CN112448438A - 电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法 - Google Patents

电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种电池充电器的充电方法，包括：提供充电器电路；测量充电器内部组件的温度；测量充电器的输出电压；测量充电器的输出电流；若温度大于或等于一温度预设值且持续第一时间段，停止对电池充电持续第二时间段；若输出电压小于第一电压临界值且持续一第三时间段，以第一定电流值对电池充电；若该输出电压介于第一电压临界值与第二电压临界值之间且持续一第四时间段，以第二定电流值对电池充电；若输出电压大于或等于第二电压临界值，以定电压模式对电池充电；及若该输出电流小于第一电流预设值且持续第五时间段，则进入浮动充电。

Description

电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法
技术领域
本发明涉及一种充电器的控制策略，特别是一种用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法。
背景技术
充电过程中，如果电池过热，应用于电池充电的充电器的充电效率会降低并且会影响电池的寿命。目前的做法是利用温度传感器监测充电中的电子装置，当充电中的电子装置高于一设定温度时就中断充电、又或者于常温时，采取降低充电电流的方式，以避免因温度过高而损伤电子装置或电动车辆中的电池。
常温充电时降流策略虽然对于降低电子组件温度有帮助，但是目前电器节能法规日趋严格。电池充电器，特别是应用在电动辅助车辆的充电器需要符合加州能源委员会(California Energy Commission；CEC)及北美康复工程和辅助技术学会(theRehabilitation Engineering and Assistive Technology Society of North America；RESNA)7176所要求的8小时80％常温充电效率规范。
为了使充电器在常温降流操作时降低内部零件温度以增加充电器产品的可靠度，例如于50℃环境温度下，大量减少散热片以及散热胶需求，所以常温的降流设定需要考虑组件温度及充电效率这两个部分来做调整，但是针对高温的部分目前仅有充电器的降流对策是不够的，有鉴于此，本发明提出充电器的降流对策以及于高温充电时需要导入脉冲充电法来做进一步改善。
本发明藉由软件的控制策略，在不增加充电器硬件成本的条件下可以将充电器变压器以及其内部晶体管的温度控制在降额规范内，使其能够通过安规认证。
发明内容
本发明提出了一种用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其包括：提供一电性耦接电池的电池充电器电路，该电路位于该电池充电器内；测量该电池充电内部组件的温度；测量该电池充电器的输出电压；测量该电池充电器的输出电流；若该温度大于或等于一温度预设值且持续一第一时间段，通过操作该电池充电器电路停止对该电池充电持续一第二时间段；若该输出电压小于一第一电压临界值且持续一第三时间段，则通过操作该电池充电器电路以一固定电流模式且以一第一固定电流值对该电池充电；若该输出电压介于一第一电压临界值与一第二电压临界值之间且持续一第四时间段，则通过操作该电池充电器电路以一固定电流模式且以一第二固定电流值对该电池充电；若输出电压大于或等于该第二电压临界值，则通过操作该电池充电器电路切换充电模式，以一固定电压模式且以该第二临界值电压对该电池充电；及若该输出电流小于一第一电流预设值且持续一第五时间段，则通过操作该电池充电器电路进入浮动充电检测程序。
所述用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其中上述浮动充电检测程序包括：若该输出电流小于一第二电流预设值且持续一第六时间段，则通过操作该电池充电器电路切换充电模式，由上述定电压充电模式进入浮动充电模式对该电池充电；及若该输出电流小于一第三电流预设值且持续一第七时间段，则通过操作该电池充电器电路将该充电器由充电模式设定为停止充电模式，然后结束充电，否则回到该浮动充电检测程序。
所述电池充电器电路包括：其中该电池充电器电路包括：一功率转换单元；及一充电控制电路电性地与该功率转换单元耦合；其中该充电控制电路包含：一开关电路；一微控制单元，电性地连接至该开关电路；一定电压/定电流回路，电性地连接至该微控制器；提供电池电性地连接至该充电控制装置，使该充电控制电路利用该功率转换单元对该电池提供充电管理；及其中该微控制器可以监测该电池充电器的输出电压、输出电流、以及该电池充电器中内部组件的温度，并据以调整充电程序。
附图说明
本发明的组件，特征和优点可以通过说明书中所概述的较佳实施例的详细描述和附图来理解：
图1描绘了根据本发明较佳实施例中，利用充电器常温降流及高温脉冲充电的方法，于一个完整充电过程的输出电流(I_output)及输出电压(V_output)曲线。
图2描绘了根据本发明较佳实施例所用充电器常温降流及高温脉冲充电的方法，设定转态点(图1)，电压25V、电流由2.5A至2.0A，经过8小时测试，其充电效率数据。
图3描绘了根据本发明较佳实施例中用于操作图2测试的充电器电路的功能模块示意图。
图4A描绘了根据本发明较佳实施例中所提出常温降流及高温脉冲充电方法的具体操作流程图。
图4B描绘了根据本发明较佳实施例中所提出常温降流及高温脉冲充电方法中浮动充电方法的具体操作流程图。
主要组件符号说明：
曲线 101、103
功率转换单元 30
充电控制电路 31
EMI滤波与涌流限制器(inrush limiter)301
反激式转换器(flyback converter)303
反激式控制器(flyback controller)303a
整流器 305
背靠背开关电路 307
微控制单元(MCU)309
定电压/定电流(CC/CV)回路 311
常温降流及高温脉冲充电方法的具体操作流程图 400
步骤 401、403、405、407、409、411、411a、413、415、417、419、421、431、433、435、437、439
浮动充电方法的具体操作流程图 419
具体实施方式
现在将更详细地描述本发明的一些较佳实施例。然而，应该认识到，提供本发明的较佳实施例是为了说明而不是限制本发明。另外，除了明确描述的那些实施例之外，本发明还可以在广泛的其他实施例中实施，除非在所附权利要求中指定，否则本发明的范围不受明确限制。
