專利名稱：低溫下對可充電式電池加熱及充電的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池充電設(shè)備，特別涉及一種低溫下對可充電式電池加熱及充電的設(shè)備。
背景技術(shù)：
可充電式電池被使用在各種不同的電子裝置中，包括便攜式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)外設(shè)產(chǎn)品、個(gè)人數(shù)字助理(PDAs)、移動(dòng)電話及相機(jī)等等。由于被廣泛地使用，遂發(fā)展出各種具有不同化學(xué)物質(zhì)的可充電式電池，而每一種皆有其優(yōu)缺點(diǎn)。其中，最常被使用的可充電式電池為鎳鎘電池(NiCad)、鎳氫電池(NiMH)、鋰電池(Li-ion)及鋰聚合電池(Li-polymer)。
近年來，鋰電池(Li-ion)已成為可充電式電池的首選，主要使用于便攜式計(jì)算機(jī)。鋰電池(Li-ion)內(nèi)部的化學(xué)組成包括鍍鋰薄片陽極、有機(jī)電解液、碳電極內(nèi)的鋰化合物。與鎳氫電池(NiMH)或鎳鎘電池(NiCad)相比，鋰電池(Li-ion)具有較高的能量密度、較佳的周期生命、較高的輸出電壓及較低的自放電率。然而，鋰電池(Li-ion)具有一使用上的限制，此限制亦可能出現(xiàn)于使用別種電池時(shí)，此限制為，當(dāng)被充電至高容量(額定電池容量的85-100％)或暴露在高溫(通常指高于45℃)時(shí)，電池很容易損壞。上述的情形會(huì)造成電池永久性的效能下降，甚至?xí)スδ芏鵁o法再使用。而當(dāng)溫度過低時(shí)，會(huì)有活性下降的情形，也會(huì)造成電池永久性的效能下降。
因此，環(huán)境溫度，或更明確地說可充電式電池的溫度，必須在一適當(dāng)溫度范圍內(nèi)，以使電池能被充電。普遍來講，幾乎每個(gè)充電裝置本身皆具有一溫度檢測裝置，用以檢測環(huán)境溫度并將結(jié)果回傳至充電裝置。


圖1表示已知充電裝置103的區(qū)塊示意圖。一可充電式電池107耦接至上述充電裝置103。上述充電裝置103具有一溫度檢測裝置105及一充電控制電路104。上述溫度檢測裝置105檢測一環(huán)境溫度，若檢測到的溫度落在一適當(dāng)范圍內(nèi)(通常為0℃至45℃)，上述充電控制電路104控制上述充電裝置103自一電壓源101接收一電壓，來對上述可充電式電池107充電。若上述溫度達(dá)到下限(0℃)或上限(45℃)時(shí)，上述充電裝置103停止充電以保護(hù)上述可充電式電池107，避免電池效能下降或發(fā)生不可預(yù)期的危險(xiǎn)，例如電池爆炸。因此，傳統(tǒng)上所使用的充電裝置無法用于異常寒冷的情形下，例如下雪夜晚的戶外。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明主要目的在于提供一種低溫下對可充電式電池加熱及充電的設(shè)備，包括一充電裝置，耦接一電壓源，具有一溫度檢測裝置及一充電控制電路，當(dāng)一環(huán)境溫度在一既定溫度范圍內(nèi)，上述充電裝置對上述可充電式電池充電，其中，上述溫度檢測裝置用以檢測上述環(huán)境溫度，上述充電控制電路根據(jù)接收自上述溫度檢測裝置的上述環(huán)境溫度，用以決定是否對上述可充電式電池充電；；一加熱裝置，當(dāng)上述加熱裝置接收上述電壓源的一電壓時(shí)，用以產(chǎn)生熱能，使上述環(huán)境溫度上升；一第一開關(guān)，耦接上述電壓源及上述加熱裝置，用以控制是否將上述電壓輸入至上述加熱裝置中，其中，當(dāng)上述環(huán)境溫度小于一第一既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為導(dǎo)通狀態(tài)，使上述加熱裝置經(jīng)由上述第一開關(guān)以接收上述電壓，當(dāng)上述環(huán)境溫度大于一第二既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓；以及一保護(hù)裝置，耦接于上述第一開關(guān)與上述加熱裝置之間，用以檢測上述可充電式電池的充電狀態(tài)，當(dāng)上述可充電式電池的充電狀態(tài)達(dá)到一既定條件時(shí)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
