TWI414125B - 充電裝置及充電方法 - Google Patents

Description

充電裝置及充電方法

本發明係關於一種充電裝置及充電方法，尤其關於一種能夠平衡電池單元之充電狀況的充電裝置及充電方法。

充電電池具有可以重複充電的優點因此相當經濟方便。圖1顯示習知充電電路耦接於一充電電池時的示意圖。如圖1所示，一充電電池10包含有多個互相串聯的電池單元11。充電電路21耦接於充電電池10的兩端，藉以對充電電池10中的每一個電池單元11進行充電。然而，應用於大功率且高串聯並聯的充電電池，如電動車的充電電池時，容易產生充電不平衡的現象。導致充電電池10中某些電池單元11的容量無法充飽，或者有時會有電池單元11的過充現象，而造成電池爆炸等的潛在危險。

為了減少某些電池單元11的容量無法充飽，並保護充電電池10，通常會於充電電池10及充電電路21間更耦接一保護電路(IC)，例如一般市售型號為TI/BQ77PL900或O2/OZ8920的鋰電池保護IC，用以平衡該些電池單元11的充電狀態。然而，該些保護電路無法有效率地平衡該些電池單元11的充電狀態，因此需要開發一種效率較高的充電電池的充電方法。

本發明一實施例之目的在於提供一種能夠平衡電池單元之充電狀況的充電裝置及充電方法。本發明一實施例之目的在於提供一種能夠更進一步微調電池單元之充電狀況的充電裝置及充電方法。

依據本發明一實施例，提供一種充電裝置用來對複數個電池單元充電，複數個電池單元包含一第一電池單元與一第二電池單元，第一與第二電池單元均具有一第一電極與一第二電極，第一電池單元之第二電極耦接第二電池單元之第一電極，使第一與第二電池單元串聯地耦接。該充電裝置包含一節點、一充電電路、一分流單元及一控制電路。節點耦接第一電池單元之第一電極。充電電路耦接節點，用來提供一第一充電電流或一第二充電電流至節點，其中第一充電電流大於第二充電電流。分流單元耦接節點，分流單元於一第一狀態時具有一第一阻抗，於一第二狀態時具有一第二阻抗，第一阻抗大於第二阻抗。控制電路耦接充電電路、分流單元、第一電池單元與第二電池單元，用來控制充電電路提供第一或第二充電電流，以及用來控制分流單元之狀態。

控制電路包含一前端電路及一後端電路。前端電路耦接第一電池單元、第二電池單元與分流單元，前端電路用來偵測該第一電池單元之電壓與該第二電池單元之電壓，並用來將分流單元之狀態由第一狀態切換為第二狀態。後端電路耦接前端電路與充電電路，用來依據前端電路所偵測之第一與第二電池單元之電壓，以控制前端電路將該分流單元之狀態由第一狀態切換為第二狀態，後端電路更依據前端電路所偵測之第一與第二電池單元之電壓，控制充電電路由提供第一充電電流改為提供第二充電電流。

於一實施例中，分流單元包含一開關元件及一電阻。開關元件受控制電路之前端電路的控制呈一開啟狀態或一關閉狀態，當開關元件呈關閉狀態時分流單元呈第一狀態，當開關元件呈開啟狀態時分流單元呈第二狀態。電阻當開關元件進入開啟狀態時，分流來自充電電路的第一充電電流，使第一充電電流之一子電流通過電阻。

於一實施例中，分流單元包含一能量儲存單元，當分流單元呈第二狀態時，分流單元使第一充電電流的一子電流通過能量儲存單元，以供能量儲存單元儲存該子電流的能量。較佳的情況是，分流單元更包含一第一開關元件，且第一開關元件受控制電路之前端電路的控制而呈一開啟狀態或一關閉狀態，第一開關元件、能量儲存單元及第一電池單元形成一迴圈，當第一開關元件呈開啟狀態時分流單元分呈第二狀態，當第一開關元件呈關閉狀態時該分流單元呈第一狀態。

於一實施例中，當分流單元由第二狀態切換為第一狀態時，分流單元更耦接第二電池單元，藉以使能量儲存單元利用已儲存的能量對第二電池單元進行充電。較佳的情況是，分流單元更包含一第二開關元件，且第二開關元件受控制電路之前端電路的控制而呈一開啟狀態或一關閉狀態，第二開關元件、能量儲存單元及第二電池單元形成另一迴圈。當第一開關元件呈開啟狀態及第二開關元件呈關閉狀態時，第一分流單元呈該第二狀態。當第一開關元件呈關閉狀態及第二開關元件呈開啟狀態時，第一分流單元呈第一狀態。

