动态电池充电平衡装置与方法以及可充电电池装置制造方法及图纸

本发明专利技术主要揭示一种动态电池充电平衡装置，是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中。依据本发明专利技术的设计，该动态电池充电平衡装置监测该多个电池单元的多个电池电压，从而在任两个所述电池单元之间的电池电压差超过一预设临界值的情况下，产生多个平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电。值得说明的是，各所述平衡充电电流是以(剩余)可充电时间、各所述电池单元的当前电池电压以及一额定电池容量为参数计算获得。因此，在一个充电循环中，用以向低电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流会大于用以向高电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流。依此设计，本发明专利技术的动态电池充电平衡装置能够快速地平衡(消除)任二个电池单元之间的电池电压差，最终消除任两个电池单元之间的电池电压不平衡的现象。不平衡的现象。不平衡的现象。

【技术实现步骤摘要】
动态电池充电平衡装置与方法以及可充电电池装置


[0001]本专利技术是关于多节电池组(Multi
‑
cell battery pack)的
，尤指一种动态电池充电平衡装置与方法。

技术介绍

[0002]随着无线(Cordless)高功率电器产品(如：无线吸尘器、电动工具、扫地机器人等)的推陈出新，包含多个电池单元的多节电池组因此获得广泛应用。图1显示习知的一种多节电池组的立体图。如图1所示，习知的多节电池组1a的基本组成包括：多颗电池单元(battery cell)11a、多个电池座12a以及一电池管理电路13a。实务上，多节电池组1a通常容置在其专属设计的一壳体内，从而与该壳体组成一可充电电池装置，利于组装至一电器主体(如：无线吸尘器的主机体)。
[0003]应知道，除了无线高功率电器产品之外，多节电池组1a也被应用在电动机车、电动汽车等新能源车辆的电池系统的制作。当包含该多节电池组1a的可充电电池装置的电量不足或耗尽时，须使用一充电装置对其进行充电。进行充电时，该充电装置是以一定电流(Constant current)对多节电池组1a内的每个电池单元11a充电，直至各个电池单元11a的电池电压皆达到一目标电池电压。可惜的是，各个电池单元11a之间具有本质差异，因此，即使指示灯显示可充电电池装置已经充饱电了，多节电池组1a内的各个电池单元11a也不可能具有相同的容量。另一方面，在固定充电电流与放电电流的情况下，各个电池单元11a也不会具有相同的充电效率与放电效率。
[0004]实务经验指出，锂离子的电池单元11a具较高的额定电压(3.4～4.2伏特)和能量密度，因此透过串联连接数量较少的锂离子的电池单元11a可轻松实现高电压和高容量的多节电池组1a。但是，锂离子的电池单元11a具有一些缺陷，例如过度放电会引起电池单元失衡，从而导致多节电池组1a的相异电池单元11a之间出现电池容量(或电池电压)不相等的问题。因此，除了用以将该充电装置所提供的充电电流送向各个电池单元11a以及接收各个电池单元11a的放电电流以外，电池管理电路13a还用以向各个电池单元11a提供过充保护、过放保护、过流保护、及短路保护。
[0005]在电池管理电路13a保护下，高电池电压的电池单元11a会在多节电池组1a充电之时很快地达到高压保护电压，从而启用过充保护以停止充电。相反地，在多节电池组1a放电时，低电池电压的电池单元11a很容易达到低压保护电压，从而启用过放保护以停止放电。由此可知，电池单元11a失衡会缩短多节电池组1a的可充电时间及/或可充电时间，这也是造成具有该多节电池组1a的可充电电池装置的续航力越来越差的主要原因。
[0006]为改善上述缺陷，必须使该电源管理电路13a具有一电池单元平衡功能(battery cell balancing)以解决多节电池组1a的电池单元失衡问题。美国专利号US8,035,343提出一种用于在多节电池组中平衡电池单元的方法。依据美国专利号US8,035,343的揭示内容，包含多个子监视和平衡单元的一监视和平衡电路被整合在一电池管理电路13a(可参考图1)，且多个所述子监视和平衡单元分别耦接一个电池单元11a(可参考图1)。进行放电时，该
监视和平衡电路仅对每个电池单元11a的电池电压进行监测。然而，进行充电时，该监视和平衡电路对每个电池单元11a的电池电压进行监测和平衡。
[0007]更详细地说明，进行充电时，充电装置首先输出其一最大充电电流(例如：450mA)，该监视和平衡电路以该最大充电电流作为一第一充电电流用于对该多节电池组1a的每个电池单元11a进行充电。接着，监视和平衡电路量测每个电池单元11a的电池电压。在至少一个电池单元11a的电池电压达到目标电池电压(例如3.6V)的情况下，将该第一充电电流调降一预定量而变成一第二充电电流。接着，再以该第二充电电流对该多节电池组1a的每个电池单元11a进行充电，且在至少一个电池单元11a被充电至具有目标电池电压之时，将该第一充电电流调降一预定量而变成一第三充电电流。依此类推，直至用于对电池单元11a进行充电的充电电流被调降至该充电装置的一最小充电电流(例如：45mA或140mA)。
[0008]简单地说，美国专利号US8,035,343所提出的用于在电池组中平衡电池单元的方法需对包含多个电池单元11a的多节电池组1a进行多次的充电循环(charging cycle)才能够完成对于该多个电池单元11a的电池电压平衡处理。如下表(1)所示，利用习知的平衡电池单元的方法对Samsung ICR18650
‑
22P的多节电池组进行电池电压平衡处理，发现需要至少8次的充电循环才能够完成平衡电池单元的电池电压。因此，可以推知，若该多节电池组1a的多个电池单元11a所具有的最大电池电压和最小电池电压的差值越大，则所述充电循环的总次数会跟着增加。补充说明的是，下表(1)显示充电开始时的电池最高与最低电压，并且，充电至任一电池电压达4.25V即为充饱状态。
[0009]表(1)
[0010][0011]应知道，市售的电池管理电路13a(参考图1)及/或充电装置通常还会具备充电时间保护的功能，用于在充电时间超过一充电时间阀值(例如：6～12小时，依据充电电流大小)之后，即停止充电。然而，由表(1)可发现Samsung ICR18650
‑
22P的多节电池组的第一次和第二次充电循环所耗费的充电时间分别为1.35小时、2.86小时，远远低于所述充电时间阀值，显见习知的平衡电池单元的方法仅考虑电池电压和充电电流，并没有同时将最大可充电时间纳入考虑。
[0012]由前述说明可知，习知的平衡电池单元的方法仍具有加以改善的空间。有鉴于此，本案的专利技术人是极力加以研究专利技术，而终于研发完成一种动态电池充电平衡装置与方法。

