專利名稱：用于電池充電的系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及一種用于電池充電的系統和方法，更為特別的，涉及一種用于給電動工具的電池充電的系統和方法。
背景技術：
無線的電動工具通常由便攜式電池組供電。這些電池組具有不同的電池化學物質和標稱電壓范圍，并且能夠用來供電給多種工具和電氣設備。通常，電動工具電池的電池化學物質不是鎳鎘(“NiCd”)就是鎳氫(“NiMH”)。電池組的標稱電壓一般在大約2.4V到24V之間的范圍內。
發明內容
一些電池化學物質(比如，鋰(“Li”)，鋰離子(“Li-ion”)和其它基于鋰的化學物質)需要精確的充電方案和充電操作以及控制的放電。不充分的充電方案和非控制的放電方案可能產生過多的內建的熱，過度充電的情況和/或過度放電的情況。這些情況和內建的因素可以對電池產生不可逆轉的損壞并嚴重的沖擊電池的容量。
本發明提供了用于電池充電的系統和方法。在一些結構和一些方面中，本發明提供能夠對多種具有不同電池化學結構的電池組完全充電的電池充電器。在一些結構和一些方面中，本發明提供能夠對基于鋰的電池，比如，鋰鈷電池，鋰錳電池和尖晶石電池等完全充電的電池充電器。在一些結構和一些方面中，本發明提供能夠對不同標稱電壓或在不同標稱電壓范圍內的基于鋰化學物質的電池組充電的電池充電器。在一些結構和一些方面中，本發明提供具有多種基于不同電池情況執行的充電模塊的電池充電器。在一些結構和一些方面中，本發明提供用于通過應用恒定電流脈沖來對基于鋰的電池充電的系統和方法。脈沖之間的時間和脈沖的長度可能由電池充電器根據特定的電池特性來增加或減少。
本發明的獨立的特征和獨立的優點將通過對下面詳細的描述，權利要求和附圖的講解被本領域技術人員清楚的理解。
圖1是一電池的透視圖；圖2是一電池的另一透視圖，就像如圖1所示的電池；圖3是一電池的透視圖，就像如圖1所示的電池，其和電池充電器物理的和電氣的連接；圖4是一電氣的連接到電池充電器的電池的示意圖，就像如圖3所示的電池和電池充電器；圖5a和5b是流程圖，示出了是采用本發明的方面的電池充電器的操作，就像如圖3所示的電池充電器；圖6是一流程圖，示出了能夠在采用本發明的方面的就像如圖3所示的電池充電器的電池充電器上實現的第一模塊；圖7是一流程圖，示出了能夠在采用本發明的方面的就像如圖3所示的電池充電器的電池充電器上實現的第二模塊；圖8是一流程圖，示出了能夠在采用本發明的方面的就像如圖3所示的電池充電器的電池充電器上實現的第三模塊；圖9是一流程圖，示出了能夠在采用本發明的方面的就像如圖3所示的電池充電器的電池充電器上實現的第四模塊；圖10是一流程圖，示出了能夠在采用本發明的方面的就像如圖3所示的電池充電器的電池充電器上實現的第五模塊；圖11是一流程圖，示出了能夠在采用本發明的方面的就像如圖3所示的電池充電器的電池充電器上實現的第六模塊；圖12是一流程圖，示出了能夠在采用本發明的方面的就像如圖3所示的電池充電器的電池充電器上實現的充電算法；圖13是電連接到電池充電器的電池的示意圖。
圖14A-B是電池的其它結構的視圖。
圖15A-B是電氣的和物理的連接到電動工具電池的透視圖，諸如圖1，2和14A-B所示的電池中的一個。
圖16是對電池的充電電流的示意圖。
圖17是電池的另一示意圖。
在本發明的任何實施例被詳細解說之前，應該了解本發明不限于在下面的附圖所描述和圖示的結構細節和組件安排的應用之中。本發明能夠作出其它實施例和以多種方式實行或實現。而且，也應該了解這里所使用的措辭和術語是為了描述的需要而不應該被認為是限制。在這里所使用的“包括”，“包含”或“具有”以及它們的變化都意味著環繞在下面列出的項目和它的等價物以及附加項目。
具體實施例方式
電池或電池組20如圖1和2所示。設置電池20來傳送能量到一個或多個電器設備，并從一個或多個電器設備接收能量，例如，電動工具25(如圖15A-B所示)和/或電池充電器30(如圖3和4所示)。在一些結構和一些方面中，電池20可以具有任意的電池化學物質，例如，鉛-酸，鎳鎘(“NiCd”)，鎳氫(“NiMH”)，鋰(“Li”)，鋰離子(“L-ion”)，其它基于鋰的化學物質和其它可重復充電的電池化學物質。在一些結構和一些方面中，電池20能夠提供高放電電流到電器設備，例如，具有高電流放電率的電動工具。在圖示的結構中，電池20具有鋰、鋰離子和其它基于鋰的化學物質，并且提供等于或大于大約20A的平均放電電流。例如，在圖示的結構中，電池20能夠具有鋰鈷(“Li-Co”)、鋰錳(“Li-Mn”)尖晶石或Li-Mn鎳的化學物質。
在一些結構和一些方面中，電池20還能夠具有任意的標稱電壓，例如，在大約9.6V到大約50V范圍內的標稱電壓。在一些結構中(如圖1-3)，例如，電池20具有大約21V的標稱電壓。在另一結構中(如圖14)，電池20A具有大約28V的標稱電壓。應該了解到，在其它的結構中，電池20可能具有在其它標稱電壓范圍內的其它標稱電壓。
電池20包括提供終端支持40的外殼35。電池20進一步包括一個或多個由終端支持40支持并可連接到電氣設備，比如電動工具25和/或電池充電器30的電池終端。在一些結構中，例如，如圖4所示的結構，電池20包括正電池終端45，負電池終端50和感應電池終端55。在一些結構中，電池20包括比如圖所示的結構更多或更少的終端。
電池20包括一個或多個電池單元60，每一個都具有化學物質和標稱電壓。在一些結構中，電池20具有Li離子的電池化學物質，大約18V或21V的標稱電壓并包括五個電池單元。在一些結構中，每一電池單元60具有Li離子的化學物質，并且每一電池單元60具有實質上相同的標稱電壓，例如，大約3.6V或大約4.2V。
在一些結構和一些方面中，電池20包括電連接到一個或多個電池終端的標識電路或組件。在一些結構中，電氣設備(例如，電池充電器30(如圖3和4所示))為了確定一個或多個電池特性將“讀取”標志電路和組件或接收基于標識電路和組件的輸入。在一些結構中，電池特性將包括，例如，電池20的標稱電壓，電池20的溫度和/或電池20的化學物質。
在一些結構和一些方面中，電池20包括電連接到一個或多個電池終端的控制設備、微控制器、微處理器和控制器。該控制器和電氣設備(比如電池充電器30)通信，并提供涉及一個或多個電池特性或情況的信息到設備，例如，電池20的標稱電壓，單一元件電壓，電池20的溫度和/或電池20的化學物質。在一些結構中，例如，如圖4所示的結構中，電池20包括具有微處理器或控制器64的標識電路62。
在一些結構和一些方面中，電池20包括溫度感應設備或熱敏電阻。熱敏電阻被設置和放置在電池20內來感應一個或多個電池單元的溫度或整個電池20的溫度。在一些結構中，例如，如圖4所示的結構，電池20包括熱敏電阻66。在圖示的結構中，熱敏電阻66包括在標識電路62里。
如圖3和4所示，還設置電池20來連接電氣設備，比如電池充電器30。在一些結構中，電池充電器30包括外殼70。外殼70提供連接電池20的連接部分75。連接部分75包括一個或多個電器設備終端來將電池20電氣的連接到電池充電器30。在電池充電器30中包括的終端被設置為與在電池20中包括的終端相匹配，并傳送和接收來自電池20的能量和信息。
在一些結構中，例如，如圖4所示的結構，電池充電器30包括正終端80，負終端85和感應終端90。在一些結構中，電池充電器30的正終端80被設置為匹配正電池終端45。在一些結構中，電池充電器的負終端85和感應終端90被設置為分別匹配負電池終端50和感應電池終端55。
在一些結構和一些方面中，電池充電器30還包括充電電路95。在一些結構中，充電電路95包括控制設備，微控制器，微處理器或控制器100。該控制器100控制在電池20和電池充電器30之間的供電傳輸。在一些結構中，控制器100控制在電池20和電池充電器30之間的信息傳輸。在一些結構中，控制器100基于自電池20接收的信號標識和/或確定電池20的一個或多個特性和情況。而且，該控制器100可以基于電池20的標識特性來控制充電器30的操作。
在一些結構和一些方面中，控制器100包括多種計時器，備用計時器和計數器和/或能夠執行多種計時和計數功能。該計時器、備用計時器和計數器由控制器100在多種充電步驟和/或模塊中使用和控制。該計時器，備用計時器和計數器將在下面討論。
在一些結構和一些方面，電池充電器30包括顯示屏和指示器110。指示器110通知用戶電池充電器30的狀態。在一些結構中，指示器110能夠通知用戶在充電操作過程中開始和/或結束的充電的不同階段，充電模式或充電模塊。在一些結構中，指示器110包括第一發光二極管(“LED”)115和第二LED 120。在圖示的結構中，第一和第二LED 115和120是不同顏色的LED。例如，第一LED 115是紅色LED，且第二LED 120是綠色LED。在一些結構中，控制器100啟動并控制指示器110。在一些結構中，指示器110放置在外殼70上或包括在外殼70里，從而使指示器對用戶來說可見。顯示屏也可以包括顯示充電百分比，剩余時間等的指示器。在一些結構中，顯示屏或指示器110可能包括在電池20提供的燃料規格。
