TW468299B - Charging apparatus and its method - Google Patents

Description

五、發明說明（l) 發明領域 本發明係提供電流充電電池充電偵測裝置，利用充電電池 内阻所消耗之能量特性來達到偵測電流充電電池以隨時變 動電流大小方式充電時之飽和狀態。 發明背景 由於可攜式相關產品的斑行’如行動電話、筆記型電腦等 相關產品可說是與我們息息相關，為此’這些可攜式相關 產品因而不斷被強化其各項功能，已漸趨於滿足廣大的消 費者，但即使產品功能如何的強大’其電池的長時間耗用 改良仍不及產品的進步性，鑑於此’許多研究在電池的用 電時間加長及產品省電的改良且須顧及電池及產品的輕巧 等議題上’但因其電池的用電時間的加長，卻也引起了較 長的充電時間；因此，如何有效縮短充電時間成為本發明 的重要課題。 _ ~為一充電電流固定2500毫安培，電池周遭環境溫度為 攝氏10度' 25度及45度時，充電電池溫度變化及充電電池 電塵與充電時間之特性曲線圖；圖十，實線A代表電池周 ^環境溫度為10度時，以充電電流2500毫安培充電時，電 "也電壓隨充電時間的變化，當充電時間到達8〇_9〇分鐘之 間時’充電電壓曲線由1 〇, 5伏特平滑攀升趨於平穩達到飽 和’約近似於1 2 _ 8伏特；實線B代表電池周遭環境溫度為 1 ^度時，以充電電流2 5 0 〇毫安培充電時，電池溫度隨充電 時間的變化’當充電時間到達8〇_9〇分鐘之間時，電池溫 度曲線則由攝氏10度平穩攀升，充電時間到達3〇_8〇分鐘

第4頁 46 8 29 9 五、發明說明（2) 之間，電池溫度曲線則趨於平坦，當充電時間到達8〇_9〇 分鐘之間時，亦即上述充電電壓已趨於飽和’此時，電池 溫度曲線急速上升；虚線C代表電池周遭環境溫度為2 5度 時’充電電流仍為2500毫安培充電時，該電池電壓曲線由 1 0. 5伏特平滑攀升趨於平穩達到飽和，約近似於丨2. 5伏 特’虛線D代表電地周遭環境溫度為2 5度時，充電電流仍 固定為2500毫安培充電時，電池溫度曲線則由攝氏25度平 穩攀升’充電時間到達3〇-8〇分鐘之間，電池溫度曲線則 趨於平坦’當充電時間到達8 〇 9 〇分鐘之間時，亦即上述 充電電壓已趨於飽和，此時，電池溫度曲線急速上升；虚 線E、F則分別代表代表電池周遭環境溫度為4 5度時，電 池電壓特性曲線及電池溫度特性曲線。 根據上述知’充電時，電池溫度隨周遭環境增高而增高， 電池充電電壓則隨周遭環境增高而遞減；當充電電壓曲線 由平滑攀升趨於平穩達到飽和時，電池溫度則由平穩瞬間 攀升；因該充電電池飽和電壓會隨電池周遭環境溫度變動 而有所不同’故無法作為電池充電飽和之判定。 鑑於上述電池充電特性，現行電池充電偵測裝置則利用固 定週期時間’量測該充電電池溫度是否驟升，亦即充電電 池上升溫度斜率是否變大，作為充電電池是否飽和之判 定。 圖二則為僅改變圖一的充電電流為1 0 0 0毫安培電池，該周 遭環境溫度仍為攝氏10度'25度、45度時，圖二中實線a ’ 代表電池周遭環境溫度1 〇度時，以充電電流1 0 0 0毫安培充

