專利名稱：快速電池充電器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種電池充電器，特別是有關(guān)于一種可以快速對鋰電池進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作為正級材料的鋰電池在材料穩(wěn)定性方面遠遠優(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，在過充電或大電流通過時，不至于有爆炸的危險，故安全性能有了很大提高。另外，更由于材料來源充分，成本低且完全無毒，再加上放電功率高、Cycle life長且無記憶效益，故己成為3C產(chǎn)品或是動力裝置主要的電池。
鋰電池為一種二次電池，故可重復進行充電，而一般電池充電可分為三個階段
第一階段此階段若以大電流對電池充電，將造成電池電壓急速上升，電池無法完全吸收此電流，無法吸收之能量將會損失于電池內(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)。當電池以上述三個階段進行充電時，需要花費很長的時間才能完成充電；因此，當電池的容量愈大時，其充電的時間就相對地更久。為此，本發(fā)明提供一種新的電池充電器及其充電之方法，可以直接對電池進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電池進行大電流的快速充電的充電器，可以電池之縮短充電時間。
本發(fā)明的另一主要目的在提供一種可以直接對電池進行大電流的快速充電的充電方法，可以電池之縮短充電時間。
本發(fā)明的再一主要目的是提供一種可以直接對電池進行大電流的快速充電的充電器，可以通過放電過程，將電池放電至適當?shù)碾妷海梢允闺娮赢a(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 一電源供應器，用以提供一電壓及一電流； 一控制器，與電源供應器連接，用以執(zhí)行快速充電及放電之程序； 一電壓檢測裝置，是與控制器連接； 一電流檢測裝置，是與電源供應器及控制器連接；至少一開關(guān)裝置，是與電源供應器及控制器連接；至少一放電電路，是與開關(guān)裝置連接；以及至少一電池充電區(qū)，是與該電壓檢測裝置、該電流檢測裝置、該開關(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，是對電池進行快速充電；檢測電池充電電壓，當電池的充電電壓到達一設定值時，改變充電方式；檢測電池充電電流，當電池之充電電流小于一設定值時，進行電池放電；及檢測電池放電電壓，當電池的放電電壓到達一設定值時，
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施例之示意圖4是本發(fā)明之充電器之再一實施例之示意圖；及
圖5是本發(fā)明之充電器之另一實施例之示意圖。
主要組件符號說明
10 電源供應器
20 控制器
21 穩(wěn)壓裝置
30 電壓檢測裝置
40 電流檢測裝置
50A; 50B 開關(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
具體實施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向為一種快速對磷酸鋰鐵電池進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行充電之技藝者所熟習的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的充電過程或步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其它的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以之后的專利范圍為準。
如前所述，目前的磷酸鋰鐵鋰電池在過充電或大電流通過時，不會有爆炸的危險，其安全性能已經(jīng)大幅的提高，故可以不需經(jīng)過三階段或是更復雜的充電過程，而可以直接以大電流進行鋰電池的充電。然而，使用大電流進行電池的充電后，往往會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的電壓會對這些3C產(chǎn)品產(chǎn)生破壞，而導致3C產(chǎn)品壽命降低或是直接燒毀。基此實施狀況，當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器IO、控制器20、電壓檢測裝置30、電流檢測裝置40，開關(guān)裝置(50A; 50B)、放電電路(60A; 60B)及電池充電區(qū)(70A; 70B)所組成；其中電源供應器10提供電源(包括電壓及電流)至控制器20，而電壓檢測裝置30與控制器20及電池充電區(qū)(70A; 70B)連接；電流檢測裝置40則與電源供應器10、控制器20及電池充電區(qū)(70A; 70B)連接；開關(guān)裝置(50A; 50B)與電源供應器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，當電壓檢測裝置30或電流檢測裝置40檢測到電池充電區(qū)(70A; 70B)有電壓或電流或電阻存在時，則控制器20會判斷此時電池充電區(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則會驅(qū)動開關(guān)裝置(50A; 50B)將電源供應器IO與電池充電區(qū)
