專利名稱：充電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對可充電電池進行充電的充電裝置。
在對可充電電池如鋰電池等進行充電的充電裝置中，通常是進行恒流充電和恒壓充電。這就是說，當可充電電池的電壓等于或小于設定的充電電壓時，電池被恒流充電，并且電池的電壓升高。當電池電壓達到設定的電壓時，充電電流減小，電池由恒壓充電。
采用這種充電系統(tǒng)的充電裝置具有例如
圖1所示的結構。圖2表示充電電壓V和充電電流I之間的關系(充電裝置的輸出特性)。圖3表示充電電壓V、充電電流I和充電時間T之間的關系(充電特性曲線)。
在充電裝置10中，可充電電池11和電流檢測電阻12與電源13串聯(lián)。即可充電電池11的正端與電源13的正端相連，可充電電池11的負端與電流檢測電阻12的一端相連，電流檢測電阻12的另一端與電源13的負端相連。比較器14的正和負輸入端與電流檢測電阻12的兩端相連。比較器14的輸出端與充電控制單元15相連。充電控制單元15和顯示單元16相連。
在這種的結構中，在對可充電電池11用恒流Ib1進行充電完成以后，在充電的最后階段，開始用恒壓Vb1進行充電，于是充電電流I下降。因此，充電電流I被電流檢測電阻12檢測到，比較器14將檢測到的充電電流I與基準電壓E1設定的電流進行比較，并向充電控制單元15輸出檢測信號。當檢測信號處于高電平時，充電控制單元15確定繼續(xù)進行充電，并使顯示單元16顯示電池正在充電。當檢測信號處于低電平時，充電控制單元15確定充電完成，并使顯示單元16顯示充電結束。
至于常規(guī)的充電裝置10中從充電開始到充電結束的充電時間，現(xiàn)在假定需要由恒流充電的時間為t，由恒壓充電的時間為3t，那么需要的時間為4t。特別是，恒壓充電時間由可充電電池中的阻抗確定。因此為了縮短充電時間，需要提高用恒流充電的充電電流。結果，不僅占充電時間四分之三的恒壓充電時間不能縮短，而且還帶來了高輸出(高電能)的設備價格昂貴的問題。
本發(fā)明旨在解決上述問題，其目的是為了提供充電時間短的價格低廉的充電裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，提供了一種充電裝置，用于以這樣的方式來進行控制，即用等于或小于恒壓的恒流來對連接的可充電電池進行充電，當可充電電池的端電壓升高到所述恒壓時，用等于或小于恒流的恒壓進行充電，該裝置包括開關裝置，用于在某段時間切斷充電電流；比較裝置，用于將開關裝置切斷充電電流時，電源側的第一電壓和可充電電池側的第二電壓之間的差與基準電壓進行比較；以及控制裝置，用于當提供充電電流時，將電壓切換到高于第一電壓的一個電壓上，當切斷充電電流時，將電壓切換到等于第一電壓的一個電壓上，當根據(jù)比較的結果完成充電時，將電壓切換到等于第一電壓的一個電壓上。
根據(jù)上述的結構，只有未切斷充電電流時，即只有在充電期間，才將電壓切換到高于電源的輸出電壓的電壓上，因此，可以縮短占充電時間四分之三的恒壓充電時間。
通過以下結合附圖所進行的詳細描述，本發(fā)明的上述目的和其它目的將變得非常清楚。
圖1是表示常規(guī)的充電裝置的一個例子的結構圖；圖2是表示輸出電壓和充電電流之間的一般關系的圖(充電裝置的輸出特性)；圖3是表示圖1的充電裝置的充電電壓/電流等和時間之間的關系的圖(充電特性曲線)；圖4A和4B是表示本發(fā)明的充電裝置的一個實施例的結構圖；圖5是說明圖4A和4B所示的充電裝置的一個操作例子的流程圖；圖6是表示圖4A和4B所示的充電裝置的充電電壓/電流等和時間之間的關系的第一圖(充電特性曲線)；圖7是圖6所示的X部分的放大圖；圖8是表示圖4A和4B所示的充電裝置的電壓部分的圖9是表示圖4A和4B所示的充電裝置的充電電壓/電流等和時間之間的關系的第二圖(充電特性曲線)；圖10是圖9所示的Y部分的放大圖；圖11是結構圖，其中簡化了圖4A和4B所示的充電裝置的主要部分以外的部分；以及圖12是表示本發(fā)明的充電裝置的另一實施例的結構圖。
下面參照附圖詳細地描述本發(fā)明的最佳實施例。