電池充電30適用于接收來自電源130的供電輸入。在一些結構中，電源130是大約120-V交流，60-Hz的信號。在其它結構中，電源130是(例如)恒定電流源。
在一些結構和一些方面中，電池充電器30能夠給具有如下所述的不同電池化學物質和不同標稱電壓的多種可重復充電式電池充電。例如，在一示例性的實施中，電池充電器30能夠給具有NiCd的電池化學物質和大約14.4V的標稱電壓的第一電池充電，也可以給具有Li離子的電池化學物質和大約18V的標稱電壓的第二電池以及具有Li離子的電池化學物質和大約28V的標稱電壓的第三電池充電。在另一示例性的執行中，電池充電器30能夠給具有大約21V的標稱電壓的第一Li離子電池和具有大約28V的標稱電壓的第二Li離子電池充電。在這個示例性的執行中，電池充電器30能夠標識每一電池20的標稱電壓，并且因此如下所述，該電池充電器30能標定(scale)特定閾值，或者根據電池標稱電壓更改電壓讀入和度量(在充電過程中使用的)。
在一些結構中，電池充電器30能夠通過“讀取”包括在電池20中的標識元件或通過接收來自、例如電池微處理器或控制器的信號來標識電池20的標稱電壓。在一些結構中，電池充電器30可能包括對多種充電器30能夠標識的電池20的可接受標稱電壓范圍。在一些結構中，可接受標稱電壓的范圍能夠包括從大約8V到大約50V的范圍。在另外的結構中，可接受標稱電壓的范圍能夠包括從大約12V到大約28V的范圍。在進一步的結構中，電池充電器30能夠標識大約等于或大于12V的標稱電壓。還是在進一步的結構中，電池充電器30能夠標識大約等于或低于30V的標稱電壓。
在另外的結構中，電池充電器30能夠標識包括電池20的標稱電壓的值的范圍。例如，電池充電器30能夠標識第一電池20的標稱電壓處于例如，大約18V到22V或者大約16V到大約24V的范圍之內，而不是識別第一電池具有大約18V的標稱電壓。在進一步的結構中，電池充電器30還能夠識別其它的電池特性，例如，電池單元的數目，電池化學物質等等。
在其它結構中，充電器30能夠識別任意電池20的標稱電壓。在這些結構中，電池30能夠通過根據電池20的標稱電壓調整和標定特定閾值對任意標稱電壓電池20充電。還是在這些結構中，每一個電池20，不論它的標稱電壓，在大約相等的時間量(例如，如果每一電池20大致完全放電)可能接收到大致相等的充電電流幅度。電池充電器30能夠根據被充電的電池30的標稱電壓要么調整或標定閾值(下面討論)或者調整或標定度量。
例如，電池充電器30可能識別具有大約21V的標稱電壓和5個電池單元的第一電池。在整個充電過程中，電池充電器30更改每個充電器30采樣的度量(例如，電池電壓)來得到每單元度量。就是說，充電器30將每個電池電壓度量除以五(例如，五個單元)來得到每個單元的近似的平均電壓。因此，所有在電池充電器30中包括的閾值可能與每單元度量關聯。而且，電池充電器30可能識別具有大約28V的標稱電壓和7個電池單元的第二電池。類似于第一電池的操作，電池充電器30更改每一電壓度量來得到每單元的度量。所有包括在電池充電器30里的閾值再次與每單元度量關聯。在這個實例中，電池充電器30能夠使用相同的閾值來監控和禁止對第一和第二電池的充電，啟動電池充電器30能夠對許多在較寬標稱電壓范圍里的電池充電。
在一些結構和一些方面中，電池充電器30對電池20充電的充電方案或方法以電池20的溫度為基礎。在一些結構中，電池充電器30提供充電電流到電池20，同時周期性地探測和監控電池20的溫度。如果電池20沒有包括微處理器和控制器，則電池充電器30在預先確定的時間周期后定時的測量熱敏電阻的電阻。如果電池20包括微處理器和控制器，比如控制器64，則然后電池充電器要么1)周期性的詢問控制器64來確定電池溫度和/或電池溫度是否在適宜的操作范圍之外；或2)等待來接收來自控制器64表示電池溫度沒有在適宜的操作范圍(將在下面討論)之內的信號。
在一些結構和一些方面中，電池充電器30對電池20充電的充電方案和方法以電池20的當前電壓為基礎。在一些結構中，電池充電器30提供充電電流到電池20，同時在預先確定的的時間周期之后，當電流被提供到電池20時和/或當電流沒有被提供時(像要在下面描述的)定時探測和監控電池電壓。在一些結構中，電池充電器30對電池20充電的充電方案和方法以電池20的溫度和當前電壓兩者為基礎。而且，充電方案能夠基于單獨的單元電壓。
一旦電池溫度和/或電池電壓超出預先確定的閾值或沒有處于適宜的操作范圍之內，電池充電器30中斷充電電流。電池充電器30繼續周期性的探測或監控電池溫度/電壓或等待來接收來自控制器64表示電池溫度/電壓在適應的操作范圍之內的信號。當電池溫度/電壓在適應的操作范圍之內，該電池充電器30可能恢復提供到電池20的充電電流。電池充電器30繼續監控電池溫度/電壓，并繼續基于探測到的電池溫度/電壓中斷和恢復充電電流。在一些結構中，電池充電器30在預先確定的時間周期或電池容量到達預先確定的閾值時終止充電。在其它的結構中，當電池20從電池充電器30中移開時終止充電。
在一些結構和一些方面中，電池充電器30包括用于對多種電池，比如具有不同化學物質和/或標稱電壓的電池20充電的操作方法。這種操作200的一個實例如圖5a和5b所示。在一些結構和一些方面中，電池充電器30包括對基于鋰的電池，例如具有Li-Co化學物質的電池、Li-Mn尖晶石化學物質、Li-Mn鎳化學物質或其它類似的電池充電的操作方法。在一些結構和一些方面中，該充電操作200包括多種用于執行對應于不同電池情況和/或電池特性的不同功能的模塊。
在一些結構和一些方面中，操作200的方法包括用于基于異常和/或正常電池情況中斷充電的模塊。在一些結構中，充電操作200包括不良組模塊，比如如圖6的流程205所示的不良組模塊，和/或溫度超出范圍模塊，比如如圖7的流程210所示的溫度超出范圍模塊。在一些結構中，電池充電器30為了基于異常電池電壓，異常單元電壓和/或異常電池容量終止充電而進入不良組模塊。在一些結構中，電池充電器30為了基于異常電池溫度和/或一個或多個異常電池單元溫度終止充電而進入溫度超出范圍模塊210。在一些結構中，充電操作200包括更多或更少的基于比在上面和下面所討論的模塊更多或更少的電池情況來終止充電的模塊。
在一些結構和一些方面中，充電操作200包括多種用于基于多種電池情況對電池20充電的模式或模塊。在一些結構中，充電操作200包括連續補充充電模塊，比如如圖8的流程215所示的連續補充充電模塊；階梯式充電模塊，比如如圖9中流程220所示的階梯式充電模塊；快速充電模塊，比如如圖10中流程225所示的快速充電模塊；和/或保持充電模塊，比如如圖11中流程230所示的保持充電模塊。
在一些結構和一些方面中，每一充電模塊215-230由控制器100在充電操作200的過程中基于特定的電池溫度范圍，特定的電池電壓范圍和/或特定的電池容量范圍來選擇。在一些結構中，每一模塊215-230由控制器100基于圖表1所示的電池特性來選擇。在一些結構中，情況“電池溫度”或“電池的溫度”可以包括作為整體考慮的電池的溫度(就是說，電池單元，電池組件，等)和/或單一的或者共同的考慮的電池單元的溫度。在一些結構中，每一充電模塊215-230可以基于相同的充電方案或充電算法，例如，將在下面討論的完全充電電流。
用于對基于鋰的電池充電的操作
表1在一些情況和一些方面中，在連續補充充電模塊215的過程中應用到電池20的充電電流包括在第一時間周期(例如，十秒)應用完全充電電流(例如，“I”)到電池20，并之后在第二時間周期(例如，50秒)暫停完全充電電流。在一些結構中，完全充電電流是大約在預先確定的幅度的充電電流的脈沖。在一些結構中，電池充電器30僅僅在如果電池電壓小于第一預先確定的電壓閾值V1的情況下進入連續補充充電模塊215。
在一些情況和一些方面中，在快速充電模塊225的過程中應用到電池20的充電電流包括在第一時間周期(例如，1秒)應用完全充電電流到電池20，并之后在第二時間周期(例如，50毫秒)暫停完全充電電流。在一些結構中，控制器100設置備用計時器到第一預先確定的時間界限，例如，大約兩個小時。在這些結構中，電池充電器30為了避免電池損壞將不對預先確定的時間界限執行快速充電模塊225。在其它結構中，當預先確定的時間界限期滿時，電池充電器將關閉(例如，停止充電)。
