CN103779878B - 非稳定输出源对电池的充电方法及充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非稳定输出源对电池的充电方法及充电装置，该方法包括依据第一预设电压及电池的充电饱和电压，以定义第一至第三充电区间，其中充电饱和电压大于第一预设电压；测量电池的初始电压；依据初始电压决定电池所在的充电区间，并根据充电区间设定对电池进行充电的上限充电电流；以上限充电电流对电池进行充电；持续测量既定时间内电池的多个电压，据以得到既定时间内电池的平均电压；依据电池的平均电压，判断电池是否仍处于原来的充电区间；若电池未处于原来的充电区间，且电池的平均电压未达充电饱和电压，则降低上限充电电流，并重复上述步骤。

Description

非稳定输出源对电池的充电方法及充电装置
技术领域
本发明有关于对电池充电的方法及装置，且特别是关于以非稳定电源对电池充电的方法及装置。
背景技术
由于环保意识的抬头，绿色能源的应用开始受到重视，例如利用风力、太阳能、水力及潮汐发电。然而，这些绿能发电方式具有不稳定的特性。因此，普遍的解决方式便是将这些绿色能源转换为电能形式储存，带需要时再加以取用，以提高绿能的使用率。
常见的电池充电方式，如定电压充电法(CVCharging)、定电流充电法(CCCharging)、脉冲充电法(PulseCharging)以及正负脉冲充电法(ReflexCharging)，皆建立在具有稳定的输入源的前提下，通过对电池端的电压或电流的取样，以判断电池的充电进度。然而，将上述的充电方式应用于非稳定的输入源，会造成电池浮充电压随着输入源而浮动，容易造成取样值的浮动，而误判电池的充电进度。以风力发电为例，由于充电机的充电电流正比于风力的大小，当风力的变化使得充电机的充电电流处于不稳定的状态，(由于电池具有内阻之故)同时也使得电池电压产生漂动。若直接对电池的电压或电流取样，则有可能因为风力不稳定的因素而对电池的充电状态产生误判。因此，亟需一种适合应用于不稳定电源的电池充电方法，以改善绿能的使用效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种非稳定输出源对电池的充电方法及充电装置。
本发明揭露一种非稳定输出源对电池的充电方法，包括：(a)依据一第一预设电压及该电池的充电饱和电压，以定义第一至第三充电区间；其中该充电饱和电压大于该第一预设电压；(b)测量该电池的初始电压；(c)依据该初始电压决定该电池所在的充电区间，并根据该充电区间设定对该电池进行充电的上限充电电流；(d)以该上限充电电流对该电池进行充电；(e)持续测量既定时间内该电池的多个电压，据以得到该既定时间内该电池的平均电压；(f)依据该电池的平均电压，判断该电池是否仍处于原来的充电区间；(g)若该电池未处于原来的充电区间，且该电池的平均电压未达该充电饱和电压，则降低该上限充电电流，并重复步骤(d)~(f)。
上述步骤(f)若判定该电池仍处于原来的充电区间，则重复步骤(d)~(f)。此外，若该电池未处于原来的充电区间，且该电池的平均电压已达该充电饱和电压，则停止对该电池进行充电。
本发明还揭露一种非稳定输出源充电装置，用以对一电池进行充电，包括：一非稳定输入源，提供一交流电源；一充电单元，接收该交流电源并将该交流电源转换为一直流电源，以对该电池进行充电；其中，该充电单元预先依据一第一预设电压及该电池的充电饱和电压，定义第一至第三充电区间，该充电饱和电压大于该第一预设电压；以及一电压取样单元，侦测该电池的电压据以控制该充电单元对该电池进行充电；其中该电压取样单元依据该电池的初始电压决定该电池所在的充电区间以设定对该电池进行充电的上限充电电流，控制该充电单元以该上限电流对该电池进行充电；该电压取样单元周期性地测量既定时间内该电池的多个电压，据以得到该既定时间内该电池的平均电压；该电压取样单元依据该电池的平均电压，若判断该电池是未处于原来的充电区间，且该电池的平均电压未达该充电饱和电压，则控制该充电单元降低该上限充电电流。
本发明的非稳定输出源充电装置，特别适合使用于绿能充电的领域，通过以平均电压的方式对电池的电压取样，并据此调整充电电流的上限，大幅降低因非稳定输出源的因素而造成的电池的充电状态误判。对于绿能的使用效率有大幅的改善。