技术实现思路

[0013]本专利技术的主要目的在于提供一种动态电池充电平衡装置，是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中。依据本专利技术的设计，该动态电池充电平衡装置监测该多个电池单元的多个电池电压，从而在任两个所述电池单元之间的电池电压差超过一预设临界值的情况下，产生多个平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电。值
得说明的是，各所述平衡充电电流是以(剩余)可充电时间、各所述电池单元的当前电池电压以及一额定电池容量为参数计算获得。因此，在一个充电循环中，用以向低电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流会大于用以向高电池电压的电池单元充电的该平衡充电电流，并动态调节充电电流，延后电池最高电压达到4.25V充饱状态。依此设计，本专利技术的动态电池充电平衡装置能够快速地平衡(消除)任二个电池单元之间的电池电压差，最终消除任两个电池单元之间的电池电压不平衡的现象。
[0014]为达成上述目的，本专利技术提出所述动态电池充电平衡装置的一实施例，其是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中，其中，该电池管理电路具有一控制单元，且所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态电池充电平衡装置，是应用于包含多个电池单元与一电池管理电路的一多节电池组之中，其特征在于，该电池管理电路具有一控制单元，且所述动态电池充电平衡装置整合于该电池管理电路之中；所述动态电池充电平衡装置包括：一电池电压感测单元，耦接该多个电池单元，用以对各个所述电池单元进行一电池电压感测，从而输出多个电压感测信号；以及一电池平衡控制模块，耦接该电池电压感测单元与该控制单元，且包括：一第一信号处理单元，自该电池电压感测单元接收该多个电压感测信号，且将该多个电压感测信号转换成多个电池电压信号；及一平衡控制单元，耦接该第一信号处理单元以接收该多个电池电压信号，从而依据各个所述电池电压信号而获知对应于多个所述电池单元的多个电池电压；其中，该平衡控制单元依据一可充电时间、一目标电池电压、多个所述电池电压、以及所述电池单元的一额定容量而计算出多个平衡充电电流，进而控制该控制单元以多个所述平衡充电电流分别对多个所述电池单元进行充电。2.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，还包括：一充电电流感测单元，耦接该控制单元，用感测该控制单元传送至各个所述电池单元的一充电电流。3.如权利要求2所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该电池平衡控制模块还包括：一第二信号处理单元，耦接该充电电流感测单元以接收一电流感测信号，且将该电流感测信号转换成一充电电流信号；其中，该平衡控制单元同时耦接该第二信号处理单元，从而接收该充电电流信号，进以依据所述充电电流信号而获知该控制单元传送至各个所述电池单元的该充电电流；以及一时间计数器，耦接该平衡控制单元，用以对所述电池单元进行一充电时间计数，从而输出一时间计数信号至该平衡控制单元；其中，该平衡控制单元依据一充电时间阀值和所述时间计数信号而计算出所述可充电时间。4.如权利要求3所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该电池平衡控制模块还包括：一参数储存单元，耦接该平衡控制单元，用以储存多个设定参数，其中该多个设定参数包括：所述充电时间阀值、所述目标电池电压、以及所述额定容量。5.如权利要求4所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该平衡控制单元是利用以下数学运算式(I)而计算出所述平衡充电电流：其中，K为一比例系数，I
B
为所述平衡充电电流，B
C
为所述额定容量，V
target
为所述目标电池电压，V
cell
为所述电池电压，且T
C
为所述可充电时间。6.如权利要求4所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该平衡控制单元是利用以下数学运算式(II)而计算出所述平衡充电电流：
其中，K为一比例系数，I
B
为所述平衡充电电流，B
C
为所述额定容量，V
target
为所述目标电池电压，V
cell
为所述电池电压，且T
C
为所述可充电时间。7.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，该电池管理电路还具有一温度感测单元、一过充保护单元、一过放保护、一过流保护、一短路保护、以及一充电时间保护单元。8.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，在所计算出的该平衡充电电流大于一充电装置的一最大充电电流的情况下，该平衡控制单元将所述平衡充电电流修正为该最大充电电流。9.如权利要求1所述的动态电池充电平衡装置，其特征在于，在所计算出的该平衡充电电流低于一充电装置的一最小充电电流的情况下，该平衡控制单元将所述平衡充电电流修正为该最小充电电流。10.一种动态电池平衡方法，其特征在于，其是利用一电池平衡控制模块实现，其中一多节电池组包括多个电池单元与一电池管理电路，且所述电池平衡控制模块是整合在该电池管理电路之中；所述动态电池平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家彰，
申请(专利权)人：旺玖科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：