在一些結構中，電池充電器30僅僅在如果電池電壓包括在一個從第一電壓閾值V1到第二預先確定的電壓閾值V2的范圍內和電池溫度處在從第二電池溫度閾值T2到第三電池溫度閾值T3的范圍內的情況下進入快速充電模式。在一些結構中，第二電壓閾值V2大于第一電壓閾值V1，并且第三溫度閾值T3大于第二溫度閾值T2。
在一些結構和一些方面中，在階梯式充電模塊220的過程中應用到電池20的充電電流包括應用快速充電模式225的充電電流到電池20，但是具有一分鐘充電(“ON”)，一分鐘暫停充電(“OFF”)的工作循環。在一些結構中，控制器100設置備用計時器到第二預先確定的時間界限，例如大約四個小時。在這些結構中，電池充電器30為了避免電池損壞對預先確定的時間界限將不執行階梯式充電模塊220。
在一些結構中，電池充電器30僅僅在如果電池電壓被包括在從第一電壓閾值V1到第二電壓閾值V2的范圍內，并且電池溫度處于從第一溫度閾值T1到第二溫度閾值T2的范圍內的情況下進入階梯式充電模塊。在一些結構中，第二電壓閾值V2大于第一電壓閾值V1，并且第二溫度閾值T2大于第一溫度閾值T1。
在一些結構和一些方面中，在保持模塊230的過程中應用到電池20的充電電流包括僅僅當電池電壓處于特定的預先確定的閾值的范圍內時應用完全充電電流到電池20。在一些結構中，閾值大約是4.05-V/單元+/-1％每單元。在一些結構中，電池充電器30僅僅在如果電池電壓被包括在第二電壓閾值V2到第三電壓閾值V3的范圍內，并且電池溫度處于從第一溫度閾值T1到第三溫度閾值T3的范圍之內的情況下進入保持模塊230。
在一些結構和一些方面中，控制器100基于不同的電池情況執行多種充電模塊220-230。在一些結構中，每一充電模塊220-230包括相同的充電算法(例如，用于應用完全充電電流的算法)。但是，每一充電模塊220-230以不同方式執行重復或結合充電算法。充電算法的一個實例是如圖12中流程250所示的充電電流算法，將在下面討論。
如圖5a和5b所示，充電操作200當電池(比如電池20)在步驟305中被插入或電連接到電池充電器30時開始進行。在步驟310，控制器100確定是否有電源，比如電源130的穩定輸入被應用或連接到電池充電器30。如圖5a所示，如果在電池20被電連接到電池充電器30之后仍然提供電源就應用相同的操作(就是說，步驟305接下來是步驟310)。
如果控制器100確定沒有施加的穩定電源輸入，然后控制器100在步驟315不啟動指示器110，并且不應用充電到電池20。在一些結構中，電池充電器30在步驟315引起小的放電電流。在一些結構中，放電電流大約小于0.1毫安。
如果在步驟310控制器100確定有穩定的電源輸入應用到電池充電器30，然后操作200繼續進行到步驟320。在步驟320，控制器100確定是否所有在電池終端45、50和55以及電池充電器終端80、85和90之間的終端連接穩定。如果在步驟320連接不穩定，則控制器100繼續進行到步驟315。
如果在步驟320該連接是穩定的，在步驟325控制器100通過電池20的感應終端55識別電池20的化學物質。在一些結構中，來自電池20的阻性感應引線，像由控制器100感應的一樣，表示電池20具有是NiCd或者是NiMH的化學物質。在一些結構中，控制器100將測量阻性感應引線的電阻來確定電池20的化學物質。例如，在一些結構中，如果阻性感應引線的電阻處于第一范圍之內，電池20的化學物質就是NiCd。如果阻性感應引線的電阻處于第二范圍之內，電池20的化學物質就是NiMH。
在一些結構中，NiCd電池和NiMH電池由電池充電器使用不同于對具有基于鋰的化學物質的電池執行的充電算法的單一的充電算法充電。在一些結構中，對NiCd和NiMH電池的單一的充電算法是，例如，對NiCd/NiMH電池的存在的充電算法。在一些結構中，電池充電器30對NiCd電池和NiMH電池的充電使用單一的充電算法，但是停止對NiCd電池的充電過程使用不同于終止對NiMH電池的充電的終止方案。在一些結構中，電池充電器30當在電池電壓中的負變化(例如，-эV)由控制器100探測到時終止對NiCd電池的充電。在一些結構中，電池充電器30當在一段時間(例如，эT/dt)的電池溫度變化達到和超出預先確定的終止閾值時終止對NiMH電池的充電。
在一些結構中，NiCd和/或NiMH電池使用恒定電流算法充電，例如，電池充電器30可以包括用來對具有不同化學物質，比如NiCd、NiMH、Li離子和類似的不同電池充電的相同的充電電路。在一個示例性的結構中，充電器30能夠使用充電電路來應用相同的滿充電電流到NiCd和NiMH電池，并且Li離子電池使用恒定電流算法代替脈沖充電。在另一示例性結構中，電池充電器30能夠根據電池化學物質測量(scaling)通過充電電路的滿充電電流。
在其它結構中，控制器100不確定電池20的精確的化學物質。而是，控制器100執行能夠有效地對NiCd電池和NiMH電池充電的充電模塊。
在其它結構中，感應引線的電阻能夠指示電池20具有基于鋰的化學物質。例如，如果感應導線的電阻處于第三范圍之內，那么電池20的化學物質是基于鋰的。
在一些結構中，在電池充電器30和電池20之間通過感應終端55和90建立的串行通信鏈路指示電池20具有基于鋰的化學物質。如果在步驟320建立串行通信鏈路，那么在電池20中的微處理器和控制器(比如控制器64)發送涉及電池20的信息到在電池充電器30中的控制器100。這些在電池20和電池充電器30之間傳輸的信息能夠包括電池化學物質，標稱電池電壓，電池容量和電池溫度，單個的單元電壓，充電周期的數量，放電周期的數量，保護電路和網絡的狀態(例如，激活，禁止，啟動，等)，等等。
在步驟330，控制器100確定電池20的化學物質是否是基于鋰的。如果在步驟330控制器100確定電池20具有NiCd或NiMH的化學物質，那么在步驟335操作200繼續進行NiCd/NiMH充電算法。
如果在步驟330控制器100確定電池20具有的化學物質是基于鋰的，則操作200繼續到步驟340。在步驟340，控制器100重新設置任意電池保護電路，例如，包括在電池20并通過通信鏈路確定的電池20的標稱電壓的開關。在步驟345，控制器100基于標稱電壓設置充電器的模擬—數字轉換器(“A/D”)到適宜的電平。
在步驟350，控制器100測量電池20的當前電壓。一旦作出測量，則控制器100在步驟355確定電池20的電壓是否大于4.3V/單元。如果在步驟355測量的電池電壓大于4.3V/單元，則操作200繼續進行在步驟360的不良組模塊206。不良組模塊205將在下面討論。
如果在步驟355電池電壓不大于4.3V/單元，則然后控制器100在步驟365測量電池溫度，并在步驟370確定電池溫度是否低于-10攝氏度或高于65攝氏度。如果在步驟370電池溫度低于-10攝氏度或高于65攝氏度，則然后操作200繼續進行到步驟375的溫度超出范圍模塊210。溫度超出范圍模塊210將在下面討論。
如果電池電壓在步驟370溫度沒有低于-10攝氏度或高于65攝氏度，則然后控制器100在步驟380(如圖5b所示)確定電池溫度是否在-10攝氏度和0攝氏度之間。如果在步驟380電池溫度在-10攝氏度和0攝氏度之間。則操作200繼續到步驟385，在步驟385，控制器100確定電池電壓是否小于3.5V/單元。如果電池電壓小于3.5V/單元，則操作200繼續進行在步驟390的連續補充充電模塊215。連續補充充電模塊215將在下面討論。
如果電池電壓在步驟385不小于3.5V/單元，控制器100在步驟395確定電池電壓是否包括在從3.5V/單元到4.1V/單元的電壓范圍中。如果在步驟395電池電壓沒有包括在從3.5V/單元到4.1V/單元的電壓范圍中，則然后操作200繼續進行在步驟400的保持模塊230。保持模塊230將在下面討論。
如果電池電壓在步驟395包括在從3.5V/單元到4.1V/單元的電壓范圍中，則控制器100在步驟405清空計數器，比如充電計數器。一旦在步驟405清除了充電計數器，則將操作200繼續進行到步驟410的階梯式充電模塊220。該階梯式充電模塊220和充電計數器將在下面討論。
回到步驟380，如果電池溫度沒有包括在-10攝氏度和0攝氏度的范圍內，則控制器100在步驟415確定電池電壓是否小于3.5V/單元。如果在步驟415電池電壓小于3.5V/單元，則將操作200繼續進行到步驟420的連續補充充電模塊215。
如果在步驟415該電池電壓不小于3.5V/單元，則控制器100在步驟425確定電池電壓是否包括在從3.5V/單元到4.1V/單元的電壓范圍中。如果電池電壓沒有包括在從3.5V/單元到4.1V/單元的電壓范圍中，則然后將操作200繼續進行到步驟430的保持模塊230。
