CN113452103A - 双埠电池充电系统及其充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双埠电池充电系统及其充电方法。其中，该双埠电池充电系统包含充电器、微控制器、第一切换单元、第二切换单元、第一充电接口与第二充电接口；其中微控制器，耦接第一切换单元、第二切换单元、第一充电接口与第二充电接口，用以侦测第一电池组或第二电池组的电压和电流，微控制器可以控制第一切换单元与第二切换单元，以进行第一电池组与第二电池组单独充电或轮流充电。

Description

双埠电池充电系统及其充电方法
技术领域
本发明关于一种电池充电器，特别涉及一种双埠电池充电系统及其充电方法，实现了双电池组(battery pack)充电技术。
背景技术
电池的种类日益增多，其广泛的应用于电动车、电动工具、电玩、笔记本、光伏及小型可携式电子设备及电子电器。电池充电器是用于对充电电池进行充电的电子装置，现今广泛使用的电池充电器是用于对单个充电电池进行充电的单埠充电器。然而，许多设备通常需要配置两个甚至更多电池才可得到较长时间的续航。
此外，一般常见的电子产品都采用充电电池进行充电，并且需要经常对电子产品的电池进行反复的充电。若是充电器的设计不佳，不仅会在充电的过程中耗费更多电力，并且过量的电压或电流亦会对电子产品及其电池造成不可恢复的损坏。因此，随着电子产品的发展，充电器及其充电方法也显得越来越重要。
因此，基于目前的市场上应用的需求，并改善习知的缺点，本发明提出新的电池充电系统及其充电方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种双埠电池充电系统及其充电方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种双埠电池充电系统，包含充电器、微控制器；第一切换单元，耦接充电器与微控制器；第二切换单元，耦接充电器与微控制器；第一充电接口，耦接第一切换单元与微控制器；以及第二充电接口，耦接第二切换单元与微控制器；其中微控制器，用以侦测第一电池组或第二电池组的电压和电流，微控制器可以控制第一切换单元与第二切换单元，以进行第一电池组与第二电池组单独充电或轮流充电。
上述微控制器包含模数转换器，以侦测第一电池组或第二电池组的电压和电流。第一切换单元与第二切换单元为金属氧化物半导体元件。利用微控制器控制第一切换单元与第二切换单元，以进行该第一电池与该第二电池的均分电流充电。双埠电池充电系统更包含一模式选择器以选择第一电池组与第二电池组的充电模式。
根据本发明的另一观点，一种电池充电系统的充电方法，包含：提供一具有多个电池充电座的充电器；接下来，将多个电池组的每一个放置于对应的每一多个电池充电座之上；然后，利用微控制器以侦测每一电池组的电压和充电电流；之后，利用微控制器控制充电时脉，使得充电器对每一电池组进行均分电流充电。
上述微控制器包含模数转换器，以侦测每一电池组的电压和充电电流。微控制器控制充电时脉以切换多个切换器，使得充电器对每一电池组进行均分电流充电。当微控制器侦测每一电池组的电压差在预设的误差范围之内，该充电器对每一电池组进行均分电流充电。
以上所述用以说明本发明的目的、技术手段以及其可达成的功效，相关领域内熟悉此技术的人可以经由以下实施例的示范与伴随的图式说明及权利要求更清楚明了本发明。
附图说明
如下所述的对本发明的详细描述与实施例的示意图，应使本发明更被充分地理解；然而，应可理解此仅限于作为理解本发明应用的参考，而非限制本发明于一特定实施例之中。
图1显示本发明的双埠电池充电系统的功能方块图。
图2显示本发明的双埠电池充电系统的示意图。
图3显示本发明的双埠电池组的电压和充电电流的测试图。
图4显示本发明的双埠电池组的电压和充电电流的测试图。
图5显示本发明的双埠电池组的电压和充电电流的另一实施例的测试图。
主要部件附图标记：
100双埠电池充电系统
102充电器
104微控制器
106、108切换单元
101、112充电接口
120、130电池组
具体实施方式
此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其是供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可通过本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的功效性与其优点。且本发明亦可通过其它具体实施例加以运用及实施，本说明书所阐述的各项细节亦可基于不同需求而应用，且在不悖离本发明的精神下进行各种不同的修饰或变更。
本发明提出双埠充电器及其充电方法。双埠充电器具有双插座，以直接对个别的电池充电。
