对可充电式电池的充电方法
【专利摘要】本发明的实施例揭示一种对可充电式电池的充电方法。该充电方法包含有：在一充电时段，提供一恒电流，对该可充电式电池充电；在该充电时段结束后，将该恒电流与该可充电式电池分离一缓和时段；于一取样时段，测量该可充电式电池的一开路电压，该取样时段发生在该缓和时段开始后的一预定等待时间；比较该开路电压与一目标电压；以及，当该开路电压低于或等于该目标电压时，提供一补充恒电流，在一补充充电时段，对该可充电式电池充电。
【专利说明】对可充电式电池的充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对于可充电式电池的一种充电方法。
【背景技术】
[0002]对于目前广泛受欢迎的移动运算而言，可充电电池是一个不可或缺的主要元件。可充电式电池可以循环的存储电能或是释放电能。为了可以延长移动装置在每两次充电之间的使用时间，可充电电池需要尽可能的充饱。但是可充电电池又不可以充电过饱。举例来说，只要有数毫伏特的过充电压，就可能会对可充电式碱性(alkaline)电池造成损害。
[0003]图1显示一充电器以及一可充电式电池。可充电式电池20上跨压为电池电压VBAT。充电器10可以提供充电电流Iaffi,对可充电式电池20充电。如同图1所示，可充电式电池20等效上有电阻26以及电容24并联所构成的输入阻抗、以及用以存放电能的主电容22。当充电电流Iaffi为OA时，可充电式电池20为开路，电池电压Vbat大约会等于主电容22的跨压。所以主电容22的跨压可称为开路电压(open-circuit voltage) Vqcv。在此说明书中，在可充电式电池20为开路时所测量到的电池电压Vbat，都可称为开路电压Vrev。开路电压Vocv的值可以直接反应主电容22所存放的电量。
[0004]图2显示一种已知的充电方法所产生的信号。由上而下，分别显示电池电压Vbat以及开路电压Vrev、充电电流Iaff1、以及电池电量饱和度。图2的已知充电方法可适用于图1的充电器10。图2的充电方法大致上依序运用两种充电模式:恒电流(constant-current,CC)充电模式以及恒电压(constant-voltage, CV)模式。如同图2所示,充电一开始是CC充电模式，充电器10以主充电恒电流Isuk作为充电电流Iqk持续对可充电式电池20充电，所以电池电压Vbat、开路电压Vrev、电池电量饱和度都线性地上升。当电池电压Vbat大约等于代表可充电式电池完全充饱的目标电压Vtak时，充电模式切换到CV充电模式。充电器10把电池电压Vbat固定在约目标电压VTAK。此时,充电电流Iqk慢慢地降低、开路电压Vtjw慢慢地往目标电压Vtak逼近、且电池电量饱和度慢慢地逼近100%，把充电式电池20充饱。图2中的充电方法可以使开路电压Vrev非常接近且不超过目标电压VTAK，使充电式电池20近乎完全充饱的状态。
[0005]图2的充电方法有个缺点:CV充电模式可能需要很久时间才能保充电式电池20充饱。举例来说，一旦充电式电池20中的内电阻26与电容24比较大，CV充电模式把可充电式电池充饱的充电时间将大幅延长。一种可能情形是，CC充电模式花费了 20%的充电时间，提供了充电式电池20的50%电池电量；而CV充电模式花费了 80%的充电时间，却只有提供另外50%电池电量。
[0006]因此，如何可以缩短把充电式电池充饱的充电时间(从开始充电到充饱结束)，一直为业界所努力的目标。
[0007]本说明书中，具有相同的符号元件或装置，为具有相同或是类似功能、结构、或特性的元件或是装置，为业界人士能以具本说明书的教导而得知或推知，但不必完全地相同。为简洁缘故，不会重复说明。
【发明内容】
[0008]本发明的实施例揭不一种充电方法,适用于对一可充电式电池充电,包含有:在一充电时段，提供一恒电流，对该可充电式电池充电；在该充电时段结束后，将该恒电流与该可充电式电池分离一缓和时段；于一取样时段，测量该可充电式电池的一开路电压，该取样时段发生在该缓和时段开始后的一预定等待时间；比较该开路电压与一目标电压；以及，当该开路电压低于或等于该目标电压时，提供一补充恒电流，在一补充充电时段，对该可充电式电池充电。
