專利名稱：電池組放電恢復(fù)電路的制作方法
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)與為無(wú)繩電動(dòng)手工工具之類供電的電池組有關(guān)，并與這樣的電池組所用的充電電路有關(guān)。具體地說(shuō)，本申請(qǐng)與包括鉛酸性蓄電池單位的電池組有關(guān)。
用來(lái)為無(wú)繩電動(dòng)工具供電類型的鉛酸性蓄電池單位，諸如薄金屬膜電池之類，不容許深度放電。確實(shí)，這樣的電池如果超長(zhǎng)時(shí)期一直處于深度放電狀態(tài)就可能受到永久性的損傷。
已知的是，有一些充電裝置用來(lái)恢復(fù)或維持鉛酸性蓄電池上的電荷。一些這樣的裝置包括一個(gè)典型地在大小和容量上與要充電的電池相當(dāng)?shù)妮o助電池。這樣的裝置不適用于為無(wú)繩電動(dòng)手工工具供電類型的電池組，因?yàn)檫@樣的電池組必須比較小和比較輕。此外，在無(wú)繩電動(dòng)工具正常工作期間，電池組的端電壓可能會(huì)有顯著的瞬時(shí)下跌，這取決于加在電池上的負(fù)載。例如，在工具接通時(shí)，它的電機(jī)可能在達(dá)到運(yùn)行速度之前的幾分之一秒時(shí)間內(nèi)吸入約20安培的電流。此外，在諸如沖擊扳手之類的沖擊工具的情況下，在沖擊階段電機(jī)可能需要吸入15安培左右的電流大約5秒鐘(典型的緊固件裝配時(shí)間)。在電動(dòng)螺帽扳頭或改錐工具的失速階段期間也會(huì)引入類似的重負(fù)載。在這樣重的電流負(fù)載期間，電池的端電壓可能降至表示深度放電的電壓電平以下，即使實(shí)際上電池并沒(méi)有處于深度放電。因此，一個(gè)靠蓄電池端電壓得知深度放電狀況的深度放電恢復(fù)電路必須能區(qū)別這些正常的瞬時(shí)電壓下跌。
發(fā)明概要本申請(qǐng)揭示了一種可以避免現(xiàn)有電池組充電電路的缺點(diǎn)、同時(shí)在結(jié)構(gòu)和操作上還提供其他一些優(yōu)點(diǎn)的系統(tǒng)。
所提出的電路的一個(gè)重要特點(diǎn)是可以用一個(gè)標(biāo)稱輸出電壓比被充電的電池組的標(biāo)稱輸出電壓小許多的充電電池對(duì)深度放電的電池組充電。
所提出的電路的另一個(gè)特點(diǎn)是它適合接到由電池組供電類型的無(wú)繩電動(dòng)工具上，而且能忽視在工具正常操作期間出現(xiàn)的電池組電壓瞬時(shí)下跌。
所提出的電路的又一個(gè)特點(diǎn)是具有簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)。
這些和其他一些特點(diǎn)可以由一種為具有正、負(fù)端的電池組的鉛酸性蓄電池充電的電路實(shí)現(xiàn)，這種電路包括一個(gè)跨接在電池兩端的處理器，在一個(gè)存儲(chǔ)程序控制下進(jìn)行工作，用于監(jiān)視電池電壓和在一個(gè)控制輸出端上產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)；一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，具有功率輸入端、可接到所述控制輸出端上的控制輸入端，以及分別連接到電池兩端上的功率輸出端； 以及一個(gè)犧牲(sacrificial)原電池，跨接在所述功率輸入端上，并具有比對(duì)電池充電所需的電池電壓小的電池電壓。所述處理器對(duì)電池電壓降低到一個(gè)預(yù)定電平以下作出響應(yīng)，產(chǎn)生控制信號(hào)；所述轉(zhuǎn)換器響應(yīng)該控制信號(hào)，將原電池的電壓提升到一個(gè)足以對(duì)電池充電的輸出電壓并將其加到功率輸出端上。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明為了便于理解所要保護(hù)的主題，在附圖中例示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，結(jié)合以下說(shuō)明應(yīng)該很容易理解和看到本發(fā)明尋求保護(hù)的主題、它的結(jié)構(gòu)和工作情況以及它的許多優(yōu)點(diǎn)。


圖1為連接到一個(gè)相關(guān)電池組上的深度放電恢復(fù)電路的部分原理功能方框圖；圖2為圖1所示電路的功率轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；以及圖3為控制圖1所示電路操作的軟件例行程序的流程圖。
