TWM566405U - DC synchronous charging balance system - Google Patents

Abstract

本創作係一種直流電同步充電平衡系統，係包含：一發電裝置及一充電分配模組。該發電裝置係與該充電分配模組電性連接，且提供該充電分配模組電力。該充電分配模組用以電性連接一電池模組，該電池模組係由複數電池串聯連接而成，其中該充電分配模組係有複數充電接點，每兩兩相鄰充電接點之間供連接一電池並提供一額定電壓值，以該額定電壓值同時對各電池加以充電，可提高該電池模組電壓的平衡性以達延長電池的使用壽命。

Description

直流電同步充電平衡系統

一種直流電同步充電平衡系統，尤其是指一種能同時對複數電池分別充電的系統。

一般汽車所用的電力系統，係利用引擎帶動車用發電機運轉，使車用發電機輸出直流電壓，並透過一充電模組對一電池模組充電。一般而言，該電池模組係由多數電池所組成(例如四個電池)，而常用的車用電池種類為鋰鐵電芯，以鋰鐵電芯所組成的電池為例，每個電池的工作電壓約為3.3V，且以四個電池所組成的電池模組為例，該電池模組的工作電壓約為13.2V，而一個電池的充電電壓需求約為3.7V。一般車用發電機的輸出電壓可以到達14.8V，則每個電池可分配到3.7V，如此一來可以順利充電。

但車用發電機的輸出電壓可能有不穩的情形，假如車用發電機的輸出電壓高於14.8V，平均下來每個電池被分配到的電壓會高於3.7V，這時該等電池會有過充的問題，容易影響各電池的使用效能，甚至有損毀的疑慮。反之，若車用發電機的輸出電壓低於13.2V，平均下來每個電池被分配到的電壓會低於3.3V，在長期無法充飽該電池模組的狀況下，該電池模組的蓄電容量會越來越小，同樣會影響該電池模組的使用效能，甚至減少該電池模組的使用壽命。

另外，同樣以四個電池所組成的電池模組為例，在對電池模組充電的過程中，各電池是無法同時充飽的，而是會至少有一個或是兩個電池先充飽。假如繼續充電，則已充飽的電池會發生過充的問題，導致電芯損毀；假如停止充電，則未充飽的電池不但會影響整個電池模組的使用效能，同時會因工作電壓不足卻持續放電導致本身效能降低，甚至損壞，降低電池的使用壽命。

更進一步，由於該電池模組為一體成形，各個電池之間係利用連接片所連接，在每個電池的使用壽命不一的狀況下，若有其中一電池故障，勢必更換整組電池模組，不但造成更換的困難度，這當中也會浪費其他三個正常的電池，增加使用成本。

為提高電池模組的使用壽命，以及增加提升電池更換作業的便利性，本創作係提出一種直流電同步充電平衡系統，用於對以複數電池組成之一電池模組進行充電，並能對電池模組中的多數個電池同時電充電，且讓每個電池皆以固定的電壓值進行充電，在充電電壓較一致的情形下，提高電池組的整體使用壽命。

為達成上述目的，本創作為一種直流電同步充電平衡系統，用於對以複數電池組成之一電池模組進行充電，該直流電同步充電平衡系統包含： 一發電裝置； 一充電分配模組，係與該發電裝置電性連接，該充電分配模組具有複數個充電接點，在兩相鄰充電接點之間係提供一額定電壓值，於兩相鄰充電接點之間供連接該電池模組中的一電池以對該電池進行充電。

藉由該充電分配模組對該電池模組內的各電池同時充以額定電壓值，讓每個電池的充電情形大致相同，進而提高該電池模組的使用壽命。

該電池模組係可進一步與一過充保護電路及一過放電保護電路電性連接。該過充保護電路能在其中一電池被過度充電時，利用其中之一控制單元控制切換開關，使該電池能與該功率電阻導通而讓多餘的電由該功率電阻消耗掉，不會讓該電池過度充電，避免該電池因過度充電而導致老化甚至損毀。當其中一電池因過度放電時，該控制單元係可控制該過放電保護電路，讓該電池模組斷開迴路，使所有的電池不再放電，亦能保護該電池不會因過度放電而導致老化速度過快，甚至有損壞的情形產生，增加使用壽命。

