TWI491142B - 電池充電裝置及其充電方法 - Google Patents

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Description

電池充電裝置及其充電方法
本發明涉及電池充電裝置及其充電方法，特別涉及一種在充電過程中對電池進行保護的電池充電裝置及其充電方法。
目前，一般的可擕式電子裝置，如手機、MP3播放器、MP4播放器等都採用可充電電池作為供電電源，以方便使用及攜帶，該些可充電電池一般都會採用鋰離子電池，由於鋰離子是一種非常活躍的金屬，所以在給它充電時，需要嚴格控制它的充電電壓VC和電池溫度TBat，同時也要保持安全而有規律的充電。
請參閱圖1，為現有技術中電池充電過程的示意圖。該充電過程包括恒流充電及恒壓充電兩個階段。在充電開始後，對可充電電池採用正常恒流進行快速充電，充到電池電壓達到第一臨界電壓V1時改為恒壓充電，直至充電電流IC逐漸減小至足夠小，電池充電飽和，充電過程截止。進一步，為了有效保護電池，在現有技術中，當電池處於過放電狀態，即當前電池電壓VBat小於電池可充電的小於該第一臨界電壓V1的第二臨界電壓V2時，先對電池進行涓流充電至該電池電壓VBat達到第二臨界電壓V2，進而進入恒流充電階段。並且，現有技術中，在整個充電過程中，為了防止電池發生爆炸等意外，當電池溫度TBat或充電電壓VC達到設定 的保護溫度TP、保護電壓VP時，充電過程將截止，這樣，就有可能導致電池的充電不夠充分。由於整個充電過程中恒流充電階段將完成電池充電量的絕大部分，現有技術中恒流充電階段的電流一直保持不變，容易導致電池溫度TBat達到設定的保護溫度TP，或充電電壓VC達到設定的保護電壓VP，電池電量卻仍然處於未充滿的情況。
有鑒於此，有必要提供一種在充電過程中根據電池當前的溫度及充電電壓對恒流充電過程中的恒流電大小進行動態調節的電池充電裝置，以解決上述問題。
本發明提供一種電池充電裝置，能夠在電池充電的過程中根據當前電池的充電溫度及充電電壓對恒流充電過程中的恒流值進行動態調節，以充分保護電池，提高對電池的充電效率。
該電池充電裝置用於為可充電電池進行充電，該充電過程包括恒流充電階段和恒壓充電階段，該可充電電池的充電參數包括第一充電電壓、第二充電電壓、第一充電溫度和第二充電溫度，其中，該第二充電電壓小於第一充電電壓，該第二充電溫度小於第一充電溫度，該第一充電電壓和第一充電溫度的數值用於指示當前可充電電池的充電電壓和電池溫度的上限情況，該第二充電電壓和第二充電溫度的數值則用於指示當前電池的充電電壓和電池溫度的下限情況，該電池充電裝置包括：偵測單元、比較單元和充電控制單元，該偵測單元用於偵測可充電電池當前的溫度及充電電壓；該比較單元用於將偵測到的可充電電池的溫度與該可充電電池對應的第一充電溫度及第二充電溫度進行比較，將偵測到的 電池當前的充電電壓與該可充電電池對應的第一充電電壓及第二充電電壓進行比較；該充電控制單元根據比較單元的比較結果在恒流充電階段動態地調整充電電壓與電池電壓的電勢差，從而動態地調整恒流充電的恒流值，使得在該恒流充電階段為可充電電池提供至少兩個恒流值進行充電。
一種充電方法，用於在電池充電裝置中為可充電電池進行充電，該可充電電池用於為可擕式電子裝置進行供電，該電池充電裝置為可充電電池提供的充電過程包括恒流充電階段和恒壓充電階段，該可充電電池的參數包括保護電壓、保護溫度、第一臨界電壓和第二臨界電壓、第一充電電壓、第二充電電壓、第一充電溫度和第二充電溫度。該充電方法包括步驟：偵測該可充電電池的電壓、溫度及當前的充電電壓；判斷充電電壓是否大於或等於保護電壓或者電池溫度大於或等於保護溫度，若是，則控制結束充電；判斷電池電壓是否大於或等於第一臨界電壓，若是，則控制進入恒壓充電階段對電池進行充電，直至結束充電；當電池電壓小於第一臨界電壓時，判斷當前可充電電池的充電電壓是否大於或等於第一充電電壓或者可充電電池的溫度大於或等於第一充電溫度，若是，則控制降低當前恒流充電的恒流值對該可充電電池進行恒流充電；判斷當前可充電電池的充電電壓是否小於第二充電電壓且可充電電池的溫度小於第二充電溫度，若是，則控制提高當前恒流充電的恒流值對該可充電電池進行恒流充電； 判斷電池電壓是否達到第一臨界電壓，若是，則控制進入恒壓充電階段對電池進行充電，直至將電池充電至飽和。
