TW507412B

TW507412B - Apparatus and method for charging a battery

Info

Publication number: TW507412B
Application number: TW086103751A
Authority: TW
Inventors: Naoki Nagano; Norio Koyama
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2002-10-21
Also published as: MY116106A; SG72733A1; EP2256897A1; ID16803A; EP2256898B1; EP2256898A1; EP0800253A3; ATE557459T1; EP2256897B1; EP0800253A2; CN1079605C; JP3508384B2; EP0800253B1; JPH09285026A; KR970072584A; EP1294072A2; CN1163500A; US5905362A; US5872444A; EP1294072A3

Description

507412 A7 ___B7__ 五、發明説明（1 ) 發明背景本發明係關於一電池組*其使用當成視頻照相機，行動電話或個人電腦之電源，用以對電池組充電之電池充電裝置，和電池組充電方法。迄今，已知之電池組乃由例如鋰離子電池，鎳鉻電池，鎳氫電池等之蓄電池所構成。這些已知的電池組安裝有，例如，用以計算剩餘電容和進行與使用電池組當成電源之電子裝置連接之微電腦；週邊裝置；和偵測電路用以偵測電池胞之狀況（其需要用於微電腦之計算剩餘電容。 . 在習知之由鋰離子構成之電池組之電池充電裝置中，已使用一固定電壓充電系統*其中當電池充電時，連續的應用預定固定電壓 '此外，相關的電池組通常在每個電池胞上之充電電壓並不相同（亦即，可應用至欲充電之電池組之最大充電電壓，以下視爲~最大充電電壓'），其決定於使用右相關電池胞中之電極種類•因此*許多習知的電池充電裝置只可使用於對有限種類之相容電池組充電。經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 但是，由成本的觀點而言，準備許多電池充電裝置以和各種型式之電池組相容是相當不便的。因此，最近推出之許多電池充電裝置必需具有之功能爲可對具有不同最大充電電壓之各種型式之電池組充電。但是*由安全的觀點而言，可對多種電池組充電之電池充電裝置乃設計成在所有相容電池組中，可在用以對具有最低最大充電電壓之電池組充電之情況下操作。相似的本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 507412 A7 _B7_ 五、發明説明（2 ) ，電池充電裝置設計成可提供和在所有相容電池組中和最低最大充電電流相同之充電電流（其意即可流經電池組之最大充電電流，以下視爲"最大充電電流# )。因此，在習知之電池充電裝置中，相當難以相等的供應最佳充電能量至所有欲供應之相當電池組；因此會造成之不便爲無法達成1 0 0%之充電或需要花費相當長的時間以達成100%充電。發明概要本發明之達成乃有鑒於上述之問題，因此，本發明之目的乃在提供一種電池充電裝置，其可供應最佳充電能量至所有欲供應之多數電池組，和電池組充電方法，以及可由該電池充電裝置和方法充電之電池組· 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 依照本發明之電池充電裝置和方法爲用以對電池組充電之裝置和方法，其可儲存至少表示最大充電電流之資訊和表示最大充電電壓之資訊且可連接該資訊。依照本發明，藉由從電池組中接收表示最大充電電流之資訊和表示最大充電電壓之資訊，在充電時偵測電池組之電流電壓，根據所偵測之電流電壓改變介於固定電流充電和固定電壓充電間之電池組之充電狀況，和控制電池組之充電，以使不超過最大充電電流和最大充電電壓，即可解決上述之問題〇此外，依照本發明之電池組包含一電池胞，用以儲存表示電池胞之最大充電電流之資訊和表示電池胞之最大充本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 507412 A7 __B7_ 五、發明説明（3 ) 電電壓之資訊之記憶機構，和連接機構用以傳送表示最大充電電流之資訊和表#最大充電電壓之資訊，藉此可克服前述之問題。亦即，依照本發明，藉由儲存在電池組上之表示最大充電電流之資訊和表示最大充電電壓之資訊，當電池組充電時，根據電池組之電流電壓改變介於固定電流充電和固定電壓充電間之電池組之充電狀況，和進一步控制電池組之充電以使不超過最大充電電流和最大充電電壓，即可相等的供應最佳充電能量至所有只有不同最大充電電流和最大充電電壓之多數電池組· 較佳實施例之說明以下參考圖式說明本發明之較佳實施例。參考圖1 *其中概略的顯示包括電池充電裝置1 〇〇和電池組1之系統。經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在圖1中，電池充電裝置10 0包括用以執行和上述電池組1之資料連接之連接電路1 0 2，例如發光二極體之發光元件103，可變電壓源104，可變電流源 1 0 5，用以在來自前述可變電壓源1 0 4之輸出電壓和來自該可變電流源1 0 5之输出電流間切換之轉換開關 1 0 6，和微電腦1 0 1。微電腦1 0 1可控制該發光二極體1 0 3之啓動和關閉，該轉換開關1 0 6之切換，來自該可變電壓源1 0 4之輸出電壓值和來自該可變電流源 105之輸出電流值。 $纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）一 507412 A7 _*__B7_ 五、發明説明（4 ) 再者，電池組1包括一電池胞2 0，其由例如鋰離子電池所構成；一非依電記憶17用以儲存至少表示該電池胞2 0之最大充電電流之資料和表示電池胞2 0之最大充電電壓之資訊；連接電路3 0用以執行和電池充電裝置 1 0 0之資料連接；和一微電腦1 0。微電腦1 0讀出同時儲存在非依電記億17中之表示最大充電電流之資訊和表示最大充電電壓之資訊*並經由該連接電路3 0傳送該資訊至電池充電裝置1 0 0。此外，微電腦1 0不只可利用下述之方式在充電時辨別電池胞2 0之各種狀況，如電壓，電流等，且亦可傳送由此辨認所得之資訊至電池充電裝置1 0 0。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 電池組1之正端TM+耦合電池充電裝置1 〇〇之正端TM1+。而電池码1之負端TM-耦合電池充電裝置 1 00之負端ΤΜ^。電池組1由電池充電裝置1 〇〇經由正端和負端充電。再者*電池組1之控制端TMC耦合電池充電裝置1 0 0之控制端TM1C，因此，表示最大充電電流之資訊，表示最大充電電壓之資訊，在充電時用於電池胞2 0之電流或電壓之資訊，或其它資訊可受到連接，亦即接收和傳送在電池組1和電池充電裝置1 0 0之間〇在此例中，關於電池組1，可使用多數之電池組，該多數之電池組根據使用在相關電池胞2 0之電極種類而在每個電池組之充電電壓（最大可應用充電電壓）和在每一電池組之充電電流（最大可流動充電電流）上互相不同。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~： — 507412 A7 ___B7__ 五、發明説明（5 ) 在下述之說明中*使用具有每一電池組之最大充電電壓爲 4. 2V和每一電池組迗最大充電電流爲4A之電池組和具有每一電池組之最大充電電壓爲4.IV和每一電池組之最大充電電流爲2 A之另一電池組當成電池組之例。因此，由於存在多種電池組1，需要至少表示最大充電電流之資訊和表示最大充電電壓之資訊儲存在每個電池組1之該非依電記憶1 7中•在此例中，表示最大充電電流之資訊以8位元構成，其中每一位元相當於0. 1A，

和表示最大充電電壓之資訊以1 6位元構成，其中每一位元相當於0. 01V。附帶的，一位元指定爲〇. 01V 之理由爲在介於相關電池組間之每一電池胞之最大充電電壓之差異如同介於4. 2V和4.IV間之小，且特別是在鋰離子電池之例+，由安全的觀點而言，重要的是在充電時*不能超過最大充電電壓。以下參考圖2所示之流程圖說明充電操作*其中電池組1由電池充電裝置100所充電。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 首先，在步驟ST1中，電池充電裝置1 0 0之微電腦101需要電池組1之微電腦10傳送同時儲存在非依電記憶17中之表示最大充電電壓之資訊和表示最大充電電流之資訊。當接收到根據此需求而由電池組1傳送而來之資訊時，電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1可辨別在充電時可允許流經電池胞2 0之最大充電電流和在充電時可允許應用至電池胞2 0之最大充電電壓。此外，當充電操作開始時，電池組1之微電腦1 0辨識電池胞2 0之現 $纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~~ -8 - 507412 A7 __B7___ 五、發明説明（6 ) 在充電電壓（c CV)之值和現在流動電流之值，並傳送表示電池胞2 0之現在充電電壓^和現在流動電流之資訊之電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1，藉以使電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1辨識這些電壓和電流值。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其次，在步驟ST2中，電池充電裝置1 0 0之微電腦101根據表示電池組1之最大充電電壓之資訊而決定電池組2 0之飽和充電電壓*並計算相當於飽和充電電壓之9 0%之電壓值。再者，微電腦1 0 1比較由電池組1. 傳送而來之電池胞2 0之現在充電電壓和相當於飽和充電電壓之9 0%之所計算電壓值。當辨識.現在充電電壓小於 9 0%之飽和充電電壓時，充電程式進行至步驟ST3，其中電池組1之充電在固定電流充電之狀況下執行。另一方面，當辨識現在充.電電壓大於9 0 %之飽和充電電壓時，充電程式進行至步驟ST7，其中電池組1在固定電壓充電之狀況下充電。更特別而言*當在步驟S T 3中執行固定電流充電時*電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1轉換轉換開關1 〇 6以建立起介於電池組1和可變電流源 1 0 5間之連接，並設定由可變電流源1 0 5而輸出之電流爲相當於前述最大充電電流之值*藉以使電池組1在由可變電流源供應而來之電流之設定值下充電。但是，此時，值得注意的是，電池組1之充電電壓不能超過最大充電電壓。另一方面，當固定電壓充電在步驟S T 7中執行時，電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1轉換轉換開關 1 0 6以建立介於電池組1和可變電壓源1 0 4間之連接 ^纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐）經濟部中央標準局員工消費合作社印製 507412 A7 B7 五、發明説明（7 ) ，和設定由可變電壓源1 0 4輸出之電壓爲相當於前述最大充電電壓之值，藉以使電池組1在以由<可變電壓源所供應之電壓之設定值上充電。