201206006 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示内容是有關於充電之裝置，且特 一種充電電池之充電裝置。 有關於 【先前技術】 電池在現今社會是非常普遍的電能儲存裝 料科技的進步，不斷的開發新型電池。現今 由於材 鐵電池較傳統的二次電池有重量輕、電容 *用的鋰
Si,可容許較大電流充放電’且無記憶效應，無論殘 存電1多少，皆可隨時充電，不會影響電容量，其壽命亦 較長。然而，鋰鐵電池可大電流充放電的特性，使得串聯 使用中的鐘鐵電池的各個單電壓更不容易平衡。 對於每一個電池組來說，每個電池的特性、内阻不可 能完全一致，即使經過非常嚴謹的製程也不可能相同，再 加上使用的歷程及老化的速度不同’其内阻的差显勢必存 在，且差異可能越來越大。故在充放電的過程中，、有些電 放電的速度較快，造成部份電池率先到達過ί或 失奋始^制而終止充電或放電的動作，但其餘電池可能尚 有充足的電力可供應。電池電壓不平衡造成電 率與2電壓差距過大’將嚴重影響整個電池組的供電效 【發明内容】
iSI 因此，本揭不内容之一技術態樣在於提供一種電池組 4 201206006 充電平衡系統，以克服上述電池電壓不平衡的問題。 依據本揭示内容一實施方式，一種電池組充電平衡系 統包含一電池組、一電壓量測電路、一被平衡電池選擇電 路、一充電電源及一平衡電源。電池組包含多數個電池及 量測端點。電池彼此串聯相接。量測端點位於每一個電池 的兩側。電壓量測電路與電池組之量測端點電性連接，用 以量測電池組之電池的電壓。被平衡電池選擇電路與電池 組連接，用以選擇電壓最低之電池組之電池。被平衡電池 選擇電路包含多數個切換開關及一控制器。多數個切換開 關與電池組之電池連接，且每一電池皆與兩個切換開關相 連。控制器根據電壓量測電路之結果，開啟電池組内對應 同一電池之兩個切換開關。充電電源與電池組串聯相接。 平衡電源與被平衡電池選擇電路連接，透過被平衡電池選 擇電路之控制器開啟的切換開關，對一特定電池進行平衡 充電。 依據上述一實施方式之電池組充電平衡系統更包含一 人機介面，與被平衡電池選擇電路之控制器訊號連接。 依據上述一實施方式之電池組充電平衡系統其中電池 組之電池為鋰鐵電池。 依據上述一實施方式之電池組充電平衡系統其中被平 衡電池選擇電路之切換開關為繼電器。 依據上述一實施方式之電池組充電平衡系統更包含一 RS-485通訊介面，分別與電壓量測電路及控制器相連。 依據本揭示内容另一實施方式，一種電池组充電平衡 系統包含一充電電源、一電壓量測電路、一控制器、一被 201206006 平衡電池選擇電路及一平衡電源。充電電源與電池組串 聯。電壓量測電路分別與電池組内各個電池相連，用以量 測各個電池的電壓。控制器與電壓量測電路相連，根據^ 壓量測電路之量測結果，找出電池組内具一最小電壓電 池。被平衡電池選擇電路與控制器相連，被平衡電池選擇 電路具有多數個切換開關，且相對應最小電壓電池之切換 開關受控於控制器開啟。平衡電源與被平衡電池選擇電路 相連，平衡電源透過控制器開啟之切換開關，對最 Φ 電池進行平衡充電。 依據上述另一實施方式之電池組充電平衡系統更包含 一人機介面，與被平衡電池選擇電路之控制器訊號連接。 依據上述另一實施方式之電池組充電平衡系統其中電 池組之電池為鋰鐵電池。 依據上述另一實施方式之電池組充電平衡系統其中被 平衡電池選擇電路之切換開關為繼電器。 依據上述另一實施方式之電池組充電平衡系統更包含 # 一 RS-485通訊介面，分別與電壓量測電路及控制器相連。 因此，本揭示内容之電池組充電平衡系統利用平衡電 源配合被平衡電池選擇電路，針對充電過程中電壓落後的 電池加強充電，不僅可縮短整體電池組充電的時間，亦可 使電池組内各個電池達到最佳的充電狀態，更能延長電池 組的使用壽命。 【實施方式】 第1圖綠示本揭示内容一實施方式之電池組充電平衡 201206006 系統的示意圖。如圖所示，電池組充電平衡系統包含一電 池組100、一電壓量測電路200、一被平衡電池選擇電路 300、一充電電源400及一平衡電源500。本實施方式在利 用充電電源400對電池組100充電的同時，亦使用被平衡 電池選擇電路300配合平衡電源500快速執行每個電池電 壓等值化的平衡任務。