TWI770888B - 智慧安全充電系統與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的,為改良兩接腳型式的充電裝置,在任何充電階段時避免產生浪湧電流,並可於充電完成時截止充電電流。故,本發明提出一種智慧安全充電系統與方法,包含:控制模組,用以控制系統的運作;功率轉換模組,耦接控制模組,並將所輸入的交流電ACin轉換為系統所需的電力;切換模組,切換充電所需的電力;預充電模組,其電性阻抗高於切換模組,用以限制浪湧電流;以及,電壓偵測模組,偵測電池電壓Vb、充電電壓Va,而在本發明的任意充電階段中,預充電模組維持導通,切換模組則依需要導通或截止。

Description

智慧安全充電系統與方法
本發明涉及一種智慧安全系統與方法,更詳而言之,為優化電池充電時的充電步驟與條件,改進充電時浪湧電流對電池的傷害。
電子設備,例如智慧手機、平板電腦、穿戴式電子裝置或是其他如電動機車、電動腳踏車等電動機械裝置,一般會配置有內部可再充電的電池。由於這些電子裝置的體積或是電動機械裝置可容置電池的體積和這些裝置所配置電池模組的容量有限,因此需要利用一充電裝置對這些裝置的電池進行充電,使這些可攜式電子裝置或是電動機械裝置可以重複使用。
然而,就目前市面上以兩個接腳(2-Pin)型式的充電裝置來說,因為缺乏第三個接腳來提供電子裝置與充電裝置之間額外的訊號通聯通道(Channel),因此必須一直維持有輸出電壓的狀態(類似於一般的恆壓充電),以使電池連接上後即可進行充電,但此種作法,將使電池接上的瞬間,會因為充電裝置與電池的電壓差過大而產生很大的浪湧電流(Inrush Current),使得電子裝置與充電裝置的接頭,甚或是其內部的電子線路產生火花噴濺,當電壓差越大則火花越大,進而對充電裝置與電池的接頭產生損傷。
請參閱圖1,其顯示了傳統2-Pin型式的充電裝置,在充電時各個階段,包含開始充電階段、恆流階段(Constant Current,CC)、恆壓階段(Constant Voltage,CV)的充電曲線。可看出在開始充電階段時,2-Pin型式充電裝置的充電電壓Vo,於t1時接入電池,由於充電電壓Vo比電池電壓Vb高,因為電壓差而產生浪湧電流。此外,在恆壓階段,充電接近完成時,充電電流Io也無法停 止,有如充電尾部的電流(Tail’s current),其成因如同前述,2-Pin充電裝置缺乏第三個接腳來提供電子裝置與充電裝置之間額外的通聯訊號通道,充電裝置必須持續維持有輸出電壓的狀態,所以無法做到強制截止充電電流,必須始終維持輸出電壓狀態。
然而,以上充電方式具有三個可能的缺點:其一為當電池處於低電壓狀態下,一開始就採用大電流進行充電,使電池在預充電階段時電壓上升太快,容易造成電池內部反應劇烈發生失控,使溫度快速上升,而減損電池壽命或甚至發生起火、爆炸等意外;其二為在開始充電階段時,電池處於低電壓的狀況下,由於習知充電器的輸入電流為透過限流電阻控制,限流電阻兩端的電壓會隨著電池的電壓變化,所以在一開始充電電流會偏大,充電過程中電壓上升,以至於預充電電流變化量大,習知充電器缺乏對於上述現象的控制機制,而又由於限流電阻必須承受較高的功率損耗,因此必須選用額定功率較高的電阻,熱損失大,使得電力轉換效率不佳,不利於小型化充電器的設計。
最後,第三個缺點,有關於持續的對電池充電的缺點。儘管就現行的技術來說,電子裝置或電動機械裝置的電池可能會設有額外的充電保護電路,以將充電電流的大小限制在一個安全的範圍,或是在電池充滿時停止充電,以避免意外發生。然而,就過往的產業經驗,將用電安全完全寄託在第三方電子裝置的充電保護電路除了過於被動以外,若是因不肖廠商為節省成本而選擇不安裝該充電保護電路,或是電子裝置本身的電池架構存在意料之外的缺陷(例如2017年,Galaxy Note 7智慧手機的電池自燃事件),仍然會使電子裝置或電動機械裝置的電池於充電完成後承受可能存在的安全風險。
因此,基於傳統的充電裝置的缺失,尤其是開始充電階段的充電電流變化量較大,不利於充電器的小型化、安全性、充電效率與電池壽命,以及充電完成後對於充電電流的截止,是以,現有的充電方式與充電裝置仍有近一步改善的空間。
