TW201312831A - 電池充放電管理系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種電池充放電管理系統及方法，用於依據電池的使用狀態而提供對應充電機制，包括：由讀取模組讀取電池的電池參數，經分析模組分析電池參數以判斷電池的使用狀態，並由電池參數計算得到放電參數，且記錄放電曲線，最後，充電模組具有放電曲線模型與充電模式之對照表，且依據分析模組記錄之放電曲線取得對應的放電曲線模型而提供對應的充電模式以對電池進行充電。該電池充放電管理系統及方法不僅可減少電池處於高溫時間，也可降低過度充放電來避免電池損壞。此外，透過電池保護機制來監控電池異常情況，以拉長電池使用壽命。

Description

電池充放電管理系統及方法

本發明係關於一種電池充放電管理系統及方法，詳而言之，係關於一種依據電池放電狀態而提供對應充電機制的電池充放電管理系統以及方法。

隨著電腦科技蓬勃發展，可攜式電子裝置逐漸普及化，此類型的電子裝置具有體積小且方便攜帶的特點，像是平板電腦、PDA、智慧型手機等，對需要長時間在戶外使用的使用者極為便利。

在可攜式電子裝置不斷推陳出新下，不僅增加使用功能同時也強化工作效能，可預期的，對可攜式電子裝置的電源消耗量一定相對增加，因而當使用者在戶外使用時，電池可能是唯一供電來源下，電池的使用管理變得格外重要。現行可攜式電子裝置的電池都朝高容量、快速充電等特性去設計，雖然對於使用者是相當方便，但隨著使用時間一久，電池蓄電能力通常會逐漸下降，其主要原因歸咎於傳統電池充放電過程都使用固定模式，亦即充電或放電時並無考慮周遭因素，惟，電池溫度及電池充放電頻率對於電池的壽命和續航力影響極大，例如電池過度充電、充電過程持續高溫或在無需充電時進行充電，都容易讓電池造成損壞，如此讓電池使用時效變短，嚴重者，還需重購新電池來替代，故，電池溫度及充放電頻率對於電池壽命有極大影響。

因此，如何找出一種對電池最佳的充放電管理，特別是，讓電池在需要時才進行充電，且充電時參考電池內部因素，例如電池溫度、電池電壓等，以決定提供適合的充電機制，藉此降低電池在充放電過程的可能傷害，實屬本領域之技術人員所應面對的課題。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種電池充放電管理機制，利用電池使用狀態的監控，依據所取得電池參數以提供適當的充電模式，避免電池不當充放電而降低電池壽命。

本發明另一目的在於監控使用中電池狀態，以於電池溫度、電壓或電流異常時，進行告警或停止電池的充放電。

為達前述目的及其他目的，本發明提供一種電池充放電管理系統，係依據電池的使用狀態而提供對應充電機制，包括：讀取模組，係用於讀取該電池的電池參數；分析模組，係用於分析該電池參數，藉以判斷該電池之使用狀態而取得放電參數，且記錄當時的放電曲線；以及充電模組，係具有複數個放電曲線模型與複數個充電模式之對照表，該充電模組係依據該分析模組記錄之該放電曲線取得對應的該放電曲線模型，並參照該對照表提供對應的該充電模式對該電池進行充電。

於一實施型態中，各該充電模式係基於該電池之不同放電電流及電壓，而提供不同的充電電流及充電時間。

於一實施型態中，該分析模組復設有臨界值，係於該放電參數大於該臨界值時，記錄當時的放電曲線。

於一實施型態中，該放電參數係為該電池參數與一固定時間前所取得之電池參數的平均值。

又，本發明復提出一種電池充放電管理方法，係用於依據電池之使用狀態而進行對應充電機制，包括以下步驟：(1)讀取該電池的電池參數；(2)分析該電池參數以得到該電池之使用狀態，並取得放電參數；(3)判斷該放電參數且記錄當時的放電曲線；以及(4)提供複數個放電曲線模型與複數個充電模式之對照表，並依據該放電曲線取得對應的該放電曲線模型，以由該對照表提供對應的該充電模式。