如果在步驟425電池電壓包括在從3.5V/單元到4.1V/單元的電壓范圍中，則控制器100在步驟435清空計數器，比如充電計數器。一旦在步驟435清空了計數器，則將操作200繼續進行到步驟440的快速充電模塊225。快速充電模塊225將在下面討論。
圖6是一流程圖，示出了不良組模塊205的操作，模塊205的操作當主充電操作200在步驟460進入不良組模塊205時開始。控制器100在步驟465中斷充電電流，并且在步驟470啟動指示器110，比如第一LED。在所示的結構中，控制器100控制第一LED以大約4Hz的頻率閃爍。一旦指示器110在步驟470中啟動，則模塊205在步驟475停止，并且操作200可能也停止。
圖7是一流程圖，示出了溫度超出范圍模塊210的操作。模塊210的操作當主充電操作200在步驟490進入溫度超出模塊210時開始。控制器100在步驟495中斷充電電流，并且在步驟500啟動指示器110，比如第一LED。在所示的結構中，控制器100控制第一LED以大約1Hz的頻率閃爍來指示用戶該電池充電器30當前在溫度超出范圍模塊210。一旦指示器110在步驟500啟動，則操作200退出該模塊210并繼續進行操作200到剩下的操作。
圖8是一流程圖，示出了連續補充充電模塊215。模塊215的操作在步驟520當主充電操作200進入連續補充充電模塊215時開始。控制器100在步驟525啟動指示器110，比如第一LED 115來指示用戶該電池充電器30當前正在對電池20充電。在所示的結構中，控制器100啟動第一LED 115使其顯示為恒定打開的狀態。
一旦在步驟525指示器110被啟動，則控制器110在步驟520初始化計數器，比如連續補充充電計數計數器。在所示的結構中，連續補充充電計數計數器具有二十的計數限制。
在步驟540，控制器100開始應用十個一秒(“1-s”)(ten one)滿電流脈沖到電池20，并且然后暫停充電五十秒(“50-s”)。在一些結構中，在1-s脈沖之間有50-ms時間間隔。
在步驟545，當充電電流被應用到電池20(例如，接通電流)來確定電池電壓是否超出4.6V/單元時，控制器100開始測量電池電壓。如果在步驟545電池電壓在電流接通時間中超出4.6V/單元，則模塊215繼續進行到步驟550的不良組模塊205，并且將在步驟552停止。如果在步驟545電池電壓在電流接通時間中沒有超出4.6V/單元，當充電電流在步驟555沒有應用到電池20(例如，電流接通時間)時，電流控制器100測量電池溫度和電池電壓。
在步驟560，控制器100確定電池溫度是否處于低于10攝氏度或高于65攝氏度的范圍內。如果在步驟560電池溫度低于10攝氏度或高于65攝氏度，則然后將模塊215繼續進行到步驟565的溫度超出范圍模塊210，并且將在步驟570停止。如果在步驟560，電池溫度沒有低于-10攝氏度或高于65攝氏度，然后控制器100在步驟575確定電池電壓是否包括在3.5V/單元到4.1V/單元的范圍之內。
如果在步驟575電池電壓包括在3.5V/單元到4.1V/單元的范圍之內，則然后控制器100在步驟580確定電池溫度是否包括在-10攝氏度到0攝氏度的范圍之內。如果在步驟580電池溫度包括在-10攝氏度到0攝氏度的范圍之內，則然后模塊215繼續進行到步驟585的階梯式充電模塊220。如果在步驟585電池溫度沒有包括在-10攝氏度到0攝氏度的范圍之內，則然后將模塊215繼續進行到步驟590的快速充電模塊225。
如果在步驟575電池電壓沒有包括在3.5V/單元到4.1V/單元的范圍之內，之后控制器在步驟595增加連續補充充電計數計數器。在步驟600，控制器100確定連續補充充電計數計數器是否等于計數器極限，比如在本例中的二十。如果在步驟600計數器不等于計數器極限，則模塊215繼續進行到步驟540。如果計數器在步驟600確實等于計數器極限，則模塊215繼續進行到步驟605的不良組模塊205，并且將在步驟610停止。
圖9是一流程圖，示出了階梯式充電模塊220。模塊220的操作在步驟630當主充電操作200進入階梯式充電模塊220時開始。控制器100在步驟635啟動指示器110，比如第一LED 115來指示用戶該電池充電器30當前對電池20充電。在所示結構中，控制器100啟動第一LED 115使得它表現為恒定打開的狀態。
在步驟640，控制器100開動第一計時器或充電開始計時器。在所示結構中，充電開始計時器從一分鐘開始倒計時。在步驟645，模塊220繼續進行到充電電流算法250。一旦執行充電電流算法250，則控制器100在步驟650確定充電計數是否等于計數極限，例如7200。如果在步驟650該充電計數等于計數極限，則模塊220在步驟655繼續進行到不良組模塊205，并且模塊220將在步驟660停止。
如果在步驟650充電計數不等于計數極限，則控制器100在步驟665確定在電流脈沖(將在下面討論)之間的等待時間是否大于或等于第一等待時間閾值，例如，兩秒。如果在步驟665等待時間大于或等于第一等待時間閾值，則控制器100在步驟670啟動指示器110，例如，關閉第一LED 115并且激活第二LED 120來以大約1Hz的頻率閃爍。如果等待時間在步驟665不大于或等于第一等待時間閾值，則模塊220繼續進行到步驟690，其將在下面討論。
一旦在步驟670指示器110被激活，則控制器100在步驟675確定在電流脈沖之間的等待時間是否大于或等于第二等待時間閾值，例如，十五秒。如果等待時間在步驟675大于或等于第二等待時間閾值，則控制器100在步驟680改變指示器110，例如激活第二LED 120使得第二LED 120顯示為常通的狀態。然后，將模塊220繼續進行到步驟685的保持模塊230。
在步驟675，如果等待時間不大于或等于第二等待時間閾值，控制器100在步驟690確定電池溫度是否大于0攝氏度。如果在步驟695該電池溫度大于0攝氏度，將模塊220繼續進行到步驟695的快速充電模塊225。如果電池溫度在步驟690不大于0攝氏度，控制器100在步驟700確定充電開始計時器是否期滿。
如果充電開始計時器在步驟700沒有期滿，則將模塊220繼續進行到步驟645的充電電流算法。如果充電開始計時器在步驟700期滿，控制器100在步驟705激活第二計時器或充電關閉計時器并且暫停充電。在步驟710，該控制器100確定該充電關閉計時器是否期滿。如果充電關閉計時器在步驟710沒有期滿，則控制器100在步驟715等待預先確定的時間量并且之后返回到步驟710。如果充電關閉計時器在步驟710期滿，則模塊220返回進行步驟640來再次啟動充電開始計時器。
圖10是一流程圖，示出了快速充電模塊225。模塊225的操作當主充電操作200在步驟730進入快速充電模塊220時開始。控制器100在步驟735激活指示器110，例如第一LED 115來指示用戶該電池充電器30當前對電池20充電。在所示的結構中，控制器100激活第一LED 115使得它顯示為常通的狀態。
在步驟740，模塊225繼續進行到充電電流算法250。一旦執行充電電流算法250，則控制器100在步驟745確定充電計數是否等于計數極限(例如，7200)。如果在步驟650充電計數等于計數極限，則模塊220繼續進行到步驟750的不良組模塊205，并且該模塊220將在步驟755停止。
如果在步驟745充電計數不等于計數極限，則控制器100在步驟760確定在電流脈沖之間的等待時間是否大于或等于第一等待時間閾值(例如，兩秒)。如果在步驟760等待時間大于或等于第一等待時間閾值，控制器在步驟765激活指示器110，例如，關閉第一LED 115并激活第二LED 120以大約1Hz的頻率閃爍。如果在步驟765等待時間不大于和等于第一等待時間閾值，模塊225繼續進行到步驟785，其將在下面討論。
一旦指示器110在步驟765啟動，則控制器100在步驟770確定在電流脈沖之間的等待時間是否大于或等于第二等待時間閾值(例如，十五秒)。如果在步驟770等待時間大于或等于第二等待時間閾值，控制器100在步驟775改變指示器110，例如，激活第二LED 120，使得第二LED 120顯示為常通的狀態。然后，模塊225繼續進行到步驟780的保持模塊。
如果在步驟770等待時間不大于和等于第二等待時間閾值，控制器100在步驟785確定電池溫度是否包括在-20攝氏度到0攝氏度的范圍之內。如果在步驟785電池溫度包括在該范圍之內，則模塊225繼續進行在步驟790的階梯式充電模塊220。如果在步驟785該電池溫度沒有包括在該范圍之內，則模塊225將返回進行到步驟740的充電電流算法250。