故,為了解決上述的問題,本發明提出了一種智慧安全充電系統,其系統架構包含:控制模組(Micro Control Unit,MCU),用以控制系統的運作;功率轉換模組,耦接控制模組,並將所輸入的交流電(ACinput)轉換為系統所需的電力;切換模組,切換充電所需的電力;預充電模組,耦接控制模組,其電性阻抗高於切換模組,用以限制浪湧電流(Inrush Current);以及,電壓偵測模組,偵測電池的電池電壓Vb,並將偵測的結果饋入控制模組中,依據電池電壓Vb設定功率轉換模組的輸出電壓與電流函數;其中,當電池處於預充電階段或充電完成階段時,預充電模組導通,而切換模組截止。
根據本發明內容,切換模組的阻抗相較於預充電模組為低,因此,當上述電池的狀態處於預充電階段時,由於預充電模組的阻抗較高,因此當充電電流Ia通過而輸出至電池時,不至於使充電電流Ia的值變化過於激烈而形成浪湧電流。此外,當電池的狀態處於充電完成階段時,由於此時的電池電壓Vb升高,而與充電電壓Va的電壓差變小,且預充電模組的阻抗較高時,則自然可達到在充電完成階段截止充電電流Ia的目的。
根據本發明內容,電壓偵測模組可設置於Primary Side、Secondary Side和切換模組之間,以及電池和切換模組之間,分別針對智慧安全充電系統中不同的電路區域進行電壓參數的測量。
根據本發明內容,智慧安全充電系統包含電流偵測模組,以偵測電池所輸出的電池電流Ib
根據本發明內容,智慧安全充電系統包含迴授模組,控制模組根據電池電壓Vb,輸出一控制訊號。在本發明一實施例中,迴授模組耦接電流偵測模組與電壓偵測模組,並將上述訊號分別對應充電電流與電池電壓的電流參考訊號IREF與電壓參考訊號VREF,修正並控制輸出的電力,以使智慧安全充電系統在各個充電的階段,其充電電壓Va與充電電流Ia得以穩定。
為了解決傳統2-Pin充電裝置中,其充電方式的缺失,本發明提 出一種智慧安全充電方法,應用於一2-Pin充電裝置,其方法流程包含:藉由電壓偵測模組測量電池電壓Vb,將測量結果饋入控制模組,控制模組依據電池電壓Vb的量測結果,判斷電池的狀況係處於何種階段;當Vb大小處於預充電範圍時,為預充電階段,此時預充電模組導通,切換模組截止;當充電電流Ia下降達一預設值,智慧安全充電系統完成充電,此時系統判斷電池狀況;當電池持續連接智慧充電安全系統時,維持預充電模組導通,切換模組截止的狀態。
根據本發明內容,智慧安全充電方法的流程還包含,當電池移除時,等待電池重新連接,此時維持預充電模組導通,切換模組截止的等待狀態。此外,在本發明一實施例中,當電池尚未連接、處於充電完成階段,或是電池重新連接時,控制模組均預設智慧安全充電方法維持在上述的等待狀態,以避免電池直接承受浪湧電流。
根據本發明內容,智慧安全充電方法的流程還包含,當電池電壓Vb下降,則切換模組導通,開始以較大的充電電流Ia對電池充電。
100:智慧安全充電系統
101:控制模組
103:功率轉換模組
105:預充電模組
107:電壓偵測模組
111:電池
115:電流偵測模組
117:切換模組
113:迴授模組
500:智慧安全充電方法
S1-S11:方法流程
Va:充電電壓
Ia:充電電流
Vb:電池電壓
Ib:電池電流
VREF:電壓參考訊號
IREF:電流參考訊號
如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖,應使本發明更被充分地理解;然而,應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考,而非限制本發明於一特定實施例之中。
圖1係說明傳統2-Pin(兩個接腳)型式的充電裝置,在充電時各個階段的充電曲線,以及浪勇電流(Inrush Current)於t1時產生的情況。
圖2顯示智慧安全充電系統的系統架構。
圖3a說明傳統兩個接腳型式的充電裝置,於缺乏限制浪湧電流相關架構時,在將電池接上充電裝置的瞬間時充電電流的情形。
圖3b說明兩個接腳型式的充電裝置導入預充電模組後,限制了 浪湧電流的產生,以及在每一個充電開始階段皆可有效抑制浪湧電流的情況。
圖4係說明智慧安全充電系統與方法,在充電時各個階段的充電曲線。
圖5說明智慧安全充電方法的詳細流程。
圖6說明智慧安全充電方法的詳細流程。
