TWI425737B - 充電裝置及充電方法 - Google Patents

Description

充電裝置及充電方法

本發明係關於一充電裝置及可適當地應用於(例如)一鋰離子二次電池之一充電方法。

相關申請案之交互參考

本發明含有與2008年2月6日向日本專利局申請之日本專利申請案JP 2008-025858相關之標的，其全部內容以引用方式併入本文內。

為防止任何事故，重要的係在充電鋰離子二次電池的同時，一充電電壓不超過一額定電壓且一充電電流不超過最大允許電流。需要管理該充電電壓與該充電電流兩者，且應用恆定電流恆定電壓之充電系統。市售充電裝置經組態用以致能嚴格管理充電電壓及充電電流。然而，僅提供對充電電壓及充電電流之嚴格管理，很難說提供一足夠安全之測量。因此，考慮偵測一電池組內之一溫度且僅當該溫度在一安全範圍內時實行充電。

例如，設定0℃至45℃之一溫度範圍為一可充電溫度範圍(下文稱為"充電溫度範圍")。當在一低溫下充電一鋰離子二次電池時，自該正電極發射之鋰離子變得難以被負電極吸收，且一鋰金屬變得易沉積。此可導致該沉積之鋰金屬衝破一分離器之一事故。此外，當在一高溫下充電時，由於添加充電電流至一環境溫度，因此溫度上升，且該電池之溫度上升。此使得難以保持該分離器之功能，從而導致一事故。

在用於以一恆定電流充電一鎳氫電池或一鎳鎘電池的相關技術充電裝置中，藉由使一溫度偵測元件每隔一特定時間週期偵測電池表面溫度之一快速增加，執行充電完成時間偵測(所謂ΔT偵測模式)。例如，日本未審專利申請公開案第Hei 7-15885號說明取決於一溫度變化率修正在一完全充電下的一參考電壓值，以解決在ΔT偵測模式下，在溫度影響下不正確充電之一問題。

在上述公開案中所揭示之發明並非意欲意欲解決其中超出充電溫度範圍給鋰離子二次電池充電之一情形的問題。除非注意該電池所產生之熱及自該充電裝置之電路產生之熱，否則不可能很正確地偵測該電池溫度。

需要提供一充電裝置及可確保在充電溫度範圍內實行充電之一充電方法。

根據本發明，提供一充電裝置，其經組態用以接受對應於一二次電池或一電池組之一溫度的溫度資訊，當該溫度在一設定充電溫度範圍內時，供應一充電電流至該二次電池或該電池組，且當該溫度超出該設定充電溫度範圍時，中斷該充電電流。

或者，可將充電溫度範圍劃分成複數個區域，以便判斷該溫度屬於該等劃分區域中之哪一區域。

較佳地，在一恆定週期性循環中開啟/關閉一充電電流，且判斷在關閉該充電電流之一時間期間偵測之至少一溫度是否在該充電溫度範圍內。

較佳藉由使用在該開啟週期中偵測之一溫度實行充電控制。在此情形下，若在開啟充電電流期間偵測之第一溫度與在關閉該充電電流期間偵測之一第二溫度之間之一差異不高於一臨限值，則判斷該第一溫度與該第二溫度每一者是否均在該充電溫度範圍內。若該第一溫度與該第二溫度之間之該差異大於該臨限值，則判斷該第二溫度是否在充電溫度範圍內。在此情形下，較佳相對於該等第一及第二溫度獨立地設定充電溫度範圍。

在包括依所示順序實行恆定電流充電操作及恆定電壓充電操作的充電控制中，當為一鋰離子二次電池之情形時，其經組態用以判斷僅在該恆定電壓充電操作期間，該溫度是否在充電溫度範圍內。

根據本發明，亦提供一充電方法，其包括以下步驟：接受對應於一二次電池或一電池組之一溫度的溫度資訊；當該溫度在一設定充電溫度範圍內時，供應一充電電流至該二次電池或該電池組；且當該溫度超過該設定充電溫度範圍時中斷該充電電流。

下面將參考圖1來說明本發明之一第一具體實施例。應瞭解，以下具體實施例係本發明之適合的特定範例，其中施加各種技術上適合之限制，且本發明之範疇並未限制於該等具體實施例，除非下文說明中另外注明。

將一電池組1與一充電器4彼此連接以充電電池組1之一二次電池(例如一鋰離子二次電池)BAT。電池組1及充電器4係透過正及負連接終端1a(+)及1b(-)、4a(+)及4b(-)以及控制終端1c(T)及4c(T)彼此連接。該等控制終端1c及4c係用於供應電池組1之溫度資訊至充電器4，且並區分電池組1至充電器4之連接。該等連接終端通常經組態為機械接觸終端，且當將電池組1安裝在充電器4上時，將其彼此連接。

