專利名稱：一種電池充電方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池組的充電電路裝置，尤其是涉及一種能準確區別電池尚未充滿電、即將充滿電或已充滿電狀態的電池充電方法和裝置。
背景技術：
便攜式電子產品以其小巧、便于隨身攜帶等顯著的特點而倍受現代人的歡迎。它可以使人們的工作、學習、娛樂免受時間、地域的限制，顯著地提高工作效率和生活質量。便攜式電子產品廣泛使用充電電池，它具有可重復多次充電、容量大的優點，所配用的充電裝置有些已經智能化，可以自動進行充電及充電停止，基本上不需要人工的干預，使用較方便。但是，現有的智能充電裝置中普遍存在不能充滿和過充電問題，充電電池的供電壽命不能基本達到其自然壽命，縮短有效使用時間，增加廢棄電池的數量，不利于保護生態環境。目前Ni-Cd電池、Ni-HM電池智能化充電裝置大多采取依據在電池充電過程中電池電壓出現負電壓差就停止充電的方法，然而，在開始充電之前，如果電池尚有一定的電能儲存，或者由于其它原因，在充電的過程中可能只出現一次負電壓差，如果電池已經放空電，在充電的過程中有可能會兩次出現負電壓差。充電電池內阻在充電過程中有以下變化規律在充電過程前期一般呈逐漸平滑下降；在電池電壓出現第一次負電壓差的前后變化最顯著；在充電過程后期呈相對穩定至電池電壓出現第二次負電壓差。因此，依據在電池充電過程中電池電壓出現負電壓差就停止充電的方法存在不確定性，出現第一次負電壓差時，充電裝置可能誤判電池已充滿，而實際并未充滿。如果充電裝置不能準確區別電池尚未充滿電、即將充滿電或已充滿電狀態，就不能針對電池的不同狀態智能化地實時改變充電參數，就不能使電池充電過程科學合理。有些智能化充電裝置的常見做法是，采用在充電前期的設定時間內不監測電池電壓出現負電壓差，這個設定時間是在多次實際充電過程中得到的從出現第一次負電壓差至完全消失的時間的平均值，在設定時間之后，如果監測到出現電池電壓出現負電壓差，充電裝置就判斷電池充滿電。但是，在充電電池已經充滿或者即將充滿時，充電裝置還會對其進行一個固定時間的充電，從而有可能導致電池過充電，損傷電池的性能及使用壽命。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能準確區別電池尚未充滿電、即將充滿電或已充滿電狀態的電池充電方法。
本發明所要解決的技術問題是提供一種能準確區別電池尚未充滿電、即將充滿電或已充滿電狀態的電池充電裝置。
對于電池充電方法來說，本發明的技術問題是這樣加以解決的這種電池充電方法，包括向充電電池提供充電電流的充電電源電路；用于調整充電電源電路輸出的充電電流的充電電流調整電路；輸入端跨接至充電電池的正、負電極且能計算電池電壓差的電池內阻測量電路；對負電壓差進行識別且一旦識別到負電壓差就發出控制停止充電信號的負電壓差識別電路；其相應輸出端分別連接至充電電源電路、充電電流調整電路、電池內阻測量電路和負電壓差識別電路的控制輸入端的充電過程控制電路。
這種電池充電方法的特點是在所述電池內阻測量電路與負電壓差識別電路之間設有延遲識別控制電路；在開始充電時由所述電池內阻測量電路實時測量充電電池的內阻，與設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量，決定是否需要延遲時間以及需要相應延遲多長時間待充電過程前期電池電壓出現第一次負電壓差之后，才由所述延遲識別控制電路控制負電壓差識別電路開始實時識別電池電壓出現的負電壓差；進入充電過程后期，負電壓差識別電路識別出電池電壓出現第二次負電壓差，就判斷充電電池已充滿電，控制停止對其充電，完成整個充電過程。
對于電池充電方法來說，本發明的技術問題可以是這樣擇優加以解決的所述延遲識別控制電路由時間決策電路和時間延遲電路級聯組成。
所述時間決策電路接受充電過程控制電路的控制將比較判斷電路的比較結果變換成相應的延遲時間送至時間延遲電路。