本發明將以較佳之實施例及觀點加以詳細敘述。下列描述提供本發明特定的施行細節,俾使閱者徹底瞭解這些實施例之實行方式。然該領域之熟習技藝者須瞭解本發明亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外,本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施,本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用,且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述,此類敘述係解釋本發明之結構,僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋,即使其與本發明某特定實施例之細節描述一起使用。此外,應注意者為,本發明所述的智慧充電系統與方法,較佳地可應用於鋰電池的充電應用,但本發明領域之熟知技術者亦可依本領域通常知識,加以修改並應用至其餘種類的電池,如碳氫電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等等,其同樣僅用以說明而非限制本發明之申請專利範圍。
本發明的目的,在於希望改善傳統的2-Pin充電裝置中,因為缺乏第三個接腳來提供電子裝置與充電裝置之間額外的訊號通聯通道,因此必須一直維持有輸出電壓的狀態,因而產生的三個缺點。其一為剛開始接上充電裝置的電池,一開始就採用大電流進行充電,將使電池電壓上升太快產生浪湧電流(Inrush Current),容易造成電池內部反應劇烈發生失控,且電池接頭會產生火花,減損電池與充電裝置的壽命;其二為電池處於低電壓的狀況下,其限流電阻兩端的電壓會隨著電池的電壓變化,而在一開始充電電流會偏大的情況下,限流電阻 必須承受較高的功率損耗,因此必須選用額定功率較高的電阻,熱損失大,使得電力轉換效率不佳;最後,由於傳統2-Pin的充電裝置仰賴電池電壓變化來控制充電電流,因此使得充電裝置即便電池滿電,或是未接上電池時仍須需要維持不間斷充電電壓的輸出而無法停止,若第三方的電池、電子裝置或電動機械裝置因電路結構有缺陷時難以保證電力使用安全。綜合以上,本發明的改進目標,在於改善傳統的2-Pin充電裝置,使其充電曲線能在維持2-Pin的架構下,達到三個接腳(3-Pin)型式充電裝置的充電效果,以增加充電時的安全,其詳細的技術手段則將詳如下述。
為達以上目的,請參閱圖2,本發明提出了一種智慧安全充電系統(100),其系統架構包含:控制模組(101,Micro Control Unit,MCU),用以控制系統的運作;功率轉換模組(103),耦接控制模組(101),並將外界所輸入的交流電ACin轉換為系統所需的電力;切換模組(117),切換充電所需的電力;預充電模組(105),耦接控制模組(101),其電性阻抗高於切換模組(117),用以限制浪湧電流(Inrush Current)產生;以及,電壓偵測模組(107),偵測電池的電池電壓Vb,與功率轉換模組(103)的充電電壓Va,並將偵測的結果饋入控制模組(101)中;其中,當電池處於預充電階段或充電完成階段時,預充電模組(105)導通,而切換模組(117)截止。
其中,在本發明的一觀點中,智慧安全充電系統(100)對於電池(111)的預充電階段(Pre-Charging Stage)、恆流階段(Constant Current Stage)、恆壓階段(Constant Voltage Stage)、充電完成階段(Charging Completion Stage)等各個充電階段中,所供應的充電電流Ia與充電電壓Va大小,為由電壓偵測模組(107)所偵測到的電池電壓Vb控制。請參閱圖3a與圖3b,在本發明的實施例中,預充電模組(105)的阻抗(Impedance)相對較高,而切換模組(117)的阻抗則相對較低,因此當電池(111)處於預充電階段時,預充電模組(105)導通,而切換模組(117)截止,基於預充電模組(105)的高阻抗特性,能夠限制住浪湧電流的產生,而達到保護電池(111),並避免智慧安全充電系統(100)的接頭部分產生火花,導致損傷接頭的情事發生。而由圖3a與圖3b的說明中,則比較了是否設置預充電模組(105)對於電池(111)在剛開始連接電力時,其充電電流Ia在極短時間內的變化,顯著 地提高了本案的智慧安全充電系統(100)的架構應用於2-Pin充電裝置時的安全性。
