TWI901111B - 充電裝置 - Google Patents

Abstract

一種充電裝置用以對可充電式電池系統充電，包含交流電/直流電轉換器、控制器、直流電輸出單元以及通訊單元。通訊單元用以接收關於可充電式電池系統之現行電池健康狀態百分比以及現行電池電量狀態百分比。控制器根據現行電池健康狀態百分比以及其內儲存的關係式從複數個預定的電池電量狀態百分比決定選定的電池電量狀態百分比。控制器控制交流電/直流電轉換器將交流電力轉換成充電直流電且傳輸該直流電輸出單元，並控制直流電輸出單元輸出充電直流電進而對可充電式電池系統充電，直至現行電池電量狀態百分比等於選定的電池電量狀態百分比。

Description

充電裝置

本發明關於一種用以對可充電式電池系統充電之充電裝置，並且特別地關於能自動地調整選定的電池電量狀態(state of charge, SOC)百分比進而對可充電式電池系統充電之充電裝置。

關於鋰離子電池等可充電式電池系統的充電，當前可充電式電池系統的較佳的電池容量落在20%到80%。影響可充電式電池系統的使用壽命的因素在於溫度以及充電容量。以充電容量而言且以鋰離子電池為例，目前充電電池系統大多將單次充電容量設在80%。因為，可充電式電池系統每次充電容量到80%其使用壽命與每次充電容量到100%其使用壽命相差近5倍。請參閱圖1，圖1係先前技術之可充電式電池系統之充電曲線圖，以顯示可充電式電池系統的電池電量狀態(SOC)與電池健康狀態(state of health, SOH)之間的關係。如圖1所示，隨著可充電式電池系統的電池健康狀態(SOH)百分比低於100%時，可充電式電池系統的最佳的電池容量也會隨之變動。

然而，目前充電裝置每次對可充電式電池系統皆充電至預定的電池電量狀態百分比，例如，SOC百分比皆設定為80%。

因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一種能自動地調整選定的電池電量狀態百分比進而對可充電式電池系統充電之充電裝置。藉此，可充電式電池系統的使用壽命可以增加。

根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置用以對可充電式電池系統充電。可充電式電池系統包含電池管理系統以及第一通訊單元。第一通訊單元係電性連接至電池管理系統。電池管理系統計算關於可充電式電池系統之現行電池健康狀態百分比以及現行電池電量狀態百分比。根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置包含交流電/直流電轉換器、控制器、直流電輸出單元以及第二通訊單元。交流電/直流電轉換器用以接收交流電力。控制器係電性連接至交流電/直流電轉換器。控制器其內儲存複數個預定的電池電量狀態百分比與複數個預定的電池健康狀態百分比之間之關係式。直流電輸出單元係分別電性連接至交流電/直流電轉換器以及控制器。直流電輸出單元並且係以纜線與可充電式電池系統電性連接。控制器控制直流電輸出單元開啟或關閉。第二通訊單元係電性連接至控制器。第二通訊單元能與第一通訊單元通訊，並且用以經由第一通訊單元接收現行電池健康狀態百分比以及現行電池電量狀態百分比。控制器根據現行電池健康狀態百分比以及關係式從複數個預定的電池電量狀態百分比決定選定的電池電量狀態百分比。控制器控制交流電/直流電轉換器將交流電力轉換成充電直流電，並且傳輸至該直流電輸出單元。控制器並且控制直流電輸出單元輸出充電直流電進而對可充電式電池系統充電，直至現行電池電量狀態百分比等於選定的電池電量狀態百分比。

進一步，根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置還包含偵測單元。偵測單元係電性連接至控制器，並且與纜線電性耦合。偵測單元用以偵測充電電壓以及充電電流。控制器根據充電電壓以及充電電流控制直流電輸出單元調整充電直流電之輸出電壓以及輸出電流。

