TWM582264U - Charge and discharge switching module of parallel battery pack - Google Patents

Abstract

一種並聯電池組之充放電切換模組，用以解決習知的並聯電池組消耗額外功率且無法在線回充的問題。係包含：數個電池組；數個供電切換迴路，各該供電切換迴路具有一限流開關、並聯該限流開關之一高功率開關及串聯該限流開關之一限流元件；及數個充電切換迴路，各該充電切換迴路具有一外部充電開關及一內部平衡開關，該外部充電開關及該內部平衡開關電性連接一主動平衡模組，該外部充電開關的另一端及該內部平衡開關的另一端分別電性連接該供電切換迴路之二端，各該電池組電性連接該主動平衡模組、該供電切換迴路及該充電切換迴路。

Description

並聯電池組之充放電切換模組

本創作係關於一種用於蓄電及供電的電路模組，尤其是一種可以減少功率消耗，並實現在線補電的並聯電池組之充放電切換模組。

將數個電池以串聯再並聯的方式組成一並聯電池組，係可以具有輸出電壓高及放電時間長的特性，還可以反覆充放電，而廣泛應用於各式電力裝置。該並聯電池組應用時需管理各電池組的電位差、電量及阻抗等電性狀態，可以避免電流由高電壓電池組反向灌入低電壓電池組，導致實際輸出的用電量不足，甚至造成元件損壞、縮短使用壽命。

習知的並聯電池組係可以在各電池組順向串聯二極體，限制電流僅能夠輸出而無法逆向回充，惟，二極體的順向偏壓特性係導致在輸出過程的額外功率消耗，又，受限於只能單向輸出係導致並聯電池組無法應用於剎車回充及電池主動平衡等技術；另外，習知的並聯電池組，還可以藉由設置開關迴路於各電池組，切換使用高電量的電池組，並截止耗盡或低電量的電池組，係可以避免電流衝擊並切換單一電池充電，惟，在切換過程中會發生電力中斷的狀況，且導致降低用電裝置的工作效率及影響使用安全。

有鑑於此，習知的並聯電池組的切換管理確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本創作的目的是提供一種並聯電池組之充放電切換模組，可以不斷電快速切換，避免用電中斷。

本創作的次一目的是提供一種並聯電池組之充放電切換模組，可以在線回充，避免額外功率消耗。

本創作的又一目的是提供一種並聯電池組之充放電切換模組，可以在認證權限後切換高功率輸出。

本創作的再一目的是提供一種並聯電池組之充放電切換模組，可以穩定電壓及延長供電時間。

本創作全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本創作範圍的通常意義；於本創作中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本創作的並聯電池組之充放電切換模組，包含：數個電池組，各該電池組之首尾兩端分別是一第一電極及一第二電極；數個供電切換迴路，一對一電性連接該數個電池組，各該供電切換迴路具有一限流開關、並聯該限流開關之一高功率開關及串聯該限流開關之一限流元件，該高功率開關之一端電性連接該第二電極，該高功率開關之另一端為一接電端，該第一電極為另一接電端，各該電池組通過該二接電端與其它電池組並聯；及數個充電切換迴路，一對一電性連接該數個電池組，各該充電切換迴路具有一外部充電開關及一內部平衡開關，該外部充電開關的一端及該內部平衡開關的一端電性連接一主動平衡模組，該外部充電開關的另一端電性連接位於該供電切換迴路側之接電端，該內部平衡開關的另一端電性連接該電池組之該第二電極，且該電池組之該第一電極電性連接該主動平衡模組，該主動平衡模組分別電性連接該電池組內的各個電池。

據此，本創作的並聯電池組之充放電切換模組，藉由控制該供電切換迴路及該充電切換迴路，係可以不斷電切換單一電池組輪流供電，或數個電池組同時供電，供電時還可以切換外部充電或內部電壓平衡，達到「避免電流中斷」、「在線回充」、「延長使用壽命」及「降低功率消耗」等功效。

其中，各該電池組通過該二接電端並聯一負載及一充電裝置。如此，各該電池組可以驅動負載同時平衡電壓，具有穩定電壓及延長供電時間的功效。

其中，該負載包含一認證保護系統。如此，係可以通過進行交握認證以確認高功率供電之權限，具有提升使用安全的功效。

另包含數個偵測單元，一對一位於該數個電池組，各該偵測單元分別耦合連接該電池組內的各個電池之二端。如此，係可以監控所有電池，具有搜尋供電模組之異常狀況的功效。

其中，各該偵測單元包含數個伏特計及數個安培計，分別耦合連接該電池組內的各個電池。如此，係可以量測充電電流、供電電壓等電性參數，具有即時監測電池組之充放電狀態的功效。

其中，另包含數個控制單元，一對一位於該數個電池組，各該控制單元耦合連接該偵測單元、該主動平衡模組、該供電切換迴路及該充電切換迴路。如此，係可以依據偵測結果切換適當的充放電模式，具有自動化即時調整工作狀態的功效。

其中，各該控制單元具有一脈衝寬度調變控制器，該脈衝寬度調變控制器電性連接該限流開關、該高功率開關、該外部充電開關及該內部平衡開關。如此，係可以藉由輸出調變訊號切換開關的導通或截止，具有快速及正確多重切換的功效。

