专利名称：电池充电器和充电方法
技术领域：
本发明总体上涉及电池充电器和充电方法。
背景技术：
便携式电动工具、户外工具以及某些厨房及家用电器的电池组可能包括可再充电电池，如锂、镍镉、镍金属氢化物以及铅酸电池，这样它们可以被再充电而不是被替换掉。因此节省很大成本。
但是用户仍然面临许多问题。通常地，用户发现电池会自放电，并且就在想使用该装置的时候还需要再充电，在大多数情况下再充电需要费较长时间。
一个解决办法是提供维持充电系统，在该系统中，在两次使用之间将电池放在恒定充电状态下。假如用户在使用之后没有将电池放回充电状态下，甚至连该系统也是没有用的；另外，实际上大多数维持充电系统会导致电池随时间而慢慢变质。
解决上述所有问题的方法是提供一个足够快速的充电系统，该系统可以在最短的可能时间内可靠地将电池充电到满电荷而又不会产生任何损坏。虽然现有技术充满这样的企图，也就是提供一个良好的快速充电系统，但是还没有开发出满意的系统。现在大多数的快速充电系统要求非常特殊的条件，如能接受快速充电系统输出的非常昂贵的电池。甚至在这些特殊条件下，也还存在对电池或充电器损坏的危险。另外，现有快速充电技术并没有正确地向电池充电。依据使用的终端模式，我们已知的所有快速充电技术对电池充电要么过充要么欠充，任何一种情况都会导致电池逐渐变质并过早损坏。
原有技术失败的部分原因是由于不能够精确地指示电池满充；这是由于要么现有技术选择正确指示模式的失败，要么是由于这样的事实，既使选择了合理的良好指示器，但是电池充电的要求实际上是随单个电池单元的化学特性、单个电池单元的历史情况和周围环境温度而变化的。这样，甚至为特定的电池类型选择了非常合理指示模式，该指示模式实际上可能只为一些具有理想特性的电池单元，并且只有电池单元在正确周围环境温度下充电提供准确指示。
例如，以前快速充电系统的主要类别依赖于温度截止点来终止快速充电模式。但是，这些系统遇到几个困难由于恒定重复的高温条件，它们可能会损坏电池，甚至在理论设计接受高温而特别制造(和昂贵的)电池单元中；这样的系统因为与带有缺陷的电池单元一起使用可能会不安全；在较高周围环境温度条件下，实际上它们并没有将电池充电到满容量；充电效率比较低，因而系统很浪费；在较低的周围环境温度下，电池由于冒烟或可能的爆炸而可能被自毁。
现有技术快速充电系统的另一个主要类别依赖于电压截止点。但是，在很多种包括镍-镉电池的系统中，由于随温度一起产生较大电压变化，或者是由于电池单元的历史或单个电池单元的特性，这种终止模式是不可靠的。这样，电压截止点系统使电池冒烟而损坏。除了在非常理想的条件下之外，它永远不会将电池充电到电池的满容量。
现有技术快速充电终止的第三个主要类别是依据简单的时间过程。但是，该系统的准确性依赖于电池在充电开始时是一种假定的充电状态。但是很可能不是这种情况，并且电池将会过充或欠充。
最新使用的其他多数充电方法是根据一种或多种上述技术结合的技术。虽然这些结合的技术避免了一些问题，但是至少还有一些问题是存在的。即使最好的快速充电系统也要求有昂贵的电池单元结构；但是附加的成本仅仅用于延迟由充电系统引起的电池变质。
一种最新技术，由美国专利号4,052,656的专利说明，是寻找对于给定的电池，电压-时间曲线的斜率为0的点。但是，即使这种技术也遇到了一些困难；它可能检测到电压斜率是0的另外一个点，但是在该点上只是部分充电；另外，即使它正确地位于接近满充电的0斜率点上，可本质上也会使电池过充，并且由于发热而使电池变质。
