TWM544731U - 電池能量安全裝置 - Google Patents

Description

電池能量安全裝置

本創作係關於一種電池能量安全裝置，尤指一種可對電池芯組中的每一個可充電式電池進行獨立充電，並且具有逆接保護裝置之電池能量安全裝置。

近年來環保意識的抬頭以及技術的進步，使得電動車輛已經漸漸開始取代傳統以石油作為動力能源的車輛，並逐漸擴及大眾運輸的領域。關於電動車輛之電池箱，由於電池箱內串聯電池組中的電池芯因為內阻或製程的不同，會有電池芯電壓不一致並且會以不同的速率退化的狀況發生，如此會使得串聯電池組會因為某顆電池芯提早過充或過放，而大幅影響電池組的使用效率與壽命。

實際上，即使於製造過程中每一電池芯的製程參數皆相同，其內阻與容量亦會存在些微差異，而此差異會隨著電池芯充放電的循環次數增加而逐漸加大，並且會從電芯間的差異性逐漸擴大到電池模組與模組之間，使得電池模組間無法處於一致的狀態，而模組間的不一致仍會引起電池組提早過充或過放的問題。針對此問題，目前的技術係對於電池模組建構一電池管理系統(Battery Management System, BMS)以對各該電池芯進行管理並建立電池平衡機制，以避免電池組中的最弱電芯提早觸發管理系統來保護系統停止運轉、提升電池芯之使用效率、並即時保護最弱電池芯使其避免過充或過放，從而延長整體電池組之壽命。

雖然電池管理系統能監控各該電池芯或電池模組的電量狀況，然而，由於電動車輛中的電池芯係以串聯的形式而組成電池模組，當其中一顆電池芯的電量較其他電池芯的電量低時，該電池管理系統係僅能對其他電池芯進行放電動作而使電池芯的電量趨於一致，而無法針對該具有較低電量的電池芯進行單獨充電。

另外，由於該電池管理系統無法對單一電池芯進行獨立充電而僅能對整體電池組進行充電，故一般來說使用者僅能使用相同廠牌、相同電壓的電池芯來串聯成電池組，以避免各電池芯間的內阻與容量差異過大而加劇電池芯之間的不平衡。

因此，如何發展一種電池能量安全裝置，以解決習知技術中，無法針對單一電池芯進行充電而無法實際解決各電池芯之間不平衡的問題，以及限制使用相同廠牌、相同電壓之電池芯等諸多問題，實為本領域迫切需解決之問題。

本創作之一目的在於提供一種電池能量安全裝置，使充電模組能單獨地對電池芯組中的每一電池芯進行充電。

本創作之另一目的在於提供一種電池能量安全裝置，使電池芯組在沒有外接電源的情況下，當電池芯組中的一電池芯低於一預設低電量值的情況時，電池芯組能自行對該低電量電池芯進行充電。

本創作之再一目的在於提供一種電池能量安全裝置，使電池芯組能對提供其充電電量之一外接電池進行回充。

為達上述目的，本創作提出一種電池能量安全裝置，包括：至少一電池能量管理模組，且各該電池能量管理模組包含：一可充電式電池；一電壓電量偵測模組，電連接該可充電式電池，用以偵測該可充電式電池之電壓及電量；一充電模組，電連接於一外接電源或一穩壓器，用以對該可充電式電池進行充電；及一判定模組，連接於該電壓電量偵測模組與該充電模組之間，當該電壓電量偵測模組偵測到該可充電式電池之電量低於一預設之低電量值時，指示該充電模組對該可充電式電池進行充電，當該電壓電量偵測模組偵測到該可充電式電池之電量達到其完全充飽的電量時，指示該充電模組對該可充電式電池停止充電；其中，各該電池能量管理模組之充電模組係獨立地對各該電池能量管理模組之可充電式電池進行充電；且其中，各該電池能量管理模組之可充電式電池係串聯成一電池芯組。

