TW200929795A - Battery pack, method of charging secondary battery and battery charger - Google Patents

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200929795 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電池組，充電二次電池之方法及電池充電 器。更特定言之，本發明係關於電池組，充電二次電池之 方法及電池充電器’其根據二次電池之劣化係數控制充電 ' 條件。 * 相關申請案交又參考 本申請案宣稱2007年10月30日向日本專利局申請之日本 ❹ 專利申請案第2007-281764號的優先權之權益，其全數内 容係藉由引用方式併入本文。 【先前技術】 怪定電流充電及恆定電壓充電之結合（恆定電流恆定電 麼方法）係已知為充電二次電池的方法。此充電方法將參 考圖9描述’在其上橫座標代表充電時間且縱座標代表單 元電壓及充電電流。在圖9中，藉由箭頭a&b指示之區（下 文稱為「區a-b」）係恆定電流充電的範圍，且藉由箭頭 © d指示之區（下文稱為「區c_d」）係恆定電壓充電的範圍。 箭碩I指示充電電流，且箭頭v指示單元電壓。一用於充電 . 之電源供應區段執行在區a-b中之恆定電流控制的操作， 而執行在區c-d中之恆定電壓控制的操作。 如在圖9中所示，在區a-b期間，恆定電流充電係藉由一 預定電流值執行，而後該單元電壓提升。在此範例中，充 電電流係維持在（例如）33〇〇 mA。當充電進行時，因此該 單疋電壓達到—預定電壓值（例如4100 mV)，發生從恆定 132650.doc 200929795 電流充電至恆定電壓充電之切姑 . 凡电 <切換。在區期間，充電電 流係逐漸降低，且該單元電壓朝電源供應區段之輸出電壓 (如侧mV)提升。之後，當充電電流變得比一預定值（在 充電結束處的電流值）更小時完成充電。 二次電池隨著充電及放電循環之數目增加而逐漸劣化， 其中各循環由充電及放電和暫停組成，如上文所述。二次 ' €池劣化已藉由充電及放電循環的計數、實際放電量或充 電時間決定。例如，在使用充電及放電循環的計數之方法 ® 中，充電及放電循環之數目係藉由使用充電量或放電量計 算，且一劣化係數係從充電及放電循環的數目獲得。當使 用實際放電量時，一劣化係數係藉由使用以下計算方程式 • 自實際放電量及一設計容量值獲得：劣化係數=設計值容 量/實際放電量。 曰本未審定專利申請案公開案第HI 1 -1741 36號揭示包括 測量一電池組内之有效電阻及藉由測量值決定其劣化之步 驟的方法。當使用有效電阻時，劣化可在短時間中決定。 ❹ 【發明内容】 在藉由以上所述恆定電流恆定電壓方法充電中，在一怪 t 定電流充電週期期間之充電電流值及充電電壓值係分別設 定至固定值。因此，當電池組劣化進行以提升内部電阻 時’電壓隨著内部電阻成比例地大幅度提升。結果，係怪 定電流充電的範圍之區a-b的時間變短，且係恆定電壓充 電的範圍之區c-d的時間變長，如圖10中顯示。 當恆定電壓充電之範圍的長度增加時，二次電池具# 132650.doc 200929795 (例如）41 00 mv及以上之高電壓所經過的時間週期變長， 因此加速一次電池劣化。因此需要根據二次電池劣化之進 行控制充電條件。 然而，決定二次電池劣化之一已知方法無法適當地計算 • 劣化係數。例如，在使用充電及放電循環之計數的方法 中由於保存（即S長期保存二次電池時）的劣化未反映， ' 使其難以精確地計算劣化係數。此外，在基於放電量及充 電時間计算一劣化係數的方法中，可能在設計容量及實際 ® -次電池谷量間會發生-誤差。此方法亦明顯受到例如放 電、不運轉及充電、以及溫度條件之電池狀態影響。此等 使其難以獲得一精確劣化係數。因此’係難以根據二次電 • 池劣化獲得一適當充電條件。 . 因此，需要提供電池組、充電二次電池的方法及電池充 電器，其係能藉由根據二次電池劣化精確地計算一劣化係 數，且基於該計算劣化係數控制一充電條件，來抑制二次 電池劣化的進行。 ^ 根據本發明之一態樣係提供一電池組，其包括一二次電 池，該一次電池包括複數個單元電池塊、一測量區段、一 ‘ 控制器、一充電及放電控制開關、一保護電路及一記憶 體。該測量區段偵測該二次電池之一電壓、一電流及一内 部電阻。該控制器監視該二次電池之電壓及電流且輸出一 指示充電條件的請求信號以根據所設定之充電條件充電二 次電池。該充電及放電控制開關防止過度充電及過度玫 電。該保護電路監視複數個單元電池塊的電壓。該記憶體 I32650.doc 200929795 暫存該二次電池之一初始内部電阻。該控制器藉由一由該 測量區段備測到的内部電阻對於該記憶體中暫存之初始内 # f p且的比值來計算一劣化係數，及根據該劣化係數改變 充電條件。 根據本發明之另一態樣，係提供充電二次電池的方法， 其包括以下步驟：偵測一二次電池之一電壓、一電流及一 内部電阻；及監視該二次電池之電壓及電流且輸出一指示 充電條件的請求信號，以根據該所設定之充電條件充電該 二次電池。在輸出該請求信號之步驟中，一劣化係數係藉 由债測到之該内部電阻對於該記憶體中暫存之二次電池的 初始内部電阻之比來計算，及根據該劣化係數改變充電條 件。 根據本發明之進一步態樣係提供一電池充電器，其包括 一-人電池、一測量區段、一控制器、一記憶體及一充電 控制器。該測量區段偵測該二次電池之一電壓、一電流及 一内部電阻。該控制器監視該二次電池之電壓及電流且輸 出扣示充電條件的請求信號，以根據該所設定之充電 條件充電該二次電池。該記憶體暫存該二次電池之一初始 内部電阻。該充電控制器根據自該控制器輸出之請求信號 控制二次電池的充電電流及充電電壓之輸出。該控制器藉 著由該測量區段偵測到的内部電阻對於該記憶體中暫存之 初始内部電阻的比值來計算—劣化係數，及根據該劣化係 數改變充電條件。 較佳係，該充電條件包括—在,⑥定電流充電中之充電電 132650.doc 200929795 流值，且該充電電流值係根據劣化係數改變。 較佳係，該充電條件包括一充電電壓值，且該充電電壓 值係根據該劣化係數改變。 較佳係，該初始内部電阻係在製造後之一預定時間週期 内測量。 較佳係，該控制器係藉由一在該複數個單元電池塊中之 一最大内部電阻，對於一展現最大内部電阻的單元電池塊 之初始内部電阻的比值來計算劣化係數。 © 根據本發明的具體實施例，劣化係數係從二次電池之初 始内部電阻對於測量到目前内部電阻的比值來計算，使其 可能根據二次電池劣化計算一適當劣化係數。 • 因此，適當劣化係數係根據二次電池劣化計算，且二次 . 電池的充電條件係基於該計算出劣化係數動態地控制。因 此能抑制二次電池在高電壓狀態中長期充電，從而抑制二 次電池劣化的進行。 以上之本發明的發明内容並非希望描述各說明性具體實 施例或本發明的所有實施方式。以下圖式及詳細說明更特 定地提供具體實施例之例證。 【實施方式】 下文將參考附圖來說明本發明之具體實施例。圖1係一 顯示根據本發明之一具體實施例的電池組2〇之組態範例， 及一連接至電池組20之筆記型個人電腦（pc)3〇之組態範例 的方塊圖。 電池組20之一正極端子1及一負極端子2係分別連接至筆 I32650.doc -10- 200929795 ❹

記型PC 30的一正極端子31及一負極端子32。電池組2〇之 一時脈端子3a及一通信端子3b係分別連接至筆記型3〇 之一時脈端子33a及一通信端子33b。電池組2〇係一所謂智 慧型電池’其係能執行透過通信端子3b與筆記型pc 30之 通信以傳送關於電池組20的狀態之資訊。當接收到資訊 時’筆記型PC 30根據電池組20之狀態控制一電流值或一 電壓值的輸出，及藉由恆定電流恆定電壓充電方法充電一 二次電池7。在圖1中，為了簡化筆記型pc 3〇之組態的緣 故，僅顯示有關充電的組態。 電池組20主要包括二次電池7、一溫度偵測元件8、一保 護電路9、一熔絲10、一測量區段u、一電流偵測電阻器 12、一CPU 13及一充電與放電控制開關電池組2〇之正 極端子1係透過充電與放電控制開關4及熔絲1〇連接至二次 電池7的正極端子。負極端子2係透過電流偵測電阻器^連 接至"一次電池7的負極端子。 一用於偵測一電壓之測量區段（其係本發明之一構成特 徵）對應於測量區段"，且一用於偵測一電流及一内部電 阻之測量區段對應於CPU 13 一輸出一指示充電條件之請 求信號的控制器對應於CPU 13…暫存初始内部電阻之記 憶體對應於記憶體14。 