TWI662765B - 充電裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

一種充電方法，包含經由複數開關模組依序量測複數電池組的複數電池電壓、導通耦接於具最低之電池電壓的電池組所耦接的開關模組以致使具最低之電池電壓的電池組電性連接至充電單元、致能充電單元供電，及於具最低之電池電壓的電池組每進行充電到此些電池組中之一者的電池電壓時，導通對應於所達到之電池電壓的該開關模組。

Description

充電裝置及其方法

本發明是關於充電技術，特別是一種充電裝置及其方法。

電池主要應用於可攜式電子產品中，以便於可攜式電子產品的移動。近年來，隨著綠能科技的發展，電池的應用更拓展至了汽機車領域中，如油電混合動力系統，以解決現代所面臨的能源減少、廢氣污染等問題。並且，基於環保和實用性，可重複使用的充電型電池更成為了目前市場上的主流。

習知，電池皆具有一定的的壽命。並且，不當的充電行為更會減縮到電池的壽命。

在一實施例中，一種充電方法，包含經由複數開關模組依序量測複數電池組的複數電池電壓、導通此些電池組中具最低之電池電壓的電池組所耦接的開關模組，以致使具最低之電池電壓的電池組電性連接至充電單元、致能充電單元供電，以及於具最低之電池電壓的電池組之電池電壓每充電達到此些電池組中之一者的電池電壓時，導通對應於所達到之電池電壓的開關模組。其中，此些開關模組耦接於充電單元與此些電池組之間，且各開關模組用以切換充電單元和電池組之間的電性連結。

在一實施例中，一種充電裝置包含連接埠、充電單元、複數開關模組以及處理單元。連接埠用以耦接複數電池組。複數開關模組耦接於連接埠和充電單元之間，且各開關模組用以切換充電單元與電池組之間的電性連結。處理單元經由複數開關模組依序量測複數電池組的複數電池電壓。處理單元導通此些電池組中具最低之電池電壓的電池組所耦接的開關模組，以致使具最低之電池電壓的電池組電性連接至充電單元，且處理單元致能充電單元供電。並且，於具最低之電池電壓的電池組的電池電壓每充電達到此些電池組中之一者的電池電壓時，處理單元導通對應於所達到之電池電壓的開關模組。

綜上所述，本發明實施例之充電裝置及其方法，其藉由在充電過程中根據量測到電池組之電池電壓由小至大的順序，來依序導通對應之開關模組，使得各電池組可於其電池電壓和具最低之電池電壓的電池組相同時才形成並聯態樣，而得以避免因彼此壓差產生大電流相互充電而傷害到電池組的狀況。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

圖1為充電裝置耦接電池組之一實施例的方塊示意圖，且圖2為圖1中充電裝置之一實施例的電路示意圖。請參閱圖1與圖2，複數電池組B1-B4連接於充電裝置100，且充電裝置100可用以對此些電池組B1-B4進行充電。

充電裝置100包含連接埠110、充電單元120、複數開關模組131-134以及處理單元140。複數開關模組131-134耦接於連接埠110和充電單元120之間，且處理單元140耦接於連接埠110、充電單元120與複數開關模組131-134。

連接埠110用以連接電池組B1-B4。開關模組131-134受控於處理單元140，並可根據處理單元140的控制來切換（即建立或斷開）耦接於連接埠110的電池組B1-B4和充電單元120之間的電性連結。於此，各開關模組131-134對應於電池組B1-B4中之一個。於電池組B1-B4連接於連接埠110時，電池組B1-B4可經由對應之開關模組131-134所建立的連結路徑（如果處理單元140導通對應之開關模組131-134）電性連接至充電單元120，且此些電池組B1-B4可經由對應之開關模組131-134所建立的連結路徑形成並聯型態。

於此，開關模組131-134在初始狀態下是呈現斷路的（OFF）。因此，在電池組B1-B4連接於充電裝置100的連接埠110且在處理單元140導通開關模組131-134之前，即使電池組B1-B4之間的電池電壓不相同，電池組B1-B4之間可因開關模組131-134的隔離作用，而於其間不會有大電流放電的產生，進而可避免傷害到電池組B1-B4。