一般地，多数电池充电系统包含上述技术中的一种或另一种技术，并且会遇到以上列举的一个或多个缺陷。确实是这样的，尽管最普遍为人所知的电池充电器设计是仅使用一种类型电池，并且一般地只用那种特定类型的所选数量的电池单元。能将各种各样不同的电池，这些电池包含不同数量的电池单元或不同类型的几个电池，精确而又快速地达到满充，这种概念完全超出了现在电池充电技术的情况。
美国专利申请号4,392,101和4,388,582(以下称为“萨尔(Saar)专利”)的申请中揭示了对这些问题的解决方案。特别地，萨尔专利根据充电曲线的拐点揭示了一种新方法。
在镍镉电池的再充电过程中，如果将渐增的电池电压画成时间的函数，就会发现产生了一条非常典型的曲线。图1表示在恒定电流充电周期中得到的一条这种类型的典型曲线。通过画出电压恒定充电周期中电流对时间的函数关系，可以得到一条相似的典型曲线，并且，如果电压不保持恒定，电流也不保持恒定，就还会产生一种可复制的形式。该曲线可以被分成多个显著的区域，如加在这条曲线的垂直线之间的罗马数字所示。虽然这条曲线受限于电压或时间具体值的变化，但是，对包含一个或多个电池单元的镍镉电池来说，总的形式是相似地，并且以下的讨论将等同地应用于这样的电池中。
图1中的区域I代表了充电周期先开始时电压变化的初始阶段。在该区域中，根据电池的初始充电值、其充电或放电的历史等等，该电压服从显著的变化。由于该区域的形状是可变化的，因此在图1中用虚线表示。
因为区域I的信息是变化的，最好忽略该段曲线。电池一般在头30秒到60秒的充电时间内完全穿过区域I而进入区域II；一般地，区域I中的电压和周期从初始的储藏电压相对快速地增大，但是在这个区域中可能出现的短峰值没有什么害处。
随着电池接近更稳定的充电时间段，它将进入标明区域II的曲线部分。区域II可能是一段相当长的几乎没有或没有电压增加的持续时间。在这段时间中，将发生充电过程中多数内部化学变化。当活性材料的很大部分已经转换后，电池将开始接近满充，并且电压也开始更快速地增大。在曲线上从电压增大的渐减速率到电压增大的渐增速率的拐点A，被识别为从区域II到区域III的转换。
区域III的特征在于随着越来越多的活性材料被转换到充电状态，出现了相对快速的电压增大。随着电池更接近满充，也就是当其活性材料中大概有90％到95％已经发生了化学变化，开始放出氧气。这将引起内部压力的增加，还有电池单元温度的增加。由于这些效果，电池电压的快速增长开始变缓，并且在曲线上出现了另一个拐点。这第二个拐点B被识别为区域III和区域IV之间转换点，即点B。
在区域IV内，活性材料的最后部分被转换成被满充电池的化学成分。同时，由于氧气从已经变化的材料中放出，内部压力增加了，发热促使电压增大速率放缓，直到电压稳定在某个峰值上一段较短时间。这被指定为区域IV和区域V之间的转换。
在区域V中，如果继续充电，那么随着实际上所施加的能量被转化成热量，由附加的发热的原因，电压开始降低，并且电池电压负温度系数引起电压降低。在该区域中继续施加充电能量将最终导致电池损坏，要么冒烟，要么损坏隔离物(separator)。
如前所述，该曲线的相对时间持续段、斜率或任意部分的值都可以通过这样的因素如电池的初始温度、电池的充电和放电历史、电池单元的特定制造特性和个体特性等而被修改。但是，在任何没有缺陷的镍镉电池中，并且该镍镉电池是在恒定的、相对较高的电流下从充分放电状态充电到满充状态，该曲线的主要方面以及其区域中每一个的主要方面都将是可以确定的。
在萨尔专利中揭示的充电方法基本上涉及精确识别特定电池充电过程及相应控制充电电流的施加。当具体应用于镍镉电池时，萨尔专利的方法涉及到通过识别后续的或随后的区域III和区域IV之间的拐点来识别区域II和区域III之间的拐点。一旦这两个拐点被识别出来，就能确认它们的出现是精确地按顺序的，并且只有到这时，如果希望的话电池充电电流才可以不连续或减小到一个维持或充满(topping)模式，并且完全保证电池已经到满充状态，而不管它的温度、历史或单个电池单元的特性。由于这种确定的准确性，该方法甚至能应用于这样的电池，即构造上只与涓流(trickle)充电器一起使用的电池。