附圖簡述為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下圖1表示已知充電裝置的區(qū)塊示意圖。
圖2表示本發(fā)明的電池充電設(shè)備的區(qū)塊示意圖。
附圖符號說明101、201～電源；202～電池充電設(shè)備；103、203～充電裝置；104、204～充電控制電路；105、205～溫度檢測裝置；107、207～可充電式電池；209～保護(hù)裝置；211～電壓檢測裝置；213～加熱裝置；S1～第一開關(guān)；以及S2～第二開關(guān)。
具體實(shí)施例方式
圖2表示本發(fā)明的電池充電設(shè)備202的區(qū)塊示意圖。上述電池充電設(shè)備202在低溫下用以對一可充電式電池207加熱及充電，包括一充電裝置203，一加熱裝置213，一第一開關(guān)S1，以及一保護(hù)裝置209，其中上述充電裝置203耦接至一電壓源201，其中上述充電裝置203具有一溫度檢測裝置205及一充電控制電路204，且其中上述保護(hù)裝置209具有一第二開關(guān)S2及一電壓檢測裝置211。
上述可充電式電池207耦接至上述充電裝置203。上述充電裝置203具有一溫度檢測裝置205及一充電控制電路204。上述溫度檢測裝置205檢測一環(huán)境溫度，若檢測到的溫度落在適當(dāng)?shù)囊患榷囟确秶鷥?nèi)(0℃至45℃)，上述充電控制電路204控制上述充電裝置203自上述電壓源201接收一電壓，來對上述可充電式電池207充電。若上述溫度達(dá)到下限(0℃)或上限(45℃)，上述充電裝置203停止充電以保護(hù)上述可充電式電池207，避免電池效能下降或發(fā)生不可預(yù)期的危險(xiǎn)，例如電池爆炸。
上述第一開關(guān)S1耦接至上述電壓源201。上述第一開關(guān)S1為溫度感應(yīng)式開關(guān)，是隨其所處的環(huán)境溫度而執(zhí)行導(dǎo)通或關(guān)閉的動(dòng)作。當(dāng)上述環(huán)境溫度小于一第一既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)上述溫度大于一第二既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)上述溫度介于上述第一既定溫度值與上述第二既定溫度值之間時(shí)，上述第一開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)維持不變。上述第一既定溫度值必須設(shè)定為高于上述既定溫度范圍的下限(0℃)，且上述第二既定溫度值必須設(shè)定為低于上述既定溫度范圍的上限(45℃)。
市場上提供許多現(xiàn)成的熱敏開關(guān)(thermal switch)來實(shí)作上述第一開關(guān)S1。熟習(xí)此技藝者可以依照所需要的規(guī)格來選用適當(dāng)?shù)臒崦糸_關(guān)。另一種作法為，上述第一開關(guān)S1在工作時(shí)，內(nèi)部具有一熱敏電阻(thermistor)，上述熱敏電阻檢測上述環(huán)境溫度，且隨著溫度變化改變上述第一開關(guān)S1的一偏壓，來控制上述第一開關(guān)S1的開關(guān)狀態(tài)，使上述第一開關(guān)S1的開關(guān)狀態(tài)符合需求。
上述第二開關(guān)S2耦接于上述第一開關(guān)S1與上述加熱裝置213之間。正常情形下，上述第二開關(guān)S2保持導(dǎo)通。上述第一開關(guān)S1與上述第二開關(guān)S2用來控制上述電壓源201的上述電壓是否可以供應(yīng)至上述加熱裝置213。
舉例說明，假使上述可充電式電池207為鋰(Li-ion)電池。上述環(huán)境溫度為零下10℃。上述充電裝置203的適當(dāng)充電溫度范圍為0℃至45℃。上述第一既定溫度值設(shè)定為5℃，且上述第二既定溫度值設(shè)定為10℃。
