电池组

摘要

一种电池组，包括有一主电池及至少一补偿电池，补偿电池与主电池形成串联连接，该补偿电池具备低温电池的特性，其低温放电功率衰减幅度小，使电池组能在低温的环境下提供负载开机所需的电能。

权利要求

1.一种电池组，该电池组供应电能至一负载，且设置于该负载内部，其特征在于，该电池组包括：一主电池，该主电池包括有至少一电池单元，该主电池在摄式二十五度的放电功率定义为一第一功率，该主电池在摄式负二十度的放电功率定义为一第二功率，第一功率减第二功率后再除以第一功率所得的值大于或等于0.5；

至少一补偿电池，该补偿电池在摄式二十五度的放电功率定义为一第三功率，该补偿电池在摄式负二十度的放电功率定义为一第四功率，第三功率减第四功率后再除以第三功率所得的值小于或等于0.35；

其中，该主电池与该补偿电池串联后提供电力至该负载。

2.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，更包括有一切换开关组，该切换开关组包括有：一第一开关，串联连接在该主电池与该补偿电池之间，该第一开关具有开路与闭路两个开关状态；

一第二开关，串联连接在该补偿电池与该负载之间，该第二开关具有开路与闭路两个开关状态；

一第三开关，串联连接在该主电池与该负载之间，该第三开关具有开路与闭路两个开关状态。

3.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，该切换开关组更包括有一第四开关，并联连接于该主电池与该第一开关，该第四开关具有开路与闭路两个开关状态。

4.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，更包括有一电流抑制组件，串联连接于该补偿电池与该第二开关之间。

5.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，该负载为笔记型计算机、个人数字助理之一。

6.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，该电池单元为镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

7.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，该补偿电池为磷酸锂铁电池。

8.一种电池组，该电池组供应电能至一负载，且设置于该负载内部，其特征在于，该电池组包括：一主电池，该主电池包括有至少一电池单元，该主电池在摄式二十五度的放电功率定义为一第一功率，该主电池在摄式负二十度的放电功率定义为一第二功率，第一功率减第二功率后再除以第一功率所得的值大于或等于0.5；

至少一补偿电池，该补偿电池具备低温电池的特性，该补偿电池在摄式二十五度的放电功率定义为一第三功率，该补偿电池在摄式负二十度的放电功率定义为一第四功率，第三功率减第四功率后再除以第三功率所得的值小于或等于0.35；

其中，该主电池与该补偿电池串联后经由一电流抑制组件提供电力至该负载。

9.如权利要求8所述的电池组，其特征在于，更包括有一切换开关组，该切换开关组包括有：一第一开关，串联连接在该主电池与该补偿电池之间，该第一开关具有开路与闭路两个开关状态；

