TWI776890B - 電池管理裝置及其充電方法 - Google Patents

Abstract

電池管理裝置及其充電方法。電池的充電方法包括：計數電池的多個充電及放電循環的發生次數以獲得循環次數；在循環次數小於參考值，當對電池進行充電時，依據第一充電電壓以及充電電流對電池進行充電；在循環次數不小於參考值，當對電池進行充電時，依據第二充電電壓以及充電電流對電池進行充電，其中，充電電流依據對應各充電及放電循環的各可充電容量以及電池的一可充電容量規格值來產生。

Description

電池管理裝置及其充電方法

本發明是有關於一種電池管理裝置及其充電方法，且特別是有關於一種可延長電池使用壽命的電池管理裝置及其充電方法。

隨著電子科技的進步，電子產品成為人們生活中必備的工具。在方便攜帶的前提下，電子產品需要配置可長效使用的電池，以維持電子產品可正常工作的時間。

然而，在現今的技術領域中，電池隨著充電及放電循環次數的增加，其可儲存並提供的有效電量會隨著減少。並且，上述的電池的劣化現象，與電池進行充電及放電動作的方式息息相關，因此，為了提升電池的生命週期，針對電池提供一個正確的充電以及放電機制，是本領域技術人員的重要課題。

本發明提供一種電池管理裝置及其充電方法，可延長電池的生命週期。

本發明的電池的充電方法包括：計數電池的多個充電及放電循環的發生次數以獲得循環次數；在循環次數小於參考值，當對電池進行充電時，依據第一充電電壓以及充電電流對電池進行充電；在循環次數不小於參考值，當對電池進行充電時，依據第二充電電壓以及充電電流對電池進行充電，其中，充電電流依據對應各充電及放電循環的各可充電容量以及電池的一可充電容量規格值來產生。

在本發明的一實施例中，上述的充電電流等於對應各充電及放電循環的各可充電容量除以可充電容量規格值。

在本發明的一實施例中，上述的第二充電電壓小於第一充電電壓。

在本發明的一實施例中，上述的第一充電電壓等於8.85伏特，第二充電電壓等於8.6伏特。

在本發明的一實施例中，上述的偵測分別對應充電及放電循環的電池的可充電容量的步驟包括：在各充電及放電循環中，在電池進行放電動作中，使電池依據放電電流進行放電動作，並偵測電池的電壓隨時間的下降斜率；以及，依據下降斜率獲得電池對應各充電及放電循環的各可充電容量。

在本發明的一實施例中，上述的參考值等於17。

本發明的電池管理裝置耦接至電池。電池管理裝置包括控制器耦接至電池。控制器用以計數電池的多個充電及放電循環的發生次數以獲得循環次數；偵測分別對應充電及放電循環的電池的多個可充電容量；在循環次數小於參考值，當對電池進行充電時，依據第一充電電壓以及充電電流對電池進行充電；在循環次數不小於參考值，當對電池進行充電時，依據第二充電電壓以及充電電流對電池進行充電，其中，控制器依據對應各充電及放電循環的各可充電容量以及電池的可充電容量規格值來產生充電電流。

基於上述，本發明依據電池的充電及放電循環的發生次數，來調整對電池進行充電動作時，所使用的充電電壓以及充電電流。藉由動態調整電池進行充電動作時所使用的充電電壓以及充電電流，電池的生命週期可以得到延展，增加電池的使用壽命。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的電池的充電方法的流程圖。步驟S110用以計數電池的多個充電及放電循環的發生次數，並藉以獲得循環次數。步驟S120則用以偵測分別對應多個充電及放電循環的電池的多個可充電電量。在此請注意，基於電池的電性會隨著充電及放電循環而有所改變，因此，本發明實施例透過步驟S110來計算出發生在電池上的充電及放電循環的次數。並且，步驟S120中，更在電池所發生的每個充電及放電循環時，即時偵測電池當時的可充電電量。

此外，電池發生充電及放電循環的循環次數可用以與一個預設的參考值進行比較，並在步驟S130中，在當針對電池進行充電時，且當循環次數小於上述的參考值時，則依據第一充電電壓以及充電電流對電池進行充電。此外，在步驟S140中，在循環次數不小於上述的參考值，且當對電池進行充電時，則依據第二充電電壓以及充電電流對電池進行充電。在此請注意，步驟S130中的第一電壓的電壓值大於步驟S140中的第二電壓的電壓值。並且，步驟S130以及步驟S140中的充電電流的電流值大小是不相同的。其中，在步驟S130中，基於電池發生充電及放電循環的循環次數相對較低時（低於參考值），可依據較高的第一充電電壓對電池進行充電，相對的，在步驟S140中，基於電池發生充電及放電循環的循環次數相對較高時（大於或等於參考值），則需依據較低的第二充電電壓對電池進行充電。

