專利名稱：電池充電方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于諸如鉛的蓄電池的快速充電的方法，以及用于完成所述方法的電池充電裝置。
通常的電池充電方法有恒定電壓充電方法，即將一個(gè)恒定的電壓施加到電池上用于充電;以及恒定電流充電方法，即持續(xù)地施加一個(gè)恒定的電流到電池上用于充電。在這些方法中，雖然各有其優(yōu)點(diǎn)和不足，但是，就現(xiàn)存的任何方法而言，要大大地縮短充電時(shí)間是不容易的。
近幾年，從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)，實(shí)際使用的所謂電瓶車就迫切希望能使用電池作驅(qū)動(dòng)電源。為使電瓶車能得以廣泛使用，必須大大縮短電池的充電時(shí)間，但時(shí)，滿足上述需求的電池充電方法迄今仍未開發(fā)出來(lái)。
另外，電池的容量是由安培一小時(shí)容量(Ah)與小時(shí)之比率來(lái)確定的。例如，當(dāng)10Ah/10小時(shí)的電池容量以1A電流放電時(shí)，它能連續(xù)使用10小時(shí);當(dāng)這個(gè)電池以4A電流放電時(shí)，經(jīng)計(jì)算可知連續(xù)可使用的時(shí)間是2.5小時(shí)，事實(shí)上，大約1.5小時(shí)就達(dá)到了放電終點(diǎn)電壓。按相同的方式，當(dāng)以10A電流放電時(shí)，計(jì)算可知連續(xù)可使用時(shí)間是1小時(shí)，實(shí)際上，連續(xù)可使用的時(shí)間大約是35分鐘。
類似地，這也可應(yīng)用到充電上，例如，當(dāng)10Ah/10小時(shí)電池容量的電池，以1A的恒定電流充電10小時(shí)即達(dá)到完全充電狀態(tài);當(dāng)以10A的恒定電流充電時(shí)，在電流中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)速度快于計(jì)算值，事實(shí)上，僅以所計(jì)算的時(shí)間即1個(gè)小時(shí)的一半就可按近于完全充電狀態(tài)。
然而，如果單純地增加充電電流，容易發(fā)生過(guò)充電，且可能損傷電流的電極。此外，還存在一個(gè)問(wèn)題，即僅僅只有電極的表面被充電，所充電荷不能滲透到電極內(nèi)部。
本發(fā)明就是鑒于上述問(wèn)題設(shè)計(jì)出來(lái)的，因此，本發(fā)明的目的是提供一種電池充電方法及其裝置，它能以非常短的時(shí)間充電并且所充電荷能滲入到電極內(nèi)部且不損傷電池。
根據(jù)本發(fā)明的電池充電方法，其特征在于有一個(gè)初始充電階段，它所施加的充電電流的電量是逐漸增加的以開始充電;有一個(gè)快速充電階段，它間歇式地將充電電流施加到電池上以進(jìn)行充電，所述電流的電量大于初始充電階段的電流的電量，同時(shí)，還要觀察電池的端電壓;還有一個(gè)最終充電階段，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電終點(diǎn)電壓時(shí)，對(duì)電池施加其電量逐漸減少的充電電流以終止充電，這三個(gè)階段依次連續(xù)進(jìn)行以完成充電過(guò)程。
本發(fā)明的電池充電裝置包括在充電電路中提供一個(gè)控制開關(guān)，一個(gè)充電電流檢測(cè)器，一個(gè)電池端電壓檢測(cè)器，以及一個(gè)控制單元，該控制單元可根據(jù)充電電流檢測(cè)器和端電壓檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果，將與每個(gè)充電階段相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)加到控制開關(guān)上以按階段控制充電電流;所述的控制單元包括一個(gè)第一信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)施加到電量逐漸增加的初始階段充電電流上;一個(gè)第二信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