二次電池7係一例如鋰離子電池的二次電池，及具有串 聯連接一單元電池塊乃、-單元電池塊7b及一單元電池塊 如 7c之組態’其各具有(例如)平行配置之兩個電池單元。例 一二次電池（其每一雷 〇 _ 電池早7L之滿量充電電壓係4,2V) 132650.doc -11 - 200929795 可用作二次電池7。 測量區段11測量包括在電池組内之單元電池塊7a、71)及 7c的各電壓’及將測量值供應給CPU 13。在下文中，各具 有兩個電池單元之單元電池塊7a、7b及7c的個別電壓係稱 作「單元電壓」。測量區段11亦具有一作為調整器的功 能，其藉由穩定二次電池7之電壓而產生電源供應電壓。 ' 當此等單元電池塊7a、几及化之任一者的單元電壓變成 一過度充電偵測電壓，或當該等單元電壓之任一者係低於 Ο 過度放電偵測電壓時，測量區段11藉由傳輸一控制信號 至充電與放電控制開關4來防止過度充電及過度放電。在 鋰離子電池之情況下，過度充電偵測電壓係設定至（例 - 如）4,2V±0.5V，且過度放電偵測電壓係設定至（例 如）2.4V±0.I V。 充電及放電控制開關4係由一充電控制FET(場效電晶 體）5及一放電控制FET 6組成。一寄生二極體5&介在充電 控制FET 5之汲極及源極間，且一寄生二極體以介在充電 〇 控制FET 6之汲極及源極間。寄生二極體具有一相對於 在自正極端子1向二次電池7之方向中流動的充電電流之反 • 向極性，及一相對於在自負極端子2向二次電池7之方向中 流動的放電電流之正向極性。寄生二極體6a具有一相對於 充電電流之正向極性，及一相對於放電電流之反向極性。 來自測量區段11之控制信號係供應至充電控制FET 5及 放電控制FET 6之個別閘極。在正常充電及放電操作中， 控制仏號係设定在一低電位以使充電控制FET 5及放電控 132650.doc -12· 200929795 制FET 6在導通狀態中β因為充電控制FET 5及放電控制 FET 6係P通道型，兩者係藉由比一源極電位低一預定值或 以上之一閘極電位成為導通狀態。 當電池電壓成為過度放電偵測電壓時，放電控制FET 5 被斷開來控制以致無充電電流流動。當電池電壓成為過度 放電偵測電壓時，充電控制FET 6被斷開來控制以致無放 ' 電電流流動。 保護電路9監視單元電池塊7a、7b及7c之電壓，且當單 © 元電壓超過一充電禁止電壓（如4.30V)時為了電池組20的安 全熔化連接至保護電路9的溶絲1 〇。當溶絲丨〇溶化時，電 池組20成為其中既不充電亦不放電的永久失效模態。 - CPU 13使用電流偵測電阻器12以測量電流的大小及方 向。CPU 13亦擷取藉由溫度偵測元件8(其係藉由熱阻器或 類似者形成）測量的電池溫度。CPU 13藉由從測量區段i j 供應之電壓值及測量電流值及溫度計算個別單元電池塊的 ^ 内部電阻值。此等測量值係儲存在包括於CPU 13内的記憶 體14中。s己憶體14係由（例如）一非揮發性電可抹除及可程 式化唯讀記憶體（EEPROM)或類似者組成。 • 單元電池塊7a、7b及7c之初始内部電阻係在記憶體14中 暫存。初始内部電阻之各者係於使用電池組2〇前測量的内 電阻，及在製造電池組2〇後之一預定時間週期内（例如 —個月内）藉由測量單元電池塊的内部電阻獲得。以下將 描述暫存初始内部電阻的一特定程序。 使用暫存於記憶體14中之個別單元電池塊的初始内部電 132650.doc •13- 200929795 阻作為一參考值，CPU 13藉由使用此等初始内部電阻及自 測量區段11供應之單元電池塊7a、71)及7(；的内部電阻基 於以下方程式（1)計算二次電池7的退化係數。 劣化係數= 初始内部電阻/測量内部電阻 ...（1) 在方程式（1)中，單元電池塊7a、7b及7c之内部電阻中的 最大值係用作測量内部電阻，且展現最大内部電阻之單元 電池塊的初始内部電阻值係用作初始内部電阻。在具有_ 〇 高内部電阻之單元電池塊中，單元電壓係可能提升。因 而’變得可能藉由使用具有一高内部電阻之單元電池塊值 減少由於獲得劣化係數的過度充電之可能性。 . CPU 1 3亦基於所獲得二次電池7之劣化係數得到二次電 池7之一適合充電條件’如以後將描述。二次電池7之充電 條件包括一充電電流值、一充電電壓值及類似者，且此等 值係根據劣化係數而改變。充電條件亦儲存在記憶體丨4中 且當獲得適合充電條件時更新。 ❹ CPU 13監視二次電池7之電壓及電流，及透過通信端子 3a及通信端子33a輸出一指示充電條件的請求信號至筆記 . 型PC 30 ’以在所設定的充電條件下適當地充電二次電池 7 〇

