专利名称：具平衡电路的充电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具平衡电路的充电装置，尤指一种适用于电动车辆、或其他 可移动式电子设备的充电装置。
背景技术：
目前一般电池组在进行充电或放电时，都是以串联放电和串联充电的方式。请参 阅图1，图1是习知充电装置示意图。图中显示有一充电模组9、以及三个充电电池8。据 此，由图1可明确得知习知的充电装置是充电模组9的二端电极直接电性连接到已逐一串 联的三个充电电池8的两端电极上。然而，由于每颗充电电池的容量、特性、及充放电的性能无法完全一致，难免都会 有些微的差异，尤其在进行一定的次数以上的充放电后，常常会导致容量较大的充电电池 尚未充饱，容量较小的电池则会有过充而造成膨胀的现象，若是持续过充甚至有爆炸的危 险。而且，这些差距会持续被放大，以致整组电池会被其中较差的电池所影响，而造成整体 电池组的容量下降，甚至缩短其整体使用 寿命。由此可知，如何达成一种安全、简单、成本低廉，且有效提高充电电池使用寿命的 具平衡电路的充电装置，实在是产业上的一种迫切需要。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种具平衡电路的充电装置，其具有可以产生平衡充电 的效果，进而提高充电电池的使用寿命。本实用新型的目的是这样实现的，一种具平衡电路的充电装置，包括充电电池 组、一充电模组、及一充电平衡模组。其中，充电电池组，包括一第一充电电池、及一第二充 电电池，其是逐一串联。而充电模组包括有一正极端、及一负极端，其是分别电性连接至串 联的充电电池组的二端电极。此外，充电平衡模组包括有一控制单元、一第一压降单元、一
第二压降单元、一第一功率开关、一第二功率开关、一第一功率消耗单元、及一第二功率消 耗单元。其中，第一压降单元包括有二第一输入端、及一第一输出端，而二第一输入端分别 电性连接至第一充电电池的二端电极，第一输出端电性连接至控制单元。第二压降单元亦 包括有二第二输入端、及一第二输出端。其二第二输入端分别电性连接至第二充电电池的 二端电极，第二输出端电性连接至控制单元。此外，第一功率开关耦接第一功率消耗单元并电性连接至第一充电电池的二端电 极。第一功率开关更包括有一第一受控端并电性连接至控制单元，第二功率开关耦接第二 功率消耗单元并电性连接至第二充电电池的二端电极。而第二功率开关更包括有一第二受 控端并电性连接至控制单元。据此，控制单元运算比较第一压降单元的第一输出端、及第二压降单元的第二输 出端所输入的电压大小，并据以分别透过第一受控端、及第二受控端控制第一功率开关、及第二功率开关的启闭。因此，本实用新型藉由第一功率开关、及第二功率开关的开启或关闭 形成分流，再透过第一功率消耗单元、及一第二功率消耗单元来消耗分流电量，以产生平衡 充电的效果，进而提高充电电池的使用寿命再者，本实用新型的充电电池组可更包括有一第三充电电池，而充电平衡模组可 更包括有一第三压降单元、一第三功率开关、及一第三功率消耗单元。其中，第三压降单元 也包括有二第三输入端、及一第三输出端，其二第三输入端分别电性连接至第三充电电池 的二端电极，第三输出端电性连接至控制单元。而第三功率开关耦接第三功率消耗单元并 电性连接至第三充电电池的二端电极。第三功率开关更包括有一第三受控端并电性连接至 控制单元。据此，控制单元运算比较第一压降单元的第一输出端、第二压降单元的第二输出 端、及第三压降单元的第三输出端所输入的电压大小，并据以分别透过第一受控端、第二受 控端、及第三受控端控制第一功率开关、第二功率开关、及第三功率开关的启闭。据此，本实 用新型可适用于任何二个以上充电电池的充电装置。另外，本实用新型的控制单元可更包括有一类比数位转换器。其中，第一压降单 元、及第二压降单元分别输入类比讯号至类比数位转换器，并经转换为数位讯号以分别输 出控制第一功率开关、及第二功率开关。据此，主要藉由数位讯号来进行控制第一功率开 关、及第二功率开关。