(70A; 70B)連接，以便對電池進行快速充電。以A123電池為例來說明
8時，其快速充電時可以選擇由電源供應器10提供12V之定電流的充電模
式(CC-MODE)直接對電池充電區(qū)(70A; 70B)中的電池來充電，其充電電流可以選擇2C(或大于2C);此外，在本發(fā)明的一較佳實施例中，在電源供應器10與開關(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，將電源供應器10所提供的電壓值進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，脈沖寬度調(diào)變裝置P麗(80A; 80B)可以將電源供應器10所提供的12V切割成4V的脈沖對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，可以進一步于控制器20與電源供應器10之間配置一穩(wěn)壓裝置21，以確?？刂破?0的工作電壓。
在進行快速充電的過程中，電壓檢測裝置30及電流檢測裝置40會隨時對電池充電區(qū)(70A; 70B)中的電池充電狀況進行檢測并將測得之結(jié)果傳送至控制器20中，當電壓檢測裝置30檢測到電池已被充電至一設定的電壓時(例如將A123電池充電至4V)，則充電器中的控制器20會改變充電方式，例如改變成定電壓的充電模式(CV-MODE)來充電，并當電流檢測裝置40檢測到電池的充電電流小于一個設定之電流時(例如充電電流小于1C/50; g卩10mA)，此時，充電器即會判斷電池已經(jīng)被充飽；因此，充電器中的控制器20會將開關(guān)裝置(50A; 50B)連接至放電電路(60A;60B)以進行放電程序。在本發(fā)明中的開關(guān)裝置(50A; 50B)可以是M0SFET、CM0S、晶體管(BJT)或是任何可做出導通與截止動作之組件；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，此時的放電電流可以選擇1C (亦可低于或高于此值)來執(zhí)行放電程序。接著，充電器中的控制器20依據(jù)電壓檢測裝置30的對電池放電檢測結(jié)果，來判斷電池的放電情形；當電池的放電電壓到達一設定值時(例如將A123電池放電至3.4V)，則控制器20會將會開關(guān)裝置(50A; 50B)驅(qū)動至待命狀態(tài)(STANDBY),使用充電器停止對電池的充電。
在此要強調(diào)，上述充電器的快速充電過程是以A123電池來說明，然本發(fā)明的快速充電并不限制于A123電池。凡是使用在動力工具的鋰電池或是使用在交通運輸工具的鋰電池等，都可以適用本發(fā)明所揭露的快速充電器來進行電池的充電。而本發(fā)明在以2C充電電流的模式下，其可以較沒有放電電路的充電器縮短20%的充電時間。此外，在電池充電或放電的過程中，當使用者將電池取出后，則控制器20會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程，本發(fā)明接著提出一種快速對鋰電池充電的方法，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檢測電池充電區(qū)(70A; 70B)是開路(OPEN)或是已有電壓、電流或是有電阻值存在；當充電器可以測到電壓、電流或是有電阻值存在時，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)動開關(guān)裝置(50A; 50B)將電池充電區(qū)(70A; 70B)與電源供應器IO連接，以執(zhí)行電池的快速充電；若以A123電池為例來說明時，其快速充電可以選擇定電流的充電模式(CC-MODE)來充電，其充電電流可以選擇2C(或大于2C);當然，在實際的充電器設計上，當充電器中的控制器20將電池充電區(qū)(70A; 70B)與電源供應器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)在進行快速充電了；因此使用者可以在預估的充電時間后，使用已充滿并且具有適當電壓的電池。
接著，如步驟130所示，在定電流充電的過程中，充電器中的控制器20會一直去檢測電池的充電狀況，例如使用電壓檢測裝置30去檢測電池的充電狀況；當電壓檢測裝置30檢測到電池已被充電至一設定的電壓時
10(例如將A123電池充電至4V)，則充電器中的控制器20會改變充電方式，例如改變成定電壓的充電模式(CV-M0DE)來充電，如步驟140所示；然后，如步驟150所示，充電器中的控制器20會一直去檢測此時對電池的充電電流，例如使用電流檢測裝置40來檢測電池的充電電流；當電流檢測裝置40檢測到電池的充電電流小于一個設定之電流時(例如充電電流小于lC/50;即10mA)，此時，控制器20即會判斷電池已經(jīng)被充飽，因此，充電器中的控制器20會將開關(guān)裝置(50A; 50B)切換至放電電路(60A;60B)，以進行放電程序，如步驟160所示；以A123電池而言，此時的放電電流可以選出1C (亦可低于或高于此值)進行放電。
再接著，充電器中的控制器20依據(jù)電壓檢測裝置30的檢測結(jié)果，來判斷電池的放電情形，如步驟170所示；當電池的放電電壓到達一設定值時(例如將A123電池放電至3.4V)，則控制器20會將會開關(guān)裝置(50A;50B)驅(qū)動至待命狀態(tài)(ST認DBY)，使充電器停止對電池的充電。而在本發(fā)明的一較佳實施例中，當電池的放電電壓到達一設定值時，控制器20其會先延遲一段時間，通常是幾秒鐘(例如1 5秒之間)，以便由電壓檢測裝置30再確認電壓的變化在一定范圍內(nèi)，如步驟180所示；當充電器中的控制器20確定放電電壓到達3. 4V后，隨即會切斷放電電路以完成