[0009]本发明的实施例另揭不一种充电方法，适用于对一可充电式电池充电，包含有:提供一预充恒电流，持续对该充电式电池充电，直到该可充电式电池的一电池电压高于或是等于一过低电压；在该电池电压高于或是等于该过低电压后，提供一恒电流，持续对该充电式电池充电，直到该电池电压高于或是等于一初级目标电压；在该充电时段结束时，将该恒电流与该可充电式电池分离一缓和时段；于一取样时段，测量该可充电式电池的一开路电压，该取样时段发生在该缓和时段开始后的一预定等待时间；比较该开路电压与一目标电压；以及，当该开路电压低于或等于该目标电压时，提供一补充恒电流，在一补充充电时段，对该可充电式电池充电。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1显不一充电器以及一可充电式电池。
[0011]图2显不一种已知的充电方法所产生的信号。
[0012]图3显示依据本发明所实施的一充电器以及一可充电式电池。
[0013]图4显示一种依据本发明所实施的充电方法所产生的信号。
[0014]图5显不,在一实施例中相关于图4中补充充电时段Tsup的信号。
[0015]图6A以及图6B分别显示，在另二实施例中相关于图4中补充充电时段Tsup的充电电流I?。
[0016]【主要元件符号说明】
[0017]10充电器
[0018]20可充电式电池
[0019]22主电容
[0020]24电容
[0021]26电阻
[0022]60充电器
[0023]Ichg充电电流
[0024]Isue主充电恒电流
[0025]Isup补充恒电流
[0026]Ssample取样信号
[0027]t0FF时间
[0028]tSTAET时间
[0029]Tchg充电时间
[0030]Tfec强灌时段
[0031]Tsue主充电时段
[0032]Tpls^1, TPLS_2脉冲充电时段
[0033]Tpke预充时段
[0034]Teel缓和时段
[0035]Tsample取样时段
[0036]Tsup补充充电时段
[0037]Twait等待时间
[0038]Vbat电池电压
[0039]Vocv开路电压
[0040]Vtae目标电压
[0041]Vuv过低电压
【具体实施方式】
[0042]图3显示依据本发明所实施的一充电器60以及一可充电式电池20。图4显示一种依据本发明所实施的充电方法所产生的信号。由上而下，分别显示图3中的电池电压Vbat以及开路电压H电电流1?、以及电池电量饱和度。
[0043]如同图4所示，整个充电时间Taffi中，充电器60先操作在CC充电模式，然后是CV充电模式。在图4中的CC充电模式从充电开始的时间tSTAKT，分成三个时段:预充时段(precharge time per1d) TPKE、主充电时段(major charge time per1d) TMJK、以及补充充电时段(supplement charge time per1d) Tsupo
[0044]如果电池电压Vbat低于一过低电压(under voltage) Vuv,则充电器60操作在预充时段TPKE。在预充时段Tpke，充电器60会以一相对小的预充恒电流Ipke持续地对可充电式电池20充电。在预充时段Tpke中，充电器60检测电池电压Vbat。一旦电池电压Vbat大于等于过低电压VOT，预充时段Tpke结束，接着进入主充电时段Τ?Κ。如同图4所示，过低电压Vuv比电池充饱的目标电压Vtak小。
[0045]在主充电时段Tsuk中，充电器60会以一主充电恒电流Isuk持续地对可充电式电池20充电。在一实施例中，这主充电恒电流Iwk可以是预充恒电流1_的10倍。在主充电时段TMJK中，充电器60检测电池电压VBAT。一旦电池电压Vbat大于等于目标电压Vtak,主充电时段Tsuk结束，主充电恒电流Isuk与可充电式电池20分离。之后，补充充电时段Tsup开始。