於一實施例中，能量儲存單元包含一電感。

於一實施例中，後端電路包含一設定單元，用以供一使用者設定第一充電電流及第二充電電流的大小。於一實施例中，後端電路包含一學習單元，用以收集充電裝置進行充電操作的一歷史資料，並依據該歷史資料求得第一充電電流及第二充電電流的大小。

依據本發明一實施例，提供一種充電方法，用來對複數個電池單元充電，複數個電池單元包含一第一電池單元與一第二電池單元，第一與第二電池單元均具有一第一電極與一第二電極，第一電池單元之第二電極耦接第二電池單元之第一電極，使第一與第二電池單元串聯地耦接，且第一電池單元之第一電極耦接一節點，節點耦接於一分流單元。充電方法包含以下步驟。提供一第一充電電流至節點。偵測第一電池單元之電壓與第二電池單元之電壓。控制分流單元之狀態，其包含依據第一與第二電池單元之電壓，以將分流單元由一第一狀態切換為一第二狀態，其中分流單元於第一狀態時具有一第一阻抗；於第二狀態時具有小於第一阻抗的一第二阻抗。依據第一與第二電池單元之電壓，從提供第一充電電流改為提供一第二充電電流，其中第一充電電流大於第二充電電流。

於一實施例中，控制該分流單元之狀態的步驟更包含：控制分流單元於一預定分流期間呈第二狀態，使第一充電電流的一子電流通過分流單元的一能量儲存單元，以供能量儲存單元儲存子電流的能量。較佳的情況是，控制分流單元之狀態的步驟更包含：將分流單元由第二狀態切換為第一狀態，並使分流單元耦接第二電池單元，以供能量儲存單元對第二電池單元充電。

於一實施例中，此充電方法更包含：收集該些電池單元被充電的一歷史資料，並依據該歷史資料求得第一充電電及第二充電電流的大小。

於一實施例中，提供一種充電裝置，用來對複數個電池單元充電，複數個電池單元包含一第一電池單元與一第二電池單元，第一與第二電池單元均具有一第一電極與一第二電極，第一電池單元之第二電極耦接第二電池單元之第一電極，使第一與第二電池單元串聯地耦接。充電裝置包含一節點、一充電電路、一分流單元及一控制電路。節點耦接第一電池單元之第一電極。充電電路耦接節點並用來提供一充電電流節點。分流單元耦接節點且包含一能量儲存單元，分流單元於一第一狀態時具有一第一阻抗，於一第二狀態時具有一第二阻抗，第一阻抗大於該第二阻抗。控制電路耦接充電電路、分流單元、第一電池單元與第二電池單元，用來控制分流單元之狀態。當分流單元呈第二狀態時，分流單元使充電電流的一子電流通過能量儲存單元，以供能量儲存單元儲存該子電流的能量。當分流單元由第二狀態切換為第一狀態時，分流單元更耦接第二電池單元，藉以使能量儲存單元利用已儲存的能量對第二電池單元進行充電。

如上所述，於本發明一實施例中，當測得第一電池單元符合一非平衡條件時，能夠用第一電流對處於平衡狀態的電池單元充電，用比第一電流小的電流對處於非平衡狀態的第一電池單元充電，如此即可縮小處於平衡狀態的電池單元與處於非平衡狀態的第一電池單元的電壓差。於一實施例中，當測得第一電池單元符合一非平衡微調條件時，控制充電電路產生一小於初始充電電流的平衡微調電流。藉以更進一步縮小處於平衡狀態的電池單元與處於非平衡狀態的第一電池單元，兩者之充電電流的比率。而能夠更進一步縮小處於平衡狀態的電池單元與處於非平衡狀態的第一電池單元的電壓差。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、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顯示依本發明一實施例之充電裝置耦接於一充電電池的示意圖。如圖2所示，充電裝置200耦接於一電池，用以對該電池充電。電池包含有多個電池單元110，該些電池單元110互相串聯並形成多數個連接點。充電裝置200包含一節點240、多個分流單元230、一控制電路220及一充電電路210。節點240耦接該電池之該些電池單元110其一。充電電路210耦接節點240，並提供充電電流Ia至節點240。充電電流Ia為一初始電流Ia0或小於初始電流Ia0的一平衡微調電流Ia1(將於後述)。多個分流單元230分別對應該些電池單元110，每一分流單元230於一第一狀態時具有一第一阻抗，於一第二狀態時具有小於第一阻抗的一第二阻抗，且皆是用以分流來自充電電路210的充電電流Ia，使充電電流Ia分成：流過該分流單元230的子電流Ib、及流過對應該分流單元230之電池單元110的子電流Ic。於一實施例中第一阻抗可以為無窮大(例如：開路)，此時子電流Ib實質上為零。更具體而言，每一分流單元230分別並聯於一電池單元110。控制電路220用以偵測該些電池單元110的電壓，當測得該些電池單元110的充電狀態不平衡時，控制分流單元230對來自充電電路210的充電電流Ia進行分流，當測得該些電池單元110的充電狀態為平衡時，關閉分流單元230的分流功能。控制電路220通過一通用非同步收發傳輸單元(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，以下稱作UART單元)耦接於充電電路210，以與充電電路210進行通訊，並利用一控制訊號控制充電電路210對該些電池單元110進行充電之充電電流Ia的大小。控制訊號可以為由UART單元產生的脈衝寬度變調(Pulse Width Modulation，PWM)訊號。

