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TWI473323B - 充電電池的充電方法及其相關的充電架構 - Google Patents

充電電池的充電方法及其相關的充電架構 Download PDF

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TWI473323B
TWI473323B TW101147278A TW101147278A TWI473323B TW I473323 B TWI473323 B TW I473323B TW 101147278 A TW101147278 A TW 101147278A TW 101147278 A TW101147278 A TW 101147278A TW I473323 B TWI473323 B TW I473323B
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Chein Chung Sun
Shou Hung Ling
Chiu Yu Liu
Ying Hao Hsu
Heng Hui Tu
Chung Jen Chou
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Ind Tech Res Inst
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Description

充電電池的充電方法及其相關的充電架構
本揭露是有關於一種充電電池的充電方法及其相關的充電架構。
現今為縮短對充電電池的充電時間，最直接所採用的方案就是增加充電速率，但是此舉將會加快充電電池老化的速度，以至於充電電池在保固期的全充容量(Fully Charge Capacity,FCC)低，且電池保固壽命短。所謂的電池的全充容量係指電池在完全充飽的時候所儲存的電量，但因電池使用次數增加造成其內部材料的劣化，故將導致電池的內部阻抗增加且全充容量逐漸降低，而這樣的現象也被稱之為電池老化。為了減緩電池老化的速度，一般作法是在電池內部預載一些電池溫度對應充電電流或電池溫度對應電池充電電壓等設定表格，電池依照目前狀況查表計算對應的充電電流，不過這樣的方式隨著電池老化後特性的改變而誤差越來越大，且仍無法解決電池保固壽命與充電時間的問題。因此，如何在縮短充電電池的充電時間與兼顧充電電池的壽命之間取得平衡，將是本領域中一個重要的研究重點/議題。
本揭露之一示範性實施例提出一種充電電池的充電 方法，其包括：提供關聯於充電電池在保固壽命下的一循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線；根據充電電池的一目前充電次數以於所述充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上找出充電電池之端電壓抵達一充電限制電壓時的一期望殘餘電量；以及藉由調整充電電池的充電電流以使充電電池之端電壓抵達充電限制電壓時之實際殘餘電量逼近期望殘餘電量。
本揭露之另一示範性實施例提出一種充電架構，其包括：電能供應裝置與終端裝置。其中，終端裝置包括充電電池與電池管理模組。電池管理模組與電能供應裝置連接與通訊，且電池管理模組：記錄關聯於充電電池在保固壽命下的一循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線；根據充電電池的目前充電次數以於所述循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上找出充電電池之端電壓抵達一充電限制電壓時的一期望殘餘電量；以及藉由調整充電電池的充電電流以使充電電池之端電壓抵達充電限制電壓時之實際殘餘電量逼近期望殘餘電量。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉具體的示範性實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
然而，應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本揭露所欲主張之範圍。
現將詳細參考本揭露之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/符號代表相同或類似部分。
為了要在縮短充電電池的充電時間與兼顧充電電池的壽命之間取得平衡，藉以使得充電電池在保固壽命到達時，電池的全充容量(Fully Charge Capacity)大於或等於保固容量(Warranty Capacity)，以下將提出一種關聯於充電電池的新穎充電方案/概念。
