TWI761249B - 可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置 - Google Patents

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Abstract

一種可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，係在電動車或各種電動載具的電池箱機構內安裝一個或數個芯塊電極中繼端子檯且電性連接於一電池組的每一芯塊電極，以及一或數個芯塊電極外接連接器安裝於從電池箱殼外可接觸到的位置且電性連接該等芯塊電極中繼端子檯，致使維修人員可在不必拆卸電池箱的情況下，即可經由該等芯塊電極外接連接器量得電池箱內每一個芯塊的電壓，並可直接對該等芯塊作個別充電或放電控制，達成可直接將各芯塊電壓平衡的效果。

Description

可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置
本發明涉及一種對電池組芯塊的電壓監測及平衡的技術領域，尤其是涉及一種可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置對芯塊作平衡充電或放電的結構及方法。
電池組為所有電動車(包含各種電動載具)最核心的組合元件，其電能容量、電池電壓、安全性、續航力和充電時間等，都是在實用上要考慮的因素。電池組最基本的組成元件為電芯(cell)，由多個電芯並聯以增加容量的一組電芯稱芯塊(cell block)，亦稱電芯塊，亦稱單體或電池單體，成為構成電池組的基本個體。因組成芯塊的電芯是互相並聯，故芯塊的電壓與其組成的每一個電芯的電壓將自動維持相同。一般而言，電池包在實際多次的充放電運行一段時間後，各電芯及芯塊的荷電能力、對應的電壓、容量曲線等的一致性，均會產生些微的變異，而且此種變異是互異不一致的。
一般電動車的電池包，都是由最起碼的一個電池箱至多達十數個電池箱串聯或並聯(大多為串聯)組成，而一般的電池箱內都包含有十數個至數十個芯塊，每一個芯塊可為單一個電芯，或由數個至數十個電芯並聯組成，因此一個電池包所具有的總芯塊個數，即可從十數個(如電摩、叉車)到多達約二百個(如大巴)。而例如大巴，若一個電池包係由200個芯塊串聯組成，每一芯塊係由6個電芯並聯組成，則一個電池包所具有的總電芯個數將多達1200個。
這些為數眾多的電芯或芯塊，在電動車多次的充放電運行而累積的總變異量就會很顯著，很容易在短期內就產生電池包無法充滿(因為電池包中若有任何一個芯塊已被充滿時，則雖其他芯塊尚未充滿亦不能再繼續對電池包充電，否則會對已被充滿的芯塊過充)，以及有電無法放出(因為電池包中若有任何一個芯塊已放電至最低的臨界電壓時，則雖其他芯塊尚有電，電池包亦不能再繼續放電，否則會對已放電至最低臨界電壓的芯塊過放)的現象，進而導致電池包續航力逐漸衰減的結果。
因此一般的電動車，為了保持續航力，在實際運行一段時間後，就必須對那些電壓過低的芯塊進行補電，或對那些電壓過高的芯塊進行放電，以減小續航力衰減的程度。
目前一般對芯塊進行補電或放電的方法，是當電動車在運行時，利用電動車上的行車控制器(VCU,Vehicle Control Unit)所記錄的所有芯塊在運行時的電壓記錄中，找出哪些芯塊的電壓是過高或過低的，再對這些芯塊施以個別的放電或補電。因個別的放電或補電必須直接對芯塊的電極進行，因此必須將那些欲加以放電或補電的芯塊所對應的電池箱拆下，再打開，再用一個電阻對需要放電的芯塊進行放電，或用一個充電器對需要補電的芯塊進行充電補電。而若維修人員無法直接接觸到芯塊的電極時(例如該需放電或補電的芯塊是安裝於具有兩層芯塊結構的下層時)，則必須藉由電池管理系統(BMS,Battery Management System)的電壓採樣線進行放電或充電補電，但因電池管理系統的電壓採樣線的線徑一般都很小，因此就只能用很小的電流進行放電或充電補電，所需時間很長。
採用上述方式進行對芯塊作放電或補電有幾項缺點：(1)電池箱一般都很重，除電摩外，約從幾十到二、三百公斤，搬動拆卸不易；(2)電池箱一般都有防水設計，打開電池箱容易破壞原有防水效果；(3)因用小電流放電或充電補電費時，不易(對所有的芯塊)全面進行；(4)因電池包所有的芯塊並非處於相 同的荷電狀態，各芯塊的電壓不可能全部一致，因此不知應放或補到何種電壓，因此不易達成正確的放電量或補電量，很難使所有的芯塊達到平衡一致的效果。