電池組1之正終端1a係經由一充電控制開關2a連接至該二次電池BAT之一正電極，且該二次電池BAT之一負電極係連接至電池組1之負電極1b。藉由保護IC(積體電路)2b控制充電控制開關2a之開啟/關閉操作。在其中開啟開關2a之一狀態下，藉由充電電流實行充電操作，且藉由關閉開關2a中斷該充電電流以停止充電。

圖1中之電池組1之組態係以一簡化形式顯示。將一放電控制開關(未顯示)串聯連接至充電控制開關2a，且藉由保護IC 2b控制該放電控制開關之開啟/關閉操作。藉由場效電晶體(下文亦稱作FET)形成充電控制開關2a及放電控制開關。在該等FET之每一者之一汲極與一源極之間佈置一寄生二極體。其經組態用以允許一電流流經該寄生二極體。

該保護IC 2b用於保護二次電池BAT免受過充電、過放電或過電流之影響。在該保護操作下，當保護IC 2b偵測到一過充電時，該保護IC 2b產生一控制信號以關閉充電控制開關2a。接著，中斷自充電器4之充電電流。此保護操作可避免由於充電器4失效或類似原因造成之該充電器4之過充電狀態。

在其中將一負載連接至電池組1而非充電器4且使二次電池BAT處於過放電狀態之情形下，該二次電池BAT可能崩潰。保護IC 2b偵測到該電池電壓不高於一特定電壓值(例如2.7V)，且回應一放電控制信號而藉由控制放電控制開關(未顯示)中斷該放電電流。在電池之正與負終端之間出現短路的情形下，有可能藉由一大的電流流動產生一異常發熱。當該放電電流超過一特定電流值時，保護IC 2b中斷該放電電流。

該等保護功能類似於相關技術電池組中提供之該等功能。在本發明之第一具體實施例中，例如提供一熱敏電阻器3作為電池組1之一溫度偵測元件。將熱敏電阻器3之一端連接至一控制終端1c且將其另一端連接至一連接終端1b。熱敏電阻器3具有隨溫度變化電阻值Rt之一變化為負之特徵。在電池組1中佈置熱敏電阻器3或將其黏附於電池組1之外殼之表面。或者，一溫度偵測元件可包括在充電器4中以便間接偵測電池組1之溫度。或者，可藉由偵測環境溫度偵測一異常溫度環境。作為一溫度偵測元件，可使用電阻變化相對溫度變化具有一正斜率之一元件，例如一PTC(正溫度係數)熱敏電阻器，以取代具有負特徵之熱敏電阻器。

充電器4具有一DC電源5、一充電控制開關6及一充電控制器7。該DC電源5產生一充電電源作為一輸出，且將其正輸出終端經由充電控制開關6連接至一終端4a，且將其負輸出終端連接至一終端4b。明確而言，該DC電源5可為各種形式，例如將100V至240V之一商業電源轉換成一DC電源之一切換電源，或從一DC電壓源產生用於充電一鋰離子電池之一充電電壓(例如4.2V)之一DC-DC轉換器。作為充電控制開關6，可使用一FET、一中繼開關或類似物。

充電控制器7係由一微電腦形成，且其輸出用於實行充電控制開關6之開啟/關閉控制的一控制信號。充電器4實行充電控制以適當充電電池組1中之二次電池BAT。儘管未顯示，亦藉由組合恆定電流充電及恆定電壓充電方法之一方法充電二次電池BAT，例如一鋰離子二次電池。例如，當該電池電壓不高於4.1V時，藉由一預定充電電流實行恆定電流充電。當電池電壓大於4.1V時，充電器4實行一恆定電壓控制操作以便逐步降低該充電電流。該電池電壓朝充電器4之輸出電壓(4.2V)遞增。之後，在偵測到充電器4之輸出電壓與電池電壓之間的電壓差達到一預定值，或該充電電流變成一預定值或更小之一事實後，完成充電。此充電控制係藉由充電控制器7實行。在圖1中，省略用於充電控制之組態。

自比較器TH1及TH2分別供應比較輸出T1及T2至充電控制器7。將一參考電壓Vref2(一固定值)供應至由電阻器R1、R2及R3組成之串聯電路之每一者之一端。該等串聯電阻器電路之另一端係接地。從電阻器R1及R2之間的一連接中點取對應於該充電溫度範圍中之一低溫臨限值的一參考電壓V1，且將該參考電壓V1供應至比較器TH1之一輸入終端(非反相輸入終端)。從電阻器R2與R3之間的一連接中點取對應於該充電溫度範圍中之一低溫臨限值的一參考電壓V2，且將該參考電壓V2供應至比較器TH2之另一輸入終端(反相輸入終端)。