附图说明
图1为本发明一实施例中，非稳定输出源充电装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例中，非稳定输出源对电池的充电方法的流程图；
图3为本发明一实施例中，非稳定输出源充电装置的充电单元的上限充电电流与时间的关系图。
其中，附图标记说明如下：
10~非稳定输出源充电装置；
12~非稳定输入源；
14~充电单元；
16~电池；
18~电压取样单元；
CS~控制信号；
Imax~上限充电电流；
P0–P4~充电模式；
S1–S9~步骤；
T1–T4~时间；
V1~第一预设电压；
V2~第二预设电压；
V3~第三预设电压；
V4~充电饱和电压；
VBAT~电池电压；
VAC交流电源；
VDC~直流电源；
具体实施方式
以下揭露的内容可与图式对照，其中相对应的部件大致以相同的标号注明于图式上。且其中等效电路的示意图仅揭示元件之间的连接关系，并未限制元件的相对位置。于以下叙述中，为使易于理解，加入了许多特定的设置细节。然而，具有一般技术知识的人应可理解仅需参考本发明所揭示的部分范例内容便可以实现本发明。于部分范例中，现有的结构与元件以方块图的方式呈现，以使内容简明易懂。
图1为本发明的实施例中，非稳定输出源充电装置10的结构示意图。非稳定输出源充电装置10包括非稳定输入源12，充电单元14，电池16，以及电压取样单元18。非稳定输入源12至少可以是下述的电源：(1)定电压源，但所输出的电流大小不稳定；(2)定电流源，但所输出的电压大小不稳定。(3)非稳定电源，所提供的功率大小不稳定，其被抽载电流会随所输出的电压变动而改变；以及，(4)由发电机输出的交流电源。
在此实施例，例如是任何可以产生交流电源VAC的发电装置，例如风力发电机、水力发电机、地热发电机或太阳能发电机等，但是并非限定于此。充电单元14接收该交流电源VAC并动态的将该交流电源VAC转换为一直流电源VDC，以对电池16进行充电。由于非稳定输入源12所供应的交流电源VAC为非稳定的形式，因此经充电单元14转换后输出的直流电源VDC也为非稳定。其中，充电单元14预设有多种充电模式，这些充电模式包括例如上限充电电流的设定。充电单元14根据一控制信号CS切换不同的充电模式以对电池16进行充电。于部份实施例中，充电单元14可利用定电流充电法(constantcurrentcharging)、脉冲充电法(pulsecharging)或正负脉冲充电法(reflexcharging)等方式对电池16进行充电。电压取样单元18则侦测电池16的电压，并根据电池16的电压VBAT产生控制信号CS，以动态的调整充电单元14对电池16进行充电的充电模式。
图2为本发明的实施例中，非稳定输出源充电装置10对电池16的充电方法的流程图，于步骤S1，首先充电单元14依据至少一预设电压及电池16预设的充电饱和电压，定义出至少三个充电区间(或模式)。每个充电区间或模式皆包括至少一预设的上限充电电流Imax。
接着于步骤S2，电压取样单元18测量电池16尚未开始进行充电时的初始电压。接着进行步骤S3，电压取样单元18依据初始电压落在何种区间，决定该电池16的充电区间(或充电单元14的充电模式)，并根据电池所在的充电区间设定对电池16进行充电的上限充电电流Imax。接着于步骤S4，充电单元14以上限充电电流Imax对电池16进行充电。
于一实施例中，例如非稳定输出源充电装置10的电压取样单元18测量得到电池16的初始电池电压VBAT为48V，并判定电池16的初始电池电压落在VBAT<50V的区间，进而产生控制信号CS，以设定充电单元14至一特定充电模式，其中上限充电电流Imax的值被对应设定为25A。则于步骤S4中，充电单元14输入电池16的电流不会超过25A。
继续参考图2，接着于步骤S5，在电池16的充电期间，电压取样单元18持续的以一既定时间为周期侦测电池16的电压VBAT，据以得到既定时间内电池16的平均电压。应注意的是，于充电期间的电池电压VBAT会受到非稳定输入源12浮充的影响，而产生扰动。因此，本步骤采平均电压的方式降低因扰动造成对电池电压VBAT的误判。于步骤S6，电压取样单元18更依据电池16的平均电压，判断电池16的电压是否仍处于原来的充电区间。若电池16的平均电压仍处于原来的充电区间(步骤S6的“是”)，则反复执行步骤S4至S6。