圖1繪示為本揭露一示範性實施例之充電架構10的示意圖。請參照圖1，充電架構10包括：電能供應裝置101與終端裝置103。其中，電能供應裝置101可以為至少具有電能輸出功能、電能調控功能以及通訊接收與解碼功能等三項功能的充電器(charger)、行動電源(portable power)，或者燃料電池模組(full-cell battery module)，但並不限制於此。另外，終端裝置103可以為任何具備有可充電電池的設備，例如：電動車或手持式裝置(例如：智慧型手機、平板電腦等)，但並不限制於此。
於本示範性實施例中，終端裝置103至少包括充電電池105、電池管理模組107，以及充電開關SW。其中，電池管理模組107可以與電能供應裝置101(有線地或無線地)連接與通訊(例如：USB、RS-232、RS-485、CAN Bus、I2C、WiFi、WiMax、Zegbee、藍芽等，但都並不限制於 此)，而且更具備有對充電電池105之電性參數(例如：電壓、電流、溫度、電量、內阻等電池資訊)進行量測與檢出的功能。
一旦終端裝置103有充電需求而連接至電能供應裝置101，則電池管理模組107會先藉由連接訊號偵測到電能供應裝置101已連接。接著，電池管理模組107會與電能供應裝置101進行通訊，並據以控制電能供應裝置101設定輸出充電電壓與電流。隨後，電能管理模組107會控制充電開關SW導通，以使電能供應裝置101與充電電池105透過端點(P+,P-)導通後開始充電。
於此，為了要使得充電電池105在保固壽命到達時電池當時的全充容量依然可以高於保固容量，因此電池管理模組107會記錄如圖2所示之關聯於充電電池105在保固壽命下的循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線201(以下簡稱為循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201)。其中，充電電池105的初始充電次數(例如：第1次)可以對應至一個(最大的)初始殘餘電量Icc。另外，充電電池105的保固壽命可以對應至一個保固充電次數(例如：500次，但並不限制於此)，且此保固充電次數可以對應至一個保固殘餘電量Wcc。因此，只要得知充電電池105的初始充電次數與保固充電次數所分別對應的初始殘餘電量Icc與保固殘餘電量Wcc後，就可在初始殘餘電量Icc與保固殘餘電量Wcc之間建立出一條線性(或非線性)曲線以作為充電電池105在保固壽命下的循 環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201。
在此值得一提的是，充電電池105的單一次充電次數可以依據充電電池105充放電行為或累積的總放電量來決定。舉例來說，充電電池105的單一次充電次數可以依據充電電池105的單一次充電行為而累計；或者，充電電池105的單一次充電次數可以依據充電電池105的單一次放電行為而累計；或者，充電電池105的單一次充電次數可以累積充電電池105的總放電量達一個預設數值而累計(例如：充電電池105累計放電量達新品電池電量的85%則視為循環充電次數增加一次，但並不限制於此)。一切依實際設計或應用需求而論。
另一方面，由於電池管理模組107會記錄如圖2所示之關聯於充電電池105在保固壽命下的循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201。因此，電池管理模組107即可根據充電電池105的目前充電次數以於循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201上找出充電電池105之端電壓(terminal voltage，VTB )抵達充電限制電壓(VCV ，即充電電池105進入定電壓充電階段所需的定電壓)時的期望殘餘電量Qcc，並且藉由調整充電電池105的充電電流以使充電電池105之端電壓(VTB )抵達充電限制電壓(VCV )時的實際殘餘電量盡量逼近期望殘餘電量(Qcc)。
因此，本揭露至少提出兩種充電電流調控方案。一種充電電流調控方案(簡稱為方案一)是：根據期望殘餘電量Qcc以計算充電電池105在非定電壓充電期間結束時之 空載開路電壓(no-load open circuit voltage，如圖3所標示的OCVcc)與充電限制電壓VCV 之間的目標電壓差△VT ，並且根據所計算出的目標電壓差△VT 與充電電池105之內阻的變化以動態地調整充電電池105在非定電壓充電期間由電能供應裝置101所供應的充電電流。另一種充電電流調控方案(簡稱為方案二)是：根據對應於充電電池105之前一次充電次數的期望殘餘電量與實際殘餘電量的誤差比以調整/修正對應於充電電池105之下次充電次數由電能供應裝置101所供應的充電電流。