但是，此時，必需注意的是，流經電池組1之充電電流不能超過最大充電電流。當固定電流充電在步驟ST3執行時，微電腦1 Ο 1 比較電池組1之最大充電電流和電池胞2 0之現在流動電流，如步驟S T 4所示。當辨識現在流動電流小於最大充電電流時，程式進行到步驟S T 5，其中供應至電池組1 之電流增加。另一方面，當辨識現在流動電流大於最大充電電流時，程式進行至步驟ST6，其中供應至電池組1 之電流減少。更特別而言，當在步驟S T 5中供應至電池組1之電流增加時，電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1 控制可變電流源1 (^5，以增加由此输出之電流值。另一方面，當在步驟ST6中供應至電池組1之電流減小時* 電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1控制可變電流源 10 5以降低由此輸出之電流值。在完全步驟ST5或ST6之控制後，用於電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1之程式轉回步驟ST2之決定塊。另一方面，如果在步驟ST2中決定電池組1之現在充電電壓超過9 0%之飽和充電電壓而使在步驟ST7中執行固定電壓充電時，電池充電裝置1 0 0之微電腦 101比較電池組1之最大充電電壓之值和由電池組1傳送而來之電池胞20之現在充電電壓之值，如步驟S T 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 i -10 - 507412 A7 B7 五、發明説明（8 ) 所示。如果在步驟S T 8中判定現在充電電壓小於最大充電電壓時，應用至電池組1 &電壓需由電池充電裝置 1 0 0之微電腦1 0 1所增加，如步驟s T 9所示。另一方面，如果在步驟ST8中判定，現在充電電壓之值大於最大充電電壓時，應用至電池組1之電壓乃由電池充電裝置100之微電腦101所降低，如步驟ST1〇所示。更特別而言，當應用至電池組1之電壓欲在步驟S T 9中增加時，電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1可控制可變電壓源104，以增加由此輸出之電壓值。另一方面，當應用至電池組1之電壓欲在步驟ST 1.0中降低時，電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1控制可變電壓源1 0 4 * 以降低由此輸出之電壓值。在步驟ST9或.ST 1 0之控制完成後，用於電池充電裝置10 0之微電腦10 1之程式轉回至固定電壓充電之執行塊，如步驟ST7所示。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此時，當在步驟S T 2中判定現在充電電壓小於9 0 %飽和充電電壓且因此電池組1在固定電流充電之狀況下充電，如步驟S T 3和後續之步驟所示時，電池充電裝置 1 0 0之微電腦1 0 1控制如圖1所示之發光二極體 103，以保持二極體啓動。另一方面，當在步驟ST2 中判定現在充電電壓大於9 0 %之飽和充電電壓且電池組 1在固定電壓充電之狀況下充電，如步驟ST7和後續之步驟所示時，電池充電裝置1 0 0之微電腦1 〇 1控制如圖1所示之發光二極體，以保持二極體關閉•當然，發光本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 507412 A7 B7 五、發明説明（9 ) 二極體1 0 3之開和關狀況亦可反向的設定•藉由提供發光二極體，使用者可辨認#池組1充電是否達9 0%或更高之飽和充電電壓之狀況。電池充電裝置1 0 0之微電腦1 0 1只有在安裝有電池組1之期間執行充電操作，而當電池組1折離時，即中止充電操作。電池組1之安裝和折離之偵測可藉由提供感應器以偵測在電池充電裝置1 0 0上之安裝和折離和連續的監視感應器之輸出而達成•替代的*電池組1之安裝和折離之偵測亦可藉由偵測介於電池組1和微電腦10間之連接中斷而判定。 . 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如上所述，在依照本發明之電池充電裝置1 0 0中* 儲存在電池組1之非依電記億17中之指示前述最大充電電流之資訊和指示前^述最大充電電壓之資訊乃讀出，且電池組1之現在流動電流亦連績的監視。再者，如圖3所示，電池組1在充電操作之最初級在固定電流充電之狀況下充電。在電池組1之現在充電電壓到達預定電壓之後（相當於90%之飽和充電電壓，如圖3之點P所示），此狀況由固定電流充電改變成使用最大充電電壓之固定電壓充電。藉由依照本發明之電池充電裝置1 0 0之此種安排，可供應最佳的充電能量至所有的電池組*以使它們可充電達1 0 0%，並降低用以達到電池組之1 0 0%充電狀況所需之時間。一般而言，在兩種電池組中*其一具有每一電池胞4. 2V之最大充電電壓和2A之最大充電電流，而另一具有每一電池胞4.IV之最大充電電壓和4A之本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12 - 507412 A7 B7 _ 五、發明説明（10 ) 最大充電電流，乃充電如上所述*具有4 A之最大充電電流之電池組需要兩倍用於具有2 Ai最大充電電流之另一電池組之充電電流。因此，具有4 A之最大充電電流之前者電池組需要之充電時間爲具有2 A之最大充電電流之後者電池組之兩倍•但是，依照本發明之電池充電裝置 1 0 0，具有4 A之最大充電電流之電池組可供應大量的電流，在充電操作之初始級中，因此可降低所需之充電時間。再者，即使電池組具有互相不同的最大充電電壓（亦即*一爲4.IV和另一爲4. 