所述時間延遲電路接受充電過程控制電路的控制按照時間決策電路的輸出的延遲時間延遲后才向負電壓差識別電路發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路開始工作。
對于電池充電方法來說，本發明的技術問題可以是這樣進一步加以解決的所述電池內阻測量電路由輸入端跨接至充電電池的正、負電極的電壓測量電路、電壓差計算電路、內阻計算電路和比較判斷電路級聯組成。電壓測量電路接受充電過程控制電路的控制按時間順序實時測量充電電池的正、負電極電壓，將測量出的電壓值送至電壓差計算電路；所述電壓差計算電路接受充電過程控制電路的控制將電壓測量電路的輸入的兩次測量出電壓值進行減法計算，將計算結果即電壓差送至內阻計算電路和負電壓差識別電路；所述內阻計算電路接受充電過程控制電路的控制依據以歐姆定律為基礎的函數關系將電壓差計算電路輸入的電壓差除以充電電流調整電路所調整的電流差換算成電池的內阻，并將結果送至比較判斷電路；所述比較判斷電路接受充電過程控制電路的控制將內阻計算電路輸入的內阻與設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量。
對于電池充電裝置來說，本發明的技術問題是這樣加以解決的這種電池充電裝置，包括向充電電池提供充電電流的充電電源電路；用于調整充電電源電路輸出的充電電流的充電電流調整電路；輸入端跨接至充電電池的正、負電極且能計算電池電壓差的電池內阻測量電路；對負電壓差進行識別且一旦識別到負電壓差就發出控制停止充電信號的負電壓差識別電路；其相應輸出端分別連接至充電電源電路、充電電流調整電路、電池內阻測量電路和負電壓差識別電路的控制輸入端的充電過程控制電路。
這種電池充電裝置的特點是在所述電池內阻測量電路與負電壓差識別電路之間設有延遲識別控制電路；由所述延遲識別控制電路控制負電壓差識別電路開始實時識別電池電壓出現的負電壓差。
對于電池充電裝置來說，本發明的技術問題可以是這樣擇優加以解決的所述延遲識別控制電路由時間決策電路和時間延遲電路級聯組成。
所述時間決策電路接受充電過程控制電路的控制將比較判斷電路的比較結果變換成相應的延遲時間送至時間延遲電路。
所述時間延遲電路接受充電過程控制電路的控制按照時間決策電路的輸出的延遲時間延遲后才向負電壓差識別電路發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路開始工作。
對于電池充電裝置來說，本發明的技術問題可以是這樣進一步加以解決的所述電池內阻測量電路由輸入端跨接至充電電池的正、負電極的電壓測量電路、電壓差計算電路、內阻計算電路和比較判斷電路級聯組成。電壓測量電路接受充電過程控制電路的控制按時間順序實時測量充電電池的正、負電極電壓，將測量出的電壓值送至電壓差計算電路；所述電壓差計算電路接受充電過程控制電路的控制將電壓測量電路的輸入的兩次測量出電壓值進行減法計算，將計算結果即電壓差送至內阻計算電路和負電壓差識別電路；所述內阻計算電路接受充電過程控制電路的控制依據以歐姆定律為基礎的函數關系將電壓差計算電路輸入的電壓差除以充電電流調整電路所調整的電流差換算成電池的內阻，并將結果送至比較判斷電路；所述比較判斷電路接受充電過程控制電路的控制將內阻計算電路輸入的內阻與設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量。
本發明的充電方法和裝置基于對充電電池內阻在充電過程中的變化規律的深入認識，有效克服在電池充電前期電池電壓出現負電壓差就盲目停止充電的缺陷，技術方案新穎，控制功能可靠，能正確區別電池尚未充滿電、即將充滿電或已充滿電的狀態，使電池充電過程科學合理，既能充滿電又能可靠地避免過充電，充電電池的供電壽命能基本達到其自然壽命，顯著延長有效使用時間，還可以減少廢棄電池的數量，利于保護生態環境。本發明的充電方法和裝置可以廣泛用于包括鎳鎘電池、鎳氫電池在內的各種充電電池的充電。
附圖是本發明的充電裝置一種具體實施方式
的組成方框圖。
具體實施例方式