於本實施例中，控制電路220包含一前端電路221及一後端電路222。於一實施例中，前端電路221可以為/包含一保護電路(保護IC)，而後端電路222可以為/包含一運算單元或一微處理器。後端電路222通過一I² C匯流排介面單元耦接於前端電路221，以與前端電路221進行通訊。前端電路221偵測該些電池單元110的電壓，並將該些電壓提供給後端電路222，當後端電路222判斷該些電池單元110的充電狀態不平衡時，後端電路222透過I² C匯流排介面單元指示前端電路221對該些分流單元230發出一開關訊號Sw，用以控制分流單元230對來自充電電路210的充電電流Ia進行分流。

圖3A顯示依本發明一實施例之分流單元及電池單元耦接狀況的部分電路圖。如圖3A所示，節點240耦接電池單元110之第一電極1b。該些電池單元110包含一電池單元11a及一電池單元11b，電池單元11a及電池單元11b均具有一第一電極1b與一第二電極1a，電池單元11a之第二電極1a耦接電池單元11b之第一電極1b，使電池單元11a及電池單元11b互相串聯，且電池單元11a並聯於分流單元23a，電池單元11b並聯於分流單元23b。分流單元23a及23b分別包含一開關元件231a及231b及一電阻232a及232b。由於分流單元23a及23b具有相似的功能，因此以下僅對分流單元23a加以說明，而省略分流單元23b的相關說明。當開關元件231a呈關閉狀態時分流單元23a呈第一狀態且具有第一阻抗，於本實施例中形成斷路狀態因此第一阻抗實質上為無窮大。當開關元件231a呈開啟狀態時分流單元呈第二狀態且具有對應電阻電阻232a的第二阻抗。於充電操作時，在初始狀態下，開關元件231a及231b預設為關閉狀態，且充電電路210產生一初始充電電流Ia0。

當後端電路222測得電池單元11a的電壓符合一非平衡條件時，指示前端電路221發出開關訊號Sw，用以使分流單元23a的開關元件231a進入開啟狀態，使分流單元23a呈第二狀態並對來自充電電路210的初始充電電流Ia0進行分流。此時，電池單元11a為非平衡狀態，流過電池單元11a的電流為子電流Ic0，流過分流單元23a之電阻232a的電流為子電流Ib0，因開關元件231b依然為關閉狀態，故流過電池單元11b的電流為初始充電電流Ia0，實質上沒有電流通過分流單元23b之電阻232b。設電阻232a的電阻為R1且電池單元11a其電阻為RH；其電壓為VH，依據克希荷電流定律則Ia0=Ic0+Ib0，依據克希荷電壓定律則Ib0*R1=VH，得知Ic0=Ia0-Ib0且Ib0=VH/R1。Ib0大於0，Ic0小於Ia0，子電流Ic0與初始充電電流Ia0的比率為Ic0/Ia0=(Ia0-Ib0)/Ia0=1-Ib0/Ia0。於非平衡狀態下以初始充電電流Ia0對電池單元11b充電，以比初始充電電流Ia0小的子電流Ic0對電池單元11a充電，如此即可縮小電池單元11a與電池單元11b的電壓差，亦即縮小電池單元11a與電池單元11b已儲存之電容量間的差。應了解的是，於本領域具有通常知識者可以適當地設定非平衡條件，例如可以設定為電池單元11a的電壓大於一第一過充預設值(以LiFeO₄ 充電單元為示例，可以設為3.4V)，且/或任兩電池單元110間的電壓差大於一平衡預設值(例如可以設為10mV)。