於本示範性實施例中，在方案一，充電電池105的目前充電次數會小於或等於充電電池105的保固充電次數；而且，充電電池105的目前充電次數在循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201上所對應的期望殘餘電量Qcc會大於或等於充電電池105的保固充電次數在循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201上所對應的保固殘餘電量Wcc(Qcc≧Wcc)。
另外，充電電池105進入定電壓充電階段(充電電流大於零)所需的充電限制電壓VCV 即為定電壓，而空載開路電壓OCVcc則是充電電池105在非定電壓充電階段結束時的電池電壓(充電電流等於零)。因此，充電限制電壓VCV 勢必會大於空載開路電壓OCVcc。在此條件下，電池管理模組107會藉由：記錄關聯於圖3所示之充電電池105在空載狀態下的殘餘電量相對開路電壓特徵曲線301；接著，再根據期望殘餘電量Qcc以於殘餘電量相對開路電壓 特徵曲線301上找出充電電池105在非定電壓充電期間結束時的空載開路電壓OCVcc；最後，再將充電限制電壓VCV 減去空載開路電壓OCVcc後即可獲得目標電壓差(△VT =VCV -OCVcc)，如圖4所示。
一旦電池管理模組107經由計算以獲得目標電壓差△VT 後，電池管理模組107即會根據所獲得的目標電壓差△VT 與充電電池105之內阻的變化以控制電能供應裝置101，並且動態地調整充電電池105在非定電壓充電期間由電能供應裝置101所供應的充電電流。
如圖4所示，其繪示為便於解說電池管理模組107動態調整電能供應裝置101所供應之充電電流的示意圖。從圖4可以看出，在時間t0，電池管理模組107可以預設地控制電能供應裝置101供應充電電流I(0)以對充電電池105進行充電。當電能供應裝置101從時間t0開始供應充電電流I(0)以對充電電池105進行充電至時間t1時，電池管理模組107此時會量測充電電池105的目前端電壓V1 與充電電池105之目前殘餘電量在殘餘電量相對開路電壓特徵曲線301上所對應估測的開路電壓OCV1 ，藉以獲得動態電壓差(△V1 =V1 -OCV1 )，並且根據所獲得的動態電壓差△V1 與充電電流I(0)而計算出在時間t1時，充電電池105的內阻R(1)(亦即，R(1)=△V1 /I(0))，進而再根據先前所求出的目標電壓差(△VT =VCV -OCVcc)與充電電池105的內阻R(1)而控制電能供應裝置101輸出/供應充電電流I(1)(亦即，I(1)=△VT /R(1))。如此一來，電能供應裝 置101則在時間t1後改用充電電流I(1)對充電電池105進行充電。
相似地，當電能供應裝置101從時間t1開始供應充電電流I(1)以對充電電池105進行充電至時間t2時，電池管理模組107此時會量測充電電池105的目前端電壓V2 與充電電池105之目前殘餘電量在殘餘電量相對開路電壓特徵曲線301上所對應估測的開路電壓OCV2 ，藉以獲得動態電壓差(△V2 =V2 -OCV2 )，並且根據所獲得的動態電壓差△V2 與充電電流I(1)而計算出在時間t2時，充電電池105的內阻R(2)(亦即，R(2)=△V2 /I(1))，進而再根據先前所求出的目標電壓差△VT 與充電電池105的內阻R(2)而控制電能供應裝置101輸出/供應充電電流I(2)(亦即，I(2)=△VT /R(2))。如此一來，電能供應裝置101則在時間t2後改用充電電流I(2)對充電電池105進行充電。
相似地，當電能供應裝置101從時間t2開始供應充電電流I(2)以對充電電池105進行充電至時間t3時，電池管理模組107此時會量測充電電池105的目前端電壓V3 與充電電池105之目前殘餘電量在殘餘電量相對開路電壓特徵曲線301上所對應估測的開路電壓OCV3 ，藉以獲得動態電壓差(△V3 =V3 -OCV3 )，並且根據動態電壓差與充電電流I(2)而計算出在時間t3時，充電電池105的內阻R(3)(亦即，R(3)=△V3 /I(2))，進而再根據先前所求出的目標電壓差△VT 與充電電池105的內阻R(3)而控制電能供應裝置101輸出/供應充電電流I(3)(亦即，I(3)=△VT /R(3))。如 此一來，電能供應裝置101則在時間t3後改用充電電流I(3)對充電電池105進行充電。
由此可知的是，電池管理模組107會在固定目標電壓差△VT (即VCV -OCVcc)的情況下，透過計算充電電池105之隨時間變化的內阻R(t)(即，I(t)=△VD /R(t)，其中△VD 為充電過程中，充電電池105之端電壓與預估空載開路電壓之壓差)，以動態地調控充電電池105在非定電壓充電期間由電能供應裝置101所供應之隨時間變化的充電電流I(t)。而且，從圖4可以清楚地看出，電能供應裝置101所供應的充電電流I(t)會在充電電池105之內阻R(t)增加時而降低；電能供應裝置101所供應的充電電流I(t)會在充電電池105之內阻R(t)降低時而增加；以及電能供應裝置101所供應的充電電流I(t)會在充電電池105之內阻R(t)固定時而保持不變。而在此值得一提的是，充電電池105之內阻R(t)會隨時間改變的原因有可能是受到充電電池105的環境溫度或者其老化程度的影響而改變，但並不限制於此。