如前所述，本发明提出一种常温降流及高温脉冲充电方法。具体软件控制策略分为两部分：(a)常温两段电流控制，其针对不同输出的充电器设定不同的限流转态点；(b)高温脉冲充电法，其藉由充电器内部NTC(Negative Temperature Coefficient)热敏电阻，即负温度系数电阻，来监测温度，如果温度超过设定值就会停止充电，以免充电器内部零件温度过高。
具体以2.5A充电器为例子，先确认规格所需的铅酸电池容量：BB厂牌电池、型号EB20-12、额定电池容量20AHr(C/10)、标准尺寸或电池类型2cell。图1显示，充电器于一个完整充电过程的输出电流(I_output)及输出电压(V_output)曲线，其中曲线101表示充电器的输出电流(I_output)、曲线103表示充电器的输出电压(V_output)。整个充电程序依序包括：固定电流充电模式(constant current mode)、固定电压模式(constant voltagemode)以及浮动充电模式(float charg mode)。根据前段叙述的方法，设定转态点(图1)，电压25V、电流由2.5A至2.0A，经过8小时测试，其效果如图2所示，充电瓦数为442.984Wh、电池瓦数为480Wh，常温充电效率为92.28％。
图3则显示于操作上述测试时的电路功能模块图，其中AC输入电压(100～240Vac)经由EMI滤波与涌流限制器(inrush limiter)301滤波整流后形成直流(DC)电压再输出至反激式转换器(flyback converter)303中的变压器一次侧的输入端，并通过反激式控制器(flyback controller)303a控制能量储存，配合连接反激式转换器303中变压器二次侧的整流器305而可以将直流输出(DC output)输出，功率转换单元30由上述EMI滤波与涌流限制器(inrush limiter)301、反激式转换器(flyback converter)303、整流器305、以及反激式控制器303a组合而成。直流输出(DC output)输出经由一背靠背开关电路307对电池充电，上述背靠背开关电路307是由微控制单元(MCU)309所监测的电压及温度来控制电路的on/off以调节对电池输出的电流，以一实施例而言，微控制单元(MCU)309可以经由其相关脚位监测到电池电压、充电电流、充电器内部组件温度等参数，以VADC、IADC等讯号馈入微控制单元(MCU)309通过运算并对定电压/定电流(CC/CV)回路311输出控制讯号Icon及Vcon。定电压/定电流(CC/CV)回路311包含低通滤波器以及CC/CV反馈补偿运算放大器(未显示)，接收由微控制单元309所输出的控制讯号，Icon及Vcon，分别经过低通滤波器输出至定电压/定电流(CC/CV)回路311中相应的电压回路反馈补偿运算放大器与电流回路反馈补偿运算放大器(未显示)作为输入参考讯号，其参考输入会与实际由整流器输出的I、V讯号相减以得到误差讯号，藉由负反馈控制调整CP的准位，反激式控制器303a根据CP大小调整反激式转换器303的输出进而可以调节整流器305的DC输出，上述背靠背开关电路307、微控制单元(MCU)309、以及定电压/定电流(CC/CV)回路311组成充电控制电路31。
为了更详细说明本发明所提常温降流及高温脉冲充电策略，图4A显示本发明所提出常温降流及高温脉冲充电方法的具体操作流程图400。流程图400由步骤401开始，接着于步骤403(根据图3，由微控制器309监测电池电压)判断是否完全充电，如果完全充电则停止充电程序。接着由步骤405(根据图3，由微控制器309监测到的充电器组件温度)判定充电器内部组件(芯片)的温度是否高于100℃且持续3秒，如果高于100℃且持续3秒则进行步骤407，停止充电1分钟，亦即高温脉冲充电，(根据图3，由微控制器309控制背靠背开关电路307)然后再进行步骤409判断充电器电压是否大于等于25V且持续1秒(即前面所提的限流转态点)，否则进行步骤411以定电流2.5A对电池充电(根据图3，由微控制器309控制定电压/定电流回路311以定电流模式充电)，然后回到步骤405。于步骤409，如果判定充电器电压大于等于25V且持续1秒，则进行步骤411a以定电流2.0A，亦即降流，对电池充电(根据图3，由微控制器309控制定电压/定电流回路311以定电流模式充电)。接着于步骤413，判断充电器电压是否大于等于29.6V且持续1秒(根据图3，由微控制器309监测)，否则回到步骤411a以定电流2.0A对电池充电，如果判定充电器电压大于等于29.6V且持续1秒，则进行步骤415以定电压29.6V对电池充电。接着于步骤417，判断充电器电压是否满足浮动充电条件，即判断充电器输出电流IOUT_L是否大于800mA且持续60秒，如果满足则回到步骤415继续以定电压29.6V对电池充电，否则进行步骤419以浮动充电检测程序-P4对电池充电，然后于步骤421结束充电程序。
图4B显示浮动充电方法的具体操作流程图419，流程图419由步骤431开始，接着于步骤433(根据图3，微控制器309监测充电器输出电流IOUT_L)判断充电器输出电流IOUT_L是否小于550mA且持续1秒，如果小于550mA且持续1秒则进行步骤435由定电压充电模式转换为浮动充电模式，接着于步骤437(根据图3，微控制器309监测充电器输出电流IOUT_L)判断充电器输出电流IOUT_L是否小于60mA且持续300微秒，否则就回到P5(即图4A中步骤417)。于步骤437，如果判断充电器输出电流IOUT_L是小于60mA且持续300微秒则由微控制器设定停止充电模式(CHON＝0)，接着结束充电程序421。
综上所述，本发明所提出的常温降流及高温脉冲充电方法除了具有降低充电器零件温度以及增加产品可靠度的优点外，最显著的效果是在满足50℃环境温度要求上相对较为简单，可以减少散热片以及散热胶需求。
如本领域技术人员可以理解的，本发明的前述较佳实施例是用以说明本发明而非限制本发明。其中已经结合较佳实施例描述了本发明，将对本领域技术人员提出修改。因此，本发明不限于该实施例所描述的技术内容，而是本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和类似布置，其范围应该被赋予最宽的解释，由此涵盖所有这些修改和类似的结构。其上虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例，但应该理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。

