CN101931247B - 充电系统与电池电量的管理方法 - Google Patents

Abstract

一种充电系统与电池电量的管理方法，包括当电池的温度低于一第一临界温度时，则对电池以4.2V正常充电。若是电池的温度虽然高于该第一临界温度但却低于一第二临界温度，并且当电池的电量低于一第一临界电压或容量时，则持续对电池充电。反之，当电池温度介于第一临界温度和第二临界温度之间，并且电池的电量高于第一临界电压或容量时，则停止对电池充电。若电池温度高于一第二临界温度，则无论电池电压为何都停止充电。

Description

充电系统与电池电量的管理方法

技术领域

本发明是有关于一种电池的充电方法，且特别是有关于一种在高温下对电池的进行充电的技术。

背景技术

典型的电池充电器包含三个控制电路，分别是定电流控制电路、定电压控制电路及定温控制电路。在应用上，当开始对一电量较少的电池充电时，电池充电器进入定电流模式。此时，定电流控制电路可以维持一稳定的充电电流来对电池充电。一般已知的充电器在电池的温度介于0℃到45℃之间时，只要确认电池的电压小于4.2V时，就可以持续以定电流模式对电池充电。等到电池的电压到达4.2V时，则切换成定电压模式，此时电流慢慢变小直至充饱即停止充电。

当电池的电压达到一预设电压时，一般典型是4.2V，则已知的充电器进入定电压模式。此时，已知充电器中的定电压控制电路可以维持固定电压对电池充电。当温控制电路侦测电池的温度高于45℃时，为了避免电池因处于4.2V高温充电导致膨胀、漏液等等可能，因此已知的充电器当达到所设定的温度，如45℃时，即使电池电压尚未达4.2V会立即停止对电池充电。但电池芯在45～60℃可以较小定电压充电，如4.1V充电。而已知的充电器无法做到温度变化切换电压的功能，使得在温度45～60℃间即使电压很低亦无法充电。因此，传统的情况下，无法在温度高于45度的情况对电池充电，而必须等温度低于45度时，才可进行充电，而有改善的作法。

发明内容

本发明提供一种充电系统，可以让电池在更广温度范围下对电池进行充电。在不需更改太多硬件或充电芯片下，电池可在高温中充电至较高电压的方法。

本发明提供一种电池电量的管理方法，可以更有效的在不同温度下正常充电并降低电池芯膨胀等问题发生。

本发明提供一种充电系统，可以对一电池更广泛地充电。本发明包括充电器和侦测单元。其中，侦测单元可以量测电池的多个电气参数。当电池的温度低于一第一临界温度时，充电器可以对电池正常充电。而当电池的温度高于第一临界温度但是低于一第二临界温度时，侦测单元可以判断电池的电量是否低于一第一临界电压。若是电池温度介于第一临界温度和第二临界温度之间，并且电池的电量低于第一临界电压时，则充电器持续对电池充电。反之，当电池温度介于第一临界温度和第二临界温度之间，并且电池的电量高于第一临界电压时，则侦测单元会使充电器停止对电池充电。当电池温度高于一第二临界温度，除充电芯片可停止充电状态外，亦可以此侦测单元作为截止充电的工具。

在本发明的一实施例中，电池可以在充电时耦接一电器装置。因此，当侦测单元发现电池的温度和电量分别大于第二临界温度以及大于一第二临界电压时，若是电池耦接一电器装置，则侦测单元可以启动此电器装置，并且使电池对该电器装置放电。其中，第二临界电压小于第一临界电压。

从另一观点来看，本发明也提供一种电池电量的管理方法，包括当电池的温度低于一第一临界温度时，则对电池正常充电。若是电池的温度虽然高于该第一临界温度但却低于一第二临界温度，并且当电池的电量低于一第一临界电压时，则持续对电池充电。反之，当电池温度介于第一临界温度和第二临界温度之间，并且电池的电量高于第一临界电压时，则停止对电池充电。

另外，若是电池温度高于第二临界温度时，则同样停止对电池充电。

由于本发明可以在电池超过一第一临界温度，但并未到达第二临界温度，并且电池电量低于一第一临界电压时，在不改太多硬件或充电芯片下可持续对电池充电。因此，本发明可以有效地提升电池在更广温度范围下充电，并且也可以保护电池在充电时较不易因高温高压环境下产生膨胀等问题发生。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1所示为依照本发明的一较佳实施例的一种电池电量的管理方法的步骤流程图。