圖11是一流程圖，示出了保持模塊230。模塊230的操作當主充電操作200在步驟800進入保持模塊230時開始。控制器100在步驟805確定電池電壓是否包括在3.5V/單元到4.05V/單元的范圍內。在步驟805，如果電池電壓沒有包括在范圍內，控制器100繼續停留在步驟805直到電池電壓包括在范圍之內。一旦電池電壓在步驟805包括在該范圍之內，則控制器100在步驟810初始化保持計時器。在一些結構中，保持計時器從三十分鐘開始向下計時。
在步驟815，控制器100確定電池溫度是否處于低于-20攝氏度或高于65攝氏度的范圍內。如果電池溫度低于-20攝氏度或高于65攝氏度，則模塊230繼續進行到步驟820的溫度超出范圍模塊210并且模塊將在步驟825停止。如果在步驟815電池溫度沒有低于-20攝氏度或高于65攝氏度，則模塊230繼續進行到模塊830的充電電流算法250。
一旦在步驟830執行充電電流算法250，控制器100在步驟835確定保持計時器是否終止。如果保持計時器已經終止，則模塊230繼續進行到步驟840的不良組模塊，并且模塊230將在步驟845停止。如果保持計時器在步驟835沒有終止，控制器100在步驟850確定在電流脈沖之間的等待時間是否大于或等于第一預先確定的保持等待時間周期，例如，十五秒。
如果在步驟850等待時間大于第一預先確定的保持等待時間周期，模塊230繼續進行步驟805。如果在步驟850等待時間不大于或等于第一預先確定的保持等待時間周期，模塊230繼續進行到步驟830的充電電流算法250。在一些結構中，電流充電器30將停留在保持模塊230直到電池組20從電池充電器30上移開。
圖12是一流程圖，示出了基本充電方案或充電電流算法250。模塊250的操作當其它模塊220-230或主充電操作200在步驟870進入充電電流算法時開始。控制器100在步驟875施加滿電流脈沖持續大約1秒。在步驟880，控制器100確定當電流被施加到電池20時電池電壓880是否大于4.6V/單元。
如果在步驟880該電池電壓大于4.6V/單元，則將算法250繼續進行到步驟885的不良組模塊205，并且算法250將在步驟890停止。如果在步驟880電池電壓沒有大于4.6V/單元，則控制器100中斷充電電流，增加計數器(比如充電電流計數器)，并且在步驟895存儲計數值。
在步驟900，控制器100確定電池溫度是否處于低于-20攝氏度或高于65攝氏度的范圍內。如果在步驟900電池溫度低于-20攝氏度或高于65攝氏度，則算法250繼續進行到步驟905的溫度超出范圍模塊205，并且算法250將在步驟910終止。如果在步驟900電池溫度沒有低于-20攝氏度或高于65攝氏度，則在步驟915當充電電流沒有被施加到電池20時，控制器100將測量電池電壓。
在步驟920，控制器100確定電池電壓是否小于4.2V/單元。如果在步驟920電池電壓小于4.2V/單元，算法250繼續進行步驟875。如果在步驟920電池電壓不小于4.2V/單元，則控制器100在步驟925等待直到電池電壓大致等于4.2V/單元。而且在步驟925，則控制器100存儲該等待時間。該算法250在步驟930停止。
在另一結構中，由電池充電器30施加的滿充電電流或滿充電脈沖可能被根據在電池20中的單獨的單元電壓來標定。這個裝置將參考圖4和16進行描述。
如圖4所示，在電池充電器30中的控制器100能夠接收來自電池20中的微控制器64的信息并將信息發射到那里。在一些結構中，微控制器64能夠在充電過程中或者自動的或者響應于電池充電器30的指令來監控多種電池特性，包括每一電池單元60的電壓或當前的充電狀態。該微處理器64能夠監控特定的電池特性，并且在充電電流的周期Ton中(就是說，“電流接通”時間周期)來處理和平均該測量。在一些結構中，該電流導通的時間周期大致是一秒(“1-s”)。在沒有充電電流的周期(也就是“電流關閉”時間周期)Toff中，涉及特定電池特征(例如，單元電壓和單元充電狀態)的信息能夠從電池20發送到充電器30。在一些結構中，電流關閉時間周期Toff大約是50毫秒。電池充電器30能夠因此處理從電池20發送的信息，并更改電流導通時間周期Ton。例如，如果一個或多個電池單元60比剩余的電池單元60具有較高的當前充電狀態，則然后電池充電器30可能為了避免對一個或多個較高的電池單元過充電而逐漸減少在時間周期Ton上的電流。
在一些結構中，電池充電器30可能比較每一單獨的單元電壓和平均的單元電壓，并且如果在單獨的單元電壓和平均的單元電壓之間的差異等于或超出預先確定的閾值(例如，非平衡閾值)，則充電器30可能識別該單元為較高充電狀態的單元。電池充電器30可能在時間周期Ton更改電流。在另外的結構中，電池充電器30可能在電流導通時間周期基于從電池20接收的信息對特別的電池單元(比如識別為較高電壓單元的電池單元)估計充電狀態。在這些結構中，如果對單元當前充電狀態的估計超出了閾值，則然后電池充電器30可能更改電流導通時間周期Ton的持續時間。
例如，如圖16所示，電池充電器30能夠命令電池20平均在下一個電流導通時間Ton1做出的單元電壓測量。該命令能夠在第一電流關閉時間周期Toff1期間發送。因此，在第一電流關閉時間Ton1中，微控制器64測量并平均單元電壓和其它電池參數。在下一個電流關閉時間Toff2中，電池20能夠發射平均的測量到電池充電器30。在一些結構中，電池20能夠發送八個平均的測量，例如，平均的包充電狀態測量以及對七個電池單元60的每一個的平均的單獨單元充電狀態。例如，電池20可能發送下面的信息單元1、14％，單元2、14％，單元3、15％，單元4、14％，單元5、16％，單元6、14％，單元7、14％，以及包電壓(例如，單元1-7)電壓29.96V。在這個實例中，電池充電器30識別單元5為較高電池單元。充電器30還記錄電池電壓為由電池微處理器64和電池充電器30測量的。在這個實例中，電池充電器30測量電池電壓為大約30.07V。電池充電器30計算在電池電壓測量中的差別(例如，110mV)，并且確定通過終端和引線的電壓降為大約110mV。
在后續的導通時間周期Ton2的過程中，電池充電器30“估算”單元5的電壓。例如，電池充電器30采樣電池20的電壓的測量，并且對每一電池電壓測量，根據下面的等式對單元5的充電狀態進行估算(V電池/ch-V終端)*V單元其中所述V電池/ch是電池20由充電器30測量的電壓，V終端是通過終端的電壓降(例如，110mV)，以及V單元是被估計為電池電壓的百分比的單元電壓。如果單元5的電壓的估計超出了閾值，則電池充電器30可能更改后來的電流導通時間周期Ton3。如圖16所示，充電器30識別單元5為是高電池單元，并且更改后續的電流導通時間周期Ton3為大約800mS。因此，電流導通時間周期Ton3的長度T2小于先前的電流導通時間周期Ton1和Ton2的長度T1。
在一些結構中，充電器30繼續將后來的電流導通時間周期(例如，Ton4-5)設置到大約是先前的電流導通時間周期Ton3的長度T2(例如，800ms)。如果單元5(或另一單元)繼續被識別為高單元，之后充電器30能夠，例如從T2(例如，大約800ms)到T3(例如，大約600ms)更改后來的電流導通時間周期(例如，Ton6)。
圖13示意性的示出了電池20’的進一步的示意圖。電池20’和電池20類似，并且共同的元件用相同的參考數字“’”識別。
在一些結構中，電路62’包括電氣組件，例如，識別電阻器950，并且該識別電阻器950能夠具有設定的電阻。在其它結構中，電氣組件可能是電容器，電感器，晶體管，半導體元件，電氣電路或另一具有電阻的或能夠發送電信號、例如微處理器、數字邏輯組件等的組件。在所示的結構中，識別電阻器950的電阻值能夠基于電池20’的特性、比如標稱電壓和電池單元60’的化學物質來選擇。感應終端55’能電連接到識別電阻器950。
如圖13示意性的示出，電池20’能夠電連接到電氣設備，比如電池充電器960(也為示意性的示出)。電池充電器960能夠包括正終端964，負終端968和感應終端972。電池充電器960的每一終端964、968、972能夠電連接到電池對應的終端45’、50’、55’(分別的)。電池充電器960還包括具有電氣組件的電路，例如，第一電阻器976，第二電阻器980，固態電子裝置或半導體984，比較器988和處理器，微控制器或控制器(沒有示出)。在一些結構中，半導體984能夠包括能夠在飽和或“導通”的狀態下操作，并且能夠在截止或“關閉”狀態下操作的晶體管。在一些結構中，比較器988可以是專用電壓監控裝置，微處理器或處理單元。在其它結構中，比較器988可以包括在控制器中(沒有示出)。