筆記型PC 30之控制器34根據從CPU 13供應的充電條件 控制充電區段35的輸出電壓及輸出電流。明確言之，在充 電開始處’控制器34執行恆定電流控制以維持充電區段35 之輸出電流在由CPU 13所需的充電電流值處。當從CPU 132650.doc -14- 200929795 13接收到該單元電壓已達到一預定電壓之通知時，控制器 34將恆定電流充電切換至恆定電壓充電，及維持來自充電 區段35之輸出電壓在由CPU 13所需的充電電壓值處。當從 CPU 13接收到充電電流值已下降至在結束充電之電流值處 時，控制器34終止二次電池7的充電。 充電區段35係透過一 AC連接器36連接至商用電源供 ' 應’且藉由一 AC至DC轉換輸出DC電力至正極端子31及負 極端子32。從充電區段35輸出之電流及電壓在控制器34的 ❹ 控制下係穩定地維持在由電池組20所需的一預定電壓值及 一預定電流值處。 根據二次電池7之劣化係數的充電條件的可變控制將明 確地在下文中描述。 (1)第一範例 第一範例說明一其中充電電流值在一怪定電流充電週期 期間係根據二次電池7之劣化係數變化的情況。 圖2及3係顯示當恆定電流恆定電壓之充電方法係分別在 ® 充電及放電的500循環重複後於電池組中執行時，在充電 電流及單元電壓中之改變的範例之圖表。在圖2及3中，橫 - 座標代表充電時間且縱座標代表充電電流及單元電麽。备 電池組係由在圖1中所示的複數個單元電池塊組成時，圖2 及3中之單元電壓指示在此等單元電池塊中之最大單元電 壓值。在圖2及3中，箭頭I指示充電電流，且箭頭v指示單 元電壓。 圖2係一其中充電條件固定且一充電係在初始設定中之 132650.doc -15· 200929795 充電條件下執行的範例。在此，充電條件係如下：在初始 設定中之恆定電流充電週期的33〇〇 mA充電電流值（在以下 一些情況下稱為初始充電電流），及在初始設定中之4200 mV 充電電壓值（在以下一些情況下稱為初始充電電壓）。 單元電壓中之提升係藉由電流及内部電阻產生，如由方 程式表示：電Μ提升=充電電流X内部電阻。因此，二次電 - 池7由於充電及放電循環的重複及内部電阻提升而劣化， 電壓相對於内部電阻的提升而成比例大幅地提升。因此， 〇 在® 2中所示之範例中，一具有不少於41 〇〇 mv之高電壓區 佔有2.9小時之整個充電時間中的2.8小時》此意即在充電 期間二次電池7之97°/。係經受不少於41 〇〇 mv之高電壓狀 . 態，且因此二次電池7的劣化進行。 因而’單元電壓中之一驟升係藉由根據二次電池7之劣 化係數執行充電電流的可變控制來抑制。 劣化係數係從以上所述方程式（1)獲得。例如，當初始 内部電阻係65 ιηΩ及在充電及放電之500循環重複後測量到 © 的内部電阻係128 πιΩ時，劣化係數從以下方程式獲得： 劣化係數=65 ηιΩ/128 ιηΩ * 0.507 恆定電流充電週期中之一新充電電流值（以下在一些情 況稱為一可變充電電流）係從所獲得的劣化係數計算。一 可變充電電流值係從以下方程式（2)獲得。 可變充電電流= 初始充電電流X劣化係數 • ·» (2) 132650.doc -16- 200929795 例如’當初始充電電流係3.3A且劣化係數係〇,5時，可 變充電電流係從以下方程式獲得。 可變充電電流=3.3Ax〇.5

