TW201945750A - 採用多個判飽條件以精準顯示電量之方法及相關電池管理單元 - Google Patents
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Abstract
採用多個判飽條件以精準顯示電量之方法包含偵測電池組之操作溫度、充電電流和充電電壓。當依據操作溫度和充電電壓判定電池組符合一第一高溫判飽條件時、當依據操作溫度、充電電壓和充電電流判定電池組符合一第二高溫判飽條件時，或是當依據充電電壓和充電電流判定電池組符合一常溫判飽條件時，指示顯示模組將所顯示之相對荷電狀態在預定時間內逐漸提升至100%。
Description
本發明相關於一種顯示電量之方法及相關電池管理單元，尤指一種採用多個判飽條件以精準顯示電量之方法及相關電池管理單元。
鋰電池具有高能量密度、高操作電壓、使用溫度範圍大、無記憶效應、壽命長，以及高充放電次數等優點，已廣泛地被用以提供電力，例如用於手機、筆記型電腦或數位相機等可攜式電子產品。同時，針對近年來電動車的蓬勃發展，使用磷酸鋰鐵(LiFePO4
)為正極材料之鋰電池具高安全性、平穩的電壓平台輸出、快速充電能力、可瞬間大電流放電、長使用壽命、高能量密度，以及符合綠色能源要求對環境不污染等特色，因此成為電動車動力來源的首選。
由於電動車與穿戴攜帶式電子產品相比之下，電動車所使用的電芯數目遠多於穿戴攜帶式電子產品好幾千倍，因此在利潤取向下所以很多一線電芯廠都將產能移往電動車，其它穿戴攜帶式電子產品所需的產能則由二線電芯廠來填補。在規格方面最主要的差異是在電池充電電壓的部份，一線電芯廠的充電電壓在允許的溫度範圍內是以定電壓充電，而二線電芯廠因考量電池特性的問題，所以在允許充電範圍中，大部份都是在溫度達到45度以上時需要做降電壓充電的動作，不過這也影響到了系統電池指示器的電量顯示。
在競技筆電的應用中，筆記型電腦之變壓器多半會長時間插著電，而許多使用者亦習慣一邊將手機插入交流電源一邊操作手機。在高效能的運作下，系統溫度的提升也會讓電池的操作溫度越來越高。假設現在使用者的系統尚未充飽電，使用情境又在重負載的狀況下進行充電，系統若是採用上述二線電池芯的話就會讓使用者看到明明充電器插著卻一直無法飽充的情形。
第1圖為先前技術中採用二線電池芯之系統運作時的示意圖。由上至下依序為二線電池芯之相對荷電狀態(relative state-of-charge, RSOC)、充電電壓，操作溫度和充放電電流之波形圖。假設先前技術之二線電池芯之規格為當溫度在45℃以下需以4.4V來充電，而當溫度在45℃以上時需降壓以4.2V來充電。如第1圖所示，當二線電池芯之操作溫度超過45℃時，此時二線電池芯之充電電壓為4.2V，滿充電時RSOC的部份就會停留在4.2V所對應大約80%之處。直到二線電池芯之操作溫度低於45℃時，充電電壓才會變回4.4V，滿充電時電池電量RSOC才會顯示為100%。
因此，當採用二線電池芯之系統在尚未充飽電且在重負載運作的狀況下進行充電，使用者可能會看到明明充電器插著卻一直無法飽充的情形，進而造成困擾。因此，需要一種能精準顯示電量之電池管理單元。
本發明提供一種採用多個判飽條件以精準顯示電量之方法，其包含偵測一電池組之一操作溫度以回報相對應之一溫度資訊；偵測該電池組之一充電電流以回報相對應之一電流資訊；偵測該電池組之一充電電壓以回報相對應之一電壓資訊；當依據該溫度資訊和該電壓資訊判定該電池組符合一第一高溫判飽條件時，指示一顯示模組將所顯示之一相對荷電狀態在一預定時間內逐漸提升至100%；以及當依據該電池組之該溫度資訊、該電壓資訊和該電流資訊判定該電池組符合一第二高溫判飽條件時，指示該顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在該預定時間內逐漸提升至100%。其中，該電池組包含一個或多個可充電電池，在該操作溫度未超過一臨界溫度時係以一第一電壓充電該一個或多個可充電電池，在該操作溫度超過該臨界溫度時係以一第二電壓充電該一個或多個可充電電池，在該充電電流低於一中止充電電流時停止充電該一個或多個可充電電池，且該第一電壓高於該第二電壓。
