專利名稱：快速電池充電的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池充電，特別涉及用于電池快速充電的方法和裝置，它提供一個充電循環，在其過程中充電脈沖被周期地施加于電池。本發明在鎳氫和鎳鎘電池的快速充電中具有特別的應用。
背景技術：
對電池進行充電涉及使來自于一個合適的直流電源的電流通過電池。充電速度取決于充電電流的大小。理論上，使用較大的充電電流可以減少充電時間。然而，實際上，對可使用的充電電流有限制。所有電池都具有一定的內電阻。當充電電流通過該內電阻而加熱電池時，功率被消耗。電池被充電時所產生的熱量使電池獲得滿充的能力受到阻礙，并且在極端情形下，可損壞電池。
因為最大充電速度受到限制，所以給電池充電以達到其容量可能要用很長的時間。在某些情況下，長達16個小時的電池充電時間是標準的。給一個特定電池充電的時間取決于電池的容量和結構。
目前的電池充電器的另一個問題是，它們并不總是以一種優化充電電池的使用壽命的方式被設計。一些充電器以提供過大的充電電流的方式，而獲得縮短充電時間。這種方式的充電會縮短電池的使用壽命。
鎳鎘(NiCd)和鎳氫(NiMH)電池被廣泛地使用，尤其是用于給電子設備供電。這樣的設備通常要求頻繁地再充電。為試圖產生快速充電，而不損壞電池，多種充電方案已被提出，并用于NiCd和NiMH電池。許多這樣的方案要求充電器充電時能夠把高頻電流波形施加于電池。
對于鎳鎘(NiCd)電池，一些制造商聲稱15分鐘甚至更短的荒唐充電時間。對于處在控溫環境中條件良好的NiCd電池，在某些情況下，通過提供一個很高的充電電流，在非常短的時間內給NiCd電池充電是可能的。而在實際應用中，對于不完美的電池組，如此快的充電時間幾乎是不可能達到的。
鉛酸電池是許多大功率應用的一種實用型電池，如發動機起動、給電動車輛如鏟車等提供動力。眾所周知，鉛酸電池應該在一些主要參數范圍內被充電。通常認為，決不應以比電池容量的10％到15％更快的速度給鉛酸電池充滿電。充電過快升高了電池溫度，并且會損壞電池。當充電電池處于低電量狀態而對電池“加速充電(boost)”時，可以在短時間內施加較大充電電流。
用于鉛酸電池的一種典型的多階段充電器施加三個充電階段。在第一個階段，充電器給電池通以一個穩定的充電電流，以使電池在大約五個小時內充電到其滿容量的大約70％。在第二個階段，充電器施加一被減小充電電流的“頂”充，這樣在另一個大約五小時的周期內，電池充到其滿電量。在第三個階段，充電器施加一浮充，以補償自身的放電。
在給鉛酸電池充電時，遵守單元電壓限制也是重要的。對于特定電池的多個單元的電壓限制與電池的充電條件有關。典型的電壓限制范圍是從2.30V到2.45V。
一些電池充電器已被提出，其中充電電池在充電周期內的不同點被放電。該周期性放電據說可降低內阻和減少電池充電時的持續發熱。這樣的充電器的一個例子在Pittman等人的美國專利號5,998,968中被描述。Pittman等人的充電循環在一個100毫秒充電脈沖之前與一個2毫秒的放電緊緊相連。放電電流大于充電電流。該模式以大約10赫茲的頻率重復。Rider等人的美國專利號5,499,234是該類型電池充電器的另一個例子。Rider等人的充電器用大約等于充電電流的放電電流來給電池進行周期地放電。Ayres等人的美國專利號5,561,360公開一個在開始階段應用恒定充電電流的電池充電器，當電池被部分充電后，該充電器開始周期地給電池放電。
發表其它電池充電器的專利是Samsioe的美國專利號4,179,648；Sethi的美國專利號3,622,857；Jones的美國專利號3,857,087；和Brown Jr.等人的美國專利號5,617,005。
電池供電設備的共同難點是電池的過早老化，它導致可靠性的逐步惡化。有時惡化導致可反轉的容量損失或“記憶”。由于記憶，電池隨著每次再充電而衰退到可能擁有不到其原始容量一半的點。這妨礙著由電池供電的設備的正常運行。而且，當一個電池不能被充滿電時，電池具有差的重容比。這對于電動車輛特別地重要。
電池充電需要可靠的快速方法，尤其對實現鎳氫、鎳鎘電池和鉛酸電池的充電有特別的需要。
發明內容