於一實施型態中，該步驟(3)係進一步提供臨界值，並判斷該放電參數大於該臨界值時，記錄當時的放電曲線。此外，該步驟(3)復包括判斷該放電參數未大於該臨界值時，回至步驟(1)，持續讀取該電池的電池參數。

於另一實施型態中，該步驟(3)復包括判斷該放電參數未大於該臨界值時，不變動該放電曲線，且於步驟(4)依該放電曲線提供對應的該充電模式。

於一實施型態中，該步驟(4)所述各該充電模式係基於該電池之不同放電電流及電壓，而以不同的充電電流及充電時間進行充電。

相較於習知技術，本發明提出一種電池充放電管理系統及方法，透過監控電池的使用狀態以提供對應的充電機制，具體來說，持續讀取電池參數以取得電池狀態，再依電池的放電電流及電壓大小，而提供不同的充電電流及充電時間，如此，不僅可在電池需要時才充電以減少充電次數外，還可控制充電電流大小及充電時間，避免電池溫度過高而使電池受損，間接影響日後電池效能。

此外，本發明還提出電池使用的保護機制，透過監控電池的溫度、電壓、電流等電池參數來判斷電池是否異常，必要時停止充放電並告警，藉此增加電池續航力及壽命。

以下係藉由特定的具體實施形態說明本發明之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

如第1圖所示，為本發明所述之電池充放電管理系統的系統方塊圖。該電池充放電管理系統1係提供電池依據電池的使用狀態而進行不同充電程序，現有電池僅能以相同電流、固定電壓等單一模式來進行充電，本發明提出依據電池參數的監控來提供最合適的充電模式，其中，該電池充放電管理系統1包括：讀取模組10、分析模組11以及充電模組12。

讀取模組10係用於讀取該電池的電池參數。詳言之，當電池充放電管理系統1啟動執行後，讀取模組10會持續讀取電池內的電池參數，以取得電池目前狀態，其中，該電池參數可包括電池電壓、電池電流、電池溫度及電池電容量之其中至少一者，透過該些參數的讀取以供分析模組11進行分析判斷。

分析模組11係用於分析該電池參數，藉以判斷該電池之使用狀態而取得放電參數，且記錄當時的放電曲線，例如可於該放電參數大於臨界值時，記錄當時的放電曲線。具體來說，分析模組11係分析該讀取模組10所取得之電池參數，藉此判斷電池的使用狀態是否正常，如：電池充放電頻率是否過於頻繁，或是是否已達到需要充電狀態等，且可由該些電池參數計算以取得放電參數，該放電參數即代表該電池目前放電狀態並用於取得當下的放電曲線，其中，該放電參數是將現在電池參數及某一固定時間前之電池參數取其平均值，例如，讀取模組10每隔10秒取得一次電池參數，而目前放電參數則是將最新電池參數及10秒前的電池參數相加再取平均而得到。

詳言之，該分析模組11復設有臨界值。經計算得到的放電參數，當該放電參數大於一臨界值時，將會記錄當時的放電曲線，亦即表示時間與電池溫度、電池電壓、電池電流、電池電容量間關係的曲線圖，而該放電曲線係記載該電池當下的使用狀態。相反地，若該放電參數未大於該臨界值時，則讀取模組10將持續讀取電池的電池參數，直到分析模組11判斷電池的電池參數達到一定變化後，才記錄當時的放電曲線。

充電模組12係具有複數個放電曲線模型與複數個充電模式之對照表，該充電模組係依據該分析模組記錄之該放電曲線取得對應的該放電曲線模型，並參照該對照表提供對應的該充電模式對該電池進行充電。換言之，充電模組12會依分析模組11所取得之放電曲線，來決定後續的充電模式。該充電模組12中具有一對照表，記載複數個放電曲線模型與複數個充電模式間的關係，且該充電模組12判斷分析模組11所取得的放電曲線，以取得該放電曲線對應的放電曲線模型，進而由該對照表找出對應的充電模式，且不同充電模式將針對當下不同的電池情況而給予不同的充電方式，也就是說，各充電模式係依據該電池當時的放電電流及電壓大小，來決定所提供充電電流大小及所需的充電時間。

