CN103904708A - 装设有电池串联充电过充电保护装置的锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装设有电池串联充电过充电保护装置的锂电池，目前进行多个锂电池的串联充电时，会配合一个电池管理装置BMS，避免其中单一电池过度充电而损坏。若串联的各电池的额定电量不相同时，额定电量差异不能过大，否则会导致BMS损坏；而本发明则在锂电池上直接配设一过充电保护装置，让锂电池在一般放电使用状态时，能不受影响地正常放电运作，而当多个锂电池进行串联充电时，即使电池之间的电量有高、低差异，电量较低的锂电池得以通过内建的过充电保护装置，将过度充电的电量安全地卸载，而避免电池过充电损坏。

Description

装设有电池串联充电过充电保护装置的锂电池

技术领域

本发明涉及一种装设有串联充电过充电保护装置的锂电池，尤其是指在锂电池的正、负极输出端之间装设有过充电保护电路的锂充电电池。

背景技术

锂充电电池，由于不具记忆效应，而被大量使用在各个产业领域。然而，各式锂充电电池却有一共通的缺点，即，在充电时若过度充电，则锂充电电池的端电压会持续上升，最终并会造成电池无法恢复的损坏甚至起火***。

电池经过放电使用后，其内部所残余的电量百分比称为SOC(State Of Charge)，是为电池相对的残余电量。SOC=(残留电量/额定电量)*%，例如SOC=100%，代表电池残留电量为100%，也就是电池电量目前还使没开始使用，SOC=0%，代表电池残留电量为1%，也就是电池电量已经耗尽。

目前，较为广用的锂电池充电技术，是将充电分为两个阶段：第一阶段先以恒电流充电(Con stant Current)，到接近终止电压时，进入第二阶段改为恒电压充电(Con stant Volt age)，此即为一般所谓的CC-CV充电模式(以下将：先恒电流-后恒电压充电简称为CC-CV充电)。

目前，进行多个锂电池的串联充电时，请参阅图1所示，实际上，会将该电池额定电量较为相近的锂电池10进行串联后充电，并配合一个电池管理装置11BMS(BatteryManagement System以下简称BMS)与各个电池连接，以CC-CV充电器12进行CC-CV充电。过程中，藉由BMS进行监测及调整各个电池的SOC，避免单一电池过度充电而损坏。该BMS主要是由程式晶片、电压、电流感测器、平衡电路等所构成，使用时，必须将感测器的线路与每一个电池分别连接，线路相当复杂，BMS还有电池最大电流的使用范围限制，整体而言BMS相当昂贵且又容易故障。

值得注意的是，若前述相串联的各电池的额定电量不相同时，则额定电量最高的电池与额定电量最低的电池的电量差异不能过大，一般而言电量差异不能超过10%，否则会导致BMS损坏，而无法进行充电。

换言之，目前尚无法提供二个额定电量差异较大(超过10%)的锂电池进行串联CCCV充电，因为较低电量电池会先到达满电状态，且低电量电池的电压会持续上升而导致危险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种装设有串联充电过充电保护装置的锂电池。

为解决上述问题，本发明提供的装设有串联充电过充电保护装置的锂电池，包含：

锂电池，具有一正极及一负极，所述正极与该负极之间的电压值定义为该锂电池的端电压值VB；

一电压侦测元件，与所述锂电池的正极及负极电性连接，以侦测该锂电池的端电压值VB，该电压侦测元件并具有一讯号输出端，该电压侦测元件被设定当侦测到端电压VB大于等于一卸载电压VD时，该讯号输出端即发出一作动讯号，而当侦测到端电压VB小于等于一充电电压VC时，则该讯号输出端发出一截止作动讯号，其中该卸载电压VD>充电电压VC；

一半导体开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，通过该控制端控制改变该第一端与第二端为导通或截止状态，常态时，该第一端与该第二端为截止者，所述第二端与该锂电池的负极电性连接，该控制端则与该电压侦测元件的讯号输出端电性连接，并由该讯号输出端提供作动讯号给该控制端；

一平衡电阻，一端与该锂电池的正极电性连接，另一端则与该半导体开关的第一端电性连接。

进一步地，所述锂电池是由多个电池芯相并联所构成。

本发明所述的装设有串联充电过充电保护装置的锂电池，让锂电池在一般放电使用状态时，能不受影响地正常放电运作，而当多个锂电池进行串联充电时，即使电池之间的电量有高、低差异，电量较低的锂电池得以通过内建的过充电保护装置，将过度充电的电量安全卸载，而达到串联充电保护的效果。

附图说明

图1为普通通过BMS进行锂电池串联充电示意图。

图2为本发明锂电池装设有保护电路示意图。

图3为本发明进行二个锂电池串联充电示意图。

图4为本发明锂电池由单颗电池构成示意图。

图5为本发明锂电池由多个电池芯相并联所构成示意图。

附图标记说明

10是锂电池            11是电池管理装置

12是CC-CV充电器

20、201、202是锂电池  21是正极

22是负极              30、30a是电压侦测元件

31、31a是讯号输出端   40、40a是半导体开关

41、41a是第一端       42、42a是第二端

43是控制端            50、50a是平衡电阻

60是CC-CV充电器       70是单颗电池

80是电池芯

CC是恒电流充电        CV是恒电压充电

VD是卸载电压          VB、VB1、VB2是端电压值

VC是充电电压

具体实施方式

首先，请配合参阅图2所示，本发明实施例所提供的一种装设有串联充电过充电保护装置的锂电池，主要是在一锂电池20的正极21、负极22之间，装设有一电压侦测元件30、一半导体开关40及一卸载电阻50所构成者，其中：