=1.65 A 圖3顯示一當充電係藉由因此獲得之可變充電電流執行 的範例。如圖3中顯示，單元電壓中之驟升可藉由控制在 恆定電流充電週期中之充電電流以成為165〇 mA來抑制。 在圖3顯示的範例中，一具有不少於41 〇〇 mA之高電壓區佔 〇 有在3.7小時之整個充電時間中的2·1小時。即，在充電期 間二次電池7變成一不少於41〇〇爪乂之高電壓狀態的比值係 57〇/〇。 • 如從圖2及3顯見，藉由根據該劣化而改變充電電流，能 改進二次電池7成為高電壓狀態之時間的比值，例如從 97〇/°至57%。因此能抑制二次電池7之劣化的進行。 下文中，將參考圖4及5描述根據二次電池7之劣化而用 於暫存一初始内部電阻的程序及充電電流之可變控制處理 ❹ #程序之步驟。 圖4係一概要地說明用於暫存一初始内部電阻的程序的 流程圖。圖4中顯示之程序係於使用前（例如從工廠裝運時） 對於電池組20實行。圖4中顯示的程序中，電池組2〇係在 與能輸出電流及電壓之電源供應裝置或類似者連接的狀態 t。除非另行指出，以下程序係藉由cpu 13執行。 首先，在步驟S1中，測量區段u測量單元電池塊、、几 及7c之電壓的各者。測量值係供應至CPU 13。 132650.doc 200929795 其次’在步驟S2中，係測量電池組2〇之電流的大小。在 步驟S3中，係測量單元電池塊7a、几及〜之電池溫度的各 者。 其後，在步驟S4中，此等單元電池塊之初始内部電阻係 藉由使用從測量區段11供應的電壓及測量到電流及電池溫 度計算。 接著，在步驟S5中，係判斷在步驟84獲得之各單元電池 塊的初始内部電阻值變動是否在一定義範圍内。若判斷該

初始内部電阻值變動係大於該定義範圍，程序前進至步驟 S6 〇 在步驟S6中，各單元電池塊之初始内部電阻變動係大於 該定義範圍的事實，係藉由(例如)傳送一拒絕訊息給電池 組20所連接之電源供應4置而通知。經通知該拒絕訊息之 電池組20不裝運且當作不滿足產品可接受性準則而移除。 另一方面，若判斷該初始内部電阻值變動係在該定義範 圍内時，程序前進至步驟S7〇在步驟87中，在步驟以中計 算之初始内部電阻係在記憶體14中暫存為一參考電阻值。 因此，終止初始内部電阻的暫存程序。 其次，將參考圖5描述在根據二次電池7之劣化的充電電 流之可變控制程序㈣步驟。在圖5顯示的程序中，電池 組2〇係連接至（例如）筆記型PC 30且你y· -Γ μ山L — 丑係在可藉由值定電流怪 定電壓方法充電的狀態中。除非另 尸力仃知出，否則以下程序 係藉由CPU 13執行* 首先，在步驟S11中 ’測量區段11測量單元電池塊7a、 -IS- 132650.doc 200929795 7b及7c之電壓的各者，測量值係供應至cpu 13。 其次’在步驟S12中，係測量電池組20之電流的大小。 在步驟S13中，係測量單元電池塊7a、71)及7c之各者的電 池溫度。 其後’在步驟S14中，該等單元電池塊之目前内部電阻 係藉由使用從測量區段11供應的電壓及所測量電流及電池 溫度計算。 接著，在步驟S15中，係獲得在步驟S4中獲得之個別單 〇 元電池塊的内部電阻中之最大内部電阻。 接著，在步驟S16中’二次電池7之劣化係數從在步驟 S14中獲得之單元電池塊的最大内部電阻對於展現最大内 部電阻之單元電池塊的初始内部電阻之比獲得。以上所述 方程式（1)係用來計算該劣化係數》 接著’在步驟S1 7中，一可變充電電流值係從在步驟S16 中獲得之劣化係數及初始充電電流計算，以上所述方程式 (2)係用來計算該可變充電電流值。 ❹ 在步驟S18中，一用於一可變充電電流之請求係藉由輸 出該可變充電電流值至筆記型PC 30之控制器34來執行。 . 根據對於來自CPU 13之可變充電電流的請求，筆記型pc 30之控制器34控制以執行二次電池7的恆定電流充電，而 維持來自充電區段35之輸出電流在可變充電電流值處。 (2)第二範例 第二範例說明其中充電電壓係根據二次電池7之劣化係 數變化的情況。 ’' 132650.doc -19- 200929795 圖6及7顯示分別重複進行充電及放電之5〇〇次循環後於 電池組中執行的恆定電流恆定電壓方法之充電時，在充電 電流及單元電壓中之改變的範例。在圖6及7中，橫座標代 表充電時間且縱座標代表充電電流及單元電壓。當電池組 係由圖1中顯示之複數個單元電池塊組成時，圖6及7中之 單元電壓指示在此等單元電池塊中的最大單元電壓值。在 • 圖6及7中，箭頭1指示充電電流，且箭頭V指示單元電壓。 圖6係當充電條件固定且在初始設定中之充電條件下執 〇 行充電時的範例。在此，初始充電電流係設定成2400 mA ’且初始充電電壓係設定成42〇〇 。 