TW201138259A - Charging method for rechargeable battery and its charging battery - Google Patents

Description

201138259 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於充電方法與充電裝置，其特別係關於用於充電電池 的充電方法及其充電裝置，能夠縮短整體充電時間。 【先前技術】 美國專利公開公報US20080309293A1「多段式充電電池模組的方法 (Method for charging battery module in multiple stages)」，已 揭露一種多段式充電電池模組的方法，適用於包括多個電芯並聯組之 電池模組^ US20080309293A1採用電壓控制或電流控制的方式，在對電 池模組充電之初維持定電流充電，而當電池模組中某個電芯並聯組的 電壓達到其安全値，或是電池模組之總電壓達到額定電壓時，大幅度 調降充電電流以降低充電速度，因此能夠避免電池發生安全性的問 題，並提升電池的壽命。然而，由於US20080309293A1大幅度調降充 電電流以降低充電速度’而使得整體充電時間變長。 本發明發明人有鑑於上述習知技藝的缺失，乃亟思發明改良，而 改良出一種一種用於充電電池的充電方法及其充電裝置，可縮短充電 電池的整體充電時間。 【發明内容】 本發明的目的乃是提供一種用於充電電池的充電方法及其充電裝 置’可用來縮短充電電池的整體充電時間。 為了達成本發明上述目的，本發明提供一種用於充電電池的充電方 201138259 法，適用於充電電池，該充電方法先將該充電電池充電達到第—預設電 壓，然後再將該充電電池充電達到第二預設電壓，該充電方法包括下列 步驟·· a.以第一預設電流作為充電電流，以該第一預設電流對該充電電 池進行定電流充電，直到該充電電池第一次達到該第一預設電壓；b. 將該充電電池前一次達到該第一預設電壓所使用的充電電流減去一個 電流差值作為新的充電電流’以該新的充電電流對該充電電池進行定電 流充電，直到該充電電池再次達到該第一預設電壓；c.重複步驟(b)一 直到該新的充電電流等於第二預設電流為止。d.以步驟(c)的第二預設 電流作為另一新的充電電流’以第二預設電流對充電電池進行定電流充 電，直到充電電池第一次達到第二預設電壓。 再者’為了達成本發明上述目的，本發明提供一種用於充電電池的 充電裝置，適用於充電電池，該充電裝置係用於先將該充電電池充電達 到第一預設電壓’然後再將該充電電池充電達到第二預設電壓，該充電 裝置包括：控制器其係連接充電電路以及電壓偵測電路，以及係用於執 行下列程序：程序(a)係以第一預設電流作為充電電流，以該第一預設 電流對該充電電池進行定電流充電’直到該充電電池第一次達到該第一 預設電壓；程序(b)係將該充電電池前一次達到該第一預設電壓所使用 的充電電流減去電流差值作為新的充電電流，以該新的充電電流對該充 電電池進行定電流充電，直到該充電電池再次達到該第一預設電壓；程 序(c)係重複程序(b)—直到該新的充電電流等於第二預設電流為止;程 序(d)係以程序(c)的第二預設電流作為另一新的充電電流，以該第二預 設電流對該充電電池進行定電流充電’直到該充電電池第一次達到該第 201138259 二預設電壓；該充電電路其係受控於該控制器，以及係連接該充電電 池，以及係用於提供該程序(a)至程序的所有充電電流；該電壓偵測 電路其係受控於該控制器’以及係連接該充電電池’以及係用於偵測該 充電電池的電壓。 為使貴審查委員對本發明之構造、特徵及其使用功效有更深一層 的認識與瞭解’兹舉較佳之可行實施例並配合圖式詳細說明如下： 【實施方式】 第一圖顯示本發明用於充電電池的充電方法的流程圖，以及第二 圖顯示應用本發明用於充電電池的充電裝置的架構圖。本發明的充電方 法10可貫施於多段式充電方法。