另一方面,請參閱圖1和圖4,在充電完成階段時,此時的智慧安全充電系統(100)同樣被控制模組(101)設定在預充電模組(105)導通,而切換模組(117)截止的狀態。此時,由於電池(111)的電量已經臨近滿電的狀態,因此電池電壓Vb升高至一最大值,使得切換模組(117)兩端的電壓差逐漸降低,使控制模組(101)可據此判斷將切換模組(117)截止。此時,預充電模組(105)由於阻抗較高,且同樣因電池電壓Vb升高至一最大值,使得預充電模組(105)兩端的電壓差也同樣逐漸降低,因強制截止慧安全充電系統(100)的架構於2-Pin充電裝置應用時的充電曲線可達到如同3-Pin充電裝置的效果。
根據本發明內容,智慧安全充電系統(100)包含一迴授模組(113),耦接電流偵測模組(115)。其中,在本發明一實施例中,請參閱圖2,於Primary side、Secondary side和切換模組(117)之間,亦設有一電壓偵測模組(107),耦接迴授模組(113),以根據在各個充電階段中的電池電壓Vb,與充電電流Ib的狀況,使智慧安全充電系統(100)能藉由控制模組(101)控制功率轉換模組(103)的充電電壓追隨電池電壓Vb,使充電電壓Va固定,而不會隨著外界輸入功率轉換模組(103)的電力擾動而有過大的變化,可得穩定的充電電流Ia,兼顧電池(111)充電效率與壽命。在本發明一實施例中,控制模組(101)分別輸出電流參考訊號IREF與電壓參考訊號VREF,分別對應預充電階段中,充電電流Ia與充電電壓Va的參考值,使迴授模組(113)可通過回授補償,以控制充電電壓Va,使其可以一穩定且緩慢的速率對電池(111)進行充電,並在電池電壓Vb達到一預定的條件後再轉換為恆流階段或恆壓階段。其中,應注意者為,在上列實施例中所述,控制模組(101)所輸出的電流參考訊號IREF與電壓參考訊號VREF,包含了預充電階段、恆流階段、恆壓階段、充電完成階段等各個階段的參考值,以使智慧安全充電系統(100)在任何階段均可穩定依據電池(111)充電的狀況,調整充電電壓Va與充電電流Ia的大小,以有效的保護電池(111)、電子裝置或電動機械裝置的壽命。
此外,在本發明較佳的實施例中,所述的控制模組(101),為整合 中央處理器、記憶體、定時/計數器、各種輸入輸出介面的微控制器(Micro Control Unit,MCU),以通常已知方式加以整合與運作,提供智慧安全充電系統(100)充電程序的的運算資源,與處理程序的協調。在本發明的觀點中,控制模組(101)可為單個或複數個,以分別包含單顆,或是複數顆微控制器,使其可依照使用上的需要,提供系統中各個元件整合式的控制,或是當需要增強,或拆分某一個元件的功能時,可以使用專用的微控制器加以控制。例如,在本發明一實施例中,可以藉由一個整合的控制模組(101)控制整個智慧安全充電系統(100)的運作,或是迴授模組(113)單獨也具有一控制模組(101),使其包含了兩顆的微處理器來控制。應注意者為,上述僅為本發明較佳的實施例,本領域熟知技術者在閱讀本說明書後,當可知曉其餘的系統元件亦可包含單獨的微控制器。
為達改善傳統充電方法的目的,請參閱圖5與圖6,本發明提出了一種智慧安全充電方法(500),應用於一2-Pin充電裝置,其方法流程包含:於流程(S2)中,藉由電壓偵測模組(107)測量電池電壓Vb,將測量結果饋入控制模組(101),控制模組(101)依據電池電壓Vb的量測結果,判斷電池(111)的狀況係處於何種階段;於流程(S3)時,當電池電壓Vb大小處於預充電範圍時,為預充電階段,此時預充電模組(105)導通,切換模組(117)截止,此時充電電壓Va的大小,為Va=Vb+△V,其中△V為控制模組(101)根據電池電壓Vb處於何種充電階段給出的預設輸出電壓;在流程(S7)中,當充電電流Ia下降達一預設值時完成充電,此時控制模組(101)判斷電池(111)的狀況;在流程(S8)中,當電池(111)持續連接2-Pin充電裝置時,維持預充電模組(105)導通,切換模組(117)截止的等待狀態。其中,△V的大小,為控制模組(101)根據預充電階段、恆流階段、恆壓階段、充電完成階段時電池電壓Vb的測量值加以由控制模組(101)調整。
