用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法
2023-05-31 06:22:26
專利名稱：用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，主要用於在二次電池充電前判斷該電池是否過度放電，進而控制充電電流的大小。
背景技術：
隨著微電子技術的顯著進步，使用一次電池(不能充電)、二次電池(通過充電能反覆使用的電池)來驅動電子產品的情形大大增加，例如，隨身聽、手提音響、攝影機、照相機等小型電子產品，此外，諸如重視環保的電動機、汽車等大都使用具備蓄電功能的二次電池，然而，雖然二次電池現在在很多地方都可輕易購得，但在上述電子產品的使用時，如果遇到二次電池的電力消耗完畢，則會產生很大的麻煩。
上述各項電子產品在使用二次電池時，均會造成電池飽合電壓Vs的電壓下降，而在電池電壓小於產品的額定電壓時，產品因電壓不足將進行關機，如圖1所示為二次電池的放電電壓與時間的關係圖，電池電壓由飽合電壓Vs下降到關機電壓Voff，但是，由於電池內部的化學反應將會使該電池產生假性電壓VA(VA＞Voff)，此時，若使用者沒有察覺，而重新開啟設備繼續使用該電池時，將會造成電池電壓過度放電(電壓降為VB，且VB＜Voff)，在現有充電器的設計中，雖然有很多設計有低電流的過度放電模式，但是，實質上各家充電器均未有任何設計去偵測實際電池過度放電後的電壓，因此，使用者往往發現一種狀況，即當電池裝設後無法充電，或者直接以高電壓大電流的瞬時過電壓與瞬時過電流對該二次電池做快速充電，在此充電狀態下不僅容易造成電池溫度上升，而且在這種情況下，電解液會分解並產生氣體，造成蓄電池可供使用電量的下降，甚至會導致電池內壓的上升而發生自燃或破裂的危險。而該過度放電狀態下電解液因分解導致電池特性及耐久性的劣化，會嚴重損壞蓄電池的再充電能力和蓄電能力，從而降低二次電池的可充電次數，縮短使用壽命。
儘管，也有廠商宣稱該充電器採用多段式充電技術以改善電池的過度放電，但對使用者而言，基於電池使用次數多相對充電時間必須縮短，若採用該多段式充電技術，將會浪費使用者許多等待充電的時間，不符合效益。
發明內容
本發明要解決的技術問題即於克服上述現有技術中存在的對已過度放電的電池的錯誤充電動作，為此，本發明提供一種用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，從而可避免產生瞬時過電壓與瞬時過電流直接對該二次電池做快速充電。
本發明在二次電池裝設於充電器後，對所述二次電池進行測量，並將實際剩餘電量與過度放電電壓進行比較並決定充電模式，其中，所述測量方法包括取得基準電壓以所述二次電池裝設後的初次測量電壓作為基準電壓；取得二次電壓由所述充電器對所述二次電池輸入一電流拉載信號，使所述二次電池產生不同的電壓準位，並測量取得所述二次電壓作為判定電壓；比較電壓以決定充電模式以所述判定電壓或者所述基準電壓與所述判定電壓的平均電壓與所述充電器預設二次電池的過度放電電壓進行比較，若小於或等於所述過度放電電壓，則進入深度充電模式，若大於所述過度放電電壓則進入正常充電模式。
另外本發明所使用的充電器包括一充電迴路，包括控制單元及變壓單元，經外部電源電力轉換後對所述二次電池充電，且所述充電迴路預設有深度充電模式及正常充電模式；一偵測迴路，具有一與所述控制單元連接的微控制器，所述微控制器對所述二次電池測量取得電壓，且所述微控制器輸出一電流拉載信號，經一信號轉換器輸出至一與所述二次電池連接的負載電路，使所述微控制器取得所述二次電池在多點的不同電壓，並運算輸出至所述控制單元，以決定充電模式。
根據本發明的用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法可維持該二次電池的充電能力和蓄電能力，從而增加其使用壽命。
圖1為二次電池的放電電壓與時間的關係圖。
圖2為本發明的測量流程方塊圖。
圖3為本發明的充電器的電路方塊圖。
圖4為本發明的充電流程的示意圖。
圖5為本發明的二次電池的電壓及充電電流與時間的關係圖。
具體實施例方式
有關本發明的較佳實例與技術內容，現結合
如下請參閱圖2，是本發明的電路方塊圖。本發明用以測量鉛酸、鎳離子、或鋰離子等具備蓄電能力的二次電池20，且應用本發明測量方法的充電器10主要具有一充電迴路，該充電迴路包括控制單元11、及變壓單元12，通過控制單元11及變壓單元12經外部電源電力轉換後(交流轉直流或直流轉直流)對二次電池20充電，而充電迴路的充電模式，預設有深度充電模式及正常充電模式；該充電迴路與一偵測迴路14連接，該偵測迴路14具有一與控制單元11連接的微控制器141，該微控制器141對二次電池20進行測量，取得電壓，且該微控制器141輸出一電流拉載信號，經一信號轉換器142(數位訊號轉模擬信號)輸出至一與二次電池20連接的負載電路143，使微控制器141取得二次電池20在多點的不同電壓，並運算輸出至控制單元11決定充電模式。