由于下面將要描述的實施例是本發(fā)明的最佳實施例，所以加進了在技術上優(yōu)化的各種限制。然而，本發(fā)明不受這些實施例的限制。
圖4A和4B是表示本發(fā)明的充電裝置的實施例的結構圖。
在充電裝置100中，可充電電池101、充電電流切斷開關102和電流檢測電阻103與整流電路104串聯(lián)。這就是說，可充電電池101的正端與整流電路104相連，可充電電池101的負端與充電電流切斷開關102的一端相連，充電電流切斷開關102的另一端與電流檢測電阻103的一端相連，電流檢測電阻103的另一端與整流電路104相連。此外，可充電電池101的負端與比較器105的正輸入端相連?；鶞孰娫?06的正端與比較器105的負輸入端相連。比較器105的輸出端與充電控制單元107相連。充電電流切斷開關102、基準電源轉換開關108和顯示單元109與充電控制單元107相連。
可充電電池101的正端和整流電路104之間的連線部分與放大器110的負輸入端相連。用于切換基準電源111a和111b的基準電源轉換開關108的一端與放大器110的正輸入端相連。放大器110的輸出端與二極管112相連。
充電電流切斷開關102和電流檢測電阻103之間的連線部分與放大器113的負輸入端相連。基準電源114的正輸入端與放大器113的負輸入端相連。放大器113的輸出端與二極管115相連。
二極管112和115之間的連線部分以及可充電電池101的正端和整流電路104之間的連線部分與光耦合器116相連。光耦合器116、PWM控制電路117和開關電路118串聯(lián)。
整流電路120和輸入濾波器121串聯(lián)連接到變壓器119的原邊側的一端。開關電路118與原邊側的另一端相連。整流電路104與變壓器119的副邊側相連。
現(xiàn)在說明本發(fā)明的實施例的充電裝置100縮短充電時間的方法。由于在常規(guī)的充電裝置10中，電源13的輸出電壓總是恒定的，所以在完成恒流充電后充電模式進入恒壓充電時，充電電流下降。
充電電流的下降是由可充電電池11的內部電壓、可充電電池11的內阻以及可充電電池11和充電裝置10之間的導線電阻確定的。如果即使在本發(fā)明的實施例的充電裝置100中也出現(xiàn)充電電流下降的現(xiàn)象，假定可充電電池101的內阻r0例如等于0.3歐姆，可充電電池101和充電裝置100之間的導線電阻r1等于0.1歐姆，那么總的電阻r＝r0+r1等于0.4歐姆。假定充電電流IB設為1A，電壓降Vr＝r×IB等于0.4V。電壓降Vr還對流經(jīng)可充電電池101的充電電流IB產(chǎn)生影響。
假定電池電壓例如等于8.4V，作為可充電電池101的鋰電池進入完全充電狀態(tài)，充電到8.4V的電池開路電壓VB。因此，可充電電池101的內阻r0以及可充電電池101和充電裝置100之間的導線電阻r1較小，可以縮短充電時間。
如上所述，在本發(fā)明的實施例的充電裝置100中，雖然在預定周期重復進行充電和停止充電，但是電池是以常規(guī)的充電電壓，即電源的輸出電壓V0充電的，例如在充電期間充電電壓V01高于8.4V，如8.7V，在充電停止期間電壓回到電源的輸出電壓V0，如8.4V，從而縮短了整個充電時間。
下面參照圖5的流程圖，圖6的表示基準電源111a或111b的電壓EV1或EV2、充電電壓V、充電電流I、電壓差ΔV和充電時間T之間的關系(充電特性曲線)的圖，圖7中的X部分的放大圖，和圖8中的表示電壓部分的圖，描述上述結構的操作的例子。
在步驟1首先連接可充電電池101，交流連接器122與交流電源(100V)相連，電能通過輸入濾波器121和整流電路120送至變壓器119的原邊側。開關電路118利用下面將要詳細描述的方法切換變壓器119，將電能從原邊側傳到副邊側，并通過整流電路104送至可充電電池101。
比較器105將切斷充電電流時正輸入端無負載情況下的電源的輸出電壓V0和電池開路電壓VB，即可充電電池101的負端電壓，之間的差ΔV，與輸入至負輸入端的基準電源106的基準電壓EC進行比較，并向充電控制單元107輸出檢測信號。