一第二开关，串联连接在该电流抑制组件与该负载之间，该第二开关具有开路与闭路两个开关状态；

一第三开关，串联连接在该主电池与该负载之间，该第三开关具有开路与闭路两个开关状态。

10.如权利要求9所述的电池组，其特征在于，该切换开关组更包括有一第四开关，并联连接于该主电池与该第一开关，该第四开关具有开路与闭路两个开关状态。

11.如权利要求9所述的电池组，其特征在于，该负载为笔记型计算机、个人数字助理之一。

说明书

电池组

【技术领域】

[0001] 本发明关于一种电池供电电路，特别是关于一种具有低温工作补偿的电池组，以使取用该电池组的负载能在低温下具有足够的能量作为开机及使用。【背景技术】

[0002] 近年来，随着科技进步，通讯及消费性电子产业发达，许多消费性负载，例如：GPS卫星导航、个人数字助理、行动电话、笔记型计算机、相机及摄影机等等，广泛应用在大众生活当中。对于此等负载的小型化、轻量化及高性能化的要求也比普通装置要来的多，伴随之，使用此等负载的供电电池其要求也比一般装置要来的高，其中，对于供电电池的放电负荷及低温放电特性于应用领域上，受限于整体设计成本、尺寸、复杂性及市场价值等条件，一直使得负载的供电电池在低温放电的实际应用中，其技术无法有效突破。 [0003] 请同时参阅图1及图2所示，图1为显示现有电池组供应负载电力的示意图，图2为显示现有电池组供应负载的放电容量与电池电压关系的波形图。如图所示，横轴代表电池的放电容量，其单位为毫安-小时，纵轴代表电池的电压，其单位为伏特。电池组100经由一第一负载端11及一第二负载端12连接一负载14，例如：笔记型计算机，常使用如图所示的具有三串三并电池单元13的电池组100来提供操作所需的电力。其中笔记型计算机所使用的电池组，一般以镍氢(NiMH)电池或是镍镉(NiCd)电池为主，较高级机种则多配合续电力较佳且无记忆效应的锂离子(Li-ion)电池。

[0004] 如图2所示，电池的放电曲线A1、A2、A3、A4、A5在初期时，充饱电的电池电压都维持在一额定电压准位。笔记型计算机开机时，电池组100的供电电压会往下掉，在经过一段平缓的区间，这区间的电压下降曲线并不明显，直到供电末期，电压才会又快速往下降，其中在不同的温度区段下，会有不同分布的放电曲线，且温度越低，其电池电压及放电容量都会越小，故造成如图所示的具有不同分布的放电曲线A1、A2、A3、A4、A5。 [0005] 由上述可知，现有市面上用于负载例如笔记型计算机的供电电池，其在低温的环境下，由于受限于本身电池的化学特性，在低温环境下其化学特性较差，仅能在某一温度区段内提供正常的工作电压，一旦低于该温度区段，其供给电压就会不足以使负载正常使用，特别是在摄氏负30度的环境下，其提供的能量不足以使计算机开机及使用，故在此动态负载的条件下，一般供电电池几乎无法达到在低温时所期望的使用效率。续电力较佳且无记忆效应的锂离子(Li-ion) 电池由于重量较轻、体积能量密度比较高，又没有记忆效应，故在低温的环境下，能勉强让负载例如笔记型计算机可作为开机及使用，但其具有电流较小的缺点，若以相同数量的电池设计来看，其电池的化学特性仍会大幅缩短电池模态(Battery Mode)下的使用时间，且电池的成本也相对的提高许多，不符合产品设计的理念。 [0006] 再者，在电池的现有技术中，虽然有业者设计出适合工作于较低温区段的特殊电池(即业者惯称的低温电池)，但相对地，此类电池在高温区段工作环境下的效能并不好，且此类电池的成本通常较高，以单纯此类电池组作为负载的供电电池，也不能解决电池组工作效能受到环境温度影响的问题。且具备低温电池特性的电池价格较高，若全数采用低温电池作为负载供电的电池组，则成本非常高。【发明内容】

[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有低温工作补偿兼具成本考虑的电池组，借由在一般低成本的主电池串联连接补偿电池，以改善现有一般电池组在低温的环境下不足以使负载开机，以及全数采用低温电池的高成本缺点。

[0008] 本发明的另一目的是提供一种适合操作于预设全域工作温度区段的电池组，借由主电池及补偿电池在不同工作温度区段发挥不同的工作效能组合，使得负载在预定的工作温度区段中，能有够高的工作电压及足够的电能使其正常使用。

[0009] 本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段在电池组中包括有一主电池及至少一串联连接主电池的补偿电池，补偿电池的负极连接于主电池的正极，正极则经由一低温供电回路连接至负载，补偿电池的选用采用具备低温电池的特性，其低温放电功率衰减幅度小。

