TWI459679B - 充電電池的充電控制方法 - Google Patents

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Description

充電電池的充電控制方法
本發明關於一種充電電池的充電控制方法，尤指一種可延長電池壽命的充電控制方法。
為了提供使用的方便性以及供電的容量，許多電子系統都使用充電電池作為電力的來源。其中以鋰聚合物為主要原料的充電鋰電池又是目前充電電池中，具有高容量密度的成熟產品。充電電池在其所安裝的電子系統中經由電源供應器或交流電適配器(AC Adapter)提供電源可對充電電池充電。當電子系統(如筆記型電腦)在使用中，且連接上交流電適配器時，電子系統使用交流電適配器的市電電源而不消耗充電電池的電源。而在市電電源自電子系統拔除後，則轉而使用充電電池的電力，直到電子系統重新連接上交流電適配器後，一方面由市電對電子系統供電，同時對充電電池充電，而當充電電池充電至其飽和容量後，則停止充電。這種反覆使充電電池在充飽與未充飽(耗電或充電)之間變換是充電電池正常使用的狀態，但這種充電電池有另一個特性是，當充電電池連接於電源供應器而長期處於100%充飽電量的狀態時，會對充電電池的壽命造成不良的影響。
另一方面，對於同一個使用者而言，根據使用者的習慣而可歸 納出一些規律性。例如，每天固定某個時段並未使用筆記型電腦，但依據先前技術的充電設計，充電電池會被充電至100%充飽電量，因此每天的這段時間中，充電電池維持在充飽電量的狀態。也因為每天皆有將充電電池維持在充飽電量狀態達一段固定的時間(例如夜間睡眠的數個小時)，對於充電電池而言是無法避免的耗損，影響其使用壽命與效率。
因此如何智慧地設計充電電池內的充電機制，以避免過度將電池維持在100%充飽電量的狀態而影響其壽命，本發明的實施例中提出了一種可以依據使用者的使用習慣，而使充電電池內的電池控制單元能更有智慧地進行充電電池的充電控制，延長充電電池的壽命。
本發明的一實施例提供了一種充電電池的充電控制方法。在一充電電池中包含一電池單元以及一控制單元，該控制單元電連接於該電池單元。該方法包含使用該控制單元執行下列步驟：於一電源供應器連接於該充電電池時，對該電池單元充電；記錄該電池單元於複數個時間區間內的相對容量，該複數個時間區間的每一時間區間包含複數個時間點；以及於一第N時間區間內的一第一子區段所包含的n個連續時間點的相對容量皆為充飽容量，且於一第N+1時間區間內對應該第一子區段的一第二子區段所包含的n個連續時間點的相對容量皆為充飽容量時，限制該電源供應器於一第N+2時間 區間內對應該第一子區段以及該第二子區段的一第三子區段所包含的n個連續時間點對該電池單元充電至該電池單元的充飽容量的一特定比例值。其中N為正整數，n為大於1的正整數。
在本發明所提供的充電控制方法中，其中每一第N時間區間為一天，且每一第N時間區間包含24個時間點，而n為大於3且小於24的正整數。
在本發明所提供的充電控制方法中，另包含步驟：於該第N+2時間區間內非該第三子區段的時間點允許對該電池單元充電至該電池單元的充飽容量。
本發明所提供的充電控制方法，利用分析前兩個時間區間，或前兩天中，充電電池具有充飽電量的連續時間點，分析該兩個時間區段中具有彼此對應的連續時間點的子區段，作為所欲控制的時間區間中，同樣對應的連續時間點的充電控制。將所欲控制的時間區間中的該連續時間點的充電限制在充飽容量的特定比例，如此一來，充電電池即可在這些使用者不常使用的時間中減少充飽電量的機會，增加充電電池的壽命。
請參考第1圖，第1圖為本發明的充電控制方法所應用的充電電池的示意圖。充電電池10可安裝於一電子系統(圖上未顯示)以 提供電源給該電子系統。充電電池10也可在連接於一電源供應器(圖上未顯示)時，由該電源供應器對充電電池10充電。充電電池10包含一控制單元12、一電池組14以及一金氧場效電晶體電路模組20，控制單元12為充電電池10的電池控制積體電路，其與電池組14、金氧場效電晶體電路模組20電連接，並偵測電池組14的各樣資訊以及控制電池組14的充電或放電過程。電池組14由多個彼此串聯、並聯或串並混合的電池單元141所構成，電池單元141為鋰聚合物電池單元。金氧場效電晶體電路模組20包含一放電金氧場效電晶體22(DXG MOSFET)以及一充電金氧場效電晶體24(CHG MOSFET)，由控制單元12控制放電金氧場效電晶體22以及充電金氧場效電晶體24的導通與斷路。當放電金氧場效電晶體22以及充電金氧場效電晶體24被導通時，充電電池10具有一充電迴路L2 以及一放電迴路L1 。
