TW475283B - Method for fast charging of a battery - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7____ .五、發明說明（1 ) [發明所屬之技術領域] 本發明係有關一種主要為鎳-鎘電池或鎳-氫電池等， 具有於滿充電時則電池電壓成為尖峰電壓或由尖峰電壓下 降△V之性質的二次電池之充電方法。 [先行之技術] 二次電池係以可確實檢測出1 00%充電以結束充電最 I為重要。這是因為超過1 〇〇%之過充電將使電池性能降低， 相反的，未滿100〇/〇之充電將使電池之可使用時間縮短的 緣,故。然而，對於以種種狀態使用之所有電池正確地滿充 電，絕非簡單之事。 鎳_氫電池或鎳-鎘電池等，具有滿充電時則成為尖峰 電壓’若繼續再予充電則電壓將由尖峰電壓下降△v之性 貝。於是利用此一性質，以檢測出電池之滿充電。 [發明所欲解決之課題] I 以正常狀態使用之電池，可檢測出尖峰電壓或△V， 以正確地檢測出滿充電。但是，因過放電以致電池電壓顯 著降低之過放電電池，若給予快速充電則電池電壓將因為 與正常電池特性不同而變化。、電池電壓顯著降低之電池也 可能有内部短路以致不能使用者，所以為挑選剔除不良電 池，先以微小電流給予預備充電，待電池電壓上昇到例如 IV’才給予快速充電。 將過放電之電池快速充電時之電壓曲線顯示於第i 圖。如該圖所示，將過放電電池預備充電之後再快速充電， 則開始快速充電後電池電壓即快速上昇，之後電池電壓將 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311893 --------------裝--------訂----I----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4/JZOJ A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 下降。亦即顯示電池電壓達到尖峰電壓，而後下降^之 特佳電池電壓以此狀態變化時，充電器將判定電池已滿 充電而結束充電。然而，顯示如此電壓變化之電池實際上 並未滿充電，因而無法獲得如預期之滿充電。尤其於電池 溫度低時，開始快速充電|，電池電㈣達到尖峰電壓又 再下降Δν之現象甚為明顯。 為解決此缺點，已開發有不考慮尖峰電壓與下降 之杬測而"又疋由預備充電轉換為快速充電之預定時間之 充電方法。此充電方法以不考慮尖峰電壓與Δν之下降所 做之'時間汉疋只甚困難'。因為設定時間過長則將在此期間 使滿充電《電池過充電錢產生電池性能降低之弊害，相 反的，，又定時間太短則無法滿充電，而無法獲得可顯示尖 峰電壓或AV下降之滿充電電池。 本發明係以解決此缺點為目的而成者。本發明之重要 目的係在於提供一種可對於過放電之電池正確地滿充電之 電池之快速充電方法。 [用以解決課題之手段] 本發明之電池之快速充電方法係檢測出充電中之二次 電池1之電壓的尖峰電壓，或檢測出由尖峰電壓下降△ν △ V，以判定為滿充電。而且，本發明之快速充電方法係 於開始電池之充電時，檢測出電池之充電開始電壓。所檢 測出之充電開始電壓較設定電壓為高之電池係以額定快速 充電電流快速充電。充電開始電壓較設定電壓為低之電池、 則係以電流較額定快速充電電流為低之限制快速充電電流 冬紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311893 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 · ·

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L 475283 A7 _ B7 _____ •、發明說明（3) 進行快速充電。 而且，本發明之快速充電方法係於開始電池之充電 時，以檢測出電池之充電開始電壓與電池溫度兩者為佳。 充電開始電壓較設定電壓為高，或電池溫度較設定溫度為 高之電池係以額定快速充電電流快速充電。相反的，充電 開始電壓較設定電壓為低，且電池溫度較設定溫度為低之 電池，則係以電流較額定快速充電電流為低之限制快速充 電電流進行快速充電。 限制快速充電電流係設定在例如額定快速充電電流之 50至90%。限制快速充電電流之電流愈低，則愈可降低滿 充電之檢測誤差。只是到達滿充電之時間將愈長。因而， 限制快速充電電流係於可消除滿充電之檢測誤差之範圍 内，以愈大為愈佳。 而且，本發明之快速充電方法最好係於開始電池之充 電時檢測出充電開始電壓，而充電開始電壓較設定電壓為 高且較預備充電電壓為低之電池係於預備充電後才給予快 速充電。 [實施例] 以下，參照圖面說明本發明之實施例。但以下所述之 實施例’僅係為使本發明之技術思想具體化的電池之快速 充電方法之一例，而本發明之快速充電方法並非限定於下 述者。 