專利名稱：蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，尤指利用一調(diào)節(jié)蓄電器及一變動開關(guān)達到平衡各個蓄電器電壓的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法。
當(dāng)前，目前一般市面上所使用的蓄電器大多為二次電池或蓄電池，以下我們簡稱電池，并以電池為例；一般電池的電壓大多數(shù)都低于5伏特，但于實際的應(yīng)用上其所需操作電壓往往超過單一電池的電壓，因此需將數(shù)個電池串聯(lián)使用。然而，當(dāng)電池串聯(lián)成電池組使用時必需有一先決條件，亦即，每一單顆電池的電量必須相同，而且充放電效率也必須一致，否則在幾次充放電后，電池組中的各個電池就會有過充或過放的情形發(fā)生，如此不僅電池的性能與壽命會大幅降低，也會導(dǎo)致電池的安全性降低。
再者，在各種電池系統(tǒng)中，此類問題有時可接著過充電的方式使各電池組中的電池回復(fù)完全充電的狀態(tài)而解決，然而，此種方式必須電池系統(tǒng)本身具有能忍受過充電的機制；諸如，鉛酸電池，鎳氫電池，鎳鎘電池等皆可接著充電時氣體的產(chǎn)生及反應(yīng)來完成此一機制。但是縱然如此，此種機制常常必須強制過充才能保證電池的歸零，而過分的過充電也會造成電池性能及壽命的降低，安全性也因而降低。至于電池系統(tǒng)不具有或僅有輕微的過充電機制，則無法以此種方式歸零；在此情形下就必須接著外加裝置達成歸零的目的，例如在電池組中的各單一電池與具有電池最高充電電壓的稽納二極管(Zener Diode)并聯(lián)，當(dāng)電池電壓等于(達到)設(shè)定電壓后，稽納二極管即開始導(dǎo)電，分擔(dān)部分電流以降低過充電程度；不過僅利用稽納二極管的功能并無法完全完成此種機制，一旦長時間的過充，稽納二極管中的崩潰電流持續(xù)導(dǎo)通，會造成稽納二極管的溫度上升，甚至擊穿稽納二極管形成短路，而造成更大的損壞。除此之外，一般的充電保護裝置則只是利用電壓偵測控制各電池的充放電電壓落于一設(shè)定范圍以避免危險，而無任何平均方式補償各電池逐漸產(chǎn)生的累積性差異。
此外，針對一般大電流充電時，無法采用上述現(xiàn)有的方式，是先使用浮充(即以高于電池組甚多的電壓，加于電池組的兩端，利用跨于電池兩端的電壓高于電池的電壓，瞬間提升電池電壓，以產(chǎn)生大電流充電效用的方式)快速充電一段時間后，再以均充(即以相當(dāng)于電池組充電完成時的電壓，加于電池組的兩端，以小電流充電的方式)的方式對電池組充電；此一方式乍看之下似乎不錯，但仍有其困難存在；何時該使用浮充，何時該使用均充，無法確實的判斷，因電池的蓄電量無法以量得的電壓做判斷的基準(zhǔn)，一旦浮充使用的時間過長，電池會因過高的電壓而產(chǎn)生危險，而時間太短，又無法達到歸零的目的。
因此如何找到一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，不僅可與各個蓄電器進行平衡，同時可補償各蓄電器間逐漸產(chǎn)生的累積性差異，更不會產(chǎn)生短路的情況，實為使用者殷切盼望及本發(fā)明人欲行解決的困難點所在，本發(fā)明人經(jīng)過長久的努力，研發(fā)出一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，針對上述蓄電器組所產(chǎn)生的問題，提出一種解決的裝置及其方法。于是；本發(fā)明的主要目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，以一調(diào)節(jié)蓄電器并聯(lián)于蓄電器的兩端，達到平衡蓄電器電壓的目的。
本發(fā)明的次要目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，以每顆蓄電器依序進行電壓平衡，達到使串聯(lián)蓄電器組中的各個蓄電器隨時保持非常接近的電壓。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，以每顆蓄電器依序進行電壓平衡，因每次僅與一顆蓄電器并聯(lián)，達到不會發(fā)生短路的情況。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，其中該調(diào)節(jié)蓄電器與蓄電器間可串接電阻，達到可調(diào)整電壓平衡的速度。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，其中變動開關(guān)持續(xù)作動于充電及放電時間內(nèi)，達到充電時可平衡蓄電器電壓及放電時亦可平衡蓄電器電壓的目的。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，利用電壓平衡及電量調(diào)節(jié)的方式，達到減少蓄電器組中因區(qū)域溫差所造成的性能差異。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，使得蓄電器不需在相同的充電狀態(tài)下，即可進行串聯(lián)組裝。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，可依使用者需求并聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器。
