[发明专利]多节电池组充电平衡装置、系统及其方法

说明书

本发明提供一种多节电池组充电平衡装置、系统及其方法，使N个电池于系统运作时维持N‑X个电池于充电回路，该方法包括依序执行下列步骤：固定电流充电模式步骤：实施以一固定电流来进行充电的固定电流充电模式，该切换条件是该N‑X个电池中蓄电容量最高的X个电池的蓄电容量大于该X个离线电池的蓄电容量；以及满足预设上限电压值后变更为固定电压充电模式步骤：实施以固定电压来进行充电的固定电压充电模式，该切换条件是该N‑X个电池中电压最高的X个电池的电压大于该X个离线电池的电压。

技术领域

本发明涉及一种与多节电池组充电有关，特别是指一种多节电池组充电平衡装置、系统及其方法。

背景技术

电池被广泛应用于各式电子产品，且通常采用多节的电池结构，也就是串联或并联连接多个电池，以供应电子产品运作所需要的电力，由复数个串联连接的电池组成的多节电池组常被用在如笔记本计算机、无电源线电力工具、电动车辆、无间断电源等应用中，用于这类多节电池组的电池管理电路重要功能是管理电池组的均衡，电池均衡是于电池组使用期间使多节电池组中的每个电池两端的电压进行匹配管控的过程，此直接影响整个多节电池组的有效使用容量和可运行时间，失衡的电池将会导致过早的充电终止或提早放电终止而影响电池的使用效能。

事实上，每一相同种类电池的内阻与容量均存在着些许差异，此差异性将随充放电循环次数增加而逐渐加大，许多因素可能会导致电池失衡，例如电池间的容量失配，充电状态差异，电池阻抗变化、温度梯度以及在高放电速率时的电池自热，多节电池组虽拥有良好的性能与高安全性，但仍然必须避免电池过充、过放或过热的状况发生，为了延长多节电池组的寿命与保护使用者的安全，必须建构电池管理系统来确保电池运作在安全的范围内，基本上电池管理系统的主要功能为量测电池的电压并进行调整与保护，在多节电池组中，电池因内阻或制程的不同，而造成使用过程中有电池电压不一致的状况发生，这样的问题会导致多节电池组因为某颗电池提早过充或过放，而大幅影响多节电池组的使用效率与寿命。

多节电池组会因为电池制造或使用的差异，造成电池间容量的不同，早期传统充电技术皆以被动式平衡法为主，被动式平衡法主要是以较长时间消耗电池能量的方式达到平衡不同容量的电池效果，通过在旁路功率电阻器和开关将能量转化成热量来绕开分流能量，虽然此法电路简单且低成本，但过多的能量作为热量被浪费掉，且有效率低以及平衡时间长的缺点，然而，当充电电流过大且平衡电流不够，会造成几乎没有平衡效果，电池间仍然不平衡，结果就是真实电量较大的电池无法充满，造成快满电的电池容易达到截止电压，但此截止电压因包含电池内阻的影响，而与电池的开路电压有较大差异，因此等于是提早结束充电，使多节电池组无法充饱。

发明内容

有鉴于上述缺失，本发明的目的在于提供一种多节电池组充电平衡装置、系统及其方法，可以有效的在多节电池组充电时平衡蓄电容量不同的电池且维持快速充电的目的，同时可以使多节电池组中的每一颗电池均达到接近充饱的功效，本发明透过一轮休架构，该架构可让其中一颗电池离线而保持整体多节电池组的稳定充电，当将充电回路中的电池切换成新离线电池，且将原离线电池加入充电回路中时，控制器可将连接新离线电池的切换电路的串联开关断开，且旁路开关导通，这样新离线电池就不会被充电，并将连接原离线电池的切换电路的串联开关导通，且旁路开关断开，以让原离线电池加入充电回路中进行充电。

于开始充电时，多节电池组的充电模式为固定电流充电模式(在下文叙述中，固定电流充电模式将以CC模式称之)，此时充电电流固定且可为最高充电电流，因此充入多节电池组的蓄电容量较多且速度也较快，在此CC模式下，本发明让蓄电容量最高的电池先离线并将原先的离线电池加入，以让每个电池蓄电容量都能被快速充满，且每个电池的蓄电容量因轮休架构而能达到平衡。