於本創作之一實施例中，其中當各該電池能量管理模組之充電模組電連接該穩壓器時，該電池芯組之正極與負極連接至該穩壓器。

於本創作之一實施例中，其中該外接電源係電源供應器或外接可充電式電池。

於本創作之一實施例中，其中當各該電池能量管理模組之充電模組電連接該外接可充電式電池時，該電池芯組之正極與負極可連接至該外接可充電式電池。

於本創作之一實施例中，其中該電池能量管理模組更包含一逆接保護電路，其係連接於該可充電式電池及該充電模組之間。

藉此，本創作之電池能量安全裝置係藉由對一電池芯組中的每一可充電電池設置一電壓電量偵測模組、一充電模組及一判定模組，來對每一可充電電池獨立地進行電壓及電量監控、判定充電與否以及進行充電。並且，由於本創作之電池能量安全裝置可單獨地對可充電電池進行電壓及電量判斷並進行充電，因此使用者能串接不同廠牌、不同電壓及不同電量的電池。此外，即使在無外接電源的情況下，本創作之電池能量安全裝置能將電池芯組電連接至一穩壓器以及將該穩壓器與各該充電模組連接，使電池芯組能利用其之電量來對較低電量的可充電電池進行充電。另外，當本創作之電池能量安全裝置外接一外接可充電式電池時，除了能藉由該外接可充電式電池來對電池芯組進行充電之外，該電池芯組亦能對該外接可充電式電池進行回充的動作。

為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明，說明如後：

請參照圖1至圖3。圖1係揭示本創作一實施例中之電池能量安全裝置連接至一外接電源進行充電之示例性架構圖。圖2係揭示本創作一實施例中之電池能量安全裝置連接至一穩壓器進行對低電量可充電電池自我充電之示例性架構圖。圖3係揭示本創作一實施例中之電池能量安全裝置連接至電動機控制器進行放電之示例性架構圖。如圖所示，本創作之電池能量安全裝置100包括殼體(圖未示)及複數個電池能量管理模組110，電池能量安全裝置100之殼體係提供一容置空間，用以容置該等電池能量管理模組110。其中，各該電池能量管理模組110皆包含一可充電式電池111、一電壓電量偵測模組112、一充電模組113及一判定模組114，即本創作係將可充電式電池111、電壓電量偵測模組112、充電模組113及判定模組114模組化。於本實施例中，電池能量安全裝置100具有三個電池能量管理模組110，然而其數量可依實際應用需求而增加或減少，而不以此為限。

該可充電式電池111可為鋰電池、鉛酸電池等，但不以此為限。並且，如圖所示，各該電池能量管理模組110之可充電式電池111係串聯成一電池芯組。電池能量安全裝置100係透過一第一電池芯組正極103a及一第一電池芯組負極103b來與電動車輛的電動機控制器300連接以進行供電。

該電壓電量偵測模組112係電連接該可充電式電池111，以偵測並監視該可充電式電池111的電壓及電量。

該充電模組113係透過一電源輸入埠101電連接於一外接電源210，以對該可充電式電池111進行充電。該外接電源210係提供一直流電(DC)，但本創作之電池能量安全裝置100亦可以包含一AC-DC轉換器，以先將交流電(AC)轉換成直流電再供電給該充電模組113。其中，該外接電源210可為一外接可充電式電池或一電源供應器。

該判定模組114係連接於該電壓電量偵測模組112及該充電模組113之間。該判定模組114係根據該電壓電量偵測模組112所偵測到該可充電式電池111之電量而判斷是否要對該可充電式電池111進行充電。當該可充電式電池111由該電壓電量偵測模組112所偵測到的電量降到低於一第一預設電量時，則該判定模組114指示該充電模組113對該可充電式電池111進行充電，直到該可充電式電池111的電量達到一第二預設電量後，則該判定模組114指示該充電模組113停止對該可充電式電池111進行充電。其中，該第一預設電量係一預設之低電量值，該第二預設電量係該可充電式電池111在完全充飽時的電量。如此，本創作之電池能量安全裝置100能針對每一個可充電式電池111獨立地進行電量值之監控以及進行充電，以避免任何一個可充電式電池發生過充或過放的情形。

本創作之電池能量安全裝置100係獨立地對各該可充電式電池111進行電壓及電量判定並進行充電，因此各該可充電式電池111能夠使用不同廠牌、不同電壓及電量的電池來串接成電池芯組。

另外，基於本創作之電池能量安全裝置100的設計係獨立地對各該可充電式電池111進行電壓及電量判定並進行充電，在無外接電源210的情況下，假若其中有一電壓電量偵測模組112偵測到其對應的可充電式電池111的電量降到預設之低電量值時，該電池芯組可透過一第二電池芯組正極102a及一第二電池芯組負極102b來連接一穩壓器220(如圖2所示)，並且各該充電模組113係透過電源輸入埠101與該穩壓器220電連接，以藉由該電池芯組本身的電力對降到預設之低電量值的可充電式電池111進行自我充電。

此外，當該電池能量安全裝置100所電連接之外接電源210為外接可充電式電池時(圖未示)，其除了能對電池能量安全裝置100中的可充電式電池111進行充電之外，該等可充電式電池111亦可透過第二電池芯組正極102a及第二電池芯組負極102b來電連接該外接可充電式電池，並對其充電。

