1296458 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種充電器，尤指一種脈波式充電之充 電器及其充電方法。 【先前技術】
10 15 20 圖1顯示傳統充電器之充電過程示意圖，其係顯示充電 過程之電壓曲線丨丨與電流曲線12。一般來說，在充電過程 中主要分兩個階段：定電流階段（Constant Current，CC ) 舁疋电壓階段（Constant Voltage，CV )。 為了能達成快速充電，目前的充電器在一開始對電池 進行充電時，係在極短暫的時間内便將充電電流拉升到大 =流，繼而進行定電流充電。如圖丨所示，一開始便使用大 Y來進行充電。然而基於電池本身的特性，在剛開始充 ^ 所此充電的容量比較小，若一開始便採用大電流充 電，，則有可能會使得電池内的化學反應材料受損，而產生 :、、循曩甚至會產生爆炸。是故，目前時常耳聞電池在進 行充電時發生爆炸。 此外，目前有些公司的充電器在一開始進行充電時， 會先進行一預先充電階段（Pre_charge)。充電器於此階段 係會判斷—參考電流（Iref)的大小，若參考電流大於一預 設電流=(例如：^A)，則緩慢上升充電電流而不會馬 進入定電流充電階段。然而，有一些情況會使得充電器 發生誤判，例如：電池之金屬接片生鏽，或者電池與充； 5 1296458 器接觸不良，這些情形將造成充電器所_之參考電流转 小因接片生鏽或接觸不良使得内阻變大）。因此，參二 電流有可能因上述情形而小於預設電流值，使得充電二立 即跳到定電流充電階段。是&
At ^丄 疋故坆—類的充電器仍然有可 缺成電池之壽命變短或發生爆炸。在此值得注意的，目 前此類充電器在誤判後，便逕行進入定電流充電階段，而 不會再返回預先充電階段，所以會對電池造成傷害。 【發明内容】 1〇 纟發明之目的係在提供—種充電器及其充電方法，俾 能不破壞電池使用壽命且達成快速充電。 △本發明之目的係在提供一種充電器及其充電方法，俾 能避免電池於充電時發生爆炸。 依據本發明之一特色，係提供一種充電器之充電方 15 $，以對一電池進行充電，該充電方法包括下述步驟：放 、电步驟、充電步驟以及修正步驟，其中於放電步驟中，係 _對電池進行脈波式放電；於充電步驟中，係以充電電流對 電池開始充電，其中充電電流為一脈波電流，且該充電電 流隨時間增長而變大；以及於修正步驟中，於充電步驟期 20間，依據預設之時間間隔值去取樣目前的充電電流值，並 且比對目丽的充電電流值與目前所在充電階段之預設充電 電流進階值，若目前充電電流值大於預設充電電流進階 • 值，則跳至一預設之充電階段進行充電；反之，則在目前 所在充電階段繼續充電。 6 1296458
10 15 /據本I月之另-特色，係提供_種充電器，用以對 一電池進行充電，該充電器包括：充電模組、放電模組、 脈波控制模組、記憶模組、比較模組及主要控制模組。其 中’脈波控制模組分別與充電模組及放電模組電性連接； 記憶模組分別與充電模組及比較模組電性連接，且儲存有 複數個充電階段所預設之充流初始值與進階值、複數 個充電電流㈣值、—取#之時間間隔值；比較模組係與 該記憶模組電性連接；以及主要控制模組分別與電源輸入 杈組、充電模組、放電模組、比較模組、記憶模組及脈波 控制模組電性連接。此外，主要控制模組對電池充電前係 控制脈波控制模組與放電模組，以對f池進行脈波式放 電，繼而主要控制模組控制記憶模組輸出其中一充電電流 控制值至充電模組，並控制脈波控制模組與充電模組，依 據充電電流控制值的增加而持續增加其充電電流對電池進 行充電，直至完成充電為止；且於充電期間，主要控制模 組會依據預設之時間間隔值去取樣目前的充電電流值，並 傳送給比較模組，比較模組會比對目前的充電電流值與目 則所在充電階段之預設充電電流進階值，若目前充電電流 值大於該預設充電電流進階值，則跳至預設之克電階段進 行充電，反之’則在目前所在充電階段繼續充電。 20 【實施方式】 本毛明在對電池充電前’係先進行脈波式放電至一預 設值’繼而開始對電池進行脈波式充電，於充電期間，充 7 1296458 電器會不斷地判斷充電電流是否異常，若充電電流過大， 則跳至相對應充電階段繼續進行充電，亦即在某些情況 下，充電電流可能被調整成最小充電電流，在另一些情況 下，充電電流可能被調整成比較小的充電電流，俾能在不 * 5破壞電池使用壽命情況下，達成快速充電之功效。 • 圖2顯示本發明充電器較佳實施例之功能方塊示意 圖。充電器2係包括電源輸入處理模組21、比較模組22、記 憶模組23、脈波控制模組24、充電模組25、放電模組26以 ® 及主要控制模組27，用以對電池28進行充電，其中記憶模 10 組23儲存有複數充電電流控制值、放電階段之預設值、複 數充電階段所預设之充電電流之初始值與進階值、充電電 • 流上限值及一取樣之時間間隔值。於本實施例中，電池28 可為錄氫電池、鋰離子電池、鎳鉻電池、鋰聚合物電池或 其他等效之充電電池。 15 上述電源輸入處理模組21之輸入端為交流（AC )電 源’以將所輸入之較高的交流電壓（例如：1 i 〇 V或220 v ) _ 轉換成較低的直流電壓，繼而將其所轉換之較低的直流電 壓提供給充電模組25。上述之比較模組22於充電時，係用 來比較目前的充電電流值與記憶模組23内儲存的各充電階 20 段之預設充電電流進階值、充電電流上限值之間是否異 常，以產生一比較結果，俾供主要控制模組27能依據該比 - 較結果來控制A憶模組23 ’以提供相對應之充電電流控制 ^ 值給充電模組25，俾能調整充電電流。 8 1296458 圖3顯示本發明充電器2較佳實施例之記憶模組23的示 意圖，於本實施例中，記憶模組23中的一部份空間儲存有 複數筆充電電流控制值，例如：於位址00000000儲存有充 電電流控制值00000001 ;於位址00001000儲存有充電電流 5 控制值00000010 ;以及於位址00002000儲存有充電電流控 制值00000011。上述之該等充電電流控制值係能控制充電 模組25之充電電流的大小。於本實施例中，記憶模組23為 唯讀記憶體（ROM)。在其他實施例中，記憶模組23可為 Ϊ 非揮發性記憶體（Non-Volatile Memory )、隨機存取記憶 10 體（RAM)、快閃記憶體（Flash)等儲存記憶體或其他適 當型式儲存媒體。 圖4顯示本發明充電器2較佳實施例之充電模組25的部 份内部電路示意圖，其係顯示複數個提供充電電流單元401， 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408，每一個提供充電電流單 15 元401-408内有一電阻，且該等電阻值係不同，使得每一提 供充電電流單元401-408能提供不同的充電電流，例如：提 | 供充電電流早元4 01提供1C的充電電流’在此所謂之1C充電 電流係指被充電電池之額定電流，例如：手機之電池的電 流為7 0 0 m A ’則提供充電電流早元4 01提供之1C充電電流即 20 為700mA。相類似的，提供充電電流單元403提供0.5C的充 電電流，即350mA ;提供充電電流單元406提供0.1C的充電 - 電流，即70mA。 而上述提供充電電流單元401，402, 403, 404, 405, 406, 407，408會依據記憶模組23所提供之充電電流控制值來對 9 1296458 10 15 20 首先’將電池28置人充電座（圖未示）後，係開始對電池 28進行脈波式放電至一預設值（步驟S5〇5)，其中该放带 階段之預設值係儲存於記憶模組23内。由於習知的充電器 在充電前不會對電池放電，因此在充電時將不夠紮實电2 故在使用時有可能會造成電量突然劇減，例如··手機顯= 之電池的電量有可能突然由三格變成一格。 μ 雖然，目前有些充電器配置有放電按鈕，但是其係在 放電按鈕按壓後對電池28連續性放電，事實上在放開放電 按鈕後，電池之殘餘電量仍未被確實的被完全放電。因此， ^實施例透過脈波式放電來確實放電至一預設值。在一些 實施例中，為了避免電池完全無法使用，所以預設值可能 為在另一些實施例中，由於充電器可能設置有其他 =棱裳置，因此預設值可能為〇v。當然，本發明可實施於 各種充電電池種類之充電器，因此對於不同種類之充電 W 5 ’充電器所放電之預設值亦不相同。 ♦ 匕外’脈波式放電係指複數個離散放電電流形成一放 甩週期’例如有三個依序的放電週期，第一放電週期包括 Γ (idll, idl2, idl3, idl4) dU Idl2>Idl3>Idl4;第二放電週期包括有四個離散的放電電 流… d21， Id22, Id23， Id24 則 Idll>Idl2>Id21 ’ 且 d22 Id23>Id24 ,弟二放電週期包括有四個離散的放電電 流（T- _ d31， Id32? Id33， Id34