本發明提供用于電池充電的方法和裝置。本發明的一個方面提供用來給具有容量C(以安培-小時為單位)的NiMH或NiCd電池充電的方法。該方法包括把一個充電脈沖序列施加給電池，每個充電脈沖具有6秒到30秒范圍內的持續時間。在每個充電脈沖期間，具有大小為0.5×C到3.0×C范圍內的充電電流通過電池。在具有在前一充電脈沖的持續時間的5％到前一充電脈沖的持續時間的20％的范圍內的間隔中，電池不被充電。
在一些特定實施例中，充電電流的大小如下·小于2.5×C；·在1.9×C到2.5×C的范圍內；或，·在1.9×C到2.1×C的范圍內。
在一些特定實施例中，每個充電脈沖具有持續時間·在9到11秒的范圍內；或·在9秒到10秒的范圍內。
在一些特定實施例中，每個間隔具有持續時間·在前一充電脈沖的持續時間的8％到12％的范圍內；或·在前一充電脈沖的持續時間的9％到11％的范圍內。
在一些實施例中，該方法包括在至少多數間隔內的放電周期中，允許電池放電。允許電池放電可包括允許大小為0.19×C到0.21×C范圍內的放電電流流動。允許電池放電可包括把電池連接到一個電阻負載。
在一些特定實施例中，每個放電周期的持續時間如下·在0.95秒到1.05秒的范圍內；或，·在0.9秒到1.1秒的范圍內。
在一些特定實施例中，放電電流的大小約為充電電流大小的1/10。在某一實施例中，每個間隔的放電電流和放電時間的乘積不超過緊鄰前一充電脈沖的充電電流和持續時間的乘積的2％。在某一實施例中，每個間隔的放電電流和放電時間的乘積的所有間隔的平均不超過充電脈沖的充電電流和持續時間的乘積的所有充電脈沖的平均的2％。
該方法可包括在任何不同事件發生時終止電池的充電。本發明的一些實施例包括監控電池的溫度，并且如果電池溫度以大于溫度增加的閾速度增加，那么暫停充電。例如，溫度增加的閾速度可以在1℃/分鐘到3℃/分鐘的范圍內。本發明的一些實施例包括根據自開始充電以來已耗用最大充電時間而終止充電。該方法可包括監控，以檢測一個或多下列事件的出現電池的開路電壓已經到達指定大小；開路電壓的變化速度變為負值；自充電周期開始以來已耗用預定時間；和，充電時電池的溫度以大于指定閾的速度增加。該方法在檢測到任何這些事件出現時均可終止電池的充電。根據本發明的一些實施例的方法包括監控，以檢測下列每個事件的出現自充電周期開始以來已耗用預定時間；和，充電中電池的溫度以大于指定閾的速度增加；以及根據檢測到自充電周期開始以來已耗用預定時間，或者充電中電池的溫度以大于指定閾的速度增加時，終止電池的充電。
本發明的另一個方面提供一個電池充電器。電池充電器可用于給具有容量C安培-小時的NiCd或NiMH電池充電。根據本發明的這一方面的電池充電器包括一個供電電源；和，一個控制電路，被配置為使電源給電池施加一個充電脈沖序列，每個充電脈沖具有6秒到30秒范圍內的持續時間和傳送大小為0.5×C到3.0×C的充電電流。控制電路也被配置為控制供電電源或與供電電源關聯的電路，以使供電電源在持續時間為前一充電脈沖的持續時間的5％到前一充電脈沖的持續時間的20％的間隔中不給電池傳遞充電電流。
在一些實施例中，電池充電器包括一個負載和一個被控制電路控制的開關，并且控制電路被配置為操作開關以連接電池，在至少多數間隔中通過負載來放電。控制電路可以包括一個可編程設備。
本發明的又一個方面提供一種用于給鉛酸電池充電的方法。該方法包括把充電電流的強度初始值設定在0.65×C到0.70×C范圍內；在具有60到180秒內的持續時間的充電周期內，使電池中通過充電電流；在具有10到20秒內的持續時間的放電周期內，允許電池以大小為0.05×C到0.07×C的電流放電；在長度為15分鐘到26分鐘的一個周期內，以交替順序重復恒定電流充電和放電的步驟；把充電電流的大小降低大約0.05×C；以交替順序重復恒定電流充電和放電的步驟伴隨著充電電流變化階段充電電流的降低的系列，每系列持續時間為15分鐘到26分鐘，直到充電電流變化的值小于或等于0.5×C為止；把充電電流變化值設定為0.5×C；以交替順序重復恒定電流充電和放電的步驟，直到電池電壓達到指定大小；把充電電壓變化值設定為指定大小；在持續時間為60秒到180秒的充電周期內，把大小等于充電電壓變化值的充電電壓施加于電池；在持續時間為10秒到20秒的一個放電周期內，允許電池通過負載釋放大小在0.05×C到0.07×C范圍內的電流；和以交替序列重復恒定電壓充電和放電的步驟，直到充電電流達到指定大小，或者上述的重復充電和放電步驟所花費的時間達到指定持續時間為止。
