智慧型锂离子电池组保护电路制造技术

本发明专利技术涉及一种智慧型锂离子电池组保护电路，包括有中央微处理器、电压比较器、充放电回路控制及数组可重复充放电的锂离子电池组；该中央处理器接受电压比较器所读取电池组的端电压，用以判定当时属充电或放电或过载的模式，并依特殊的程序加以运算，决定锂离子电池组是否应进入保护模式的状态，具有智慧型容量补偿功能的设计，可避免电池组充放电时，因本身效率参差不齐或性能匹配不良而造成长期累积干扰效应，进而影响电池组的应用寿命。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种智慧型锂离子电池组保护电路，尤指一种由硬件电路与软件程序配合运作，针对锂离子电池组实际应用之需，提供可增进锂离子电池组整体性能表现的智慧型容量补偿电路，且改善传统保护电路板不够精确的设计。
技术介绍
近代电器产品的开发朝轻薄短小的方向发展，可携式电器用品推陈出新，如移动电话、笔记本电脑、摄录像机、收录音机等等，更是日新月异不时推陈出新；基于使用者方便的考虑，高能量密度的新一代电池材料相继被开发及应用；例如可重复充放电的锂离子电池(Li-ionbattery)因容量大且重量轻，目前已被大量应用在支援行动通讯器材以及笔记本电脑等产品的应用上，造成该等产品附加价值及使用方便性大幅提高。锂离子电池因材质特性的限制，其充电电压一般不得超过4.2v/cell，否则锂离子电池的使用寿命将大为减少，而充电电压若超过太多、锂离子电池甚至会有燃烧或爆炸的危险性，此乃因锂本身与氧有极佳的亲和性，故不能使用具有含氧成份的水溶性电解液做为离子交换的电解质，例如氢氧化钾等；故而必须使用不具含氧成份的碳氢化合物做为电解质，例如煤油溶出物等。至于锂离子电池通常的放电电压限制一般绝对禁止电压低于2.7v/cell，否则将造成锂离子电池过度放电、以致容量无法回复及无法再充电的不可逆性故障；因此锂离子电池在应用上除了考虑其安全性外，尚需考虑其可信赖度，故在设计及应用时，传统做法必须于锂离子电池组内加装一传统保护电路板，以确保使用上的绝对安全。为撷取锂离子电池的各项优点，并避开其具危险性的缺陷，目前市售的锂离子电池、全部皆加装有一片完全利用硬件零件制作的传统保护电路板加以克服，但因一种电池规格即搭配一种传统保护电路板，不同规格的电路板之间绝无法共用，不但成本高、且造成库存控管以及生产线制程管理的极大困扰。锂离子电池因材质特性限制，由于充电电压一般不得超过4.2v/cell，放电电压则禁止低于2.7 v/cell，否则将无法回复充电；因此锂离子电池应用上需考虑安全性及可信赖度，故设计时通常在锂离子电池组内加装一传统保护电路板以策安全。但该保护电路板单位成本高且规格多样而复杂，造成很多困扰。传统保护电路板可参考图1所示的方块图；由一热敏电阻、热保险丝、充电控制开关、放电控制开关、短路保护器、控制IC及数个锂离子电池组所组成。该热敏电阻侦测锂离子电池组在充/放电时所产生的异常温度，热保险丝则是在过热时断路，以避免高温损坏控制IC。该控制IC控制切换充电控制开关及放电控制开关，以对锂离子电池组进行充电或放电作业。该短路保护器则是提供产生短路现象时的电路保护作用。当锂离子电池组在充电时，由于充电回路中的各个串接电池单体、因受其内阻值的参差不齐的影响，必然造成每个电池单体的端电压分压不一致的现象，不同内阻值的电池的正负极，其端电压在充放电时，将因内阻值不同而产生端电压高低不一致的结果，此时传统保护电路板将会针对最先达到上限电压值的电池单体做出保护、进而对整组锂离子电池组停止充电；此时其他未达上限端电压值的电池单体则无法充电饱和；放电时情况正好相反，如此周而复始有长期累积干扰效应，将使锂离子电池组容量不正常地急速递减。所以，传统保护电路板对锂离子电池组在充电或放电之时，无可避免的会针对电池组最终电压进行不当的节制；此一不当的节制即是造成锂离子电池组容量不正常衰减的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种智慧型锂离子电池组保护电路，提供可增进锂离子电池组整体性能表现的智慧型容量补偿电路，且改善传统保护电路板不够精确的缺失；特别是避免锂离子电池组在充电或放电时、因锂离子电池单体本身的效率参差不齐以及性能匹配不良所造成的长期累积干扰效应。