TWI732640B

TWI732640B - 電子裝置及其充電方法

Info

Publication number: TWI732640B
Application number: TW109125680A
Authority: TW
Inventors: 楊志賢
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2021-07-01
Also published as: US20220037909A1; TW202205779A

Abstract

本案揭露一種電子裝置及其充電方法，電子裝置包含電池模組、電源供應器、電源控制器及處理器。電源控制器取得電池模組之初始電量及電源供應器接上外部電源之目前時間。處理器用以設定一預定目標電量及一充電完成時間，處理器根據預定目標電量及初始電量取得一充電電量以及根據充電完成時間及目前時間取得一充電時間，並根據充電電量及充電時間計算一電量差，再根據一電源轉換關係式，將電量差轉換為一充電功率，並將充電功率傳送給電源控制器，使電源控制器根據充電功率將電源供應器提供之供應電源轉換為對應之充電電壓或充電電流對電池模組進行充電，以在充電時間的終點，將電池模組充電至預定目標電量。

Description

電子裝置及其充電方法

本案係有關一種使用動態充電功率之電子裝置及其充電方法。

一般可攜式電子裝置都內建可以充電之電池來提供電力，在使用者不使用電子裝置或是在電量不足以提供未來使用一段時間的時候，電子裝置會被接上電源進行充電。然而在充電過程中，由於電子裝置長時間接上電源，若電池長時間維持在高電量或滿額電量的狀態下，例如80％～100％的電量，將會對電池的使用壽命造成影響，導致電池壽命折損，甚至引起電池損毀。

本案提供一種電子裝置，包含一電池模組、一電源供應器、一電源控制器以及一處理器。電源供應器用以提供一供應電源。電源控制器電性連接電池模組及電源供應器，以取得電池模組之一初始電量及電源供應器接上外部電源之一目前時間，並控制電源供應器對電池模組進行充電。處理器係電性連接電源控制器，用以提供設定一預定目標電量及一充電完成時間，處理器根據預定目標電量及初始電量取得一充電電量以及根據充電完成時間及目前時間取得一充電時間，並根據充電電量及充電時間計算一電量差（battery level delta），再根據一電源轉換關係式，將電量差轉換為一充電功率，並將充電功率傳送給電源控制器，使電源控制器根據充電功率將電源供應器提供之供應電源轉換為對應之充電電壓或充電電流對電池模組進行充電，以在充電時間的終點，將電池模組充電至預定目標電量。

本案更提供一種充電方法，適於一具有電池模組之電子裝置，此充電方法包含：設定一預定目標電量及一充電完成時間；取得電池模組之一初始電量及電子裝置接上外部電源之一目前時間；根據預定目標電量及初始電量取得一充電電量，以及根據充電完成時間及目前時間取得一充電時間；根據充電電量及充電時間計算一電量差；根據一電源轉換關係式，將電量差轉換為一充電功率；以及根據充電功率對電池模組進行充電，以在充電時間的終點，將電池模組充電至預定目標電量。

綜上所述，本案係在一充電時間區間內動態調整充電功率，使電池在充電時間區間的終點才被充電到滿電狀態，以避免電池在滿電狀態或高電量狀態下的時間過長而折損電池壽命的問題。因此，本案係使用動態充電功率來最佳化電池壽命，以有效延長電池的使用壽命，提供使用者更好的充電選擇。

圖1為根據本案一實施例之電子裝置的方塊示意圖，請參閱圖1所示，一電子裝置10包含一電池模組12、一電源供應器14、一電源供應控制器16、一電源管理控制器18以及一處理器20。在一實施例中，電子裝置10可為筆記型電腦、行動電話、個人數位助理（PDA）、平板電腦、導航裝置等攜帶式電子裝置，但不以此為限。在一實施例中，處理器20可為中央處理單元（CPU）或是微處理器。

如圖1所示，電源供應器14係用以電性連接至一外部電源22，以提供一供應電源，在一實施例中，外部電源22可以是市電或是來自行動電源或其他電腦裝置提供之電源，但不以此為限。電源供應控制器16電性連接電池模組12及電源供應器14，以控制電源供應器14將獲得的供應電源對電池模組12進行充電。電源管理控制器18電性連接電池模組12，以取得電池模組12的相關電池資訊，包含電池模組12之一初始電量以及電源供應器14接上外部電源22之一目前時間。處理器20係電性連接電源供應控制器16及電源管理控制器18，處理器20係內建有一充電優化引擎來控制整個充電程序，並可考量電池模組12之狀態以及電子裝置10本身系統之狀態來估算充電功率。換言之，處理器20係可提供設定一預定目標電量及一充電完成時間，並接收來自電源管理控制器18之初始電量及目前時間，以根據這些資訊進行運算，進而取得充電程序所需之最小充電功率。

