專利名稱：兩電極電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩電極電池，這種電池一般用在汽車中。更具體而言，本發(fā)明涉及一種包括位于單一殼體內(nèi)的、有兩個(gè)電極的電池的兩電極電池。
所述電池部分之一構(gòu)造成用于深度循環(huán)。所述電池部分永久地連接至外部電極，并且一般能提供運(yùn)行輔助負(fù)載的電源。所述第二部分構(gòu)造成能滿足內(nèi)部低電阻和有效的短時(shí)間內(nèi)高電流輸出的要求。第二部分周期性地通過(guò)自鎖繼電器連接到外部正極上。
優(yōu)選實(shí)施例的詳述參照附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件，

圖1和圖2表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的兩電極的雙電池裝置。所述電池包括一個(gè)外部模制成型的電池殼體2和蓋子4。在蓋子4內(nèi)有一一體的通風(fēng)系統(tǒng)6。在蓋4內(nèi)一體制成有包括多個(gè)電子元件的開關(guān)盒8(下面詳述)。第一外電極10用作正極，并且從蓋4延伸出來(lái)。第二外電極44用作負(fù)極，并且從蓋4延伸出來(lái)。圖3示出電池的內(nèi)部元件，包括起動(dòng)部分20和與其相鄰的輔助部分22。所述起動(dòng)部分20包括一正極14和一負(fù)極24。所述起動(dòng)部分20有六個(gè)板組28用于提供較高的電流。所述輔助部分22包括一正極26和一負(fù)極16。所述輔助部分22有六個(gè)板組30用于提供循環(huán)功能。所述單獨(dú)的電池部分20和22可以制成酸性鉛洗電池以提供上述的功能。
圖4示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的電路簡(jiǎn)圖。所述起動(dòng)部分20和輔助部分22在外正極10和外負(fù)極44之間并聯(lián)。一自鎖機(jī)電繼電器(L/R)32連接在起動(dòng)部分正極14和輔助部分負(fù)極26之間。所述繼電器32還電連接至微處理器和一控制電子部分34上。所述微處理器和控制電子部分34電連接到起動(dòng)部分正極14、輔助部分正極26、起動(dòng)部分負(fù)極24、和輔助部分負(fù)極16上。響應(yīng)于輸入信號(hào)，所述微處理器和控制電子部分34打開和關(guān)閉繼電器32。當(dāng)繼電器32打開時(shí)，僅僅輔助部分22連接至外部電池電極10，44。當(dāng)繼電器32關(guān)閉時(shí)，起動(dòng)部分20和輔助部分22穿過(guò)外部電池電極10，44相并聯(lián)。
圖5示出導(dǎo)體連接器連接起動(dòng)部分和輔助部分的內(nèi)部電極至所述外部電極。所述起動(dòng)部分正極通過(guò)導(dǎo)體42連接至繼電器32。另一個(gè)導(dǎo)體40將輔助部分正極26連接至外部正極10和繼電器32。另一個(gè)導(dǎo)體46連接起動(dòng)部分負(fù)極24到外部負(fù)極44。外部負(fù)極44位于輔助部分負(fù)極16的上方并與其相連。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖6-9所示，本發(fā)明包括一個(gè)可選擇的外部負(fù)極連接件18。如圖9所示，所述電極連接件連接輔助部分負(fù)極16至另一導(dǎo)體38和起動(dòng)部分負(fù)極24，所述導(dǎo)體38連接外部負(fù)極44。
所述微處理器和控制部分34(隨后稱作“up”)監(jiān)控并檢測(cè)電池的各種操作條件。基于這些條件，處理器和控制部分34控制繼電器的操作。
處理器和控制部分34連續(xù)監(jiān)控下列參數(shù)輔助部分電壓(Va)，起動(dòng)部分電壓(Vs)，振動(dòng)傳感器輸出，輔助部分電流，繼電器的壓縮狀態(tài)，各種狀態(tài)標(biāo)志定時(shí)器的條件。
必要時(shí)，“up”34的信號(hào)輸入以各種普通的方式預(yù)處理，例如阻容(R-C)過(guò)濾。例如在振動(dòng)檢測(cè)的情況下，過(guò)濾原始信號(hào)用于頻率響應(yīng)，在“up”34中校正并與30秒遲延時(shí)間信號(hào)組合，以建立一有效的檢測(cè)振動(dòng)(DIVB)標(biāo)志，并且設(shè)定DVIB＝True。