在優選實施例中，鉛酸電池的充電周期的持續時間在100秒到140秒的范圍內。
本發明還提供使用本發明的方法的電池充電器。
一些實施例具有一個切斷定時器(shut-off timer)，若電池是一個鉛酸電池，它被配置為在100分鐘到180分鐘的一個周期之后停止充電循環；和，若電池是一個鎳氫或鎳鎘電池，它被配置為在20分鐘到60分鐘的一個周期之后停止充電循環。對于鉛酸電池，最優選地，切斷定時器在大約2個小時內結束充電循環。
一些實施例具有一個被連接的電壓比較器，將經測試的電池電壓和參考電壓做比較。在這些實施例中，控制電路被配置為，在開始充電循環之前，確定電壓比較器是否指示電池電壓大于參考電壓。如果是這樣的話，控制電路便連接充電電池的端極間的負載，直到電池電壓等于或小于參考電壓為止。這確保所有電池都在大約相同的電量水平開始被充電。
一些實施例使用一個溫度傳感器，如熱敏電阻器，來測量充電中的電池的溫度，以便溫度的上升速度可被監控。當溫度的上升速度超過閾值時，充電可被暫停或充電中施加于電池的充電功率可被降低。閾值可以是2攝氏度/分鐘。
下面描述本發明的更多特征和優點。
在說明本發明的非限制性實施例的圖中圖1表示給鎳氫或鎳鎘電池充電的方法的流程圖；圖2是本發明的一個優選實施例的作為時間函數的施加于鎳氫或鎳鎘電池和從其獲得的電流和電壓的圖表；
圖3表示給鉛酸電池充電方法的流程圖；圖4是本發明的一個優選實施例的作為時間的函數的施加于鉛酸電池和從其獲得的電流和電壓的圖表；圖5是根據本發明的一個簡單實施例的電池充電器的框圖；以及，圖6是根據本發明的一個特定實施例的快速充電器的電路示意圖。
具體實施例方式
通過下列描述，特定的細節被提出來以供更透徹地理解本發明。然而，本發明可在沒有這些細節的情況下被實踐。在其它實例中，眾所周知的元件沒有被表示出來或被詳細描述，以避免對本發明造成不必要混淆。因此，說明和附圖將被看作是示意性的，而不是限定性的意思。
本發明對給鎳氫(NiMH)或鎳鎘(NiCd)電池充電具有特殊的應用。給鉛酸電池充電的方法和裝置也被公開。根據本發明的電池充電器可具有適合多種電池類型的程序。
NiMH或NiCd電池的充電圖1是示意根據本發明給NiMH或NiCd電池充電的方法170的流程圖。圖2是根據本發明的一個優選實施例的充電循環中，作為時間函數的NiMH或NiCd電池的端電流和端電壓的圖表。在步驟180，一個充電脈沖被加至充電電池。在充電脈沖期間，以充電電流給電池充電。充電電流在大約0.5×C到3×C的范圍內，其中C是以安培-小時為單位的電池的容量。
除非本發明中另外標明，電流以安培(A)來表示并且電池容量以安培-小時(Ah)來表示。可以用相對于電池的容量來表示電流。例如，對于6安培-小時電容的電池(即C＝6)來說，2×C的充電電流為2×6＝12安培。對于15安培-小時電容的電池(即C＝15)來說，1.1×C的充電電流為1.1×15＝16.5安培。
在優選實施例中，充電電流在1.9×C到2.5×C的范圍內。對于低容量電池，如適合蜂窩電話或其它便攜式電子設備中使用的電池，可使用接近2.2×C的充電電流。這樣的電池容量通常小于大約20安培-小時。對于較大電池，略低一些的充電電流，例如大約2.0×C為優選的。這樣的電池容量通常超過大約5安培-小時。較大電池通常與較小電池相比要求有更低的充電速度(以C的倍數計)，因為較大電池往往與較小電池相比具有更小的表面積對體積的比值。因此，在較大電池中發熱更顯著。個別電池的形狀和尺寸對充電過程中產生的熱量的散發速度有很大的影響。
在充電時間內施加充電電流。充電時間可在6秒到30秒的范圍內，并優選在9到11秒的范圍內(充電時間最優選在9秒到10秒的范圍內)。
充電脈沖被持續時間大約為充電時間的20％或更少的間隔分開，這些間隔的持續時間可在充電時間的5％到充電時間的20％的范圍內。這些間隔優選在充電時間的8％到充電時間的12％的范圍內，并且這些間隔的持續時間最優選為充電時間的9％到11％。
優選的是，在上述間隔內電池被放電。在所示的方法中，在步驟182，充電中的電池被以放電電流放電。放電電流優選小于充電電流的20％。該放電電流優選大于充電電流的5％。放電電流優選為充電電流的大約1/10。在典型情況下，放電電流的大小可在0.19×C到0.21×C的范圍內。
