CN1303720C - 低温下对可充电式电池加热及充电的设备 - Google Patents

低温下对可充电式电池加热及充电的设备 Download PDF

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Abstract

一种低温下对可充电式电池加热及充电的设备，包括一充电装置，一加热装置，一第一开关，以及一保护装置。当环境温度太低时(例如说低于0℃)，上述第一开关切换为导通状态，使上述加热装置经由上述第一开关以接收上述电压来产生热能，进而使上述环境温度上升。当上述可充电式电池被充电至高容量(额定电池容量的85—100%)时，上述保护装置使上述加热装置停止接收上述电压，以达到节省能源的效果。

Description

低温下对可充电式电池加热及充电的设备
技术领域
本发明涉及一种电池充电设备，特别涉及一种低温下对可充电式电池加热及充电的设备。
背景技术
可充电式电池被使用在各种不同的电子装置中，包括便携式计算机、便携式计算机外设产品、个人数字助理(PDAs)、移动电话及相机等等。由于被广泛地使用，遂发展出各种具有不同化学物质的可充电式电池，而每一种皆有其优缺点。其中，最常被使用的可充电式电池为镍镉电池(NiCad)、镍氢电池(NiMH)、锂电池(Li-ion)及锂聚合电池(Li-polymer)。
近年来，锂电池(Li-ion)已成为可充电式电池的首选，主要使用于便携式计算机。锂电池(Li-ion)内部的化学组成包括：镀锂薄片阳极、有机电解液、碳电极内的锂化合物。与镍氢电池(NiMH)或镍镉电池(NiCad)相比，锂电池(Li-ion)具有较高的能量密度、较佳的周期生命、较高的输出电压及较低的自放电率。然而，锂电池(Li-ion)具有一使用上的限制，此限制亦可能出现于使用别种电池时，此限制为，当被充电至高容量(额定电池容量的85-100％)或暴露在高温(通常指高于45℃)时，电池很容易损坏。上述的情形会造成电池永久性的效能下降，甚至会失去功能而无法再使用。而当温度过低时，会有活性下降的情形，也会造成电池永久性的效能下降。
因此，环境温度，或更明确地说可充电式电池的温度，必须在一适当温度范围内，以使电池能被充电。普遍来讲，几乎每个充电装置本身皆具有一温度检测装置，用以检测环境温度并将结果回传至充电装置。
图1表示已知充电装置103的区块示意图。一可充电式电池107耦接至上述充电装置103。上述充电装置103具有一温度检测装置105及一充电控制电路104。上述温度检测装置105检测一环境温度，若检测到的温度落在一适当范围内(通常为0℃至45℃)，上述充电控制电路104控制上述充电装置103自一电压源101接收一电压，来对上述可充电式电池107充电。若上述温度达到下限(0℃)或上限(45℃)时，上述充电装置103停止充电以保护上述可充电式电池107，避免电池效能下降或发生不可预期的危险，例如电池爆炸。因此，传统上所使用的充电装置无法用于异常寒冷的情形下，例如下雪夜晚的户外。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明主要目的在于提供一种低温下对可充电式电池加热及充电的设备，包括：一充电装置，耦接一电压源，具有一温度检测装置及一充电控制电路，当一环境温度在一既定温度范围内，上述充电装置对上述可充电式电池充电，其中，上述温度检测装置用以检测上述环境温度，上述充电控制电路根据接收自上述温度检测装置的上述环境温度，用以决定是否对上述可充电式电池充电；；一加热装置，当上述加热装置接收上述电压源的一电压时，用以产生热能，使上述环境温度上升；一第一开关，耦接上述电压源及上述加热装置，用以控制是否将上述电压输入至上述加热装置中，其中，当上述环境温度小于一第一既定温度值时，上述第一开关切换为导通状态，使上述加热装置经由上述第一开关以接收上述电压，当上述环境温度大于一第二既定温度值时，上述第一开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压；以及一保护装置，耦接于上述第一开关与上述加热装置之间，用以检测上述可充电式电池的充电状态，当上述可充电式电池的充电状态达到一既定条件时，使上述加热装置停止接收上述电压。
附图简述
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
图1表示已知充电装置的区块示意图。
图2表示本发明的电池充电设备的区块示意图。
附图符号说明：
101、201～电源；202～电池充电设备；103、203～充电装置；104、204～充电控制电路；105、205～温度检测装置；107、207～可充电式电池；209～保护装置；211～电压检测装置；213～加热装置；S1～第一开关；以及S2～第二开关。
具体实施方式
