CN110556887A - 电池充电系统及其运作方法 - Google Patents

Abstract

一种电池充电系统及其运作方法，电池充电系统用以对至少一电池充电，电池充电系统包含有波形产生模块、侦测模块以及一控制模块，其中波形产生模块具有一电源侧以及一负载侧，电源侧电性连接一电能供应源，而负载侧电性连接至少一电池；侦测模块电性连接电池并用以侦测电池的状态，其中电池的状态形成一参数值；控制模块电性连接侦测模块与波形产生模块，并用以依据侦测模块所测得的参数值控制波形产生模块输出由多个充电波形所组合成的复合波形之充电电能对对应的电池充电，藉此充电系统可以针对不同的电池，而输出不同的充电电能。

Description

电池充电系统及其运作方法

技术领域

本发明与电池充电系统有关；特别是指一种利用复合波形之充电电能对电池充电的电池充电系统及其运作方法。

背景技术

请参图1所示，为习用的一充电装置1与一电池组2电性连接的示意图，其中电池组2包含有至少一电池2a；而充电装置1用以对电池组2进行充电，其中，习用的充电装置1无法针对不同的电池2a使用不同充电电能对电池2a充电，且充电装置1也无法同时对不同种类的电池2a充电，而是只能针对特定种类的电池2a充电。

此外，习用的充电装置1不具有侦测电池2a充电状态的功能，因此，当使用者使用充电装置1对电池2a充电时，无从得知电池2a是否于充饱电、损坏或是储能效率下降的状态，故当电池2a于充饱电的状态时，充电装置1会继续对其充电，进而可能造成电池2a寿命下降；而当电池2a于损坏或储能效率不佳的状态下，往往须于使用者使用电池组2时，才会发现电池组2的异常状态；此外，当电池组2于充电或放电时，若电池组2中有损坏或储能效率下降的电池2a，会连带影响电池组2整体的充电或放电的效率。由此可见，习用的充电装置与充电方法仍有诸多亟待改善的地方。

发明内容

有鉴于此，本发明之目的在于提供一种可以提供各种电池充电的电池充电系统。

本发明之另一目的在于提供一种电池充电系统可以提升电池的效能。

本发明之目的在于提供一种电池充电系统的运作方法可以对电池提供较佳的充电模式。

缘以达成上述目的，本发明提供的一种电池充电系统，用以对至少一电池充电，其包含有一波形产生模块、一侦测模块以及一控制模块，其中该波形产生模块具有一电源侧以及一负载侧，该电源侧电性连接一电能供应源并用以接收该电能供应源所输出之电能，该负载侧电性连接至该至少一电池；该侦测模块电性连接该至少一电池，并用以侦测该至少一电池之多个状态参数，以取得对应各该状态参数之一参数值；该控制模块电性连接该侦测模块与该波形产生模块，用以依据该侦测模块所测得的该多个参数值控制该波形产生模块，以使该波形产生模块将自该电能供应源接收之电能转换为具有分别对应各该参数值之多个充电波形，并将该该些充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能后由该负载侧输出予该至少一电池。

本发明提供的一种电池充电系统的运作方法，该电池充电系统用以对至少一电池充电，该电池充电系统包含有一波形产生模块、一侦测模块以及一控制模块，其中该波形产生模块具有一电源侧以及一负载侧，该电源侧电性连接一电能供应源，该负载侧电性连接该至少一电池；该侦测模块电性连接该至少一电池；该控制模块电性连接该波形产生模块以及该侦测模块，该运作方法包含下列步骤：A、该侦测模块侦测该至少一电池之多个状态参数，以取得对应各该状态参数的一参数值；B、该控制模块依据该侦测模块所测得之该参数值控制该波形产生模块，使该波形产生模块自该电能供应源接收之电能转换为具有对应该参数值之多个充电波形；C、将对应该多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能后由该负载侧输出给该至少一电池。

本发明之效果在充电系统可以针对不同的电池或不同的电池状态，藉由波形产生模块产生不同的充电波形对不同的电池充电或不同的电池状态对电池充电，藉此电池可以有较佳的充电效能以及维持较佳的活性，让电池的使用寿命延长，达到节能环保的效果。

