TWI625915B - 智慧型充電方法 - Google Patents

Abstract

一種智慧型充電方法。智慧型充電方法包括以下步驟：以一充電電流對一電池充電。判斷電池之一量測電壓是否高於一預定電壓值。若量測電壓高於預定電壓值，則增加充電電流。

Description

智慧型充電方法

本揭露是有關於一種智慧型充電方法。

近年來各國政府都積極著手發展新能源及新材料，以達節能減碳之目的。凡舉消費性電子產品、電動車、再生能源、無線基地台、UPS、緊急照明等應用設備，皆利用電池提供有效且穩定的主要或部分電力來源，使得相關二次電池之研究亦隨著這股節能的潮流順勢而起。

一般而言，二次電池的研究範疇主要包含充電方法及電池材料等，對於不同的二次電池需要依照其材料特性的不同，選擇適合的充電方式以延長電池循環壽命與最大化充電效率。此外，倘若電池的充電速度過於緩慢，則限制了電池的許多使用情境。因此，電池的充電速度也是研究人員相當關心的議題。

本揭露係有關於一種智慧型充電方法。

根據本揭露之一實施例，提出一種智慧型充電方法。智慧型充電方法包括以下步驟：以一充電電流對一電池充電。判斷電池之一量測電壓是否高於一預定電壓值。若量測電壓高於預定電壓值，則增加充電電流。

根據本揭露之另一實施例，提出一種智慧型充電方法。智慧型充電方法包括以下步驟：以一充電電流對一電池充電。判斷電池之一量測電壓梯度是否低於一預定電壓梯度。若量測電壓梯度低於預定電壓梯度，則增加充電電流。

根據本揭露之另一實施例，提出一種智慧型充電方法。智慧型充電方法包括以下步驟：以一充電電流對一電池充電。判斷電池之一量測電壓梯度是否降低。若量測電壓梯度降低，則增加充電電流。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧智慧型充電系統

110‧‧‧計時單元

120‧‧‧處理單元

130‧‧‧充電單元

140‧‧‧電壓量測單元

150‧‧‧電流量測單元

900‧‧‧電池

C11、C12、C13、C14‧‧‧量測電壓曲線

C23、C24‧‧‧充電電流曲線

CI‧‧‧充電電流

CV‧‧‧充電電壓

MG‧‧‧量測電壓梯度

MI‧‧‧量測電流

MT‧‧‧累計時間

MV‧‧‧量測電壓

S110、S120、S121、S122、S130、S140、S150、S160、S170、S180、S190‧‧‧流程步驟

ST11、ST12、ST21、ST22、ST23、ST31、ST32‧‧‧階段

T1‧‧‧時間點

PV11、PV21、PV22‧‧‧預定電壓值

PV19、PV29‧‧‧臨界電壓值

第1圖繪示一鋁離子電池於充電過程中的量測電壓曲線。

第2圖繪示根據本實施例之智慧型充電系統的示意圖

第3圖繪示根據一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第4圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第5圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第6圖繪示根據另一電池於充電過程中的量測電壓曲線。

第7圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第8圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第9圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第10圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第11圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第12圖繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。

第13圖繪示第5圖之實施例的充電電流曲線及量測電壓曲線。

第14圖繪示第9圖之實施例的充電電流曲線及量測電壓曲線。

請參照第1圖，其繪示一鋁離子電池於充電過程中的量測電壓曲線C11。鋁離子電池之充放電反應包含下式(1)的正極反應、及下式(2)的負極反應。以定電流進行充電時，在階段ST11中，鋁離子電池具有離子插層反應及離子液體反應，因此其充電速度較快；在階段ST12時，鋁離子電池僅有離子液體反應，而使其充電速度較慢。

請參照第2圖，其繪示根據本實施例之智慧型充電系統100的示意圖。本實施例之智慧型充電系統100可以透過多 階段的充電方式，使得電池900的充電速度能夠加快。智慧型充電系統100包括一計時單元110、一處理單元120、一充電單元130、一電壓量測單元140及一電流量測單元150。智慧型充電系統100用以對電池900進行充電。電池900具有多階段充電反應，例如是上述的鋁離子電池。