當後端電路222測得電池單元11a的電壓更進一步符合一非平衡微調條件時，使充電電路210所發出的電流從初始充電電流Ia0縮小至平衡微調電流Ia1。在非平衡微調狀態下，電池單元11a的充電電流為子電流Ic1，電池單元11b的充電電流為初始充電電流Ia1，兩者間的比率為Ic1/Ia1=(Ia1-Ib1)/Ia1=1-Ib1/Ia1。依據克希荷電流定律及電壓定律則Ib0=Ib1=VH/R1，由於Ia1小於Ia0，因此Ic1/Ia1小於Ic0/Ia0。由此可知，在非平衡微調狀態下電池單元11a的充電電流Ic1與電池單元11b的充電電流Ia1兩者間的差，大於在非平衡狀態下電池單元11a的充電電流Ic0與電池單元11b的充電電流Ia0兩者間的差，能夠更進一步縮小電池單元11a與電池單元11b的電壓差，亦即更進一步縮小電池單元11a與電池單元11b已儲存之電容量間的差。應了解的是，於本領域具有通常知識者可以適當地設定非平衡微調條件，例如可以設定為電池單元11a的電壓大於一第二過充預設值，且/或任兩電池單元110間的電壓差大於一平衡預設值(例如可以設為10mV)。較佳的情況是第二過充預設值大於第一過充預設值(以LiFeO₄ 充電單元為示例，可以設為3.5V)。

當後端電路222測得該些電池單元110的電壓更進一步符合一充電停止條件時，使充電電路210停止供應電流，停止電池的充電操作。應了解的是，於本領域具有通常知識者可以適當地設定充電停止條件，例如可以設定為任兩電池單元110間的電壓差小於一平衡預設值(例如可以設為10mV)。較佳的情況是充電停止條件更包含有任一異常條件。而異常條件可依於本領域具有通常知識者依不同的產品及使用環境進行設定。

圖3B顯示依本發明另一實施例之分流單元及電池單元耦接狀況的部分電路圖。如圖3B所示，電池單元11a及電池單元11b互相串聯，且電池單元11a對應於分流單元24a，電池單元11b對應於分流單元24b，此外於一操作狀態下電池單元11b更對應於分流單元24a。更具體而言，電池單元11a並聯於分流單元24a，電池單元11b並聯於分流單元24b，此外於一操作狀態下電池單元11b更耦接於分流單元24a。於本實施例中各分流單元可以使用大致相同的結構，以下僅以分流單元24a為示例加以說明。分流單元24a更包含有一能量儲存單元243a。當分流單元24a呈該第二狀態時具有第二阻抗，分流來自充電電路210的充電電流Ia，使充電電流Ia分成子電流Ib及子電流Ic，子電流Ib流過分流單元24a之能量儲存單元243a藉以供能量儲存單元243a儲存子電流Ib的電能，子電流Ic流過對應分流單元24a之電池單元11a。於本實施例中，當分流單元24a呈第一狀態時，具有實質上無窮大的第一阻抗，實質上未對來自充電電路210的電流Ia進行分流，此時電池單元11b耦接於分流單元24a，能量儲存單元243a釋放已儲存的電能，並利用該已儲存的電能對電池單元11b進行充電。

以下將更詳細說明本實施例。分流單元24a包含一第一及二開關元件241a及242a及一能量儲存單元243a。第一開關元件241a、能量儲存單元243a及電池單元11a形成一迴圈，且第二開關元件241a、能量儲存單元243a及電池單元11b形成另一迴圈。更具體而言，電池單元11a的第一電極1b耦接於第一開關元件241a的第一端，第一開關元件241a的第二端耦接於能量儲存單元243a的第一端，能量儲存單元243a的第二端耦接於電池單元11a的第二電極1a。電池單元11b的第一電極1b耦接於能量儲存單元243a的第一端，能量儲存單元243a的第二端耦接於第一開關元件242a的第一端，第一開關元件242a的第二端耦接於電池單元11b的第二電極1a。電池單元11b的第一電極1b耦接於電池單元11a的第二電極1a。於本實施例中，能量儲存單元243a可以包含有一電感31a及一並聯於電感31a的電阻32a。

