TWI383559B - 充電系統與充電方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種充電系統和方法,且特別是有關於一種藉由可變電源而提供電力的充電系統和方法。
目前的可攜式電子裝置大多利用穩定的市電作為充電的電力來源,然而,在替代能源的開發與研究日漸成熟的同時,若能採用替代能源提供可攜式電子裝置的操作時與充電時的電力,即便可攜式電子裝置處於遠離市電系統的環境中,亦可採用多樣的替代能源進行供電。
但,一般而言,替代能源的特性之一是供電時的電性參數不穩定,也就是,所供應電壓值和電流值是隨時間而浮動的。現行的可攜式電子裝置缺乏應用此些浮動的電壓值與電流值的能力,因此僅能藉由市電充電。
為了使可攜式電子裝置具備應用此些浮動的電壓值與電流值的能力,故,在此提出一種充電系統與充電方法,以期能有效利用替代能源的電力。
本發明的技術態樣即提供一種充電系統,用以藉由可變電源提供電子裝置充電時所需的電力,並設定適當的充電電流,以對電子裝置的電池進行充電。故能對生活週遭的可變電源作更有效的利用。
依照本發明之一實施方式提供一種充電系統,其具有
可變電源接收模組、電流計、電流設定模組與充電模組。為採用可變電源作為充電所需的電力來源。可變電源接收模組接收一可變電源,且電流計將讀取可變電源的電流值。並且,電流設定模組根據可變電源的電流值設定一充電電流值,充電模組根據充電電流值對電池組之至少一電池進行充電。
本發明的另一技術態樣提供一種充電方法,用以藉由可變電源提供電子裝置充電時所需的電力,對電子裝置之電池進行充電,而能更有效地利用生活週遭的可變電源。
依照本發明之另一實施方式提供一種充電方法,其具有下列步驟:(a)接收一可變電源;(b)讀取可變電源的電流值;(c)根據可變電源的電流值而設定充電電流值;以及(d)根據此充電電流值對電池組之至少一電池進行充電。
對電子裝置,特別是對可攜式電子裝置來說,很可能需在缺乏市電的情況下長時間使用。然而,目前替代能源的型態很多,較常見的例如為太陽能發電、風力發電與水力發電等。故,即便缺乏市電所提供的穩定電力,若能充分利用此些替代能源的電力,將足以供給可攜式電子裝置長時間操作所需的電力。
以下實施例是以筆記型電腦為例,以說明第一實施例
的充電系統之操作細節與第二實施例的充電方法的操作流程。然需注意的是,本發明的應用領域不限於筆記型電腦,而可應用於例如多媒體播放器、個人數位助理、全球定位系統與行動電話等。
請參照第1圖,其繪示依照本發明一第一實施例的充電系統之一種功能方塊圖。此充電系統100具有可變電源接收模組110、電流計130、電池選擇模組140、電流設定模組150和充電模組190。為了依據可變電源910的電流值而設定適當的充電電流值,避免充電不穩定的情形,故充電系統100採用可變電源接收模組110接收可變電源910,且採用電流計130讀取可變電源910的電流值。並且,電流設定模組150,例如筆記型電腦中的鍵盤控制器(keyboard controller),將根據可變電源910的電流值設定一充電電流值。而充電模組190,例如筆記型電腦中的充電晶片(charger IC),則根據充電電流值對電池組920內的第一電池921或第二電池923進行充電。
由於電流設定模組150能依據可變電源910的電流值設定一充電電流值,故能確保充電電流值的穩定性。若根據設定後的充電電流值對第一電池921或第二電池923進行充電時,不致因可變電源910的電流值的不穩定性,導致電池無法順利進行充電,並縮短電池的壽命。
需說明的是,「可變電源」一詞是指電源輸出值不固定的電源,其有別於一般市電。具體而言,「可變電源」即為前述替代型能源,例如太陽能發電器、機械式發電器或是汽車上的充電器。其中,機械式發電器可為風力發電機、
潮汐發電機、水力發電機等。
