專利名稱：壓差控制的電池充電方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池充電的方法和裝置，特別涉及一種壓差控制的電池充電方法和裝置。
現(xiàn)有的電池充電方法主要有定電壓法、定電流法和快速充電法。以上這些方法在例如《電池手冊(cè)》(日·吉澤四郎著)和《蓄電池快速充電技術(shù)》(85年人民郵電出版社出版)中已有介紹。定電壓法是充電電池所達(dá)到的最大電壓受到限制的充電方法，當(dāng)電池端電壓上升到設(shè)定的最大值時(shí)，就認(rèn)為電池已充足電。定電流法是用定電流對(duì)定電池進(jìn)行充電的方法，該方法通常給出充電持續(xù)時(shí)間，從而控制其充電過程。快速充電法是用大電流脈沖對(duì)電池進(jìn)行充電的方法，該方法在脈沖間隙有放電去極化過程，通過對(duì)電池的最大限定電壓(或充電量、電池溫升值、出氣率等)的測(cè)量，將充電量和放電量進(jìn)行比較，從而控制電池的充電過程。以上充電方法由于每一個(gè)電池都取同一控制參數(shù)，不符合每一個(gè)電池的實(shí)際情況，因而勢(shì)必有一些電池沒充足電，而另外一些電池又過充電，后者既費(fèi)時(shí)又影響電池的壽命，總之，上述現(xiàn)有技術(shù)由于缺少一種準(zhǔn)確反映充電情況的控制參數(shù)，因而無法使電池正好充足電。
本發(fā)明的目的是提供一種精確控制充電過程使電池能充足電又不過充的高效、經(jīng)濟(jì)的充電方法和裝置。
在電池充電過程中，開始電池的端電壓會(huì)逐漸升高，當(dāng)電池接近于充足電或者由于充電電流過大電池不能再接受時(shí)，電池的端電壓將進(jìn)入一個(gè)起伏變化階段，端電壓從最大值降落的出現(xiàn)實(shí)際是電池已充足電的標(biāo)志，根據(jù)該降落的差值(壓差)的大小控制電池的充電進(jìn)程，能使電池既充足電而又不過充電。
本發(fā)明是通過下述方法和裝置實(shí)現(xiàn)的。
一種利用壓差控制充電電源對(duì)電池進(jìn)行充電的方法，它包括下列步驟1)設(shè)定需要的壓差值△V;
2)確定充電過程中電池端電壓Vi達(dá)到過的最大值Vm并加以儲(chǔ)存;
3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V;以及4)當(dāng)Vm-Vi≥△V時(shí)，停止對(duì)電池充電。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括對(duì)電池充電的電源以及1)設(shè)定需要的壓差值△V的單元;
2)確定充電過程中電池端電壓Vi的最大值Vm并加以儲(chǔ)存的單元;
3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V的單元;
4)當(dāng)Vm-Vi≥△V時(shí)，停止對(duì)電池充電的控制單元。
本發(fā)明所述的方法和裝置，由于提供了一個(gè)反映電池充電情況的準(zhǔn)確參數(shù)一電池的端電壓在最大值處降落差值，因而使得電池既充足而又不過充，極大地保護(hù)了電池，延長了電池的使用壽命且節(jié)約了充電時(shí)間。上述方法適用于電池的初充電、放完電后再充電以及中間補(bǔ)充電，給使用者帶來了極大的方便。


圖1是本發(fā)明的原理方框圖。
圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的原理電路圖。
圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例中產(chǎn)生脈沖W0、W1、W2、W3以及W4的裝置圖。
圖4是脈沖W0、W1、W2、W3以及W4的波形圖。
圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電電源部分電路圖。
圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施例的控制部分的原理電路圖。
圖7(a)是第二實(shí)施例的微型計(jì)算機(jī)在一組電池充電時(shí)的控制程序方框圖。
圖7(b)是第二實(shí)施例的微型計(jì)算機(jī)在六組電池充電時(shí)的控制程序方框圖。
圖8是本發(fā)明的第三實(shí)施例的原理電路圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的原理方框圖。如圖所示，控制單元控制充電電源對(duì)電池的充電。充電時(shí)的端電壓Vi輸入到判斷單元和確定單元中，確定單元用來確定電池充電過程中的端電壓Vi達(dá)到的最大值Vm并加以儲(chǔ)存，上述最大值也輸入到判斷單元中，設(shè)定單元設(shè)定所需的壓差值△V并將它輸入到判斷單元中，判斷單元對(duì)Vm-Vi和△V的大小進(jìn)行判別，當(dāng)Vm-Vi≥△V時(shí)，則發(fā)出控制信號(hào)給控制單元，停止對(duì)電池充電。
圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的原理電路圖，該實(shí)施例采用數(shù)字電路裝置。如圖2所示，1是控制單元，4是確定單元，6是判斷單元，9是設(shè)定單元。電源Ei經(jīng)變壓器16變換再經(jīng)可控硅19整流和RC濾波后變成充電電源對(duì)電池Ec進(jìn)行充電。控制單元1包括可控硅19、第一觸發(fā)器35和驅(qū)動(dòng)器36，上述可控硅19接收驅(qū)動(dòng)器36的輸出信號(hào)對(duì)充電過程進(jìn)行控制，而驅(qū)動(dòng)器36可接收來自第一觸發(fā)器35的脈沖信號(hào)。電壓/頻率轉(zhuǎn)換器10用來對(duì)電池Ec的端電壓Vi的信號(hào)進(jìn)行變換，以便確定單元4和設(shè)定單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。與門18控制來自上述轉(zhuǎn)換器信號(hào)的輸出。電壓/頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器10可采用例如LM331的集成塊。確定單元4包括12位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(第一計(jì)數(shù)器)11、12位寄存器13、12位二進(jìn)制量值比較器14和第二觸發(fā)器37。第一計(jì)數(shù)器11由三塊例如4520集成塊的雙4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器20、21、22構(gòu)成。寄存器13由三塊例如CD4174集成塊的D型觸發(fā)器26、27、28構(gòu)成，比較器14由三塊例如CC14585的集成塊29、30、31構(gòu)成。第二觸發(fā)器37可采用例如1/2 4013的集成塊。判斷單元6由三塊例如CC14585的集成塊32、33、34構(gòu)成，它實(shí)際上也是一量值比較器。設(shè)定單元包括二只4檔1×2開關(guān)部件38、39、電壓源V+、地源VG、以及12位二進(jìn)制可預(yù)置數(shù)二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(第二計(jì)數(shù)器)12，由開關(guān)部件38、39設(shè)定的代表所需壓差值△V(較佳范圍1mV-50mV)的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸入到第二計(jì)數(shù)器中，于是第二計(jì)數(shù)器12輸出Vi+△V的值到上述判斷單元6中。上述第二計(jì)數(shù)器由三塊例如CC4516的集成塊23、24、25構(gòu)成。圖1中的控制脈沖W0、W1、W2、W3、W4將在以后描述。
圖3是產(chǎn)生上述控制脈沖W0、W1、W2、W3、W4的裝置圖。如圖所示40是例如芯片ZCOO2的信號(hào)發(fā)生器，41是與門。從與門41的輸出端產(chǎn)生的脈沖信號(hào)是W0(波形見圖4)，42、43、44、45是例如CD4098集成塊的觸發(fā)器。觸發(fā)器42利用W0的下降沿觸發(fā)產(chǎn)生脈沖信號(hào)W1(見圖4)，觸發(fā)器43利用W1的上升沿觸發(fā)產(chǎn)生脈沖信號(hào)W2(見圖4)，觸發(fā)器44利用W2的上升沿觸發(fā)產(chǎn)生脈沖信號(hào)W3(見圖4)，觸發(fā)器45利用W3的下降沿觸發(fā)產(chǎn)生脈沖信號(hào)W4(見圖4)。
圖4是脈沖信號(hào)W0、W1、W2、W3、W4的波形圖。W0是正脈沖，脈沖寬度t0＝992.2ms，周期T0＝1S。在上述脈沖寬度的時(shí)間內(nèi)，與門18對(duì)電壓/頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器10輸出的代表電池EC端電壓的信號(hào)進(jìn)行采樣，以便第一計(jì)數(shù)器11和第二計(jì)數(shù)器12進(jìn)行處理。W1是負(fù)脈沖，脈沖寬度t1＝0.2ms，周期T1＝1S，該脈沖可使第二觸發(fā)器37產(chǎn)生使確定單元4中的寄存器13內(nèi)容“翻新”的信號(hào)。W2是正脈沖，脈沖寬度t2＝0.2ms，周期t2＝1S，該脈沖可使第一觸發(fā)器35產(chǎn)生使驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)的信號(hào)。W3是正脈沖，脈沖寬度t3＝0.2ms，周期T3＝1S，該脈沖用來對(duì)第一計(jì)數(shù)器11和第二計(jì)數(shù)器12進(jìn)行“清零”。W4是負(fù)脈沖，脈沖寬度t4＝0.2ms，周期T4＝1S，該脈沖可使設(shè)定單元9設(shè)定的壓差值△V輸入到判斷單元6中。
