CN114696376A - 充电方法与充电装置 - Google Patents

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Abstract

一种充电方法与充电装置，所述充电方法包括：侦测二电池模块是否平衡；于二电池模块平衡时，以一第一充电电流同时对二电池模块进行充电；以及于二电池模块未平衡时，执行一特定充电程序，执行特定充电程序的步骤包括：以第一充电电流对二电池模块中未平衡的一第一电池模块进行充电且断开二电池模块中的另一者；以及于第一电池模块达到平衡时，以一第二充电电流同时对二电池模块进行充电；其中，第二充电电流小于第一充电电流。本发明的充电方法与充电装置适用于充电装置，其能减少整体充电时间且降低整体充电过程中电池模块的温度上升量，进而能增加电池模块的循环寿命。

Description

充电方法与充电装置
【技术领域】
本发明是一种多电池的充电技术，特别是一种充电方法与充电装置。
【背景技术】
电池(又称电池模块)主要应用于可携式电子产品中，以便于可携式电子产品的移动。近年来，随着绿能科技的发展，电池的应用还拓展至了汽机车领域中，如油电混合动力系统，以解决现代所面临的能源减少、废气污染等问题。并且，基于环保和实用性，可重复使用的充电型电池还成为了目前市场上的主流。
对于多电池的充电，一种充电方式为以单一充电单元逐一地对个别电池充电。相关技术与研究可参考本国专利公告第I662765号等。虽然实施此充电方式的电路设计较为简单且占位相对小，但整体充电时程相对较长。另一充电方法为直接以一对一的方式利用多个充电单元来对多个电池充电。实施此充电方式的电路设计则较为复杂且占位大，以致难以缩小整体面积。
【发明内容】
在一实施例中，一种充电方法，其包括：侦测若干个电池模块是否平衡；于若干个电池模块平衡时，以一第一充电电流同时对若干个电池模块进行充电；以及于若干个电池模块未平衡时，执行一特定充电程序。其中，执行特定充电程序的步骤包括：以第一充电电流对若干个电池模块中低于一平衡电压的一第一电池模块进行充电且断开第一充电电流与若干个电池模块中的其余者；以及于第一电池模块达到平衡电压时，以一第二充电电流同时对若干个电池模块中第一电池模块与具有平衡电压的至少一电池模块进行充电。其中，第二充电电流小于第一充电电流。
在一实施例中，一种充电方法，其包括：侦测二电池模块是否平衡；于二电池模块平衡时，以一第一充电电流同时对二电池模块进行充电；以及于二电池模块未平衡时，执行一特定充电程序。其中，执行特定充电程序的步骤包括：以第一充电电流对二电池模块中未平衡的一第一电池模块进行充电且断开二电池模块中的另一者；以及于第一电池模块达到平衡时，以一第二充电电流同时对二电池模块进行充电，其中第二充电电流小于第一充电电流。
在一实施例中，一种充电装置，其包括：若干个电源接点、一充电电路、一开关电路、及一处理电路。各电源接点适于耦接一电池模块。开关电路耦接于充电电路与各电源接点之间，并用以切换充电电路与各电源接点之间的电性连结。处理电路耦接开关电路，并用以控制开关电路的切换。其中，于若干个电源接点耦接若干个电池模块时，处理电路还侦测若干个电池模块是否平衡。于若干个电池模块平衡时，处理电路控制开关电路导通若干个电池模块所耦接的若干个电源接点与充电电路并开启充电电路以一第一充电电流对若干个电池模块进行充电。于若干个电池模块未平衡时，处理电路执行一特定充电程序，其中在特定充电程序中，处理电路控制开关电路导通若干个电池模块中低于一平衡电压的一第一电池模块所耦接的电源接点与充电电路并控制充电电路以第一充电电流对第一电池模块进行充电，以及于第一电池模块达到平衡电压时，处理电路控制开关电路导通若干个电池模块中具有平衡电压的若干个电池模块所耦接的若干个电源接点与充电电路并控制充电电路以小于第一充电电流的一第二充电电流对具有平衡电压的若干个电池模块进行充电。
综上所述，根据任一实施例的充电方法，适用于充电装置，其能减少整体充电时间且降低整体充电过程中电池模块的温度上升量，进而能增加电池模块的循环寿命。
【附图说明】
图1为一实施例的充电装置的第一连接状态的示意图。
图2为图1的充电装置的第二连接状态的示意图。
图3为一实施例的充电方法的流程图。
图4为另一实施例的充电方法的流程图。
图5为又一些实施例的充电方法的流程图。
图6为另一实施例的充电装置的第一连接状态的示意图。
图7为一实施例的电池模块的电路示意图。
图8为一实施例的开关模块的电路示意图。
图9为图6的充电装置的一示范例的电路示意图。
图10为于图9的充电装置对单一电池模块进行充电时相关信号的时序图。
图11为于图9的充电装置对二个电池模块进行充电时相关信号的时序图。
图12为于图9的充电装置对三个电池模块进行充电时相关信号的时序图。
【具体实施方式】
请参阅图1，充电装置10包含多个电源接点110、充电电路130、开关电路150(以下称第一开关电路150)以及处理电路170。第一开关电路150耦接充电电路130和各组电源接点110之间。处理电路170耦接第一开关电路150。充电电路130与第一开关电路150个别受控于处理电路170。
各电源接点110适用于耦接一个电池模块20。换言之，各电源接点110电性连接充电装置10外部的一个电池模块20。在一些实施例中，电源接点110的数量相等于充电装置10最大可外接的电池模块20的数量。举例来说，当充电装置10具有四个电源接点110a～110d时，此充电装置10最大可外接四个电池模块20a～20d。于充电装置10需外接四个电池模块20a～20d时，电源接点110a耦接电池模块20a、电源接点110b耦接电池模块20b、电源接点110c耦接电池模块20c，以及电源接点110d耦接电池模块20d。