由于上述環(huán)境溫度(零下10℃)低于0℃，所以上述充電裝置203保持待命狀態(tài)而不動(dòng)作。同時(shí)，由于上述溫度低于5℃，上述第一開關(guān)S1切換為導(dǎo)通狀態(tài)，使得上述加熱裝置21 3經(jīng)由上述第一開關(guān)S1及上述第二開關(guān)S2來接收上述電壓，用以產(chǎn)生熱能，進(jìn)而使上述環(huán)境溫度上升。當(dāng)上述溫度達(dá)到0℃，上述充電裝置203開始對上述可充電式電池207進(jìn)行充電，且持續(xù)此充電動(dòng)作直到上述可充電式電池207被充電至高容量(額定電池容量的85-100％)亦或是上述溫度達(dá)到45℃。當(dāng)上述溫度介于5℃與10℃之間，上述第一開關(guān)S1保持導(dǎo)通狀態(tài)，所以上述加熱裝置213持續(xù)產(chǎn)生熱能，并使上述環(huán)境溫度持續(xù)上升。當(dāng)上述溫度到達(dá)10℃，上述第一開關(guān)S1切換為關(guān)閉狀態(tài)以停止上述加熱裝置213接收上述電壓。
此處可能發(fā)生一種情形，在上述溫度到達(dá)10℃之前，上述可充電式電池207已被充電至高容量(額定電池容量之85-100％)且上述充電裝置203停止動(dòng)作，但是上述加熱裝置213卻仍然持續(xù)加熱。很顯然地，這會(huì)造成無意義的能源浪費(fèi)。實(shí)際上，一旦上述可充電式電池207已被充電至高容量且上述充電裝置203停止動(dòng)作，上述加熱裝置213即可停止動(dòng)作。
因此，本發(fā)明的上述電壓檢測裝置211用來檢測上述可充電式電池207的充電電壓值是否達(dá)到一既定電壓值，若達(dá)到上述既定電壓值，上述電壓檢測裝置211關(guān)閉上述第二開關(guān)S2以使上述加熱裝置213停止接收上述電壓。為了保護(hù)電池壽命，上述既定電壓值設(shè)定為4伏特，以低于額定電池容量的4.5伏特。
上述電壓檢測裝置211可以用一電流檢測裝置(圖1中未圖示出)來替代，來檢測上述可充電式電池207的充電電流值是否達(dá)到一既定電流值，若達(dá)到上述既定電流值，上述電流檢測裝置關(guān)閉上述第二開關(guān)S2以使上述加熱裝置213停止接收上述電壓。更進(jìn)一步地，上述電壓檢測裝置211亦可以用一定時(shí)器(圖1中未圖示出)來替代，以達(dá)到相同的功能。上述定時(shí)器，在上述充電裝置203開始對上述可充電式電池207充電起，計(jì)算一既定時(shí)間間隔，且在上述既定時(shí)間間隔計(jì)算完畢時(shí)，上述定時(shí)器關(guān)閉上述第二開關(guān)S2以使上述加熱裝置213停止接收上述電壓。上述既定時(shí)間間隔可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來設(shè)定一適當(dāng)值。
綜上而論，與已知技術(shù)相比，本發(fā)明具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。首先，藉由上述第一開關(guān)S1與上述加熱裝置213，上述可充電式電池207可以在低溫下被充電。其次，藉由上述電壓檢測裝置211，上述電流檢測裝置，或者上述定時(shí)器來控制上述第二開關(guān)S2，一旦上述可充電式電池207已被充電至高容量且上述充電裝置203停止動(dòng)作，上述加熱裝置213即可停止動(dòng)作。因此，可以避免不必要的能源浪費(fèi)。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電池充電設(shè)備，用以對一可充電式電池進(jìn)行充電，包括一充電裝置，耦接一電壓源，當(dāng)一環(huán)境溫度在一既定溫度范圍內(nèi)，上述充電裝置對上述可充電式電池充電；一加熱裝置，當(dāng)上述加熱裝置接收上述電壓源的一電壓時(shí)，用以產(chǎn)生熱能，使上述環(huán)境溫度上升；以及一第一開關(guān)，耦接上述電壓源及上述加熱裝置，用以控制是否將上述電壓輸入至上述加熱裝置中，其中，當(dāng)上述環(huán)境溫度小于一第一既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為導(dǎo)通狀態(tài)，使上述加熱裝置經(jīng)由上述第一開關(guān)以接收上述電壓，當(dāng)上述環(huán)境溫度大于一第二既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電池充電設(shè)備，其中，上述充電裝置包括一溫度檢測裝置，用以檢測上述環(huán)境溫度；以及一充電控制電路，根據(jù)接收自上述溫度檢測裝置的上述環(huán)境溫度，用以決定是否對上述可充電式電池充電。