)間歇式地施加到其電量大于初始階段充電電流之電量的充電電流上;一個(gè)第三信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)施加到其電量是逐漸減小的最終階段充電電流上;一個(gè)第一判定裝置，用于將充電電流檢測(cè)器得到的檢測(cè)值與一參考值相比較，以判斷電池故障;一個(gè)第二判定裝置，用于將端電壓檢測(cè)器得到的檢測(cè)值與充電終點(diǎn)電壓相比較，以判斷電池端電壓是否達(dá)到充電終止電壓;一個(gè)第一轉(zhuǎn)換裝置，用于根據(jù)第一判定裝置的判斷操作，使第一信號(hào)發(fā)生裝置的工作移向第二信號(hào)發(fā)生裝置;以及一個(gè)第二轉(zhuǎn)換裝置，用于根據(jù)第二判定裝置的判斷操作，使第二信號(hào)發(fā)生裝置的工作移向第三信號(hào)發(fā)生裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)電池充電方法中，通過(guò)觀察初始階段的充電電池來(lái)判斷電池故障。
在本發(fā)明的另一個(gè)方法中，在快速充電過(guò)程中，一個(gè)持續(xù)充電周期和一個(gè)充電懸置周期交替出現(xiàn)，直到電池端電壓達(dá)到充電終止電壓為止;在持續(xù)充電周期中，充電電流的間斷式供電是持續(xù)的;在充電懸置周期，快速充電電流的間斷式供電暫停。
在本發(fā)明的電池充電裝置中，控制單元包括一個(gè)周期置定裝置，它交替置定著持續(xù)充電周期和充電懸置周期，直到電池端電壓達(dá)到充電終止電壓為止，在持續(xù)充電周期中，充電電流的間斷或供電是持續(xù)的;在充電懸置周期，快速充電電流的間斷式供電暫停。
圖1是表示本發(fā)明的電池充電方法的原理說(shuō)明圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明電池充電裝置的電路圖的一個(gè)例子的電路圖。
圖3是表示控制單元的框圖。
圖4是表示驅(qū)動(dòng)控制單元的特定例子的方框圖。
圖5是表示在控制信號(hào)發(fā)生單元中，控制信號(hào)的發(fā)生原理說(shuō)明圖。
圖6是操作控制單元的控制程序的流程圖;
圖7是表示驅(qū)動(dòng)控制單元的電路工作的時(shí)間圖。
圖1表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池充電方法的原理。
在圖中，時(shí)間的延伸是沿著橫坐標(biāo)標(biāo)繪的。在該電池充電方法中，時(shí)間“O”到“t1”之間是初始充電階段“a”，時(shí)間“t1”到“t2”之間是快速充電階段“b”;以及在時(shí)間“t2”到“t3”之間是最終充電階段“c”。整個(gè)充電過(guò)程是依次且連續(xù)完成的。
電池端電壓和充電電流是沿縱坐標(biāo)標(biāo)繪的，在圖中，符號(hào)Q(V)表示在充電時(shí)，電池端電壓的變化，符號(hào)Q(I)表示在充電時(shí)，充電電流每單位時(shí)間平均值(以下稱為“平均電流值”)的變化。
初始階段a是這樣一個(gè)過(guò)程，即充電電流的電量是逐漸增加的，以使電池開始充電。在本實(shí)施值中，充電電流是脈沖式施加的，在開始充電后不久，脈沖狀的充電電流的脈沖寬度TN就被置定為一個(gè)足夠小的值，隨著時(shí)間的推移，脈沖寬度TN相對(duì)于脈沖間隔tF在每一設(shè)定時(shí)間段上依次被置為更大，以增加電量或增加平均電流值。
在初始充電階段中，通過(guò)觀察充電電流可判斷電池故障，當(dāng)一個(gè)設(shè)定的時(shí)間段(假設(shè)為30秒)消逝時(shí)，那么在該時(shí)刻上的平均電流值就達(dá)到了一個(gè)預(yù)定的參考值，這時(shí)可判斷電池是正常的，且充電階段可移向b階段;當(dāng)參考值未能達(dá)到時(shí)，則可判斷電池不正常，需采取諸如停止充電等這樣的額外措施。
按下來(lái)的快速充電階段b是這樣一個(gè)過(guò)程，即對(duì)電池施加一間斷式充電電流以對(duì)電池充電，該電流的電量大于初始階段充電電流的電量，同時(shí)觀察電池端電壓。在此快速充電階段b中，脈沖寬度tN設(shè)置得相對(duì)較大，因此可使充電電流的電量(平均電流值)大于初始充電階段a的電量。