經由一電阻器Ro、一終端4c、一終端1c及熱敏電阻器3將一參考電壓Vref1(一固定值)連接至一接地線。電阻器Ro與熱敏電阻器3係串聯連接，且將在電阻器Ro與熱敏電阻器3之間的一連接中點處之一電壓(下文亦稱為一偵測電壓)Vr分別供應至比較器TH1之另一輸入終端及比較器TH2之一輸入終端。因此，偵測電壓Vr之值係由下式表示，且其隨一偵測溫度而變化，例如如圖3所示。

Vr=Vref1×(Rt/(Ro+Rt))

亦即，由於熱敏電阻器3具有負特徵，因此偵測電壓Vr之值(電阻Rt)隨溫度上升而下降。如此設定以使參考電壓V1對應於充電溫度範圍中之低溫臨限值(例如0℃)，且參考電壓V2對應於充電溫度範圍中之一高溫臨限值(例如＋45℃)。

比較器TH1比較參考電壓V1與偵測電壓Vr。當Vr>V1，該比較輸出信號T1變成一低位準(下文亦稱為"L")。當，該比較輸出信號T1變成一高位準(下文亦稱為"H")。比較器TH2比較參考電壓V2與偵測電壓Vr。當，比較輸出信號T2變成H。當Vr<V2，比較輸出信號T2變成L。

因此，比較器TH1及TH2用作一視窗比較器且產生具有以下關係之輸出信號。

當Vr>V1，T1=L時，T2=H；

當時，T1=H，T2=H；及

當Vr<V2時，T1=H，T2=L。

充電控制器7分別接收比較器TH1及TH2之比較輸出信號T1及T2，並判斷電池組1之溫度是否在該充電溫度範圍內。若判斷電池組1之溫度在充電溫度範圍內，則充電控制器7以一控制信號供應充電控制開關6以開啟充電控制開關6。若判斷電池組1之溫度超出該充電溫度範圍，則充電控制器7以一控制信號供應充電控制開關6以關閉充電控制開關6。

作為一範例，該充電溫度範圍內之低溫臨限值係設定為0℃，且該高溫臨限值係設定為45℃。其亦經進一步設定使得Vref1=Vref2=2.5V，且Ro=100kΩ。在此情形下，作為一範例，該等個別元件值係設定如下。

熱敏電阻器3之電阻值Rt：在0℃下為357kΩ。

偵測電壓Vr：2.5V/(100k+357k)×357k=1.95V。

因此，V1(對應於低溫臨限值)係設定為1.95V。

熱敏電阻器3之電阻值Rt：在45℃下41kΩ。

偵測電壓Vr：2.5V/(100k+41k)×41k=0.73V。

因此，V2(對應於高溫臨限值)係設定為0.73V。

參考電壓V1及V2係由表1中所示之計算方程式表示。基於與溫度參考電壓Vr之相關圖，可藉由表2中所示之程序推導出電阻器R1、R2及R3之值。

將電池組1安裝在因此設定之充電器4上。假設此時電池組1具有15℃之一溫度，個別電壓具有以下值。

熱敏電阻器3之電阻值Rt：在15℃下為163kΩ。

偵測電壓Vr：2.5V/(100k+163k)×163k=1.55V。

比較器TH1之反相輸入為1.55V，而其非反相輸入為1.95V。因此，輸出T1為H。

比較器TH2之非反相輸入為1.55V，而其反相輸入為0.73V。因此，輸出T2為H。

亦即，從關係可見，比較器TH1之輸出信號T1為H，比較器TH2之輸出信號T2亦為H。基於該等比較器TH1及TH2之輸出T1及T2均為H之結果，充電控制器7判斷該溫度在充電溫度範圍內，並產生控制信號以開啟充電控制開關6，使得透過該充電控制開關6供應一充電電流至電池組1。若在充電操作期間該溫度偏離充電溫度範圍，且該等比較器之一之輸出變成L，則關閉充電控制開關6以停止充電。

下面將參考圖2之流程圖說明本發明之第一具體實施例之操作。在控制包括在充電控制器7中之微電腦下執行該流程圖中所示之處理。在步驟S1中，判斷電池組1是否安裝。在其中電池組1未安裝在充電器4上之狀態下，充電控制器7使控制開關6處於關閉狀態，且該充電電路處於開啟狀態。欲輸入至比較器TH1之反相輸入終端及比較器TH2之非反相輸入終端的電壓Vr係透過電阻器Ro連接之參考電壓Vref1。

此處，當將電池組1安裝在充電器4上時，經由電阻器Ro、終端4c及1c及電池組1中之熱敏電阻器3將參考電壓Vref1連接至終端1b(接地)。輸入至比較器TH1之反相輸入終端及比較器TH2之非反相輸入終端的偵測電壓變成藉由將參考電壓Vref1除以電阻器Ro及熱敏電阻器3之電阻值Rt獲得之一電壓。例如，假設參考電壓Vref1為2.5V，電阻器Ro為100kΩ，且Rt為100kΩ(在25℃下)，則當未安裝電池組1時，供應2.5V至比較器TH1及TH2之輸入終端，並將2.5V/(100k+100k)×100k=1.25V分別供應至比較器TH1及TH2之輸入終端。