本發明為解決上述因電池包在經過一段充放電的運行後，必須對其內電壓過高或過低的芯塊進行放電或補電以減低電池包續航力的衰退，而且此項作業必須要能夠方便進行且能達到平衡一致的效果的問題，提出一種可以在不必拆卸電池箱的情況下，即可從電池箱外直接對箱內的所有芯塊進行補電作業的方法。其作法為將每一個電池箱內的芯塊電極，連接於一個或數個芯塊電極外接連接器(插頭或插座)，並將該等芯塊電極外接連接器固定安裝於電池箱的箱殼上；或以具有防水保護的線束或電纜直接引至電池箱殼外；或以固定或活動的方式安裝於電池箱的箱殼內，並在箱殼上開一個連接孔，該孔通常以蓋板密封，必要時再將該板打開，以使能從電池箱體外經該等芯塊電極外接連接器直接連接到芯塊的電極；致使可以在不必拆卸電池箱的情況下，即可經由該等芯塊電極外接連接器量得電池箱內每一個芯塊的電壓，並可直接對該等芯塊作個別充電或放電的控制。
具體而言，本發明可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，係將每一個電池箱內的芯塊電極，連接於一個或數個芯塊電極外接連接器(插頭或插座)，並將該等芯塊電極外接連接器安裝於從電池箱外即可接觸到的位置，以使可以在不必拆卸電池箱的情況下，除可對電池箱內每一個芯塊的電壓進行監測外，並可對每一個芯塊施以個別的充電或放電。而若對每一個芯塊以充滿電的方式，或充至較充滿電稍低一點的相同電壓(不完全充滿有助於電池壽 命的延長)進行補電時，即可使電池箱內所有芯塊的電壓均達成絕對平衡一致的效果。
以下即依本發明的目的與功效，茲舉出一實施例，並配圖式詳加說明。
1:電池箱機構
12:電纜
13:連接孔
14:蓋板
2:電池組
2-1~2-8:芯塊
2-1a:芯塊負極
2-1b~2-8b:芯塊正極
2-N:電池組負極
2-P:電池組正極
3:溫度感測器組
3-1~3-4:溫度感測器
3-G:溫度信號接地端
3-1t-3-4t:溫度信號端
4:電池管理系統
4-0~4-8:芯塊電壓採樣線
4-9~4-13:溫度信號採樣線
4-A:電池組充放電流採樣線
4-cm:電池管理系統通訊埠
42:印刷電路板
5:電池箱通訊連接器
5-cm:電池箱通訊埠
6:電池組充放電連接器
6-N:電池組負極連接端子
6-P:電池組正極連接端子
7:芯塊電極中繼端子檯
7-0~7-8:芯塊電極中繼端子
7-0c~7-8c:芯塊電極中繼導線
7-0d~7-8d:插接端子
71:單接點中繼端子檯
72:雙接點中繼端子檯
73:插孔
74:中繼端子插座
75:導電片
76:中繼端子電路板
8:芯塊電極外接連接器
8-0~8-8:芯塊電極外接端子
8-0c~8-8c:芯塊電極外接導線
8a:連接器蓋
81:內部排針插頭
82:針腳
圖1係本發明之一具有8個芯塊的電池箱機構與電路連接關係示意圖。
圖2係本發明實施例的單點式芯塊電極中繼端子檯與電池組、芯塊電極外接連接器的電性連接示意圖。
圖3係本發明實施例的雙點式芯塊電極中繼端子檯與電池組、芯塊電極外接連接器的電性連接示意圖。
圖4係本發明實施例的電路板式芯塊電極中繼端子檯與芯塊電極外接連接器的電性連接結構示意圖。
圖5係本發明實施例的芯塊電極印刷電路板中繼端子檯結合電池管理系統的印刷電路板的結構示意圖。
圖6係本發明實施例的芯塊電極外接連接器固定配置於電池箱機構的外觀圖。
圖7係本發明實施例的芯塊電極外接連接器可活動連接配置於電池箱機構的外觀圖。
圖8係本發明實施例的芯塊電極外接連接器固定配置於防水蓋板內側的電池箱機構的外觀圖。
圖9係本發明實施例的芯塊電極外接連接器活動配置於防水蓋板內側並可活動拉出電池箱機構外的外觀圖。
請參閱圖1所示的示意圖，本實施例揭示電池箱機構1可概括分為二個部份，其中第一部份為一般電池箱機構1已具有的組成，包括由8個芯塊2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8串接而成的電池組2、一溫度感測器組3、一電池管理系統4、一電池箱通訊連接器5，以及一電池組充放電連接器6；第二部份為本發明的新增部份，其包括一芯塊電極中繼端子檯7及一芯塊電極外接連接器8。其中：該電池組2係由8個芯塊2-1~2-8串聯而成。其中，2-1a為芯塊2-1的負極，2-1b、2-2b、2-3b、2-4b、2-5b、2-6b、2-7b、2-8b分別依序相對應為該芯塊2-1~2-8的正極；電池組負極2-N為整個電池組2的負極，且該電池組2的該電池組負極2-N與芯塊2-1的芯塊負極2-1a為同一接點；電池組正極2-P為整個電池組2的正極，且該電池組2的該電池組正極2-P與芯塊2-8的該芯塊正極2-8b為同一接點。