除了電池的充放電次數過多或過少會影響電池壽命外，電池溫度也會影響電池壽命，因而有效控制電池溫度是必要的，當充電電流越大雖可縮短充電時間，但也會產生較高溫度，因而充電時間與電池溫度之間需要相互考量才能降低對電池的傷害。故，充電模組12所提供不同充電模式是以最適合電池現況而提供對應充電方式，下面將列舉在不同使用狀態下可能提供對應充電模式。

＜充電模式1＞

在電池放電電流不大於300mA，且當該電池電壓下降至3.5V時則可開始充電，此時充電模式之充電電流可採用高電流1.5A，僅需要短時間(約2小時)即可充電到4.0V。雖然使用較大電流，但因充電時間較少使得電池處於高溫時間縮短，進而減少電池損壞。

＜充電模式2＞

在電池放電電流介於300mA及750mA之間，且當該電池電壓下降至3.4V時則可開始充電，此時充電模式之充電電流可採用中電流1.0A，大約需要3小時時間才可充電到4.1V。此時，雖然充電時間變長，但因充電電流較小，所以電池充電時的平均溫度會較低，可避免電池的高溫傷害。

＜充電模式3＞

在電池放電電流大於1A，且當該電池電壓下降至3.3V時則可開始充電，此時充電模式之充電電流可採用低電流500mA，這樣約要4至6小時時間才能充電到4.2V。此模式下，雖然充電時間變得更長，但充電電流也變得更小，因而充電時電池溫度不會太高，可降低傷害電池的情況。

由上可知，依據電池放電電流大小及電壓狀態來判斷何時應該充電，且所提供的充電模式會考量充電電流大小的溫度效應，而將電池充電到合適電壓。再者，前述不同模式的充電方式，其充電次數會被拉近，例如在充電模式3中因其放電電流較大，故當電壓較低時(3.3V)才進行充電，且會充電到較高4.2V電壓，藉此減少其充電次數。反觀，在充電模式1中因放電電流較小，故在電壓3.5V時即可充電，且無需充電至如充電模式3的高電壓，如此可縮短充電時間，同時讓高充電電流1.5V所造成高溫的影響降低。因此，本發明依據電池不同狀態而提供不同充電模式，可降低對電池傷害並拉長電池續航力及壽命。

接著，如第2圖所示，為本發明所述之電池充放電管理系統另一實施型態的示意圖。該電池充放電管理系統2可依據電池100的使用狀態而提供不同充電模式，其中，讀取模組20、分析模組21及充電模組22之功能與第1圖所述相同，故不再贅述。本實施例之電池充放電管理系統2復包括：保護模組23。

保護模組23係用於監控電池100之電池參數，且於該電池參數大於預定值時停止該電池100之充放電。如前面所述，電流、電壓或溫度皆對電池100產生影響，因而電池充放電管理系統2透過保護模組23來監控該些電池參數，在讀取模組20持續讀取電池參數後，會經由分析模組21進行分析，若需充電則由充電模組22進行後續充電模式的決定，但當分析模組21判斷電池100的電池參數有異常情況時，例如該些電池參數大於一預定值時，則會產生告警，甚至停止電池100的充放電。

舉例來說，當溫度高於55℃或電壓超過4.2V或電流超過1.3A時，則該保護模組23會產生持續告警，以通知使用者目前電池100有異常狀態，假若溫度高於60℃或電壓超過4.5V或電流超過1.5A時，此時保護模組23會通知與電池100連接的充電單元3或供電單元4，以停止該電池100的充放電，如此可避免電池因異常狀況而受到損壞。