於充電操作時，在初始狀態下，分流單元24a的開關元件241a及242a預設為關閉狀態，且充電電路210產生一初始充電電流Ia0。

當後端電路222測得電池單元11a的電壓符合一非平衡條件時，指示前端電路221發出開關訊號Sw，用以使分流單元24a的第一開關元件241a進入開啟狀態，此時第二開關元件242a依舊保持關閉狀態，分流單元24a於一預定分流期間內對來自充電電路210的初始充電電流Ia0進行分流。電池單元11a為非平衡狀態，流過電池單元11a的電流為子電流Ic0，流過分流單元24a的電流為子電流Ib0，因分流單元24b的開關元件依然為關閉狀態，分流單元24b呈第一狀態，故流過電池單元11b的電流為初始充電電流Ia0，實質上沒有電流通過分流單元24b。依據克希荷電流及電壓定律得知Ic0=Ia0-Ib0。Ib0大於0，Ic0小於Ia0，電流Ic0與電流Ia0的比率為Ic0/Ia0=(1a0-Ib0)/Ia0=1-Ib0/Ia0。於非平衡狀態下以初始充電電流Ia0對電池單元11b充電，以比初始充電電流Ia0小的子電流Ic0對電池單元11a充電，如此即可縮小電池單元11a與電池單元11b的電壓差，亦即縮小電池單元11a與電池單元11b已儲存之電容量間的差。此外，子電流Ib0更流過能量儲存單元243a，以供能量儲存單元243a儲存該預定分流期間內子電流Ib0的電能，更具體而言能量儲存單元243a的電感31a將子電流Ib0的能量以磁場的形式暫時儲存起來，等到子電流Ib0減小時電感31a能夠再將磁場的能量釋放出來。於該預定分流期間過後，前端電路221控制第一開關元件241a進入關閉狀態，分流單元24a呈第一狀態，分流單元24a的第一阻抗為無窮大，流過分流單元24a的子電流Ib0實質上為零，亦即分流單元24a實質上停止對來自充電電路210的初始充電電流Ia0進行分流，前端電路221控制第二開關元件242a進入開啟狀態，使分流單元24a耦接電池單元11b，更具體而言電感31a的兩端分別耦接於電池單元11b的兩端。由於電流Ib0變小或者變為0，電感31a將所儲存之磁場的能量釋放出來，並對電池單元11b進行充電。藉此，本實施例之充電裝置能夠減少電能的損耗同時還能夠更進一步減小電池單元11a與電池單元11b的電壓差。

前端電路221將所測得的電壓提供給後端電路222，當後端電路222判斷電池單元11a的電壓更進一步符合一非平衡微調條件時，使充電電路210所發出的電流從初始充電電流Ia0縮小至平衡微調電流Ia1。在非平衡微調狀態下，電池單元11a的充電電流為Ic1，電池單元11b的充電電流為Ia1，兩者間的比率為Ic1/Ia1=(Ia1-Ib1)/Ia1=1-Ib1/Ia1。如先前所述，Ic1/Ia1小於Ic0/Ia0。因此，在非平衡微調狀態下電池單元11a的充電電流Ic1與電池單元11b的充電電流Ia1兩者間的差，大於在非平衡狀態下電池單元11a的充電電流Ic0與電池單元11b的充電電流Ia0兩者間的差，能夠更進一步縮小電池單元11a與電池單元11b的電壓差。

圖4顯示依本發明一實施例之後端電路的方塊圖。如圖4所示，後端電路222包含一儲存單元310。儲存單元310例如可以為一記憶體。於一實施例中，當充電裝置200製造完成時，儲存單元310已儲存有初始充電電流Ia0及平衡微調電流Ia1的一出廠時的預設值。於一實施例中，後端電路220可以更包含有一設定單元320，用以供使用者依據自己的使用習慣，設定初始充電電流Ia0及/或平衡微調電流Ia1的一使用者設定值，並將其儲存於儲存單元310中。於一實施例中，後端電路220可以包含有一學習單元330，學習單元330用以收集一使用者使用充電裝置200對一電池進行充電的歷史資料，並依據此歷史資料求得一初始電流Ia0及平衡微調電流Ia1的一自動調整值，並將其儲存於儲存單元310中。舉例而言，學習單元330能夠收集每次充電時電池的總充電時間、電池中一電池單元110進入非平衡狀態時的時間、電池中一電池單元110進入非平衡微調狀態時的時間等，並據此適應性地調整初始電流Ia0及平衡微調電流Ia1的大小。更具體而言，可以將所收集之各參數分別乘以各自之權重，再將其標準化(normalize)以產生一係數，再利用該係數乘以該初始充電電流Ia0及平衡微調電流Ia1，事實上，本技術領域具有通常知識者可依本發明之揭露、實施本發明時所採用之電路元件等的特性及/或實施本發明時所欲達成的充電速度與效果，來決定前述之權重分配。然此例並非對本發明之限制，本技術領域具有通常知識者當可依據前述揭露內容，均等地變化實施本發明。