該溫度感測器組3在本實施例中包含4個溫度感測器3-1、3-2、3-3、3-4。各該溫度感測器3-1~3-4係依經驗安裝在該電池組2上，並用以量測該電池組2在充放電時的溫度，其中該接點3-1t、3-2t、3-3t、3-4t分別依序相對應為該溫度感測器3-1~3-4之溫度信號端，一溫度信號接地端3-G為該溫度感測器3-1~3-4之共同接地端。
連接該電池管理系統4的芯塊電壓採樣點與該電池組2的各電極的複數芯塊電壓採樣線4-0、4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8係用以分別依 序對該電池組2的該8個芯塊2-1~2-8作電壓採樣；又一電流採樣線4-A連接該電池組2與該電池管理系統4，且該電流採樣線4-A用以對該電池組2的充放電流作採樣；複數溫度信號採樣線4-9、4-10、4-11、4-12、4-13連接該溫度感測器組3與該電池管理系統4，且各該溫度信號採樣線4-9~4-13係用以分別對該溫度感測器3-1~3-4作採樣。該電池管理系統4包含一電池管理通訊埠4-cm(內含多條導線)，且該電池管理通訊埠4-cm為該電池管理系統4與該電池箱1外的通訊埠。
該電池箱通訊連接器5含有一電池箱通訊埠5-cm，係用以將該電池管理系統4所處理的該電池組2的充放電流、各該芯塊2-1~2-8電壓和該電池箱1內的溫度狀態資訊傳送給一控制器，例如電動車的行車控制器(VCU)。
該電池組充放電連接器6包含用以連接該電池組2的一負極連接端子6-N及一正極連接端子6-P。該負極連接端子6-N及該正極連接端子6-P係該電池組2的充放電接口。
該芯塊電極中繼端子檯7為本發明新加入的部分，目前的電池箱均無此種設計。在本實施例中包含9個該芯塊電極中繼端子7-0、7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6、7-7、7-8。各該芯塊電極中繼端子7-0~7-8藉複數芯塊電極中繼導線7-0c、7-1c、7-2c、7-3c、7-4c、7-5c、7-6c、7-7c、7-8c分別依序相對應的電性連接至該電池組2的所有該芯塊2-1~2-8串聯架構下的該芯塊負極2-1a及各該芯塊正極2-1b~2-8b。該芯塊電極中繼端子7-0~7-8可為單接點端子或多接點端子，圖中所示為二接點端子的形式。
該芯塊電極外接連接器8亦為本發明新加入的部分，在本實施例包含9個該芯塊電極外接端子8-0、8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6、8-7、8-8。各該芯塊電極外接端子8-0~8-8經複數芯塊電極外接導線8-0c、8-1c、8-2c、8-3c、8-4c、 8-5c、8-6c、8-7c、8-8c各自依序相對應連接至該芯塊電極中繼端子檯7的各該芯塊電極中繼端子7-0~7-8。再續經各該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c各自相對應電性連接該電池組2的各該芯塊2-1~2-8中的該芯塊負極2-1a與各該芯塊正極2-1b~2-8b。本實施例揭示的該芯塊電極外接端子8-0~8-8原則上如圖1所示為雙接點端子，但並不以此為限。
此外，該芯塊電極中繼端子7-0~7-8的數量，及該芯塊電極外接端子8-0~8-8的數量，比該芯塊2-1~2-8的數量至少多1個。
上述的9個該芯塊電極中繼端子7-0~7-8，及9個該芯塊電極外接端子8-0~8-8，係採用導電面積較大的元件，俾能容許較大的電流導通。