充電電流一個(gè)值(脈沖高度)被設(shè)定為電池容量的2～4倍，即當(dāng)電池容量為10AH/10小時(shí)，它可設(shè)為10A的2～4倍。
而且，在該快速充電階段b中，持續(xù)充電周期T1(設(shè)為約10秒)與充電懸置周期T2(設(shè)為約2秒)交替設(shè)定直到電池端電壓達(dá)到充電終點(diǎn)電壓VE時(shí)為止，在所述持續(xù)充電周期中，充電電流的間斷式供電是持續(xù)的，在所述充電懸置周期中，充電電流的間斷式供電暫停。
在每一充電懸置周期T2中，最好在下一持續(xù)充電周期T1開始的時(shí)刻，測(cè)量出電池的端電壓。在該圖中，符號(hào)P表示的是電池端電壓的測(cè)量時(shí)刻。
最終充電階段是這樣一個(gè)過(guò)程，即當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電終止電壓VE時(shí)，通過(guò)對(duì)電池施加一個(gè)其電量逐漸減小的充電電流來(lái)結(jié)束電池的充電。在該實(shí)施值中，通過(guò)間斷式地施加充電電流，并且隨時(shí)間的延伸在每一時(shí)間段依次使脈沖寬度TN相對(duì)于脈沖間隔tF設(shè)置得更小，來(lái)使電量逐漸減小。
圖2是一個(gè)電池充電裝置的電路結(jié)構(gòu)圖，它用于執(zhí)行上述電池充電方法。
在圖中所示的充電裝置中，充電電路包括一個(gè)主電路1和一個(gè)次電路2，它們用一個(gè)變壓器3相連接。在主電路1中提供了一個(gè)電源輸入端5，5與單相A.C.電源4相連;在次電路2中提供了電池連接端7，7與電池6相連。
在主電路1中，提供有一個(gè)控制開關(guān)8，它由例如SSR的半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成?？刂崎_關(guān)8是由從控制單元9給出的控制信號(hào)操作接通和斷開，并且，根據(jù)控制信號(hào)輸入的開一關(guān)操作的時(shí)間是利用A.C.輸入端的一個(gè)零叉點(diǎn)來(lái)自動(dòng)加以選擇。
在次級(jí)電路2中，提供有一個(gè)整流器10用于執(zhí)行變壓器3的次級(jí)輸出的全波整流，還有用于檢測(cè)流經(jīng)次級(jí)電路2的充電電流的充電電流檢測(cè)器11以及用于檢測(cè)電池6端電壓的端電壓檢測(cè)器12。由充電電流檢測(cè)器11和端電壓檢測(cè)器12得到的檢測(cè)值送到控制單元9中。
在圖中，數(shù)字13表示一個(gè)電源電路，用于提供控制單元9操作所需要的D.C電壓，還包括一個(gè)變壓器14，一個(gè)整流器15和一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器16。
圖3是控制單元9的示意框圖。
在控制單元9中包括一個(gè)操作控制單元20，一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器21，一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制單元22，一個(gè)顯示控制單元23和計(jì)時(shí)器24?？刂崎_關(guān)8連接到驅(qū)動(dòng)單元22，一個(gè)LED組連接到顯示控制單元23。LED組26由多個(gè)LED組成，它用來(lái)在顯示控制單元23控制下指示出電池充電裝置的工作狀態(tài)。
操作控制單元20由微機(jī)構(gòu)成，包括一個(gè)作為控制和操作主體的CPU27，一個(gè)存儲(chǔ)程序的ROM28和一個(gè)讀/寫數(shù)據(jù)的RAM29。充電電流檢測(cè)器11和端電壓檢測(cè)器12經(jīng)過(guò)總線25連接到CPU27，此外，還有驅(qū)動(dòng)控制單元22、顯示控制單元23和計(jì)時(shí)器24。
圖4表示驅(qū)動(dòng)控制單元22的一個(gè)特定的電路圖，它由控制信號(hào)發(fā)生單元30，周期設(shè)定單元31、門電路單元32和下降沿檢測(cè)電路33組成。
