充电电池的充电控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种充电电池的充电控制方法，尤其涉及一种利用平衡电路与充电电流调整措施来使充电电池的各电芯可以均匀充电的充电控制方法。
【背景技术】
[0002]传统的充电电池在进行充电时是依序以预充模式、快充模式以及定电压模式等三种模式进行充电。首先进行预充模式时，以低电流的方式对充电电池的各电芯进行充电，当每个电芯的电压都达到第一转态电压时，进入快充模式并改以大电流的方式对各电芯充电，直到其中一个电芯的电压达到第二转态电压时进入定电压模式，再以定电压的方式对各电芯进行充电。
[0003]传统的充电电池在制造过程中，虽然会预先筛选电芯再进行组装，然而，电芯的特性，特别是内电阻是很难控制到完全相同。现有的充电方法很容易导致各电芯之间的电压差值有离群的现象，使各电芯之间的电压差值越变越大。如此一来，将导致电池在充电时，会有部分电芯先充饱，其他电芯却没有充饱，让使用者无法有效地利用电池所有的电容量。此外，当电池充电次数持续增多，该现象将更为明显。
[0004]台湾第1343141号专利公开了一种电池的充电方法，请参考其附图5。该专利是先以第一预设电流Il进行定电流充电，并检测电池模块的各个电芯并联组的电压。之后，当其中一个电芯并联组达到第一预设电压值Vl时，调降上述电芯并联组的电流至第二预设电流12，并且在该电芯并联组又回到第一预设电压值Vl时，即判断电芯并联组的电力已几近充饱。然而，上述专利并没有说明如何调降达到第一预设电压值Vl的电芯并联组的电流。
[0005]另外，中国专利CN103532191A号中也公开了一种充电方法，请参考其附图1。其中，第一电池组与第二电池组呈并联关系，并且都经由开关电源而连接到电源5。此外，该专利使用电压检测装置来检测第一电池组和第二电池组的电压值，当两者的电压差值过大时，充电处理器将调整充电电流，使具有较低电压的电池组的充电电流大于具有较高电压的电池组的充电电流。
[0006]上述专利主要是针对并联连接的电池组，并没有针对串联连接的电池组的充电方式提供任何技术方案。
【发明内容】
[0007]相较于现有技术，本发明提供了一种崭新的充电电池的充电控制方法，可以在快充模式下进行充电时降低串联的各电芯之间的电压差值。
[0008]为了达成上述目的，本发明提供了一种充电电池的充电控制方法，其在快充模式下，包含有以下步骤:步骤a)对充电电池进行充电，充电电池的内部包含有多个串联连接的电芯，各个电芯分别对应地连接有平衡电路，该平衡电路可以在闭路状态与开路状态之间切换，并在该闭路状态时消耗与其连接的电芯的电能；步骤b)测量各个电芯的电压值；以及步骤C)判断电芯的电压值中的最大电压值与最小电压值的差值是否小于临界值，若判断结果为是，则将各平衡电路控制为开路状态并回到步骤b)，反之则将与具有最大电压值的电芯对应的平衡电路控制为闭路状态，而使其他平衡电路为开路状态，并将充电电流的电流值调整为等于上述最大电压值除以平衡电路的电阻值所得的计算值。
[0009]由此，在快充模式的充电过程中，若发现各电芯之间电压的差值过大，即可对平衡电路进行控制而使具有最大电压值的电芯的电压维持为固定值，并使其他电芯继续充电且电压值持续增加，进而控制所有电芯电压的差值在临界值内，使电芯在充电过程能够均衡的完成充电。
[0010]本发明的充电控制方法具有至少以下二个优点:
[0011]优点1:电芯串联型的充电电池多半设置有平衡电路，用来避免部分电芯在充电过程中过度充电的问题。本发明的充电控制方法利用已有的平衡电路来降低各电芯之间的电压差值，不需要额外增添其他硬件，因此不会增加硬件成本。
[0012]优点2:本发明的充电控制方法可以使各电芯都均衡地达到深度充电，不只可以延长充电电池的使用时间，更可维护充电电池的寿命。
【附图说明】
[0013]图1是本发明较佳实施例的电池充电模块的硬件结构的示意图。
