TWI448043B - Battery module parallel protection protection device - Google Patents

Description

電池模組並聯之平衡保護裝置

本發明涉及一種電池模組並聯平衡保護裝置，尤指一種令所有電池模組具備完整且獨立的自我角色偵測與保護之平衡保護裝置，並使一部以上的電池模組並聯且電壓平衡工作。

在這個資訊與速度越來越重要的時代，電腦與網路變為日常生活和經濟工業不可或缺的產品。然而，無論是電腦或網路等重要的電子設備往往是緊急而敏感的，即使是一秒鐘電力的中斷，都有可能使得正在處理或傳輸的資料中斷，導致不可估計的損失，因此一個高可靠的電源需求便應運而生，為了因應這個需求，不斷電電源系統與外加電池電源供應的需求便與日劇增。

然而，隨著負載設備演進，規格差異越來越大，當負載需要擴增時，原本的電源能力可能不足，或隨著可靠度的要求越來越高，將電源系統設計成模組化，具有並聯且冗餘的需求也是必然的趨勢。

前述電池電源系統的特性除需要增加模組以擴充容量外，另一方面，在其中有部分電池元件損壞時，也必須能夠馬上更替以保證系統的可靠度；在上述的需求下，當電池有更換或擴充的情況發生時，如何防止電池模組間不能因過大的瞬間過電流而導致電池模組的損壞，或是因過電流而產生危險過熱狀態等所衍生出的技術或產品設計，都是未來電池系統及電源系統是否具有可擴充性及具備安全性等特質的系統關鍵技術。

尤其，在將原先電池及欲並聯之電池個別充飽然後再進行並聯的動作，現有技術方法之不良處在於處理方式相當麻煩，而且需要配備額外的充電器，使得設備成本上較高，使用者也有誤用或粗心而造成危險之疑慮。

這是因為二套不同電壓的電池模組在並聯時通常會產生瞬間過電流，如果二套不同電壓的電池模組並聯的連接裝置無法提供安全設計，瞬間過電流將會引起安全問題。而且，低電壓的電池模組將被迅速充電，並且在其餘的使用年限期間可能使電池模組的充電次數減少。

由上述可知，既有並聯方式仍無法有效解決二套不同電壓的電池模組並聯時的問題，因而無法確保並聯系統的可靠性，故有關不斷電要求延長電池能力的電池系統時，電源模組的並聯方式顯然有待進一步檢討，並謀求可行的解決方案。

於是，為解決上述之缺點，本發明之目的係在提供一種電池模組並聯之平衡保護裝置，透過簡易的檢測元件及開關達到兩不同電壓之電池模組的平衡保護。

本發明的另一目的，透過簡易的檢測元件及開關，在低成本的狀態下有效率達到兩不同電壓之電池模組的平衡保護，確保並聯系統的可靠性，適用於要擴充電電池容量的時候(即需要電池並聯時)，皆可使用本工藝增加安全性並避免任何過電流的機會。

為達上述之目的，本發明揭露一種電池模組並聯之平衡保護裝置，係裝設於一第一電池模組與一第二電池模組間並聯的正極或負極的電性連接導線上，用以平衡保護該第一電池模組與第二電池模組，其中該平衡保護裝置包括：一限流電阻位於前述電性連接導線上用以導通平衡第一電池模組與第二電池模組的電壓，及一指示元件跨接於該限流電阻上用以指示該第一電池模組與第二電池模組的電壓差；一開關元件並聯於該限流電阻兩端，在該第一電池模組與第二電池模組的電壓平衡時，用以控制該第一電池模組與第二電池模組的並聯導通；及一保險絲位於前述電性連接導線上，用於保護該第一電池模組與第二電池模組間產生的瞬間過電流時，截止該第一電池模組與第二電池模組間的電性連接。