Id3l>Id32>Id33>Id34 則 Idll>Id21>Id31 ，且 11 1296458 接下來，請繼續參照圖5，充電器2之充電模組25係以 从小脈波電流開始對電池28進行充電（步驟S5 10)。有關 其洋細說明，敬請一併參照圖6、圖7、圖8及圖9，其中圖6 顯示充電時之電壓曲線示意圖，圖7顯示充電時之脈波電流 .5 不意圖’圖8顯示充電時之第一部份脈波電流示意圖，圖9 • 顯示充電時之第二部份脈波電流示意圖。 再配合圖2及圖4所示，假設上述之電池28被脈波式放 _ 電到2.5 V ’則此時主要控制模組27控制比較模組22、記憶 拉組23、脈波控制模組24及充電模組25來對電池28進行充 10 電。 在一開始時’主要控制模組27控制記憶模組23由位址 00000000開始輸出其充電電流控制值〇〇⑽⑻至充電模組 25 ’使得充電模組25之提供充電電流單元4〇8提供〇〇1(：的 充電電流。接著，主要控制模組27透過一計數器之累加（圖 15未示）或者隨時間增長而控制記憶模組23依序輸出遞增位 址中的充包琶流控制值，俾供增幅充電電流。 • 此外，在充電期間，及比對本發明之充電器2依設定之 時間間隔值去取樣一目前的充電電流即時值，並透過比較 杈組22來比對充電電流即時值與目前所在充電階段之預設 20充電電流進階值，以騎充電過程是否異常，俾能適時地 對充電電流進行修正（步驟S515)。若經由比較模組22之 -比較結果得知充電異常，則返回預設充電階段進行充電（步 -驟％2〇)。有關其說明，敬請參照圖ό與圖7。 12 1296458 於圖6、圖7中，電池28之充電處理主要分為兩個充電 過程6a，6b，其中於充電過程6a中更包括上升電流充電階 段41，42, 43, 44，於充電過程6b中更包括定電流充電階段 45 °下表顯示各個充電階段41〜45與充電電流控制值及充 電階段所預設之充電電流初始值及進階值之對應：
充電階段 充電階段4 1 充電階段42 充電階段43 充電階段44 充電階段45 充電電流 控制值 〇〇〇〇〇〇〇〇〜 00100000 00100001〜 01000000 01000001 〜 10000000 10000001〜 11111111 11111111 充電電流 初始值至 進階值之 區間 〇C< = I< = 〇.5C 0.51C< = I< = 0.75C 〇.76C<=I<= 1C 1.01C<=I<3. 01C 3.01C = I 於充電階段41中，記憶模組23所提供之充電電流控制 值在00000000〜00100000之間，且充電電流〗的初始值（=〇c) 10至進階值（=〇.5C)之區間在〇C〜〇.5C之間，由於本實施之充電 階段41為第一個充電階段，因此主要控制模組27控制記憶 φ 模組23由位址00000000從頭開始輸出充電電流控制值，且 不斷地增加其充電電流；再經由比較模組22比較目前的充 電電流值及该充電階段41預設的充電電流進階值之後，若 15充電電流小於或等於進階值〇.5C ,則在此一階段繼續進行 充電處理。若充電電流增加至大於〇5c且小於或等於〇.75 - c時，則跳至下一個充電階段42。 於充電階段42中，若目前充電電流小於或等於進階值 0.75C，則繼續進行充電處理。若充電電流大於G75C且小 20於1C，則跳至下一個充電階段43。此外，若充電電流突然 13 1296458 間不穩定而輸出的電流小於此充電階段42的預設之充電電 流初始值及進階值的區間（0.51C〜0 75c)時，主要控制模組 27會控制充電模組25跳至對應的充電階段41，並控制記憶 模組23由位址〇〇〇〇〇〇〇從頭開始輸出充電電流控制值，使得 -5充電電流由〇C (充電階段41之預設的起始充電電流）開始 • 以遞增充電電流（<=〇.5C)的方式進行充電。相類似的，於充 電期間中，該比較模組會依據一預設之時間間隔進行比較 目前的充電電流值與充電電流上限值，因此，若充電電流 _ 不穩定而輸出的電流大於此一充電電流上限值（例如：4C) 10 時’則主要控制模組27會控制記憶模組23從此一充電階段 42的預設起始充電電流控制值〇〇1〇〇〇〇1開始輸出，使得充 電電流回到0.5 1C (充電階段42之預設的充電電流初始值） 開始以遞増充電電流（<=0.75C)的方式進行充電。 