充電裝置及充電檢測方法
2023-08-11 04:21:01
專利名稱：充電裝置及充電檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電池的充電裝置及充電檢測方法，其是利用充電電池內阻所消耗的能量特性來檢測充電電池的飽和狀態。
由於可攜式電子產品的盛行，如手持式無線電話、筆記型電腦等產品與人們的生活息息相關，因而，這些產品的各項功能不斷被強化，已漸趨於滿足廣大消費者，但用於這些產品的電池方面的改進卻跟不上產品的發展，特別是電池的充電時間較長，是這類產品的一大缺陷。
圖1為充電電池的電流固定在2500毫安培，電池的環境溫度為攝氏10度、25度及45度時，充電電池的溫度變化、充電電池電壓與充電時間的特性曲線圖；圖中，實線A代表電池環境溫度為10度時，以充電電流2500毫安培充電時，電池電壓隨充電時間的變化，當充電時間到達80-90分鐘時，充電電壓曲線由10.5伏特平滑升高趨於平穩達到飽和，約近似於12.8伏特；實線B代表電池環境溫度為10度時，以充電電流2500毫安培充電時，電池溫度隨充電時間的變化，當充電時間到達80-90分鐘時，電池溫度曲線則由攝氏10度平穩升高，充電時間到達30-80分鐘之間，電池溫度曲線則趨於平坦，當充電時間到達80-90分鐘時，亦即上述充電電壓已趨於飽和，此時，電池溫度曲線急速上升；虛線C代表電池環境溫度為25度時，充電電流仍為2500毫安培充電時，電池電壓曲線由10.5伏特平滑升高趨於平穩達到飽和，約近似於12.5伏特；虛線D代表電池環境溫度為25度時，充電電流仍固定為2500毫安培，充電時，電池溫度曲線則由攝氏25度平穩升高，充電時間到達30-80分鐘之間時，電池溫度曲線則趨於平坦，當充電時間到達80-90分鐘時，充電電壓已趨於飽和，此時，電池溫度曲線急速上升；虛線E、F則分別代表電池環境溫度為45度時，電池電壓特性曲線及電池溫度特性曲線。
根據上述曲線可知，充電時，電池溫度隨周圍環境溫度的增高而增高，電池充電電壓則隨周圍環境溫度的增高而遞減；當充電電壓曲線由平滑升高趨於平穩達到飽和時，電池溫度則由平穩瞬間升高；因該充電電池飽和電壓會隨電池周圍環境溫度的變動而有所不同，故無法作為電池充電飽和的判定度量。
鑑於上述電池的充電特性，現行電池充電檢測裝置則利用固定周期時間，量測充電電池的溫度是否驟升，亦即充電電池上升溫度斜率是否變大，作為充電電池是否飽和的判定。
如圖2所示，其為僅改變圖1的充電電流為1000毫安培的電池，其周圍環境溫度仍為攝氏10度、25度、45度時，圖2中的實線A』代表電池周圍環境溫度為10度時，以1000毫安培的充電電流充電；亦即僅改變圖1中的實線A的充電電流由2500毫安變為1000毫安，該電壓充飽和的時間由圖1的充電時間為80分鐘延長為200分鐘，飽和電壓由圖1的12.8伏特降為12.3伏特；實線B』則對應實線A』的變化，於充電時間為200分鐘時；亦即實線A』電池充電電壓趨於飽和時，電池溫度曲線斜率驟然變大。虛線C』、D』及E』、F』則分別對應圖1中的虛線C、D及E、F，僅改變充電電流由2500毫安變為1000毫安。
由圖1及圖2可知，除電池周圍環境溫度外，充電電流的大小亦會造成充電電池飽和電壓及時間有所變動，充電電流越大則充電時間越短，充電電流越小則充電時間越長；且充電電流越小，因充電時間拉長，電池溫度曲線越平坦；若電流過小則電池溫度曲線即使在即將飽和狀態時，仍趨於平坦，這時，將無法判定電池是否充飽和；若電流過大，則將造成電池無法承受而燒壞。
如圖3所示，其為現行鎳氫及鎳鎘電池的充電電路框圖；一開始由變壓裝置31，將電源由交流電壓轉換為固定的直流電壓，供應給用電裝置32及充電電路37，充電電路37包括一直流電壓/電流轉換裝置33，用以將變壓裝置31所提供的直流電壓轉換為直流電流後，經由電流感應裝置34，對充電電池35進行充電；同時，利用檢測裝置36量測充電電池35固定時間的溫度變化量，以決定是否通知直流電壓/電流轉換裝置33停止充電。