[0014]图2a是本发明较佳实施例的步骤流程图。
[0015]图2b是接续图2a的步骤流程图。
[0016]图2c是接续图2a的步骤流程图。
[0017]图3是本发明较佳实施例的充电电池在充电时，充电电流与电芯电压对时间的变化图。
[0018]图4是对照组的充电电池在充电时，充电电流与电芯电压对时间的变化图。
[0019](符号说明)
[0020]I 电池充电模块 10充电电池
[0021]12 平衡电路121开关
[0022]122 消耗电阻13第一电芯
[0023]14 第二电芯AV差值
[0024]20 微控制器30充电器
[0025]I 预充模式II快充模式
[0026]III 定电压模式S1.1-1.18步骤
[0027]Tl 第一转态电压 T2第二转态电压
【具体实施方式】
[0028]为了能更了解本发明之特点所在，本发明提供了一个较佳实施例并结合【附图说明】如下，请参考图1至图4。在以下的实施例中相同或类似的部件将使用相同的部件符号，以方便辨识。
[0029]本说明书中所谓的充电电池10，至少可以是(但不限于)锂电池、镍氢电池、铅酸电池中的任一种。
[0030]请首先参考图1电池充电模块的硬件结构示意图，电池充电模块I包含有充电电池10、微控制器20、以及充电器30。其中，充电电池10包含有两个串联连接的第一电芯13和第二电芯14，第一电芯13和第二电芯14都对应连接有平衡电路12。本实施例的平衡电路12包含有一个开关121和一个消耗电阻122，第一电芯13和第二电芯14的正电压端均耦接在与其对应的平衡电路12的开关121的一端，并且消耗电阻122的两端分别连接开关121的另一端以及第一电芯13和第二电芯14的负电压端，因此，平衡电路12的电阻值实质等于消耗电阻122的电阻值。须说明的是，充电电池10的电芯的数量可以是两个以上，不限于本实施例。
[0031]微控制器20包含有通用型输入输出(GP1)来执行信号的输入与输出，并经由例如模拟数字转换器(ADC)接口而分别与第一电芯13的正电压端和负电压端以及第二电芯14的正电压端和负电压端电性连接，用于测量第一电芯13和第二电芯14的电压值。此外，微控制器20经由例如内部整合电路(I2C)或序列周边接口(SPI)而与充电器30连接，并向充电器30提供控制命令以对其进行控制。另一方面，微控制器20通过上述通用型输出输入(GP1)接口而控制各平衡电路12的开关121，通过控制开关121的导通与否，从而控制平衡电路12在闭路状态与开路状态之间进行切换。
[0032]充电器30受到微控制器20控制而供电给充电电池10的第一电芯13和第二电芯14，并且能够进行预充模式、快充模式以及定电压模式。
[0033]本实施例的硬件结构已说明完毕，以下将详细说明充电电池的充电控制方法的各个步骤，请参考图2a至图3。
[0034]请首先参考图2a和图3。在步骤S1.1中，充电电池10开始进行充电，此时，本实施例第一电芯13和第二电芯14的电压值均低于第一转态电压Tl (参考图3)，使充电器30在预充模式I下以例如0.1安培的充电电流进行充电(步骤S1.2)。
[0035]之后执行步骤S1.3，微控制器20测量第一电芯13和第二电芯14的电压值，并执行步骤S1.4，判断第一电芯13和第二电芯14的电压值是否都达到或超过第一转态电压Tl，若判断结果为是，微控制器20将控制充电器30改以快充模式II进行充电(步骤S1.5)。反之则回到步骤S1.2，维持以预充模式I的方式进行充电。
[0036]在快充模式II中，充电器30将加大充电电流的电流值(例如I安培)来对第一电芯13和第二电芯14进行充电。之后进入步骤S1.6，微控制器20测量第一电芯13和第二电芯14的电压值，并进入步骤S1.7判断是否有任何一个电芯的电压值到达第二转态电压T2，若判断结果为是，则进入步骤S1.12，反之则进入步骤S1.8。
[0037]在步骤1.8中，微控