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