TWM481536U

TWM481536U - 具順序充／放電模式的擴充模組及充／放電裝置

Info

Publication number: TWM481536U
Application number: TW102215169U
Authority: TW
Inventors: jin-shun Xu
Original assignee: Sunchen Electronic Company
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-07-01

Description

具順序充/放電模式的擴充模組及充/放電裝置

本新型係一種電池的充/放電裝置，尤指一種可同時連接複數個電池並偵測各個電池之充電或放電的狀態，以依序對該等電池進行充電或放電的充/放電裝置。

現有電池充電器需依照電池的種類分別以感測器偵測其充電時的電壓或溫度，確保電池在充電時不會因過度充電而產生危險，例如鎳氫電池(Ni-MH)或鎳鎘電池(Ni-Cd)在充電時需要注意其溫度是否超出限定值，又如鋰聚合物電池(Li-poly、Li-ion)或鋰鐵電池(Li-Fe)則是在充電時需要注意其充電電壓或電流是否超出限定值，因此該電池充電器需針對不同種類電池偵測其充電時對應的電壓、電流或溫度，才能避免發生過度充電或超溫的危險。

請參閱圖1所示，現有的一電池充/放電器80係與一電池90電連接，以對該電池90進行充電或放電，該電池充/放電器80包含有一控制單元81、一充/放電作動及電壓/電流檢知電路82與一電池狀態感測及通訊作動電路83，該充/放電作動及電壓/電流檢知電路82與電池狀態感測及通訊作動電路83是分別與控制單元81電連接，該電池90設有一電源接頭91與一電池狀態感測元件92，該電源接頭91是與電池90中多個電池芯(圖中未示)連接，該電池狀態感測元件92是偵測電池90的溫度或電池狀態；該充/放電作動及電壓/電流檢知電路82透過一充/放電連接埠84與電池90的電源接頭91電連接，以取得該電池90於充電或放電時的電壓(V)與電流(I)，該電池狀態感測及通訊作動電路83係透過一感測連接埠85與電池90的電池狀態感測元件92電連接，以偵測該電池90於充電或放電時的通訊、溫度或電池狀態。

前述控制單元81係控制該充/放電作動及電壓/電流檢知電路82對電池90進行充電或放電並取得該電池90於充電或放電時的電壓與電流，且該電池狀態感測元件92透過感測連接埠85回傳電池狀態至電池狀態感測及通訊作動電路83及控制單元81，確保該充/放電器80可針對不同種類的電池90偵測其充電或放電時之電壓、電流或溫度。又該電池90是由多個電池芯連接而成時，其設有一平衡接頭93，該平衡接頭93係分別與各電池芯連接，該控制單元81連接有一平衡端作動電路86，該平衡端作動電路86與平衡接頭93係透過一平衡端連接埠87電連接，藉此，該控制單元81可透過平衡端作動電路86針對電池90之各個電池芯進行電池電壓平衡作動以維持各電池芯的電壓平衡。

不過前述電池充/放電器80僅有一組充/放電連接埠84及感測連接埠85，因此於同一時間僅能針對單一個或單一種類的電池90進行充電或放電，若要對多個電池90同時充電或放電或是要分別連接不同種類的電池90進行充電或放電，則使用者需以手動方式以一次連接一個電池90的方式進行充電或放電，並於該電池90完成充電或放電後再以手動方式連接下一個需充/放電的電池90，且使用者需視連接之電池90的種類更改電池充/放電器80之充/放電的設定值或是視電池90之電池狀態感測元件92更改偵測的溫度值，或更進一步需視充/放電作動及電壓/電流檢知電路82取得之電壓與電流而更改充/放電設定值，導致使用者需耗費長時間等待電池完成充電或放電，且使用者需時時在旁注意該電池90的充/放電狀態及以手動插拔連接埠(線)之使用不便的問題；若該電池充/放電器80要同時對多個電池進行充/放電，則需同時設置多組充/放電作動及電壓/電流檢知電路82、多組電池狀態感測及通訊作動電路83與多組平衡端作動電路86，而有增加該電池充/放電器80成本的問題。