图2所示为依照本发明的一实施例的一种充电系统的系统方块图。

图3所示为依照本发明另一实施例的一种充电系统的系统方块图。

图4所示为依照本发明的一实施例的图3的侦测单元的电路图。

图5所示为依照本发明的一较佳实施例的一种电池在充电时与一电器装置耦接的电路示意图。

具体实施方式

图1所示为依照本发明的一较佳实施例的一种电池电量的管理方法的步骤流程图。请参照图1，本实施例所提供的管理方法所适用的电池，例如是锂电池。当使用者对电池进行充电程序时，本实施例可以如步骤S102所述，对电池充电，并且进行步骤S104，就是判断电池的温度是否高于一第一临界温度。在本实施例中，第一临界温度较佳但不限定是45℃。

若是电池的温度并未超过第一临界温度(就是步骤S104所标示的“否”)，则可以继续步骤S102，以对电池正常充电。然而，若是电池的温度超过第一临界温度时(就是步骤S104所标示的“是”)，则本实施例进一步执行步骤S106，就是判断电池温度是否高于一第二临界温度。其中，第二临界温度较佳但不限定是60℃。

特别的是，若是电池的温度虽然超过第一临界温度，但却小于第二临界温度时(就是步骤S106所标示的“否”)，本实施例可以选择进行步骤S108，就是进一步判断电池的电量是否超过一第一临界电压。在本实施例中，第一临界电压可以大于3.1V，但小于4.2V，例如是4.1V。

在步骤S108中，若是判断电池温度是介于第一临界温度和第二临界温度之间，并且电池的电量并未超过第一临界电压时(就是步骤S108所标示的“否”)，则回到步骤S102，而对电池持续充电。

回到步骤S106，若是电池温度已经超过第二临界温度(就是步骤S106所标示的“是”)，则本实施例可以如步骤S110所述，停止对电池充电。相对地，即便电池温度并未超过第二临界温度，也就是其温度介于第一临界温度和第二临界温度之间，但是电池电量已经超过第一临界电压(就是步骤S108所标示的“是”)，则本实施例还是如步骤S110所述，停止对电池充电，以避免电池可能的膨胀问题等。

图2所示为依照本发明的一实施例的一种充电系统的系统方块图。请参照图2，本实施例所提供的充电系统200，可以对例如是锂电池的电池210充电。充电系统200包括侦测单元202和充电器204。其中，侦测单元202耦接充电器204。而在一些实施例中，侦测单元202可以以软件的形式来实现。而在另外一些实施例中，侦测单元202则可以利用微处理器的形式来实现，本发明并不限定。

在本实施例中，充电系统200还包括开关单元206，其分别耦接充电器204一端和电池210一端。当电池210被安装在充电系统200上进行充电时，充电器204可以控制开关单元206导通。接着，充电器204判断输出端的电压是否到达一预设电压，(并且输出一侦测结果DET给充电器204)。一般来说，此预设电压例如是4.2V。若是充电器204输出端的电压还未到达预设值，则提供一定电流对电池210充电，而此定电流值例如是500mA。

相对地，若是充电器204输出的电压已经到达预设电压，则充电器204对电池210提供一定电压源。在本实施例中，此定电压源的电位可以与预设电压相同，都是4.2V，然而本发明并不以此限定。

在本实施例中，电池210可以配置一检测单元212。而侦测单元202通过检测单元212就可以取得电池210的多个实时的电气参数信息。这些电气参数包括电池的温度、电压、电流等。当侦测单元202获得电池210实时的电气参数后，可以将其当作侦测结果DET送至充电器204。如图1所述，当电池的温度超过一第一临界温度(例如45℃)时，则侦测单元202可以判断电池210的电量是否超过一第一临界电压(例如4.1V)。

此时，若是电池210的温度虽然超过第一临界温度，但是储存的电量并未超过第一临界电压，则充电器204持续对电池210充电。相对地，若是电池210的温度不但超过第一临界温度，并且电池210储存的电量也超过第一临界电压时，则充电器204可以依据侦测结果DET而将开关单元206断路，以停止对电池210充电。另外，若是电池210的温度不断上升，并且超过一第二临界温度(例如60℃)时，则充电器204同样可以依据侦测结果DET而将开关单元206断路，以停止对电池210充电。除此之外，也可以不经侦侧单元由充电器204本身判断来断开206进而停止充电。

虽然在图2中，检测单元212是被配置在电池210中，然而在其它的实施例中，检测单元212也可以配置在充电器204或是个别独立共存于电器装置中，并不影响本发明的精神。

图3所示为依照本发明另一实施例的一种充电系统的系统方块图。请参照图3，本实施例所提供充电系统300也可以对例如是锂电池的电池310充电。在充电系统300中，也包括侦测单元302、充电器304和开关单元306。其中，侦测单元302可以耦接电池310的正极和负极，并且可以耦接充电器304。另外，充电器304则可以通过开关单元306耦接至电池310。

