TWI558060B - 充電方法及其適用之充電裝置 - Google Patents

Description

充電方法及其適用之充電裝置

本案係關於一種充電方法，尤指一種可快速充電，且減少充電裝置之生產成本之充電方法及其適用之充電裝置。

可攜式電子裝置，例如手機等，已廣泛應用於人們的日常生活中，可攜式電子裝置通常利用可充電之電池單元作為電源。由於可攜式電子裝置的體積和電池單元的容量有限，因此需要利用一充電裝置對電池單元進行充電，使可攜式電子裝置可重複性使用。

而傳統充電方法或裝置中係具有多種實施態樣，其中第一種傳統的充電方法及其適用的充電裝置係利用一種多段式充電來為複數個電芯並聯組之電池模組進行充電，亦即如中華民國I343141號專利所述，其充電方法及充電裝置的技術手段乃是先以第一預設電流對具有複數個電芯並聯組之電池模組進行定電流充電，接著於充電過程中，判斷電池模組之複數個電芯並聯組的個別電壓是否到達第一預設電壓，當任何一個電芯並聯組之充電電壓到達第一預設電壓時，改以第二預設電流對電池模組進行定電流充電，接著判斷電池模組之複數個電芯並聯組的個別電壓是否到達第二預設電壓，並當任一電芯並聯組之充電電壓到達第二預設電壓時 ，改以第二預設電壓對電池模組進行定電壓充電，並維持以第二預設電壓進行定電壓充電，直至電池模組之電力充飽為止。

然而第一種傳統的充電方法或充電裝置，如果欲達到目前使用者普遍所要求的快速充電之需求時，僅能朝加大電池模組所接收之第一預設電流或第二預設電流之電流值的方式來設計，如此一來，提供第一預設電流或第二預設電流之一供電電路勢必須對應改其內部之電路結構，導致提供第一預設電流或第二預設電流之電路必須重新模組化而具有較高的生產成本，此外，若欲使該供電電路輸出較大的充電電流，則供電電路內部的電子元件勢必選用耐電流等級較高的電子元件來達成，亦造成供電電路及充電裝置之生產成本提高。更甚者，由於第一種傳統的充電方法或充電裝置需判斷電池模組之複數個電芯並聯組的個別電壓是否到達第一預設電壓或第二預設電壓，故必然需使用可偵測電壓之一偵測電路，亦使得充電裝置因偵測電路而成本提高。

而第二種傳統的充電方法及其適用之充電裝置則可參考中華民國M381951號專利，其係揭露一種雙模充電電路，係包含第一充電路徑、第二充電路徑、模式切換電路及中央處理單元，其中第一充電路徑係為慢速充電路徑，第二充電路徑係與第一充電路徑並行連接於外部電源與電池之間，且為快速充電路徑，中央處理單元則與電池相連，用以偵測電池電量，且判斷偵測到的電池電量是否超過預設值，並根據判斷結果輸出模式控制訊號，至於模式切換電路，則連接於中央處理單元及第二充電路徑之間，用於根據模式控制訊號控制第二充電路徑的導通與斷開，藉此當第二充電路徑斷開時，第一充電路徑單獨以慢速充電模式對電池進行充 電，而當第二充電路徑導通時，第一充電路徑與第二充電路徑共同以快速充電模式對電池模組進行充電。

雖然第二種傳統的充電裝置可達到快速充電之需求，然而由於第二種傳統的充電裝置需設置中央處理單元，並利用中央處理單元來偵測電池電量之變化，且須設置模式切換電路，以利用模式切換電路控制第一充電路徑、第二充電路徑進行導通或斷開之切換，故第二種傳統的充電裝置仍因使用中央處理單元及模式切換電路而存在生產成本較高之問題。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之充電方法及其適用之充電裝置，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。

本案之目的在於提供一種充電方法及其適用之充電裝置，其中充電裝置之複數個充電積體電路係分別輸出充電電流至電池單元，且每一充電積體電路在執行定電壓模式時係輸出電壓值與其它充電積體電路所輸出之充電電壓的電壓值相異的充電電壓，藉此當任一充電積體電路在執行定電壓模式且其本身輸出的充電電流下降至低於電流門檻值後，對應之充電積體電路便停止運作，俾解決傳統充電方法或充電裝置具有充電速度較慢或生產成本過高等缺失。

本案之一較廣實施態樣為提供一種充電方法，係應用於充電裝置，其中充電裝置係對電池單元進行充電，充電方法包含下列步驟：(a)預先設定複數個充電積體電路分別在執行定電壓模式時 係輸出電壓值彼此相異的充電電壓；(b)於充電裝置開始運作時，控制複數個充電積體電路分別執行定電流模式而輸出為固定值之充電電流；(c)當電池單元之電壓上升到任一充電積體電路所對應的電壓門檻值時，控制對應之充電積體電路分別執行一定電壓模式而輸出為固定值之充電電壓；(d)當任一充電積體電路執行定電壓模式且輸出的充電電流下降至低於電流門檻值時，對應之充電積體電路係分別停止運作。

本案之另一較廣實施態樣為提供一種充電裝置，用於對電池單元進行充電，包含：複數個充電積體電路，每一充電積體電路之輸出端係與其它充電積體電路之輸出端並聯連接且電連接於電池單元，每一充電積體電路於運作時，先執行一定電流模式而輸出為固定值之充電電流，而當電池單元之電壓上升到任一該充電積體電路所對應的電壓門檻值時，對應之充電積體電路係分別執行定電壓模式，以輸出為固定值之充電電壓，且複數個充電積體電路分別在執行定電壓模式時係輸出電壓值彼此相異的充電電壓；其中當任一充電積體電路執行定電壓模式且輸出的充電電流下降至低於電流門檻值時，對應之充電積體電路係分別停止運作。

10‧‧‧充電裝置

11‧‧‧電源供應單元

12‧‧‧電池單元

21~23‧‧‧控制單元

31~33‧‧‧第一保護電路

41~43‧‧‧第二保護電路

111~113‧‧‧充電積體電路

Ic、I1~I3‧‧‧充電電流

Vc、V1~V3‧‧‧充電電壓

Vin‧‧‧輸入電能

T0~T6‧‧‧時間

S1~S4‧‧‧應用於充電裝置之充電方法的步驟

第1圖係為本案較佳實施例之充電裝置的電路結構示意圖。

第2圖係為應用於第1圖所示之充電裝置的充電方法之一較佳實施例的步驟流程圖。

第3圖係為第1圖所示之充電裝置在對電池單元進行充電時之電壓 及電流的時序圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。

請參閱第1圖，其係為本案較佳實施例之充電裝置的電路結構示意圖。如第1圖所示，本實施例之充電裝置10係與一電源供應單元11及一電池單元12電連接，用以接收電源供應單元11所提供之輸入電能Vin，並將輸入電能Vin進行轉換，以輸出充電電能對電池單元12進行充電。

充電裝置10係包含複數個充電積體電路，例如第1圖所示之三個充電積體電路111、112、113，其中複數個充電積體電路111、112、113之輸入端係並聯連接，且與電源供應單元11電連接而接收輸入電能Vin，此外，複數個充電積體電路111、112、113之輸出端亦並聯連接，且與電池單元12電連接，每一充電積體電路(111、112、113)係具有對應之電壓門檻值，且可將輸入電能Vin轉換，以輸出充電電壓Vc及/或充電電流Ic至電池單元12，另外，每一充電積體電路係以混合式充電方式進行運作，換言之，即當充電裝置10開始運作而於電池單元12充電之初期，每一充電積體電路係執行一定電流模式而輸出固定的充電電流Ic對電池單元12進行充電，而當電池單元12之電壓經由充電而上升到任一充電積體電路所對應的電壓門檻值時，該對應之充電積體電路則改分別執行定電壓模式而輸出固定的充電電壓Vc對電池單元12進行充 電，此時該充電積體電路所輸出之充電電流Ic將開始下降。更甚者，於本實施例中，每一充電積體電路在分別執行定電壓模式時所輸出的充電電壓Vc的電壓值係異於其它充電積體電路在分別執行定電壓模式時所輸出的充電電壓Vc的電壓值。再者，當任一充電積體電路執行定電壓模式且輸出之充電電流Ic下降並小於一電流門檻值時，對應之該充電積體電路便分別停止運作。

於其它實施例中，每一充電積體電路更可在定電壓模式下且自身所輸出之充電電流Ic下降至小於電流門檻值時，於經過一預設時間後才停止運作，而藉由該預設時間的設置便可避免每一充電積體電路因充電電流Ic的浮動而導致錯誤的停止運作判別。另外，每一充電積體電路所對應的電壓門檻值實際上可相異於其它充電積體電路所對應的電壓門檻值，但不以此為限，每一充電積體電路所對應的電壓門檻值亦可相同於其它充電積體電路所對應的電壓門檻值。再者，每一充電積體電路分別執行定電流模式而輸出之充電電流Ic可相同於或相異於其它充電積體電路所輸出之充電電流Ic。

當然充電積體電路之個數並不侷限於如第1圖所示為三個，可依據電池單元12之充電需求而變更充電積體電路之數量。

於一些實施例中，充電積體電路111、112、113更各自具有一控制單元21、22、23，控制單元21、22、23係分別控制對應的充電積體電路111、112、113的運作，並控制對應的充電積體電路111、112、113在運作時係以混合式充電方式進行充電電能的輸出。

於一些實施例中，輸入電能Vin可為交流電能或直流電能。每一 充電積體電路111、112、113分別可為交流/直流轉換電路架構或直流/直流轉換電路架構。於其它實施例中，複數個控制單元21~23更可分別預先儲存可變更的該預設時間，藉此當對應之充電積體電路於充電電流Ic低於電流門檻值時，於經過預設時間後停止運作。

請參閱第2圖，並配合第1圖，其中第2圖係為應用於第1圖所示之充電裝置的充電方法之一較佳實施例的步驟流程圖。如第1及2圖所示，首先，執行步驟S1，預先設定複數個充電積體電路111~113分別在執行定電壓模式時係輸出電壓值彼此相異的充電電壓Vc。其中在步驟S1中，可例如預先設定充電積體電路111的充電電壓Vc為4.2V，預先設定充電積體電路112的充電電壓Vc為4.1V，預先設定充電積體電路113的充電電壓Vc為4.0V。

接著，執行步驟S2，於充電裝置10開始運作時，控制複數個充電積體電路分別執行定電流模式而輸出為固定值之充電電流Ic，以對電池單元12進行充電。在步驟S2中，當每一充電積體電路輸出充電電流Ic時，電池單元12所接收之電流即為複數個充電積體電路111、112、113所輸出之充電電流Ic的疊加。

然後執行步驟S3，當電池單元12之電壓因充電而上升到等於任一充電積體電路所對應之電壓門檻值時，控制對應之該充電積體電路執行定電壓模式，以輸出為固定值之充電電壓Vc對電池單元12進行充電。接著執行步驟S4，當任一充電積體電路的充電電流Ic下降並降低於電流門檻值時，充電電流Ic低於電流門檻值之充電積體電路便停止運作，其中電流門檻值可為但不限於200毫安培。

而由上可知，當複數個充電積體電路皆停止運作時，充電裝置10實際上便停止運作而結束充電。當然，於步驟S4中，由於複數個充電積體電路111~113在執行定電壓模式時係輸出電壓值彼此相異的充電電壓，例如前述之4.2V、4.1V及4.0V，因此當電池單元12之電壓因充電而逐漸上升且經由4.0V上升至4.2V時，複數個充電積體電路113~111更因自身所輸出之充電電壓達到電池單元12之電壓而在充電電流Ic低於電流門檻值時依序停止運作。

於上述實施例中，步驟S4更可為當任一該充電積體電路的充電電流Ic下降並降低於電流門檻值時，對應之充電積體電路便於所輸出之充電電流Ic低於電流門檻值且經過預設時間後停止運作。

以下將以第3圖來示範性說明本案充電裝置10的作動方式及原理，而為了更清楚了解本案之技術，第3圖中係標示V1、V2、V3來分別代表充電積體電路111、112、113所輸出之充電電壓，並標示I1、I2、I3來分別代表充電積體電路111、112、113所輸出之充電電流，且第3圖係以每一充電積體電路所對應的電壓門檻值相異於其它充電積體電路所對應的電壓門檻值來例示。請參閱第3圖並配合第1及2圖，其中第3圖係為第1圖所示之充電裝置在對電池單元進行充電時之電壓及電流的時序圖。如第3圖所示，在時間T0以前而充電裝置10尚未運作時，可預先設定充電積體電路111的充電電壓為V1，例如4.2V，預先設定充電積體電路112的充電電壓為V2，例如4.1V，預先設定充電積體電路113的充電電壓為V3，例如4.0V。當時間T0以後，充電裝置10便開始運作，而控制單元21、22、23則分別控制充電積體電路111、112、113執行定電流模式而輸出為固定值之充電電流I1、I2及I3，以對電池單 元12進行充電，此時電池單元12所接收之電流等於充電電流I1、I2、I3的總和(I1+I2+I3)，例如等於1.2C(C為電池單元12之容量)。而在時間T1時，電池單元12的電壓已上升至等於充電積體電路113所對應的電壓門檻值，故充電積體電路113之控制單元23便控制充電積體電路113改執行定電壓模式而輸出充電電壓V3，此時充電積體電路113所輸出之充電電流I3將開始下降。然後當到達時間T2，充電積體電路113之充電電流I3下降至低於電流門檻值後，該對應之充電積體電路113便停止運作，此時電池單元12所接收之電流便改為等於充電電流I1、I2的總和(I1+I2)，例如等於1.0C。當在時間T3時，電池單元12的電壓已上升至等於充電積體電路112所對應的電壓門檻值，故充電積體電路112之控制單元22便控制充電積體電路112改執行定電壓模式而輸出充電電壓V2，此時充電積體電路112所輸出之充電電流I2將開始下降。然後當到達時間T4，而充電積體電路112之充電電流I2便開始下降至充電電流I2低於電流門檻值後，例如時間T4後，該對應之充電積體電路112便停止運作，此時電池單元12所接收之電流便改為等於充電電流I1，例如等於0.6C。當時間在T5時，電池單元12的電壓已上升至等於充電積體電路111所對應的電壓門檻值，故充電積體電路111之控制單元21便控制充電積體電路111改執行定電壓模式而輸出充電電壓V1，此時充電積體電路111所輸出之充電電流I1將開始下降。然後當到達時間T6時，充電積體電路111之充電電流I1便開始下降至充電電流I1低於電流門檻值後，例如時間T6後，該對應之充電積體電路111便停止運作，而在時間T6後，由於所有的充電積體電路111、112、113皆停止運作，即代表電池單元12已充電完畢，故充電裝置10便停止運作而結束充電 。

於一些實施例中，電池單元12可由鋰電池所構成，但不以此為限，舉凡各種可進行充電之電池皆可構成電池單元12。

於一些實施例中，如第1圖所示，複數個充電積體電路111、112、113更可分別具有一第一保護電路31、32、33，複數個第一保護電路31、32、33分別用以保護對應之充電積體電路111、112、113之內部電路，以防止有過電壓及/或過電流的情況發生。

另於其它實施例中，如第1圖所示，充電裝置10更具有複數個第二保護電路41、42、43，其中每一第二保護電路係電連接於對應之充電積體電路之輸出端與電池單元12之間，且可由二極體所構成，但不以此為限，亦可由金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)所構成，每一第二保護電路用以防止一逆向電流由電池單元12流入對應之充電積體電路中。

綜上所述，本案提供一種充電方法及其適用之充電裝置，其中本案之充電裝置係藉由複數個充電積體電路來提供電池單元充電所需之電能，故可快速對電池單元進行充電，而每一充電積體電路亦可選用耐電流等級較低的電子元件來構成，故節省了生產成本。此外，由於本案之每一充電積體電路在執行定電壓模式時係輸出電壓值與其它充電積體電路所輸出之充電電壓的電壓值相異的充電電壓，並當任一充電積體電路在執行定電壓模式且自身所輸出之充電電流下降至低於電流門檻值時，自動控制對應的充電積體電路停止運作，故本案之充電裝置並無須如前述第一種傳統充電裝置具有設置用來偵測電壓之偵測電路，亦無需如前述第二種 傳統的充電裝置還需設置中央處理單元及模式切換電路等，故本案之充電裝置之生產成本更為減少。

是以本案之充電方法及其適用之充電裝置極具產業之價值，爰依法提出申請。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

S1~S4‧‧‧充電方法的步驟

Claims (10)

1. 一種充電方法，係適用於一充電裝置，其中該充電裝置係對一電池單元進行充電，且具有複數個充電積體電路，其中每一該充電積體電路更具有一控制單元，每一該充電積體電路之一輸出端係與其它該充電積體電路之該輸出端並聯連接且電連接於該電池單元，該充電方法包含：(a)預先設定複數個該充電積體電路分別在執行一定電壓模式時係輸出電壓值彼此相異的一充電電壓；(b)於該充電裝置開始運作時，控制複數個該充電積體電路分別執行一定電流模式而輸出為固定值之一充電電流；(c)當該電池單元之電壓上升到任一該充電積體電路所對應的一電壓門檻值時，控制對應之該充電積體電路分別執行該定電壓模式而輸出為固定值之該充電電壓；(d)當任一該充電積體電路執行該定電壓模式且輸出之該充電電流下降至低於一電流門檻值時，對應之該充電積體電路係分別停止運作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該電流門檻值係為200毫安培。
3. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中於步驟(d)中，當任一該充電積體電路的充電電流下降至低於該電流門檻值時，對應之該充電積體電路係分別於經過一預設時間後停止運作。
4. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中該電池單元所接收 之電流等於每一該充電積體電路所輸出之該充電電流的總和。
5. 如申請專利範圍第1項所述之充電方法，其中每一該充電積體電路所對應的該電壓門檻值係異於其它該充電積體電路所對應的該電壓門檻值。
6. 一種充電裝置，用於對一電池單元進行充電，包含：複數個充電積體電路，其中每一該充電積體電路更具有一控制單元，每一該充電積體電路之一輸出端係與其它該充電積體電路之該輸出端並聯連接且電連接於該電池單元，每一該充電積體電路於運作時，先執行一定電流模式而輸出為固定值之一充電電流，而當該電池單元之電壓上升到任一該充電積體電路所對應的一電壓門檻值時，對應之該充電積體電路係執行一定電壓模式，以輸出為固定值之一充電電壓，且複數個該充電積體電路分別在執行該定電壓模式時係輸出電壓值彼此相異的該充電電壓；其中當任一該充電積體電路執行該定電壓模式且輸出的充電電流下降至低於一電流門檻值時，對應之該充電積體電路係分別停止運作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中該電流門檻值係為200毫安培。
8. 如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中該充電裝置更具有複數個保護電路，每一該保護電路係電連接於對應之該充電積體電路之該輸出端及該電池單元之間，用以防止一逆向電流流入對應之該充電積體電路。
9. 如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中該充電積體電路之該控制單元係用以控制對應之該充電積體電路執行該定電流模式或該定電壓模式。
10. 如申請專利範圍第9項所述之充電裝置，其中該控制單元更儲存一預設時間，且當任一該充電積體電路的該充電電流下降至該門檻值時，該控制單元係控制對應之該充電積體電路於經過該預設時間後停止運作。