TWI302396B - - Google Patents

Description

1302396 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電瓶充電方法及充電器，尤指一種 月匕夠依，、?、待充電瓶充電時的電壓變化，調整充電電源大】 的電瓶充電器，以於短時間内完成充電並無過大的電能損 【先前技術】 電瓶充電器是用以提供及控制電力輸入至電瓶，使電 瓶達到充電目的。電瓶充電器一般分為二個任務，第一個 任務係恢復充電電瓶的蓄電量；@第二個任務則是自行放 電扣耗補償及環境溫度變動補償充電。而這兩種任務的充 電器均可使用輸出電壓控制充電運算方式，以及輸出電流 f制充電運算方式完成之。而這兩種充電運算方式即是所 ϋ月疋電壓充電模式及定電流充電模式。 採用定電壓充電模式的電概充電器在進行充電程序期 間，其電觀兩端的電壓必需保持固定，以控制充電電流準 位符合有效電瓶充電準位，並在一特定週期時間到達後， 止此1電序。而採用定電流充電模式的電瓶充電器 在進仃充“壬序時’則是控制充電電流保持在一定電流 值：令充電電壓達到有效的充電電壓準位。此兩種電瓶充 電核^係以^電流充電模式充電時間較短，較為快速。 4又使用疋電流充電模式的電瓶充電器，會對提供給 f充電瓶的充電電流進行取樣。而定電流充電模式係主要 制。亥充電裔施確保提供予待充電舰的充電電流能保持 1302396 二疋值。而充電器内部會設有-變壓器，使輸入電流經 換後能輸出較大電流’惟此—電源轉換會 耗而轉換為熱能，所以-般充電器必需另外安裝散 或是加大外殼（導熱體）體積，以能適當排 損耗 生的熱能。 里谓耗產 【發明内容】 源本發明的主要發明目的係提供-種具有減少電 的電瓶充電器，令待充電瓶能在不損耗過多電源之 下，以最短的時間完成充電。 ’、 使用的主要技術手段係令該電槪充電 口口要U、一内建有不同充電模4的監控單元，並配合一 連接於變塵器一次側的脈寬調變器；該監控單元係連接至 2器的輸出端’以取得待充電瓶的電麗值，藉由電屢值 :二=定執行特定充電模式，由於脈寬調變器輸出脈寬 调皮^的脈波寬度係可決m器輸出充電電壓大小， 早元可在充電模式下隨時監視電觀電麼變 _變化輸出回饋信號，以控制脈寬調變器輸 變信號的脈波寬度，使得充電器提供電瓶最佳的 =電周 源’避免電能損粍。 【貫施方式】 一：先明芬閱第一圖所不，係為本發明充電器内部電路 之一較佳實施例的方塊圖，其包含有： 工單兀（1 0卜係内建有複數級電流充電模式 ㈠有弟-至第三充電模式）、複數基準電壓值（依電 !3〇2396 mi. . [ m · _ r: l L_UL^ ^ 小，小至大包含第一 /第二基準電壓；VI / V2 ) 及複數預設電瓶電壓值（依電壓值大小，由小至大包含第 一及第二電壓值VB1/VB2); * -脈寬調變器（11)，其脈寬控制端係連接至該監 控早兀（1 0 )的輸出端，受該監控單元（丄〇 )的控制 而輸出不同脈波寬度的調變信號；