由上述說明可知，在不同的充電階段4丨，42, 43, 44, 45 15 分別相對應不同的充電電流區間，若充電電流因不穩定而 過小或過大時，則依據所預設之充電電流區間來跳至相對 參 應的充電階段，以進行充電處理，例如：以較大的充電電 流或由較小的充電電來進行充電。 當然，若經由比較模組22之比較結果在正常之充電電 20 流區間内，則繼續進行充電，且透過比較模組22來比較電 池28之充電電壓是否將近等於充飽之額定電壓（例如： • 4.2V)(步驟S525 )。若電池28之充電電壓沒有等於充飽 • 之額定電壓，則繼續進行充電（步驟S530 )。反之，若電 1296458 池28之充電電壓幾乎等於充飽之額定電壓，則此時進入定 電流充電階段45。 由於電池28本身之特性，在充電電壓充到額定電壓 (4.2V)後，經過一段時間，充電電壓會稍微降低一點點 5 (例如·降到4·12V)，所以通常會繼續充電一段時間。目 珂的做法係採用額定電壓（4·2ν)繼續對電池28充電，由 ;[差（4.2V 4.12V=〇.〇8V )小，故此時電池μ之電壓很 難充得上去。因此，本發明於充電階段45經過一預設時間 (例如· 3为知.）後，係會採用稍微高一點的電壓對電池28 1〇充電（步驟S535 )。例如：採用5V之電壓，使得壓差夠大， 而能將電池28之電壓充上去。 > 。另外，由圖7、圖8及圖9之充電電流示意圖可得知，充 電電流係為脈波式充電電流，其中圖8顯示充電過程6a之脈 波式充電電流不意圖，其係顯示隨著充電時間的增加，充 15电包*由整體趨勢觀之，亦隨之增加，例如：充電電流84 大於充電電流83，充電電流83大於充電電流82，充電電流 .82大於充電電流81。此外，於圖”之充電電流係呈脈波 j，$即複數個離散的充電電流83, 831，832, 833, 834形成 ^电週’月所以於充電過程6a包括有複數充電週期，其 20巾母個充電週期所包括之充電電流的個數係可固定，亦可 動態的變動，例如：目前的充電週期所包括之充電電流個 •數為6個’下個充電週期所包括之充電電流個數為&個。 • 一圖9顯示充電過程6b之脈波式充電電流示意圖，其 不Ik著充電日卞間的增加，最大的充電電流係相等。例如、： 15 1296458 充電電流91等於充電電流92，充電電流％等於充電電流 93。且，於圖9中之充電電流亦呈脈波式。相類似的， 過程6b亦包括有複數個充電週期，且每一充電週期包括= 複數充電電流。 由以上之說明可知，本發明係在充電前，先透過脈波 式放電’以將電池的殘餘電量盡量清除，繼而透過小的脈 波式充電電流進行充電。並在充電期Fb1，判斷充電電流是 否過大’若過大，則返回預設之充電階段，以提供較= 之充電電流，避免傷害電池，以延長電池之使用壽命，: 至能避免因充電電流過大而導致電池發生爆炸。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以中請專利範圍所述為準，而㈣限 於上述實施例。 ^ 15 20 【圖式簡單說明】 圖1係傳統充電器之充電過程示意圖。 圖2係本發明充電器一較佳實施例之功能方塊示意圖。 圖3係本發明充電器一較佳實施例之記憶模組的示意圖。 圖4係本發明充電器-較佳實施例之充電模組的部份内部 電路示意圖。 圖5係本發明充電方法—較佳實施例之動作流程圖。 圖6係本發明充電方法一較佳實施例之充電時的電壓曲線 示意圖。 16 1296458 圖7係本發明充電方法一較佳實施例 示意圖。 了的脈波電流 圖8係本發明充電方法—較佳實施例之充 脈波電流示意圖。 了的弟—部份 施例之充電時的第二部份 圖9係本發明充電方法一較佳實 脈波電流示意圖。 【主要元件符號說明】 11 電流曲線 12 2 21 比較模組 22 23 脈波控制模組 24 25 放電模組 26 27 電池 28
電壓曲線 充電器 電源輪入處理模組 記憶模組 充電模組 主要控制模組 提供充電電流單元 充電階段 充電過程 充電電流 401，402,403,404,405,406,407,408 41，42,43,44,45 6a，6b 81，82,83,83 1，832,833,834,83 5,84,91，92, 93 S505，S510，S515，S520，S525，S53 0，S53 5 17 10