在第一實施例中,電流設定模組150具有第一判斷單元151和第一設定單元153。當電流計130讀取了可變電源910的電流值後,第一判斷單元151便判斷可變電源910的電流值是否大於第一電池921或第二電池923的額定最大充電電流值。當可變電源910的電流值大於例如第一電池921的額定最大充電電流值時,則藉由第一設定單元153將一門檻值設定為第一電池921的額定最大充電電流值。另外,當可變電源910的電流值小於或等於第一電池921的額定最大充電電流值時,同樣藉由第一設定單元153將一門檻值設定為可變電源910的電流值。如此,將可確實避免在後續的計算處理時,發生充電電流值超出額定最大充電電流值的情形。
電流設定模組150另具有遞增單元155、第二判斷單元157與第二設定單元159。在藉由第一判斷單元151與第一設定單元153設定門檻值後,遞增單元155將一初始值加上單位累增值,作為第一設定值。第二判斷單元157則可用來判斷第一設定值是否小於或等於門檻值。當第一設定值小於或等於門檻值時,第二設定單元159便將充電電流值設定為第一設定值。
在此實施例中,電流設定模組150另具有第三判斷單元161和第三設定單元163。當第一設定值大於門檻值時,第三判斷單元161將判斷初始值是否小於或等於門檻值。當判斷結果為初始值小於或等於門檻值時,第三設定單元163便將充電電流值設定為初始值。
電流設定模組150亦具有遞減單元171、第四判斷單元173和第四設定單元175。在確認初始值本身超出門檻值後,遞減單元171便將初始值減去一單位累減值,作為一第二設定值。接下來,採用第四判斷單元173判斷第二設定值是否小於或等於門檻值。若第四判斷單元173所判斷的結果為當第二設定值小於或等於門檻值時,第四設定單元175就把充電電流值設定為第二設定值。
本實施例的充電系統100之電流設定模組150尚具有第五設定單元181。當第二設定值大於門檻值時,經由第五設定單元181將充電電流值設定為一最低充電電流值,例如0.5安培。此最低充電電流值通常低於可變電源910的最小電流值,例如1安培,可變電源910的電流值必須要高於1安培,才足以觸發電池的充電作業。
因第一設定單元153已將門檻值設定為第一電池921的額定最大充電電流值或可變電源910的電流值。在門檻值為可變電源910的電流值的情形中,前述所執行的設定與判斷是為了讓充電電流值能依據可變電源910的大小而變化。也就是,當可變電源910的電流值隨時間變化時,充電電流值將在每單位時間加上一單位累增值、減去一單位累減值或不變動,以逐漸地跟隨可變電源910的電流值,以避免充電電流值在短時間遽然增加或減少導致第一電池921充電不穩定而使得第一電池921壽命縮短。甚至當可變電源910的電流值遽降時,將充電電流值設定為最低充電電流值。
然而,上述說明是以第一電池921為例,說明本發明
之充電系統的操作情形,上述的充電系統亦可針對第二電池923的特性而進行充電作業。
綜合上述的說明,充電電流值在相鄰的單位時間僅些許的變動,甚或不變動,故能藉由漸進的充電電流值對第一電池或第二電池進行充電。如此,可保持第一電池921之充電作業的穩定性,並確保第一電池921的壽命。
另外,充電模組190中設置了電池選擇模組140與充電單元191,電池選擇模組140用以當電池組內的電池數量為多個時,自此些電池中選擇處於待命狀態者,作為一待充電電池。
以第一實施例中的第一電池921與第二電池923為例,其分別交替地放電與充電,亦即,當第一電池921供給作業系統的操作電力時,第二電池923便進行充電作業。而經過一段時間後,第一電池921的剩餘電力將低於一臨界值,例如10%。之後便停止對第二電池923充電,作業系統的操作電力便轉而由第二電池923供給,並開始對第一電池921充電。
為依據個別電池的供電狀況而選擇所欲充電的電池,充電系統100另具有電池選擇模組140。電池選擇模組140具有電量偵測單元141、判斷單元143與狀態設定單元145。電量偵測單元141是用來偵測電池處於供電狀態者,例如第一電池921的電量,判斷單元143將判斷電量是否小於臨界值。狀態設定單元145係當電量小於臨界值時,則將第一電池921設定為待充電電池,之後充電單元191便開始對第一電池921進行充電。