46 B 29 9 五、發明說明（3) 電，亦即僅改變圖一中實線A的充電電流由2 5 0 0毫安變為 1000毫安’該電壓充飽時間由圖一的充電時間由8〇分鐘之 間延長為200分鐘’飽和電壓由圖一的12.8伏特降為12. 3 伏特：實線B，則對應實線A，的變化，於充電時間為200分 鐘時；亦即實線A’電池充電電壓趨於飽和時，電池溫度曲 線斜率驟然變大。虛線C，、D，及E，、D，則分別對應圖一中 虛線C、D及E、F ’僅改變充電電流由2 5 0 0毫安變為1 0 0 0毫 安。 由圖一及圖二得知，除電池周遭環境溫度外，充電電流的 大小亦會造成該充電電池飽和電壓及時間有所變動，當充 電電流越大則充電時間越短，充電電流越小則充電時間越 長；且充電電流的越小，因充電時間拉長，該電池溫度曲 線越平坦；若電流過小則該電池溫度曲線即使於即將飽和 狀態時，仍趨於平坦’屆時，將無法判定電池充飽與否； 若電流過大’則將造成電池無法承受而燒壞。 圖三為現行鎳氫及鎳鎘電池充電方塊圖；一開始由變壓裝 置3 1 ’將電源由交流電壓轉換為固定的直流電壓，供應給 用電裝置32及充電裝置37 ’充電裝置37包含一直流電壓/ 電流轉換裝置3 3，用以將變壓裝置3 1所提供之直流電壓轉 換為直流電流後，經由電流感應裝置3 4，對充電電池3 5進 行充電；充電同時，藉由偵測裝置3 6來量測充電電池3 5固 定時間之溫度變化量’以決定是否通知直流電壓、電流轉 換裝置3 3停止充電動作。 圖四為接續圖三為現行電流充電電池方法流程圖；一開始

468299 五、發明說明（4) 步驟41重置時間t ’步驟42累加時間t直至步驟43 —固定時 間參考值T後，再經由步驟44來判斷電池溫度上升斜率dT 直至大於一固定參考值N後，完成充電動作，否則回到步 驟4 1重置時間t為零；由上述知，目前偵測電流充電電池是 否充飽和’係利用充電電池在定電流充電下，充飽時溫度 會上升的很快’也就是溫度上升的斜率變大，所以每隔一 段固定時間量測電池溫度上升的變化量就可以判斷是否充 飽。 由圖一、圖二可得知當充電電流越大則充電時間越短，但 充電電流大小仍須限定在電池最大的充電電流限制内。即 使在充電電流越大則充電時間越短的情況下，現行許多可 攜式裝置’如筆5己型電腦，因產品模組的不同，但為使各 項元件，能在充電時同時間操作產品，如中央處理器 (CPU)，有足夠的功率運作，通常提供電池的充電電流， 大都採電池最小充電電流，如筆記型電腦中的鎳氫電池及 錄锅電池充電電流通常為維持在1 0 00毫安培左右，該最大 充電電流可達2500毫安培。

因此，即使用電裝置32中之夂馆-u e L _ _ ^各項凡件運作閒置，不須耗用 電流，該多餘的電〉仍法鐘拉Α &女丄 ^ …去轉铋供給充電電流；若使該多 餘的電流隨時加入該定電湳太斗士 β 万式充電，則因電流大小驟變 致使溫度的斜率產生變化不贪 > 儿& ΔΙ古 个疋’以現行採固定時間來偵測 電池溫度上賴率判定飽和與否，易。 發明目的及概述

鑑於現行偵測方法’無法剌金φ L ^ Μ <電池以隨機變動電流大小方

d6 8 29 9 五、發明說明（5) 式來充電， 疋時間來判 況，為適用 針對電池等 池内阻皆會 量參考值， 所述，當電 電池内阻消 固定的能量 電池於期間 飽和狀況； 化時，因電 因而所量測 度斜率參考 以隨機變動 其所消耗之 流越大，其 間’針對充 消耗之能量 根據上述， 電裝置包_含 一感測信號 電源為一電 電池進行該 根據定電流充電方式來看’該偵測方式採以固 定電池於期間溫度上升的斜率是否達到飽和狀 於以隨機變動電流大小方式來充電，本發明係 效内阻特性’不論充電電流大小’經其流過電 產生一對應熱能，該熱能對應一能量值，該能 亦對應該内阻所流過之電流值，如圖一及圖二 池即將飽和時，該充電電池溫度驟升，亦即該 耗之熱能會驟升，又上述該固定熱能會對應一 參考值，因此當充入固定能量參考值時，測量 溫度上升的斜率，即可正確判斷電池是否達到 如此，可避免以固定時間判斷充電電池溫度變 流不斷的變動而造就電池溫度的驟升後平坦， 的時間點之溫度誤判其溫度斜率已達一固定溫 值’誤以為完成充電動作。 電流大小方式充電來說，充電電池中等效内阻 能量值與充電電流的大小成一正比；當充電電 所消耗之能量值越大’亦即可利用一固定時 電電流值取樣加總’即可得知該等效内阻中所 值是否已消耗至一固定能量參考值。 本發明提供一種以不定電流充電裝置，該充 :一第—電流感應裝置，根據一電源產生一第 ;—控制裴置，根據該第一感測信號，轉換該 "_L仏號；—第二感應裝置，以該電流信號對該 充電操作，並根據該電流信號之電流量，產生