在0.9秒到1.1秒內的放電時間(放電時間最好在0.95秒到1.05秒的范圍內)中，可取出放電電流。
放電時間可等于或約等于間隔的持續時間。每個間隔中的放電電流和放電時間的乘積(也就是，間隔內電流對時間的曲線下的區域A1)可在前一充電脈沖過程中的充電電流和充電時間的乘積的0.5％到2％的范圍內(也就是，充電脈沖的電流對時間的曲線下的區域A2)。
優選的是，間隔包括每個充電時間前和后的短間歇期(圖2中未示出)。間歇期優選不長于充電周期的持續時間的大約2％，并且可以很短，例如大約1/5秒或更短。
步驟180和182被重復，直到電池具有期望電量為止。步驟180至186重復充電-間歇-放電-間歇模式，直到確定電池被充滿為止。充滿電的確定可通過下列的任何一條或所有來做到·監控開路電池電壓并且確定開路電池電壓何時達到步驟184中所確定的指定大小；·監控開路電壓并且當開路電壓的充電速度變為負時，終止充電；·監控充電循環的長度并且當自充電周期開始以來已耗用步驟186中所確定的預定時間時，終止充電；或，·監控充電中電池的溫度并且當溫度以大于步驟188中所確定的指定閾值(例如，閾值可以是在1℃/分到3℃/分的范圍內的一個溫度增加速度)的速度增加時，終止充電。
優選的是，只要上述任何兩個或更多個條件中的任何一種情況發生時，即終止充電。
充電電池被充滿電后，先有技術中所公知的浮充周期可施加于充電電池，以彌補自身的放電。
鉛酸電池的充電圖3表示根據本發明給鉛酸電池充電的方法的流程圖。圖4是圖3的方法中作為時間函數的施加于鉛酸電池和從其獲得的電流和電壓的圖表。參考圖3，步驟120將充電電流設定在0.65×C到0.70×C范圍內的一個初始速度。
在步驟122，在60秒到180秒范圍中(優選在100秒到140秒范圍內)的時間內，以步驟120中規定的充電電流，來給充電電池充電。重復步驟122的充電脈沖。
相鄰充電脈沖彼此被間隔分開。間隔的持續時間在10秒到20秒的范圍內(優選在13秒到17秒的范圍內)。
在優選實施例中，間隔包括電池放電的周期(步驟124)。放電速度可以達到約為0.07×C。放電速度可大約在0.05×C到0.07×C的范圍內。重復步驟122和124。
最好在每個充電周期前和后有短間歇期(圖4中未示出)。間歇期最好不長于充電周期的持續時間的大約2％，并且可以很短，例如大約1/5秒(大約200毫秒)或更少。
重復充電-間歇-放電-間歇模式，初始充電區段的充電電流為0.65×C到0.70×C，直到在步驟126中確定的第一個周期結束為止。在優選實施例中，第一個周期的長度在15到20分鐘的范圍內，大約是本發明的優選實施例中的鉛酸電池的總的充電時間的八分之一。在第一個周期結束時，充電電流逐漸以大約0.05×C降低(步驟128)。
以連續的周期重復步驟122到128的充電循環。在每個周期結束時，充電電流逐漸降低約0.05×C。在優選實施例中，在每個周期結束時充電電流以近似相同數量逐步減少(即，各數值彼此之間相差大約10％以內)。每個周期的長度在15到20分鐘的范圍內，優選與第一個周期的長度相同。
各個周期的長度沒有必要相等，盡管它們可以是相等的。如果周期的長度不等，則第一個周期對應于充電電池有較高接受能力的時間，最好長于后續的周期。周期最好平均長約22分鐘，因此四個周期大約占據90分鐘。
這個模式繼續，直到一個周期結束時充電電流的逐步下降會使充電電流減少到小于0.5×C為止。這通常發生在第四個周期結束時，第四個周期在充電循環開始后60到100分鐘之間的某個時間(和最好大約90分鐘)結束。在第四個周期期間，充電電流通常在大約0.5×C到0.55×C的范圍內。在充電電流降到小于0.5C的數值時，該周期結束，如由步驟130所確定的，充電電流在步驟132中被設定為大約0.5×C±5％的一個固定值。
在步驟134和136中，重復充電-間歇-放電-間歇模式，其中以固定數值進行充電，直到電池電壓達到步驟138中所確定的一個指定值為止。當電池電壓已經達到指定電壓時，步驟120到138的恒電流模式結束，并且在步驟140一個恒定電壓模式開始。步驟140將充電電壓設定到一個指定大小。步驟142至148重復充電-間歇-放電-間歇模式，充電電流以步驟140中設定的電壓來傳送，直到充電電流已經下降到步驟146中所確定的一個指定大小，或直到充電已經進行了步驟148中所確定的一個指定持續時間，無論哪一個先出現為止。然后，主充電循環終止。在主充電循環已經終止后，可周期地應用一個浮充，以補償自身的放電。
