[發明專利]多節電池組充電平衡裝置、系統及其方法

在審

• 申請號: 202010124711.5
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN113315185A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 林子閔;王鏑程
• 申請（專利權）人: 天揚精密科技股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明提供一種多節電池組充電平衡裝置、系統及其方法，使N個電池于系統運作時維持N?X個電池于充電回路，該方法包括依序執行下列步驟：固定電流充電模式步驟：實施以一固定電流來進行充電的固定電流充電模式，該切換條件是該N?X個電池中蓄電容量最高的X個電池的蓄電容量大于該X個離線電池的蓄電容量；以及滿足預設上限電壓值后變更為固定電壓充電模式步驟：實施以固定電壓來進行充電的固定電壓充電模式，該切換條件是該N?X個電池中電壓最高的X個電池的電壓大于該X個離線電池的電壓。

技術領域

本發明涉及一種與多節電池組充電有關，特別是指一種多節電池組充電平衡裝置、系統及其方法。

背景技術

電池被廣泛應用于各式電子產品，且通常采用多節的電池結構，也就是串聯或并聯連接多個電池，以供應電子產品運作所需要的電力，由復數個串聯連接的電池組成的多節電池組常被用在如筆記本計算機、無電源線電力工具、電動車輛、無間斷電源等應用中，用于這類多節電池組的電池管理電路重要功能是管理電池組的均衡，電池均衡是于電池組使用期間使多節電池組中的每個電池兩端的電壓進行匹配管控的過程，此直接影響整個多節電池組的有效使用容量和可運行時間，失衡的電池將會導致過早的充電終止或提早放電終止而影響電池的使用效能。

事實上，每一相同種類電池的內阻與容量均存在著些許差異，此差異性將隨充放電循環次數增加而逐漸加大，許多因素可能會導致電池失衡，例如電池間的容量失配，充電狀態差異，電池阻抗變化、溫度梯度以及在高放電速率時的電池自熱，多節電池組雖擁有良好的性能與高安全性，但仍然必須避免電池過充、過放或過熱的狀況發生，為了延長多節電池組的壽命與保護使用者的安全，必須建構電池管理系統來確保電池運作在安全的范圍內，基本上電池管理系統的主要功能為量測電池的電壓并進行調整與保護，在多節電池組中，電池因內阻或制程的不同，而造成使用過程中有電池電壓不一致的狀況發生，這樣的問題會導致多節電池組因為某顆電池提早過充或過放，而大幅影響多節電池組的使用效率與壽命。

多節電池組會因為電池制造或使用的差異，造成電池間容量的不同，早期傳統充電技術皆以被動式平衡法為主，被動式平衡法主要是以較長時間消耗電池能量的方式達到平衡不同容量的電池效果，通過在旁路功率電阻器和開關將能量轉化成熱量來繞開分流能量，雖然此法電路簡單且低成本，但過多的能量作為熱量被浪費掉，且有效率低以及平衡時間長的缺點，然而，當充電電流過大且平衡電流不夠，會造成幾乎沒有平衡效果，電池間仍然不平衡，結果就是真實電量較大的電池無法充滿，造成快滿電的電池容易達到截止電壓，但此截止電壓因包含電池內阻的影響，而與電池的開路電壓有較大差異，因此等于是提早結束充電，使多節電池組無法充飽。

發明內容

有鑒于上述缺失，本發明的目的在于提供一種多節電池組充電平衡裝置、系統及其方法，可以有效的在多節電池組充電時平衡蓄電容量不同的電池且維持快速充電的目的，同時可以使多節電池組中的每一顆電池均達到接近充飽的功效，本發明透過一輪休架構，該架構可讓其中一顆電池離線而保持整體多節電池組的穩定充電，當將充電回路中的電池切換成新離線電池，且將原離線電池加入充電回路中時，控制器可將連接新離線電池的切換電路的串聯開關斷開，且旁路開關導通，這樣新離線電池就不會被充電，并將連接原離線電池的切換電路的串聯開關導通，且旁路開關斷開，以讓原離線電池加入充電回路中進行充電。

于開始充電時，多節電池組的充電模式為固定電流充電模式(在下文敘述中，固定電流充電模式將以CC模式稱之)，此時充電電流固定且可為最高充電電流，因此充入多節電池組的蓄電容量較多且速度也較快，在此CC模式下，本發明讓蓄電容量最高的電池先離線并將原先的離線電池加入，以讓每個電池蓄電容量都能被快速充滿，且每個電池的蓄電容量因輪休架構而能達到平衡。