又，本实用新型的第一充电电池、及第二充电电池分别可为一铅酸电 池，主要因其具备充电效率高、充电时间短等特点。再且，本实用新型的第一压降单元、及第二压降单元可分别包括有一运算放大器， 其主要用以降低输入控制单元的电压以避免烧毁控制单元，另外亦具有降低杂讯的功能。 当然，不以运算放大器为限，任何可以降低电压、及减少杂讯的等效装置、组件、或元件皆可 适用。此外，本实用新型的控制单元可为一系统单晶片，因其可程式控制，故具备简单、便 宜、及弹性等优点。又，本实用新型的第一功率开关、及第二功率开关可分别是指一场效电晶体。亦 即，本实用新型采用场效电晶体来进行开关控制，其具备简单、及成本低等优势。当然，本实 用新型不以场效电晶体为限，其他等效装置亦可。另外，本实用新型的第一功率消耗单元、及第二功率消耗单元分别可为一功率电 阻、一般电阻、或其他等效装置或元件。本实用新型的第一功率消耗单元、及第二功率消耗 单元主要用以消耗分流后的电流，以维持充电平衡。当然，本实用新型不以消耗电流为限， 亦可以电流回收装置取代功率消耗单元，来进行回收分流后的电流。然而，本实用新型所采 用的功率电阻主要具备可承受甚大的功率消耗、及散热较佳等优点。本实用新型的优点是，藉由控制单元运算比较每一压降单元的输出端所输入电压 的大小，并据以分别透过功率开关的受控端来控制其开启或关闭，用以形成分流，再藉由功 率消耗单元来消耗电量，以平衡其充电速度，使其电池组的电压在充电过后皆趋于一致，进 而提高充电电池的使用寿命；其有简单、便宜、及弹性等优点。
图1是习知充电装置示意图。图2是本实用新型一较佳实施例的示意图。图3是本实用新型第一实施例的电路示意图。[0019]图4是本实用新型第二实施例的电路示意图。主要元件符号说明2充电电池组21第一充电电池22第二充电电池23第三充电电池3，9充电模组31正极端32负极端4充电平衡模组40控制单元41第一压降单元 42第二压降单元43第三压降单元44第一功率开关45第二功率开关46第三功率开关47第一功率消耗单元48第二功率消耗单元49第三功率消耗单元401类比数位转换器411，412第一输入端413第一输出端421，422第二输入端423第二输出端431，432第三输入端433第三输出端441第一受控端451第二受控端461第三受控端8充电电池
具体实施方式
请同时参阅图2、及图3，图2是本实用新型具平衡电路的充电装置一较佳实施例 的示意图，图3是本实用新型第一实施例的电路示意图。以下实施例将以电动机车的充电 装置进行说明，惟本实用新型不限于任何车辆或任何可移动式电子装置。其中，图中显示有 充电电池组2，其分别是第一充电电池21、及第二充电电池22，其是逐一串联且其饱合电压 分别为14.7伏特(V)。一充电模组3，包括有一正极端31、及一负极端32，其是分别电性连 接至串联的充电电池组2的二端电极。然而，以充电装置而言，充电模组3的正极端31会电连接至串联后的充电电池组2 的正极端，充电模组3的负极端32会电连接至串联后的充电电池组2的负极端。如此，方 可产生充电的效果。在本实施例中，充电电池组2采用一般电动机车、或电动车常见的铅酸 电池，主要因其具备充电效率高、充电时间短等特点。其中，充电平衡模组4则分别与第一充电电池21、及第二充电电池22并联电性连 接。充电平衡模组4包括有一控制单元40、一第一压降单元41、一第二压降单元42、一第一 功率开关44、一第二功率开关45、一第一功率消耗单元47、及一第二功率消耗单元48。在 本实施例中，控制单元40为一系统单晶片(SOC)，第一压降单元41、及第二压降单元42分 别为一运算放大器(Operational Amplifier, Op Amp)，第一功率开关44、及第二功率开关 45分别为一场效电晶体(MOSFET)，第一功率消耗单元47、及一第二功率消耗单元48分别为 一功率电阻(Power Resistor)。