CN101877491B

CN101877491B - 电池充放电装置、充放电模块及电池充放电方法

Info

Publication number: CN101877491B
Application number: CN2009101322745A
Authority: CN
Inventors: 王耀南; 吴文杰; 陈昭旭
Original assignee: Chroma ATE Inc
Current assignee: Chroma ATE Inc
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: CN101877491A

Abstract

本发明提供一种电池充放电装置、充放电模块及电池充放电方法。该电池充放电装置包含电源及多个充放电模块。充放电模块包含限流晶体管、限流电阻、充电控制单元及放电控制单元，其中充电控制单元及放电控制单元均属于电压追踪式。当充放电模块对电池进行充电时，充电控制单元将限流晶体管及限流电阻的电压限制于固定值。当电池进行放电时，放电控制单元将彼此串联的限流晶体管及限流电阻的两端的电压限制于固定值并将电池放电的能量反馈至电源。本发明的电池充放电装置降低了限流晶体管所产生的热损耗，并且不仅能够达到提升能源使用率的功效，还可满足安全法规对于电池放电的能源回收再利用的规范，以符合当前全世界提倡环保节能的趋势。

Description

电池充放电装置、充放电模块及电池充放电方法

技术领域

本发明涉及电池充放电，并且特别地，涉及一种能够有效降低电池充放电时所产生的热损耗并达到直流电能源回收再利用的电池充放电装置及电池充放电方法。

背景技术

近年来，随着科技不断地发展，市面上时常有各式各样的计算机设备出现。在各种计算机设备中，笔记本电脑由于具有体积小、易携带、不占空间等优点，已逐渐成为市场的主流，更是现代人日常生活里不可或缺的工具之一。

一般而言，笔记本电脑在电池供电的模式下，通常需要通过多个电池串联的方式以提供笔记本电脑所需的电压。而在电池制造的过程中，必须针对电池进行充电及放电的化成测试，以确保电池的容量能够符合产品规格的要求。

然而，当传统的充放电测试设备针对电池进行充放电测试时，往往会产生大量的热损耗并且其能源使用率并不够理想。请参照图1，图1为示出传统的充放电测试设备的充放电电路对电池B进行充电的示意图。

如图1所示，充放电电路包含定电压/定电流控制晶体管Q、限流电阻R4、定电压控制集成电路U1、定电流控制集成电路U2、电流读回放大器U3及电压读回放大器U4；Vs为电池B充电的最大电压值；Is为电池B充电的最大电流值；Vcc为主充电电源。由于如图1的传统的充放电测试设备的充放电电路为固定电压式的充电电路，因此，当充放电电路对电池B进行定电流充电的初期，定电压/定电流控制晶体管Q将会产生相当大的热损耗。

此外，当传统的充放电测试设备的充放电电路对电池B进行放电时，大多采用电子负载电路来将电池B所放出的电能直接消耗掉，因而充放电测试设备在放电过程中也会产生大量的热损耗，造成其能源使用率不够理想，甚至无法达到日趋严格的安全法规的规范。

为了达到安全法规所规定的电池充放电测试条件，目前某些充放电测试装置虽已具有将放电产生的能源回收再利用的功能，然而，这些充放电测试装置大多是将放电的电力直接转换成交流电后，再将其反馈至直流电力系统中。如此一来，由于这些反馈的交流电容易导致原本的功率品质因数(PowerQuality Factor，PQF)降低，反而使得原本将放电能源回收再利用的美意大打折扣。

发明内容

本发明的主要范畴在于提供一种电池充放电装置及电池充放电方法，以解决上述问题。

本发明的一范畴在于提供一种电池充放电装置。根据一具体实施例，该电池充放电装置包含电源供应模块及多个充放电模块，用以分别对多个电池进行充电及放电的工作。充放电模块包含限流晶体管、限流电阻、充电控制单元及放电控制单元，其中充电控制单元及放电控制单元均属于电压追踪式的充电/放电装置。

在此实施例中，当充放电模块对电池进行充电时，充电控制单元即会将彼此串联的限流晶体管及限流电阻的两端的电压限制于固定值，以降低限流晶体管所产生的热损耗。当充放电模块对电池进行放电时，放电控制单元则会将彼此串联的限流晶体管及限流电阻两端的电压限制于固定值并且将放电的电池能量以直流电的形式反馈至直流电源供应模块。