第一开关电路150可根据处理电路170的控制来切换(即建立或断开)各电源接点110和充电电路130之间的电性连结。换言之，于电池模块20耦接至对应的电源接点110时，第一开关电路150可根据处理电路170的控制来切换耦接电源接点110的电池模块20和充电电路130之间的电性连结。
充电电路130还可耦接输入接点180。输入接点180可接收外部电源Vp。举例来说，假设充电装置10应用于一电子装置中，输入接点180可接收来自电子装置外部的外部电源Vp。例如，电子装置的输入接点180耦接适配器。此时，适配器将市电转(如交流电源)换为外部电源Vp，并通过输入接点180将外部电源Vp提供给电子装置。
于此，充电电路130可根据外部电源Vp提供一充电电流Is至第一开关电路150，以通过第一开关电路150及电源接点110对电池模块20进行充电。
于此，在充电装置10使用时，可只有一个电源接点110外接有一个电池模块20(如图2所示)，也可有多个电源接点110个别外接有一个电池模块20(如图1所示)。在对电池模块20的充电运作上，
参照图1及图3，当充电装置10外接有多个电池模块20a～20d时，处理电路170会先侦测此些电池模块20a～20d是否平衡(步骤S210)。在步骤S210的一些实施例中，处理电路170会侦测各电池模块20的电压，并确认所有电池模块20a～20d的电压是否在一定误差范围内。于所有电池模块20a～20d的电压均在一定误差范围内时，处理电路170判定所有电池模块20a～20d平衡。于所有电池模块20a～20d中有至少一电池模块20的电压超出一定误差范围时，处理电路170判定此些电池模块20a～20d不平衡。在一些实施例中，所有电池模块20a～20d的电压均在一定误差范围内可以是指所有电池模块20a～20d的电压中相邻二电压之间的差值小于或等于第一既定误差值。反之，电池模块20的电压超出一定误差范围是指此电池模块20的电压与电压值大于且最接近的另一电池模块20的电压之间的差值大于第一既定误差值或此电池模块20的电压与电压值小于且最接近的另一电池模块20的电压之间的差值大于第一既定误差值。在一些实施例中，所有电池模块20a～20d的电压均在一定误差范围内可以是指所有电池模块20a～20d的电压中最大电压与最小电压之间的差值小于或等于第一既定误差值。反之，电池模块20的电压超出一定误差范围是指此电池模块20的电压落在所有电池模块20a～20d的电压中最大电压与此最大电压与第一既定误差值的差值所构成的范围之外。其中，第一既定误差值可为由设计者依据实际需求而预先设定的等于或大于零且小于1(伏特)的任意数。
于此些电池模块20a～20d平衡时，处理电路170控制第一开关电路150导通此些电池模块20a～20d所耦接的电源接点110a～110d与充电电路130并开启充电电路130以第一值的充电电流Is(以下称第一充电电流Is)同时对此些电池模块20a～20d进行充电(步骤S220)。
于此些电池模块20a～20d未平衡时，处理电路170执行一特定充电程序(步骤S230)。
在特定充电程序(步骤S230)中，处理电路170控制第一开关电路150导通此些电池模块20a～20d中低于平衡电压的电池模块20(以下称之为第一电池模块20)所耦接的电源接点110与充电电路130，并控制充电电路130以第一充电电流Is对第一电池模块20进行充电(步骤S231)。此时，处理电路170控制第一开关电路150断开若干个电池模块20a～20d中的其余电池模块20与充电电路130，即将第一充电电流Is与其余电池模块20断开(步骤S231)。在步骤S231的一些实施例中，处理电路170记录在步骤S210中所取得的电池模块20a～20d的电压中第二低的电池模块20的电压为平衡电压及具有第二低的电池模块20的电压的电池模块20(以下称第二电池模块20)的身分信号，并且控制充电电路130提供第一充电电流Is给第一开关电路150。然后，处理电路170控制第一开关电路150导通充电电路130与第一电池模块20之间的电性连结并断开其余的电池模块20中每一者与充电电路130与之间的电性连结，以致第一充电电流Is通过对第一电池模块20进行充电。于此，第一电池模块20为具有最低的电池模块20的电压(即在步骤S210中所取得的电池模块20a～20d的电压中最低者)的电池模块20。在一些实施例中，低于平衡电压的第一电池模块20可以是指第一电池模块20的电压小于平衡电压并且与平衡电压之间的差值大于第二既定误差值。其中，第二既定误差值小于平衡电压。第二既定误差值可以相等于第一既定误差值，抑或是不相等于第一既定误差值。其中，第二既定误差值可为由设计者依据实际需求而预先设定的等于或大于零且小于1(伏特)的任意数。
在充电装置10以第一充电电流Is对第一电池模块20进行充电的期间，处理电路170会监控第一电池模块20的电压，以确认第一电池模块20是否达到平衡电压(步骤S232)。于第一电池模块20达到平衡电压时，处理电路170控制第一开关电路150导通若干个电池模块20a～20d中第一电池模块20与具有平衡电压的至少一电池模块20(以下称第二电池模块20)所耦接的若干个电源接点110与充电电路130，并且控制充电电路130以第二值的充电电流Is(以下称第二充电电流Is)同时对第一电池模块20与第二电池模块20进行充电(步骤S233)。其中，第二充电电流Is小于第一充电电流Is，即第二值小于第一值。并且，第一值与第二值均为大于零的任意数。在一些实施例中，第一电池模块20达到平衡电压可以是指第一电池模块20的电压与平衡电压之间的差值小于或等于第二既定误差值。换言之，第一电池模块20的电压是位于平衡电压与第二既定误差值的差与平衡电压与第二既定误差值的和之间。具有平衡电压的电池模块20是指其电压位于平衡电压与第二既定误差值的差与平衡电压与第二既定误差值的和之间的电池模块20。