图2表示本发明的电池充电设备202的区块示意图。上述电池充电设备202在低温下用以对一可充电式电池207加热及充电，包括一充电装置203，一加热装置213，一第一开关S1，以及一保护装置209，其中上述充电装置203耦接至一电压源201，其中上述充电装置203具有一温度检测装置205及一充电控制电路204，且其中上述保护装置209具有一第二开关S2及一电压检测装置211。
上述可充电式电池207耦接至上述充电装置203。上述充电装置203具有一温度检测装置205及一充电控制电路204。上述温度检测装置205检测一环境温度，若检测到的温度落在适当的一既定温度范围内(0℃至45℃)，上述充电控制电路204控制上述充电装置203自上述电压源201接收一电压，来对上述可充电式电池207充电。若上述温度达到下限(0℃)或上限(45℃)，上述充电装置203停止充电以保护上述可充电式电池207，避免电池效能下降或发生不可预期的危险，例如电池爆炸。
上述第一开关S1耦接至上述电压源201。上述第一开关S1为温度感应式开关，是随其所处的环境温度而执行导通或关闭的动作。当上述环境温度小于一第一既定温度值时，上述第一开关切换为导通状态，当上述温度大于一第二既定温度值时，上述第一开关切换为关闭状态，当上述温度介于上述第一既定温度值与上述第二既定温度值之间时，上述第一开关的开关状态维持不变。上述第一既定温度值必须设定为高于上述既定温度范围的下限(0℃)，且上述第二既定温度值必须设定为低于上述既定温度范围的上限(45℃)。
市场上提供许多现成的热敏开关(thermal switch)来实作上述第一开关S1。熟习此技艺者可以依照所需要的规格来选用适当的热敏开关。另一种作法为，上述第一开关S1在工作时，内部具有一热敏电阻(thermistor)，上述热敏电阻检测上述环境温度，且随着温度变化改变上述第一开关S1的一偏压，来控制上述第一开关S1的开关状态，使上述第一开关S1的开关状态符合需求。
上述第二开关S2耦接于上述第一开关S1与上述加热装置213之间。正常情形下，上述第二开关S2保持导通。上述第一开关S1与上述第二开关S2用来控制上述电压源201的上述电压是否可以供应至上述加热装置213。
举例说明，假使上述可充电式电池207为锂(Li-ion)电池。上述环境温度为零下10℃。上述充电装置203的适当充电温度范围为0℃至45℃。上述第一既定温度值设定为5℃，且上述第二既定温度值设定为10℃。
由于上述环境温度(零下10℃)低于0℃，所以上述充电装置203保持待命状态而不动作。同时，由于上述温度低于5℃，上述第一开关S1切换为导通状态，使得上述加热装置213经由上述第一开关S1及上述第二开关S2来接收上述电压，用以产生热能，进而使上述环境温度上升。当上述温度达到0℃，上述充电装置203开始对上述可充电式电池207进行充电，且持续此充电动作直到上述可充电式电池207被充电至高容量(额定电池容量的85-100％)亦或是上述温度达到45℃。当上述温度介于5℃与10℃之间，上述第一开关S1保持导通状态，所以上述加热装置213持续产生热能，并使上述环境温度持续上升。当上述温度到达10℃，上述第一开关S1切换为关闭状态以停止上述加热装置213接收上述电压。
此处可能发生一种情形，在上述温度到达10℃之前，上述可充电式电池207已被充电至高容量(额定电池容量之85-100％)且上述充电装置203停止动作，但是上述加热装置213却仍然持续加热。很显然地，这会造成无意义的能源浪费。实际上，一旦上述可充电式电池207已被充电至高容量且上述充电装置203停止动作，上述加热装置213即可停止动作。
因此，本发明的上述电压检测装置211用来检测上述可充电式电池207的充电电压值是否达到一既定电压值，若达到上述既定电压值，上述电压检测装置211关闭上述第二开关S2以使上述加热装置213停止接收上述电压。为了保护电池寿命，上述既定电压值设定为4伏特，以低于额定电池容量的4.5伏特。
上述电压检测装置211可以用一电流检测装置(图1中未图示出)来替代，来检测上述可充电式电池207的充电电流值是否达到一既定电流值，若达到上述既定电流值，上述电流检测装置关闭上述第二开关S2以使上述加热装置213停止接收上述电压。更进一步地，上述电压检测装置211亦可以用一定时器(图1中未图示出)来替代，以达到相同的功能。上述定时器，在上述充电装置203开始对上述可充电式电池207充电起，计算一既定时间间隔，且在上述既定时间间隔计算完毕时，上述定时器关闭上述第二开关S2以使上述加热装置213停止接收上述电压。上述既定时间间隔可由实验数据来设定一适当值。
综上而论，与已知技术相比，本发明具有两个主要优点。首先，藉由上述第一开关S1与上述加热装置213，上述可充电式电池207可以在低温下被充电。其次，藉由上述电压检测装置211，上述电流检测装置，或者上述定时器来控制上述第二开关S2，一旦上述可充电式电池207已被充电至高容量且上述充电装置203停止动作，上述加热装置213即可停止动作。因此，可以避免不必要的能源浪费。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (24)