在一些實施例中，各電池組B1-B4可為單一電池芯。而在另一些實施例中，各電池組B1-B4亦可為包含複數個電池芯的電池組，且此些電池芯可根據各電池組B1-B4的電力供給規格以串聯或並聯的型式相接而成。舉例而言，在本具體實施例中，各電池組B1-B4可以是由四個電池電壓為4.2伏特（V）的電池芯串聯而成的電池組。然而，在其他具體實施例中，各電池組B1-B4可以是由複數個相同電池電壓的電池芯串聯而成的電池組，本發明不限於四個電池芯所組成的電池組。

在一些實施態樣中，各電池組B1-B4可為鋰離子電池、磷酸鋰電池、鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鉛酸電池或其他合適進行二次充供電之任何類型的電池。

以下在本具體實施例中，是以四個電池組B1-B4為例來進行說明，但其數量並非用以限定本發明。於此，因各開關模組131-134是以一對一方式來控制電池組B1-B4和充電單元120之間的電性連結，故開關模組131-134的數量對應於電池組B1-B4之數量而亦為四個。舉例而言，開關模組131用以切換電池組B1和充電單元120之間的電性連結、開關模組132用以切換電池組B2和充電單元120之間的電性連結、開關模組133用以切換電池組B3和充電單元120之間的電性連結，且開關模組134用以切換電池組B4和充電單元120之間的電性連結。

圖3為充電方法之一實施例的流程示意圖。請參閱圖1至圖3，處理單元140可根據本發明任一實施例之充電方法控制充電單元120對複數電池組B1-B4依序進行並聯充電，以使得此些電池組B1-B4充飽後的電池電壓能一致。

在充電方法之一實施例中，處理單元140可依序導通（switch on）開關模組131-134，以依序經由開關模組131-134所建立的連結路徑來量測電池組B1-B4的電池電壓（步驟S10）。在取得各電池組B1-B4的電池電壓後，處理單元140便可得知此些電池組B1-B4之電池電壓的大小關係，且處理單元140會導通具最低之電池電壓的電池組所耦接的開關模組，以致使具最低之電池電壓的電池組可經由對應之開關模組所建立的連結路徑電性連接至充電單元120（步驟S20）。之後，處理單元140會致能充電單元120開始供電（步驟S30），以致使充電單元120可經由已建立的連結路徑對具最低之電池電壓的電池組進行充電。並且，在具最低之電池電壓的電池組的電池電壓每充電達到此些電池組B1-B4中之一者的電池電壓時，處理單元140會再導通對應於所達到之電池電壓的開關模組（步驟S40），以致使具所達到之電池電壓的電池組可經由此開關模組所建立的連結路徑電性連接至充電單元120，且此時充電單元120所釋放之電力可經由所有已建立的連結路徑同時對電性連接到的電池組進行充電。此外，在充電方法之一實施例中，處理單元140可於具最低之電池電壓的電池組的電池電壓充電達到一充飽電壓時，禁能充電單元120（步驟S50），以結束充電程序。

圖4為圖3中步驟S10之一實施例的流程示意圖。請參閱圖1至圖4，在步驟S10之一實施例中，處理單元140可先導通開關模組131-134中之一個（步驟S11），以致使此開關模組建立對應之電池組和充電單元120之間的連結路徑。處理單元140可在等待一段延遲時間之後，經由於步驟S11中所建立的連結路徑開始量測耦接於此開關模組的電池組之電池電壓（步驟S12），且於完成量測後，處理單元140會禁能於步驟S11中已導通的開關模組（步驟S13），以斷開此開關模組所建立連結路徑。之後，處理單元140會再導通此些開關模組131-134中之另一個尚未導通過的開關模組（步驟S14），以建立另一個連結路徑。並且，處理單元140可返回步驟S12，以繼續進行下一個電池組之電池電壓的量測。直至處理單元140已經由開關模組131-134取得所有連接於連接埠110的電池組B1-B4之電池電壓後，處理單元140才結束步驟S10並接續後續的步驟S20。

在步驟S12之一實施例中，延遲時間的長短可視各電池組B1-B4之電池電壓穩定下來所需要的時間長短而定，以使得處理單元140所量測到的電池電壓可更為精準。例如，延遲時間可為三秒、六秒等，但本發明並非以此為限。在另步驟S12之一實施例中，延遲時間亦可為零秒，例如，處理單元140可在連結路徑建立後即開始量測電池組的電池電壓。在一實施態樣中，處理單元140可直接以所量測到的數值作為電池組的電池電壓。而在另一實施態樣中，處理單元140更可透過多次取樣、累加並平均之方式來得到更為精準的電池電壓之數值。