於一具體實施例中，關係式係以查找表形式儲存於控制器內。

根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置用以對可充電式電池系統充電。可充電式電池系統包含電池管理系統以及第一通訊單元。第一通訊單元係電性連接至電池管理系統。電池管理系統計算關於可充電式電池系統之現行電池電量狀態百分比。根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置包含交流電/直流電轉換器、控制器、直流電輸出單元以及第二通訊單元。交流電/直流電轉換器用以接收交流電力。控制器係電性連接至交流電/直流電轉換器。直流電輸出單元係分別電性連接至交流電/直流電轉換器以及控制器。直流電輸出單元並且係以纜線與可充電式電池系統電性連接。控制器控制直流電輸出單元開啟或關閉。第二通訊單元係電性連接至控制器。第二通訊單元能與第一通訊單元通訊，並且用以經由第一通訊單元接收現行電池電量狀態百分比。控制器根據複數個先前充電資訊判斷第一選定的電池電量狀態百分比被選用之次數是否等於N，其中N係大於1之整數。若控制器判斷第一選定的電池電量狀態百分比被選用之次數等於N，控制器則決定第二選定的電池電量狀態百分比並且控制交流電/直流電轉換器將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元。控制器並且控制直流電輸出單元輸出充電直流電進而對可充電式電池系統充電，直至現行電池電量狀態百分比等於第二選定的電池電量狀態百分比。第二選定的電池電量狀態百分比大於第一選定的電池電量狀態百分比。

進一步，若控制器判斷第一選定的電池電量狀態百分比被選用之次數小於N，控制器則控制交流電/直流電轉換器將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元，並控制直流電輸出單元輸出充電直流電進而對可充電式電池系統充電，直至現行電池電量狀態百分比等於第一選定的電池電量狀態百分比。

進一步，電池管理系統並且偵測關於可充電式電池系統之電池單元壓差。第二通訊單元能並且用以經由第一通訊單元接收電池單元壓差。控制器並且判斷電池單元壓差是否等於或大於第一閥值。若控制器判斷電池單元壓差等於或大於第一閥值，控制器則決定第二選定的電池電量狀態百分比，並且控制交流電/直流電轉換器將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元進而對可充電式電池系統充電，直至電池單元壓差小於第二閥值且現行電池電量狀態百分比等於第二選定的電池電量狀態百分比。

根據本發明之第三較佳具體實施例之充電裝置用以對可充電式電池系統充電。根據本發明之第三較佳具體實施例之充電裝置包含交流電/直流電轉換器、控制器、直流電輸出單元、偵測單元以及選擇單元。交流電/直流電轉換器用以接收交流電力。控制器係電性連接至交流電/直流電轉換器。控制器其內儲存複數個預定的充電電壓、複數個預定的充電電流與複數個預定的電池電量狀態百分比之間之關係式。直流電輸出單元係分別電性連接至交流電/直流電轉換器以及控制器。直流電輸出單元並且係以纜線與可充電式電池系統電性連接。控制器控制直流電輸出單元開啟或關閉。偵測單元係電性連接至控制器，並且與纜線電性耦合。偵測單元用以偵測充電電壓以及充電電流。選擇單元係電性連接至控制器。選擇單元係由使用者操作以輸入指令。控制器回應指令決定選定的電池電量狀態百分比，並且根據充電電壓、充電電流以及關係式從複數個預定的電池電量狀態百分比判斷現行電池電量狀態百分比。控制器控制交流電/直流電轉換器將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元，並控制直流電輸出單元輸出充電直流電進而對可充電式電池系統充電，直至現行電池電量狀態百分比等於選定的電池電量狀態百分比。

於一具體實施例中，關係式係以查找表形式儲存於控制器內。

與先前技術不同，根據本發明之充電裝置能自動地調整選定的電池電量狀態百分比進而對可充電式電池系統充電。藉此，運用根據本發明之充電裝置對可充電式電池系統充電充電，可充電式電池系統的使用壽命可以增加。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖2，根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置1及其所充電之可充電式電池系統2的架構係示意地繪示於圖2中。

如圖2所示，根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置1用以對可充電式電池系統2充電。可充電式電池系統2包含電池管理系統20以及第一通訊單元22。第一通訊單元22係電性連接至電池管理系統20。電池管理系統20計算關於可充電式電池系統2之現行電池健康狀態(SOH)百分比以及現行電池電量狀態(SOC)百分比。

同樣如圖2所示，根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置1包含交流電/直流電轉換器10、控制器12、直流電輸出單元14以及第二通訊單元16。

交流電/直流電轉換器10用以接收交流電力。控制器12係電性連接至交流電/直流電轉換器10。控制器12其內儲存複數個預定的電池電量狀態百分比與複數個預定的電池健康狀態百分比之間之關係式。

直流電輸出單元14係分別電性連接至交流電/直流電轉換器10以及控制器12。直流電輸出單元14並且係以纜線15與可充電式電池系統2電性連接。控制器12控制直流電輸出單元14開啟或關閉。第二通訊單元16係電性連接至控制器12。第二通訊單元16能與第一通訊單元22通訊，並且用以經由第一通訊單元22接收現行電池健康狀態百分比以及現行電池電量狀態百分比。