如前揭所述，現有電池充/放電器對電池充電或放電時需個別偵測電池的狀態，因此欲對多個電池充電或放電時需以手動方式逐一更換已充飽與待充電的電池，造成耗時與使用不便的問題，若要同時對多個電池充電或放電則需同時設置多個充/放電及感測電路，而有成本增加的問題，因此本新型主要目的在提供一具順序充/放電模式的擴充模組及充/放電裝置，主要是於電池與電池充/放電器之間連接有擴充模組，該擴充模組設有複數個連接介面，可依序偵測與各連接介面連接之電池的充/放電狀態，如電壓、電流或溫度，擴充模組判斷其中一電池充飽電或放完電後，即改變充/放電模式以自動切換對另一電池充電或放電，使用者不需耗費時間等待與手動逐一更換電池，且由單組充/放電電路以順序切換方式，即可對多個電池充/放電，不需同時設置多組充/放電及感測電路，解決現有使用電池充/放電器需時時注意電池之充/放電狀態且耗費時間等待電池充飽電或放完電的問題，以及設置多組充/放電電路造成成本增加的問題。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述具順序充/放電模式的擴充模組，包含有：一切換單元，其包含有複數個切換開關，各切換開關係由一切換訊號控制其互鎖啟閉；一第一連接介面，其與切換單元電連接，該第一連接介面包含有一第一充/放電端電源連接埠與一第一控制埠，該第一充/放電端電源連接埠是分別與切換單元之各切換開關電連接，該第一控制埠是與切換單元電連接；複數第二連接介面，其與切換單元電連接，各第二連接介面包含有一第二充/放電端電源連接埠與一第二控制埠，該第二充/放電端電源連接埠是與該等切換開關電連接，各第二控制埠是與切換單元電連接；以及一控制單元，其與切換單元電連接，該控制單元依據第一控制埠的一控制訊號或各第二控制埠的一電池狀態產生前述切換訊號，用以控制切換單元對各第二連接介面之充/放電的順序與模式。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述具順序充/放電模式的充/放電裝置，包含有一充/放電器及前述之具順序充/放電模式的擴充模組，該充/放電器係與該具順序充/放電模式的擴充模組的第一連接介面電連接，其中：該充/放電器包含有一交/直流電源轉換單元、一充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元、一控制器與一電池狀態感知及通訊/控制作動單元，該控制器分別與交/直流電源轉換單元、充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元及電池狀態感知及通訊/控制作動單元電連接，該充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元係與第一充/放電端電源連接埠電連接，該電池狀態感知及通訊/控制作動單元係與第一控制埠電連接，該控制器依據回傳至充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元的電池狀態產生切換訊號，以控制各切換開關改變各第二連接介面之充電或放電的順序與模式。

利用前述元件組成的具順序充/放電模式的擴充模組及充/放電裝置，該切換單元以各第二連接介面分別連接一待充電或放放電的電池，各第二連接介面的第二充/放電端電源連接埠係連接至電池的電源接頭，以令充/放電器偵測電池於充電或放放電時的電壓與電流，各第二控制埠連接至一溫度感測器，藉此令充/放電器偵測各電池於充電或放電時的溫度或電池狀態，並回傳至擴充模組的控制單元或充/放電器的控制器，該控制單元或控制器依據各電池狀態區別該電池是否已充飽電或放完電，若電池已充飽電或放完電，則送出切換訊號至切換單元，以控制切換單元之第二連接介面的充/放電順序及模式，主動切換並對另一待充/放電的電池充/放電，藉此，該擴充模組僅需連接一個充/放電裝置即可對複數個電池充電或放電，不需連接或設置多組充/放電裝置且不需頻繁插拔電池與花費時間等待電池完成充/放電，解決現有使用電池充電器時，需耗費等待電池充飽電的時間，並需時時注意電池之充/放電狀態與以手動頻繁插拔電池接頭的問題，以及使用多組充/放電電路會使充/放電器成本增加的問題。