[0046]在补充充电时段Tsup中，充电器60间歇地以补充恒电流Isup对可充电式电池20充电。当在对可充电式电池20充电时，补充恒电流Isup为一个定值，但是在中断后复苏充电时，补充恒电流Isup可能变成另一个不一样定值。在补充充电时段Tsup中，充电器60检测开路电压Vrev。换句话说，充电器60检测在充电中断(充电电流Iaffi等于0A)时的电池电压VBAT。一旦开路电压Vrev高于或是等于目标电压VTAK，则补充充电时段Tsup终止，CV充电模式开始。补充充电时段Tsup中的动作，将稍后细部说明。
[0047]CV充电模式时,充电器60把电池电压Vbat固定在约目标电压Vtak,来对可充电式电池20充电。换句话说，充电器60提供值约为目标电压Vtak的恒电压，对可充电式电池20充电。此时，因为开路电压Vrev大约就是目标电压Vtak 了，所以充电电流Iaffi会快速地降低、且电池电量饱和度很快地逼近100%，把充电式电池20充饱。在一实施例中，当充电电流Iaffi低于或等于主充电恒电流Iwk的10%时，如同图4的时间t-所发生的，充电器60认定充电式电池20已经充饱，所以结束了 CV充电模式，且使充电用的恒电压跟可充电式电池20分离，充电电流Iqk变为O。
[0048]图5显不,在一实施例中相关于图4中补充充电时段Tsup的信号，由上而下，分别显示电池电压Vbat以及开路电压Vrev、充电电流I.以及取样信号SSAmE。如图5所示，主充电时段Tltre结束在电池电压Vbat大于等于目标电压Vtak时,然后补充充电时段Tsup开始。
[0049]补充充电时段TSUP_由一个缓和时段(relax time per1d) ΤΚΕ?以及至少一个脉冲充电时段(pulse charge time per1d)所构成。在图5的例子中，补充充电时段Tsup有一缓和时段TKa以及两个脉冲充电时段Tpf1与Tas_2。每个脉冲充电时段包含有一强灌时段Tfec以及一缓和时段TKEL。
[0050]在每一强灌时段Tfk。,充电器60以补充恒电流Isup对充电式电池20强制充电。在图5中，两个强灌时段Tfi^1与Τ._2中的补充恒电流Isum与补充恒电流ISUP_2都一样等于主充电恒电流I.。但本发明并不限于此。在其他实施例中，补充恒电流Isup可以随着强灌时段的改变，而成为另一不同的恒电流。强灌时段TFK。的长度，也不限于如同图5中一样，需要在每个脉冲充电时段中都一样。在另一实施例中，比较晚出现的强灌时段Tfk比较短。强灌时段Tfk结束时，补充恒电流Isup跟充电式电池20分离。
[0051]缓和时段TKa接续在每个主充电时段Tsuk或是强灌时段TFK。结束时。如同图5所示，每个缓和时段Ti中，充电电流Iaffi大致固定为0A，使充电式电池20为开路状态。因为充电式电池20中电容24的放电效应，电池电压Vbat以及开路电压Vqct将随着时间彼此逼近。取样时段Tsampu5发生在缓和时段Tke1j开始后的一预定等待时间(wait time) Twaito如同图5所示，只要等待时间Twait足够长，在取样时段TSAmE中的电池电压Vbat以及开路电压Vrev就会大约彼此相等。因此，充电器60在取样信号Ssami^e所定义的取样时段Tsam^e,检测开路电压Vrev。在图5中，等待时间Twait在每个缓和时段T.中都有一样的时间长度，但本发明并不限于此。在另一个实施例中，比较晚出现的缓和时段T.有比较长的等待时间TWAIT。
[0052]在图5中脉冲充电时段TPIjS_2的取样时段Tsampu5,电池电压Vbat以及开路电压Vrev已经高于等于目标电压VTAK，因此，补充充电时段Tsup终止，CV充电模式开始。
[0053]图6A以及图6B分别显示，在另二实施例中相关于图4中补充充电时段Tsup的充电电流I?。
[0054]图6A显示每个补充恒电流Isup都一样，但比较晚出现的强灌时段Tfkc比较短。举例来说，每个缓和时段Ti中所检测到的开路电压Vrev可以决定之后的强灌时段TFK。长度。越高的开路电压Vrev，后续的强灌时段Tfk以及补充充电时段!^卜就越短。因为开路电压Vqct基本上随着充电时间而增高，所以稍后的强灌时段Tfk就越短。这样比较可以容易避免电池过充的情形发生。