除此之外，在本揭露的其他示範性實施例中，電能供應裝置101所供應的充電電流I(t)亦可在充電電池105之內阻R(t)增加至某一預設值(例如：R(t)*(+5%)，但並不限制於此)時才降低；電能供應裝置101所供應的充電電流I(t)亦可在充電電池105之內阻R(t)降低至另一預設值(例如：R(t)*(-5%)，但並不限制於此)時才增加；以及電能供應裝置101所供應的充電電流I(t)亦可在充電電池105 之內阻R(t)維持在一個預設範圍(例如：R(t)*(±5%)，但並不限制於此)內時而保持不變，此外，當充電電池之內阻、溫度、充電電流、電壓等物理量變化率超過一設定範圍時，則判定充電電池異常，此時切斷充電電池之充電電流並警示電池異常。
當電能供應裝置101從時間t3開始供應充電電流I(3)以對充電電池105進行充電至時間t4時，此時充電電池105內所儲存的總電量就會等於充電電池105之目前充電次數在循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201上所對應的期望殘餘電量Qcc。換言之，在充電電池105之端電壓VTB 抵達充電限制電壓VCV 時，其內部所儲存的電量即為期望殘餘電量Qcc。
另一方面，在方案二，在每次非定電壓充電期間/過程中的充電電流改為為固定值，故可視為或相當於定電流充電期間/模式。具體來說：如圖5所示，假設充電電池105之目前充電次數為N，充電電池105的下次充電次數為N+1，充電電池105的目前充電次數N對應至目前固定充電電流Ic(N)，充電電池105的下次充電次數N+1對應至下次固定充電電流Ic(N+1)，充電電池105之端電壓VTB 反應於目前固定充電電流Ic(N)而抵達充電限制電壓VCV 時的實際殘餘電量為Qcc_real(N)，而期望殘餘電量為Qcc(N)。在此條件下，對應於充電電池105之目前充電次數N的實際殘餘電量為Qcc_real(N)與期望殘餘電量Qcc(N)兩者間的誤差比Qcc_error可以表示為： Qcc_error=(Qcc_real(N)-Qcc(N))/Qcc(N)。
如此一來，電池管理模組107即可根據對應於充電電池105之目前充電次數N的實際殘餘電量為Qcc_real(N)與期望殘餘電量Qcc(N)兩者間的誤差比(Qcc_error)以調整/修正充電電池105在定電流充電期間由電能供應裝置101所供應的下次固定充電電流Ic(N+1)。一種可行的調整/修正下次固定充電電流Ic(N+1)的方式可以為：Ic(N+1)=Ic(N)*w*(1+Qcc_error)，但並不限制於此，其中w為一權重值，且權重值w可能的範圍可以介於0.1~10之間，但不限於此。
在此條件下，當實際殘餘電量Qcc_real(N)大於期望殘餘電量Qcc(N)時，則其兩者間的誤差比Qcc_error為正值。因此，電池管理模組107可以控制電能供應裝置101以增加下次固定充電電流Ic(N+1)。換言之，下次固定充電電流Ic(N+1)會大於目前(前一次)固定充電電流Ic(N)，以至於在充電電池105的下次充電次數N+1時，電能供應裝置101會供應更大的充電電流Ic(N+1)以使得對應於充電電池105之下次充電次數N+1的實際殘餘電量Qcc_real(N+1)小於對應於充電電池105之目前充電次數N的實際殘餘電量Qcc_real(N)，進而使得對應於充電電池105之下次充電次數N+1的實際殘餘電量Qcc_real(N+1)會更加地逼近對應於充電電池105之下次充電次數N+1的期望殘餘電量Qcc(N+1)。
反之，當實際殘餘電量Qcc_real(N)小於期望殘餘電量 Qcc(N)時，則其兩者間的誤差比Qcc_error為負值。因此，電池管理模組107可以控制電能供應裝置101以降低下次固定充電電流Ic(N+1)。換言之，下次固定充電電流Ic(N+1)會小於目前(前一次)固定充電電流Ic(N)，以至於在充電電池105的下次充電次數N+1時，電能供應裝置101會供應更小的充電電流Ic(N+1)以使得對應於充電電池105之下次充電次數N+1的實際殘餘電量Qcc_real(N+1)大於對應於充電電池105之目前充電次數N的實際殘餘電量Qcc_real(N)，進而使得對應於充電電池105之下次充電次數N+1的實際殘餘電量Qcc_real(N+1)會更加地逼近對應於充電電池105之下次充電次數N+1的期望殘餘電量Qcc(N+1)。
