專利名稱：壓差控制的電池充電方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池充電的方法和裝置，特別涉及一種壓差控制的電池充電方法和裝置。
現有的電池充電方法主要有定電壓法、定電流法和快速充電法。以上這些方法在例如《電池手冊》(日·吉澤四郎著)和《蓄電池快速充電技術》(85年人民郵電出版社出版)中已有介紹。定電壓法是充電電池所達到的最大電壓受到限制的充電方法，當電池端電壓上升到設定的最大值時，就認為電池已充足電。定電流法是用定電流對定電池進行充電的方法，該方法通常給出充電持續時間，從而控制其充電過程。快速充電法是用大電流脈沖對電池進行充電的方法，該方法在脈沖間隙有放電去極化過程，通過對電池的最大限定電壓(或充電量、電池溫升值、出氣率等)的測量，將充電量和放電量進行比較，從而控制電池的充電過程。以上充電方法由于每一個電池都取同一控制參數，不符合每一個電池的實際情況，因而勢必有一些電池沒充足電，而另外一些電池又過充電，后者既費時又影響電池的壽命，總之，上述現有技術由于缺少一種準確反映充電情況的控制參數，因而無法使電池正好充足電。
本發明的目的是提供一種精確控制充電過程使電池能充足電又不過充的高效、經濟的充電方法和裝置。
在電池充電過程中，開始電池的端電壓會逐漸升高，當電池接近于充足電或者由于充電電流過大電池不能再接受時，電池的端電壓將進入一個起伏變化階段，端電壓從最大值降落的出現實際是電池已充足電的標志，根據該降落的差值(壓差)的大小控制電池的充電進程，能使電池既充足電而又不過充電。
本發明是通過下述方法和裝置實現的。
一種利用壓差控制充電電源對電池進行充電的方法，它包括下列步驟1)設定需要的壓差值△V;
2)確定充電過程中電池端電壓Vi達到過的最大值Vm并加以儲存;
3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V;以及4)當Vm-Vi≥△V時，停止對電池充電。
實現上述方法的裝置包括對電池充電的電源以及1)設定需要的壓差值△V的單元;
2)確定充電過程中電池端電壓Vi的最大值Vm并加以儲存的單元;
3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V的單元;
4)當Vm-Vi≥△V時，停止對電池充電的控制單元。
本發明所述的方法和裝置，由于提供了一個反映電池充電情況的準確參數一電池的端電壓在最大值處降落差值，因而使得電池既充足而又不過充，極大地保護了電池，延長了電池的使用壽命且節約了充電時間。上述方法適用于電池的初充電、放完電后再充電以及中間補充電，給使用者帶來了極大的方便。
圖1是本發明的原理方框圖。
圖2是本發明的第一實施例的原理電路圖。
圖3是本發明的第一實施例中產生脈沖W0、W1、W2、W3以及W4的裝置圖。
圖4是脈沖W0、W1、W2、W3以及W4的波形圖。
圖5是本發明的第二實施例的充電電源部分電路圖。
圖6是本發明的第二實施例的控制部分的原理電路圖。
圖7(a)是第二實施例的微型計算機在一組電池充電時的控制程序方框圖。
圖7(b)是第二實施例的微型計算機在六組電池充電時的控制程序方框圖。
圖8是本發明的第三實施例的原理電路圖。
下面結合附圖對本發明的三個實施例作詳細說明。
圖1是本發明的原理方框圖。如圖所示，控制單元控制充電電源對電池的充電。充電時的端電壓Vi輸入到判斷單元和確定單元中，確定單元用來確定電池充電過程中的端電壓Vi達到的最大值Vm并加以儲存，上述最大值也輸入到判斷單元中，設定單元設定所需的壓差值△V并將它輸入到判斷單元中，判斷單元對Vm-Vi和△V的大小進行判別，當Vm-Vi≥△V時，則發出控制信號給控制單元，停止對電池充電。