計時單元110用以進行計時。處理單元120用以執行各種判斷程序、各種計算程序與各種控制程序。計時單元110及處理單元120例如是一電路、一電路板、一晶片或儲存數組程式碼之儲存裝置。充電單元130用以對電池900進行充電。電壓量測單元140用以對電池900量測電壓。電流量測單元150用以對電池900量測電流。充電單元130、電壓量測單元140及電流量測單元150例如是一電路、一電路板、一晶片或一微機電元件。

以下更進一步搭配流程圖詳細說明各種實施例之智慧型充電方法。請參照第3圖，其繪示根據一實施例之智慧型充電方法的流程圖。在步驟S110中，處理單元120控制充電單元130以一充電電流CI對電池900充電。也就是說，此時處理單元120採用的是控制電流之定電流充電模式(Constant Current mode)。

接著，在步驟S120中，電壓量測單元140量測出電池900之一量測電壓MV後，處理單元120判斷電池900之量測電壓MV是否高於一預定電壓值PV11(繪示於第1圖)。此預定電壓值PV11為階段ST11與階段ST12之交界點。當電池900之 量測電壓MV超於預定電壓值PV11，即表示電池900已從階段ST11進入階段ST12。

若量測電壓MV高於預定電壓值PV11，則進入步驟S130。在步驟S130中，處理單元120控制充電單元130增加充電電流CI。在一實施例中，充電電流CI可以加上一預定增量的方式增加。預定增量例如是0.2安培、0.4安培或0.6安培。在另一實施例中，充電電流CI可以乘上一預定倍率的方式增加。預定倍率例如是110%、120%或130%。

接著，處理單元120控制充電單元130繼續以定電流充電模式對電池900進行充電。

由於階段ST12的充電電流CI獲得提升，故階段ST12的充電速度得以提升，使得整體的充電時間能夠有效縮短。

請再參照第4圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。第4圖之智慧型充電方法更進一步執行步驟S170、S180、S190，其餘與第3圖之智慧型充電方法相同之處不再重複敘述。在步驟S170中，處理單元120判斷量測電壓MV是否高於一臨界電壓值PV19(繪示於第1圖)。此臨界電壓值PV19係為定電流充電模式的終點。

若量測電壓MV高於臨界電壓值PV19，則進入步驟S180。在步驟S180中，處理單元120控制充電單元130以一充電電壓CV對電池900充電。也就是說，此時處理單元120採用的是控制電壓之定電壓充電模式(Constant Voltage mode)。

然後，電流量測單元150量測電池900的量測電流MI後，處理單元120判斷電池900之量測電流MI是否低於一臨界電流值(未繪示)。若量測電流MI低於臨界電流值，則表示電池900已充滿電力，此時可停止對電池900充電，以結束本流程。

透過第4圖的智慧型充電方法，可以在定電流充電模式提升充電速度，並且再透過定電壓充電模式將電池900的電力充滿。

請參照第5圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖，第5圖之智慧型充電方法更進一步執行步驟S140，其餘與第4圖之智慧型充電方法相同之處不再重複敘述。在步驟S140中，處理單元120判斷計時單元110提供之累計時間MT是否達到一預定時間間隔。預定時間間隔例如是10秒、30秒。若累計時間MT達到預定時間間隔，則再次執行步驟S130，以再次增加充電電流CI。

在第5圖之實施例中，當電池900進入階段ST12後，則每隔預定時間間隔增加一次充電電流CI。若以加上預定增量的方式增加，則充電電流CI例如是依序為4安培、4.2安培、4.4安培、4.6安培…。若以乘上預定倍率的方式增加，則充電電流CI例如是依序為4安培、4.4安培、4.84安培、5.324安培…。

透過第5圖的智慧型充電方法，當電池900在階段ST12的充電反應的速度會隨時間降低時，可以透過重複執行步驟S130的方式，進一步更加快階段ST12的充電速率。

在另一實施例中，電池也可能有兩階段以上的充電反應。請參照第6圖，其繪示另一電池於充電過程中的量測電壓曲線C12。此電池的充電反應具有階段ST21、階段ST22、及階段ST23。階段ST22的充電速度低於階段ST21的充電速度，階段ST23的充電速度低於階段ST22的充電速度。具有四階段以上充電反應的電池類似於上述情況，在此不再重複敘述。

請參照第7圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖，第7圖之智慧型充電方法更進一步執行步驟S150、S160，其餘與第4圖之智慧型充電方法相同之處不再重複敘述。第7圖之智慧型充電方法適用於第6圖之具有三個階段ST21、ST22、ST23的電池。