請參見圖1，本創作直流電同步充電平衡系統係包含：一發電裝置10及一充電分配模組20。該直流電同步充電平衡系統係用於對以複數電池組成之一電池模組30進行充電，而該發電裝置10係提供電力，在一較佳實施例中，該發電裝置10為直流發電裝置。

請進一步參見圖2，該充電分配模組20係與該發電裝置10電性連接，由該發電裝置10提供電力至該充電分配模組20。在一較佳實施例中，該充電分配模組20具有複數充電接點V _a、V _b、V _c、V _d、V _e。各充電接點V _a、V _b、V _c、V _d、V _e依序排列，且各充電接點V _a、V _b、V _c、V _d、V _e分別與一充電線相連接，兩相鄰充電接點V _a、V _b、V _c、V _d、V _e之間能輸出一額定電壓值，在本實施例中，該額定電壓值為3.7V，舉例而言，該充電接點V _a的節點電壓值與該充電接點b的節點電壓值相差為3.7V，且該充電接點V _a的節點電壓值高於該充電接點V _b；該充電接點V _b的節點電壓值與該充電接點V _c的節點電壓值相差3.7V，且該充電接點V _b的節點電壓值高於該充電接點V _c，以此類推。

該電池模組30係與該充電分配模組20電性連接。該電池模組30包含複數電池31~34，在本實施例中，該等電池31~34的數量為四顆，但不以此為限。該等電池31~34係串聯連接，其中該充電接點V _a係電性連接該電池31之正極端，該充電接點V _e係電性連接該電池34之負極端。本實施例中，各個電池31~34所能提供的輸出電壓值為3.7V。

在本較佳實施例中，該充電分配模組20是由複數個直流轉換電路組成，各直流轉換電路分別連接該發電裝置10，並將該發電裝置10提供的電壓值轉換成該額定電壓值後，分別提供給該等電池31~34充電。舉例來說，各該直流轉換電路的輸入端分別電連接至該發電裝置10接收該發電裝置10提供的電壓，且各該直流轉換電路的輸出端分別連接至該等電池31~34的正極與負極，以對該等電池31~34充電。也就是說，其中一直流轉換電路的輸出端分別連接該充電接點V _a與V _b，另一直流轉換電路的輸出端則分別連接該充電接點V _b與V _c，以此類推。

本創作係利用該充電分配模組20分別對各電池31~34同時進行充電，讓每個電池31~34皆以該額定電壓值加以充電，降低各電池31~34發生大於或小於該額定電壓值的情形，能延長該等電池31~34的使用壽命，減少更換電池31~34的頻率。同時，亦能讓每個電池31~34的使用壽命趨為一致，若因電池31~34老舊而必須更換，能將該電池模組30直接取下更換，不但減少更換電池31~34的次數，同時增加更換的便利性。

請參見圖3，為本創作之第一應用實施例。該電池模組30更進一步連接一過充保護電路40。該過充保護電路40包含複數第一切換開關41~44、一第二切換開關45及一控制單元46。各第一切換開關41~44的一端係分別與對應的各電池31~34之正極電性連接，各第一切換開關41~44的另一端再分別與一對應的功率電阻90相連接，依序串接各功率電阻90。該第二切換開關45的一端係連接最末端的該功率電阻90，該第二切換開關45的另一端係接回該電池模組30的負極。在一較佳實施例中，該等第一切換開關41~44及該第二切換開關45可為金氧半場效電晶體(MOSFET)或是電晶體(BJT)。

該控制單元46係包含複數輸入接點及複數控制接點S1~S6，其中各控制接點S1~S5係電性連接各切換開關41~45。

在該充電分配模組20對各電池31~34進行充電時，該控制單元46係透過各輸入接點分別電性連接各充電接點V _a、V _b、V _c、V _d、V _e。當任一電池31~34的電壓大於該控制單元46內設定的一上限電壓值，則該控制單元46會控制對應之切換開關41~45使其導通而形成一旁路迴路，讓該功率電阻90消耗多餘的電力，讓該充電分配模組20不會再對該對應的電池31~34過度充電，避免該電池31~34因過充而損壞，達到過充保護的功效。舉例而言，請參考圖4，假定該上限電壓值預設為3.9V，當該電池31因過度充電而達到4V時，該控制單元46會量測到該電池31的跨壓為4V，超過預設的上限電壓值3.9V，此時該控制單元46會控制該切換開關41轉為導通，讓充電電流流經該切換開關41及該等功率電阻90，讓該等功率電阻90消耗多餘的電力，讓該充電分配模組20不會對該電池31過度充電，保護該電池31不會因過充導致損毀。