10‧‧‧擴充模組

11‧‧‧切換單元

111、111’‧‧‧切換開關

12‧‧‧第一連接介面

121‧‧‧第一充/放電端電源連接埠

122‧‧‧第一控制埠

123‧‧‧平衡端連接埠

13、13’‧‧‧第二連接介面

131、131’‧‧‧第二充/放電端電源連接埠

132、132’‧‧‧第二控制埠

133、133’‧‧‧平衡端連接埠

14‧‧‧控制單元

15‧‧‧顯示單元

20、20’‧‧‧電池

21、21’‧‧‧電源接頭

22、22’‧‧‧電池狀態感測元件

23、23’‧‧‧平衡接頭

30‧‧‧充/放電器

31‧‧‧控制器

32‧‧‧交/直流電源轉換單元

33‧‧‧充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元

34‧‧‧電池狀態感知及通訊/控制作動單元

35‧‧‧平衡端作動單元

36‧‧‧連接介面

361‧‧‧第三充/放電端電源連接埠

362‧‧‧第三控制埠

363‧‧‧平衡端連接埠

40‧‧‧充/放電裝置

80‧‧‧電池充/放電器

81‧‧‧控制單元

82‧‧‧充/放電作動及電壓/電流檢知電路

83‧‧‧電池狀態感測及通訊作動電路

84‧‧‧充/放電連接埠

85‧‧‧感測連接埠

86‧‧‧平衡端作動電路

87‧‧‧平衡端連接埠

90‧‧‧電池

91‧‧‧電源接頭

92‧‧‧電池狀態感測元件

93‧‧‧平衡接頭

圖1是現有電池充/放電器的電路方塊圖。

圖2是本新型第一較佳實施例之擴充模組的電路方塊圖(一)。

圖3是本新型第一較佳實施例之擴充模組的電路方塊圖(二)。

圖4是本新型第一較佳實施例之擴充模組與充/放電器連接的電路方塊圖。

圖5是本新型第二較佳實施例之充/放電裝置的電路方塊圖(一)。

圖6是本新型第二較佳實施例之充/放電裝置的電路方塊圖(二)。

關於本新型的第一較佳實施例，請參閱圖2與3所示，係於一擴充模組10中設有一切換單元11、一組第一連接介面12、兩組第二連接介面13、13’與一控制單元14，該切換單元11分別與第一連接介面12、第一第二連接介面13、13’及控制單元14電連接，其中該第一連接介面12是連接至一充/放電裝置(圖中未示)，該等第二連接介面13、13’是分別連接一待充/放電的電池20、20’；該切換單元11亦可連接兩個以上(三個、四個或五個)的第二連接介面13、13’，本新型在此不加以限制。

該切換單元11包含有兩切換開關111、111’，各切換開關111、111’具有複數個輸入端點與複數個輸出端點，兩個切換開關111、111’的其中一輸入端點同時連接至第一連接介面12，兩個切換開關111、111’的其中一輸出端點分別連接至各第二連接介面13、13’，該切換單元11的兩個切換開關111、111’係接受控制單元14產生之切換訊號或是由外部輸入的切換訊號控制其中一輸入/輸出端點間的啟閉，且兩個切換開關111、111’間或該切換訊號具有互鎖機制，於同一時間僅能使切換開關111或切換開關111’的其中一輸入/輸出端點閉合連接，使經控制閉合之切換開關111或切換開關111’的第二連接介面13或第二連接介面13’是與第一連接介面12連接。

該第一連接介面12設有一第一充/放電端電源連接埠121與一第一控制埠122，如圖3所示，其進一步設有一平衡端連接埠123，該第一充/放電端電源連接埠121是與切換單元11之各切換開關111、111’的其中一輸入端點電連接，且該第一充/放電端電源連接埠121具有一正電源接腳(+)與一負電源接腳(-)(圖中未示)以連接外部的一充/放電裝置(圖中未示)，該第一控制埠122係與切換單元11電連接，且以雙向傳輸方式傳送控制訊號、切換訊號以及電池20、20’的溫度或電池狀態，該平衡端連接埠123是與各切換開關111、111’的另一輸入端點電連接，其用以維持電池20之個別電池芯(圖中未示)的電壓平衡。

該第二連接介面13、13’分設有一第二充/放電端電源連接埠131、131’、一第二控制埠132、132’與一平衡端連接埠133、133’，該第二充/放電端電源連接埠131、131’是分別與切換單元11之各切換開關111、111’的其中一輸出端點電連接，各第二充/放電端電源連接埠131、131’具有一正電源接腳(+)與一負電源接腳(-)以直接連接至該待充/放電電池20、20’之一電源接頭21、21’，該電源接頭21、21’包含有正極(+)及負極(-)接點，其分別與第二充/放電端電源連接埠131、131’的正電源接腳(+)與負電源接腳(-)對應電連接。該第二控制埠132、132’係分別與該待充電電池20、20’之一電池狀態感測元件22、22’電連接，該電池狀態感測元件22、22’係分別偵測電池20、20’的溫度或電池狀態，該平衡端連接埠133、133’是與各切換開關111、111’的另一輸出端點電連接，且分別與該電池20、20’之一平衡接頭23、23’電連接，該平衡接頭23、23’是與電池20、20’之個別電池芯電連接。

