专利名称：智能型过放电保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及一种智能型过放电保护装置，能应用锂铁电池上，以做为一般车辆的车用电池[启动电池]，及/或纯电动车[Electric Vehicle ;EV]、油电混合动力车[Hybrid Electric Bus ;HEV]、和插电式油电混合动力车[Plug-In Hybrid Electric Vehicle ；PHEV]的动力电池使用。
背景技术：
铅酸电池[Lead Acid Batteries]是世界上各类电池中，产量最大的蓄电池种类， 但其生产过程存在高水耗和高污染两大问题。在国际《巴塞尔公约》中，铅酸蓄电池已被列为世界公认的主要污染物之一，故其终需被取代。自公元1991年，SONY公司成功开发并发布首个商用锂离子电池[Lithium ion lottery]，并将此电池技术，推向市场，随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌，锂离子电池开始遍布于人们的日常生活中，它的实用化，使人们的移动电话、笔记本计算机等携带型电子设备，重量和体积大大减小，使用时间大大延长，由于锂离子电池中不含有重金属镉，与镍镉电池相比，大大减少了对环境的污染。锂离子电池中，主要的区分方式，是以正极材料来分类，一般有锂镍钴电池、锂锰电池、锂镍钴电池、锂镍电池、锂钛电池、锂镍钴锰电池、磷酸锂铁电池等不同的电池，其中又以磷酸锂铁电池[以下文中简称锂铁电池]，为最被看好、应用性高的新世代锂离子电池。随着人类生活进步，传统铅酸电池的效用，已经无法符合消费者的需求，因此开始有人以锂铁电池，用来替代传统铅酸电池，作为汽油引擎车的电源，作为车用电池[启动电池]来使用。虽然，锂铁电池各方面的性能，均远胜过铅酸电池，唯独价格高[5 22倍高]是最大的弱点，然而长久以来，车用电池[启动电池]一般均使用铅酸电池，原因除了充放电性能外，价格是最大的考虑[二次电池中平均单价最低]。其次，是铅酸电池的记忆效应与自放电率远较，镍镉、镍氢电池为低，再因锂钴的高危险性、锂锰的高温衰竭[超过55度时会产生不可回复的容量衰减现象]及相对危险性，使得铅电池独霸于车用电池市场，纵然铅酸电池有重量高、体积大及潜在污染性的缺点，原预计百年来仍难以被取代。直到于锂铁电池的出现[2005年商品化]，其远优于铅酸电池的各种特性，让消费者有了改变的动机优点如下所示[1]节能省油8% 30%的省油效果；[2]提升性能汽车扭力增大，怠速滑行距离变长，引擎噪音减少，轻量化马力重量比明显优势；[0013][3]增加电力冷气、照明及汽车音响效果，都有明显改善；[4]提高效率锂铁电池的能源效率，是铅酸电池10倍以上[当作启动电池]；[5]长寿耐用锂铁电池的寿命，是铅酸电池的5倍以上；[6]安全环保安全与环保性能符合UL、RoHs之规范，原料制程零污染，是最环保的电池而相较之下，铅蓄电池在报废后若未妥善作好回收处理，则可能会造成严重的酸液与重金属污染。另外，锂铁电池能直接替换铅酸电池，作为车用电池[启动电池]来使用，不会伤
害汽车零件。其中，铅酸电池的使用寿命，约为充放电500次，锂铁电池则约为3000次；所以锂铁电池的寿命是铅酸电池的6倍，而以平均单价来看，锂铁电池约为铅酸电池的8倍，将两种电瓶的总寿命换算成金钱，一颗「锂铁电池」大概比「6颗铅酸电池」还贵，但问题是，锂铁电池所具备的8 13%省油效果，所以每个月都能省下一些油钱，一年下来，这些省下来的油钱，两年就能买6颗铅酸电池了。另一方面，虽然早在汽柴油引擎车被发明前，电动车就已经问世，但随着时代的潮流改变，绿能产业开始蓬勃发展，连带的又开始推动纯电动车、油电混合动力车、和插电式油电混合动力车等电动车辆产业的发展，其中，锂铁电池的发展是关键因素。