TWI408863B - 智慧型充電方法 - Google Patents

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Description

智慧型充電方法
本發明係與一種充電技術有關，且特別係與一種智慧型充電方法有關。
隨著科技的進步，各類電子產品皆朝向高速度、高效能、且輕薄短小的趨勢去發展。於是，各種可攜式電子裝置逐漸成為主流，例如可攜式多媒體撥放器(Portable Multimedia Player,PMP)、行動電話、MP3撥放器和筆記型電腦(Note Book)等。為了便利於使用者攜帶和使用，通常都會在可攜式電子裝置中配置可充電電池，以增加可攜式電子裝置的實用性。
圖1為習知定電流切換定電壓充電法之電壓及電流曲線圖。請參照圖1，曲線101為充電電壓，曲線102為充電電流。一般常用定電流切換定電壓充電法進行充電，此充電法為定電流及定電壓充電法之結合，因此又稱二階段充電法。在電池充電的初期，會使用定電流充電法對電池充電，此為第一階段。此時充電電壓(曲線101)會隨著充電時間而上升，而充電電流(曲線102)則保持固定。當電池電壓接近切換電壓Vsw時(如時間t1所示)，使用定電壓充電法對電池充電，此為第二階段。此時充電電流(曲線102)會隨著充電時間而下降，而充電電壓(曲線101)在到達切換電壓Vsw後則保持固定。
第一階段的定電流充電法的目的在於可以使充電電壓以較快的速度達到所設定的切換電壓值。而第二階段的定電壓充電法則會產生較小的充電電流，以補償定電流充電法的缺點，使電池不會有虛充的現象以提高電池充電的飽和度。但是，電流的充電時間及充電效率仍要視其設定的切換電壓和初始的充電電流來決定，通常仍須花費較長的時間來對電池充電以確保電池的飽和度。並且，充電時所產生的高溫會對電池造成傷害，以致於降低電池壽命。
本發明提供一種智慧型充電方法，其可提高電池的充電效率，並且可使電池充電時保持於適當的電池溫度，以防止高溫損壞電池，進而延長電池的使用壽命。
本發明提出一種智慧型充電方法，其係適於對一充電電池進行充電。此智慧型充電方法包括：提供一充電電流，以對充電電池進行充電；量測充電電池的電壓及溫度；依據溫度動態調整充電電流；在電壓達到參考電壓時，降低充電電流。
在本發明之一實施例中，上述之依據溫度動態調整充電電流的步驟包括：計算第一溫差及第二溫差，其中第一溫差及第二溫差對應不同時間間距；依據第一溫差及第二溫差來取得至少一參考電流、至少一第一歸屬函數以及至少一第二歸屬函數；依據上述參考電流、上述第一歸屬函數以及上述第二歸屬函數來計算充電電流。
在本發明之一實施例中，上述之依據第一溫差及第二溫差來取得上述參考電流、上述第一歸屬函數以及上述第二歸屬函數的步驟包括：依據多個第一歸屬曲線來取得至少一第一溫度集合以及上述第一歸屬函數，其中上述第一溫度集合係對應於第一溫差，上述第一歸屬函數係對應於上述第一溫度集合及第一溫差，並且這些第一歸屬曲線係分別與其相鄰的第一歸屬曲線交錯；依據多個第二歸屬曲線來取得至少一第二溫度集合以及上述第二歸屬函數，其中上述第二溫度集合係對應於第二溫差，上述第二歸屬函數係對應於上述第二溫度集合及第二溫差，並且這些第二歸屬曲線係分別與其相鄰的第二歸屬曲線交錯；依據上述第一溫度集合及上述第二溫度集合，而自規則庫中取得至少一參考電流。
在本發明之一實施例中，上述之這些第一歸屬曲線及這些第二歸屬曲線係呈現椎狀、弦波狀或方波狀。
在本發明之一實施例中，上述之充電電流係為這些參考電流分別乘以其對應的第一歸屬函數及第二歸屬函數的總和，除以這些第一歸屬函數分別乘以對應的第二歸屬函數的總和。
在本發明之一實施例中，上述之充電電流其中Bi 為每一參考電流，Wi 為對應於每一參考電流的第一歸屬函數及第二歸屬函數的乘積。
在本發明之一實施例中，上述之第一溫差所對應的時間間距為2秒，第二溫差所對應的時間間距為0.5秒。
在本發明之一實施例中，上述之參考電壓為充電電池的飽和電壓。
在本發明之一實施例中，智慧型充電方法更包括在電壓為參考電壓達到預設次數時，就停止提供充電電流。