萨尔专利还揭示了第二种派生电压符号随时间的变化。具体地说，区域II的特征在于电压电荷的斜率或速率随时间递减。对于一个完全放电的电池，区域II构成充电周期的绝大部分，而大部分这个时间段上的电压以相对低的速率增加。随着电池接近满充，该电压再次开始增加到更快的程度。这样，在进展中已经变得越来越小的斜率又开始变大。这可以解释为一个拐点或第二种派生电压符号随时间的变化。这样，我们就在指示电池接近满充状态下，出现第一个符号上的这种变化。
在区域III的过程中，随着电池接近满充，电压-时间曲线的斜率越增越大。在或者接近满充电点上，在区域III和IV之间出现一个转换，在此处斜率停止增加并随着向区域IV的进展而减为越来越小的值。在第二种派生电压-时间曲线的符号中再次出现一个变化。这个在区域IV上减少的斜率表示实际上电池单元中所有活性材料已经变成了被充电的状态，并且进入电池单元中的能量正开始变换为热量而不继续充电过程。这样，希望在电压时间曲线的区域IV的前部和中部终止充电过程。
在第二种派生电压-时间曲线的符号中，两种上述所说明的变化是充电过程中镍镉和其他电化学电池单元的特性。它们提供了一种电池充电状态的唯一和可靠的指示。因此，萨尔专利方法的一个特别重要方面是使用第二种派生电压-时间曲线符号中这些可观察的变化来确定什么时候终止电池的充电。
但是，萨尔专利并不是万能的。实际上，萨尔专利说明了“在一些情况下，适合于正常条件的拐点技术可能是不够的，例如，如果电池被损坏了或有缺陷，或者如果用户疏忽对满充电的电池充电”。
一种可能的情况是当在电池组中一个“休眠”的电池单元在充电过程开始后某个时间被“唤醒”。当发生这种情况时，电池充电器将不会注意到电池电压的突然增加，这种电池电压的突然增大就是熟知的“电压阶跃”C，如图2所示。
在这样的情况下，充电器可能将电压阶跃C的开始即点CP1解释为第一个拐点，即在该点上电压增大的渐减速率变化为电压增大的渐增速率。进一步，充电器可能将电压阶跃C的结束即点C2解释为第二个拐点，即在该点上电压增大的渐增速率变化为电压增大的渐降速率。在萨尔专利的方法中，由于充电器发现这两个拐点，所以不久之后就使它停止充电，即使电池组还没有被满充电。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供了一种改进的电池充电器方法。该充电方法包括步骤向电池组充电，感测电池组的电压，计算电压变化速率，只要没有检测到电压阶跃，就根据电压变化速率检测第一个拐点，只要没有检测到电压阶跃，就根据电压变化速率检测第二个拐点，以及当第一个和第二个拐点被检测到后，减小发送到电池组的电流。
依据本发明的另一个方面，提供了一种向电池充电的充电设备，该设备包括电流源，用于向电池组提供电流；以及控制器，与电流源连接并控制电流源，其中所述控制器进行下列操作(a)感测电池组电压，(b)计算电压变化速率，(c)只要没有检测到电压阶跃，就根据电压变化速率检测第一个拐点，(d)只要没有检测到电压阶跃，就根据电压变化速率检测第二个拐点，以及(e)当第一个和第二个拐点都被检测到后，减少发送到电池组的电能。
依据本发明的再一个方面，还提供了一种向电池充电的方法，该方法包括步骤提供电流源，用于向电池组提供电流，该电流源具有一个安培数额定；重复地使电流源脉动以向电池组提供脉动电流，其中该脉动电流的脉冲具有第一个预定时间周期的接通时间，以及第二个预定时间周期的关断时间；其中第一个预定时期周期大约在5毫秒和250毫秒之间。