3.如權(quán)利要求1所述的電池充電設(shè)備，更包括一第二開關(guān)，耦接于上述第一開關(guān)與上述加熱裝置之間，當(dāng)上述可充電式電池的充電狀態(tài)達(dá)到一既定條件時(shí)，上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定條件為上述可充電式電池的充電電壓值達(dá)到一既定電壓值。
5.如權(quán)利要求4所述的電池充電設(shè)備，更包括一電壓檢測裝置，用以檢測上述可充電式電池的充電電壓值，來控制上述第二開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，其中，當(dāng)上述電壓檢測裝置檢測上述可充電式電池的充電電壓值達(dá)到上述既定電壓值時(shí)，將上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
6.如權(quán)利要求3所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定條件為上述可充電式電池的充電電流值達(dá)到一既定電流值。
7.如權(quán)利要求6所述的電池充電設(shè)備，更包括一電流檢測裝置，用以檢測上述可充電式電池的充電電流值，來控制上述第二開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，其中，當(dāng)上述電流檢測裝置檢測上述可充電式電池的充電電流值達(dá)到上述既定電流值時(shí)，將上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
8.如權(quán)利要求3所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定條件為上述可充電式電池的充電時(shí)間達(dá)到一既定時(shí)間間隔。
9.如權(quán)利要求8所述的電池充電設(shè)備，更包括一定時(shí)器，于上述充電裝置開始對上述可充電式電池充電起，計(jì)算上述既定時(shí)間間隔，且于上述既定時(shí)間間隔計(jì)算完畢時(shí)，將上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
10.如權(quán)利要求1所述的電池充電設(shè)備，其中，上述第一開關(guān)為溫度感應(yīng)式開關(guān)。
11.如權(quán)利要求1所述的電池充電設(shè)備，其中，上述第一開關(guān)包括一熱敏電阻，上述熱敏電阻檢測上述環(huán)境溫度，且隨著溫度變化改變上述第一開關(guān)的一偏壓，來控制上述第一開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求1所述的電池充電設(shè)備，其中，上述第一既定溫度值大于上述既定溫度范圍的下限，且上述第二既定溫度值小于上述既定溫度范圍的上限。
13.如權(quán)利要求1所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定溫度范圍為攝氏0度至攝氏45度。
14.一種電池充電設(shè)備，用以對一可充電式電池進(jìn)行充電，包括一充電裝置，耦接一電源，具有一溫度檢測裝置及一充電控制電路，當(dāng)一環(huán)境溫度在一既定溫度范圍內(nèi)時(shí)，上述充電裝置對上述可充電式電池充電，其中，上述溫度檢測裝置用以檢測上述環(huán)境溫度，上述充電控制電路根據(jù)接收自上述溫度檢測裝置的上述環(huán)境溫度，用以決定是否對上述可充電式電池充電；一加熱裝置，當(dāng)上述加熱裝置接收上述電源的一電壓時(shí)，用以產(chǎn)生熱能，使上述環(huán)境溫度上升；一第一開關(guān)，耦接上述電源及上述加熱裝置，用以控制是否將上述電壓輸入至上述加熱裝置中，其中，當(dāng)上述環(huán)境溫度小于一第一既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為導(dǎo)通狀態(tài)，使上述加熱裝置經(jīng)由上述第一開關(guān)以接收上述電壓，當(dāng)上述環(huán)境溫度大于一第二既定溫度值時(shí)，上述第一開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓；以及一保護(hù)裝置，耦接于上述第一開關(guān)與上述加熱裝置之間，用以檢測上述可充電式電池的充電狀態(tài)，當(dāng)上述可充電式電池的充電狀態(tài)達(dá)到一既定條件時(shí)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