換言之,藉由電量偵測單元141與判斷單元143分別偵測第一電池921之電量並判斷此電量是否小於臨界值,此臨界值例如為第一電池921的最大電容量的百分之十。當判斷此電量是否小於臨界值後,則停止第一電池921的供電作業,並開始對其充電。
請參照第2圖,其繪示依照本發明一第一實施例的可變電源的電流值與充電電流值對時間的關係圖。比較20秒期間表示可變電源的電流值的電流變化曲線A與表示充電電流值的電流變化曲線B,藉由第一實施例的充電系統,可使充電電流值隨著可變電源的電流值的大小而選擇漸增地、持平地或漸減地調整。是故,第一實施例的充電系統於每個單位時間開始前,將判斷是否需增加、維持或減少充電電流值。依此方式,便可維持充電電流值的穩定,對需要穩定的充電環境的電池來說,此充電系統所提供的充電電流值將有助於維持電池的使用壽命。
由第2圖看來,假設充電電流值是每0.1秒計算一次,而充電系統欲計算第6秒的充電電流值時,可將前述初始值設定為第5.9秒的充電電流值。相較於第5.9秒的初始值來說,第6秒的充電電流值可為高出一單位累增值或降低一單位累減值,或者是不變。
請參照第3圖,其繪示依照本發明一第一實施例的電池組內之兩電池的電量對時間的關係圖。比較第一電池921的電量變化曲線C與第二電池923的電量變化曲線D,因第一電池921供電給作業系統,由圖可看出隨著時間增加,第一電池921的電量自最大電容量(即100%)而逐漸減少。
於此第一電池921的放電期間,第二電池923一直進行充電作業故其內電量逐漸上升。一直到約180分鐘後,因第一電池921內的電量過低,例如約最大電容量的5%,此時充電系統便會轉而對第一電池921充電,並轉而由第二電池923放電給作業系統。
如此,交替地使第一電池921與第二電池923分別充電與放電將可延長作業系統的操作時間。如第3圖所示,原本並無採用交替充放電的情況下,第一電池921僅能供應作業系統操作180分鐘所需的電力。在交替對第一電池921與第二電池923進行充放電後,所儲存的電力卻足以供應作業系統操作420分鐘所需。亦即,筆記型電腦藉由第一實施例的充電系統可有效地利用替代能源對電池充電,而延長作業系統的操作時間。
除藉由第一實施例的充電系統以採用可變電源對筆記型電腦充電外,亦可經由第二實施例的充電方法以可變電源對筆記型電腦充電。以下將以第二實施例所提供的充電方法為例說明。經由此充電方法的步驟,同樣可達到充分利用生活週遭的可變電源之效。
請參照第4圖,其繪示依照本發明第二實施例的充電方法之一種流程圖。於此實施例所提供的可攜式電子設備的充電方法具有下列步驟:步驟310:接收一可變電源;步驟330:讀取可變電源的電流值;步驟350:根據可變電源的電流值,設定一充電電流值;及
步驟390:根據充電電流值,對至少一電池進行充電。
藉由執行步驟310~390,可依據可變電源910的電流值設定一充電電流值,故能確保充電電流值的穩定性。若根據設定後的充電電流值對電池進行充電時,不致可變電源的電流值的不穩定性,導致電池無法順利進行充電,並縮短電池的壽命。
對筆記型電腦來說,步驟350是藉由鍵盤控制器來執行,鍵盤控制器通常整合了電源管理與晶片控制的模塊。而步驟330可例如藉由充電晶片來執行。
在完成步驟330後,充電方法接著進行下列步驟:步驟343:發出一中斷指令至鍵盤控制器;以及步驟345:設定鍵盤控制器的充電旗標。
由筆記型電腦的週邊硬體接著執行如步驟343與步驟345所述的動作而觸發鍵盤控制器。然後,鍵盤控制器就開始進行一連串的判斷與設定動作,以設定適當的充電電流值予充電晶片。
以下將例示性地說明鍵盤控制器所進行一連串的判斷與設定動作,請參照第5圖,其係繪示第4圖的設定充電電流值的步驟之細部流程圖。亦即,本實施例的充電方法還執行下列步驟:步驟351:初始化電池組充電的處理程序;步驟353:判斷電池組是否連接筆記型電腦;步驟351中初始化電池組充電的處理程序的過程可例如藉由於0.5秒期間致能電池充電處理器而實現,電池充電處理器可於後執行步驟353的動作。