如圖6中顯示，當二次電池7由於重複進行充電及放電循 環而劣化且致使内部電阻升高時’會發生二次電池7之電 . 壓驟升。因而’單元電壓在開始充電後立即進入一超過 4100 mV的高電壓區，使得二次電池7之劣化持續進展。 所以’在高充電區中之二次電池7的充電係藉由根據二 次電池7之劣化係數執行充電電壓的可變控制來加以抑 ❹ 制。· 如第一範例之情況下，劣化係數係從方程式（1)獲得。 • 例如，當初始内部電阻係65 ιηΩ且在充電及放電之500循環 的重複後測量的内部電阻係85 ιηΩ時，劣化係數係從以下 方程式獲得： 劣化係數=65 ιηΩ/85 ιηΩ « 0.764 一新充電電壓值（以下在一些情況下稱為一可變充電電 132650.doc -20- 200929795 麼）係從所獲得的劣化係數計算。例如，假設可變充電電 壓之變動範圍的上限值係4.2 V(其係初始充電電壓值），且 其下限係4.0 V ’則可變充電電壓值係從以下方程式（3)獲 得。 可變充電電壓=4.0 V+(0.2 Vx ' (1-劣化係數）） ...(3) 例如’假設劣化係數係0.76，則可變充電電壓係從以下 方程式獲得。 0 可變充電電壓=4.0 v + {0.2 V X (1-0.76)}

«4,05 V 圖7顯不一當充電係藉由因此取得之可變充電電壓執行 時的範例。如圖7中顯示，藉由控制充電電壓在4〇5〇 mV 處，單元電壓防止進入一不少於4 1 〇〇爪乂的強烈劣化區。 從圖6及7顯見，二次電池7在高充電電壓區中之充電可 藉由根據劣化改變充電電壓來抑制。因此能抑制二次電池 7之劣化的進行。 ® 其次，將參考圖8描述根據劣化之充電電壓的可變控制 之程序中的步驟。用於獲得初始内部電阻之程序係與參考 圖4所述相同，因此省略其描述。 圖8係一概要地說明根據二次電池7之劣化在充電電壓的 可變控制程序中的步驟之流程圖。在圖8所示的程序中， 電池組20係連接至（例如）筆記型pc 3〇，且係在一可藉由恆 定電流恆定電壓方法充電的狀態中。除非另行指出，以下 程序係藉由CPU 13執行。 132650.doc •21 - 200929795 首先，在步驟S2 1中，測量區段丨丨測量單元電池塊7a、 7b及7c之電壓的各者。測量值係供應至cpu 1 3。 其次，在步驟S22中，係測量電池組2〇之電流的大小。 在步驟S23中，係測量單元電池塊7a、几及乃之電池溫度 的各者。 其後，在步驟S24中，該等單元電池塊之目前内部電阻 係藉由使用從測量區段1 1供應的電壓及測量到電流及電池 溫度計算。 © 接著’在步驟S25中，係獲得在步驟S24中獲得之此等單

元電池塊的内部電阻中之最大内部電阻Q 接著，在步驟S26中，二次電池7之劣化係數從在步驟 S24中獲得之單元電池塊的最大内部電阻，及展現最大内 部電阻值之單元電池塊的初始内部電阻值獲得。方程式（i ) 係用來計算該劣化係數。 接著，在步驟S27中，一可變充電電壓值係從在步驟S26 中獲得之劣化係數及初始充電電壓計算。方程式（3)係用以 © 計算可變充電電壓值。 在步驟S28中，一用於一可變充電電壓之請求係藉由供 應該可變充電電壓值至連接至電池組2〇之筆記型pc 3〇之 控制器33來執行^根據對於來自Cpu 13之可變充電電壓的 請求，筆記型PC 30之控制器34控制以充電二次電池7，而 維持來自充電區段35之輸出電壓在可變充電電壓值處。 如以上所述，在本發明之具體實施例中，二次電池7之 劣化係數係藉由使用個別單元電池塊的初始内部電阻作為 132650.doc -22- 200929795 一參考值來計算。此使得可能反映由於保存（當長期保存 二次電池7時）的劣化，且亦計算在一所需時序處之劣化係 數。亦能減少藉由二次電池7之使用條件中的差異造成之 劣化係數計算的誤差。此致使二次電池7之劣化係數係正 確且依高頻率計算。 二次電池7之劣化係數的正確計算提供一正確充電條 件。二次電池7係在所獲得充電條件下經受正確恆定電流 恆足電壓充電。因此可避免二次電池7在高電壓狀態中充 Ο 電達到一長時間，從而抑制二次電池7之劣化的進行。 此外，二次電池7的劣化係數係藉由使用在複數個單元 電池塊中具有最高内部電阻之單元的内部電阻計算。