當(dāng)檢測(cè)到與既定程序條件相匹配的參數(shù)輸入值時(shí)，處理器和控制部分34發(fā)出一信號(hào)到繼電器驅(qū)動(dòng)電路以改變繼電器的狀態(tài)。所述處理器和控制部分34然后驗(yàn)證狀態(tài)改變的結(jié)果。所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路可以包括，例如與繼電器線圈串聯(lián)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。所述繼電器線圈連接在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極和起動(dòng)部分正極之間。一保護(hù)二極管以反向偏壓的形式連接并且平行于繼電器線圈，以抑制感應(yīng)歸零電壓。
為了起動(dòng)繼電器，所述微處理器和控制部分34向場(chǎng)效應(yīng)晶體管門輸入一電壓信號(hào)。所述電壓信號(hào)起動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，允許電流流過(guò)。所述電流起動(dòng)線圈，這反過(guò)來(lái)又會(huì)關(guān)閉繼電器32。為了打開繼電器32，所述微處理器和控制部分34斷開通向場(chǎng)效應(yīng)晶體管門的電壓信號(hào)。
為了使所述微處理器和控制部分34能監(jiān)測(cè)繼電器32的狀態(tài)，在繼電器殼體內(nèi)包括一個(gè)驗(yàn)證觸片。所述驗(yàn)證觸片與所述微處理器和控制部分34相連。當(dāng)繼電器32關(guān)閉時(shí)，繼電器32的觸片上的電壓也出現(xiàn)在驗(yàn)證觸片上。所述微處理器和控制部分34基于驗(yàn)證觸片上的電壓確定繼電器是關(guān)閉或是打開的。如果繼電器32要關(guān)閉，所述微處理器和控制部分34發(fā)出電壓到場(chǎng)效應(yīng)晶體管。所述微處理器和控制部分34監(jiān)測(cè)驗(yàn)證觸片。如果所述微處理器和控制部分34不檢測(cè)在驗(yàn)證觸片上的電壓，那么就會(huì)再一次脈動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這將重復(fù)脈沖直至15次或直至繼電器32關(guān)閉。如果在15次嘗試之后繼電器32已經(jīng)關(guān)閉，繼電器32沒有得到驗(yàn)證，所述微處理器和控制部分34將不會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的動(dòng)作直至受到有效的指示，從“假想關(guān)閉”狀態(tài)打開繼電器32。在停止“打開”電流脈沖信號(hào)施加到繼電器32上，并且驗(yàn)證嘗試寄存器重新設(shè)置為零之后，重新進(jìn)行驗(yàn)證。
一般電池在由所述微處理器和控制部分34能識(shí)別的五種狀態(tài)下操作(A)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行或開放電路，其中很少或沒有充電或放電動(dòng)作10.8V＜Va＜13V，(B)起動(dòng)，高電流，低電壓，短時(shí)間放電，(C)充電，13V＜Va＜14V，少于40分，(D)過(guò)度充電，Va＞14V，并且Vreg＞Vc＞13.2V，其中Vreg表示系統(tǒng)穩(wěn)壓器的電壓，Vc表示起動(dòng)部分20和輔助部分22并聯(lián)時(shí)的電壓，(E)深度放電Va≤10.8V用于在一延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)有或沒有振動(dòng)出現(xiàn)。
本發(fā)明以下述方式操作。在起動(dòng)條件下，電池處于狀態(tài)A。電池的起動(dòng)部分和輔助部分22完全充電(正常狀態(tài))，并且繼電器處于打開的狀態(tài)。在此狀態(tài)，僅僅輔助部分22連接至汽車配線系統(tǒng)，所述配線系統(tǒng)通過(guò)外部電極10，44與電池相連。
所述汽車包括一與所述微處理器和控制部分34相連的振動(dòng)傳感器(未示出)。所述振動(dòng)傳感器可以是一壓電振動(dòng)檢測(cè)電路。當(dāng)有人進(jìn)入汽車時(shí)，振動(dòng)傳感器將檢測(cè)出與開門有關(guān)的振動(dòng)或其他干擾。所述微處理器和控制部分34將振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志DVIB設(shè)定為true。