其次，配合前述第1圖所示之電池充放電管理系統，利用第3圖說明本發明之電池充放電管理系統的步驟流程圖。如第3圖所示，於步驟S301中，係讀取電池的電池參數。詳細來說，當電池充放電管理機制被啟動後，將持續讀取電池的電池參數，該些電池參數表現電池的當下狀態，其中，該電池參數可包括電池電壓、電池電流、電池溫度及電池電容量之其中至少一者。接著進至步驟S302。

於步驟S302中，係分析該電池參數以得到該電池之使用狀態，並取得放電參數。亦即步驟S302將分析步驟S301所取得之電池參數以知悉電池狀態，例如電池是否異常，或充放電過於頻繁等，並利用該電池參數來取得該電池的放電參數。

前述的放電參數可為前後兩個電池參數的平均值，即將最新的電池參數與某一固定時間前所取得的電池參數作平均，而所謂固定時間是指步驟S301中每次讀取電池參數的時間，因此，將最新取得的電池數據與前次取得電池數據相加平均後，即可作為當下的放電參數。接著進至步驟S303。

於步驟S303中，係判斷該放電參數是否大於臨界值，該臨界值是依據電池特性而預先設定，作為對電池狀態的判斷標準，若否，則回至步驟S301，持續讀取該電池的電池參數，若是，則進至步驟S304。

於步驟S304中，係記錄當時的放電曲線。接著進至步驟S305。

詳細來說，步驟S303將判斷電池的放電參數是否大於臨界值，若否，則表示電池無需充電，則回到步驟S301持續讀取電池參數，相反地，若該放電參數大於臨界值時，則表示要對電池進行充電，此時會進至步驟S304並記錄當時的放電曲線。

於步驟S305中，係依據該放電曲線取得對應的放電曲線模型以由對照表提供對應的充電模式。詳言之，由於放電曲線即表示該電池的使用情況，因而透過一個具有複數個放電曲線模型與複數個充電模式的對照表，以得到對當下電池最合適的充電模式。即判斷該放電曲線所屬的放電曲線模型，再從對照表中根據放電曲線模型取得對應的充電模式，且不同充電模式會依據電池狀態而進行充電，例如依據電池在不同放電電流大小及電池電壓下，給予不同的充電電流及其充電時間，使得電池充電至預定的電壓。如此，有利於縮短電池長時間處於高溫度下，藉此拉長電池使用壽命。

於另一實施例中，該步驟S304亦可判斷放電參數是否大於臨界值，並於該放電參數未大於臨界值時，不變動放電曲線。詳言之，在原有充電模式下，當放電參數未超過臨界值時，即表示電池狀態改變不大，則無需再次取得當下的放電曲線，即依原先已取得的放電曲線提供對應的充電模式，以對電池進行充電。

此外，於該步驟S302中，復包括監控該電池之電池參數，且於該電池參數異常時停止該電池之充放電。於此係提供電池使用過程的保護機制，由前述可知，電池的溫度、電壓、電流皆會影響電池功能，因而透過電池參數分析得知電池是否有異常狀態，例如可於該些電池參數大於一預定值時，產生告警或是停止充放電之動作，藉此保護電池避免因溫度過高、電壓過高或電流過大所造成的損壞。

另外，第4圖係說明本發明之電池充放電管理系統所述之放電曲線圖。由該圖可知，放電曲線圖中時間(t)與電池溫度(T)、電池電壓(V)、電池電流(I)、電池電容量(C)等電池參數為正比關係，亦即時間越長，則放電曲線之放電參數(包括溫度、電壓、電流、容量)隨之增加，因而該電池充放電管理系統可依據該放電曲線來決定所提供的充電模式。

綜上所述，本發明之電池充放電管理系統及方法，透過監控電池狀態以提供電池最佳充放電管理，藉以避免電池過度充放電及有效的溫度控管，當電池處於不同放電電流及電壓下，則提供不同充電電流大小及充電時間的充電方式，透過減少高溫時間或者降低過度充放電頻率來避免電池損壞，進而拉長電池壽命及續航力。另外，本發明還提供電池保護機制，在電池發生異常狀態時提供告警或停止充放電，藉此達到電池保護的效果。

