CN102118039A - 电池组的平衡充电系统、充电模块、充电装置及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池组的平衡充电系统、充电模块、充电装置及充电方法。此平衡充电系统包括充电模块和充电器。充电模块包括充电装置和电池组，电池组是由若干个电池来串联组成，此方法包括以下步骤：进行大电流串联充电；侦测每一电池的电压或容量；以及当电池的其中一者的电压或容量到达预设值时，进行小电流独立充电。本发明可具有充电平衡的功效。

Description

电池组的平衡充电系统、充电模块、充电装置及充电方法

技术领域

本发明涉及一种电池组的平衡充电系统、充电模块、充电装置及充电方法，特别是涉及一种可平衡充电的电池组的平衡充电系统、充电模块、充电装置及充电方法。

背景技术

通常，当电池(例如锂电池)应用于例如电动工具或电动车，需同时串联多个电池，以提供较高的电压。当多个电池所组成的电池组进行充电时，若其中某一电池过度充电，则电池容易损坏也会产生大量的热有爆炸的风险；若其中某一电池充电不足，则容易影响总体电池组的电量。再者，在电池使用一特定时间后，串联电池组中的每一电池的电压、阻抗会产生变异，因而导致每一电池的电压与容量值具有差异和不平衡的问题，进行降低电池寿命。

现今，一般电池组的充电方式是采用，当电池组的其中任一电池到达预定电压上限即停止充电的方式，以防止过充爆炸的危险。然而，上述充电方式，并无法同时平衡每一电池的电量，使得电池组内各电池的差异性，在反复循环充放电下持续不断的累积，导致串接电池的整体荷电能力快速下降。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电池组充电装置，用以对电池组进行充电，其中所述电池组是由若干个电池来串联组成，其特征在于所述电池组充电装置包括：

电源分配单元，电性连接于所述电池，其中当所述电池的其中一者的电压或容量到达预设值时，所述电源分配单元是根据侦测信号来产生若干个小电流电源；

切换器，电性连接于充电电源、所述电池组及所述电源分配单元，当进行所述电池组的充电时，所述切换器是切换所述充电电源至所述电池组，当所述电源分配单元接收到所述侦测信号时，所述切换器切换所述充电电源至所述电源分配单元，以产生所述小电流电源；以及

若干个充电控制单元，电性连接于所述电源分配单元与所述电池之间，其中所述小电流电源是经由所述充电控制单元来分别对所述电池进行充电。

本发明的目的之二在于提供一种电池充电模块，其特征在于所述电池充电模块包括：

电池组，其由若干个电池来串联组成；以及

电池组充电装置，用以对所述电池组进行充电，其中电池组充电装置包括：

电源分配单元，电性连接于所述电池，其中当所述电池的其中一者的电压或容量到达预设值时，所述电源分配单元是根据侦测信号来产生若干个小电流电源；

切换器，电性连接于充电电源、所述电池组及所述电源分配单元，当进行所述电池组的充电时，所述切换器是切换所述充电电源至所述电池组，当所述电源分配单元接收到所述侦测信号时，所述切换器切换所述充电电源至所述电源分配单元，以产生所述小电流电源；以及

若干个充电控制单元，电性连接于所述电源分配单元与所述电池之间，其中所述小电流电源是经由所述充电控制单元来分别对所述电池进行充电。

本发明的目的之三在于提供一种电池组平衡充电系统，其特征在于所述电池组平衡充电系统包括：

充电器；以及

电池充电模块，用以电性连接于所述充电器，其中所述电池充电模块包括：

电池组，其由若干个电池来串联组成；以及

电池组充电装置，用以对所述电池组进行充电，其中电池组充电装置包括：

电源分配单元，电性连接于所述电池，其中当所述电池的其中一者的电压或容量到达预设值时，所述电源分配单元是根据侦测信号来产生若干个小电流电源；

切换器，电性连接于充电电源、所述电池组及所述电源分配单元，当进行所述电池组的充电时，所述切换器是切换所述充电电源至所述电池组，当所述电源分配单元接收到所述侦测信号时，所述切换器切换所述充电电源至所述电源分配单元，以产生所述小电流电源；以及