2V) *由於每個電池組之充電狀況在現在充電電壓達到飽和充.電電壓之9 0 %或更多下轉換爲固定電壓充電，根據最大充電電壓，電池組可充電達100%。經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在前述之實施例^中，電池組1之非依電記憶1 7只可儲存表示最大充電電壓之資訊和表示最大充電電流之資訊。除了前述之資訊外，非依電記億1 7可依需要的儲存指示電池胞2 0之連接狀況之資訊，如，串接之數目，或並接數目之資訊。例如，如果指示串接數目之資訊儲存在非依電記億1 7中*依照本發明之電池充電裝置1 0 0亦可使用以對串接數目互相不同之電池胞之名種電池組1以最佳方式充電。其次，參考圖4說明依照本發明之電池組1之特殊構造。在圖4之電池組中，電池胞2 0之正電極耦合至電池組1之正端TM+和電池胞20之負電極得由電流/電壓本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ -13 - 507412 A7 ___B7__ 五、發明説明（11 ) 偵測電阻R 7耦合至電池組1之負端TM-。在電池組1中之微電腦1 0乃耦合用於微電腦且包括 s 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 串列調整器，重設電路等之電源1 6，且由從電源1 6所供應之電力所操作。微電腦1 0之充電電流偵測輸入端 D I 1乃耦合至運算放大器1 3之輸出端，以偵測充電電流。放電電流偵測輸入端DI2耦合至運算放大器13之輸出端，以用於偵測放電電流。此外，微電腦1 0之中斷輸入端乃耦合至NAND閘1 5之輸出端，而NAND閘 15之兩輸入端耦合至運算放大器13和14之輸出端。 NAND閘1 5之輸出端亦經由一升歷.電阻R8而耦合至用於微電腦之電源1 6。此外，微電腦10之溫度偵測輸入端乃耦合至用以偵測電池胞2 0之週遭溫度之溫度感應器1 9之輸出端。微.電腦1 0之電壓偵測輸入端乃耦合至用以偵測電池胞2 0之端電壓之電壓偵測電路1 8之輸出端。微電腦1 0之資料輸入端耦合至前述非依電記億1 7 之輸出端。微電腦1 0之接地端GND耦合電池胞2 0之負電極。微電腦10之連接輸入和輸出端（SIΝ和 SOUT端）分別耦合緩衝放大器1 1和1 2，其構成該連接電路3 0之一部份。附帶的，該充電電流輸入端 D I 1，放電電流輸入端D 12，溫度偵測輸入端，電壓偵測輸入端等爲類比輸入端，且因此，它們皆以A/D輸入埠構成。因此，微電腦1 〇安裝一 A/D轉換器以轉換類比輸入成爲數位資料。運算放大器13之非反向输入端經由一電阻R3耦合本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -14 - 507412 A7 B7_ 五、發明説明（12 ) 至電池胞2 0之負電極。運算放大器1 3之反向輸入端耦合至用以設定放大因數之負回饋 <阻R 2和電阻R 1。因此，來自運算放大器1 3之輸出端之電壓等於將流經電池組1之電流值（在充電時流動之電流）乘以電阻R 2之電阻值對電阻R1之電阻值之比例（R2/R1 )而放大之電壓值。另一方面，運算放大器1 4之非反向輸入端經由電阻R 6和當成偵測電流和電壓之電阻R 7而耦合至電池胞2 0之負電極•運算放大器1 4之反向輸入端耦合至負饋回電阻R5和電阻R4。因此，來自運算放大器1 4之輸出端之電壓等於將流經電池組1之電流值（放電時之電流）乘以電阻R 5之電阻值的電阻R4之電阻值之比例（ R5/R4)而放大之電壓值。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 再者，電晶體吗關T r 1由例如場效電晶體所構成* 該場效電晶體之閘極耦合至微電腦10之開關控制輸出端 SW1 ，且該電阻R1連接於汲極和源極間。因此，當來自微電腦1 0之開關控制輸出端SW1之訊號位準爲髙（ Η )時，場效電晶體T r 1啓動，因此，電阻R 1之值變成大約爲零（亦即，只有場效電晶體T r 1之內部電阻），且運算放大器1 3之放大因數（放大增益），其放大因數依照電阻R2之值的電阻R1之值之比例（R2/R1 )而定，乃變大。另一方面，當來自微電腦1 0之開關控制輸出端SW1之訊號位準爲低（L )時，電晶體開關 T r 1關閉，因此運算放大器1 3之放大因數（放大增益小於依照電阻R2的電阻R1之比例（R2/R1 )而定本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -15 - 507412 A7 _____B7____ 五、發明説明（13 ) 之放大因數’亦即，在電晶體開關T r 1啓動時而得之放大因數•相似的，電晶體開關T r 2由例如ί場效電晶體所構成’該場效電晶體之閘極耦合至微電腦1〇之開關控制輸出端SW2，且該電阻R4連接於汲極和源極間。因此 ’當來自微電腦1 〇之開關控制輸出端SW2之訊號位準爲高（Η)時，電晶體Tr 1啓動，因此，電阻R4之值變成大約爲零（亦即，只有場效電晶體T r 2之內部電阻 )’且運算放大器13之放大因數（放大增益），乃變大。另一方面，當來自微電腦1 〇之開關控制輸出端SW2 之訊號位準爲低（L )時，電晶體開關.T r 2關閉，因此運算放大器14之放大因數（放大增益變小）。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在此例中，在正常操作模式下（在運轉下），微電腦 1 0連續的監視該充電電流偵測輸入端D I 1和充電電流偵測輸入端D I 2之訊號位準。如果這些位準到達或超過預定值時，來自該開關控制輸出端SW1和SW2之訊號位準皆設爲低（L)位準，因此，電晶體開關T r 1和 T r 2皆關閉，且運算放大器1 3和1 4之放大增益變小。