CN111446511B

CN111446511B - 电池及对其电芯进行充电的方法

Info

Publication number: CN111446511B
Application number: CN201910044741.2A
Authority: CN
Inventors: 林志鸿; 高育彬; 陈佳骏
Original assignee: Taipu Power New Energy Changshu Co ltd
Current assignee: Taipu Power New Energy Changshu Co ltd
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: CN111446511A

Abstract

本发明公开了一种电池及对其电芯进行充电的方法。其中当电芯的温度为第一温度时，电池的控制电路每一第一周期时间对电芯充电一第一充电时间，而第一周期时间等于一不充电时间与第一充电时间的和。当电芯的温度为第二温度时，控制电路每一第二周期时间对电芯充电一第二充电时间，第二温度不等于第一温度，第二周期时间等于上述不充电时间与第二充电时间的和，而第二周期时间不等于第一周期时间。

Description

电池及对其电芯进行充电的方法

技术领域

本发明是有关于一种电池及对其电芯进行充电的方法，特别是涉及一种可变频充电的电池及对其电芯进行充电的方法。

背景技术

传统搭载内燃机马达的摩托车，会搭配一组铅酸电池当作启动电源使用。车内会有一组发电机，当车辆启动后，发电机对铅酸电池充电。铅酸电池充电不易受限环境温度影响。当发电机产生电能时，铅酸电池几乎可吸收所有发电能量。但铅酸电池的缺点为体积大且重量重。为此，有部分的应用会改用锂电池，这是因为锂电池具有单位能量密度大的特性，故不仅其体积得以缩小，其重量也可变轻。然而，锂电池的特性与铅酸电池不相同，其充电条件非常地受到环境温度的影响。当温度越低，锂电池允许充电的电流会越小。但是现有技术中的发电机组并没有可调制输出的机制，若在低温的环境下，以相同大小的电流对锂电池进行充电的话，就会超过电芯制造商所规范的充电条件。长时间使用下，会造成锂电池老化速度加剧。为了解决此问题，通常通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)的方式，调制锂电池内的充电路径的开关的工作周期(duty cycle)，使流入至锂电池内的充电电流的平均值下降。进一步来说，工作周期可由开关的开启时间(duty on)和关闭时间(duty off)来决定。其中，工作周期可以如下表示：

工作周期＝100％×开启时间/(开启时间+关闭时间)

在传统的调制方式下，开启时间和关闭时间的总和是固定的，而当开启时间减少时，关闭时间就会相对地增加；而当开启时间增加时，关闭时间就会相对地减少。通过调整开启时间和关闭时间的比例即可改变充电电流的平均值，以使其符合电芯制造商所规范的充电条件。然而，对于采用金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，简称MOSFET)作为充电开关的电池来说，在关闭时间(dutyoff)时，因其会在电路上形成一个本体二极管(body diode)，而使得电流还是会流过充电开关。当上述的关闭时间越长时，充电开关所产生的热就会越多，长久下来就会缩短充电开关的使用寿命。

发明内容

本发明的一实施例揭露一种对电池的电芯进行充电的方法。所述的方法包含：侦测电芯的温度；当电芯的温度为一第一温度时，每一第一周期时间对电芯充电一第一充电时间，其中第一周期时间等于一不充电时间与第一充电时间的和；以及当电芯的温度为一第二温度时，每一第二周期时间对电芯充电一第二充电时间，其中第二温度不等于第一温度，第二周期时间等于不充电时间与第二充电时间的和，而第二周期时间不等于第一周期时间。

本发明的一实施例揭露一种电池，其包含至少一电芯、一温度传感器以及控制电路。温度传感器用以感测电芯的温度。控制电路耦接于温度传感器，用以依据温度传感器所感测到的电芯的温度，对电芯充电。其中当电芯的温度为一第一温度时，控制电路每一第一周期时间对电芯充电一第一充电时间，而第一周期时间等于一不充电时间与第一充电时间的和。其中当电芯的温度为一第二温度时，控制电路每一第二周期时间对电芯充电一第二充电时间，第二温度不等于第一温度，第二周期时间等于不充电时间与第二充电时间的和，而第二周期时间不等于第一周期时间。

