CN113036832B - 平衡充电方法与充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平衡充电方法与充电装置。所述方法包括：获得多个电池芯单元的电压参数；根据所述电压参数与多个第一门槛值之间的第一数值关系决定控制参数组，其中所述控制参数组包括多个第二门槛值；根据所述电压参数与所述多个第二门槛值之间的第二数值关系决定平衡充电的充电规则；以及根据所述充电规则对所述多个电池芯单元执行所述平衡充电。

Description

平衡充电方法与充电装置
技术领域
本发明涉及一种充电技术，尤其涉及一种平衡充电方法与充电装置。
背景技术
目前市面上的锂电池相关产品，大都是由多个单体电池芯串联和/或并联以组成一个电池组，以满足供电需求。但是，在经过多次的充放电后，一个电池组中的多个电池芯的电压可能会不一致，从而产生电池不平衡问题。若电池不平衡的状况依持维持，可能会导致电池的寿命提早结束。因此，某些厂商提出了电池平衡技术来尝试让多个电池芯平衡充电。但是，目前的电池平衡技术仍可能产生以下问题。例如，当整个电池组充电完成(满电)时，部分电池芯仍可能离满电还有一段距离。或者，若电池时常在没有充饱电的情况下使用，则电池平衡技术可能因为整个电池组的电压始终没有达到最小启动电压而始终未被启动。
发明内容
本发明是针对一种平衡充电方法与充电装置，可通过设置多个门槛值与多组控制参数来满足各种电压状态下的平衡充电需求。
本发明的实施例提供一种平衡充电方法，其用于对多个电池芯单元执行平衡充电。所述平衡充电方法包括：获得所述多个电池芯单元的电压参数；根据所述电压参数与多个第一门槛值之间的第一数值关系决定控制参数组，其中所述控制参数组包括多个第二门槛值；根据所述电压参数与所述多个第二门槛值之间的第二数值关系决定所述平衡充电的充电规则；以及根据所述充电规则对所述多个电池芯单元执行所述平衡充电。
本发明的实施例另提供一种充电装置，其包括充电电路与充电管理电路。所述充电电路连接至多个电池芯单元。所述充电管理电路连接至所述充电电路。所述充电管理电路用以获得所述多个电池芯单元的电压参数。所述充电管理电路还用以根据所述电压参数与多个第一门槛值之间的第一数值关系决定控制参数组，其中所述控制参数组包括多个第二门槛值。所述充电管理电路还用以根据所述电压参数与所述多个第二门槛值之间的第二数值关系决定平衡充电的充电规则。所述充电管理电路还用以根据所述充电规则控制所述充电电路对所述多个电池芯单元执行所述平衡充电。
基于上述，在获得多个电池芯单元的电压参数后，包括多个第二门槛值的一个控制参数组可根据所述电压参数与多个第一门槛值之间的第一数值关系而决定。接着，平衡充电的充电规则可根据所述电压参数与所述多个第二门槛值之间的第二数值关系而决定。在决定平衡充电的充电规则后，可根据所述充电规则对所述多个电池芯单元执行所述平衡充电。藉此，可有效改善传统电持平衡可能存在的技术问题和/或提高电池的使用寿命。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一实施例所示出的充电装置的示意图；
图2是根据本发明的一实施例所示出的决定控制参数组的示意图；
图3A至图3C是根据本发明的多个实施例所示出的根据不同的候选控制参数组执行平衡充电的示意图；
图4是根据本发明的一实施例所示出的平衡充电方法的流程图。
附图标号说明
10：充电装置；
11：充电电路；
12：充电管理电路；
13：电池组；
13(1)～13(n)：电池芯单元；
21～23：候选控制参数组；
S401～S404：步骤。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是根据本发明的一实施例所示出的充电装置的示意图。请参照图1，充电装置10包括充电电路11与充电管理电路12。充电电路11连接至充电管理电路12与电池组13。充电管理电路12可根据电池组13中多个电池芯单元13(1)～13(n)的电压状态来控制充电电路11对电池芯单元13(1)～13(n)执行一般充电或平衡充电。例如，在一般充电中，充电电路11可平均地对电池芯单元13(1)～13(n)进行充电。然而，在平衡充电中，电池芯单元13(1)～13(n)中电压较高的一或多个电池芯单元可能暂时被跳过而不被充电。因此，当电池芯单元13(1)～13(n)中一或多个电池芯单元的电压相较于其余电池芯单元的电压偏低时，充电电路11可通过平衡充电来逐渐提高电压偏低的电池芯单元的电压。须注意的是，本发明不限制电池芯单元13(1)～13(n)的总数。
充电电路11可接收外部电源并将外部电源转换为对于电池组的充电电力。充电管理电路12可包括任何可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable LogicDevice,PLD)或其他类似装置或这些装置的组合。在一实施例中，充电管理电路12亦称为充电管理芯片。
充电装置10可设置于任何可用于对电池组13进行充电的电子装置中，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑或电子书等等。此外，充电装置10也可包括各式外接型充电装置。在以下实施例中，电池组13中电池芯单元13(1)～13(n)是以锂电池作为范例。然而，在其他实施例中，电池芯单元13(1)～13(n)也可以包含其他类型的可充电电池芯，本发明不加以限制。