本发明采用一般定电压充电器以及双埠电路板，可以达到单颗电池充电或是两颗电池充电的目的。双埠充电器结合脉冲式充电跟均充功能，以达到低价且有效率的充电；另外，可以支持单埠快充或是多埠均充的特点。
本发明双埠充电器具有双充电座、2个充电模式(charging modes)，利于双电池组(battery pack)充电；2个充电模式通过充电模式选择器(selector)来选择，第一模式为2个电池组同时充电，第二模式为1个充电完再对另一充电；电量侦测单元，以侦测双电池组的剩余电量。
请参阅图1，其显示本发明的双埠电池充电系统的功能方块图。在本实施例之中，双埠电池充电系统100包含充电器102、微控制器(MCU:Microcontroller Unit)104、切换单元106、切换单元108、充电接口110与充电接口112。在本实施例之中，充电器102电性耦合切换单元106与切换单元108，微控制器104电性耦合切换单元106与切换单元108，充电接口110电性耦合切换单元106与微控制器104，而充电接口112电性耦合切换单元108与微控制器104。电池组120和电池组130是独立的、可拆式的充电电池，其非设置在控制板、主机板或供电系统之上。充电电池可以包括锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池、锂聚合物电池、或铅蓄电池等等。充电接口110、充电接口112为电池充电埠(charging port)。在一实施例之中，充电接口110、充电接口112可以是USB、Type-C或任何能够与电源转换单元相连的接口。双埠电池充电系统100包含2个充电座以分别承接2个电池组，而通过2个电池充电埠以分别连接2个电池组以进行充电。
在一实施例之中，微控制器104将微处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入/输出(I/O)以及模数转换器(ADC)等关于存储与运算功能的元件整合在一起。微控制器104包含模数转换器(ADC)，以直接量测外部模拟信号(例如：电池的电压、电流..等信号)，经过数据采样、数据转换步骤来完成从模拟量到数字量的转换。微控制器104配置于控制板(ControlBoard)之上。
在一实施例之中，微控制器104或电压侦测单元包含二组独立的电压侦测电路(模数转换器:ADC)，分别电性耦合充电接口110与充电接口112，以分别侦测电池组120和电池组130的阴极端及阳极端之间的电压。在一实施例之中，微控制器104或电压侦测单元包含一电压侦测电路(模数转换器:ADC)电性耦合充电接口110与充电接口112，以侦测电池组120或电池组130的阴极端及阳极端之间的电压。
在一实施例之中，微控制器104或电流侦测单元包含二组独立的电流侦测电路(模数转换器:ADC)，分别电性耦合充电接口110与充电接口112，以分别侦测电池组120和电池组130的充电电流。在一实施例之中，微控制器104或电流侦测单元包含一电流侦测电路(模数转换器:ADC)电性耦合充电接口110与充电接口112，以侦测电池组120或电池组130的充电电流。
在一实施例之中，充电器102电性耦合微处理器104，其中微处理器104用以控制充电器102的供电状况。
在一实施例之中，切换单元106为金属氧化物半导体(MOS)元件Q1，而切换单元108为金属氧化物半导体(MOS)元件Q2。微处理器104作为控制器，用以驱动上述金属氧化物半导体(MOS)元件Q1、Q2。
在一实施例之中，充电器102为定电压充电器，用以单颗电池充电或是两颗电池充电。如图2所示，以50W(瓦)双埠充电器102为例，一外接电源供电给充电器102，例如将充电器102插入适当的插座(outlet)。其中外接电源可以为交流电源或直流电源，其电能来源可以为市电或其他商用或民用发电机发出的电能。然后，将一个或两个电池组滑入充电器102的充电座。正常情况之下，相关指示灯将以绿色闪烁，表示电池正在充电。
通过微控制器104的模数转换器(ADC)以侦测电池(Pack)120或电池组130的电压和电流，如图3以及图4所示。其中，双电池充电模试：两个电池组于同一时间段充电时，充电器对两个电池组充电。举例而言，分别在时间段T0与时间段T1，确认电池组120的电压和充电电流以及电池组130的电压及充电电流。在时间段T0，确认电池组120的电压和充电电流；而在时间段T1，确认电池组130的电压和充电电流。而当电池组120和电池组130的电压差是在预设的误差范围(tolerance)之内，则于时间段T2让金属氧化物半导体(MOS)元件Q1和Q2轮流导通，以一起对电池组120与电池组130均分电流充电，其充电时脉如图4所示。在正常情况之下，同一型的双电池组可以同时达到完全充电。亦即，在双电池充电模试之中，二个相同容量电池，以相同的频率切换二个切换单元，而占空比(duty ratio)为1比1。举例而言，以1kHz的切换频率为例，切换Q1的占空比为50﹪，而切换Q2的占空比亦为50﹪。利用脉冲充电法以达均分电流充电，而进行双电池组轮流充电，其中每一电池可以均分充电的电流(1/2Iout)。脉冲充电法例如为微控制器控制时脉的时间、发出频率，以控制切换器的切换频率。本发明的微控制器的控制策略是同频率的切换相对应的切换单元，相同容量电池的切换Q1和Q2的占空比一样，而不同容量电池的切换Q1和Q2的占空比不一样。