所述锂电池20，是为可反复进行充、放电的充电电池，该锂电池20具有一正极21及一负极22，该正极21与该负极22之间的电压值定义为该锂电池20的端电压值VB。

所述电压侦测元件30，与该锂电池20的该正极21及该负极22电性连接，藉以侦测该锂电池20的端电压值VB，该电压侦测元件30并具有一讯号输出端31，该电压侦测元件30被设定当侦测到VB大于等于一卸载电压VD时，该讯号输出端31即发出一作动讯号，而当侦测到VB小于等于一充电电压VC时，则该讯号输出端发出一截止作动讯号，其中该卸载电压VD>充电电压VC。

所述半导体开关40，在本实施例中是采用MOSFET(金属氧化物电晶体)开关，具有一第一端41、一第二端42及一控制端43，通过该控制端43控制改变该第一端41与第二端42为导通或截止状态，常态时，该第一端41与该第二端42为截止者，该第二端42与该锂电池20的负极22电性连接，该控制端43则与该电压侦测元件30的讯号输出端31电性连接，并由该讯号输出端31提供作动讯号给该控制端43。

所述平衡电阻50，一端与该锂电池20的正极21电性连接，另一端则与该半导体开关40的第一端41电性连接。

以上所述为本发明实施例主要构件及其组态说明。至于本发明实施例的使用方式及功效，请参阅图3所示，是将本发明二个不同电量的一第一锂电池201及一第二锂电池202进行串联后，以一CC-CV充电器60进行充电运作说明。其中，所述第一锂电池201的电量是较该第二锂电池202电量小50%，例如：第一锂电池的电量为50Ah而第二锂电池的电量为100Ah。

以下将充电过程，分成五个阶段说明：

第一阶段，进行恒电流充电CC，这个阶段该第一锂电池的端的压值VB1与第二锂电池的端电压值VB2均会快速上升，当VB1与VB2升高到设定的电压VT时，则充电器开始转换进行恒电压充电CV，该CC-CV充电器60所设定的恒电压充电CV的充电电压为VC，该VC>VT，此时该第一、二锂电池201202的SOC值约为70%～80%。

第二阶段，进行恒电流充电CC一段时间后，电量较低的该第一锂电池201其SOC值会先达到接近100%，此时VB1会等于充电电压VC，接着，持续进行前述的恒电压充电CV，该第一锂电池201的VB1仍会非常缓慢的上升，此时，该第二锂电池202的VB2则仍维持约等于充电电压VC。

第三阶段，本发明的该电压侦测元件30是被设定一卸载电压VD，而当该第一锂电池201的VB1大于等于卸载电压VD时，该电压侦测元件30a的讯号输出端31a会发出作动讯号使该半导体开关40a的第一端41a与第二端42a导通，而该第一锂电池201的电量会自该平衡电阻50a消耗，该VB1会下降。

第四阶段，当该第一锂电池201的电量自该平衡电阻50a消耗，且该VB1下降至小于等于充电电压VC时，则该电压侦测元件30a发出一截止作动讯号使该半导体开关40a的第一端41a及第二端42a回复成截止状态，此时该第二锂电池202的SOC已达约90%~95%，而第一锂电池201的SOC则维持约100%。

第五阶段，属于充电的最后阶段，当该第二锂电池202的SOC达100%时，则完成整个充电作业。

由以上说明可知，通过本发明的装置设计，可提供多个锂电池(如：二个、三个…)进行串联充电，充电过程中，若较低电量的该锂电池SOC先达到100%时，则得以通过其自身所装设的平衡电阻消耗超出的电量，藉以避免该锂电池电压持续上升而损坏，藉此，达到本发明所谓串联充电保护的效果。

请复参阅图2所示，本发明在该锂电池20上单独地装设有充电保护装置，该锂电池20在一般放电使用状态下，该半导体开关40的第一端41与第二端42为截止状态，该锂电池20在放电使用状态，不会受到充电保护电路的实质影响。

值得注意的是，本发明中该锂电池的构成，是必须为如图4的单颗电池70所构成或如图5将多个电池芯80相并联所构成者，均能适用。若将数个电池芯相串联构成的锂电池组则无法适用本发明技术。

Claims (2)

1.装设有串联充电过充电保护装置的锂电池，其特征在于：包括:

锂电池，具有一正极及一负极，所述正极与该负极之间的电压值定义为该锂电池的端电压值VB；

一电压侦测元件，与所述锂电池的正极及负极电性连接，以侦测该锂电池的端电压值VB，该电压侦测元件并具有一讯号输出端，该电压侦测元件被设定当侦测到端电压VB大于等于一卸载电压VD时，该讯号输出端即发出一作动讯号，而当侦测到端电压VB小于等于一充电电压VC时，则该讯号输出端发出一截止作动讯号，其中该卸载电压VD>充电电压VC；

一半导体开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，通过该控制端控制改变该第一端与第二端为导通或截止状态，常态时，该第一端与该第二端为截止者，所述第二端与该锂电池的负极电性连接，该控制端则与该电压侦测元件的讯号输出端电性连接，并由该讯号输出端提供作动讯号给该控制端；

一平衡电阻，一端与该锂电池的正极电性连接，另一端则与该半导体开关的第一端电性连接。

2.如权利要求1所述的装设有串联充电过充电保护装置的锂电池，其特征在于：所述锂电池是由多个电池芯相并联所构成。

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