如圖4所示，其接續圖3為現行電流充電方法的流程圖；一開始，步驟41重置時間t，步驟42累加時間t直至步驟43一固定時間參考值T後，再經由步驟44判斷電池溫度上升斜率dT，直至大於一個固定參考值N後，完成充電操作，否則回到步驟41重置時間t為零；由上述可知，目前檢測電流充電電池是否充飽和，是利用充電電池在定電流充電情況下，充到飽和時的溫度會上升很快，也就是溫度上升的斜率變大，所以每隔一段固定時間量測電池溫度上升的變化量就可以判斷是否充飽和。
由圖1、圖2可知，充電電流越大則充電時間越短，但充電電流大小仍須限定在電池最大的充電電流限制內。現行許多可攜式裝置，如筆記型電腦，為使各裝置，能在充電時同時操作，如中央處理器(CPU)，有足夠的功率運作，通常提供電池的充電電流大都採用最小充電電流，如筆記型電腦中的鎳氫電池及鎳鎘電池，其充電電流通常維持在1000毫安培左右，最大充電電流可達2500毫安培。因此，即使用電裝置32中的各元件閒置時，不耗用電流，多餘的電流仍無法提供作充電電流；若使多餘的電流隨時加入該充電電流，因電流大小驟變致使溫度的斜率變化不定，因此，現行採用固定時間檢測電池溫度上升的斜率的方法判定飽和與否，易產生誤判。
本發明的目的在於提供一種利用充電電池內阻所消耗的能量特性來檢測充電電池的飽和狀態的電池的充電裝置及充電檢測方法。
本發明是針對電池等效內阻特性，不論充電電流的大小，其流過電池內阻都會產生一對應的熱能，該熱能對應一能量值，相反地，該能量參考值，亦對應該內阻所流過的一電流值，如圖1及圖2所示，當電池即將飽和時，充電電池溫度驟升，即該電池內阻消耗的熱能會驟升，上述固定熱能會對應一固定的能量參考值，因此，當充入固定能量達到參考值時，測量電池在該期間溫度上升的斜率，即可正確判斷電池是否達到飽和狀況；這樣，可避免以固定時間判斷充電電池溫度變化時，因電流不斷的變動而造成電池溫度的驟升後平坦，因而，所量測的時間點的溫度誤判成其溫度斜率已達一固定溫度斜率參考值，誤以為完成充電操作。
以隨機變動電流大小的方式充電，充電電池中等效內阻所消耗的能量值與充電電流的大小成正比；當充電電流越大，其所消耗的能量越大，亦即可利用一固定時間，針對充電電流值取樣的總和，即可得知該等效內阻中所消耗的能量值是否已達到至一固定能量參考值。
為達到上述目的，本發明採取如下技術措施本發明的一種充電裝置，包括感應裝置、充電電路及檢測裝置；感應裝置包括一第一感應裝置及一第二感應裝置；充電電路包括依次連接的控制裝置、第二感應裝置及充電電池；第一感應裝置連接控制裝置，檢測裝置連接充電電池及控制裝置；第一感應裝置根據一電源產生一個第一感測信號；控制裝置根據第一感測信號轉換電源為一電流信號；第二感應裝置，以控制裝置產生的電流信號對電池進行充電，並根據電流信號的電流量，產生一個第二感測信號；檢測裝置用以接收一第三感測信號；檢測裝置是根據該第二感測信號與第三感測信號，終止控制裝置產生電流信號。
其中，所述檢測裝置可包括相互連接的一個第一檢測裝置及一個第二檢測裝置；第二檢測裝置連接所述充電電池及控制裝置；第一檢測裝置累計第二感測信號至一個第一參考值後，重置該累計值為零，並持續進行累計；第二檢測裝置根據第一檢測裝置累計值從零至該參考值時，判定所述第三感測信號的變化是否滿足一個第二參考值，以判定是否終止所述控制裝置產生電流信號。
其中，所述控制裝置可為一個直流電壓/電流轉換裝置，其轉換的電流信號限定在所述電池所能承受的最大電流範圍內。
其中，所述直流電壓/電流轉換裝置轉換的電流信號限定在所述電池所能表現飽和前所述電池溫度驟升的最小電流範圍內。
其中，所述檢測裝置包括軟體。
其中，所述電池為具有鎳氫及鎳鎘電池相同特性的電池。