换言之，充电电路130从提供第一充电电流Is切换成提供第二充电电流Is至第一开关电路150，即充电电路130将充电电流Is从第一值降低为第二值。在步骤S233的一些实施例中，于第一电池模块20的电压达到步骤S231中所记录的平衡电压时，处理电路170控制充电电路130改为提供第二充电电流Is给第一开关电路150。然后，处理电路170根据步骤S231中所记录的身分信号控制第一开关电路150进一步导通充电电路130与第二电池模块20之间的电性连接。此时，第一开关电路150维持充电电路130与第一电池模块20之间的电性连结的导通，并且维持其余的电池模块20(即除了第一电池模块20与第二电池模块20以外的电池模块20)中每一者与充电电路130之间的电性连结的断开。因此，第二充电电流Is通过第一开关电路150输出给第一电池模块20与第二电池模块20。
在一些实施例中，第二充电电流Is相对于第一充电电流Is的下降比例可依据充电装置10当前所耦接的所有电池模块20的容受能力而决定。在一些实施例中，第二充电电流Is可以是依据在充电装置10当前所耦接的所有电池模块20中总容量最小的电池模块20的容受能力而决定。举例来说，假设充电装置10当前耦接二个电池模块20且此二个电池模块20的总容量相同，此时第二充电电流Is可为第一充电电流Is的50％。
举例来说，假设充电电路130外接有四个电池模块20a～20d，且第一开关电路150初始状态为断开充电电路130与所有电源接点110a～110d。并且，假设在步骤S210中所取得的电池模块20a～20d的电压中，电池模块20b的电压大于电池模块20d的电压，电池模块20d的电压大于电池模块20c的电压，电池模块20c的电压大于电池模块20a的电压。即，电池模块20c的电压为平衡电压，第一电池模块20(即低于平衡电压的电池模块20)为电池模块20a，而第二电池模块20为电池模块20c。
在此例中，处理电路170控制充电电路130提供第一充电电流Is至第一开关电路150。并且，处理电路170控制第一开关电路150导通充电电路130与电源接点110a之间的电性连结并断开充电电路130与电源接点110b～110d中每一者的电性连结，以致第一充电电流Is输出给电池模块20a且不会输出给其余电池模块20b～20d。于电池模块20a的当前电压达到平衡电压时，处理电路170控制充电电路130改为提供第二充电电流Is至第一开关电路150。并且，处理电路170控制第一开关电路150切换为导通充电电路130与二电源接点110a、110c中每一者之间的电性连结并断开充电电路130与二电源接点110b、110d中每一者之间的电性连结，以致第二充电电流Is输出给电池模块20a、20c且不会输出给其于电池模块20b、20d。
在一些实施例中，参照图1及图4，充电装置10于耦接多个电池模块20a～20d时，可仅在包含第一开关电路150进行连接状态切换的期间的一小段时间内降低充电电流Is。也就是说，充电装置10以第二充电电流Is同时对第一电池模块20与第二电池模块20进行充电的期间，处理电路170会确认第一电池模块20(或进行充电的电池模块20)的电压是否稳定(步骤S234)。于第一电池模块20(或进行充电的电池模块20)的电压稳定时，处理电路170控制充电电路130从提供第二充电电流Is切换成提供第一充电电流Is至第一开关电路150，以致以第一充电电流Is同时对第一电池模块20与第二电池模块20进行充电(步骤S235)。即第一开关电路150维持开关状态，但充电电路130提高充电电流Is为第一充电电流Is。
在一些实施例中，于第一电池模块20达到平衡电压时，充电电路130从提供第一充电电流Is改为提供第二充电电流Is给第一开关电路150。第一开关电路150并联第一电池模块20与具有平衡电压的第二电池模块20以形成一并联电池架构，并将第二充电电流Is输出给并联电池架构，以致第二充电电流Is对此并联电池架构进行充电(步骤S233)。换言之，第一电池模块20与第二电池模块20通过第一开关电路150形成并联电池架构。并且，于并联电池架构的电压稳定时，处理电路170控制充电电路130切换成以第一充电电流Is同时对并联电池架构进行充电(步骤S233)。举例来说，承前例，在以第二充电电流Is对电池模块20a、20c进行充电的期间，处理电路170确认电池模块20a(及电池模块20c)的电压是否稳定。于电池模块20a(及电池模块20c)的电压稳定时，处理电路170控制充电电路130改以第一充电电流Is同时对电池模块20a及电池模块20c进行充电。
在步骤S234的一些实施例中，处理电路170可通过启动一计时器并此计时器计时一特定时间来决定进行充电的电池模块20的电压是否稳定。举例来说，于处理电路170控制充电电路130改为提供第二充电电流Is或控制第一开关电路150切换以并联第一电池模块20与第二电池模块20的当下，处理电路170还开启计时器以开始计时。于计时器计时达特定时间时，计时器会通知处理电路170，以致处理电路170据以判定进行充电的电池模块20的电压稳定。