其中，該指示元件係一電壓計量器、一電流計量器、一發光二極體或由兩反向並聯的發光二極體所組成，可用於顯示電流過程中使用的任何元件或裝置。

其中，該平衡保護裝置進一步在該限流電阻一端處設有一第二開關元件，用以控制第一電池模組與第二電池模組的導通平衡。

其中，進一步該平衡保護裝置係裝設於該第一電池模組或第二電池模組內正極或負極的電性連接處。

本發明的優點在於，電池模組並聯之平衡保護裝置技術特徵所需要的元件簡易，且在設計是外接在電池模組間的互相電性聯接的導電上，或模組化設計於電池模組的電極輸出處，且在設計可依電池模組的電壓使用可承受符合的元件規格，有效率的達到電池模組並聯時的平衡保護，解決二套不同電壓的電池模組在並聯時不會因為瞬間過電流引起安全問題。特別對有用要求延長電池能力的電池系統，例如為現有的不斷電系統(UPS)設備外加一個電池模組的情況下。

茲有關本發明之詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

請參閱圖1，為本發明之電路示意圖。本發明揭露一種電池模組並聯之平衡保護裝置100，係裝設於一第一電池模組200與一第二電池模組300間並聯的正極或負極的電性連接導線310或320上(說明書以正極的電性連接導線310為實施例)，用以平衡保護該第一電池模組200與第二電池模組300。說明例上該第一電池模組200係用以供電於一負載(圖未示)，並可與其他電池模組(如第二電池模組300)並聯連接，以互相充電，或是同時供電給負載。並需注意的是，本案實施上不限定僅能並聯兩個電池模組，亦可依照需求同時並聯多個電池模組。

該平衡保護裝置100包括：一限流電阻110位於前述電性連接導線310上用以導通平衡該第一電池模組200與第二電池模組300的電壓，及一指示元件120跨接於該限流電阻110上用以指示該第一電池模組200與第二電池模組300的電壓差；一開關元件130並聯於該限流電阻110兩端，在該第一電池模組200與第二電池模組300的電壓平衡時，用以控制該第一電池模組200與第二電池模組300的並聯導通；及一保險絲140位於前述電性連接導線310上，用於保護該第一電池模組200與第二電池模組300間產生的瞬間過電流超過預設的該保險絲140負載時，截止該第一電池模組200與第二電池模組300間的電性連接。

其中，該指示元件120可以是一電壓計量器121(如圖2所示)、一電流計量器122(如圖3所示)、一發光二極體123(如圖4所示)或由兩反向並聯的發光二極體組124(如圖5所示)，係可採用任何已知用於顯示電流過程中使用的任何元件或裝置。

該開關元件130實施上係可以在關閉環使用的一杆或者金屬板，可採用任何已知的開關結構與方法，即任何類型可截斷與接通或接觸的開關結構最為合適。

實施上，當新加入第二電池模組300與第一電池模組200第1次電性連接時，第一電池模組200與第二電池模組300並聯的正極與負極的電性連接導線310與320上將會有電流通過。在這次操作期間，由於該限流電阻110的存在，該指示元件120應該顯示一個電壓差別，如電壓計量器121、電流計量器122可由指針或數位顯示該電壓差或電流，或由發光二極體123的發亮知道有電流由第二電池模組300流向第一電池模組200。或進一步由兩反向並聯的發光二極體組124顯示第一電池模組200與第二電池模組300間的電流流向，藉此當第一電池模組200與第二電池模組300間的電壓不同時，可清楚知道電流正從一個電池組流出到另一個。

當兩個電池組電壓非常的相似時，即第一電池模組200與第二電池模組300間的電壓達到平衡時，電壓計量器121、電流計量器122的顯示數值會便的極小，或發光二極體123或兩反向並聯的發光二極體組124將不再發亮的狀態下。此時，該開關元件130可以被接通關閉，用以安裝並聯使用外加被延長的電池包裝-第二電池模組300。