基於上述說明，本發明的智慧型充電方法，可依據溫度來動態調整充電電流，以使充電電池的電池溫度可以保持於適當的溫度。藉此，可避免充電電池因溫度過高而造成損壞，以此延長電池的使用壽命，同時適當的電池溫度代表充電電池的儲能狀態良好，因此將可提高充電電池的充電效率。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖2為根據本發明一實施例之智慧型充電裝置200的系統示意圖。請參照圖2，在本實施例中，充電裝置200包括充電單元210、量測單元220和控制單元230。充電單元210接收外部電源，並且耦接充電電池20。另外，當充電電池20與充電裝置200耦接時，量測單元220亦耦接充電電池20，並且耦接控制單元230。控制單元230除了耦接量測單元220以外，還可以耦接充電單元210。在本實施例中，充電電池可以例如是鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋰離子電池，或其他可以進行二次充電的電池。
一般而言，充電單元210所接收的外部電源可以是家用交流電，但設計者可以視設計及環境需求而加以變化。充電單元210會轉換所接收的外部電源並輸出一充電電流給充電電池20，以提供充電電流對充電電池20進行充電。並且，在充電電池20進行充電的期間，量測單位220會量測充電電池20的一些電氣特性參數，並且控制單元230將會依據所量測到的電氣特性來調整充電單元210所輸出的充電電流。
舉例來說，量測單位220可量測充電電池20的充電電壓，以在充電電壓每次達到參考電壓時，降低充電電流。並且，量測單位220可量測充電電池20的電池溫度，以依據電池溫度而動態調整充電電流的大小。此外，當充電電壓為參考電壓的次數達到預設次數時，控制單元230會控制充電單元210停止提供充電電流，以停止充電電池20的充電行為。
在本實施例中，假設上述預設次數為5次，則充電電壓於第5次達到參考電壓時，充電單元210會停止提供充電電流，因此充電單元230的充電行係類似於5階段充電法。其中，參考電壓可以是充電電池20的飽和電壓，以降低充電電池20虛飽和(quasi saturation)的程度。若充電電池20為鋰電池，則參考電壓可以為4.2伏特。並且，控制單元230在此係依據模糊控制(Fuzzy Control)的原理來調整充電電流。圖3為依據本發明一實施例的模糊控制架構示意圖。請參照圖3，首先第一溫差T及第二溫差△T會先經模糊化310，以取得對應第一溫差T的至少一個第一溫度集合，並取得對應第二溫差T的至少一個第二溫度集合。其中，第一溫差T可以為當下的充電電池20的電池溫度與2秒前的電池溫度間的差額，第一溫差ΔT可以為當下的充電電池20的電池溫度與0.5秒前的電池溫度間的差額。
在每一次取得一個第一溫度集合時，會執行一次輸出歸屬函數320以取得對應每一個第一溫度集合及第一溫差T的第一歸屬函數。並且，在每一次取得一個第二溫度集合時，同樣會執行一次輸出歸屬函數320，以取得對應每一個第二溫度集合及第二溫差ΔT的第二歸屬函數。而推論引擎330會依據所取得的第一溫度集合及第二溫度集合，從規則庫340中選擇至少一個模糊控制規則，其中規則庫340中的每一個模糊控制規則都會對應一個參考電流。最後，依據所取得的第一歸屬函數、第二歸屬函數及參考電流來進行解模糊化350計算，以依據解模糊化的計算結果而調整充電電流。
圖4為依據本發明一實施例的第一溫度集合之歸屬函數示意圖。圖5為依據本發明一實施例的第二溫度集合的歸屬函數示意圖。圖6為依據本發明一實施例的規則庫示意圖。請參照圖4及圖6，第一歸屬函數曲線410、420、430、440及450係分別對應第一溫度集合T1~T5，第一歸屬函數曲線510、520、530、540及550則分別對應第二溫度集合ΔT1~ΔT5。其中，歸屬函數曲線410、420、430、440、450、510、520、530、540及550在此呈現椎狀，但在其他實施例中則可以為弦波狀、方波狀或其他歸類模糊集所使用的形狀。並且，每一歸屬函數曲線所包覆的溫差範圍係可以變動，但相鄰的歸屬函數曲線則會彼此交錯。值得一提的是，參考電流IO 1~IO 5的大小可依據設計的需求而不同，並且參考電流IO 1~IO 5在不同充電階段的大小會有不相同，此於稍後說明。
舉例來說，在此假設第一溫差T為1.25度C，第二溫差ΔT為0.025度C。參照圖4，第一溫差T為1.25度C時對應第一溫度集合T3的第一歸屬函數為0.5，第一溫差T為1.25度C時對應第一溫度集合T4的第一歸屬函數為0.5。參照圖5，第二溫差ΔT為0.025度C時對應第二溫度集合ΔT3的第二歸屬函數為0.5，第二溫差ΔT為0.025度C時對應第二溫度集合ΔT4的歸屬函數為0.5。