參照?qǐng)D2、圖3、圖4，第一實(shí)施例的工作原理如下首先第一計(jì)數(shù)器11、第二計(jì)數(shù)器12、寄存器13、量值比較器14和判斷單元6中的量值比較器人工“清零”，脈沖信號(hào)W2啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器36，于是可控硅19接通，電池EC開始充電。在W0脈沖到來時(shí)，與門18打開，從電壓/頻率轉(zhuǎn)換器10過來的代表電池端電壓的信號(hào)分別輸入到第一計(jì)數(shù)器11和第二計(jì)數(shù)器12中。在確定單元4中，寄存器13接收第一計(jì)數(shù)器11的輸出值，并對(duì)W0脈沖寬度的時(shí)間內(nèi)的上述輸出值的最大值進(jìn)行寄存。在任一時(shí)刻ti，若寄存器寄存的最大值為Vmax，量值比較器14將該時(shí)刻的電壓值Vi與上述最大值Vmax進(jìn)行比較，如Vi＞Vmax，則在W1脈沖到來時(shí)，第二觸發(fā)器37發(fā)出信號(hào)，寄出器內(nèi)容“翻新”，新的最大值存儲(chǔ)進(jìn)去，重復(fù)上述步驟直到Vi≤Vmax為止，即電池的端電壓不再增大，充電過程中的最大值Vm確定并儲(chǔ)存在寄存器13中。同時(shí)在設(shè)定單元9中，開關(guān)38、39設(shè)定的壓差值△V在W4脈沖到來時(shí)輸入到第二比較器14中，第二計(jì)數(shù)器12的輸出值Vi+△V輸入到判斷單元6中，判斷單元6接收來自確定單元的最大值Vm，并將它與上述輸出值Vi+△V進(jìn)行比較，如Vm＜Vi+△V，則等待下一個(gè)W0脈沖到來再重復(fù)上述過程，直到Vm≥Vi+△V為止，此時(shí)判斷單元6根據(jù)上述判斷結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)并與W2脈沖信號(hào)一起使第一觸發(fā)器35啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器36，于是可控硅19接通，電池充電結(jié)束，也就是說，此時(shí)充電電池的端電壓Vi從最大值Vm下降了設(shè)定的壓差值△V，電池實(shí)際上已充足電而又不過充。
參見圖5、圖6、圖7，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例作詳細(xì)說明。
圖5是第二實(shí)施例的充電電源部分的示意圖，該實(shí)施例所述裝置可對(duì)多路電池例如6路電池進(jìn)行充電并對(duì)充電過程進(jìn)行控制，也可以只對(duì)1組電池進(jìn)行充電和控制。如圖所示，電源Ei經(jīng)變壓器X1…X6變換再經(jīng)二極管D1…D6整流后分別對(duì)電池EC1…EC6充電。開關(guān)組J1…J6分別控制著每一路電池的充電。每一開關(guān)組有四個(gè)繼電器開關(guān)，例如J1有四個(gè)繼電器開關(guān)J11、J12、J13、J14，它們給充電電池的充電電流按一定規(guī)律依次下降，例如成等比級(jí)數(shù)下降，若J11的充電電流為8I，則J12、J13、J14的充電電流分別為4I、2I、I。電池的端電壓信號(hào)V1…V6分別輸入到該實(shí)施例的控制部分。
圖6是第二實(shí)施例的控制部分的原理電路圖。如圖所示，57是控制單元，微型計(jì)算機(jī)58包括一確定單元、一設(shè)定單元和一判斷單元。8路變換開關(guān)71采用例如CC4501的集成塊，地址寄存器72采用例如CC14508集成塊，74是一非門。4路變換開關(guān)75可采用例如CC4066的集成塊。積分放大器76可采用例如LF351的集成塊，電壓比較器77可采用例如LM311的集成塊。微型計(jì)算機(jī)58可采用例如MCS-51的單片機(jī)?？刂茊卧?7包括六個(gè)控制部件65……70，每一個(gè)控制部件包括一移位寄存器、一驅(qū)動(dòng)器和一開關(guān)組。例如，控制部件65含有移位寄存器81、驅(qū)動(dòng)器91和開關(guān)組J1。