上述的9條該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c，及9條該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c，均採用線徑較大的線材，俾能以較大的電流作放電或充電補電的作業，例如用AWG15線，截面積為1.65mm2，最大容許電流為10A；用AWG12線，截面積為3.31mm2，最大容許電流為20A，與一般該電池管理系統4只需用小線徑的導線作電壓信號採樣不同。電池管理系統4的電壓信號採樣線，一般為AWG22線，截面積為0.326mm2，最大容許電流為2A，或AWG24線，截面積為0.205mm2，最大容許電流為1.2A。是以，本實施例所揭示的該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的線徑及該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c的線徑，均大於該芯塊電壓採樣線4-0~4-8的線徑。
請參閱圖2，本實施例揭示的該芯塊電極中繼端子檯7可以是單點式結構，其包含一單點式中繼端子檯71，以及該單點式中繼端子檯71的每一端子位置配置一固接螺絲與一金屬片作為該芯塊電極中繼端子7-0~7-8。如此，該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的一端可藉圓形或Y形端子配合一固定螺絲鎖接固定 (或以激光焊接)於該電池組2的各該電極(即該芯塊負極2-1a與各該芯塊正極2-1b~2-8b)。該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的另一端可藉圓形或Y形端子依次藉該固接螺絲鎖接於該單點式中繼端子檯71的該芯塊電極中繼端子7-0~7-8上；又該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c的一端固定接於(通常為焊接)該芯塊電極外接連接器8的該芯塊電極外接端子8-0~8-8。該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c的另一端則以圓形或Y形端子依次與芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的端子重疊，且藉該固接螺絲鎖接於該單點式中繼端子檯71的該芯塊電極中繼端子7-0~7-8上。
請參閱圖3，本實施例揭示的該芯塊電極中繼端子檯7也可以是雙點式結構，其包含一雙點式中繼端子檯72，以及該雙點式中繼端子檯72的每一端子位置配置二固接螺絲與一金屬片作為該芯塊電極中繼端子7-0~7-8。如此，該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的一端可藉圓形或Y形端子配合一固定螺絲鎖接固定(或以激光焊接)於該電池組2的各該電極(即該芯塊負極2-1a與各該芯塊正極2-1b~2-8b)。該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的另一端可藉圓形或Y形端子依次以一該固接螺絲鎖接於該雙點式中繼端子檯72的該芯塊電極中繼端子7-0~7-8的一端子位置上；又該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c的一端固定接於(通常為焊接)該芯塊電極外接連接器8的該芯塊電極外接端子8-0~8.8。該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c的另一端則以圓形或Y形端子依次以另一該固接螺絲鎖接於該芯塊電極中繼端子7-0~7-8的端子位置，並且使得位於同一該芯塊電極中繼端子7-0~7-8的該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c與該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c形成電性連接。
請參閱圖4，本實施例揭示另一具有雙點式結構的該芯塊電極中繼端子檯7，係採用印刷電路板(pcb,printed circuit board)式結構，其包含一中繼端子 插座74安裝在一中繼端子電路板76上，且該中繼端子插座74為具有預定數量的插孔73的插座，且每一插孔73內具有導電端子，例如單一金屬片、相對的二金屬片或其他類似的結構。又另有預定數量的導電片75安裝在該中繼端子電路板76相鄰該中繼端子插座74，且各該導電片75分別相對應的電性連接各該插孔73內的該導電端子。上述該導電片75與該插孔73內的該導電端子間可藉導線或印刷電路達成電性連接。又上述的該導電片75並非一定要與該中繼端子插座74並排安裝，亦可移至該中繼端子電路板76的其他位置，只要確保對應的該導電片75與該插孔73內的該導電端子能夠達成電性連接即可。