圖2是本發明的第一實施例的原理電路圖，該實施例采用數字電路裝置。如圖2所示，1是控制單元，4是確定單元，6是判斷單元，9是設定單元。電源Ei經變壓器16變換再經可控硅19整流和RC濾波后變成充電電源對電池Ec進行充電。控制單元1包括可控硅19、第一觸發器35和驅動器36，上述可控硅19接收驅動器36的輸出信號對充電過程進行控制，而驅動器36可接收來自第一觸發器35的脈沖信號。電壓/頻率轉換器10用來對電池Ec的端電壓Vi的信號進行變換，以便確定單元4和設定單元進行數據處理。與門18控制來自上述轉換器信號的輸出。電壓/頻率(V/F)轉換器10可采用例如LM331的集成塊。確定單元4包括12位二進制加法計數器(第一計數器)11、12位寄存器13、12位二進制量值比較器14和第二觸發器37。第一計數器11由三塊例如4520集成塊的雙4位二進制加法計數器20、21、22構成。寄存器13由三塊例如CD4174集成塊的D型觸發器26、27、28構成，比較器14由三塊例如CC14585的集成塊29、30、31構成。第二觸發器37可采用例如1/2 4013的集成塊。判斷單元6由三塊例如CC14585的集成塊32、33、34構成，它實際上也是一量值比較器。設定單元包括二只4檔1×2開關部件38、39、電壓源V+、地源VG、以及12位二進制可預置數二進制加法計數器(第二計數器)12，由開關部件38、39設定的代表所需壓差值△V(較佳范圍1mV-50mV)的二進制數字信號輸入到第二計數器中，于是第二計數器12輸出Vi+△V的值到上述判斷單元6中。上述第二計數器由三塊例如CC4516的集成塊23、24、25構成。圖1中的控制脈沖W0、W1、W2、W3、W4將在以后描述。
圖3是產生上述控制脈沖W0、W1、W2、W3、W4的裝置圖。如圖所示40是例如芯片ZCOO2的信號發生器，41是與門。從與門41的輸出端產生的脈沖信號是W0(波形見圖4)，42、43、44、45是例如CD4098集成塊的觸發器。觸發器42利用W0的下降沿觸發產生脈沖信號W1(見圖4)，觸發器43利用W1的上升沿觸發產生脈沖信號W2(見圖4)，觸發器44利用W2的上升沿觸發產生脈沖信號W3(見圖4)，觸發器45利用W3的下降沿觸發產生脈沖信號W4(見圖4)。
圖4是脈沖信號W0、W1、W2、W3、W4的波形圖。W0是正脈沖，脈沖寬度t0＝992.2ms，周期T0＝1S。在上述脈沖寬度的時間內，與門18對電壓/頻率(V/F)轉換器10輸出的代表電池EC端電壓的信號進行采樣，以便第一計數器11和第二計數器12進行處理。W1是負脈沖，脈沖寬度t1＝0.2ms，周期T1＝1S，該脈沖可使第二觸發器37產生使確定單元4中的寄存器13內容“翻新”的信號。W2是正脈沖，脈沖寬度t2＝0.2ms，周期t2＝1S，該脈沖可使第一觸發器35產生使驅動器啟動的信號。W3是正脈沖，脈沖寬度t3＝0.2ms，周期T3＝1S，該脈沖用來對第一計數器11和第二計數器12進行“清零”。W4是負脈沖，脈沖寬度t4＝0.2ms，周期T4＝1S，該脈沖可使設定單元9設定的壓差值△V輸入到判斷單元6中。
參照圖2、圖3、圖4，第一實施例的工作原理如下首先第一計數器11、第二計數器12、寄存器13、量值比較器14和判斷單元6中的量值比較器人工“清零”，脈沖信號W2啟動驅動器36，于是可控硅19接通，電池EC開始充電。在W0脈沖到來時，與門18打開，從電壓/頻率轉換器10過來的代表電池端電壓的信號分別輸入到第一計數器11和第二計數器12中。在確定單元4中，寄存器13接收第一計數器11的輸出值，并對W0脈沖寬度的時間內的上述輸出值的最大值進行寄存。在任一時刻ti，若寄存器寄存的最大值為Vmax，量值比較器14將該時刻的電壓值Vi與上述最大值Vmax進行比較，如Vi＞Vmax，則在W1脈沖到來時，第二觸發器37發出信號，寄出器內容“翻新”，新的最大值存儲進去，重復上述步驟直到Vi≤Vmax為止，即電池的端電壓不再增大，充電過程中的最大值Vm確定并儲存在寄存器13中。同時在設定單元9中，開關38、39設定的壓差值△V在W4脈沖到來時輸入到第二比較器14中，第二計數器12的輸出值Vi+△V輸入到判斷單元6中，判斷單元6接收來自確定單元的最大值Vm，并將它與上述輸出值Vi+△V進行比較，如Vm＜Vi+△V，則等待下一個W0脈沖到來再重復上述過程，直到Vm≥Vi+△V為止，此時判斷單元6根據上述判斷結果發出控制信號并與W2脈沖信號一起使第一觸發器35啟動驅動器36，于是可控硅19接通，電池充電結束，也就是說，此時充電電池的端電壓Vi從最大值Vm下降了設定的壓差值△V，電池實際上已充足電而又不過充。
參見圖5、圖6、圖7，對本發明的第二實施例作詳細說明。