下面将说明本发明另外的特点和优点，并且从下述附图和详细说明中将会很清楚这些特点和优点。
本文的附图示出了按照本发明原理的实际应用的优选实施例，在这些附图中图1表示在镍镉电池组充电周期中电压作为时间函数变化的示意图；图2表示在镍镉电池组充电周期中，其中发生了电压阶跃，电压作为时间函数变化的示意图；图3是依据本发明的充电过程的流程图；图4表示在充电过程的均衡部分过程中，电压和电流作为时间函数变化的示意图；图5表示在充电过程的维持部分中，电压和电流作为时间函数变化的示意图；图6表示电池组和充电器的电路示意图。
具体实施例方式
下面参考附图对本发明进行说明，其中相同的数字表示相同的部分。萨尔专利方法观点作为参考一并列于此。
一般的电池组和充电器如图6所示。在该图中，电池组10连接到充电器20上。电池组10可以包括多个串联和/或并联的电池单元11，这些电池单元规定了电池组10的电压和存储的容量。电池组10还可以包括单个电池触点第一个电池触点12，第二个电池触点13和第三个电池触点14。电池触点12是电池组10的B+(正)端。电池触点14是B-或负/公共端。电池触点13是S或感测端。电池触点12和14是接收从充电器20(最好从电流源22来，如下讨论的)发送的充电电流，来向电池组10充电。
如图6所示，电池单元11连接在电池触点12和14之间。另外，最好有一个温度传感装置15连接在电池触点13和14之间，如负温度系数(NTC)电阻或热电阻RT。温度传感装置最好更靠近在电池单元11附近以监视电池的温度。本领域的普通技术人员将会认出其它如电容器等元件或电路可用于提供代表电池温度的信号。
电池组10还可以包括一个现有技术中所熟知的识别器，这样充电器20可识别电池组的类型和容量，并以进行充电。
充电器20最好包括一个控制器21，控制器21反过来又包括正端(B+)16和负端(B-)17，这两端通过电池触点12和14分别连接到电池组10上。正端还可以用作输入，最好是模拟/数字输入，以便控制器21检测电池组电压。另外，控制器21可以包括另一个输入TC，最好是模拟/数字输入，通过第三个电池触点13(S)连接到温度传感装置15上。这样使控制器21监视电池温度。
控制器21还包括一个控制充电和监视操作的微处理器23。控制器21可以控制一个充电电源，向电池组10提供电能，如向电池组10提供电流的电流源22。该电流可以是快速充电电流、均衡电流和/或维持电流。电流源22可以集成在控制器21的内部。
控制器21还可以包括一个保存数据的存储器26。存储器26可以集成在控制器21和/或微处理器23内部。
控制器21还可以包括一个用于保存数据的存储器栈25。存储器栈25最好是一个先进先出(FIFO)数据栈，如下所述，用于保存电压数据。栈25最好具有保存16个值的足够空间。栈25可以集成在控制器21和/或微处理器23内部。
充电器20及其内部元件包括控制器21、微处理器23和电流源22，从电源24中接收必要的电能，电源24可以连接在汽车电池、发电机或AC插座上。电源24可以将从汽车电池、发电机或AC插座上接收的电能转换为不同元件的必要电能需求，如现有技术中所熟知的那样。
基本上，为了避免由于电压阶跃C而错误地终止充电过程，最好为萨尔专利充电过程提供一种检测电压阶跃然后修正保存的数据的方法，这样控制器21不会登记错误的拐点。
图3表示实施这样一个过程。本领域的普通技术人员将会认可下面讨论的步骤是可以改变的。
当用户(ST1)将一个电池组插入充电器时，充电过程就开始了，因此，从电流源22来的快速充电电流被送到电池组10中。快速充电电流最好是大约2.5Amps。