該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的一端為具有絕緣套的插接端子7-0d、7-1d、7-2d、7-3d、7-4d、7-5d、7-6d、7-7d、7-8d，且依次以該插接端子7-0d~7-8d分別相對應的插接於該中繼端子電路板76上的各該導電片75。該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c的另一端則連接該電池組(未顯示)的各該電極(未顯示)。
其次，該芯塊電極外接連接器8藉該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c連接一內部排針插頭81。該內部排針插頭81具有預定數量的針腳(亦稱導針，即導電插梢)82用以分別相對應該中繼端子插座74的各該插孔73。是以，該內部排針插頭81的該等針腳插置於該中繼端子插座74的該等插孔73內且與該等導電端子電性連接，則該芯塊電極外接連接器8與印刷電路板式結構的該芯塊電極中繼端子檯7形成電性連接。其次，該芯塊電極外接連接器8係對應電池箱外充電插頭的形狀，並非受圖式所揭示的形狀所限。
上述圖2、圖3及圖4的說明中，在芯塊電極中繼端子檯7上採用螺絲鎖接或以插接端子7-0d~7-8d插接，而不採用焊接的方式，其目的在於易於安裝及拆卸，尤其便於日後芯塊的維修或更換的作業及增加作業的安全性。其次， 圖4中的插接端子7-0d~7-8d具有絕緣套是為了防止在組裝或拆卸該芯塊電極中繼導線7-0c~7-8c時，發生觸碰而形成電極間短路的情況。
上述的該芯塊電極中繼端子檯7，可以獨立的方式安裝於該電池箱1內，亦可與該電池箱1的該電池管理系統4的印刷電路板整合。
請參閱圖5，此圖即為將印刷電路板式結構的該中繼端子電路板76直接整合設計於該電池管理系統4的該印刷電路板42(或安裝在該電池管理系統4的該印刷電路板42上)的實施例示圖。圖中關於該電池管理系統4的該印刷電路板42的原有元件及其配置皆未予顯示，在此先予陳明。其次，本實施例的實施方法為，在設計時將原有的該印刷電路板42的面積稍增大，再將上述的該中繼端子插座74，以及等數量於該插孔73的該導電片75安裝在該印刷電路板42上，再與原有的該電池管理系統4的線路一起重新佈線即完成。
根據圖5所揭示的結構形式，該電池管理系統4對所有該芯塊2-1~2-8的電壓採樣，即可直接從該中繼端子電路板76的各該導電片75(等同前述的各該芯塊電極中繼端子7-0~7-8)取得，且可藉印刷電路的方式直接佈線連接至該電池管理系統4的芯塊電壓採樣點，如此即可以省去原有芯塊電壓採樣線4-0~4-8的連接規劃佈置，使該電池管理系統4對該電池組2的該芯塊2-1~2-8的電壓採樣變成更簡單方便。
請參閱圖6，該芯塊電極外接連接器8可固定安裝於該電池箱機構1的箱殼上，而為了可以防塵防水，可取一連接器蓋8a用以安裝在該電池箱機構1上且對應該芯塊電極外接連接器8。亦可，請參閱圖7，該芯塊電極外接連接器8以具有防水保護的該線束或電纜12直接引至該電池箱機構1的箱殼外部；亦可，請參閱圖8、圖9，該芯塊電極外接連接器8可藉固定的方式安裝於電池箱機構1 的箱殼內(如圖8)，或連接一該線束或電纜12(不必防塵防水)，以活動方式安裝於電池箱機構1的箱殼內並且可以取出(如圖9)。上述以固定或活動方式安裝該芯塊電極外接連接器8於該電池箱機構1內，可在箱殼上開一個連接孔13，且該連接孔13通常以蓋板14密封，必要時再將該蓋板14打開，以使能從該電池箱機構1的外部接觸到固定的該芯塊電極外接連接器8，或是將可活動的該芯塊電極外接連接器8及與其連接的該線束或電纜拉出至該電池箱體機構1外。將該芯塊電極外接連接器8安裝在該電池箱機構1內部的好處是不必考慮其防水問題，只要考慮該蓋板14的防水即可，安裝上比較簡單。
從電路的觀點看，雖可以將該芯塊電極中繼端子檯7省略，而將各該芯塊電極外接導線8-0c~8-8c直接從該芯塊電極外接端子8-0~8-8連接至該電池組2的所有該芯塊的該芯塊負極2-1a與各該芯塊正極2-1b~2-8b，但此種方式在實際實施時非常不便。而藉該芯塊電極中繼端子檯7作中繼轉接站，可以使各該芯塊電極外接端子8-0~8-8與各該芯塊2-1~2-8中的該芯塊負極2-1a及各該芯塊正極2-1b~2-8b間的實際連線作業，採用鎖接或插接的方式，在組裝或維修拆卸時更容易操作。而且更可與該電池管理系統4的印刷電路板整合，簡化該電池管理系統4對各該芯塊2-1~2-8的電壓採樣佈線。