詳細(xì)說(shuō)明參見(jiàn)圖1，圖中例示了一個(gè)總體標(biāo)為數(shù)字10的充電電路，用來(lái)對(duì)可以包括一個(gè)或多個(gè)鉛酸性蓄電池單位、具有正、負(fù)端12、13的電池組11充電。電路10包括一個(gè)電壓監(jiān)視/控制器14，跨接在12、13兩端，在一個(gè)所存儲(chǔ)的程序控制下進(jìn)行工作。電壓監(jiān)視/控制器14可以是許多市售類型中任何一種微控制器，具有一個(gè)控制輸出端，在15處與跨接在端12、13上的功率轉(zhuǎn)換器20的控制輸入端連接。具體地說(shuō)，功率轉(zhuǎn)換器20具有正、負(fù)功率輸出端18(+Vout)、19(-Vout)，分別連接到12、13兩端。功率轉(zhuǎn)換器26還有功率輸入端21(+Vin)、22(-Vin)。
功率轉(zhuǎn)換器20是一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，可以是一個(gè)如圖2所示的MOSFET升壓振蕩器電路。一種象這樣的DIP封裝的市售型電路是Datel公司銷售的XWR系列。參看圖2，功率轉(zhuǎn)換器20包括一個(gè)連接到電壓輸入端21、22上的輸入∏形濾波器，它包括并聯(lián)電容器23、24和串聯(lián)電感器25。轉(zhuǎn)換器還包括升壓變壓器26，它具有與電感器25和MOSFET27串聯(lián)的初級(jí)繞組，MOSFET27的控制極與在15處的控制輸入端連接。變壓器26的次級(jí)繞組與整流二極管28串聯(lián)，跨接在電壓輸出端18、19上。濾波電容器29也跨接在18、19兩端。
在15處的控制輸入端上出現(xiàn)一個(gè)控制信號(hào)時(shí)，MOSFET27導(dǎo)通，使電流可以流過(guò)變壓器26的初級(jí)繞組，變壓器26將輸入端21、22的輸入電壓提升到更高的輸出電壓電平，加到輸出端18、19上。在這方面，充電電路10還包括一個(gè)犧牲原電池30，跨接在功率轉(zhuǎn)換器20的電壓輸入端21、22上。犧牲原電池30可以是一個(gè)諸如鉛酸性蓄電池之類的可充電電池，也可以是一個(gè)諸如堿性電池之類的可更換電池，但是它的標(biāo)稱輸出電壓比對(duì)電池組11充電所需的小。例如，如果電池組的標(biāo)稱空載電壓為12.6伏，則犧牲原電池30的標(biāo)稱空載電壓可以低到1.5伏。
在所例示的這個(gè)實(shí)施例中，電壓監(jiān)視/控制器14的控制輸出端上的控制信號(hào)是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)的振蕩信號(hào)。脈沖寬度由電壓監(jiān)視/控制器14的程序根據(jù)輸出端18、19上出現(xiàn)的電壓來(lái)控制，以便提供一個(gè)經(jīng)調(diào)整的輸出電壓，具有足以對(duì)電池組11充電所需的電平?；蛘撸刂菩盘?hào)只是一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)一個(gè)可以構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換器20一部分的PWM控制器電路，這種配置包括在前面提到的Datel轉(zhuǎn)換器電路內(nèi)。
通常，電池組接線端12、13通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)挠|發(fā)開(kāi)關(guān)裝置接到相關(guān)的電動(dòng)手工工具的馬達(dá)(未示出)上，使得在觸發(fā)開(kāi)關(guān)被啟動(dòng)時(shí)電池組11以眾所周知的方式為工具供電。在這種情況下，充電電路10可以置入相關(guān)的電動(dòng)工具內(nèi)。電壓監(jiān)視/控制器14可以工作在“休眠模式”，通常不激活，只是周期性地和/或根據(jù)預(yù)定激勵(lì)，諸如在電池組11加載工具馬達(dá)時(shí)出現(xiàn)在接線端12、13上的電壓電平的預(yù)定改變，激活一段很短的時(shí)間。因此，充電電路10使電池組11上的漏電極小。
參看圖3，圖中例示了電壓監(jiān)視/控制器14控制功率轉(zhuǎn)換器20的操作的例行程序的流程圖。在40，喚醒電壓監(jiān)視/控制器14，它啟動(dòng)計(jì)時(shí)器A，再在41進(jìn)行檢驗(yàn)，看計(jì)時(shí)器A的計(jì)時(shí)是否大于或等于預(yù)定時(shí)間T1。如果沒(méi)有，例行程序返回41，繼續(xù)監(jiān)視計(jì)時(shí)器。如果已經(jīng)過(guò)了時(shí)間T1，例行程序就在42將計(jì)時(shí)器A復(fù)位，開(kāi)始監(jiān)視電池組11的電池電壓VB。計(jì)時(shí)器A引入的時(shí)間延遲可能只是幾分之一秒，足以使電路可以忽略可能在工具馬達(dá)接通電源時(shí)出現(xiàn)的電池電壓的瞬時(shí)下跌。