因 此’即使變動在該等單元電池塊之内部電阻中發生，亦能 防止具有高内部電阻之單元電池塊的二次電池7過度充 電°因此’能進一步增強電池組20的穩定性。 雖然在此已顯示及描述本發明之具體實施例，但可基於 本發明的技術概念進行修改而不受以上所述具體實施例之 〇 限制。 例如’以上具體實施例中的數值僅藉由舉例引用而無限 制’且視需要可使用不同數值。 可將以上具體實施例的個別組態結合在一起，而不脫離 本發明的主旨。 雖然’在以上具體實施例中，劣化係數從以下方程式計 算.劣化係數=初始内部電阻值/測量内部電阻值，但劣化 係數可從以下方程式計算：劣化係數=(測量内部電阻值· 132650.doc -23- 200929795 初始内部電阻值）/初始内部電阻值。在此情況下，使用所 獲得劣化係數，内部電阻之增加率係藉由以下方程式獲 得：内部電阻的增加率=1-劣化係數。接著，能使用内部 電阻之所獲得提升率及初始充電電流或初始充電電壓來計 算可變充電電流或一可變充電電磨。 雖然，在以上具體實施例中，鋰離子電池係用作二次電 • 池7，但二次電池7不受其限制，且係可應用至例如Ni-

Cd(鎳鎘）電池’ Ni_MH(鎳金屬氫化物）電池之各種類型的 ❹ 電池。 雖然’在以上具體實施例中’兩個平行二次電池係在三 塊中串聯地配置，但未將特別限制強加於包括在電池組内 . 之二次電池的數目及組態。 【圖式簡單說明】 圖1係一顯示根據本發明之一具體實施例的電池組之範 例的示意圖； 圖2係一顯示當在500循環後充電條件於電池組中固定 ® 時’在充電電流與單元電壓中之改變的範例之圖表； 圖3係一顯示當在500循環後充電電流於電池組中改變 時，在充電電流與單元電壓中之改變的範例之圖表； 圖4係一示意性地說明在具體實施例中用於獲得二次電 池的初始内部電阻值之程序的流程圖； 圖5係一示意性地說明在具體實施例中根據二次電池劣 化在充電電流之可變控制程序中的步驟之流程圖； 圖6係一顯示當在500循環後充電條件於電池組中固定 132650.doc -24· 200929795 時，在充電電流與單元電壓中之改變的其他範例之圖表； 圖7係一顯示當在500循環後充電電壓於電池組中改變 時’在充電電流與單元電壓中之改變的範例之圖表； 圖8係一示意性地說明在具體實施例中根據二次電池劣 化在充電電流之可變控制程序中的步驟之流程圖； 圖9係一用於解釋恆定電流恆定電壓充電之圖表；及 圖10係一用於解釋當-退化之二次電池充電時之充電電 流與單元電壓的圖表。 〇 【主要元件符號說明】 1 正極端子 2 負極端子 3 a 時脈端子 3b 通信端子 4 充電與放電控制開關 5 充電控制場效應電晶體/FET 5a ❹ 6 寄生二極體 放電控制場效應電晶體/FET 6a 寄生二極體 7 二次電池 7a 單元電池塊 7b 單元電池塊 7c 單元電池塊 8 溫度偵測元件 9 保護電路 132650.doc •25· 200929795 ίο 11 12 13 14 20 • 30 31 〇 32 33 33a . 33b 34 35 熔絲 測量區段 電流偵測電阻器

CPU 記憶體 電池組 筆記型個人電腦/PC 正極端子 負極端子 控制器 時脈端子 通信端子 控制器 充電區段

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Claims (1)

1. 200929795 十、申請專利範圍： 1. 一種電池組，其包含： 一二次電池，其包括複數個單元電池塊； 測量區段，其經組態用以偵測該二次電池之一電 壓、一電流及一内部電阻； 控制器，其經組態用以監視該二次電池之該電壓及 該電流，且輸出-指示—充電條件的請求信號以根據該 所設定之該充電條件充電該二次電池； D 一充電及放電控制開關，其經組態用以防止過度充電 及過度放電； 一保濩電路，其經組態用以監視該複數個單元電池塊 的電壓；及 一5己憶體，其暫存該二次電池之一初始内部電阻， 其中該控制器由一藉由該測量區段偵測到的該内部電 阻對於該記憶體中暫存之該初始内部電阻的比值來計算 一劣化係數，及根據該劣化係數改變該充電條件。 2. 如請求項1之電池組，其中： 該充電條件包括一以恆定電流充電之充電電流值，及 該充電電流值係根據該劣化係數而改變。 