在步驟S120中，處理單元120判斷量測電壓MV是否高於預定電壓值PV21(繪示於第6圖)。若量測電壓MV高於預定電壓值PV21，則進入步驟S130，以增加充電電流CI。

在步驟S150中，處理單元120判斷量測電壓MV是否高於另一預定電壓值PV22(繪示於第6圖)。若量測電壓MV高於預定電壓值PV22，則進入步驟S160，以再次增加充電電流CI。一直到在步驟S170判斷出量測電壓MV高於臨界電壓值PV29(繪示於第6圖)時，才會離開定電流充電模式，而進入定電壓充電模式。

依此類推，智慧型充電方法應用於具有四階段以上充電反應的電池時，可增加第三個預定電壓值、第四個預定電壓 值、…的判斷，以進一步增加充電電流CI。

請參照第8圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。第8圖之智慧型充電方法與第3圖之智慧型充電方法不同之處在於步驟S121，其餘相同之處不再重複敘述。在步驟S121中，電壓量測單元140量測出量測電壓MV後，處理單元120進一步計算出量測電壓梯度MG。量測電壓梯度MG例如是單位時間內量測電壓MV的變化率或變化程度。處理單元120並判斷電池900之量測電壓梯度MG是否低於一預定電壓梯度。預定電壓梯度例如是0.01電壓/分鐘。

若量測電壓梯度MG低於預定電壓梯度，表示電池900由階段ST11進度到階段ST12，此時進入步驟S130，以增加充電電流CI。

在一種情況中，電池900可能會隨時間衰減，而造成階段ST11及階段ST12之臨界點產生飄移。採用第8圖之實施例，無須預先得知臨界於階段ST11及階段ST12之間預定電壓值PV11，只需直接設定好預定電壓梯度，即可直接進行步驟S121的判斷。

請參照第9圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖，第9圖之智慧型充電方法更進一步執行步驟S140，其餘與第8圖之智慧型充電方法相同之處不再重複敘述。在步驟S140中，處理單元120判斷計時單元110提供之累計時間MT是否達到預定時間間隔。預定時間間隔例如是10秒、30 秒。在每一次累計時間MT達到預定時間間隔時，則執行步驟S121，以判斷量測電壓梯度MG是否低於預定電壓梯度。若判斷出量測電壓梯度MG低於預定電壓梯度，則需增加充電電流CI。

在第9圖之實施例中，若以加上預定增量的方式增加，則充電電流CI例如是依序為4安培、4.2安培、4.4安培、4.6安培…。若以乘上預定倍率的方式增加，則充電電流CI例如是依序為4安培、4.4安培、4.84安培、5.324安培…。

透過第9圖的智慧型充電方法，當電池900的充電反應的速度會隨時間降低時，可以透過重複執行步驟S121及步驟S130的方式，避免充電速度降低。

請再參照第10圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。第10圖之智慧型充電方法更進一步執行步驟S170、S180、S190。步驟S170、S180、S190類似於上述第4圖之說明，在此不再重複敘述。透過第10圖的智慧型充電方法，可以在定電流充電模式提升充電速度，並且再透過定電壓充電模式將電池900的電力充滿。

請參照第11圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。第11圖之智慧型充電方法與第8圖之智慧型充電方法不同之處在於步驟S122，其餘相同之處不再重複敘述。在步驟S122中，電壓量測單元140量測出量測電壓MV且處理單元120進一步計算出量測電壓梯度MG後，處理單元120並判斷電池900之量測電壓梯度MG與前一時段相比是否降低。一旦量 測電壓梯度MG降低，即進入步驟S130，以增加充電電流CI。

在第11圖的實施例中，無須設定預定電壓梯度，只要在量測電壓梯度MG降低時，立即增加充電電流CI，以加快充電速度。

請再參照第12圖，其繪示根據另一實施例之智慧型充電方法的流程圖。第12圖之智慧型充電方法更進一步執行步驟S170、S180、S190。步驟S170、S180、S190類似於上述第4圖之說明，在此不再重複敘述。透過第12圖的智慧型充電方法，可以在定電流充電模式提升充電速度，並且再透過定電壓充電模式將電池900的電力充滿。