在本实施例中较特别的是，电池310并没有配置图2的检测单元212。因此，侦测单元302需要通过量测电池310正极和负极的电压差，来侦测电池310的电量。另外，电池310还包括一热感应元件312，例如是热敏电阻。此热感应元件312的电气特性，例如是电阻值，会随着电池310周遭环境温度的变化而改变。因此，充电器304可以通过热感应元件312的电气特性，来判断电池310的温度。本实施例其它的操作方式都与图2相同，在此不多作赘述。

图4所示为依照本发明的一实施例的图3的侦测单元的电路图。请参照图4，侦测单元302包括比较器402、开关晶体管404和406、以及电阻408、410、412、414和416。其中，比较器402的第一输入端可以通过电阻408接收电池310的输出电压Vbat，即电池310正极及负极间的电压差。另外，比较器402的第一输入端还可以通过电阻410接地。而比较器402的第二输入端则可以耦接一参考电压Vref。比较器402的输出端则耦接开关晶体管404的栅极端，而开关晶体管404的第一源/汲极端通过电阻412耦接第一偏压V1，而其第二源/汲极端则是接地。此外，开关晶体管406的栅极端耦接至开关晶体管404的第一源/汲极端，而开关晶体管406的第一源/汲极端通过电阻414耦接至第二偏压V2。开关晶体管406的第二源/汲极端可以通过热感应元件312接地，并且通过电阻416耦接至开关晶体管406的第一源/汲极端而形成节点A1，并且节点A1耦接至充电器304接收侦测结果DET的连接端口。在本实施例中，开关晶体管404和406二者都可以是NMOS晶体管。

请继续参照图4，比较器402第一输入端所接收的是电池310的输出电压Vbat的分压值。当电池电压Vbat超过上述的第一临界电压时，则比较器402输出端为高电位，导致开关晶体管404导通，而将开关晶体管406栅极端电位下拉至接地电位。因此，开关晶体管406为断路的状态。此时，节点A1的电位VA1可以表示如下：

$V_{A1}=V1\×\frac{R2+R3}{R1+R2+R3}---\left(1\right)$

其中R1、R2、R3分别是电阻414和416、以及热感应元件312的阻抗值。而热感应元件312的阻抗值会随着温度的变化而改变。

另外、当电池电压Vbat并未超过第一临界电压时，则比较器402的输出端为低电位，因此导致开关晶体管404断路。此时，开关晶体管406栅极端的电位被上拉至V1，而导致开关晶体管406导通。换句话说，电阻416可以被视作短路。因此，节点A1的电位VA1则可以表示如下：

$V_{A1}=V1\×\frac{R3}{R1+R3}---\left(2\right)$

由第(1)和(2)式可知，在相同的温度下，也就是在热感应元件312具有相同的阻值下，当电池电压Vbat超过第一临界电压时节点的A1的电位，会超过电池电压Vbat低于第一临界电压时节点A1的电位。换句话说，当电池电压低于第一临界电压时，充电器304所设定的截止充电的温度较高，例如是60℃；当电池电压超过第一临界电压时，经由这样的线路使得充电器304通过阻值或分压的改变达到降低充电器截止充电温度的设定，例如是45℃。举例说明：当电池电压Vbat超过第一临界电压时，充电器304能允许的电池310的温度较低。例如，当电池电压Vbat超过4.1V，而电池310的温度高于45℃(到60℃之间)时，充电器304就会将开关元件306断路，以停止对电池310充电。相反地，当电池电压Vbat低于4.1V，但电池310的温度虽然介于45℃到60℃之间，则充电器304还是可以使开关元件306导通，而持续对电池310充电。

图5所示为依照本发明的一较佳实施例的一种电池在充电时与一电器装置耦接的电路示意图。请参照图5，本实施例中的充电系统500同样包括侦测单元502、充电器504和开关单元506，并且三者的耦接方式与以上两个实施例相同，在此不多作赘述。在一些情况中，电池510在进行充电时，仍旧耦接一电器装置512。此情形就好像使用者使用所谓的简易型充电器(旅充或车充)，而直接对安装在一电器装置(像是移动电话)内的电池进行充电。

请继续参照图5，在本实施例中，当电池510的温度超过上述的第二临界温度时，充电器504除了将开关单元506断路之外，在另外一些实施例中，侦测单元502还可以判断电池510的电量是否超过一第二临界电压。其中，第二临界电压小于第一临界电压，例如是3.8V。

