專利名稱：快速電池充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池充電器，特別是有關(guān)于一種可以快速對(duì)鋰電池進(jìn)行充電之充電器及其充電方法。
背景技術(shù)：
由于以磷酸鋰鐵LiFeP04作為正級(jí)材料的鋰電池在材料穩(wěn)定性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般3C產(chǎn)品使用的鋰電池鋰鈷正極層狀材料，使得采用LiFeP04正極材料的鋰電池，在過(guò)充電或大電流通過(guò)時(shí)，不至于有爆炸的危險(xiǎn)，故安全性能有了很大提高。另外，更由于材料來(lái)源充分，成本低且完全無(wú)毒，再加上放電功率高、Cycle life長(zhǎng)且無(wú)記憶效益，故己成為3C產(chǎn)品或是動(dòng)力裝置主要的電池。
鋰電池為一種二次電池，故可重復(fù)進(jìn)行充電，而一般電池充電可分為三個(gè)階段
第一階段此階段若以大電流對(duì)電池充電，將造成電池電壓急速上升，電池?zé)o法完全吸收此電流，無(wú)法吸收之能量將會(huì)損失于電池內(nèi)阻，造成電池溫度上升。為了避免損失所造成的低充電效率，本階段宜采用小電流充電。
第二階段此階段適合用大電流充電，故可達(dá)到快速充電。第三階段此階段由于電池已接近飽和，為了避免電池因大電流充電
造成傷害，因此以定電壓或小電流充電，其目的在于將電池電壓保持在飽
和狀態(tài)。當(dāng)電池以上述三個(gè)階段進(jìn)行充電時(shí)，需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間才能完成充電；因此，當(dāng)電池的容量愈大時(shí)，其充電的時(shí)間就相對(duì)地更久。為此，本發(fā)明提供一種新的電池充電器及其充電之方法，可以直接對(duì)電池進(jìn)行大電流的快速充電。故可以很快地完成電池之充電。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的發(fā)明背景中，為了符合產(chǎn)業(yè)上某些利益的需求，本發(fā)明的一主要目的是提供一種可以直接對(duì)電池進(jìn)行大電流的快速充電的充電器，可以電池之縮短充電時(shí)間。
本發(fā)明的另一主要目的在提供一種可以直接對(duì)電池進(jìn)行大電流的快速充電的充電方法，可以電池之縮短充電時(shí)間。
本發(fā)明的再一主要目的是提供一種可以直接對(duì)電池進(jìn)行大電流的快速充電的充電器，可以通過(guò)放電過(guò)程，將電池放電至適當(dāng)?shù)碾妷?，可以使電子產(chǎn)品具有較佳的使用壽命。
依據(jù)上述的目的，本發(fā)明首先提供一種鋰電池充電器，包括 一電源供應(yīng)器，用以提供一電壓及一電流； 一控制器，與電源供應(yīng)器連接，用以執(zhí)行快速充電及放電之程序； 一電壓檢測(cè)裝置，是與控制器連接； 一電流檢測(cè)裝置，是與電源供應(yīng)器及控制器連接；至少一開(kāi)關(guān)裝置，是與電源供應(yīng)器及控制器連接；至少一放電電路，是與開(kāi)關(guān)裝置連接；以及至少一電池充電區(qū)，是與該電壓檢測(cè)裝置、該電流檢測(cè)裝置、該開(kāi)關(guān)裝置及該放電電路連接。
本發(fā)明接著再提供一種電池快速充電的方法，包括提供 一 充電器，其上配置至少一電池充電區(qū)用以容納電池；執(zhí)行電池充電，是對(duì)電池進(jìn)行快速充電；檢測(cè)電池充電電壓，當(dāng)電池的充電電壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)，改變充電方式；檢測(cè)電池充電電流，當(dāng)電池之充電電流小于一設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行電池放電；及檢測(cè)電池放電電壓，當(dāng)電池的放電電壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)，
6停止該電池之充電。


圖l是本發(fā)明之充電器之功能方塊示意圖2是本發(fā)明之充電器之充電流程第3圖是本發(fā)明之充電器之另一實(shí)施例之示意圖4是本發(fā)明之充電器之再一實(shí)施例之示意圖；及
圖5是本發(fā)明之充電器之另一實(shí)施例之示意圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明
10 電源供應(yīng)器
20 控制器
21 穩(wěn)壓裝置
30 電壓檢測(cè)裝置
40 電流檢測(cè)裝置
50A; 50B 開(kāi)關(guān)裝置
60A; 60B 放電電路
70A; 70B 電池充電區(qū)
80A; 80B 脈沖寬度調(diào)變裝置
300控制器