當檢測信號處于低電平時，充電控制單元107確定充電完成，使顯示單元109顯示充電結束，并完成充電操作(步驟2、11)。
當檢測信號處于高電平時，充電控制單元107確定繼續(xù)進行充電操作，將基準電源轉換開關108切換到基準電源111a側，即高于電源的輸出電壓V0的充電電壓EV1，并使顯示單元109顯示正在進行充電操作(步驟2、3)。
放大器110將提供給可充電電池101的電壓V0與基準電源111a的電壓EV1進行比較。放大器113將流經(jīng)可充電電池101的由電流檢測電阻103檢測的充電電流IB與基準電源114的電壓EI設定的電流進行比較。光耦合器116將加上二極管112和115的放大器110和113的輸出從副邊側轉換到原邊側，并將經(jīng)轉換的輸出送至PWM控制電路117。根據(jù)來自光耦合器116的電壓/電流控制信號，PWM控制電路117以這樣的方式控制開關電路118的接通周期，也就是說輸出電壓和充電電流等于設定值，即由基準電源111a的電壓EV1和基準電源114的電壓EI設定的電壓(電源的輸出V01)/電流。這樣，可以得到恒定的電壓/恒定的電流輸出特性。
充電控制單元107開始快速充電并啟動計時器(步驟4、5)。當計時器停止時，快速充電停止(步驟6、7)。這就是說，開始快速充電以后，充電控制單元107以預定的周期或任意的周期控制充電電流切斷開關102的接通/關斷操作。例如，在快速充電開始以后，充電電流切斷開關102僅接通三分鐘，提供充電電流，經(jīng)過三分鐘后，充電電流切斷開關102關斷僅幾秒至幾十秒的一段時間，切斷充電電流，重復以上操作。
在充電停止期間，充電控制單元107將基準電源轉換開關108切換到基準電源111b側，即與電源的輸出電壓V0相同的充電電壓EV2(步驟8)。
放大器110將提供給可充電電池101的電壓V0與基準電源111b的電壓EV2進行比較，并通過光耦合器116向PWM控制電路117提供輸出信號，以便控制電源輸出電壓V0。PWM控制電路117控制開關電路118的導通周期。這樣，電源的輸出電壓設為V0。
比較器105將切斷充電電流時正輸入端無負載情況下的電源的輸出電壓V0和電池開路電壓VB，即可充電電池101的負端電壓，之間的差ΔV，與輸入至負輸入端的基準電源106的基準電壓EC進行比較，并向充電控制單元107輸出檢測信號。
當檢測信號處于高電平時，充電控制單元107確定繼續(xù)進行充電，處理過程返回到步驟3，重復進行前面的步驟(步驟9)。
當檢測信號處于低電平時，充電控制單元107確定充電完成。然而，當檢測到檢測信號設為低電平時的電壓差ΔV以后，將會出現(xiàn)下面的問題。例如，如圖9中的充電特性曲線和圖10中的Y部分的放大圖所示，當檢測到第一次的檢測信號設為低電平時的電壓差ΔVa或ΔVb以后，當基準電壓從EV1(電壓VO1)變?yōu)镋V2(電壓V0)并且繼續(xù)充電時，連續(xù)下降的充電電流I和電壓差ΔV升高一次。
在出現(xiàn)這種情況時，如果在第一次的檢測信號設為低電平時檢測到電壓差ΔVa或ΔVb，并由此判斷充電結束，那么這將導致錯誤的判斷。因此，如果至少連續(xù)兩次檢測到檢測信號設為低電平時的電壓差ΔV，即檢測到檢測信號設為低電平時的電壓差ΔVc或ΔVd，然后判斷充電結束，那么可以肯定地判斷充電結束。
作為一個具體操作的例子，充電控制單元107檢測處于第一次低電平的檢測信號(步驟9)。接下來檢驗低電平的檢測信號是否連續(xù)地被檢測到兩次(步驟10)。作為此處的判斷裝置，例如當?shù)谝淮蔚臋z測信號設為低電平時，檢測計時器設為“1”，當?shù)诙蔚臋z測信號設為高電平時，檢測計時器設為“0”。這樣，僅當?shù)碗娖降臋z測信號被連續(xù)兩次檢測到時，檢測計時器才設為“2”，因此可以進行判斷。
在步驟10，如果對處于低電平的檢測信號的檢測仍是第一次檢測的話，那么處理過程返回到步驟3。充電電壓切換到EV1(VO1)，并再次進行充電。
在步驟10，當對處于低電平的檢測信號連續(xù)檢測到兩次的話，顯示充電結束(步驟11)。在這種情況下，通過繼續(xù)將電源輸出作為充電電壓EV2(V0)，進行充電操作。
