TWI396359B - 電池充電系統及方法 - Google Patents

Description

電池充電系統及方法

本發明涉及一種電池充電系統電池充電系統及方法。

移動電話、數位相機、筆記本電腦等手持設備一般都需要一個能夠反復進行充電之電池，由於電池在充電時是將電能轉換成化學能及熱能，這部分熱能會導致電池發熱。若充電之電流比較大，電池之溫度升高會很快；隨著電池電量之增大，電能轉換成熱能之比例也會增大，而電池之溫度過高，會對電池造成較大之損壞，比如使鋰電池被燒毀，甚至使鋰電池發生爆炸。同時在電池之溫度低之情況下對電池進行充電時，由於電池內部之物質(比如鋰離子)之活性不高，若充電之電壓或者電流比較大，會對電池造成一定之損壞，為此必須對電池在高溫或者低溫條件下進行充電保護。

目前之電池充電系統一般只是對充電電流進行控制，當電池溫度過高或者過低時，將充電電流降低，以保護電池。然，在日本電器資訊科技工業協會JEITA(Japan Electronics and Information Technology Industries Association)及日本電池協會BAJ( Battery Association of Japan)於2007年4月20日發表之《鋰電池充電之新規範》中，指明為了使鋰電池在充電過程中更加安全，在溫度過高或者過低時，必須同時降低充電電流(即在充電過程中，充電器給電池提供之電流)及充電截止電壓(即充電結束時，電池兩端之電壓)。

有鑒於此，有必要提供一種確保電池充電安全之電池充電系統及方法。

一種電池充電系統，其包括相互電連接之一個電池、一個溫度感測器、一個處理器及一個充電器。所述溫度感測器貼附在所述電池上，用於感測所述電池之溫度。所述處理器內存儲有第一溫度閥值及第二溫度閥值，且第一溫度閥值小於第二溫度閥值，其用於將電池之溫度與第一溫度閥值、第二溫度閥值進行比較，並根據比較結果給所述充電器輸出之相應之控制信號。所述充電器與一個外接電源電連接，用於根據所述處理器所發出之控制信號，給所述電池提供不同等級之充電電流。所述充電器還用於監控電池兩端之電壓，其內部存儲有第一電壓閥值及第二電壓閥值，第一電壓閥值大於第二電壓閥值，當電池溫度在第一溫度閥值與第二溫度閥值之間時，給電池提供正常充電電流，且當所述電池兩端之電壓達到第一電壓閥值時停止充電；當電池溫度小於第一溫度閥值或者大於第二溫度閥值時，降低充電電流，且當所述電池兩端之電壓達到第二電壓閥值時停止充電。

一種電池充電方法，其包括如下步驟：感測所述電池之溫度；將所述電池之溫度與第一溫度閥值及第二溫度閥值進行比較，並根據比較結果輸出控制信號，其中所述第一溫度閥值小於所述第二溫度閥值；根據該控制信號，對所述電池進行充電，並檢測電池兩端之電壓，將電池兩端之電壓分別與第一電壓閥值、第二電壓閥值進行比較，其中所述第一電壓閥值大於第二電壓閥值，當電池溫度位於第一溫度閥值與第二溫度閥值之間時，以正常充電電流對所述電池進行充電，且電池兩端之電壓達到第一電壓閥值時停止對電池進行充電；當電池溫度小於第一溫度閥值或者大於第二溫度閥值時，降低充電電流，且電池兩端之電壓達到第二電壓閥值時停止對電池進行充電。

本發明之電池充電系統及方法，藉由溫度感測器感測電池之溫度，然後處理器根據該電池之溫度給所述充電器發出相應之控制信號，充電器根據該控制信號給所述電池輸出相應之充電電流，且監控所述電池兩端之電壓，使得在電池溫度過高(大於第二溫度閥值)或者過低(低於第一溫度閥值)，充電電流降低，且電池之充電截止電壓降低，確保電池之充電安全。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，為本發明實施方式提供之一種電池充電系統1，其包括相互電連接之一個電池2、一個溫度感測器30、一個處理器50及一個充電器70。在本實施方式中，所述電池2為鋰電池。

所述溫度感測器30用於感測所述電池2之溫度。

所述處理器50包括相互電連接之一個存儲模組51及一個溫度比較模組52。所述存儲模組51內存儲有第一溫度閥值T1、第二溫度閥值T2、第三溫度閥值T3及第四溫度閥值T4，且T3<T1<T2<T4。所述溫度比較模組52用於將所述電池2之溫度T分別與第一、第二、第三、第四溫度閥值進行比較，根據比較結果，給所述充電器70輸出之相應之控制信號。在本實施方式中，T1為10 oC，T2為45 oC，T3為0 oC，T4為60 oC。若T1<T<T2，則輸出兩個連續之脈衝信號；若T3<T<T1或者T2<T<T4，則輸出一個脈衝信號；若T<T3或者T>T4，則不輸出脈衝信號。

