智能电池装置及充电方法与流程

本发明涉及充电技术，特别是一种电池装置及充电方法。

背景技术：

电池装置可用以提供电能，而常见于各式电子装置之中。近年来，随着技术演进与节能减碳的意识的抬头，更有厂商将电池装置应用到了电动载具(例如，电动汽车、电动机车)上。而应用电池装置作为驱动能源的电动载具因可降低废气排放并改善空气污染问题，使得其运量数量逐年增加。

一般而言，电池装置都有其合适的操作温度范围，且极高温与极低温都不利于电池装置的操作。特别的是，当电池装置在低温环境下时，电池装置的电容量会降低。并且，电池装置在低温环境下有时甚至充不进去电。此外，在低温环境下且电池装置又处于重载时，电池装置的续航力更是大幅下降。

技术实现要素：

在一实施例中，一种电池装置包含电池单元、温度感测单元、加热系统与处理单元。温度感测单元用以感测电池单元的电池温度。加热系统用以对电池单元进行加热。处理单元用以利用充电电流对电池单元进行充电，并利用温度感测单元取得电池温度，且处理单元判断电池温度是否小于第一预设温度。当处理单元判断电池温度小于第一预设温度时，处理单元确认电池单元的当前电容量是否小于预设电容量。并且，当处理单元确认当前电容量小于预设电容量时，处理单元致能加热系统以提升电池温度。

在一实施例中，一种充电方法包含：利用充电电流对电池单元；取得电池单元的电池温度；判断电池温度是否小于第一预设温度；当电池温度小于第一预设温度时，确认电池单元的当前电容量是否小于预设电容量；及当当前电容量小于预设电容量时，致能加热系统以提升电池单元的电池温度。

附图说明

图1为电池装置的一实施例的概要方块示意图。

图2为充电方法的一实施例的流程图。

【符号说明】

100电池装置

110电池单元

120温度感测单元

121第一温度感测模块

122第二温度感测模块

130加热系统

131储能单元

132加热单元

133放电开关

134充电开关

140处理单元

150充电开关

batt+电池正端

batt-电池负端

c1当前电容量

i1充电电流

i2放电电流

p1信号传输端

t1电池温度

s201～s211步骤

具体实施方式

为使本发明的实施例的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文配合附图，作详细说明如下。

必须了解的是，使用于本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用以表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件和/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件、组件，或以上的任意组合。

“第一”、“第二”等词是用来修饰元件，并非用来表示之间优先顺序或先行关系，而仅用来区别具有相同名字的元件。

图1为电池装置的一实施例的概要方块示意图。请参阅图1，电池装置100可用以存储电能并且可提供所储的电能给其耦接的受电装置(图未示)。在一些实施例中，受电装置可为需要以电能致动的各式电子装置。于此，受电装置特别可为电动车，且电池装置100为可装设在电动车中的电池。

电池装置100包含电池单元110、温度感测单元120、加热系统130以及处理单元140。其中，处理单元140耦接在电池单元110、温度感测单元120与加热系统130。

电池单元110用以提供电能。在一些实施例中，电池单元110可为一或多个电池芯通过串联和/或并联方式组成。在一些实施例中，电池单元可为锂电池、镍氢电池、铅密电池，或任何其他适用的可充电式电池。

温度感测单元120用以感测电池单元110的电池温度t1，并且可将电池温度t1回报给处理单元140。在一些实施例中，温度感测单元120可内嵌在电池单元110的壳体中，且此时温度感测单元120所感测到的电池温度t1为电池单元110的内部温度。

在另一些实施例中，温度感测单元120也可邻设在电池单元110的壳体外，且此时温度感测单元120所感测到的电池温度t1为环境温度。但本发明并非以此为限。在又一些实施例中，温度感测单元120可还包含第一温度感测模块121与第二温度感测模块122。第一温度感测模块121内嵌在电池单元110的壳体中以感测电池单元110的内部温度，且第二温度感测模块122邻设在电池单元110的壳体外以感测电池单元110外的环境温度。

在一些实施例中，温度感测单元120可以正温度系数(ptc)热敏电阻、负温度系数(ntc)热敏电阻、温度感测芯片或其他任何适用的温度感测元件来实现。

加热系统130邻设在电池单元110，并且加热系统130可在需要提升电池单元110的电池温度t1时对电池单元110进行加热。

处理单元140可在检测到充电信号时执行本发明任一实施例的充电方法，以对电池单元110进行充电。在一些实施例中，充电信号可为充电电流i1。例如，处理单元140可在检测到有充电电流i1经由电池装置100的电池正端batt+输入时开始执行本发明任一实施例的充电方法。但本发明并非以此为限。在另一些实施例中，充电信号可为供电源(图未示)所发出的一个交握请求信号，并且处理单元140可在经由耦接至供电源的信号传输端p1回复此交握请求信号后开始执行本发明任一实施例的充电方法。其中，供电源可在接收到回复后输出充电电流i1至电池装置100的电池正端batt+。

