專利名稱：電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種電池供電電路，特別是關(guān)于一種具有低溫工作補(bǔ)償?shù)碾姵亟M，以使取用該電池組的負(fù)載能在低溫下具有足夠的能量作為開機(jī)及使用。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著科技進(jìn)步，通訊及消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，許多消費(fèi)性負(fù)載，例如GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航、個(gè)人數(shù)字助理、行動(dòng)電話、筆記型計(jì)算機(jī)、相機(jī)及攝影機(jī)等等，廣泛應(yīng)用在大眾生活當(dāng)中。對(duì)于此等負(fù)載的小型化、輕量化及高性能化的要求也比普通裝置要來(lái)的多，伴隨之，使用此等負(fù)載的供電電池其要求也比一般裝置要來(lái)的高，其中，對(duì)于供電電池的放電負(fù)荷及低溫放電特性于應(yīng)用領(lǐng)域上，受限于整體設(shè)計(jì)成本、尺寸、復(fù)雜性及市場(chǎng)價(jià)值等條件， 一直使得負(fù)載的供電電池在低溫放電的實(shí)際應(yīng)用中，其技術(shù)無(wú)法有效突破。請(qǐng)同時(shí)參閱圖1及圖2所示，圖1為顯示現(xiàn)有電池組供應(yīng)負(fù)載電力的示意圖，圖2 為顯示現(xiàn)有電池組供應(yīng)負(fù)載的放電容量與電池電壓關(guān)系的波形圖。如圖所示，橫軸代表電池的放電容量，其單位為毫安-小時(shí)，縱軸代表電池的電壓，其單位為伏特。電池組100經(jīng)由一第一負(fù)載端11及一第二負(fù)載端12連接一負(fù)載14，例如筆記型計(jì)算機(jī)，常使用如圖所示的具有三串三并電池單元13的電池組100來(lái)提供操作所需的電力。其中筆記型計(jì)算機(jī)所使用的電池組，一般以鎳氫(NiMH)電池或是鎳鎘(NiCd)電池為主，較高級(jí)機(jī)種則多配合續(xù)電力較佳且無(wú)記憶效應(yīng)的鋰離子(Li-ion)電池。如圖2所示，電池的放電曲線Al、A2、A3、A4、A5在初期時(shí)，充飽電的電池電壓都維持在一額定電壓準(zhǔn)位。筆記型計(jì)算機(jī)開機(jī)時(shí)，電池組100的供電電壓會(huì)往下掉，在經(jīng)過(guò)一段平緩的區(qū)間，這區(qū)間的電壓下降曲線并不明顯，直到供電末期，電壓才會(huì)又快速往下降，其中在不同的溫度區(qū)段下，會(huì)有不同分布的放電曲線，且溫度越低，其電池電壓及放電容量都會(huì)越小，故造成如圖所示的具有不同分布的放電曲線Al、A2、A3、A4、A5。由上述可知，現(xiàn)有市面上用于負(fù)載例如筆記型計(jì)算機(jī)的供電電池，其在低溫的環(huán)境下，由于受限于本身電池的化學(xué)特性，在低溫環(huán)境下其化學(xué)特性較差，僅能在某一溫度區(qū)段內(nèi)提供正常的工作電壓，一旦低于該溫度區(qū)段，其供給電壓就會(huì)不足以使負(fù)載正常使用，特別是在攝氏負(fù)30度的環(huán)境下，其提供的能量不足以使計(jì)算機(jī)開機(jī)及使用，故在此動(dòng)態(tài)負(fù)載的條件下，一般供電電池幾乎無(wú)法達(dá)到在低溫時(shí)所期望的使用效率。續(xù)電力較佳且無(wú)記憶效應(yīng)的鋰離子(Li-ion)電池由于重量較輕、體積能量密度比較高，又沒(méi)有記憶效應(yīng)，故在低溫的環(huán)境下，能勉強(qiáng)讓負(fù)載例如筆記型計(jì)算機(jī)可作為開機(jī)及使用，但其具有電流較小的缺點(diǎn)，若以相同數(shù)量的電池設(shè)計(jì)來(lái)看，其電池的化學(xué)特性仍會(huì)大幅縮短電池模態(tài) (Battery Mode)下的使用時(shí)間，且電池的成本也相對(duì)的提高許多，不符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理念。