熱敏電阻器3之電阻值Rt取決於周圍溫度而變化。因此，偵測電壓值與電池組1之溫度相關。藉由設定供應至比較器TH1之非反相輸入終端之參考電壓V1為對應於低溫度臨限值之一電壓值，當偵測電壓Vr低於參考電壓V1時，即當熱敏電阻器周圍溫度高於低溫臨限值V1時，比較器TH1之輸出信號變成H。

藉由設定連接至比較器TH2之反相輸入之參考電壓V2為對應於高溫臨限值之一電壓值，當偵測電壓Vr高於參考電壓V2時，即當熱敏電阻器周圍溫度低於高溫臨限值時，比較器TH2之輸出信號變成H。在步驟S2中，基於比較器TH1及TH2兩者均變成一H信號之事實，確認該溫度在充電溫度範圍內。

在步驟S2中，若判斷所偵測溫度超出充電溫度範圍，則該程式移至步驟S3以藉由關閉充電控制開關6停止充電。在步驟S3後，該程序返回步驟S2以實行溫度確認。

在步驟S2中，若確認所偵測溫度在充電溫度範圍內，即T1=T2=H，則該程序移至步驟S4以開啟充電控制開關6。在步驟S5中，執行充電操作。

即使在充電操作期間，在步驟S6中，監視電池組1之溫度是否在充電溫度範圍內。若在充電期間之溫度超出充電溫度範圍，則比較器TH1及TH2之一的比較輸出變成L，且充電控制器7藉由關閉充電控制開關6停止充電(步驟S3)。

在步驟S6中，若確認電池組1之偵測溫度在充電溫度範圍內，則執行充電操作，且該程序移至步驟S7以判斷該電池組是否亦達到完全充電。有可能基於與二次電池BAT之電壓之差異不高於一預定值之事實，或基於該充電電流不超過一預定值之事實，偵測其是否已達到完全充電。

若在步驟S7中偵測到完全充電，則程序移至步驟S8以藉由關閉充電控制開關6終止該充電操作。透過前述一系列操作，本發明之具第一體實施例可避免當在充電期間一異常熱出現時或在異常環境溫度下之充電。

一般認為，由於安全範圍取決於二次電池BAT之特徵而變化，因此充電溫度範圍之上限及下限大約為0°C至45℃。然而，本發明並不限於此一特定充電溫度範圍，但將根據欲藉由一個別充電器操作之一二次電池之特徵設定一安全範圍。

圖4顯示本發明之一第二具體實施例之組態。此組態不同於第一具體實施例之組態，關鍵在於將偵測電壓Vr直接供應至一充電控制器7A而無需通過任何比較器。該充電控制器7A具有一A/D轉換器，其將一類比偵測電壓Vr轉換成一數位信號，並經組態用以藉由軟體處理判斷偵測電壓Vr是否在設定電壓範圍內。與第一具體實施例類似，當偵測電壓Vr在該充電電壓範圍內時，充電控制器7A產生一控制信號以開啟充電控制開關6。

接下來，將說明本發明之一第三具體實施例。該第三具體實施例涉及在正確偵測電池組1之溫度方面之一改善。亦即，自充電器4之輻射熱可添加至或電池組內之保護電路之熱可添加至在充電期間偵測之溫度，使得難以正確偵測電池組1之溫度。特定言之，在供應一相對大之充電電流至二次電池BAT之充電器中，電池組內之保護IC之元件產生的熱及在該充電器側上的電路熱添加至二次電池BAT之自身產生之熱。其發揮一很大影響，且整個電池組之溫度易於增加。

考慮安全性，二次電池BAT之溫度最重要且應監視，且需要藉由最小化周邊電路熱之影響偵測一正確溫度。該第三具體實施例經組態用以藉由在特定循環中開啟/關閉充電且在充電關閉期間實行溫度偵測實行正確的溫度偵測。當充電關閉時，無電流供應至該充電器電路及電池保護電路。此抑制該等組件之溫度上升，從而致能抑制輻射熱。在此週期期間熱敏電阻器偵測之溫度主要係二次電池BAT(電池單元)本身的溫度，從而致能更準確地判斷該二次電池的安全性。

下面將參考圖5之流程圖說明該第三具體實施例之處理。電池組1與充電器4之基本組態與圖1或4中相同。在控制包括在充電控制器7(或7A)中之微電腦下執行圖5之流程圖中所示之處理。