實施上，可能在第2次以後的安裝，該開關元件130可能被忘記開啟，此時位於前述電性連接導線310上的該保險絲140將被用於終止電池組並聯過程中動作，用於保護該第一電池模組200與第二電池模組300間產生的瞬間過電流時，截止該第一電池模組200與第二電池模組300間的電性連接。在這樣的情況下，使用者只需要替換保險絲140，並且重開啟開關元件130就可解決這個問題。因為在當連結不同電壓裡潛在不同的兩個電池組時，這個設備對安全考慮是必要的。

請再參閱圖6，該平衡保護裝置100進一步在該限流電阻110一端處設有一第二開關元件150，用以控制剛開始並聯該第一電池模組200與第二電池模組300實的導通平衡，達到另一安全控制的目的。且該第二開關元件150與該開關元件130相同，實施上係可以在關閉環使用的一杆或者金屬板，可採用任何已知的開關結構與方法，即任何類型可截斷與接通或接觸的開關結構最為合適。

請再參閱圖7，實施上該平衡保護裝置100也可以進一步裝置於電池模組內，該平衡保護裝置100可放置在任何一電池模組內部以防任何可能發生在電池並聯過程中可能發生的不安全過電流狀況。例如前述第一電池模組200為原有供電之電源，外加之電池模組內-第二電池模組300於電極出處即可裝設該平衡保護裝置100，任何使用者於要擴充電池容量的時候-即需要第二電池模組300並聯時，依前面操作方式皆可增加安全性並避免任何過電流的機會。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．平衡保護裝置

110．．．限流電阻

120．．．指示元件

121．．．電壓計量器

122．．．電流計量器

123．．．發光二極體

124．．．發光二極體組

130．．．開關元件

140．．．保險絲

150．．．第二開關元件

200．．．第一電池模組

300．．．第二電池模組

310、320．．．電性連接導線

圖1為本發明之電路示意圖。

圖2為本發明實施例之電路示意圖一。

圖3為本發明實施例之電路示意圖二。

圖4為本發明實施例之電路示意圖三。

圖5為本發明實施例之電路示意圖四。

圖6為本發明實施例之另一應用示意圖。

圖7為本發明實施例之再一應用示意圖。

100．．．平衡保護裝置

110．．．限流電阻

120．．．指示元件

130．．．開關元件

140．．．保險絲

200．．．第一電池模組

300．．．第二電池模組

310、320．．．電性連接導線

Claims (8)

1. 一種電池模組並聯之平衡保護裝置，係裝設於一第一電池模組與一第二電池模組間並聯的正極或負極的電性連接導線上，用以平衡保護該第一電池模組與第二電池模組，其中該平衡保護裝置包括：一限流電阻，其位於前述電性連接導線上用以導通平衡該第一電池模組與第二電池模組的電壓，及一指示元件跨接於該限流電阻上用以指示該第一電池模組與第二電池模組的電壓差；一開關元件，其並聯於該限流電阻兩端，在該第一電池模組與第二電池模組的電壓平衡時，用以控制該第一電池模組與第二電池模組的並聯導通；及一保險絲，係位於前述電性連接導線上，用於保護該第一電池模組與第二電池模組間產生的瞬間過電流時，截止該第一電池模組與第二電池模組間的電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平衡保護裝置，其中，該指示元件係一電壓計量器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之平衡保護裝置，其中，該指示元件係一電流計量器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之平衡保護裝置，其中，該指示元件係一發光二極體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之平衡保護裝置，其中，該指示元件係由兩反向並聯的發光二極體所組成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之平衡保護裝置，其中，進一步於該限流電阻一端處設有一第二開關元件，用以控制第一電池模組與第二電池模組的導通平衡。
7. 如申請專利範圍第1項所述之平衡保護裝置，其中，進一步該平衡保護裝置係裝設於該第一電池模組內正極或負極的電性連接處。
8. 如申請專利範圍第1項所述之平衡保護裝置，其中，進一步該平衡保護裝置係裝設於該第二電池模組內正極或負極的電性連接處。