另外，本实施例的控制单元40更包括有一类比数位转换器401，因第一压降单元 41、及第二压降单元42所输入的讯号为类比讯号。而第一功率开关44、及第二功率开关45 的场效电晶体所需的控制讯号为数位讯号。因此，控制单元40的类比数位转换器401负责将输入的类比讯号转换为数位讯号，以方便输出控制第一功率开关44、及第二功率开关 45。再者，第一压降单元41、及第二压降单元42主要用以降低输入控制单元的电压以 避免烧毁控制单元40，另外亦具有降低杂讯的功能。其中，第一压降单元41包括有二第一 输入端411，412、及一第一输出端413。二第一输入端411，412分别电性连接至第一充电电 池21的二端电极。亦即，藉由并联量测第一充电电池21 二端电极的电压差。而第一输出 端413电性连接至控制单元40。据此，透过二第一输入端411，412输入，再经过第一压降 单元41降低电压后，透过第一输出端413输入至控制单元40。通常透过第一压降单元41 后，电压会降低至0 5伏特。再且，第二压降单元42也包括有二第二输入端421，422、及一第二输出端423。二 第二输入端421，422亦分别电性连接至第二充电电池22的二端电极。而第二输出端423 同样电性连接至控制单元40。其中，第二压降单元42与第一压降单元41有着同样的接线 方式，并扮演相同角色、及功用。此外，第一功率开关44耦接第一功率消耗单元47并电性连接至第一充电电池21 的二端电极。且第一功率开关44更包括有一第一受控端441系电性连接至控制单元40。 亦即，本实施例透过控制单元40输出讯号以控制第一功率开关44，来进行开启或关闭。倘 若开启，充电电流便产生分流，将会流经第一功率消耗单元47，以平衡充电速度。本实施例 第一功率消耗单元47所采用的功率电阻为80欧姆的功 率电阻。并且，第二功率开关45耦接第二功率消耗单元48并电性连接至第二充电电池22 的二端电极。第二功率开关45更包括有一第二受控端451系电性连接至控制单元40。其 中，第二压降单元42与第一压降单元41有着同样的接线方式，并扮演相同角色、及功用。据 此，本实施例的第一功率消耗单元47、及第二功率消耗单元48采用功率电阻主要因为其具 备可承受甚大的功率消耗、及散热较佳等优点。据此，控制单元40运算比较第一压降单元41的第一输出端413、及第二压降单元 42的第二输出端423所输入的电压大小。并据以分别透过第一受控端441、及第二受控端 451控制第一功率开关44、及第二功率开关45的启闭。亦即，透过两者的比较，倘若流经第 一压降单元41的电压大于流经第二压降单元42的电压时，便开启第一功率开关44而形成 分流，再藉由功率消耗单元47来消耗分流的充电电量，以平衡其充电速度，使其电池组的 电压在充电过程中及过后皆趋于一致，进而提高使用寿命。请参阅图4，图4是本实用新型具平衡电路的充电装置第二实施例的电路示意图。 本第二实施例与上述第一实施例主要差别在于，第二实施例具备三个充电电池、及三个平 衡电路，其用意在于说明本实用新型可视实际需求任意扩充，不受限制。图中显示，充电电 池组2更包括有一第三充电电池23，而充电平衡模组4更包括有一第三压降单元43、一第 三功率开关46、及一第三功率消耗单元49。其中，第三压降单元43同样包括有二第三输入 端431，432、及一第三输出端433。又，第三压降单元43的二第三输入端431，432也分别电性连接至第三充电电池23 的二端电极，第三输出端433电性连接至控制单元40。然而，第三功率开关46耦接第三功 率消耗单元49并电性连接至第三充电电池23的二端电极。且第三功率开关46更包括有 一第三受控端461系电性连接至控制单元40。其控制单元40运算比较第一压降单元41的第一输出端413、第二压降单元42的第二输出端423、及第三压降单元43的第三输出端433 所输入的电压大小，并据以分别透过第一受控端441、第二受控端451、及第三受控端461控 制第一功率开关44、第二功率开关45、及第三功率开关46的启闭。 上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以 申请专利范围所述为准，而非仅限于 上述实施例。