本發(fā)明的又一目的，在于提供一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法，可依使用者需求串聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其主要結(jié)構(gòu)是包含一變動開關(guān)，是與蓄電器串聯(lián)組中的各蓄電器相并聯(lián)；及一調(diào)節(jié)蓄電器，其兩端與該變動開關(guān)相接設(shè)，借該變動開關(guān)的閉合與開路，并聯(lián)至該蓄電器串聯(lián)組中單一的蓄電器；其作動時，是借該變動開關(guān)依序閉合與開路，使得該調(diào)節(jié)蓄電器每次僅與蓄電器串聯(lián)組中單一蓄電器并聯(lián)，吸收或供應(yīng)該單一蓄電器的部分電量，接著再與其他單一蓄電器并聯(lián)，如此循環(huán)不止，借該調(diào)節(jié)蓄電器來回的搬運電量，可使蓄電器串聯(lián)組的各個蓄電器隨時保持非常接近的電壓。
該調(diào)節(jié)蓄電器尚可串接一電阻，以改變電壓平衡的速率。
該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為一次電池。
該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為二次電池。
該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為電容器。
該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為超級電容器。
該變動開關(guān)是為電子式開關(guān)。
該變動開關(guān)是為機械式開關(guān)。
該調(diào)節(jié)蓄電器是為可儲存電量的元件。
該調(diào)節(jié)蓄電器是為可輸出電量的裝置。
該平衡裝置可并聯(lián)多組，以增加電壓平衡的速率。
該平衡裝置可串聯(lián)多組，以增加蓄電器串聯(lián)組的電壓。
該變動開關(guān)的動作時間，是依量測個別蓄電器的電壓大小而調(diào)變。
該調(diào)節(jié)蓄電器尚可接上一電源供應(yīng)器，當(dāng)調(diào)節(jié)蓄電器依序?qū)Ы佑谛铍娖鲿r，即可對該蓄電器做定電壓充電。
該電壓平衡裝置是可用于電子產(chǎn)品上。
該電壓平衡裝置是可用于電機產(chǎn)品上。
該電壓平衡裝置是可用于機械產(chǎn)品上。
該電壓平衡裝置是可用于電池保護裝置。
該電壓平衡裝置是可用于充放電器。
該電壓平衡裝置是可用于蓄電器串聯(lián)組。
該電壓平衡裝置是可用于超級電容器串聯(lián)組。
該電壓平衡裝置是可用于太陽能電池串聯(lián)組。
一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡方法，其特征是其主要步驟有a.連動開關(guān)1閉合，并聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器與第一顆蓄電器；b.連動開關(guān)1開路，使調(diào)節(jié)蓄電器開路；c.連動開關(guān)2閉合，并聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器與第二顆蓄電器；d.連動開關(guān)2開路，使調(diào)節(jié)蓄電器開路；e.依序執(zhí)行至連動開關(guān)N閉合，并聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器與第N顆蓄電器；f.連動開關(guān)N開路，使調(diào)節(jié)蓄電器開路；及g.回到步驟a重復(fù)執(zhí)行。
其步驟e中該N是為串聯(lián)蓄電器的總數(shù)。其中該N大于等于2。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點本發(fā)明不僅可防止過充放時的危險，同時增進蓄電器性能及延長其壽命，不僅可避開蓄電器間短路的可能，更可進而調(diào)節(jié)因蓄電器組區(qū)域溫差所造成的性能差異。
茲為更能了解本發(fā)明的目的特征及功效，僅以較佳的實施例，并配合所附的圖示說明，對本發(fā)明做一詳細說明，說明如后圖示說明

圖1為本發(fā)明中以電容器為調(diào)節(jié)蓄電器依序并聯(lián)電池組的示意圖；圖2為本發(fā)明中改變電壓平衡速率的示意圖3為本發(fā)明中變動開關(guān)的示意圖；及圖4為本發(fā)明中電壓平衡處理流程的方塊圖。
請參閱圖1，為本發(fā)明中以電容器為調(diào)節(jié)蓄電器依序并聯(lián)電池組的示意圖；如圖所示，一串聯(lián)電池組10，其中包含至少一個以上的電池12串聯(lián)組成，另有一電容器14(本實施例中為電容器，但實際應(yīng)用時并不限定為電容器，亦可為具蓄電效能的調(diào)節(jié)蓄電器)，依序并聯(lián)于該電池12的兩端進行電壓平衡，亦即先與第一顆電池120并聯(lián)進行電壓平衡，接著再與第二顆電池122并聯(lián)進行電壓平衡，此時與該第一顆電池120間為開路的狀態(tài)，依此類推，該電容器14依序與串聯(lián)電池組10中的電池12進行電壓平衡，周而復(fù)始，隨時可保持各電池12間具一非常相近的電壓。
