TWI488407B - 電池模組 - Google Patents

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TWI488407B
TWI488407B TW101146707A TW101146707A TWI488407B TW I488407 B TWI488407 B TW I488407B TW 101146707 A TW101146707 A TW 101146707A TW 101146707 A TW101146707 A TW 101146707A TW I488407 B TWI488407 B TW I488407B
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Ming Chu Lu
Tzu Hsun Tung
Chih Chung Teng
Shu Feng Lin
Yung Ling Chou
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Description

電池模組
本發明是有關於一種電池模組，且特別是有關於一種可有效地同時利用兩種充放電能力不同的電池來增加整體電容量的電池模組。
隨著科技的發展，具有輕薄短小特性的行動裝置(mobile device)逐漸受到消費者的青睞。為了使用上的方便，行動裝置上通常會具有電池模組(battery module)，以令使用者可以在沒有外接電源的環境下藉由電池模組供電以操作行動裝置。
在現今主流的電池應用中，例如手機、平板電腦或筆記型電腦等行動裝置大部分都是以鋰電池作為供電來源。雖然鋰電池具有能量密度高的特性，但相較於行動裝置的其他部分，鋰電池仍是佔據了行動裝置中最大比例的空間。
因此，在產品尺寸的考量下，以鋰電池為主的電池模組的電容量會受到尺寸的限制而無法提供行動裝置長時間的使用。若是基於行動裝置的使用時間考量而使用較大的鋰電池，則行動裝置的尺寸將難以降低而不符合消費者的需求。
在新一代的電池技術中，紙電池(paper battery)的特性恰巧可以彌補鋰電池必須在行動裝置中佔據過大體積的缺陷。具體來說，紙電池具有可撓曲、可彎折及穿刺等特 性，在行動裝置中的配置方式具有很大的彈性，因此可降低整體行動裝置的尺寸。
然而，紙電池的能量密度還是較目前主流的鋰電池來得低，而無法單純以紙電池作為行動裝置的主電源。此外，由於紙電池與鋰電池的充放電能力具有明顯的差距，若是以傳統的方式直接採並聯的方式來利用鋰電池與紙電池以增加整體電池模組的電容量，則可能會使得紙電池損毀，甚至造成行動裝置的損壞。
本發明提供一種電池模組，其可有效地同時利用鋰電池與紙電池作為行動裝置的電源，藉以在不增加行動裝置體積的條件下延長行動裝置的使用時間。
本發明提出一種電池模組，包括連接端、第一電池、第二電池以及限流電路。連接端於充電時作為電池模組的電源輸入端，並且於放電時作為電池模組的電源輸出端。第一電池耦接連接端，用以作為行動裝置的主電源。第二電池用以作為行動裝置的輔助電源。限流電路耦接於第二電池與連接端之間，用以根據充電電流臨界值與放電電流臨界值限制流入與流出第二電池的電流大小。
在本發明一實施例中，限流電路包括第一限流單元。第一限流單元耦接於第二電池與連接端之間，於電池模組充電時限制流入第二電池的電流大小不超出充電電流臨界值。
在本發明一實施例中，限流電路包括第二限流單元。第二限流單元耦接於第二電池與連接端之間，於電池模組放電時限制流出第二電池的電流大小不超出放電電流臨界值。
在本發明一實施例中，第一電池與第二電池相互並聯。
在本發明一實施例中，第一電池的能量密度大於第二電池的能量密度。
在本發明一實施例中，第二電池為紙電池。
本發明提出一種電池模組，包括連接端、第一電池、第二電池、限流電路以及限流控制器。連接端於充電時作為電池模組的電源輸入端，並且於放電時作為電池模組的電源輸出端。第一電池耦接連接端，用以作為行動裝置的主電源。第二電池用以作為行動裝置的輔助電源。限流電路耦接於第二電池與連接端之間，用以根據充電電流臨界值與放電電流臨界值限制流入與流出第二電池的電流大小。限流控制器耦接第一電池、第二電池及限流電路。限流控制器用以依據第一電池的電壓、第二電池的電壓、第二電池可承受的最大充電電流、以及第二電池可提供的最大放電電流而控制限流電路是否限制流入與流出該第二電池的電流大小。
在本發明一實施例中，第二電池包括電池控制器。電池控制器用以回報第二電池的最大充電電流與最大放電電流的大小至限流控制器。