因此，藉由使用來自具有低放大增益之運算放大器1 3 和1 4之輸出值，微電腦1 〇可量測在電池組1中流動之電流值（在充電或放電時流動之電流）。因此，微電腦 1 0可辨別在充電或放電時流動之電流值，因此，可計算充電或放電電流之整合值· 另一方面，在正常操作模式中（在運行時）*當在電池組1內流動之充電和放電電流減少至不超過預定值之極本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16 - 507412 A7 B7 五、發明説明（14 ) 小值時，來自運算放大器1 3和1 4之输出值（其放大增益皆變小）亦變小+亦即，該充電電流偵測輸入端D I 1 \ 和放電電流偵測輸；C端D I 2之位準亦變小•此時，在微電腦1 0中，端D I 1和D I 2之位準降低至低於預定位準。如果此種狀況持續一段預定時間，微電腦1 0判定電路在非負載狀況，因此，操作模式乃轉換成省電模式（睡眠模式）。在省電模式時*電路以低於該正常操作模式之電源耗損下操作，因此，可形成省電操作◊ 當微電腦10在省電模式下操作（睡眠模式），來自該開關控制輸出端SW 1和SW2之訊號位準皆爲髙位準。如此使得電晶體開關T r 1和Τ Γ 2啓動，因此，運算放大器1 3和1 4之放大增益變大。因此，當電路在省電模式（睡眠模式）中.操作時，藉由使用放大增益變小之運算放大器1 3和1 4之輸出值，微電腦1 0可量測在電池組1中流動之極小電流（在充電或放電時流動之極小電流 )· 在此例中，在省電操作模式下，當充電或放電電流到達或超過該預定值時，運算放大器13和14之輸出值皆變大。亦即，該NAND閘1 5之兩輸入端之位準皆爲高位準。因此，NAND閘1 5之輸出變成低位準。因此，當耦合至中斷輸入端之NAND閘15之輸出位準變成低位準時*微電腦1 0取銷該省電操作模式，因此，電路之操作模式可由省電操作模式轉換成一般操作模式。如上所述，在圖4所示之電路構造中，由於電路在省本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、^Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 507412 A7 _B7_ 五、發明説明（15 ) 電模式中以比一般操作模式更少的耗損電源操作，因此可達成相當的省電。此外，在圖4所示之電路構造中，藉由開關控制輸出SW1和SW2，微電腦10可執行電晶體開關T r 1和T r 2之開/關控制*因此，可轉換運算放大器13和14之放大增益·此種構造可偵測在省電操作模式中之極小電流，且亦可量測在一般操作模式中之電流值。電壓偵測電路18爲由電阻R9和R10所構成之分壓電阻。藉由使用分壓電阻，可偵測電池胞2 0之滿電壓。由電壓偵測電路18所偵測之電壓值乃供應至微電腦 1 0之該電壓偵測輸入端。因此，根據由電壓偵測電路 10所供應而來且由微電腦10之電壓偵測輸入端接收之偵測電壓值，可辨琴電池胞2 0之端電壓· 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，溫度感應器1 9由用以偵測溫度之熱敏電阻所構成*且位在極接近電池胞2 0之處。由溫度感應器1 8 所偵測之溫度值乃供應至微電腦10之溫度偵測輸入端。因此，根據供應至溫度偵測輸入端之所偵測溫度值*微電腦10可辨認電池胞20之溫度。再者，該非依電記憶1 7由E E P — ROM構成，且除了可儲存表示最大充電電壓或最大充電電流之資訊和表示連接狀況之資訊外，亦可儲存表示電池胞2 0之容許最大充電和放電循環之數目之資料（循環資料）。如果指示電池胞2 0之最大可容許充電和放電循環之數目之資料儲存在非依電記億1 7中，微電腦1 0可傳送表示到達最大本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -18 - 507412 A7 _ B7 五、發明説明（16 ) 容許充電和放電循環之旗標至電子設備，而電池組1安裝在該電子設備上，藉由從非依電.記億1 7中讀出指示最大容許充電和放電循環之數目之資料，且同時量測電池胞 2 0之電流充電和放電循環。因此，當由電池組1傳送之旗標由電子設備所接收時，可提供可引起使用者注意需要更換電池組之指示，或電池組之殘餘電容之指示等。其次，以下說明由該微電腦1 0所操作之殘餘電池電容之計算，亦即，根據該運算放大器1 3和1 4之輸出值之充電和放電電流之整合操作。附帶的，在這些操作中，運算放大器13和14使用當成右電流偵測電路中之充電電流偵測放大器或放電電流偵測放大器。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 電流偵測電路偵測流經電阻R 7之充電或放電電流i (mA)並以包括電流/電壓轉換之增益之給定增益G ( V/mA)而放大所偵測電流，以輸出一電壓e = i G ( V) *而後其供應至充電電流偵測輸入端D I 1和放電電流偵測輸入端D I 2 *當成微電腦1 0之A/D埠。在微電腦1 0之A/D轉換機構（A/D轉換器）中，輸入電壓E (v)以給定量化寬度或步階q (VLSB)而量化，以轉換類比資料爲數位值X=e/Q(=iG/Q)。根據數位值X，微電腦10執行每個預定操作期間T ( η =小時）之計算。假設電流i在操作期間Τ連續的流動*則增加或減少之ΔΥ可由下式得之△Y=iT=(xQ/G) (mAh )。藉由使用由該A/D轉換而得之數位資料X，增加或本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19 - 507412 A7 _B7 _ 五、發明説明（17 ) 減少ΔΥ可以下式表示。 >