而且，本說明書為使申請專利範圍易於了解，而將與 顯示於實施例之零組件相對應之符號，付記於「申請專利 ----I--------•裝--- -- - 訂----I---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 3 311893 A7 五、發明說明（4 ) 範圍之項」及「用以解決課題之手段之項」所顯示之零組 件。但，申請專利範圍所顯示之零組件，絕非限定於實施 例之零組件者。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2圖為使用於本發明之快速充電方法速充電電 路之方塊圖。此圖之充電電路包括：輸出用二次電 池1之電壓與電流之電源2,連接於電源2之側之充 電開關3,用以控制充電„3之充電控制電U，用以檢 測二次電池1之電壓之電壓檢測電路5，用以檢測電池溫 度之溫度檢測電路ό，以及為充電控制電路4所控制以控 制電源2之輸出電流之電流轉換電路7。 圖中所示之快速充電電路係用以充電具有滿充電時則 包池電壓成為尖峰電壓，而繼續給予充電則△V下降之性 質之二次電池，例如鎳-氫電池或鎳-鎘電池。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電源2内藏有用以限制輸出電壓與輸出電流之最大值 之電路，亦即定壓定流電路。電源2係對欲充電之二次電 池1 ’以最適中之電壓與電流給予充電。而且，電源2係 受電流轉換電路7控制，以將輸出電流轉換成額定快速充 電電流與限制快速充電電流。電源2係將正常之電池以額 定快速充電電流快速充電，而將過放電電池以限制快速充 電電流快速充電。 額定快速充電電流係按欲充電電池之規格等而設定成 最適當值。電池則係按其規格而決定可快速充電之最大電 流。因而，電源2之輸出電流亦即額定快速充電電流係設 定為，可將電池於最短時間快速充電，且不致降低電池性 311893 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 475283 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 311893 A7 弄、發明說明（5 ) 月匕之電流值，例如〇 5至2 C之電流值。 限制快速充電電流係設定為額定快速充電電流之例如 50至90%，較佳為60至85%，更佳為65至85%，最佳為 約8 0 %之電流值。限制快速充電電流係在將低溫之過放電 電池快速充電時，檢測出尖峰電壓或.△ V之降低，以設定 成不致誤檢測滿充電之電流值。 _ 第3圖顯示以限制快速充電電流充電之二次電池1之 電壓變化狀態。如該圖所示，以電流較額定快速充電電流 為低之限制快速充電電流快速充電之電池電壓係於剛轉換 為快速充電之後，電池電壓即急速上昇。只是不致於成為 尖峰電壓或由尖峰電壓下降AV。 過放電電池係隨著將限制快速充電電流增大，則於剛 轉換為快速充電之後即成為顯示尖峰電壓之狀態，而再將 電流增大，則顯示由尖峰電壓下降Δν。當充電控制電路4 於$峰電壓時不判定為滿充電而僅於檢測出△V下降才判 定為滿充電時，可將限制快速充電電流設定成，於轉換成 快速充電時使電池電壓顯示尖峰電壓。因為於轉換成快速 充电7 βρ使電池電壓成為尖峰電，仍+致於誤判為滿 充電不過’ *充電控制電路4以尖峰電壓判^為滿充電 時，於轉換成快速充電時若 ,、 丁方电忍冤壓顯不尖峰電壓，則將 誤判為滿充電。所以，充雷拚制 电控制電路4以尖峰電壓判定滿 充電時’限制快速充電電流将μ 士 χ 电机係5又疋成，於轉換成快速充電 日’使未滿充電之電池不顯示尖峰電壓之電流值。 充電控制電路4係檢測出二次電池!已…，並將 本紙張尺度财關家標準（CNS)A4祕 ---Μ--------^---------疼 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475283

充電開關3由「開」轉換為「關」。充電控制電路*係於二 次電池1未滿充電之前將充電開關3置於「開」以充電二 -人電池1，當二次電池丨達到滿充電則將充電開關3轉換 為「關」以結束充電。充電控制電路4係檢測出充電中之 電池電壓之尖峰電壓與Δν下降之一方或雙方，以檢測出 滿充電。 而且，充電控制電路4係於開始電池之充電時，檢測 充電開始電壓與電池溫度，並透過電流轉換電路7以控制 龟源2之充電電&。充電控制電路4係將檢測出充電開始 電壓較設定電壓為高且電池溫度較設定溫度為高之電池， 透過電流轉換電路7控制電源2之輸出電流，使之以額定 快速充電電流快速充電。充電開始電壓較設定電壓為低且 電池溫度較設定溫度為低之電池係經由電流轉換電路7控 制電源2之輸出電流，使之以限制快速充電電流快速充 電。 