TW490872B - Method for charging a plurality of batteries - Google Patents

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A7 A7 經*濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) [發明所屬之技術領域] 。本發明係關於一種依序對複數個電池進行脈衝充電之 充電方法。利用本發明之方法充電之電池係内裝有單獨工 個至早獨4個之二次電池 '或内有單一或複數個電池之組 曰式電池（battery pack)。 [習知技術] 習知之使複數個電池充滿電之充電方法有同時對所有 電池進行充電之方法以及使所要充電之電池以依時間區分 方式切換而依序充滿電之方法兩種。同時對所有電池進行 充電之方法又有將複數個電池串聯充電之方法以及並聯充 電之方法。串聯之方法係對所有電池流入相同之充電電 流，因此開始進行充電時，如果電池的殘存容量有所不同， 便無法使所有的電池充滿電。因為殘存容量大的電池會過 度充電’殘存容量小的電池則無法充滿電。將複數個電池 並聯之方法則無法以理想的狀態均勻地對所有電池分配充 電電流以進行充電。例如電壓低的電池所流動之電流會比 電壓高的電池更大，而無法均勻地分配電流。因此，無法 以理想的狀態使所有電池充滿電。 由於可設置專用的充電電路，藉由以最適當的充電電 流對各個電池進行充電，故得以消除此一缺點。然而，利 用該方法進行充電之充電器的充電器成本將更為提高。因 為例如以理想之狀態對四個電池進行充電時，便需要四組 充電用電源。 將複數個電池並列連結於1組充電用電源之充電方 ^氏適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311894 --------訂—-------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490872 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（2 ) -- 法，理論上可將用以控制充電電流之電流控制電路串聯於 各個電池，藉以將充電電流分配成理想的狀態。然而，電 •控制電路係將其本身 < 内部冑阻調*以控制電池之充電 電抓，所以具有消耗電力的缺點，且不易實用化。電流控 制電路必須設計成可控制大電力的電路，因而零件成 咼。而且，電流控制電路會浪費電力，因此必須將充電用 電源之輸出電力設計得較大。此外，於電流控制電路的發 熱也很大，因而需要大的散熱風扇，這也將使零件成本提 該缺點可藉由對於複數個電池依序切換充電的方法而 得以消除。該充電方法係對於已經充滿電之電池逐一依序 切換以進行充電，因此具有可以丨組充電用電源控制成理 想的充電電流以使複數個電池充滿電之優點。 該充電方法記載於曰本特開平4_1〇5521號公報以及 特開平3-164034號公報中。記載於該等公報之充電方法係 最初僅對第1電池供給充電電流，使該電池充滿電。之後 當第1電池充滿電時，切斷第i電池之充電，並僅對第2 電池供給充電電流，而使該電池充滿電。如此依序切換為 第1、第2、第3…以使電池充滿電。 [發明所欲解決之課題] 對於複數個電池依序切換以充滿電之充電方法可縮小 充電電流，並依序使電池充滿電。然而，該充電方法為了 使所有電池充滿電，具有很耗時間的缺點。若為了縮短充 滿電時間而增大充電電流時，將使電池性能降低。因為電 (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） 2 311894 490872 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 五、發明說明（< 池之可在良好的狀態下進行充電的最大電流係有其限制 的。若以大電流快速充電，電池溫度將上升，或是會對電 池有不良影響以致降低電池之電氣性能。 如第1圖所示該缺點係可藉由對複數個電池進行充電 之時序以依時間區分方式進行切換，並依序地進行脈衝充 電之方法而得以解決。該圖顯示以第J電池'第2電池、 第3電池、第4電池的順序，將充電的順序以依時間區分 方式進行切換，並反覆進行脈衝充電之狀態。該圖又顯示 最初使第1電池充滿電，繼之使第3電池充滿電之狀態。 由於充滿電之電池將停止充電，因此會使充電中斷。 如第1圖所示，對複數個電池以依時間區分方式進行 脈衝充電的方法比起使所有電池充滿電後再切換充電的方 法可更為縮短充電時間。然而，在對已經充滿電之電池進 行，電之時序，會使充電暫時停止，因此無法在最理想的 狀悲下於短時間内使所有電池充滿電。 本發明係以解決該缺點為目的所開發者，本發明之重 要目的在於提供-種可於更短的時間内使複數個電池充滿 電之充電方法。 而且’本發明之其他重要目的在於提供一種不會降低 複數個電池之電池性能，而可快速地使所有電池充滿電之 複數個電池之充電方法。 再者，本發明之其他重要目的在於提供一種利用可廉 價製造之充電用電源’於短時間内使複數個電池充滿電之 複數個電池之充電方法