Δ Y = ( q T / G ) X 當在上式中相關的值d，T和G受調整以使乘積係數〇1丁/0爲2"時，上式可重寫爲八丫=(210又。結果，藉由位元移位可迅速的計算該值· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此時，電流i之正（+ )值相當於充電操作，而電流 i之負值（-）相當於放電操作。在前述圖4之實施例中，在流經電阻R 7之充電和放電電流間.，充電電流以運算放大器1 3所偵測，而放電電流由運算放大器14所偵測。相關偵測之充電和充電電流乃輸出當成正電壓並供應至充電電流偵測輸入A I 1和放電電流偵測輸入端D I 2。因此，假設電壓e 1由運算放大器1 3根據所偵測之充電電流i而供應至微電腦1 0之充電電流偵測輸入端D I 1 ，和電壓e A/D轉換器而在微電腦1 〇中受到類比數位轉換以獲得數位值Xi，和電壓62由運算放大器1 4 根據所偵測之充電電流i 2而供應至微電腦1 0之充電電流偵測輸入端D I 2，和電壓e2受到在微電腦1 0內之 A/D轉換器之類比數位轉換以獲得數位值X2,每個操作期間T之殘餘電池電容Y (mAh)之增加或減少ΔΥ (mAh)乃如下式所示：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20 507412 A7 B7 五、發明説明（18 )

△ Y=(ii-i2)xT

= (ei-e2)xT/G =(X1~X2) XqT/G 如果乘積係數設定爲Q T/G = 2n，則上式可寫成 Δ Y = ( X i- X 2) x 2 η 結果，該值可藉由位元位移而迅速的計算。圖5爲藉由該充電和放電電流值之·整合操作，用以計算殘餘電池電容之微電腦10之計算操作之流程圖。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在圖5中，在步驟ST4 1 *殘餘電池電容資料Υ〔 mAh〕設定當成初.始殘餘電容Y〇〔 mAh〕·此步驟以Y — Y。表示。在次一步驟S T4 2中，增加或減少 △ Y，亦即，（Xx—XdxS11，乃加至剛好在初始步驟之前獲得之殘餘電池資料Y〔mAh〕中，如此所獲得之增加值乃當成新的殘餘電池電容資料Y〔mAh〕而儲存在微電腦1 0之內部記億（未顯示）中。此步驟表示成 Y —〔Y + (Xi-X2) X2n〕。在次一步驟 ST43 中，在等待相當於該操作期間之一預定期間之時間T後* 計算流程轉回至步驟ST4 1。在此例中，當包括在電流偵測電路中電流/電壓轉換之增益〔V/mA〕，在微電腦10中在類比至數位轉換下之量化步驟q〔V/LSB〕，和用以以微電腦10而本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -21 - 507412 A7 -B7 五、發明説明（19 ) 整合操作充電和放電電流流值之期間乃受選擇以使介於其 •間之關係表示成q T/G = 2n，因此整合電流值或殘餘電池電容值可藉由位沅位將而得且無需乘上該係數。 •a 構成電流偵測電路之運算放大器13之放大增益由上述之比例R 2/R 1而定，而運算放大器1 4之放大增益由比例R 5/R 4所決定。再者，電流/電壓轉換比例由電阻R 7所決定。用以偵測充電電流之運算放大器1 3之放大增益和用於偵測放電電流之運算放大器14之放大增益可相同或不同。微電腦1 0之類比數位轉換之量化步驟 q以I C在許多例中固定。此外，操作期間T亦可依照所使用之軟體而變化。更特別而言，假設已建立Q/G=2k(mA/ 1^88〕和丁〔11}，1/2"1〔11〕（其中 k 和 m 表示整數）之關係時，每個操作期間T之增加和減少ΔΥ以下或表示：經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ΔΥ = (Χ1-Χ2) XqT/G =(X 1 - X 2 ) x 2 k-m 因此，每個操作期間T之殘餘電池電容Y(mAh) 可更新爲下式： CY + (Xi-X2) x2k~m] 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 507412 A7 B7 五、發明説明（20 ) 結果*整合電流值可只藉由增加和減少，和藉由（k 一m)位元移位操作而得。特別的，在圓6中，其中顯示設定該電流偵測電路之增益G以建立例如q/G= 1之關係。雖然量化步驟q在許多例中固定，Q值亦可改變以獲得q/G=1之關係。此時，如果初始電容設定爲8mAh，如圖6 (A)所示時，殘餘電池電容Y以0· 8H表示（其中Η爲十六進位數，亦即，較低四位元爲"1000# )。在初始電容爲 0 8 Η之例中，當每小時1 mA之充電進行一小時時，相當於充電電流偵測輸入端D I 1和放電·電流偵測輸入端 D I 2之輸入值之A/D轉換資料乃以〇 1H表示。藉由增加此值至初始電容，可得9mAh之新的殘餘電池電容資料Y。因此，殘餘.電池電容資料Y以〇 9 Η表示（亦即，低四位元爲％1011’），如圖6(Β)所示。接著，當每小時2m Α之充電在具有1小時〇 9 Η殘餘電池電容之電池上進行時，新的殘餘電池電容資料Υ加至1 1 mAh，因此其可表示成ΟΒΗ (亦即，下四位元爲， 1011")，如圖6(C)所示。由上述之討論可知，如果該電流偵測電路8 0之增益G設定以建立起q/G = 1 CmAh/LSB〕之關係時，可獲得整合電流值，而無需係數之乘積。相似的，在圖7 (A)至7 (C)中，在該增益設定爲 q/G = 8=(23) 〔mAh/LSB〕下，當初始電容爲（mAh，如圖7 (A)所示時，殘餘電池電容γ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -23 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 507412 A7 ____ B7_ 五、發明説明（21 ) 以0 1 Η表示（其中Η爲十六進位數，亦即，低四位元爲 %0001# )。