如此一來，電池管理模組107所執行的充電電流調控方案(即，方案一)就可以落在循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201上以控制電能供應裝置101對充電電池105進行充電；或者，電池管理模組107所執行的充電電流調控方案(即，方案二)可以落在以循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201為基準的正負區間範圍(例如：±5%，但並不限制於此)內以控制電能供應裝置101對充電電池105進行充電。在此值得一提的是，電池管理模組107可以分別使用方案一與方案二所對應的兩種充電電流調控方案，或者可以共同使用方案一與方案二所對應的兩種充電電流調控方案以達到更好的追蹤效果。
另外，無論是方案一還是方案二，在充電電池105之 端電壓VTB 抵達充電限制電壓VCV 時，電池管理模組107就會由非定電壓充電模式(方案一)/定電流充電模式(方案二)轉為定電壓充電模式，藉以控制電能供應裝置101提供符合充電限制電壓VCV 且為固定的充電電壓(即，定電壓)至充電電池105，從而使得電能供應裝置101以定電壓的方式對充電電池105進行充電，並將充電電池105充電至接近100%電量的狀態。
基於上述可知的是，由於電池管理模組107為記錄充電電池105在保固壽命下的循環充電次數相對殘餘電量特徵曲線201，且充電電池105的目前充電次數又會被設定為小於或等於充電電池105之保固壽命所對應的保固充電次數。因此，電池管理模組107可：(1)根據本循環充電次數下所求得之為固定值的目標電壓差△VT =VCV -OCVcc與充電電池105之內阻的變化以對電能供應裝置101所供應之充電電流I(t)進行調控；及/或，(2)根據對應於充電電池105之前一次充電次數(N)的期望殘餘電量Qcc(N)與實際殘餘電量Qcc_real(N)的誤差比Qcc_error以對電能供應裝置101所供應之下次固定充電電流Ic(N+1)進行調控，從而使得充電電池105在保固壽命到達時依然可以滿足電池保固的容量，進而得以在縮短充電電池105的充電時間與兼顧充電電池105的壽命之間取得平衡。
而在此更值得一提的是，電池管理模組107可以透過硬體型式的電池管理系統(battery management system,BMS)來實施，但是亦可透過軟體型式的電池管理應用程 式(battery management application(APP))來實施，而電池管理模組107的實施型態可依實際設計或應用需求來決定。於此，若電池管理模組107採以軟體型式之電池管理應用程式(APP)來實施的話，則由於智慧型手機般的終端裝置103已具備足夠的硬體架構來實現上述示範性實施例所述及之對電能供應裝置101所供應之充電電流I(t)進行調控的方案。因此，智慧型手機般的終端裝置103只要透過安裝軟體(APP)的方式，並藉由存取或控制智慧型手機上的相關硬體即可實現對電能供應裝置101進行調控的目的。
基於上述示範性實施例的揭露/教示內容，圖6繪示為本揭露一示範性實施例之充電電池的充電方法流程圖。請參照圖6，本示範性實施例之充電電池的充電方法包括以下步驟：提供關聯於充電電池在保固壽命下的循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線(步驟S601)；根據充電電池的目前充電次數以於所提供的循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上找出充電電池之端電壓抵達充電限制電壓時的期望殘餘電量(步驟S603)；藉由調整充電電池的充電電流以使充電電池之端電壓抵達充電限制電壓時的實際殘餘電量逼近所找出的期望殘餘電量(步驟S605)，於此步驟S605中所述之調整充電電池的方式/方案可以包括： 根據期望殘餘電量計算充電電池在非定電壓充電期間結束時之空載開路電壓與充電限制電壓之間的目標電壓差(步驟S605-1)；以及根據所計算出的目標電壓差與充電電池之內阻的變化以動態地調整充電電池在非定電壓充電期間的充電電流(步驟S605-2)；以及在非定電壓充電期間之後的定電壓充電期間，提供符合充電限制電壓且為固定的充電電壓至充電電池(步驟S607)。
與前述示範性實施例類似地，充電電池的保固壽命可以對應至一個保固充電次數，且於步驟S603中所述及之充電電池的目前充電次數會小於或等於此保固充電次數；另外，充電電池的保固充電次數在步驟S601中所提供的循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上可以對應至一個保固殘餘電量，且於步驟S603中所找出的期望殘餘電量會大於或等於此保固殘餘電量。
與前述示範性實施例類似地，由於在步驟S605{S605-1,S605-3}中所述的充電限制電壓會大於充電電池在非定電壓充電期間結束時的空載開路電壓。因此，計算步驟S605{S605-1,S605-3}中之目標電壓差的步驟可以如圖7所示地包括：提供關聯於充電電池在空載狀態下的殘餘電量相對開路電壓特徵曲線(步驟S701)；根據所找出的期望殘餘電量以於所提供的殘餘電量 相對開路電壓特徵曲線上找出充電電池在非定電壓充電期間結束時的空載開路電壓(步驟S703)；以及將充電限制電壓減去步驟S703找出的空載開路電壓以獲得目標電壓差(步驟S705)。