在多段式(Muitipie stages)充電方法 中’充電電池30要從各階段的目前電池電壓yn要被充電到電壓Vn+l，其 中π是大於〇的正整數’即可採用本發明的充電方法1〇。本發明的充 電方法10可適用於由至少一個以上的鋰離子充電電池蕊或鋰聚合物充 電電池蕊或其它可充電電池蕊所組成的充電電池30。 兹舉以链聚合物充電電池作為充電電池30的範例，用來詳細說明 本發明充電方法10是如何對鋰聚合物充電電池30進行充電，但本發明 並不揭限在本範例《依據製造本範例的鋰聚合物充電電池30廠商所提 供的產品規格(Product specification)，鋰聚合物充電電池30的額定 電麗為3. 65V，最大充電電壓(vehg)為4. 2V。鋰聚合物充電電池30在介 於20°C至50°C之間的定電流充電作業條件為：採以〇. 8C定電流充電到 4. 0V;在4. 0V〜4. IV之間，採以〇. 2C定電流充電；在4· IV〜4. 2V之間， 201138259 採以0.1C定電流充電。鋰聚合物充電電池3〇在介於2〇〇c至50〇c之間 的定電壓充電作業條件為：以定電壓4 2V充電，且在充電電流小於或 等於0. 05C的情形發生時即完成充飽電作業。 為了要符合對上述鋰聚合物充電電池3〇的定電流充電作業條 件，乃必須採用多段式充電方法。在第一階段(First stage)中，經聚 合物充電電池30例如要從目前電池電壓3V(Vi)要被充電到電壓 4. 0V(V2)。在第二階段(secon(j stage)中，链聚合物充電電池3〇要從 目前電池電壓4.0V(V2)要被充電到電壓4.1V(V3)。在第三階段(Third stage)中，鐘聚合物充電電池3〇要從目前電池電壓4. iv(V3)要被充電 到電壓4. 2V(V〇。本發明充電方法1〇可分別實施於各個第一、二、三 階段。 本發明充電方法10包括步驟101至步驟丨07，茲分別說明如下内 文。步驟101係以第一預設電流作為充電電流，以第一預設電流對充電 電池30進行定電流充電，直到充電電池3〇第一次達到第一預設電壓。 請配合參見第二、三圖，以及第三圖的曲線40是代表上述鋰聚合物充 電電池30在充電進行當中的目前電壓變化曲線。茲舉出上述經聚合物 充電電池30在第一階段中，經聚合物充電電池30例如要從目前電池電 壓3VCV0要被充電到電壓4. 0V(V2)，來詳細說明步驟1〇丨。依據上述的 定電流充電作業條件，第一預設電流採用為0.8C，第一預設電壓採用 為4_0V。控制器201令充電電路203產生0.8C定電流，對鋰聚合物充 電電池30進行充電。同時’控制器201每間隔一預定時間（例如1秒）， 令電壓偵測電路205偵測鋰聚合物充電電池30的目前電愿，然後，控 201138259 制器201判斷目刖電邀是否達到4 〇v。如果链聚合物充電電池加的目 刖電壓已達到4. GV ’則跳人執行步驟⑽。如果鄕合物充電電池邪 的目前電壓尚未達到4. GV ’ _續則.％定電流充電，直到第一次達 到 4. 0V。 效再舉出上述裡聚合物充電電池3〇在第二階段中，鐘聚合物充電 電池30要從目前電池電壓4爾2)要被充電到領4. iv(v3)，來詳細 說明步驟1(U。依據上述蚊電流充電作»件，第i設電流採用為 0. 2C’第-預設電壓採用為4· lv。控制器2〇1令充電電路2〇3產生% 定電流’對鐘聚合物充電電池3〇進行充電。同時，控制器2〇1每間隔 -預定時間（例如1秒）’令電壓偵測電路2G5偵測經聚合物充電電池 30的目前電壓，然後，控制器2〇1判斷目前電壓是否達到4.1V。如果 裡聚合物充電電池3G的目前電壓已制4. IV，魏人執行步驟103。 如果裡聚合物充電電池30的目前電壓尚未達到4. iv，則繼續以〇. 2C 定電流充電，直到第一次達到4. IV。 4再舉出上述鐘聚合物充電電池30在第三階段中，鍾聚合物充電 電池30要從目前電池電壓4.1V(V3)要被充電到電壓4. 2V(V4)，來詳細 說明步驟101。依據上述的定電流充電作業條件，第一預設電流採用為 0.1C，第一預設電壓採用為4. 2V。