在步驟S12之一實施例中，充電裝置100更包含量測單元150。量測單元150耦接於開關模組131-134和充電單元120之間。處理單元140耦接於量測單元150，量測單元150用以量測各電池組B1-B4電壓並提供訊息至處理單元140，亦即處理單元140是透過量測單元150來量測各電池組B1-B4的電池電壓。

在一些實施態樣中，量測單元150可包含至少二個電阻R1、R2。電阻R1的第一端耦接於複數開關模組131-134與充電單元120，且電阻R1的第二端耦接於偵測點OVBAT。電阻R2的第一端耦接於偵測點OVBAT，且電阻R2的第二端耦接於地電位（ground）。於此，處理單元140可耦接於偵測點OVBAT，以根據各電池組B1-B4經由對應之開關模組131-134建立之連結路徑在量測單元150之電阻R2上的分壓來取得各電池組B1-B4的電池電壓。

在步驟S10之一實施例中，處理單元140可透過偵測連接埠110是否接收到各電池組B1-B4的身分訊號來得知電池組B1-B4是否已連接於充電裝置100。舉例而言，處理單元140可透過連接點OTH和連接埠110相接，並根據連接點OTH上否接收到各電池組B1-B4的身分訊號來判定電池組B1-B4是否已連接於充電裝置100。

此外，處理單元140更可據此判定有幾個電池組連接於充電裝置100，進而可得知步驟S14所需的重複執行次數。舉例而言，當接收到四個電池組B1-B4的身分訊號時，處理單元140可得知步驟S14所需的重複執行次數為三次，並且在第四次執行完步驟S13後即結束整個步驟S10。再例如，當接收到三個電池組，如電池組B1-B3的身分訊號時，處理單元140便可得知步驟S14所需的重複執行次數為二次，並且在第三次執行完步驟S13後即結束整個步驟S10。

在步驟S10之一實施例中，同一時間只會有一個開關模組被導通，使得處理單元140在經由導通之開關模組所建立的連結路徑偵測耦接於此的電池組時，其餘電池組和處理單元140之間的連結路徑可呈現斷路。

圖5為圖3中步驟S30之一實施例的流程示意圖。請參閱圖1至圖5，在步驟S30之一實施例中，處理單元140可根據具最低之電池電壓的電池組的電池電壓來決定充電單元120的充電模式。舉例而言，當此電池組的電池電壓小於第一閥值時，處理單元140可致使充電單元120以預充模式（pre-charging mode）進行充電（步驟S31）。而當此電池組的電池電壓大於或等於第一閥值且小於第二閥值時，處理單元140則致使充電單元120以快充模式（fast charging mode）進行充電（步驟S32）。並且，當此電池組的電池電壓大於或等於第二閥值時，處理單元140則致使充電單元120以平充模式（constant voltage mode）進行充電（步驟S33）。其中，第一閥值與第二閥值為正數，且第二閥值大於第一閥值。

在一些實施態樣中，第一閥值大約可為電池組之充飽電壓的70%，且第二閥值大約可為電池組之充飽電壓的90%。舉例而言，假設電池組之充飽電壓為16.8伏特時，第一閥值可為12伏特，且第二閥值可為16.4伏特。

在預充模式中，充電單元120可輸出恆定的小電流來對電池組進行充電。在快充模式中，充電單元120則可輸出恆定的大電流來對電池組進行充電。並且，在平充模式中，充電單元120則是以定電壓來對電池組進行充電。在一些實施態樣中，充電單元120於預充模式中輸出的小電流大約可為200毫安培（mA）。充電單元120於快充模式中輸出的大電流可為1安培（A）。並且，充電單元120於在平充模式中的定電壓可為電池組之充飽電壓。例如，當電池組之充飽電壓為16.8伏特時，充電單元120於在平充模式中的定電壓可為16.4伏特。

在步驟S50之一實施例中，處理單元140除禁能充電單元120之外，處理單元140更禁能開關模組B1-B4，以斷開電池組B1-B4和充電單元120之間的連結路徑。

以下，以假設處理單元140於步驟S10中量測到電池組B1的電池電壓為10伏特、電池組B2的電池電壓為8伏特、電池組B3的電池電壓為14伏特，且電池組B4的電池電壓為12伏特為例來說明充電裝置100如何運用充電方法之一實施態樣來對此些電池組B1-B4進行充電。此外，假設各電池組B1-B4的充飽電壓為16.8伏特，第一閥值為12伏特且第二閥值為16.4伏特。