再者，在電池的現(xiàn)有技術(shù)中，雖然有業(yè)者設(shè)計(jì)出適合工作于較低溫區(qū)段的特殊電池(即業(yè)者慣稱的低溫電池)，但相對(duì)地，此類電池在高溫區(qū)段工作環(huán)境下的效能并不好， 且此類電池的成本通常較高，以單純此類電池組作為負(fù)載的供電電池，也不能解決電池組工作效能受到環(huán)境溫度影響的問(wèn)題。且具備低溫電池特性的電池價(jià)格較高，若全數(shù)采用低溫電池作為負(fù)載供電的電池組，則成本非常高。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有低溫工作補(bǔ)償兼具成本考慮的電池組，借由在一般低成本的主電池串聯(lián)連接補(bǔ)償電池，以改善現(xiàn)有一般電池組在低溫的環(huán)境下不足以使負(fù)載開機(jī)，以及全數(shù)采用低溫電池的高成本缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的是提供一種適合操作于預(yù)設(shè)全域工作溫度區(qū)段的電池組，借由主電池及補(bǔ)償電池在不同工作溫度區(qū)段發(fā)揮不同的工作效能組合，使得負(fù)載在預(yù)定的工作溫度區(qū)段中，能有夠高的工作電壓及足夠的電能使其正常使用。本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題所采用的技術(shù)手段在電池組中包括有一主電池及至少一串聯(lián)連接主電池的補(bǔ)償電池，補(bǔ)償電池的負(fù)極連接于主電池的正極，正極則經(jīng)由一低溫供電回路連接至負(fù)載，補(bǔ)償電池的選用采用具備低溫電池的特性，其低溫放電功率衰減幅度小。本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，更包括有一切換開關(guān)組，借由開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)來(lái)切換電池組的不同工作模式。再者，于一較佳實(shí)施例中，更包括有一電流抑制組件，其串聯(lián)連接于補(bǔ)償電池與第一負(fù)載端之間，作為負(fù)載在啟動(dòng)階段作為抑制電流之用。經(jīng)由本發(fā)明所采用的技術(shù)手段，在供應(yīng)電能至負(fù)載的主電池中串聯(lián)連接有補(bǔ)償電池，由于補(bǔ)償電池在低溫工作區(qū)段的放電功率衰減幅度小，故使得本發(fā)明具有低溫工作補(bǔ)償?shù)碾姵亟M能在低溫的環(huán)境下，仍能提供負(fù)載所需的開機(jī)電能，使負(fù)載順利完成開機(jī)。本發(fā)明除了具備使負(fù)載在低溫環(huán)境下順利完成開機(jī)之外，更兼顧了成本的考慮。 由于具備低溫電池特性的電池價(jià)格較高，本發(fā)明中以一般電池作為主電池串聯(lián)少量的低溫電池，即能借以在較低成本下達(dá)成負(fù)載低溫開機(jī)目的。本發(fā)明所采用的具體實(shí)施例，將借由以下的實(shí)施例及附呈圖式作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為現(xiàn)有電池組供應(yīng)負(fù)載電力的示意圖；圖2為現(xiàn)有電池組供應(yīng)負(fù)載的放電容量與電池電壓關(guān)系的波形圖；圖3為本發(fā)明的第一實(shí)施例于低溫模態(tài)下供電的電路圖；圖4為本發(fā)明的第一實(shí)施例于正常模態(tài)下供電的電路圖；圖5為本發(fā)明的第一實(shí)施例于熱插拔模態(tài)下供電的電路圖；圖6為本發(fā)明的第二實(shí)施例于低溫模態(tài)下供電的電路圖；圖7為本發(fā)明的第二實(shí)施例于正常模態(tài)下供電的電路圖；圖8為本發(fā)明的第二實(shí)施例于熱插拔模態(tài)下供電的電路圖。
具體實(shí)施方式參閱圖3所示，其為本發(fā)明的第一實(shí)施例于低溫模態(tài)下供電的電路圖。本發(fā)明的具有低溫工作補(bǔ)償?shù)碾姵亟M200經(jīng)由一第一負(fù)載端21及一第二負(fù)載端22連接一負(fù)載6， 用以供應(yīng)電能至該負(fù)載6，負(fù)載6可為筆記型計(jì)算機(jī)、個(gè)人隨身助理、可攜式電子設(shè)備之一， 電池組200設(shè)置于負(fù)載6內(nèi)部，電池組200包括有一主電池3及至少一補(bǔ)償電池4，主電池