在一些結構中，可以對控制器(沒有示出)編程來識別在電池20’中的電氣組件的電阻值，比如識別電阻器958。還可以對控制器編程來確定電池20’的一個或多個特性，例如，電池20’的電池化學物質和標稱電壓。如前面所述的，識別電阻器958的電阻值可能對應于和一個或多個特定電池特性相聯系的專用值。例如，識別電阻器958的電阻值可以被包括在對應于電池20’的化學物質和標稱電壓的電阻值的范圍。
在一些結構中，可以對控制器編程來識別多個識別電阻器958的電阻范圍。在這些結構中，每一范圍對應于一個電池化學物質，例如，NiCd，NiMH，鋰離子等。在一些結構中，控制器可以識別附加的電阻范圍，每一個對應于另一電池化學物質或另一電池特性。
在一些結構中，可以對控制器編程來識別多個電壓范圍。包括在該電壓范圍的電壓可能是依靠于或對應于識別電阻器958的電阻值，這樣，控制器能夠基于測量的電壓確定電阻958的值。
在一些結構中，識別電阻器958的電阻值可以被進一步選擇為對每一電池20’的可能標稱電壓值都是唯一的。例如，在一個電阻值的范圍中，第一專用電阻值能夠對應于標稱電壓21V，第二專用電阻值對應于標稱電壓16.8V，以及第三專用電阻值對應于標稱電壓12.6V。在一些結構中，可以有更多或更少的專用電阻值，對應于另一電池20’的可能標稱電壓的每一個與電阻范圍相聯系。
在示例性的實施中，電池20’電連接到電池充電器960。為識別第一電池特性，半導體984在附加電路系統(沒有示出)的控制下轉換到“導通”狀態。當半導體984處在“導通”狀態時，識別電阻器958和電阻器976和980創建電壓分壓器網絡。該網絡在第一參考點992建立電壓VA。如果電阻980的電阻值遠遠小于電阻976的電阻值，那么電壓VA將由識別電阻器958和電阻980的電阻值決定。在這個實施中，電壓VA是處在由識別電阻器958的電阻值確定的范圍內。該控制器(沒有示出)在第一參考點992測量電壓VA，并且基于電壓VA確定識別電阻器958的電阻值。在一些結構中，控制器比較電壓VA和多個電壓范圍來確定電池特性。
在一些結構中，將被識別的第一電池特性可以包括電池化學物質。例如，任意低于150k歐姆的電阻值可能表示電池20’具有NiCd或NiMH的化學物質，并且任意大約150k歐姆或以上的電阻值可能表示電池20’具有Li或Li離子的化學物質。一旦控制器確定并且識別了電池20’的化學物質，將選擇適宜的充電算法或方法。在其它結構中，有更多的每一個都對應不同于上述實例的另一電池化學物質的電阻范圍。
繼續本示例性實施，為識別第二電池特性，半導體984在附加電路系統(沒有示出)的控制下轉換到“關閉”狀態。當半導體984轉換到“關閉”狀態時，該識別電阻器958和電阻器976創建電壓分壓器網絡。第一參考點992的電壓VA現在由識別電阻器958和電阻976的電阻值確定。選擇識別電阻器958的電阻值使得，當在第二參考點880的電壓VBATT實質上等于電池20’的標稱電壓時，在第一參考點992的電壓VA實質上等于在第三參考點996的電壓VREF。如果在第一參考點992的電壓VA超出了在第三參考點996的固定電壓VOUT，比較器988的輸出VOUT改變狀態。在一些結構中，輸出VOUT能夠被用于以終止充電或用作開始附加功能的指示器，比如，保持程序，均衡化程序，放電功能，附加充電方案等。在一些結構中，電壓VREF可以是固定的參考電壓。
在一些結構中，識別的第二電池特性可以包括電池20’的標稱電壓。例如，一個通常的用于對識別電阻器958計算電阻值的等式可以是R100=VREF·R135VBATT-VREF]]>其中所述R100是識別電阻器958的電阻值，R135是電阻976的電阻值，VBATT是電池20’的標稱電壓，以及VREF是固定電壓，例如，大約為2.5V。例如，在Li離子化學物質的電阻值范圍內(以前提到的)，對識別電阻器958大約150k歐姆的電阻值能夠對應于大約21V的標稱電壓，大約194k歐姆的電阻值能夠對應于大約16.8V的標稱電壓，并且大約274.7k歐姆的電阻值能夠對應于大約12.6V的標稱電壓。在其它結構中，更多或更少的專用電阻值可能對應于附加或不同電池組的標稱電壓值。
在所示的結構中，識別電阻器958和第三參考點996可能位于電流感應電阻1000的“高”側。以這種方式放置識別電阻器958和第三參考點996能夠減少在VA和VREF之間當存在充電電流時產生的任意相對電壓波動。如果識別電阻器958和第三參考點996定位在地1004并且充電電流被施加到電池20’時，電壓波動可能發生在電壓VA。
在一些結構中，電池充電器960還可以包括充電器控制功能。如先前所討論的，當電壓VA實質上等于電壓VREF時(表示電壓VBATT等于電池20’的標稱電壓)，比較器988的輸出VOUT改變狀態。在一些結構中，當比較器988的輸出VOUT改變狀態時，充電電流不再應用到電池20’。一旦充電電流被中斷，則電池電壓VBATT開始減小。當電壓VBATT達到低的閾值時，比較器988的輸出VOUT再次改變狀態。在一些結構中，電壓VBATT的低閾值由滯后電阻1008的電阻值確定。一旦比較器988的輸出VOUT再次改變狀態，充電電流被重新建立。在一些結構中，這個循環重復由控制器確定的預先確定的時間量或重復由比較器988做出的狀態變化的特定量。在一些結構中，這個循環重復直到電池20’被從電池充電器30中移出。
在一些結構和一些方面中，電池(比如如圖17所示的電池20)可能放電過度使得電池單元60可能不具有足夠的電壓來和電池充電器30通信。如圖17所示，電池20可能包括一個或多個電池單元60，正終端1105，負終端1110和一個或多個感應終端1120a和1120b(如圖17所示，第二感應終端或激活終端120b可能包括或不包括在電池20中)。電池20還可以包括包含有微控制器1140的電路1130。
如圖17所示，電路130可以包括當電路1130(例如，微處理器1140)確定或感應高于或低于預先確定的閾值(也就是，“異常電池情況”)時中斷放電電流的半導體開關1180。在一些結構中，開關1180包括在其中來自或到電池20的電流中斷的中斷情況，以及在其中允許來自或到電池20的電流的允許情況。在一些結構中，可能包括異常電池情況，例如，高或低的電池單元溫度，高或低的電池充電狀態，高或低的電池單元充電狀態，高或低的放電電流，高或低的充電電流等等。在所示的結構中，開關1180包括功率FET或金屬氧化物半導體FET(“MOSFET”)。在其它結構中，電路1130可以包括兩個開關1180。在這些結構中，開關1180可被平行排列。平行的開關1180可被包括在應用高平均放電電流的電池組中(例如，供電到圓鋸，驅動電鉆等的電池20)。
在一些結構中，一旦開關1180變為非導電的，則開關1180可能即使在異常情況不再被探測到的情況下重新設置。在一些結構中，電路1130(例如，微處理器1140)可能僅僅在如果電氣裝置，例如，電池充電器30，指示微處理器1140做這個動作的情況下重新設置開關180。如先前所提到的，電池20可能放電過度使得電池單元60可能不具有足夠的電壓來供電給微處理器1140來和電池充電器30通信。
在一些結構中，如果電池20不能和充電器30通信，則電池充電器30提供小的充電電流通過開關1180的體二極管1210來緩慢的對電池單元60充電。一旦單元60接收了足夠的充電電流來供電給微處理器1140，則微處理器1140可以改變開關1180的狀態。也就是說，可以在即使當開關1180處于非導電狀態的情況下對電池50充電。如圖17所示，開關180可以包括體二極管1210，其在一些結構中，其和MOSFET和其它晶體管構成整體。在其它結構中，二極管1210能夠和開關1180并行的電連接。
在一些結構中，如果電池20不能和充電器30通信，則電池充電器30可以通過感應導線，例如，感應導線120a和專用啟動終端120b施加小的平均電流。該電流可能對電容器1150充電，其中電容器1150依次可以提供足夠的電壓到微處理器1140來啟動操作。
上面所描述和圖示的結構是以示例性的方式呈現的，并不是意在限制本發明的概念和原理。同樣的，對于本領域普通人員來說，很明顯在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以對元件以及他們的設置和排列做出多種更改。
權利要求
1.一種電氣組合，包括第一電池，其具有基于鋰的化學物質，且第一電池具有在標稱電壓范圍的第一標稱電壓；第二電池，其具有基于鋰的化學物質，且第二電池具有第二標稱電壓，該第二標稱電壓不同于第一標稱電壓，并且在標稱電壓范圍之外；以及電池充電器，其可操作以對第一電池和第二電池充電。
2.如權利要求1所述的電氣組合，其中所述第一電池組括具有表示第一標稱電壓和標稱電壓范圍中一個的值的標識元件，并且其中所述充電器可操作來識別該標識元件的值。
3.如權利要求2所述的電氣組合，其中所述第一電池組括電池控制器，包括電池控制器的標識元件。