在步骤S234的一些实施例中，处理电路170可通过监控第一电池模块20的电压并确认第一电池模块20的电压是否回到一既定电压来决定进行充电的电池模块20的电压是否稳定。其中，于第一电池模块20的电压回到既定电压时，处理电路170判定进行充电的电池模块20的电压稳定。在一实施例中，既定电压可为第一电池模块20的电压因充电电流Is的下降而掉压之前的最高电压。在一示范例中，第一电池模块20的电压回到最高电压是指第一电池模块20的电压的值等于最高电压。反之，第一电池模块20的电压未回到最高电压是指第一电池模块20的电压的值小于最高电压。在另一示范例中，第一电池模块20的电压回到最高电压是指第一电池模块20的电压的值与最高电压之间的差值小于或等于第三既定误差值。反之，第一电池模块20的电压未回到最高电压是指第一电池模块20的电压的值与最高电压之间的差值大于第三既定误差值。其中，第三既定误差值小于最高电压。第三既定误差值可等于第一既定误差值，抑或是不等于第三既定误差值。并且，第三既定误差值可等于第二既定误差值，抑或是不等于第二既定误差值。其中，第三既定误差值可为由设计者依据实际需求而预先设定的大于零且小于1(伏特)的任意数。在另一实施例中，既定电压可为平衡电压或相关于平衡电压(如，平衡电压的特定比例)。举例来说，于处理电路170控制充电电路130改为提供第二充电电流Is时，第一电池模块20的电压发生瞬间下降，但后续又因为第二充电电流Is持续对其充电而持续上升。于以第二充电电流Is进行充电的期间，处理电路170会监控第一电池模块20的电压并确认第一电池模块20的电压是否回到平衡电压。于第一电池模块20的电压回到平衡电压时，处理电路170即控制充电电路130改以第一充电电流Is同时对第一电池模块20及第二电池模块20进行充电。在一示范例中，第一电池模块20的电压回到平衡电压可以是指第一电池模块20的电压的值等于平衡电压。反之，第一电池模块20的电压未回到平衡电压可以是指第一电池模块20的电压的值小于平衡电压。在另一示范例中，第一电池模块20的电压回到平衡电压可以是指第一电池模块20的电压的值与平衡电压之间的差值小于或等于第四既定误差值。反之，第一电池模块20的电压未回到平衡电压可以是指第一电池模块20的电压的值与平衡电压之间的差值大于第四既定误差值。其中，第四既定误差值小于平衡电压。第四既定误差值可等于第一既定误差值，抑或是不等于第一既定误差值。并且，第四既定误差值可等于第二既定误差值，抑或是不等于第二既定误差值。其中，第四既定误差值可为由设计者依据实际需求而预先设定的大于零且小于1(伏特)的任意数。
在步骤S234的一些实施例中，处理电路170可通过监控第一电池模块20的电压与第二电池模块20的电压并确认第一电池模块20的电压是否相符于第二电池模块20的电压来决定进行充电的电池模块20的电压是否稳定。在一示范例中，第一电池模块20的电压相符于第二电池模块20的电压可以是指第一电池模块20的电压等于第二电池模块20的电压。反之，第一电池模块20的电压不相符于第二电池模块20的电压可以是指第一电池模块20的电压小于第二电池模块20的电压。在另一示范例中，第一电池模块20的电压相符于第二电池模块20的电压可以是指第一电池模块20的电压与第二电池模块20的电压之间的差值小于或等于第五既定误差值。反之，第一电池模块20的电压不相符于第二电池模块20的电压可以是指第一电池模块20的电压与第二电池模块20的电压之间的差值大于第五既定误差值。其中，第五既定误差值小于平衡电压。第五既定误差值可等于第一既定误差值，抑或是不等于第一既定误差值。并且，第五既定误差值可等于第二既定误差值，抑或是不等于第二既定误差值。其中，第五既定误差值可为由设计者依据实际需求而预先设定的大于零且小于1(伏特)的任意数。
在一些实施例中，处理电路170可通过监控并联电池架构的电压并确认并联电池架构的电压是否达到一既定电压来决定进行充电的电池模块20的电压是否稳定。于并联电池架构的电压达到既定电压时，处理电路170判定进行充电的电池模块20的电压稳定。反之，于并联电池架构的电压未达到既定电压时，处理电路170判定进行充电的电池模块20的电压稳定。在一示范例中，并联电池架构的电压达到既定电压可以是指并联电池架构的并联接点的端电压等于既定电压。反之，并联电池架构的电压未达既定电压是指并联电池架构的并联接点的端电压小于既定电压。在另一示范例中，并联电池架构的电压达到既定电压可以是指并联电池架构的并联接点的端电压与既定电压之间的差值小于或等于第六既定误差值。反之，并联电池架构的电压未达既定电压可以是指并联电池架构的并联接点的端电压与既定电压之间的差值大于第六既定误差值。其中，第六既定误差值小于平衡电压。第六既定误差值可等于第一既定误差值，抑或是不等于第一既定误差值。并且，第六既定误差值可等于第二既定误差值，抑或是不等于第二既定误差值。其中，第六既定误差值可为由设计者依据实际需求而预先设定的大于零且小于1(伏特)的任意数。举例来说，于以第二充电电流Is进行充电的期间，处理电路170会撷取第一开关电路150耦接充电电路130一侧(即并联接点)的电压并确认所撷取到的电压是否达到既定电压。于所撷取到的电压达到既定电压时，处理电路170即控制充电电路130改以第一充电电流Is对并联电池架构进行充电。在一些实施例中，既定电压可为平衡电压或相关于平衡电压(如，平衡电压的特定比例)。
在一些实施例中，参照图1及图5，充电装置10在开始执行电池模块20的充电程序时，处理电路170会先侦测系统的电池模块20的数量(即侦测充电装置10当前所耦接的电池模块20的数量)(步骤S110)。参照图1、图4及图5，于侦测到电池模块20的数量为多个时，处理电路170才会执行步骤S210。参照图2及图5，于侦测到电池模块20的数量为单一个(假设为电池模块20a)时，处理电路170控制充电电路130提供第三值的充电电流Is(以下称第三充电电流Is)至第一开关电路150，并且控制第一开关电路150导通充电电路130与此单一个电池模块20a所耦接的电源接点110a，以致于第三充电电流Is对此单一电池模块20a进行充电(步骤S130)。在一实施例中，第三充电电流Is可等于第一充电电流Is，即第一值等于第三值。在另一实施例中，第三充电电流Is可不等于第一充电电流Is，即第一值不等于第三值。并且，第三值为大于零的任意数。