如圖2所示，在一實施例中，一電子裝置10包含一電池模組12、一電源供應器14、一電源控制器24以及一處理器20，電源控制器24包含前述之電源供應控制器16以及電源管理控制器18之功能，此電源控制器24係電性連接電池模組12、電源供應器14以及處理器20，以取得電池模組12之初始電量及電源供應器14接上外部電源22之目前時間，並控制電源供應器14對電池模組12進行充電。

圖3為根據本案一實施例之充電方法的流程示意圖，請同時參閱圖1至圖3所示，電子裝置10用以執行包含步驟S10至步驟S20的充電方法。首先，在步驟S10中，透過處理器20設定一預定目標電量及一充電完成時間；以及在步驟S12中，在電子裝置10透過電源供應器14電性連接至外部電源22之後，電源管理控制器18或電源控制器24取得電池模組12之初始電量（即電子裝置10之電池模組12內的剩餘電量）及電子裝置10接上外部電源時22之一目前時間，並將初始電量及目前時間傳送至處理器20。請同時參考圖1、圖3及圖4所示，處理器20在接收到初始電量X及目前時間T _p之後，如步驟S14所示，處理器20根據預定目標電量Y及初始電量X，計算預定目標電量Y與初始電量X之間的差值，以對應取得一充電電量（Y-X），並且，處理器20根據充電完成時間T _c及目前時間T _p，計算充電完成時間T _c及目前時間T _p的差值，以對應取得一實際的充電時間（T _c-T _p）。接著，進行步驟S16，處理器20根據充電電量（Y-X）及充電時間（T _c-T _p）計算一電量差，由於已知預定目標電量Y、初始電量X、充電完成時間T _c及目前時間T _p，所以可以估算在定義的時間長度（充電時間）內應該對電池模組12充多少電量，即處理器20將充電電量（Y-X）除以充電時間（T _c-T _p），以得到電量差。續如步驟S18所示，處理器20根據一電源轉換關係式，由於電源轉換關係式係為電量差與輸出的充電功率之間的關係式，故可將電量差轉換為充電功率，並將充電功率傳送給電源供應控制器16或電源控制器24，以作為電源供應控制器16或電源控制器24轉換供應電源之依據。最後，如步驟S20所示，基於電池模組12的電路特性，電源供應控制器16或電源控制器24根據充電功率將電源供應器14提供之供應電源轉換為對應之充電電壓或充電電流，以對電池模組12進行充電，以在充電時間的終點，將電池模組12充電至預定目標電量Y。

在一實施例中，預定目標電量Y係為電池模組12之一滿額電量，請同時參閱圖1、圖4及圖5所示，由於預定目標電量為100%的滿額電量，且此時之充電完成時間T _c係為充電結束時間T _e，例如一使用者預設結束時間或是處理器20根據使用狀態歷史取得之一慣常結束時間，因此處理器20取得之充電電量為100-X，充電時間為T _e-T _p，並根據充電電量100-X及充電時間（T _e-T _p）及時計算出電量差。在處理器20將電量差轉換為充電功率後，電源供應控制器16根據充電功率將供應電源轉換為對應之充電電壓或充電電流對電池模組12進行充電，以在充電時間的終點（T _e-T _p），將電池模組12充電至電池的滿額電量（預定目標電量）。

在另一實施例中，預定目標電量Y係為一預定之高電量，請同時參閱圖1、圖4及圖6所示，由於預定目標電量Y為80%的電池電量，此時，充電完成時間T _c係為一使用者預設完成時間或是處理器20根據使用狀態歷史取得之一慣常完成時間，例如充電程序中的充電完成時間被定義為充電結束時間T _e之前的n個小時來達到80%的電池電量，充電完成時間表示為T _e-n，因此處理器20取得之充電電量為80-X，充電時間為T _e-n-T _p，即可根據充電電量80-X及充電時間（T _e-n-T _p）及時計算出電量差。在處理器20將電量差轉換為充電功率後，電源供應控制器16根據充電功率將供應電源轉換為對應之充電電壓或充電電流對電池模組12進行充電，以在充電時間的終點（T _e-n-T _p），將電池模組12充電至80%的電池電量（預定目標電量）。之後，電子裝置10更可透過慢充方式在充電結束時間T _e將電池模組12充電至100%的電池電量（滿額電量）。因此，本案亦適用於二階段的充電方案。