裝置圖4是根據本發明的一個簡單實施例的電池充電器的結構框圖。電池充電器10具有一個電源12，提供適合充電的特定電池的充電電流。
電源12可既具有恒定電流又具有恒定電壓模式。這對于鉛酸電池的充電來說是理想的。在給NiCd和NiMH電池的充電的實施例中，電源12可包括一個恒電流電源。在充電循環包括放電周期的情況下，充電器10包括一個負載14。負載14最好是一個電阻負載。例如，負載14可包括一個高功率電阻器，或大量并聯的高功率電阻器。負載14表示提供電阻，以使當負載14被連接在充電電池B的A端和C端之間時，上文所述的期望放電電流通過負載14。
被控制電路18控制的開關16把電池B的端極A和C連接到電源12或連接到負載14。控制電路18產生一個信號S1，使開關16在兩個配置間轉換，其中一個配置為，在具有指定持續時間的充電時間內電源12連接在端極A和C之間；另一個配置為，在具有指定持續時間的放電時間內負載14連接在端極A和C之間。在充電時間內，控制電路通過信號S2來控制電源12處在恰當的模式下(恒電流或恒電壓)，以及在恰當的充電電流或電壓下給電池B提供充電電流，如上文所述。
優選的是，充電器10包括一個感應電池B的電壓的電壓監控電路20，一個感應電池B的溫度的溫度監控電路21，和一個定時器22。當來自電路20、電路21或定時器22中一個或多個的信號指示電池B被充滿電時，控制器18終止充電循環。在充電器正在給一個鉛酸電池充電時，控制器18可使用電路20的輸入來確定何時開始步驟140的恒電壓模式。
控制器18可包括一個由分立元件、一個應用特定集成電路、一個可編程序微控器等組成的電路。由于控制器18包括一個可編程的設備，充電器10的操作可通過提供由控制器18執行的不同程序來轉換。
本發明可在已通過安裝一個電子控制模塊、一個轉換開關和一個負載而被改進的傳統的電池充電器的使用中實踐。
圖5根據主要使用分立元件的本發明的一個特定實施例，示意快速充電器22的電路圖。快速充電器22具有一個包括一個電源變壓器40的電源部分，和一對整流器42，將變壓器40輸出的交變電壓轉換為直流電。主電源通過一個主接觸器41被供給變壓器40。
接觸器41通常包括一個繼電器。然而，接觸器41可包括電子控制裝置，能夠接通或斷開變壓器40的電源。通過一個電壓選擇開關43，電源的一個電壓輸出可被選擇。
變壓器40的電源由被一個電子調節電路46觸發的一個雙向三極晶閘管44來控制。雙向三極晶閘管44有選擇地允許被整流的直流電施加給充電中的電池。
在充電器22過熱或由于其它原因需要被關閉的情況下，接觸器48被用以斷開充電電池的充電電流。接觸器48可包括一個繼電器或任何其它能夠接通或斷開提供給充電電池的充電電流的電控裝置。當接觸器48被關閉而雙向三極晶閘管44被激勵時，電流能夠在電路中流動，從整流器42流出經由接觸器48，經由充電中的電池，并返回到電源變壓器40。
電流表50可被用以指示充電周期內流經電池B的電流大小。當充電器的導線已經連接到電池B的正確端極時，極性指示燈51變亮(或選擇警告用戶電池B已被接錯了)。
優選的是，充電器22有一個熱斷路器52，它在充電器22變得過熱時使接觸器48打開；以及一個短路斷路器54，它可以是一個熱磁保護器，當在連接到充電電池的導線之間出現短路時斷開充電器，防止充電器22的損壞。熱斷路器52最好是這樣一種類型，在充電器的溫度恢復正常后的短時間內被自動重新連接。例如，當熱斷路器52關掉充電器22時，它可在大約10分鐘以后自動重新接通充電器。
充電器22傳送的充電電流被電路46控制。一個電位計58允許控制電路70為充電中的電池設定合適的充電電流。當充電器22是用于鉛酸電池的，電位計58最好是一個被控制器70控制的裝置，以使控制器70可為充電循環的不同充電階段設定充電電流。
