M274712 八 新型說明: 【新型所屬之技術領域】 本新型是有關於一種電動車用電池組,特別是指一種 可有效增加放電與充電效率之電動相電池組。 【先前技術】 隨著地球資源有限與環保意識的抬頭,無需使用高污 染與儲量有限的汽油而改用電力驅動的電動車的研發愈趨 重要。為電動車改善之行駛性能或行敬距離較差之缺點, 電動車的電池由以往的錯蓄電池進展到諸 ;鐘:'等新型蓄電池的研發,其中鐘電池更因其能量密 :兩出在度均為最南這點來看,最被看好作為電動車用 電池。 單顆鐘電池的輸出㈣料3.6伏特,但電動車所需之 ^動電墨需數十伏特,甚至高達數百伏特,因而,如圖卜 、,用電動車用電池組1具有多數個相互串聯軸電池11, ::由兩輸出端12、13提供足夠的驅動電壓。又因鋰電池 電池與劣化電池的’習用電動車用 控制k些鋰電池11充放電的控制單元14 二、, 入、夺利用兩開關142、143中止充放電。 1 12^13 ^未不)時,控制晶片141會铺測各鋰電池u的電 s閉而開路’以中止所有鐘電池u的放電。當電 5 M274712 池組1經兩輸出端12、13充電時,控制晶片141亦會偵測 各鋰電池11的電壓,並於偵測到任一鋰電池1丨的電壓抵達 5伏特時,控制晶片141控制開關143關閉而開路,以 中止所有鋰電池11的充電。 —一般諸如電動車之類的設備工作所需的額定電壓為一 口 2值如36伏特,其工作範圍往往是此固定值加減多少 =電壓區間’如3〇伏特至42伏特,即雖電池組i輸出電 β'不等於額疋電·,但僅需其輸出電屢4乃落於工作範圍内 ’電動車能可繼續行駛。 、實際上,各鋰電池11的特性或有差異,致使其充放電 速度亦有不同,尤其在多次使用後各鐘電池11間的差異會 愈趨明顯。習用電池組i偵測到任一個鋰電池u的電壓: 於2.3伏特時,中止電池組i的供電,造成電動車無法繼續 行駛。但此刻’其_電池u的電壓可能仍高於23伏特 且可能剩餘電池組1的輸出電壓仍^於工作範圍内,反而 造成可用電力不當浪費,且使電動車有效工作時間愈趨有 限之缺憾。又,當充電時,控制晶片141亦是偵測其中一 鋰電池11電壓抵達4·25伏特時,即中止對所有鋰電池u 的充電,但此刻其餘链電池u的電壓可能仍低於4 25伏特 而未充飽,使電池M 1能提供的電力亦較少,無法有效延 長電動車的行駛時間。 【新型内容】 因此,本案發明人思及若能讓電池組中各鐘電池獨立 充放t且7其中一鋰電池中止充、放電仍不影響剩餘 6 M274712 链7池的充、放電,使電池組的充、放電效率能有效提高 ’進而讓電動車的行駛距離能有效延長。 因此,本新型之-目的,即在提供一種放電效率 之電動車用電池組。 本新型之另-目的,即在提供—種充電效果較佳 動車用電池組。 本新型之又-目的,即在提供一種可有效延長電 行駛距離之電動車用電池組。 於是,本新型電動車用電池組,用以供給電動車工作 所需之電力,該電池組係包括一正輸出線路、一負輪 路及複數個分別具有-正導電端與一負導電端且彼:聯 之電池模組。 各該電池模組具有一鋰電池、一與該鋰電池正負極、 該正導電端與該負導電端導接之控制電路、一跨接於該等 正、負導電端之旁路電路,而該等電池模組的第—個電池 模組的正導電端係導接至該正輸出線路與最後一個電池模 組的負導電端係導接至該負輸出線路。 '、 其中,當該電池組由該正、負輸出線路放電時,各节 電池模組中的控制電削貞測其鐘電池的電壓,並於該鐘電 池電麼高於-第-預設值’該控制電路使該鐘電池正負極 導接至其正、負導電端’以放電至該等正、負輸出線路; 而當該鐘電池電遂低於該第一預設值,該控制電路使該鐘 電池正、負極中的至少一者不再與對應的正、負導電端導 接,不再放電至對應的正、負導電端,並使該等電池模电 7 M274712 中正常放電的電力經該不再放電的電池模組的旁路電路輪 出至該等正、負輸出線路。 【實施方式】 有關本新型之前述及其他技術内容、特點與功效,在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中,將可 清楚的呈現。 為解決習用電池組僅用單一控制電路來控制所有電池