首先，處理單元140透過步驟S10之執行可得具最低之電池電壓的電池組即為電池組B2，以及此些電池組B1-B4的電池電壓由小至大的順序依序為電池組B2、電池組B1、電池組B4與電池組B3。

接續，處理單元140執行步驟S20以導通開關模組132來建立電池組B2和充電單元120之間的連結路徑。並且，由於此時電池組B2的電池電壓是小於第一閥值，故處理單元140會接續選擇執行步驟S31，而致使充電單元120開始以預充模式經由開關模組132所建立的連結路徑對電池組B2進行充電。

於此，處理單元140可透過量測單元150量測電池組B2的電池電壓。於量測到電池組B2的電池電壓從原先的8伏特逐漸充電達到電池組B1的電池電壓（即10伏特）時，處理單元140可執行步驟S40以導通開關模組131來建立電池組B1和充電單元120之間的連結路徑。此時，電池組B1和電池組B2可形成並聯態樣，且充電單元120可同時對電池組B1和電池組B2進行充電。此外，此時充電單元120所輸出的充電電流之大小可因電池組B1和電池組B2的並聯態樣而加倍，而得以提升充電速度。例如，此時充電單元120所輸出的充電電流可因有兩個並聯的電池組而從原先的200毫安培變成400毫安培。

接續，在量測到電池組B2的電池電壓充電達到電池組B4的電池電壓（即12伏特）時，處理單元140會再次執行步驟S40並導通開關模組134以建立電池組B4和充電單元120之間的連結路徑。此時，電池組B4可和電池組B1、電池組B2形成並聯態樣，且充電單元120可同時對電池組B1、電池組B2和電池組B4進行充電。並且，由於電池組B2此時的電池電壓相等於第一閥值，處理單元140更可致使充電單元120從原先的預充模式轉換成以快充模式來接續對電池組B1、電池組B2和電池組B4進行充電。此外，此時充電單元120所輸出的充電電流之大小同樣地可因為多了一組並聯電池組而加倍。例如，此時充電單元120所輸出的充電電流可因有三個並聯的電池組而從原先的1安培變成3安培。

接續，在量測到電池組B2的電池電壓充電達到電池組B3的電池電壓（即14伏特）時，處理單元140會再次執行步驟S40並導通開關模組133以建立電池組B3和充電單元120之間的連結路徑。此時，電池組B3可和電池組B1、電池組B2、電池組B4形成並聯態樣，且充電單元120可仍維持以快充模式同時對電池組B1-B4進行充電。此外，此時充電單元120所輸出的充電電流之大小同樣地可因為再多了一組並聯電池組而加倍。例如，此時充電單元120所輸出的充電電流可因有四個並聯的電池組而從原先的1安培變成4安培。

隨者此些電池組B1-B4的電池電壓逐漸升高，處理單元140於量測到此些電池組B1-B4的電池電壓充電達到第二閥值時，更可致使充電單元120從快充模式轉換成以平充模式來對電池組B1-B4進行充電。並且，待量測到電池組B2的電池電壓達到充飽電壓（即16.8伏特）時，處理單元140再執行步驟S50，以完成電池組B1-B4的充電程序。其中，完成充電程序後的各個電池組B1-B4之電池電壓大致上皆可達到充飽電壓。

於此，由於電池組B1、電池組B3和電池組B4分別是在電池組B2的電池電壓大致上相等於其電池電壓時才會經由對應之開關模組131、開關模組133、開關模組134所建立的連結路徑電性連接至充電單元120並和電池組B2形成並聯態樣，因此，在充電過程中，此些電池組B1-B4之間不會出現因彼此壓差產生大電流相互充電而傷害電池組的狀況。

在一些實施態樣中，處理單元140可為SoC晶片、中央處理器（CPU）或微控制器（MCU）等。

綜上所述，本發明實施例之充電裝置及其方法，其藉由在充電過程中根據量測到電池組之電池電壓由小至大的順序，來依序導通對應之開關模組，使得各電池組可於其電池電壓和具最低之電池電壓的電池組相同時才形成並聯態樣，而得以避免因彼此壓差產生大電流相互充電而傷害到電池組的狀況。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，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所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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‧‧‧充電裝置