附图说明

图1是本发明一实施例的电池的功能方块图。

图2是图1的电池的简易电路图。

图3是图1的电池的控制电路在不同的温度下所产生的控制讯号的时序图。

图4是本发明一实施例对图1的电池的电芯进行充电的方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

10 电池

12 电芯

14 温度传感器

16 控制电路

18 充电开关

20 放电开关

22 正电极

24 负电极

P1 第一周期时间

P2 第二周期时间

P3 第三周期时间

S1、S2 控制讯号

S42至S46 步骤

Tf 不充电时间

T1 第一充电时间

T2 第二充电时间

T3 第三充电时间

具体实施方式

请同时参考图1至图2，图1是本发明一实施例的电池10的功能方块图，图2是图1的电池10的简易电路图。电池10包含至少一电芯(Battery cell)12、温度传感器14、控制电路16、正电极22及负电极24。电芯12用以储存电能，并可在控制电路16的控制下进行充电及放电。在本实施例中，电芯12为锂电芯(Lithium battery cell)，但本发明并不以此为限。例如，在本发明的其他实施例中，电芯12可以是铅酸电池、镍氢电池…等可重复循环充电的电芯。此外，温度传感器14设置在电芯12的旁边，用以感测电芯12的温度。控制电路16耦接于温度传感器14，用以依据温度传感器14所感测到的电芯12的温度，对电芯12充电。进一步来说，控制电路16具有充电开关18及放电开关20，而控制电路16会产生控制讯号S1以控制充电开关18，并产生另一控制讯号S2以控制放电开关20。此外，电池10可用于启动一内燃机马达，并于内燃机马达启动后可接收来自内燃机马达的电能以对电芯12进行充电。电池10的正电极22及负电极24可分别耦接至内燃机马达的正负两端。在内燃机马达尚未被启动前，控制电路16会将充电开关18及放电开关20都关闭。当要启动内燃机马达时，控制电路16会同时开启充电开关18及放电开关20，而使得电芯12可提供电力给内燃机马达，以促使内燃机马达开始运转。当内燃机马达被启动后，控制电路16会使放电开关20维持在开启的状态，并依据温度传感器14所感测到的电芯12的温度，间断性且周期性地开启充电开关18，以形成内燃机马达至电芯12的充电路径，并使得电芯12的平均充电电流可以符合电芯制造商所规范的充电条件。

如上所述，控制电路16会依据温度传感器14所感测到的电芯12的温度，对电芯12充电。请同时参考图1至图3，图3是图1的电池10的控制电路16在不同的温度下所产生的控制讯号S1的时序图。当控制讯号S1为高电位时(如：第一充电时间T1、第二充电时间T2及第三充电时间T3的期间)，充电开关18会被开启；当控制讯号S1为低电位时(如：不充电时间Tf的期间)，充电开关18会被关闭。当温度传感器14所感测到的电芯12的温度为第一温度时，控制电路16会每一第一周期时间P1对电芯12充电一第一充电时间T1，而第一周期时间P1等于一不充电时间Tf与第一充电时间T1的和(sum)。当温度传感器14所感测到的电芯12的温度为第二温度时，控制电路16会每一第二周期时间P2对电芯12充电一第二充电时间T2，其中第二温度不等于第一温度，第二周期时间P2等于不充电时间Tf与第二充电时间T2的和，而第二周期时间P2不等于第一周期时间P1，且第二充电时间T2不等于第一充电时间T1。更进一步地来说，上述的第一温度可低于第二温度，故电芯12在第一温度时可以承受的平均电流会小于在第二温度时可以承受的平均电流，因此在不充电时间Tf固定的情况下，第一充电时间T1会小于第二充电时间T2。

类似地，当温度传感器14所感测到的电芯12的温度为第三温度时，控制电路16会每一第三周期时间P3对电芯12充电一第三充电时间T3，其中第三温度不等于第一温度及第二温度，第三周期时间P3等于不充电时间Tf与第三充电时间T3的和，而第三周期时间P3不等于第一周期时间P1及第二周期时间P2，且第三充电时间T3不等于第一充电时间T1及第二充电时间T2。更进一步地来说，上述的第三温度可高于第一温度及第二温度，故电芯12在第三温度时可以承受的平均电流可大于在第一温度及第二温度时可以承受的平均电流，因此在不充电时间Tf固定的情况下，第三充电时间T3可大于第一充电时间T1及第二充电时间T2。