控制信號(hào)發(fā)生單元30用于產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，以控制控制開關(guān)8的連通和斷開操作，包括一個(gè)鋸齒波發(fā)生電路34，一個(gè)比較器35，一個(gè)設(shè)定器36和一個(gè)反相電路37。
圖5表示在控制信號(hào)發(fā)生器30中控制信號(hào)的產(chǎn)生原理。
圖5(1)是由鋸齒波發(fā)生電路34產(chǎn)生的鋸齒波〔1〕。比較器35比較鋸齒波〔1〕的電壓電平和由設(shè)定器36設(shè)定的設(shè)定點(diǎn)TH的大小。當(dāng)鋸齒波〔1〕的電壓電平高于設(shè)定點(diǎn)TH時(shí)，如圖5(2)表示的，比較器35的輸出電平變?yōu)椤?”。當(dāng)鋸齒波的電壓電平低于設(shè)定點(diǎn)TH時(shí)，比較器的輸出電平變?yōu)椤?”。比較器35的比較輸出〔2〕是由反相電路37來(lái)反相的，并且作為反相輸出，如圖5(3)表示的就得到了一個(gè)控制信號(hào)〔3〕。
當(dāng)設(shè)定點(diǎn)TH被設(shè)定為高電平時(shí)，控制信號(hào)〔3〕的脈沖寬度變得大于脈沖間隔，所以，在快速充電階段(b)中，具有大電量的充電電流是由設(shè)定這樣一個(gè)高電平的設(shè)定點(diǎn)TH以產(chǎn)生控制信號(hào)〔3〕來(lái)達(dá)到的。
當(dāng)設(shè)定點(diǎn)TH被設(shè)定為低電平時(shí)，控制信號(hào)〔3〕的脈沖寬度變得小于脈沖間隔，因此，在初始充電階段a和最終充電階段C中，充電電流的電量是逐漸增加和減小，是由設(shè)定這樣一個(gè)在每個(gè)固定時(shí)間段依次變化的低電平設(shè)定點(diǎn)TH，以產(chǎn)生控制信號(hào)〔3〕來(lái)達(dá)到的。
再回到圖4，周期設(shè)定單元31用于在控制信號(hào)〔3〕提供到控制開關(guān)8的期間設(shè)定一個(gè)它包括一個(gè)計(jì)數(shù)器39，該計(jì)數(shù)器39可接收經(jīng)過(guò)“與”電路38供給的時(shí)鐘信號(hào)CK，還有第一和第二比較器40，41，這些比較器將計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值與由設(shè)定器42、43設(shè)定的設(shè)定點(diǎn)的值相比較。從時(shí)鐘發(fā)生器21來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)CK供給到“與”門電路38，當(dāng)從CPU27給出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，“與”門電路38輸出時(shí)鐘信號(hào)CK到計(jì)數(shù)器39。
在初始充電階段a和最終充電階段C中，在設(shè)定器42、43中設(shè)定有足夠大的任意值;在快速充電階段b中，對(duì)應(yīng)于持續(xù)充電周期T1的值設(shè)定在設(shè)定器42中，而對(duì)應(yīng)于持續(xù)充電周期T1與充電懸置周期T2之和或一個(gè)循環(huán)長(zhǎng)度T3的值設(shè)定在另一個(gè)設(shè)定器43中。
當(dāng)計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定器42、43各自的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，第一和第二比較器40、41的比較值變?yōu)椤?”，第二比較器41的比較輸出經(jīng)過(guò)“或”門電路44供給到計(jì)數(shù)器39，作為復(fù)位信號(hào)。
第一比較器40的比較輸出經(jīng)過(guò)反相器46與啟動(dòng)信號(hào)一起供給到“與”門電路46。利用“與”門電路46的輸出可控制門電路單元32的打開和關(guān)閉，當(dāng)門電路處于打開狀態(tài)時(shí)，控制信號(hào)〔3〕供給到控制開關(guān)8作為輸出信號(hào)。