接著,鍵盤控制器便執行下列步驟:步驟355:若電池組連接筆記型電腦,則判斷電流值是否大於最低充電電流值;及步驟357:若電池組並非連接筆記型電腦,則結束電池組充電的處理程序。
於步驟355中,鍵盤控制器經由充電旗標的值判斷電流值是否大於最小電流值,例如1安培,若判斷結果為電流值小於1安培,則進入到步驟357以結束電池組充電的處理程序。於第二實施例中,採用步驟351~357確認筆記型電腦目前是否連接於電池組,以及確認可變電源的供電能力,才開始後續的充電電流值設定作業。
為確保可變電源的電流值是穩定的,也就是,電流值的變動處於可接受的範圍內。前述設定充電電流值的過程亦具有下述步驟:步驟359:確認可變電源的電流值與充電旗標。
其中,可經由筆記型電腦的週邊硬體將所讀取的電流值轉換為一PWM(Pulse Width Modulation,脈衝寬度調變)信號,鍵盤控制器將於後依據此PWM信號所表示的電流值大小進行後續一連串的判斷與設定作業。
因電池組內通常包括兩個電池,在電池進行充電前,需先依據此些電池所處的充電狀態或待命狀態而決定對此些電池之一充電。故,設定充電電流值的過程尚具有:步驟361:當電池的數量為多個時,自此些電池中選擇處於待命狀態者,作為待充電電池。
更詳細地說,自電池中選擇處於待命狀態者,作為待
充電電池還需包括下述步驟(圖未示):(a)偵測電池處於供電狀態者的電量;(b)判斷電量是否小於臨界值;及(c)當電量小於臨界值,例如為第一電池921的5%最大電容量時,則將第一電池921設定為待充電電池,之後充電模組便開始對第一電池921進行充電。
亦即,充電方法藉由前述步驟偵測供電狀態電池的電量並於此電量低於臨界值時,停止電池的供電作業,並開始對其充電。
選擇完所欲充電的電池後,還需分析可變電源的電流值,以設定適當的充電電流值。因此,設定充電電流值的過程另包括下述步驟:步驟363:判斷可變電源的電流值是否大於電池的額定最大充電電流值;及步驟365:當可變電源的電流值大於電池的額定最大充電電流值時,將一門檻值設定為電池的額定最大充電電流值,且當可變電源的電流值小於或等於電池的額定最大充電電流值時,將門檻值設定為可變電源的電流值。
採用步驟363以判斷可變電源的電流值是否超出電池所能接受的最大充電電流值,且藉由步驟365將門檻值設定為可變電流的電流值或最大充電電流值。如此,將可切實避免在後續的計算分析作業中,發生充電電流值超出額定最大充電電流值的情形。
如欲避免變化幅度過大的充電電流值造成電池的壽命縮短,前述設定充電電流值過程亦具有下述步驟:
步驟367:將一初始值加上一單位累增值,作為一第一設定值;步驟369:判斷第一設定值是否小於或等於門檻值;及步驟371:當第一設定值小於或等於門檻值時,將充電電流值設定為第一設定值;步驟373:當第一設定值大於門檻值時,判斷初始值是否小於或等於門檻值;步驟375:當初始值小於或等於門檻值時,將充電電流值設定為初始值:步驟377:將初始值減去單位累減值,作為一第二設定值;步驟379:判斷第二設定值是否小於或等於門檻值;及步驟381:當第二設定值小於或等於門檻值時,將充電電流值設定為第二設定值。
然,設定充電電流值的步驟亦包括:步驟383:當第二設定值大於門檻值時,將充電電流值設定為最低充電電流值。
步驟383中的最低充電電流值通常低於可變電源的最小電流值,例如1安培,可變電源的電流值必須要高於1安培,才足以觸發電池的充電作業。
因步驟365中已將門檻值設定為電池的額定最大充電電流值或可變電源的電流值。在門檻值為可變電源的電流值的情形中,前述步驟367~步驟383所執行的設定與判斷是為了讓充電電流值能依據著可變電源的電流值的大小而變化。也就是,充電電流值將在每單位時間加上一單位累