400外殼
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向?yàn)橐环N快速對(duì)磷酸鋰鐵電池進(jìn)行充電之充電裝置及其充電方法。為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于鋰電池進(jìn)行充電之技藝者所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。另一方面，眾所周知的充電過(guò)程或步驟并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實(shí)施例會(huì)詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其它的實(shí)施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以之后的專利范圍為準(zhǔn)。
如前所述，目前的磷酸鋰鐵鋰電池在過(guò)充電或大電流通過(guò)時(shí)，不會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)，其安全性能已經(jīng)大幅的提高，故可以不需經(jīng)過(guò)三階段或是更復(fù)雜的充電過(guò)程，而可以直接以大電流進(jìn)行鋰電池的充電。然而，使用大電流進(jìn)行電池的充電后，往往會(huì)將電池充電至較高電壓情形發(fā)生，例如
將一 A123電池快速的充電至4V，但是一般使用A123電池的產(chǎn)品(如3C產(chǎn)品)，其所需的電壓為3.4土0. IV，很明顯地，4V的電壓會(huì)對(duì)這些3C產(chǎn)品產(chǎn)生破壞，而導(dǎo)致3C產(chǎn)品壽命降低或是直接燒毀。基此實(shí)施狀況，當(dāng)鋰電池選擇以大電流快速充電后，還必須將電池的電壓降至所需的電壓后
(例如放電至3.4V)，才能夠使用在產(chǎn)品上。
本發(fā)明提出一種快速鋰電池充電的充電器，如圖1所示，充電器主要由電源供應(yīng)器IO、控制器20、電壓檢測(cè)裝置30、電流檢測(cè)裝置40，開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)、放電電路(60A; 60B)及電池充電區(qū)(70A; 70B)所組成；其中電源供應(yīng)器10提供電源(包括電壓及電流)至控制器20，而電壓檢測(cè)裝置30與控制器20及電池充電區(qū)(70A; 70B)連接；電流檢測(cè)裝置40則與電源供應(yīng)器10、控制器20及電池充電區(qū)(70A; 70B)連接；開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)與電源供應(yīng)器IO、控制器20、電池充電區(qū)(70A;70B)及放電電路(60A; 60B)連接。
如圖1所示，當(dāng)電壓檢測(cè)裝置30或電流檢測(cè)裝置40檢測(cè)到電池充電區(qū)(70A; 70B)有電壓或電流或電阻存在時(shí)，則控制器20會(huì)判斷此時(shí)電池充電區(qū)(70A; 70B)中己經(jīng)有電池(未顯示于圖中)放入其中，因此，控制器20則會(huì)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)將電源供應(yīng)器IO與電池充電區(qū)
(70A; 70B)連接，以便對(duì)電池進(jìn)行快速充電。以A123電池為例來(lái)說(shuō)明
8時(shí)，其快速充電時(shí)可以選擇由電源供應(yīng)器10提供12V之定電流的充電模
式(CC-MODE)直接對(duì)電池充電區(qū)(70A; 70B)中的電池來(lái)充電，其充電電流可以選擇2C(或大于2C);此外，在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，在電源供應(yīng)器10與開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)之間可再配置脈沖寬度調(diào)變裝置P麗(80A; 80B)，并且脈沖寬度調(diào)變裝置P麗(80A; 80B)可以接受控制器20的指示，將電源供應(yīng)器10所提供的電壓值進(jìn)行分割至所要充電電壓值(或電流值)，例如要將A123電池快速充電至4V時(shí)，脈沖寬度調(diào)變裝置P麗(80A; 80B)可以將電源供應(yīng)器10所提供的12V切割成4V的脈沖對(duì)A123電池快速充電，用以控制A123電池被充電至4V，亦可用相同理論控制充電電流值。另外，可以進(jìn)一步于控制器20與電源供應(yīng)器10之間配置一穩(wěn)壓裝置21，以確保控制器20的工作電壓。