可以理解，在本實施方式中，所述處理器50為數位信號處理器(Digital Signal Processor, DSP)，由於數位信號處理器只能夠處理數位信號，因此所述數位信號處理器內還設置有一個模數轉換器，用於將所述溫度感測器30所採集到之溫度信號轉換成相應之數位信號。

所述充電器70與一個外接電源(圖未示)電連接，其包括相互電連接之一個計數模組71、一個電壓監控模組72及一個充電模組73。所述計數模組71用於計算所述處理器50發出之脈衝信號之個數，並根據該脈衝信號之個數給所述充電模組73發出控制信號。所述電壓監控模組72內存儲有第一電壓閥值U1及第二電壓閥值U2，且第一電壓閥值U1大於所述第二電壓閥值U2，其用於檢測電池2兩端之電壓，並將電池2兩端之電壓U與所述第一電壓閥值U1及第二電壓閥值U2進行比較，將比較結果傳遞給所述充電模組73。所述充電模組73用於根據所述計數模組71之控制信號，給所述電池2提供相應之充電電流，且根據所述電壓監控模組72之比較結果，決定係否繼續對所述電池2進行充電。如圖2及圖3所示，當T1<T<T2時，所述充電模組73以正常充電電流I1對所述電池2進行充電，且所述電池2兩端之電壓U達到第一電壓閥值U1時，所述充電模組73停止對所述電池2進行充電；當T3<T<T1或者T2<T<T4時，所述充電模組73將充電電流降低為I2，且所述電池2兩端之電壓U達到第二電壓閥值U2時，所述充電模組73停止對所述電池2進行充電；當T<T3或者T>T4時，所述充電模組73給所述電池2提供之充電電流為零，即停止對所述電池2充電。在本實施方式中，I2為I1的50%，且U1為4.2V，U2為4.05V。

所述電池充電系統1之工作過程如下：所述溫度感測器30感測所述電池2之溫度，所述溫度比較模組52將所述電池2兩端之溫度T與第一、第二、第三、第四溫度閥值進行比較，確定應該輸出何種脈衝信號給所述充電器70；所述計數模組71計算該脈衝信號之個數，並根據該脈衝信號之個數，發出控制信號給所述充電模組73；所述充電模組73根據該控制信號對所述電池2提供相應之充電電流；所述電壓監控模組72檢測所述電池2兩端之電壓，使得當T1<T<T2時，所述充電模組73以正常充電電流I1對所述電池2進行充電，且所述電池2兩端之電壓U達到第一電壓閥值U1時，所述充電模組73停止對所述電池2進行充電；當T3<T<T1或者T2<T<T4時，所述充電模組73將充電電流降低為I2，且所述電池2兩端之電壓U達到第二電壓閥值U2時，所述充電模組73停止對所述電池2進行充電；當T<T3或者T>T4時，所述充電模組73給所述電池2提供之充電電流為零，即停止對所述電池2充電。

如圖4所示，為一種電池充電方法，其包括如下步驟：

S1:感測所述電池之溫度。

S2:將所述電池之溫度T與第一溫度閥值T1、第二溫度閥值T2、第三溫度閥值T3及第四溫度閥值T4(T3<T1<T2<T4)進行比較，確定應該輸出何種脈衝信號。

S3:計算輸出之連續脈衝信號之個數，並發出控制信號。

S4:根據該控制信號，對所述電池進行充電，使得電池在不同溫度範圍時之充電電流不同，同時檢測電池兩端之電壓U，並將電池兩端之電壓U與第一電壓閥值U1、第二電壓閥值U2(U1>U2)進行比較，使得電池在不同溫度範圍時之充電截止電壓不同，即當T1<T<T2時，以正常充電電流I1對所述電池進行充電，且當電池兩端之電壓U達到第一電壓閥值U1時，停止對電池進行充電；當T3<T<T1或者T2<T<T4時，將充電電流降低為I2，且當電池兩端之電壓U達到第二電壓閥值U2時，停止對電池進行充電。當T<T3或者T>T4時，充電電流為零，停止對電池進行充電。

本發明之電池充電系統及方法，藉由溫度感測器感測電池之溫度，然後處理器根據該電池之溫度給充電器發出相應之控制信號，充電器根據該控制信號給所述電池輸出相應之充電電流，且監控所述電池兩端之電壓，使得在電池溫度過高(大於第二溫度閥值)或者過低(低於第一溫度閥值)，充電電流降低，且電池兩端之充電截止電壓降低，保證電池在充電過程中更加安全。

另外，本領域技術人員可在本發明精神內做其他變化，然，凡依據本發明精神實質所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