的充、放電,本新型電動車用電池組係使各電池分別具有 專屬的控制電路,使各電池的充放電開始或結束可獨立運 作而與其他電池無關。參_ 2,本新型電動車用電池組2 較佳實施例包含具有-正輸出線路21、一負輸出線路22及 多數電池模組3。電池模組3的赵吾 杳 丨、、足J阁数里可依實際需求而調整, 為說明方便,本實施例係以7個為例來說明。 正、負輸出線路21、22用以導接至電動車之負載,如 馬達。 各電池模組3分別具有一正導電端31與一負導電端32 ,第-個電池模組3的正導電端31導接至正輸出線路I 最後-個電池模組3的負導電端32導接至負輸出線路& 及其餘電池模組3的負導電端32係 1示/、相鄰下一個電池模組 3的正導電端31導接,使各電砷媼如q上 电池杈組3相互串聯。配合圖 3,各電池模組3具有一鐘電池^ 33 控制電路34及一旁 路電路35。 控制電路34導接鋰電池33 之正負極、正導電端31及 負導電知32。控制電路34備測鍾電、、也 电池33的電壓與電流, 8
M274712 以控制鐘電池33鐘電池33正、負極適時與對應的正、負 導電端31、32導接及適時中止鋰電池33正負極中的至少 一者不再與對應的正、負導電端31、32導接。控制電路34 具有一控制器341及一受控制器341控制的開關單元342。 控制器341係一控制晶片,如Ricoh公司製造、型號為 R5426的晶片,但不受於限此,僅需可適時偵測鋰電池 電壓狀態與適時控制開關單元342啟閉即可。本實施例之 開關單元342橋接鋰電池33負極與負導電端32,而具有兩 電晶體Q3、Q4與兩分別連接於電晶體Q3、Q4的沒極與源 極間的二極體D8、D9。控制晶片341依據鋰電池%電壓 狀態來控制電晶體Q3、Q4導通料,以決定電流流通與否 。另,熟習該項技藝者當知,開關單元342亦可設置諸如 鋰電池33正極與正導電端31間等位置,僅需可適時中斷 電流迴路即可,並不受限於本實施例所揭露者。 旁路電路35跨接於電池模組3之正、負導電端^、μ ’以於控制電路34控龍電池33不再與正、負導電端Η 導接時正、負導電端31上的電流可經旁路電路35 流向其餘的電池模組3。本實施例之旁路電路35係-二極 體Γ’此二極體D1〇W極導接負導如2與Ν極導接 依據前述構件與相互關係, 例的放電機制作說明。 再以下段落中先對本實施 如圖 負載23, 4,電池組2的正 以供電至負載23 、 、負輸出線路21、22導接至一 當電池組2放電之初,假設所 9 M274712 有電池核組3的電力充足,各電池模組3中的控制器341 會偵測到鋰電池33電壓高於一第一預設值,指如23伏特 之最低放電電壓,控制器341、342對應控制開關單元342 的電晶體Q3、Q4導通(指開啟)令負導電端32導接至鋰電 池33負極,使所有電池模組3可供電至負載23。 在電池組2供電一段時間,控制器341可能偵測到鋰 電池33電壓低於第一預設值。如圖5,假設這些電池模組 3中電池杈組3(如第四個電池模組3)的控制器341偵測到 其鋰電池33低於第一預設值時,則控制器341會控制電晶 體Q3截止而不再導通(指開路),以中斷此鐘電池W負極與 負導電鈿32間的導接,進而使此鋰電池33停止供電,以 保4此链電池33,以避免其過度放電而導致經電池33的特 劣化同時,如圖5,其餘電池模組3供應的電流仍可經 已停止供電電池模組3的二極體m〇繼續流通,形成電氣 没路,使其餘正常供電的電池模、组3仍可繼續供電至負載 因此電池組3可放電時間可有效延長,進而讓諸如電 動車之負載23的工作時數亦可增加,直至電池組3的輸出 電壓降低作fe圍的最低電壓為止,以達到提高放電效率 與電動車行駛距離之功效。 