附图说明

图1为习用的充电装置对电池组充电的示意图；

图2为本发明一优选实施例之电池充电系统的电路图；

图3A为上述一优选实施例之波形产生模块所产生的实验数据；

图3B为上述一优选实施例之波形产生模块所产生的实验数据；

图3C为上述一优选实施例之波形产生模块所产生的实验数据；

图3D为上述一优选实施例之波形产生模块所产生的实验数据；

图4为上述优选实施例之电池充电系统的运作方法之流程图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图2所示，为本发明一优选实施例之电池充电系统用以对至少一电池3充电，其包含有一波形产生模块10、一侦测模块20以及一控制模块30。且于本实施例中，电池3的种类包含有电池正极以离子化合物作为材料，而负极以石墨、石墨烯、硅化合物、铝化合物、锂金属等嵌入材料的电池3。其中离子化合物举例而言，可以是尖晶石氧化物、磷酸盐、硅酸盐等，但不以此为限。

该波形产生模块10具有一电源侧10a以及一负载侧10b，其中电源侧10a用以电性连接一电能供应源4，且电能供应源4是用以提供波形产生模块10所需求的电能；而波形产生模块10的负载侧10b则电性连接电池3的正极端3a与负极端3b。于本实施例中，波形产生模块10同时对多个电池3输出不同的充电波形，且该多个电池3是以串联的方式彼此电性连接，而波形产生模块10分别电性连接各电池3的正极端3a与负极端3b。于其他实施例中，该多个电池3可以是以并联的方式，或是以串并联混合的方式彼此电性连接。

该侦测模块20分别电性连接于各电池3的正极端3a与负极端3b，并通过电池3的正极端3a与负极端3b侦测电池3的多个状态参数，其中，状态参数于本实施例中包含有电池3的直流内阻(DCIR)、交流内阻(ACIR)以及健康状态(State of Health，SOH)。于其他实施例中，电池3状态参数可以是直流内阻(DCIR)、交流内阻(ACIR)、健康状态(State of Health，SOH)以及充电状态(state of Charge，SOC)等的其中至少一个或其组合。当侦测模块20侦测到各个电池3的状态参数后，侦测模块20会依据各个电池3的状态参数进一步取得对应各状态参数的一参数值，而参数值举例而言可以是电阻值、电压值以及功率值，但不以此为限，还可以是电流值等。

该控制模块30电性连接侦测模块20与波形产生模块10，且控制模块30是依据侦测模块20所取得的各参数值控制波形产生模块10将自电能供应源4接收之电能转换为对应各参数值之多个充电波形，且该该些充电波形形成一具有复合波形的充电电能由负载侧10b输出，进而对电池3充电，请再配合图3A至3D所示，为本实施例中，为该多个充电波形组合而成之充电电能的复合波形实验数据，但充电电能之复合波形并不以此为限。

于本实施例中，当侦测模块20侦测电池3的直流内阻时，取得之参数值为电阻值，并根据电阻值得知电池的种类与其电容量大小，进一步设定充电电能的振幅范围，举例而言，当电池3的种类为锂电池时，根据锂离子的特性，选定其振幅范围在±1.0V VS L/Li+区间；侦测交流内阻时，取得之参数值为电阻值，并依据电阻值的大小决定充电电能的频率是否采用高频率。举例而言，当电池3老化时，会令交流电阻之电阻值越大，此时，充电电能会使用高频率，进而使交流内阻的电阻值降低，于本实施例中，针对锂电池所指的高频率是介于500Hz至1500Hz之间。此外，当侦测电池3的健康状态时，取得的参数值为电压值，并以取得的电压值设定复合波形的偏移电压(offset voltage)，于本实施例中，电压值指的是电池3的开路电压，并以开路电压作为充电电能之偏移电压，举例而言，当侦测电池3的健康状态而取得的开路电压为3.6V，则充电电能的偏移电压为3.6V。于其他实施例中，充电电能的偏移电压可以是接近开路电压，举例而言当开路电压为3.6V，充电电能的偏移电压可以是介于3.6±10％V之间者。

此外，控制模块30还包含有一数据储存单元32以及一运算单元34，数据储存单元32是用以储存侦测模块20取得之参数值与波形产生模块10依据参数值对电池3充电的充电数据，并藉由运算单元34运算参数值与对应的充电数据之间的关联性。举例而言，当侦测模块20侦测到电池3的状态参数为健康状态以及直流内阻时，控制模块30会取得健康状态所对应的电压值以及直流内阻所对应的电阻值，并将电压值以及电阻值存入数据储存单元32，且波形产生模块10依据电压值以及电阻值对电池3输出复合波形的充电电能，并将充电电能之波形数据、充电后之电池3的健康状态以及直流内阻之数据形成充电数据储入数据储存单元32，进而形成一数据库，再由运算单元34对数据库中的数据进行运算，并将运算结果反馈至控制模块30进而修正控制模块30控制波形产生模块10所转换的充电波形，进而达到优化充电系统的效果。