下面對照附圖并結合具體實施方式
對本發明作進一步說明。
一種電池充電器這種電池充電器，包括向充電電池1提供充電電流的充電電源電路2；用于調整充電電源電路2輸出的充電電流的充電電流調整電路3；輸入端跨接至充電電池1的正、負電極且能計算電池電壓差的電池內阻測量電路；對負電壓差進行識別且一旦識別到負電壓差就發出控制停止充電信號的負電壓差識別電路4；其相應輸出端分別連接至充電電源電路2、充電電流調整電路3、電池內阻測量電路和負電壓差識別電路4的控制輸入端的充電過程控制電路5；所述電池內阻測量電路由輸入端跨接至充電電池1的正、負電極的電壓測量電路6、電壓差計算電路7、內阻計算電路8和比較判斷電路9級聯組成。電壓測量電路6接受充電過程控制電路5的控制按時間順序實時測量充電電池1的正、負電極電壓，將測量出的電壓值送至電壓差計算電路5；所述電壓差計算電路7接受充電過程控制電路5的控制將電壓測量電路6的輸入的兩次測量出電壓值進行減法計算，將計算結果即電壓差送至內阻計算電路8和負電壓差識別電路4；所述內阻計算電路8接受充電過程控制電路5的控制依據以歐姆定律為基礎的函數關系將電壓差計算電路7輸入的電壓差除以充電電流調整電路3所調整的電流差換算成電池的內阻，并將結果送至比較判斷電路9；所述比較判斷電路9接受充電過程控制電路5的控制將內阻計算電路8輸入的內阻與設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量。
在所述電池內阻測量電路與負電壓差識別電路4之間設有延遲識別控制電路；所述延遲識別控制電路由時間決策電路10和時間延遲電路11級聯組成。
所述時間決策電路10接受充電過程控制電路5的控制將比較判斷電路9的比較結果變換成相應的延遲時間送至時間延遲電路11。
所述時間延遲電路11接受充電過程控制電路5的控制按照時間決策電路10的輸出的延遲時間延遲后才向負電壓差識別電路4發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路4開始工作。
由所述延遲識別控制電路控制負電壓差識別電路4開始實時識別電池電壓出現的負電壓差。
除充電電源電路2、充電電流調整電路3和電壓測量電路6以外，本具體實施方式
的其余電路都集成在型號為PIC16F676的微控制器MCU內，由配用軟件的不同程序實現各自的功能。
充電電池1在不同容量時的標定內阻的阻值級數是1.00Ω、0.50Ω、0.25Ω和0.15Ω。開始充電時，比較判斷電路9將內阻計算電路8輸入的內阻RIN與上述設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻為1.00Ω、0.50Ω、0.25Ω和0.15Ω進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量，比較結果送至時間決策電路10，由時間決策電路10變換成相應的延遲時間T。如果RIN≥1.00Ω，T＝12分鐘；如果1.00Ω＞RIN≥0.50Ω，T＝6分鐘；如果0.50Ω＞RIN≥0.25Ω，T＝3分鐘；如果0.25Ω＞RIN≥0.15Ω，T＝1分鐘；如果0.15Ω＞RIN，T＝0分鐘。時間延遲電路11接受充電過程控制電路5的控制按照時間決策電路10輸出的延遲時間延遲后，向負電壓差識別電路4發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路4開始工作，以判斷充電電池1是否充滿電以及控制停止對其充電。
(一)采用本發明的電池充電方法及其裝置用10A的充電電流在25℃的環境溫度中對放完電的標稱18V/5Ah的鎳氫電池進行充電。