因为，纯电动车、油电混合动力车、和插电式油电混合动力车等电动车辆，对电池的要求极高，必须有高能量密度、高电力密度、快速充电与深度放电的特性，且要求成本尽量压低、使用寿命尽量长，电池材料种类虽然很多，但如今有愈来愈多研究单位，以锂铁电池作为纯电动车、油电混合动力车、和插电式油电混合动力车的动力电池。 锂铁电池具有工作电压高[是镍氢电池的三倍]、能量密度大、体积小、重量轻、使用寿命长、自放电率低、无记忆效应等特色，较能满足电动车辆的严苛需求。其中，以锂铁电池的成本而言，纯电动车的电池动力成本，预估约占整车成本的 60%，而油电混合动力车和插电式油电混合动力车的电池成本，预估约占整车成本的40 50，其重要性可见一斑。还有，不管是一般车辆、或是电动车辆，毕竟都是「安全第一」的产品；没有安全性，再好的科技、性能，也是惘然。目前，为锂铁电池的动力电池/车用电池之中，最大的安全疑虑，就是来自于电池串联的问题，多颗的锂铁电池，同时大电流放电，产生的高热量，是难以想象的。高热不仅可能造成锂铁电池效能快速衰耗，更可能造成整辆车爆炸、烧掉的危险， 是目前很多，动力电池与车用电池的开发厂商，最头痛的问题。因此除了电池材料、制程技术之外，散热系统设计，更重要的是电池管理系统 [Battery Management System ；BMS]的技术，更是确保电池维持最佳工作效能、不会过热， 又兼顾安全性的关键。设计良好的电池管理系统，有助于延长使用寿命，并可降低整体拥有成本，例如 如果配置不当容量的电池芯，将导致电池的充放电量降低，这个影响将会随着时间而日渐显着。但是，这种电池管理系统的技术应用，确带来非常两极化的评价。第一，当锂铁电池中，装置有电池管理系统时，虽然具有过度充电、过度放电、过高温度等保护功能，但是当一般车辆的发电机、或是电动车辆的充电系统，一发生故障，这保护直接启动，将导致电池直接切断输出。然而这些过度充电、过度放电侦测点，都是针对电池，如果这些保护启动，必定停止整体电力输出，此时可能造成一定的危险性，如在行进当中，突然失去电力，将会酿成行车危险，会造成自己及别人危害安全的问题。而过高温度，是针对锂铁电池整体，每一个电池摆放位置，都有可能造成热聚集效应，在散热过程中，会有不均衡散热问题，因此每一个温度侦测点会有所差异，所以这部份会造成部份电池，是处在高温或高温临界点持续工作，而提早进入过高温度保护。在车辆的使用上，电力来源是来自于锂铁电池，一但电池保护系统启动保护时，针对一般车辆与电动车辆而言，其动作有两种，一种做法是会将电池输出电源切断，另一种做法是会通知控制器停止对马达的输出。但是，绝大部份的做法，是偏向前者，因为设计者都会考虑，当锂铁电池遭受到撞击时，所引发一些连锁效应，为避免导致更大的危害产生，而危及生命安全，故多采用第一种做法。然而，这样的设计，在锂铁电池断电的时间，常常会让车辆在一瞬间，失去所有电力支持，此时产生状况如下所示[1]严重的状况于车辆中、高速行驶中，突然断电，会造成车辆瞬间熄火，导致动力转向机构失效、煞车真空补助机构失灵，驾驶人可能无法做任何警示动作，将会酿成行车危险，导致发生会危及驾驶人生命安全的状况。[2]轻微的状况于车辆低速行驶、或启动阶段、或停放阶段中，突然断电，中控计算机会失去作用，等送到维修厂，还可能需要对中控计算机做重新调整设定校定，要花上许多时间。因此，有些厂商想出一个方法，这部份由另一个副电源来供应，确保不会因为主电源断电，让车辆失去所有的控制。通常，这副电源的规格不大，电压约12V 24V不等，容量约在60 IOOAh左右， 这副电源只是用来供应中控计算机的使用。但是，这样的副电源，通常是没有在管理的，必须每隔一段时间，来注意充放电及可使用时间，这时间通常为10 20天左右，而你也还需要第二套的充电设备，而且主电源会发生的问题，副电源也是会发生的。当主、副电源或任一电源失去供电运作能力，其车辆的安全性及可靠性问题，还是需要重视的。第二，如果不加装电池管理系统，虽然不会发生前述的种种问题，但安全性却不一定会比较高，因为会直接面对到锂铁电池高热所带来的问题，而且更有缩短锂铁电池寿命的疑虑。一般来说，只要驾驶人记关雨刷、大灯、音响，或汽车本身电子设备自放电现象，容易将电池电量消耗至低于10伏特以下，导致锂铁电池损坏，而影响到锂铁电池寿命，让锂铁电池无法长期使用，甚至可能缩短到比铅酸电池寿命还短的地步。如此一来，不但失去以锂铁电池取代铅酸电池的意义，更会让消费者认为，锂铁电池是一种昂贵，又难以使用，且安全性不高的动力电池/车用电池。