本发明的另一范畴在提供一种充放电模块，耦接至一电源供应模块及一电池，该充放电模块包含：一限流晶体管；一限流电阻，与该限流晶体管彼此串联；以及一充电控制单元，耦接至该电源供应模块、该限流晶体管及该限流电阻，当该充放电模块对该电池进行充电时，该充电控制单元将彼此串联的该限流晶体管与该限流电阻的两端的电压限制于固定值。

本发明的另一范畴在提供一种充放电模块，耦接至一电源供应模块及一电池，该充放电模块包含：一限流晶体管；一限流电阻，与该限流晶体管彼此串联；以及一放电控制单元，耦接至该电源供应模块、该限流晶体管及该限流电阻，当该电池进行放电时，该放电控制单元将彼此串联的该限流晶体管与该限流电阻的两端的电压限制于固定值。

本发明的另一范畴在提供一种电池充电方法。根据一具体实施例，本发明的电池充电方法通过一充电模块对电池进行充电的工作，其中该充电模块属于电池电压追踪式的充电装置，并且包含彼此串联的限流晶体管及限流电阻。当该充电模块对该电池进行充电时，该方法将彼此串联的限流晶体管及限流电阻的两端的电压限制于固定值，以降低该限流晶体管所产生的热耗损。

本发明的再一范畴在提供一种电池放电方法。根据一具体实施例，本发明的电池放电方法通过放电装置对电池进行放电的工作，其中该放电模块属于电池电压追踪式的放电装置，并且包含彼此串联的限流晶体管及限流电阻。当该放电模块控制该电池进行放电时，该方法将彼此串联的限流晶体管及限流电阻的两端的电压限制于固定值，以降低该限流晶体管所产生的热耗损。此外，该方法也会将该电池放电时所产生的电力以直流电的形式反馈至一电源供应模块，其中该电源供应模块为一直流电源供应器。

相较于现有技术，根据本发明的电池充放电装置分别通过电压追踪式的充电控制单元及放电控制单元，于电池进行充电及放电时，将彼此串联的限流晶体管及限流电阻的两端的电压限制于固定值，以降低限流晶体管所产生的热损耗。此外，根据本发明的电池充放电装置也能够将电池放电时所产生的电能以直流电形式反馈至直流电力系统中，以供应其他电池充电时所需的电力。借此，本发明不仅能够达到提升能源使用率的功效，还可满足安全法规对于电池放电的能源回收再利用的规范，以符合当前全世界提倡环保节能的趋势。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为示出传统的充放电测试设备的充放电电路对电池进行充电时的示意图。

图2为示出根据本发明的第一具体实施例的电池充放电装置的示意图。

图3为示出图2中的第一充放电模块对第一电池进行充电时的详细电路结构的示意图。

图4为示出图2中的第一电池进行放电时第一充放电模块的详细电路结构的示意图。

图5为示出根据本发明的第二具体实施例的电池充电方法的流程图。

图6为示出根据本发明的第三具体实施例的电池放电方法的流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

S10～S22：流程步骤

1：电池充放电装置 10：电源供应模块

11：第一充放电模块 12：第二充放电模块

13：第三充放电模块 14：第四充放电模块

15：第五充放电模块 16：第六充放电模块

17：第七充放电模块 18：第八充放电模块

19：第九充放电模块 20：控制模块

B1～B9：第一电池～第九电池 110：充电控制单元

111：定电压控制单元 112：定电流控制单元

113：电流读回放大单元 114：电压读回放大单元

115：限流晶体管 116：定电压电阻

117、R4：限流电阻 118、D：二极管

119：切换单元 120：放电控制单元

S1：第一开关 S2：第二开关

P1～P4、X、Y：接点 U3：电流读回放大器

Q：定电压/定电流控制晶体管 U4：电压读回放大器

U1：定电压控制集成电路 U2：定电流控制集成电路

R1～R4：电阻 B：电池

具体实施方式

根据本发明的第一具体实施例为一种电池充放电装置。实际上，该电池充放电装置可以是一充放电测试设备，但不以此为限。该电池充放电装置包含有电源及多个充放电模块，所述多个充放电模块是用以分别对多个电池进行充电及放电的工作。请参照图2，图2为示出该电池充放电装置的示意图。

如图2所示，在此实施例中，电池充放电装置1包含电源供应模块10、第一充放电模块11、第二充放电模块12、第三充放电模块13、第四充放电模块14、第五充放电模块15、第六充放电模块16、第七充放电模块17、第八充放电模块18、第九充放电模块19及控制模块20。其中，第一充放电模块11至第九充放电模块19均耦接至电源供应模块10；控制模块20耦接至电源供应模块10及第一充放电模块11至第九充放电模块19。

