TWI584554B - 溫控電源供應系統及方法 - Google Patents

Description

溫控電源供應系統及方法

本發明係指一種溫控電源供應系統及方法，尤指一種當充電電池正在充電時，可控制充電電池之溫度維持於一預設值的溫控電源供應系統及方法。

隨著可攜式裝置逐漸普及，具有高續航力及高效率的電源供應系統已成為不可或缺的裝置。因此，高效率的充電電池系統廣泛應用於電源供應系統中。一般來說，充電電池會先透過電源充電，以儲存電能。當配備有充電電池之可攜式裝置啟動時，充電電池開始供應電源予可攜式裝置。

請參考第1圖，第1圖為習知一充電電池之充電流程的充電電壓及電流之波形示意圖。一般來說，充電流程可分為三個階段：預充階段M1、定電流階段M2及定電壓階段M3。如第1圖所示，若充電電池之初始電壓小於一預充臨界電壓V_LOWV時，充電流程位於預充階段M1。於預充階段M1中，充電電池由較低的電流充電。由於充電電池之電壓小於預充臨界電壓V_LOWV，所儲存的電能極少，此時瞬間電流或甚至較大的充電電流即可能降低充電電池的壽命。當充電電池之電壓大於預充臨界電壓V_LOWV之後，則進入定電流階段M2(即快充階段)，此時電源供應器開始以正常大小的電流對充 電電池充電，此充電電流遠大於預充階段M1的電流。於定電流階段M2中，充電電流維持於一額定電流I_REG，而充電電池之電壓則持續上升。額定電流I_REG係一種可根據充電電池的供電效率或續航力而調整，以對充電電池進行充電的電流。

當充電電池之電壓上升至一額定電壓V_REG之後，即進入定電壓階段M3，此時電壓維持於額定電壓V_REG，且充電電流開始下降。於充電電流下降至一終止電流I_TERM之後，儲存於充電電池的電能已接近飽和，此時充電流程結束。

由上述可知，於定電流階段M2中，額定電流I_REG係根據充電電池的供電效率或續航力而調整，以對充電電池進行充電。然而，無可避免地，充電電池會逐漸老化，若額定電流I_REG適用於新的充電電池時，其不見得可適用於舊的充電電池，而溫度為主要的原因之一。舉例來說，當充電電池正在充電時，由於電源的轉換效率會有不完美的情形，因而造成溫度上升。當充電電池逐漸老化時，充電效率會降低，而造成溫度提高。若溫度過高而達到過溫保護的程度時，充電流程會停止，並在溫度下降至一定程度之後再重新開始充電。如此一來，高溫可能造成充電電池的壽命減少，而不斷停止及重新開始的充電流程則大幅降低充電效率。因此，習知技術實有改進的必要。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種當充電電池正在充電時，可控制充電電池之溫度維持於一預設值的溫控電源供應系統及方法。

本發明揭露一種溫控電源供應系統，包含有一電源供應器，用來供應一輸入電源；一充電電池模組，用來接收該輸入電源以儲存電能；一充電單元，耦接於該電源供應器及該充電電池模組之間，用來利用該輸入電源對該充電電池模組進行充電；一溫度偵測單元，耦接於該充電電池模組，用來偵測該充電電池模組之一溫度；以及一電流控制單元，耦接於該溫度偵測單元及該充電單元，用來根據該充電電池模組之該溫度，控制對該充電電池模組進行充電之一電流。

本發明另揭露一種溫控電源供應方法。該方法包含有供應一輸入電源；利用該輸入電源對一充電電池模組充電；偵測該充電電池模組之一溫度；以及根據該充電電池模組之該溫度，控制對該充電電池模組進行充電之一電流。

本發明另揭露一種溫控電源供應系統，包含有一電源供應器，用來供應一輸入電源；一負載單元，用來接收該輸入電源；一溫度偵測單元，耦接於該負載單元，用來偵測該負載單元之一溫度；以及一電流控制單元，耦接於該溫度偵測單元及該電源供應器，用來根據該負載單元之該溫度，控制提供予該負載單元之一電流。