在上述實施例中，雖然連續(xù)兩次檢測到處于低電平的檢測信號，但本發(fā)明不限于此。檢測至少兩次或兩次以上是足夠的。
僅對切斷充電電流I的周期來說比較器105的檢測信號輸出才是有效的，并且確定除切斷周期以外的時間檢測是無效的。因此，根據(jù)電路的設置，未切斷充電電流I時檢測信號輸出處于高電平或低電平。
如上所述，根據(jù)充電裝置100，雖然恒流充電時間延長了，但是恒壓充電時間卻縮短了。因此，例如在可充電電池101是1200mAH的情況下，雖然需要90分鐘的常規(guī)的充電時間4t，但是本發(fā)明的實施例中的充電時間tt可縮短幾乎一半，即大約50分鐘。
圖11是結構圖，其中簡化了實施例中的充電裝置100的主要部分以外的部分。雖然電壓差ΔV設為例如80mV，但是這只是因為考慮到大約5mV的電壓偏移，一般的IC都可用作比較器105來檢測80mV的電壓差ΔV，而不會出現(xiàn)什么問題。由于充電控制單元107不檢測高精度的模擬電壓，所以可以采用例如廉價的1kROM的IC，如邏輯電路，單片微機等。因此，充電裝置100可以采用通用比較器檢測電壓。可以用通用微機控制充電。這樣，裝置的成本可以降低。
電壓差ΔV的檢測裝置不限于比較器105，而是可以如圖12所示，用其中具有模/數(shù)轉換器的CPU130來代替比較器105，CPU130中有CPU131和模/數(shù)轉換器132，電壓差ΔV由模/數(shù)轉換器132檢測。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的裝置結構簡單，成本低。充電可以在很短的時間內進行，因此可靠性增加了。
本發(fā)明不限于上述實施例，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可做各種修改和改進。
權利要求
1.一種充電裝置，用于以這樣的方式來進行控制，即用等于或小于恒壓的恒流來對連接的可充電電池進行充電，當所述可充電電池的端電壓升高到等于所述恒壓時，用等于或小于所述恒流的恒壓進行充電，該裝置包括開關裝置，用于在某段時間切斷充電電流；比較裝置，用于將所述開關裝置切斷所述充電電流時，電源側的第一電壓和所述可充電電池側的第二電壓之間的差與基準電壓進行比較；以及控制裝置，用于當提供所述充電電流時，將電壓切換到高于所述第一電壓的一個電壓上，當切斷所述充電電流時，將電壓切換到等于所述第一電壓的一個電壓上，當根據(jù)所述比較的結果完成充電時，將電壓切換到等于所述第一電壓的一個電壓上。
2.根據(jù)權利要求1的裝置，其中至少兩次或兩次以上檢測到表示充電結束的比較結果以后，所述控制裝置才完成充電。
3.一種充電裝置，用于以這樣的方式來進行控制，即用等于或小于恒壓的恒流來對連接的可充電電池進行充電，當所述可充電電池的端電壓升高到等于所述恒壓時，用等于或小于所述恒流的恒壓進行充電，其中在一段時間停止充電，當充電停止時，將電源側的第一電壓和所述可充電電池側的第二電壓之間的差與基準電壓進行比較，當充電時，將電壓切換到高于第一電壓的電壓上，從而進行充電，當充電停止時，將電壓切換到所述第一電壓上，根據(jù)所述比較的結果完成充電顯示，完成充電顯示之后，由所述第一電壓繼續(xù)進行充電。
4.根據(jù)權利要求3的裝置，其中至少兩次或兩次以上檢測到表示充電結束的比較結果以后，才完成充電。
全文摘要
一種充電裝置,用于以這樣的方式來進行控制,即用等于或小于恒壓的恒流來對連接的可充電電池進行充電,當可充電電池的端電壓升高到所述恒壓時,用等于或小于恒流的恒壓進行充電,該裝置包括:開關裝置,用于在某段時間切斷充電電流;比較裝置,用于將開關裝置切斷充電電流時,電源側的第一電壓和可充電電池側的第二電壓之間的差與基準電壓進行比較;以及控制裝置,當根據(jù)所述比較的結果完成充電時,將電壓切換到等于所述第一電壓的一個電壓上。
文檔編號H02M3/28GK1175108SQ9711542
公開日1998年3月4日 申請日期1997年7月16日 優(yōu)先權日1996年7月16日
發(fā)明者梅津浩二 申請人:索尼公司