值得注意的是，第一充放电模块11至第九充放电模块19分别对应并耦接于第一电池B1至第九电池B9，也就是说，电池充放电装置1的每一个充放电模块可分别用以对一个电池进行充放电的工作，故在此实施例中，电池充放电装置1最多可同时对九个电池进行充放电的工作，但并不以此为限。实际上，第一电池B1至第九电池B9可以是任意形式的可充电电池，并且每一个电池还可由许多个电池彼此耦接组成，并无一定的限制。

接下来，将分别就电池充放电装置1所包含的各模块及其具备的功能进行详细的介绍。

在此实施例中，电源供应模块10为一直流电源供应器，除了供应电池充放电装置1运行所需的电力外，还能够供应电池充放电装置1对电池进行充电时所需的电力。

至于控制模块20的主要功用在于控制第一充放电模块11至第九充放电模块19分别对第一电池B1至第九电池B9进行充电及放电的工作，并且监测第一电池B1至第九电池B9进行充电及放电的测试结果，借以判断这些待测电池(第一电池B1至第九电池B9)中是否有任何一个或多个电池发生充电或放电异常的情形，以确保生产的电池容量能够符合产品规格的要求。

接着，将介绍第一充放电模块11至第九充放电模块19。值得注意的是，由于第一充放电模块11至第九充放电模块19结构均相同，故在此仅以第一充放电模块11为例进行说明。请参照图3，图3为示出第一充放电模块11对第一电池B1进行充电时的详细电路结构的示意图。

如图3所示，第一充放电模块11包含充电控制单元110、定电压控制单元111、定电流控制单元112、电流读回放大单元113、电压读回放大单元114、限流晶体管115、定电压电阻116、限流电阻117、二极管118、切换单元119及放电控制单元120。其中，限流电阻117与限流晶体管115彼此串联；充电控制单元110耦接至切换单元119及第一电池B1，并且通过电力线接收电源供应模块10所提供的电压Vcc；定电压控制单元111耦接至电压读回放大单元114及定电压电阻116；定电流控制单元112耦接至电流读回放大单元113及二极管118；电流读回放大单元113耦接至限流电阻117与限流晶体管115之间以及切换单元119；电压读回放大单元114耦接至第一电池B1的正负两端；电流读回放大单元113与电压读回放大单元114为差分放大器(differential amplifier)；定电压电阻116耦接至限流晶体管115及二极管118；二极管118耦接至限流晶体管115与定电压电阻116的间以及定电流控制单元112；切换单元119耦接至充电控制单元110、限流晶体管115及限流电阻117。

在此实施例中，Vs为第一电池B1充电的最大充电电压(例如4.2伏特)；Is为第一电池B1充电的最大充电电流(例如1.8安培)；I_G为提供给第一电池B1的充电电流；Vi为充电控制单元110的输入端的电压；Vo为充电控制单元110的输出端的电压；V_B为第一电池B1的电压。

值得注意的是，由于图3表示第一充放电模块11对第一电池B1进行充电，放电控制单元120并未参与整个充电电路的运行，所以图3采用虚线来表示放电控制单元120。

有别于传统的充放电测试设备采用固定电压式的充电电路对电池进行充电，导致充电电路中的限流晶体管的热损耗往往过高，于本发明的第一充放电模块11中，充电控制单元110属于电池电压追踪式(Battery VoltageTracking，BVT)的充电装置。一开始进行充电测试时，第一电池B1尚处于未充电状态，此时，第一充放电模块11是以限流模式运行，定电流控制单元112负责充电电路中定电流的控制。在经过限流充电一段时间后，当充电电流I_G小于最大充电电流Is时，第一充放电模块11将会自动转换成以定电压模式对第一电池B1进行充电，此时，定电压控制单元111即开始负责充电电路中定电压的控制。

值得注意的是，当充电开始进行时，由于切换单元119的第一开关S1与第二开关S2与接点P1与接点P3耦接，因此，充电控制单元110即能够耦接至充电电路中的X点及Y点，也即彼此串联的限流电阻117与限流晶体管115的两侧。借此，充电控制单元110即可将彼此串联的限流电阻117与限流晶体管115两侧的电压V_XY限制于固定值(例如0.5伏特)，以避免在第一电池B1进行定电流充电的初期，限流晶体管115产生过高的热损耗。此时，充电控制单元110的输出端的电压Vo即为第一电池B1的电压VB与固定值(例如0.5伏特)之和。