例行程序接著在43進(jìn)行檢驗(yàn)，看電池電壓是否等于或低于預(yù)定電平V1，這意味著確定電池組11是否處于深度放電狀況。如果是這樣的話，程序立即進(jìn)至44，通過(guò)產(chǎn)生控制信號(hào)加到在15處的控制輸出端來(lái)激活功率轉(zhuǎn)換器20。這使功率轉(zhuǎn)換器立即開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)足以對(duì)電池組11充電的輸出電壓加到電池組11上。如果在43確定電池電壓還沒(méi)有下降到V1電平，例行程序接著在45檢驗(yàn)電池電壓是否低于一個(gè)較高的預(yù)定電平V2，該預(yù)定電平與通常會(huì)在沖擊工具的沖擊階段出現(xiàn)的負(fù)載電流相應(yīng)。如果電壓還沒(méi)有到達(dá)V2電平，例行程序就在46將計(jì)時(shí)器B復(fù)位后返回42，繼續(xù)監(jiān)視電池電壓。如果在45確定電池電壓已經(jīng)降低到V2電平以下，例行程序在47檢查計(jì)時(shí)器B是否已接通。如果沒(méi)有，就在48啟動(dòng)計(jì)時(shí)器B，例行程序返回43。如果計(jì)時(shí)器B已經(jīng)接通，例行程序在49檢驗(yàn)計(jì)時(shí)器B的計(jì)時(shí)是否大于第二預(yù)定時(shí)間T2，該預(yù)定時(shí)間與在沖擊工具的沖擊階段一個(gè)典型緊固件的安裝時(shí)間相應(yīng)，例如5秒左右。如果這段時(shí)間還沒(méi)有屆滿，例行程序就返回43，繼續(xù)監(jiān)視電壓。如果在49確定計(jì)時(shí)器B的計(jì)時(shí)大于T2，表明電池電壓低于V2已經(jīng)超過(guò)正常的緊固件安裝時(shí)間，程序再轉(zhuǎn)至44，激活功率轉(zhuǎn)換器20。因此，該程序?qū)⒑雎栽谙嚓P(guān)的手工工具正常操作期間出現(xiàn)的正常電池電壓狀況，只有在電池電壓已經(jīng)到達(dá)明顯低的電平，或者到達(dá)一個(gè)低的電平已經(jīng)有一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，才激活功率轉(zhuǎn)換器，以與電池組11深度放電狀況保持一致。
由于采用了在所存儲(chǔ)的程序控制下進(jìn)行工作的微控制器，充電電路10用的部件極少，還可以很容易地被重新編程成適應(yīng)不同工具尺寸或功率范圍。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這種充電電路還可以用許多可選的模擬和/或數(shù)字電子硬件配置實(shí)現(xiàn)。雖然在所例示的實(shí)施例中功率轉(zhuǎn)換器20是一個(gè)MOSFET升壓振蕩電路，但是這種轉(zhuǎn)換器功能也可以采用能處理所需電流和電壓的適當(dāng)?shù)碾p極型固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)。
由上可見(jiàn)，所提供的一種改善的充電電路對(duì)相關(guān)的鉛酸性蓄電池組的狀況進(jìn)行監(jiān)視，在它達(dá)到深度放電狀況時(shí)，使它可以用一個(gè)大小和容量比對(duì)電池組充電通常所需的小許多的犧牲原電池充電。
在以上說(shuō)明和附圖中所提出的內(nèi)容只是例示性的而不是限制性的。雖然示出和說(shuō)明了一些具體的實(shí)施例，但對(duì)于熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員來(lái)說(shuō)，顯然可以在不背離申請(qǐng)人所作貢獻(xiàn)的較寬范圍的情況下作出各種變動(dòng)和修改。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)就適當(dāng)觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明的實(shí)際專利保護(hù)范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種用于具有正、負(fù)端的電池組的鉛酸性蓄電池的充電電路，所述電路包括一個(gè)可跨接在電池兩端的處理器，在一個(gè)所存儲(chǔ)的程序控制下進(jìn)行工作，用于監(jiān)視電池電壓和在一個(gè)控制輸出端上產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)；一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，具有功率輸入端、可接到所述控制輸出端上的控制輸入端，以及分別接到電池兩端上的功率輸出端；以及一個(gè)跨接在所述功率輸入端的犧牲原電池，具有比對(duì)所述鉛酸性蓄電池充電所需的電壓小的電壓，其中，所述處理器對(duì)鉛酸性蓄電池電壓降低到一個(gè)預(yù)定電平以下作出響應(yīng)，產(chǎn)生所述控制信號(hào)；所述轉(zhuǎn)換器響應(yīng)所述控制信號(hào)，將所述犧牲原電池的電壓升高到一個(gè)足以對(duì)鉛酸性蓄電池充電的輸出電壓，并將該輸出電壓加到所述功率輸出端上。