請參見圖5，為本創作第二應用實施例示意圖。該電池模組30連接至一負載60以對該負載60供電，本創作係更進一步包含一過放電保護電路50，該過放電保護電路50串接該電池模組30與該負載60。另外，該控制單元46的控制接點S6係與該過放電保護電路50電性連接。

在一較佳實施例中，該過放電保護電路50係為一繼電器。在該電池模組30對該負載60供電時，若該控制單元46係量測到任一電池31~34的電壓低於由該控制單元46內所設定之一下限電壓值，則控制該過放電保護電路50轉為斷路，使該電池模組30不會繼續對該負載60放電，保護該電池模組30中的該等電池31~34不會因電壓過低造成損毀。在本實施例中，該下限電壓值預設為3.2V。

本創作除了可同時對各個電池31~34用統一之該額定電壓值進行充電，延長該等電池31~34之使用壽命，更可搭配該過充保護電路40及該過放電保護電路50，當該充電分配模組20無論是對該等電池31~34過度充電，或是該負載60汲取過多的電力導致該等電池31~34過度放電，都能利用該控制單元46控制該過充保護電路40及該過放電保護電路50使該等電池31~34的電壓保持一定的範圍內，更能讓該等電池31~34的衰退狀況盡量保持一致，提高該等電池31~34的使用年限。

10‧‧‧發電裝置
20‧‧‧充電分配模組
30‧‧‧電池模組
31~34‧‧‧電池
40‧‧‧過充保護電路
41~44‧‧‧第一切換開關
45‧‧‧第二切換開關
46‧‧‧控制單元
50‧‧‧過放電保護電路
60‧‧‧負載
90‧‧‧功率電阻
S1~S6‧‧‧控制接點
V_a、V_b、V_c、V_d、V_e‧‧‧充電接點

圖1：本創作直流電同步充電平衡系統之架構示意圖。 圖2：本創作充電分配模組與電池模組、發電裝置連接示意圖。 圖3：本創作第一應用實施例電路圖。 圖4：本創作第一應用實施例電路動作圖。 圖5：本創作第二應用實施例電路圖。

Claims (7)

1. 一種直流電同步充電平衡系統，用於對以複數電池組成之一電池模組進行充電，該直流電同步充電平衡系統包含： 一發電裝置； 一充電分配模組，係與該發電裝置電性連接，該充電分配模組具有複數個充電接點，在兩相鄰充電接點之間提供一額定電壓值，於兩相鄰充電接點之間供連接該電池模組中的一電池以對該電池進行充電。
2. 如請求項1所述之直流電同步充電平衡系統，該發電裝置係為一直流發電裝置。
3. 如請求項2所述之直流電同步充電平衡系統，其更包含一過充保護電路，該過充保護電路係包含： 一控制單元，係具有複數個輸入接點及複數個控制接點，該複數個輸入接點與該充電分配模組之各充電接點電性連接； 複數第一切換開關，各切換開關係與該控制單元的對應之該複數個控制接點分別電性連接，且該切換開關供分別連接至該電池模組中各電池之正極； 一第二切換開關，係與該電池模組的負極一端電性連接； 其中，該控制單元根據該充電接點之電壓值控制該切換開關之狀態。
4. 如請求項3所述之直流電同步充電平衡系統，其更包含一過放電保護電路，該過放電保護電路係串聯該電池模組及一負載。
5. 如請求項4所述之直流電同步充電平衡系統，該過放電保護電路係與該控制單元電性連接，當兩相鄰充電接點之間的電壓低於一下限電壓值時，該控制單元控制該過放電保護單元轉為斷路以斷開該電池模組與該負載之間的連接。
6. 如請求項5所述之直流電同步充電平衡系統，該控制單元為一微處理器(Micro Control Unit，MCU)。
7. 如請求項6所述之直流電同步充電平衡系統，係包含複數功率電阻，各功率電阻的兩端係與相鄰兩第一切換開關電性連接後，再與該電池電性連接，或各功率電阻的兩端係與相鄰之該第一切換開關及該第二切換開關電性連接後，再與該電池電性連接。