與前述示範性實施例類似地，所獲得的目標電壓差在本次充電過程中為固定的電壓差(即，固定值)。另外，步驟S605中所調整的充電電流會(1)在充電電池之內阻增加時而降低(或者增加至某一預設值時才降低)；(2)在充電電池之內阻降低時而增加(或者降低至另一預設值時才降低)；(3)在充電電池之內阻固定時而保持不變(或者維持在一個預設範圍內時而保持不變)；以及(4)當充電電池之內阻、溫度、充電電流、電壓等變化率超過一設定範圍時，則判定充電電池處於異常狀態，此時會關閉充電電流以避免電池發生失效的狀況。
除此之外，圖8繪示為本揭露另一示範性實施例之充電電池的充電方法流程圖。請參照圖8，本示範性實施例之充電電池的充電方法包括以下步驟：提供關聯於充電電池在保固壽命下的循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線(步驟S801)；根據充電電池的目前充電次數以於所提供的循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上找出充電電池之端電壓抵達充電限制電壓時的期望殘餘電量(步驟S803)；藉由調整充電電池的充電電流以使充電電池之端電 壓抵達充電限制電壓時的實際殘餘電量逼近所找出的期望殘餘電量(步驟S805)，於此步驟S805中，充電電池的目前充電次數可以對應至目前固定充電電流，充電電池的下次充電次數對應至下次固定充電電流，充電電池之端電壓反應於目前固定充電電流而抵達充電限制電壓時的實際殘餘電量為目前實際殘餘電量，因此調整充電電池的方式/方案可為根據目前實際殘餘電量與期望殘餘電量之間的一誤差比以調整充電電池在定電流充電期間的下次固定充電電流。詳細來說，所述之調整充電電池的方式/方案可以包括：計算目前實際殘餘電量與期望殘餘電量之間的誤差比(步驟S805-1)；判斷所計算出的誤差比是否為正值(步驟S805-3)；當判斷出誤差比為正值時，則增加充電電池在定電流充電期間的下次固定充電電流(步驟S805-5)；以及當判斷出誤差比為負值時，則降低充電電池在定電流充電期間的下次固定充電電流(步驟S805-7)；以及在定電流充電期間之後的定電壓充電期間，提供符合充電限制電壓且為固定的充電電壓至充電電池(步驟S807)。
圖8之示範性實施例所教示的充電電流調控方法/方案簡言之是：根據本次固定充電電流充電至充電限制電壓時的實際殘餘電量與期望殘餘電量的誤差比，以修正/調整本次充電電流後得到下次充電電流設定值，藉由調整每次 充電循環次數所對應的充電電流，使實際殘餘電量逼近期望殘餘電量。
綜上所述，本揭露所提出的充電架構與充電電池的充電方法皆可以使得充電電池在保固壽命時依然可以達到對應的保固殘餘電量，從而得以在縮短充電電池的充電時間與兼顧充電電池的壽命之間取得平衡。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧充電架構
101‧‧‧電能供應裝置
103‧‧‧終端裝置
105‧‧‧充電電池
107‧‧‧電池管理模組
201‧‧‧循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線
301‧‧‧殘餘電量相對開路電壓特徵曲線
SW‧‧‧充電開關
P+、P-‧‧‧端點
VCV ‧‧‧充電限制電壓(定電壓)
VTB ‧‧‧充電電池的端電壓
△VT ‧‧‧目標電壓差
V1 、V2 、V3 ‧‧‧充電中對應充電電池的目前端電壓
OCV1 、OCV2 、OCV3 ‧‧‧充電中對應充電電池估測的開路電壓
△V1 、△V2 、△V3 ‧‧‧動態電壓差
OCVcc‧‧‧非定電壓充電階段結束之空載開路電壓
Icc‧‧‧初始殘餘電量
Wcc‧‧‧保固殘餘電量
Qcc‧‧‧期望殘餘電量
R(1)~R(3)‧‧‧充電電池的內阻
I(0)~I(3)、Ic(N)、Ic(N+1)‧‧‧充電電池的充電電流
t0~t4‧‧‧時間
Qcc(N)、Qcc(N+1)‧‧‧期望殘餘電量
Qcc_real(N)、Qcc_real(N+1)‧‧‧實際殘餘電量
S601~S607、S801~S807‧‧‧充電電池的充電方法流程圖各步驟
S701~S705‧‧‧計算目標電壓差△VT 的實施步驟
下面的所附圖式是本揭露的說明書的一部分，繪示了本揭露的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本揭露的原理。
圖1繪示為本揭露一示範性實施例之充電架構10的示意圖。
圖2繪示為本揭露一示範性實施例之電池管理模組107所記錄之關聯於充電電池105在保固壽命下的循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線201。