其中，所述第一檢測裝置為累加測量裝置，以累計電流與時間乘積的電荷量至所述第三參考值表示。
其中，所述累加測量裝置為一個積分裝置。
本發明的一種充電檢測方法，包括下列步驟量測充電電流量；累計充電電流量達到所述第一參考值時，重置累計量為零後，持續累計；根據累計值從零至參考值時，判定電池溫度的變化是否滿足所述第二參考值，以判定是否終止充電。
其中，所述累計步驟中可以累計電流與時間乘積的電荷量。
本發明的一種充電檢測裝置，對電池充電飽和狀態進行檢測，包括一感應裝置，用以量測電池充電電流的大小，產生一感測信號；
一第一檢測裝置，累計感測信號至一第一參考值後，重置該累計值為零，並持續進行累計；一第二檢測裝置，根據第一檢測裝置累計值從零至參考值時，判定電池充電動作狀態是否已呈飽和狀態。
其中，所述第一檢測裝置為一個累加測量裝置，第二檢測裝置為一個溫度判斷裝置。
結合附圖及實施例對本發明的結構特徵及方法特徵詳細說明如下附圖簡單說明圖1充電電流為2500mA及電池環境溫度為攝氏10度、25度、45度時，電池充電溫度及電池充電電壓與充電時間的關係曲線圖；圖2充電電流為1000mA及電池環境溫度為攝氏10度、25度、45度時，電池充電溫度及電池充電電壓與充電時間的關係曲線圖；圖3現行定電流充電裝置的電路框圖；圖4現行定電流充電檢測方法的流程圖；圖5本發明不定電流式充電方法的流程圖；圖6本發明不定電流式電流充電裝置的電路框圖；圖7本發明不定電流式充式電檢測裝置的電路框圖。
如圖5所示，其為本發明不定電流式充電方法的流程圖；開始步驟51，重置能量參考值E；步驟52，取樣充電電流值；步驟53，累加充電電流值；步驟54，在能量參考值E累加至固定參考值K；步驟55，啟動計時器T1重置為零，繼續下一階段取樣步驟52，且累加充電電流值步驟53；步驟56，判斷計時器T1是否被啟動且累計時間已到達熱傳導時間，滿足步驟56判斷條件後進入步驟57，關閉啟動計時器；執行步驟58，判斷電池上升溫度斜率dT是否大於一個固定參考值N，若是，則完成充電動作，否則繼續取樣步驟52，且累加充電電流值步驟53；計時器的使用步驟55、56、57，在於當電池內阻已累積一固定能量值時，須等待一熱傳導時間後，其所量測的電池溫度方為該固定能量值所產生的結果。
由上述可知，本發明中電流充電電池是否充飽和，可適用於電池以隨時變動電流大小的充電情況下，利用充入固定能量參考值時，再接續判斷電池溫度上升的變化量，以決定充電操作是否結束或重置能量參考值。
如圖6所示，其為本發明充電裝置的電路框圖；開始由變壓裝置31供應電流給用電裝置32用電及充電電路60充電，並經由電流感應裝置62將量測電流值給緩衝裝置61；充電電路60包括一個直流電壓/電流轉換裝置33，用以將變壓裝置31所提供的直流電壓轉換為直流電流後，經由電流感應裝置34對充電電池35進行充電；直流電壓/電流轉換裝置33並接收來自緩衝裝置61的量測信號，以隨時變動充電電流大小供給充電電池35；充電同時，利用檢測裝置70經由緩衝裝置63量測累積能量參考值至一個固定參考值後，再由檢測裝置70依充電電池35上的熱敏電阻(圖未示)判定電池於累積至該固定能量參考值時的溫度變化量，決定是否通知直流電壓/電流轉換裝置33停止充電。
上述實施例中，第一感應裝置即為電流感應裝置62，第二感應裝置為電流感應裝置34，控制裝置為直流電壓/電流轉換裝置33；如圖7所示，其主要表示充電檢測裝置70的電路框圖；檢測裝置70包括一個累加測量裝置71及一個溫度判斷裝置72；累加裝置71用以累計來自緩衝裝置63的充電電流量測值至一固定參考值後，重置累加測量裝置71的累計值為零，並驅動溫度判斷裝置72，依充電電池35上的熱敏電阻判定累加測量裝置71累計期間的溫度變化量，決定是否通知直流電壓/電流轉換裝置33停止充電；溫度判斷裝置72判定電池充電狀態已呈飽和狀態時，可發出一信號，通知直流電壓/電流轉換裝置33停止充電。