控制器201令充電電路203產生〇. 1C 定電流’對鋰聚合物充電電池30進行充電。同時，控制器2〇1每間隔 一預定時間（例如1秒），令電壓彳貞測電路205偵測鐘聚合物充電電池 30的目前電壓’然後，控制器201判斷目前電壓是否達到4 2V〇如果 鋰聚合物充電電池30的目前電壓已達到4. 2V，則跳入執行步驟丨〇3 » 201138259 如果鋰聚合物充電電池30的目前電壓尚未達到4. 2V，則繼續以〇. 1C 定電流充電，直到第一次達到4. 2V。 步驟103係將充電電池30前-次達到第-預設電壓所使用的充電 電流減去一電流差值作為新的充電電流，以該新的充電電流對充電電池 30進行定電流充電，直到充電電池30再次達到第一預設電壓。茲承續 上述鐘聚合物充電電池30的範例，來詳細說明步驟丨〇3。此時，經聚 合物充電電池30已完成第一階段的步驟。控制器2〇1進行計算， 以將第一階段的苐一預设電壓4. 〇V(V2)所使用的〇. 8C充電電流減去一 個電流差值（例如50mA)，來作為新的充電電流，接著，控制器2〇1令 充電電路203產生這新的充電電流的定電流，對鋰聚合物充電電池3〇 進行充電。同時，控制器201每間隔一預定時間（例如1秒），令電壓偵 測電路205彳貞測裡聚合物充電電池30的目前電壓，然後，控制器2〇1 判斷目前電壓是否再次達到第一預設電壓(4 〇v)<)如果鋰聚合物充電電 池30的目前電壓再次達到4. 0V，則跳入執行步驟1〇5。如果鋰聚合物 充電電池30的目前電壓尚未達到4. 0V，則繼續以這新的充電電流的定 電流充電，直到再次達到4. 0V。 另一方面，上述電流差值可以採取介於〇 8C至0.2C的遞減等差 數列的公差數或是其它數列，依據鋰聚合物充電電池3〇的定電流充電 作業條件，其中0· 8C乃是第一階段的充電電流，而〇. 2C乃是第二階段 的充電電流。 茲再舉出上述鋰聚合物充電電池30已完成第二階段的步驟1〇1的 範例，來加以說明步驟103。控制器201進行計算，以將第二階段的第 201138259 一預設電壓4.1V(V3)所使用的0.2C充電電流減去一個電流差值(例如 50mA) ’來作為新的充電電流，接著，控制器2〇1令充電電路2〇3產生 這新的充電電流的定電流，對鋰聚合物充電電池3〇進行充電。同時， 控制器201每間隔一預定時間（例如1秒），令電壓偵測電路205偵測鋰 聚合物充電電池30的目前電壓，然後，控制器2〇1判斷目前電壓是否 再次達到第一預設電壓(4. IV)。如果鋰聚合物充電電池30的目前電壓 再次達到4· IV，則跳入執行步驟1〇5。如果鋰聚合物充電電池30的目 前電壓尚未達到4. IV ’則繼續以這新的充電電流的定電流充電，直到 再次達到4. IV。 另一方面，上述電流差值可以採取介於0.2C至0.1C的遞減等差 數列的公差數或是其它數列’依據鋰聚合物充電電池3〇的定電流充電 作業條件，其中〇· 2C乃是第二階段的充電電流，而〇. 1C乃是第三階段 的充電電流。 兹再舉出上述鋰聚合物充電電池30已完成第三階段的步驟1〇1的 範例，來加以說明。此時的鋰聚合物充電電池3〇的電壓是第一次到達 充電電壓（Vd«)的值，這時的鋰聚合物充電電池30僅再進行定電壓充 電，不再進行充電電路203調降充電電流的充電方式。鋰聚合物充電電 池30的實際電流會因鋰聚合物充電電池3〇與充電裝置2〇間的電壓差 縮小而自動減少’直至平均電流小於0.05C之時，控制器201會判定為 充電完成並停止充電。 步驟105係重複步驟103 —直到該新的充電電流等於第二預設電 流為止。第二預設電流可採用任何小於第一預設電流的值。茲承續上述 201138259 链聚合物充電電池30的範例，來詳細說明步驟1〇5。此時，鐘聚合物 充電電池30已完成第一階段的步驟1〇3，並且鐘聚合物充電電池㈣ 目别電壓已經發生抵達到4. 〇ν的情況。控制器2〇1判斷該新的充電電 流是否等於第二預設錢，如果判斷為真的話，職人執行步驟㈣ 如果判斷為偽的話，則返喊行步驟廳。此處的第二預設電流的範例 值是0. 2C。 