在充电装置10运作时，充电管理电路12可获得电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数。在一实施例中，此电压参数可反映电池组13的电压(或总电压)。在一实施例中，此电压参数可反映电池芯单元13(1)～13(n)的平均电压。例如，假设电池芯单元13(1)～13(n)的总数为n，且电池组13的电压为V(T)，则此电压参数可为V(1)或V(2)。其中V(1)可等于V(T)，而V(2)可等于V(T)/n。
在一实施例中，充电管理电路12可即时测量电池组13的电压并根据此电压获得电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数。或者，在一实施例中，充电管理电路12可从存储媒体(例如存储器)中读取电池组13前一次充电后的电压。例如，每一次对电池组13充完电后，充电管理电路12可将电池组13当前的电压记载于一个管理表格中。当下次要对电池组13充电时，充电管理电路12可从此管理表格中读取电池组13前一次充电后的电压并根据此电压获得电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数。
在获得电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数后，充电管理电路12可根据所述电压参数与多个门槛值(亦称为第一门槛值)之间的数值关系(亦称为第一数值关系)决定一控制参数组。此控制参数组也包括多个门槛值(亦称为第二门槛值)。然后，充电管理电路12可根据所述电压参数与所述多个第二门槛值之间的数值关系(亦称为第二数值关系)决定平衡充电的充电规则。接着，充电管理电路12可根据所决定的充电规则控制对电池芯单元13(1)～13(n)执行平衡充电。
换言之，通过设置多个门槛值与多组控制参数，充电管理电路12可控制充电电路11根据动态决定的充电规则来对电池芯单元13(1)～13(n)执行平衡充电，以满足电池芯单元13(1)～13(n)在各种电压状态下的平衡充电需求。
图2是根据本发明的一实施例所示出的决定控制参数组的示意图。请参照图1与图2，假设第一门槛值包括门槛值TH1(1)～TH1(3)。门槛值TH1(3)大于门槛值TH1(2)且门槛值TH1(2)大于门槛值TH1(1)。充电管理电路12可将电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数与门槛值TH1(1)～TH1(3)进行比较并根据比较结果(亦称为第一比较结果)从多个候选控制参数组21～23中择一作为待套用的控制参数组。
在一实施例中，若第一比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH1(1)与TH1(2)之间，则充电管理电路12可选择候选控制参数组21作为待套用的控制参数组。在一实施例中，若第一比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH1(2)与TH1(3)之间，则充电管理电路12可选择候选控制参数组22作为待套用的控制参数组。在一实施例中，若第一比较结果反映所述电压参数的值大于门槛值TH1(3)，则充电管理电路12可选择候选控制参数组23作为待套用的控制参数组。或者，在一实施例中，若第一比较结果反映所述电压参数的值小于门槛值TH1(1)，则充电管理电路12可控制充电电路11对电池芯单元13(1)～13(n)执行上述一般充电。
图3A至图3C是根据本发明的多个实施例所示出的根据不同的候选控制参数组执行平衡充电的示意图。请参照图1与图3A，在一实施例中，假设候选控制参数组21被选择作为待套用的控制参数组。在套用候选控制参数组21后，充电管理电路12可将电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数与多个门槛值TH2(11)～TH2(13)进行比较并根据比较结果(亦称为第二比较结果)从多个候选充电规则Rule(11)～Rule(13)中择一作为待使用的平衡充电的充电规则。门槛值TH2(13)大于门槛值TH2(12)且门槛值TH2(12)大于门槛值TH2(11)。
在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH2(11)与TH2(12)之间，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(11)作为待使用的充电规则。在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH2(12)与TH2(13)之间，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(12)作为待使用的充电规则。在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值大于门槛值TH2(13)，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(13)作为待使用的充电规则。