該切換單元11係依據控制單元14之切換訊號控制各切換開關111、111’的啟閉，以改變該第一連接介面12是與第二連接介面13或第二連接介面13’電連接；於本較佳實施例中，該第二連接介面13、13’的數量是對應前述切換開關111、111’的數量；藉此，切換單元11可依序對連接於該等第二連接介面13、13’的電池20、20’ 充電或放電。前述切換開關111、111’可以是繼電器(Relay)、電子式開關或半導體開關，如：SCR、TRIAC、SSR、Switching IC或MOS FET。

該控制單元15係依據第一控制埠122輸入的控制訊號或各第二控制埠132、132’回傳的電池狀態產生前述切換訊號，以控制各第二連接介面13、13’之充/放電的順序與模式。於本較佳實施例中，該控制單元14係先偵測與第二連接介面13連接之電池20是否接妥(包含電池20的正負極是否反接)，再偵測與其連接之電池狀態感測元件22所偵測的溫度是否正常，若與第二連接介面13連接之電池20判斷已充飽電或放完電，則由控制單元14發出切換訊號以控制該等切換開關111、111’互鎖啟閉，改為對第二連接介面13’連接之電池20’進行充電或放電，同樣的，該控制單元14亦偵測與第二連接介面、13’連接之電池20’是否接妥(包含電池20’的正負極是否反接)，再偵測與其連接之電池狀態感測元件22’的電壓及溫度是否正常，若與第二連接介面13’連接之電池20’判斷已充飽電或放完電，即停止對兩個電池20、20’充電或放電。

前述之控制單元14進一步連接有一顯示單元15，以顯示該控制單元14目前的操作狀態或該等電池20、20’的資訊，例如現在是對連接於第二連接介面13的電池20充/放電或是對連接於第二連接介面13’的電池20’充/放電，或是顯示電池20、20’的電壓、電流、電量或充電時間，該顯示單元15可以是液晶顯示器、LED顯示器或多個不同顏色LED組成。

關於本新型之擴充模組10與一充/放電器30結合之實施例，請參閱圖4所示，該充/放電器30係與擴充模組10的第一連接介面12電連接，其包含有一控制器31、交/直流電源轉換單元32、一充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元33、一電池狀態感知及通訊/控制作動單元34、一平衡端作動單元35與一連接介面36，該控制器31分別與交/直流電源轉換單元32、充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元33、電池狀態感知及通訊/控制作動單元34與平衡端作動單元35電連接，又該連接介面36是與電池狀態感知及通訊/控制作動單元34、平衡端作動單元35及充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元33電連接。該連接介面36包含有一第三充/放電端電源連接埠361、一第三控制埠362與一平衡端連接埠363，該第三充/放電端電源連接埠361是與第一連接介面20之第一充/放電端電源連接埠121電連接，該第三控制埠362是與第一連接介面20之第一控制埠122電連接，該平衡端連接埠363是與第一連接介面20之平衡端連接埠123電連接。

該交/直流電源轉換單元32是將外部輸入之交流電源或直流電源轉換為各元件所需電源，經各作動單元以對電池20、20’進行充電或放電；該充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元33係透過第三充/放電端電源連接埠361與第一連接介面20之第一充/放電端電源連接埠121電連接，於本較佳實施例中，該充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元33具有充/放電作動電路、電壓/電流回授作動電路以及升/降壓電路，以針對各類型的電池20、20’進行充電或放電，並偵測其充/放電時的電壓與電流，以及對應電池類型提高或降低電壓；該電池狀態感知及通訊/控制作動單元34係透過第三控制埠362與第一控制埠122電連接，該控制器31依據充/放電作動單元及電壓/電流回授作動單元33取得的電壓或電流，或是由第二控制埠132’回傳的電池狀態產生切換訊號，透過第三控制埠362送出控制訊號至切換單元11以控制各切換開關111、111’改變第二連接介面13與第二連接介面13’之充電或放電的順序與模式，於本較佳實施例中，該電池狀態感知及通訊/控制作動單元34具有感測電池溫度狀態及通訊/控制的作動電路。

關於本新型的第二較佳實施例，請參閱圖5與6所示，係與第一較佳實施例大致相同，不同的是該擴充模組10與充/放電器30整合為一具順序充/放電模式的充/放電裝置40，藉由整合為一體而可省略第一連接介面12與連接介面36，進一步降低該具有順序充/放電模式的充/放電裝置40的成本。