請參照第13圖，其繪示第5圖之實施例的充電電流曲線C23及量測電壓曲線C13。如第13圖所示，在時間點T1判斷出電池900從階段ST31進入階段ST32後，每隔預定時間間隔就增加一次充電電流CI，故充電電流曲線C23在階段ST32呈現階梯狀成長。量測電壓曲線C13進入階段ST32後仍可維持一定的充電速度。經實驗證實，此充電時間只需41.23分鐘，相較於全程進行定電流充電模式的充電時間47.35分鐘，節省了6.12分鐘，即提高12.93%的充電速度。

請參照第14圖，其繪示第9圖之實施例的充電電流曲線C24及量測電壓曲線C14。如第14圖所示，一旦判斷出量測電壓梯度MG低於預定電壓梯度時，就增加一次充電電流CI。量測電壓梯度MG可能一再降低。量測電壓梯度MG會在多個時 間點降低到預定電壓梯度，故充電電流曲線C24呈現不等長階梯狀成長。因此，量測電壓曲線C14可以維持在一定的充電速度。經過實驗證實，此充電時間只需35.48分鐘，相較於全程進行定電流充電模式的充電時間47.35分鐘，節省了11.87分鐘，即提高25.07%的充電速度。

綜上所述，雖然本揭露已以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (21)

1. 一種智慧型充電方法，包括：以一充電電流對一電池充電；判斷該電池之一量測電壓是否高於一預定電壓值；以及若該量測電壓高於該預定電壓值，則增加該充電電流；在增加該充電電流後，若滿足一預定條件，則再次增加該充電電壓，該預定條件係為一時間條件或一電壓條件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中在增加該充電電流之步驟中，該充電電流以一預定增量增加。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中在增加該充電電流之步驟中，該充電電流以一預定倍率增加。
4. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中該時間條件係為一累計時間達到一預定時間間隔。
5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，更包括：判斷該量測電壓是否高於一臨界電壓值；以及若該量測電壓高於該臨界電壓值，則以一充電電壓對該電池充電。
6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，更包括：判斷一量測電流是否低於一臨界電流值；以及若該量測電流低於該臨界電流值，則停止對該電池充電。
7. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型充電方法，其中該電池係為一鋁離子電池。
8. 一種智慧型充電方法，包括：以一充電電流對一電池充電；判斷該電池之一量測電壓梯度是否低於一預定電壓梯度；以及若該量測電壓梯度低於該預定電壓梯度，則增加該充電電流。
9. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型充電方法，其中在增加該充電電流之步驟中，該充電電流以一預定增量增加。
10. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型充電方法，其中在增加該充電電流之步驟中，該充電電流以一預定倍率增加。
11. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型充電方法，其中判斷該量測電壓梯度是否低於該預定電壓梯度之步驟中，係每隔一預定時間間隔執行一次。
12. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型充電方法，更包括：判斷該電池之一量測電壓是否高於一臨界電壓值；以及若該量測電壓高於該臨界電壓值，則以一充電電壓對該電池充電。
13. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型充電方法，更包括：判斷一量測電流是否低於一臨界電流值；以及若該量測電流低於該臨界電流值，則停止對該電池充電。
14. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型充電方法，其中該電池係為一鋁離子電池。
15. 一種智慧型充電方法，包括：以一充電電流對一電池充電；判斷該電池之一量測電壓梯度是否降低；以及若該量測電壓梯度降低，則增加該充電電流。
16. 如申請專利範圍第15項所述之智慧型充電方法，其中在增加該充電電流之步驟中，該充電電流以一預定增量增加。
17. 如申請專利範圍第15項所述之智慧型充電方法，其中在增加該充電電流之步驟中，該充電電流以一預定倍率增加。
18. 如申請專利範圍第15項所述之智慧型充電方法，其中判斷該量測電壓梯度是否降低之步驟中，係每隔一預定時間間隔執行一次。
19. 如申請專利範圍第15項所述之智慧型充電方法，更包括：判斷該電池之一量測電壓是否高於一臨界電壓值；以及若該量測電壓高於該臨界電壓值，則以一充電電壓對該電池充電。
20. 如申請專利範圍第15項所述之智慧型充電方法，更包括：判斷一量測電流是否低於一臨界電流值；以及若該量測電流低於該臨界電流值，則停止對該電池充電。
21. 如申請專利範圍第15項所述之智慧型充電方法，其中該電池係為一鋁離子電池。