其中，另包含一處理單元，分別耦合連接該數個控制單元、該負載及該充電裝置。如此，係可以整合各該電池組的供電狀態及充電平衡需求，具有提升充放電效率及穩定供需的功效。

為讓本創作之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本創作之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1圖所示，其係本創作並聯電池組之充放電切換模組的較佳實施例，係包含數個電池組P、數個供電切換迴路1、數個充電切換迴路2、數個偵測單元3、數個控制單元4及一處理單元5，該供電切換迴路1係電性連接一個該電池組P，該充電切換迴路2係電性連接該供電切換迴路1及一主動平衡模組A，該偵測單元3耦合連接該電池組P，該控制單元4耦合連接該供電切換迴路1、該充電切換迴路2、該偵測單元3及該主動平衡模組A，該處理單元5分別耦合連接該數個控制單元4，且該電池組P電性連接該主動平衡模組A，該數個電池組P以並聯方式構成一並聯電池組。

請參照第2圖所示，該供電切換迴路1係由一限流開關11及一高功率開關12並聯而成，且該限流開關11係串聯一限流元件13，該限流開關11及該高功率開關12可以是金氧半場效電晶體，用以導通或截止電流通過該限流開關11及該高功率開關12，該限流元件13可以是電阻器，用以降低通過該限流開關11及該限流元件13的電流值。

請參照第1及2圖所示，該電池組P可以由數個電池串聯而成，該電池組P之首尾兩端分別是一第一電極P1及一第二電極P2，該第一電極P1係一接電端T，該第二電極P2係電性連接該供電切換迴路1之一第一端1a，該供電切換迴路1之一第二端1b係另一接電端T，該二接電端T用於並聯其它電池組P及電性連接一負載L或一充電裝置C。本實施例中，該第一電極P1係正電極，該第二電極P2係負電極，惟，本創作不以此為限。

該充電切換迴路2係由一外部充電開關21的一端及一內部平衡開關22的一端，共同電性連接該主動平衡模組A，該外部充電開關21的另一端電性連接該供電切換迴路1之該第二端1b，該內部平衡開關22的另一端電性連接該供電切換迴路1之該第一端1a，且該電池組P之該第一電極P1電性連接該主動平衡模組A，該外部充電開關21及該內部平衡開關22可以是金氧半場效電晶體，用以導通或截止電流通過該外部充電開關21及該內部平衡開關22。當該外部充電開關21導通時，該充電裝置C或其它電池組P施加電壓於該主動平衡模組A，該主動平衡模組A係可以對該電池組P內的各個電池充電；當該內部平衡開關22導通時，該電池組P提供疊加之電壓於該主動平衡模組A，該主動平衡模組A係可以使該電池組P內的各個電池的電壓平衡，具有降低該電池組P的電能耗損及延長各個電池的的使用壽命之作用。關於該主動平衡模組A的一實施例已揭露於中華民國公告第I581543號「串聯電池組的主動平衡模組及其控制方法」專利案當中。

請參照第1圖所示，該偵測單元3可以包含數個伏特計及數個安培計，用以分別測量該電池組P內的各個電池的電壓、該主動平衡模組A對各個電池的充電電流，及該電池組P的總電壓等電性參數，係可以即時監測該電池組P的充放電狀態。

該控制單元4依據該偵測單元3所測量之各項參數，調整該主動平衡模組A的充電平衡模式，該控制單元4較佳具有一脈衝寬度調變控制器，該控制單元4係可以藉由分別輸出數個脈衝寬度調變訊號，至該限流開關11、該高功率開關12、該外部充電開關21及該內部平衡開關22，切換該供電切換迴路1及該充電切換迴路2的導通或截止狀態，該控制單元4具有改變該電池組P的充放電型態之作用。

該處理單元5係可以分別耦合連接該負載L及該充電裝置C，並依據該負載L及該充電裝置C的使用狀況對該數個控制單元4發送指令，該處理單元5係可以通過各該控制單元4切換對應之電池組P的供電及充電行為，該處理單元5藉由同時管理該數個電池組P，使整體並聯電池組可以長時間且穩定輸出。

請參照第3a~3f圖所示，據由前述結構，本創作的並聯電池組之充放電切換模組可以進行認證啟動及不斷電切換，如第3a圖所示，當並聯電池組開始供電時，先使該供電切換迴路1之該限流開關11導通，且該高功率開關12維持截止狀態，則該電池組P僅能夠提供受限制的較小電流至該負載L，該負載L還可以包含一認證保護系統，該認證保護系統利用有限的電流進行交握認證，以確認該負載L具有接受高功率電流之許可權限；如第3b圖所示，認證通過後，係可以在該限流開關11維持導通的情況下，切換該高功率開關12為導通，使該電池組P轉換為高功率輸出的過程中持續供電，則該負載L可以得到運轉所需之電功率；如第3c圖所示，該電池組P輸出穩定後，係可以截止該限流開關11，以避免該限流元件13造成額外的功率消耗。另外，認證通過後，其它數個電池組P’還可以藉由導通各該高功率開關12’與該電池組P並聯以同時供電，係可以延長用電時間及穩定電壓，本創作不以實施例及圖式為限。