本發明另揭露一種溫控電源供應方法，包含有供應一輸入電源至一負載單元；偵測該負載單元之一溫度；以及根據該負載單元之該溫度，控制提供予該負載單元之一電流。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一溫控電源供應系統20之示意圖。如第2圖所示，溫控電源供應系統20包含一電源供應器202、一充電電池模組204、一充電單元206、一溫度偵測單元208及一電流控制單元210。電源供應器202供應輸入電源Vin至充電單元206，電源供應器202亦可供應整個溫控電源供應系統20的電源。充電電池模組204用來儲存輸入電源Vin。充電單元206耦接於電源供應器202及充電電池模組204之間，用來利用輸入電源Vin對充電電池模組204進行充電。充電單元206亦可實現於電源供應器202中，而不限於此。溫度偵測單元208耦接於充電電池模組204，用來偵測充電電池模組204之溫度。溫度偵測單元208可偵測充電電池模組204的周邊溫度，或偵測充電電池模組204的內部溫度。一般來說，溫度偵測單元208可透過一電阻實現，其電阻值隨著周邊溫度的變化而改變，而不限於此。電流控制單元210耦接於溫度偵測單元208及充電單元206，用來根據充電電池模組204之溫度，控制對充電電池模組204進行充電的電流。

值得注意的是，與習知的定電流方式不同，溫控電源供應系統 20可透過一定溫方式對充電電池模組204進行充電。習知的充電方式如第1圖所示，於定電流階段M2中，充電電流可維持在額定電流I_REG，而額定電流I_REG可根據充電電池的供電效率或續航力而調整，以對充電電池進行充電。換句話說，當充電電池透過額定電流I_REG充電時，其電源效率或續航力可達到最佳化。

然而，如上所述，適用於新的充電電池的額定電流I_REG不見得可適用於舊的充電電池，而溫度為主要的原因之一。因此，為了進一步處理溫度問題，本發明之部分實施例可透過溫度偵測單元208偵測充電電池模組204之溫度，接著根據所偵測到的溫度，控制對充電電池模組204進行充電之充電電流，進而控制溫度偵測單元208所偵測到的溫度維持於一預設值或控制於預設值附近。因此，一種可適用於所有充電電池的定溫充電系統可據以建立。

請參考第3圖，第3圖為本發明實施例溫控電源供應系統20中充電電池模組204之充電電壓及電流以及相對應的溫度之波形示意圖。如第3圖所示，當電源供應器202啟動並開始供電時，若充電電池模組204的初始電壓小於一預充臨界電壓V_LOWV，充電流程位於預充階段M1。由於預充階段M1之充電電流極小，充電電池模組204之溫度僅微幅增加。當充電電池之電壓大於預充臨界電壓V_LOWV之後，則進入定電流階段M2(即快充階段)，此時電源供應器開始以正常大小的電流對充電電池充電，此充電電流遠大於預充階段M1的電流。此時，充電電池模組204之溫度會大幅上升。當 充電電池模組204之溫度上升至一額定溫度T_REG時，不同於習知充電流程，此時會進入一定溫階段M2’。於定溫階段M2’中，充電電池模組204的溫度維持於額定溫度T_REG，而充電電池模組204的電壓可能持續增加。由於當充電電流維持於額定電流I_REG時，充電電池模組204之溫度會增加。因此，為了控制充電電池模組204之溫度維持於額定溫度T_REG，充電電流必須下降。當充電電池模組204之電壓上升至額定電壓V_REG之後，會進入定電壓階段M3。此時電壓維持於額定電壓V_REG，而充電電池模組204之充電電流及溫度皆開始下降。當充電電流下降至一終止電流I_TERM之後，儲存於充電電池的電能已接近飽和，此時充電流程結束。