圖5是第二實施例的充電電源部分的示意圖，該實施例所述裝置可對多路電池例如6路電池進行充電并對充電過程進行控制，也可以只對1組電池進行充電和控制。如圖所示，電源Ei經變壓器X1…X6變換再經二極管D1…D6整流后分別對電池EC1…EC6充電。開關組J1…J6分別控制著每一路電池的充電。每一開關組有四個繼電器開關，例如J1有四個繼電器開關J11、J12、J13、J14，它們給充電電池的充電電流按一定規律依次下降，例如成等比級數下降，若J11的充電電流為8I，則J12、J13、J14的充電電流分別為4I、2I、I。電池的端電壓信號V1…V6分別輸入到該實施例的控制部分。
圖6是第二實施例的控制部分的原理電路圖。如圖所示，57是控制單元，微型計算機58包括一確定單元、一設定單元和一判斷單元。8路變換開關71采用例如CC4501的集成塊，地址寄存器72采用例如CC14508集成塊，74是一非門。4路變換開關75可采用例如CC4066的集成塊。積分放大器76可采用例如LF351的集成塊，電壓比較器77可采用例如LM311的集成塊。微型計算機58可采用例如MCS-51的單片機。控制單元57包括六個控制部件65……70，每一個控制部件包括一移位寄存器、一驅動器和一開關組。例如，控制部件65含有移位寄存器81、驅動器91和開關組J1。
8路變換開關71的“2-7”端接收電池的端電壓信號V1…V6，市電交流電壓的采樣電壓VN輸入到上述變換開關71的“1”端，該變換開關的“O”端與地相連，以便測量漂移電壓VP。8路變換開關71根據來自地址寄存器72和非門74的信號有選擇地把接收到的電池端電壓信號、市電電壓VN、漂移電壓VP輸入到4路變換開關75的a端，同時來自電源E0的電壓信號V0和地源信號VG分別輸入到上述4路變換開關的b端和c端。4路變換開關75根據來自單片機58的P3.0、P3.1和P3.2端的信號有選擇地將a端、b端、c端接收到的信號輸入到積分放大器76中，從積分放大器76輸出的信號經電壓比較器77輸入到單片機58的P3.3端。單片機58對上述接收到的信號進行處理并發出控制信號給控制單元57，從而對各路電池的充電過程進行控制。單片機58的P0.0端、P0.1端以及P0.2端輸出的低3位信號和“ALE”端輸出的地址鎖定信號輸入到地址寄存器72中。單片機58的P2.7端還產生選通信號通過一非門74輸入到8路變換開關71中。
控制單元57的控制部件65…70的移位寄存器81…86分別接收單片機58的P1.0…P1.5端輸出的信號。上述移位寄存器同時接收單片機58的P1.7端輸入的脈沖信號，于是上述移位寄存器通過相應的驅動器有選擇地接通四個繼電器開關J1i、J2i、J3i、J4i(i可從1到6)，從而對選定的某一路電池實施正常充電或快速充電。
圖7(a)是第二實施例在只有一組電池EC1(例如在第2路)進行充電時單片機58的控制程序方框圖，它包括以下步驟步驟102單片機58初始化，設定移位次數4并置于存儲器中，同時還設定所需的壓差值△V，該壓差值的較佳范圍是1mV-50mV;
步驟103單片機輸出控制信號給控制單元57，于是電池EC1的充電開關接通，電池開始充電;
步驟104啟動“O”路A/D，將漂移電壓VP儲存在存儲器中;
步驟105啟動“1”路A/D，判別市電交流電壓VN是否變化;
步驟106對VN進行判別;
步驟107如VN下降，則置出表示電壓下降的信號“VN↓”，并加以儲存;
步驟108儲存VN;
步驟109確定充電過程中電池端電壓Vi所達到的最大值Vm并加以儲存;
步驟110判斷單元對Vm-Vi是否大于或等于△V進行判別，如Vm-Vi≤△V，則回到步驟104，直到Vm-Vi≥△V為止。
步驟111如Vm-Vi≥△V，這時判斷移位寄存器移位了幾次，如不足4次，則減少充電電流直到移位了4次并滿足Vm-Vi≥△V，于是發出結束充電的信號。
圖7(b)是第二實施例在對6路電池充電時單片機58的控制程序方框圖，它包括下列步驟步驟116單片機58初始化，設定移位次數4并置于存儲器中，同時還設定所需的壓差值△V，該壓差值的較佳范圍是1mV-50mV;
步驟117單片機58分別輸出控制信號給控制單元57的六個移位寄存器以便接通2-7路電池的充電開關。