请参照图4，图4为示出当第一电池B1进行放电时第一充放电模块11的详细电路结构的示意图。图4与图3不同之处在于，由于充电控制单元110并未参与整个放电电路的运行，所以图4采用虚线来表示充电控制单元110，相反地，由于放电控制单元120有参与整个放电电路的运行，故于图4是以实线表示的。在此实施例中，放电控制单元120属于电池电压追踪式的放电装置；Vcc为反馈至电源供应模块10的电压；Vs为第一电池B1放电的最大放电电压(例如5伏特)；Is为第一电池B1放电的最大放电电流(例如1.54安培)；I_D为第一电池B1放电时所产生的放电电流。

当第一电池B1开始进行放电后，第一充放电模块11将会持续维持在限流模式下，直到第一电池B1的电压V_B小于一预设值(例如3伏特)为止。实际上，该预设值可以是系统预设值或由使用者依实际需要所设定，并无特定的限制。

值得注意的是，当第一电池B1开始放电时，切换单元119的第一开关S1与第二开关S2即会切换至与接点P2与接点P4耦接，使得放电控制单元120能够耦接至放电电路中的X点及Y点，也即彼此串联的限流电阻117与限流晶体管115的两侧。借此，放电控制单元120即可将彼此串联的限流电阻117与限流晶体管115两侧的电压V_XY限制于固定值(例如0.5伏特)，以避免在第一电池B1进行定电流放电时，限流晶体管115产生过高的热损耗。此外，放电控制单元120也可同时将放电电路中的V_ERM提高至Vcc的电平(例如15伏特)。

有别于传统的充放电测试装置将放电的电力直接转换成交流电并反馈至直流电力系统中，导致直流电力系统的电力品质因素降低，于本发明的第一充放电模块11中，放电控制单元120将第一电池B1放电时所产生的电力以直流电的形式反馈至直流电源供应模块10，不仅能够符合安全法规对于电池放电的能源回收再利用的规范，将回收的电力再提供给其他电池充电之用，还能避免直流电源供应模块10的功率品质因数降低的情形发生。

根据本发明的第二具体实施例为一种电池充电方法。在此实施例中，该电池充电方法是通过一充电模块对电池进行充电的工作，其中该充电模块属于电池电压追踪式的充电装置，并且包含彼此串联的限流晶体管及限流电阻。至于该充电模块的详细结构则请参照图3，在此不另行赘述。

请参照图5，图5为示出该电池充电方法的流程图。如图5所示，当该充电模块对该电池进行充电时，该电池尚处于未充电状态，此时，该电池充电方法执行步骤S10，令该充电模块以限流模式运行并将彼此串联的限流电阻与限流晶体管两侧的电压限制于固定值(例如0.5伏特)，以避免在该电池进行定电流充电的初期，限流晶体管产生过高的热损耗。

在经过限流充电一段时间后，当流至该电池的充电电流小于最大充电电流时，该电池充电方法执行步骤S12，令该充电模块自动转换成以定电压模式对该电池进行充电。

根据本发明的第三具体实施例为一种电池放电方法。在此实施例中，该电池放电方法是通过一放电模块控制电池进行放电，其中该放电模块属于电池电压追踪式的放电装置，并且包含彼此串联的限流晶体管及限流电阻。至于该放电模块的详细结构则请参照图4，在此不另行赘述。

请参照图6，图6为示出该电池放电方法的流程图。如图6所示，当该电池开始进行放电时，该电池放电方法执行步骤S20，令该放电模块以限流模式运行并将彼此串联的该限流晶体管及该限流电阻两侧的电压限制于固定值(例如0.5伏特)，以避免在该电池进行放电时，限流晶体管产生过高的热损耗。实际上，在该电池放电的过程中，该放电模块将会持续维持于限流模式下，直至该电池的电压小于一预设值为止。

此外，该电池放电方法也执行步骤S22，将该电池放电时所产生的电力以直流电的形式反馈至一电源供应模块，其中该电源供应模块为一直流电源供应器，用以供应该放电模块运行所需的电力。

相较于现有技术，根据本发明的电池充放电装置分别通过电压追踪式的充电控制单元及放电控制单元，于电池进行充电及放电时，将彼此串联的限流晶体管及限流电阻两端的电压限制于固定值，以降低限流晶体管所产生的热损耗。此外，根据本发明的电池充放电装置也能够将电池放电时所产生的电能以直流电形式反馈至直流电力系统中，以供应其他电池充电时所需的电力。借此，本发明不仅能够达到提升能源使用率的功效，还可满足安全法规对于电池放电的能源回收再利用的规范，以符合当前全世界提倡环保节能的趋势。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求范畴内。