在一些实施例中，处理单元140可以系统单芯片(soc)、中央处理器(cpu)、微控制器(mcu)、特殊应用集成电路(asic)、应用处理器(applicationprocessor，ap)、或数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)等来实现。此外，供电源可为充电桩。

图2为充电方法的一实施例的流程图。请参阅图1与图2，在充电方法的一实施例中，电池装置100的处理单元140可利用充电电流i1对电池单元110进行充电(步骤s201)，并且通过温度感测单元120来取得电池单元110的电池温度t1(步骤s202)。其中，温度感测单元120可为内嵌在电池单元110的壳体中的第一温度感测模块121或邻设在电池单元110的壳体外的第二温度感测模块122。

在步骤s201的一实施例中，电池装置100可还包含充电开关150，且充电开关150耦接在电池正端batt+与电池单元110的正极端之间。于此，处理单元140可藉由导通充电开关150来建立电池正端batt+至电池单元110的正极端之间的电性连接路径，使得充电电流i1可经由电池正端batt+流至电池单元110的正极端，以对电池单元110进行充电。在一些实施例中，充电开关150可以场效应晶体管(fet)来实现。

在一些实施例中，电池单元110的充电温度范围可大致上介于摄氏0度至摄氏60度之间。由于电池温度t1会影响到电池单元110的充放电表现，因此，处理单元140可先执行步骤s202，以在取得电池温度t1后，再根据电池温度t1的高低来要求供电源提供相应的充放电率(crate)的充电电流i1给电池装置100进行充电。但本发明并非以此为限，处理单元140也可先以供电源所输出的充电电流i1对电池单元110进行充电后，再根据步骤s202所得的电池温度t1去请求供电源改输出相应的充放电率的充电电流i1。

举例而言，由于电池单元110在低温(例如摄氏0度到5度)中以高充放电率(例如1c)的充电电流i1进行充电的话容易出现短路现象，因此，此时处理单元140可要求供电源提供低充放电率的充电电流i1，例如0.5c的充电电流i1。若电池单元110的电池温度t1介于摄氏5度至10度时，此时处理单元140可要求供电源提供0.7c的充电电流i1。若电池单元110的电池温度t1介于摄氏10度至45时，此时处理单元140可要求供电源提供1c的充电电流i1。并且，若电池单元110的电池温度t1介于摄氏45度至60时，由于电池单元110在高温中以高充放电率的充电电流i1容易短寿，故此时处理单元140可要求供电源提供0.7c的充电电流i1。

在充电方法的一实施例中，处理单元140在取得电池温度t1后可将电池温度t1与第一预设温度进行比较，以判断电池温度t1是否小于第一预设温度(步骤s203)。于此，第一预设温度可为电池单元110可正常操作的一个温度阈值。在一些实施例中，第一预设温度可大致上介于摄氏5度至10度之间。例如，处理单元140可以摄氏5度作为第一预设温度。

当处理单元140判断电池温度t1大于或等于第一预设温度时，表示电池单元110应可正常操作，此时处理单元140可以一第一值设定为电池单元110的充饱电容量(fcc)(步骤s204)。在一些实施例中，第一值可为电池单元110的预设充饱电容量。以相对电荷状态(relativestate-of-charge，rsoc)来表示第一值时，第一值可例如为100％。

在一些实施例中，处理单元140在执行步骤s204之后可更返回至步骤s202，以持续追踪电池温度t1。

当处理单元140判断电池温度t1小于第一预设温度时，表示电池单元110处于低温状态中，此时处理单元140可更进一步去确认电池单元110的当前电容量c1是否小于预设电容量(步骤s205)，以判断电池单元110是否仍具有足够多的电量，并且处理单元140可根据步骤s205的确认结果来执行后续的步骤。

在步骤s205的一实施例中，处理单元140可通过开路电压法(ocv)、库仑计量法等去计算出电池单元110的当前电容量c1。在一些实施例中，以相对电荷状态来表示预设电容量时，预设电容量可例如为30％。

当处理单元140在步骤s205的确认结果为当前电容量c1小于预设电容量时，表示电池单元110处于低温状态中且此时所具有的电量不算多，因此，处理单元140可致能加热系统130对电池单元110进行加热(步骤s206)，以藉由提升电池单元110的电池温度t1来使得电池单元110的充电表现可有所改善。例如，在电池单元110的电池温度t1提升后，电池单元110的电池容量也可提升而可充进更多电量。又例如，在电池单元110的电池温度t1提升后，处理单元140可要求供电源提供较高充放电率的充电电流i1，以缩短充电时间。

在步骤s206的一实施例中，加热系统130可包含储能单元131、加热单元132以及放电开关133。储能单元131并联耦接在加热单元132，且放电开关133耦接在储能单元131与加热单元132之间。储能单元131用以存储能量。加热单元132邻设在电池单元110附近，并用以对电池单元110进行加热。

在此，处理单元140可通过导通放电开关133来致能加热系统130。放电开关133受控于处理单元140，且在导通后可建立(导通)储能单元131和加热单元132之间的电性连接，使得储能单元131可经由放电开关133向加热单元132提供能量，以致使加热单元132可根据储能单元131所提供的能量来产生热能以提升电池单元110的电池温度t1。