如先前所述，一般電動車的電池包具有的總電芯個數，可能多達上千個或更多，這些電芯先並聯組成芯塊，再將芯塊串接成電池包，在剛開始組裝及作平衡調適時，均大致可以達成平衡一致，電池包可以達到最大可能的續航力。但電動車在一段時間的充放電運行後，芯塊間電壓的不平衡就會加大，電池包的續航力因而衰減。
一般以電動車的應用(放電最多放80%後，亦即電量剩20%就會再充電，不會等到電全放完了才充電，稱為80% DOD(Depth Of Discharge，放電深度)而言，目前電芯本身的80% DOD的循環壽命(蓄電能力或續航力降至初始時的80%)可達10年(或更長)，亦即每個月降20%/120月=每月降0.167%。故第一年降2%，亦即續航力的保持度為98%；第二年降4%，亦即續航力的保持度為96%；第三年降6%，亦即續航力的保持度為94%。但將電芯組成電池包後，由於電芯特性偏移的累計，其續航力將大幅下降，以每天充放電各一次，一個月共充放電約60次後的電池包續航力衰減度約為1%(含電芯本身的衰退0.167%)，亦即續航力的保持度約為99%；一年12個月後的續航力衰減度約為12%(含電芯本身的衰退2%)，亦即續航力的保持度約為88%；二年後的續航力衰減度約為24%(含電芯本身的衰退4%)，亦即續航力的保持度約為76%；三年後的續航力衰減度約為36%(含電芯本身的衰退6%)，亦即續航力的保持度約為64%。又如先前所述，以目前所有的電池箱設計，無法很方便的去對所有的芯塊作充電補電的平衡補救，也因此不易解決這種電池包續航力衰減的問題。
本發明可從電池箱機構外直接連接箱體內芯塊電極的外接裝置即可解決上述的問題，採用本發明揭示的設計即可很容易的從每一個電池箱機構外對其內的所有芯塊進行絕對平衡的充電補電，讓電池包的循環壽命和電芯本身一樣，因此可以達到最大續航力的保持，可以很容易且有效的解決電動車續航力衰減的問題。例如定期的每一個月或二個月或三個月對電池包的所有芯塊作充滿或充至某一相等的電壓(較充滿電壓稍低)補電平衡一次，則一年後的續航力衰減度為2%，亦即續航力的保持度為98%(沒用本發明的方法補電為88%)；二年後的續航力衰減度為4%，亦即續航力的保持度為96%(沒用本發明的方法補電 為76%)；三年後的續航力衰減度為6%，亦即續航力的保持度為94%(沒用本發明的方法補電為64%)。因此本發明可從電池箱機構外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置對電動車續航力的保持，具有極顯著的效果，並且極方便作業。
一般的電池包(包括多個電池箱)在有電池管理系統監督下充電時，若電池包有任意二個芯塊的電壓差達0.3V時(一般電池管理系統的設定)，電池包的電池管理系統即會阻止充電機對整個電池包進行充電。而若使用本發明的充電補電方法，因係對電池包的每一個芯塊直接進行個別充電補電，不受制於電池管理系統，因此只要芯塊沒損壞，即使芯塊的電壓已低至約0V(例如電動車閒置6個月以上未使用)，仍然可以將其充電充滿。
在使用本發明作電池包所有芯塊的充電補電時，最佳的方式是先用充電機對整個電池包(以大電流)充電(一般多是先以定電流充電，至電池包有任何一個芯塊達到充滿電壓的上限(或達到某一預設的電壓)時，再轉成以定電壓的方式充電至電流降至一個設定值完成)。但因電池包的芯塊已不是完全平衡一致，一般是只有一個芯塊被充滿(或達到某一預設的電壓)，其他所有的芯塊均未被充滿(或達到某一預設的電壓)，只充達接近滿(或某一預設的電壓)的狀態，此時再用本發明的充電方式，從每一個電池箱上的該芯塊電極外接連接器對該電池箱內的每一個該芯塊個別以充滿電(或充到某一預設的電壓)的方式補電，確實的將每一個該芯塊都充到相同的滿(或相同的預設電壓)的程度，可確保所有的該芯塊都達到絕對的平衡一致。而且因為本發明可使用較大的電流充電，因此可使充電補電的時間縮至最短。
若欲從電池箱外監測箱內的溫度，亦可將溫度感測器電極3-1t~3-4t、3-G經一中繼端子檯(或與該芯塊電極中繼端子檯7共用，本實施例需增加5 個端子)，再連接到一個安裝在電池箱殼外的連接器而成(或與該芯塊電極外接連接器8共用，本實施例需增加5個端子)。但因在使用本發明作芯塊電壓的監測和充電補電時，均是當電動車處於非運行及非使用充電樁對整個電池包充電的狀態，電池組不會有大電流的充電或放電而產生大量的熱，因此對溫度作監測的意義不大，因此本實施例未作溫度監測的考量。