在步驟S11中，判斷是否安裝電池組1。在其中電池組1未安裝在充電器4上之狀態下，充電控制器7使控制開關6處於關閉狀態，且該充電電路處於開啟狀態。此處，當電池組1安裝在充電器4上時，該程序移至步驟S12以判斷電池組1之溫度是否在充電溫度範圍內。類似於先前第一具體實施例執行溫度確認處理。

在步驟S12中，若判斷所偵測溫度超出充電溫度範圍，則該程序移至步驟S13以藉由關閉充電控制開關6停止充電(中斷充電電流)。在步驟S13後，該程序返回步驟S12以實行溫度確認。

在步驟S12中，若判斷該偵測溫度在充電溫度範圍內，則該程式移至步驟S14以開啟充電控制開關6，且接著移至步驟S15以實行充電操作。

在步驟S16中，判斷其是否已達到完全充電。當充電器4之輸出電壓與二次電池BAT之電壓之間的差異不高於一預定值時或當該充電電流變成一預定值或更小時，有可能偵測到其已達到完全充電。

若步驟S16之偵測結果為未完全充電，則該等程序移至步驟S17以循環關閉充電控制開關6。亦即，藉由溫度確認循環關閉充電開關6。例如，在充電操作持續三分鐘後，關閉充電開關6三秒。在充電開關6之關閉週期中實行步驟S18中之溫度確認。

若在步驟S18中確認充電期間之溫度超出充電溫度範圍，則充電控制器7藉由關閉充電控制開關6停止充電(步驟S13)。若在步驟S18中確認電池組1之溫度在充電溫度範圍內，則該程序返回步驟S14(開啟充電開關6)以恢復該充電操作。

若步驟S16之偵測結果為完全充電，則程序移至步驟S19以藉由關閉充電控制開關6終止該充電操作。透過前述一系列操作，本發明之第三具體實施例可避免當在充電期間一異常熱出現時或在異常環境溫度下之充電。此外，由於當關閉充電電流時偵測電池組1之溫度，因此有可能減少來自充電器4之熱影響及電池組1內之保護電路之熱影響，藉此致能正確的溫度偵測。

接下來，將說明致能正確溫度偵測之一第四具體實施例。在該第四具體實施例中，不僅在充電關閉週期亦在充電開啟週期實行溫度偵測。若在開啟週期與關閉週期之間的溫度差異不高於一特定設定值，則在該開啟週期期間的溫度亦用於判斷是否可給該電池充電。

如圖6所示，藉由開關8及9分別切換用於開啟週期及用於關閉週期中之與偵測電壓Vr比較之參考電壓。回應來自一充電控制器7B之一溫度設定控制信號而切換該等開關8及9。

在一固定參考電壓Vref2與接地之間插置電阻器R1、R2、R3、R4及R5之串聯電路，以便在該等電阻器中間獲得連接點。從電阻器R1與R2之間的連接點取一參考電壓V1，從電阻器R2與R3之間的連接點取一參考電壓V2，從電阻器R3與R4之間的連接點取一參考電壓V3，且從電阻器R4與R5之間的連接點取一參考電壓V4。存在以下關係：V4<V3<V2<V1。

在充電開啟週期中電池組1之溫度高於充電關閉週期中電池組1之溫度。因此，設定參考電壓V1及V3以便分別定義在充電關閉週期中的低溫臨限值與高溫臨限值。設定參考電壓V2及V4以便分別定義在充電開啟週期中的低溫臨限值與高溫臨限值。透過開關8及9，在充電關閉週期期間，分別供應參考電壓V1及V3至比較器TH1及TH2之反相輸入終端，且在充電開啟週期期間，分別供應參考電壓V2及V4至比較器TH1及TH2之反相輸入終端。

與第一具體實施例類似，將藉由電池組1之熱敏電阻器3偵測之偵測電壓Vr分別供應至比較器TH1及TH2之非反相輸入終端。當偵測電壓Vr在參考電壓V1與V3之範圍時，比較器TH1之輸出信號T1變成L，且比較器TH2之輸出信號T2亦變成H。同樣，當偵測電壓Vr在參考電壓V2與V4之範圍內時，比較器TH1之輸出信號T1變成L，且比較器TH2之輸出信號T2變成H。

將比較器TH1之輸出信號T1及比較器TH2之輸出信號T2供應至充電控制器7B。充電控制器7B能夠判斷在充電開啟週期與充電關閉週期之各週期中，電池組1之溫度是否在設定充電溫度範圍內。亦供應偵測電壓Vr至充電控制器7B。充電控制器7B偵測在充電開啟週期中電池組1之一溫度Ton及在充電關閉週期中電池組1之一溫度Toff，且接著判斷其間差異之大小。