通過本發明的電池充電裝置及其充電方法，能夠在對電池充電的過程中根據當前電池的溫度及充電電壓動態地調整充電的過程，使得對電池的充電更加安全、更加有效。
100‧‧‧電池充電裝置
200‧‧‧可擕式電子裝置
10‧‧‧可充電電池
20‧‧‧偵測單元
30‧‧‧比較單元
40‧‧‧充電控制單元
VP‧‧‧保護電壓
V1‧‧‧第一臨界電壓
V2‧‧‧第二臨界電壓
VC‧‧‧充電電壓
VC1‧‧‧第一充電電壓
VC2‧‧‧第二充電電壓
VBat‧‧‧電池電壓
TP‧‧‧保護溫度
TBat‧‧‧電池溫度
TC1‧‧‧第一充電溫度
TC2‧‧‧第二充電溫度
I‧‧‧恒流值
R‧‧‧電池內阻
I△‧‧‧基本恒流單位
圖1為現有技術中電池充電過程的示意圖。
圖2為本發明一實施方式中電池充電裝置的示意圖。
圖3為本發明一實施方式中充電方法的示意流程圖。
圖4為本發明一實施方式中充電方法在恒流充電階段的子流程圖。
請參閱圖2，為本發明一實施方式中電池充電裝置100的示意圖。該電池充電裝置100用於為可充電電池10進行充電，並在充電的過程中對該可充電電池10進行保護。在本實施方式中，該可充電電池10為可拆卸地安裝在可擕式電子裝置200中的電池。為了讓電池10在恒流充電階段不至於因電池溫度TBat超過保護溫度TP或充電電壓VC超過保護電壓VP而致使電池10充電不足，在本實施方式中，電池充電裝置100對電池10在恒流充電階段的充電過程做了改進，使得在該階段電池充電裝置100不再提供單一的恒流值I對電池10進行充電，而是根據電池10當前的溫度TBat、充電電壓VC的大小對恒流值I進行動態調整，以提供至少兩個恒流值I對電池10進行恒流充電，以保證將該可充電電池10的電量充滿。
相比現有技術，該可充電電池10對應的充電參數除包括保護電壓VP、保護溫度TP、第一臨界電壓V1以及第二臨界電壓V2以外，還包括第一充電電壓VC1、第二充電電壓VC2、第一充電溫度TC1和第二充電溫度TC2，該些參數的具體數值可根據不同可充電電池10的特性及現有技術中的初始參數值進行相關設置。其中，該第二充電電壓VC2小於第一充電電壓VC1，且第一充電電壓VC1小於保護電壓VP。該第二充電溫度TC2小於第一充電溫度TC1，且第一充電溫度TC1小於保護溫度TP，如背景技術中所述，當電池電壓VBat小於第一臨界電壓V1時，該充電電池10進入恒流充電階段。在恒流充電階段，為了保證對電池10進行恒流充電，充電電壓VC與電池電壓VBat將保持一恒定的第一電勢差，由於電池電壓VBat不斷提高，電池充電裝置100提供的充電電壓VC也需要不斷提高，才能維持該第一電勢差，由於電池10內阻R固定，才能維持一第一恒流對電池10進行充電。
該第一充電電壓VC1和第一充電溫度TC1的數值用於指示當前電池10的充電電壓VC和電池溫度TBat的上限情況，當電池10的充電電壓VC升高並接近第一充電電壓VC1或電池溫度TBat升高並接近第一充電溫度TC1時，說明當前需要降低充電電壓VC和電池溫度TBat，否則將會有由於電池溫度TBat超過保護溫度TP或由於充電電壓VC不斷提高至超過保護溫度TP而導致停止對電池10進行充電的可能。從而，該電池充電裝置100將當前的充電電壓VC降低一定幅度，使得充電電壓VC與當前電池電壓VBat處於第二電勢差，並同樣的，隨著電池電壓VBat的升高而提高充電電壓VC，使得充電電壓VC與當前電池電壓VBat維持第二電勢差。由於電池10內阻R固定，且該第二電勢差小於該第一電勢差，從而充電電流I將降低至 另一恒流對電池10進行充電。
該第二充電電壓VC2和第二充電溫度TC2的數值則用於指示當前電池10的充電電壓VC和電池溫度TBat的下限情況，當電池10的充電電壓VC小於第二充電電壓VC2且電池溫度TBat小於第二充電溫度TC2時，說明電池10遠未達到可能停止充電的條件、且充電電壓VC太小而使得充電速度緩慢，可以適當增大充電電壓VC，以提高對電池10的充電效率。同樣的，該電池充電裝置100將當前的充電電壓VC提高一定幅度，使得充電電壓VC與當前電池電壓VBat處於第三電勢差，並維持第三電勢差，從而充電電流I將提高至另一恒流進行充電。