[0055]图6B显示每个强灌时段Tfkc都一样长，但比较晚出现的补充恒电流Isup比较短。在图6中，第一个脉冲充电时段Tpt1中的补充恒电流Isup高于主充电恒电流Ι?Κ。举例来说，每个缓和时段TKa中所检测到的开路电压Vrev可以决定之后的补充恒电流Isup大小。越高且越接近目标电压Vtak的开路电压后续的强灌时段Tfk中的补充恒电流Isup就越小。这样也可以避免电池过充的情形发生。
[0056]在另一个实施例中，每个缓和时段TKa中所检测到的开路电压Vrev可以一起决定之后的补充恒电流Isup大小与强灌时段Tfk长度。
[0057]与图2的实施例比较可以发现，依据本发明所实施的图4在CC充电模式的末端增加了补充充电时段Tsup。只要适当的选择补充充电时段Tsup中的补充恒电流Isup大小与强灌时段Tfkc长度，CV充电模式就可以在很短的时间内，把充电式电池充到饱。相较于已知技术，依据本发明所实施的一充电器可以享有比较短的充电时间。
[0058]以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种充电方法，适用于对一可充电式电池充电，包含有: 在一充电时段，提供一;I'M电流，对该可充电式电池充电； 在该充电时段结束后，将该恒电流与该可充电式电池分离一缓和时段； 在一取样时段，测量该可充电式电池的一开路电压，该取样时段发生在该缓和时段开始后的一预定等待时间； 比较该开路电压与一目标电压；以及 当该开路电压低于或等于该目标电压时，提供一补充恒电流，在一补充充电时段，对该可充电式电池充电。
2.如权利要求1所述的充电方法，还包含有: 当该开路电压高于或等于该目标电压时，提供一恒电压，对该可充电式电池充电，其中，该恒电压大约等于该目标电压。
3.如权利要求2所述的充电方法，还包含有: 当该恒电压耦接到该可充电式电池时，测量对该可充电式电池的一充电电流； 当该充电电流小于一预设值时，将该恒电压与该可充电式电池分离。
4.如权利要求1所述的充电方法，还包含有: 依据该开路电压，估计该补充恒电流； 其中，该补充充电时段长度为一预设固定值。
5.如权利要求1所述的充电方法，还包含有: 依据该开路电压，估计该补充充电时段； 其中，该补充恒电流等于该恒电流。
6.如权利要求1所述的充电方法，其中，该充电时段结束于当该可充电式电池的一电池电压高于或是等于一初级目标电压。
7.如权利要求6所述的充电方法，其中，该初级目标电压等于该目标电压。
8.如权利要求6所述的充电方法，还包含有: 在该充电时段之前的一预充时段，提供一预充恒电流，对该充电式电池充电； 其中，该预充时段结束于该可充电式电池的一电池电压高于或是等于一过低电压；以及 过低电压小于该初级目标电压。
9.如权利要求1所述的充电方法，还包含有: 在数个强灌时段，分别提供数个补充恒电流，对该可充电式电池充电；以及 在每个强灌时段结束时，将所述补充恒电流其中之一与该可充电式电池分离；
10.如权利要求9所述的充电方法，其中，一缓和时间从每次补充充电时段结束时开始，该取样时段发生在该缓和时段开始后的该预定等待时间，该充电方法还包含有: 在于该取样时段，测量该可充电式电池的该开路电压。
11.一种充电方法，适用于对可充电式电池充电，包含有: 提供一预充恒电流，持续对该充电式电池充电，直到该可充电式电池的一电池电压高于或是等于一预充电压； 在该电池电压高于或是等于该预充电压后，提供一恒电流，持续对该充电式电池充电，直到该电池电压高于或是等于一初级目标电压； 在该充电时段结束时，将该恒电流与该可充电式电池分离一缓和时段； 在一取样时段，测量该可充电式电池的一开路电压，该取样时段发生在该缓和时段开始后的一预定等待时间； 比较该开路电压与一目标电压；以及 当该开路电压低于或等于该目标电压时，提供一补充恒电流，在一补充充电时段，对该可充电式电池充电。
【文档编号】H01M10/44GK104347903SQ201310341989
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】姚宇桐, 洪宗良 申请人:通嘉科技股份有限公司