請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 ί裝 頁 I w I I 訂 線 A7 '--------B7__ ___ 五、發明說明（4 ) [解決課題之手段] 本發明之充電方法係將利用充電用電源充電的電池以 依時間區分方式進行切換，對複數個電池進行脈衝充電， 使之充滿電。此外，本發明之充電方法係於已經充滿電之 電池停止充電時，將次一個要充電之電池之充電時序提前 而開始進行充電。 本發明之充電方法最好係於切換進行脈衝充電之電池 時，在任一電池停止充電的瞬間，開始次一電池之充電， 以充電電流不致中斷之方式進行充電。該方法由於不會切 斷充私電々L，因此具有在切換所要充電之電池時可減少湧 入電流或雜訊之優點。 又本發明之充電方法最好係在充電完成的電池停止充 電的瞬間，開始對次一個要充電之電池進行充電，以充電 電流不致中斷之方式進行充電。 再者，本發明之充電方法係在依序對不同容量之複數 個二池進行脈衝充電時，可將小容量電池進行脈衝充電之 脈衝時間寬度縮短，使之比大容量電池進行脈衝充電之脈 衝時間寬度為短，而將小容量電池之平均充電電流控制成 較小。 [發明之實施形態] 以下根據圖面說明本發明之實施例。然而以下所示之 實施例係為使本發明之技術思想具體化的例示性電池充電 方法’同時本發明並不受下述電池之充電方法之限定者。 第2圖係本發明之充電方法所使用之充電器方塊 本紙張尺度適用中_家標準（CNS)A4規格⑵Q χ挪公爱） 丨裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I H ·1_1 —.1 <· Μ··· Μ··· ΜΜΙ MMV aw I . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 311894 490872 A7 B7 五、發明說明（

圖。該圖顯示將chl至ch4所構成的四個電池1安裝成可 自由裝卸使之充滿電之充電器。然而，本發明之充電方法 雖係對複數個電池進行脈衝充電之方法，但充電之電池數 目並不限定於四個；而且，也不限定於將電池安裝成可自 由裝卸以進行充電之方法；亦可將多數電池區分成複數組 通路’並依序地使所區分之各個通路之電池充滿電。 圖中所顯示之充電器具有：電源電路2、將電源電路2 連接於各個電池1之開關元件3、以及用以控制開關元件3 之充電控制電路4。此外，該圖之充電器係將用以檢測是 否安裝有chl至Ch4之電池1的充電開關5連接於充電控 制電路4。充電開關5係令所安裝的電池1切換至通/斷 (ΟΝ/OFF)，以檢測是否安裝有電池i。該充電器可利用充 電開關5檢測出安裝有電池1之ch以及未安裝有電池j 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 訂 a