如果沒有電池連接到充電器，或如果電池的極性被接反，電子保護電路60阻止充電器22運行。如果電池的極性被接反，則保護電路60接通開關64，使燈51變亮，并且沒有能量可使接觸器48閉合。如果電池正確連接到充電器22，則保護電路60接通在控制電路70控制下的開關64，以便供給能量使接觸器48閉合。
充電器22具有一個放電接觸器72，當被閉合時，連接一個負載74，它可包括跨越充電電池的端極的電阻器76。接觸器72可包括一個繼電器或任何其它能夠連接充電電池的端極間的負載74的電控設備。充電器22具有開關78，它能夠被手動打開，停止充電器22的放電功能。指示燈80指示何時充電器22的主接觸器41被閉合。開始和停止開關82和84允許充電循環被開始或被停止。
除了控制電路70、負載74、開關78和放電接觸器72以外，充電器22的大多數組件都可在傳統的電池充電器中找到，以及對于本領域的技術人員而言，它們的操作很好理解。
優選的是，充電器22的控制電路70包括一個定時器，它在合適的間隔時間后切斷充電器22。
控制電路70可以用很多各種不同的方式來實現。例如，控制電路70可包括一個可編程的微控器，一定的互連定時電路等等。本領域的技術人員將理解到，很多各種不同的公知的定時電路和技術可被用來以交替順序操作這里所描述的充電和放電繼電器，以及用來周期地調節上文所述的充電電流和電壓。
本發明的使用在對NiMH和NiCd電池的充電時具有重要的優點。NiMH/NiCd電池的總充電時間可約為小時。鉛酸電池的總充電時間可約為2小時。這比以通常小于0.15×C的恒電流充電的傳統電池充電器的最快時間快得多。
在上述設定的時間周期內的電池重復充電和放電的循環可幫助降低“記憶”效應，該效應能夠隨時間而降低電池的容量。當本發明的方法被采用時，由于減少了發熱，導致可充入到電池中的最大電量增加。
希望通過提供本發明的充電循環能改進現有的電池充電器。充電電流不需要像一些以前的充電技術所要求的，高頻率地接通和斷開。
在不脫離本發明的精神和范圍的實踐中，可進行許多變換和改進，從上述發表的觀點來看對于本領域的技術人員而言將是明顯的。例如·當充電電池處在一個低電量狀態時，提供放電時間不重要。本發明可通過在開始的周期內以基本恒定的電流給電池充電，并且隨后開始使用此處所描述的充電周期和放電周期的交替循環，而被實踐。
·充電時間、放電時間和間隔時間的長短在整個充電循環中無需恒定。這些時間可在允許的范圍內變化。
因此，本發明的范圍將根據權利要求所確定的內容而構成。
權利要求
1.一種給具有容量C的NiMH或NiCd電池充電的方法，該方法包括給所述電池施加一系列充電脈沖，每個所述充電脈沖具有6秒到30秒的持續時間范圍；在每個充電脈沖期間，使大小在0.5×C到3.0×C范圍內的充電電流通過所述電池；在一定間隔內不給所述電池充電，該間隔所具有的持續時間在前面的充電脈沖持續時間的5％到該前面的充電脈沖的20％的期間范圍內。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述充電電流強度小于2.5×C。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述充電電流在1.9×C到2.5×C的范圍內。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述充電電流在1.9×C到2.1×C的范圍內。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述電池具有小于20安培-小時的容量，并且所述充電電流約為2.2×C。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述電池具有超過5安培-小時的容量，并且所述充電電流約為2.0×C。
7.如權利要求1至6中任何一項所述的方法，其中每個所述充電脈沖的持續時間在9到11秒的范圍內。
8.如權利要求7所述的方法，其中每個所述充電脈沖的持續時間在9到10秒的范圍內。
9.如權利要求1至8中任何一項所述的方法，其中每個間隔的持續時間在所述前面的充電脈沖的持續時間的8％至所述前面的充電脈沖的持續時間的12％的范圍內。
10.如權利要求9所述的方法，其中每個間隔的持續時間在所述前面的充電脈沖的持續時間的9％至所述前面的充電脈沖的持續時間的11％的范圍內。