在初始電容01Η之例中，當每小時8 mA之充電進行1小時時，相當於充電電流偵測輸入端 D I 1和放電電流偵測輸入端D I 2之輸入值之A/D轉換資料以01H表示，如圖7 (B)所示。當此資料加至該殘餘電池電容資料Y時，必需將此值乘以23。藉由右向三位元移位操作，可達成資料之乘以2 3之乘積，因此，可得0 8 Η之增加，亦即8 m A h之增加。藉由此增加至原始殘餘電池電容資料，可得9 mA h之新殘餘電池電容資料Y，如圖7(C)所示•由上述之討論可知，如果該電流偵測電路之增益G設定以建立Q/G = 8 (23) 〔mAh/L S B〕之關係時，僅需經由位元位移之操作 ’即可得整合電流值.而無需係數之乘積•通常而言，如果〇1/〇設爲211〔111人11/1^88〕，整合電流值或殘餘電池電容可藉由η倍位元位移和此增加而得· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在前述之說明中*所說明之實施例使用鋰離子電池當成電池胞。但是，本發明亦可以相以的方式應用至其它蓄電池，如鎳鉻電池或鎳氫電池。再者，依照本發明之電池組亦可安裝至各種電子裝置中，如視頻攝影機*行動電話*個人電腦等。如上所述，依照本發明，表示最大充電電流之資訊和表示最大充電電壓之資訊皆儲存在電池組中。再者，電池組以電池充電裝置充電以使在充電之初始級時進行固定電流充電，和當電池組之現在充電電壓超過預定值時，充電本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）一 24 - 507412 A7 _B7_ 五、發明説明（22 ) 模式轉換成固定電壓充電。因此，藉由在固定電流充電和固定電壓充電間轉換充電模式，根據電池組之現在充電電壓和控制使不超過最大充電電流和最大充電電壓，即可供應最佳的充電能量至所有多數之電池組，該電池組之最大充電電流和最大充電電壓互相不同。圖式簡單說明圖1爲依照本發明之電池充電裝置之電路構造之方塊 Π5Π . 圖，圖2爲當此裝置使用以對電池組充.電時，安裝在電池充電裝置中之微電腦之操作流程圖；圖3爲介於固定電流充電和固定電壓充電間之改變操作之說明圖； β 圖4爲依照本發明之電池組之特殊電路構造之方塊圖 # 圖5爲在依照本發明之電池組中，用以計算充電和放電之整合處理之序列之流程圓；經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖6爲在依照本發明之電池組中，用以說明電流偵測電路之增益G設定成滿足q/G=1 〔mAh/LSB〕之關係之例之說明圖；和圖7爲在依照本發明之電池組中，用以說明電流偵測電路之增益G設定成滿足q/G = 8 (23) 〔mAh/ LSB〕之關係之說明圖。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -25 -

Claims

507412 _ 修場7 - 1 1-30 B8 本年月曰 D8 補充六、申請專利範圍附件一 A 第86103751號專利申請案中文申請專利範圍修正本民國87年11月修正 1 _ 一種電池充電裝置*用以對具有電池胞之電池組充電’該電池組可儲存表示電池胞之最大充電電流之數位資訊和最大充電電壓之數位資訊並連接此資訊，包含：數位連接機構用以接收由該電池組傳送而來表示電池胞之最大充電電流之資訊和最大充電電壓之資訊；和控制機構用以在充電時控制電池組之電流和電壓，以使不超過該最大充電電流和該最大充電電壓· 2. 如申請專利範圍第1項之電池充電裝置*其中該連接機構進一步接收在充電時由該電池組傳送而來之電壓值❶ 3. 如申請專利範圍第2項之電池充電裝置，其中該控制機構控制該電池組和電池充電裝置，以改變電池組之充電狀況爲固定電流充電或固定電壓充電。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該控制機構控制該電池組和電池充電裝置，因此，固定電流充電可使用該最大充電電流進行。 5. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該控制機構控制該電池組和電池充電裝置，因此，固定電壓充電可使用該最大充電電壓進行· 6. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該控制機構控制該電池組和電池充電裝置以使當執行固定電壓充電時本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐尸1 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 507412 A8 B8 C8 D8 、申請專利祀圍使充電電壓不超過該最大充電電壓· 7. 如申請專利範圍第3項之裝置*其中該控制機構控制該電池組和電池充電裝置以使當執行固定電流充電時使充電電流不超過最大充電電流· 8. 如申請專利範圍第3項之電池充電裝置*其中該控制機構控制該電池組和電池充電裝置，以使在固定電壓充電時，充電電壓不超過最大充電電壓，和在固定電流充電時，充電電流不超過最大充電電流· 9. 如申請專利範圍第1項之電池充電裝置，進一步包含可改變輸出電壓值之可變電壓源和可改變輸出電流值之可變電流源，其中該控制機構控制由可變電壓源所產生之輸出電壓和由可變電流源產生之輸出電流。 1 〇 .如申請專利範圍第1項之電池充電裝置，進一步包含輸出機構用以選擇性的輸出來自可變電壓源之輸出電壓和來自可變電流源之輸出電流，其中該控制機構控制該輸出機構*以改變介於輸出電壓和輸出電流間之輸出* 1 1 .如申請專利範圍第1項之電池充電裝置*其中該連接機構進一步接收在充電時由該電池組傳送之充電電流值。 