单电池充电模式：分别对于电池组120充电或电池组130充电。举例而言，充电器120先对较高剩余容量的电池组充电，直至完全充电，然后充电器120对另一个电池组充电。亦即，一对一充电模式，减少等待时间，先完成一个电池组的充电。
在另一实施例之中，对于不同型的双电池(不同容量电池)，其具有不同的完全充电容量。例如，完全充电容量的比例为2比1，在双电池充电模式之中，同样利用脉冲充电法进行充电，以相同的频率切换二个切换单元，而占空比为2比1。举例而言，以1kHz的切换频率为例，切换Q1的占空比为66.6(200/3)﹪，而切换Q2的占空比为33.3(100/3)﹪。因此，一电池获得3分之2的充电的电流(2/3Iout)，而另一颗电池则获得3分之1的充电的电流(1/3Iout)，如图5所示。如此，二颗电池可以同时达到完全充电。
在另一实施例之中，同一型的3个(或以上)的电池组充电，以相同的频率切换三个切换单元，而占空比为1：1：1。举例而言，以1kHz的切换频率为例，切换第一切换单元的占空比为33.3(100/3)﹪，切换第二切换单元的占空比为33.3(100/3)﹪，而切换第三切换单元的占空比亦为33.3(100/3)﹪。同样也可以利用脉冲充电法以达均分电流充电，而使得多组电池组轮流充电，其中每一电池可以均分充电的电流1/3Iout(或1/N Iout)，以同时达到完全充电。而在多组的电池组充电，需有其对应的电池充电埠以及充电座以连接多组的充电电池。
以上叙述为本发明的较佳实施例。此领域的技艺者应得以领会其系用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视前述的权利要求及其等同领域而定。凡熟悉此领域的技艺者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在前述的权利要求内。

Claims (10)

1.一种双埠电池充电系统，其特征在于，包含：
充电器；
微控制器；
第一切换单元，耦接该充电器与该微控制器；
第二切换单元，耦接该充电器与该微控制器；
第一充电接口，耦接该第一切换单元与该微控制器；以及
第二充电接口，耦接该第二切换单元与该微控制器；
其中该微控制器，用以侦测第一电池组或第二电池组的电压和电流，该微控制器可以控制该第一切换单元与该第二切换单元，以进行该第一电池组与该第二电池组单独充电或轮流充电。
2.如权利要求1所述的双埠电池充电系统，其特征在于，该微控制器包含模数转换器，以侦测该第一电池组或该第二电池组的电压和电流。
3.如权利要求1所述的双埠电池充电系统，其特征在于，该第一切换单元与该第二切换单元为金属氧化物半导体元件。
4.如权利要求1所述的双埠电池充电系统，其特征在于，该微控制器控制第一切换单元与该第二切换单元，以进行该第一电池组与该第二电池组的均分电流充电。
5.如权利要求1所述的双埠电池充电系统，其特征在于，更包含一模式选择器以选择该第一电池组与该第二电池组的充电模式。
6.一种电池充电系统的充电方法，其特征在于，包含：
提供一具有多个电池充电座的充电器；
将多个电池组的每一个放置于对应的每一该多个电池充电座的上；
利用微控制器以侦测该每一电池组的电压和充电电流；以及
利用该微控制器控制充电时脉，使得该充电器对该每一电池组进行均分电流充电。
7.如权利要求6所述的电池充电系统的充电方法，其特征在于，该微控制器包含模数转换器，以侦测该每一电池组的电压和充电电流。
8.如权利要求6所述的电池充电系统的充电方法，其特征在于，该微控制器控制充电时脉以切换多个切换器，使得该充电器对该每一电池组进行均分电流充电。
9.如权利要求6所述的电池充电系统的充电方法，其特征在于，当该微控制器侦测该每一电池组的电压差是在预设的误差范围之内，该充电器对该每一电池组进行均分电流充电。
10.如权利要求6所述的电池充电系统的充电方法，其特征在于，该多个电池组包括锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池、锂聚合物电池或铅蓄电池。
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