請同時參閱圖3、4，分別是本發明的流程圖，二次電池20的電壓及充電電流與時間的關係圖。本發明的充電方法包括下列步驟初始化設定A將充電器10的控制單元11中BIOS根據欲操作的二次電池20種類、容量等因素，進行充電時間、預設電量參考值、顯示電量比例等設定。
電池電量檢測B在二次電池20與充電器10連接時，充電器10先進行二次電池20是否可進行充電而作偵錯判斷，用以判斷該二次電池20是否已損壞而不可使用，並對二次電池20進行剩餘電量測量以判斷是否有過度放電現象，此時請參照圖2，本發明的測量方法步驟為
取得基準電壓b1以該二次電池20裝設後初次測量電壓為基準電壓V1，在進行測量前，即二次電池20初始裝設於充電器10上，該充電器10在停止充電模式下對二次電池20進行電壓測量，通過控制單元11中斷外部電力供應，使微控制器141得於二次電池20連接處取得二次電池20真實回饋的剩餘電量的基準電壓V1，此時取得的基準電壓V1因電池化學反應特性將略為上升，大於正常電池關機狀態的過度放電電壓Voff取得二次電壓b2通過微控制器141輸出一電流拉載信號，經信號轉換器142變換信號後輸出至負載電路143，此時，二次電池20因負載電路143拉載，將產生不同電壓準位，再通過微控制器141在同一測量點取得二次電壓作為判定電壓V2。
電壓比較及決定充電模式b3充電模式可區分為深度充電模式C及正常充電模式，此處所稱正常充電模式是快速充電模式E，且在二次電池20充電完成後還具有一脈衝充電模式H，以判定電壓V2或者基準電壓V1與判定電壓V2的平均電壓Va與過度放電電壓Voff進行比較，若小於或等於過度放電電壓Voff(Va≤Voff)則進入深度充電模式，若大於過度放電電壓Voff(Va＞Voff)則進入正常充電模式，本發明以基準電壓V1與判定電壓V2的平均電壓Va為實施例，如圖4所示，此處所得的平均電壓Va將會趨近於二次電池20的真實電壓，此時微控制器141會將平均電壓Va與該類二次電池20的過度放電電壓Voff做一比較，如果平均電壓Va大於過度放電電壓Voff，則充電器10將進入快速充電模式E，須注意的是，電壓比較也可在控制單元11完成。
然而，如果平均電壓Va等於或小於過度放電電壓Voff(Va≤Voff)，表示此二次電池20是一已過度放電的電池，則充電器10將進入深度充電模式C，請參照如圖5所示的該電池電壓，此時即落在深度充電階段M1，如圖所示，此階段的充電電流是一小電流Ib的充電方式，在充電過程中，充電器10將間隔一定時間對電池進行電量檢測D，與前述相同，在充電信號後加入一中斷信號後，再次檢測得到該二次電池20此時的基準電壓V1及判定電壓V2，經過微控制器141運算取得新的平均電壓Va，微控制器141將該平均電壓Va與預設過度放電電壓Voff作一比較，如果平均電壓Va小於或等於過度放電電壓Voff，表示該二次電池20尚在深度充電階段M1，則重複回到深度充電模式C。然而，如果平均電壓Va大於過度放電電壓Voff，則充電器10將進入下一模式，即快速充電模式E。
快速充電模式E當平均電壓Va大於過度放電電壓Voff時，如圖5所示的快速充電階段M2，此模式的充電電流Im是一持續大電流的充電模式，即充電器10將對二次電池20進行定電流模式充電。另外，為讓使用者能實時獲得二次電池20已完成充電的電量值，快速充電階段M2的定電流I可根據控制單元11的中斷信號使該充電電流形成一多段間隔的充電樣態，此充電中斷的短暫時間程序將進入電量測試F，並取得電池實際充電量傳回控制單元11後，再與預設的參考電量值進行邏輯運算，並根據其預設比例得出電量比值在顯示單元13，即程序中的電量顯示G。根據二次電池20回饋的電量值。如果電量值＜100％(電池電壓Vc＜飽合電壓Vcs)，則表示還在快速充電階段M2，則程序上將會維持在快速充電模式E；但如果電量值＝100％，則表示該二次電池20已充電充飽，此時如果使用者未將該二次電池20離開充電器10，則程序將進入脈衝充電模式H。
脈衝充電模式H當預設充電時間完成或者二次電池20實際電容量已達100％的飽和狀態(電池電壓Vc＝飽合電壓Vcs)，若使用者未將二次電池20取出，則充電器10將進入脈衝充電模式H，如圖4所示的維持充電階段M3，此模式的充電電流是一持續大電流的充電模式，即充電器10將對二次電池20進行脈衝充電方式(即一時段T進行一次短時間如同快速充電階段M2的大電流Im充電)，使二次電池20維持其充電量在飽和狀態。