11.如權利要求1至10中任何一項所述的方法，包括在至少大多數所述間隔中的放電周期內，允許所述電池放電。
12.如權利要求11所述的方法，其中允許所述電池放電包括允許強度在0.19×C到0.21×C范圍內的放電電流流動。
13.如權利要求11或12所述的方法，其中允許所述電池放電包括將所述電池連接到一個電阻負載。
14.如權利要求11至13中的任何一項所述的方法，其中所述放電周期的持續時間在0.95秒到1.05秒的范圍內。
15.如權利要求11至14中的任何一項所述的方法，其中所述放電周期的持續時間在0.9秒到1.1秒的范圍內。
16.如權利要求11至15中的任何一項所述的方法，其中所述放電電流的強度約為所述充電電流強度的1/10。
17.如權利要求11至16中的任何一項所述的方法，其中每個間隔內的所述放電電流和放電時間的乘積不超過所述緊鄰的前一個充電脈沖的所述充電電流和持續時間乘積的2％。
18.如權利要求17所述的方法，其中在至少大多數所述間隔內，所述放電電流和放電時間的乘積超過所述緊鄰的前一個充電脈沖的所述充電電流和持續時間乘積的％。
19.如權利要求11至18中的任何一項所述的方法，其中每個間隔內的所述放電電流和放電時間乘積的所有間隔的平均值不超過所述充電脈沖的所述充電電流和持續時間乘積的所有所述充電脈沖的平均值的2％。
20.如權利要求11至19中的任何一項所述的方法，包括在每個充電周期和前面的放電周期之間，等待持續時間不大于該充電周期持續時間的2％的第一個間歇期，在該第一個間歇期內，沒有電流通過所述電池。
21.如權利要求20所述的方法，包括在每個充電周期和后續放電周期之間，等待持續時間不大于該充電周期持續時間的2％的第二個間歇期，在該第二個間歇期內，沒有電流通過所述電池。
22.如權利要求1至21中的任何一項所述的方法，包括監控所述電池的溫度，并且如果該溫度增加的速度大于溫度增加的閾速度，就暫停充電。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述溫度增加的閾速度在1℃/分鐘到3℃/分鐘的范圍內。
24.如權利要求1至21中的任何一項所述的方法，包括如果自開始充電以來用時已耗用了最大充電時間，就終止充電。
25.如權利要求1至21中的任何一項所述的方法，包括監控，以檢測下列中的一個或多個的事件電池的開路電壓已經達到指定值；開路電壓的變化率變為負值；自充電循環的開始以來已經耗用預定時間；并且，充電中的電池的溫度以大于指定閾的速度增加。以及根據檢測事件終止所述電池的充電。
26.如權利要求1至21中的任何一項所述的方法，包括監控，以檢測下列中每一個事件自充電循環的開始以來已經耗用預定時間；并且，充電中的電池的溫度以大于指定閾值的速度增加；以及根據檢測到自充電循環的開始以來已經耗用預定時間，或充電中的電池的溫度以大于指定閾值的速度增加，而終止電池的充電。
27.用來給具有容量C安培-小時的NiCd和NiMH電池充電的一種電池充電器，所述電池充電器包括a)一個供電電源；和b)一個控制電路，被配置為致使所述電源給所述電池通以一系列充電脈沖，每個充電脈沖具有6秒到30秒范圍內的持續時間和傳送大小在0.5×C到3.0×C范圍內的充電電流；以及在持續時間為前面的充電脈沖持續時間的5％到前面的充電脈沖持續時間的20％范圍內的間隔內，不給所述電池通過充電電流。
28.如權利要求27所述的電池充電器包括一個負載和一個被控制電路控制的開關，其中所述控制電路被配置為在至少大多數所述間隔內，操作所述開關，連接所述電池，以通過所述負載放電。
29.如權利要求28所述的電池充電器，其中所述開關包括一個電控轉換電路，具有所述電源連接在充電中的電池的正負極間的第一狀態，和所述負載連接在充電中的該電池的正負極間的第二狀態。
30.如權利要求27至29中的任何一項所述的電池充電器，其中所述控制電路包括一個可編程的設備。
31.如權利要求27至30中的任何一項所述的電池充電器，包括一個切斷定時器，被連接用以測量自充電循環開始以來所耗用的時間，其中所述控制電路被配置為，在所述切斷定時器指示出自所述充電循環開始起所耗用的時間已超過閾值之后，控制電路停止該充電循環。