在一些实施例中，前述步骤S210、S232、S234中所述电池模块20的电压可为此电池模块20的输出端的端电压(例如，此电池模块20对应的电源接点110的端电压)，或者为此电池模块20的开路电压(Open circuit voltage，OCV)。
在一些实施例中，参照图1、图2及图6，充电装置10还可包含至少一信号接点120。处理电路170耦接各信号接点120。于电池模块20装设在充电装置10上时，各电池模块20除了耦接对应的电源接点110外还会耦接信号接点120。于电池模块20耦接至对应的电源接点110时，充电电路130可通过第一开关电路150对耦接在电源接点110上的电池模块20进行充电，并且处理电路170可通过信号接点120读取各电池模块20的电池信息(如，开路电压)。
在一些实施例中，充电装置10可通过至少一开关电路(30或160)(以下称第二开关电路(30或160))来切换处理电路170所读取的电池模块20。
在一些实施例中，参照图1及图2，第二开关电路30位于充电装置10的外部。充电装置10可具有多个信号接点120、121。处理电路170耦接至信号接点120、121。
于此，处理电路170通过各信号接点120、121中的至少一者(以下称第一信号接点120)耦接至第二开关电路30的第一端，而第二开关电路30的多个第二端分别耦接至多个电池模块20。换言之，各第二信号接点120通过第二开关电路30耦接至充电装置10外接的所有电池模块20。处理电路170通过各信号接点120、121中的另外至少一者(以下称第二信号接点121)耦接至第二开关电路30的控制端，并且通过第一信号接点121控制第二开关电路30的切换以决定第二开关电路30的第一端与第二开关电路30的各第二端之间的导通与否。
在一些实施例中，参照图6，第二开关电路160位于充电装置10的内部。充电装置10可具有多个信号接点120，并且各信号接点120分别用以耦接一电池模块20。在一些实施例中，信号接点120的数量相等于充电装置10最大可外接的电池模块20的数量。举例来说，当充电装置10具有四个信号接点120a～120d时，此充电装置10最大可外接四个电池模块20a～20d。于充电装置10需外接四个电池模块20a～20d时，电池模块20a除了耦接电源接点110a外还耦接信号接点120a、电池模块20b除了耦接电源接点110b外还耦接信号接点120b、电池模块20c除了耦接电源接点110c外还耦接信号接点120c，以及电池模块20d除了耦接电源接点110d外还耦接信号接点120d。
于此，处理电路170耦接至第二开关电路160的第一端，而第二开关电路160的多个第二端分别耦接至多个信号接点120a～120d。处理电路170还耦接至第二开关电路160的控制端，并且控制第二开关电路160的切换以决定第二开关电路160的第一端与第二开关电路160的各第二端之间的电性连结导通与否。换言之，处理电路170d可通过第二开关电路160与各第二信号接点120a～120d耦接至对应的电池模块20a～20d。
参照图1及图3，或参照图3及图6，在步骤S210的一些实施例中，处理电路170控制第二开关电路(30或160)依序切换，并通过第二信号接点120与第二开关电路(30或160)逐一读取多个电池模块20的开路电压。于取得所有耦接的电池模块20的开路电压后，处理电路170会确认所有耦接的电池模块20的开路电压是否在一定误差范围内。于此些电池模块20的开路电压在一定误差范围内时，处理电路170判定此些电池模块20平衡。于任一电池模块20的开路电压超出一定误差范围时，处理电路170判定此些电池模块20未平衡。此时，在未平衡的若干个电池模块20中，开路电压最低者为第一电池模块20。而在未平衡的若干个电池模块20中，第二电池模块20的开路电压高于且仅次于第一电池模块20的开路电压。平衡电压则为第二电池模块20的开路电压。
在步骤S232的一些实施例中，处理电路170可控制第二开关电路(30或160)导通至第一电池模块20并通过第二信号接点120与第二开关电路(30或160)逐一读取第一电池模块20的开路电压，进而确认以第一充电电流Is进行充电的第一电池模块20的开路电压是否达到平衡电压。
在步骤S234的一些实施例中，处理电路170可控制第二开关电路(30或160)导通至第一电池模块20并通过第二信号接点120与第二开关电路(30或160)逐一读取第一电池模块20的开路电压，进而确认第一电池模块20(及第二电池模块20)的开路电压是否回到既定电压而判定电池模块20的电压稳定与否。
在一些实施例中，参照图1、图2及图6，充电电路130还可耦接系统接点140。系统接点140还用以耦接系统电路。充电电路130可根据外部电源Vp或电池模块20所储存的电源通过系统接点140供电给系统电路。举例来说，假设充电装置10应用于一电子装置中，系统接点140即耦接至电子装置的系统电路。充电电路130则可外部电源Vp或电池模块20所储存的电源通过系统接点140供给电子装置运作所需的电力。
在一些实施例中，参照图7，各电池模块20可包括一个或多个电池单元(cell)210以及一监控晶片(gauge IC)230。各电池模块20具有正电接点Nv+、负电接点Nv-、以及信号接点Nsc、Nsd。
电池单元210耦接在正电接点Nv+与负电接点Nv-之间。在一些实施例中，当电池模块20具有多个电池单元210时，多个电池单元210会串接在正电接点Nv+与负电接点Nv-之间。
监控晶片230的侦测针脚DEC1、DEC2、DEC3耦接至各电池单元210的正端。于此，监控晶片230通过侦测针脚DEC1、DEC2、DEC3侦测各电池单元210的端电压Voc1、Voc2、Voc3，并根据侦测到的端电压Voc1、Voc2、Voc3来计算此电池模块20的开路电压。