經由上述說明可以明顯看出，本發明在電池電量檢測時，將會針對平均電壓Va與該類二次電池20的過度放電電壓Voff做一比較，如果平均電壓Va等於或小於過度放電電壓Voff(Va≤Voff)，即此二次電池20為一已過度放電的二次電池20，則充電器10將進入深度充電模式C，且此深度充電模式C會持續到平均電壓Va大於過度放電電壓Voff(Va＞Voff)，充電器10才會進入快速充電模式E。這樣達到一種可辨別二次電池20是否過度放電的充電方法，藉此可避免產生如現有技術中存在的瞬時過電壓與瞬時過電流直接對該二次電池20進行的快速充電，從而可維持電池充電能力和蓄電能力，增加其使用壽命。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包括在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，是在二次電池(20)裝設於充電器(10)後，對所述二次電池(20)進行測量，並將實際剩餘電量與過度放電電壓(Voff)進行比較並決定充電模式，其特徵在於，所述測量方法包括取得基準電壓(b1)以所述二次電池(20)裝設後的初次測量電壓作為基準電壓(V1)；取得二次電壓(b2)由所述充電器(10)對所述二次電池(20)輸入一電流拉載信號，使所述二次電池(20)產生不同的電壓準位，並測量取得所述二次電壓作為判定電壓(V2)；比較電壓以決定充電模式(b3)以所述判定電壓(V2)或者所述基準電壓(V1)與所述判定電壓(V2)的平均電壓(Va)與所述充電器(10)預設二次電池(20)的過度放電電壓(Voff)進行比較，若小於或等於所述過度放電電壓(Voff)，則進入深度充電模式(C)，若大於所述過度放電電壓(Voff)則進入正常充電模式。
2.根據權利要求1所述的用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，其特徵在於，所述測量方法應用於一充電器(10)，所述充電器(10)包括一充電迴路，包括控制單元(11)及變壓單元(12)，經外部電源電力轉換後對所述二次電池(20)充電，且所述充電迴路預設有深度充電模式(C)及正常充電模式；一偵測迴路(14)，具有一與所述控制單元(11)連接的微控制器(141)，所述微控制器(141)對所述二次電池(20)測量取得電壓，且所述微控制器(141)輸出一電流拉載信號，經一信號轉換器(142)輸出至一與所述二次電池(20)連接的負載電路(143)，使所述微控制器(141)取得所述二次電池(20)在多點的不同電壓，並運算輸出至所述控制單元(11)，以決定充電模式。
3.根據權利要求1所述的用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，其特徵在於，所述正常充電模式是快速充電模式(E)。
4.根據權利要求3所述的用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，其特徵在於，所述正常充電模式還具有一脈衝充電模式(H)。
5.根據權利要求1所述的用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，其特徵在於，所述充電器(10)是在停止充電模式下對所述二次電池(20)進行電壓測量。
6.根據權利要求2所述的用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，其特徵在於，所述控制單元(11)還連接有一顯示單元(13)。
7.根據權利要求2所述的用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，其特徵在於，所述控制單元(11)輸出一充電中斷信號，使所述充電迴路停止對所述二次電池(20)充電，藉此取得所述二次電池(20)真實回饋的剩餘電量。
全文摘要
本發明公開了一種用於辨別二次電池是否過度放電的測量方法，在二次電池裝設後，對該二次電池進行測量，並將實際剩餘電量與過度放電電壓進行比較並決定充電模式，通過該測量方法，將該電池裝設後的初次測量電壓作為基準電壓，再對電池輸入一電流拉載信號，使電池產生不同的電壓準位，並測量取得二次電壓作為判定電壓，以該判定電壓或者基準電壓與判定電壓的平均電壓與過度放電電壓進行比較，並決定進入深度充電模式還是進入正常充電模式，藉以維持該二次電池的充電能力和蓄電能力，從而增加其使用壽命。
文檔編號G01R31/36GK1752766SQ20041008004
公開日2006年3月29日 申請日期2004年9月22日 優先權日2004年9月22日
發明者張世雄, 莊志成 申請人:量質能科技股份有限公司