32.如權利要求28所述的電池充電器，包括一個電壓比較器，被連接用以將充電電池的電壓與參考電壓進行比較，其中所述控制電路被配置為，在啟動所述充電循環之前，確定所述電壓比較器指示所述電池電壓是否大于所述參考電壓，如果是這樣，就連接所述充電電池的端極間的所述負載，直到所述電池電壓等于或小于所述參考電壓為止。
33.一種給鉛酸電池充電的方法，該方法包括a)把充電電流大小設定在0.65×C到0.70×C范圍內的一個初始值；b)在持續時間為60秒到180秒的充電時間內，使強度為充電電流強度的充電電流通過電池；c)在持續時間為10秒到20秒的放電時間內，允許所述電池以0.05×C到0.07×C的速度放電；d)在持續時間為15分鐘到26分鐘的周期內，以交替順序重復步驟(b)和(c)；e)在所述周期結束時，把所述充電電流強度降低0.05×C；f)重復步驟(b)至(d)，直到所述充電電流強度小于或等于0.5×C為止；g)把所述充電電流強度設定為大約0.5×C；h)在持續時間為60秒到180秒的充電時間內，使等于充電電流強度的充電電流通過所述電池；i)在持續時間為10秒到20秒的放電時間內，允許電池以0.05×C到0.07×C的速度放電；j)以交替順序重復步驟(h)至(i)，直到所述電池電壓達到閾值為止；k)把充電電壓設定為一個指定值；l)在持續時間為60秒到180秒的充電周期內，將充電電壓加至電池；m)在持續時間為10秒到20秒的放電周期內，允許電池以在0.05×C到0.07×C范圍內的電流；以及n)以交替順序重復步驟(l)和(m)，直到所述電池被基本充滿電為止。
34.如權利要求33所述的方法，其中步驟(c)中的所述放電周期的持續時間為13到17秒。
35.如權利要求34所述的方法，其中所述電池具有額定輸出電壓V，并且每個電池的閾電壓在2.5×V到2.6×V的范圍內。
36.如權利要求33至36中任何一項所述的方法，包括在每個充電周期和前一放電周期之間，等待一持續時間不超過該充電周期所持續時間2％的第一個間歇期，其中在該第一個間歇期中，沒有電流通過所述電池。
37.如權利要求36所述的方法，包括在每個充電周期和后一放電周期之間，等待一持續時間不超過該充電周期持續時間2％的第二個間歇期，其中在該第二個間歇期中，沒有電流通過所述電池。
38.如權利要求37所述的方法，其中所述第二個間歇期的持續時間小于200毫秒。
39.如權利要求33所述的方法，包括在步驟(ii)之前，監控所述電池的電壓，并且如果該電壓大于閾值，就進行所述電池放電，直到該電池電壓等于或小于所述閾值。
40.如權利要求39所述的方法，其中所述電池以0.05×C到0.07×C的速度進行放電。
41.一種給容量為C的鉛酸電池充電的方法，該方法包括a)在多個周期中的每一個期間，每個周期的持續時間為15分鐘到25分鐘，在通過所述電池的充電電流間進行交替，所述充電電流在每個連續周期內被逐步減小，并提供一個間隔，其間所述電池不被充電；b)當所述充電電流已被逐步降低到閾值時，將該充電電流保持在所述閾值并繼續在通過所述電池的所述充電電流間進行交替，并提供所述間隔，直到所述電池的電壓達到閾值為止；c)當電池電壓達到所述閾值時，把充電電壓維持在一個恒定值，并且繼續在通過該電池的充電電流間進行交替，并提供所述間隔；以及，d)當由所述充電電壓產生的充電電流小于閾電流時，中止充電。
42.如權利要求41所述的方法，包括在至少大部分所述間隔中，允許所述電池以大約10％的初始充電電流的速度通過負載放電。
全文摘要
用于電池充電的方法和裝置，提供充電循環，其中充電周期被間隔分隔開。這些間隔可包括放電周期。鎳氫和鎳鉻電池的典型充電順序包括持續時間9到11秒的充電周期，其間電池以在1.90C和2.10C之間的一個速度被充電；并且間隔包括持續時間為0.9到1.1秒的放電周期，其間電池以在0.19C和0.21C之間的一個速度被放電。重復充電－間歇－放電－間歇的模式，直到達到一個指定電池電壓或另一個事件引起充電循環的結束為止。可以獲得大約？小時的充電時間。鉛酸電池的充電方法被發表出來，其中充電脈沖以間隔交替，在間隔期間電池不被充電。充電電流在一些周期中被逐步減小。
文檔編號H02J7/00GK1582521SQ01823941
公開日2005年2月16日 申請日期2001年12月10日 優先權日2001年12月10日
發明者V·彼得羅維奇 申請人:阿塞爾拉特電力系統股份有限公司