參照圖3及圖6，在模糊化後，第一溫差T為1.25度C時對應第一溫度集合T3及T4，第二溫差ΔT為0.025度C時對應第二溫度集合ΔT3及ΔT4，因此推論引擎330會模糊會選擇控制規則Rule13、Rule14、Rule18、Rule19，其中模糊控制規則Rule13對應參考電流IO 3，模糊控制規則Rule14、Rule18及Rule19對應參考電流IO 2。並且，由於模糊控制規則Rule13對應第一溫度集合T3及第二溫度集合ΔT3，因此模糊控制規則Rule13對應的第一歸屬函數為0.5，以及對應的第二歸屬函數為0.5。同理可知，模糊控制規則Rule14對應的第一歸屬函數及第二歸屬函數皆為0.5，模糊控制規則Rule18對應的第一歸屬函數及第二歸屬函數皆為0.5，模糊控制規則Rule19對應的第一歸屬函數及第二歸屬函數皆為0.5。
接下來，在進行解模糊化350時，可依據方程式來進行計算，其中Bi 為每一模糊控制規則，Wi 為對應每一模糊控制規則的第一歸屬函數及第二歸屬函數的乘積。依據上述所選擇的模糊控制規則及其對應的第一歸屬函數及第二歸屬函數，可得到以下算式：
因此，依據計算結果，充電電流應為0.25IO 3+0.75IO 3，則控制單元230依據計算結果控制充電單元210，以調整充電單元210所輸出的充電電流。並且，控制單元230在每一次取得充電電池20的電池溫度時，則會進行一次充電電流的計算，以對充電電流進行動態調整。值得一提的是，上述解模糊化的方式為用以舉例說明，但本領域通常知識者可利用其他解模糊化的方式進行計算以求得充電電流的大小。
圖7為圖2依據本發明一實施例的智慧型充電裝置之電壓、電流及溫度曲線圖。請參照圖7，曲線710為充電電池20的充電電壓，曲線720為充電電池20的電池溫度，曲線730為充電電池20的充電電流。如圖7所示，在每一次充電電壓達到參考電壓VR 時，則瞬間降低充電電流，並且在第5次達到參考電壓VR 時停止提供充電電流。其中，期間P1~P5可分別為智慧型充電裝置200進行充電的第一階段至第五階段，並且每一階段中，充電電流會在電池溫度上升時降低，並且充電電流會在電池溫度下降時升高。藉此，可依據電池溫度調整充電電流，並且可避免高溫對電池造成損害。電池溫度會升高是因為充電電池20無法儲存的電流轉化成熱能，因此當電池處於高溫代表過多的電流轉換化熱能。而本發明的智慧型充電裝置200可依據溫度調整充電電流，以讓充電電池20保持於適當的電池溫度，亦即可提供適當的充電電流給充電電池20，因此可降低充電電池20虛飽和的程度，並提高充電電池20的充電效率。
此外，在期間P1時，參考電流IO 1可以為0.8安培，參考電流IO 2可以為0.9安培，參考電流IO 3可以為1.0安培，參考電流IO 4可以為1.1安培，參考電流IO 5可以為1.2安培。在期間P2時，參考電流IO 1可以為0.6安培，參考電流IO 2可以為0.7安培，參考電流IO 3可以為0.8安培，參考電流IO 4可以為0.9安培，參考電流IO 5可以為1.0安培。在期間P3時，參考電流IO 1可以為0.4安培，參考電流IO 2可以為0.5安培，參考電流IO 3可以為0.6安培，參考電流IO 4可以為0.7安培，參考電流IO 5可以為0.8安培。在期間P4時，參考電流IO 1可以為0.2安培，參考電流IO 2可以為0.3安培，參考電流IO 3可以為0.4安培，參考電流IO 4可以為0.5安培，參考電流IO 5可以為0.6安培。期間P5時，參考電流IO 1可以為0.05安培，參考電流IO 2可以為0.1安培，參考電流IO 3可以為0.2安培，參考電流IO 4可以為0.3安培，參考電流IO 5可以為0.4安培。由於每一階段的參考電流的大小不同，因此充電電流在切換至下一個階段時會瞬間降低。
依據上述，可彙整出一智慧型充電方法，以對充電電池進行充電。圖8為依據本發明一實施例的智慧型充電方法的流程圖。請參照圖8，首先會提供充電電流以對充電電池進行充電(步驟S810)，並且量測充電電池的充電電壓及電池溫度(步驟S820)。接著，依據電池溫度動態調整充電電流(步驟S830)。並且，在充電電壓達到參考電壓時(步驟S840)，降低充電電流的大小(步驟S850)；反之，則回到步驟S830。在充電電壓達到參考電壓的次數為5次時(步驟S860)，停止提供充電電流以結束此充電方法；反之，則回到步驟S830。其中，上述步驟的細節可參照智慧型充電裝置200的說明中相似的部份，在此則不在贅述。