請參考第2圖，第2圖為本發明所揭露的充電控制方法100的流程示意圖，其步驟如下：步驟102：開始；步驟104：於一電源供應器連接於該充電電池時，對該電池單元充電；步驟106：控制單元記錄該電池單元於一第一時間區間內的相對容量；步驟108：控制單元記錄該電池單元於一第二時間區間內的相對 容量；步驟110：控制單元依據該電池單元於該第一時間區間以及該第二時間區間中相對容量為充飽容量的兩個子區段，獲得該兩個子區段的交集；步驟112：依據步驟110所得出的子區段交集，限制該電池單元於一第三時間區間內對應該交集的子區段的充電至該電池單元的充飽容量的一特定比例值。
本發明可以依據充電電池10的充飽電量(full charge capacity,FCC)狀態的統計資料來進行之後充電的控制，更具體來說，依據使用者使用習慣的規律性，將不同時間區間內某(些)特定子區段的充電狀態，控制充電電池10的充電程度以避免充電電池10長期處於100%充飽容量的狀態。因此在步驟104中，充電電池10與一電源供應器連接而開始充電。在步驟106以及步驟108中，控制單元12則會記錄充電電池10在多個時間區間內的相對容量(relative state of charge,RSOC)。更具體來說，在本發明中的時間區間以一天24小時來說明(亦可為其他時間計數的方式，本發明不以此為限)。而在不同的時間區間中都會有多個時間點，例如以一天為時間區間而言，則每一時間區間包含24個時間點，而控制單元12會記錄並分析N個時間區間中，每個時間區間內複數個時間點的相對容量，其中N為正整數。
接著在步驟110中，再依據步驟106以及步驟108中的第一時 間區間以及第二時間區間中電池單元141的充電狀態為充飽容量(或受到控制單元12限制充電而達到限制充飽容量)的時間點所代表的子區段來分析其交集，而得出一個交集的區段。最後在步驟112中再依據步驟110所得出的交集區段限制在第三時間區間對應該交集區段的時間點內對電池單元141的充電控制，亦即限制這些時間點僅可充電至充飽容量的一特定比例值，如此即可避免充電電池10長期處於100%充飽電量的狀態。
此外，在每個時間區間中的各時間點，充電電池10可能處於連接於該電源供應器而被充電，或並未連接於該電源供應器而處於放電狀態(對該電子系統供電或自放電)。但不論是哪種使用狀態，控制單元12皆可記錄電池單元141於各時間點的相對容量，因此本發明所揭露的方法不論是否連接於電源供應器皆可持續執行。唯當充電電池10連接於電源供應器而被充電時，電池單元141的充電狀態才有機會達到充飽容量。
請參考第3圖，第3圖為應用本發明的充電控制方法的充電電池的相對容量與時間的示意圖。其中N個時間區間以第一天~第五天來作說明，N個時間區間是連續接續的時間區間，且每一時間區間包含24個時間點，而在每個時間區間的時間點下，則記錄充電電池10的相對容量的指標。由於本發明的充電控制方法100係依據充電電池10的充飽容量(或受到控制單元12限制充電而達到限制充飽容量)的時間點來分析及控制，因此在每個時間點下的相對容量 的指標僅依據是否為充飽容量(或限制充飽容量)而為0或1，其中1表示其相對容量尚未達到充飽容量，而0表示其相對容量為充飽容量(或限制充飽容量)。
舉例而言，於一第1時間區間(第一天)的24個時間點中，在子區段T1 中6點~14點的n個連續時間點(n為9)的相對容量皆為充飽容量，而在子區段T4 中19點~23點的n個時間點(n為5)的相對容量也為充飽容量。接著於一第2時間區間(第二天)的24個時間點中，在子區段T2 中7點~16點的n個連續時間點(n為10)的相對容量皆為充飽容量，而在子區段T5 中20點~23點的n個時間點(n為4)的相對容量也為充飽容量。因此在第1時間區間的子區段T1 與第2時間區間的子區段T2 的交集即為第一子區段T11 與(包含7~14等8個連續時間點)與第二子區段T21 (包含7~14等8個連續時間點)。由於第1時間區間與第2時間區間充電電池10相對容量為充飽容量的兩個子區段(T1 與T2 )具有交集(7~14等8個連續時間點)，因此控制單元12在接下來的一第3時間區間(第三天)中對應第一子區段T11 與第二子區段T21 的一第三子區段T3 (即包含7~14等8個連續時間點)時，限制該電源供應器對電池單元141充電至電池單元141的充飽容量的一特定比例值。例如在第三子區段T3 的時間點時限制對電池單元141充電至電池單元141的充飽容量的80%(其中第3時間區間的9點~14點則表示電池單元141被充至限制充飽容量)為止。這樣一來即可在T3 子區段中避免電池單元141被充電至100%充飽容量而增加耗損充電電池10的 機會。而在第3時間區間的15點開始，因不在T3 子區段中，因此電池單元141並未被限制充電，因此15點之後電池單元141則繼續被充電至100%充飽容量。