所述微處理器和控制部分34檢查Va。由于如果所述微處理器和控制部分34發(fā)現(xiàn)Va＞10.8V，所述電池將保持原狀，即，輔助部分連接至起動(dòng)電動(dòng)機(jī)上。將一鍵設(shè)定到起動(dòng)位置配合起動(dòng)器螺線管以轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)器電動(dòng)機(jī)吸收的高電流將使輔助部分電壓Va下降。則所述微處理器和控制部分34監(jiān)測(cè)Va。如果Va保持在第一觸發(fā)點(diǎn)之上(例如10.8V)，汽車最可能起動(dòng)。如果汽車起動(dòng)，所述微處理器和控制部分34將不關(guān)閉繼電器32。一旦汽車起動(dòng)并且起動(dòng)器馬達(dá)卸載，交流發(fā)電機(jī)對(duì)輔助部分充電，提高電壓Va。
如果Va低于10.8V，所述微處理器和控制部分34將關(guān)閉繼電器32，因此使輔助部分22和起動(dòng)部分20相并聯(lián)，以產(chǎn)生更大的并聯(lián)電壓Vc。如果所述微處理器和控制部分34監(jiān)測(cè)到DVIB＝True并且Va＜10.8V，則所述微處理器和控制部分34會(huì)關(guān)閉繼電器32。由所述并聯(lián)電壓Vc驅(qū)動(dòng)所述起動(dòng)電機(jī)。一旦汽車起動(dòng)，交流發(fā)電機(jī)會(huì)對(duì)并聯(lián)的起動(dòng)部分20和輔助部分22充電。
當(dāng)有人進(jìn)入汽車并試圖起動(dòng)汽車(DIVB＝True)，并且所述微處理器和控制部分34發(fā)現(xiàn)Va最初小于10.8V的情況下，則所述微處理器和控制部分34會(huì)自動(dòng)關(guān)閉繼電器32，因此在起動(dòng)器螺線管配合之前使輔助部分22和起動(dòng)部分20并聯(lián)。這將確保起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳狀態(tài)。
如上所述，當(dāng)振動(dòng)傳感器感測(cè)到振動(dòng)時(shí)，則所述微處理器和控制部分34設(shè)定DIVB＝True。一旦汽車已經(jīng)起動(dòng)，所述微處理器和控制部分34還設(shè)定一計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到30秒。如果繼電器32已經(jīng)關(guān)閉(由于最初發(fā)現(xiàn)Va＜10.8V或者由于起動(dòng)嘗試而落至低于10.8V)，并且在30秒的時(shí)間內(nèi)沒有感測(cè)到額外的振動(dòng)，DVIB會(huì)設(shè)置成“False”。如果下面要描述的充電參數(shù)不要求保持繼電器關(guān)閉，則所述微處理器和控制部分34將打開繼電器32，并且使起動(dòng)部分20和輔助部分22斷開并聯(lián)。
在一定條件下，振動(dòng)傳感器不會(huì)感測(cè)有人進(jìn)入車內(nèi)，例如傳感器不工作，進(jìn)入的振動(dòng)不明顯等，或者進(jìn)入和起動(dòng)嘗試之間超過(guò)30秒。在任何一種上述情況下，DVIB都會(huì)設(shè)定為“false”。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)必要的初始條件DIVB＝True將不再出現(xiàn)。如果Va＜10.8V，為起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，兩部分電池都需要工作。然而由于DVIB＝false，繼電器將不關(guān)閉。一額外的支持電路，連接至Va并且所述微處理器和控制部分34表示出這種情況。所述微處理器和控制部分34通過(guò)支持電路監(jiān)測(cè)Va的下降率(dVa/dt)和Va。如果dVa/dt超過(guò)了一預(yù)定的值，并且Va低于預(yù)定的值，所述微處理器和控制部分34將關(guān)閉繼電器32。在此意義上，繼電器32的關(guān)閉將不取決于DVIB的狀態(tài)。