2.權(quán)利要求1的電池組，其中所述犧牲原電池是一個(gè)可充電電池。
3.權(quán)利要求1的電池組，其中所述犧牲原電池是一個(gè)非可充電的可更換電池。
4.權(quán)利要求1的電池組，其中所述處理器是一個(gè)微控制器。
5.權(quán)利要求1的電池組，其中所述轉(zhuǎn)換器是一個(gè)DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。
6.權(quán)利要求5的電池組，其中所述轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)升壓變壓器。
7.權(quán)利要求6的電池組，其中，所述控制器包括一個(gè)接到所述變壓器的初級(jí)繞組上的MOSFET振蕩器和一個(gè)接到所述變壓器的次級(jí)繞組上的整流器。
8.權(quán)利要求1的電池組，其中，所述處理器程序包括一個(gè)在處理器激活后推遲啟動(dòng)鉛酸性蓄電池電壓監(jiān)視一段預(yù)定時(shí)間的例行程序。
9.權(quán)利要求1的電池組，其中，所述處理器包括一個(gè)推遲產(chǎn)生所述控制信號(hào)直到鉛酸性蓄電池電壓已經(jīng)低于所述預(yù)定電平有一段預(yù)定時(shí)間的例行程序。
10.權(quán)利要求9的電池組，其中，所述預(yù)定電平是第一電平，所述處理器程序包括一個(gè)在鉛酸性蓄電池電壓降低到一個(gè)比第一電平低的第二預(yù)定電平以下時(shí)立即產(chǎn)生所述控制信號(hào)的例行程序。
11.權(quán)利要求1的電池組，其中所述犧牲原電池是單個(gè)電池。
12.一種對(duì)一個(gè)鉛酸性蓄電池組充電的方法，所述方法包括下列步驟提供一個(gè)具有比對(duì)該電池組充電所需的電池電壓小的電池電壓的犧牲原電池；將所述犧牲原電池的電壓加到一個(gè)轉(zhuǎn)換器上，使?fàn)奚姵仉妷涸龃蟮揭粋€(gè)足以對(duì)所述電池組充電的輸出電壓；在電池組接到一個(gè)負(fù)載上時(shí)監(jiān)視電池組的電壓；以及在電池組電壓低于一個(gè)預(yù)定電平時(shí)將所述輸出電壓加到電池組上。
13.權(quán)利要求12的方法，其中，所述輸出電壓加到電池組上直到所述犧牲原電池耗盡。
14.權(quán)利要求12的方法，其中，所述輸出電壓直到電池組的電壓已經(jīng)低于所述預(yù)定電平有一段預(yù)定時(shí)間后才加到電池組上。
15.權(quán)利要求14的方法，其中，所述預(yù)定電平是第一電平，所述輸出電壓在電池組的電壓降低到一個(gè)比第一電平低的第二電平以下時(shí)立即加到電池組上。
全文摘要
一種用于鉛酸性蓄電池組(11)的充電電路(10)包括一個(gè)電壓小于對(duì)鉛酸性蓄電池(11)充電所需電壓的犧牲原電池(30)，它跨接在功率轉(zhuǎn)換器(20)的輸入端(18和19)上，功率轉(zhuǎn)換器(20)將犧牲原電池電壓提升到足以對(duì)電池組(11)充電的輸出電壓。在所存儲(chǔ)的程序控制下工作的處理器(14)跨接在鉛酸性蓄電池(11)兩端，對(duì)它的電壓進(jìn)行監(jiān)視，在電壓降低到一個(gè)預(yù)定電平以下時(shí)產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，以觸發(fā)功率轉(zhuǎn)換器(20)將它所提升的電壓加到鉛酸性蓄電池(11)上進(jìn)行充電。處理器程序忽視在由鉛酸性蓄電池(11)供電的相關(guān)裝置正常操作期間出現(xiàn)的正常電池電壓狀況，只有在鉛酸性蓄電池電壓已經(jīng)達(dá)到一個(gè)明顯低的電平或者已經(jīng)達(dá)到一個(gè)低電平有足夠長(zhǎng)的一段時(shí)間時(shí)，才激活功率轉(zhuǎn)換器(20)，以與鉛酸性蓄電池(11)深度放電狀況保持一致。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1443389SQ01812937
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2001年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月17日
發(fā)明者丹尼爾·D·萊恩博格, 托馬斯·P·貝克爾, 丹尼爾·M·艾格特 申請(qǐng)人:斯耐普昂技術(shù)公司