在開啟週期與關閉週期之間一小的溫度差異意味藉由施加充電電流自該等電路及組件產生相對小的熱。因此，可估計熱對二次電池BAT具有較小影響。在此情形下，即使在開啟週期中偵測之溫度亦可用於溫度確認，因為其上相對正確地反映電池組1之溫度。藉由在開啟週期與關閉週期中均實行溫度偵測，有可能更加迅速地偵測到任何異常熱產生並停止充電。

儘管輻射熱之影響很小，但並不意味沒有影響。因此，如上設定開啟週期與關閉週期(參考電壓V1至V4)中之個別溫度臨限值。

下面將參考圖7之流程圖說明本發明之第四具體實施例之操作。在步驟S21中，判斷是否安裝電池組1。在其中電池組1未安裝在充電器4上之狀態下，充電控制器7B使控制開關6處於關閉狀態，且該充電電路處於開啟狀態。此處，當電池組1安裝在充電器4上時，該程序移至步驟S22以判斷電池組1之溫度是否在充電溫度範圍內。此溫度確認處理使用充電關閉週期中之溫度臨限值(參考電壓V1及V3)。

若在步驟S22中判斷所偵測溫度超出充電溫度範圍，則該程序移至步驟S23以藉由關閉充電控制開關6停止充電。在步驟S23後，該程序返回步驟S22以實行溫度確認。

若在步驟S22中判斷該偵測溫度在充電溫度範圍內，則該程序移至步驟S24以開啟充電控制開關6，且接著移至步驟S25以實行充電操作。

在充電開關6開啟期間與充電開關6關閉期間之每一週期中實行該溫度偵測操作。在一恆定循環下實行該溫度偵測操作。當實行溫度偵測操作時，取決於所偵測之溫度執行隨後之處理。在步驟S26中，自偵測電壓Vr偵測充電開啟週期中之一溫度Ton。將該偵測溫度Ton儲存在充電控制器7B中。在步驟S27中，關閉充電開關6。在步驟S28中，自偵測電壓Vr偵測充電關閉週期中之一溫度Toff。將該偵測溫度Toff儲存在充電控制器7B中。

在步驟S29中，判斷一溫度差異(Ton-Toff)是否小於一溫度差異臨限值。若判斷該溫度差異小於該臨限值，則該程序移至步驟S30以將該溫度臨限值設定於充電開啟週期(參考電壓V2及V4)中之值。在步驟S31中，開啟充電開關6。

在步驟S32中，藉由使用在充電開啟週期中之溫度臨限值(溫度確認處理)判斷電池組1之溫度是否在充電溫度範圍內。若在步驟S32中確認電池組1之溫度在充電溫度範圍內，則該程序移至步驟S33以設定該溫度臨限值為在充電關閉週期中之值(參考電壓V1及V3)。在步驟S34中，關閉充電開關6。在步驟S35中，藉由使用在充電關閉週期中之溫度臨限值(溫度確認處理)判斷電池組1之溫度是否在充電溫度範圍內。

若在步驟S29中判斷溫度差異(Ton-Toff)不小於溫度差異臨限值，則省略使用充電開啟週期中之溫度臨限值的溫度確認處理(步驟S32)，隨後進行步驟S33、S34及S35中的使用充電關閉週期中之溫度臨限值的溫度確認處理。在步驟S32及S35中之溫度確認處理中，若判斷電池組1之偵測溫度超出充電溫度範圍，則該程序移至步驟S23以停止充電。

在步驟S36中，判斷該電池是否已達到完全充電。基於充電器4之輸出電壓與二次電池BAT之電壓之間的差異不高於一預定值之事實，或基於該充電電流變成一預定值或更小之一事實，有可能偵測到其已達到完全充電。

若步驟S36之偵測結果係未完全充電，則該程序返回步驟S25以重複自上述步驟S26至步驟S35之一系列處理。若步驟S36之偵測結果為完全充電，則關閉充電控制開關6以終止該充電操作。透過前述一系列操作，除充電電流之關閉週期中之溫度外，本發明之第四具體實施例藉由使用充電電流之開啟週期中之溫度實行溫度確認。此致能減少自充電器4之熱影響及電池組1之保護電路之熱影響，從致能正確地溫度偵測及進一步連續的溫度確認。

接下來，將說明本發明之一第五具體實施例。該第五具體實施例經組態用以藉由更精細地劃分溫度臨限值以便相對電池組1之溫度精細地改變充電條件來消除充電不足。藉由視需要增加比較器之數量，此有可能，如圖8所示。

如圖8所示，提供電阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6及R7之串聯電路以產生對應於溫度臨限值之參考電壓V1、V2、V3、V4、V5及V6。比較器TH1、TH2、TH3及TH4係提供用於供應其各自比較輸出T1，T2、T3及T4至一充電控制器7C。將一偵測電壓Vr分別供應至比較器TH1至TH4之非反相輸入終端。將藉由一開關10選擇之參考電壓V1及V2之一供應至比較器TH1之非反相輸入終端，且將藉由一開關11選擇之參考電壓V5及V6之一供應至比較器TH4之非反相輸入終端。

