[发明专利]多段式电池模块充电方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池模块的充电方法及装置，可调整电流方向，针对电压较低的电芯，进行充电的多段式电池模块充电方法及装置。 

背景技术

传统对电池模块的充电，多采取单串电池组或电池整体模块的状态进行多段式充电，第一阶段为定电流充电，第二阶段为定电压充电。如图5所示为一传统电池充电状态示意图。电池第一阶段(t=t₀~t₁)进行定电流(I_B)充电，曲线(V_PC)代表电池模块电压的变化。当电池模块电压达到电器提供的电压(V_inc)时，则进入第二阶段(t=t₁~t₂)定电压(V_inc)充电，直到电池模块充饱(t=t₂)为止。此做法是先提供一定电流对电池模块充电一段时间至预设电压，充电过程中不仅温度会随之升高，且因是对电池模块整体的电压进行充电，并无法针对其中各个电芯的充电状态做调整，但每个电芯的电阻值、初始电压未必相同，因此充电达预设电压的过程中，有可能某一电芯或电芯组的电压已经超过安全值(即每一电芯或每一电芯组之间的电压不平衡)，会造成电池模块过热而影响寿命的问题。 

为解决上述问题，遂有人提供另一种电池充电状态，如图6所示。此充电方法是先测出各电芯组的最大电压以及最小电压的变化。第一阶段(t=t₀~t₁)是采用定电流(I_B)充电，当电芯组最大电压(V_emax)达到额定电压(V_coff)时，就关闭充电器，当电芯组的最大电压下降至电压下限(V_con)时，充电器再恢复供电至电芯组，待再次达到额定电压(V_coff)时，再关闭充电器，如此反复开关充电器，直到各电芯充饱电为止。第二阶段(t=t₁~t₂)中，是根据电芯组最小电压的变化来决定电流的大小，当电芯组最小电压(V_emin)超过充电器给予的电压(V_inc)时，即进入第二阶段逐步调降充电电流的大小，并同样随着电芯组最大电压的变化，间断地给予供电，直到电池充饱(t=t₂)为止。此充电方法虽能平衡各电芯组(或电芯)之间的电压，避免电流过充、电压过高、温度过高的问题，但反复开关充电器，频繁地对电池充电、放电会折损电池寿命，并且延长整个充电的时间。 

图7提供了另一种充电方式，其是以第一预设电流(I₁)对电池模块进行第一阶段(t=t₀~t₁)充电，当电池模块中，有电芯达到预设电压(V₁)，则改以一小于第一预设电流(I₁)的第二预设电流(I₂)进行第二阶段(t=t₁~t₂)充电，当电池模块中有电芯达到预设电压(V₁)，则以该预设电压V₁进行充电，直到电池模块充饱为止。此种方式，是利用调整电流大小，将各电芯的电压控制在预设电压以下，虽然也可以避免电芯的电压过大，但其每阶段充电只观察是否有电芯超过预设电压，仍无法确保每颗电芯都达到预设电压，各电芯之间的电压无法平衡。 

而台湾地区专利公告第I366322号，提供了一种充电装置，包含一第一电压转换器、一第二电压转换器及一控制模块。第一电压转换器会输出电力，对第一储能组件及第二储能组件充电，第二电压转换器会输出电力，对该第二储能组件充电。当第二储能组件充电达一饱和临界电压时，控制模块控制第二电压转换器停止对第二储能组件充电，同时使欲流进第二储能组件的电流回授至第一电压转换器进行转换，第一电压转换器转换后，再对第一储能组件充电，以降低供应电源的输出电力，达到节能的功效。其中，欲流进第二储能组件的电流会先流向一电感，该电感因发生反向激磁而开始储能，并经控制模块控制开关后，电感会释放其所储存的能量，并回授至第一电压转换器进行转换。 

上述充电装置虽能避免单个储能组件过充，以及可针对电压较低的储能组件进行充电，但因电感无法用于控制多余的电流的流向，多的电流仅能止于邻近的储能组件，因此，当充电装置需要对多个储能组件充电时，每个储能组件都需搭配一电压转换器，以进行充电的判断，进而达到平衡各储能组件的电压的目的。