若干个充电控制单元，电性连接于所述电源分配单元与所述电池之间，其中所述小电流电源是经由所述充电控制单元来分别对所述电池进行充电。

本发明的目的之四在于提供一种电池组充电方法，用以对电池组进行充电，其中所述电池组是由若干个电池来串联组成，其特征在于所述方法包括以下步骤：

提供充电电源至所述电池组来进行大电流串联充电；

侦测每一所述电池的电压或充电容量；以及

当所述电池的其中一者的电压或容量到达预设值时，提供若干个小电流电源至所述电池，以进行一小电流独立充电，其中所述小电流独立充电是个别地对每一所述电池进行充电。

本发明的电池组的平衡充电系统、充电模块、充电装置及充电方法可具有充电平衡的功效，以避免电池过充或不足的问题。且本发明的电池组充电装置的电路架构相当简易，而可大幅节省成本。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1显示依据本发明的一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图；

图2显示依据本发明的一实施例的电池组充电方法的方法流程图；

图3显示依据本发明的一实施例的另一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图；

图4显示依据本发明的又一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图；以及

图5显示依据本发明的又一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

在以下实施例中，在不同的图中，相同部分是以相同标号表示。

请参照图1，其绘示依照本发明的一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图。本实施例的电池组平衡充电系统100可包括电池充电模块101和充电器102，充电器102可提供一充电电源至电池充电模块101，来进行充电。电池充电模块101包括电池组充电装置110和电池组120，电池组充电装置110是用以接收充电器102的充电电源，来对电池组120进行充电，其中电池组120是由若干个电池121来串联组成。充电器102例如为锂电池充电器，而电池组120的电池121例如为锂电池。本实施例的电池组平衡充电系统100、电池充电模块101及电池组充电装置110可达到平衡充电的功效，亦即可使得电池组120的每一电池121完全充饱，且无过充问题。

如图1所示，本实施例的电池充电模块101的电池组充电装置110可整合于电路板(未绘示)上，电池组充电装置110包括电池侦测单元111、电源分配单元112、切换器113、若干个充电控制单元114及充电接头115。电池侦测单元111是电性连接于电池组120的电池121，用以侦测电池121的电压是否到达一预设值，例如为电池121的充饱电压，亦即电池侦测单元111可用以侦测电池121是否已充饱。然不限于此，在其它实施例中，此预设值可例如为电池121的充饱电压或充饱容量的90～99％，或可依实际使用需求来决定。当电池侦测单元111侦测到此些电池121的其中一者的电压或容量到达预设值时，电池侦测单元111可发出侦测信号至电源分配单元112，来通知电池121的其中一者的电压已到达预设值(或充饱)。在本实施例中，电池组充电装置110可包括若干个电池侦测单元111，其分别连接于对应的电池121，以个别侦测电池121。然不限于此，在其它实施例中，电池组充电装置110亦可设有单一电池侦测单元111来连接于这些电池121，以侦测电池组120中是否有电池121的电压或容量到达预设值。

如图1所示，本实施例的电源分配单元112是电性连接于侦测单元111、电池组120的电池121以及切换器113。电源分配单元112包括切换控制器116和转换器117。切换控制器116是电性连接于侦测单元111和切换器113之间，用以根据电池侦测单元111的侦测信号，来控制切换器113。转换器117是电性连接于切换器113与充电控制单元114之间，用以转换大电流的充电电源成若干个独立隔离的小电流电源(其电流例如为1～1.5A)，并分别提供至充电控制单元114，其中转换器117较佳为一对多形式的转换器，例如为反驰式(Flyback)转换器。

如图1所示，本实施例的切换器113是电性连接于充电接头115、电池组120及电源分配单元112之间，用以切换充电电源至串联的电池121或电源分配单元112。当开始进行充电时，切换器113是切换充电电源来电性连接电池组120，藉以使充电电源直接对串联的电池组120进行充电。当电源分配单元112接收到侦测信号时，亦即当电池121的其中一者的电压已到达预设值(或充饱)时，电源分配单元112的切换控制器116可控制切换器113，以切换充电电源来电性连接于电源分配单元112，藉以使电源分配单元112的转换器117可转换大电流的充电电源成此些小电流电源，并分别输出至充电控制单元114。