3 ·如請求項1之電池組，其中： 該充電條件包括一充電電慶值，及 該充電電壓值係根據該劣化係數而改變。 4.如凊求項1之電池組，其中該初始内部電阻係在製造後 之一預定時間週期内測量。 132650.doc 200929795 5 ·如請求項1之電池組，其中： 該充電及放電控制開關係由一充電控制FET及一放電 控制FET組成，且 在一正常充電及放電操作中， 一控制信號係設定在一低電位以使充電控制FET及放 電控制FET在導通狀態。 • 6.如請求項5之電池組，其中： 當一電池電壓變成一過度充電偵測電壓時，控制該充 Ο 電及放電控制開關使其將充電控制FET斷開，以使一充 電電流不流通，及 當該電池電壓成為一過度放電偵測電壓時，控制該充 電及放電控制開關使其將充電控制FET斷開，以使一充 電電流不流通。 7 ·如請求項1之電池組，其中： 當該等單元電池塊之一單元電壓超過一充電禁止電壓 時’該保護電路熔斷一連接至該保護電路的熔絲以變成 ® _永久失效模態。 8. 如請求項1之電池組，其中： . 該記憶體係包括在一 CPU中，及 該CPU藉由使用一電流偵測電阻器測量一電流的一強 度及一方向’且擷取藉由一由溫度福測元件測量到的電 池溫度。 9. 如請求項1之電池組，其中該控制器藉由在該複數個單 元電池塊中之一最大内部電阻對於一展現該最大内部電 132650.doc 200929795 阻的一單元電池塊之該初始内部電阻的一比值來計算該 劣化係數。 ίο. —種充電一二次電池之方法，其包含以下步驟： 摘測一二次電池之一電壓、一電流及一内部電阻；及 監視該二次電池之該電壓及該電流且輸出一指示一充 電條件的請求信號，以根據該所設定之該充電條件充電 該 <一次電池， 其中，在輸出該請求信號之該步驟中， © 一劣化係數係藉由偵測到之該内部電阻對於一記憶體 中暫存之該二次電池的該初始内部電阻之一比值來計 算’且根據該劣化係數而改變該充電條件。 - n.如請求項10之充電一二次電池的方法，其中： 該充電條件包括一以恆定電流充電之充電電流值，及 該充電電流值係根據該劣化係數而改變。 12. 如請求項1 〇之充電一二次電池的方法，其中： 該充電條件包括一充電電壓值，及 該充電電麼值係根據該劣化係數而改變。 13. 如請求項1〇之充電一二次電池的方法’其中該初始内部 . 電阻係在製造後之一預定時間週期内測量。 14. 如請求項1 〇之充電一二次電池的方法，其中： 該二次電池包括複數個單元電池塊，及 該控制器藉由在該複數個單元電池塊中之一最大内部 電阻對於一展現該最大内部電阻的一單元電池塊之該初 始内部電阻的一比值來計算該劣化係數。 132650.doc 200929795 15. —種電池充電器，其包含： 一二次電池； 一測量區段，其經組態用以偵測該二次電池之一電 壓、一電流及一内部電阻； 一控制器，其經組態用以監視該二次電池之該電壓及 該電流’且輸出一指示一充電條件的請求信號以根據該 • 所設定之該充電條件充電該二次電池， 一記憶體，其暫存該二次電池之一初始内部電阻；及 〇 一充電控制器’其經組態用以根據自該控制器輸出之 該請求信號而控制該二次電池的該充電電流及該充電電 壓之輸出， 其中該控制器藉由一由該測量區段偵測到的該内部電 阻對於該記憶體中暫存之該初始内部電阻的比值來計算 一劣化係數，及根據該劣化係數改變該充電條件。 16. 如請求項15之電池充電器，其中： 該充電條件包括一以恆定電流充電之充電電流值，及 ® 該充電電流值係根據該劣化係數而改變。 17. 如請求項15之電池充電器，其中： . 該充電條件包括一充電電壓值，及 該充電電壓值係根據該劣化係數而改變。 18. 如請求項15之電池充電器，其中該初始内部電阻係在製 造後之一預定時間週期内測量。 19. 如請求項丨5之電池充電器’其中： 該二次電池包括複數個單元電池塊’及 132650.doc 200929795 該控制器係藉由在該複數個單元電池塊中之一最大内 部電阻對於一展現該最大内部電阻的一單元電池塊之該 初始内部電阻的一比值來計算該劣化係數。

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