圖3繪示為本揭露一示範性實施例之電池管理模組107所記錄之關聯於充電電池105在空載狀態下的殘餘電量相對開路電壓特徵曲線301。
圖4繪示為便於解說方案一之電池管理模組107動態 調整電能供應裝置101所供應之充電電流的示意圖。
圖5繪示為便於解說方案二之電池管理模組107調整電能供應裝置101所供應之充電電流的示意圖。
圖6繪示為本揭露一示範性實施例之充電電池的充電方法流程圖。
圖7繪示為圖6中計算目標電壓差△VT 的實施步驟示意圖。
圖8繪示為本揭露另一示範性實施例之充電電池的充電方法流程圖。
S601~S607‧‧‧本揭露一示範性實施例之充電電池的充電方法流程圖各步驟

Claims (21)

  1. 一種充電電池的充電方法，包括：提供關聯於該充電電池在保固壽命下的一循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線；根據該充電電池的一目前充電次數以於該循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上找出該充電電池之端電壓抵達一充電限制電壓時的一期望殘餘電量；以及藉由調整該充電電池的一充電電流以使該充電電池之端電壓抵達該充電限制電壓時的一實際殘餘電量逼近該期望殘餘電量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池的充電方法，其中調整該充電電流的步驟包括：根據該期望殘餘電量以計算該充電電池在一非定電壓充電期間結束時之一空載開路電壓與該充電限制電壓之間的一目標電壓差；以及根據該目標電壓差與該充電電池之內阻的變化以動態地調整該充電電池在該非定電壓充電期間的該充電電流。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池的充電方法，其中：該保固壽命對應至一保固充電次數，且該目前充電次數小於或等於該保固充電次數；以及該保固充電次數在該循環充電次數相對非定電壓充 電期間之殘餘電量特徵曲線上對應至一保固殘餘電量，且該期望殘餘電量大於或等於該保固殘餘電量。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之充電電池的充電方法，其中該充電限制電壓大於該空載開路電壓，且計算該目標電壓差的步驟包括：提供關聯於該充電電池在空載狀態下的一殘餘電量相對開路電壓特徵曲線；根據該期望殘餘電量以於該殘餘電量相對開路電壓特徵曲線上找出該充電電池在該非定電壓充電期間結束時的該空載開路電壓；以及將該充電限制電壓減去該空載開路電壓以獲得該目標電壓差。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之充電電池的充電方法，其中：該目標電壓差為一固定電壓差；該充電電流在該充電電池之內阻增加時而降低；該充電電流在該充電電池之內阻降低時而增加；該充電電流在該充電電池之內阻固定時而保持不變；以及該充電電流在該充電電池之內阻、溫度、充電電流、電壓變化率超過一設定範圍時，判定該充電電池異常，並切斷該充電電流。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之充電電池的充電方法，其中： 該目標電壓差為一固定電壓差；該充電電流在該充電電池之內阻增加至一預設值時而降低；該充電電流在該充電電池之內阻降低至另一預設值時而增加；該充電電流在該充電電池之內阻維持在維持在一預設範圍內時而保持不變；以及該充電電流在該充電電池之內阻、溫度、充電電流、電壓變化率超過另一設定範圍時，判定該充電電池異常，並切斷該充電電流。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之充電電池的充電方法，更包括：在該非定電壓充電期間之後的一定電壓充電期間，提供符合該充電限制電壓且為固定的一充電電壓至該充電電池。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池的充電方法，其中該充電電池的該目前充電次數對應至一目前固定充電電流，該充電電池的一下次充電次數對應至一下次固定充電電流，該充電電池之端電壓反應於該目前固定充電電流而抵達該充電限制電壓時的該實際殘餘電量為一目前實際殘餘電量，而調整該充電電流的步驟包括：根據該目前實際殘餘電量與該期望殘餘電量之間的一誤差比以調整該充電電池在一定電流充電期間的該下次固定充電電流。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之充電電池的充電方法，其中：當該誤差比為一正值時，則增加該下次固定充電電流；以及當該誤差比為一負值時，則降低該下次固定充電電流。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之充電電池的充電方法，更包括：在該定電流充電期間之後的一定電壓充電期間，提供符合該充電限制電壓且為固定的一充電電壓至該充電電池。