[0010] 本发明的较佳实施例中，更包括有一切换开关组，借由开路与闭路两个开关状态来切换电池组的不同工作模式。再者，于一较佳实施例中，更包括有一电流抑制组件，其串联连接于补偿电池与第一负载端之间，作为负载在启动阶段作为抑制电流之用。 [0011] 经由本发明所采用的技术手段，在供应电能至负载的主电池中串联连接有补偿电池，由于补偿电池在低温工作区段的放电功率衰减幅度小，故使得本发明具有低温工作补偿的电池组能在低温的环境下，仍能提供负载所需的开机电能，使负载顺利完成开机。 [0012] 本发明除了具备使负载在低温环境下顺利完成开机之外，更兼顾了成本的考虑。由于具备低温电池特性的电池价格较高，本发明中以一般电池作为主电池串联少量的低温电池，即能借以在较低成本下达成负载低温开机目的。

[0013] 本发明所采用的具体实施例，将借由以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。 【附图说明】

[0014] 图1为现有电池组供应负载电力的示意图；

[0015] 图2为现有电池组供应负载的放电容量与电池电压关系的波形图； [0016] 图3为本发明的第一实施例于低温模态下供电的电路图；

[0017] 图4为本发明的第一实施例于正常模态下供电的电路图；

[0018] 图5为本发明的第一实施例于热插拔模态下供电的电路图；

[0019] 图6为本发明的第二实施例于低温模态下供电的电路图；

[0020] 图7为本发明的第二实施例于正常模态下供电的电路图；

[0021] 图8为本发明的第二实施例于热插拔模态下供电的电路图。【具体实施方式】

[0022] 参阅图3所示，其为本发明的第一实施例于低温模态下供电的电路图。本发明的具有低温工作补偿的电池组200经由一第一负载端21及一第二负载端22连接一负载6，用以供应电能至该负载6，负载6可为笔记型计算机、个人随身助理、可携式电子设备之一，电池组200设置于负载6内部，电池组200包括有一主电池3及至少一补偿电池4，主电池3包括有至少一电池单元30，在本实施例中，由三串三并(3S3P)的电池单元30组成主电池
3，主电池3具有一正极31及一负极32，补偿电池4的负极41连接于主电池3的正极31，补偿电池4的正极42则经由一低温供电回路C连接至第一负载端21。

[0023] 如图所示，本发明的具有低温工作补偿的电池组200更包括有一切换开关组5，包括有一第一开关51、一第二开关52、一第三开关53及一第四开关54，第一开关51串联连接在主电池3的正极31与补偿电池4的负极41间，其具有开路与闭路两个开关状态，第二开关52串联连接在补偿电池4的正极42与第一负载端21之间，其也具有开路与闭路两个开关状态，第三开关53串联连接在主电池3的正极31与第一负载端21之间，其也具有开路与闭路两个开关状态，而第四开关54的其中一端连接在补偿电池4的负极41与第一开关51的节点D，而另一端连接于主电池3的负极32，其也具有开路与闭路两个开关状态。 [0024] 在本实施例中，主电池3中的电池单元30可为镍氢电池、镍镉电池或一般锂电池，主电池3在摄式二十五度的放电功率定义为一第一功率，主电池3在摄式负二十度的放电功率定义为一第二功率，第一功率减第二功率后再除以第一功率所得的值大于或等于0.5。 [0025] 补偿电池4可为一磷酸锂铁电池(分子式LiFePO4，简称LFP)，也称为锂铁磷电池，其具有工作电压适中、电容量大、高放电功率、循环寿命长且在低温仍具有良好的供电特性。故可以确保补偿电池4的大电流输出输入的安全性，且忍受充放电的能力比其它一般的电池要来的大。再者，补偿电池4的电池循环寿命约是一般锂电池的4～5倍，在同样能量密度下的整体重量，约较锂电池减少30～50％，且其具有高于锂电池8～10倍的高放电功率(可瞬间产生大电流)。 补偿电池4在摄式二十五度的放电功率定义为一第三功率，补偿电池4在摄式负二十度的放电功率定义为一第四功率，第三功率减第四功率后再除以第三功率所得的值小于或等于0.35。