1、一种电池充电设备，用以对一可充电式电池进行充电，包括：
一充电装置，耦接一电压源，当一环境温度在一既定温度范围内，上述充电装置对上述可充电式电池充电；
一加热装置，当上述加热装置接收上述电压源的一电压时，用以产生热能，使上述环境温度上升；
一第一开关，耦接上述电压源及上述加热装置，用以控制是否将上述电压输入至上述加热装置中，其中，当上述环境温度小于一第一既定温度值时，上述第一开关切换为导通状态，使上述加热装置经由上述第一开关以接收上述电压，当上述环境温度大于一第二既定温度值时，上述第一开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压；和
一第二开关，耦接于上述第一开关与上述加热装置之间，当上述可充电式电池的充电状态达到一既定条件时，上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
2、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述充电装置包括：
一温度检测装置，用以检测上述环境温度；以及
一充电控制电路，根据接收自上述温度检测装置的上述环境温度，用以决定是否对上述可充电式电池充电。
3、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述既定条件为上述可充电式电池的充电电压值达到一既定电压值。
4、如权利要求3所述的电池充电设备，更包括一电压检测装置，用以检测上述可充电式电池的充电电压值，来控制上述第二开关的开关状态，其中，当上述电压检测装置检测上述可充电式电池的充电电压值达到上述既定电压值时，将上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
5、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述既定条件为上述可充电式电池的充电电流值达到一既定电流值。
6、如权利要求5所述的电池充电设备，更包括一电流检测装置，用以检测上述可充电式电池的充电电流值，来控制上述第二开关的开关状态，其中，当上述电流检测装置检测上述可充电式电池的充电电流值达到上述既定电流值时，将上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
7、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述既定条件为上述可充电式电池的充电时间达到一既定时间间隔。
8、如权利要求7所述的电池充电设备，更包括一定时器，于上述充电装置开始对上述可充电式电池充电起，计算上述既定时间间隔，且于上述既定时间间隔计算完毕时，将上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
9、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述第一开关为温度感应式开关。
10、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述第一开关包括一热敏电阻，上述热敏电阻检测上述环境温度，且随着温度变化改变上述第一开关的一偏压，来控制上述第一开关的开关状态。
11、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述第一既定温度值大于上述既定温度范围的下限，且上述第二既定温度值小于上述既定温度范围的上限。
12、如权利要求1所述的电池充电设备，其中，上述既定温度范围为摄氏0度至摄氏45度。
13、一种电池充电设备，用以对一可充电式电池进行充电，包括：
一充电装置，耦接一电源，具有一温度检测装置及一充电控制电路，当一环境温度在一既定温度范围内时，上述充电装置对上述可充电式电池充电，其中，上述温度检测装置用以检测上述环境温度，上述充电控制电路根据接收自上述温度检测装置的上述环境温度，用以决定是否对上述可充电式电池充电；
一加热装置，当上述加热装置接收上述电源的一电压时，用以产生热能，使上述环境温度上升；
一第一开关，耦接上述电源及上述加热装置，用以控制是否将上述电压输入至上述加热装置中，其中，当上述环境温度小于一第一既定温度值时，上述第一开关切换为导通状态，使上述加热装置经由上述第一开关以接收上述电压，当上述环境温度大于一第二既定温度值时，上述第一开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压；以及
一保护装置，耦接于上述第一开关与上述加热装置之间，用以检测上述可充电式电池的充电状态，当上述可充电式电池的充电状态达到一既定条件时，使上述加热装置停止接收上述电压。
14、如权利要求13所述的电池充电设备，其中，上述保护装置包括一第二开关，当上述可充电式电池的充电状态达到上述既定条件时，上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
15、如权利要求14所述的电池充电设备，其中，上述既定条件为上述可充电式电池的充电电压值达到一既定电压值。
16、如权利要求15所述的电池充电设备，其中，上述保护装置更包括一电压检测装置，用以检测上述可充电式电池的充电电压值，来控制上述第二开关的开关状态，其中，当上述电压检测装置检测上述可充电式电池的充电电压值达到上述既定电压值时，将上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
17、如权利要求14所述的电池充电设备，其中，上述既定条件为上述可充电式电池的充电电流值达到一既定电流值。
18、如权利要求17所述的电池充电设备，其中，上述保护装置更包括一电流检测装置，用以检测上述可充电式电池的充电电流值，来控制上述第二开关的开关状态，其中，当上述电流检测装置检测上述可充电式电池的充电电流值达到上述既定电流值时，将上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
19、如权利要求14所述的电池充电设备，其中，上述既定条件为上述可充电式电池的充电时间达到一既定时间间隔。
20、如权利要求19所述的电池充电设备，其中，上述保护装置更包括一定时器，于上述充电装置开始对上述可充电式电池充电起，计算上述既定时间间隔，且于上述既定时间间隔计算完毕时，将上述第二开关切换为关闭状态，使上述加热装置停止接收上述电压。
21、如权利要求13所述的电池充电设备，其中，上述第一开关为温度感应式开关。
22、如权利要求13所述的电池充电设备，其中，上述第一开关包括一热敏电阻，上述热敏电阻检测上述环境温度，且随着温度变化改变上述第一开关的一偏压，来控制上述第一开关的开关状态。
23、如权利要求13所述的电池充电设备，其中，上述第一既定温度值大于上述既定温度范围的下限，且上述第二既定温度值小于上述既定温度范围的上限。
24、如权利要求13所述的电池充电设备，其中，上述既定温度范围为摄氏0度至摄氏45度。
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