圖5A顯示本發明一實施例之充電方法的流程圖。如圖5A所示，本發明一實施例之充電方法，用來對複數個電池單元充電，複數個電池單元包含一第一電池單元與一第二電池單元，第一與第二電池單元均具有一第一電極與一第二電極，第一電池單元之第二電極耦接第二電池單元之第一電極，使第一與第二電池單元串聯地耦接，且第一電池單元之第一電極耦接一節點，節點耦接於一分流單元。充電方法包含以下步驟。

步驟S02：提供一第一充電電流至節點。

步驟S04：偵測第一電池單元之電壓與第二電池單元之電壓。

步驟S06：控制該分流單元之狀態。請參照圖5B，於一實施例中步驟S06包含有步驟S62：依據第一與第二電池單元之電壓，以將分流單元由一第一狀態切換為一第二狀態。且分流單元於第一狀態時具有一第一阻抗；於第二狀態時具有小於第一阻抗的一第二阻抗。

步驟S08：依據第一與第二電池單元之電壓，從提供第一充電電流改為提供一第二充電電流。第一充電電流大於該第二充電電流。於一實施例中，當測得第一電池單元符合一非平衡微調條件時，從提供第一充電電流改為提供第二充電電流，其中非平衡微調條件包含第一電池單元的電壓大於一過充預設值，且第一及第二電池單元間的電壓差大於一平衡預設值。

步驟S10：收集該些電池單元被充電的一歷史資料，並依據該歷史資料求得第一充電電流及第二充電電流的大小。

圖5B顯示圖5A實施例之充電方法的步驟S06的流程圖。如圖5B所示，本發明一實施例之充電方法的步驟S06包含以下步驟。

步驟S62：依據第一與第二電池單元之電壓，以將分流單元由一第一狀態切換為一第二狀態。

步驟S64：控制分流單元於一預定分流期間呈第二狀態，使第一充電電流的一子電流通過分流單元的一能量儲存單元，以供能量儲存單元儲存子電流的能量。

步驟S66：於該預定分流期間過後，將分流單元由第二狀態切換為第一狀態，並使分流單元耦接第二電池單元，以供能量儲存單元對第二電池單元充電。

如上所述，於本發明一實施例中，利用一充電電路對多個電池單元進行充電，於充電過程中測得該些電池單元中一第一電池單元處於非平衡狀態下時，能夠控制第一電池單元所對應之一分流單元，分流來自充電電路的初始充電電流。而能夠用初始充電電流對處於平衡狀態的電池單元充電，用比初始充電電流小的電流對處於非平衡狀態的第一電池單元充電，如此即可縮小處於平衡狀態的電池單元與處於非平衡狀態的第一電池單元的電壓差。於一實施例中，當測得第一電池單元符合一非平衡微調條件時，控制充電電路產生一小於初始充電電流的平衡微調電流。藉以更進一步縮小處於平衡狀態的電池單元與處於非平衡狀態的第一電池單元，兩者之充電電流的比率。而能夠更進一步縮小處於平衡狀態的電池單元與處於非平衡狀態的第一電池單元的電壓差。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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，因此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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

1a．．．第二電極

1b．．．第一電極

10．．．充電電池

11．．．電池單元

110．．．電池單元

11a．．．電池單元

11b．．．電池單元

200．．．充電裝置

21．．．充電電路

210．．．充電電路

220．．．控制電路

221．．．前端電路

222．．．後端電路

230．．．分流單元

231a~231b．．．開關元件

232a~232b．．．電阻

23a~23b．．．分流單元

240．．．節點

24a~24b．．．分流單元

241a~242a．．．開關元件

243a．．．能量儲存單元

31a．．．電感

32a．．．電阻

310．．．儲存單元

320．．．設定單元

330．．．學習單元

圖1顯示習知充電電路耦接於一充電電池時的示意圖。

圖2顯示依本發明一實施例之充電裝置耦接於一充電電池的示意圖。

圖3A顯示依本發明一實施例之分流單元及電池單元耦接狀況的部分電路圖。

圖3B顯示依本發明另一實施例之分流單元及電池單元耦接狀況的部分電路圖。

圖4顯示依本發明一實施例之後端電路的方塊圖。

圖5A顯示本發明一實施例之充電方法的流程圖。

圖5B顯示圖5A實施例之充電方法的步驟S06的流程圖。

110．．．電池單元

200．．．充電裝置

210．．．充電電路

220．．．控制電路

221．．．前端電路

222．．．後端電路

230．．．分流單元

240．．．節點

Claims (20)

