具有阻尼功能的酸碱共振电池装置的制作方法

本发明涉及一种将酸性二次电堆组与碱性电堆组以电性并联连接的方式组成的具有阻尼功能的酸碱共振二次电池装置。

背景技术：

电堆(cell)是构成电池的基本单元。二次电堆依照电解液种类的不同可分为酸性电池与碱性电池。所述酸性电池的电解液可以是硫酸水溶液，例如铅酸电池。所述铅酸电池的体积大、重量重、有污染问题、氧化还原反应慢，已被一种磷酸锂铁电池所取代。所述酸性二次电堆储存电流型态的电能，当放电到电流为零(I＝0)时，电池就会损坏。

所述碱性二次电堆的电解液是以氢氧化钾水溶液为主，例如：碱性锌锰电池、镉镍电池、氢镍电池。所述碱性二次电堆储存电压型态的电能，当放电到电压为零(V＝0，一般电压放电到1.0V以下，电池就失效，无法再放电)时，电池就会损坏。碱性二次电堆必须用相当小的电流充电，往往需要超过24小时的时间才能充满，而且可再充电的次数不多，使用不便。所述碱性二次电堆在充电、放电的过程中容易发生升温现象。

使用二次电堆为电源的电器设备中都设置有电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)，用于对电池进行管理。电池管理系统(BMS)通常具有测量电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、温度过高等异常状况出现。某一电气设备中的电源为多个并联的二次电堆，且在该电池管理系统(BMS)侦测出只有其中一个二次电堆的电压不足时，整个电池装置就会停止供电。对消费者而言，无法理解为何电池明明储存 有电能，却无法放电，而且有可能会造成负载端宕机。此种负载端机具的宕机有时会造成危险，例如会造成行驶中的电动车忽然失去电力。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种具有阻尼功能的酸碱共振电池装置，其可由多个相同的电池电堆(cell)串/并联组成，其中每一个电池电堆内部具有自体共振的阻尼效应，以达到快充、快放的目的。

本发明的再一目的在于提供一种具有阻尼功能的酸碱共振电池装置，其具有内部电位自动平衡的作用，从而无须使用电池管理系统(BMS)。

本发明提供一种具有阻尼功能的酸碱共振电池装置由多个相同的电池电堆(cell)串/并联组成。每一电池电堆包含有一酸性二次电堆组和一碱性二次电堆组。通过该酸性二次电堆组与该碱性二次电堆组之间的共振作用自动达到电位平衡，利于充电与放电。

所述该酸性二次电堆组包含至少一个酸性二次电堆。所述碱性二次电堆组包含至少一个碱性二次电堆，各碱性二次电堆之间为串联连接。该酸性二次电堆组与该一碱性二次电堆组之间为并联连接。该酸性二次电堆组的电位接近或等于该碱性二次电堆组的电位，且该酸性二次电堆组的容量接近或等于该碱性二次电堆组的容量，从而能够令该酸性二次电堆组与该碱性二次电堆组之间产生共振的阻尼作用。

在本发明的一实施例中，所述酸性二次电堆可以是磷酸锂铁酸性二次电池。

在本发明的一实施例中，所述碱性二次电堆可以是锌镍碱性二次电池。

所述酸性二次电堆组中的各酸性二次电堆可以通过并联连接的方式来提高容量。所述碱性二次电堆组的各碱性二次电堆可以通过串联连接的方式来提高容量。

在本发明的一实施例中，该酸性二次电堆组由一个电位为3.3～3.4V的酸性二次电堆组成；该碱性二次电堆组由两个电位为1.6～1.8V的碱性二次电堆组成；该酸性二次电堆的容量为该碱性二次电堆的容量的90～110％。

在本发明的一实施例中，该酸性二次电堆组由两个电位为3.2～3.6V的酸性二次电堆并联连接组成；该碱性二次电堆组由两个电位为1.6～1.8V的碱性二次电堆组成；该酸性二次电堆的容量为该碱性二次电堆的容量的45～55％。

本发明还提供了另一种具有阻尼功能的酸碱共振电池装置，其包含一酸性二次电堆组和一碱性二次电堆组；该酸性二次电堆组包含至少一个酸性二次电堆；该碱性二次电堆组包含至少一个碱性二次电堆，各碱性二次电堆之间为串联连接；该酸性二次电堆组与该一碱性二次电堆组之间为并联连接；该酸性二次电堆组的电位为该碱性二次电堆组的电位的90～110％；该酸性二次电堆组的容量为该碱性二次电堆组的容量的90～110％；则该酸性二次电堆组与该碱性二次电堆组之间因电位平衡关系产生共振的阻尼作用。