监控晶片230的控制针脚CHG、DIS耦接至位于电池单元210与正电接点Nv+之间的路径开关Mb1、Mb2的控制端。于此，监控晶片230能通过控制针脚CHG、DIS控制路径开关Mb1、Mb2导通与否，以致电池单元210通过正电接点Nv+输出电力或以致正电接点Nv+接收到的电力对电池单元210进行充电。
监控晶片230的信号针脚CMBC、CMBD耦接至信号接点Nsc、Nsd。信号接点Nsc、Nsd对外耦接至充电装置10的信号接点120。换言之，对于各电池模块20，其监控晶片230的信号针脚CMBC、CMBD通过信号接点Nsc、Nsd、第二开关电路(30或160)与信号接点120耦接处理电路170。于此，监控晶片230通过信号针脚CMBC通过信号接点Nsc、第二开关电路(30或160)与信号接点120而与处理电路170传输控制时脉。监控晶片230通过信号针脚CMBD通过信号接点Nsd、第二开关电路(30或160)与信号接点120而与处理电路170传输资料。换句话说，处理电路170能接收任一电池模块20的监控晶片230传输来的控制时脉与电池信息(即资料)，以致处理电路170根据控制时脉来读取对应的电池信息。
正电接点Nv+对外耦接至充电装置10的电源接点110，以致电力能在电池模块20与充电装置10之间传输电力。
在一些实施例中，第一开关电路150可包括多个开关模块151。开关模块151一对一对应于电源接点110。即，开关模块151的数量对应于电源接点110的数量。各开关模块151耦接在充电电路130与对应的电源接点110之间。于此，各开关模块151受控于处理电路170，并用以决定充电电路130与对应的电源接点110之间的电性连结是否导通。
举例来说，假设充电电路130最多可外接四个电池模块20a～20d。此时，充电电路130具有四个电源接点110a～110d，并且第一开关电路150可包括四个开关模块151a～151d。开关模块151a耦接在充电电路130与电源接点110a，并用以决定充电电路130与电源接点110a之间的电性连结是否导通。开关模块151b耦接在充电电路130与电源接点110b，并用以决定充电电路130与电源接点110b之间的电性连结是否导通。开关模块151c耦接在充电电路130与电源接点110c，并用以决定充电电路130与电源接点110c之间的电性连结是否导通。开关模块151d耦接在充电电路130与电源接点110d，并用以决定充电电路130与电源接点110d之间的电性连结是否导通。
于此，各开关模块151是由一个或多个开关Ms1、Ms2所构成，如图8所示。在一些实施例中，参照图8，当各开关模块151由多个开关Ms1、Ms2所构成时，此些开关Ms1、Ms2会串接在充电电路130与对应的电源接点110之间。举例来说，假设各开关模块151是由二个开关Ms1、Ms2所构成，此二开关Ms1、Ms2串接在第一接点Nw1与第二接点Nw2之间。第一接点Nw1耦接充电电路130。第二接点Nw2耦接对应的电源接点110。二开关Ms1、Ms2的控制端耦接至控制接点Nw3，而此控制接点Nw3耦接至处理电路170，以致处理电路170得以控制二开关Ms1、Ms2导通与否。在一示范例中，在任一开关模块151中，各开关Ms1、Ms2可为一电晶体。举例来说，承接前例，假设各开关Ms1、Ms2为一电晶体时，二电晶体可相互反接，即一电晶体(即开关Ms1)的源极耦接至另一电晶体(即开关Ms2)的源极，而二电晶体的汲极分别耦接充电电路130与对应的电源接点110。如此，于开关模块151断开时，电流不会通过二电晶体的寄生二极体而逆流。
在一些实施例中，参照图9，各开关模块151可由一开关晶片U2a～U2d实现。各开关晶片U2a～U2d的内部电路包括二电晶体。开关晶片U2a～U2d的针脚D1、D2分别耦接二电晶体的汲极、开关晶片U2a～U2d的针脚S1、S2分别耦接二电晶体的源极、以及开关晶片U2a～U2d的针脚G1、G2分别耦接二电晶体的闸极。
参照图9，充电电路130可由单一个控制晶片U1所实现。举例来说，充电电路130可包括单一个控制晶片U1及此控制晶片U1的应用电路。并且，充电电路130可通过接点OACIN、OACOK、OIOUT、OSMBA、OSMBC、VCH、ODC耦接处理电路170。
参照图9，处理电路170可由一处理晶片U3所实现。其中，处理晶片U3可内建有处理器(如，中央处理器)与存储器(如Flash、SRAM等)。举例来说，处理电路170可包括处理晶片U3与此处理晶片U3的应用电路。
处理电路170通过接点SDA、SCL耦接第二开关电路160。第二开关电路160通过接点SDA1、SCL1、SDA2、SCL2、SDA3、SCL3、SDA4、SCL4耦接信号接点120。举例来说，参照图6、图7及图9，假设充电电路130最多可外接四个电池模块20a～20d。处理电路170的处理晶片U3通过接点SDA通过一第二开关电路160耦接至接点SDA1、SDA2、SDA3、SDA4，并且接点SDA1、SDA2、SDA3、SDA4分别通过一组信号接点120a～120d耦接电池模块20a～20b的信号接点Nsd。处理电路170的处理晶片U3通过接点SCL通过另一第二开关电路160耦接至接点SCL1、SCL2、SCL3、SCL4，并且接点SCL1、SCL2、SCL3、SCL4分别通过另一组信号接点120a～120d耦接电池模块20a～20b的信号接点Nsc。