參考電壓V1及V2對應於充電溫度範圍中之低溫臨限值，參考電壓V5及V6對應於充電溫度範圍中之高溫臨限值。藉由參考電壓V3及V4將該充電溫度範圍劃分成三個區域。因此，基於比較器TH1至TH4之輸出信號T1至T4，充電控制器7C可判斷所偵測的電池組1之溫度(偵測電壓Vr)屬於該充電溫度範圍中的該等劃分區域中之哪一區域。可根據電池組1之二次電池BAT之類型、規格及類似物，藉由透過開關10及11切換上限或下限溫度臨限值設定充電溫度範圍。

在使用具有如圖9所示之溫度特徵的熱敏電阻器3之情形下，個別電壓V1至V6之計算公式係顯示於表3中，並且對應於溫度臨限值之電阻器R1至R7及該等電阻器之總值係顯示於表4中。

在上述設定值之情形下，將該等溫度臨限值設定為-5℃、0℃、15℃、45℃、50℃及60℃。因此，藉由將充電溫度範圍劃分成複數個區域，可取決於該區域切換充電模式，且可切換充電電壓(充電器4之輸出電壓)以致能實行適當的充電。

接下來，將說明本發明之一第六具體實施例。該第六具體實施例係可適當地應用於充電一鋰離子二次電池。該鋰離子二次電池係藉由如圖10所示之特徵充電。

作為一充電方法，使用恆定電流充電及恆定電壓充電方法的組合之方法。當藉由具有恆定電流及恆定電壓控制特徵為4.2V及1A之一充電器充電時的鋰離子電池充電特徵係顯示於圖10中，在該圖上，橫座標表示充電電流(A)且縱座標表示電池電壓(V)。自開始充電至電池電壓達到(例如)4.2V之一時間週期係一恆定電流控制週期，且以一恆定電流(1A)執行充電。當電池電壓達到4.2V時，啟動恆定電壓控制以停止任何進一步的電壓上升，導致當增加充電充電電流反而降低之特徵。此週期係一恆定電壓控制週期。

在將恆定電流控制改變至恆定電壓控制時，即電池電壓達到4.2V時，該電池容量已達到大約70%至80%充電。已知，儘管鋰離子二次電池具有一長循環壽命之特徵性特點，但在充電期間(尤其在達到4.2V後)的電池熱產生顯著影響該循環壽命劣化。考慮此點，第六具體實施例經組態用以在電池電壓達到4.2V後，即在一恆定電壓充電區域中，實行溫度管理。由於在恆定電流充電區域中未執行溫度偵測，因此可簡化充電控制器中之處理，藉此抑制微電腦程式錯誤及充電控制失效之情形。

圖11顯示本發明之第六具體實施例之組態。此組態不同於第五具體實施例之組態(圖8)，其中為區分恆定電流充電與恆定電壓充電，在該充電電流路徑中插置用於偵測該充電電流之一電阻器12。將該在偵測電阻器12處產生之一偵測電壓Vi供應至一充電控制器7D以判斷當前的充電操作。

該充電控制器7D僅在恆定電流與恆定電壓控制中之恆定電壓控制週期中偵測溫度。圖12顯示第六具體實施例之處理流程的流程圖。圖12之流程圖不同於圖7之流程圖，其中添加步驟S41以測量偵測電壓Vi及步驟S42以區分恆定電流充電及恆定電壓充電。

在充電操作(步驟S25)期間，測量偵測電壓Vi(步驟S41)，且基於偵測電壓Vi，判斷當前狀態是否係恆定電流充電(CC)或恆定電壓充電(CV)。若判斷結果為恆定電流充電(CC)，則該程序返回至步驟S25以恢復該充電操作。若判斷結果為恆定電壓充電(CV)，則該程序移至步驟S26(以偵測在開啟週期中之溫度Ton)。隨後之處理與參考圖7所述相同。

本發明並不限於上述具體實施例，且基於本發明之技術理念可進行各種修改。例如，儘管在上述具體實施例中將電池組1連接至充電器4，但充電器4亦可組態在電子設備之主體內。本發明亦可應用於不同於該鋰離子二次電池之一鎳氫電池，且亦可單獨應用於該二次電池，而未限制保護IC係整合在該電池組中之組態。

根據本發明，可以防止在異常環境溫度下充電，並且當在充電期間任何異常熱產生出現時亦中斷充電，藉此避免可造成一事故之電池性能劣化。此外，由於可正確偵測電池溫度，亦可確保在充電溫度範圍內持續充電直至完全充電，藉此防止充電不足。

熟習此項技術者應瞭解，可根據設計要求與其他因素而進行各種修改、組合、子組合與變更，只要其在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內即可。