在圖7所示的實施例中，第一檢測裝置為累加測量裝置71，第二檢測裝置為溫度判斷裝置72；與現有技術相比，本發明具有如下效果由於本發明的充電裝置及充電方法是利用充電電池內阻所消耗的能量特性來檢測充電電池的飽和狀態，充電效率高，並可保證充電電池飽和後及時終止充電，電池充電安全。
權利要求
1.一種充電裝置，包括感應裝置、充電電路及檢測裝置；其特徵在於感應裝置包括一第一感應裝置及一第二感應裝置；充電電路包括依次連接的控制裝置、第二感應裝置及充電電池；第一感應裝置連接控制裝置，檢測裝置連接充電電池及控制裝置；第一感應裝置根據一電源產生一個第一感測信號；控制裝置根據第一感測信號轉換電源為一電流信號；第二感應裝置，以控制裝置產生的電流信號對電池進行充電，並根據電流信號的電流量，產生一個第二感測信號；檢測裝置用以接收一第三感測信號；檢測裝置是根據第二感測信號與第三感測信號，終止控制裝置產生電流信號。
2.根據權利要求1所述的充電裝置，其特徵在於，所述檢測裝置包括相互連接的一個第一檢測裝置及一個第二檢測裝置；第二檢測裝置連接所述充電電池及控制裝置；第一檢測裝置累計第二感測信號至一個第一參考值後，重置該累計值為零，並持續進行累計；第二檢測裝置根據第一檢測裝置累計值從零至該參考值時，判定所述第三感測信號的變化是否滿足一個第二參考值，以判定是否終止所述控制裝置產生電流信號。
3.根據權利要求1或2所述的充電裝置，其特徵在於，所述控制裝置為一個直流電壓/電流轉換裝置，其轉換的電流信號限定在所述電池所能承受的最大電流範圍內。
4.根據權利要求3所述的充電裝置，其特徵在於，所述直流電壓/電流轉換裝置轉換的電流信號限定在所述電池所能表現飽和前所述電池溫度驟升的最小電流範圍內。
5.根據權利要求1所述的充電裝置，其特徵在於，所述檢測裝置包括軟體。
6.根據權利要求1所述的充電裝置，其特徵在於，所述電池為具有鎳氫及鎳鎘電池相同特性的電池。
7.根據權利要求2所述的充電裝置，其特徵在於，所述第一檢測裝置為累加測量裝置，以累計電流與時間乘積的電荷量至所述第三參考值表示。
8.根據權利要求7所述的充電裝置，其特徵在於，所述累加測量裝置為一個積分裝置。
9.一種適用於權利要求1～8的充電檢測方法，其特徵在於，包括下列步驟量測充電電流量；累計充電電流量達到所述第一參考值時，重置累計量為零後，持續累計；根據累計值從零至參考值時，判定電池溫度的變化是否滿足所述第二參考值，以判定是否終止充電。
10.根據權利要求9所述的充電檢測方法，其特徵在於，所述累計步驟中可以累計電流與時間乘積的電荷量。
11.一種充電檢測裝置，對電池充電飽和狀態進行檢測，其特徵在於，包括一感應裝置，用以量測電池充電電流的大小，產生一感測信號；一第一檢測裝置，累計感測信號至一第一參考值後，重置該累計值為零，並持續進行累計；一第二檢測裝置，根據第一檢測裝置累計值從零至參考值時，判定電池充電動作狀態是否已呈飽和狀態。
12.根據權利要求11所述的充電檢測裝置，其特徵在於，所述第一檢測裝置為一個累加測量裝置，第二檢測裝置為一個溫度判斷裝置。
全文摘要
一種電池的充電裝置及充電檢測方法;本裝置包括:感應裝置、充電電路及檢測裝置;感應裝置包括:第一、二感應裝置;充電電路包括:依次連接的控制裝置、第二感應裝置及充電電池;第一感應裝置連接控制裝置,檢測裝置連接充電電池;本方法包括下列步驟:量測充電電流量;累計充電電流量達第一參考值時,重置累計量,持續累計;根據累計值從零至參考值時,判定電池溫度的變化是否滿足第二參考值,以判定是否終止充電。本發明充電效率高。
文檔編號G01R31/36GK1338801SQ0012128
公開日2002年3月6日 申請日期2000年8月11日 優先權日2000年8月11日
發明者許勝安 申請人:宏碁電腦股份有限公司