Claims

1.一种电池充放电装置，包含：

一电源供应模块；以及

多个充放电模块，耦接至该电源供应模块，所述多个充放电模块中的一充放电模块耦接至一电池，该充放电模块包含：

一限流晶体管；

一限流电阻，与该限流晶体管彼此串联；以及

一充电控制单元，耦接至该电源供应模块、该限流晶体管及该限流电阻，当该充放电模块对该电池进行充电时，该充电控制单元将彼此串联的该限流晶体管与该限流电阻的两端的电压限制于固定值，该充电控制单元是属于电池电压追踪式的充电装置；

一放电控制单元，耦接至该电源供应模块、该限流晶体管及该限流电阻，当该电池进行放电时，该放电控制单元将彼此串联的该限流晶体管与该限流电阻的两端的电压限制于固定值，该放电控制单元属于电池电压追踪式的放电装置，该放电控制单元将该电池放电时所产生的电力以直流电的形式反馈至该电源供应模块。

2.如权利要求1所述的电池充放电装置，其中该充放电模块进一步包含：

一定电压控制单元；

一定电流控制单元；

一电流读回放大单元，耦接至该定电流控制单元、该限流晶体管及该限流电阻；以及

一电压读回放大单元，耦接至该定电压控制单元、该电池、该充电控制单元及该放电控制单元。

3.如权利要求2所述的电池充放电装置，其中该定电流控制单元是用以控制该充放电模块以限流模式对该电池充电的定电流；该定电压控制单元是用以控制该充放电模块由于充电电流小于最大充电电流而自动转换成以定电压模式对该电池进行充电的定电压。

4.如权利要求2所述的电池充放电装置，其中当该电池放电时，该定电流控制单元持续维持限流模式，直至该电池的电压小于一预设值为止。

5.一种电池充放电装置，包含：

一电源供应模块，该电源供应模块是一直流电源供应器；以及

一限流晶体管；

一限流电阻，与该限流晶体管彼此串联；以及

一放电控制单元，耦接至该电源供应模块、该限流晶体管及该限流电阻，当该电池进行放电时，该放电控制单元将彼此串联的该限流晶体管与该限流电阻的两端的电压限制于固定值，该放电控制单元是属于电池电压追踪式的放电装置，该放电控制单元将该电池放电时所产生的电力以直流电的形式反馈至该电源供应模块。

6.一种充放电模块，耦接至一电源供应模块及一电池，该充放电模块包含：

一限流晶体管；

一限流电阻，与该限流晶体管彼此串联；

一充电控制单元，耦接至该电源供应模块、该限流晶体管及该限流电阻，当该充放电模块对该电池进行充电时，该充电控制单元将彼此串联的该限流晶体管与该限流电阻的两端的电压限制于固定值，该充电控制单元是属于电池电压追踪式的充电装置；以及

7.如权利要求6所述的充放电模块，进一步包含：

一定电压控制单元；

一定电流控制单元；

8.如权利要求7所述的充放电模块，其中该定电流控制单元是用以控制该充放电模块以限流模式对该电池充电的定电流；该定电压控制单元是用以控制该充放电模块由于充电电流小于最大充电电流而自动转换成以定电压模式对该电池进行充电的定电压。

9.如权利要求7所述的充放电模块，其中当该电池进行放电时，该定电流控制单元持续维持限流模式，直至该电池的电压小于一预设值为止。

10.一种充放电模块，耦接至一电源供应模块及一电池，该电源供应模块是一直流电源供应器，该充放电模块包含：

一限流晶体管；

一限流电阻，与该限流晶体管彼此串联；以及

11.一种电池放电方法，通过一放电模块控制一电池进行放电，该放电模块包含彼此串联的一限流晶体管及一限流电阻，该方法包含下列步骤：

当该电池进行放电时，将彼此串联的该限流晶体管及该限流电阻的两端的电压限制于固定值，并将该电池放电时所产生的电力以直流电的形式反馈至一电源供应模块，其中该电源供应模块是一直流电源供应器。

12.如权利要求11所述的电池放电方法，其中当该电池进行放电时，该放电模块持续维持限流模式，直至该电池的电压小于一预设值为止。