例如，電池10能承受的充電電壓VC的範圍為0-7V、電池溫度能承受的範圍為0-55°，電池的保護電壓VP為6.5V、保護溫度TP為50°，則可以根據需要設置第一充電電壓VC1為6V、第二充電電壓VC2為2V、第一充電溫度TC1為45°、第二充電溫度TC2為15°。當電池10的充電電壓VC升高並接近6V或電池溫度TBat升高並接近45°時，為了防止可能對電池10停止充電，需要立即降低充電電壓VC，使得當前的恒定電勢差減小，即減小恒流值I對電池10進行充電；當電池10的充電電壓VC小於2V且電池溫度TBat小於15°時，電池遠未達到可能停止充電的條件、且充電電壓VC實在太小，可以適當增大充電電壓VC，使得當前的恒定電勢差增大，即增大恒流值I對電池10進行充電，以提高對電池10的充電效率。
該電池充電裝置100包括偵測單元20、比較單元30和充電控制單元40。該偵測單元20用於偵測可充電電池10當前的溫度TBat及充電電壓VC。在電池電壓VBat小於第一臨界電壓V1，即電池10處於 恒流充電階段時，該比較單元30將偵測到的可充電電池10的溫度TBat與該可充電電池10對應的第一充電溫度TC1及第二充電溫度TC2進行比較，將偵測到的電池10當前的充電電壓VC與該可充電電池10對應的第一充電電壓VC1及第二充電電壓VC2進行比較。該充電控制單元40根據比較單元30的比較結果動態地調整充電電壓VC與電池電壓VBat的電勢差，從而動態地調整恒流充電的恒流值I，使得在該恒流充電階段為可充電電池10提供至少兩個恒流值進行充電，以保證該可充電電池10能夠順利進行充電，提高充電效率。
在本實施方式中，在比較單元30比較出當前的充電電壓VC大於等於第一充電電壓VC1或可充電電池10的溫度TBat大於等於第一充電溫度TC1時，該充電控制單元40控制降低充電電壓VC與電池電壓VBat的電勢差，從而降低當前恒流充電的恒流值I對該可充電電池10進行恒流充電；在比較單元30比較出當前的充電電壓VC小於第二充電電壓VC2且可充電電池10的溫度TBat小於第二充電溫度TC2時，該充電控制單元40控制提高充電電壓VC與電池電壓VBat的電勢差，從而提高當前恒流充電的恒流值I對該可充電電池10進行恒流充電。
該每次降低或提高當前恒流充電的恒流值I的具體做法是：在當前恒流值I的基礎上減少或增加一個基本恒流單位I△，即，充電控制單元40控制相應地減小或增大充電電壓VC的值，使充電電壓VC與電池電壓VBat的電勢差減小或增加I△×電池10內阻R的值。例如，設定該基本恒流單元I△為100mA，電池內阻R為1Ω，在當前恒流值I為500mA，電池電壓VBat為3V時，此時的充電電壓VC為3V+1×0.5V，即3.5V，且隨著電池電壓VBat的不斷增大，充電電 壓VC也不斷增大，使得充電電壓VC與電池電壓VBat的電勢差一直保持為1×0.5V。在需要將當前的恒流值I增大一個基本單位I△時，充電控制單元40控制提高充電電壓VC，使充電電壓VC與電池電壓VBat的電勢差增大到(0.5+0.1)×1V，即0.6V，即將充電電壓VC提高到3V+0.6V，即3.6V，且隨著電池電壓VBat的不斷增大，充電電壓VC也不斷增大，使該電勢差保持為0.6V對電池10進行充電。
在本實施方式中，為了避免充電電流I過大而損壞電池10，該可充電電池10對應的充電參數還包括一最大恒流值，當充電控制單元40控制提高充電電壓VC，使當前的恒流值I提高而將超過該最大恒流值時，該充電控制單元40控制不對當前該恒流值I進行調整。例如，設該最大恒流值為700mA，如果當前恒流值I為650mA且需要提高時，由於恒流值I將為750mA超過該最大恒流值700mA，則該充電控制單元40不對該當前恒流值進行調整，即不對當前充電電壓VC進行調整。該最大恒流值及基本恒流單位I△在該電池充電裝置100中可通過可充電電池10的特性進行初始化設定。
在本實施方式中，在恒流充電階段，為了保證對當前恒流值I的調整是穩定可靠的，充電控制單元40每間隔一設定間隔時間才對該恒流值I進行調整，即，充電控制單元40在對當前的恒流值I進行調整之後，在間隔該設定間隔時間後該充電控制單元40才根據需要對恒流值I進行再次調整。