-第-電子開關（1 2 )’其控制端係連接至該脈寬 調變器（1 1 )的脈寬調變信號輸出端，依照該脈寬調變 k號呈連續啟閉狀態；肖電子開關（工2 )可為電晶體， 如BJT或FET型式皆可； 一變壓器（1 3 )，係包含至少一個一次側、至少一 個二次側及至少一回授供應控制電源端，其中一次側係連 接至該第—電子開關（12)，以取得輸人電流；於本實 例中4麦壓為（1 3 )係為一高頻切換型式的變壓器； 狀一低壓直流電源轉換電路（1 3 1 )，係連接至該變 L的（1 3 )的回授供應控制電源端，係自變壓器（1 3 ) 取=回私壓並將其轉換為直流低電壓，提供予電路中使用 低壓的電子元件作為工作電壓用，當該變壓器（1 3 )的 :供應控制電源端降低輸出電壓，該低壓直流電源轉換 弘路（1 3 1 )即輸出更低的電壓，無法提供足夠電壓予 關电子元件，使得整個電路停止動作，藉以反應充電電 源不足或重載狀態； 第一電子開關器（1 4 )，係連接至該變壓器（1 3 )的一次側，而其控制端則連接至該監控單元（1 〇 ) 1302396 的輸出端’由監控單元（1 0 )控制該第二電子開關（1 4 )的導通週期，而該第二電子開關（1 4 )的輸出端即 為充電器的輸出端，供待充電瓶連接；該第二電子開關（1 4 )可為電晶體，如BJT或FET型式皆可；及 一 A/D轉換器（1 5 )，係設於該第二電子開關（1 4)輪出端及監控單元（1 〇)的輸入端之間，將連接於 第一電子開關（1 4 )輸出端的待充電瓶電壓轉換為等效 數位數值後，再輸出至該監控單元（1 0 )，如此該監控 單凡（1 0 )即可透過A/D轉換器（1 5 )隨時取得該 待充電瓶的電壓值。 又’上述監控單元（1 〇)因具有複數電流充電模式， 故為提供使用者瞭解目前待充電瓶的充電模式，則該監控 單7^(10)的輸出端進一步連接有指示器（16)，而 該指示器（1 6 )可由至少一個發光二極體組成，當監控 單元（1 0 )執行不同充電模式時，即驅動發光二極體點 亮、媳滅、閃爍或呈現不同顏色光來指示目前狀態。又， 為保護充電器内部電路於充電期間的安全（避免待充電瓶 的電壓高於充電器輸出電壓），而可再於第二電子開關（1 4 )的輸出端及待充電瓶之間設一防逆二極體（^ 1 )。 再者，上述脈寬調變器（1 1)的輸入端與第一電子 開關之間串聯一電流檢測器（1 8 )，該電流檢測器（1 8 )可為一固定低電阻的電阻器，當電流流經此一電阻器， 其上壓降即能反應目前流經至變壓器（1 3 ) 一次側輸入 電流的電流值。又，該第二電子開關（1 4 )可再透過一 1302396 -—— 年月日修正替換頁 σα - 迻流慮波裔（1 4 1 )連接至該變壓器（1 3 )的二次側， 將该變壓器（1 3 )二次側輸出的放大交流電源波形濾得 平滑’再整流為直流電源後輪出至該第二電子開關（1 4 )，其中该整流器可為一全波整流器。 本發明主要於該監控單元（1 〇 )内設有複數電流充 電模式’而決定進行特定電流充電模式，係依照待充電瓶 兩端電壓值變化而定。以下詳細說明各級電流充電模式及 其執行流程： 當充電器被首次啟動後，該監控單元（1 〇 )會首先 控制該第二電子開關（i 4 )呈不導通狀態，令充電器暫 不輸出充電電源，此時，該監控單元（1 0 )可驅動指示 為（1 6 )顯不初始程序完成的燈號。