對電池的充電，如步驟190所示；同時將指示燈轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪活伾?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。
在此要強調(diào)，上述的快速充電方法是以A123電池來說明，然本發(fā)明的快速充電方法并不限制于A123電池。舉凡，使用在動力工具的鋰電池或是使用在交通運輸工具的鋰電池等，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，其可以較沒有放電電路的充電器縮短20 %的充電時間。
由于半導體制程的進步，已經(jīng)可以設計出是統(tǒng)化的芯片，因此，在本發(fā)明的充電器中的控制器20可以將電壓檢測裝置30、電流檢測裝置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，對此本發(fā)明并不加以限制。
接著，請參考圖4，是本發(fā)明的充電器的另一實施例。如圖4所示，充電器是將控制器300、開關(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器10與充電器連接后，充電器就會依據(jù)本發(fā)明所揭露的充電方法對電池充電。此外，也可以將電源供應器10也一并配置于外殼400中，如圖5所示，故當電池放入外殼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電池充電。
顯然地，依照上面實施例中的描述，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)利要求項的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細的描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其它的實施例中施行。上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；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，均應包含在下述申請專利范圍內(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器，用以提供一電壓及一電流；一控制器，與該電源供應器連接，用以執(zhí)行快速充電及放電的程序；一電壓檢測裝置，是與該控制器連接；一電流檢測裝置，是與該電源供應器及該控制器連接；至少一開關(guān)裝置，是與該電源供應器及該控制器連接；至少一放電電路，是與該開關(guān)裝置連接；及至少一電池充電區(qū)，是與該電壓檢測裝置、該電流檢測裝置、該開關(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，進一步包括一穩(wěn)壓器， 該穩(wěn)壓器配置于該電源供應器及該控制器之間。
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器及該開關(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，對該電池進行快速充電；檢測電池充電電壓，當該電池的充電電壓到達一設定值時，改變充電 方式；檢測電池充電電流，當電池的充電電流小于一設定值時，進行電池放 電；及檢測電池放電電壓，當電池之放電電壓到達一設定值時，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，當該電池的充電電 壓到達一設定值時，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，當該電池的充電電 流小于一設定值后，進一步先延遲一段時間后，再進行放電電壓的檢測。
8. —種鋰電池充電器，其特征在于包括 一電源供應裝置，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，是與該電源供應裝置連接，用以執(zhí)行快速充電及放電之 程序；一開關(guān)裝置，其一端與該電源供應裝置及該控制裝置，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器連接，用以執(zhí)行快 速充電及放電的程序；一開關(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，包括一電源供應器，用以提供一電壓及一電流；一控制器，與電源供應器連接，用以執(zhí)行快速充電及放電之程序；一電壓檢測裝置，是與控制器連接；一電流檢測裝置，是與電源供應器及控制器連接；至少一開關(guān)裝置，是與電源供應器及控制器連接；至少一放電電路，是與開關(guān)裝置連接；以及至少一電池充電區(qū)，是與該電壓檢測裝置、該電流檢測裝置、該開關(guān)裝置及該放電電路連接。
文檔編號H02J7/00GK101494387SQ20081000387
公開日2009年7月29日 申請日期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 申請人:臺灣立凱電能科技股份有限公司