53包括有至少一電池單元30，在本實(shí)施例中，由三串三并(3S3P)的電池單元30組成主電池 3，主電池3具有一正極31及一負(fù)極32，補(bǔ)償電池4的負(fù)極41連接于主電池3的正極31， 補(bǔ)償電池4的正極42則經(jīng)由一低溫供電回路C連接至第一負(fù)載端21。如圖所示，本發(fā)明的具有低溫工作補(bǔ)償?shù)碾姵亟M200更包括有一切換開關(guān)組5，包括有一第一開關(guān)51、一第二開關(guān)52、一第三開關(guān)53及一第四開關(guān)M，第一開關(guān)51串聯(lián)連接在主電池3的正極31與補(bǔ)償電池4的負(fù)極41間，其具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)，第二開關(guān)52串聯(lián)連接在補(bǔ)償電池4的正極42與第一負(fù)載端21之間，其也具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)，第三開關(guān)53串聯(lián)連接在主電池3的正極31與第一負(fù)載端21之間，其也具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)，而第四開關(guān)M的其中一端連接在補(bǔ)償電池4的負(fù)極41與第一開關(guān) 51的節(jié)點(diǎn)D，而另一端連接于主電池3的負(fù)極32，其也具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)。在本實(shí)施例中，主電池3中的電池單元30可為鎳氫電池、鎳鎘電池或一般鋰電池， 主電池3在攝式二十五度的放電功率定義為一第一功率，主電池3在攝式負(fù)二十度的放電功率定義為一第二功率，第一功率減第二功率后再除以第一功率所得的值大于或等于0.5。補(bǔ)償電池4可為一磷酸鋰鐵電池(分子式Li!^P04，簡(jiǎn)稱LFP)，也稱為鋰鐵磷電池，其具有工作電壓適中、電容量大、高放電功率、循環(huán)壽命長(zhǎng)且在低溫仍具有良好的供電特性。故可以確保補(bǔ)償電池4的大電流輸出輸入的安全性，且忍受充放電的能力比其它一般的電池要來(lái)的大。再者，補(bǔ)償電池4的電池循環(huán)壽命約是一般鋰電池的4 5倍，在同樣能量密度下的整體重量，約較鋰電池減少30 50%，且其具有高于鋰電池8 10倍的高放電功率(可瞬間產(chǎn)生大電流)。補(bǔ)償電池4在攝式二十五度的放電功率定義為一第三功率， 補(bǔ)償電池4在攝式負(fù)二十度的放電功率定義為一第四功率，第三功率減第四功率后再除以第三功率所得的值小于或等于0. 35。選用補(bǔ)償電池4的重要考慮因素是補(bǔ)償電池4必須具備低溫操作供電的特性。意即該補(bǔ)償電池4必須符合低溫電池的特性。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，符合于所要求低溫電池特性的數(shù)學(xué)式可表示為(ffl-W2)/ffl ^ 0. 35其中Wl為補(bǔ)償電池在25°C的放電功率。W2為補(bǔ)償電池在-20°C的放電功率。也即，符合低溫電池的定義為補(bǔ)償電池在攝式二十五度的放電功率(Wl)減補(bǔ)償電池在攝式負(fù)二十度的放電功率(W》，而后再除以補(bǔ)償電池在攝式二十五度的放電功率 (Wl)所得的值小于或等于0. 35。舉例而言，常溫下的一般電池與低溫電池放電能力為3. 6伏特(V)，2安培(A)，放電功率為7. 2瓦特(W)。而在低溫(_20°C)下的一般電池放電能力為3. 6伏特(V)，0.5安培(A)，放電功率為1.8瓦特(W)。因此，一般電池的低溫放電功率衰減幅度為(7. 2W-1. 8ff)/7. 2W = 75%。而低溫電池在低溫(_20°C )下的放電能力為3. 6伏特 (V)，1. 5安培(A)，放電功率為5. 4瓦特(W)。因此，低溫電池的低溫放電功率衰減幅度為 (7. 2W-5. 4ff) /7. 2W = 25%。在圖3的低溫模態(tài)(Low Temp Mode)電路中，第一開關(guān)51及第二開關(guān)52呈閉路狀態(tài)，而第三開關(guān)53及第四開關(guān)M呈開路狀態(tài)。