依据前述，本专利技术针对前述传统保护电路板的缺失；在充电过程中，应用本专利技术的韧体所侦测并记录到的数据，控制一负载电路，在充电时针对端电压值最高、或电池单体之间端电压不平衡超过设计上限值的个别电池单体并联一电阻加以负载，使之与其他电池单体的端电压接近，直至其端电压(即容量)回归至和其他电池单体相同为止；此时本专利技术智慧型容量补偿电路即立刻通知负载电路解除并联电阻的负载、继续针对已实施个别单独负载处理后的锂离子电池组续行充电，如此周而复始，直到锂离子电池组中所有电池单体真正充电饱和为止；亦即锂离子电池组中每一电池单体、将因本专利技术智慧型容量补偿电路功能的修正而使每个电池单体的端电压值趋于一致(即容量相同)并充电至最饱和为止。依据前述，本专利技术仅应用少量硬件电路零件、配合多功能软件程序控制的韧体方式加以彻底改良，将原本多达数十种硬件传统保护电路板的复杂规格单一化，涵盖了上述传统保护电路板全部的功能要求，并且改善了传统保护电路板的所有缺失，又大大地提高了保护功能的精确度，更且降低生产及库存控管的成本。本专利技术的另一目的即是具有容量补偿的功能设计，应用上可确实避免锂离子电池组充电或放电时、因电池单体效率参差不齐及性能匹配不良所造成的长期累积干优效应，进而达到延长锂离子电池组使用寿命的功能。本专利技术的一延伸目的即是中央微处理器能通过数据总线与电脑内建的通讯数据机与外界互联网络联通，进而与专用的特定远端遥控电池管理服务系统连线，以便作即时数据处理及相关调整控制的服务，亦即可进一步作为该锂离子电池组的远端诊断、遥控调整、网络服务等技术范畴的特定用途。附图说明图1为传统锂离子电池组保护电路电路图；图2为本专利技术智慧型锂离子电池组保护电路方块图；图3为本专利技术图2的详细电路图；图4为本专利技术图3的另一实施例；图5为本专利技术智慧型锂离子电池组保护电路的中央处理器软件控制流程图；图6为本专利技术智慧型锂离子电池组保护电路的侦测电池温度的详细电路图；图7为本专利技术智慧型锂离子电池组保护电路的电流检知器详细电路图。图中符号说明1 中央微处理器31、32 电池电压比较器2 控制器 41、42、43 负载器3 电压比较器 51、52 功率晶体开关4 放电回路61 差动放大器5 复连开关91、92、93 电池单体6 电流检知器 B 电洗式可规划只读存储器7 保险装置H 显示器8 稳压整流器 G 数据总线9 锂离子电池组TH 温度感知电阻流程号说明F00 程序开始 F01 模式判断 F02 静置模式 F03 记录自放电模式F04 开关动作判断 F05 容量状态判断F06 关闭复连开关模式 F07 睡眠模式F10 充电模式 F11 充电端电压判断F12 容量饱和判断 F13 端电压不平衡判断F14 容量调整模式 F20 放电模式F21 放电端电压判断F22 放电端电压下限值判断具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的具体实施方式。请参阅图2所示，为本专利技术智慧型锂离子电池组保护电路的方块图；包括有一中央微处理器1(Micro Computer)，为本专利技术的主控制单元，利用电流检知器6检知动态模式[(V1-V2)/R＝I]，包括充电电流、放电电流、过载电流及电流大小等，并将锂离子电池组9中的各电池单体91、92、93(Li-ion Battery cell)的端电压，经电池电压比较器3连接至中央微处理器1接脚AD1、AD2、AD3(即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，包括有：一中央微处理器，利用电流检知器检知动态模式，并经电池电压比较器取得锂离子电池组中的各电池单体的端电压，依此监控各相对电池单体的临界端电压；一控制器，设于中央微处理器与复连开 关间，监控中央处理器的运作，控制复连开关的开、闭；一电压比较器，包含有数组比较器，采用差动输入法检知每一电池单体的端电压，以告知中央微处理器作运算及判断之用；一复连开关，连接于锂离子电池组与外部充放电回路连接，并受中央微处理 器及控制器所控制，在此二者皆同时正常工作之时，复连开关方可正确启动导通回路；一电流检知器，用以检测回路的电流方向，使中央微处理器得知目前为充电或放电的模式，并检测电流大小，以供中央微处理器加以分析计算；一锂离子电池组，包含有 数个串联的电池单体成为一电池组；由前述构成，中央微处理器下达控制命令，操控该颗必须调整的电池单体与该相对应的放电回路开关导通，使电池单体与该相对应的负载器并联加以负载，使电池单体超出或不平衡电压部分的能量利用物理热能方式加以释放，以 达到各个电池单个的端电压最终平衡的目的。...