1. 一種充電裝置，用來對複數個電池單元充電，且每一電池單元具有一平衡狀態、一非平衡狀態及一非平衡微調狀態，該複數個電池單元包含一第一電池單元與一第二電池單元，該第一與第二電池單元均具有一第一電極與一第二電極，該第一電池單元之第二電極耦接該第二電池單元之第一電極，使該第一與第二電池單元串聯地耦接，該充電裝置包含：一節點，耦接該第一電池單元之第一電極；一充電電路，耦接該節點，用來提供一第一充電電流或一第二充電電流至該節點，其中該第一充電電流大於該第二充電電流；一分流單元，耦接該節點，該分流單元於一第一狀態時具有一第一阻抗，於一第二狀態時具有一第二阻抗，該第一阻抗大於該第二阻抗；以及一控制電路，耦接該充電電路、該分流單元、該第一電池單元與該第二電池單元，用來控制該充電電路提供該第一或第二充電電流，以及用來控制該分流單元之狀態，該控制電路包含：一前端電路，耦接該第一電池單元、該第二電池單元與該分流單元，該前端電路用來偵測該第一 電池單元之電壓與該第二電池單元之電壓，並用來將該分流單元之狀態由該第一狀態切換為該第二狀態；以及一後端電路，耦接該前端電路與該充電電路，用來依據該前端電路所偵測之該第一與第二電池單元之電壓，以控制該前端電路將該分流單元之狀態由該第一狀態切換為該第二狀態，並且當該後端電路測得該第一電池單元之電壓為一非平衡狀態時，該充電電路提供該第一充電電流至該節點，藉以使該第一電池單元的充電電流與該第二電池單元的充電電流的比率為一第一比率；當該後端電路測得該第一電池單元之電壓為一非平衡微調狀態時，該充電電路提供該第二充電電流至該節點，藉以使該第一電池單元的充電電流與該第二電池單元的充電電流的比率為一第二比率，且該第二比率小於該第一比率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該分流單元包含：一開關元件，受該控制電路之該前端電路的控制呈一開啟狀態或一關閉狀態，當該開關元件呈該關閉狀態 時該分流單元呈該第一狀態，當該開關元件呈該開啟狀態時該分流單元呈該第二狀態；一電阻，當該開關元件進入該開啟狀態時，分流來自該充電電路的該第一充電電流，使該第一充電電流之一子電流通過該電阻。
3. 如申請專利範圍第2項所述之充電裝置，其中該控制電路的該後端電路判斷該第一電池單元的電壓符合一非平衡條件時，該第一電池單元的電壓為該非平衡狀態，控制該前端電路將該開關元件由該關閉狀態切換為該開啟狀態。
4. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該分流單元包含一能量儲存單元，當該分流單元呈該第二狀態時，該分流單元使該第一充電電流的一子電流通過該能量儲存單元，以供該能量儲存單元儲存該子電流的能量。
5. 如申請專利範圍第4項所述之充電裝置，其中該分流單元更包含一第一開關元件，且該第一開關元件受該控制電路之該前端電路的控制而呈一開啟狀態或一關閉狀態，該第一開關元件、該能量儲存單元及該第一電池單元形成一迴圈，當該第一開關元件呈開啟狀態時該分流單元分呈該第二 狀態，當該第一開關元件呈該關閉狀態時該分流單元呈該第一狀態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之充電裝置，其中當該分流單元由該第二狀態切換為第一狀態時，該分流單元更耦接該第二電池單元，藉以使該能量儲存單元利用已儲存的能量對該第二電池單元進行充電。
7. 如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中該分流單元更包含一第二開關元件，且該第二開關元件受該控制電路之該前端電路的控制而呈一開啟狀態或一關閉狀態，該第二開關元件、該能量儲存單元及該第二電池單元形成另一迴圈，當該第一開關元件呈開啟狀態及該第二開關元件呈關閉狀態時，該第一分流單元呈該第二狀態，當該第一開關元件呈關閉狀態及該第二開關元件呈開啟狀態時，該第一分流單元呈該第一狀態。
8. 如申請專利範圍第4項所述之充電裝置，其中該能量儲存單元包含一電感。