在進(jìn)行快速充電的過(guò)程中，電壓檢測(cè)裝置30及電流檢測(cè)裝置40會(huì)隨時(shí)對(duì)電池充電區(qū)(70A; 70B)中的電池充電狀況進(jìn)行檢測(cè)并將測(cè)得之結(jié)果傳送至控制器20中，當(dāng)電壓檢測(cè)裝置30檢測(cè)到電池已被充電至一設(shè)定的電壓時(shí)(例如將A123電池充電至4V)，則充電器中的控制器20會(huì)改變充電方式，例如改變成定電壓的充電模式(CV-MODE)來(lái)充電，并當(dāng)電流檢測(cè)裝置40檢測(cè)到電池的充電電流小于一個(gè)設(shè)定之電流時(shí)(例如充電電流小于1C/50; g卩10mA)，此時(shí)，充電器即會(huì)判斷電池已經(jīng)被充飽；因此，充電器中的控制器20會(huì)將開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)連接至放電電路(60A;60B)以進(jìn)行放電程序。在本發(fā)明中的開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)可以是M0SFET、CM0S、晶體管(BJT)或是任何可做出導(dǎo)通與截止動(dòng)作之組件；而在本發(fā)明中的放電電路(60A; 60B)可以電阻、電容及電阻或線性電流所構(gòu)成；另外，此時(shí)的放電電流可以選擇1C (亦可低于或高于此值)來(lái)執(zhí)行放電程序。接著，充電器中的控制器20依據(jù)電壓檢測(cè)裝置30的對(duì)電池放電檢測(cè)結(jié)果，來(lái)判斷電池的放電情形；當(dāng)電池的放電電壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)(例如將A123電池放電至3.4V)，則控制器20會(huì)將會(huì)開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)驅(qū)動(dòng)至待命狀態(tài)(STANDBY),使用充電器停止對(duì)電池的充電。
在此要強(qiáng)調(diào)，上述充電器的快速充電過(guò)程是以A123電池來(lái)說(shuō)明，然本發(fā)明的快速充電并不限制于A123電池。凡是使用在動(dòng)力工具的鋰電池或是使用在交通運(yùn)輸工具的鋰電池等，都可以適用本發(fā)明所揭露的快速充電器來(lái)進(jìn)行電池的充電。而本發(fā)明在以2C充電電流的模式下，其可以較沒(méi)有放電電路的充電器縮短20%的充電時(shí)間。此外，在電池充電或放電的過(guò)程中，當(dāng)使用者將電池取出后，則控制器20會(huì)立即停止電池充電或放電的程序。
依據(jù)上述的充電器的操作過(guò)程，本發(fā)明接著提出一種快速對(duì)鋰電池充電的方法，如圖2所示。首先，提供一充電器，此充電器上配置至少一電池充電區(qū)(70A; 70B)用以容納電池；接著，如步驟110所示，充電器會(huì)去檢查電池充電區(qū)(70A; 70B)中是否己經(jīng)有電池放入，其檢查的方式可以通過(guò)檢測(cè)電池充電區(qū)(70A; 70B)是開(kāi)路(OPEN)或是已有電壓、電流或是有電阻值存在；當(dāng)充電器可以測(cè)到電壓、電流或是有電阻值存在時(shí)，即確定已經(jīng)有電池放入；接著，如步驟120所示，充電器中的控制器20可以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)將電池充電區(qū)(70A; 70B)與電源供應(yīng)器IO連接，以執(zhí)行電池的快速充電；若以A123電池為例來(lái)說(shuō)明時(shí)，其快速充電可以選擇定電流的充電模式(CC-MODE)來(lái)充電，其充電電流可以選擇2C(或大于2C);當(dāng)然，在實(shí)際的充電器設(shè)計(jì)上，當(dāng)充電器中的控制器20將電池充電區(qū)(70A; 70B)與電源供應(yīng)器10連接后，可以使充電器上的指示燈(例如紅色的LED)亮，以便能告知使用者，其所放入的電池已經(jīng)在進(jìn)行快速充電了；因此使用者可以在預(yù)估的充電時(shí)間后，使用已充滿并且具有適當(dāng)電壓的電池。
接著，如步驟130所示，在定電流充電的過(guò)程中，充電器中的控制器20會(huì)一直去檢測(cè)電池的充電狀況，例如使用電壓檢測(cè)裝置30去檢測(cè)電池的充電狀況；當(dāng)電壓檢測(cè)裝置30檢測(cè)到電池已被充電至一設(shè)定的電壓時(shí)