下降沿檢測(cè)電路33檢測(cè)“與”門電路46的下降沿輸出，并輸出一個(gè)邊沿檢測(cè)信號(hào)到CPU27;當(dāng)CPU27接收到邊沿檢測(cè)信號(hào)時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)，CPU27接收端電壓檢測(cè)器12的檢測(cè)值。
圖6表示操作控制單元20的控制過(guò)程;圖7表示驅(qū)動(dòng)控制單元22的時(shí)間圖。
在圖6中，步驟1(在圖中表示為“ST1”)到步驟9表示在初始充點(diǎn)階段的控制過(guò)程，步驟10到步驟13表示在快速充電階段中的控制過(guò)程，步驟14到步驟19表示在最終充電階段中的控制過(guò)程。在下文中，將根據(jù)圖6和圖7詳細(xì)說(shuō)明電池充電裝置的工作。
首先，在圖6的步驟1(在圖中表示為“ST1”)，CPU27判斷電源是否接通，當(dāng)判斷為“Yes”時(shí)，在控制信號(hào)發(fā)生單元30的設(shè)定器36中設(shè)定一個(gè)初始充電階段的設(shè)定點(diǎn)TH，并在周期設(shè)定單元31中的設(shè)定器42、43設(shè)定任意足夠大的值之后，CPU接通啟動(dòng)信號(hào)〔4〕(參見(jiàn)圖7(1))，并且啟動(dòng)計(jì)時(shí)器24(步驟2到步驟4)。
在圖7中，符號(hào)TM1表示初始充電階段a啟動(dòng)時(shí)間，由此控制信號(hào)發(fā)生單元30產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于初始設(shè)定點(diǎn)TH的脈沖寬度的控制信號(hào)〔3〕(參見(jiàn)圖7(4))。雖然周期設(shè)定單元31的計(jì)數(shù)器39開始計(jì)數(shù)操作，但是它的計(jì)數(shù)值是小于設(shè)定器42、43的設(shè)定點(diǎn)的。第一比較器41的比較輸出〔5〕(參見(jiàn)圖7(2))仍然是“0”，而“與”門電路46的“與”輸出〔6〕(參見(jiàn)圖7(3))是“1”，所以，門電路單元32是保持在打開狀態(tài);在初始充電階段a中，控制信號(hào)〔3〕經(jīng)過(guò)門電咱32提供給控制開關(guān)用為輸出信號(hào)〔7〕(參見(jiàn)圖7(5))。
在計(jì)時(shí)器24中，設(shè)定初始充電階段a的持續(xù)時(shí)間，在下一步驟5中，可判斷計(jì)時(shí)器24的時(shí)間是否達(dá)到，在隨后的步驟6中，可判斷是否經(jīng)過(guò)了預(yù)定的時(shí)間。
當(dāng)預(yù)定時(shí)間已經(jīng)消逝時(shí)，在步驟6中可判斷為“是”，并且CPU27移向步驟7，以在控制信號(hào)發(fā)生單元30的設(shè)定器36中設(shè)定下一個(gè)設(shè)定點(diǎn)TH，而且產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于設(shè)定點(diǎn)TH的脈沖寬度的控制信號(hào)〔3〕。
在每次預(yù)定時(shí)間消逝之后，通過(guò)更新設(shè)定點(diǎn)TH，并且產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于設(shè)定點(diǎn)TH的脈沖寬度的控制信號(hào)，一直到計(jì)時(shí)器24的時(shí)間達(dá)到為止，就可得到電量是逐漸增加的充電電流。
當(dāng)計(jì)時(shí)器24的時(shí)間達(dá)到時(shí)，在步驟5中可判斷為“是”。CPU27移到步驟8，以接收由充電電流檢測(cè)器11得到的檢測(cè)值，并與一個(gè)預(yù)定的參考值進(jìn)行比較。當(dāng)檢測(cè)值高于參考值時(shí)，盡管在步驟9中判斷為“是”，CPU27也要移到下一步驟10的快速充電階段b，當(dāng)檢測(cè)值低于參考值時(shí)，CPU27可判斷為電池故障，這時(shí)則執(zhí)行非常措施，例如暫停充電。