另外’為避免Μ池33因不明原因造成的過電流或短 路電流而造成的永久性破壞,如圖3,#各電池模組3的開 關早兀342的電晶師,導通日夺,控制請亦會經发 b、“妾腳_電晶體Q3、Q4兩側的電壓降(指將電㈣ 、Q4視為電阻),若控制器341偵測到此電壓降大於-電流 10 M274712 檢測電壓(如0.2V),指流經電流大於一預設電流,控制器 341使電晶體Q3截止(指關閉),以即時停止鋰電池33的供 電,以保護鋰電池33。 此外,為讓各電池模組3獨立充電,如圖2,本實施例 的電池組2更包含一第一充電埠24,以對接至如圖6的充 電器4。此第一充電埠24具有8個接腳,其中第一接腳係 導接第一個電池模組3的正導電端31、最後一接腳(指第八 接腳)導接最後一個電池模組3的負導電端32,而其餘接腳( 指第二至第七接腳)分別導接至兩相鄰電池模組3的正、負 導接知31、32相接處。本實施的充電器4具有一可與第一 充電埠24插接之第二充電埠41與多數個充電模組42。 充電模組42的數量與電池模組3數量相符亦為7個。 各充電模組42用以將父流電轉換成適合對應電池模組$的 鐘電池3 3充電的直流電後’經第一充電埠24、第二充電埠 41饋入對應的電池模組3内,以對鋰電池33進行充電。當 充電時,控制器341亦會偵測鐘電池33的電壓,並於鐘電 池33電壓抵達一過充電壓如4.25伏特時,指第二預設值, 控制器341令電晶體Q4截止而開路,以中斷充電模組42 對經電池33的充電。 為了增加充電的安全性,本實施例中各充電模組42具 有一電源轉換電路421與一充電控制電路422。如圖7,電 源轉換電路421用以將父流電(如11 〇v AC)轉換成適時鐘電 池33的直流電(如電壓4.3伏特,電流3〜5安培的直流電) 至如圖8充電控制電路422。如此,電源轉換電路421輸出 11 M274712 的直流電可經充電控制電路422至對應的電池模組3的鐘 電池33充電控制電路422具有兩分別與對應電池模組3 負導電〜31、32導接並與電源轉換電路421的正、 負輸出端導接之傳輪線路4221、4222、—跨接兩傳輸線路 422二4222之可變電阻VR1與一電壓比較器τ[43ι。電壓 比車乂器TL43 1的—輸人端B導接可變電阻與經—電阻 R6導接至傳輪線路4222、一輸入端c導接至傳輸線路 4222,及一輸出端A經電阻R5導接至傳輸線路4221並導 接至電源轉換電路421的電晶體Q2。由於充電控制電路 422的兩傳輸線路4221、4222係分別與對應電池模組3的 ^負導電鈿31、32導接,兩傳輸線路4221、4222的電 壓差會與鐘電池33的電壓相同。又,為方便使用者即時瞭 解充電狀態,充電控制電路422 t具有兩串聯且分別為綠 色與紅色的發光二極體D5、D6跨接於兩傳輸線路4221、 4222間,且兩發光二極體D5、D6的相接處更導接至電壓 比較器TL43 1的端A。 如此,配合圖7、圖8、圖9與圖1〇來說明充電器4 對電池組3的充電情況。依據本實施設計,各電池模組3 係由一對應的充電模組42來充電,因而以下為說明方便以 單一充電模組42與對應的單一電池模組3來介紹充電機制 〇 當充電之初’如圖9,充電模組42會交流電轉換成直 流電以對鋰電池33,使鋰電池33的電壓為逐漸上升,而控 制器341亦會偵測鋰電池33的電壓,於鋰電池33電壓未 12 M274712 達過充電壓前,令電晶體Q3與Q4導通。同時,配合圖8 與圖7,電壓比較器TL431的B端電壓仍會低於第三預設 值而使電壓比較器TL431關閉,致使A端的電壓會位於高 準位,驅使電源轉換電路421的電晶體Q1截止與電晶體 Q2導通,因而電源轉換電路421的直流電仍能順利經充電 控制電路422對鋰電池33充電,又,由於A端位於高位準 ’致使紅色發光二極體D6發光,來告知使用者充電模組42 正在鋰電池33仍在充電的訊息。 