1．．．電池組

1a、1b、4a、4b．．．連接終端

1c、4c．．．控制終端

2a．．．充電控制開關

2b．．．保護IC

3．．．熱敏電阻器

4．．．充電器

5．．．直流電源

6．．．充電控制開關

7．．．充電控制器

7A．．．充電控制器

7B．．．充電控制器

7C．．．充電控制器

7D．．．充電控制器

10．．．開關

11．．．開關

12．．．電阻器

BAT．．．二次電池

Ro、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7．．．電阻器

TH1、TH2、TH3、TH4．．．比較器

圖1係本發明之第一具體實施例的方塊圖；

圖2係顯示第一具體實施例之處理流程之流程圖；

圖3係顯示用於第一具體實施例中的溫度偵測元件之特徵之一範例的曲線圖；

圖4係本發明之第二具體實施例的方塊圖；

圖5係顯示本發明之第三具體實施例之處理流程之流程圖；

圖6係本發明之第四具體實施例的方塊圖；

圖7係顯示第四具體實施例之處理流程之流程圖；

圖8係本發明之第五具體實施例的方塊圖；

圖9係顯示用於第五具體實施例中的一溫度偵測元件之特徵之範例的曲線圖；

圖10係顯示一鋰離子二次電池之充電特徵的曲線圖；

圖11係本發明之第六具體實施例的方塊圖；及

圖12係顯示第六具體實施例之處理流程之流程圖。

1．．．電池組

1a、1b、4a、4b．．．連接終端

1c、4c．．．控制終端

2a．．．充電控制開關

2b．．．保護IC

3．．．熱敏電阻器

4．．．充電器

5．．．直流電源

6．．．充電控制開關

7．．．充電控制器

BAT．．．二次電池

Ro、R1、R2、R3．．．電阻器

TH1、TH2．．．比較器

Claims (10)

1. 一種充電裝置，其經組態用以：接受對應於一二次電池或一電池組之一溫度的溫度資訊，當該溫度在一設定充電溫度範圍內時，供應一充電電流至該二次電池或該電池組，及當該溫度超出該設定充電溫度範圍時，中斷該充電電流，其中：在一恆定週期性循環中開啟/關閉一充電電流，若在開啟該充電電流之該時間期間偵測之第一溫度與在關閉該充電電流之一時間期間偵測之一第二溫度之間之一差異不高於一臨限值，則判斷該第一溫度與該第二溫度之各溫度是否在該充電溫度範圍內，及若該第一溫度與該第二溫度之間的該差異大於該臨限值，則判斷該第二溫度是否在該充電溫度範圍內。
2. 如請求項1之充電裝置，其中：將該充電溫度範圍劃分成複數個區域，及判斷該溫度屬於該等劃分區域中之哪一區域。
3. 如請求項1之充電裝置，其中：在一恆定週期性循環中開啟/關閉一充電電流，及判斷在關閉該充電電流之一時間期間偵測之至少一溫度是否在該充電溫度範圍內。
4. 如請求項1之充電裝置，其中相對於該等第一及第二溫 度獨立地設定該充電溫度範圍。
5. 如請求項1之充電裝置，其中在其中依指示順序實行恆定電流充電操作及恆定電壓充電操作之充電控制下，僅在該恆定電壓充電操作期間，判斷該溫度是否在該充電溫度範圍內。
6. 一種充電方法，其包括以下步驟：接受對應於一二次電池或一電池組之一溫度的溫度資訊，當該溫度在一設定充電溫度範圍內時，供應一充電電流至該二次電池或該電池組，及當該溫度超出該設定充電溫度範圍時，中斷該充電電流，其中：在一恆定週期性循環中開啟/關閉一充電電流，若在開啟該充電電流之一時間期間偵測之第一溫度與在關閉該充電電流之該時間期間偵測之一第二溫度之間之一差異不高於一臨限值，則判斷該第一溫度與該第二溫度之各溫度是否在該充電溫度範圍內，及若該第一溫度與該第二溫度之間的該差異大於該臨限值，則判斷該第二溫度是否在該充電溫度範圍內。
7. 如請求項6之充電方法，其中：將該充電溫度範圍劃分成複數個區域，及判斷該溫度屬於該等劃分區域中之哪一區域。
8. 如請求項6之充電方法，其中： 在一恆定週期性循環中開啟/關閉一充電電流，及判斷在關閉該充電電流之一時間期間偵測之至少一溫度是否在該充電溫度範圍內。
9. 如請求項6之充電方法，其中相對於該等第一及第二溫度獨立地設定該充電溫度範圍。
10. 如請求項6之充電方法，其中在其中依指示順序實行恆定電流充電操作及恆定電壓充電操作之充電控制下，僅當實行該恆定電壓充電操作時，判斷該溫度是否在該充電溫度範圍內。