電壓檢測電路5係檢測出電池電壓並將其輸入於充電 控制電路4 ’溫度檢測電路6則係檢測出電地溫度並將其 輸入於充電控制電路4。溫度檢測電路6連接有溫度感測 器8，並將此溫度感測器8接觸於電池表面或接近於電池 表面，以檢測電池溫度。 充電控制電路4經由電流轉換電路7控制電源2，而 以額定快速充電電流或以限制快速充電電流對電池快速充 電之流程圖顯示於第4圖。該圖之流程係以如下之步驟對 二次電池快速充電。 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "~"T 311893 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ ϋ aet 1· n n i 一 0«. · ϋ n I n ϋ ϋ n I · 經濟部智慧財產局員JL消費合作社印製 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 A7 ---— B7 _ i、發明說明（7 ) [n=l之步驟] ^測出一次電池1是否已裝置於充電器。電池之裝置 係例如以電壓k測電路5所輪入之電壓來檢測，或以限位 開關等機械式地檢測。 [n=2之步驟] 檢/則出充電開始電壓，並將所檢測出之充電開始電壓 •與設定電壓以及預備充電電壓比較，而分成充電開始電壓 較設定電壓為低之過放電電池，在設定電壓與預備充電電 壓之間之放電電池’以及較預備充電電壓為高之未放電電 池。電池電壓較預備充電電壓為高之未放電電池係跳過預 備充電之步驟’而以額定快速充電電流快速充電直到滿充 電。 圖中之流程係以電池為鎳-氫電池或鎳-鎘電池之具體 例’且將设疋電壓設定在0 6V/電池，預備充電電壓設定 在IV/電池。設定電壓與預備充電電壓係依電池之規格而 设疋於最適當值’電池若為鎳-氫電池或鎳-鎘電池時，設 定電壓係設定為0·4至〇·8V，預備充電電壓則係設定為〇.8 至1·1 V。預備充電電壓恆常都設定成較設定電壓為高。 [η=3之步驟] 過放電電池與放電電池可利用微小電流預備充電。而 未放電電池則不予以預備充電即給予快速充電。圖中預備 充電之預備充電電流為0 · 5 A，係設定成額定快速充電電流 之2 5%。預備充電電流係以設定在額定快速充電電流之5 3 0%左右為佳。預備充電係於電池之電壓上昇至預備充 適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311893 ----I I I I--I--裝----— II 訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475283 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 )=電壓％即停止。但’預備充電亦可於計時器之設定時間 停止。[n = 4之步驟] 檢測出經過預備充電之過放電電池之溫度，並將所檢 測出之溫度與設定溫度做比較。設定溫度係例如設定於10 。。。設定溫度係設定成以額定快速充電電流快速充電時， 則顯示央峰電壓或△V下降之電池溫度。[n=5之步驟] 判定為較設定溫度為低之電池係以限制快速充電電流 快速充電。圖中之具體例係將限制快速充電電流設為 1.6A，為額定快速充電電流之8〇%之電流值。以限制快速 充電電流快速充電時，當電池電壓到達尖峰電壓或△v下 降，則判定為滿充電而結束充電。[n=6之步驟] 判定為電池溫度較設定溫度為高之電池係以額定快速 充電電流快速充電。以額定快速充電電流快速充電時，當 電池電壓到達尖峰電壓或△V下降，則判定為滿充電而結 束充電。 以上之流程係檢測出被判定為充電開始電壓較設定電 壓為低之過放電池之溫度，而僅對於溫度較設定溫度為低 之電池，以限制快速充電電流快速充電。但，本發明之快 速充電方法，亦可未必一定要檢測出電池溫度，而可將被 判定為充電開始電壓較設定電壓為低之過放電電池之所有 電池，以限制快速充電電流快速充電到滿充電。此快速充 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311893 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) T裝 I k— I 一S°J· 1· ϋ ϋ ϋ n n I · 475283 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 .五、發明說明（9 ) 電方法係於第4圖中省略11 = 4之步驟，而將已完成預備充 電之所有過放電電池，以限制快速充電電流快速充電到滿 充電為止。 而且，以上之快速充電方法係將充電開始電壓較預備 充電電壓為低之過放電電池與放電電池預備充電之後，再 給予快速充電。