在本發明一實施例中，限流電路包括第一限流單元。第一限流單元耦接於第二電池與連接端之間，於電池模組充電時限制流入第二電池的電流大小不超出充電電流臨界值。
在本發明一實施例中，限流控制器偵測第一電池與第二電池的電壓，當限流控制器判斷第二電池的最大充電電流大於或等於行動裝置的額定充電電流且第二電池的電壓等於第一電池的電壓時，限流控制器繞過(bypass)第一限流單元，以不限制流入第二電池的電流大小。
在本發明一實施例中，限流電路包括第二限流單元。第二限流單元耦接於第二電池與連接端之間，於電池模組放電時限制流出第二電池的電流大小不超出放電電流臨界值。
在本發明一實施例中，限流控制器偵測第一電池與第二電池的電壓，當限流控制器判斷第二電池的最大放電電流大於或等於行動裝置的最大抽取電流且第二電池的電壓等於第一電池的電壓時，限流控制器繞過第二限流單元，以不限制流出第二電池的電流大小。
基於上述，本發明實施例提出一種電池模組，在所述之電池模組中，作為行動裝置輔助電源的第二電池透過限流電路與作為行動裝置主電源的第一電池相互並聯，藉由限流電路限制流入或流出第二電池的電流大小，因此電池模組可在不損壞第二電池的前提下同時利用第一電池與第二電池進行充放電，進而延長了行動裝置的使用時間。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明實施例提出一種電池模組，其可藉由限流電路來限制作為行動裝置輔助電源的第二電池的電流大小，因此電池模組可在不損壞第二電池的前提下同時利用作為主電源的第一電池與作為輔助電源的第二電池進行充放電，進而延長了行動裝置的使用時間。為了使本發明之內容更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。
圖1為本發明一實施例之電池模組的示意圖。請參照圖1，電池模組100包括連接端NC、第一電池110、第二電池120以及限流電路130。連接端NC可於充電時作為電池模組100的電源輸入端，以接收外部的充電電流，所述之充電電流可來自行動裝置10或獨立的充電裝置(未繪示)，本發明不以此為限。另外，連接端NC可於放電時作為電池模組100的電源輸出端，以令行動裝置10可從電池模組100抽取正常工作所需的電流。電池模組100可內建於行動裝置10。
第一電池110耦接連接端NC，用以作為行動裝置10的主電源，其中第一電池110例如為鋰電池、鎳鎘電池或鎳氫電池等電容量(capacity)大且能量密度(energy density)高的二次電池(secondary battery)，以供行動裝置10可長時間並且重複充電使用。在此，所述之電容量一般以毫安培小時(mAh)或安培小時(Ah)表示，且所述之能量密度可為重量能量密度(一般以瓦特小時/公斤(W-Hr/kg)表示)，或體積能量密度(一般以瓦特小時/升(W-Hr/l)表示)。此外，行動裝置10例如為行動電話、個人數位助理(PDA：personal digital assistant)、平板電腦或筆記型電腦等可攜式的電子裝置。
第二電池120用以作為行動裝置10的輔助電源，其中第二電池120例如為紙電池等體積小且具有可撓性的二次電池。相較於作為主電源的第一電池110而言，第二電池120雖然電容量及能量密度較第一電池110小，但其可基於體積小且具有可撓性的特性而配置於行動裝置10內的雜散或不連續的空間以作為輔助電源，藉以在無須額外增加行動裝置10體積的情況下延長行動裝置10的使用時間。此外，圖1中所繪示之第二電池120僅為示意，在實際的應用中第二電池120可利用單顆紙電池或多顆紙電池相互並聯的方式實施，本發明不以此為限。
限流電路130耦接於第二電池120與連接端NC之間。其中，限流電路130用以根據充電電流臨界值與放電電流臨界值而限制流入與流出第二電池120的電流大小，藉以確保第二電池120在充放電時不會被充入或汲取無法負荷的電流量而導致損毀。更進一步地說，所述之充電電流臨界值與放電電流臨界值係由設計者參照第二電池120 的規格而決定，換言之，所述之充電電流臨界值與放電電流臨界值並非限定為特定數值，而是可根據第二電池120的規格而有所改變。
具體而言，為增加整體電池模組100的等效電容量，故第一電池110與第二電池120係以相互並聯的方式耦接。但由於第一電池110與第二電池120的充放電能力有一定程度的差距，電池模組100可能會因為在充放電時充入或被抽取過大的電流而造成充放電能力較弱的第二電池120損毀。