當充電一段時間之後,鋰電池33的電壓會逐漸攀高, 一旦控制器341彳貞測到鐘電池33的電壓抵達過充電壓時, 如圖10,立刻令電晶體Q4截止而開路,以中止鋰電池33 的充電。同時,配如圖8,電壓比較器TL431的B端電壓 亦不再低於第三預設值,使電壓比較器TL431開啟而使其 A端位於低位準。當電壓比較器TL431之A端位於低位準 時,如圖7中的電源轉換電路421的電晶體qi導通,連帶 使電晶體Q2截止,致使電源轉換電路421不再輸出直流電 。另外,當A端位於低位準時,會使綠色發光二極體〇5發 光以告知使用者此電池模組3已充飽的訊息。 如此,依據本實施例,即使電池模組3的控制器341 於鋰電池33抵達過充電壓時,未將電晶體Q4截止而中止 充電’充電模、组4的充電控制電路422仍可即時令電源轉 換電路421中止供雷,以遠石丨雒壬士 & , ' $ 乂達到雙重充電保護之機制,進而 達到提高充電安全的機制。x’由於本實施例中電池租2 的各電池模組3分別由充電器4的不同充電模組Ο來獨立 13 M274712 充電,各電池模組3可待其鋰電池33充飽後始停止充電, 而無需在其他電池模組3充飽後即停止充電,以達到充電 效率更高之功效,進而使電動車的行駛距離與時間亦可有 效增加。 再者,雖本實施例電池組2搭配具多數充電模組42之 充電H 4來充電’然而’如_ i i ’本實施例的電池組2亦 可搭配冬慧型充電器5來串聯充電,但此時,旁路電路 乃’係一雙向性二極體,致使控制電路34中止鋰電池33充 電時’電流可自旁路電路35,流過。 據前所述,本新型電動車用電池組2具有複數個可獨 立控制其充、放電之電池模組3,致使電池組2充、放電效 率可有效提昇’進而延長電動車的駕駛時間與距離,又, 由於將各電池組2内的電池模組化(指電池模組3),一旦需 電池組2内的-個電池模組3故障時,僅需更換此電池模 組3即可,以達到維修容易之功效。 么惟以上所述者,僅為本新型之較佳實施例❿已,當不 月匕以此限疋本新型實施之範圍,即大凡依本新型申請專利 範圍及新型說明内容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍 屬本新型專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1疋習用電動車用電池組的電路圖; 圖2疋本新型電動車用電池組的較佳實施例的示意圖 y 圖3是本實施例中電池模組的電路圖; 14 M274712 圖4是本實施例的電池組的一放電狀態的示意圖,此 示意圖中所有電池模組的電力仍高於第一預設值; 圖5是本實施例的電池組的另一放電狀態的示意圖, 此示意圖中一電池模組的電力已低於第一預設值; 圖6是本實施例中搭配使用的充電器的示意圖; 圖7是本實施例中充電器的電源轉換電路的電路圖; 圖8是本實施例中充電器的充電控制電路的電路圖; 圖9是本實施例的電池模組的正在充電的示意圖,此 時鋰電池尚未充飽; 圖10是本實施例的電池模組的充電完成的示意圖,此 時鋰電池已充飽;及 圖11是本實施例的電池組與另一種充電器搭配使用的 示意圖。
15 M274712 【主要元件符號說明】 2電池組 41第二充電埠 21正輸出線路 42充電模組 22負輸出線路 421電源轉換電路 23負載 422充電控制電路 24第一充電埠 4221、4222傳輸線路 3電池模組 Ql、Q2、Q3、Q4 電晶體 31正導電端 D8、D9、D10 二極體 32負導電端 D5綠色發光二極體 3 3鋰電池 D6紅色發光二極體 34控制電路 VR1可變電阻 341控制器 TL431電壓比較器 342開關單元 A、B、C電壓比較器之端 35、35’旁路電路 R5、R6電阻 4充電器 16