關於充電電流的部分，本發明實施例的充電電流的電流值大小，與進行充電動作當時，電池的可充電容量是正相關的。其中，充電電流I = 電池的可充電容量Q_USE 除以電池的可充電容量規格值Q_SPEC （計算式1）。上述的可充電容量規格值Q_SPEC 是由電池的供應廠商所制定的一規格數值，為一個固定不變的數值。電池的可充電容量Q_USE 則可以隨著電池的被使用狀態（例如發生充電放電循環的循環次數）而改變，可以是不固定的數值。

由上述的說明可以得知，本發明實施例透過即時偵測電池的可充電容量，以及電池發生充電放電循環的循環次數，並依據電池發生充電放電循環的循環次數來調整充電電壓的電壓值大小，並依據電池當時的可充電容量來動態調整充電電流的大小，可有效提升電池的生命週期。

舉一範例來說明，本發明一實施例中可設定參考值為17次，並且，在當電池發生充電放電循環的循環次數為1-16（小於17）時，當對電池進行充電動作時，提供第一電壓（例如等於8.85伏特）以及依據計算式1所計算出的充電電流I來對電池執行充電動作。在當電池發生充電放電循環的循環次數大於或等於17時，當對電池進行充電動作時，提供第二電壓（例如等於8.6伏特）以及依據計算式1所計算出的充電電流I來對電池執行充電動作。

承續上述的範例，基於電池的可充電容量Q_USE 會隨著電池發生充電放電循環的循環次數的增加而降低，因此，隨著電池發生充電放電循環的循環次數的增加，提供以對電池進行充電電流的大小會對應降低。也就是說，當電池的阻抗值隨著電池發生充電放電循環的循環次數而增加時，本發明實施例的充電電流可對應被調降，如此一來，在進行電池充電的過程中，可以有效降低電池因被充電所產生的劣化程度，增長電池的生命週期。

請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的電池狀態的示意圖。其中，圖2中的橫軸表示充電放電循環的循環次數，縱軸則表示電池的可使用功率（單位為瓦時, WH）。另外，在本實施例中，參考值REF被設定約為17，曲線SP1~SP3分別表示三個電池樣品的電量狀態。

在當電池充電放電循環的循環次數小於參考值REF時，可透過相對大的第一電壓以及計算出的充電電流對電池進行充電，在當電池充電放電循環的循環次數不小於參考值REF時，則透過相對小的第二電壓以及計算出的充電電流對電池進行充電。

在圖2中可以發現，當充電放電循環的循環次數大於200時，電池的可使用電量仍具有約41瓦時，有效延長其生命週期。

以下請參照圖3，圖3繪示本發明實施例的電池可充電電量的偵測方式的示意圖。在圖3中，曲線310表示電池甫出廠時所具有的放電特性曲線，曲線320則表示電池經過一次或多次充電放電循環後，所具有的放電特性曲線。當針對電池的可充電容量進行偵測時，可在電池的充電及放電循環中，當對電池進行放電動作時，使電池依據一放電電流進行放電動作，並偵測電池的電壓隨時間的下降斜率。當電池的電壓隨時間的下降斜率發生快速變化的轉折點（如轉折點AP1、AP2）時，則可以計算出曲線310、320對應的電池的可充電容量Qmax以及Quse。

上述偵測電池可充電電量的偵測方法僅只是一個實施範例，不用以限縮本發明的實施範疇。凡本領域具通常知識者所熟知的電池可充電電量的偵測方法都可以應用於本發明，沒有固定的限制。

請參照圖4，圖4繪示本發明一實施例的電池管理裝置的示意圖。電池管理裝置400包括控制器410以及開關420。控制器410耦接至電池430，並透過開關420以控制對電池430的充電放電動作。在本實施例中，控制器410可用以執行如圖1所繪示的步驟S110~S140步驟，並透過調整充電電流以及充電電壓的大小，來執行對電池430的充電動作。並藉以延長電池430的生命週期。

關於步驟S110~S140的實施細節，在上述的實施例已有詳細的說明，在此恕不多贅述。

關於控制器410的硬體架構，控制器410可以為具運算能力的處理器。或者，控制器410可以是透過硬體描述語言（Hardware Description Language, HDL）或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）或是特殊應用積體電路（Application-specific Integrated Circuit, ASIC）的方式來實現的硬體電路。也就是說，關於充電電流的計算方面，控制器410可透過所具有的軟體或硬體的運算能力，來依據計算式1來進行充電電流的計算。