祕舉出上聰聚合物充電電池3G已完成第二階段的步驟⑽， • 再來詳細說明步驟105。鐘聚合物充電電池3〇的目前電壓已經發生抵 達到4. IV的情況。控制器2〇1判斷該新的充電電流是否等於第二預設 電流。兹聚合物充電電池3〇的目前電慶只要抵達到4· 1V，則控制器2〇1 必須馬上切斷充電，此時的經聚合物充電電池3〇的電壓可能會下降。 如果觸為真的話，則跳人執行步驟1Q7 ;如果躺為偽的話則返回 執行步驟103。此處的第二預設電流的範例值是〇. 1(> 在鋰聚合物充電電池30的目前電壓尚未第一次到達到達充電電 _ 贿咖)之前，步驟103與步驟105的功能乃是逐次地小幅度遞減對充 電電池30的充電電流，以降低對充電電池3〇的負面影響，如此可縮短 充電電池30的整體充電時間。同時，步驟103與步驟1〇5的另項功能 乃可確保充電電池30在這階段所完成充電作業，可讓充電電池3〇的目 月J電壓此夠維持或非常接近在第一預設電壓，如此使得下一個充電階段 開始進行後，充電電池30的目前電壓即會自第一預設電壓開始占升， 或是自非常接近於第一預設電壓開始上升。 步驟107係以步驟105的第二預設電流作為另一個新的充電電 [Si 10 201138259 流’以該第二預設電流對充電電池30進行定電流充電，直到充電電池 30第一次達到第二預設電壓。茲承續上述鋰聚合物充電電池3〇的範 例’來詳細說明步驟1〇7。此時，鋰聚合物充電電池30已完成第一階 段的步驟101、步驟103與步驟105，接著將要繼續進行第二階段的定 電流充電作業。由於鋰聚合物充電電池30的目前電壓能夠維持或非常 接近在第一預設電壓4. 0V(V〇，鋰聚合物充電電池30的目前電壓會因 為第一預设電流(0.2C)定電流進行充電的原因，即會自第·一預設電壓 4.0V(V2)開始上升，或是自非常接近於第一預設電壓4. 〇V(V2)開始上 升。控制器201令充電電路203產生第二預設電流(〇· 2C)的定電流，對 鋰聚合物充電電池30進行充電。同時，控制器201每間隔一預定時間（例 如1秒）’令電壓偵測電路205偵測鋰聚合物充電電池30的目前電壓， 然後’控制器201判斷目前電麈是否第一次達到第二預設電壓(4. iv)。 如果鋰聚合物充電電池30的目前電壓乃第一次達到第二預設電麗 (4. IV)，則結束步驟1〇7。如果鋰聚合物充電電池30的目前電壓尚未 達到第二預設電壓(4. IV)，則繼續以第二預設電流(〇· 2C)進行定電流充 電，直到第一次達到第二預設電壓（4. IV)。 茲再舉出上述鋰聚合物充電電池30已完成第二階段的步驟ΐ(π、 步驟103與步驟105，接著將要繼續進行第三階段的定電流充電作業。 由於鋰聚合物充電電池30的目前電壓能夠維持或非常接近在第一預設 電壓4· 1V(V3)，鋰聚合物充電電池30的目前電壓會因為第二預設電流 (0.1C)進行定電流充電的原因，即會自第一預設電壓4.1V(V3)開始上 升’或是自非常接近於第一預設電壓4· 1V(V3)開始上升。控制器2〇1令 201138259 充電電路203產生第二預設電流(〇. lc)的定電流，對經聚合物充電電池 30進行充電。同時，控制器201每間隔一預定時間（例如J秒），令電 壓偵測電路205偵測鐘聚合物充電電池go的目前電壓，然後，控制器 201判斷目則電壓是否第-次達到第二預設電壓(4.2v)。如果經聚合物 充電電池30的目前電壓乃第一次達到第二預設電壓(4 2V)，則結束步 驟107。如果鋰聚合物充電電池30的目前電壓尚未達到第二預設電壓 (4· 2V)，則繼續以第二預設電流(〇· lc)進行定電流充電，直到第一次達 到第二預設電壓(4. 2V)。 另一方面，上述步驟107的第二預設電流乃可直接依據鋰聚合物 充電電池30的定電流充電作業條件，來予以設定。 當充電電池30完成第三階段的步驟1〇1至步驟107後，此時的鋰 聚合物充電電池30的目前電壓會發生第一次到達到達充電電壓(Vd)g)的 情況，接著，依據鋰聚合物充電電池30的定電壓充電作業條件，以定 電壓4. 2V再接續進行充電’並且當充電電流小於或等於〇. 