經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 之ch ’並且不對未安裝有電池丨之進行充電，而係跳 過該ch以進行充電，因此在所有ch不安裝電池時，可於 更短的時間内使所有電池充滿電。 然而，充電器是否安裝有電池並不一定係由充電開關 檢測。因為也可以檢測充電電流以檢測出電池之安裝與未 安裝。檢測充電電流以檢測出電池之安裝的方法係於進行 最初之脈衝充電時，檢測充電電流，並將未有充電電流流 通的ch判定為未安裝有電池之ch，並跳過該ch以進行充 電。 電源電路2係輸出可對電池1進行充電之電壓及電 流。充電用電源最好係轉換電源。轉換電源具備有：對工⑽ 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 5 311894 490872 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 伏特之父流施行整流的整流電路、將整流電路輸出之直流 切換的交換電路、將該交換電路所交換的交流輸入於一次 側，並將所輸入之電壓降低至電池之充電電壓的變壓器、 對變壓器所輸出的交流進行整流以形成直流的二極體所構 成的整流電路、以及以整流電路之輪出電壓與控制電路之 信號控制交換電路所交換之負載“如灼的cv/cc控制電路 與絕緣用PC電路。電源電路並不一定必須為交換電源。 電源電路亦可對所輸入之交流的100伏特以變壓器降壓並 進行整流，且令整流過的直流穩定的電路。 開關元件3係FET或電晶體等之半導體開關元件。各 個開關元件3係串聯於各個電池丨，並將電池1連接於電 源電路2。經由導通之開關元件3而連接於電源電路2之 電池1將接受充電電流而獲得充電。連接於切斷之開關元 件3的電池1則因充電電流被切斷而無法獲得充電。複數 個開關元件3係以令其中任一個導通，其他則切斷 進行控制，以對電池1進行脈衝充電。 工 充電控制電路4係對連接於各個電池i之開關元件3 控制其通斷。充電控制電路4係將充電信號輪出至開關元 件3，亚對開關兀件3控制其通斷。充電控制電路4係用 以決定複數個電池1進行脈衝充電之順序及時序。” 第3圖顯示充電控制電路4對開關元件3控制其通 斷，並對各個電池1進行充電之充電電流。該圖之充電電 路係對CM至Ch4之電池依序進行脈衝充電。對複數個電 池進行充電之順序亦可對例如接近充滿電之電池先進行充 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 —訂---- 释 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Tl 1894 490872 A7 五、發明說明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電。該方法可將最先使電池充滿電之時間縮成最短。電池 是否接近充滿電係以開始進行充電時之電池電屢來判定 對各個電池進行脈衝充電之一個脈衝的時間寬度係由 輸入於開關元件之充電信號的脈衝寬度所決定。一個脈衝 的時間寬度係例如為一秒。然而本發明之充電方法並不限 定對電池進行脈衝充電之一個脈衝的時間寬度。一個脈衝 的時間寬度係例如設定為50毫秒至10秒，較佳為〇 j至 秒，更佳為0.2至3秒，最佳為0.3至2秒。 進行脈衝充電之一個脈衝的時間寬度（tn)與所要充電 之複數個電池之容量相同時，如第3圖所示，係對所有電 池以相同的一個脈衝的時間寬度（1卜丨2、1344)進行充電。 依序對不同容量的複數個電池進行充電時，係將小容量電 池進行脈衝充電之一個脈衝的時間寬度縮小成比大容量電 池進行脈衝充電之一個脈衝的時間寬度為短。該方法具有 φ可使小容量電池以及大容量電池均衡且快速地充滿電之優 點。因為將一個脈衝的時間寬度縮短而進行充電之小容量 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 電池的平均充電電源將變得比大容量電池之平均充電電流 小 〇 第4圖係顯示與大容量之chl、ch2之電池相較，小容 量之ch3 ' ch4之電池的一個脈衝的時間寬度予以縮短以進 行充電之充電電流。該圖係將對於ch3、ch4之電池進行充 電之一個脈衝的時間寬度（t3、t4)設定為ehl、eh2之電池 的一個脈衝的時間寬度（tl、t2)的大約1/2，並將平均充電 電流設為1/2。縮短小容量電池進行充電之一個脈衝的時 490872 A7 B7