因此，在本實施例中，第二電池120係透過限流電路130與第一電池110相互並聯，其中限流電路130可分別於電池模組100充電與放電時限制流入與流出第二電池120的電流大小不超過充電電流臨界值與放電電流臨界值，藉以使第二電池120可穩定地充放電而不至於被充入或抽取出無法負荷的電流量。其中，限流電路130可例如為分流電路等可實現限制電流大小的相關電路設計，但本發明不以此為限。
值得注意的是，電池模組100中的第一電池110與第二電池120可以在結構上為一個整體設計，以使整個電池模組100可配置於行動裝置10中的電池收容空間。並且，第一電池110與第二電池120亦可為分離的設計，以使第一電池110配置於行動裝置10的電池收容空間而第二電池120則配置在行動裝置10內的不連續空間或雜散空間(例如行動裝置的殼體內)，本發明不加以限制。此外，第一 電池110與第二電池120可為內建於行動裝置10中或是為可由使用者自行組裝至行動裝置10的可拆卸式設計，本發明亦不加以限制。
為了更近一步地說明本發明實施例，電池模組100的充放電的示意圖分別如圖2與圖3所示，其中，圖2為依照圖1實施例之電池模組的充電示意圖，圖3為依照圖1實施例之電池模組的放電示意圖。在圖2與圖3中，限流電路130包括第一限流單元132以及第二限流單元134，用以分別反應於充放電的動作而限制流入與流出第二電池120的電流大小。以下分別就圖2實施例之充電情況與圖3實施例之放電情況進行說明。
首先，請參照圖2，當電池模組100充電時，第一限流單元132反應於充電電流I_C而致能，而第二限流單元(在此未繪示)則對應的禁能，故電池模組100可等效如圖2所示。在本實施例中，第一限流單元132耦接於第二電池120與連接端NC之間，並且於電池模組100充電時限制流入第二電池120的充電電流I_BC2大小不超出充電電流臨界值，以免第二電池120損毀。第一電池110的充電電流I_BC1則不受限制。在圖2的情況，第一電池110和第二電池120是同時充電。
另一方面，請參照圖3，當電池模組100放電時，也就是供電至行動裝置10時，第二限流單元134反應於行動裝置10的抽取電流I_S而致能，而第一限流單元(在此未繪示)則對應的禁能，故電池模組100可等效如圖3所示。 在本實施例中，第二限流單元134耦接於第二電池120與連接端NC之間，並且於電池模組100放電時限制流出第二電池120的放電電流I_BS2大小不超出放電電流臨界值，以免第二電池120損毀。第一電池110的放電電流I_BS1則不受限制。在圖3的情況，第一電池110和第二電池120是同時供電至行動裝置10。
圖4為本發明另一實施例之電池模組的示意圖。請參照圖4，電池模組400包括連接端NC、第一電池410、第二電池420、限流電路430以及限流控制器440。連接端NC可於充電時作為電池模組400的電源輸入端，以接收電池模組400外部的充電電流，並且連接端NC可於放電時作為電池模組400的電源輸出端，以令行動裝置10可從電池模組100抽取正常工作所需的電流。第一電池410、限流電路430和限流控制器440可內建於行動裝置10。第二電池420可內建於行動裝置10或外接於行動裝置10。
第一電池410耦接連接端NC，用以作為行動裝置10的主電源。第二電池420用以作為行動裝置10的輔助電源。限流電路430耦接於第二電池420與連接端NC之間。其中，限流電路430用以根據充電電流臨界值與放電電流臨界值而限制流入與流出第二電池420的電流大小，藉以確保第二電池420在充放電時不會被充入或汲取無法負荷的電流量而導致損毀。
限流控制器440耦接第一電池410、第二電池420及限流電路430。限流控制器440用以依據第一電池410的 電壓、第二電池420的電壓、第二電池420可承受的最大充電電流、以及第二電池420可提供的最大放電電流而控制限流電路430是否限制流入與流出第二電池的電流大小。
在本實施例中，電池模組400的第一電池410、第二電池420及限流電路430與前述圖1實施例之電池模組100的第一電池110、第二電池120及限流電路130大致相同，於此不再贅述。電池模組400與電池模組100間的差異之處在於電池模組400可更進一步地藉由限流控制器440決定是否令限流電路430限制流入與流出第二電池420的電流大小。