如图1所示，本实施例的充电控制单元114是电性连接于电源分配单元112与电池121之间，且分别与电池121呈一对一的连接方式。充电控制单元例如为充电控制IC，用以分别对每一电池121进行独立的充电控制，因而电源分配单元112所产生的小电流电源可分别经由充电控制单元114来独立地对电池121进行充电。亦即在电池121的其中一者的电压或容量到达预设值后，充电控制单元114可对其余未到达预设值的电池121进行一对一的充电，藉以各别使每一电池121到达预设值。本实施例的充电接头115是用以连接于充电器102的接头103，以提供充电电源至电池121。

请参照图2，其绘示依照本发明的第一实施例的电池组充电方法的方法流程图。当利用本实施例的电池组平衡充电系统100来对电池组120进行充电时，首先，将充电接头115连接于充电器102的接头103，以提供充电电源至电池组120来进行大电流串联充电(步骤S201)。此时，切换器113是切换至电池组120，藉以使充电器102所提供的充电电源可直接对串联的电池组120进行充电。接着，侦测每一电池121的电压或充电容量(步骤S202)。此时，电池侦测单元111可侦测电池121的电压是否到达一预设值，并发出侦测信号来通知电源分配单元112。接着，当侦测到电池121的其中任一者的电压或容量到达预设值时，提供小电流电源至电池121，以进行小电流独立充电(步骤S203)，其中小电流独立充电是个别地对每一电池121进行一对一的充电，直到每一电池121充饱电。此时，切换器113可切换至电源分配单元112，藉以使电源分配单元112产生小电流电源，来分别输出至充电控制单元114，充电控制单元114可个别地对每一电池121进行一对一且独立的充电控制，直到个别的电池121充饱电，其对应的充电控制单元114即可停止对电池121的充电。当电池组120的每一电池121皆充饱电时，即完成对电池组120的充电。

因此，本实施例的电池组充电装置110可先利用较大电流的充电电源来对串联的电池组120进行充电，以快速地进行大电流串联充电，而可节省充电时间，直到电池组120的其中一电池121的电压或容量到达预设值，即切换至小电流独立充电模式，藉以个别独立地对其余未充饱的电池121进行小电流电源充电。由于电池组120的每一电池121是个别独立地被充饱电，并非经由电流串联充电，因而可避免电池121具有过充或充电不足的问题，以达到平衡充电的功效，并可确保电池组120的电量和使用寿命。

请参照图3，其绘示依照本发明的另一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图。在另一实施例中，电池充电模块101的电池组320可设有过充保护电路322，用以避免电池组320的电池121发生过充情形。当此些电池121的其中一者的电压或容量到达预设值时，过充保护电路322可发出一过充保护信号至电源分配单元112，以进行小电流独立充电。因此，此过充保护信号可作为侦测信号，来通知电源分配单元112进行充电模式切换。

请参照图4，其绘示依照本发明的又一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图。在又一实施例中，电池充电模块101的电池组420可设有电池管理系统(BMS)422，用以监控电池组420的电池121的电量和电压，并可传送电池实时充电信息至电源分配单元112。因此，当电池侦测单元111侦测到此些电池121的其中一者的电压或容量到达预设值时，电池组420的电池管理系统422可提供电池实时充电信息至电源分配单元112，藉以进行小电流独立充电或关闭充电功能。此时，电池管理系统422所提供的电池充电信息可作为侦测信号，来通知电源分配单元112进行充电模式切换。

请参照图5，其绘示依照本发明的又一实施例的电池组平衡充电系统的系统方块示意图。在又一实施例中，电池充电模块501可更包括充电显示单元530，其电性连接于电源分配单元112，用以显示电池121的充电情形，因而使用者可判断电池组120的充电情形，其中充电显示单元530例如为显示灯或显示器。

由上述本发明的实施例可知，本发明的电池组平衡充电系统的电池充电模块的电池组充电装置及电池组充电方法可用以对串联的电池组进行充电，并可使每一电池充饱电，且无过充或不足的问题，因而具有充电平衡的功效。再者，本发明的电池组充电装置的电路架构相当简易，而可大幅节省成本。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但所述优选实施例并非用以限制本发明，所述领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电池组充电装置，用以对电池组进行充电，其中所述电池组是由若干个电池来串联组成，其特征在于所述电池组充电装置包括：

