TW201630761A - 車用二次鋰電池 - Google Patents

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Abstract

一種車用二次鋰電池，所述的二次鋰電池係啟動電池，包含一蓄電單元、一充/放繼電器、一微處理器、一控制模組及一電極端子組，其中，蓄電單元主要由數個電池胞串/並聯構成，電極端子組包含一正極端子及一負極端子，據使電力通過電極端子組進/出二次鋰電池，充/放繼電器與蓄電單元電性連接，充/放繼電器並與電極端子組電性連接，汽機車之發電機的交/直流轉換模組及汽機車的用電設備分別與電極端子組耦接，據此控制蓄電單元的充/放電，微處理器分別與蓄電單元及充/放繼電器電性連接，微處理器包含充電迴路及放電迴路，用於偵測蓄電單元的電壓，並控制充/放繼電器作動；控制模組分別與蓄電單元及微處理器電性連接，控制模組並與電極端子組電性連接，微處理器控制控制模組的通/斷，據使控制模組控制蓄電單元對用電設備放電；所述的二次鋰電池在既有的充/放繼電器所構成的充/放電迴路之外，增設一控制模組形成僅能放電的單向迴路，使得充/放繼電器執行過充保護而斷開時，控制模組開通，蓄電單元對用電設備提供電力，避免汽機車在行 駛過程中發生缺電現象，提高用電設備持續工作的可靠度及汽機車行駛的安全性。