在本发明的一实施例中，该酸性二次电堆为磷酸锂铁酸性二次电堆电池。

在本发明的一实施例中，该碱性二次电堆为锌镍碱性二次电堆电池。

在本发明的一实施例中，该酸性二次电堆组由一个电位为3.2～3.6V的酸性二次电堆组成；该碱性二次电堆组由两个电位为1.6～1.8V的碱性二次电堆组成；该酸性二次电堆的容量为该碱性二次电堆的容量90～110％。

在本发明的一实施例中，该酸性二次电堆组由两个电位为3.2～3.6V的酸性二次电堆并联连接组成；该碱性二次电堆组由两个电位为1.6～1.8V的碱性二次电堆组成；该酸性二次电堆的容量为该碱性二次电堆的容量的45～55％。

本发明提供的具有阻尼功能的酸碱共振电池装置通过酸性二次电堆组与碱性二次电堆组之间的共振阻尼效应实现了以下有益效果：

1.可令该酸性二次电堆组与碱性二次电堆组之间自动达到电位平衡，无须设置电池管理系统(BMS)。

2.该酸性二次电堆组与碱性二次电堆组之间的内阻低，不会发生温度升高的情形，稳定性高。

3.可通过多组电池电堆的串/并联组成的电池装置10来提升储能电压与放电电流，更能构成多组充、放电路径，以提升充、放电速度。

附图说明

图1为本发明实施例的结构图；

图2为图1所示实施例中电池电堆的结构图；

图3为阻尼充电装置对图1所示实施例进行充电的电路方块图；

图4为本发明第二实施例的结构图；

图5为图4所示实施例中电池电堆的结构图。

附图标记说明：10-电池装置；11-电池电堆；12-酸性二次电堆组；121-酸性二次电堆；122-酸性二次电堆；123-酸性二次电堆；13-碱性二次电堆组；131-碱性二次电堆；132-碱性二次电堆；133-碱性二次电堆；20-充电装置；21-电源输出装置；22-控制电路；23-阻尼电感；24-高频振荡开关；30-电能产生装置；40-负载。

具体实施方式

如图1、图2所示。本发明提供的具有阻尼功能的酸碱共振电池装置10由多个相同的电池电堆11(cell)串/并联组成。每一电池电堆11包含一酸性二次电堆组12和一碱性二次电堆组13。该酸性二次电堆组12与该碱性二次电堆组13之间为电性并联连接。

所述酸性二次电堆组12包含至少一个酸性二次电堆121。所述碱性二次电堆组13包含至少一个碱性二次电堆131，各碱性二次电堆131之间为串联连接。该酸性二次电堆组12与该一碱性二次电堆组13之间为电性并联连接。该酸性二次电堆组12的电位接近或等于该碱性二次电堆组13的电位。其接近程度以该酸性二次电堆组12的电位为该碱性二次电堆组13的电位的90～110％为较佳。当该酸性二次电堆组12的电位等于该碱性二次电堆组13的电位时，可达到最好的实施效果。就一般市售酸性二次电堆121的电位约为3.3～3.4V，碱性二次电堆131的电位约为1.8V，目前尚无法组合成酸性二次电堆组12的电位等于碱性二次电堆组13的电位的电池装置10。

所述该酸性二次电堆121与该碱性二次电堆131的材料不同，进而造成二者的能阶不同。其中，该酸性二次电堆组12利于储存电流型态的电能，该碱性二次电堆组13利于储存电压型态的电能。

该酸性二次电堆组12的容量接近或等于该二碱性二次电堆组13的容量。其接近程度以该酸性二次电堆组的容量为该碱性二次电堆组的容量的90～110％为较佳。当该酸性二次电堆组12的容量等于该二碱性二次电堆组13的容量时，可达到最好的实施效果。但电池121、131的实际容量是指电池121、131所容纳的功(W)。功(W)＝电压(V)×电流(I)×时间(T)，所以不易令该酸性二次电堆组12的实际功容量等于该二碱性二次电堆组13的实际功容量。

因为该酸性二次电堆12与该碱性二次电堆13的能阶不同，以及该酸性二次电堆组12与该碱性二次电堆组13之间必须达到电位完全相等的平衡关系，令该电池电堆11在充电、放电过程中，该酸性二次电堆组12与碱性二次电堆组13之间所造成的瞬间电压失衡(有较大的电压差别)，则瞬间电位偏高的该碱性二次电堆组13自动将电能传输到电位相对偏低的该酸性二次电堆组12内；或者，令瞬间电位偏高的该酸性二次电堆组12自动将电能 传输到电位相对偏低的该碱性二次电堆组13内，使该酸性二次电堆组12与该碱性二次电堆组13之间的电位趋向相等的完全平衡状态。这种会自动做自体内部共振的现象即称为阻尼效应(Damping effect)。即使在该电池电堆11未做充电、放电时，其内部也会出现自体共振的阻尼效应，使该酸性二次电堆组12与该碱性二次电堆组13之间的电位趋向等于或接近相等的平衡状态。