由于不论是在第一温度、第二温度或是在第三温度，控制电路16所控制充电开关18的不充电时间Tf都是固定的，被改变的是第一充电时间T1、第二充电时间T2及第三充电时间T3，故控制电路16在第一温度、第二温度及第三温度对电芯12充电的工作周期(dutycycle)互不相同，而得以使电芯12的平均充电电流在不同的温度下仍可以符合电芯制造商所规范的充电条件。此外，由于控制电路16所控制充电开关18的不充电时间Tf在任何温度下都是固定的，因此当充电开关18为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)时，即使充电开关18在不充电时间Tf会在电路上形成一个本体二极管(body diode)，但由于不充电时间Tf的长度可依据充电开关18的设计而进行调整，故通过使上述不充电时间Tf固定不变的方式，充电开关18不会因为不充电时间Tf过长而有过热的情况，故可确保充电开关18的使用寿命。值得了解的，虽然上述实施例是以充电开关18为金属氧化物半导体场效晶体管作说明，但本发明并不以此为限。例如，在本发明的另一个实施例中，充电开关18可以是一个继电器(Relay)。

请参考图4，图4是本发明一实施例对图1的电池10的电芯12进行充电的方法的流程图。所述的方法包含下列步骤：

步骤S42：温度传感器14侦测电芯12的温度；

步骤S44：控制电路16依据电芯12的温度，决定充电时间的长度(如：第一充电时间T1、第二充电时间T2及第三充电时间T3)；以及

步骤S46：控制电路16以所决定的充电时间的长度(如：第一充电时间T1、第二充电时间T2及第三充电时间T3)和固定长度的不充电时间Tf，控制充电开关18，以周期性地对电芯12进行充电。

综上所述，本发明的电池不论是在何种操作温度下，其控制电路所控制的充电开关的不充电时间(即：Tf)都是固定的，被改变的是其对应的充电时间(如：T1、T2及T3)，藉此即可调整电芯的平均充电电流，使平均充电电流在不同的温度下仍可以符合电芯制造商所规范的充电条件。此外，由于不充电时间的长度可依据充电开关的设计而进行调整，故通过使上述不充电时间固定不变的方式，充电开关不会因为不充电时间过长而有过热的情况，而可避免充电开关受损，故可确保充电开关的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种对一电池的电芯进行充电的方法，其特征在于，该方法包含：

侦测该电芯的温度；

当该电芯的温度为一第一温度时，每一第一周期时间对该电芯充电一第一充电时间，其中该第一周期时间等于一不充电时间与该第一充电时间的和；以及

当该电芯的温度为一第二温度时，每一第二周期时间对该电芯充电一第二充电时间，其中该第二温度不等于该第一温度，该第二周期时间等于该不充电时间与该第二充电时间的和，而该第二周期时间不等于该第一周期时间；

其中，该第一周期时间内的该不充电时间与该第二周期时间内的该不充电时间相等。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法另包含：

当该电芯的温度为一第三温度时，每一第三周期时间对该电芯充电一第三充电时间，其中该第三温度不等于该第一温度及该第二温度，该第三周期时间等于该不充电时间与该第三充电时间的和，该第三周期时间不等于该第一周期时间及该第二周期时间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该电芯为锂电芯。

4.一种电池，其特征在于，该电池包含：

至少一电芯；

温度传感器，用以感测该电芯的温度；以及

控制电路，耦接于该温度传感器，用以依据该温度传感器所感测到的该电芯的温度，对该电芯充电；

其中当该电芯的温度为一第一温度时，该控制电路每一第一周期时间对该电芯充电一第一充电时间，而该第一周期时间等于一不充电时间与该第一充电时间的和；

其中当该电芯的温度为一第二温度时，该控制电路每一第二周期时间对该电芯充电一第二充电时间，该第二温度不等于该第一温度，该第二周期时间等于该不充电时间与该第二充电时间的和，而该第二周期时间不等于该第一周期时间；以及

5.如权利要求4所述的电池，其特征在于，当该电芯的温度为一第三温度时，该控制电路每一第三周期时间对该电芯充电一第三充电时间，该第三温度不等于该第一温度及该第二温度，该第三周期时间等于该不充电时间与该第三充电时间的和，该第三周期时间不等于该第一周期时间及该第二周期时间。

6.如权利要求4所述的电池，其特征在于，该控制电路包含一充电开关及一放电开关，该控制电路于该第一充电时间及该第二充电时间开启该充电开关及该放电开关，且该控制电路于该不充电时间关闭该充电开关。

7.如权利要求6所述的电池，其特征在于，该充电开关为一个继电器。

8.如权利要求6所述的电池，其特征在于，该充电开关为一个金属氧化物半导体场效晶体管。

9.如权利要求4所述的电池，其特征在于，该电芯为锂电芯。