本研究提出一簡易保護裝置，可以於電池充電時，改善內部電槽充電電壓過 高或過低的現象；放電時，則改善內部電槽逆向充電的情形。圖 2-10 為本研究 所提出的充放電保護裝置架構，其中圖(a)為放電保護電路，而圖(b)為充電保護 電路。放電保護裝置是在每一電槽之間並聯一個蕭特基二極體(Schottky diode)，
如圖 2-10(a)所示。其操作原理為電池無載時，電槽為正電勢，二極體呈現反向 不導通的狀態。電池加載後，假使電槽呈現正電勢，則繼續對負載提供電能，二 極體依然呈現反向不導通的狀態；而若電槽能量釋放殆盡後，且電槽出現反向充 電現象時，此時二極體處於正向偏壓成為導通的狀態，原先流經電槽的電流將大 部分經由二極體導通，電槽的電壓也因此被二極體箝制住，停止持續下降，避免 繼續對電槽造成更進一步傷害。
充電保護是在每一電槽之間並聯一顆齊納二極體 (Zener diode) ，如圖 2-10(a)所示。電池正常放電使用時，齊納二極體為反向偏壓呈現不導通的狀態；
電池充電使用時，齊納二極體則在電壓過高時崩潰導通，電流改由齊納二極體導 通，保護電槽以避免過高充電電壓發生。
圖 2-11 為加入蕭特基二極體之放電電壓曲線，可發現圖 2-5 中第六電槽電 壓放電到負，進而被逆向充電的現象，在加入了二極體後已明顯改善。第六電槽 電壓均維持在約0 V 附近，這使其它尚具有放電能力的電槽，可經由二極體的導 通路徑，較有效地持續對負載供電，而不再消耗大量的電量於第六電槽，造成對 第六電槽逆向充電。原先流經第六電槽的電流大部分經由二極體導通，第六電槽 的電壓也因此被二極體箝制住，停止持續下降，繼續對電槽造成深度傷害，亦達 到降低電池本身內耗的情形。
圖2-12 為加入齊納二極體之充電電壓曲線，相較於圖 2-3，可看出電池內各 電槽電壓差異明顯縮小。充電末期，第六電槽電壓最高約2.37 V，第一個電槽電 壓最低約2.32 V，與預設的 2.33 V 相比電壓差最大為 0.01 V，其電壓高低差距 在0.04 V 以下，且其餘電槽電壓均亦有靠近預設齊納崩潰電壓 2.33 V 之趨勢。
藉由齊納二極體箝制電槽電壓避免電壓過高，改善電槽電壓過高的情形；同時原 先充電電壓過低的串聯電槽也因此可獲得較高的充電電壓，改善因充電不足導致 放出電量減少的情形。
由上述實驗可知，於每一電槽並聯二極體確實可改善串聯電槽放電不平衡，
內部電槽被逆向充電的情形；但由於二極體並非理想元件，二極體導通時仍然有 微小的電壓降跨在二極體兩端，也就是說，雖然大部分的電流經由二極體導通，
但仍有小部分的電流流入電槽。
圖2-13 將兩個特性相近的電槽分別以定電流 3A 放電，放電至 0V 後電槽逆 向充電兩個小時截止，比較加入放電保護裝置與未加入放電保護裝置的電槽，經 過數個充放電循環的放出容量。實驗發現，在第二次放電時，未使用保護裝置的 電槽，放出容量由第一次的3.65 Ah 衰退到 2.92 Ah，衰減量為 0.73 Ah；而使用 放電保護裝置的電槽則衰減量較少，由第一次的 3.60 Ah 衰退到第二次的 3.50 Ah，衰減量為 0.1 Ah。整體來說，使用保護裝置的電槽放出容量呈現穩定下降 的趨勢，未加入保護裝置的電槽放出容量則在放電週期開始以及後期快速減少。
平均來說加入放電保護裝置的電槽所放出的容量，均較未加入放電保護裝置的放
出容量高，可看出放電保護裝置應用於電槽產生逆向充電的情形，具有改善電槽
2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.35 2.40 2.45
2.50 Cell voltage (V)
0 5 10 15 20
Time (min.)
VCell 6 VCell 1 VCell 4
VCell 2 VCell 3 VCell 5 CC mode CV mode
圖2-12 含保護裝置之充電實驗
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
with discharging protection
without discharging protection
Released capacity (Ah)
(cycle)
圖2-13 連續放出容量比較