  11. 一種充電架構，包括：一電能供應裝置；以及一終端裝置，包括：一充電電池；以及一電池管理模組，與該電能供應裝置連接與通訊，其中該電池管理模組：記錄關聯於該充電電池在保固壽命下的一循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線；根據該充電電池的一目前充電次數以於該循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上找出該充電電池之端電壓抵達一充電限制電壓時的一期望殘餘電量；以及藉由調整該充電電池的一充電電流以使該充電電池之端電壓抵達該充電限制電壓時的一實際殘餘電量逼近該期望殘餘電量。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之充電架構，其中該電池管理模組藉由：根據該期望殘餘電量以計算該充電電池在一非定電壓充電期間結束時之一空載開路電壓與該充電限制電壓之間的一目標電壓差；以及根據該目標電壓差與該充電電池之內阻的變化以控制該電能供應裝置，並且動態地調整該充電電池在該非定電壓充電期間由該電能供應裝置所供應的該充電電流。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之充電架構，其中：該保固壽命對應至一保固充電次數，且該目前充電次數小於或等於該保固充電次數；以及該保固充電次數在該循環充電次數相對非定電壓充電期間之殘餘電量特徵曲線上對應至一保固殘餘電量，且該期望殘餘電量大於或等於該保固殘餘電量。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之充電架構，其中該充電限制電壓大於該空載開路電壓，且該電池管理模組藉由：記錄關聯於該充電電池在空載狀態下的一殘餘電量相對開路電壓特徵曲線；根據該期望殘餘電量以於該殘餘電量相對開路電壓特徵曲線上找出該充電電池在該非定電壓充電期間結束時的該空載開路電壓；以及將該充電限制電壓減去該空載開路電壓以獲得該目標電壓差。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之充電架構，其中：該目標電壓差為一固定電壓差；該充電電流在該充電電池之內阻增加時而降低；該充電電流在該充電電池之內阻降低時而增加； 該充電電流在該充電電池之內阻固定時而保持不變；以及該充電電流在該充電電池之內阻、溫度、充電電流、電壓變化率超過一設定範圍時，判定該充電電池異常，並切斷該充電電流。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之充電架構，其中：該目標電壓差為一固定電壓差；該充電電流在該充電電池之內阻增加至一預設值時而降低；該充電電流在該充電電池之內阻降低至另一預設值時而增加；該充電電流在該充電電池之內阻維持在維持在一預設範圍內時而保持不變；以及該充電電流在該充電電池之內阻、溫度、充電電流、電壓變化率超過另一設定範圍時，判定該充電電池異常，並切斷該充電電流。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之充電架構，其中該電池管理模組更經配置以：在該非定電壓充電期間之後的一定電壓充電期間，控制該電能供應裝置以提供符合該充電限制電壓且為固定的一充電電壓至該充電電池。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之充電架構，其中該充電電池的該目前充電次數對應至一目前固定充電電流，該充電電池的一下次充電次數對應至一下次固定充電電 流，該充電電池之端電壓反應於該目前固定充電電流而抵達該充電限制電壓時的該實際殘餘電量為一目前實際殘餘電量，而該電池管理模組藉由：根據該目前實際殘餘電量與該期望殘餘電量之間的一誤差比以控制該電能供應裝置，並且調整該充電電池在一定電流充電期間由該電能供應裝置所供應的該下次固定充電電流。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之充電架構，其中：當該誤差比為一正值時，則該電池管理模組控制該電能供應裝置以增加該下次固定充電電流；以及當該誤差比為一負值時，則該電池管理模組控制該電能供應裝置以降低該下次固定充電電流。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之充電架構，其中該電池管理模組為一硬體型式的電池管理系統。
  21. 如申請專利範圍第11項所述之充電架構，其中該電池管理模組為一軟體型式的電池管理應用程式。
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