在一实施例中，每一个充电规则是由至少一充电控制参数界定。例如，所述至少一充电控制参数至少可包括第一充电控制参数和/或第二充电控制参数。其中，第一充电控制参数可反映待执行的平衡充电的启动条件，而第二充电控制参数可反映待执行的平衡充电的执行时间。
以图3A为例，候选充电规则Rule(11)可至少由充电控制参数GP(11)与T(11)界定，候选充电规则Rule(12)可至少由充电控制参数GP(12)与T(12)界定，且候选充电规则Rule(13)可至少由充电控制参数GP(13)与T(13)界定。充电控制参数GP(11)、GP(12)及GP(13)反映待执行的平衡充电的启动条件，且充电控制参数T(11)、T(12)及T(13)反映待执行的平衡充电的执行时间。
若选择候选充电规则Rule(11)作为待使用的充电规则，则充电控制参数GP(11)与T(11)可被套用。若选择候选充电规则Rule(11)作为待使用的充电规则，则充电控制参数GP(11)与T(11)可被套用。若选择候选充电规则Rule(11)作为待使用的充电规则，则充电控制参数GP(11)与T(11)可被套用。
在一实施例中，假设充电控制参数GP(11)、GP(12)及GP(13)分别为90毫伏(mV)、80毫伏及70毫伏，且充电控制参数T(11)、T(12)及T(13)分别为10秒、15秒及20秒。若选择候选充电规则Rule(11)作为待使用的充电规则，则当电池芯单元13(1)～13(n)中有任两个电池芯单元之间的电压差大于90毫伏(即GP(11))时，平衡充电可被启动以对电池芯单元13(1)～13(n)执行平衡充电，且此平衡充电可持续10秒(即T(11))。若选择候选充电规则Rule(12)作为待使用的充电规则，则当电池芯单元13(1)～13(n)中有任两个电池芯单元之间的电压差大于80毫伏(即GP(12))时，平衡充电可被启动以对电池芯单元13(1)～13(n)执行平衡充电，且此平衡充电可持续15秒(即T(12))。若选择候选充电规则Rule(13)作为待使用的充电规则，则当电池芯单元13(1)～13(n)中有任两个电池芯单元之间的电压差大于70毫伏(即GP(13))时，平衡充电可被启动以对电池芯单元13(1)～13(n)执行平衡充电，且此平衡充电可持续20秒(即T(13))。
请参照图1与图3B，在一实施例中，假设候选控制参数组22被选择作为待套用的控制参数组。在套用候选控制参数组22后，充电管理电路12可将电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数与多个门槛值TH2(21)～TH2(23)进行比较并根据比较结果(即第二比较结果)从多个候选充电规则Rule(21)～Rul3(23)中择一作为待使用的平衡充电的充电规则。门槛值TH2(23)大于门槛值TH2(22)且门槛值TH2(22)大于门槛值TH2(21)。
在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH2(21)与TH2(22)之间，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(21)作为待使用的充电规则，且充电控制参数GP(21)与T(21)可被套用。在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH2(22)与TH2(23)之间，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(22)作为待使用的充电规则，且充电控制参数GP(22)与T(22)可被套用。在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值大于门槛值TH2(23)，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(23)作为待使用的充电规则，且充电控制参数GP(23)与T(23)可被套用。
请参照图1与图3C，在一实施例中，假设候选控制参数组23被选择作为待套用的控制参数组。在套用候选控制参数组23后，充电管理电路12可将电池芯单元13(1)～13(n)的电压参数与多个门槛值TH2(31)～TH2(33)进行比较并根据比较结果(即第二比较结果)从多个候选充电规则Rule(31)～Rul3(33)中择一作为待使用的平衡充电的充电规则。门槛值TH2(33)大于门槛值TH2(32)且门槛值TH2(32)大于门槛值TH2(31)。
在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH2(31)与TH2(32)之间，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(31)作为待使用的充电规则，且充电控制参数GP(31)与T(31)可被套用。在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值介于门槛值TH2(32)与TH2(33)之间，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(32)作为待使用的充电规则，且充电控制参数GP(32)与T(32)可被套用。在一实施例中，若第二比较结果反映所述电压参数的值大于门槛值TH2(33)，则充电管理电路12可选择候选充电规则Rule(33)作为待使用的充电规则，且充电控制参数GP(33)与T(33)可被套用。