控制器12根據現行電池健康狀態百分比以及關係式從複數個預定的電池電量狀態百分比決定選定的電池電量狀態百分比。控制器12控制交流電/直流電轉換器10將交流電力轉換成充電直流電，並且傳輸至該直流電輸出單元14。控制器12並且控制直流電輸出單元14輸出充電直流電進而對可充電式電池系統2充電，直至現行電池電量狀態百分比等於選定的電池電量狀態百分比。藉此，可充電式電池系統2的使用壽命可以增加。

進一步，根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置1還包含偵測單元18。偵測單元18係電性連接至控制器12，並且與纜線15電性耦合。偵測單元18用以偵測充電電壓以及充電電流。控制器12根據充電電壓以及充電電流控制直流電輸出單元14調整充電直流電之輸出電壓以及輸出電流。

於一具體實施例中，關係式係以查找表形式儲存於控制器12內。於一另一具體實施例中，關係式係以方程式形式儲存於控制器12內。查找表形式的關係式之一範例請參閱表1。

表1

預定的SOH百分比	預定的SOC百分比
100%	80%
95%	85%
90%	90%
85%	95%
80%	100%

根據表1所示範例，當現行SOH百分比為100%時，控制器12決定選定的SOC百分比為80%。當現行SOH百分比為90%時，控制器12決定選定的SOC百分比為90%。當現行SOH百分比為80%時，控制器12決定選定的SOC百分比為100%。

請參閱圖3，根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置3及其所充電之可充電式電池系統4的架構係示意地繪示於圖3中。

如圖3所示，根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置3用以對可充電式電池系統4充電。可充電式電池系統4包含電池管理系統40以及第一通訊單元42。第一通訊單元42係電性連接至電池管理系統40。電池管理系統40計算關於可充電式電池系統4之現行電池電量狀態(SOC)百分比。

同樣如圖3所示，根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置3包含交流電/直流電轉換器30、控制器32、直流電輸出單元34以及第二通訊單元36。

交流電/直流電轉換器30用以接收交流電力。控制器32係電性連接至交流電/直流電轉換器30。直流電輸出單元34係分別電性連接至交流電/直流電轉換器30以及控制器32。直流電輸出單元34並且係以纜線35與可充電式電池系統4電性連接。控制器32控制直流電輸出單元34開啟或關閉。第二通訊單元36係電性連接至控制器32。第二通訊單元36能與第一通訊單元42通訊，並且用以經由第一通訊單元42接收現行電池電量狀態百分比。

控制器32根據複數個先前充電資訊判斷第一選定的電池電量狀態百分比被選用之次數是否等於N，其中N係大於1之整數。若控制器32判斷第一選定的電池電量狀態百分比被選用之次數等於N，控制器32則決定第二選定的電池電量狀態百分比並且控制交流電/直流電轉換器30將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元34。控制器32並且控制直流電輸出單元34輸出充電直流電進而對可充電式電池系統4充電，直至現行電池電量狀態百分比等於第二選定的電池電量狀態百分比。第二選定的電池電量狀態百分比大於第一選定的電池電量狀態百分比。藉此，可充電式電池系統4的使用壽命可以增加。

於一範例中，第一選定的電池電量狀態百分比為80%，第二選定的電池電量狀態百分比為100%。

進一步，若控制器32判斷第一選定的電池電量狀態百分比被選用之次數小於N，控制器32則控制交流電/直流電轉換器30將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元34，並控制直流電輸出單元34輸出充電直流電進而對可充電式電池系統4充電，直至現行電池電量狀態百分比等於第一選定的電池電量狀態百分比。

進一步，電池管理系統40並且偵測關於可充電式電池系統4之電池單元壓差。第二通訊單元36能並且用以經由第一通訊單元42接收電池單元壓差。控制器32並且判斷電池單元壓差是否等於或大於第一閥值。於一具體實施例中，第一閥值等於80mV。若控制器32判斷電池單元壓差等於或大於第一閥值，控制器32則決定第二選定的電池電量狀態百分比，並且控制交流電/直流電轉換器30將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元34進而對可充電式電池系統4充電，直至電池單元壓差小於第二閥值且現行電池電量狀態百分比等於第二選定的電池電量狀態百分比。於一具體實施例中，第二閥值等於15mV。請參閱圖4，圖4根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置3對可充電式電池系統4充電之一範例的充電曲線圖。根據圖4所示的充電曲線，當控制器32判斷電池單元壓差大於80mV時，控制器32控制交流電/直流電轉換器30降低充電電流並配合可充電式電池系統4內部平衡機制，使其電池單元壓差在小電流充電中慢慢縮小。當電池單元壓差小於15mV時，控制器32控制交流電/直流電轉換器30恢復正常電流充電，並且控制對可充電式電池系統4充電直至現行電池電量狀態百分比等於第一選定的電池電量狀態百分比(例如，第一選定的SOC百分比為100%)。於一具體實施例中，第二閥值係小於第一閥值。