Claims (9)

1.一种用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，包括：
提供一电性耦接电池的电池充电器电路，该电路位于该电池充电器内；
测量该电池充电器内部组件的温度；
测量该电池充电器的输出电压；
测量该电池充电器的输出电流；
若该温度大于或等于一温度预设值且持续一第一时间段，通过操作该电池充电器电路停止对该电池充电持续一第二时间段；
若该输出电压小于一第一电压临界值且持续一第三时间段，则通过操作该电池充电器电路以一固定电流模式且以一第一固定电流值对该电池充电；
若该输出电压介于一第一电压临界值与一第二电压临界值之间且持续一第四时间段，则通过操作该电池充电器电路以一固定电流模式且以一第二固定电流值对该电池充电；
若输出电压大于或等于该第二电压临界值，则通过操作该电池充电器电路切换充电模式，以一固定电压模式且以该第二临界值电压对该电池充电；及
若该输出电流小于一第一电流预设值且持续一第五时间段，则通过操作该电池充电器电路进入浮动充电检测程序。
2.根据权利要求1所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述浮动充电检测程序包括：
若该输出电流小于一第二电流预设值且持续一第六时间段，则通过操作该电池充电器电路切换充电模式，由所述定电压充电模式进入浮动充电模式对该电池充电；及
若该输出电流小于一第三电流预设值且持续一第七时间段，则通过操作该电池充电器电路将该电池充电器由充电模式设定为停止充电模式，然后结束充电，否则回到该浮动充电检测程序。
3.根据权利要求1所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述电池充电器电路包括：
一功率转换单元；及
一充电控制电路电性地与该功率转换单元耦合；
其中该充电控制电路包含：
一开关电路；
一微控制单元，电性地连接至该开关电路；及
一定电压/定电流回路，电性地连接至该微控制器；
提供电池电性地连接至该充电控制装置，使该充电控制电路利用该功率转换单元对该电池提供充电管理；及
其中该微控制器可以监测该电池充电器的输出电压、输出电流、以及该电池充电器中内部组件的温度，并据以调整充电程序。
4.根据权利要求1所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述温度预设值为100℃。
5.根据权利要求1所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述第一时间段为3秒、所述第二时间段为1分钟、所述第三时间段为1秒、所述第四时间段为1秒、所述第五时间段为1分钟。
6.根据权利要求2所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述第六时间段为1秒、所述第七时间段为300微秒。
7.根据权利要求1所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述第一电压临界值为25V、所述第二电压临界值为29.6V。
8.根据权利要求1所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述第一固定电流值为2.5A、所述第一固定电流值为2A、所述第一电流预设值为800mA。
9.根据权利要求2所述的用于电池充电器的常温降流及高温脉冲充电方法，其特征在于，所述第二电流预设值为550mA、所述第三电流预设值为60mA。
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