8路變換開關(guān)71的“2-7”端接收電池的端電壓信號(hào)V1…V6，市電交流電壓的采樣電壓VN輸入到上述變換開關(guān)71的“1”端，該變換開關(guān)的“O”端與地相連，以便測(cè)量漂移電壓VP。8路變換開關(guān)71根據(jù)來自地址寄存器72和非門74的信號(hào)有選擇地把接收到的電池端電壓信號(hào)、市電電壓VN、漂移電壓VP輸入到4路變換開關(guān)75的a端，同時(shí)來自電源E0的電壓信號(hào)V0和地源信號(hào)VG分別輸入到上述4路變換開關(guān)的b端和c端。4路變換開關(guān)75根據(jù)來自單片機(jī)58的P3.0、P3.1和P3.2端的信號(hào)有選擇地將a端、b端、c端接收到的信號(hào)輸入到積分放大器76中，從積分放大器76輸出的信號(hào)經(jīng)電壓比較器77輸入到單片機(jī)58的P3.3端。單片機(jī)58對(duì)上述接收到的信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)出控制信號(hào)給控制單元57，從而對(duì)各路電池的充電過程進(jìn)行控制。單片機(jī)58的P0.0端、P0.1端以及P0.2端輸出的低3位信號(hào)和“ALE”端輸出的地址鎖定信號(hào)輸入到地址寄存器72中。單片機(jī)58的P2.7端還產(chǎn)生選通信號(hào)通過一非門74輸入到8路變換開關(guān)71中。
控制單元57的控制部件65…70的移位寄存器81…86分別接收單片機(jī)58的P1.0…P1.5端輸出的信號(hào)。上述移位寄存器同時(shí)接收單片機(jī)58的P1.7端輸入的脈沖信號(hào)，于是上述移位寄存器通過相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器有選擇地接通四個(gè)繼電器開關(guān)J1i、J2i、J3i、J4i(i可從1到6)，從而對(duì)選定的某一路電池實(shí)施正常充電或快速充電。
圖7(a)是第二實(shí)施例在只有一組電池EC1(例如在第2路)進(jìn)行充電時(shí)單片機(jī)58的控制程序方框圖，它包括以下步驟步驟102單片機(jī)58初始化，設(shè)定移位次數(shù)4并置于存儲(chǔ)器中，同時(shí)還設(shè)定所需的壓差值△V，該壓差值的較佳范圍是1mV-50mV;
步驟103單片機(jī)輸出控制信號(hào)給控制單元57，于是電池EC1的充電開關(guān)接通，電池開始充電;
步驟104啟動(dòng)“O”路A/D，將漂移電壓VP儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中;
步驟105啟動(dòng)“1”路A/D，判別市電交流電壓VN是否變化;
步驟106對(duì)VN進(jìn)行判別;
步驟107如VN下降，則置出表示電壓下降的信號(hào)“VN↓”，并加以儲(chǔ)存;
步驟108儲(chǔ)存VN;
步驟109確定充電過程中電池端電壓Vi所達(dá)到的最大值Vm并加以儲(chǔ)存;
步驟110判斷單元對(duì)Vm-Vi是否大于或等于△V進(jìn)行判別，如Vm-Vi≤△V，則回到步驟104，直到Vm-Vi≥△V為止。
步驟111如Vm-Vi≥△V，這時(shí)判斷移位寄存器移位了幾次，如不足4次，則減少充電電流直到移位了4次并滿足Vm-Vi≥△V，于是發(fā)出結(jié)束充電的信號(hào)。
圖7(b)是第二實(shí)施例在對(duì)6路電池充電時(shí)單片機(jī)58的控制程序方框圖，它包括下列步驟步驟116單片機(jī)58初始化，設(shè)定移位次數(shù)4并置于存儲(chǔ)器中，同時(shí)還設(shè)定所需的壓差值△V，該壓差值的較佳范圍是1mV-50mV;
步驟117單片機(jī)58分別輸出控制信號(hào)給控制單元57的六個(gè)移位寄存器以便接通2-7路電池的充電開關(guān)。
步驟118檢查2-7路的A/D輸出并發(fā)出控制信號(hào)，以使切斷無電池路的充電開關(guān)，即相應(yīng)的移位寄存器連續(xù)發(fā)出四個(gè)脈沖;
步驟119設(shè)定循環(huán)數(shù)6，并置于存儲(chǔ)器中;
步驟120啟動(dòng)“O”路A/D，將漂移電壓VP存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中;
步驟121啟動(dòng)“1”路A/D，判別市電交流電壓VN是否變化;
步驟122對(duì)VN是否下降進(jìn)行判別;
步驟123如VN下降，則置出表示其下降的信號(hào)“VN↓”并加以儲(chǔ)存;
步驟124儲(chǔ)存VN;
步驟125分別確定每一路電池端電壓Vi充電過程中所達(dá)到的最大值并加以儲(chǔ)存;