Description

車用二次鋰電池
本發明涉及汽機車的啟動電池，進一步而言，尤指一種車用二次鋰電池。
汽車或機車等交通工具的電力供應系統主要由一發電機、一交/直流轉換模組及一啟動電池組成，交/直流轉換模組的輸入端與該發電機電性連接，交/直流轉換模組的輸出端與啟動電池的電極端子耦接，汽機車的用電設備藉由電導線與啟動電池的電極端子耦接。
發電機運轉產生交流電，交/直流轉換模組將交流電轉換為直流電，供應啟動電池的電力儲存及用電設備的用電需求，啟動電池主要是提供汽機車的啟動馬達運轉所需電力，藉由啟動馬達的運轉，啟動汽機車的引擎運轉，引擎的運轉驅動發電機運轉。
隨著鋰電池技術趨於成熟，二次鋰電池逐漸應用作為汽機車的啟動電池；二次鋰電池主要具有一蓄電單元、及一充電迴路、一放電迴路及一繼電器，其中，蓄電單元具有數個電池胞(cell)，各電池胞串/並聯構成蓄電單元，蓄電單元、充電迴路及放電迴路分別與繼電器電性連接，充電迴路及放電迴路分別控制充/放繼電器的開/斷，據使蓄電單元充/放電。
充電迴路於蓄電單元充電時，平衡各電池胞的充電，避免任一電池胞充電過度而發生危險，並於蓄電單元的電壓上升至額定的高電壓 值時，充電迴路控制繼電器斷開，中止對蓄電單元充電，達到過充保護的作用，蓄電單元放電時，當蓄電單元的電壓下降至額定的低電壓值，放電迴路控制繼電器斷開，中止蓄電單元對外放電，避免蓄電單元放電過度，影響蓄電單元的使用壽命，達到過放保護的作用。
引擎未運轉的熄火狀態下，繼電器開通，蓄電單元對汽機車的行車電腦、防盜器等用電設備供應電力，發動引擎時，啟動電池對啟動馬達供應電力，待引擎發動運轉並驅動發動機運轉發電後，由於發電機的電壓高於蓄電單元的電壓，在發電機與蓄電單元存在電位差的情況下，發電機對用電設備提供電力，而蓄電單元不放電，但由於發電機運轉發電前，蓄電單元對用電設備及啟動馬達供應電力電，蓄電單元的蓄電下降，故而，發電機提供電力對蓄電單元充電，使蓄電單元的蓄積電力回復至飽滿狀態。
熄火狀態的引擎發動運轉時，二次鋰電池供應啟動馬達運轉所需電力，引擎運轉後，發電機運轉對用電設備供應電力，二次鋰電池停止對用電設備供電，且蓄電單元的蓄電下降，而發電機受引擎帶動運轉發電，發電機對用電設備供應電力，並對二次鋰電池充電，待二次鋰電池回復蓄電飽滿狀態，繼電器斷開，蓄電單元停止充/放電。
然而，實務上發現，在某些情況下，當二次鋰電池回復蓄電飽滿狀態，繼電器斷開，蓄電單元停止充/放電時，交/直流轉換模組亦斷開對外放電，此時，雖然發電機保持運轉，用電設備卻無法有效獲得來自於發電機的電力供應，經過一段時間後，交/直流轉換模組由於用電設備的用電需求而再度連通，回復對外放電，用電設備再度獲得來自於發電機的電力供應，前述交/直流轉換模組斷開的時間雖然極為短暫，卻造成了汽機車 在行駛過程中發生短暫的缺電現象，容易造成用電設備使用壽命上的不利影響，且在此短暫的缺電期間，依賴電力作動的動力方向盤無法有效運作，容易引發汽車在行駛中的安全危害。
本發明主要目的在於提供一種車用二次鋰電池，用於作為汽機車的啟動電池，蓄電單元充電完成時，藉由控制模組開啟單向迴路，對汽機車之用電設備提供電力。
本發明是一種車用二次鋰電池，所述的二次鋰電池係啟動電池，包含一蓄電單元、一充/放繼電器、一微處理器、一控制模組及一電極端子組，其中，蓄電單元主要由數個電池胞串/並聯構成蓄電單元，電極端子組包含一正極端子及一負極端子，據使電力通過電極端子組進/出二次鋰電池，充/放繼電器與蓄電單元電性連接，充/放繼電器並與電極端子組電性連接，汽機車之發電機的交/直流轉換模組及汽機車的用電設備分別與電極端子組耦接，據此控制蓄電單元的充/放電，微處理器分別與蓄電單元及充/放繼電器電性連接，微處理器包含充電迴路及放電迴路，用於偵測蓄電單元的電壓，並控制充/放繼電器作動；控制模組分別與蓄電單元及微處理器電性連接，控制模組並與電極端子組電性連接，微處理器控制控制模組的通/斷，據使控制模組控制蓄電單元對用電設備放電；蓄電單元充電時，控制模組斷開，微處理器偵測蓄電單元的電壓，蓄電單元充電飽滿時，微處理器控制充/放繼電器斷開，且控制模組開通，據使蓄電單元藉由控制模組對用電設備放電； 充/放繼電器斷開且控制模組開通後，微處理器偵測蓄電單元的電壓，若蓄電單元的電壓高於或等於一第三電壓值，充/放繼電器保持斷開，控制模組保持開通，蓄電單元無法被充電，若蓄電單元的電壓低於第三電壓值，則微處理器控制充/放繼電器開通，並使控制模組斷開，蓄電單元藉由充/放繼電器對用電設備供電。
充/放繼電器執行過充保護而斷開時，藉由控制模組的開通，使得蓄電單元能夠對用電設備提供電力，避免汽機車在行駛過程中發生缺電現象，提高用電設備持續工作的可靠度及汽機車行駛的安全性。
(1)‧‧‧蓄電單元
(2)‧‧‧充/放繼電器
(3)‧‧‧微處理器
(5)‧‧‧控制模組
(6)‧‧‧電極端子組
(8)‧‧‧發電機
(9)‧‧‧用電設備
第一圖係本發明實施例與發電機及用電設備的電路方塊圖。
第二圖係本發明實施例的作動流程圖。
如第一圖所示，本發明車用二次鋰電池的實施例包含一蓄電單元(1)、一充/放繼電器(2)、一微處理器(3)、一控制模組(5)及一電極端子組(6)，其中，所述的二次鋰電池係汽機車的啟動電池，蓄電單元(1)主要包含數個電池胞，各電池胞串/並聯構成蓄電單元(1)，電極端子組(6)包含一正極端子及一負極端子，據使電力通過電極端子組(6)進/出二次鋰電池，充/放繼電器(2)與蓄電單元(1)電性連接，充/放繼電器(2)並與電極端子組(6)電性連接，汽機車之發電機(8)的交/直流轉換模組及汽機車的用電設備(9)分別與電極端子組(6)耦接，據此控制蓄電單元(1)的充/放電，微處理器(3)分別與蓄電單元(1)及充/放繼電器(2)電性連接，微處理器(3)包含有充電迴路及放電迴 路，用於偵測蓄電單元(1)的電壓，並控制充/放繼電器(2)作動，避免蓄電單元(1)充/放電過度，保護蓄電單元(1)。
控制模組(5)可選擇使用繼電器或通稱為MOSFET的金屬氧化物半導體場效電晶體，控制模組(5)分別與蓄電單元(1)及電極端子組(6)電性連接形成單向迴路，控制模組(5)並與微處理器(3)電性連接，微處理器(3)控制控制模組(5)的通/斷，據使控制模組(5)控制蓄電單元(1)藉由所述單向迴路對用電設備(9)放電。
在一般情況下，充/放繼電器(2)處於開通狀態，控制模組(5)處於斷開狀態，車用二次鋰電池可對用電設備(9)供應電力。汽機車的引擎由熄火狀態欲啟動運轉時，車用二次鋰電池提供電力使汽機車的啟動馬達運轉。引擎啟動後，引擎驅動發電機(8)運轉發電，由於發電機(8)的電壓高於車用二次鋰電池的電壓，發電機(8)與車用二次鋰電池的電位差，使得發電機(8)對用電設備(9)供應電力，充/放繼電器(2)雖然保持開通，但車用二次鋰電池不對用電設備(9)供應電力；車用二次鋰電池在啟動引擎時，提供電力使引擎得以啟動運轉，使得車用二次鋰電池的蓄電下降，發電機(8)運轉後提供電力使車用二次鋰電池充電。
請配合參閱第一圖及第二圖所示，發電機(8)對車用二次鋰電池的蓄電單元(1)充電時，控制模組(5)保持斷開狀態，微處理器(3)偵測蓄電單元(1)的電壓，藉由蓄電單元(1)的各電池胞的電壓是否高於一第一電壓值及蓄電單元(1)的總合電壓是否高於一第二電壓值，作為蓄電單元(1)是否充電飽和的判斷依據，於此，第一電壓值是由各電池胞的飽合電壓決定，第二電壓值是由各電池胞的飽和電壓決定；若任一電池胞的電壓不高於第 一電壓值或蓄電單元(1)的總合電壓不高於第二電壓值，則充/放繼電器(2)保持開通，持續對蓄電單元(1)充電。第一電壓值可以是但不限於僅能是3.65V，第二電壓值可以是但不限於僅能是14.6V。
蓄電單元(1)充電時，若各電池胞的電壓均高於第一電壓值且蓄電單元(1)的總合電壓高於第二電壓值，表示蓄電單元(1)充電飽滿，微處理器(3)控制充/放繼電器(2)斷開，且控制模組(5)開通，充/放繼電器(2)斷開可避免蓄電單元(1)過度充電，達到過充保護的作用，控制模組(5)開通，蓄電單元(1)可藉由控制模組(5)對用電設備(9)放電，如此一來，縱然發電機(8)的交/直流轉換模組斷開對外放電，用電設備(9)可由車用二次鋰電池供應電力，避免汽機車在行駛過程中發生缺電現象，提高用電設備(9)持續工作的可靠度及汽機車行駛的安全性。
前述蓄電單元(1)充電完成，微處理器(3)控制充/放繼電器(2)斷開執行過充保護，並使控制模組(5)開通後，微處理器(3)偵測蓄電單元(1)的電壓；若蓄電單元(1)的電壓高於或等於一預設的第三電壓值，則充/放繼電器(2)保持斷開，控制模組(5)保持開通，使蓄電單元(1)無法被充電，避免蓄電單元(1)開始充電而導致充電過度，持續對蓄電單元(1)遂行過充保護；若蓄電單元(1)的電壓低於第三電壓值，則微處理器(3)控制充/放繼電器(2)開通，並使控制模組(5)斷開，電力可通過充/放繼電器(2)進出蓄電單元(1)，使得蓄電單元(1)可通過充/放繼電器(2)對用電設備(9)供電，發電機(8)可通過充/放繼電器(2)對蓄電單元(1)充電，所述的第三電壓值低於前述第二電壓值，且第三電壓值可依據蓄電單元(1)的飽和蓄電量及用電設備(9)於單位時間內的耗電設定。
本發明在既有的充/放繼電器(2)所構成的充/放電迴路之外，增設控制模組(5)形成僅能放電的單向迴路，使得充/放繼電器(2)執行過充保護而斷開時，控制模組(5)開通，蓄電單元(1)對用電設備(9)提供電力，避免汽機車在行駛過程中發生缺電現象，提高用電設備(9)持續工作的可靠度及汽機車行駛的安全性。
(1)‧‧‧蓄電單元
(2)‧‧‧充/放繼電器
(3)‧‧‧微處理器
(5)‧‧‧控制模組
(6)‧‧‧電極端子組
(8)‧‧‧發電機
(9)‧‧‧用電設備