之後，該監控單元 (1 0 )會透過A/D轉換器（χ 5 )取得待充電瓶兩端 的電壓值（V b )，當-待充電瓶連接至該充電器的輸出 端，則該監控單元（i 〇 )會透過A/D轉換器（χ 5 ) φ 取侍待充電瓶兩端的電壓（Vb)，並且與其内建各基準 :壓值（V 1 /V 2 )進行比對，再依照比對結果判斷目 則待充電瓶的電壓應執行那一特定電流充電模式。 以下謹就本實施例所舉的二個第一/第二基準電壓值 (V1/V2)、二個第一及第二預設電瓶電壓值（^3 1/VB2)，以及第一至第三充電模式說明本發明 充電的流程，請配合第二圖所示： 行 1 ·當目前電瓶電壓（Vb)高於第一基準電壓值（v 1302396 S 工單70 ( 1 0 )取得目前待充電瓶的電v b ) (2 0 )’亚經比對判斷該電瓶電壓（v 準電壓值（V i )日夺（2丄）_本曰、，於弟基 連接至該充電器，此時，該監控單元（工〇)會控制第二 電子開關（14)呈導通短路狀態，則監控單元（10) 會執行第-充電模式（22)，以高頻快速充電速率對電 ::進行充電’即控制該脈寬調變器（丄2)輸出脈寬調變 ^虎’其脈波寬度接近職，並控制指示器（16)啟動 系一充電模式執行中的燈號。 _ 2 .當待充電瓶經過第—充電模式充電後，該監控單 二(10)透過A/D轉換器（…得知電瓶電壓已到 建弟二基準電壓值（V2)(可為14.8V)時（23)， 則會以次高頻快速充電速率對電瓶執行第二充電模式（2 二）二此時，該監控單元（1 〇 )會控制指示器(、；6 ) 動第二充電模式執行中的燈號。 dr行第…模式，該監控單元（1〇)輸出低 、乍週期的脈寬調變信號至第二電子開關（丄4 )，由 :電流檢測器（18)的電流變化能反應目前變壓器㈠ ，流的大小，故當充電器輸出至電瓶的充電電流 而小日守，該脈寬調變器（i i )可藉由該監控單元（丄〇 ) :::此-狀況的發生，並於檢知讀定後，據此調整加大 的：：波調變信號的脈寬寬度。而為了進—步限制充電哭 反應Ϊ = ; = :該脈寬調變器可藉由電流檢測[ U輸入U小，而改變脈寬調變器輸出脈波的 8 < S ) 1302396 $ I日修正替換頁; 寬度。是以’本發明的充電模式是可隨著電瓶狀態而改變 其充電電流的大小。以下說明第二模式調整脈波寬度的方 式： 當充電電瓶進入第二充電模式時，監控單元（2 〇) 會隨時監視目前電瓶電壓值的變化，並隨著電壓變化而控 制第二電子開關（14)調整其啟閉狀態，其判斷方式為： (1 )先分別取得第二電子開關的高電位（〇N)及低 電位（OFF)帛間的電瓶電壓值（25)，再將其相減後 判斷該差值是否高於第一預設電壓值（V B丄）（2 6 )， 若疋則代表目韵充電電瓶是有問題的，並同時控制指示器 啟動相關訊息燈號（2 8 )。 (2)當電壓差值低於第一預設電壓值（VB1)(2 V)並且低於弟一預設電壓值（vb 2)時（2 7)，代 表電瓶接近電量充滿狀態，故充電器的輸出電壓應該要被 降低（2 9 )，即由監控單元控制脈寬調變器輸出小脈寬 的脈寬調變信號至第二電子開關（2 4 )，令第二電子開 關（1 4 )輸出的電壓減低（約減低至13· 8V)。 (3 )當電瓶電壓差值低於第一預設電壓值（vb 1 ) (2V)並且高於第二預設電壓值（νΒ2) (〇·2ν) 時（2 7 )，代表目前充電電瓶已為電量充滿狀態，而監 控單元會控制脈寬調變器進入一個第三充電模式（即保持 電瓶不會放電的小充電電源）。 由上述說明可知，本發明係主要提供依照電瓶進行充 電時的電壓變壓狀態，調整充電模式及充電電源調整，令 .1302396