進一步，根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置3還包含偵測單元38。偵測單元38係電性連接至控制器32，並且與纜線35電性耦合。偵測單元38用以偵測充電電壓以及充電電流。控制器32根據充電電壓以及充電電流控制直流電輸出單元34調整充電直流電之輸出電壓以及輸出電流。

請參閱圖5，根據本發明之第三較佳具體實施例之充電裝置5及其所充電之可充電式電池系統6的架構係示意地繪示於圖5中。

如圖5所示，根據本發明之第三較佳具體實施例之充電裝置5用以對可充電式電池系統6充電。

同樣如圖5所示，根據本發明之第三較佳具體實施例之充電裝置5包含交流電/直流電轉換器50、控制器52、直流電輸出單元54、偵測單元56以及選擇單元58。

交流電/直流電轉換器50用以接收交流電力。控制器52係電性連接至交流電/直流電轉換器50。控制器52其內儲存複數個預定的充電電壓、複數個預定的充電電流與複數個預定的電池電量狀態百分比之間之關係式。

直流電輸出單元54係分別電性連接至交流電/直流電轉換器50以及控制器52。直流電輸出單元54並且係以纜線55與可充電式電池系統6電性連接。控制器52控制直流電輸出單元54開啟或關閉。偵測單元56係電性連接至控制器52，並且與纜線55電性耦合。偵測單元56用以偵測充電電壓以及充電電流。選擇單元58係電性連接至控制器52。選擇單元58係由使用者操作以輸入指令。控制器52回應指令決定選定的電池電量狀態百分比，並且根據充電電壓、充電電流以及關係式從複數個預定的電池電量狀態百分比判斷現行電池電量狀態百分比。控制器52控制交流電/直流電轉換器50將交流電力轉換成充電直流電且傳輸至直流電輸出單元54，並控制直流電輸出單元54輸出充電直流電進而對可充電式電池系統6充電，直至現行電池電量狀態百分比等於選定的電池電量狀態百分比。藉此，可充電式電池系統6的使用壽命可以增加。

於一具體實施例中，關係式係以查找表形式儲存於控制器52內。於一另一具體實施例中，關係式係以方程式形式儲存於控制器52內。

藉由以上對本發明之詳述，可以清楚了解根據本發明之充電裝置能自動地調整選定的電池電量狀態百分比進而對可充電式電池系統充電。藉此，運用根據本發明之充電裝置對可充電式電池系統充電充電，可充電式電池系統的使用壽命可以增加。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本發明所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1:充電裝置 10:交流電/直流電轉換器 12:控制器 14:直流電輸出單元 15:纜線 16:第二通訊單元 18:偵測單元 2:可充電式電池系統 20:電池管理系統 22:第一通訊單元 3:充電裝置 30:交流電/直流電轉換器 32:控制器 34:直流電輸出單元 35:纜線 36:第二通訊單元 38:偵測單元 4:可充電式電池系統 40:電池管理系統 42:第一通訊單元 5:充電裝置 50:交流電/直流電轉換器 52:控制器 54:直流電輸出單元 55:纜線 56:偵測單元 58:選擇單元 6:可充電式電池系統

圖1係先前技術之可充電式電池系統之充電曲線圖。 圖2係根據本發明之第一較佳具體實施例之充電裝置及其所充電之可充電式電池系統的架構示意圖。 圖3係根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置及其所充電之可充電式電池系統的架構示意圖。 圖4係根據本發明之第二較佳具體實施例之充電裝置對可充電式電池系統充電之一範例的充電曲線圖。 圖5係根據本發明之第三較佳具體實施例之充電裝置及其所充電之可充電式電池系統的架構示意圖。

1:充電裝置

10:交流電/直流電轉換器

12:控制器

14:直流電輸出單元

15:纜線

16:第二通訊單元

18:偵測單元

2:可充電式電池系統

20:電池管理系統

22:第一通訊單元

Claims (7)