當電池組100充電完成時，各個電 池電壓也處於平衡狀態。 電池組100包含多個電池及多個量測端點，在本實施 方式中，電池組100包含8個電池B1-B8及9個量測端點 110-190。電池B1-B8彼此串聯相接，此外，每一個電池的 兩側皆有一個量測端點。 第2圖繪示第1圖之被平衡電池選擇電路中電壓量測 電路的示意圖。電壓量測電路200分別與電池組100内各 個電池之量測端點110-190電性連接，用以量測各個電池 的電壓。在本實施方式採用 >弘格科技生產的電壓模組 M-7017來量測每個電池的電壓，M-7017可一次同時量測8 組電壓值，輸入範圍有 +/-150mV、+/-500mV、+/-1V、+/-5V、 +/-10V供使用者選擇。 第3A圖繪示第1圖之被平衡電池選擇電路中多數個 切換開關的示意圖。被平衡電池選擇電路300與電池組100 連接。其中，被平衡電池選擇電路300包含多數個切換開 關 310a-317a、310b-317b 及一控制器 320。 第3B圖繪示第1圖之被平衡電池選擇電路中控制器的 示意圖。多數個切換開關310a-317a、310b-317b與電池組 201206006 100之電池B1-B8連接，且每一個電池皆與兩個切換開關 相連。如電池B1與切換開關31〇a及M〇b相連。各電池對 應之切換開關如下表一: 電池 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 切換 310a 311a 312a 313a 314a 315a 316a 317a 開關 310b 311b 312b 313b 314b 315b 316b 317b 表一 控制器330各個腳位分別對應到各個切換開關，如腳 籲位DOO對應到切換開關310a。各腳位對應之切換開關如下 表二： 腳位 DOO DOl D02 D03 D04 D05 D06 D07 切換 開關 310a 310b 311a 311b 312a 312b 313a 313b 腳位 D08 D09 DO10 DOll D012 D013 D014 D015 切換 開關 314a 314b 315a 315b 316a 316b 317a 317b 表二 控制器320的各腳位與切換開關相連’可分別控制各 個切換開關之啟閉。另一方面，控制器320與電壓量測電 路200相連，根據電壓量測電路200的結果，找出電池組 100内具一最小電壓電池’並開啟電池組100内對應同一 電池之兩個切換開關。 值得一提的是，本實施方式使用RS-485通訊介面 330，分別與電壓量測電路200及控制器320相連’並以 201206006
Modbus為通訊協定。透過電壓量測電路200量測出電壓 後，將資料經RS-485通訊介面330傳輸至控制器320，幫 助控制器320找出電池組100内具一最小電壓電池，並開 啟電池組100内對應同一電池之兩個切換開關。 充電電源400與電池組100串聯相接，為電池組100 最主要的充電來源。 平衡電源500與被平衡電池選擇電路300連接，透過 控制器320開啟的切換開關，對一特定電池進行平衡充電。 第4圖繪示第1圖之電池組充電平衡系統的舉例示意 圖。本實施方式採用16個繼電器作為切換開關310a-317a、 310b-317b及泓格科技生產的DO模組M-7045來進行繼電 器ΟΝ/OFF的控制。此電路同一時間只需切換兩個繼電器 就能對特定的電池進行充電，若不對任何電池進行充電 時，只需將全部的繼電器切離即可，此電路使用3.5 mm2 的絞線作為線路的線材，其耐流可達20A。以對電池B3 進行平衡充電為例，充電電源400流過電池組100的電流 為I!，欲對電池B3進行平衡時，需使切換開關312a、312b 的狀態為ON，使平衡電源500的電流12流過電池B3，如 此一來，流過電池B3的總電流為ΙβΙ2，而流過其餘電池 的電流仍為Ιι，在充電電源400及平衡電源500的配合下， 可加速電池組100的充電作業，並減少不必要的時間浪費。 第5圖繪示第1圖之電池組充電平衡系統的流程圖。 在開始進行充電之前，需先透過軟體來進行各項數據的設 定600，如過充電壓、待測電池數、電池的預設壓差 (Vmax-Vmin)、預設壓值、電源供應器的電壓與電流的設定… 201206006 等。