
US20100253278A1 (en) 2010-10-07
EP2577840A4 (en) 2015-12-02
RU2526854C2 (ru) 2014-08-27
US8159191B2 (en) 2012-04-17
TW201203781A (en) 2012-01-16
WO2011149594A1 (en) 2011-12-01
EP2577840B1 (en) 2019-08-07
JP2013529455A (ja) 2013-07-18
JP5547342B2 (ja) 2014-07-09
CN103038974A (zh) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI436549B (zh) 先進可充電式電池系統，具有其之汽車，以及其之充電方法
US11522370B2 (en) Equalization circuit, a charging device and an energy storage device
US8217625B2 (en) Rechargeable battery assembly and power system using same
JP6238427B2 (ja) バッテリーパック及びバッテリーパックの制御方法
JP4065232B2 (ja) 電池の充電方法
CN101145686B (zh) 电动工具
JP2010528576A (ja) 蓄電池アセンブリおよびそれを用いた電力システム
KR102246769B1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 청소기
JP3931446B2 (ja) 組電池の充電状態調整装置
JP5488877B2 (ja) 電動工具
TW201722012A (zh) 鋰離子二次電池之保護電路及電池組
JP2013179763A (ja) 充電方式の電池管理システム及びその方法
WO2016149440A1 (en) Buck pre-charger for series-connected battery modules
US8093865B2 (en) Charging device with backflow prevention
TW202010211A (zh) 充電電池管理系統
TWI693772B (zh) 具有針對每一串聯二次電池芯進行充電管理功能的電池模組
JP2003158827A (ja) リチウムイオン電池の充電方法および充電装置ならびに放電制御装置
JP3175573U (ja) 充電方式の電池管理装置
JP2003217675A (ja) リチウムイオン二次電池の充電方法及び装置
TWI854749B (zh) 具智能管理之長效高功率電池系統
JP2003189493A (ja) 充電装置
JP2004120950A (ja) 太陽電池携帯電源
TWI425740B (zh) 太陽能蓄電系統及太陽能供電系統
JP2010200580A (ja) 二次電池電源装置
TW201722016A (zh) 電位管理裝置及其操作方法