110‧‧‧連接埠

120‧‧‧充電單元

131-134‧‧‧開關模組

140‧‧‧處理單元

150‧‧‧量測單元

B1-B4‧‧‧電池組

R1-R2‧‧‧電阻

OVBAT‧‧‧偵測點

OTH‧‧‧連接點

OACIN‧‧‧連接點

VCH‧‧‧連接點

OACOK‧‧‧連接點

OIOUT‧‧‧連接點

V0.9P1.5‧‧‧連接點

OACIN‧‧‧連接點

OSMBA‧‧‧連接點

OSMBC‧‧‧連接點

SDA‧‧‧連接點

SCL‧‧‧連接點

S10-S50‧‧‧步驟

圖1為充電裝置耦接電池組之一實施例的方塊示意圖。 圖2為圖1中充電裝置之一實施例的電路示意圖。 圖3為充電方法之一實施例的流程示意圖。 圖4為圖3中步驟S10之一實施例的流程示意圖。 圖5為圖3中步驟S30之一實施例的流程示意圖。

Claims (10)

1. 一種充電方法，包含：經由複數開關模組依序量測複數電池組的複數電池電壓，其中該些開關模組耦接於一充電單元與該些電池組之間，且各該開關模組用以切換該充電單元與各該電池組之間的電性連結；導通該些電池組中具最低之該電池電壓的該電池組所耦接的該開關模組，以致使該具最低之該電池電壓的該電池組電性連接至該充電單元；致能該充電單元供電；及於該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓每充電達到該些電池組中之一者的該電池電壓時，導通對應於所達到之該電池電壓的該開關模組。
2. 如請求項1所述的充電方法，其中致能該充電單元供電之步驟包含：當該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓小於一第一閥值時，致使該充電單元以預充模式進行供電；當該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓大於或等於該第一閥值且小於一第二閥值時，致使該充電單元以快充模式進行供電；及當該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓大於或等於該第二閥值時，致使該充電單元以平充模式進行供電。
3. 如請求項1所述的充電方法，其中經由該些開關模組依序量測該些電池組的該些電池電壓之步驟包含：導通該些開關模組中之一；於一延遲時間後量測耦接於已導通之該開關模組的該電池組之該電池電壓；禁能已導通之該開關模組；及導通該些開關模組中之另一個。
4. 如請求項1所述的充電方法，其中經由該些開關模組依序量測該些電池組的該些電池電壓之步驟係透過位於該些開關模組與該充電單元之間的一量測單元來量測該些電池組的該些電池電壓。
5. 如請求項1所述的充電方法，更包含：於該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓充電達到一充飽電壓時，禁能該充電單元。
6. 一種充電裝置，包含：一連接埠，用以耦接複數電池組；一充電單元；複數開關模組，耦接於該連接埠與該充電單元之間，各該開關模組用以切換該充電單元與各該電池組之間的電性連結；及一處理單元，經由該些開關模組依序量測該些電池組的複數電池電壓，該處理單元導通該些電池組中具最低之該電池電壓的該電池組所耦接的該開關模組，以致使該具最低之該電池電壓的該電池組電性連接至該充電單元，並致能該充電單元供電，且於該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓每充電達到該些電池組中之一者的該電池電壓時，導通對應於所達到之該電池電壓的該開關模組。
7. 如請求項6所述的充電裝置，其中該處理單元係根據該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓之大小致能該充電單元根據相應的充電模式進行供電，其中當該電池電壓小於一第一閥值時，致使該充電單元以預充模式進行供電，當該電池電壓大於或等於該第一閥值且小於一第二閥值時，致使該充電單元以快充模式進行供電，以及當該電池電壓大於或等於該第二閥值時，致使該充電單元以平充模式進行供電。
8. 如請求項6所述的充電裝置，其中該處理單元於經由該些開關模組依序量測該些電池組的該些電池電壓之步驟中包含：導通該些開關模組中之一；於一延遲時間後量測耦接於已導通之該開關模組的該電池組之該電池電壓；禁能已導通之該開關模組；及導通該些開關模組中之另一個。
9. 如請求項6所述的充電裝置，更包含一量測單元，耦接於該些開關模組與該充電單元之間，且該處理單元係透過該量測單元經由該些開關模組依序量測該些電池組的該些電池電壓。
10. 如請求項6所述的充電裝置，其中該處理單元更於該具最低之該電池電壓的該電池組的該電池電壓充電達到一充飽電壓時，禁能該充電單元。