啟動充電電源開始充電610之後，量測各電池的電壓 值620，利用控制器找出電池組中最大電壓及最小電壓的 電池630，並開啟對應於最小電壓電池的切換開關640，讓 平衡電源可對最小電壓電池進行平衡充電650。接著，檢 測最小電壓與最大電壓電池之電壓差是否小於預設壓差 660，若否，則繼續對最小電壓電池進行平衡充電650，若 是’則停止平衡充電670。此時，需判斷最大電壓是否大 於預設電壓值680，若否，則重回量測各電池電壓620的 φ 步驟，循環不斷’若是，則停止充電690。 除此之外’本實施方式更包含一人機介面7〇〇,與被 平衡電池選擇電路300的控制器320訊號連接。第6圖繪 示第1圖之電池組充電平衡系統的監控晝面。本實施方式 使用LabVIEW人機開發軟體開發出一套監控電池組1〇〇 即時狀態的軟體。如第6圖所示，上面顯示了 8個柱狀圖， 柱狀圖會隨著各電池的電壓不同而變化，由柱狀圖可清楚 看到各個電池的電壓是否異常。畫面右邊顯示電池組1〇〇 • 最初的狀態及即時的狀態，並隨時監控電池的變化。下面 則標示了充電電源400及平衡電源500的輸出電壓、電流 與功率。電池組100的各項狀態顯示在人機介面7〇〇上： 如此一來即可隨時注意電池組100的充電狀態。 第7圖繪示第1圖之電池組充電平衡系統的電壓趙勢 圖。為了理解電池組⑽的充·況，本實施方尤亦將充
7圖可清楚看出來各電池的充電狀況。 ，並繪製趨勢圖。 篆條810-880，由第 由此趨勢圖可清楚 201206006 看到線條810的上升速度比其他線條820-880的速度還要 快，表示平衡電源500正在為線條810的電池進行平衡充 電，當此電池完成平衡條件後，控制器320即開始尋找下 一個欲平衡的電池並開始平衡充電。在趨勢圖的上方可看 到各電池的電壓、最大電壓、最小電壓、電壓差以及總電 壓，右上角則有充電電源400及平衡電源500的電壓、電 流與功率，而下方可看到對應的時間，由對應的時間可觀 察到電池組100在大約22分鐘後即完成平衡充電，電壓 差也降至0.086V，表示此電池組100的電池電壓是很平衡 的狀態。由此可知本揭示内容之電池組充電平衡系統可有 效平衡電池組的電壓並提升充電的速度。 由上述實施方式可知，應用本揭示内容之電池組充電 平衡系統，透過充電電源400、平衡電源500及被平衡電 池選擇電路300的設計，能在短時間内將電池組100充飽 且為平衡的狀態，其主要是在本揭示内容之電池組充電平 衡系統在充電的同時即進行平衡的動作，無論電池組1〇〇 的電壓如何不平衡，依然可以將對電池組100進行充電動 作，不僅能有效大幅縮短充電的時間，當充電完畢時電池 組100的電壓也達到平衡的狀態。 雖然本揭示内容已以一實施方式揭露如上，然其並非 用以限定本揭示内容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭 示内容之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此 本揭示内容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 為準。 11 201206006 【圖式簡單說明】 第1圖緣示本揭示内容一實施方式之電池組充電平衡 系統的示意圖； 第2圖繪示第1圖之被平衡電池選擇電路中電壓量測 電路的示意圖； 第3A圖繪示第1圖之被平衡電池選擇電路中多數個 切換開關的示意圖； 第3B圖繪示第1圖之被平衡電池選擇電路中控制器的 示意圖； 第4圖繪示第1圖之電池組充電平衡系統的舉例示意 IS] · 圆， 第5圖繪示第1圖之電池組充電平衡系統的流程圖； 第6圖繪示第1圖之電池組充電平衡系統的監控晝面·， 第7圖繪示第1圖之電池組充電平衡系統的電壓趨勢 圖。 【主要元件符號說明】 100 :電池組 110-190 :量測端點 200 :電壓量測電路 300 :被平衡電池選擇電路 310a-317a :切換開關 310b-317b :切換開關 320 :控制器 330 : RS-485通訊介面 [S1 201206006 400 :充電電源 500 :平衡電源 600-690 :步驟 700 :人機介面 810-880 :線條 B1-B8 :電池