TWI542115B - 充電裝置及其充電方法 - Google Patents

Description

充電裝置及其充電方法

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種充電裝置及其充電方法。

目前市面上之充電器，主要為定電流充電結合定電壓充電的兩階段充電方式。其原理為先以定電流充電，以縮短充電時間，等充電至電池之最大充電電壓以後，再轉成定電壓進行充電，直到充電電流自然下降至零，即判斷電池之電量已滿而停止充電程序。然而，這種方式有其缺點，例如，以定電壓進行充電，並無法估計充電電流下降至零所需的時間，亦即電池充電完畢所需時間無法事先得知，此外，以電壓判斷電池是否已完成充電亦不準確。又，預先設定的充電電流大小將會影響到充電時間以及實際充入電池的電量多寡。若預設的充電電流較大，雖能縮短充電時間，但是未必能將電池確實充飽，且有可能損傷電池，進而縮短電池壽命，而若預設的充電電流較小，雖然較能充飽電池，但是充電時間也相對地隨之拉長。

市售的充電器並沒有依據電池的電量或者使用者的需求來提供對應的充電方式，因此造成使用者的不便。

本發明提供一種充電裝置及其充電方法，可依據電池的電量以及使用者的需求來提供對應的充電方式，以延長電池的使用壽命，並提高使用便利性。

本發明的充電裝置，包括偵測單元、充電單元以及控制單元。其中偵測單元偵測電池的電壓與電流。其中，充電單元耦接電池，控制單元耦接偵測單元與充電單元，依據偵測單元的偵測結果計算電池的電量，並依據電池的初始電量以及使用者所選擇的充電模式進行計算並控制充電單元，以提供電池對應的充電電流大小。

在本發明的一實施例中，上述的充電裝置具有多個充電模式，控制單元可接收模式選擇指令，並依據模式選擇指令對應的充電模式以及電池的初始電量狀態來計算並控制充電單元提供對應的充電電流給電池。

在本發明的一實施例中，上述各充電模式對應不同的充電完成時間，控制單元更依據對應充電模式的充電完成時間與電池的初始電量狀態調整充電單元的充電電流，以於充電完成時間內完成電池的充電。

在本發明的一實施例中，其中至少其一充電模式具有多 個充電階段，各充電階段對應不同的充電電流，控制單元更依據電池的電量狀態切換充電階段，以調整電池的充電電流。

在本發明的一實施例中，其中至少其一充電模式所對應的充電電流為定電流。

本發明的充電裝置的充電方法包括下列步驟。偵測電池的電壓與電流。依據電壓與電流的偵測結果計算電池的電量狀態。依據電池的初始電量與所選的充電模式計算並控制電池的充電電流大小。

在本發明的一實施例中，上述的充電裝置的充電方法更包括下列步驟。接收模式選擇指令。依據模式選擇指令選擇電池的充電模式，其中電池的各種充電模式皆具有與其對應的充電電流的計算方式。

在本發明的一實施例中，其中充電模式具有與其對應的充電完成時間，依據電池的初始電量計算並控制電池的充電電流大小的步驟包括，依據電池的初始電量以及對應充電模式的充電完成時間計算並調整充電電流，以於充電完成時間內完成電池的充電。

在本發明的一實施例中，其中充電模式具有多個充電階段，各充電階段對應不同的充電電流，依據電池的電量狀態計算並控制電池的充電電流大小的步驟更包括，依據電池的電量狀態切換充電階段，以調整電池的充電電流。

在本發明的一實施例中，上述充電模式中各充電階段所 對應的充電電流為定電流。

基於上述，本發明的實施例可依據電池的初始電量計算並控制充電單元提供給電池的充電電流大小，並可依據使用者所選擇的充電模式對電池進行充電，以延長電池的使用壽命，並提高使用便利性。

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。

102‧‧‧偵測單元

104‧‧‧控制單元

106‧‧‧充電單元

B1‧‧‧電池

S602~S606、S702~S706‧‧‧充電裝置的充電方法步驟

圖1繪示為本發明一實施例之充電裝置的示意圖。

圖2、圖3繪示本發明實施例之一般充電模式下充電時間對電池電量與充電速率的關係示意圖。

圖4繪示本發明實施例之快速充電模式下充電時間對電池電量與充電速率的關係示意圖。

圖5繪示本發明實施例之安全充電模式下充電時間對電池電量與充電速率的關係示意圖。

圖6繪示本發明一實施例之充電裝置的充電方法的流程示意圖。

圖7繪示本發明另一實施例之充電裝置的充電方法的流程示意圖。

圖1繪示為本發明一實施例之充電裝置的示意圖，請參照圖1。充電裝置包括偵測單元102、控制單元104以及充電單元106，其中偵測單元102與充電單元106耦接控制單元104以及電池B1。偵測單元102可量測電池B1的電壓與電流，控制單元104則可依據偵測單元102的偵測結果計算電池B1之目前電量。進一步來說，控制單元104可依據偵測單元的偵測結果計算電池B1目前的電量。