1. 一種充電裝置，用以對一可充電式電池系統充電，該可充電式電池系統包含一電池管理系統以及一第一通訊單元，該第一通訊單元係電性連接至該電池管理系統，該電池管理系統計算關於該可充電式電池系統之一現行電池電量狀態百分比，該充電裝置包含：一交流電/直流電轉換器，用以接收一交流電力；一控制器，係電性連接至該交流電/直流電轉換器；一直流電輸出單元，係分別電性連接至該交流電/直流電轉換器以及該控制器，該直流電輸出單元並且係以一纜線與該可充電式電池系統電性連接，其中該控制器控制該直流電輸出單元開啟或關閉；以及一第二通訊單元，係電性連接至該控制器，該第二通訊單元能與該第一通訊單元通訊且用以經由該第一通訊單元接收該現行電池電量狀態百分比，其中該控制器根據複數個先前充電資訊判斷一第一選定的電池電量狀態百分比被選用之一次數是否等於N，若該控制器判斷該第一選定的電池電量狀態百分比被選用之該次數等於N，該控制器則決定一第二選定的電池電量狀態百分比並且控制該交流電/直流電轉換器將該交流電力轉換成一充電直流電且傳輸至該直流電輸出單元，並控制該直流電輸出單元輸出該充電直流電進而對該可充電式電池系統充電，直至該現行電池電量狀態百分比等於該第二選定的電池電量狀態百分比，N係一大於1之整數，該第二選定的電池電量狀態百分比大於該第一選定的電池電量狀態百分比。
2. 如請求項1所述之充電裝置，其中若該控制器判斷該第一選定的電池電量狀態百分比被選用之該次數小於N，該控制器則控制該交流電/直流電轉換器將該交流電力轉換成該充電直流電且傳輸至該直流電輸出單元，並控制該直流電輸出單元輸出該充電直流電進而對該可充電式電池系統充電，直至該現行電池電量狀態百分比等於該第一選定的電池電量狀態百分比。
3. 如請求項1所述之充電裝置，進一步包含：一偵測單元，係電性連接至該控制器且與該纜線電性耦合，該偵測單元用以偵測一充電電壓以及一充電電流，其中該控制器根據該充電電壓以及該充電電流控制該直流電輸出單元調整該充電直流電之一輸出電壓以及一輸出電流。
4. 如請求項1所述之充電裝置，其中該電池管理系統並且偵測關於該可充電式電池系統之一電池單元壓差，該第二通訊單元能並且用以經由該第一通訊單元接收該電池單元壓差，該控制器並且判斷該電池單元壓差是否等於或大於一第一閥值，若該控制器判斷該電池單元壓差等於或大於該第一閥值，該控制器則決定該第二選定的電池電量狀態百分比並且控制該交流電/直流電轉換器將該交流電力轉換成該充電直流電且傳輸至該直流電輸出單元進而對該可充電式電池系統充電，直至該電池單元壓差小於一第二閥值且該現行電池電量狀態百分比等於該第二選定的電池電量狀態百分比。
5. 如請求項4所述之充電裝置，其中該第二閥值係小於該第一閥值。
6. 一種充電裝置，用以對一可充電式電池系統充電，該充電裝置包含：一交流電/直流電轉換器，用以接收一交流電力；一控制器，係電性連接至該交流電/直流電轉換器，該控制器其內儲存複數個預定的充電電壓、複數個預定的充電電流與複數個預定的電池電量狀態百分比之間之一關係式；一直流電輸出單元，係分別電性連接至該交流電/直流電轉換器以及該控制器，該直流電輸出單元並且係以一纜線與該可充電式電池系統電性連接，其中該控制器控制該直流電輸出單元開啟或關閉；一偵測單元，係電性連接至該控制器且與該纜線電性耦合，該偵測單元用以偵測一充電電壓以及一充電電流；以及一選擇單元，係電性連接至該控制器，該選擇單元係由一使用者操作以輸入一指令，其中該控制器回應該指令決定一選定的電池電量狀態百分比，並且根據該充電電壓、該充電電流以及該關係式從該複數個預定的電池電量狀態百分比判斷一現行電池電量狀態百分比，該控制器控制該交流電/直流電轉換器將該交流電力轉換成一充電直流電且傳輸至該直流電輸出單元，並控制該直流電輸出單元輸出該充電直流電進而對該可充電式電池系統充電，直至該現行電池電量狀態百分比等於該選定的電池電量狀態百分比。
7. 如請求項6所述之充電裝置，其中該關係式係以一查找表形式儲存於該控制器內。