由于補(bǔ)償電池4在低溫環(huán)境下仍具有良好的供電特性，可以彌補(bǔ)因主電池3在低溫環(huán)境中供電功率衰減所需補(bǔ)償?shù)碾娏?。故本發(fā)明的具有低溫工作補(bǔ)償?shù)碾姵亟M200的主電池3及補(bǔ)償電池4以串聯(lián)連接的模式，能在低溫的環(huán)境下提供穩(wěn)定的工作電壓Vl給負(fù)載6。參閱圖4所示，其為本發(fā)明的第一實(shí)施例于正常模態(tài)下供電的電路圖。在此一正常模態(tài)(Normal Mode)下，第一開關(guān)51、第二開關(guān)52、第四開關(guān)M呈開路狀態(tài)，僅第三開關(guān) 53呈閉路狀態(tài)，故主電池3提供一工作電壓V2至負(fù)載6。參閱圖5所示，其為本發(fā)明的第一實(shí)施例于熱插拔模態(tài)下供電的電路圖。在開機(jī)狀態(tài)中，若使用者需對(duì)主電池3進(jìn)行檢視而須要暫時(shí)取下主電池3或當(dāng)主電池3電力耗盡而須要更換另一主電池3時(shí)，使用者可將本發(fā)明電池組200的電路設(shè)定操作于熱插拔模態(tài) (Hot Swap Mode) 0在熱插拔模態(tài)中，第一開關(guān)51及第三開關(guān)53呈開路狀態(tài)，而第二開關(guān) 52及第四開關(guān)M呈閉路狀態(tài)。此時(shí)，補(bǔ)償電池4可經(jīng)由第二開關(guān)52暫時(shí)提供工作電壓V3 至負(fù)載6，在補(bǔ)償電池4暫時(shí)提供電力至負(fù)載6后，使用者即可在開機(jī)狀態(tài)下，暫時(shí)取下主電池3或是更換另一主電池，而無(wú)需關(guān)機(jī)后再更換電池。參閱圖6至圖8所示，分別顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例于低溫模態(tài)下供電的電路圖、 第二實(shí)施例于正常模態(tài)下供電的電路圖與第二實(shí)施例于熱插拔模態(tài)下供電的電路圖，此一實(shí)施例電池組200a的組成組件大致上與第一實(shí)施例相同，故相同的組件乃標(biāo)示以相同的組件編號(hào)，以資對(duì)應(yīng)。其差異在于電路中更包括有一電流抑制組件L，串聯(lián)連接于補(bǔ)償電池 4與第二開關(guān)52之間，該電流抑制組件L可為一電感器，可作為抑制電流之用。上述電流抑制組件L僅為本發(fā)明電路中的例舉實(shí)施例。在實(shí)際的應(yīng)用中，也可包括其它不同電路功能的電路組件，例如穩(wěn)壓器、金氧半場(chǎng)效晶體管、感抗組件…等。這些不同功能的電路組件皆含蓋于本發(fā)明中所定義的電流抑制組件L的等效組件中。由以上的實(shí)施例可知，本發(fā)明所提供的具有低溫工作補(bǔ)償?shù)碾姵亟M確具產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值，故本發(fā)明業(yè)已符合于專利之要件。惟以上的敘述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例說(shuō)明， 凡精于此項(xiàng)技藝者當(dāng)可依據(jù)上述的說(shuō)明而作其它種種的改良，惟這些改變?nèi)詫儆诒景l(fā)明的發(fā)明精神及以下所界定的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種電池組，該電池組供應(yīng)電能至一負(fù)載，且設(shè)置于該負(fù)載內(nèi)部，其特征在于，該電池組包括一主電池，該主電池包括有至少一電池單元，該主電池在攝式二十五度的放電功率定義為一第一功率，該主電池在攝式負(fù)二十度的放電功率定義為一第二功率，第一功率減第二功率后再除以第一功率所得的值大于或等于0. 