在計算出電池B1的電量後，控制單元104更可依據電池的初始電量與所選擇之充電模式計算並控制充電單元106，以提供對應的充電電流給電池B1。舉例來說，圖2繪示本發明一實施例之一般充電模式下充電時間對電池電量與充電速率(C-rate)的關係示意圖，請參照圖2，其中粗實線用以表示充電電流的大小，而細實線則用以表示電池B1目前的電量。在本實施例中，充電裝置為處於一般充電模式，在一般充電模式中，控制單元104可控制充電單元106在不同的充電階段以不同的充電電流來對電池B1進行充電。如圖2所示，當電池B1的電量在10%以下時為第一充電階段，控制單元104控制充電單元106以0.1C的充電電流進行電池B1的充電，當電池B1的電量介於10%與95%之間時，控制單元104控制充電單元106以0.68C的充電電流進行電池B1的充電，而當電池B1的電量介於95%與100%之間時，控制單元104控制充電單元106以0.2C的充電電流進行電池B1的充電。其中當電 池B1的電量介於10%與95%之間時，充電電流的大小可透過下列式子計算而得，

其中I為充電電流，t為充電單元106在第一充電階段所花費的時間，C為充電速率，其代表電池充放電時，電流大小的比率單位。例如容量1Ah的電池，0.2C代表以0.2A的電流來進行充電或放電。在本實施例中充電單元106在第一充電階段所花費的時間為0.5小時，因此充電電流第二充電階段的充電電流等於0.68C。

如此依據電池B1的電量切換對應不同充電電流的充電階段，可確保電池B1在電量較低時不會因接收過大的充電電流而減短其使用壽命，此外，在電池B1即將完成充電時，則轉以較小的充電電流進行充電，以確實地將電池B1的電量充滿。

值得注意的是，上述各充電階段的充電電流並不以圖2實施例所述為限，控制單元104可依據一般充電模式所預設的充電完成時間以及電池B1目前的電量來調整各充電階段的充電電流。舉例來說，圖3繪示本發明另一實施例之一般充電模式下充電時間對電池電量與充電速率的關係示意圖，請參照圖3。在圖3的實施例中，電池B1在開始進行充電時的起始電量為40%，其已大於第一充電階段所對應的電量(10%以下)，而可直接進入第二充電階段進行充電。由於一般充電模式所設定之充電完成時間為2 小時(不以此為限)，而第三充電階段的所需的時間為0.25小時，因此控制單元104在第二充電階段可以相對於圖2實施例較小的充電電流(亦即0.361C)進行電池B1的充電。

此外，在其他實施例中，充電裝置可具有多個充電模式供使用者選擇，除了上述之一般充電模式外，亦可例如包括快速充電模式與安全充電模式。控制單元104可依據其所接收的模式選擇指令來控制充電單元106，並以使用者所選擇的充電模式對電池B1進行充電。其中，快速充電模式與安全充電模式下之充電時間對電池電量與充電速率(C-rate)的關係示意圖分別如圖4與圖5所示。

在圖4的實施例中，電池B1開始進行充電的起始電量為20%(實際應用上不以此為限)，而快速充電模式所對應的充電完成時間為在30分鐘(不以此為限)，完成快速充電後可將電池B1充電至80%(不以此為限)的電量，控制單元104可依據充電完成時間以及電池B1目前的電量控制充電單元106對電池B1提供充電電流(例如在本實施例中充電單元106為以1.2C的充電電流對電池B1進行充電，然不以此為限)，以使電池B1可在30分鐘內被充電至80%的電量。其中充電電流的大小可透過下列式子計算而得，

其中SOC為電池B1的初始電量(亦即電池B1充電前的電量狀態)，在圖4實施例中SOC等於0.2(亦即SOC=20%)，因此 充電電流等於1.2C。

另外，在圖5的實施例中，電池B1開始進行充電的起始電量為20%(實際應用上不以此為限)，而安全充電模式所對應的充電完成時間為在8小時(不以此為限)，完成安全充電後可將電池B1充電至100%的電量，控制單元104可依據充電完成時間以及電池B1的初始電量控制充電單元106對電池B1提供充電電流(例如在本實施例中充電單元106為以0.1C的充電電流對電池B1進行充電，然不以此為限)，以使電池B1可在8小時(不以此為限)內被充電至100%的電量。由於在安全充電模式下，充電單元106所提供充電電流已很小，並不會有充電電流過大而減損電池B1使用壽命的問題，因此可直接在安全充電模式下將電池B1充電至100%的電量。其中充電電流的大小可透過下列式子計算而得，