本發明另提供一種採用多個判飽條件以精準顯示電量之電池管理單元，其包含一電池組，其包含一個或多個可充電電池；一溫度偵測單元，用來偵測該電池組之一操作溫度以回報相對應之一溫度資訊；一電流偵測單元，用來偵測該電池組之一充電電流以回報相對應之一電流資訊；一電壓偵測單元，用來偵測該電池組之一充電電壓以回報相對應之一電壓資訊；一顯示模組，用來顯示該電池組之一相對荷電狀態；以及一微控制器，耦接至該溫度偵測單元、該電流偵測單元和該電壓偵測單元以分別接收該溫度資訊、該電流資訊和該電壓資訊。該微控制器用來當依據該溫度資訊和該電壓資訊判定該電池組符合一第一高溫判飽條件時，指示該顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在一預定時間內逐漸提升至100%；以及當依據該電池組之該溫度資訊、該電壓資訊和該電流資訊判定該電池組符合一第二高溫判飽條件時，指示顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在該預定時間內逐漸提升至100%。其中，在該操作溫度未超過一臨界溫度時係以一第一電壓充電該一個或多個可充電電池，在該操作溫度超過該臨界溫度時係以一第二電壓充電該一個或多個可充電電池，在該充電電流低於一中止充電電流時停止充電該一個或多個可充電電池，且該第一電壓高於該第二電壓。
第2圖為本發明實施例中一種採用多個判飽條件以精準顯示電量之電池管理單元(battery management unit, BMU)100的功能方塊圖。電池管理單元100包含一電池組10、一微控制器(microcontroller unit, MCU)20、一溫度偵測單元30、一電流偵測單元40、一電壓偵測單元50，以及一顯示模組60。
在本發明中，電池組10可包含複數個串接之可充電電池，例如鋰電池。本發明之電池組10採用二線電池芯，亦即在允許充電的溫度範圍內會依據溫度採用不同充電電壓。如下列表一所示，在溫度介於0~15℃的第一狀態下，首先採用916mA之電流充電至4.4V，接著充電電壓維持在4.4V，而中止充電電流(end-of-charge current)為229mA；在溫度介於15~45℃的第二狀態下，首先採用2290mA之電流充電至4.4V，接著充電電壓維持在4.4V，而中止充電電流為229mA；在溫度介於45~60℃的第三狀態下，首先採用2290mA之電流充電至4.2V，接著充電電壓維持在4.2V，而中止充電電流為229mA。然而，表一所示之二線電池芯規格僅為本發明之實施例，並不限定本發明之範疇。
表一
在本發明之電池管理單元100中，溫度偵測單元30用來偵測電池組10之操作溫度，並回報相對應之溫度資訊S1至微控制器20。電流偵測單元40用來偵測電池組10之充電電流，並回報相對應之電流資訊S2至微控制器20。電壓偵測單元50用來偵測電池組10之充電電壓，並回報相對應之電壓資訊S3至微控制器20。微控制器20再依據溫度資訊S1、電流資訊S2和電壓資訊S3來控制顯示模組60所顯示之電量(RSOC)。
在本發明一實施例中，溫度偵測單元30、電流偵測單元40和電壓偵測單元50可為獨立元件。在本發明另一實施例中，溫度偵測單元30、電流偵測單元40或電壓偵測單元50可整合至微控制器20。然而，溫度偵測單元30、電流偵測單元40和電壓偵測單元50之實施方式並不限定本發明之範疇。
第3圖為本發明實施例中電池管理單元100運作時之流程圖，其包含下列步驟：
步驟310： 開始。
步驟320： 判斷電池組10之操作溫度是否超過一臨界溫度；若是，執行步驟330；若否，執行步驟360。
步驟330： 判斷電池組10之充電電壓是否超過一預定電壓；若是，執行步驟340；若否，執行步驟350。
步驟340： 當依據電池組10之操作溫度和充電電壓判定符合一第一高溫判飽條件時，將顯示模組60所顯示之RSOC在一預定時間內逐漸提升至100%。
步驟350： 當依據電池組10之操作溫度、充電電壓和充電電流判定符合一第二高溫判飽條件時，將顯示模組60所顯示之RSOC在一預定時間內逐漸提升至100%。
步驟360： 當依據電池組10之充電電壓和充電電流判定符合一常溫判飽條件時，將顯示模組60所顯示之RSOC在一預定時間內逐漸提升至100%。