〇5c的情形 發生時’即完成充電作業，此時，充電電池30已被充飽電。 在第二圖中，充電裝置20是實現了本發明上述的充電方法10 , 充電裝置20乃包括··控制器201、充電電路203與電壓偵測電路205。 控制器201乃分別連接與控制充電電路203與電壓偵測電路205，以及 用於執行充電方法1〇的步驟1〇1至步驟107。充電電路203乃受控於 控制器201，以及係連接充電電池3〇，以及係用於提供該步驟ιοί至步 驟107的所有充電電流。電壓偵測電路205乃受控於控制器201，以及 係連接充電電池3〇，以及係用於偵測充電電池30的電壓，並將偵測到 12 201138259 的電壓訊號傳輸至控制器201。 控制器201、電壓偵測電路205以及鋰聚合物充電電池30是可以 被包裝成一個電池包(Battery pack)，這電池包在第二圖中採以虛線框 表示。控制器2(H、充電電路203與電壓偵測電路205乃分別可直接採 用對應的相關習知電路技藝或是習知電路元件。 本發明充電方法10與充電裝置20所使用的充電電壓OU)其電壓 值，乃可依據鋰聚合物充電電池30的定電流充電作業條件，採用最大 充電電壓4. 2V。 本發明的充電方法及其充電裝置，可用來縮短充電電池的整體充 電時間，可改善習知多段式充電手段在充電階段轉換中，大幅度地且立 即性地下降充電電流，而衍生延長整體充電時間的問題，本發明的顯著 功效增進即在此處。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能用以限定本發 明可實施之範圍，凡熟悉於本技藝人士所明顯可作變化與修飾，皆應視 為不悖離本發明之實質内容。 【圖式簡單說明】 第一圖顯示本發明用於充電電池的充電方法的流程圖。 第二圖顯示應用本發明用於充電電池的充電裝置的架構圖。 第三圖顯示依照本發明充電方法的對充電電池進行充電的充電曲線 圖0 【主要元件符號說明】 13 I S1 201138259 10 充電方法 20 充電裝置 30 充電電池 40 曲線 101-107 步驟 201 控制器 203 充電電路 205 電壓偵測電路

Claims (1)

1. 201138259 七、申請專利範圍： 1. 一種用於充電電池的充電方法，適用於一充電電池，該充電方法先將該 充電電池充電達到一第一預設電壓，然後再將該充電電池充電達到一第 二預設電壓，該充電方法包括下列步驟： a.以一第一預設電流作為一充電電流’以該第一預設電流對該充電 電池進行定電流充電’直到該充電電池第一次達到該第一預設電 * 壓； - b.將該充電電池前一次達到該第一預設電壓所使用的充電電流減去 ® 一電流差值作為新的充電電流，以該新的充電電流對該充電電池 進行定電流充電’直到該充電電池再次達到該第一預設電壓； c. 重複步驟(b) —直到該新的充電電流等於一第二預設電流為止； d. 以步驟(c)的該第二預設電流作為另一新的充電電流’以該第二預 設電流對該充電電池進行定電流充電，直到該充電電池第一次達 到該第二預設電壓》 2. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該步驟(3)至該步驟(d)的 . 定電流充電步驟，係皆在相同的充電壓壓值下進行。 3. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該步驟化）的該第二預設電 流係為以該新的充電電流對該充電電池一開始進行定電流充電之時，該 充電電池的電壓是維持或抵達在該第一預設電壓。 4. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該步驟(c)的該第二預設電 流係直接依據該充電電池的定電流充電作業條件而予以設定，或是小於 該第一預設電流的值。 15 201138259 5.如申請專利範圍第】項所述之充電方法，其中該步驟(a)至該步驟(d)， 係在該充電電池的電壓係小於等於一充電電壓之前執行。 ό.