若电池16的平均电压不再处于原来的充电区间(步骤S6的“否”)，则进行步骤S7，判断电池16是否已达到充电饱和电压。若电池16已达到充电饱和电压(步骤S7的“是”)，即表示电池16已完成充电，电压取样单元18即于步骤S8中发送控制信号CS指示充电单元14停止对电池16充电，即将上限充电电流Imax的值设定为0A。若电池16尚未达到充电饱和电压(步骤S7的“否”)，即表示充电程序尚未完成，则进行步骤S9，电压取样单元18依据电池电压VBAT落在何种区间，决定充电单元14的充电模式，并据以控制充电单元14重新设定对电池16进行充电的上限充电电流Imax。接着回到步骤S4，反复进行直到电池16完成充电。
图3则为一实施例中充电单元14的上限充电电流与时间的关系图。以下将以图3的实施例为例，揭示非稳定输出源充电装置10对电池16的充电过程。
如图3所示，于步骤S1，非稳定输出源充电装置10中的充电单元14依据第一预设电压V1=50V，第二预设电压V1=51V，第三预设电压V1=54.6V，以及充电饱和电压V4=56V，区分出多个充电区间(模式)P0至P4；实务上至少需区分出三个区间(模式)，在此以区分出5个区间为例，但是并非限定于此。当电池电压VBAT小于或等于第一预设电压V1时(VBAT≤50V)，充电单元14处于充电模式P0，此时上限充电电流Imax被设定为25A；当电池电压VBAT大于第一预设电压V1且小于或等于第二预设电压V2时(50V<VBAT≤51V)，充电单元14处于充电模式P1，此时上限充电电流Imax被设定为12A；当电池电压VBAT大于第二预设电压V2且小于或等于第三预设电压V3时(51V<VBAT≤54.6V)，充电单元14处于充电模式P2，此时上限充电电流Imax被设定为8A；当电池电压VBAT大于第三预设电压V3且小于或等于充电饱和电压V4=56V时(54.6V<VBAT≤56V)，充电单元14处于充电模式P3，此时上限充电电流Imax被设定为2A；当电池电压VBAT大于充电饱和电压V4=56V时(56V<VBAT)，充电单元14处于充电模式P4，此时上限充电电流Imax被设定为0A。
于步骤S2，假设电压取样单元18测量得到电池16的初始电池电压VBAT为48V。于步骤S2，电压取样单元18判定电池16的初始电池电压落在VBAT<50V的区间，进而产生控制信号CS，以于步骤S3设定充电单元14至充电模式P0，其中上限充电电流Imax的值则被对应设定为25A。于步骤S4中，充电单元14开始以上限充电电流Imax对电池16充电，其中充电电流不会超过25A。
在充电的同时进行步骤S5，电压取样单元18持续的以一既定时间为周期反复侦测浮充的电池电压VBAT，据以得到既定时间内电池16的平均电压。于一实施例中，既定时间设定为64秒，其中电压取样单元18每一秒纪录一次浮充状态的电池电压VBAT，并每8秒计算一次平均浮充电压，再将8次平均浮充电压作平均，得到该电池平均电压。
接着于步骤S6，电压取样单元18依据电池16的平均电压，判断电池16的电压是否仍处于原来的充电区间。假设于时间T3时，电压取样单元18得到电池16的平均电压为55V，则表示电池16的电压VBAT已从原本的电压区间VBAT≦50V来到电压区间54.6V<VBAT≦56V，且步骤S7更判断电池16尚未达到充电饱和电压V4=56V。
此时进行步骤S9，电压取样单元18依据电池电压VBAT落在何种区间，决定充电单元14的充电模式为P3，并据以控制充电单元14重新设定对电池16进行充电的上限充电电流Imax至2A。接着充电程序回到步骤S4反复进行，直到于步骤S7时，侦测到于时间T4时，电池16的电压VBAT大于56V，电压取样单元18判断电池16的电压位于电压区间VBAT>56V，已完成充电，即重新设定充电单元14的充电模式为P4，对电池16进行充电的上限充电电流Imax为0A。