上述實施例僅為例示性說明本發明之技術及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技術人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本發明之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍所列。
1:電池箱機構
2:電池組
2-1~2-8:芯塊
2-1a:芯塊負極
2-1b~2-8b:芯塊正極
2-N:電池組負極
2-P:電池組正極
3:溫度感測器組
3-1~3-4:溫度感測器
3-G:溫度信號接地端
3-1t~3-4t:溫度信號端
4:電池管理系統
4-0~4-8:芯塊電壓採樣線
4-9~4-13:溫度信號採樣線
4-A:電池組充放電流採樣線
4-cm:電池管理系統通訊埠
5:電池箱通訊連接器
5-cm:電池箱通訊埠
6:電池組充放電連接器
6-N:電池組負極連接端子
6-P:電池組正極連接端子
7:芯塊電極中繼端子檯
7-0~7-8:芯塊電極中繼端子
7-0c~7-8c:芯塊電極中繼導線
8:芯塊電極外接連接器
8-0~8-8:芯塊電極外接端子
8-0c~8-8c:芯塊電極外接導線

Claims (9)

  1. 一種可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，係用以電性連接一電池箱機構內的一電池組的複數芯塊，且該電池組電性連接一電池管理系統，其包含：一芯塊電極中繼端子檯，其具有複數芯塊電極中繼端子，每一該中繼端子藉一芯塊電極中繼導線電性連接至該電池組的各該芯塊的電極；一芯塊電極外接連接器，其具有複數個芯塊電極外接端子，各該芯塊電極外接端子藉複數芯塊電極外接導線各自相對應的連接至該芯塊電極中繼端子檯的各該芯塊電極中繼端子，致使該芯塊電極外接連接器透過該芯塊電極外接導線、該芯塊電極中繼端子檯及該芯塊電極中繼導線，而電性連接該電池組的各該芯塊的電極；其中，該芯塊電極中繼端子檯為單點式結構，係一單接點中繼端子檯的每一端子位置配置一固接螺絲與一金屬片作為該芯塊電極中繼端子，該芯塊電極中繼導線的一端，以及該芯塊電極外接導線的一端，藉該固接螺絲重疊地鎖接於該芯塊電極中繼端子檯的該芯塊電極中繼端子。
  2. 一種可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，係用以電性連接一電池箱機構內的一電池組的複數芯塊，且該電池組電性連接一電池管理系統，其包含：一芯塊電極中繼端子檯，其具有複數芯塊電極中繼端子，每一該中繼端子藉一芯塊電極中繼導線電性連接至該電池組的各該芯塊的電極； 一芯塊電極外接連接器，其具有複數個芯塊電極外接端子，各該芯塊電極外接端子藉複數芯塊電極外接導線各自相對應的連接至該芯塊電極中繼端子檯的各該芯塊電極中繼端子，致使該芯塊電極外接連接器透過該芯塊電極外接導線、該芯塊電極中繼端子檯及該芯塊電極中繼導線，而電性連接該電池組的各該芯塊的電極；其中，該芯塊電極中繼端子檯為雙點式結構，係一雙接點中繼端子檯的每一端子位置配置二固接螺絲與一金屬片作為該芯塊電極中繼端子，該芯塊電極中繼導線的一端，藉一該固接螺絲鎖接於該芯塊電極中繼端子檯的該芯塊電極中繼端子，以及該芯塊電極外接導線的一端，藉另一該固接螺絲鎖接於該芯塊電極中繼端子檯的該芯塊電極中繼端子。
  3. 一種可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，係用以電性連接一電池箱機構內的一電池組的複數芯塊，且該電池組電性連接一電池管理系統，其包含：一芯塊電極中繼端子檯，其具有複數芯塊電極中繼端子，每一該中繼端子藉一芯塊電極中繼導線電性連接至該電池組的各該芯塊的電極；一芯塊電極外接連接器，其具有複數個芯塊電極外接端子，各該芯塊電極外接端子藉複數芯塊電極外接導線各自相對應的連接至該芯塊電極中繼端子檯的各該芯塊電極中繼端子，致使該芯塊電極外接連接器透過該芯塊電極外接導線、該芯塊電極中繼端子檯及該芯塊電極中繼導線，而電性連接該電池組的各該芯塊的電極；其中，該芯塊電極中繼端子檯係印刷電路板式結構，包含一中繼端子插座安裝在一中繼端子電路板，且該中繼端子插座具有預定數量的插孔，且每一該 插孔內具有導電端子，以及複數導電片安裝在該中繼端子電路板，且各該導電片分別相對應的電性連接該等插孔內的該導電端子，此外，該芯塊電極中繼端子檯獨立的安裝在該電池箱機構內部。