承上述,△V的大小,舉例來說,若電池電壓Vb的大小在預充電階段時為10V,可預設△V為10V,使得充電電壓Va的大小Va=10V+10V=20V;另外一個例子中,若電池電壓Vb的大小在恆流階段時為35V,則可預設△V為1V,使得充電電壓Va的大小Va=35V+1V=36V,使得充電電壓Va略高於電池電壓Vb,使得切換模組(117)兩端的電壓差不會太大,藉由控制模組(101)控制預設輸出電壓△V的大小,使充電電壓Va與充電電流Ia在各充電階段能有效控制, 而達到本發明中在任意階段皆能有效抑制浪湧電流的目的。其中,應注意者為,上述△V、電池電壓Vb、充電電壓Va、充電電流Ia等數值的大小僅為舉例,且上述的控制方式也不僅限於預充電階段與恆流階段,本領域熟知技術者自可在閱讀完本發明後進行所需數值的修改。
根據本發明內容,智慧安全充電方法(500)中,包含流程(S9),當電池(111)由2-Pin充電裝置移除時,等待電池(111)充新連接,此時維持預充電模組(105)導通,切換模組(117)截止的等待狀態。
根據本發明內容,智慧安全充電方法(500)中,包含流程(S10),當電池電壓Vb下降達一預設值,則控制模組(101)控制切換模組(117)導通,預充電模組(105)導通的狀態。應注意者為,當流程(S8)、流程(S9)、流程(S10)執行完畢後,執行流程(S11),均必須重新測量電池電壓Vb,並依Vb判斷2-Pin充電裝置必須執行何種充電階段,以確保2-Pin充電裝置的使用安全。
根據本發明一實施例,於流程(S4)中,當電池電壓Vb處於一預設的恆流範圍時,控制模組(101)將2-Pin充電裝置設定為恆流充電,此時的預充電模組(105)導通,而切換模組(117)也同樣維持在導通,此時充電電流Ia的大小固定,使電池(111)能加快其充電的速度。在本發明之一觀點中,由於切換模組(117)低阻抗特性,相比與預充電模組(105)的高阻抗特性,無論在恆流模式或恆壓模式,電流都不會流經預充電模組(105),因此不需要截止預充電模組(105)。應注意者為,對本發明而言,預充電模組(105)在任何的充電階段,預充電模組(105)因為其高阻抗的特性都可以維持在導通的狀態,除非控制模組(101)偵測到電池電壓Vb、電池電流Ia、充電電壓Va、充電電流Ia等等的參數,或是其餘的異常狀況,為了提供整體的保護功能才需要截止預充電模組(105),由於在平常充電時無須特別針對預充電模組(105),因此可以簡化控制上的流程。另外,由於預充電模組(105)的阻抗相對於切換模組(117)為高,因此將預充電模組(105)常時維持導通的狀態下,由於其本身就可以抑制浪勇電流的產生,因此在2-Pin充電裝置本身的保險絲即可依照正常的電源供應大小,選用較低截斷電流(Cut-Off Current)的保險絲,而無須因為要考量到浪湧電流選擇截斷電流較高的保險絲, 可進一步提高2-Pin充電裝置本身對於異常電源供應時的反應能力。
此外,根據本發明另一實施例,預充電模組(105)仍然可以依據應用上的需要,由控制模組(101)在充電的各個流程中,加以將預充電模組(105)設為截止的狀態,例如在流程(S4)或流程(S5),執行恆壓充電或恆流充電時,將預充電模組(105)設為截止,切換模組(117)設為導通,以在各個充電階段時,確保不會有逆向電流產生,以提高充電時的安全性。
根據本發明一實施例,於流程(S5)中,當電池電壓Vb大小逐漸接近滿電的狀態時,切換模組(117)兩端的電壓差會因電池電壓Vb上升而逐漸減少而充電電流Ia將自然地下降,形成恆壓充電的階段,待電流偵測模組(115)偵測到充電電流Ia下降至一目標值時,則判斷為充電完成,執行流程(S2),重新測量電池電壓Vb。應注意者為,當流程(S3)、流程(S4)、流程(S5)執行完畢後,執行流程(S6),重新測量電池電壓Vb,並依Vb判斷2-Pin充電裝置必須執行何種充電階段,以確保2-Pin充電裝置的使用安全。
根據本發明內容,智慧安全充電方法(500)中,包含流程(S1),當電池(111)尚未連接、處於充電完成階段,或是電池(111)重新連接時,控制模組(101)均預設智慧安全充電方法(500)維持在一等待狀態,以避免電池(111)直接承受浪湧電流。