上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1、2．．．電池充放電管理系統

10、20．．．讀取模組

11、21．．．分析模組

12、22．．．充電模組

23．．．保護模組

3．．．充電單元

4．．．供電單元

100．．．電池

S301~S305．．．步驟

第1圖係為本發明所述之電池充放電管理系統的系統方塊圖；

第2圖係為本發明所述之電池充放電管理系統另一實施型態的示意圖；

第3圖係為本發明所述之電池充放電管理系統的步驟流程圖；以及

第4圖係說明本發明之電池充放電管理系統所述之放電曲線圖。

1．．．電池充放電管理系統

10．．．讀取模組

11．．．分析模組

12．．．充電模組

Claims (14)

1. 一種電池充放電管理系統，係依據電池的使用狀態而提供對應充電機制，包括：讀取模組，係用於讀取該電池的電池參數；分析模組，係用於分析該電池參數，藉以判斷該電池之使用狀態而取得放電參數，且記錄當時的放電曲線；以及充電模組，係具有複數個放電曲線模型與複數個充電模式之對照表，該充電模組係依據該分析模組記錄之該放電曲線取得對應的該放電曲線模型，並參照該對照表提供對應的該充電模式對該電池進行充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池充放電管理系統，其中，各該充電模式係基於該電池之不同放電電流及電壓，而提供不同的充電電流及充電時間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電池充放電管理系統，其中，該電池參數係包括電池電壓、電池電流、電池溫度及電池電容量之其中至少一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電池充放電管理系統，其中，該放電參數係為該電池參數與一固定時間前所取得之電池參數的平均值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池充放電管理系統，其中，該分析模組復設有臨界值，係於該放電參數大於該臨界值時，記錄該當時的放電曲線。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池充放電管理系統，復包括保護模組，係用於監控該電池之電池參數，且於該電池參數大於預定值時停止該電池之充放電。
7. 一種電池充放電管理方法，係用於依據電池之使用狀態而進行對應充電機制，包括以下步驟：(1)讀取該電池的電池參數；(2)分析該電池參數以得到該電池之使用狀態，並取得放電參數；(3)判斷該放電參數且記錄當時的放電曲線；以及(4)提供複數個放電曲線模型與複數個充電模式之對照表，並依據該放電曲線取得對應的該放電曲線模型，以由該對照表提供對應的該充電模式。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電池充放電管理方法，其中，該電池參數係包括電池電壓、電池電流、電池溫度及電池電容量之其中至少一者。
9. 如申請專利範圍第7項所述之電池充放電管理方法，其中，該步驟(3)係進一步提供臨界值，並判斷該放電參數大於該臨界值時，記錄該當時的放電曲線。
10. 如申請專利範圍第7項所述之電池充放電管理方法，其中，該步驟(3)係進一步提供臨界值，並判斷該放電參數未大於該臨界值時，回至步驟(1)，持續讀取該電池的電池參數。
11. 如申請專利範圍第7項所述之電池充放電管理方法，其中，該步驟(3)係進一步提供臨界值，並判斷該放電參數未大於該臨界值時，不變動該放電曲線，且於該步驟(4)依該放電曲線提供對應的該充電模式。
12. 如申請專利範圍第7項所述之電池充放電管理方法，其中，該步驟(2)所述之放電參數係為該電池參數與一固定時間前所取得之電池參數的平均值。
13. 如申請專利範圍第7項所述之電池充放電管理方法，其中，於該步驟(4)中，各該充電模式係基於該電池之不同放電電流及電壓，而以不同的充電電流及充電時間進行充電。
14. 如申請專利範圍第7項所述之電池充放電管理方法，其中，該步驟(2)復包括監控該電池之電池參數，且於該電池參數異常時停止該電池之充放電。