為了更近一步地說明本發明實施例，電池模組400的充放電的示意圖分別如圖5與圖6所示，其中，圖5為依照圖4實施例之電池模組的充電示意圖，圖6為依照圖4實施例之電池模組的放電示意圖。在圖5與圖6中，限流電路430包括第一限流單元432以及第二限流單元434，用以分別反應於充放電的動作而限制流入與流出第二電池120的電流大小。第二電池420包括電池控制器422，用以回報第二電池420的最大充電電流與最大放電電流的大小至限流控制器440。限流控制器440可偵測第一電池410與第二電池420的電壓以作為控制限流電路430的判斷條件之一。
詳細來說，對於電池模組400的充電操作而言，僅在第二電池420與第一電池410的電壓相同以及第二電池 420可承受的最大充電電流大於或等於行動裝置10的額定充電電流的條件同時成立的狀況下，限流控制器440才會控制限流電路430不需限制流入第二電池420的電流大小。要求兩個電池的電壓必須相同是因為，若直接並聯具有不同電壓的第一電池110與第二電池120，則兩電池間可能會基於電壓差而產生大電流，使得電池模組100損毀。若是上述條件至少其中之一不成立，則電池模組400的限流電路430仍會限制流入第二電池420的電流大小必須不超出充電電流臨界值，此時之電池模組400的充電操作即類似於圖2實施例所述。
另一方面，請參照圖5，在限流控制器440判斷第二電池420與第一電池410的電壓相同，且第二電池420可承受的最大充電電流大於或等於行動裝置10的額定充電電流的情況下，限流控制器440會繞過第一限流單元432。此時第二電池420的充電電流I_BC2將不會流經第一限流單元432，使得流入第二電池420的電流大小不受限制。其中，限流控制器440繞過第一限流單元432的功能可藉由限流控制器440控制限流電路430中的開關SW1切換來實現，但此僅為本發明之一實施方式，本發明不以此為限。
相似地，對於電池模組400的放電操作而言，僅在第二電池420與第一電池410的電壓相同以及第二電池420可提供的最大放電電流大於或等於行動裝置10的最大抽取電流的條件同時成立的狀況下，限流控制器440才會控制限流電路430不需限制流出第二電池420的電流大小。 若是上述條件至少其中之一不成立，則電池模組400的限流電路430仍會限制流出第二電池420的電流大小必須不超出放電電流臨界值，此時之電池模組400的充電操作即類似於圖3實施例所述。
另一方面，請參照圖6，在限流控制器440判斷第二電池420與第一電池410的電壓相同，且第二電池420可提供的最大放電電流大于或等於行動裝置10的最大抽取電流的情況下，限流控制器440會繞過第二限流單元434。此時第二電池420的放電電流I_BS2將不會流經第二限流單元434，使得流出第二電池420的電流大小不受限制。其中，類似於前述實施例，限流控制器440繞過第二限流單元434的功能亦可藉由限流控制器440控制限流電路430中的開關SW2切換來實現，但此亦僅為本發明之一實施方式，本發明不以此為限。
值得注意的是，由於第二電池420可承受的最大充電電流及可提供的最大放電電流的電流大小可能相同或不同，因此本實施例之限流控制器440並不限定必須同時控制充電及放電時之限流電路430的組態，而是可根據對應的充放電條件來控制限流電路430具有不同的組態，例如不繞過第一限流單元432與第二限流單元434、繞過第一限流單元432與第二限流單元434其中之一、或者同時繞過第一限流單元432與第二限流單元434等四種對應的組態。
綜上所述，本發明實施例提出一種電池模組，在所述 之電池模組中，作為行動裝置輔助電源的第二電池透過限流電路與作為行動裝置主電源的第一電池相互並聯，以藉由限流電路限制流入或流出第二電池的電流大小，因此電池模組可在不損壞第二電池的前提下同時利用第一電池與第二電池進行充放電，進而延長了行動裝置的使用時間。此外，本發明實施例另提出一種包括限流控制器的電池模組，其可決定是否限制流入與流出第二電池的電流大小。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧行動裝置
100、400‧‧‧電池模組
110、410‧‧‧第一電池
120、420‧‧‧第二電池
130、430‧‧‧限流電路
132、432‧‧‧第一限流單元
134、434‧‧‧第二限流單元
422‧‧‧電量控制器
440‧‧‧限流控制器
NC‧‧‧連接端
I_C、I_BC1、I_BC2‧‧‧充電電流
I_BS1、I_BS2‧‧‧放電電流
I_S‧‧‧抽取電流
SW1、SW2‧‧‧開關
圖1為本發明一實施例之電池模組的示意圖。
圖2為依照圖1實施例之電池模組的充電示意圖。
圖3為依照圖1實施例之電池模組的放電示意圖。
圖4為本發明另一實施例之電池模組的示意圖。
圖5為依照圖4實施例之電池模組的充電示意圖。