其中SOC為電池B1的初始電量(亦即電池B1充電前的電量狀態)，在圖5實施例中，SOC等於0.2(亦即SOC=20%)，因此充電電流等於0.1C。

圖6繪示本發明一實施例之充電裝置的充電方法的流程示意圖，請參照圖6。由上述實施例可知，充電裝置的充電方法可包括下列步驟。首先，偵測電池的電壓與電流(步驟S602)。接著，依據電壓與電流的偵測結果計算電池的電量狀態(步驟S604)。然後再依據電池的初始電量計算並控制電池的充電電流大小(步驟 S606)。在其他實施例中，充電裝置更可包括多個充電模式，而其充電方法的步驟可如圖7所示。圖7實施例與圖6實施例的不同之處在於，在步驟S604後，更接收模式選擇指令(步驟S702)，然後再接著依據模式選擇指令選擇電池的充電模式(步驟S704)，其中不同的充電模式具有與其對應的充電電流之計算方式。充電模式可例如為上述的一般充電模式、快速充電模式以及安全充電模式，各充電模式具有與其對應的充電的目標完成時間。在本實施例中，依據電池的初始電量與所選擇之充電模式計算並控制電池的充電電流大小的步驟可包括，依據電池的初始電量以及對應充電模式的充電完成時間調整充電電流，以於充電完成時間內完成電池的充電(步驟S706)。值得注意的是，在部分實施例中，充電模式可具有多個充電階段(例如上述的一般充電模式)，可依據電池的電量狀態切換不同的充電階段，來調整電池的充電電流，以避免減損電池壽命，並確保電池可被充滿。

本發明可利用偵測單元偵測電池B1的電壓與電流後，利用各種習知的電量狀態計算方法以估測電池電量，例如：開路電壓法、庫倫積分法、類神經演算法、模糊演算法、卡爾門演算法、基因演算法等(不以此為限)。

綜上所述，本發明的實施例可依據電池的初始電量與所選擇之充電模式計算並控制充電單元提供給電池的充電電流大小，並可依據使用者所選擇的充電模式對電池進行充電，以延長電池的使用壽命，並提高充電裝置的使用便利性。此外，由於本 發明的實施例為藉由充電電流來進行電池的充電，因此在電池的充電時間以及電量狀態的估計皆較為精準。

S602~S606‧‧‧充電裝置的充電方法步驟

Claims (11)

1. 一種充電裝置，包括：一偵測單元，偵測一電池的電壓與電流；一充電單元，耦接該電池；以及一控制單元，耦接該偵測單元與該充電單元，依據該偵測單元的偵測結果計算該電池的電量狀態，並依據該電池的初始電量與使用者所選擇之充電模式計算並控制該充電單元提供給該電池的充電電流大小，其中該初始電量為該電池充電前的電量狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的充電裝置，其中該充電裝置更具有多個充電模式，該控制單元更接收一模式選擇指令，並依據該模式選擇指令對應的充電模式與初始電量來計算並控制該充電單元提供對應該充電模式的充電電流給該電池。
3. 如申請專利範圍第2項所述的充電裝置，其中各該充電模式對應不同的充電完成時間，該控制單元更依據對應該充電模式的充電完成時間與初始電量計算並調整該充電單元的充電電流，以於該充電完成時間內完成該電池的充電。
4. 如申請專利範圍第2項所述的充電裝置，其中至少其一該些充電模式具有多個充電階段，各該充電階段對應不同的充電電流，該控制單元更依據該電池的電量狀態切換該些充電階段，以調整該電池的充電電流。
5. 如申請專利範圍第2項所述的充電裝置，其中至少其一該些充電模式所對應的充電電流為定電流。
6. 一種充電裝置的充電方法，包括：偵測一電池的電壓與電流；依據電壓與電流的偵測結果計算該電池的電量狀態；以及依據該電池的初始電量與使用者所選的充電模式計算並控制提供給該電池的充電電流大小，其中該初始電量為該電池充電前的電量狀態。
7. 如申請專利範圍第6項所述的充電裝置的充電方法，更包括：接收一模式選擇指令；以及依據該模式選擇指令選擇該電池的充電模式，其中該電池的充電模式具有與其對應的充電電流計算方式。
8. 如申請專利範圍第7項所述的充電裝置的充電方法，其中該充電模式具有與其對應的一充電完成時間，依據該電池的初始電量與所選擇之充電模式計算並控制提供給該電池的充電電流大小的步驟包括：依據該電池的初始電量以及對應該充電模式的充電完成時間計算並調整該充電電流，以於該充電完成時間內完成該電池的充電。
9. 如申請專利範圍第7項所述的充電裝置的充電方法，其中該充電模式具有多個充電階段，各該充電階段對應不同的充電電流，依據該電池的電量狀態計算並控制提供給該電池的充電電流大小的步驟更包括： 依據該電池的電量狀態切換該些充電階段，以調整該電池的充電電流。
10. 如申請專利範圍第7項所述的充電裝置的充電方法，其中該充電模式所對應的充電電流為定電流。
11. 如申請專利範圍第6項所述之充電裝置的充電方法，其中該電池的電量狀態之估測方法包括開路電壓法、庫倫積分法、類神經演算法、模糊演算法、卡爾門演算法以及基因演算法。