綜上所述，本發明實施例的智慧型充電方法，可依據溫度而動態調整充電電流，以使充電電池的電池溫度保持於適當的溫度。藉此，可避免充電電池因溫度過高而造成損壞，以延長電池的使用壽命，並且適當的電池溫度代表充電電池的儲能狀態良好，因此可提高充電電池的充電效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101、102、410、420、430、440、450、510、520、530、540、550、710、720、730．．．曲線
200．．．充電裝置
210．．．充電單元
220．．．量測單元
230．．．控制單元
310．．．模糊化
320．．．輸出歸屬函數
330．．．推論引擎
340．．．規則庫
350．．．解模糊化
t1．．．時間
P1~P5．．．期間
Vsw．．．切換電壓
VR ．．．參考電壓
T、ΔT溫差
T1~T5、ΔT1～ΔT5．．．溫度集合
S810、S820、S830、S840、S850、S860．．．步驟
圖1為習知定電流切換定電壓充電法之電壓及電流曲線圖。
圖2為根據本發明一實施例之智慧型充電裝置200的系統示意圖。
圖3為依據本發明一實施例的模糊控制架構示意圖。
圖4為依據本發明一實施例的第一溫度集合的歸屬函數示意圖。
圖5為依據本發明一實施例的第二溫度集合的歸屬函數示意圖。
圖6為依據本發明一實施例的規則庫示意圖。
圖7為圖2依據本發明一實施例的智慧型充電裝置之電壓、電流及溫度曲線圖。
圖8為依據本發明一實施例的智慧型充電方法的流程圖。
S810、S820、S830、S840、S850、S860．．．步驟

Claims (8)

  1. 一種智慧型充電方法，其係適合於對一充電電池進行充電，該智慧型充電方法包括：提供一充電電流，以對該充電電池進行充電；量測該充電電池的一電壓及一溫度；依據該溫度而動態調整該充電電流；以及在該電壓達到一參考電壓時，降低該充電電流；其中，依據該溫度而動態調整該充電電流的步驟包括：計算一第一溫差及一第二溫差，其中該第一溫差及該第二溫差係對應於不同時間間距；依據該第一溫差及該第二溫差來取得至少一參考電流、至少一第一歸屬函數，以及至少一第二歸屬函數；以及依據上述參考電流、上述第一歸屬函數，以及上述第二歸屬函數來計算該充電電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中依據該第一溫差及該第二溫差來取得上述參考電流、上述第一歸屬函數，以及上述第二歸屬函數的步驟包括：依據多個第一歸屬函數曲線來取得至少一第一溫度集合及上述第一歸屬函數，其中上述第一溫度集合係對應於該第一溫差，上述第一歸屬函數係對應於上述第一溫度集合及該第一溫差，且該些第一歸屬函數曲線係分別與其相鄰的第一歸屬函數曲線交錯；依據多個第二歸屬函數曲線來取得至少一第二溫度 集合及上述第二歸屬函數，其中上述第二溫度集合係對應於該第二溫差，上述第二歸屬函數對應上述第二溫度集合及該第二溫差，且該些第二歸屬函數曲線係分別與其相鄰的第二歸屬函數曲線交錯；以及依據上述第一溫度集合及上述第二溫度集合，而自一規則庫中取得至少一參考電流。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之智慧型充電方法，其中該些第一歸屬函數曲線及該些第二歸屬函數曲線會呈現一椎狀、一弦波狀或一方波狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中該充電電流係為該些參考電流分別乘以其對應的第一歸屬函數及第二歸屬函數的總和，除以該些第一歸屬函數分別乘以對應第二歸屬函數的總和。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之智慧型充電方法，其 中該充電電流，其中Bi 為每一該些參 考電流，Wi 為對應每一該些參考電流的第一歸屬函數及第二歸屬函數的乘積。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中該第一溫差所對應的時間間距為2秒，第二溫差所對應的時間間距為0.5秒。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中該參考電壓為該充電電池的飽和電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其更包括在該電壓為該參考電壓達到一預設次數時，停止提供該充電電流。
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