46 8 29 9 五、發明說明（6) 一第二感測信號；以及一偵測電路，連接至該電池，用以 接收一第三感測信號；該偵測裝置係根據該第二感測信號 與該第三感測信號，終止該控制器產生該電流信號。 為滿足上述不定電流充電裝置中之偵測電路所需，本發明 提供一偵測裝置，該偵測裝置包含一感應裝置，係用以量 測電池充電電流大小，產生一感測信號；一第一偵測裝 置，累計該感測信號至一第一參考值後，重置該累計值為 零，並持續進行該累計動作；以及一第二偵測裝置，根據 該第一偵測裝置累計值從零至該參考值時，判定該電池之 溫度之變化是否滿足一第二參考值，以判定電池充電動作 狀態是否已呈飽和狀態。 上述偵測裝置亦可用韌體來達成，為此本發明另提供一偵 測方法，該方法包含下列步驟： 量測充電電流量； 累計該充電電流量達到一能量參考值時，重置該累計量為 零後，持續該累計動作； 根據該累計值從零至該能量參考值時，判定該電池溫度之 變化是否滿足一溫度參考值，以判定是否終止充電動作。 圖式簡單說明 圖一為充電電流2500mA及電池周遭為攝氏10度、25度、45 度時，電池充電溫度及電池充電電壓與充電時間之關係曲 線圖； 圖二為充電電流1000mA及電池周遭為攝氏10度、25度、45 度時，電池充電溫度及電池充電電壓與充電時間之關係曲

4 6 8 29 9 五、發明說明（7) 線圖； 圖三為現行定電流充電方塊圖； 圖四為為現行定電流充電偵測方法流程； 圖五為本發明不定電流充電方法流程圖； 圖六為本發明不定電流充電方塊圖； .圖七為本發明不定電流充電偵測裝置方塊圖。 標號說明 A、A’ ' C、C’ 、E、E，：電池電壓曲線，B、B，、D、D’ 、 F、F’：電池溫度曲線，31 :變壓裝置，32 :用電裝置，33 直流電壓/電流轉換裝置，3 4 :電流感應裝置，3 5 :充電 電池，3 6 :偵測裝置，3 7、6 0 :充電電路，4 1 — 5 8 :流程 步驟，61 ' 63 :緩衝裝置，62 :電流感應裝置，70 :偵測 裝置，7 1 :累加測量裝置，72 :溫度判斷裝置。 發明之詳細說明 圖五為本發明電流充電電池偵測方法流程圖；一開始步驟 51重置能量參考值E，步驟52取樣充電電流值，步驟53累 加充電電流值於能量參考值E直至步驟54 —固定參考值K 後，步驟5 5啟動計時器Π重置為零，繼續下一階段取樣步 驟5 2且累加充電電流值步驟5 3，步驟5 6判斷計時器T1是否 被啟動且累計時間已到達熱傳導時間，滿足步驟5 6判斷條 件後步驟5 7關閉啟動計時器，執行步驟5 8判斷電池上升溫 度斜率dT是否大於一固定參考值N則完成充電動作，否則 繼續取樣步驟5 2且累加充電電流值步驟5 3 ;計時器的使用 步驟55、56、57，在於當電池内阻已累積一固定能量值

第10頁 46 8 29 9 五、發明說明（8) 時，須等待一熱傳導時間後，其所量測之電池溫度方為該 固定能量值所產生的。 1 由上述知，本發明電流充電電池是否充飽和’可適用於電 池以隨時變動電流大小的充電下，利用充入固定能量參考 值時’再行接續判斷電池溫度上升之變化量，以決定充電 動作是否結束或重置該能量參考值。 圖六為本發明電流充電電池充電方塊圖：一開始由變壓裝 置31 ，供應電流給用電裝置32用電及充電裝置60充電，並 經由電流感應裝置62，將量測電流值給緩衝裝置6 1 ;充電 裝置6 0包含一直流電壓/電流轉換裝置3 3 ’用以將該變壓 裝置所提供之直流電壓轉換為直流電流後，經由電流感應 裝置34，對充電電池35進行充電；直流電壓/電流轉換裝 置3 3並接收來自緩衝裝置6丨量測信號，以隨時變動充電電 流大小給充電電池35 ;充電同時，藉由偵測裝置7〇經由緩 衝裝置63量測累計能量參考值至-固定參考值後，再由摘 '貝J裝置依充電電池3 5上之熱敏電阻（圖未示）判定電池於 =至⑧固定能量參考值時之溫度變化量，決定是否通知 直流電愿/電流轉換裝置33停止充電動作。 圖=接續圖六充電偵測裝置7{)内部方塊圖K貞測裝置 括一累加測量裝置71及一溫度判斷裝置；累加F置71 用以累計緩衝裝置63充電電流量測值至一固定參考值後， 置累加測置裝置7 1之累計值為零，並驅動溫度判斷裝置 72，依充電電池35上之熱敏電阻（圖未示）判定累加測量裝 置71累計期間之溫度變化量是否通知直流電壓/電流轉換 第11頁 d 6 8 29 9