五、發明說明（8 ) 間寬度（t3、t4)’且不切斷電流而進行充 交吾雪％ 4 > 士 t A >会’由於小 奋里電池進仃充電之時間短，因 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 池進行充電之週期可以縮短。此：二=於所有電 W々、八谷：S電池進行充 電之平均充電電流增加時，可於更短的時間内充滿電，且 大容量電池之平均充電電流係為—個脈衝的時間寬度/所 有電池進行充電之一個週期的時間（τ)。 對所有電池進行充電之-個週期的時間⑺係對各個 電池進行充電之一個脈衝的時間寬度的總和，亦即係 tl + t2 + t3 + t4。如第3圖所示，以同樣的時間寬度對所有電 池進行脈衝充電_，-個週期㈣間係一個脈衝之時間寬 度與所要充電之電池的個數之乘積。如第4圖所示，一個 脈衝的時間寬度不同時，一個週期的時間（τ)將比一個脈衝 之時間寬度X電池之個數為短。 本發明之充電方法係如第3圖及第4圖所示，於切換 脈衝充電之電池時，係在使先前正在充電的電池停止充 電’並開始次一電池之充電時，於使充電停止之瞬間開始 次一電池之充電，使充電電流不致中斷而可進行充電。該 充電方法係如第3圖及第4圖所示，不會使電源電路所輸 出之電流變化，而可對複數個電池進行充電。此外，第3 圖及第4圖所示之充電方法在使已經充滿電之電池停止充 電，並開始次一電池之充電時，也是不使充電電流中斷而 進行充電。 然而，本發明之充電方法亦可於切換所要充電之電、、也 時’設置使充電暫停的時間。暫停充電之時間係遠較_個 .紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311894 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 填 寫t i 訂 祖 等 490872 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（9 ) 脈衝的時間寬度為短。因為暫停時間越長，則使所有電池 充滿電之時間就越短。 本發明之充電方法係跳過已經充滿電之電池而開始次 一電池之充電。第3圖係當所有電池未充滿電時，以ehl ' ch2、ch3、Ch4的順序進行充電，而在ehl之電池充滿電 後’跳過該電池之充電，並以eh2、ch3、ch4的順序進行 充電，繼之在ch3之電池充滿電後，以ch2、Ch4的順序進 行充電，然後在ch2之電池充滿電後，只對eh4之電池持 續進行充電，至充滿電為止。 第4圖係所有電池未充滿電時，以chl、ch2、ch3、 ch4的順序進行充電，而在chl之電池充滿電後係以ch2、 ch3、ch4的順序進行充電，在ch3之電池充滿電後，以ch2、 ch4的順序進行充電，然後在ch4之電池充滿電後，只對 ch2之電池持續進行充電，至充滿電為止。 充電控制電路4係檢測出電池1之充滿電，使連接於 已經充滿電之電池的開關元件不切換至導通，而使連接於 -人所要充電之電池的開關元件導通。充電控制電路4係 以依電池1之形式而用不同的方法檢測電池1之充滿電。 所要充電之電池為鎳-鑛電池或鎳-氫電池時，係檢測電池 電壓是否達到峰值電壓，或檢測是否由峰值電壓下降八 V ’以檢測出充滿電。電池為鋰離子二次電池時，則係檢 測電池電壓是否達到設定電壓以檢測是否充滿電。 充電控制電路4係使連接於已經充滿電之電池的開關 元件保持切斷，並於導通該開關元件之時刻，將連接於次 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐_)' 9 3TT894--- -ϋ —ϋ ϋ ϋ ·ϋ ϋ 1·^ n ·ϋ -1 n I · n ϋ n n I n. 訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 i、發明說明（1G) 一電池之開關元件控制成導通，同時逐一對尚未充滿電之 電池進行充電。當所有的電池充滿電時，乃令所有開關元 件保持切斷狀態，並結束充電。當所有電池充滿電後，亦 可以微小電流對所有電池進行涓流充電（trickle charge)。 涓流充電與快速充電相較，係以極小的充電電流進行脈衝 充電’或將所有電池並聯以進行定電壓定電流充電。 [發明之效果] 本發明之充電方法具有不使電池性能降低，而可於更 短的時間内使複數個電池充滿電之優點。因為本發明之充 電方法係使複數個電池以依時間區分方式切換以進行脈衝 充電，當已經充滿電之電池停止充電時，將次一所要充電 之電池的充電時序提前開始充電。該充電方法在已經充滿 電之電池進行充電之時序中，並不會使充電暫時停止，而 係跳過該電池以對次一電池進行充電，因此可極有效率且 快速地使複數個電池充滿電。而且，本發明之充電方法可 使複數個電池以可廉價製造的充電用電源理想地充滿電， 因此具有可降低充電器成本的優點。 此外，本發明之充電方法係於進行脈衝充電之電池切 換時，在任一電池停止充電的瞬間開始次一電池之充電， 藉此可使充電電流不致中斷。該充電方法由於充電電流不 會被切斷，因此所要充電之電池切換時，具有可減少發生 渴入電流及雜訊之優點。 再者’本發明之充電方法在對不同容量的複數個電池 進行充電時，將小容量電池進行脈衝充電之脈衝的時間寬 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- 訂---------0, 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 311894 A7 A7 五、發明說明（U ) 度縮小比大容量電 短，因此具有可於 電之優點。這是因 充電時之脈衝時間 提高充電電源之利 [圖面之簡單說明] .第1圖係習知 第2圖係本發 使用之充電器的方 第3圖係本發 時序圖。 第4圖係本發 法的時序圖。 [符號說明] ^ 1 電池 3 開關元件 5 充電開關 2 4 B7 ί也進行脈衝充電之脈衝的時間寬度為 短時間内對所有電池理想地進行脈衝充 為該充電方法係以電池之容量改變脈衝 寬度’而改變充電之負載（duty)，藉以 用效率’而不會使總電源電流變化。 之複數個電池之充電方法的時序圖。 明之實施例的複數個電池之充電方法所 塊圖。 明之實施例的複數個電池之充電方法的 明之其他實施例的複數個電池之充電方 電源電路 充電控制電路 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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Claims (1)

1. 490872

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申睛專利範圍 i一種複數個電池之充電方法，係將以充電用電源充電之 電池以依時間區分方式進行切換，而對複數個電池進行 脈衝充電，使之充滿電者， 其特徵在於：當已經充滿電之電池停止充電時，將 人所要充電之電池的充電時序提前而開始充電。 2·如申請專利範圍第1項之複數個電池之充電方法，其 中，於切換脈衝充電之電池時，係在任一電池停止充'電 的瞬間，開始次一電池之充電，以充電電流不致中斷之 方式進行充電者。 3·如申請專利範圍第2項之複數個電池之充電方法，盆 中，係在已經充滿電之電池停止充電的瞬間，開始次一 所要充電之電池的充電，以充電電流不致中斷之方式進 行充電。 4.如申請專利範圍第1項之複數個電池之充電方法，其 中，係依序對不同容量的複數個電池進行脈衝充電同 時將小容量電池進行脈衝充電之一個脈衝的時間寬度 縮小至比大容量電池進行脈衝充電之一個脈衝的時= 寬度為短。 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱〉 311894 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝 訂----— ΙΓ