以上所述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明,而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者,在不脫離本專利精神或範圍內,所作之更動或潤飾,均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計,且應包含在下述之申請專利範圍內。
100:智慧安全充電系統
101:控制模組
103:功率轉換模組
105:預充電模組
107:電壓偵測模組
111:電池
113:迴授模組
115:電流偵測模組
117:切換模組
Va:充電電壓
Ia:充電電流
Vb:電池電壓
Ib:電池電流
VREF:電壓參考訊號
IREF:電流參考訊號

Claims (10)

  1. 一種智慧安全充電系統,包含:至少一控制模組,控制系統運作;一功率轉換模組,提供系統運作所需電力;一切換模組,耦接該功率轉換模組與該至少一控制模組,以切換充電所需電力;一預充電模組,耦接該至少一控制模組,該預充電模組電性阻抗高於該切換模組,避免產生浪湧電流;以及,一電壓偵測模組,偵測電池電壓Vb與充電電壓Va,並將偵測的結果饋入該至少一控制模組中;其中,當該至少一控制模組判斷電池為預充電階段或充電完成階段時,該預充電模組導通,而該切換模組截止。
  2. 如請求項1所述的智慧安全充電系統,其中當電池處於充電完成階段時,該至少一控制模組停止輸出充電電流Ia
  3. 如請求項1所述的智慧安全充電系統,其中當電池處於恆壓充電或恆流充電時,而該切換模組導通。
  4. 如請求項1所述的智慧安全充電系統,更包含一迴授模組,耦接該電壓偵測模組,藉由該至少一控制模組,於各個充電階段控制並穩定充電電壓Va追隨電池電壓Vb
  5. 如請求項1所述的智慧安全充電系統,更包含一電流偵測模組,偵測電池所輸出的電池電流Ib,並將偵測的結果饋入該至少一控制模組中。
  6. 如請求項1所述的智慧安全充電系統,其中該智慧安全充電系統的架構應用於一2-Pin充電裝置。
  7. 一種智慧安全充電方法,應用於2-Pin充電裝置,其流程包含:藉由一電壓偵測模組測量電池電壓Vb,將測量結果饋入一控制模組,該控制模組依據電池電壓Vb,判斷需執行的充電階段;當電池電壓Vb為預充電範圍時,一預充電模組導通,一切換模組截止;當充電電流Ia下降達預設值時完成充電,該電壓偵測模組重新測量電池電壓Vb;以及,當電池於充電完成階段持續連接、電池重新連接或未連接2-Pin充電裝置時,維持預充電模組導通,切換模組截止的等待狀態。
  8. 如請求項7所述的智慧安全充電方法,其中當電池處於充電完成階段時,停止輸出充電電流Ia
  9. 如請求項7所述的智慧安全充電方法,其中當電池電壓Vb處於恆流範圍時,該預充電模組截止,該切換模組導通,此時充電電流Ia為固定大小。
  10. 如請求項7所述的智慧安全充電方法,其中當電池電壓Vb處於恆壓範圍時,該切換模組導通,此時充電電壓Va為固定大小。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TW201034336A (en) * 2008-11-25 2010-09-16 Semiconductor Components Ind Multiple mode battery charger
TWM590327U (zh) * 2019-07-10 2020-02-01 飛宏科技股份有限公司 具有智慧型交流/直流最大功率電池充電管理之充電裝置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201034336A (en) * 2008-11-25 2010-09-16 Semiconductor Components Ind Multiple mode battery charger
TWM590327U (zh) * 2019-07-10 2020-02-01 飛宏科技股份有限公司 具有智慧型交流/直流最大功率電池充電管理之充電裝置

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