其他在第1時間區間的子區段T4 與第2時間區間的子區段T5 的交集包含20~23等4個連續時間點，控制單元12在接下來的第3時間區間(第三天)中對應該子區段交集的子區段T6 (即包含20~23等4個連續時間點)時，限制該電源供應器對電池單元141充電至電池單元141的充飽容量的80%(其中第3時間區間的20點、22~23點則表示電池單元141被充至限制充飽容量)為止。同樣地，在一第4時間區間(第四天)中的子區段T7 以及一第5時間區間(第五天)中的子區段T8 皆以上述的方式分析前兩天所得出的子區段交集，限制電池單元141於子區段T7 以及子區段T8 的時間點的充電至電池單元141的充飽容量的80%。其他為標示出的部分也可利用相同的方式得出，此處不再贅述。
此外，在前述本發明所提供的充電控制方法100，是以前兩個時間區間為例說明以具有交集充飽電量的子區段來決定的下一個時間區段的充電控制行為，但也可以前三個或三個以上的時間區間的交集來決定下一個時間區段的充電控制行為，並不以前述的實施例為限。而限制充電的特定比例值也不受限於前述用來說明的80%。另外，為兼具實用與效率，在決定每一時間區間內的子區段時，每個子區段所包含的n個連續時間點，其n至少大於1(即至少連續2 小時達到充飽電量才構成一個子區段)，且較佳地n為大於3且小於24的正整數，如此可產生具有實用意義的子區段。
本發明所提供的充電控制方法，利用分析前兩個或多個時間區間中，充電電池具有充飽電量的連續時間點，分析該兩個時間區段中具有彼此對應的連續時間點的子區段，作為所欲控制的時間區間中，同樣對應的連續時間點的充電控制。將所欲控制的時間區間中的該連續時間點的充電限制在充飽容量的特定比例。如此一來，充電電池即可在這些使用者不常使用的時間中減少充飽電量的機會，增加充電電池的壽命。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧充電電池
12‧‧‧控制單元
14‧‧‧電池組
20‧‧‧金氧場效電晶體電路模組
22‧‧‧放電金氧場效電晶體
24‧‧‧充電金氧場效電晶體
100‧‧‧充電控制方法
102~112‧‧‧步驟
T1 ~T8 ‧‧‧子區段
T11 ‧‧‧第一子區段
T21 ‧‧‧第二子區段
141‧‧‧電池單元
第1圖為本發明的充電控制方法所應用的充電電池的示意圖。
第2圖為本發明所揭露的充電控制方法的流程示意圖。
第3圖為應用本發明的充電控制方法的充電電池的相對容量與時間的示意圖。
100‧‧‧充電控制方法
102~112‧‧‧步驟

Claims (4)

  1. 一種充電電池的充電控制方法，在一充電電池中包含一電池單元以及一控制單元，該控制單元電連接於該電池單元，該方法包含使用該控制單元執行下列步驟：於一電源供應器連接於該充電電池時，對該電池單元充電；記錄該電池單元於複數個時間區間內的相對容量，該複數個時間區間的每一時間區間包含複數個時間點；以及於一第N時間區間內的一第一子區段所包含的n個連續時間點的相對容量皆為充飽容量，且於一第N+1時間區間內對應該第一子區段的一第二子區段所包含的n個連續時間點的相對容量皆為充飽容量時，限制該電源供應器於一第N+2時間區間內對應該第一子區段以及該第二子區段的一第三子區段所包含的n個連續時間點對該電池單元充電至該電池單元的充飽容量的一特定比例值；其中N為正整數，n為大於1的正整數。
  2. 如請求項1所述的充電控制方法，其中每一第N時間區間為一天，且每一第N時間區間包含24個時間點。
  3. 如請求項1所述的充電控制方法，其中n為大於3且小於24的正整數。
  4. 如請求項1所述的充電控制方法，另包含步驟：於該第N+2時 間區間內非該第三子區段的時間點允許對該電池單元充電至該電池單元的充飽容量。
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