5 ；至少一補(bǔ)償電池，該補(bǔ)償電池在攝式二十五度的放電功率定義為一第三功率，該補(bǔ)償電池在攝式負(fù)二十度的放電功率定義為一第四功率，第三功率減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，該主電池與該補(bǔ)償電池串聯(lián)后提供電力至該負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，更包括有一切換開關(guān)組，該切換開關(guān)組包括有一第一開關(guān)，串聯(lián)連接在該主電池與該補(bǔ)償電池之間，該第一開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)；一第二開關(guān)，串聯(lián)連接在該補(bǔ)償電池與該負(fù)載之間，該第二開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)；一第三開關(guān)，串聯(lián)連接在該主電池與該負(fù)載之間，該第三開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，該切換開關(guān)組更包括有一第四開關(guān)，并聯(lián)連接于該補(bǔ)償電池與該第一開關(guān)，該第四開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，更包括有一電流抑制組件，串聯(lián)連接于該補(bǔ)償電池與該第二開關(guān)之間。
5.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，該負(fù)載筆記型計(jì)算機(jī)、個(gè)人隨身助理、可攜式電子設(shè)備之一。
6.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，該電池單元為鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。
7.如權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于，該補(bǔ)償電池為磷酸鋰鐵電池。
8.—種電池組，該電池組供應(yīng)電能至一負(fù)載，且設(shè)置于該負(fù)載內(nèi)部，其特征在于，該電池組包括一主電池，該主電池包括有至少一電池單元，該主電池在攝式二十五度的放電功率定義為一第一功率，該主電池在攝式負(fù)二十度的放電功率定義為一第二功率，第一功率減第二功率后再除以第一功率所得的值大于或等于0. 5 ；至少一補(bǔ)償電池，該補(bǔ)償電池具備低溫電池的特性，該補(bǔ)償電池在攝式二十五度的放電功率定義為一第三功率，該補(bǔ)償電池在攝式負(fù)二十度的放電功率定義為一第四功率，第三功率減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，該主電池與該補(bǔ)償電池串聯(lián)后經(jīng)由一電流抑制組件提供電力至該負(fù)載。
9.如權(quán)利要求8所述的電池組，其特征在于，更包括有一切換開關(guān)組，該切換開關(guān)組包括有一第一開關(guān)，串聯(lián)連接在該主電池與該補(bǔ)償電池之間，該第一開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)；一第二開關(guān)，串聯(lián)連接在該電流抑制組件與該負(fù)載之間，該第二開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)；一第三開關(guān)，串聯(lián)連接在該主電池與該負(fù)載之間，該第三開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，該切換開關(guān)組更包括有一第四開關(guān)，并聯(lián)連接于該補(bǔ)償電池與該第一開關(guān)，該第四開關(guān)具有開路與閉路兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求9所述的電池組，其特征在于，該負(fù)載筆記型計(jì)算機(jī)、個(gè)人隨身助理、可攜式電子設(shè)備之一。
全文摘要
一種電池組，包括有一主電池及至少一補(bǔ)償電池，補(bǔ)償電池與主電池形成串聯(lián)連接，該補(bǔ)償電池具備低溫電池的特性，其低溫放電功率衰減幅度小，使電池組能在低溫的環(huán)境下提供負(fù)載開機(jī)所需的電能。
文檔編號(hào)H01M10/44GK102340041SQ20101022884
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者李英維 申請(qǐng)人:漢達(dá)精密電子(昆山)有限公司, 神基科技股份有限公司