並且，本創作之各該電池能量管理模組110還可包含一逆接保護電路120，其係連接於該可充電式電池111及該充電模組113之間。當使用者誤將可充電式電池111裝反時，該逆接保護電路120即將該可充電式電池111與該充電模組113的迴路斷開，以避免電池逆接短路，從而達到安全保護該可充電式電池111及該充電模組113之功效。

藉此，本創作之電池能量安全裝置係藉由對一電池芯組中的每一可充電電池設置一電壓電量偵測模組、一充電模組及一判定模組，來對每一可充電電池獨立地進行電壓及電量監控、判定充電與否以及進行充電。並且，由於本創作之電池能量安全裝置可單獨地對可充電電池進行電壓及電量判斷並進行充電，因此使用者能串接不同廠牌、不同電壓及不同電量的電池。此外，即使在無外接電源的情況下，本創作之電池能量安全裝置能將電池芯組電連接至一穩壓器以及將該穩壓器與各該充電模組連接，使電池芯組能利用其之電量來對較低電量的可充電電池進行充電。另外，當本創作之電池能量安全裝置外接一外接可充電式電池時，除了能藉由該外接可充電式電池來對電池芯組進行充電之外，該電池芯組亦能對該外接可充電式電池進行回充的動作。

本創作在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電池能量安全裝置
101‧‧‧電源輸入埠
102a‧‧‧第二電池芯組正極
102b‧‧‧第二電池芯組負極
103a‧‧‧第一電池芯組正極
103b‧‧‧第一電池芯組負極
110‧‧‧電池能量管理模組
111‧‧‧可充電式電池
112‧‧‧電壓電量偵測模組
113‧‧‧充電模組
114‧‧‧判定模組
120‧‧‧逆接保護電路
210‧‧‧外接電源
220‧‧‧穩壓器
300‧‧‧電動機控制器

［圖1］係為本創作一實施例中之電池能量安全裝置連接至一外接電源進行充電之示例性架構圖。 ［圖2］係為本創作一實施例中之電池能量安全裝置連接至一穩壓器進行對低電量可充電電池自我充電之示例性架構圖。 ［圖3］係為本創作一實施例中之電池能量安全裝置連接至電動機控制器進行放電之示例性架構圖。

100‧‧‧電池能量安全裝置

101‧‧‧電源輸入埠

102a‧‧‧第二電池芯組正極

102b‧‧‧第二電池芯組負極

103a‧‧‧第一電池芯組正極

103b‧‧‧第一電池芯組負極

110‧‧‧電池能量管理模組

111‧‧‧可充電式電池

112‧‧‧電壓電量偵測模組

113‧‧‧充電模組

114‧‧‧判定模組

120‧‧‧逆接保護電路

210‧‧‧外接電源

300‧‧‧電動機控制器

Claims (5)

1. 一種電池能量安全裝置，包括： 至少一電池能量管理模組，且各該電池能量管理模組包含： 一可充電式電池； 一電壓電量偵測模組，電連接該可充電式電池，用以偵測該可充電式電池之電壓及電量； 一充電模組，電連接於一外接電源或一穩壓器，用以對該可充電式電池進行充電；及 一判定模組，連接於該電壓電量偵測模組與該充電模組之間，當該電壓電量偵測模組偵測到該可充電式電池之電量低於一預設之低電量值時，指示該充電模組對該可充電式電池進行充電，當該電壓電量偵測模組偵測到該可充電式電池之電量達到其完全充飽的電量時，指示該充電模組對該可充電式電池停止充電； 其中，各該電池能量管理模組之充電模組係獨立地對各該電池能量管理模組之可充電式電池進行充電；且 其中，各該電池能量管理模組之可充電式電池係串聯成一電池芯組。
2. 如請求項1所述之電池能量安全裝置，其中當各該電池能量管理模組之充電模組電連接該穩壓器時，該電池芯組之正極與負極連接至該穩壓器。
3. 如請求項1所述之電池能量安全裝置，其中該外接電源係電源供應器或外接可充電式電池。
4. 如請求項3所述之電池能量安全裝置，其中當各該電池能量管理模組之充電模組電連接該外接可充電式電池時，該電池芯組之正極與負極可連接至該外接可充電式電池。
5. 如請求項1至4中任一項所述之電池能量安全裝置，其中該電池能量管理模組更包含一逆接保護電路，其係連接於該可充電式電池及該充電模組之間。