当电流被送到电池组10时，存储器栈被初始化(ST2)。因此，在栈25中的所有存储器槽被置为0。
另外，可能保存于存储器26中的变量MSLOPE，可以置为一个较高的值，如999等(ST3)。如下所述，MSLOPE可以表示充电过程不同时间中电压曲线的最小或最大斜率。
如上所提到的，控制器21可以感测电池组电压(ST4)。这可通过正端B+来完成。然后感测电压被保存于栈25(ST5)。这两个步骤在充电过程开始可以执行几次，以便向栈25装载电压值。
然后，控制器21检查保存在栈25中的次新电压值(V1)是否等于(或不等于)0(ST5A)。如果V1是0，那么，控制器21可能需要感测另一个电压值(ST4)，并将其保存于栈25(ST5)。
然后，控制器21将最新电压值(V0)与保存在栈25(ST6)中的次新电压值(V1)进行比较。如果这两个电压之间的差值大于预定阈值Z，那么将出现电压阶跃。
本领域的普通技术人员将认可所比较的电压可不必是伏特值，如2.3伏特等。因为电压值可以通过模拟-数字转换输入，电压值就可以由A/D的计数值表示。通过如模拟-数字转换的输入(10位到12位)的大小等等，可以确定A/D计数值和伏特值之间的等同。本领域的普通技术人员将知道如何确定与它们实际装置相关的等同。
本领域的普通技术人员还将认可阈值Z应该选得比较高，以避免正常充电曲线的误触发，并且还应该足够低以识别出电压阶跃。因此，应该将阈值Z设置为一个电池单元值(为或大约为1.0伏特到为或大约为1.4伏特)与这样的电池单元值(为或大约为0.33伏特)的1/3之间。最好将阈值Z设置为大约0.50伏特。
假定阈值Z低于一个电池单元值是有优点的，这是因为它将会识别出电压阶跃，即使当发生电压阶跃时感测到电池组电压。换句话说，如果控制器21在电压阶跃当中测量电池组，将会发现电池组电压出现大约0.50伏而不是1.4伏的跳跃。通过将阈值Z设置得足够低，控制器21就会识别出这样的电压跳跃是电压阶跃。
如果识别出电压阶跃，那么栈25最好被初始化为0，而MSLOPE最好被置为一个较高的值(ST2，ST3)。因此，重新开始感测来防止控制器21识别出第一个拐点。本领域的普通技术人员可以认可控制器21可以驱动一个显示器(未示出)来显示出错信息和/或表示电池组可能有缺陷。
如果没有识别出电压阶跃，那么，控制器21可以检查保存于栈25中最旧的电压值(V15)是否等于(或不等于)0(ST6A)。如果V15等于0，那么，控制器21可能还需要感测另一个电压值(ST4)，并将其保存在栈25(ST5)中。
如果V15不是0，那么，整个栈是满的。然后可以计算电压曲线的斜率(ST7)。本领域的普通技术人员将会认可这样的斜率可以采用不同的方法计算。一种方法是比较栈25中最新的八个电压读数之和与在栈25中最旧的八个电压读数之和。换句话说，斜率＝(V0+V1+V2+V3+…+V7)-(V8+V9+V10+V11+…+V15)这样的算法对噪声不敏感，因为它通过计算一段较长时间段中的斜率，有效地得出平均值读数，而不是由两个立即读数计算斜率。
在计算了斜率之后，控制器21可以将计算的斜率与MSLOPE比较(ST8)。如果该斜率小于MSLOPE，那么，MSLOPE被设置为等于所计算的斜率(ST9)。采用这种方法，MSLOPE有效地保持跟踪最小的斜率。
不管所计算的斜率是否小于MSLOPE，控制器21都可以检查所计算的斜率是否等于和/或大于带有预定阈值X的MSLOPE之和(ST10)。如果不是，控制器21继续充电并感测电池组电压(ST4)。
但是，如果计算的斜率等于和/或大于带有预定阈值X的MSLOPE之和，这就被解释为第一个拐点A，即在电压曲线从电压增大的渐减速率到电压增大的渐增速率的点。