在一些实施例中，充电装置10的电源接点110与信号接点120可由一个或多个连接器CT实现。举例来说，假设充电电路130最多可外接四个电池模块20a～20d。电源接点110a～110d可为连接器CT的接触端子P4、P9、P22、P26。其中，连接器CT的接触端子P4对内耦接开关晶片U2a的针脚D1，并且对外耦接电池模块20a的正电接点Nv+。连接器CT的接触端子P9对内耦接开关晶片U2b的针脚D1，并且对外耦接电池模块20b的正电接点Nv+。连接器CT的接触端子P22对内耦接开关晶片U2c的针脚D1，并且对外耦接电池模块20c的正电接点Nv+。连接器CT的接触端子P26对内耦接开关晶片U2d的针脚D1，并且对外耦接电池模块20a的正电接点Nv+。于此，电池模块20a～20d的负电接点Nv-分别耦接连接器CT的接触端子P5、P10、P23、P27，并通过接触端子P5、P10、P23、P27耦接至地。信号接点120为连接器CT的接触端子P1、P2、P6、P7、P24、P25、P29、P30。接触端子P1、P2、P6、P7、P24、P25、P29、P30对内分别耦接至接点SDA1、SCL1、SDA2、SCL2、SDA3、SCL3、SDA4、SCL4。接触端子P1、P2对外分别耦接电池模块20a的信号接点Nsd、Nsc。接触端子P6、P7对外分别耦接电池模块20b的信号接点Nsd、Nsc。接触端子P24、P25对外分别耦接电池模块20c的信号接点Nsd、Nsc。接触端子P29、P30对外分别耦接电池模块20d的信号接点Nsd、Nsc。
在一些实施例中，假设充电装置10以图9所示的电路实现。于充电装置10耦接单一个电池模块20a时，此电池模块20a在充电过程中的电压Vb1与电流Ib1的变化如图10所示。其中，参照图10，电池模块20a的充电信号Sc1于高准位时表示电池模块20a正在进行充电。在充电状态中，初期为定电流充电CC，而后期为定电压充电CV。电池模块20a的充电信号Sc1于低准位时表示电池模块20a为等待状态WT或电池模块20a为充满状态FL(即电池模块20a的电量已充满)。
于充电装置10耦接二个电池模块20a、20b时，电池模块20a在充电过程中的电压Vb1与电流Ib1的变化以及电池模块20b在充电过程中的电压Vb2与电流Ib2的变化如图11所示。其中，参照图11，电池模块20a的充电信号Sc1于高准位时表示电池模块20a正在进行充电，而电池模块20b的充电信号Sc2于高准位时表示电池模块20b正在进行充电。在时间点T1与时间点T2之间的期间内，电池模块20a以第一充电电流Is进行充电。充电电流Is在时间点T2下降为第二充电电流Is。在时间点T3，第一开关电路150切换以并联电池模块20a、20b，以致第二充电电流Is同时对电池模块20a、20b进行充电。在时间点T4，电池模块20a、20b的电压达到稳定，并且充电电流Is上升回第一充电电流Is，以致在时间点T4与时间点T5之间的期间内以第一充电电流Is同时对电池模块20a、20b进行充电。
于充电装置10耦接三个电池模块20a、20b、20c时，电池模块20a在充电过程中的电压Vb1与电流Ib1的变化、电池模块20b在充电过程中的电压Vb2与电流Ib2的变化以及电池模块20c在充电过程中的电压Vb3与电流Ib3的变化如图12所示。其中，参照图12，电池模块20a的充电信号Sc1于高准位时表示电池模块20a正在进行充电，电池模块20b的充电信号Sc2于高准位时表示电池模块20b正在进行充电，而电池模块20c的充电信号Sc3于高准位时表示电池模块20c正在进行充电。在时间点T1与时间点T2之间的期间内，电池模块20a以第一充电电流Is进行充电。充电电流Is在时间点T2下降为第二充电电流Is。在时间点T3，第一开关电路150切换以并联电池模块20a、20b，以致第二充电电流Is同时对电池模块20a、20b进行充电。在时间点T4，电池模块20a、20b的电压达到稳定，并且充电电流Is上升回第一充电电流Is，以致在时间点T4与时间点T5之间的期间内以第一充电电流Is同时对电池模块20a、20b进行充电。在时间点T5，第一开关电路150切换以并联电池模块20a、20b、20c，以致第一充电电流Is同时对电池模块20a、20b、20c进行充电。
基此，在未平衡的多个电池模块20进行充电的期间，因应第一开关电路150的导通状态的切换降低充电电流Is，以开启减少整体充电时间约25％并且降低整体充电过程中电池模块20的温度上升量(降低约5℃)，进而能增加电池模块20的循环寿命(cycle life)约5％～10％。
在一些实施例中，参照图6及图9，处理电路170的处理晶片U3可通过接点OTH耦接至连接器CT的接触端子P12，并且通过接触端子P12侦测充电装置10的各电源接点110是否耦接电池模块20。
在一些实施例中，参照图6及图9，处理电路170的处理晶片U3可通过接点OVBAT耦接至电压侦测电路(图6中未示)，并且通过电压侦测电路侦测并联电池架构的电压。于此，电压侦测电路可为耦接在第一开关电路150耦接充电电路130的一端。在一些实施例中，电压侦测电路可为由多个电阻R1、R2构成的分压电路。
在一些实施例中，第一开关电路150的初始状态为全部的开关模块151均断开。在未平衡的多个电池模块20进行充电的期间，第一开关电路150先从初始状态切换为导通状态，以致第一充电电流Is对导通的电池模块20进行充电。充电装置10可仅对应第一开关电路150第一次切换不同导通状态的动作将充电电流Is下降为第二充电电流Is。举例来说，充电装置10耦接四个电池模块20a～20d。电池模块20b的电压大于电池模块20d的电压，电池模块20d的电压大于电池模块20c的电压，电池模块20c的电压大于电池模块为20a的电压。于此，第一开关电路150先从初始状态切换为第一导通状态，并且提供至第一开关电路150的充电电流Is为第一充电电流Is。第一导通状态为充电电路130导通至电源接点110a但与其余电源接点110b～110d断开。在包含第一开关电路150从第一导通状态切换为第二导通状态的期间，提供至第一开关电路150的充电电流Is下降为第二充电电流Is。第二导通状态为充电电路130导通至电源接点110a、110c但与其余电源接点110b、110d断开。于电池模块20a、20c的电压稳定时，提供至第一开关电路150的充电电流Is回升为第一充电电流Is。后续，即便第一开关电路150从第二导通状态切换为第三导通状态，提供至第一开关电路150的充电电流Is均维持为第一充电电流Is。其中，第三导通状态可为充电电路130导通至电源接点110a、110c、110d但与其余电源接点110b断开。