此快速充電方法係可藉由預備充電以轉別 _不良電池，同時可以更理想之狀態對以種種狀態使用之電 池滿充電。但是，本發明之快速充電方法未必一定要預備 充電，而係比較充電開始電壓與設定電壓，並將判定為過 放電電池之電池以限制快速充電電流快速充電亦可。 [發明之效果] 本發明之快速充電方法具有可一方面對正常放電之電 池於短時間内快速充電，一方面對過放電之電池如同正常 放電之電池一樣確實地滿充電之特徵。其理由是因為，本 ，發明之快速充電方法係於開始電池之充電時檢測出充電開 始電壓，並將充電開始電壓較設定電壓為高之電池以額定 快速充電電流充電，將充電開始電壓較設定電壓為低之電 池以電流較額疋快速充電電流為低之限制快速充電電流快 速充電。過放電之電池以快速充電電流充電時，雖未滿充 電，也會顯示電池電壓成為尖峰電壓或由尖峰電壓下降△ V之特性，但是本發明之快速充電方法係將過放電之電 池，以低電流之限制快速充電電流快速充電，所以不致於 在未滿充電之情況下成為尖峰電壓或AV下降之顯示。因 而，具有檢測出尖峰電壓或△V下降，而可確實對過放電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311893 -------— II---裝 ---- - -- 訂--I------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475283 Λ/ 五、發明說明（1〇 ) 之電池快速充電之特徵。 [圖面之簡單說明] 第1關示對過放電電池快ϋ充電時之電壓特性之曲 線圖。 第2圖顯不使用於本發明之電池之快速充電方法的快 速充電電路之電路圖。 第3圖顯示對過放電電池以限制快速充電電流快速充 電時之電壓特性之曲線圖。 第4圖係第2圖所示之快速充電電路將電池快速充電 之步驟之流程圖。 [符號之說明] 1 二次電池 3 充電開關 5 電壓檢測電路 7 電流轉換電路 2 4 6 8 電源 充電控制電路 溫度檢測電路 溫度感測器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 §1 ϋ n 1 一irjI ·ϋ n n I 1 I . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 311893

Claims (1)

1. 475283 經 濟， 部 智， 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種電池之快速充電方法，係檢測出充電中之二次電池 (1)之電壓的尖峰電壓’或檢測出由尖峰電壓下降△'v 之△V，以判定滿充電之方法，其特徵為. 於開始電池之充電時檢測出電池之充電開始電 壓，並將充電開始電壓較設定電壓為高之電池以額定快 速充電電流充電，將充電開始電壓較設定電壓為低之電 • 池以電流較額定快速充電電流為低之限制快速充電電 流進行快速充電。 2. —種電池之快速充電方法，係檢測出充電中之二次電池 (1)之電壓的尖峰電壓，或檢測出由尖峰電壓下降 之△V，以判定滿充電之方法，其特徵為： 於開始電池之充電時檢測出電池之充電開始電壓 與電池溫度，並將充電開始電壓較設定電壓為高或電池 溫度較設定溫度為高之電池以額定快速充電電流充 • 電，將充電開始電壓較設定電壓為低且電池溫度較設定 溫度為低之電池以電流較額定快速充電電流為低之限 制快速充電電流進行快速充電。 3·如申請專利範圍第丨或第2項之電池之快速充電方法， 其中’將限制快速充電電流設定為額定快速充電電流之 50至90%之電流值。 4·如申請專利範圍第1或第2項之電池之快速充電方法， 其中，於開始電池之充電時檢測出充電開始電壓，並對 充電開始電壓較設定電壓為高且較預備充電電壓為低 之電池預備充電之後才給予快速充電。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 311893 — — — — — — — — — — — — — · 11 *11111 — — — — — — — I- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 475283 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5.如申請專利範圍第1或第2項之電池之快速充電方法 其中，電池為鎳-氫電池或鎳-鎘電池之任何一種。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12 311893 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) s HI 11 n n I 一口、I mmmMf mmmmmm mmmmmMm n n fi ϋ I p.