权利要求一种具平衡电路的充电装置，其特征在于包括充电电池组，是包括一第一充电电池、及一第二充电电池，其是逐一串联；一充电模组，包括有一正极端、及一负极端是分别电性连接至串联的该充电电池组的二端电极；以及一充电平衡模组，包括有一控制单元、一第一压降单元、一第二压降单元、一第一功率开关、一第二功率开关、一第一功率消耗单元、及一第二功率消耗单元，该第一压降单元包括有二第一输入端、及一第一输出端，该二第一输入端分别电性连接至该第一充电电池的二端电极，该第一输出端电性连接至该控制单元，该第二压降单元包括有二第二输入端、及一第二输出端，该二第二输入端分别电性连接至该第二充电电池的二端电极，该第二输出端电性连接至该控制单元，该第一功率开关耦接该第一功率消耗单元并电性连接至该第一充电电池的二端电极，该第一功率开关包括有一第一受控端并电性连接至该控制单元，该第二功率开关耦接该第二功率消耗单元并电性连接至该第二充电电池的二端电极，该第二功率开关包括有一第二受控端并电性连接至该控制单元，该控制单元运算比较该第一压降单元的该第一输出端、及该第二压降单元的该第二输出端所输入的电压大小，并据以分别透过第一受控端、及第二受控端控制该第一功率开关、及该第二功率开关的启闭。
2.如权利要求1所述的具平衡电路的充电装置，其特征在于该充电电池组包括有一第 三充电电池，该充电平衡模组包括有一第三压降单元、一第三功率开关、及一第三功率消耗 单元，其中，该第三压降单元包括有二第三输入端、及一第三输出端，该二第三输入端分别 电性连接至该第三充电电池的二端电极，该第三输出端电性连接至该控制单元，该第三功 率开关耦接该第三功率消耗单元并电性连接至该第三充电电池的二端电极，该第三功率开 关包括有一第三受控端并电性连接至该控制单元，该控制单元运算比较该第一压降单元的 该第一输出端、该第二压降单元的该第二输出端、及该第三压降单元的该第三输出端所输 入的电压大小，并据以分别透过该第一受控端、该第二受控端、及该第三受控端控制该第一 功率开关、该第二功率开关、及该第三功率开关的启闭。
3.如权利要求1所述的具平衡电路的充电装置，其特征在于该控制单元包括有一类比 数位转换器，该第一压降单元、及该第二压降单元分别输入类比讯号至该类比数位转换器， 并经转换为数位讯号以分别输出控制该第一功率开关、及该第二功率开关。
4.如权利要求1所述的具平衡电路的充电装置，其特征在于该第一压降单元、及该第 二压降单元分别包括有一运算放大器。
5.如权利要求1所述的具平衡电路的充电装置，其特征在于该第一功率开关、及该第 二功率开关分别指一场效电晶体。
6.如权利要求1所述的具平衡电路的充电装置，其特征在于该第一功率消耗单元、及 该第二功率消耗单元分别指一功率电阻。
7.如权利要求1所述的具平衡电路的充电装置，其特征在于该控制单元指一系统单晶片。
8.如权利要求1所述的具平衡电路的充电装置，其特征在于该第一充电电池、及该第 二充电电池分别是指一铅酸电池。
专利摘要本实用新型为一种具平衡电路的充电装置，包括有充电电池组、一充电模组、及一充电平衡模组。其中，每一充电平衡模组又包括有一控制单元、一压降单元、一功率开关、及一功率消耗单元。据此，本实用新型可适用于任何二个以上充电电池的充电装置。本实用新型主要藉由控制单元运算比较每一压降单元的输出端所输入电压的大小，并据以分别透过功率开关的受控端来控制其开启或关闭，用以形成分流，再藉由功率消耗单元来消耗电量，以平衡其充电速度，使其电池组的电压在充电过后皆趋于一致，进而提高充电电池的使用寿命。
文档编号H02J7/00GK201766394SQ201020531429
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者曾威婷, 涂育廷, 王栋生, 邱韦闵, 陈诚 申请人:三阳工业股份有限公司