TW507412B - Apparatus and method for charging a battery - Google Patents

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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 (1)

1. 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 -