增值、減去一單位累減值或不變動,以逐漸地跟隨可變電源的電流值故可避免充電電流值在短時間遽然增加或減少導致電池充電不穩定而使得電池壽命縮短。甚至當可變電源的電流值遽降時,將充電電流值設定為最低充電電流值。
同樣地,若在步驟365中是將門檻值設定為額定最大充電電流值的情形中,前述步驟367~步驟383所執行的設定與判斷可避免讓充電電流值超出門檻值,故可使充電電流值的變化不致超出額定最大充電電流值。
綜上所述,充電電流值在相鄰的單位時間僅些許的變動,甚或不變動,故能藉由漸進的充電電流值對電池進行充電。如此,可保持電池之充電作業的穩定性,並確保電池的壽命。
雖然本發明已以第一與第二實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧充電系統
110‧‧‧可變電源接收模組
130‧‧‧電流計
140‧‧‧電池選擇模組
141‧‧‧電量偵測單元
143‧‧‧判斷單元
145‧‧‧狀態設定單元
150‧‧‧電流設定模組
151‧‧‧第一判斷單元
153‧‧‧第一設定單元
155‧‧‧遞增單元
157‧‧‧第二判斷單元
159‧‧‧第二設定單元
161‧‧‧第三判斷單元
163‧‧‧第三設定單元
171‧‧‧遞減單元
173‧‧‧第四判斷單元
175‧‧‧第四設定單元
181‧‧‧第五設定單元
190‧‧‧充電模組
191‧‧‧充電單元
910‧‧‧可變電源
920‧‧‧電池組
921‧‧‧第一電池
923‧‧‧第二電池
310、330、343、345、350、351、353、355、357、359、361、363、365、367、369、371、373、375、377、379、381、383、390‧‧‧步驟
A、B‧‧‧電流變化曲線
C、D‧‧‧電量變化曲線
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之詳細說明如下:第1圖係繪示依照本發明一第一實施例的充電系統之一種功能方塊圖。
第2圖係繪示依照本發明一第一實施例的可變電源的電流值與充電電流值對時間的關係圖。
第3圖係繪示依照本發明一第一實施例的電池組內之
兩電池的電量對時間的關係圖。
第4圖係繪示依照本發明第二實施例的充電方法之一種流程圖。
第5圖係繪示第4圖的設定充電電流值的步驟之細部流程圖。
100‧‧‧充電系統
110‧‧‧可變電源接收模組
130‧‧‧電流計
140‧‧‧電池選擇模組
141‧‧‧電量偵測單元
143‧‧‧判斷單元
145‧‧‧狀態設定單元
150‧‧‧電流設定模組
151‧‧‧第一判斷單元
153‧‧‧第一設定單元
155‧‧‧遞增單元
157‧‧‧第二判斷單元
159‧‧‧第二設定單元
161‧‧‧第三判斷單元
163‧‧‧第三設定單元
171‧‧‧遞減單元
173‧‧‧第四判斷單元
175‧‧‧第四設定單元
181‧‧‧第五設定單元
190‧‧‧充電模組
191‧‧‧充電單元
910‧‧‧可變電源
920‧‧‧電池組
921‧‧‧第一電池
923‧‧‧第二電池
Claims (18)
- 種充電系統,包含:一可變電源接收模組,用以接收一可變電源;一電流計,用以讀取該可變電源的電流值;一電流設定模組,用以根據該可變電源的電流值,設定一充電電流值;以及一充電模組,用以根據該充電電流值,對一電池組之至少一電池進行充電。
- 如申請專利範圍第1項所述之充電系統,其中該電流設定模組包含:一遞增單元,用以將一初始值加上一單位累增值,作為一第一設定值;一第二判斷單元,用以判斷該第一設定值是否小於或等於一門檻值;以及一第二設定單元,用以當該第一設定值小於或等於該門檻值時,將該充電電流值設定為該第一設定值。
- 如申請專利範圍第2項所述之充電系統,其中該電流設定模組包含:一第三判斷單元,用以當該第一設定值大於門檻值時,判斷該初始值是否小於或等於該門檻值;以及一第三設定單元,用以當該初始值小於或等於門檻值時,將該充電電流值設定為該初始值。
- 如申請專利範圍第3項所述之充電系統,其中該電流設定模組包含:一遞減單元,用以將該初始值減去一單位累減值,作為一第二設定值;一第四判斷單元,用以判斷該第二設定值是否小於或等於該門檻值;以及一第四設定單元,用以當該第二設定值小於或等於該門檻值時,將該充電電流值設定為該第二設定值。
- 如申請專利範圍第4項所述之充電系統,其中該電流設定模組包含:一第五設定單元,用以當該第二設定值大於該門檻值時,將該充電電流值設定為一最低充電電流值。
- 如申請專利範圍第5項所述之充電系統,其中該電流設定模組包含:一第一判斷單元,用以判斷該可變電源的電流值是否大於該電池的額定最大充電電流值;以及一第一設定單元,用以當該可變電源的電流值大於該電池的額定最大充電電流值時,將該門檻值設定為該電池的額定最大充電電流值,且當該可變電源的電流值小於或等於該電池的額定最大充電電流值時,該第一設定單元將該門檻值設定為該可變電源的電流值。
- 如申請專利範圍第1項所述之充電系統,更包含: 一電池選擇模組,用以當該電池的數量為複數個時,自該些電池中選擇處於待命狀態者,作為一待充電電池。
- 如申請專利範圍第7項所述之充電系統,其中該充電模組包含:一充電單元,用以根據該充電電流值,對該待充電電池組進行充電。
- 如申請專利範圍第7項所述之充電系統,其中該電池選擇模組包括:一電量偵測單元,用以偵測該些電池中處於供電狀態者的電量;一判斷單元,用以判斷該些電池中處於供電狀態者的電量是否小於一臨界值;以及一狀態設定單元,用以當電量小於該臨界值時,則將該些電池中處於供電狀態者設定為該待充電電池組。
- 一種可攜式電子設備的充電方法,至少包含下列步驟:接收一可變電源;讀取該可變電源的電流值;根據該可變電源的電流值,設定一充電電流值;以及根據該充電電流值,對一電池組之至少一電池進行充電。
- 如申請專利範圍第10項所述之充電方法,其中設定該充電電流值的步驟包含:將一初始值加上一單位累增值,作為一第一設定值;判斷該第一設定值是否小於或等於一門檻值;以及當該第一設定值小於或等於該門檻值時,將該充電電流值設定為該第一設定值。
- 如申請專利範圍第11項所述之充電方法,其中設定該充電電流值的步驟包含:當該第一設定值大於該門檻值時,判斷該初始值是否小於或等於該門檻值;以及當該初始值小於或等於該門檻值時,將該充電電流值設定為該初始值。
- 如申請專利範圍第12項所述之充電方法,其中設定該充電電流值的步驟包含:將該初始值減去一單位累減值,作為一第二設定值;判斷該第二設定值是否小於或等於該門檻值;以及當該第二設定值小於或等於該門檻值時,將該充電電流值設定為該第二設定值。
- 如申請專利範圍第13項所述之充電方法,其中設定該充電電流值包含:當該第二設定值大於該門檻值時,將該充電電流值設定為一最低充電電流值。
- 如申請專利範圍第14項所述之充電方法,其中設定該充電電流值的步驟包含:判斷該可變電源的電流值是否大於該電池的額定最大充電電流值;以及當該可變電源的電流值大於該電池的額定最大充電電流值時,將該門檻值設定為該電池的額定最大充電電流值。
- 如申請專利範圍第15項所述之充電方法,其中設定該充電電流值的步驟包含:當該可變電源的電流值小於或等於該電池的額定最大充電電流值時,將該門檻值設定為該可變電源的電流值。
- 如申請專利範圍第10項所述之充電方法,其中根據該充電電流值,對該至少一電池組進行充電的步驟包含:當該電池的數量為複數個時,自該些電池中選擇處於待命狀態者,作為一待充電電池;以及根據該充電電流值,對該待充電電池進行充電。
- 如申請專利範圍第17項所述之充電方法,其中自該些電池中選擇處於持命狀態者,作為該待充電電池的步驟包括:偵測該些電池中處於供電狀態者的一電量;判斷該電量是否小於一臨界值;以及當該電量小於該臨界值時,則將該些電池中處於供電狀態者設定為該待充電電池。
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