本发明提供一种非稳定输出源充电装置，特别适合使用于绿能充电的领域，通过以平均电压的方式对电池的电压取样，并据此调整充电电流的上限，大幅降低因非稳定输出源的因素而造成的电池的充电状态误判。对于绿能的使用效率有大幅的改善。
以上描述揭露了本发明的概念。应可理解于相关领域具有一般知识技术的人可以根据上述内容做各种修改，而并未悖离本发明的精神与范畴。再者，所有的实例与叙述仅作为范例之用，让阅读的人可以更容易理解本发明，并未限制专利保护的范围。所有在此描述的准则，情境，以及实施例，也仅作为范例之用，等同于任何结构上或功能上相同的替代物，包括现有的或尚未被发明的。
上述内容仅为示范的用，实际的专利保护范围请参考以下的专利请求项。

Claims (10)

1.一种非稳定输出源对电池的充电方法，包括：
(a)依据一第一预设电压及该电池的充电饱和电压，以定义第一至第三充电区间；其中该充电饱和电压大于该第一预设电压；
(b)测量该电池的初始电压；
(c)依据该初始电压决定该电池所在的充电区间，并根据该充电区间设定对该电池进行充电的上限充电电流；
(d)以该上限充电电流对该电池进行充电；
(e)持续测量既定时间内该电池的多个电压，据以得到该既定时间内该电池的平均电压；
(f)依据该电池的平均电压，判断该电池是否仍处于原来的充电区间；
(g)若该电池未处于原来的充电区间，且该电池的平均电压未达该充电饱和电压，则降低该上限充电电流，并重复步骤(d)～(f)；
其中该第一至第三充电区间分别对应第一至第三上限充电电流，该第一上限充电电流大于该第二上限充电电流，该第二上限充电电流大于该第三上限充电电流。
2.如权利要求1所述的非稳定输出源对电池的充电方法，其中，若步骤(f)判定该电池处于原来的充电区间，则重复步骤(d)～(f)。
3.如权利要求1所述的非稳定输出源对电池的充电方法，其中，若该电池未处于原来的充电区间，且该电池的平均电压已达该充电饱和电压，则停止对该电池进行充电。
4.如权利要求1所述的非稳定输出源对电池的充电方法，其中该非稳定输出源可为下列任一者：风力发电机、水力发电机、地热发电机或太阳能发电机。
5.如权利要求1所述的非稳定输出源对电池的充电方法，其中步骤(e)还包括：
以64秒为周期记录该电池的浮充电压与时间的关系，并每8秒计算一次平均浮充电压，再将8次平均浮充电压作平均，得到该电池平均电压。
6.如权利要求1所述的非稳定输出源对电池的充电方法，其中步骤(d)还包括：
以定电流充电法、脉冲充电法或正负脉冲充电法，根据该上限充电电流对该电池进行充电。
7.一种非稳定输出源充电装置，用以对一电池进行充电，包括：
一非稳定输入源，提供一交流电源；
一充电单元，接收该交流电源并将该交流电源转换为一直流电源，以对该电池进行充电；其中，该充电单元预先依据一第一预设电压及该电池的充电饱和电压，定义第一至第三充电区间，该充电饱和电压大于该第一预设电压；以及
一电压取样单元，侦测该电池的电压据以控制该充电单元对该电池进行充电；
其中该电压取样单元依据该电池的初始电压决定该电池所在的充电区间以设定对该电池进行充电的上限充电电流，控制该充电单元以该上限充电电流对该电池进行充电；
该电压取样单元周期性地测量既定时间内该电池的多个电压，据以得到该既定时间内该电池的平均电压；
该电压取样单元依据该电池的平均电压，若判断该电池是未处于原来的充电区间，且该电池的平均电压未达该充电饱和电压，则控制该充电单元降低该上限充电电流；
其中该第一至第三充电区间分别对应第一至第三上限充电电流，该第一上限充电电流大于该第二上限充电电流，该第二上限充电电流大于该第三上限充电电流。
8.如权利要求7所述的非稳定输出源充电装置，其中，若该电压取样单元判断该电池未处于原来的充电区间，且该电池的平均电压已达该充电饱和电压，则控制该充电单元停止对该电池进行充电。
9.如权利要求7所述的非稳定输出源充电装置，其中该非稳定输入源可为下列任一者：风力发电机、水力发电机、地热发电机或太阳能发电机。
10.如权利要求7所述的非稳定输出源充电装置，其中该电压取样单元还包括以64秒为时间周期纪录该电池的浮充电压与时间的关系，并每8秒计算一次平均浮充电压，再将8次平均浮充电压作平均，以得到该电池的平均电压。
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