若是电池510的温度虽然超过第二临界温度，但是电池510的电量还没有超过第二临界电压时，则充电器504除了使开关单元506断路之外，并不作其它的处置。反之，若是电池510的温度不但温度超过第二临界温度，并且电池510的电量也超过第二临界电压，则除了充电器504使开关单元506断路之外，侦测单元502还可以启动电器装置512，使得电池510开始对电器装置512放电。如此一来，本实施例可以避免电池510在过高温度的环境下因为储存过高的电量而导致膨胀等问题。即使无旅充或车充，放电功能亦适用。此外，充电系统500也可以在电器装置512中。

综上所述，由于本发明在电池充电时，若是判断电池的温度介于第一临界温度和第二临界温度之间，但是电池的电量未超过第一临界电压时，持续对电池充电。因此，本发明可以使电池充电在更广泛的温度范围。

另外，本发明在电池充电时，若是判断电池的温度虽然介于第一临界温度和第二临界温度之间，然而电池的电量却超过第一临界电压，或者是判断电池的温度已经超过第二临界温度，则停止对电池充电。如此，就可以保护电池在充电时不会因为高温而造成膨胀等问题。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (23)

1.一种充电系统，适于对电池充电，其特征是，而上述充电系统包括：

充电器，耦接上述电池，以对其充电；以及

侦测单元，耦接上述充电器和上述电池，以量测上述电池的多个电器参数；

其中当上述电池的温度低于第一临界温度时，则上述充电器对上述电池正常充电，

当上述电池的温度高于上述第一临界温度但低于第二临界温度时，则上述侦测单元判断上述电池的电量是否低于第一临界电压；

当上述电池温度介于上述第一临界温度和上述第二临界温度之间，且上述电池的电量低于上述第一临界电压时，则上述充电器持续对上述电池充电；

而当上述电池温度介于上述第一临界温度和上述第二临界温度之间，且上述电池的电量高于上述第一临界电压时，则上述充电器停止对上述电池充电；

其中当上述电池耦接电器装置，且当上述电池的温度和电量分别大于上述第二临界温度以及大于第二临界电压时，则上述侦测单元启动上述电器装置，并使上述电池对上述电器装置放电，其中上述第二临界电压小于上述第一临界电压。

2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中当上述电池温度高于上述第二临界温度时，则上述充电器停止对上述电池充电。

3.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中上述电池具有检测单元，而上述侦测单元通过上述检测单元获得上述电池的多个电气参数。

4.根据权利要求3所述的充电系统，其特征是，其中上述侦测单元通过上述检测单元获得上述电池实时的电量和温度。

5.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中上述侦测单元通过量测上述电池的正极和负极的电压差，而获得上述电池的电量。

6.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中上述电池具有热感应元件，而上述侦测单元依据上述热感应元件的阻值来判断上述电池的温度。

7.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中上述第二临界电压大于3.1V而小于4.1V。

8.根据权利要求7所述的充电系统，其特征是，其中上述第二临界电压为3.8V。

9.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中上述第一临界电压大于3.1V而小于4.2V。

10.根据权利要求9所述的充电系统，其特征是，其中上述第一临界电压为4.1V。

11.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中上述第一临界温度为45℃。

12.根据权利要求1所述的充电系统，其特征是，其中上述第二临界温度为60℃。

13.一种电池电量的管理方法，其特征是，包括下列步骤：

当上述电池的温度低于第一临界温度时，则对上述电池正常充电；

当上述电池的温度高于上述第一临界温度但低于第二临界温度时，且当上述电池的电量低于第一临界电压时，则持续对上述电池充电；以及

当上述电池温度介于上述第一临界温度和上述第二临界温度之间，且上述电池的电量高于上述第一临界电压时，则停止对上述电池充电；

当上述电池耦接电器装置，且当上述电池的温度和电量分别大于上述第二临界温度以及大于第二临界电压时，则启动上述电器装置，并使上述电池对上述电器装置放电，其中上述第二临界电压小于上述第一临界电压。

14.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中当上述电池温度高于上述第二临界温度时，则停止对上述电池充电。

15.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中量测上述电池电量和温度的步骤，包括从电池读取多个实时的电气参数。

16.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中量测上述电池电量的步骤，包括量测上述电池正极和负极之间的电压差而获得。

17.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中量测上述电池温度的步骤，包括量测上述电池环境的温度而获得。

18.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中上述第二临界电压大于3.1V而小于4.1V。

19.根据权利要求18所述的管理方法，其特征是，其中上述第二临界电压为3.8V。

20.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中上述第一临界电压大于3.1V而小于4.2V。

21.根据权利要求20所述的管理方法，其特征是，其中上述第一临界电压为4.1V。

22.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中上述第一临界温度为45℃。

23.根据权利要求13所述的管理方法，其特征是，其中上述第二临界温度为60℃。

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