1 2 .如申請專利範圍第3項之電池充電裝置*進一步包含發光機構，其由該控制機構所控制*以使當輸出機構在固定電流充電和固定電壓充電間改變時，該發光機構啓動。 1 3 .如申請專利範圍第3項之電池充電裝置，進一本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐疒2 - II-----—_!订------Ρ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 507412 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍步包含發光機構•其由該控制機構所控制*以使當輸出機構在固定電流充電和固定電壓充電間改變時，該發光機構關閉· 14.如申請專利範圍第3項之電池充電裝置，其中該控制機構控制前該電池組和電池充電裝置，以使固定電流充電在充電之初始級進行•而固定電壓充電在充電電壓達到一預定電壓時或後進行· 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之電池充電裝置，其中該預定電壓爲電池組之飽和充電電壓之9 0% · 16.—種電池充電方法*該電池組具有電池胞，且電池組可儲存表示電池胞之最大充電電流之數位資訊和最大充電電壓之數位資訊並連接此資訊，包含之步驟爲：接收由該電池組傳送而來表示電池胞之最大充電電流之資訊和最大充電電壓之資訊：和在充電時控制電池組之電流和電壓，以使不超過該最大充電電流和該最大充電電壓· 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之方法，進一步包含之步驟爲· 在充電時，接收由電池組傳送而來之充電電壓之值；和控制電池組以改變介於固定電流充電和固定電壓充電間之電池組之充電狀況· 18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中當電池組之充電由固定電流充電進行時，使用最大充電電流* 19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中當電池本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐厂3 - ' 507412 A8 B8 C8 D8 七、申請專利範圍組之充電由固定電壓充電進行時，使用最大充電電壓· 20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中當電池組之充電由固定電流充電進行時*電池組受控制以使充電電壓之值不超過最大充電電壓· 21. 如申請專利範圍第17項之方法，其中當電池組之充電由固定電壓充電進行時，電池組受控制以使充電電流之值不超過最大充電電流。 22. 如申請專利範圍第17項之方法*其中該電池組受控制，以使在固定電壓充電時，充電電壓不超過最大充電電壓，和在固定電流充電時，充電電流不超過最大充電電流。 23. 如申請專利範圍第17項之方法*其中該電池組受控制前，以使固定電流充電在充電之初始級進行，而固定電壓充電在充電電壓達到一預定電壓時或後進行* 2 4.如申請專利範圍第2 3項之方法，其中該預定電壓爲該電池組之飽和充電電壓之9 0% * 25.—種電池組，包含：經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一電池胞*其可受到充電或放電；記憶機構用以儲存用於最大充電電流和最大充電電壓之至少一數位資訊；和數位連接機構用以傳送用於最大充電電流和最大充電電壓之至少該資訊。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之電池組*進一步包含充電電壓偵測機構用以在充電時偵測該電池組之電壓，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公嫠Γ 4 - 507412 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍其中該連接機構進一步傳送由該充電電壓偵測機構所偵測用於電壓之資訊· 27.如申請專利範圍第25項之電池組，進一步包含充電電流偵測機構用以在充電時偵測該電池組之電流，其中該連接機構進一步傳送由該充電電流偵測機構所偵測用於電流之資訊· 2 8 ·如申請專利範圍第2 5項之電池組•其中該記億機構儲存用以連接該電池組之狀況之資訊* 2 9 · —種電池充電裝置，用以對具有電池胞之電池組充電，該電池組可儲存表示電池胞之最大充電電壓並連接此資訊，包含：數位連接機構用以接收由該電池組傳送而來表電池胞之最大充電電壓之該資訊；以及控制機構用以在充電時控制電池組之電壓，以使不超過該最大充電電壓。 30·—種電池充電方法，該電池組具有電池胞，該電池組可儲存表示電池胞之最大充電電壓之數位資訊，並連接此資訊，包括之步驟爲：接收由該電池組傳送而來表示電池胞之最大充電電壓之資訊；以及在充電時控制電池組•以使充電電壓不超過電池胞之最大充電電壓· 3 1 · —種充電組，包含：一電池胞，其可受到充電或放電* 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐:β β (請先閲讀背面之注意事項本頁) 訂經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 507412 A8 B8 C8 D8 _ _ 六、申請專利範圍一記億機構，用以儲存最大充電電壓之數位資訊；以及一數位連接機構，用以傳送至少該最大充電電壓之資訊❶ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐β -