TWI634719B

TWI634719B - 充電電流控制方法及其系統

Info

Publication number: TWI634719B
Application number: TW105129629A
Authority: TW
Inventors: 陳世洲; 陳榮彬
Original assignee: 太普電子（常熟）有限公司
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-09-01
Also published as: TW201807919A; CN107785946A; CN107785946B

Abstract

本發明實施例提供一種充電電流控制方法及其系統，能根據電池的溫度調整供應至電池之充電電流。充電電流控制系統包括充電單元、溫度感測器與微控制器。充電單元供應充電電流至電池。溫度感測器持續地感測電池的溫度。微控制器接收溫度感測器所測得之電池的溫度，並判斷溫度感測器所測得之電池的溫度是否大於等於一警示溫度。若微控制器判斷所測得之電池的溫度小於警示溫度，則微控制器不調整充電單元供應至電池之充電電流；而若微控制器判斷所測得之電池的溫度大於等於警示溫度，則根據預設之查找表或方程式控制充電單元調整供應至電池之充電電流。

Description

充電電流控制方法及其系統

本發明乃是關於一種充電電流控制方法及其系統，特別是指一種於電池之充電過程中能根據電池的溫度調整供應至電池之充電電流的充電電流控制方法及其系統。

一般而言，在對電池進行充電的過程中，電池的溫度會逐漸地上升。為了避免電池由於溫度過高而受損，當電池的溫度達到一個預設之警示溫度時，必須暫時停止提供充電電流至電池。等待電池的溫度下降至一個預設之安全溫度時，再恢復提供充電電流至電池。

因此，於充電過程中，若環境溫度偏高，就會使得充電電流不斷地被切斷再恢復提供。請參照圖1，圖1為根據先前技術所繪示以表示供應至電池的充電電流、電池溫度與充電時間之間關係的曲線圖。於圖1中，C1為表示充電過程中提供至電池之充電電流的曲線，T1為表示充電過程中電池之溫度的曲線。如圖1所示，起先電池係由約2800毫安培的充電電流進行充電，但隨著電池溫度上升至約攝氏45度(即，達到警示溫度)，為了避免電池受損，充電電流便暫時地被切斷(即，充電電流降至零)。接著，等到電池的溫度下降至約攝氏39.5度(即，下降至安全警示溫度)，即恢復提供充電電流至電池，繼續以約2800毫安培的充電電流對電池進行充電。如此反覆循環，使得整個充電過程的時間被延長，充電效率不佳。

本發明提供一種充電電流控制方法。電池之充電過程中，此充電電流控制方法會根據電池的溫度調整供應至電池之充電電流。此充電電流控制方法包括：持續地感測電池的溫度；判斷所測得之電池的溫度是否大於等於一警示溫度；若所測得之電池的溫度小於警示溫度，則不調整供應至電池之充電電流；以及若所測得之電池的溫度大於等於警示溫度，則根據預設之查找表或方程式調整供應至電池之充電電流。

本發明亦提供一種充電電流控制系統。於電池之充電過程中，此充電電流控制系統會根據電池的溫度調整供應至電池之充電電流。此充電電流控制系統包括充電單元、溫度感測器與微控制器。充電單元與溫度感測器均連接於電池。充電單元供應充電電流至此電池，且溫度感測器持續地感測電池的溫度。微控制器連接於充電單元與溫度感測器之間。微控制器接收溫度感測器所測得之電池的溫度，並判斷溫度感測器所測得之電池的溫度是否大於等於一警示溫度。若微控制器判斷溫度感測器所測得之電池的溫度小於該警示溫度，則微控制器不調整充電單元供應至電池之充電電流。然而，若微控制器判斷溫度感測器所測得之電池的溫度大於等於警示溫度，則根據預設之查找表或方程式控制充電單元調整供應至電池之充電電流。

於本發明所提供之充電電流控制方法與充電電流控制系統的一實施例中，預設之該方程式為I(T)=A*I₀*(T_MAX-T)/(T_MAX-T_A)。T為電池的溫度，I(T)為於溫度T下提供至電池的充電電流，A為調整係數，I₀為電池的溫度小於警示溫度時未經調整的充電電流，T_MAX為電池之充電過程中電池的最大溫度，且T_A為警示溫度。

綜上所述，本發明所提供之充電電流控制技術改善了傳統充電電流控制技術中電流會隨著電池溫度反覆上升與下降而反覆被切斷與恢復的情況。本發明所提供之充電電流控制方法與系統能隨著電池溫度的變化調整充電電流。即便電池的溫度逐漸上升，也能持續地提供充電電流給電池進行充電而不需要完全地充電電流切斷，實能有效地提升充電效率。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

200‧‧‧充電電流控制方法

S201~S206‧‧‧步驟

3‧‧‧充電電流控制系統

30‧‧‧充電單元

32‧‧‧微控制器

34‧‧‧溫度感測器

35‧‧‧電壓感測器

36‧‧‧電池

B‧‧‧電池組

CP‧‧‧外接電源

C1、C2、T1、T2‧‧‧曲線

圖1為根據先前技術所繪示以表示供應至電池的充電電流、電池溫度與充電時間之間關係的曲線圖。

圖2為根據本發明例示性實施例所繪示之充電電流控制方法之流程圖。

圖3為根據本發明例示性實施例所繪示之充電電流控制系統之方塊圖。

圖4為根據本發明例示性實施例所繪示以表示供應至電池的充電電流、電池溫度與充電時間之間關係的曲線圖。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，類似數字始終指示類似元件。

首先，以下將以多個實施例說明本發明之本發明所提供之充電電流控制方法與系統。透過此種充電電流控制方法與系統，於電池充電的過程中，充電電流將不會因為電池溫度過高而被切斷。也就是說，透過此種充電電流控制方法與系統，於電池充電的過程中，不會因為電池的溫度過高而需要暫停對電池進行的充電動作。

〔充電電流控制方法的實施例〕

本實施例所提供之充電電流控制方法係用以充電一電池，如：鋰電池、鎳氫電池…等，但本發明於此並不限制。於電池之充電過程中，本實施例所提供之充電電流控制方法會根據被充電之電池的溫度來調整所供應的充電電流。為了能清楚了解本實施例所提供之充電電流控制方法，請先參照圖2，圖2為根據本發明例示性實施例所繪示之充電電流控制方法之流程圖。如圖2所示，充電電流控制方法200主要是透過以下步驟具體實現：步驟S201：持續地感測電池的溫度；步驟S202：判斷所測得之電池的溫度是否大於等於警示溫度；步驟S203：若所測得之電池的溫度小於警示溫度，則不調整供應至電池之充電電流；步驟S204：若所測得之電池的溫度大於等於警示溫度，則根據預設之查找表或方程式調整供應至電池之充電電流；步驟S205：當電池電壓達到一預設電壓時，供應恆定電壓予電池進行充電，使得提供至電池的充電電流逐漸下降；以及步驟S206：直到提供至電池的充電電流下降至一預設電流時，判斷電池充電完成並停止供應充電電流至電池。

以下將進一步說明前述充電電流控制方法200中的各步驟。為了便於說明前述充電電流控制方法200中的各步驟，除了圖2之外，請同時參照圖4，圖4為根據本發明例示性實施例所繪示以表示供應至電池的充電電流、電池溫度與充電時間之間關係的曲線圖。

當開始對電池進行充電時，首先於步驟S201中會持續地感測電池的溫度，以於後續步驟中能夠根據所感測得知的電池溫度變化來調整充電電流的大小。於電池充電過程之初，隨著充電時間增加，電池的溫度會隨之升高。於圖4中，C2為表示充電過程中提供至電池之充電電流的曲線，T2為表示充電過程中電池之溫度的曲線。如圖4所示，起初提供至電池的充電電流約為2800毫安培，於充電時間約0~1000秒期間，電池的溫度隨著充電時間增加至約攝氏40度。

因此，於步驟S202中會判斷所測得之電池的溫度是否大於等於預先設定的警示溫度。於此舉例中，假設警示溫度被預先設定為攝氏40度。當所測得之電池的溫度小於攝氏40度時，便進入步驟S203，不對充電電流進行調整。於是復如圖4所示，於充電時間約0~1000秒期間，充電電流均保持為約2800毫安培以對電池進行充電。另一方面，當電池持續地被充電且電池的溫度不斷上升，使得所測得之電池的溫度達到攝氏40度時，便進入步驟S204，調降供應至電池之充電電流。於是復如圖4所示，於電池充電時間約1000~4000秒期間，供應至電池之充電電流隨著電池溫度的變化被調整。須說明地是，於步驟S204中，充電電流係根據預設之電池溫度與充電電流的關係來被調整。於本實施例中，預設之電池溫度與充電電流的關係可以查找表或方程式的形式來描述。也就是說，當所測得之電池溫度達到警示溫度時，本實施例中所提供之充電電流控制方法200便會根據預設之查找表或預設之方程式得到調整後之充電電流，並接著將當前之充電電流調整成前述得到的調整後之充電電流，以供應至電池。

進一步說明，當所測得之電池溫度達到警示溫度時，充電電流便會根據預設之查找表或預設之方程式被調降或調升。舉例來說，如圖4所示，在電池充電時間約4000~6000秒期間，由於電池溫度達到警示溫度後繼續地升高，根據預設之查找表或將電池溫度代入預設之方程式，便會得到被調降的充電電流。於是，在電池充電時間約4000~6000秒期間，充電電流會隨著電池溫度的升高而被調降。接著，由於充電電流被調降，在電池充電時間約6000~8000秒期間，電池溫度轉而微幅下降。此時，根據預設之查找表或將電池溫度代入預設之方程式，則會得到被調升的充電電流。於是，在電池充電時間約6000~8000秒期間，充電電流會隨著電池溫度的下降而被調升。然而，充電電流被調升又會再度使得電池溫度升高，於是在電池充電時間約8000~12000秒期間，又會得到被調降的充電電流。因此，在電池充電時間約8000~12000秒期間，充電電流在度隨著電池溫度的升高而被調降。

須說明地是，於一較佳的實施例中，預設之電池溫度與充電電流的關係係由以下方程式來描述：I(T)=A^＊I₀ ^＊(T_MAX-T)/(T_MAX-T_A)。須說明地是，於此方程式中，T為電池的溫度，I(T)為於溫度T下提供至電池的充電電流，A為一調整係數，I₀為電池的溫度小於警示溫度時未經調整的充電電流，T_MAX為電池之充電過程中電池的最大溫度，且T_A為警示溫度。由此方程式中的1/(T_MAX-T_A)可以看出，若電池溫度高出警示溫度越多(即，T_MAX-T_A的值越大)，充電電流被調降的幅度也就越大(即，I(T)的值越大)；另一方面，若電池溫度高出警示溫度較少(即，T_MAX-T_A的值較小)，充電電流被調降的幅度也就比較小(即，I(T)的值較小)。換句話說，充電電流被調降的幅度取決於電池溫度高出警示溫度的多寡。舉例來說，如圖4所示，在電池充電時間約2000~6000秒期間，電池溫度約由攝氏40度升高到攝氏43.4度，充電電流便約由2800毫安培被調降到1000毫安培；相較之下，在電池充電時間約6000~8000秒期間，電池溫度約由攝氏43.4度降低到攝氏43度，充電電流便約由1000毫安培被調升到1100毫安培；且在電池充電時間約8000~12000秒期間，電池溫度約由攝氏43度升高到攝氏43.2度，充電電流便約由1100毫安培被調降到1050毫安培。

接下來，由於電池持續地被充電時，電池電壓會上升。當電池電壓達到一預設電壓時，便進入步驟S205。於步驟S205中，會供應恆定電壓予電池進行充電。電池在恆定電壓下進行充電時，當電池的當前電壓與電池被充飽的電壓之間的電壓差漸小時，電池的充電電流便會逐漸下降。由圖4中可見，當充電時間約超過12000秒時，充電電流逐漸下降，即表示在充電時間約為12000秒時，電池電壓達到前述之預設電壓，於是開始提供一定電壓對電池進行充電，使得電池的充電電流由約1000毫安培開始逐漸下降。於此同時，由於電池的充電電流開始逐漸下降，電池溫度亦隨之下降。

最後，當電池的充電電流下降至一預設電流時，便進入步驟S206。於步驟S206中，由於電池的充電電流已下降至預設電流，便可判斷電池充電完成並停止供應充電電流至電池。假設於本實施例中前述之預設電流為450毫安培，則由圖4中可見，在充電時間約為14000秒時，電池的充電電流下降至450毫安培。於是，即可判斷電池充電完成，並同時停止供應充電電流至電池，使得電池的充電電流直接地下降至零，此即為利用本實施例所提供之充電電流控制方法所完成之電池的整個充電過程。

仍須說明地是，雖然此較佳實施例中預設之電池溫度與充電電流的關係係由I(T)=A^＊I₀ ^＊(T_MAX-T)/(T_MAX-T_A)來描述，但於其他實施例中，預設之電池溫度與充電電流的關係亦可由查找表描述或是表示成其他的預設調整機制(簡言之，如：部階調降充電電流，直到溫度下降，再部階調升充電電流，若溫度上升，再調降充電電流…等)。也就是說，本發明並不對預設之電池溫度與充電電流的關係之描述方式或表示方式加以限制。

〔充電電流控制系統的一實施例〕

請參見圖3，圖3為根據本發明例示性實施例所繪示之充電電流控制系統之方塊圖。本實施例所提供之充電電流控制系統3係用以執行前述實施例所提供之充電電流控制方法200，故請一併參見圖2以利理解。

本實施例所提供之充電電流控制系統3係用以對一電池進行充電，並於此電池之充電過程中，根據電池的溫度調整供應至此電池之充電電流。如圖3所示，充電電流控制系統3包括充電單元30、溫度感測器34、電壓感測器35與微控制器32。於實際使用上，充電電流控制系統3可視為一個電池組B，其連接上一外接電源CP來對電池組B中的電池36進行充電。舉例來說，此外接電源CP可為市電，但本發明於此並不限制。

進一步說明，復如圖3所示，充電單元30連接於電池36，微控制器32連接於充電單元30。溫度感測器34與電壓感測器35均連接於微控制器32與電池36之間。充電單元30連接上一外接電源CP來以供應充電電流至電池36。溫度感測器34持續地感測電池36的溫度。微控制器32接收溫度感測器34所測得之電池36的溫度，並判斷溫度感測器34所測得之電池36的溫度是否大於等於一警示溫度。

若微控制器32判斷溫度感測器34所測得之電池36的溫度小於警示溫度(舉例來說，為圖4所示之攝氏40度)，則微控制器32不調整充電單元30供應至電池36之充電電流。然而，若微控制器32判斷溫度感測器34所測得之36電池的溫度大於等於警示溫度，則根據預設之查找表或方程式控制充電單元30調整供應至電池36之充電電流。

詳細地說，當微控制器32判斷溫度感測器34所測得之36電池的溫度大於等於警示溫度，進而根據預設之查找表或方程式控制充電單元30調整供應至電池36之充電電流供應至電池之充電電流時，充電電流係根據預設之電池36的溫度與充電電流的關係來被調整。於本實施例中，預設之電池36的溫度與充電電流的關係可以查找表或方程式的形式來描述。也就是說，微控制器32能透過預設之查找表或預設之方程式得到調整後之充電電流，並接著控制充電單元30將當前之充電電流調整成前述得到的調整後之充電電流，以供應至電池36。

仔細地說，當微控制器32判斷溫度感測器34所測得之電池36的溫度達到警示溫度時(舉例來說，為圖4所示之攝氏40度)，微控制器32根據預設之查找表或將電池溫度代入預設之方程式，便可得到被調降的充電電流(舉例來說，於圖4中，在電池充電時間約2000~6000秒期間，充電電流便約由2800毫安培被調降到1000毫安培)，並控制充電單元30調降供應至電池36之充電電流。然而，隨著供應至電池36之充電電流被調降，電池溫度也就隨之微幅下降，於是微控制器32將溫度感測器34所測得之微幅下降之電池36的溫度代入預設之方程式，則可得到被調升的充電電流(舉例來說，於圖4中，在電池充電時間約6000~8000秒期間，充電電流便約由1000毫安培被調降到1100毫安培)。再度地，隨著供應至電池36之充電電流被調升，電池溫度又會再隨之上升，於是微控制器32將溫度感測器34所測得之再度上升之電池36的溫度代入預設之方程式，便又可得到被調降的充電電流(舉例來說，於圖4中，在電池充電時間約8000~12000秒期間，充電電流便約由1100毫安培被調降到1050毫安培)。

由於在電池的充電過程中，電池的電壓會隨著充電時間逐漸上升。因此，本實施例所提供之充電電流控制系統3除了設置有溫度感測器34來持續地感測電池36得溫度外，另設置有電壓感測器35來持續地感測電池36的電壓，並將所測得之電池36的電壓傳送至微控制器32。

於本實施例中，當電池電壓被充達一預設電壓時，微控制器32會控制充電單元30供應恆定電壓予電池進行充電。於此須說明地是，此預設電壓為對電池經預先測試所得到的，不同種類的電池具有不同種類的電芯，故對不同種類的電池來說，測試得到地的預設電壓將不同。舉例來說，於本實施例中所測試之電池為韓國三星SDI出產之型號為ICR18650-28A的鋰電池，對於此種電池來說，預設電壓與電池被充飽的電壓之百分比係為82%，但本發明於此並不限制。另外，當電池電壓被充達此預設電壓後即以恆定電壓繼續對其進行充電的原因在於，電池由定電壓充電時，當電池當前電壓與電池被充飽的電壓之間的電壓差漸小，電池的充電電流便會逐漸下降，於是根據逐漸減小的充電電流便可判斷出電池是否充電完成。因此，於本實施例中，當供應至電池36的充電電流下降至一預設電流時(舉例來說，為圖4所示之450毫安培)，微控制器32判斷電池36充電完成並控制充電單元30停止供應充電電流至電池36，此即為本實施例所提供之充電電流控制系統3對電池36進行充電的整個過程。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明所提供之充電電流控制方法與系統能夠於電池充電的過程充不間斷地提供充電電流至電池。也就是說，本發明所提供之充電電流控制方法與系統能夠根據電池的溫度來調整供應至電池之充電電流的大小，無需因為電池溫度過高而暫時停止對電池的充電。如此一來，便能大幅地節省充電時間，進而提高充電效率。

透過圖1與圖4可以更清楚地得知，以傳統之充電電流控制技術對電池充電的過程中，當電池溫度過高時，需暫時停止對電池的充電，因此用以等待電池溫度降低的時間使得整個電池的充電過程被拉長。如圖1所示，傳統之充電電流控制技術需要約18000秒(實驗值為17771秒)才能將電池充電完成(此處用以實驗之電池為韓國三星SDI出產之型號為ICR18650-28A的鋰電池)。相較之下，對於本發明所提供之充電電流控制方法與系統而言，雖然於電池充電的過程中，充電電流會隨著電池溫度上升而被調降，但卻能夠在整個電池充電的過程中不間斷地提供充電電流至電池(即，無須暫時停止對電池的充電)。因此，如圖4所示，本發明所提供之充電電流控制方法與系統僅需約14000秒(實驗值為13506秒)便能將前述電池充電完成。也就是說，和傳統之充電電流控制技術相比，本發明所提供之充電電流控制方法與系統縮短了34%的充電時間。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims

一種充電電流控制方法，用以充電一電池，並於該電池之充電過程中，根據該電池的溫度調整供應至該電池之一充電電流，該充電電流控制方法包括：持續地感測該電池的溫度；判斷所測得之該電池的溫度是否大於等於一警示溫度；若所測得之該電池的溫度小於該警示溫度，則不調整供應至該電池之該充電電流；以及若所測得之該電池的溫度大於等於該警示溫度，則根據預設之一查找表或一方程式調整供應至該電池之該充電電流；其中，當該電池之該充電電流被調降時，該充電電流被調降的幅度取決於該電池的溫度與該警示溫度的差。
如請求項1所述之充電電流控制方法，其中預設之該方程式為I(T)=A*I₀*(T_MAX-T)/(T_MAX-T_A)，其中T為該電池的溫度，I(T)為於溫度T下提供至該電池的該充電電流，A為一調整係數，I₀為該電池的溫度小於該警示溫度時未經調整的該充電電流，T_MAX為該電池之充電過程中該電池的一最大溫度，且T_A為該警示溫度。
如請求項1所述之充電電流控制方法，更包括：當該電池電壓達到一預設電壓時，供應一恆定電壓予該電池進行充電，使得提供至該電池的該充電電流逐漸下降；以及直到提供至該電池的該充電電流下降至一預設電流時，判斷該電池充電完成並停止供應該充電電流至該電池。
一種充電電流控制系統，用以充電一電池，並於該電池之充電過程中，根據該電池的溫度調整供應至該電池之一充電電流，該充電電流控制系統包括：一充電單元，連接於該電池，用以供應該充電電流至該電池；一溫度感測器，連接於該電池，用以持續地感測該電池的溫度；以及一微控制器，連接於該充電單元與該溫度感測器之間，用以接收該溫度感測器所測得之該電池的溫度，並判斷該溫度感測器所測得之該電池的溫度是否大於等於一警示溫度；其中，若該微控制器判斷該溫度感測器所測得之該電池的溫度小於該警示溫度，則該微控制器不調整該充電單元供應至該電池之該充電電流，而若該微控制器判斷該溫度感測器所測得之該電池的溫度大於等於該警示溫度，則根據預設之一查找表或一方程式控制該充電單元調整供應至該電池之該充電電流。
如請求項4所述之充電電流控制系統，其中預設之該方程式為I(T)=A*I₀*(T_MAX-T)/(T_MAX-T_A)，其中T為該電池的溫度，I(T)為於溫度T下提供至該電池的該充電電流，A為一調整係數，I₀為該電池的溫度小於該警示溫度時未經調整的該充電電流，T_MAX為該電池之充電過程中該電池的一最大溫度，且T_A為該警示溫度。
如請求項4所述之充電電流控制系統，該充電電流控制系統還包括：一電壓感測器，連接於該電池與該微控制器之間，用以持續地感測該電池的電壓，並將所測得之該電池的電壓傳送至該微控制器；其中當該微控制器判斷該電壓感測器所測得之該電池的電壓達到一預設電壓時，該微控制器控制該充電單元供應一恆定電壓予該電池進行充電，使得提供至該電池的該充電電流逐漸下降，直到提供至該電池的該充電電流下降至一預設電流時，該微控制器判斷該電池充電完成並控制該充電單元停止供應該充電電流至該電池。