於定溫階段M2’中，由於來自其它電路或周邊環境的干擾，充電電池模組204之溫度可能受影響而傾向於增加或減少。若充電電池模組204之溫度傾向於增加，溫度偵測單元208接收到傾向於增加的溫度，並指示電流控制單元210降低充電單元206用來對充電電池模組204充電之充電電流。另一方面，若充電電池模組204之溫度傾向於減少，溫度偵測單元208接收到傾向於減少的溫度，並指示電流控制單元210提高充電單元206用來對充電電池模組204充電之充電電流。於部分情況下，充電電池模組204之溫度難以維持於一恆定溫度。此時，充電電流仍可藉由偵測溫度來進行控制。 一種可行的方式係將充電電池模組204之溫度大小分為數個等級，並決定這些溫度等級所對應到的數個充電電流值。一般來說，若溫度位於較低的等級時，電流控制單元210可控制充電單元206利用 較高的充電電流充電；若溫度位於較高的等級時，電流控制單元210可控制充電單元206利用較低的充電電流充電。於部分情況下，在充電電池模組204之溫度達到額定溫度T_REG之前，充電電池模組204之電壓會先達到額定電壓V_REG。此時，充電流程跳過定溫階段M2’，而直接進行定電壓階段M3。

一般來說，舊的充電電池相較於新的充電電池具有較大的內阻。舊的充電電池之供電效率較低，而浪費較多電能，使得舊的充電電池之溫度上升速度相較於新的充電電池來的快。因此，愈舊的充電電池愈早進入定溫階段M2’。請參考第4圖，第4圖為本發明實施例部分充電電池之充電電壓及電流以及相對應的溫度之波形示意圖。如第4圖所示，對較舊的充電電池來說，溫度較快到達額定溫度T_REG，且較早進入定溫階段M2’。另一方面，對較新的充電電池來說，溫度較慢到達額定溫度T_REG，且較晚進入定溫階段M2’。如此一來，藉由適當地設定額定溫度T_REG，可實現一種適用於所有充電電池的溫控電源供應系統。

值得注意的是，額定溫度T_REG必須低於過溫保護的溫度臨界值，且最好保留一些餘裕。實際上，較佳的額定溫度T_REG係設定於可使充電電池之供電效率或續航力達到最佳化之溫度。

值得注意的是，本發明之主要精神在於提供一種溫控電源供應系統。本領域具通常知識者當可據以修飾或變化，而不限於此。舉 例來說，除了充電系統之外，任何需要電源供應的電子系統皆可透過溫度控制的方式實現。請參考第5圖，第5圖繪示一內建一溫控電源供應系統50之一般電子裝置。溫控電源供應系統50包含一電源供應器502、一負載單元504、一溫度偵測單元508及一電流控制單元510。電源供應器502、溫度偵測單元508及電流控制單元510分別與電源供應器202、溫度偵測單元208及電流控制單元210相似。與溫控電源供應系統20不同之處在於，負載單元504可用來取代充電電池模組204，而充電單元206可視為一電流供應單元，並可實現於電源供應器502中。負載單元504可為電子裝置中任何類型的負載。關於溫控電源供應系統50的詳細溫控方式可參考上述說明，於此不再贅述。

於習知技術中，即使溫度持續上升，充電流程仍進行定電流充電。若溫度過高而達到過溫保護的程度時，充電流程會停止，並在溫度下降至一定程度之後再重新開始充電。如此一來，高溫可能造成充電電池的壽命減少，而不斷停止及重新開始的充電流程則大幅降低充電效率。相較之下，當充電電池正在充電時，本發明可控制充電電池之溫度維持於一預設值，可避免充電電池之溫度達到過溫保護的程度。因此，充電電池之供電效率及續航力可達到最佳化。

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。

M1‧‧‧預充階段

M2‧‧‧定電流階段

M3‧‧‧定電壓階段

V_LOWV‧‧‧預充臨界電壓

I_REG‧‧‧額定電流

V_REG‧‧‧額定電壓

I_TERM‧‧‧終止電流

20‧‧‧溫控電源供應系統

202‧‧‧電源供應器

204‧‧‧充電電池模組

206‧‧‧充電單元

208‧‧‧溫度偵測單元

210‧‧‧電流控制單元

M2’‧‧‧定溫階段

T_REG‧‧‧額定溫度

50‧‧‧溫控電源供應系統

502‧‧‧電源供應器

504‧‧‧負載單元

508‧‧‧溫度偵測單元

510‧‧‧電流控制單元

第1圖為習知一充電電池之充電流程的充電電壓及電流之波形示意圖。

第2圖為本發明實施例一溫控電源供應系統之示意圖。

第3圖為本發明實施例溫控電源供應系統中充電電池模組之充電電壓及電流以及相對應的溫度之波形示意圖。

第4圖為本發明實施例部分充電電池之充電電壓及電流以及相對應的溫度之波形示意圖。

第5圖為本發明實施例一內建一溫控電源供應系統之一般電子裝置之示意圖。

20‧‧‧溫控電源供應系統

202‧‧‧電源供應器

204‧‧‧充電電池模組

206‧‧‧充電單元

208‧‧‧溫度偵測單元

210‧‧‧電流控制單元

Claims (12)