當該電池組P之電量將耗盡時，本創作的並聯電池組之充放電切換模組可以改由另一電池組P’供電，如第3d圖所示，在該高功率開關12維持導通的情況下，替換的該電池組P’之該限流開關11’切換為導通；如第3e圖所示，將該高功率開關12切換為截止，改由替換的該電池組P’之該高功率開關12’為導通，係可以避免大量電流由替換的該電池組P’逆轉流入該電池組P；如第3f圖所示，該電池組P’通過該高功率開關12’穩定輸出後，係可以截止該限流開關11’。

請參照第4a~4b圖所示，據由前述結構，本創作的並聯電池組之充放電切換模組可以使各該電池組P、P’對彼此充電，或是將各該電池組P、P’內的各單體電池充電平衡，如第4a圖所示，當該充電切換迴路2之該外部充電開關21導通時，該充電裝置C或其它電池組P’係可以通過該主動平衡模組A，對該電池組P內的電池各別充電；如第4b圖所示，當該充電切換迴路2之該內部平衡開關22導通時，係由該電池組P之總電壓對該電池組P內電壓較低的電池充電，使各單體電池的電壓一致，以延長該電池組P的使用壽命。

綜上所述，本創作的並聯電池組之充放電切換模組，藉由控制該供電切換迴路及該充電切換迴路，係可以不斷電切換單一電池組輪流供電，或數個電池組同時供電，供電時還可以切換外部充電或內部電壓平衡，達到「避免電流中斷」、「在線回充」、「延長使用壽命」及「降低功率消耗」等功效。

雖然本創作已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者在不脫離本創作之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本創作所保護之技術範疇，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1, 1’‧‧‧供電切換迴路 11, 11’‧‧‧限流開關 12, 12’‧‧‧高功率開關 13, 13’‧‧‧限流元件 1a‧‧‧第一端 1b‧‧‧第二端 2‧‧‧充電切換迴路 21‧‧‧外部充電開關 22‧‧‧內部平衡開關 3‧‧‧偵測單元 4‧‧‧控制單元 5‧‧‧處理單元 P, P’‧‧‧電池組 P1‧‧‧第一電極 P2‧‧‧第二電極 A‧‧‧主動平衡模組 T‧‧‧接電端 L‧‧‧負載 C‧‧‧充電裝置

［第1圖］ 本創作一較佳實施例的模組方塊圖。 ［第2圖］ 本創作一較佳實施例的部分電路圖。 ［第3a~f圖］ 本創作一較佳實施例的供電切換情形圖。 ［第4a~b圖］ 本創作一較佳實施例的充電切換情形圖。

Claims (8)

1. 一種並聯電池組之充放電切換模組，包含： 數個電池組，各該電池組之首尾兩端分別是一第一電極及一第二電極； 數個供電切換迴路，一對一電性連接該數個電池組，各該供電切換迴路具有一限流開關、並聯該限流開關之一高功率開關及串聯該限流開關之一限流元件，該高功率開關之一端電性連接該第二電極，該高功率開關之另一端為一接電端，該第一電極為另一接電端，各該電池組通過該二接電端與其它電池組並聯；及 數個充電切換迴路，一對一電性連接該數個電池組，各該充電切換迴路具有一外部充電開關及一內部平衡開關，該外部充電開關的一端及該內部平衡開關的一端電性連接一主動平衡模組，該外部充電開關的另一端電性連接位於該供電切換迴路側之接電端，該內部平衡開關的另一端電性連接該電池組之該第二電極，且該電池組之該第一電極電性連接該主動平衡模組，該主動平衡模組分別電性連接該電池組內的各個電池。
2. 如申請專利範圍第1項所述之並聯電池組之充放電切換模組，其中，各該電池組通過該二接電端並聯一負載及一充電裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之並聯電池組之充放電切換模組，該負載包含一認證保護系統。
4. 如申請專利範圍第2項所述之並聯電池組之充放電切換模組，另包含數個偵測單元，一對一位於該數個電池組，各該偵測單元分別耦合連接該電池組內的各個電池之二端。
5. 如申請專利範圍第4項所述之並聯電池組之充放電切換模組，其中，各該偵測單元包含數個伏特計及數個安培計，分別耦合連接該電池組內的各個電池。
6. 如申請專利範圍第4項所述之並聯電池組之充放電切換模組，另包含數個控制單元，一對一位於該數個電池組，各該控制單元耦合連接該偵測單元、該主動平衡模組、該供電切換迴路及該充電切換迴路。
7. 如申請專利範圍第6項所述之並聯電池組之充放電切換模組，其中，各該控制單元具有一脈衝寬度調變控制器，該脈衝寬度調變控制器電性連接該限流開關、該高功率開關、該外部充電開關及該內部平衡開關。
8. 如申請專利範圍第6項所述之並聯電池組之充放電切換模組，另包含一處理單元，分別耦合連接該數個控制單元、該負載及該充電裝置。