  4. 一種可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，係用以電性連接一電池箱機構內的一電池組的複數芯塊，且該電池組電性連接一電池管理系統，其包含：一芯塊電極中繼端子檯，其具有複數芯塊電極中繼端子，每一該中繼端子藉一芯塊電極中繼導線電性連接至該電池組的各該芯塊的電極；一芯塊電極外接連接器，其具有複數個芯塊電極外接端子，各該芯塊電極外接端子藉複數芯塊電極外接導線各自相對應的連接至該芯塊電極中繼端子檯的各該芯塊電極中繼端子，致使該芯塊電極外接連接器透過該芯塊電極外接導線、該芯塊電極中繼端子檯及該芯塊電極中繼導線，而電性連接該電池組的各該芯塊的電極；其中，該芯塊電極中繼端子檯係印刷電路板式結構，包含一中繼端子插座安裝在一中繼端子電路板，且該中繼端子插座具有預定數量的插孔，且每一該插孔內具有導電端子，以及複數導電片安裝在該中繼端子電路板，且各該導電片分別相對應的電性連接該等插孔內的該導電端子，進一步，該中繼端子電路板與該電池管理系統的印刷電路板作整合佈線，致使芯塊電極中繼端子檯結合該電池管理系統的該印刷電路板上。
  5. 如請求項3或4所述之可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，其中，該芯塊電極外接連接器藉該芯塊電極外接導線連接一內部排針插頭，該內部排針插頭具有複數針腳，藉由該內部排針插頭的該等針腳分別相 對應的插置於該中繼端子插座的該等插孔，則該芯塊電極外接連接器與該芯塊電極中繼端子檯形成電性連接。
  6. 如請求項1~4其中任一項所述之可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，其中，該芯塊電極外接連接器固定的安裝在該電池箱機構的箱殼上。
  7. 如請求項1~4其中任一項所述之可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，其中，該芯塊電極外接連接器以電纜直接引至該電池箱機構的箱殼外。
  8. 如請求項1~4其中任一項所述之可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，其中，該芯塊電極外接連接器安裝在該電池箱機構內，該電池箱機構的箱殼具有一連接孔以及一蓋板可開合的安裝在該箱殼上且對應該連接孔，該連接孔相對應該芯塊電極外接連接器，將該蓋板打開，則能夠從該電池箱機構的外部接觸到該芯塊電極外接連接器。
  9. 如請求項1所述之可從電池箱外直接連接箱內芯塊電極的外接裝置，其中，該芯塊電極中繼端子的數量，及該芯塊電極外接端子的數量，比該芯塊的數量至少多1個。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078368A (zh) * 2006-03-15 2013-05-01 株式会社半导体能源研究所 电力供应系统和用于机动车的电力供应系统
CN109274149A (zh) * 2018-09-30 2019-01-25 北京朗正智能科技有限公司 电能量交换设备、电池装置及电池维护系统
CN110199454A (zh) * 2017-09-25 2019-09-03 株式会社Lg化学 电池管理装置以及包括电池管理装置的电池组和车辆

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078368A (zh) * 2006-03-15 2013-05-01 株式会社半导体能源研究所 电力供应系统和用于机动车的电力供应系统
CN110199454A (zh) * 2017-09-25 2019-09-03 株式会社Lg化学 电池管理装置以及包括电池管理装置的电池组和车辆
CN109274149A (zh) * 2018-09-30 2019-01-25 北京朗正智能科技有限公司 电能量交换设备、电池装置及电池维护系统

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