開始充電時，空載電壓為18.0V，電池電壓為28V，電池溫度為10℃，第一次負電壓差的持續過程大約有10分鐘。內阻計算電路8輸入的內阻RIN≥1.00Ω，時間延遲電路11按照時間決策電路10輸出的延遲時間T＝12分鐘延遲后，即在電池電壓出現第一次負電壓差之后才向負電壓差識別電路4發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路4開始工作，可以避開出現第一次負電壓差造成的虛假干擾，不會在充電電池1尚未充滿電的情況下控制停止對其充電，確保充電電池1充滿電，而在相應延遲的時間內充電電池1是不會充滿或過充電的。充電30分鐘后，進入充電過程的后期，電池溫度以溫度2～3℃/分鐘的速度上升，電池電壓下降至20.5V，出現第二次負電壓差，內阻RIN迅速下降至0.10Ω＜0.15Ω，T＝0分鐘，時間延遲電路11立即向負電壓差識別電路4發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路4開始工作，以判斷充電電池1已充滿電，控制停止對其充電，可靠地避免過充電。
如果采用現有的最小充電時間為10分鐘的充電裝置對上述充電電池充電，充電10分鐘后，電池仍然處于第一次負電壓差過程中，充電裝置檢測到負電壓差會停止充電，充電電池就不能充滿電，充電效果不佳。
(二)采用本發明的電池充電方法及其裝置用10A的充電電流在25℃的環境溫度中對已充電25分鐘的標稱18V/5Ah的鎳氫電池進行充電。
繼續開始充電時，空載電壓為19.7V，電池電壓為21.1V，電池溫度為25℃，內阻計算電路8輸入的內阻RIN0.16Ω＞0.15Ω，時間延遲電路11按照時間決策電路10輸出的延遲時問T＝1分鐘延遲后，即在電池電壓出現第一次負電壓差之后才向負電壓差識別電路4發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路4開始工作。充電5分鐘后，電池電壓下降至20.5V，出現一次負電壓差，電池溫度以2～3℃/分鐘的速度上升，內阻迅速下降至0.10Ω，負電壓差識別電路4判斷充電電池已充滿電，控制停止對其充電，可靠地避免過充電。
如果采用現有的最小充電時間為10分鐘的充電裝置對上述充電電池充電，充電5分鐘后，充電電池實際已經充滿電，充電裝置會繼續充電至10分鐘后才停止充電，浪費電能且造成充電電池溫度較高，縮短充電電池的有效使用時間。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
權利要求
1.一種電池充電方法，包括向充電電池提供充電電流的充電電源電路；用于調整充電電源電路輸出的充電電流的充電電流調整電路；輸入端跨接至充電電池的正、負電極且能計算電池電壓差的電池內阻測量電路；對負電壓差進行識別且一旦識別到負電壓差就發出控制停止充電信號的負電壓差識別電路；其相應輸出端分別連接至充電電源電路、充電電流調整電路、電池內阻測量電路和負電壓差識別電路的控制輸入端的充電過程控制電路，其特征在于在所述電池內阻測量電路與負電壓差識別電路之間設有延遲識別控制電路；在開始充電時由所述電池內阻測量電路實時測量充電電池的內阻，與設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量，決定是否需要延遲時間以及需要相應延遲多長時間待充電過程前期電池電壓出現第一次負電壓差之后，才由所述延遲識別控制電路控制負電壓差識別電路開始實時識別電池電壓出現的負電壓差；進入充電過程后期，負電壓差識別電路識別出電池電壓出現第二次負電壓差，就判斷充電電池已充滿電，控制停止對其充電，完成整個充電過程。
2.按照權利要求1所述的電池充電方法，其特征在于所述延遲識別控制電路由時間決策電路和時間延遲電路級聯組成。
3.按照權利要求1或2所述的電池充電方法，其特征在于所述時間決策電路接受充電過程控制電路的控制將比較判斷電路的比較結果變換成相應的延遲時間送至時間延遲電路；所述時間延遲電路接受充電過程控制電路的控制按照時間決策電路的輸出的延遲時間延遲后才向負電壓差識別電路發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路開始工作。