5[0044]有鉴于此，如何提供一能用于锂铁电池之过放电保护，于确保电池寿命的同时，提升行车安全性，并能应用于一般车辆之车用电池[启动电池]及/或纯电动车、油电混合动力车、和插电式油电混合动力车之动力电池中的锂铁电池保护装置，便成为本实用新型欲改进的目的。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种能用于电池之过放电保护，于确保电池寿命的同时，提升行车安全性的智能型过放电保护装置。本实用新型是采用以下技术手段实现的为解决上述问题及达到本实用新型的目的，本实用新型的技术手段是这样实现的，为为一种智能型过放电保护装置，其包括一能用于放置于车辆之锂铁电池中的过放电保护装置；所述过放电保护装置是由一设于锂铁电池内，并与锂铁电池之至少一电池单元电性连接的BMS电路板；至少一设于该BMS电路板上，并与其电性连接的保护回路；一设于该BMS电路板上，并与其电性连接，预设有至少一判断条件的判断组件； 以及至少一设于该BMS电路板上，并与判断组件电性连接的状态感应装置；至少一设于该BMS电路板上，并与判断组件电性连接，默认有一电压条件的电压控管组件所组成；该保护回路能于车辆启动时，保持在预设的解除状态下；而该判断组件能于车辆发动、电池单元输出高值电流时，转为运转状态，并不断的运作，直到判断组件判断该保护回路、转为启动状态，及/或该车辆停止时、才由运转状态转为停止状态；并该判断组件由运转状态转为停止状态后，只能于车辆再发动、电池单元输出高值电流时，才能再次转为运转状态；另该判断组件为运转状态时，能让该状态感应装置以于等间隔时间监测的方式， 监测车辆之状态，同时将监测结果转为一监测讯号，并传递给判断组件，使判断组件藉由该监测讯号，与该判断条件比对后，判断是否要维持保护回路的解除状态，或是要该保护回路转为启动状态；又该电压控管组件能监测与控管各电池单元电压，并持续提供一无法发动车辆的低值电流；当电压控管组件监测到，各电池单元的电压值、低于该电压条件时，该电压控管组件则持续提供一低值电流，使车辆无法发动；而当电压控管组件监测到，各电池单元的电压值、高于或等于电压条件时，该电压控管组件则能提供一高值电流，使车辆发动后，再持续提供一高值电流。根据上述的智能型过放电保护装置，所述车辆，是为下列之一汽油车、柴油车、纯电动车、油电混合动力车、插电式油电混合动力车。根据上述的智能型过放电保护装置，所述状态感应装置，是为下列之一或其配合震动开关、引擎转速感应装置、水银倾斜开关、电流感应装置、重力感应开关、火星塞脉冲感应装置、陀螺仪。根据上述的智能型过放电保护装置，所述判断条件，是为下列之一或其配合电压值、电流值、脉冲讯号、引擎转速、重力值、角度值、时速、轮胎转速。本实用新型可获以下几点优点1.本实用新型中，应用判断组件配合状态感应装置，能藉由车辆行驶中，所产生的各种状态[如震动]，判断车辆处于行车模式或是驻车模式，以提供不同模式下的保护， 同时，让保护回路预设处于解除状态，以避免发生车辆行驶中，锂铁电池被保护回路自动断电，导致动力转向机构失效、煞车真空补助机构失灵的危险情况，而当判断组件视车辆为驻车模式时，才启动保护回路，以防止锂铁电池过度放电，影响锂铁电池使用寿命。2.本实用新型中，应用电压控管组件，能侦测锂铁电池的电压值，并设置电压条件，作为管制点，进而控制锂铁电池提供启动引擎、汽车计算机、音响的电流量，假设电压条件为10伏特，在锂铁电池电压低于10伏特时，会控制电池仅能输出一低值电流[8安培以下的电流，小电流]，只供给汽车计算机、音响等组件启动，并管制高值电流输出[120安培以上的电流，大电流]，避免锂铁电池电量不足时，引擎在驾驶人不知情下启动，造成行车安全的疑虑，并避免锂铁电池过度放电而损坏，有效保护行车安全与电池寿命。