如申請專利範圍第1項所述之充電方法，進一步包括：當該充電電池的 電壓係第一次達到一充電電壓時，對該充電電池改為進行定電壓充電至 該充電電池的充電電流小於一預定值為止的步驟。 7. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該充電電池，係至少包括 一個以上的鋰聚合物充電電池蕊。 8. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該充電電池，係至少包括 一個以上的鋰離子充電電池蕊。 9. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該充電電池，係至少包括 一個以上的可充電電池蕊。 10. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該步驟(d)的第二預設電 流，係可直接設定一充電電流值，以取代該新的充電電流。 11· 一種用於充電電池的充電裝置，適用於一充電電池，該充電裝置係用於 先將該充電電池充電達到一第一預設電壓，然後再將該充電電池充電達 到一第二預設電壓，該充電裝置包括： 一控制器，係連接一充電電路以及一電壓偵測電路，以及係用於執行 下列程序： a. 以一第一預設電流作為一充電電流，以該第一預設電流對該充 電電池進行定電流充電，直到該充電電池第一次達到該第一預設 電壓； b. 將該充電電池前一次達到該第一預設電壓所使用的充電電流減 201138259 去一電流差值作為新的充電電流，以該新的充電電流對該充電電 池進行定電流充電，直到該充電電池再次達到該第一預設電壓； C.重複程序(b)—直到該新的充電電流等於一第二預設電流為止； d.以程序(c)的該第二預設電流作為另一新的充電電流，以該第二 預設電流對該充電電池進行定電流充電，直到該充電電池第一次 達到該第二預設電壓； 該充電電路，係受控於該控制器，以及係連接該充電電池，以及係用 於提供該程序(a)至程序(d)的所有充電電流； 該電壓偵測電路，係受控於該控制器，以及係連接該充電電池，以及 係用於偵測該充電電池的電壓。 12. 如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中該程序(a)至該程序(d) 的定電流充電步驟，係皆在相同的充電壓壓值下進行。 13. 如申請專利範圍第1丨項所述之充電裝置，其中該程序(c)的該第二預設 電流係為以該新的充電電流對該充電電池一開始進行定電流充電之時， 該充電電池的電壓是維持或抵達在在該第一預設電壓。 14·如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中該程序(C)的該第二預設 電流係直接依據該充電電池的定電流充電作業條件而予以設定，或是小 於該第一預設電流的值。 15.如申請專利範圍第11項所述之充電裝置’其中該程序(a)至該程序 (d)，係在該充電電池的電壓係小於等於一充電電壓之前執行。 16·如申請專利範圍第丨丨項所述之充電裝置’進一步包括：當該充電電池 的電壓係第一次達到一充電電壓時，對該充電電池改為進行定電壓充電 m 17 201138259 至該充電電池的充電電流小於一預定值為止的程序。 17·如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中該充電電池，係至少包 括一個以上的鋰聚合物充電電池蕊。 18. 如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中該充電電池，係至少包 括一個以上的鋰離子充電電池蕊。 19. 如申請專利範圍第Π項所述之充電裝置，其中該充電電池，係至少包 括一個以上的可充電電池蕊。 20. 如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中該程序(d)的第二預設電 流，係可直接設定一充電電流值，以取代該新的充電電流。