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Claims (1)

1. 46 8 29 9 六、申請專利範圍 申請專利範圍： 1. 一種充電裝置，係對一電池進行充電操作，該充電裝置 包含： 一第一感應裝置，係根據一電源產生一第一感測信號； —控制裝置，根據該第一感測信號，轉換該電源為一電流 信號； 一第二感應裝置，以該電流信號對該電池進行該充電操 作，並根據該電流信號之電流量，產生一第二感測信號； 以及 ‘ 終 -&° #， 信號 測信 感測 三感 第三 一第 收該 接與 以號 用信 ’測 池感 電二 該第 至該 接據 連根 ， 係 路置 電裝 Jnv ΙΜΊ 涓 湏 傾 偵 一該 虎 °-沒 信 電 測 偵 亥 -δ 中 其 置 裝 &-& 充 之 述 所 項 電第 該圍 生範 產利 器專 制請 控申 該如 止 * J 2 值 考 參 1 第 \ 至 號 信 測 感 二 第 該 J-IST 累 置 裝 測 : 偵 含一 包第 路一 參考 及該參 以至二 .，零第 作從 一 動值足 計計滿 累累否 該置是 行裝化 進測變 續偵之 持一號 並第信 ，該測 零據感 為根三 值，第 計置該 累裝定 該測判 置偵 ， 重二時 ，第值 後一考 Ife其最 信 的 流受 I置ί 電 承 生L所 -充 j 產.池 ^ ^ ® 口?n年.¥ U #控0在 該II定 止第限 終圍號 否範信 是辛济 定專電 判請之 以申換 ，如轉 值3.置 裝 制 控 該 中 圍 範 流 &·Β1 大 之池 ^& 述€ 所； 項 1ί定 第限 圍號 範信 利流 專電 請之 申換 0 如裝 内4.置 置 裝 電 裝 制 控 該 中 其 度 溫 池 fra 前 和 飽 現 表

   第13頁 4 6 8 29 9 六、申請專利範圍 驟升的最小電流範圍内。 5. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該偵測電 路可用韌體達成。 6. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該偵測電 路適用於具有鎳氫及鎳鎘電池相同特性之電池。 7. 如申請專利範圍第2項所述之充電裝置，其中該第一偵 測裝置可以累計電流與時間乘積之電荷量至第三參考值來 表示。 8. 如申請專利範圍第7項所述之充電裝置，其中該累計動 作可用一積分裝置來累計電荷量。 9. 一種充電偵測方法，該方法包含下列步驟： 量測充電電流量； 累計該充電電流量達到一第一參考值時，重置該累計量為 零後，持續該累計動作； 根據該累計值從零至該參考值時，判定該電池溫度之變化 是否滿足一第·二參考值，以判定是否終止充電動作。 1 0.如申請專利範圍第9項中之充電偵測方法，其中該累計 步驟可以是累計電流與時間乘積之電荷量來表示。 11. 一種充電偵測裝置，係對電池充電飽和狀態進行偵 測，該偵測裝置包含： 一感應裝置，係用以量測電池充電電流大小，產生一感 測信號； 一第一偵測裝置，累計該感測信號至一第一參考值後，重 置該累計值為零，並持續進行該累計動作；以及

   第14頁 4 6 8 29 9 六、申請專利範圍 一第二偵測裝置，根據該第一偵測裝置累計值從零至該參 考值時，判定該電池之溫度之變化是否滿足一第二參考 值，以判定電池充電動作狀態是否已呈飽和狀態。 1 2 如申請專利範圍第1 1項中之充電偵測裝置，其中該第 二偵測裝置判定電池充電動作狀態已呈飽和狀態時，，可發 出一信號。

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