[0067]图1本实用新型的组件示意图。[0068]图2本实用新型的运作关系示意图。[0069]图3本实用新型保护回路运作时的时间示意图。[0070]图4本实用新型第--种实施例的立体示意图。[0071]图5本实用新型第--种实施例的应用示意图。[0072]图6本实用新型第二种实施例的立体示意图。[0073]图7本实用新型第二种实施例的应用示意图。[0074]IBMS电路板300锂铁电池[0075]2保护回路301电池单元[0076]3判断组件T等间隔时间[0077]31判断条件S解除状态[0078]4状态感应装置Q启动状态[0079]5电压控管组件M运转状态[0080]51电压条件P停止状态[0081]100过放电保护装置E监测讯号[0082]200车辆
具体实施方式
为了更具体呈现本实用新型的内容，以下参考图式，针对本实用新型的实施型态作详细说明。如图1所示为本实用新型的组件示意图，如图2所示为本实用新型的运作关系示
7意图，如图3所示为本实用新型保护回路运作时的时间示意图，如图4所示为本实用新型第一种实施例的立体示意图，如图5所示为本实用新型第一种实施例的应用示意图，如图6所示为本实用新型第二种实施例的立体示意图，如图7所示为本实用新型第二种实施例的应用示意图。图式中揭示出，为一种智能型过放电保护装置，其包括一能用于放置于车辆200之锂铁电池300中的过放电保护装置100 ；所述过放电保护装置100是由一设于锂铁电池300内，并与锂铁电池300之至少一电池单元301电性连接的BMS电路板1 ；至少一设于该BMS电路板1上，并与其电性连接的保护回路2 ；一设于该BMS电路板1上，并与其电性连接，预设有至少一判断条件31的判断组件3;以及至少一设于该BMS电路板1上，并与判断组件3电性连接的状态感应装置4 ；至少一设于该BMS电路板1上，并与判断组件3电性连接，默认有一电压条件51 的电压控管组件5所组成；该保护回路2能于车辆200启动时，保持在预设的解除状态S下；而该判断组件3能于车辆200发动、电池单元301输出高值电流AH时，转为运转状态M,并不断的运作，直到判断组件3判断该保护回路2、转为启动状态Q，及/或该车辆 200停止时、才由运转状态M转为停止状态P;并该判断组件3由运转状态M转为停止状态P后，只能于车辆200再发动、电池单元301输出高值电流AH时，才能再次转为运转状态M ；另该判断组件3为运转状态M时，能让该状态感应装置4以于等间隔时间T监测的方式，监测车辆200之状态，同时将监测结果转为一监测讯号E，并传递给判断组件3，使判断组件3藉由该监测讯号E，与该判断条件31比对后，判断是否要维持保护回路2的解除状态S，或是要该保护回路2转为启动状态Q ；又该电压控管组件5能监测与控管各电池单元301电压，并持续提供一无法发动车辆200的低值电流AL;当电压控管组件5监测到，各电池单元301的电压值、低于该电压条件51时，该电压控管组件5则持续提供一低值电流AL,使车辆200无法发动；而当电压控管组件5监测到，各电池单元301的电压值、高于或等于电压条件51 时，该电压控管组件5则能提供一高值电流AH，使车辆200发动后，再持续提供一高值电流 AH0其中，透过判断组件3与状态感应装置4的配合，能提供不同模式下的保护，而且让保护回路2的预设状态，处于解除状态S，以避免发生车辆200行驶中，锂铁电池300被保护回路2自动断电，导致动力转向机构失效、煞车真空补助机构失灵的危险情况产生，而当判断组件3，监测讯号E与判断条件31比对后，视车辆200为驻车模式时，才启动保护回路 2，能防止锂铁电池300过度放电，而影响到锂铁电池300使用寿命。