[0026] 选用补偿电池4的重要考虑因素是补偿电池4必须具备低温操作供电的特性。意即该补偿电池4必须符合低温电池的特性。在本发明的较佳实施例中，符合于所要求低温电池特性的数学式可表示为：

[0027] (W1-W2)/W1≤0.35

[0028] 其中W1为补偿电池在25℃的放电功率。

[0029] W2为补偿电池在-20℃的放电功率。

[0030] 也即，符合低温电池的定义为：补偿电池在摄式二十五度的放电功率(W1)减补偿电池在摄式负二十度的放电功率(W2)，而后再除以补偿电池在摄式二十五度的放电功率(W1)所得的值小于或等于0.35。

[0031] 举例而言，常温(25℃)下的一般电池与低温电池放电能力为3.6伏特(V)，2安培(A)，放电功率为7.2瓦特(W)。而在低温(-20℃)下的一般电池放电能力为3.6伏特(V)，0.5安培(A)，放电功率为1.8瓦特(W)。因此，一般电池的低温放电功率衰减幅度为(7.2W-1.8W)/7.2W＝75％。而低温电池在低温(-20℃)下的放电能力为3.6伏特(V)，1.5安培(A)，放电功率为5.4瓦特(W)。因此，低温电池的低温放电功率衰减幅度为(7.2W-5.4W)/7.2W＝25％。

[0032] 在图3的低温模态(Low Temp Mode)电路中，第一开关51及第二开关52呈闭路状态，而第三开关53及第四开关54呈开路状态。由于补偿电池4在低温环境下仍具有良好的供电特性，可以弥补因主电池3在低温环境中供电功率衰减所需补偿的电力。故本发明的具有低温工作补偿的电池组200的主电池3及补偿电池4以串联连接的模式，能在低温的环境下提供稳定的工作电压V1给负载6。

[0033] 参阅图4所示，其为本发明的第一实施例于正常模态下供电的电路图。在此一正常模态(Normal Mode)下，第一开关51、第二开关52、第四开关54呈开路状态，仅第三开关53呈闭路状态，故主电池3提供一工作电压V2至负载6。

[0034] 参阅图5所示，其为本发明的第一实施例于热插拔模态下供电的电路图。在开机状态中，若使用者需对主电池3进行检视而须要暂时取下主电池3或当主电池3电力耗尽而须要更换另一主电池3时，使用者可将本发明电池组200的电路设定操作于热插拔模态(Hot Swap Mode)。在热插拔模态中，第一开关51及第三开关53呈开路状态，而第二开关52及第四开关54呈闭路状态。此时，补偿电池4可经由第二开关52暂时提供工作电压V3至负载6，在补偿电池4暂时提供电力至负载6后，使用者即可在开机状态下，暂时取下主电池3或是更换另一主电池，而无需关机后再更换电池。

[0035] 参阅图6至图8所示，分别显示本发明的第二实施例于低温模态下供电的电路图、第二实施例于正常模态下供电的电路图与第二实施例于热插拔模态下供电的电路图，此一实施例电池组200a的组成组件大致上与第一实施例相同，故相同的组件乃标示以相同的组件编号，以资对应。其差异在于电路中更包括有一电流抑制组件L，串联连接于补偿电池4与第二开关52之间，该电流抑制组件L可为一电感器，可作为抑制电流之用。 [0036] 上述电流抑制组件L仅为本发明电路中的例举实施例。在实际的应用中，也可包括其它不同电路功能的电路组件，例如稳压器、金氧半场效晶体管、感抗组件…等。这些不同功能的电路组件皆含盖于本发明中所定义的电流抑制组件L的等效组件中。 [0037] 由以上的实施例可知，本发明所提供的具有低温工作补偿的电池组确具产业上的利用价值，故本发明业已符合于专利之要件。惟以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技艺者当可依据上述的说明而作其它种种的改良，惟这些改变仍属于本发明的发明精神及以下所界定的专利范围中。