請參閱圖3，為本發明一實施方式中充電方法的流程圖。一種充電方法，用於在電池充電裝置100中為可充電電池10進行充電，該可充電電池10用於為可擕式電子裝置200進行供電。該電池充 電裝置100為可充電電池10提供的充電過程包括恒流充電階段和恒壓充電階段，該可充電電池10的參數包括保護電壓VP、保護溫度TP、第一臨界電壓V1和第二臨界電壓V2。
S101：偵測該可充電電池10的電壓VBat、溫度TBat及當前的充電電壓VC；S102：判斷充電電壓VC是否大於或等於保護電壓VP或者電池溫度TBat大於或等於保護溫度TP，若是，則控制結束充電；S103：判斷電池電壓VBat是否大於第一臨界電壓V1，若是，則執行S104；S104：控制進入恒壓充電階段對電池進行充電，直至充電飽和而結束充電；S105：控制進入恒流充電階段對電池進行充電，直至進入S104。
在本實施方式中，為了對過放電後的電池10進行充電保護，該電池充電裝置100為可充電電池10提供的充電過程還包括涓流充電階段，該可充電電池10的參數還包括第二臨界電壓V2；S106：在步驟S103和S105之間還增加有“判斷充電電壓VC是否小於第二臨界電壓V2”，若是，則執行S107，若否，則執行S105；S107：控制進入涓流充電階段，直到對電池10充電至第二臨界電壓V2，執行S105。
請參閱圖4，為本發明一實施方式中充電方法中步驟S105即在恒流充電階段的子流程圖。該可充電電池10的充電參數包括第一充電電壓VC1、第二充電電壓VC2、第一充電溫度TC1和第二充電溫度 C2，該步驟S105包括步驟：
S201：判斷當前可充電電池10的充電電壓VC是否大於或等於第一充電電壓VC1或者可充電電池10的溫度TBat大於或等於第一充電溫度TC1，若是，則執行S202；
S202：控制降低當前恒流充電的恒流值I對該可充電電池10進行恒流充電；
S203：判斷當前可充電電池10的充電電壓VC是否小於第二充電電壓VC2且可充電電池10的溫度TBat小於第二充電溫度TC2，若是，則執行S204；
S204：控制提高當前恒流充電的恒流值I對該可充電電池10進行恒流充電。
S205：判斷電池電壓VBat是否達到第一臨界電壓V1，若是，則執行S104。
在本實施方式中，步驟S202、S204中的“降低或提高當前恒流充電的恒流值I”是指在當前恒流值I的基礎上減少或增加一個基本恒流單位I△，即，控制相應地減小或增大充電電壓VC的值，使充電電壓VC與電池電壓VBat的電勢差減小或增加I△×電池10內阻R的值。
為了避免充電電流I過大而損壞電池10，該可充電電池10對應的充電參數還包括一最大恒流值，當電池充電裝置100控制提高充電電壓VC，使當前的恒流值I提高而將會超過該最大恒流值時，電池充電裝置100不對當前當前該恒流值I進行調整。在本實施方式中，在恒流充電階段，電池充電裝置100每間隔一設定間隔時 間才對該恒流值I進行調整，即，在對當前的恒流值I進行調整之後，在間隔該設定間隔時間後該電池充電裝置100才根據需要對恒流值I進行再次調整。
通過本發明的電池充電裝置及其充電方法，能夠使得在對可充電電池進行充電的過程中盡可能的保護電池，同時提高充電效率。
S101-S107‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種電池充電裝置，用於為可充電電池進行充電，其改良在於，該可充電電池的充電參數包括第一充電電壓、第二充電電壓、第一充電溫度和第二充電溫度，其中，該第二充電電壓小於第一充電電壓，該第二充電溫度小於第一充電溫度，該第一充電電壓和第一充電溫度的數值用於指示當前可充電電池的充電電壓和電池溫度的上限情況，該第二充電電壓和第二充電溫度的數值則用於指示當前電池的充電電壓和電池溫度的下限情況，該電池充電裝置包括：偵測單元，用於偵測可充電電池當前的溫度及充電電壓；比較單元，用於將偵測到的可充電電池的溫度與該可充電電池對應的第一充電溫度及第二充電溫度進行比較，將偵測到的電池當前的充電電壓與該可充電電池對應的第一充電電壓及第二充電電壓進行比較；及充電控制單元，根據比較單元的比較結果在恒流充電階段動態地提高充電電壓與電池電壓的電勢差，從而動態地提高恒流充電的恒流值，使得在該恒流充電階段為可充電電池提供至少兩個恒流值進行充電：其中，在恒流充電階段：該比較單元比較出當前的充電電壓大於或等於第一充電電壓或者可充電電池的溫度大於或等於第一充電溫度時，充電控制單元控制降低當前恒流充電的恒流值對該可充電電池進行恒流充電；該比較單元比較出當前的充電電壓小於第二充電電壓且可充電電池的溫度小於第二充電溫度時，充電控制單元控制提高當前恒流充電的恒流值對該可充電電池進行恒流充電；及該充電控制單元在保證對電池進行恒流充電時，將保證充電電壓與電池 電壓保持一恒定的電勢差。