其次，加上电压控管组件5的应用，侦测锂铁电池300的电压值变化，设置作为管制点用的电压条件51，进而控制锂铁电池300的输出电流，避免锂铁电池300电量不足时， 且发电机或充电系统故障，而引擎又在驾驶人不知情的状况下被启动，造成行车安全的疑虑，有效的避免锂铁电池300过度放电而损坏，有效保护行车安全与电池寿命。再者，透过设于BMS电路板1上的方式，能有效降低成本，更能有效的保护上述各装置，让有效的保护锂铁电池300，并避免掉装置通讯上，所会花费的时间，提高运作的效率。上述中，所述车辆200，是为下列之一汽油车、柴油车、纯电动车、油电混合动力车、插电式油电混合动力车。其中，透过本实用新型的应用，让锂铁电池300能配合不同的车辆200来使用，有效的扩展应用范围，能作为动方电池/车用电池来使用。上述中，所述状态感应装置4，是为下列之一或其配合震动开关、引擎转速感应装置、水银倾斜开关、电流感应装置、重力感应开关、火星塞脉冲感应装置、陀螺仪。又上述中，所述判断条件31，是为下列之一或其配合电压值、电流值、脉冲讯号、 引擎转速、重力值、角度值、时速、轮胎转速。其中，透过不同的状态感应装置4应用，配合不同的判断条件31，以对应于不同车辆200，提供最有效率的状态感应，让本实用新型能确实的达到保护电池与提升行车安全性的目标。由此能得知，透过本实用新型保护回路2、判断组件3、状态感应装置4、及电压控管组件5的配合应用，达到确保电池寿命的同时，提升行车安全性的效果，相较于现今的过放电保护装置，能更具产业利用性、功效性与实用性。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换； 而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种智能型过放电保护装置，其包括一能用于放置于车辆(200)之锂铁电池(300)中的过放电保护装置(100)；其特征在于所述过放电保护装置(100)是由一设于锂铁电池(300)内，并与锂铁电池(300)之至少一电池单元(301)电性连接的BMS电路板(1)；至少一设于该BMS电路板⑴上，并与其电性连接的保护回路(2)；一设于该BMS电路板(1)上，并与其电性连接，预设有至少一判断条件(31)的判断组件⑶；以及至少一设于该BMS电路板(1)上，并与判断组件(3)电性连接的状态感应装置；至少一设于该BMS电路板(1)上，并与判断组件(3)电性连接，默认有一电压条件(51) 的电压控管组件( 所组成。
2.如权利要求1所述的智能型过放电保护装置，其特征在于所述车辆000)，是为下列之一汽油车、柴油车、纯电动车、油电混合动力车、插电式油电混合动力车。
3.如权利要求1所述的智能型过放电保护装置，其特征在于所述状态感应装置G)， 是为下列之一或其配合震动开关、引擎转速感应装置、水银倾斜开关、电流感应装置、重力感应开关、火星塞脉冲感应装置、陀螺仪。
4.如权利要求1所述的智能型过放电保护装置，其特征在于所述判断条件(31)，是为下列之一或其配合电压值、电流值、脉冲讯号、引擎转速、重力值、角度值、时速、轮胎转速。
专利摘要本实用新型目的在于提供一种能用于电池之过放电保护，于确保电池寿命的同时，提升行车安全性的智能型过放电保护装置。其技术手段为包括一能用于放置于车辆之锂铁电池中的过放电保护装置；所述过放电保护装置是由BMS电路板、保护回路、判断组件、状态感应装置、以及电压控管组件所组成；藉由判断组件，判断车辆处于行车或是驻车模式，以提供不同模式下的保护，同时，让保护回路预设处于解除状态，以配合状态感应装置，避免发生锂铁电池断电、车辆失控的危险情况，再配合电压控管组件，以防止锂铁电池过度放电，影响锂铁电池使用寿命。
文档编号H02J7/00GK202019187SQ20112009423
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者游大庆 申请人:台塑汽车货运股份有限公司