一旦汽車起動(dòng)，所述微處理器和控制部分34開始監(jiān)控充電參數(shù)。如上所述，一旦汽車起動(dòng)，繼電器32可以或者不可以關(guān)閉，這取決于Va的值。所述微處理器和控制部分34監(jiān)測(cè)Va。如果通過(guò)交流發(fā)電機(jī)充電系統(tǒng)，再次充電使Va超過(guò)13V，所述微處理器和控制部分34將檢查繼電器32的狀態(tài)。如果繼電器關(guān)閉，將保持關(guān)閉的狀態(tài)，如果打開，所述微處理器和控制部分34將發(fā)出信號(hào)使其關(guān)閉。一旦繼電器關(guān)閉，充電系統(tǒng)會(huì)對(duì)輔助部分22和起動(dòng)部分20充電，使兩部分恢復(fù)至正常的狀態(tài)，使Vc升高到由外部汽車穩(wěn)壓器所限定的最大值。
如果繼電器32關(guān)閉，并且發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行，電池的兩部分都會(huì)充電，最終到達(dá)一恒定的電壓值，所述電壓值由汽車的穩(wěn)壓器限定，例如14.2-14.7伏。在這種條件下，起動(dòng)部分20的過(guò)量的和延長(zhǎng)的充電會(huì)引起正柵極腐蝕。為克服這種缺點(diǎn)，所述微處理器和控制部分34實(shí)施了一種電荷保護(hù)電壓功能。如果Vc超過(guò)14V，所述微處理器和控制部分34設(shè)定計(jì)時(shí)器一預(yù)選時(shí)間T1，例如40秒。如果Vc在時(shí)間段T1內(nèi)保持大于14V，則所述微處理器和控制部分34打開繼電器32。一旦，起動(dòng)部分20通過(guò)打開繼電器34斷開連接，Vs自然減小至一平衡電壓，例如，13.2伏。當(dāng)所述微處理器和控制部分34檢測(cè)到Vs已經(jīng)達(dá)到了一平衡電壓，所述微處理器和控制部分34關(guān)閉繼電器32并且將一計(jì)時(shí)器設(shè)置為預(yù)選時(shí)間T2，例如5分鐘。在此時(shí)間段內(nèi)，起動(dòng)部分20和輔助部分22并連充電。在時(shí)間段T2的末端，所述微處理器和控制部分34再次打開繼電器32允許起動(dòng)部分電壓Vs下降。一旦電壓Vs低于13.2伏，所述微處理器和控制部分34將再次設(shè)定一計(jì)時(shí)器至?xí)r間段T2。所述時(shí)間段T2將無(wú)限循環(huán)，直至要求其它的參數(shù)。例如如果Va低于12.8伏，繼電器32將被迫打開，以單獨(dú)對(duì)輔助部分22充電，或者如果起動(dòng)器關(guān)掉，繼電器將被打開。如果Vc在時(shí)間段T1或T2低于13.2V，定時(shí)器將設(shè)定為零，這樣下一次計(jì)時(shí)將是重新設(shè)定的計(jì)時(shí)。
當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)，兩電池部分20，22的電壓朝向其正常的開路值下降。當(dāng)輔助部分電壓Va落至這一范圍的頂端時(shí)，所述繼電器32跳至打開狀態(tài)，以使起動(dòng)部分20隔離任何可能出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)輔助負(fù)載。
優(yōu)選，所述輔助部分22提供電流到不能被充電系統(tǒng)所支持的輔助負(fù)載。如果汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行并且存在輔助負(fù)載，繼電器32打開，那么輔助部分獨(dú)自驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在這種情況下，起動(dòng)部分20被斷開，并且Va隨著時(shí)間逐漸減小。在沒有振動(dòng)的情況下，輔助部分22能完全放電。然而，如果Va落至低于觸發(fā)點(diǎn)，例如10.8V，則由振動(dòng)傳感器感測(cè)到振動(dòng)，例如有人進(jìn)入，噪音等，DVIB將設(shè)定為true并且繼電器32將關(guān)閉。輔助部分22和起動(dòng)部分20將并聯(lián)放置，以提供一并聯(lián)電壓Vc(大于10.8V)到輔助負(fù)載。所述微處理器和控制部分34監(jiān)測(cè)振動(dòng)傳感器進(jìn)一步振動(dòng)的情況。如果在30秒內(nèi)沒有感測(cè)到振動(dòng)，DIVB設(shè)定為false，并且打開繼電器32。所述微處理器和控制部分34連續(xù)監(jiān)測(cè)振動(dòng)傳感器。上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。