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電裝置，其中，降低或提高當前恒流充電的恒流值是在當前恒流值的基礎上減少或增加一個基本恒流單位，即充電控制單元控制相應地減小或增大充電電壓的值，使充電電壓與電池電壓的電勢差減小或增加該基本恒流單位×電池內阻的值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電池充電裝置，其中，該可充電電池對應的充電參數還包括一最大恒流值，當充電控制單元欲控制提高充電電壓，使當前的恒流值提高而將超過該最大恒流值時，該充電控制單元控制不對當前該恒流值進行調整。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電裝置，其中，在恒流充電階段，充電控制單元每間隔一設定間隔時間才對該恒流值進行調整，即，充電控制單元在對當前的恒流值進行調整之後，在間隔該設定間隔時間後該充電控制單元才根據需要對恒流值進行再次調整。
  5. 一種充電方法，用於在電池充電裝置中為可充電電池進行充電，該可充電電池用於為可擕式電子裝置進行供電，該電池充電裝置為可充電電池提供的充電過程包括恒流充電階段和恒壓充電階段，該可充電電池的參數包括保護電壓、保護溫度、第一臨界電壓和第二臨界電壓，該充電方法包括步驟：偵測該可充電電池的電壓、溫度及當前的充電電壓；判斷充電電壓是否大於或等於保護電壓或者電池溫度大於或等於保護溫度，若是，則控制結束充電；判斷電池電壓是否大於或等於第一臨界電壓，若是，則控制進入恒壓充電階段對電池進行充電，直至結束充電，其改良在於，該可充電電池的充電參數還包括第一充電電壓、第二充電電壓、第一充電溫度和第二充電溫度，該充電方法還包括步驟： 當電池電壓小於第一臨界電壓時，判斷當前可充電電池的充電電壓是否大於或等於第一充電電壓或者可充電電池的溫度大於或等於第一充電溫度，若是，則控制降低當前恒流充電的恒流值對該可充電電池進行恒流充電；判斷當前可充電電池的充電電壓是否小於第二充電電壓且可充電電池的溫度小於第二充電溫度，若是，則控制提高當前恒流充電的恒流值對該可充電電池進行恒流充電；及判斷電池電壓是否達到第一臨界電壓，若是，則控制進入恒壓充電階段對電池進行充電，直至將電池充電至飽和；其中，電池充電裝置在保證對電池進行恒流充電時，將保證充電電壓與電池電壓保持一恒定的電勢差。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之充電方法，其中，降低或提高當前恒流充電的恒流值是在當前恒流值的基礎上減少或增加一個基本恒流單位，即電池充電裝置控制相應地減小或增大充電電壓的值，使充電電壓與電池電壓的電勢差減小或增加該基本恒流單位×電池內阻的值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之充電方法，其中，該可充電電池對應的充電參數還包括一最大恒流值，當電池充電裝置欲控制提高充電電壓，使當前的恒流值提高而將超過該最大恒流值時，該電池充電裝置控制不對當前該恒流值進行調整。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之充電方法，其中，該電池充電裝置為可充電電池提供的充電過程還包括涓流充電階段，該可充電電池的參數還包括第二臨界電壓，在判斷出當前充電電壓小於第二臨界電壓時，該電池充電裝置控制對電池進行涓流充電至第二臨界電壓，再進入恒流充電階段對電池進行恒流充電。
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