10(例如將A123電池充電至4V)，則充電器中的控制器20會(huì)改變充電方式，例如改變成定電壓的充電模式(CV-M0DE)來(lái)充電，如步驟140所示；然后，如步驟150所示，充電器中的控制器20會(huì)一直去檢測(cè)此時(shí)對(duì)電池的充電電流，例如使用電流檢測(cè)裝置40來(lái)檢測(cè)電池的充電電流；當(dāng)電流檢測(cè)裝置40檢測(cè)到電池的充電電流小于一個(gè)設(shè)定之電流時(shí)(例如充電電流小于lC/50;即10mA)，此時(shí)，控制器20即會(huì)判斷電池已經(jīng)被充飽，因此，充電器中的控制器20會(huì)將開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)切換至放電電路(60A;60B)，以進(jìn)行放電程序，如步驟160所示；以A123電池而言，此時(shí)的放電電流可以選出1C (亦可低于或高于此值)進(jìn)行放電。
再接著，充電器中的控制器20依據(jù)電壓檢測(cè)裝置30的檢測(cè)結(jié)果，來(lái)判斷電池的放電情形，如步驟170所示；當(dāng)電池的放電電壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)(例如將A123電池放電至3.4V)，則控制器20會(huì)將會(huì)開(kāi)關(guān)裝置(50A;50B)驅(qū)動(dòng)至待命狀態(tài)(ST認(rèn)DBY)，使充電器停止對(duì)電池的充電。而在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，當(dāng)電池的放電電壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)，控制器20其會(huì)先延遲一段時(shí)間，通常是幾秒鐘(例如1 5秒之間)，以便由電壓檢測(cè)裝置30再確認(rèn)電壓的變化在一定范圍內(nèi)，如步驟180所示；當(dāng)充電器中的控制器20確定放電電壓到達(dá)3. 4V后，隨即會(huì)切斷放電電路以完成
對(duì)電池的充電，如步驟190所示；同時(shí)將指示燈轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪活伾?，例?br> 綠色的LED，以便能告知使用者，其所放入的電池已經(jīng)快速充電完成，可以直接使用在3C產(chǎn)品上。
在此要強(qiáng)調(diào)，上述的快速充電方法是以A123電池來(lái)說(shuō)明，然本發(fā)明的快速充電方法并不限制于A123電池。舉凡，使用在動(dòng)力工具的鋰電池或是使用在交通運(yùn)輸工具的鋰電池等，都可以適用本發(fā)明所揭露之快速充電方法。而本發(fā)明在以2C充電電流的模式下，其可以較沒(méi)有放電電路的充電器縮短20 %的充電時(shí)間。
由于半導(dǎo)體制程的進(jìn)步，已經(jīng)可以設(shè)計(jì)出是統(tǒng)化的芯片，因此，在本發(fā)明的充電器中的控制器20可以將電壓檢測(cè)裝置30、電流檢測(cè)裝置40、穩(wěn)壓裝置21及脈沖寬度調(diào)變裝置P麗(80A; 80B)等整合在控制器300中，如第3圖所示。此外，開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)或是放電電路(60A;60B)可以選擇整合至控制器300中或是配置于控制器300之外的充電器之上，對(duì)此本發(fā)明并不加以限制。
接著，請(qǐng)參考圖4，是本發(fā)明的充電器的另一實(shí)施例。如圖4所示，充電器是將控制器300、開(kāi)關(guān)裝置(50A; 50B)、放電電路(60A; 60B)及電池充電區(qū)(70A; 70B)配置在一外殼400中，因此，當(dāng)電池放入外殼400的電池充電區(qū)(70A; 70B)后，并且再將分離的電源供應(yīng)器10與充電器連接后，充電器就會(huì)依據(jù)本發(fā)明所揭露的充電方法對(duì)電池充電。此外，也可以將電源供應(yīng)器10也一并配置于外殼400中，如圖5所示，故當(dāng)電池放入外殼400的電池充電區(qū)(70A; 70B)后，就可直接依據(jù)本發(fā)明所揭露的充電方法對(duì)電池充電。
顯然地，依照上面實(shí)施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權(quán)利要求項(xiàng)的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細(xì)的描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其它的實(shí)施例中施行。上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在下述申請(qǐng)專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種快速電池充電器，其特征在于包括一電源供應(yīng)器，用以提供一電壓及一電流；一控制器，與該電源供應(yīng)器連接，用以執(zhí)行快速充電及放電的程序；一電壓檢測(cè)裝置，是與該控制器連接；一電流檢測(cè)裝置，是與該電源供應(yīng)器及該控制器連接；至少一開(kāi)關(guān)裝置，是與該電源供應(yīng)器及該控制器連接；至少一放電電路，是與該開(kāi)關(guān)裝置連接；及至少一電池充電區(qū)，是與該電壓檢測(cè)裝置、該電流檢測(cè)裝置、該開(kāi)關(guān)裝置及該放電電路連接。