在步驟320中，微控制器20可依據溫度偵測單元30提供之溫度資訊S1來得知目前電池組10之操作溫度。臨界溫度可依據電池組10之特性來決定，例如在表一的實施例中，臨界溫度可設為45℃。依據表一所示之規格，當電池組10之操作溫度未超過45℃時應使用較高充電電壓(4.4V)，而當電池組10之操作溫度超過45℃時應使用較低充電電壓(4.2V)，如此可確保電池組10維持其運作特性。值得注意的是，表一所示實施例僅為了說明目的，並不限定本發明之範疇。
在步驟330中，微控制器20可依據電壓偵測單元50所提供之電壓資訊S3來得知目前電池組10之充電電壓。預定電壓可依據電池組10之特性來決定，例如在表一的實施例中，預定電壓可設為4.2V℃。步驟330的目的在於當電池組10在高溫狀態(例如45~60℃)下運作時，判斷其充電電壓之值是否超過規格中要求的較低充電電壓(4.2V)。
當在步驟320和330中判定電池組10之操作溫度超過臨界溫度且充電電壓超過預定電壓時，本發明會執行步驟340以依據電池組10之操作溫度和充電電壓來判斷是否符合第一高溫判飽條件。例如在表一的實施例中，當電池組10之操作溫度高於45℃且充電電壓大於4.2V時，此時可判定符合第一高溫判飽條件。第一高溫判飽條件是考量到系統在原始充電電壓4.4V接近充飽時，在操作溫度突然超過45度需降壓的狀況下，同時考量操作溫度和充電電壓的判飽機制。
當在步驟320和330中判定電池組10之操作溫度超過臨界溫度但充電電壓並未超過預定電壓時，本發明會執行步驟350以依據電池組10之操作溫度、充電電壓和充電電流是否符合第二高溫判飽條件，其中微控制器20可依據電流偵測單元40所提供之電流資訊S2來得知目前電池組10之充電電流。例如在表一的實施例中，當電池組10之操作溫度高於45℃、充電電壓大於4.1V且充電電流小於229mA時，此時可判定符合第二高溫判飽條件。第二高溫判飽條件是針對系統在高溫狀態運作一段時間時，同時考量操作溫度、充電電壓和充電電流(規格中的中止充電電流)的判飽機制。
當在步驟320中判定電池組10之操作溫度並未超過臨界溫度時，本發明會執行步驟360以依據電池組10之充電電壓和充電電流來判斷是否符合常溫判飽條件。例如在表一的實施例中，當電池組10之充電電壓大於4.3V且充電電流小於229mA時，此時可判定符合常溫判飽條件。常溫判飽條件是針對系統在常溫狀態下時，同時考量充電電壓和充電電流(規格中的中止充電電流)的判飽機制。
當在步驟340、350或360中判定符合第一高溫判飽條件、第二高溫判飽條件或常溫判飽條件時，本發明可執行步驟370以將顯示模組60所顯示之RSOC在預定時間內逐漸提升至100%。
第4圖為本發明實施例中電池管理單元100運作時之示意圖。由上至下依序為電池組10之RSOC、充電電壓，操作溫度和充放電電流之波形圖。在時間點T1之前和時間點T2之後採用常溫判飽條件來判斷，而在時間點T1和T2之間採用第一高溫判飽條件或第二高溫判飽條件來判斷。
綜上所述，本發明提供一種依據操作溫度、充電電壓和充電電流來判飽之電池管理單元。當電池管理單元在常溫下運作時，依據電池組10之充電電壓和充電電流來判斷是否符合常溫判飽條件；當電池管理單元在高溫下以較高充電電壓運作時，依據電池組10之操作溫度和充電電壓來判斷是否符合第一高溫判飽條件；當電池管理單元在高溫下以較低充電電壓運作時，依據電池組10之操作溫度、充電電壓和充電電壓來判斷是否符合第二高溫判飽條件。因此，當採用二線電池芯之系統之飽充顯示可以達到100%的判飽條件，而不會被降壓後的電壓限制而讓使用者誤以為未充飽電。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧電池組
20‧‧‧MCU
30‧‧‧溫度偵測單元
40‧‧‧電流偵測單元
50‧‧‧電壓偵測單元
60‧‧‧顯示模組
100‧‧‧電池管理單元
310~360‧‧‧步驟
S1‧‧‧溫度資訊
S2‧‧‧電流資訊
S3‧‧‧電壓資訊
第1圖為先前技術中採用二線電池芯之系統運作時的示意圖。 第2圖為本發明實施例中一種採用多個判飽條件以精準顯示電量之電池管理單元的功能方塊圖。 第3圖為本發明實施例中電池管理單元運作時之流程圖。 第4圖為本發明實施例中電池管理單元運作時之示意圖。
Claims (10)