H日修正替換頁丨 9β. to t ι I 本發明充電器内電路的電源有效地轉換為待充電瓶的電 里’避免耗費過多電源能量，而產生過多的熱能，並且可 在快速時間内將補足電瓶電量，完成充電。 【圖式簡單說明】 第一圖：係本發明一較佳實施例的電路方塊圖。 第一圖：係本發明一充電方法的流程圖。 t主要元件符號說明】

(1Q)監控單元 （11)脈寬調變器 (1 1 )整流濾波器 （1 2 )第一電子開關 (13)變壓器 1 3 1 )低壓直流電源轉換電路 1 4 )第二電子開關 （1 4 1 )整流濾波器 1 5 ) A/D轉換器 （1 6 )指示器 1 7 )防逆二極體 （1 8 )電流檢測器

Claims (1)

1302396 曰修正替換頁 申請專利範圍 1 種電瓶充電器，係、包含有： = 有—充電程序，並設m级電 ϋΐ準電卷值及複數預設電瓶電壓值； 山見》周交器其脈寬控制端係連接至該監控單元的 輸出端，受該監括至+ ^ n ^ @ &制而輸出不同脈波寬度的調變 信號； #二第甩子開關，其控制端係連接至該脈寬調變器的 見H “虎輸出端’依照該脈寬調變信號呈連續啟閉狀 態； ’又壓态’係包含至少一個一次側、至少一個二次侧 ::少—回授供應控制電源端1中-次側係連接至該第 一电子開關，以取得輸入電流； —低壓直流電㈣換電路，錢接至該變壓器的回授 :患控制電源端’以取得高電壓並將其轉換 壓，提：予電路中使用低壓的電子元件作為工作電壓 -第二電子開關器，係連接至該變壓器的二次側，而 =制端則連接至該監控單元的輸_，由監控單元控制 子開關的導通週期，而該第二電子開關的輸出端 ρ為充電器的輸出端，供待充電瓶連接；及 監d:轉換器’係設於該第二電子開關器輸出端及 待：广端之間，將連接於第二電子開關輪出端的 、充电瓶電壓轉換為等效數位數值後，再輪出至該 兀’如此該監控單元即可透過A/D轉換器隨時取：：：

11 l3〇2396 替換頁i 充電瓶的電壓值。 * 2.如巾請專利範圍第1項所述電瓶充電器，該第 笔子開關器與變壓+ γ丨p弓士凡 夂I态一夂側之間δ又有_整流濾波器。 ^ 2 ^如申請專利範圍第1或2項所述電瓶充電器，該 极控單元的輸出端係連接有一指示器。 4 .如申請專利範圍第3項所述電瓶充電器，該指示 益係包含至少一發光二極體。

^ •如申請專利範圍第1項所述電瓶充電器，該第二 兒子開關的輸出端係連接一防逆二極體。 ^ 6 ·如申請專利範圍第i項所述電瓶充電器，該脈寬 凋變器的輸入端與第一電子開關之間串聯一電流檢測器。 7 ·如申睛專利範圍第6項所述電瓶充電器，該電流 心測器為一固定低電阻的電阻器。 8 ·如申請專利範圍第1項所述電瓶充電器，該第一 包子開關及第二電子開關分別為一電晶體。 9 ·如申請專利範圍第8項所述電瓶充電器，該監控 單元的充電程序係包含有： 取得目前電瓶兩端電壓； 判斷電瓶電壓是否大於第一基準電壓值，若是，則以 面頻快速充電速率執行第一充電模式；若否，則執行下一 步驟；及 以次高頻快速充電速率執行第二充電模式，其中： 该第二充電模式包含有以下步驟： 取得目前電槪在第二電子開關輸出高電位及低電位期 12 !3〇2396 間的電壓值； 計算高/低電位期間電壓值的差值； 〜 斷差值疋否大於第一預設電壓值，若是，則代表目 前充電，瓶有問題；若否，則執行下一步驟；及 一、丨蚜差值疋否低於第二預設電壓值，若是，則降低充 ^輸出電壓；若否’則進人第三充電模式。 種電瓿充電方法，係包含有： ^ 提供一監控單元以持續取得電瓶兩端電壓，而該監控 卓元具有輸出回饋信號的能力； 提供一個依據電瓶電壓大小決定的充電模式及複數個 不同充電速率的充電電源； 、決定電瓶電壓在脈波電流信號為高/低電位時的電壓 差值；及 監視該電壓差值與複數預設電壓值的關係，執行特定 充電程序。 11.如申請專利範圍第1〇項所述電瓶充電方法， 其中該監控單元係設定有第第二充電模式、第一/第 —基準電壓及第一至及第二預設電壓值，其中： 當該電瓶電壓大於第一基準電壓值時，係以第一充電 速率執行第一充電模式，以提高充電電壓；或 當該電瓶電壓到達第二基準電壓值時，會以第二充電 速率執行第二充電模式，其中該第二充電速率係較第一充 2速率為慢，而充電電源會以脈寬調變型式輸出，其脈寬 寬度係由監控單元的回饋信號決定之。

13 1302396 兵替換旯 ；Ί〇 f f 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項所述電瓶充電 進一步包含有一配合指示器顯示充電模式狀態的步驟。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述電瓶充電方法， 該指示器係包含至少一個發光二極體，以亮、滅、_閃爍或 不同色彩方式呈現不同充電模式狀態。 十一、圖式： 如次頁

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