4.如權利要求2所述的電氣組合，其中所述第一電池組括具有表示第一電池的基于鋰的化學物質的值的化學物質標識元件。
5.如權利要求4所述的電氣組合，其中所述第一電池組括電池控制器，包括電池控制器的化學物質的標識元件。
6.如權利要求4所述的電氣組合，其中所述充電器包括可操作來識別化學物質標識元件的值的控制器。
7.如權利要求2所述的電氣組合，其中所述充電器包括可操作來識別標識元件的值的控制器。
8.如權利要求7所述的電氣組合，其中所述控制器可操作來控制充電電流的提供，以對電池充電。
9.如權利要求7所述的電氣組合，其中所述控制器可操作來監控電池特性。
10.如權利要求9所述的電氣組合，其中所述電池特性包括電池電壓。
11.如權利要求9所述的電氣組合，其中所述控制器可操作來控制充電功能。
12.如權利要求11所述的電氣組合，其中所述充電功能包括第一電池的充電的終止和對第一電池充電的充電模式的終止中的一個。
13.如權利要求11所述的電氣組合，其中所述充電功能包括第一電池的充電的初始化和對第一電池充電的充電模式的初始化中的一個。
14.如權利要求11所述的電氣組合，其中所述控制器當控制器識別該標識元件的值時為充電功能選擇一電池特性閾值。
15.如權利要求14所述的電氣組合，其中所述電池特性閾值包括第一電池電壓閾值。
16.如權利要求15所述的電氣組合，其中所述第一電池電壓閾值涉及第一標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個。
17.如權利要求14所述的電氣組合，其中所述第二標稱電壓處在第二標稱電壓范圍內，該第二標稱電壓范圍不同于所述第一標稱電壓范圍。
18.如權利要求17所述的電氣組合，其中所述第二電池組括具有表示第二標稱電壓和第二標稱電壓范圍中的一個的第二值的第二標識元件，其中所述充電器可操作來識別第二標識元件的第二值，當控制器識別第二標識元件的第二值時，該控制器為充電功能選擇第二電池特性閾值，第二電池特性閾值不同于第一電池特性閾值。
19.如權利要求18所述的電氣組合，其中所述充電功能包括第二電池的充電的終止和對第二電池充電的充電模式的終止中的一個。
20.如權利要求18所述的電氣組合，其中所述充電功能包括第二電池的充電的初始化和對第二電池充電的充電模式的初始化中的一個。
21.如權利要求18所述的電氣組合，其中所述電池特性閾值包括第一電池電壓閾值，并且其中所述第二電池特性閾值包括第二電池電壓閾值，所述第二電池電壓閾值不同于所述第一電池電壓閾值。
22.如權利要求21所述的電氣組合，其中所述第二電池電壓閾值與第二標稱電壓和第二標稱電壓范圍中的一個相關。
23.如權利要求1所述的電氣組合，其中所述第二標稱電壓是處在第二標稱電壓范圍內，所述第二標稱電壓范圍不同于所述第一標稱電壓范圍。
24.如權利要求23所述的電氣組合，其中所述第二電池組括具有表示第二標稱電壓和第二標稱電壓范圍中的一個的值的標識元件，以及其中所述充電器可操作來識別該標識元件的值。
25.如權利要求24所述的電氣組合，其中所述第二電池組括電池控制器，包括電池控制器的標識元件。
26.如權利要求24所述的電氣組合，其中所述第二電池組括具有表示第一電池的基于鋰的化學物質的值的化學物質標識元件。
27.如權利要求26所述的電氣組合，其中所述第二電池組括電池控制器，包括電池控制器的化學物質標識元件。
28.如權利要求26所述的電氣組合，其中所述充電器包括可操作來識別化學物質標識元件的值的控制器。
29.一種對電池充電的方法，第一電池具有基于鋰的化學物質，所述第一電池具有在第一標稱電壓范圍內的第一標稱電壓，第二電池具有基于鋰的化學物質，所述第二電池具有在第二標稱電壓范圍內的第二標稱電壓，所述第二標稱電壓不同于所述第一標稱電壓，所述第二標稱電壓范圍不同于所述第一標稱電壓范圍，電池充電器可操作來對第一電池和第二電池充電，所述方法包括下面的動作電連接電池充電器和第一電池；對第一電池充電；電連接電池充電器和第二電池；以及對第二電池充電。
30.如權利要求29所示的方法，并且進一步包括標識第一電池和第二電池中的一個的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個的動作。
31.如權利要求29所示的方法，并且進一步包括從電池接收信號的動作，該信號表示第一電池和第二電池中的一個的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個。
32.如權利要求29所示的方法，并且進一步包括標識第一電池和第二電池中的一個的化學物質的動作。
33.如權利要求29所示的方法，并且進一步包括從電池接收信號的動作，所述信號表示第一電池和第二電池中的一個的化學物質。
34.如權利要求29所示的方法，并且進一步包括監控電池特性的動作。
35.如權利要求34所示的方法，其中所述監控動作包括監控電池電壓的動作。
36.如權利要求34所示的方法，并且進一步包括基于第一電池和第二電池中的一個的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個來控制充電功能的動作。
37.如權利要求36所示的方法，其中所述控制動作包括控制終止第一電池和第二電池中的一個的充電的動作和終止對第一電池和第二電池中的一個充電的充電模式的動作中的一個。
38.如權利要求36所示的方法，其中所述控制動作包括控制初始化第一電池和第二電池中的一個的充電的動作和初始化對第一電池和第二電池中的一個充電的充電模式的動作中的一個。
39.如權利要求36所示的方法，并且進一步包括基于第一電池和第二電池中的一個的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個為充電功能選擇電池特性閾值的動作。
40.如權利要求36所示的方法，并且進一步包括基于第一電池的第一標稱電壓和第一標稱電壓范圍中的一個為充電功能選擇第一電池特性閾值的動作。
41.如權利要求36所示的方法，并且進一步包括基于第二電池的第二標稱電壓和第二標稱電壓范圍中的一個為充電功能選擇第二電池特性閾值的動作，所述第二電池特性閾值不同于所述第一電池特性閾值。
42.一種具有基于鋰的化學物質的電池，該電池具有在標稱電壓范圍內的標稱電壓，所述電池組括化學物質標識元件，其表示電池的化學物質；以及標識元件，其表示電池的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個；其中該所述電池能與電氣裝置一起操作，能在電池和電氣裝置之間傳輸電能，該電池的化學物質和電池的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個能由電氣裝置來標識。
43.如權利要求42所述的電池，其中所述電池組括控制器，包括控制器的化學物質標志組件。
44.如權利要求42所述的電池，其中所述電池組括控制器，包括控制器的標識元件。
45.如權利要求42所述的電池，其中所述電氣裝置包括可操作來提供充電電流到電池以對電池充電的電池充電器，該電池的化學物質和電池的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個能由電池充電器來識別。
46.一種電氣組合，其包括電池充電器，其可操作用于提供充電電流到電池以對該電池充電；以及電池，其包括具有中斷條件的開關，其中該開關可操作用于中斷來自電池的放電電流，該電池能與電池充電器電連接，以當開關處在中斷條件時，能啟動從電池充電器到電池的充電電流。
47.如權利要求46所述的電氣組合，其中所述開光包括FET，該FET具有中斷條件，其中該FET可操作用于中斷來自電池的放電電流，該FET包括體二極管，當FET處在中斷條件時，啟動通過體二極管從電池充電器到電池的充電電流的提供。
48.如權利要求47所述的電氣組合，其中所述電池組括可操作來控制開關的控制器。
49.如權利要求48所述的電氣組合，其中所述控制器可操作用來在中斷條件和在其中電流能通過開關提供的第二情況之間控制開關。
50.如權利要求49所述的電氣組合，其中所述電池組括可操作用來提供電壓到控制器的單元，并且其中所述控制器具有操作電壓閾值，當該單元提供等于或大于操作電壓閾值的電壓到控制器時能操作控制器。
51.如權利要求50所述的電氣組合，其中所述控制器可操作用來當電池電連接到電池充電器時，且當等于或大于操作電壓閾值的電壓被提供到控制器時、從中斷情況到第二情況來改變開關。
52.如權利要求51所述的電氣組合，其中在第二條件下，充電電流能通過開關提供到單元以對該單元充電。