- 一種採用多個判飽條件以精準顯示電量之方法，其包含： 偵測一電池組之一操作溫度以回報相對應之一溫度資訊； 偵測該電池組之一充電電流以回報相對應之一電流資訊； 偵測該電池組之一充電電壓以回報相對應之一電壓資訊； 當依據該溫度資訊和該電壓資訊判定該電池組符合一第一高溫判飽條件時，指示一顯示模組將所顯示之一相對荷電狀態在一預定時間內逐漸提升至100%；以及 當依據該電池組之該溫度資訊、該電壓資訊和該電流資訊判定該電池組符合一第二高溫判飽條件時，指示該顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在該預定時間內逐漸提升至100%，其中： 該電池組包含一個或多個可充電電池； 在該操作溫度未超過一臨界溫度時係以一第一電壓充電該一個或多個可充電電池； 在該操作溫度超過該臨界溫度時係以一第二電壓充電該一個或多個可充電電池； 在該充電電流低於一中止充電電流時停止充電該一個或多個可充電電池；且 該第一電壓高於該第二電壓。
- 如請求項1所述之方法，其另包含： 當該操作溫度高於該臨界溫度且該充電電壓高於該第二電壓時，判定該電池組符合該第一高溫判飽條件。
- 如請求項1所述之方法，其另包含： 當該操作溫度高於該臨界溫度、該充電電壓高於一第三電壓且該充電電流低於該中止充電電流時，判定該電池組符合該第二高溫判飽條件，其中該第三電壓小於該第二電壓。
- 如請求項1所述之方法，其另包含： 當依據該電池組之該電壓資訊和該電流資訊判定該電池組符合一常溫判飽條件時，指示該顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在該預定時間內逐漸提升至100%。
- 如請求項4所述之方法，其另包含： 當該操作溫度不高於該臨界溫度、該充電電壓高於一第四電壓且該充電電流低於該中止充電電流時，判定該電池組符合該常溫判飽條件，其中該第四電壓之值介於該第一電壓和該第二電壓之間。
- 一種採用多個判飽條件以精準顯示電量之電池管理單元(battery management unit, BMU)，其包含： 一電池組，其包含一個或多個可充電電池； 一溫度偵測單元，用來偵測該電池組之一操作溫度以回報相對應之一溫度資訊； 一電流偵測單元，用來偵測該電池組之一充電電流以回報相對應之一電流資訊； 一電壓偵測單元，用來偵測該電池組之一充電電壓以回報相對應之一電壓資訊； 一顯示模組，用來顯示該電池組之一相對荷電狀態(relative state-of-charge, RSOC)；以及 一微控制器(microcontroller unit, MCU)，耦接至該溫度偵測單元、該電流偵測單元和該電壓偵測單元以分別接收該溫度資訊、該電流資訊和該電壓資訊，用來： 當依據該溫度資訊和該電壓資訊判定該電池組符合一第一高溫判飽條件時，指示該顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在一預定時間內逐漸提升至100%；以及 當依據該電池組之該溫度資訊、該電壓資訊和該電流資訊判定該電池組符合一第二高溫判飽條件時，指示顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在該預定時間內逐漸提升至100%，其中： 在該操作溫度未超過一臨界溫度時係以一第一電壓充電該一個或多個可充電電池； 在該操作溫度超過該臨界溫度時係以一第二電壓充電該一個或多個可充電電池； 在該充電電流低於一中止充電電流時停止充電該一個或多個可充電電池；且 該第一電壓高於該第二電壓。
- 如請求項6所述電池管理單元，其中該微控制器另用來在該操作溫度高於該臨界溫度且該充電電壓高於該第二電壓時，判定該電池組符合該第一高溫判飽條件。
- 如請求項6所述電池管理單元，其中該微控制器另用來在該操作溫度高於該臨界溫度、該充電電壓高於一第三電壓且該充電電流低於該中止充電電流時，判定該電池組符合該第二高溫判飽條件，且該第三電壓小於該第二電壓。
- 如請求項6所述電池管理單元，其中該微控制器另用來在依據該電壓資訊和該電流資訊判定該電池組符合一常溫判飽條件時，指示該顯示模組將所顯示之該相對荷電狀態在該預定時間內逐漸提升至100%。
- 如請求項9所述電池管理單元，其中該微控制器另用來在該操作溫度不高於該臨界溫度、該充電電壓高於一第四電壓且該充電電流低於該中止充電電流時，判定該電池組符合該常溫判飽條件，其中該第四電壓之值介於該第一電壓和該第二電壓之間。
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