1‧‧‧電池充電系統

2‧‧‧電池

30‧‧‧溫度感測器

50‧‧‧處理器

51‧‧‧存儲模組

52‧‧‧溫度比較模組

70‧‧‧充電器

71‧‧‧計數模組

72‧‧‧電壓監控模組

73‧‧‧充電模組

圖1是本發明較佳實施方式之電池充電系統之示意圖；

圖2是圖1之電池充電系統之充電電流隨電池溫度變化之曲線圖；

圖3是圖1之電池充電系統之充電截止電壓隨電池溫度變化之曲線圖；

圖4是本發明較佳實施方式之電池充電方法之流程圖。

1‧‧‧電池充電系統

2‧‧‧電池

30‧‧‧溫度感測器

50‧‧‧處理器

51‧‧‧存儲模組

52‧‧‧溫度比較模組

70‧‧‧充電器

71‧‧‧計數模組

72‧‧‧電壓監控模組

73‧‧‧充電模組

Claims (9)

1. 一種電池充電系統，其包括相互電連接之一個電池、一個溫度感測器、一個處理器及一個充電器；所述溫度感測器貼附在所述電池上，用於感測所述電池之溫度；所述處理器內存儲有第一溫度閥值及第二溫度閥值，且第一溫度閥值小於第二溫度閥值，其用於將電池之溫度與第一溫度閥值、第二溫度閥值進行比較，並根據比較結果給所述充電器輸出之相應之控制信號；所述充電器與一個外接電源電連接，用於根據所述處理器所發出之控制信號，給所述電池提供不同等級之充電電流；所述充電器還用於監控電池兩端之電壓，其內部存儲有第一電壓閥值及第二電壓閥值，第一電壓閥值大於第二電壓閥值，當電池溫度在第一溫度閥值與第二溫度閥值之間時，給電池提供正常充電電流，且當所述電池兩端之電壓達到第一電壓閥值時停止充電；當電池溫度小於第一溫度閥值或者大於第二溫度閥值時，降低充電電流，且當所述電池兩端之電壓達到第二電壓閥值時停止充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電系統，其中，當電池溫度小於第一溫度閥值或者大於第二溫度閥值時，所述充電器給所述電池提供的充電電流降低為正常充電電流的50%。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電系統，其中，所述存儲模組內還存儲有第三溫度閥值及第四溫度閥值，且第三溫度閥值小於第一溫度閥值，第四溫度閥值大於第二溫度閥值，使得電池溫度小於第三溫度閥值或者大於第四溫度閥值時，所述充電器對電池停止充電；電池溫度在第三溫度閥值與第一溫度閥值之間或者第二溫度閥值與第四溫度閥值之間時，所述充電器給所述電池提供之充電電流降低，當所述電池兩端之電壓達到第二電壓閥值時停止充電。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電系統，其中，所述處理器所發出之控制信號為連續之脈衝信號。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電池充電系統，其中，所述充電器包括一個計數模組及一個充電模組，所述計數模組用於計算所述處理器所發出之連續脈衝信號之個數，所述充電模組用於根據該脈衝信號之個數給所述充電模組提供相應之充電電流。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電池充電系統，其中，所述充電器還包括一個電壓監控模組，所述電壓監控模組內部存儲有第一電壓閥值及第二電壓閥值，其中第一電壓閥值大於第二電壓閥值，其用於監控電池兩端之電壓，將電池兩端之電壓與第一電壓閥值及第二電壓閥值進行比較，並將比較結果傳遞給所述充電模組，所述充電模組還用於根據所述電壓監控模組之比較結果，決定係否繼續對所述電池進行充電，使得所述電池在不同溫度範圍時之充電截止電壓不同。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電系統，其中，所述電池為鋰電池。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電系統，其中，所述處理器為數位信號處理器，所述處理器還包括一個模數轉換器，用於將所述溫度感測器之信號轉換成數位信號。
9. 一種電池充電方法，其包括如下步驟：感測所述電池之溫度；將所述電池之溫度與第一溫度閥值及第二溫度閥值進行比較，並根據比較結果輸出控制信號，其中所述第一溫度閥值小於所述第二溫度閥值；根據該控制信號，對所述電池進行充電，並檢測電池兩端之電壓，將電池兩端之電壓與第一電壓閥值、第二電壓閥值進行比較，所述第一電壓閥值大於第二電壓閥值，當電池溫度位於第一溫度閥值與第二溫度閥值之間時，以正常充電電流對所述電池進行充電，且電池兩端之電壓達到第一電壓閥值時停止對電池進行充電；當電池溫度小於第一溫度閥值或者大於第二溫度閥值時，降低充電電流，且電池兩端之電壓達到第二電壓閥值時停止對電池進行充電。