在快速充電階段b的第一個(gè)步驟10中，CPU27在控制信號(hào)發(fā)生單元30的設(shè)定器36中設(shè)定一個(gè)預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)TH，在周期設(shè)定單元31的一個(gè)設(shè)定器42中，設(shè)定一個(gè)相應(yīng)于持續(xù)充電時(shí)間T1的值，在另一個(gè)設(shè)定器43中，設(shè)定一個(gè)相應(yīng)于一個(gè)循環(huán)長(zhǎng)度73的值，并使周期設(shè)定單元31的計(jì)數(shù)器39復(fù)位。
在圖7中，符號(hào)TM2表示快速充電階段b的啟動(dòng)時(shí)間，由此控制信號(hào)發(fā)生單元30產(chǎn)生具有相應(yīng)于設(shè)定點(diǎn)TH的脈沖寬度的控制信號(hào)〔3〕。盡管周期設(shè)定單元31的計(jì)數(shù)器39繼續(xù)著計(jì)數(shù)操作，直到所計(jì)數(shù)的值達(dá)到相應(yīng)于連續(xù)充電周期的設(shè)定器42的設(shè)定點(diǎn)為止，那么，第一比較器40的比較輸出〔5〕是“0”，而“與”門電路46的與輸出〔6〕則是“1”(參見(jiàn)圖7(2)、(3)，因此，門電路單元32設(shè)定在打開狀態(tài)，控制信號(hào)〔3〕就照這樣經(jīng)過(guò)門電路單元32提供給控制開關(guān)8，作為輸出信號(hào)〔7〕(參見(jiàn)圖7(5))。
當(dāng)計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值變得大于設(shè)定器42的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，充電懸置周期T2呈現(xiàn)，第一比較器40的比較輸出〔5〕變?yōu)椤?”，而“與”門電路46的“與”輸出〔6〕變?yōu)椤?”(參見(jiàn)圖7(2)、(3))，因此，門電路單元32設(shè)定在關(guān)閉狀態(tài)，控制信號(hào)〔3〕被門電路阻斷，且輸出信號(hào)〔7〕是“0”(參見(jiàn)圖7(4)、(5))。
當(dāng)“與”門電路46的“與”輸出〔6〕從“1”下降到“0”時(shí)，由下降沿檢測(cè)電路33可檢測(cè)下降，而且邊沿檢測(cè)信號(hào)輸出到CPU27，因此，在步驟11中判斷為“是”，CPU27接收端電壓檢測(cè)器12得到的檢沿值，去與充電終點(diǎn)電壓VE(步驟12)相比較，當(dāng)檢測(cè)值已經(jīng)達(dá)到充電終點(diǎn)電壓VE時(shí)，在步驟13如可判斷為“是”，CPU移向最終充電階段即下一步驟14;當(dāng)檢測(cè)值小于充電終點(diǎn)電壓VE時(shí)，CPU27返回到步驟11的快速充電階段b，并作好準(zhǔn)備接收下一個(gè)邊沿檢測(cè)信號(hào)。
當(dāng)計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值變得大于在快速充電階段b中的檢測(cè)器43的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，第二比較器41的比較輸出變?yōu)椤?”，利用這個(gè)比較輸出使計(jì)數(shù)器39復(fù)位，其結(jié)果是計(jì)數(shù)器39的計(jì)數(shù)值變得小于設(shè)定器42的設(shè)定點(diǎn)，比較器40的比較輸出變?yōu)椤?”，而“與”門電路46的與輸出〔6〕變?yōu)椤?”(參見(jiàn)圖7(2)、(3))，因此，門電路單元32設(shè)定在打開狀態(tài)，控制信號(hào)〔3〕就這樣經(jīng)過(guò)門電路單元32，供給到控制開關(guān)8，作為輸出信號(hào)〔7〕，于是從充電懸置周期T2返回到持續(xù)充電周期T1(參見(jiàn)圖7(5))。
在這樣的操作重復(fù)進(jìn)行時(shí)，當(dāng)由端電壓檢測(cè)器12檢測(cè)的值達(dá)到充電終點(diǎn)電壓VE時(shí)，在步驟13中判斷為“是”，CPU27就移到下一步驟14即最終充電階段。