藉由上述充电系统之架构，即可进行本实施例的运作方法，该运作方法包含图4所示之下列步骤：

首先，于步骤S1中，藉由侦测模块20侦测各电池3的多个状态参数以取得对应各状态参数的参数值，于本实施例中，直流内阻与交流内阻分别对应的参数值为电阻值；健康状态对应的参数值为电压值。于其他实施例中，状态参数也可以包含有电池3的充电状态，且其对应的参数值可以是电压值与电流值的其中至少一个或其组合，且侦测模块20所侦测的状态参数以及对应各状态参数的参数值，并不以上述为限。

于步骤S2中，控制模块30依据测得的参数值控制波形产生模块10，使波形产生模块10将自电能供应源4接收之电能转换为具有对应各参数值之充电波形，且该该些充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能，其中，所述的充电波形于本实施例中包含有方波、脉冲波、弦波以及三角波的其中至少一个。举例而言，该该些充电波形可以包含有不同属性(如不同振幅和/或频率)的方波，并依据电池3参数值的不同，由各参数值分别形成对应的方波，并由该该些方波组成复合波形的充电电能。

于步骤S3中将充电电能由负载测10b输出给电池3，于本实施例中，由侦测模块20所取得的参数值可以设定充电电能的振幅大小、频率以及偏移电压的其中至少一个。

举例而言，当侦测模块20侦测电池3的直流内阻时，取得对应直流内阻的电阻值而控制模块30会依据电阻值设定波形产生模块10所输出的充电电能之振幅大小，控制模块30依据直流内阻所对应的电阻值取得电池3种类以及其电容量大小，并再依据电池3种类以及其电容量大小控制波形产生模块10所输出的振幅强度；当侦测模块20侦测电池3的健康状态，而取得对应健康状态的电压值时，而控制模块30会设定波形产生模块10所输出的充电电能之偏移电压(offset voltage)，其中设定偏移电压的原因在于不同健康状态下的电池3会有不同的电压值，且电压值越高，偏移电压越高；当侦测模块20侦测电池3的交流内阻时，而取得对应交流内阻的电阻值时，控制模块30会依据电阻值设定波形产生模块10所输出的充电电能之频率，其中设定频率的基础在于，依据电阻值的大小决定是否采用高频率，当电阻值大于控制模块30内所设定的预定值时，所输出的充电电能采用高频率，进而降低电阻值。

此外，于步骤S3之后，还包含有一步骤S4：藉由控制模块30中的数据储存单元32储存侦测模块20所取得之各电池3的参数值与波形产生模块10对电池3充电后，侦测模块20侦测电池3所产生的充电数据，且储入数据储存单元32之数据会形成数据库，并藉由运算单元34运算数据库中各数据之间的关系，并将运算结果反馈至控制模块30进而修正控制模块30控制波形产生模块10所输出的充电波形，进而达到优化充电系统的效果，以使充电系统于对电池3充电时，可以提供电池3较佳的充电效果。

于本实施例中，于步骤S3之后更包含侦测模块20侦测各电池3的充电电量，而重复执行步骤S1至S4，举例而言，电池3的充电电量可以是每上升5％时，于其他实施例，可以是每上升10％时，但不以此为限。于其他实施例中，重复执行步骤S1至S4，可以是依据充电时间重复执行，其中充电时间举例而言可以是每间隔1分钟，但不以此为限。藉此，电池充电系统可以对电池3有较佳的充电效果。

综上所述，为本发明之电池充电系统及其运作方法，藉由控制模块控制波形产生模块产生的充电电能，可以于电池充电时，让老化的电池或者效能较差的电池，可以恢复到较佳的状态，举例而言，当电池3老化时，交流内阻的电阻值会升高，而采用高频率的充电电能可以有效降低交流内阻的电阻值，而使电池恢复到较佳的状态。