在一些实施例中，在未平衡的多个电池模块20进行充电的期间，充电装置10可对于第一开关电路150每次切换不同导通状态的动作将充电电流Is下降为第二充电电流Is。
综上所述，根据任一实施例的充电方法，适用于充电装置10，以减少整体充电时间且降低整体充电过程中电池模块20的温度上升量，进而能增加电池模块20的循环寿命。在一些实施例中，充电方法适用于充电装置10，以开启根据耦接的电池模块20的数量提供不同的充电程序。

Claims (10)

1.一种充电方法，其特征在于，包括：
侦测若干个电池模块是否平衡；
于该若干个电池模块平衡时，以一第一充电电流同时对该若干个电池模块进行充电；
于该若干个电池模块未平衡时，执行一特定充电程序，其中执行该特定充电程序的步骤包括：
以该第一充电电流对该若干个电池模块中低于一平衡电压的一第一电池模块进行充电且断开该第一充电电流与该若干个电池模块中的其余者；
于该第一电池模块达到该平衡电压时，以一第二充电电流同时对该若干个电池模块中该第一电池模块与具有该平衡电压的至少一电池模块进行充电，其中该第二充电电流小于该第一充电电流。
2.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，执行该特定充电程序的步骤还包括：于该第一电池模块的电压稳定时，切换成以该第一充电电流同时对该第一电池模块与该至少一电池模块进行充电。
3.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，该若干个电池模块平衡为该若干个电池模块的开路电压相同。
4.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，该平衡电压为未平衡的该若干个电池模块中的一第二电池模块的开路电压，并且在未平衡的该若干个电池模块中，该第二电池模块的该开路电压高于且仅次于该第一电池模块的开路电压。
5.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，以该第一充电电流同时对该若干个电池模块进行充电的步骤包括：
并联该若干个电池模块以形成一并联电池架构；
以该第一充电电流对该并联电池架构进行充电。
6.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，以该第二充电电流同时对该若干个电池模块中该第一电池模块与具有该平衡电压的该至少一电池模块进行充电的步骤包括：
并联该第一电池模块与该至少一电池模块以形成一并联电池架构；
以该第二充电电流对该并联电池架构进行充电。
7.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，执行该特定充电程序的步骤还包括：于该并联电池架构的电压稳定时，切换成以该第一充电电流同时对该并联电池架构进行充电。
8.如权利要求1至7中任一项所述的充电方法，其特征在于，还包括：
于侦测该若干个电池模块是否平衡的步骤之前，侦测一系统的该电池模块的数量；
于该电池模块的该数量为若干个时，才执行侦测该若干个电池模块是否平衡的步骤：
于该电池模块的该数量为单一个时，以一第三充电电流对该系统的单一该电池模块进行充电。
9.一种充电方法，其特征在于，包括：
侦测二电池模块是否平衡；
于该二电池模块平衡时，以一第一充电电流同时对该二电池模块进行充电；
于该二电池模块未平衡时，执行一特定充电程序，其中执行该特定充电程序的步骤包括：
以该第一充电电流对该二电池模块中未平衡的一第一电池模块进行充电且断开该二电池模块中的另一者；
于该第一电池模块达到该平衡时，以一第二充电电流同时对该二电池模块进行充电，其中该第二充电电流小于该第一充电电流。
10.一种充电装置，其特征在于，包括：
若干个电源接点，各该电源接点适于耦接一电池模块；
一充电电路；
一开关电路，耦接于该充电电路与各该电源接点之间，以切换该充电电路与各该电源接点之间的电性连结；
一处理电路，耦接该开关电路，以控制该开关电路的切换；
其中，于该若干个电源接点耦接若干个该电池模块时，该处理电路还侦测该若干个电池模块是否平衡；
其中，于该若干个电池模块平衡时，该处理电路控制该开关电路导通该若干个电池模块所耦接的若干个该电源接点与该充电电路并开启该充电电路以一第一充电电流对该若干个电池模块进行充电；
其中，于该若干个电池模块未平衡时，该处理电路执行一特定充电程序，其中在该特定充电程序中，该处理电路控制该开关电路导通该若干个电池模块中低于一平衡电压的一第一电池模块所耦接的该电源接点与该充电电路并控制该充电电路以该第一充电电流对该第一电池模块进行充电，以及于该第一电池模块达到该平衡电压时，该处理电路控制该开关电路导通该若干个电池模块中具有该平衡电压的若干个电池模块所耦接的若干个该电源接点与该充电电路并控制该充电电路以小于该第一充电电流的一第二充电电流对具有该平衡电压的该若干个电池模块进行充电。
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