請參閱圖2，為本發(fā)明中改變電壓平衡速率的示意圖；如圖所示，一串聯(lián)電池組20，其中包含至少一個以上的電池22串聯(lián)組成，另有一電容器24及一電阻26以串聯(lián)的方式組成一電壓平衡裝置，依序并聯(lián)于該電池22的兩端進行電壓平衡，亦即先與第一顆電池220并聯(lián)進行電壓平衡，接著再與第二顆電池222并聯(lián)進行電壓平衡，此時與該第一顆電池220間為開路的狀態(tài)，該電容器24與該電阻26組成的電壓平衡裝置，依序與串聯(lián)電池組20中的電池24進行電壓平衡，周而復(fù)始，隨時可保持各電池12間具一非常相近的電壓。其中該電阻26及該電容器24是可依需求的平衡速率做調(diào)變。
請參閱圖3，為本發(fā)明中變動開關(guān)的示意圖；如圖所示，一串聯(lián)電池組30，是包含第一顆電池300、第二顆電池302及第三顆電池304；一變動開關(guān)32，設(shè)有一組連動開關(guān)A、一組連動開關(guān)B及一組連動開關(guān)C；該變動開關(guān)32是連結(jié)該串聯(lián)電池組30與一電容器34；實施時，首先連動開關(guān)A閉合，而連動開關(guān)B及連動開關(guān)C為開路的狀態(tài)，此時該電容器34是與該第一顆電池300并聯(lián)，同時對第一顆電池300進行電壓平衡，接著連動開關(guān)A開路且連動開關(guān)B閉合，而連動開關(guān)C保持開路的狀態(tài)，此時該電容器34是與該第二顆電池302并聯(lián)，同時對第二顆電池302進行電壓平衡，接著連動開關(guān)B開路且連動開關(guān)C閉合，而連動開關(guān)A保持開路的狀態(tài)，此時該電容器34是與該第三顆電池304并聯(lián)，同時對第三顆電池304進行電壓平衡，利用該變動開關(guān)32中的連動開關(guān)依序閉合及開路，使得該串聯(lián)電池組30于充電或放電過程中，保持各電池的電壓差為最小的情況。
請參閱圖4，為本發(fā)明中電壓平衡處理流程的方塊圖；如圖所示，其主要步驟如下步驟41，連動開關(guān)1閉合，此時電容器與第一顆電池并聯(lián)，同時對第一顆電池進行電壓平衡；步驟42，連動開關(guān)1開路，此時電容器為開路的狀態(tài)；步驟43，連動開關(guān)2閉合，此時電容器與第二顆電池并聯(lián)，同時對第二顆電池進行電壓平衡；步驟44，連動開關(guān)2開路，此時電容器為開路的狀態(tài)；步驟45，連動開關(guān)依序閉合及開路，至連動開關(guān)N閉合，此時電容器與第N顆電池并聯(lián)，同時對第N顆電池進行電壓平衡；及步驟46，連動開關(guān)N開路，此時電容器為開路的狀態(tài)；跳回步驟41繼續(xù)執(zhí)行。
本發(fā)明于實施時，利用變動開關(guān)不斷改變其導(dǎo)通的位置，同時因各個蓄電器量測所得的電壓不同，相對的該變動開關(guān)于每個蓄電器導(dǎo)通的時間亦不相同，相對的該變動開關(guān)于每個蓄電器導(dǎo)通的電量亦不相同，因而達到使每個蓄電器電量相同的目的；另外，可于該調(diào)節(jié)蓄電器接上電源供應(yīng)器，當(dāng)調(diào)節(jié)蓄電器依序?qū)Ы佑谛铍娖鲿r，即可對該蓄電器做定電壓充電。
綜上所述，本發(fā)明不僅可提供一種充電時蓄電器電壓平衡裝置，同時在放電時及開路時亦可進行電壓調(diào)整，進而達到使各個蓄電器完全放電；此外，其電壓平衡的速率亦可依使用者的需要而改變，且不會因此傷害蓄電器電性及壽命，實為一具有新穎性、創(chuàng)造性及實用性的發(fā)明創(chuàng)造，應(yīng)符合我國專利法專利申請要件，故依法提出發(fā)明專利申請。
惟以上所述者，僅為本發(fā)明的一較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其結(jié)構(gòu)是包含一變動開關(guān)，是與蓄電器串聯(lián)組中的各蓄電器相并聯(lián)；及一調(diào)節(jié)蓄電器，其兩端與該變動開關(guān)相接設(shè)，借該變動開關(guān)的閉合與開路，并聯(lián)至該蓄電器串聯(lián)組中單一的蓄電器；其作動時，是借該變動開關(guān)依序閉合與開路，使得該調(diào)節(jié)蓄電器每次僅與蓄電器串聯(lián)組中單一蓄電器并聯(lián)，吸收或供應(yīng)該單一蓄電器的部分電量，接著再與其他單一蓄電器并聯(lián)，如此循環(huán)不止，借該調(diào)節(jié)蓄電器來回的搬運電量，使蓄電器串聯(lián)組的各個蓄電器隨時保持非常接近的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該調(diào)節(jié)蓄電器尚可串接一電阻，以改變電壓平衡的速率。
3.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為一次電池。
4.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為二次電池。
5.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為電容器。
6.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該蓄電器串聯(lián)組中的蓄電器是為超級電容器。