波形产生模块可以产生多种充电波形所组合而成的充电电能，且可以分别对各电池充电，故本发明的充电系统可以同时对各种不同的电池充电，并根据各电池的参数值分别给予最佳的充电效果，进而使各种电池可以维持较佳的活性，藉此让电池的使用寿命延长，达到节能环保的效果。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为之等效变化，理应包含在本发明之专利范围内。

附图标记说明

〔习用〕

1充电装置 2电池组 2a电池

〔本发明〕

3电池

3a正极端 3b负极端

4电能供应源

10波形产生模块

10a电源侧 10b负载侧

20侦测模块

30控制模块

32数据储存单元 34运算单元

Claims (10)

1.一种电池充电系统，用以对至少一电池充电，其包含有：

一波形产生模块，具有一电源侧以及一负载侧，所述电源侧电性连接一电能供应源并用以接收所述电能供应源所输出之电能，所述负载侧电性连接至所述至少一电池；

一侦测模块，电性连接所述至少一电池，并用以侦测所述至少一电池之多个状态参数，以取得对应各所述状态参数之一参数值；

一控制模块，电性连接所述侦测模块与所述波形产生模块，用以依据所述侦测模块所测得之所述多个参数值控制所述波形产生模块，以使所述波形产生模块将自所述电能供应源接收之电能转换为具有分别对应各所述参数值之多个充电波形，并将所述多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能后由所述负载侧输出给所述至少一电池。

2.如权利要求1所述的电池充电系统，其中所述多个充电波形包含有方波、脉冲波、弦波以及三角波的其中至少一个。

3.如权利要求1所述的电池充电系统，其中所述多个状态参数包含有所述至少一电池的直流内阻、交流内阻以及健康状态其中至少一个；所述多个参数值包含电阻值、电压值以及功率值的其中至少一个；而所述充电电能包含有振幅大小、频率以及偏移电压的其中至少一个。

4.一种电池充电系统的运作方法，所述电池充电系统用以对至少一电池充电，所述电池充电系统包含有一波形产生模块、一侦测模块以及一控制模块，其中所述波形产生模块具有一电源侧以及一负载侧，所述电源侧电性连接一电能供应源，所述负载侧电性连接所述至少一电池；所述侦测模块电性连接所述至少一电池；所述控制模块电性连接所述波形产生模块以及所述侦测模块，所述运作方法包含下列步骤：

A、所述侦测模块侦测所述至少一电池之多个状态参数，以取得对应各所述状态参数的一参数值；

B、所述控制模块依据所述侦测模块所测得之所述参数值控制所述波形产生模块，使所述波形产生模块将自所述电能供应源接收之电能转换为具有对应所述参数值之多个充电波形，并将所述多个充电波形混合形成一具有复合波形之充电电能；

C、由所述负载侧输出给所述至少一电池。

5.如权利要求4所述的电池充电系统的运作方法，其中于步骤B与步骤C中所述的所述多个充电波形包含有方波、脉冲波、弦波以及三角波的其中至少一个。

6.如权利要求4所述的电池充电系统的运作方法，其中所述多个状态参数包括有直流内阻；于步骤A中，所述侦测模块系侦测所述至少一电池的直流内阻，以取得对应所述直流内阻的所述参数值；于步骤B中，根据所述参数值设定所述充电电能的振幅大小。

7.如权利要求4所述的电池充电系统的运作方法，其中所述多个状态参数包括有健康状态；于步骤A中，所述侦测模块侦测所述至少一电池的健康状态，以取得对应所述健康状态的所述参数值；于步骤B中，根据所述参数值设定所述充电电能的偏移电压。

8.如权利要求4所述的电池充电系统的运作方法，其中所述多个状态参数包括有交流内阻；于步骤A中，所述侦测模块系侦测所述至少一电池的交流内阻，以取得对应所述交流内阻的参数值；于步骤B中，根据所述参数值设定所述充电电能的频率。

9.如权利要求4所述的电池充电系统的运作方法，其中所述控制模块还包含有一数据储存单元以及一运算单元，且于步骤C之后还包含步骤D：所述数据储存单元储存所述多个参数值与多个充电数据，且藉由所述运算单元运算所述多个参数值与对应的各所述充电数据之间的关联性。

10.如权利要求4所述的电池充电系统的运作方法，其中于步骤C之后还包含所述侦测模块侦测各所述电池之充电电量或依据各所述电池的充电时间，而重复执行步骤A、步骤B、步骤C与步骤D。