在最終充電階段c的第一步驟14中，在控制信號(hào)發(fā)生單元30的設(shè)定器36的最終充電階段c中設(shè)定第一設(shè)定點(diǎn)TH，以及在周期設(shè)定單元31的設(shè)定口在42、42中設(shè)定任何足夠大的值之后，CPU27就啟動(dòng)計(jì)時(shí)器24(步驟14、15)。
在圖7中，符號(hào)TM3表示最終充電階段c的啟動(dòng)時(shí)間，由此控制信號(hào)發(fā)生單元30產(chǎn)生具有相應(yīng)于第一設(shè)定點(diǎn)TH的脈沖寬度的控制信號(hào)〔3〕(參見(jiàn)圖7(4))。盡管周期設(shè)定單元31的計(jì)數(shù)器39開始計(jì)數(shù)操作，因?yàn)橛?jì)數(shù)值是小于設(shè)定器42、43的設(shè)定點(diǎn)，所以第一比較器41的比較輸出〔5〕(參見(jiàn)圖7(2))仍然是“0”，而與門電路46的與輸出〔6〕(參見(jiàn)圖7(3))是“1”，于是，門電路單元32維持在打開狀態(tài)，在最終充電階段c中，控制信號(hào)〔3〕就這樣經(jīng)過(guò)門電路單元32并供給控制開關(guān)8，作為輸出信號(hào)〔7〕(參見(jiàn)圖7(5))。
在計(jì)數(shù)器24中，設(shè)定一個(gè)最終充電階段c的預(yù)定持續(xù)時(shí)間，在步驟16中判斷計(jì)時(shí)器24的時(shí)間是否達(dá)到，在隨后的步驟17中，判斷預(yù)定的時(shí)間是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)。
當(dāng)預(yù)定時(shí)間已經(jīng)消逝時(shí)，在步驟17中判斷為“是”時(shí)，CPU27就進(jìn)行到步驟18，以在控制信號(hào)發(fā)生單元的設(shè)定器36中，設(shè)定下一個(gè)設(shè)定點(diǎn)TH，并產(chǎn)生具有相應(yīng)于設(shè)定點(diǎn)TH的脈沖寬度的控制信號(hào)〔3〕。
在每一預(yù)定的時(shí)間消逝之后，通過(guò)產(chǎn)生具有相應(yīng)于設(shè)定點(diǎn)TH的脈沖寬度的控制信號(hào)作為新的設(shè)定點(diǎn)TH，直到計(jì)時(shí)器24的時(shí)間達(dá)到為止，就可獲得電量逐漸減小的充電電流。
當(dāng)計(jì)時(shí)器24的時(shí)間達(dá)到時(shí)，在步驟16中判斷為“是”時(shí)，CPU27就進(jìn)行到步驟19，以斷開啟動(dòng)信號(hào)〔4〕完成充電。
在上述實(shí)施例中，雖然在初始充電階段a和最終充電階段c兩個(gè)階段中，充電電流是間斷式施加的，但決不僅僅限于此，充電電流也可以是連續(xù)施加的。
根據(jù)本發(fā)明的電池充電方法和電池充電裝置，由一施加了初始階段充電電流之后，對(duì)電池施加了大電量間斷式充電電流來(lái)充電，因此充電能在短時(shí)間完成，并且能深入到電極而又不損傷電池的電極。
因?yàn)樵诳焖俪潆娖陂g觀察電池的端電壓，而且當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電終點(diǎn)電壓時(shí)，電池的快速充電過(guò)程就移向最后充電過(guò)程，因此，可以防止過(guò)度充電，另外電池不會(huì)受到損傷。
在上面所述的電池充電方法中，由于通過(guò)觀察初始充電階段的充電電流可觀察電池故障，那么，快速充電僅在正常的電池上進(jìn)行。
另外，在上述的電池充電方法和電池充電裝置中，由于在充電懸置周期內(nèi)充電電流的間斷式供給處于暫停狀態(tài)，充電就能滲透到電極內(nèi)，且擴(kuò)散到整個(gè)電池，所以，可在電極之間保持充電的平穩(wěn)。
權(quán)利要求