如圖3所示之充電方法之實施例係在系統內部耗電較小而可忽略之條件下對電池模組12進行充電，但若系統內部耗電較多，則要進一步考量此內部耗電，電量差就必須進一步包含一系統耗電電量差。請同時參閱圖1及圖7所示，充電方法更進一步包含步驟S22及步驟S24，在進行步驟S18之前，會先進行步驟S22及步驟S24。在步驟S22中，處理器20根據系統功率消耗歷史記錄中推算過去電子裝置10內之系統運作下降的電量差，以估算出電子裝置10之系統耗電電量差，再如步驟S24所示，處理器20將系統耗電電量差合併至由步驟S16所計算出來的電量差中，以加總形成合併後之電量差，之後再如步驟S18～S20所示，進行轉換、充電步驟，此部分之內容係與前述圖3之實施例相同，故可參閱前述說明，於此不再贅述。

在一實施例中，為了建立電量差與充電功率之間的關係，可以參考在不同充電功率下的充電曲線，如圖8所示，分別在8.76W、10W、18W、30W的充電功率下，對具有已定義容量之電池進行充電，並記錄電池電量隨時間的變化。一旦知道了各種充電功率下隨時間變化的電池電量，就可以估算出各種充電功率下的電量差。在取得電池電量隨時間變化的充電曲線就可確定電量差，如圖9a至圖9d所示，在8.76W、10W、18W、30W的充電功率下，每單位時間變化的電量大約為一固定值，且為了在指定的充電功率下確實表示電量差，可以使用平滑技術（例如累計平均值）對圖9a至圖9d所示之電量差進行估算，以獲得如圖10a至圖10d所示之平滑化電量差。根據圖10a至圖10d所獲得的平滑化電量差進行參數估計，以獲得電量差（每5秒的%）與充電功率之間的關係圖，如圖11所示，對於任何給定的電量差，就可以從已知的電量差和充電功率之間的關係所建立的電源轉換關係式來估算所需的充電功率。在一實施例中，電源轉換關係式係使用線性迴歸模型（linear regression model）來表示電量差與充電功率之間的關係，但不以此為限。例如，圖11所示之電量差與充電功率之間的關係即可表示為D=0.003991*P+0.011886，其中D為電量差且P為充電功率，因此，根據任何給定的電池模組之電量差即可使用電源轉換關係式來預測所需的充電功率。其中，上述之電源轉換關係式係使用線性迴歸模型來表示電量差與充電功率之間的函數關係，除此之外，任何可對應電量差與充電功率之間的函數關係均可以作為電源轉換關係式。

在一具體實施例中，如圖6所示，設定預定目標電量Y為80%的電池電量及充電期間為PM 10：00至AM 7：00，且接上電源之目前時間T _p為AM 0：00，初始電量X為20％的電池電量，並將充電程序中的充電完成時間設定為充電結束時間T _e之前的2（n=2）個小時來達到80%的電池電量，因此，充電時間為T _e-n-T _p＝7-2-0＝5小時，充電電量為80-X＝80-20＝60%，電量差＝60%/5 hours = 12%/hour = 12%/3600 sec ≒ 0.016666 %/5 sec，即可取得電量差D＝0.016666。在計算出電量差之後，將電量差D＝0.016666代入電源轉換關係式D=0.003991*P+0.011886，亦即P=(D-0.011886)/0.003991= (0.016666-0.011886)/0.003991＝1.197（瓦特），即可得到充電功率為1.197瓦特。

承上，本案在計算出需要的電量差並轉換為電子裝置所需之充電功率之後，再依據電池模組的電路特性，將充電功率再轉換為電池模組所需之充電電流或充電電壓來進行充電，以避免電池長時間處於高電量狀態，進而使日常充電的電池壽命最大化。

綜上所述，本案主要係在一充電時間區間內動態調整充電功率，使電池在充電時間區間的終點才被充電到滿電狀態，以避免電池在滿電狀態或高電量狀態下的時間過長而折損電池壽命的問題。因此，本案係使用動態充電功率來最佳化電池壽命，以有效延長電池的使用壽命，提供使用者更好的充電選擇。

以上所述的實施例僅係為說明本案的技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案的內容並據以實施，當不能以之限定本案的專利範圍，即大凡依本案所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案的申請專利範圍內。

10:電子裝置 12:電池模組 14:電源供應器 16:電源供應控制器 18:電源管理控制器 20:處理器 22:外部電源 24:電源控制器 S10~S24:步驟 X:初始電量 Y:預定目標電量 T _c:充電完成時間 T _e:充電結束時間 T _p:目前時間