圖6為依照圖4實施例之電池模組的放電示意圖。
10‧‧‧行動裝置
100‧‧‧電池模組
110‧‧‧第一電池
120‧‧‧第二電池
130‧‧‧限流電路
NC‧‧‧連接端

Claims (14)

  1. 一種電池模組，包括：一連接端，該連接端於充電時作為該電池模組的電源輸入端，並且於放電時作為該電池模組的電源輸出端；一第一電池，耦接該連接端，用以作為一行動裝置的主電源；一第二電池，用以作為該行動裝置的輔助電源；以及一限流電路，耦接於該第二電池與該連接端之間，用以根據一充電電流臨界值與一放電電流臨界值限制流入與流出該第二電池的電流大小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該限流電路包括：一第一限流單元，耦接於該第二電池與該連接端之間，於該電池模組充電時限制流入該第二電池的電流大小不超出該充電電流臨界值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該限流電路包括：一第二限流單元，耦接於該第二電池與該連接端之間，於該電池模組放電時限制流出該第二電池的電流大小不超出該放電電流臨界值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該第一電池與該第二電池相互並聯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該第一電池的能量密度大於該第二電池的能量密度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該第二電池為一紙電池。
  7. 一種電池模組，包括：一連接端，該連接端於充電時作為該電池模組的電源輸入端，並且於放電時作為該電池模組的電源輸出端；一第一電池，耦接該連接端，用以作為一行動裝置的主電源；一第二電池，用以作為該行動裝置的輔助電源；一限流電路，耦接於該第二電池與該連接端之間，用以依據一充電電流臨界值與一放電電流臨界值限制流入與流出該第二電池的電流大小；以及一限流控制器，耦接該第一電池、該第二電池及該限流電路，用以依據該第一電池的電壓、該第二電池的電壓、該第二電池可承受的一最大充電電流、以及該第二電池可提供的一最大放電電流而控制該限流電路是否限制流入與流出該第二電池的電流大小。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電池模組，其中該第二電池包括：一電池控制器，用以回報該第二電池的該最大充電電流與該最大放電電流的大小至該限流控制器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電池模組，其中該限流電路包括：一第一限流單元，耦接於該第二電池與該連接端之間，於該電池模組充電時限制流入該第二電池的電流大小 不超出該充電電流臨界值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電池模組，其中該限流控制器偵測該第一電池與該第二電池的電壓，當該限流控制器判斷該第二電池的該最大充電電流大於或等於該行動裝置的一額定充電電流且該第二電池的電壓等於該第一電池的電壓時，該限流控制器繞過該第一限流單元，以不限制流入該第二電池的電流大小。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之電池模組，其中該限流電路包括：一第二限流單元，耦接於該第二電池與該連接端之間，於該電池模組放電時限制流出該第二電池的電流大小不超出該放電電流臨界值。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電池模組，其中該限流控制器偵測該第一電池與該第二電池的電壓，當該限流控制器判斷該第二電池的該最大放電電流大於或等於該行動裝置的一最大抽取電流且該第二電池的電壓等於該第一電池的電壓時，該限流控制器繞過該第二限流單元，以不限制流出該第二電池的電流大小。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之電池模組，其中該第一電池與該第二電池相互並聯。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之電池模組，其中該第二電池為一紙電池。
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