當(dāng)汽車在使用中，并且充電系統(tǒng)失靈或長(zhǎng)期過(guò)勞就會(huì)出現(xiàn)這種情況。如果輔助電壓Va低于觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，檢測(cè)不到外部輸入，則繼電器32將保持在打開的狀態(tài)，并且輔助部分22完全放電。這種情況一般在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行并且一些附件，例如燈在打開的狀態(tài)下出現(xiàn)。
由起動(dòng)部分20和輔助部分22可以雙重供給電流。當(dāng)兩部分的電壓都低于5伏時(shí)，所述微處理器和控制部分34將進(jìn)入“睡眠”模式。當(dāng)電池放置在充電狀態(tài)，并且輔助部分22獨(dú)自或兩部分的電壓都升高至高于預(yù)定值，所述微處理器和控制部分34將通過(guò)重新設(shè)定和重新初始化使電池進(jìn)入“清醒”狀態(tài)，以恢復(fù)正常的操作。
本發(fā)明可以以不脫離其實(shí)質(zhì)精神的其他具體形式實(shí)施，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)在于所附的權(quán)利要求書，而非前述的說(shuō)明部分。
權(quán)利要求
1.一種電池，所述電池包括一電池殼體；容納在所述電池殼體內(nèi)的第一電池部分；容納在所述電池殼體內(nèi)與所述第一電池部分相鄰的第二電池部分；從所述電池殼體延伸出的一對(duì)外部電極；有打開和關(guān)閉狀態(tài)的可控開關(guān)；根據(jù)輸入信號(hào)在打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間可選擇地操作可控開關(guān)的控制裝置；其中，所述第一電池部分永久性地連接到一對(duì)外部電極上；并且所述第二電池部分通過(guò)可控開關(guān)連接到一對(duì)外部電極上，這樣當(dāng)可控開關(guān)在關(guān)閉狀態(tài)，第一電池部分和第二電池部分并聯(lián)到一對(duì)外部電極上。
2.如權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于，所述第一電池部分是驅(qū)動(dòng)輔助部件的輔助電池。
3.如權(quán)利要求2所述的電池，其特征在于，所述輔助電池部分包括用于提供循環(huán)能力的板組。
4.如權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于，所述第二部分是用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電池。
5.如權(quán)利要求4所述的電池，其特征在于，所述起動(dòng)電池包括提供高電流的板組。
6.如權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于，所述可控開關(guān)是一自鎖繼電器。
7.如權(quán)利要求1所述的電池，所述電池還包括一振動(dòng)檢測(cè)器，并且其中所述輸入信號(hào)表示下列數(shù)值中的一個(gè)第一電池部分電壓，第二電池部分電壓，第一電池部分的電流，第二電池部分的電流和振動(dòng)傳感器狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于，如果輸入信號(hào)表示第一電池部分電壓低于觸發(fā)點(diǎn)，所述可控裝置關(guān)閉開關(guān)。
全文摘要
一種帶有微處理控制單元的兩極雙電池,其裝入一單一的殼體內(nèi)。兩節(jié)12V電池容納在單一殼體內(nèi),共用一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極。所述輔助電池永久連接到電池的外部電極上。起動(dòng)部分通過(guò)自鎖機(jī)電繼電器連接到外部電池電極上,與輔助部分并聯(lián)。微處理器響應(yīng)外部輸入和電池參數(shù)控制所述繼電器。電池的一部分構(gòu)造成能深度循環(huán)并且一般能提供電源來(lái)運(yùn)行輔助負(fù)載,而另一電池部分構(gòu)造成能滿足低內(nèi)部電阻和短時(shí)間內(nèi)高電流輸出的要求。
文檔編號(hào)H01M10/44GK1333928SQ99815822
公開日2002年1月30日 申請(qǐng)日期1999年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月15日
發(fā)明者伊恩·G·馬司通, 戈德溫·華 申請(qǐng)人:國(guó)威發(fā)展有限責(zé)任公司