【技术特征摘要】
1.一种智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，包括有一中央微处理器，利用电流检知器检知动态模式，并经电池电压比较器取得锂离子电池组中的各电池单体的端电压，依此监控各相对电池单体的临界端电压；一控制器，设于中央微处理器与复连开关间，监控中央处理器的运作，控制复连开关的开、闭；一电压比较器，包含有数组比较器，采用差动输入法检知每一电池单体的端电压，以告知中央微处理器作运算及判断之用；一复连开关，连接于锂离子电池组与外部充放电回路连接，并受中央微处理器及控制器所控制，在此二者皆同时正常工作之时，复连开关方可正确启动导通回路；一电流检知器，用以检测回路的电流方向，使中央微处理器得知目前为充电或放电的模式，并检测电流大小，以供中央微处理器加以分析计算；一锂离子电池组，包含有数个串联的电池单体成为一电池组；由前述构成，中央微处理器下达控制命令，操控该颗必须调整的电池单体与该相对应的放电回路开关导通，使电池单体与该相对应的负载器并联加以负载，使电池单体超出或不平衡电压部分的能量利用物理热能方式加以释放，以达到各个电池单个的端电压最终平衡的目的。2.如权利要求1所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，更包括有一电洗式可规划只读存储器，供储存供给中央微处理器重新设定时的原始数据、操控放电回路工作时的设定值，及储存锂离子电池组数据人供中央微处理器随时取出作为计算及运用的原始依据。3.如权利要求2所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，该电洗式可规划只读存储器储存充电时侦测锂离子电池组、电池单体的最高电压或电池单体之间可容许的最大端电压差、瞬间电流的设定值等、放电时残存容量的预警时间或最低电压的设定值。4.如权利要求2所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，该电洗式可规划只读存储器所储存的锂离子电池组数据，包括有关效率、残存量、循环寿命、厂牌、末笔数据记录的时间、放电回路执行调控的累积次数等数据。5.如权利要求2所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，该中央微处理器能通过数据总线与电脑内建的通讯数据机与外界互联网络联通，进而与专用的特定远端遥控电池管理服务系统连线，以便作即时数据处理及相关调整控制的服务，亦即可进一步作为该锂离子电池组的远端诊断、遥控调整、网络服务等技术范畴的特定用途。6.如权利要求1所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，更包括有一保险装置，防范万一有不当的充放电或短路现象发生时，隔离锂离子电池组电源或负载的连系，并且为不可回复的最终保安保险装置。7.如权利要求5所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，该保险装置为一特定安培的保险熔丝，其容量设计为稍大于电流检知器的设定值。8.如权利要求1所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，更包括有一显示器，显示锂离子电池组目前的即时状态。9.如权利要求7所述的智慧型锂离子电池组保护电路，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦玉美，陈惠秋，
申请(专利权)人：圣能捷科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]