15.如權(quán)利要求14所述的電池充電設(shè)備，其中，上述保護(hù)裝置包括一第二開關(guān)，當(dāng)上述可充電式電池的充電狀態(tài)達(dá)到上述既定條件時(shí)，上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
16.如權(quán)利要求15所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定條件為上述可充電式電池的充電電壓值達(dá)到一既定電壓值。
17.如權(quán)利要求16所述的電池充電設(shè)備，其中，上述保護(hù)裝置更包括一電壓檢測裝置，用以檢測上述可充電式電池的充電電壓值，來控制上述第二開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，其中，當(dāng)上述電壓檢測裝置檢測上述可充電式電池的充電電壓值達(dá)到上述既定電壓值時(shí)，將上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
18.如權(quán)利要求15所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定條件為上述可充電式電池的充電電流值達(dá)到一既定電流值。
19.如權(quán)利要求18所述的電池充電設(shè)備，其中，上述保護(hù)裝置更包括一電流檢測裝置，用以檢測上述可充電式電池的充電電流值，來控制上述第二開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，其中，當(dāng)上述電流檢測裝置檢測上述可充電式電池的充電電流值達(dá)到上述既定電流值時(shí)，將上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
20.如權(quán)利要求15所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定條件為上述可充電式電池的充電時(shí)間達(dá)到一既定時(shí)間間隔。
21.如權(quán)利要求20所述的電池充電設(shè)備，其中，上述保護(hù)裝置更包括一定時(shí)器，于上述充電裝置開始對上述可充電式電池充電起，計(jì)算上述既定時(shí)間間隔，且于上述既定時(shí)間間隔計(jì)算完畢時(shí)，將上述第二開關(guān)切換為關(guān)閉狀態(tài)，使上述加熱裝置停止接收上述電壓。
22.如權(quán)利要求14所述的電池充電設(shè)備，其中，上述第一開關(guān)為溫度感應(yīng)式開關(guān)。
23.如權(quán)利要求14所述的電池充電設(shè)備，其中，上述第一開關(guān)包括一熱敏電阻，上述熱敏電阻檢測上述環(huán)境溫度，且隨著溫度變化改變上述第一開關(guān)的一偏壓，來控制上述第一開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。
24.如權(quán)利要求14所述的電池充電設(shè)備，其中，上述第一既定溫度值大于上述既定溫度范圍的下限，且上述第二既定溫度值小于上述既定溫度范圍的上限。
25.如權(quán)利要求14所述的電池充電設(shè)備，其中，上述既定溫度范圍為攝氏0度至攝氏45度。
全文摘要
一種低溫下對可充電式電池加熱及充電的設(shè)備，包括一充電裝置，一加熱裝置，一第一開關(guān)，以及一保護(hù)裝置。當(dāng)環(huán)境溫度太低時(shí)(例如說低于0℃)，上述第一開關(guān)切換為導(dǎo)通狀態(tài)，使上述加熱裝置經(jīng)由上述第一開關(guān)以接收上述電壓來產(chǎn)生熱能，進(jìn)而使上述環(huán)境溫度上升。當(dāng)上述可充電式電池被充電至高容量(額定電池容量的85－100％)時(shí)，上述保護(hù)裝置使上述加熱裝置停止接收上述電壓，以達(dá)到節(jié)省能源的效果。
文檔編號H01M10/44GK1630129SQ200310120678
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者郭擎志, 許英豪 申請人:明基電通股份有限公司