2. 如權(quán)利要求l所述的充電器，其特征在于，進(jìn)一步包括一穩(wěn)壓器， 該穩(wěn)壓器配置于該電源供應(yīng)器及該控制器之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的充電器，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一脈 沖寬度調(diào)變裝置，該脈沖寬度調(diào)變裝置配置于該電源供應(yīng)器及該開(kāi)關(guān)裝置 之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的充電器，其特征在于，該放電回路裝置從下 列組合中選出電阻、電容及電阻或線性電流。
5. —種電池快速充電之方法，其特征在于包括 提供一充電器，其上配置至少一電池充電區(qū)用以容納一電池； 執(zhí)行電池充電，對(duì)該電池進(jìn)行快速充電；檢測(cè)電池充電電壓，當(dāng)該電池的充電電壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)，改變充電 方式；檢測(cè)電池充電電流，當(dāng)電池的充電電流小于一設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行電池放 電；及檢測(cè)電池放電電壓，當(dāng)電池之放電電壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)，停止該電池的充電。
6. 如權(quán)利要求5所述的充電方法，其特征在于，當(dāng)該電池的充電電 壓到達(dá)一設(shè)定值時(shí)，則改由定電壓充電。
7. 如權(quán)利要求5所述的充電方法，其特征在于，當(dāng)該電池的充電電 流小于一設(shè)定值后，進(jìn)一步先延遲一段時(shí)間后，再進(jìn)行放電電壓的檢測(cè)。
8. —種鋰電池充電器，其特征在于包括 一電源供應(yīng)裝置，用以提供一電壓及一電流；一控制裝置，是與該電源供應(yīng)裝置連接，用以執(zhí)行快速充電及放電之 程序；及一放電回路裝置，其一端與該控制裝置連接，而另一端與一接地端連接。
9. 如權(quán)利要求8所述的充電器，其特征在于，該放電回路裝置從下 列組合中選出電阻、電容及電阻或線性電流。
10. —種電池充電器，其特征在于包括一電源供應(yīng)裝置，用以提供一電壓及一電流；一控制裝置，是與該電源供應(yīng)裝置連接，用以執(zhí)行快速充電及放電之 程序；一開(kāi)關(guān)裝置，其一端與該電源供應(yīng)裝置及該控制裝置，而另一端與一 電池充電區(qū)連接，并可接受該控制裝置的控制；及一放電回路裝置，其一端與該開(kāi)關(guān)裝置連接，而另一端與一接地端連接。
11. 如權(quán)利要求10所述的充電器，其特征在于，該開(kāi)關(guān)裝置從下列 組合中選出M0SFET、 CM0S及BJT。
12. —種電池充電器，其特征在于包括 一外殼，其上配置一電源供應(yīng)器及一電池充電區(qū)； 至少一鋰電池，是配置于該電池充電區(qū)中；一控制裝置，是配置于該外殼中并與該電源供應(yīng)器連接，用以執(zhí)行快 速充電及放電的程序；一開(kāi)關(guān)裝置，是配置于該外殼中，其一端與該控制裝置及該電池充電 區(qū)連接，并接受該控制裝置的控制；一放電回路裝置，配置于該外殼中，其一端與該開(kāi)關(guān)裝置連接，而另 一端與一接地端連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋰電池充電器，包括一電源供應(yīng)器，用以提供一電壓及一電流；一控制器，與電源供應(yīng)器連接，用以執(zhí)行快速充電及放電之程序；一電壓檢測(cè)裝置，是與控制器連接；一電流檢測(cè)裝置，是與電源供應(yīng)器及控制器連接；至少一開(kāi)關(guān)裝置，是與電源供應(yīng)器及控制器連接；至少一放電電路，是與開(kāi)關(guān)裝置連接；以及至少一電池充電區(qū)，是與該電壓檢測(cè)裝置、該電流檢測(cè)裝置、該開(kāi)關(guān)裝置及該放電電路連接。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101494387SQ20081000387
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者楊智偉, 陳仕晃 申請(qǐng)人:臺(tái)灣立凱電能科技股份有限公司