9. 如申請專利範圍第5項所述之充電裝置，其中該控制電路的該後端電路判斷該第一電池單元的電壓符合一非平衡條件時，該第一電池單元的電壓為該非平衡狀態，控制該前端電路將該第一開關元件由該關閉狀態切換為該開啟狀態。
10. 如申請專利範圍第3或9項所述之充電裝置，其中該非平衡條件包含該第一電池單元的電壓大於一第一過充預設值，且該第一及第二電池單元間的電壓差大於一平衡預設值。
11. 如申請專利範圍第10項所述之充電裝置，其中該後端電路更測得該第一電池單元的電壓符合一非平衡微調條件時，該第一電池單元的電壓為該非平衡微調狀態，並控制該充電電路由提供該第一充電電流改為提供該第二充電電流。
12. 如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中該非平衡微調條件包含該第一電池單元的電壓大於一第二過充預設值，該第一及第二電池單元間的電壓差大於該平衡預設值，且該第二過充預設值大於該第一過充預設值。
13. 如申請專利範圍第3或9項所述之充電裝置，其中該後端電路更測得該第一電池單元符合一非平衡微調條件時，該第一電池單元的電壓為該非平衡微調狀態，並控制該充電電路由提供該第一充電電流改為提供該第二充電電流。
14. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該後端電路包含一設定單元，用以供一使用者設定該第一充電電流及該第二充電電流的大小。
15. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該後端電路包含一學習單元，用以收集該充電裝置進行充電操作的一歷史資料，並依據該歷史資料求得該第一充電電流及該第二充電電流的大小。
16. 一種充電方法，用來對複數個電池單元充電，且每一電池單元具有一平衡狀態、一非平衡狀態及一非平衡微調狀態，該複數個電池單元包含一第一電池單元與一第二電池單元，該第一與第二電池單元均具有一第一電極與一第二電極，該第一電池單元之第二電極耦接該第二電池單元之第一電極，使該第一與第二電池單元串聯地耦接，且該第一電池單元之第一電極耦接一節點，該節點耦接於一分流單元與一充電電路，該充電方法包含：當該第一電池單元之電壓為一非平衡狀態時，利用該充電電路提供一第一充電電流至該節點，藉以使該第一電池單元的充電電流與該第二電池單元的充電電流的比率為一第一比率；利用一控制電路偵測該第一電池單元之電壓與該第二電池單元之電壓；依據該第一與第二電池單元之電壓，利用該控制電路將該分流單元由一第一狀態切換為一第二狀態，其中該分流單元於該第一狀態時具有一第一阻抗；於該 第二狀態時具有小於該第一阻抗的一第二阻抗；以及當該第一電池單元之電壓為一非平衡微調狀態時，利用該控制電路控制該充電電路，使該充電電路從提供該第一充電電流改為提供一第二充電電流，其中該第一充電電流大於該第二充電電流，藉以使該第一電池單元的充電電流與該第二電池單元的充電電流的比率為一第二比率，且該第二比率小於該第一比率。
17. 如申請專利範圍第16項所述之充電方法，其中該控制該分流單元之狀態的步驟更包含：控制該分流單元於一預定分流期間呈該第二狀態，使該第一充電電流的一子電流通過該分流單元的一能量儲存單元，以供該能量儲存單元儲存該子電流的能量。
18. 如申請專利範圍第17項所述之充電方法，其中該控制該分流單元之狀態的步驟更包含：將該分流單元由該第二狀態切換為該第一狀態，並使該分流單元耦接該第二電池單元，以供該能量儲存單元對該第二電池單元充電。
19. 如申請專利範圍第18項所述之充電方法，其中該從提供該第一充電電流改為提供一第二充電電流的步驟，包含： 當測得該第一電池單元之電壓符合一非平衡微調條件時，該第一電池單元之電壓為一非平衡微調狀態，並從提供該第一充電電流改為提供該第二充電電流，其中該非平衡微調條件包含該第一電池單元的電壓大於一過充預設值，且該第一及第二電池單元間的電壓差大於一平衡預設值。
20. 如申請專利範圍第16項所述之充電方法，更包含：收集該第一及第二電池單元被充電的一歷史資料，並依據該歷史資料求得該第一充電電及該第二充電電流的大小。