Claims (1)

  1. 一種車用二次鋰電池，所述的二次鋰電池係啟動電池，包含一蓄電單元、一充/放繼電器、一微處理器、一控制模組及一電極端子組，其中，蓄電單元主要由數個電池胞串/並聯構成，電極端子組包含一正極端子及一負極端子，據使電力通過電極端子組進/出二次鋰電池，充/放繼電器與蓄電單元電性連接，充/放繼電器並與電極端子組電性連接，汽機車之發電機的交/直流轉換模組及汽機車的用電設備分別與電極端子組耦接，據此控制蓄電單元的充/放電，微處理器分別與蓄電單元及充/放繼電器電性連接，微處理器包含充電迴路及放電迴路，用於偵測蓄電單元的電壓，並控制充/放繼電器作動；控制模組分別與蓄電單元及微處理器電性連接，控制模組並與電極端子組電性連接，微處理器控制控制模組的通/斷，據使控制模組控制蓄電單元對用電設備放電；蓄電單元充電時，控制模組斷開，微處理器偵測蓄電單元的電壓，蓄電單元充電飽滿時，微處理器控制充/放繼電器斷開，且控制模組開通，據使蓄電單元藉由控制模組對用電設備放電；充/放繼電器斷開且控制模組開通後，微處理器偵測蓄電單元的電壓，若蓄電單元的電壓高於或等於一第三電壓值，充/放繼電器保持斷開，控制模組保持開通，蓄電單元無法被充電，若蓄電單元的電壓低於第三電壓值，則微處理器控制充/放繼電器開通，並使控制模組斷開，蓄電單元藉由充/放繼電器對用電設備供電。
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