步驟118檢查2-7路的A/D輸出并發出控制信號，以使切斷無電池路的充電開關，即相應的移位寄存器連續發出四個脈沖;
步驟119設定循環數6，并置于存儲器中;
步驟120啟動“O”路A/D，將漂移電壓VP存儲在存儲器中;
步驟121啟動“1”路A/D，判別市電交流電壓VN是否變化;
步驟122對VN是否下降進行判別;
步驟123如VN下降，則置出表示其下降的信號“VN↓”并加以儲存;
步驟124儲存VN;
步驟125分別確定每一路電池端電壓Vi充電過程中所達到的最大值并加以儲存;
步驟126根據地碼信號對選定的某一路的充電電池的最大值Vm與它任一時刻的端電壓Vi之差即Vm-Vi的大小進行判斷。如Vm-Vi＜V，則回到步驟119，直到Vm-Vi≥△V為止，如Vm-Vi≥△V，再判斷移位寄存器移位了幾次，如不足4次，則逐漸減少充電電流檔，直到達到4次后且Vm-Vi≥△V，則發出控制信號，結束該充電電池的充電。
步驟127判斷6組電池是否全部充電結束，如沒有，則回到步驟119，直到每一組電池都充電結束。
步驟128結束充電過程。
圖8是本發明的第三實施例的原理電路圖。如圖所示，133是控制單元，它包括電阻R1、電阻R2、發光二極管D1、晶體管開關T1、T2。設定單元135由電阻R5和穩流二極管D3構成。確定單元136由運算放大器A1、二極管D4和電容C3構成。判斷單元137包括電壓比較器A2。電阻R4和電容C1用來對電池的端電壓Vi濾波，以便判斷單元137比較。電阻R7是限流電阻。
設定單元135的穩流二極管D3使電阻R5產生一定的壓降(較佳范圍為1mV-50mV)，這就是所需設定的壓差值△V。確定單元136包括一含有電容C3的積分電路，它可確定電池EC充電時的端電壓Vi所達到的最大值Vm的代表值并加以儲存。確定單元136輸出值V'm是Vm-△V，上述值輸入到判斷單元137的比較器A2的“-”端，同時電池的端電壓信號Vi輸入到上述比較器的“+”端。
電源Ei經變壓器150變換再經二極管D5整流后輸入到控制單元133，然后對電池EC進行充電。充電開始階段，端電壓不斷上升，通過設置電阻R5的值可使電池兩端的端電壓Vi大于Vm-△V，此時斷單元137輸出高電平，晶體管開關T2導通，同時T1也導通，充電過程繼續進行，在某一時刻，Vi≤Vm-△V，判斷單元137中的電壓比較器A2反轉并輸出一低電平，T2截止，T1也截止，充電過程結束。
本發明不僅僅包括上述三個實施例，每個實施例中的單元或部件稍作改動也同樣達到本發明的目的，但只要反映本發明的實質內容-壓差值，當然包括在所附的權項之中。
權利要求
1.一種壓差控制的電池充電方法，它通過一充電電源對電池進行充電，其特征在于包括以下步驟1)設定需要的壓差值△V；2)確定充電池過程中電池端電壓Vi達到過的最大值Vm并加以儲存；3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V；以及4)當Vm-Vi≥△V時，停止對電池充電。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述壓差值△V的較佳范圍是1mV-50mV。
3.一種壓差控制的電池充電裝置，它包括一充電電源，其特征在于還包括1)設定需要的壓差值△V的單元;2)確定充電過程中電池端電壓Vi達到過的最大值Vm并加以儲存的單元;3)判斷Vm-Vi是否大于或等于△V的單元;4)當Vm-Vi≥△V時，停止對電池充電的控制單元。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于所述控制單元包括一組控制部件，每一控制部件含有一移位寄存器、驅動器和一開關組，上述開關組含有一系列繼電器開關，上述移位寄存器控制著該開關組，每一繼電器開關控制一種充電電流。
全文摘要
本發明提供了一種壓差控制的電池充電方法和裝置，它通過一充電電源對電池進行充電，并設定需要的壓差值ΔV，確定充電過程中電池端電壓V
文檔編號H02J7/04GK1064769SQ91101639
公開日1992年9月23日 申請日期1991年3月14日 優先權日1991年3月14日
發明者裘維敖, 章汝槐, 裘維高 申請人:裘維敖, 章汝槐, 裘維高