步驟126根據(jù)地碼信號(hào)對(duì)選定的某一路的充電電池的最大值Vm與它任一時(shí)刻的端電壓Vi之差即Vm-Vi的大小進(jìn)行判斷。如Vm-Vi＜V，則回到步驟119，直到Vm-Vi≥△V為止，如Vm-Vi≥△V，再判斷移位寄存器移位了幾次，如不足4次，則逐漸減少充電電流檔，直到達(dá)到4次后且Vm-Vi≥△V，則發(fā)出控制信號(hào)，結(jié)束該充電電池的充電。
步驟127判斷6組電池是否全部充電結(jié)束，如沒有，則回到步驟119，直到每一組電池都充電結(jié)束。
步驟128結(jié)束充電過程。
圖8是本發(fā)明的第三實(shí)施例的原理電路圖。如圖所示，133是控制單元，它包括電阻R1、電阻R2、發(fā)光二極管D1、晶體管開關(guān)T1、T2。設(shè)定單元135由電阻R5和穩(wěn)流二極管D3構(gòu)成。確定單元136由運(yùn)算放大器A1、二極管D4和電容C3構(gòu)成。判斷單元137包括電壓比較器A2。電阻R4和電容C1用來對(duì)電池的端電壓Vi濾波，以便判斷單元137比較。電阻R7是限流電阻。
設(shè)定單元135的穩(wěn)流二極管D3使電阻R5產(chǎn)生一定的壓降(較佳范圍為1mV-50mV)，這就是所需設(shè)定的壓差值△V。確定單元136包括一含有電容C3的積分電路，它可確定電池EC充電時(shí)的端電壓Vi所達(dá)到的最大值Vm的代表值并加以儲(chǔ)存。確定單元136輸出值V'm是Vm-△V，上述值輸入到判斷單元137的比較器A2的“-”端，同時(shí)電池的端電壓信號(hào)Vi輸入到上述比較器的“+”端。
電源Ei經(jīng)變壓器150變換再經(jīng)二極管D5整流后輸入到控制單元133，然后對(duì)電池EC進(jìn)行充電。充電開始階段，端電壓不斷上升，通過設(shè)置電阻R5的值可使電池兩端的端電壓Vi大于Vm-△V，此時(shí)斷單元137輸出高電平，晶體管開關(guān)T2導(dǎo)通，同時(shí)T1也導(dǎo)通，充電過程繼續(xù)進(jìn)行，在某一時(shí)刻，Vi≤Vm-△V，判斷單元137中的電壓比較器A2反轉(zhuǎn)并輸出一低電平，T2截止，T1也截止，充電過程結(jié)束。
本發(fā)明不僅僅包括上述三個(gè)實(shí)施例，每個(gè)實(shí)施例中的單元或部件稍作改動(dòng)也同樣達(dá)到本發(fā)明的目的，但只要反映本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容-壓差值，當(dāng)然包括在所附的權(quán)項(xiàng)之中。
權(quán)利要求
1.一種壓差控制的電池充電方法，它通過一充電電源對(duì)電池進(jìn)行充電，其特征在于包括以下步驟1)設(shè)定需要的壓差值△V；2)確定充電池過程中電池端電壓Vi達(dá)到過的最大值Vm并加以儲(chǔ)存；3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V；以及4)當(dāng)Vm-Vi≥△V時(shí)，停止對(duì)電池充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述壓差值△V的較佳范圍是1mV-50mV。
3.一種壓差控制的電池充電裝置，它包括一充電電源，其特征在于還包括1)設(shè)定需要的壓差值△V的單元;2)確定充電過程中電池端電壓Vi達(dá)到過的最大值Vm并加以儲(chǔ)存的單元;3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V的單元;4)當(dāng)Vm-Vi≥△V時(shí)，停止對(duì)電池充電的控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述控制單元包括一組控制部件，每一控制部件含有一移位寄存器、驅(qū)動(dòng)器和一開關(guān)組，上述開關(guān)組含有一系列繼電器開關(guān)，上述移位寄存器控制著該開關(guān)組，每一繼電器開關(guān)控制一種充電電流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓差控制的電池充電方法和裝置，它通過一充電電源對(duì)電池進(jìn)行充電，并設(shè)定需要的壓差值ΔV，確定充電過程中電池端電壓V
文檔編號(hào)H02J7/04GK1064769SQ91101639
公開日1992年9月23日 申請(qǐng)日期1991年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月14日
發(fā)明者裘維敖, 章汝槐, 裘維高 申請(qǐng)人:裘維敖, 章汝槐, 裘維高