圖1為根據本案一實施例之電子裝置的方塊示意圖。圖2為根據本案另一實施例之電子裝置的方塊示意圖。圖3為根據本案一實施例之充電方法的流程示意圖。圖4為根據本案一實施例之電量與時間的充電曲線示意圖。圖5為根據本案一實施例之預定目標電量為滿額電量的電量與時間的充電曲線示意圖。圖6為根據本案一實施例之預定目標電量為80％電池電量的電量與時間的充電曲線示意圖。圖7為根據本案另一實施例之充電方法的流程示意圖。圖8為根據本案一實施例在不同充電功率下的充電曲線示意圖。圖9a為根據本案一實施例在8.76W之充電功率下的電量差示意圖。圖9b為根據本案一實施例在10W之充電功率下的電量差示意圖。圖9c為根據本案一實施例在18W之充電功率下的電量差示意圖。圖9d為根據本案一實施例在30W之充電功率下的電量差示意圖。圖10a為根據本案一實施例在8.76W之充電功率下的平滑化電量差示意圖。圖10b為根據本案一實施例在10W之充電功率下的平滑化電量差示意圖。圖10c為根據本案一實施例在18W之充電功率下的平滑化電量差示意圖。圖10d為根據本案一實施例在30W之充電功率下的平滑化電量差示意圖。圖11為根據本案一實施例之電量差與充電功率之間的關係示意圖。

S10~S20:步驟

Claims

一種電子裝置，包含：一電池模組；一電源供應器，用以提供一供應電源；一電源控制器，電性連接該電池模組及該電源供應器，以取得該電池模組之一初始電量及該電源供應器接上一外部電源之一目前時間，並控制該電源供應器對該電池模組進行充電；以及一處理器，電性連接該電源控制器，該處理器係提供設定一預定目標電量及一充電完成時間，並根據該預定目標電量及該初始電量取得一充電電量以及根據該充電完成時間及該目前時間取得一充電時間，根據該充電電量及該充電時間計算一電量差，再根據一電源轉換關係式，將該電量差轉換為一充電功率，並將該充電功率傳送給該電源控制器，使該電源控制器根據該充電功率將該電源供應器提供之該供應電源轉換為對應之充電電壓或充電電流，以對該電池模組進行充電，以在該充電時間的終點，將該電池模組充電至該預定目標電量。
如請求項1所述之電子裝置，其中該電源控制器更包含：一電源供應控制器，電性連接該電池模組、電源供應器及該處理器，以根據該充電功率控制該電源供應器對該電池模組進行充電；以及一電源管理控制器，電性連接該電池模組及該處理器，以取得該初始電量及該目前時間。
如請求項1所述之電子裝置，其中該預定目標電量係為該電池模組之一滿額電量。
如請求項3所述之電子裝置，其中該充電完成時間係為一使用者預設結束時間或是該處理器根據使用狀態歷史取得之一慣常結束時間。
如請求項1所述之電子裝置，其中該充電完成時間係為一使用者預設完成時間或是該處理器根據使用狀態歷史取得之一慣常完成時間。
如請求項1所述之電子裝置，其中該充電電量係除以該充電時間，以得到該電量差。
如請求項1所述之電子裝置，其中該電量差更包含一系統耗電電量差。
如請求項1所述之電子裝置，其中該電源轉換關係式係使用線性迴歸模型來表示該電量差與該充電功率之間的關係。
一種充電方法，適於一具有電池模組之電子裝置，該充電方法包含：設定一預定目標電量及一充電完成時間；取得該電池模組之一初始電量及該電子裝置接上一外部電源之一目前時間；根據該預定目標電量及該初始電量取得一充電電量，以及根據該充電完成時間及該目前時間取得一充電時間；根據該充電電量及該充電時間計算一電量差；根據一電源轉換關係式，將該電量差轉換為一充電功率；以及根據該充電功率對該電池模組進行充電，以在該充電時間的終點，將該電池模組充電至該預定目標電量。
如請求項9所述之充電方法，其中該預定目標電量係為該電池模組之一滿額電量。
如請求項10所述之充電方法，其中該充電完成時間係為一使用者預設結束時間或是根據使用狀態歷史取得之一慣常結束時間。
如請求項9所述之充電方法，其中該充電完成時間係為一使用者預設完成時間或是根據使用狀態歷史取得之一慣常完成時間。
如請求項9所述之充電方法，其中該充電電量係除以該充電時間，以得到該電量差。
如請求項9所述之充電方法，其中在將該電量差轉換為該充電功率之步驟前，更包含：估算該電子裝置之一系統耗電電量差；以及將該系統耗電電量差合併至該電量差中。
如請求項9所述之充電方法，其中該電源轉換關係式係使用線性迴歸模型來表示該電量差與該充電功率之間的關係。
如請求項9所述之充電方法，其中根據該充電功率對該電池模組進行充電之步驟更包含：根據該充電功率將一供應電源轉換為一充電電流或一充電電壓，以對該電池模組進行充電。