7.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該變動開關(guān)是為電子式開關(guān)。
8.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該變動開關(guān)是為機械式開關(guān)。
9.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該調(diào)節(jié)蓄電器是為儲存電量的元件。
10.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該調(diào)節(jié)蓄電器是為輸出電量的裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該平衡裝置并聯(lián)多組，以增加電壓平衡的速率。
12.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該平衡裝置串聯(lián)多組，以增加蓄電器串聯(lián)組的電壓。
13.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該變動開關(guān)的動作時間，是依量測個別蓄電器的電壓大小而調(diào)變。
14.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該調(diào)節(jié)蓄電器尚接上一電源供應(yīng)器，當(dāng)調(diào)節(jié)蓄電器依序?qū)Ы佑谛铍娖鲿r，即對該蓄電器做定電壓充電。
15.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于電子產(chǎn)品上。
16.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于電機產(chǎn)品上。
17.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于機械產(chǎn)品上。
18.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于電池保護裝置。
19.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于充放電器。
20.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于蓄電器串聯(lián)組。
21.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于超級電容器串聯(lián)組。
22.如權(quán)利要求1所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置，其特征是其中該電壓平衡裝置是用于太陽能電池串聯(lián)組。
23.一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡方法，其特征是其主要步驟有a.連動開關(guān)1閉合，并聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器與第一顆蓄電器；b.連動開關(guān)1開路，使調(diào)節(jié)蓄電器開路；c.連動開關(guān)2閉合，并聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器與第二顆蓄電器；d.連動開關(guān)2開路，使調(diào)節(jié)蓄電器開路；e.依序執(zhí)行至連動開關(guān)N閉合，并聯(lián)調(diào)節(jié)蓄電器與第N顆蓄電器；f.連動開關(guān)N開路，使調(diào)節(jié)蓄電器開路；及g.回到步驟a重復(fù)執(zhí)行。
24.如權(quán)利要求23所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡方法，其特征是其步驟e中該N是為串聯(lián)蓄電器的總數(shù)。
25.如權(quán)利要求24所述的蓄電器串聯(lián)組電壓平衡方法，其特征是其中該N大于等于2。
全文摘要
本發(fā)明是一種蓄電器串聯(lián)組電壓平衡裝置及其方法,一調(diào)節(jié)蓄電器,與串聯(lián)組中一蓄電器并聯(lián),使調(diào)節(jié)蓄電器與所并聯(lián)的蓄電器進行電壓平衡;一變動開關(guān),裝設(shè)于調(diào)節(jié)蓄電器與串聯(lián)蓄電器組之間,一端與調(diào)節(jié)蓄電器接設(shè),另一端與其他各蓄電器分別連接;利用該變動開關(guān)使調(diào)節(jié)蓄電器輪流與蓄電器串聯(lián)組中的單一蓄電器連接,不但避開了短路的可能,調(diào)節(jié)蓄電器與各蓄電器輪流進行電壓平衡,使串聯(lián)的各個蓄電器隨時保持非常接近的電壓。
文檔編號H02J7/00GK1353472SQ0013344
公開日2002年6月12日 申請日期2000年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月6日
發(fā)明者劉向榮, 吳偉臣, 陳明倫 申請人:有量科技股份有限公司