1. 一種溫控電源供應系統，包含有：一電源供應器，用來供應一輸入電源；一充電電池模組，用來接收該輸入電源以儲存電能；一充電單元，耦接於該電源供應器及該充電電池模組之間，用來利用該輸入電源對該充電電池模組進行充電；一溫度偵測單元，耦接於該充電電池模組，用來偵測該充電電池模組之一溫度；以及一電流控制單元，耦接於該溫度偵測單元及該充電單元，用來根據該充電電池模組之該溫度，控制對該充電電池模組進行充電之一電流；其中，當該充電電池模組之該溫度傾向於增加時，該充電單元降低對該充電電池模組進行充電之該電流，且當該充電電池模組之該溫度傾向於減少時，該充電單元提高對該充電電池模組進行充電之該電流。
2. 如請求項1所述之電源供應系統，其中該溫度偵測單元包含一電阻，該電阻之電阻值隨著周邊溫度的變化而改變。
3. 如請求項1所述之電源供應系統，其中當該充電電池模組正在充電時，該電流控制單元控制該充電電池模組之該溫度維持於一預設值，以根據該充電電池模組之該溫度，控制對該充電電池模組進行充電之該電流。
4. 一種溫控電源供應方法，包含有：供應一輸入電源；利用該輸入電源對一充電電池模組充電；偵測該充電電池模組之一溫度；根據該充電電池模組之該溫度，控制對該充電電池模組進行充電之一電流；當該充電電池模組之該溫度傾向於增加時，降低對該充電電池模組進行充電之該電流；以及當該充電電池模組之該溫度傾向於減少時，提高對該充電電池模組進行充電之該電流。
5. 如請求項4所述之方法，其中偵測該充電電池模組之該溫度係透過一電阻，該電阻之電阻值隨著周邊溫度的變化而改變。
6. 如請求項4所述之方法，其中根據該充電電池模組之該溫度，控制對該充電電池模組進行充電之該電流之步驟包含當該充電電池模組正在充電時，控制該充電電池模組之該溫度維持於一預設值。
7. 一種溫控電源供應系統，包含有：一電源供應器，用來供應一輸入電源；一負載單元，用來接收該輸入電源； 一溫度偵測單元，耦接於該負載單元，用來偵測該負載單元之一溫度；以及一電流控制單元，耦接於該溫度偵測單元及該電源供應器，用來根據該負載單元之該溫度，控制提供予該負載單元之一電流；其中，當該負載單元之該溫度傾向於增加時，該電源供應器降低提供予該負載單元之該電流，且當該負載單元之該溫度傾向於減少時，該電源供應器提高提供予該負載單元之該電流。
8. 如請求項7所述之電源供應系統，其中該溫度偵測單元包含一電阻，該電阻之電阻值隨著周邊溫度的變化而改變。
9. 如請求項7所述之電源供應系統，其中當該負載單元正在接收該輸入電源時，該電流控制單元控制該負載單元之該溫度維持於一預設值，以根據該負載單元之該溫度，控制提供予該負載單元之該電流。
10. 一種溫控電源供應方法，包含有：供應一輸入電源至一負載單元；偵測該負載單元之一溫度；根據該負載單元之該溫度，控制提供予該負載單元之一電流；當該負載單元之該溫度傾向於增加時，降低提供予該負載單元 之該電流；以及當該負載單元之該溫度傾向於減少時，提高提供予該負載單元之該電流。
11. 如請求項10所述之方法，其中偵測該負載單元之該溫度係透過一電阻，該電阻之電阻值隨著周邊溫度的變化而改變。
12. 如請求項10所述之方法，其中根據該負載單元之該溫度，控制提供予該負載單元之該電流的步驟包含當該負載單元正在接收該輸入電源時，控制該負載單元之該溫度維持於一預設值。