4.按照權利要求3所述的電池充電方法，其特征在于所述電池內阻測量電路由輸入端跨接至充電電池的正、負電極的電壓測量電路、電壓差計算電路、內阻計算電路和比較判斷電路級聯組成；電壓測量電路接受充電過程控制電路的控制按時間順序實時測量充電電池的正、負電極電壓，將測量出的電壓值送至電壓差計算電路；所述電壓差計算電路接受充電過程控制電路的控制將電壓測量電路的輸入的兩次測量出電壓值進行減法計算，將計算結果即電壓差送至內阻計算電路和負電壓差識別電路；所述內阻計算電路接受充電過程控制電路的控制依據以歐姆定律為基礎的函數關系將電壓差計算電路輸入的電壓差除以充電電流調整電路所調整的電流差換算成電池的內阻，并將結果送至比較判斷電路；所述比較判斷電路接受充電過程控制電路的控制將內阻計算電路輸入的內阻與設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量。
5.一種電池充電裝置，包括向充電電池提供充電電流的充電電源電路；用于調整充電電源電路輸出的充電電流的充電電流調整電路；由輸入端跨接至充電電池的正、負電極的電池內阻測量電路；對負電壓差進行識別且一旦識別到負電壓差就發出控制停止充電信號的負電壓差識別電路；其相應輸出端分別連接至充電電源電路、充電電流調整電路、電池內阻測量電路、和負電壓差識別電路的控制輸入端的充電過程控制電路，其特征在于在所述電池內阻測量電路與負電壓差識別電路之間設有延遲識別控制電路；由所述延遲識別控制電路控制負電壓差識別電路開始實時識別電池電壓出現的負電壓差。
6.按照權利要求5所述的電池充電裝置，其特征在于所述延遲識別控制電路由時間決策電路和時間延遲電路級聯組成。
7.按照權利要求5或6所述的電池充電裝置，其特征在于所述時間決策電路接受充電過程控制電路的控制將比較判斷電路的比較結果變換成相應的延遲時間送至時間延遲電路。
8.按照權利要求7所述的電池充電裝置，其特征在于所述時間延遲電路接受充電過程控制電路的控制按照時間決策電路的輸出的延遲時間延遲后才向負電壓差識別電路發出啟動控制信號，使負電壓差識別電路開始工作。
9.按照權利要求8所述的電池充電裝置，其特征在于所述電池內阻測量電路由輸入端跨接至充電電池的正、負電極的電壓測量電路、電壓差計算電路、內阻計算電路和比較判斷電路級聯組成。
10.按照權利要求9所述的電池充電裝置，其特征在于電壓測量電路接受充電過程控制電路的控制按時間順序實時測量充電電池的正、負電極電壓，將測量出的電壓值送至電壓差計算電路；所述電壓差計算電路接受充電過程控制電路的控制將電壓測量電路的輸入的兩次測量出電壓值進行減法計算，將計算結果即電壓差送至內阻計算電路和負電壓差識別電路；所述內阻計算電路接受充電過程控制電路的控制依據以歐姆定律為基礎的函數關系將電壓差計算電路輸入的電壓差除以充電電流調整電路所調整的電流差換算成電池的內阻，并將結果送至比較判斷電路；所述比較判斷電路接受充電過程控制電路的控制將內阻計算電路輸入的內阻與設定的多級阻值即設定的其不同容量時的標定內阻進行比較，判斷所測量的內阻達到的阻值級數即充電電池相應的容量。
全文摘要
本發明公開了一種電池充電方法和裝置，包括電池內阻測量電路、對負電壓差進行識別且一旦識別到負電壓差就發出控制停止充電信號的負電壓差識別電路和充電過程控制電路，在電池內阻測量電路與負電壓差識別電路之間設有延遲識別控制電路，由所述延遲識別控制電路控制負電壓差識別電路開始實時識別電池電壓出現的負電壓差。技術方案新穎，控制功能可靠，能正確區別電池尚未充滿電、即將充滿電或已充滿電的狀態，使電池充電過程科學合理，既能充滿電又能可靠地避免過充電，充電電池的供電壽命能基本達到其自然壽命，顯著延長有效使用時間，還可以減少廢棄電池的數量，利于保護生態環境。可以廣泛用于包括鎳鎘電池、鎳氫電池在內的各種充電電池的充電。
文檔編號H02J7/04GK1725598SQ200510020699
公開日2006年1月25日 申請日期2005年4月7日 優先權日2005年4月7日
發明者散保超, 喻德茂, 范繼光 申請人:崧順電子(深圳)有限公司