53.如權利要求51所述的電氣組合，其中當電池電連接到電池充電器時，且當低于操作電壓閾值的電壓被提供給控制器時，該控制器不可操作來從中斷情況到第二情況來改變開關。
54.如權利要求53所述的電氣組合，其中所述從電池充電器到電池提供充電電流，當開關在中斷情況中時增大提供到控制器的電壓到等于或大于操作電壓閾值。
55.如權利要求54所述的電氣組合，其中，此后該控制器可操作用來從中斷情況到第二情況來改變開關。
56.如權利要求55所述的電氣組合，其中，此后在第二情況中，充電電流能通過開關提供到單元來對單元充電。
57.一種操作電氣組合的方法，該電氣組合包括可操作來提供充電電流到電池的電池充電器，以及包括具有在其中開關可操作來中斷來自電池的放電電流的中斷情況的開關的電池，該電池和電池充電器電連接，所述方法包括當開關在中斷情況時啟動從電池充電器到電池提供充電電流的動作。
58.如權利要求57所述的方法，其中所述開關包括FET，該FET具有在其中FET可操作來中斷來自電池的放電電流的中斷情況，該FET包括體二極管，并且其中所述方法進一步包括當FET處在中斷情況時，通過體二極管啟動從電池充電器到電池提供充電電流的動作。
59.如權利要求57所述的方法，進一步包括在中斷情況和在其中電流能通過開關提供的第二情況之間控制開關的動作。
60.如權利要求57所述的方法，其中所述電池組括可操作來提供電壓到控制器的單元以及具有操作電壓閾值的控制器，以及其中所述方法進一步包括當等于或大于操作電壓閾值的電壓被提供到控制器時操作控制器的動作。
61.如權利要求60所述的方法，并進一步包括用控制器當電池和電池充電器電連接時，且當等于或大于操作電壓閾值的電壓被提供到控制器時，從中斷情況到在其中電流能通過開關提供的第二情況改變開關的動作。
62.如權利要求61所述的方法，并進一步包括，當開關在第二情況時，通過開關提供充電電流到單元以對單元進行充電的動作。
63.如權利要求60所述的方法，其中當電池和電池充電器電連接時，且當小于操作電壓閾值的電壓被提供到控制器時，該控制器不操作來從中斷情況到第二情況改變開關，以及其中所述方法進一步包括增大由單元提供到控制器的電壓到等于或大于操作電壓閾值的動作。
64.如權利要求63所述的方法，并進一步包括，在增大動作之后，用控制器從中斷情況到第二情況改變開關的動作。
65.如權利要求64所述的方法進一步包括，在改變動作之后，通過開關提供充電電流到單元以對該單元充電的動作。
66.一種電池，包括可操作用來提供放電電流的單元；以及具有中斷情況和第二情況的開關，在中斷情況中，該開關可操作來中斷來自單元的放電電流，以及在第二情況中，該電流能通過開關來提供；其中所述電池電連接到電池充電器，當開關處在中斷情況時，啟動從電池充電器到電池的充電電流的提供，當開關在第二情況時，該充電電流能通過開關來提供。
67.如權利要求66所述的電池，其中所述開關包括FET，該FET具有在其中FET可操作來中斷來自電池的放電電流的中斷情況，以及在其中電流可通過FET提供的第二情況，該FET包括體二極管，當FET處在中斷情況時，啟動從電池充電器通過體二極管到電池的充電電流的提供，當FET處在第二情況時，充電電流能通過該FET來提供。
68.一種電氣組合，包括第一電池，其具有基于鋰的化學物質；第二電池，其具有鎳鎘和鎳氫化學物質中的一個；以及電池充電器，可操作用來對第一電池和第二電池充電。
69.如權利要求68所述的電氣組合，進一步包括第三電池，其具有除鎳鎘和鎳氫之外的其它化學物質，并且其中所述電池充電器可操作用來對第三電池充電。
70.如權利要求68所述的電氣組合，其中所述電池充電器可操作來識別第一電池的基于鋰的化學物質。
71.如權利要求70所述的電氣組合，其中所述第一電池組括表示第一電池的基于鋰的化學物質的標識元件，并且其中所述電池充電器接收表示第一電池的基于鋰的化學物質的信號。
72.如權利要求70所述的電氣組合，其中所述電池充電器包括可操作用來識別第一電池的基于鋰的化學物質的控制器。
73.如權利要求68所述的電氣組合，其中所述電池充電器包括能與電源連接并且可操作用來提供充電電流到第一電池和第二電池的充電電路。
74.如權利要求73所述的電氣組合，其中所述電池充電器包括能操作來控制充電電路和控制通過充電電路提供充電電流到第一電池和第二電池的控制器。
75.如權利要求74所述的電氣組合，其中所述控制器可操作用來識別第一電池的基于鋰的化學物質，并控制充電電路來控制通過充電電路提供到第一電池的充電電流。
76.如權利要求74所述的電氣組合，其中所述控制器可操作用來控制充電電路來通過第一充電算法提供充電電流到第一電池，并且通過第二充電算法提供充電電流到第二電池，該第一充電算法不同于第二充電算法。
77.如權利要求68所述的電氣組合，其中所述第一電池具有在第一標稱電壓范圍內的第一標稱電壓，其中所述電氣組合進一步包括具有在標稱電壓范圍的標稱電壓的第三電池，該第三電池的標稱電壓不同于第一標稱電壓，該第三電池的標稱電壓范圍不同于第一標稱電壓范圍，并且其中所述電池充電器可操作用來對第三電池充電。
78.如權利要求77所述的電氣組合，其中所述電池充電器可操作來識別第一電池和第三電池的標稱電壓和標稱電壓范圍中的一個。
79.一種電池充電器，包括至少一個終端，其電連接到基于鋰的化學物質的電池組，該電池組具有標稱電壓；以及控制器，其可操作用來通過至少一個終端提供充電電流到電池組，該控制器可操作用來根據電池組的標稱電壓來選擇充電功能的閾值。
80.如權利要求79所述的電池充電器，其中所述電池組的標稱電壓包括在大約9.6V到大約30V的電壓范圍內。
81.如權利要求79所述的電池充電器，其中所述控制器包括第一充電模塊和第二充電模塊，所述第一充電模塊可操作用來提供第一充電電流到電池組，以及所述第二充電模塊可操作用來提供第二充電電流到電池組。
82.如權利要求81所述的電池充電器，其中所述第一充電電流和第二充電電流在平均電流幅度和占空因數中的一個上不同。
83.如權利要求82所述的電池充電器，其中所述第一充電模塊包括快速充電模塊。
84.如權利要求83所述的電池充電器，其中所述第一充電電流包括快速充電電流。
85.如權利要求81所述的電池充電器，其中所述控制器進一步包括第三充電模塊和第四充電模塊，所述第三充電模塊可操作用來提供第三充電電流到電池組，以及所述第四充電模塊可操作用來提供第四充電電流。
86.如權利要求85所述的電池充電器，其中所述第一充電模塊是快速充電模塊，所述第二充電模塊是階梯式充電模塊，所述第三充電模塊是連續補充充電模塊，以及所述第四充電模塊是保持充電模塊。
87.如權利要求86所述的電池充電器，其中所述第一充電電流是快速充電電流，所述第二充電電流是階梯式充電電流，所述第三充電電流是連續補充充電電流，以及所述第四充電電流是保持充電電流。
88.如權利要求81所述的電池充電器，其中所述控制器包括充電算法。
89.如權利要求88所述的電池充電器，其中所述控制器在第一充電模塊和第二充電模塊執行充電算法。
90.如權利要求89所述的電池充電器，其中所述控制器在第一充電模塊以第一方式和在第二充電模塊以不同的第二方式執行充電算法。
91.如權利要求89所述的電池充電器，其中所述控制器進一步包括第三充電模塊和第四充電模塊，所述第三充電模塊可操作來提供第三充電電流到電池組，并且第四充電模塊可操作用來提供第四充電電流，該控制器在第三充電模塊和第四充電模塊中執行充電算法。
92.如權利要求91所述的電池充電器，其中所述第一充電模塊是快速充電模塊，所述第二充電模塊是階梯式充電模塊，所述第三充電模塊是連續補充充電模塊，以及所述第四充電模塊是保持充電模塊。
全文摘要
一種用于電池充電的系統和方法。在一些方面中，電氣組合包括具有基于鋰的化學物質的在標稱電壓范圍內的第一標稱電壓的第一電池；具有基于鋰的化學物質的具有第二標稱電壓的第二電池，第二標稱電壓不同于第一標稱電壓并且不在標稱電壓范圍之內；電池充電器，其可操作來對第一電池和第二電池充電。在一些方面，一種電池充電的方法，第一電池具有基于鋰的化學物質，具有在第一標稱電壓范圍內的第一標稱電壓，第二電池具有基于鋰的化學物質，具有在第二標稱電壓范圍內的第二標稱電壓，第二標稱電壓不同于第一標稱電壓，第二標稱電壓范圍不同于第一標稱電壓范圍，一種可操作來對第一電池和第二電池充電的電池充電器，包括電連接電池充電器和第一電池，對第一電池充電，電連接電池充電器和第二電池，以及對第二電池充電的動作。
文檔編號H01M10/00GK1655387SQ200310118039
公開日2005年8月17日 申請日期2003年11月24日 優先權日2002年11月22日
發明者加里D·邁爾, 杰伊J·羅森貝克爾, 凱文L·格拉斯哥, 托德W·約翰遜, 卡爾F·施卡策 申請人:密爾沃基電動工具公司