1.一種電池充電方法，用于對(duì)電池施加充電電流的進(jìn)行充電，其特征是所述方法是按下述步驟依次且連續(xù)進(jìn)行的一個(gè)初始充電階段，用于施加給電池一個(gè)其電量逐漸增加的充電電流以開始電池的充電，一個(gè)快速充電階段，用于間斷式地施加給電池一個(gè)其電量大于初始充電階段的充電電流電量的充電電流，同時(shí)觀察電池的端電壓以對(duì)電池進(jìn)行充電，以及一個(gè)最終充電階段，用于當(dāng)電池的端電壓達(dá)到充電終點(diǎn)電壓時(shí)，施加給電池一個(gè)其電量逐漸減小的充電電流以完成電池的充電。
2.一種電池充電裝置，用于對(duì)電池施加充電電流以進(jìn)行充電，所述裝置包括在充電電路中提供有控制開關(guān)，還有一個(gè)充電流檢測(cè)器、電池端電壓檢測(cè)器以及一個(gè)控制單元，該控制單元根據(jù)充電電流檢測(cè)器和端電壓檢測(cè)器得到的檢測(cè)值，提供給控制開關(guān)一個(gè)與充電步驟相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)以按步驟來(lái)控制充電電流，其中所述控制單元包括第一信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)施加到電量逐漸增加的初始階段的充電電流上;第二信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)間斷式地施加到其電量大于初始階段充電電流之電量的充電電流上;第三信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)施加到其電量是逐漸減小的最終階段充電電流上;第一判定裝置，用于將充電電流檢測(cè)器得到的檢測(cè)值與一參考值相比較，以判斷電池故障;第二判定裝置，用于將端電壓檢測(cè)器得到的檢測(cè)值與充電終點(diǎn)電壓相比較，以判斷電池端電壓是否達(dá)到充電終點(diǎn)電壓;第一轉(zhuǎn)換裝置，用于根據(jù)第一判定裝置的判斷操作，使第一信號(hào)發(fā)生裝置的工作移向第二信號(hào)發(fā)生裝置;以及第二轉(zhuǎn)換裝置，用于根據(jù)第二判定裝置的判斷操作，使第二信號(hào)發(fā)生裝置的工作移向第三信號(hào)發(fā)生裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電池充電方法，其中在初始充電階段可通過(guò)觀察充電電流來(lái)判斷電池故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電池充電方法，其中，在快速充電階段，一個(gè)持續(xù)充電周期和一個(gè)充電懸置周期交替重復(fù)進(jìn)行直到電池端電壓達(dá)到充電終止電壓;在持續(xù)充電周期中充電電流的間斷式供電是持續(xù)的;在充電懸置周期中，快速充電電流的間斷式供電暫停。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電池充電裝置，其中，所述控制單元包括周期設(shè)定裝置，用于交替設(shè)定一個(gè)持續(xù)充電周期和一個(gè)充電懸置周期，直到電池端電壓達(dá)到充電終點(diǎn)電壓;在持續(xù)充電周期中，充電電流的間斷式供電是持續(xù)的;在充電懸置周期中，快速充電電流的間斷式供電暫停。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池充電方法，用于對(duì)諸如鉛酸蓄電池之類的電池進(jìn)行快速充電；以及一種電池充電裝置，用于執(zhí)行上述電池充電方法。其中，一個(gè)初始充電階段、一個(gè)快速充電階段以及一個(gè)最終充電階段依次連續(xù)進(jìn)行。在初始充電階段，其電量是逐漸增加的充電電流施加到電池上；在快速充電階段，其電量大于初始充電階段充電電流之電量的充電電流間斷式地施加到電池上；在最終充電階段，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電終點(diǎn)電壓時(shí)，其電量逐漸減小的充電電流加到電池上。
文檔編號(hào)H02J7/10GK1075577SQ92112419
公開日1993年8月25日 申請(qǐng)日期1992年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月17日
發(fā)明者下本賢吉 申請(qǐng)人:花城清美