图1、图2所示的实施例中，该酸性二次电堆组12由一个电位为3.3～3.4V的酸性二次电堆121构成。该碱性二次电堆组13由两个电位为1.6～1.8V的碱性二次电堆131串联组成。该酸性二次电堆121的电位为3.3～3.4V，接近于该二碱性二次电堆131的总电位3.2～3.6V。则该酸性二次电堆组12的电位在该碱性二次电堆组13的电位的90～110％的范围内。该酸性二次电堆121的容量为20Ah。该碱性二次电堆131的容量为20Ah。则该酸性二次电堆组12的容量在该碱性二次电堆组13的容量的90～110％的范围内。则该酸性二次电堆组12的实际功容量也就能够接近于该二碱性二次电堆组13的实际功容量。

前述的酸性二次电堆121可以是磷酸锂铁酸性二次电池。所述的碱性二次电堆131可以是锌镍碱性二次电池。

前述具有阻尼功能的酸碱共振电池装置必须使用具有阻尼功能的充电装置来充电，例如已授权的新型第M484854号“阻尼充电装置”。如图3所示。所述充电装置20包含一电源输出装置21、一控制电路22、一阻尼电感23及一高频振荡开关24。该电源输出装置21能够与一电能产生装置30连接，其主要将电能产生装置30输出的电能做升压或降压后输出电源。该酸碱共振电池装置的正极端与该阻尼电感23连接，负极端与该高频振荡开关24连接。该电能产生装置30可以是再生能产生装置，也可以是家用电源。该充电装置20通过该高频振荡开关24使该阻尼电感23进行高频率的储电和 放电。该高频振荡开关24在ON的状态下，该阻尼电感23会储存电能。该高频振荡开关24在OFF的状态下，该阻尼电感23会将所储存的电能释放出来对该酸碱共振电池装置充电。因此该充电装置20可放出的电能是具有频率响应的电能，对电池装置10充电。该电池装置10可放电供负载40作功。

该酸性二次电堆组12与与碱性二次电堆组13之间以瞬间快速的共振型态来达到电压平衡，是一种阻尼效应。由于该电池装置10中的每一电池电堆11在充电、放电过程中会产生自体共振，从而不会造成升温现象，并能够提高电池装置10的使用寿命。由于该酸性二次电堆组12与该碱性二次电堆组13之间的电位会自动趋向等于或接近相等的平衡状态，所以无须使用电池管理系统(BMS)，则电器内无需装设电池管理系统(BMS)电路板可降低电器的生产成本，以及降低机体的重量。

因为该电池装置10的每一电池电堆11都具有自体共振的阻尼特性，则构成电池装置的电池电堆11数量愈多，其充电与放电的路径就愈多，就能使充电与放电的速度加快。

图4、图5所示为本发明的另一实施例。该电池装置10中的每一电池电堆11的酸性二次电堆组12由两个电位为3.2～3.6V的酸性二次电堆122并联连接组成。该碱性二次电堆组13由两个电位为1.6～1.8V的碱性二次电堆132组成。该酸性二次电堆组12的电位在该碱性二次电堆组13的电位的90～110％的范围内。该酸性二次电堆122的容量为1250mAh，是该碱性电池132的容量2500mAh的二分之一，亦即，该酸性二次电堆122的容量在该碱性电池132的容量45～55％的范围内。该酸性二次电堆组12的容量为1250mAh×2＝2500mAh，在该碱性二次电堆组13的电容的90～110％的范围内。故可将两个酸性二次电堆122并联连接，以提高该酸性二次电堆组12的容量，以接近于该碱性二次电堆组13的容量。

综上所陈，本发明提供的具有阻尼功能的酸碱共振电池装置通过酸性 二次电堆组与碱性二次电堆组之间的共振阻尼效应实现了以下有益效果：

1.可令该酸性二次电堆组与碱性二次电堆组之间自动达到电位平衡，无须设置电池管理系统(BMS)。

2.该酸性二次电堆组与碱性二次电堆组之间的内阻低，不会发生温度升高的情形，稳定性高。

3.可通过多组电池电堆的串/并联组成的电池装置10来提升储能电压与放电电流，更能构成多组充、放电路径，以提升充、放电速度。

以上所述为利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。大凡熟知此类技艺人士皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。