在步骤s206的另一实施例中，处理单元140除致能加热系统130以提升电池单元110的电池温度t1外，处理单元140更可输出一降效能信号给受电装置，以致使受电装置可藉由降低其操作效能来提升电池装置100的续航力。举例而言，当耦接在电池装置100的受电装置为电动汽车时，电动汽车可因收到处理单元140所发送的降效能信号而开始限制其最大行驶速率，如从200公里/小时降低至160公里/小时。

在一些实施例中，加热系统130可还包含充电开关134。充电开关134耦接在充电开关150与储能单元131之间。充电开关134受控于处理单元140，且处理单元140可藉由导通充电开关134来补充储能单元131的能量。于此，在处理单元140导通充电开关134时，充电开关134可建立充电开关150至储能单元131之间的电性连接，使得经由充电开关150输入的充电电流i1也可经由充电开关134对储能单元131进行充电。

在一实施例中，处理单元140在导通充电开关134时，会禁能放电开关133。并且，处理单元140在导通放电开关133时，会禁能充电开关134。

在一些实施例中，储能单元131可以具有极短充电时间且低温工作性能良好的超级电容来实现，但本发明并非以此为限，储能单元131可为任何适用以储能与释能的元件。加热单元110可为液冷加热模块，其利用液体(例如，水、油等)冷却电池单元110并且也可通过加热液体来对电池单元110进行加热。但本发明并非以此为限，加热单元110也可为气体加热模块、电热膜片加热模块或其他任何适用的加热模块。此外，放电开关133、充电开关134与充电开关150可利用场效应晶体管来实现。

在充电方法的一实施例中，在执行步骤s206之后，处理单元140可再次取得电池单元110的当前电容量c1，以确认此时的当前电容量c1是否大于最低电容量(步骤s207)。在一些实施例中，以相对电荷状态来表示最低电容量时，最低电容量可为0％，但本发明并非以此为限，最低电容量可根据各厂商的设定而定。

当处理单元140在步骤s207的确认结果为当前电容量c1大于最低电容量时，处理单元140可返回执行步骤s202，以重新取得电池温度t1并续行后续步骤。而当处理单元140在步骤s207的确认结果为当前电容量c1小于或等于最低电容量时，处理单元140可致使电池单元110进入关机(shutdown)模式(步骤s208)。于此，关机模式是指关闭电池单元110的充放电功能。

在充电方法的一实施例中，当处理单元140在步骤s205的确认结果为当前电容量c1大于或等于预设电容量时，处理单元140可更进一步地去确认电池单元110的放电电流i2是否大于预设放电电流(步骤s209)，以藉此得知电池装置100的负载状况。在一些实施例中，预设放电电流可为0.5c。

在步骤s209的一实施例中，电池装置100可还包含电池负端batt-以及电流感测单元160。电池负端batt-用以与受电装置的相应引脚相接。电流感测单元160耦接在电池单元110的负极端和电池负端batt-之间，且电流感测单元160可用以感测电池单元110经由电池负端batt-输出的放电电流i2的大小。在一些实施例中，电流感测单元160可为感测电阻，且处理单元140可藉由测量感测电阻上的电压得到放电电流i2的大小，但本发明并非以此为限，电流感测单元160可以任何适用的电流感测计来实现。

当处理单元140在步骤s209的确认结果为放电电流i2小于或等于预设放电电流时，表示电池装置100处于轻载且仍具有足够多的电量(因步骤s205的确认结果为大于预设电容量)，因此处理单元140可以预设的第一值设定为电池单元110的充饱电容量(即，执行步骤s204)。

而当处理单元140在步骤s209的确认结果为放电电流i2大于预设放电电流时，表示电池装置100处于重载，此时处理单元140则以大于第一值的一第二值设定为电池单元110的充饱电容量(步骤s210)，以补偿电池单元110的容量损失。在一些实施例中，以相对电荷状态来表示第二值时，第二值可例如为110％。

在充电方法的一实施例中，处理单元140在步骤s210的执行后可重新取得电池单元110的电池温度t1，以确认电池温度t1是否大于第二预设温度(步骤s211)。其中，第二预设温度大于第一预设温度。在一些实施例中，第二预设温度可为摄氏10度。

当处理单元140在步骤s211的确认结果为电池温度t1大于第二预设温度时，处理单元140可执行步骤s204，而改以第一值设定为电池单元110的充饱电容量。

而当处理单元140在步骤s211的确认结果为电池温度t1小于或等于第二预设温度时，处理单元140则返回执行步骤s205，以重新确认电池单元110的当前电容量c1。

综上所述，本发明的实施例提供一种电池装置与充电方法，其在电池温度低于第一预设温度且当前电池容量小于预设电容量时，藉由加热系统来提升电池温度，以改善电池单元在低温状态中的充电表现。此外，本发明的实施例的电池装置与充电方法更在电池温度低于第一预设温度且处于重载时，提升电池单元的充饱电容量，以藉此补偿电池单元的容量损失。

本发明的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。