电源分配单元，电性连接于所述电池，其中当所述电池的其中一者的电压或容量到达预设值时，所述电源分配单元是根据侦测信号来产生若干个小电流电源；

切换器，电性连接于充电电源、所述电池组及所述电源分配单元，当进行所述电池组的充电时，所述切换器是切换所述充电电源至所述电池组，当所述电源分配单元接收到所述侦测信号时，所述切换器切换所述充电电源至所述电源分配单元，以产生所述小电流电源；以及

若干个充电控制单元，电性连接于所述电源分配单元与所述电池之间，其中所述小电流电源是经由所述充电控制单元来分别对所述电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的电池组充电装置，其特征在于：还包括电池侦测单元，用以侦测所述电池的电压或充电容量，并发出侦测信号至所述电源分配单元。

3.根据权利要求1所述的电池组充电装置，其特征在于：所述电源分配单元包括切换控制器，其根据所述侦测信号来控制所述切换器。

4.根据权利要求1所述的电池组充电装置，其特征在于：所述电源分配单元包括转换器，其电性连接于所述切换器与所述充电控制单元之间，用以转换所述充电电源成所述小电流电源。

5.根据权利要求1所述的液晶显示面板，其特征在于：还包括充电显示单元，其电性连接于所述电源分配单元，用以显示每一所述电池的充电情形。

6.一种电池充电模块，其特征在于所述电池充电模块包括：

电池组，其由若干个电池来串联组成；以及

电池组充电装置，用以对所述电池组进行充电，其中电池组充电装置包括：

电源分配单元，电性连接于所述电池，其中当所述电池的其中一者的电压或容量到达一预设值时，所述电源分配单元是根据侦测信号来产生若干个小电流电源；

切换器，电性连接于充电电源、所述电池组及所述电源分配单元，当进行所述电池组的充电时，所述切换器是切换所述充电电源至所述电池组，当所述电源分配单元接收到所述侦测信号时，所述切换器切换所述充电电源至所述电源分配单元，以产生所述小电流电源；以及

若干个充电控制单元，电性连接于所述电源分配单元与所述电池之间，其中所述小电流电源是经由所述充电控制单元来分别对所述电池进行充电。

7.根据权利要求6所述的电池充电模块，其特征在于：所述电池组设有过充保护电路，所述侦测信号为所述过充保护电路的过充保护信号。

8.根据权利要求6所述的电池充电模块，其特征在于：所述电池组设有电池管理系统，所述侦测信号为所述电池管理系统所提供的电池充电信息。

9.一种电池组平衡充电系统，其特征在于所述电池组平衡充电系统包括：

充电器；以及

电池充电模块，用以电性连接于所述充电器，其中所述电池充电模块包括：

电池组，其由若干个电池来串联组成；以及

电池组充电装置，用以对所述电池组进行充电，其中电池组充电装置包括：

电源分配单元，电性连接于所述电池，其中当所述电池的其中一者的电压或容量到达一预设值时，所述电源分配单元是根据侦测信号来产生若干个小电流电源；

切换器，电性连接于充电电源、所述电池组及所述电源分配单元，当进行所述电池组的充电时，所述切换器是切换所述充电电源至所述电池组，当所述电源分配单元接收到所述侦测信号时，所述切换器切换所述充电电源至所述电源分配单元，以产生所述小电流电源；以及

若干个充电控制单元，电性连接于所述电源分配单元与所述电池之间，其中所述小电流电源是经由所述充电控制单元来分别对所述电池进行充电。

10.一种电池组充电方法，用以对电池组进行充电，其中所述电池组是由若干个电池来串联组成，其特征在于所述方法包括以下步骤：

提供充电电源至所述电池组来进行大电流串联充电；

侦测每一所述电池的电压或充电容量；以及

当所述电池的其中一者的电压或容量到达预设值时，提供若干个小电流电源至所述电池，以进行小电流独立充电，其中所述小电流独立充电是个别地对每一所述电池进行充电。

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