在一些实施例中，充电控制参数GP(21)～GP(23)及GP(31)～GP(33)亦反映待执行的平衡充电的启动条件，且充电控制参数T(21)～T(23)及T(31)～T(33)亦反映待执行的平衡充电的执行时间。具体的参数使用方式可参照图3A的实施例之说明，在此不重复赘述。
在一些实施例中，充电控制参数GP(11)、GP(21)及GP(31)可相同，充电控制参数GP(12)、GP(22)及GP(32)可相同，和/或充电控制参数GP(13)、GP(23)及GP(33)可相同。在一些实施例中，充电控制参数T(11)、T(21)及T(31)可相同，充电控制参数T(12)、T(22)及T(32)可相同，和/或充电控制参数T(13)、T(23)及T(33)可相同。须注意的是，在实务上，任一充电规则中的任一充电控制参数皆可被调整，以符合实务需求。
在一些实施例中，门槛值TH2(11)可等于门槛值TH1(1)，门槛值TH2(21)可等于门槛值TH1(2)，和/或门槛值TH2(31)可等于门槛值TH1(3)。在一些实施例中，一个充电规则还可以是由其他类型充电控制参数进行界定，而不限于上述第一充电控制参数和/或第二充电控制参数。
图4是根据本发明的一实施例所示出的平衡充电方法的流程图。请参照图4，在步骤S401中，获得多个电池芯单元的电压参数。在步骤S402中，根据所述电压参数与多个第一门槛值之间的第一数值关系决定控制参数组，其中所述控制参数组包括多个第二门槛值。在步骤S403中，根据所述电压参数与所述多个第二门槛值之间的第二数值关系决定平衡充电的充电规则。在步骤S404中，根据所述充电规则对所述多个电池芯单元执行所述平衡充电。
然而，图4中各步骤已详细说明如上，在此便不再赘述。值得注意的是，图4中各步骤可以实作为多个程序码或是电路，本发明不加以限制。此外，图4的方法可以搭配以上范例实施例使用，也可以单独使用，本发明不加以限制。
综上所述，本发明可通过设置多个门槛值与多组控制参数来满足电池组在各种电压状态下的平衡充电需求。藉此，可有效改善传统电持平衡可能存在的技术问题和/或提高电池的使用寿命。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种平衡充电方法，其特征在于，用于对多个电池芯单元执行平衡充电，且所述平衡充电方法包括：
获得所述多个电池芯单元的电压参数；
将所述电压参数与多个第一门槛值进行比较以获得第一比较结果，其中所述第一比较结果呈现出所述电压参数位由所述多个第一门槛值所界定的多个第一电压范围的其中之一中；
根据所述第一比较结果从多个候选控制参数组中选择所述多个第一电压范围的所述其中之一所对应的候选控制参数组，其中所选择的所述候选控制参数组包括多个第二门槛值；
将所述电压参数与所述多个第二门槛值进行比较以获得第二比较结果，其中所述第二比较结果呈现出所述电压参数位由所述多个第二门槛值所界定的多个第二电压范围的其中之一中；
根据所述第二比较结果从多个候选充电规则中选择所述多个第二电压范围的所述其中之一所对应的候选充电规则；以及
根据所选择的所述候选充电规则对所述多个电池芯单元执行所述平衡充电。
2.根据权利要求1所述的平衡充电方法，其中所述电压参数反映所述多个电池芯单元的平均电压。
3.根据权利要求1所述的平衡充电方法，其中所述充电规则是由至少一充电控制参数界定，所述至少一充电控制参数包括第一充电控制参数与第二充电控制参数的至少其中之一，所述第一充电控制参数反映所述平衡充电的启动条件，且所述第二充电控制参数反映所述平衡充电的执行时间。
4.一种充电装置，包括：
充电电路，连接至多个电池芯单元；以及
充电管理电路，连接至所述充电电路，
其中所述充电管理电路用以获得所述多个电池芯单元的电压参数，
所述充电管理电路还用以将所述电压参数与多个第一门槛值进行比较以获得第一比较结果，其中所述第一比较结果呈现出所述电压参数位由所述多个第一门槛值所界定的多个第一电压范围的其中之一中，
所述充电管理电路还用以根据所述第一比较结果从多个候选控制参数组中选择所述多个第一电压范围的所述其中之一所对应的候选控制参数组，其中所选择的所述候选控制参数组包括多个第二门槛值，
所述充电管理电路还用以将所述电压参数与所述多个第二门槛值进行比较以获得第二比较结果，其中所述第二比较结果呈现出所述电压参数位由所述多个第二门槛值所界定的多个第二电压范围的其中之一中，
所述充电管理电路还用以根据所述第二比较结果从多个候选充电规则中选择所述多个第二电压范围的所述其中之一所对应的候选充电规则，
所述充电管理电路还用以根据所述充电规则控制所述充电电路对所述多个电池芯单元执行平衡充电。
5.根据权利要求4所述的充电装置，其中所述电压参数反映所述多个电池芯单元的平均电压。
6.根据权利要求4所述的充电装置，其中所述充电规则是由至少一充电控制参数界定，所述至少一充电控制参数包括第一充电控制参数与第二充电控制参数的至少其中之一，所述第一充电控制参数反映所述平衡充电的启动条件，且所述第二充电控制参数反映所述平衡充电的执行时间。
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