請參照圖5，圖5繪示本發明另一實施例的電池管理裝置的示意圖。電池管理裝置500包括控制器510以及開關520。控制器510耦接至電池530。與電池管理裝置400不相同的，控制器510可內建查找表511。查找表511中可儲存多個的電池的可充電容量與分別對應的多個充電電流值。如此一來，當控制器510偵測出當時電池的可充電容量時，可不需進行算術運算，直接透過查找表511來查找出所需的充電電流的電流值大小。在本實施例中，查找表511可以式任意形式的記憶體電路。而在本發明其他實施例中，查找表511也可以外掛於控制器510以外，並提供控制器510進行存取。

綜上所述，本發明透過偵測電池的充電及放電循環的發生次數，並依據偵測出的循環次數有無大於參考值，來對應調整充電電壓。本發明在當對電池進行充電時，並依據當時電池的可充電容量來動態調整充電電流。如此一來，可因應電池的特性變化，提供對應的充電電壓以及充電電流以對對池充電，有效提升電池的生命週期。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S110~S140‧‧‧充電方法的步驟REF‧‧‧參考值SP1~SP3‧‧‧曲線310、320‧‧‧曲線AP1、AP2‧‧‧轉折點Qmax、Quse‧‧‧可充電容量400、500‧‧‧電池管理裝置410、510‧‧‧控制器420、520‧‧‧開關511‧‧‧查找表

圖1繪示本發明一實施例的電池的充電方法的流程圖。 圖2繪示本發明實施例的電池狀態的示意圖。 圖3繪示本發明實施例的電池可充電電量的偵測方式的示意圖。 圖4繪示本發明一實施例的電池管理裝置的示意圖。 圖5繪示本發明另一實施例的電池管理裝置的示意圖。

S110~S140‧‧‧充電方法的步驟

Claims (9)

1. 一種電池的充電方法，包括：計數該電池的多個充電及放電循環的發生次數以獲得一循環次數；偵測分別對應該些充電及放電循環的該電池的多個可充電容量；在該循環次數小於一參考值，當對該電池進行充電時，依據一第一充電電壓以及一充電電流對該電池進行充電；以及在該循環次數不小於該參考值，當對該電池進行充電時，依據一第二充電電壓以及該充電電流對該電池進行充電，其中，該充電電流依據對應各該充電及放電循環的各該可充電容量以及該電池的一可充電容量規格值來產生，該第二充電電壓小於該第一充電電壓，其中該充電電流等於對應各該充電及放電循環的各該可充電容量除以該可充電容量規格值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電池的充電方法，其中該第一充電電壓等於8.85伏特，該第二充電電壓等於8.6伏特。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電池的充電方法，其中偵測分別對應該些充電及放電循環的該電池的該些可充電容量的步驟包括： 在各該充電及放電循環中，在該電池進行放電動作中，使該電池依據一放電電流進行該放電動作，並偵測該電池的電壓隨時間的一下降斜率；以及依據該下降斜率的變化來獲得該電池對應各該充電及放電循環的各該可充電容量。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電池的充電方法，其中該參考值等於17。
5. 一種電池管理裝置，耦接至一電池，包括：一控制器，耦接至該電池，用以：計數該電池的多個充電及放電循環的發生次數以獲得一循環次數；偵測分別對應該些充電及放電循環的該電池的多個可充電容量；在該循環次數小於一參考值，當對該電池進行充電時，依據一第一充電電壓以及一充電電流對該電池進行充電；在該循環次數不小於該參考值，當對該電池進行充電時，依據一第二充電電壓以及該充電電流對該電池進行充電，其中，該控制器依據對應各該充電及放電循環的各該可充電容量與該電池的一可充電容量規格值來產生該充電電流，其中該第二充電電壓小於該第一充電電壓，其中該控制器使對應各該充電及放電循環的各該可充電容量除以該可充電容量規格值來產生該充電電流。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電池管理裝置，其中該第一充電電壓等於8.85伏特，該第二充電電壓等於8.6伏特。
7. 如申請專利範圍第6項所述的電池管理裝置，其中該控制器用以：在各該充電及放電循環中，在該電池進行放電動作中，使該電池依據一放電電流進行該放電動作，並偵測該電池的電壓隨時間的一下降斜率；以及依據該下降斜率的變化來獲得該電池對應各該充電及放電循環的各該可充電容量。
8. 如申請專利範圍第5項所述的電池管理裝置，其中該參考值等於17。
9. 如申請專利範圍第5項所述的電池管理裝置，更包括：一查找表，耦接至該控制器，儲存該電池的該些可充電容量與分別對應的多個充電電流值。

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