本领域的普通技术人员将认可阈值X最好根据经验来确定。在优选实施例中，阈值X对于10位模拟到数字转换器来说被设置为20个A/D计数值，它大约等于33mV/分。可另外选择的是，阈值X对于12位模拟到数字转换器来说可以被设置为45个A/D计数值，它大约等于24mV/分。本领域的普通技术人员将会认可以设置不同值来代替这些值。
由于在电压曲线下一部分中快速的电压增大，最好加快斜率的计算。这可能利用在斜率计算中较小的电压读数来完成，如下讨论。因此，控制器可以“切开”栈25，这样，代替使用所有十六个槽，它仅使用八个槽(ST11)。可选择地，栈25可能不必切开。相反，控制器21仅仅忽略八个最旧保存的电压值。
另外，控制器21可以将MSLOPE设置为0(ST12)，这样，MSLOPE就可以保存最大(或最大值)的斜率。
如前所述，控制器21可以感测电池组电压(ST13)。这可以通过正端B+完成。然后被感测的电压保存于栈25(ST14)。
控制器21可以检测保存在栈25中的次新电压值(V1)是否等于(或不等于)0(ST14A)。如果V1是0，那么，控制器21还可能需要感测另一个电压值(ST13)，并将它保存于栈25(ST14)。
如果V1不是0，那么控制器21可以将最新的电压值与保存在栈25中的以前的电压值(V1)比较(ST14)。如果在两个电压读数之间的差大于预定的阈值Z’，那么，就已经出现了电压阶跃。最好地，在这个步骤中的阈值Z’等于ST6中的Z。上述讨论的相同原则可以运用于此。但是，本领域的普通技术人员将会认识到也可以不这样做。
如果识别出电压阶跃，那么，栈25最好被初始化为0(ST16)，MSLOPE最好设置为0(ST12)。因此，重新开始感测以防止控制器21识别出第二个拐点。本领域的普通技术人员可以认可控制器21可以驱动一个显示器(未示出)来显示出错信息，和/或表示电池组10可能有缺陷。
如果没有识别出电压阶跃，那么，控制器21可以检查保存在栈25中最旧的电压值(V7)是否等于(或不等于)0(ST15A)。如果V7等于0，那么，控制器21可能还需要感测另一个电压值(ST13)，并将其保存在栈25(ST14)中。
如果V7不是0，那么，栈25完全填满了电压值。然后就可以计算电压曲线的斜率(ST17)。本领域的普通技术人员将会认可这样的斜率可以采用不同的方法计算。一种方法是比较栈25中最新的四个电压读数之和与在栈25中最旧的四个电压读数之和。换句话说，斜率＝(V0+V1+V2+V3)-(V4+V5+V6+V7)在计算了斜率之后，控制器21可以将计算的斜率同MSLOPE比较(ST18)。如果该斜率大于MSLOPE，那么，MSLOPE被设置为等于所计算的斜率(ST19)。采用这种方法，MSLOPE有效地保持跟踪最大(最大值)的斜率。
不管所计算的斜率是否大于MSLOPE，控制器21可以检查所计算的斜率是否等于和/或小于MSLOPE与预定阈值Y的差值(ST20)。如果不是，控制器21继续充电并感测电池组电压(ST13)。
但是，如果计算的斜率等于和/或小于MSLOPE与预定阈值Y的差值(ST20)，这就被解释为第二个拐点B，即电压曲线上电压增大的渐增速率到电压增大的渐减速率的点。
本领域的普通技术人员将认可阈值Y最好根据经验确定。在优选实施例中，阈值X对于10位模拟到数字转换器来说被设置为3个A/D计数值，它大约等于20mV/分。可选择地，阈值X对于12位模拟到数字转换器来说可以被设置为7个A/D计数值，它大约等于13mV/分。本领域的普通技术人员将会认可，可以设置不同值来代替这些值。
因为这样已经发现了两个拐点，于是充电器20可以停止快速电流充电，而开始均衡充电(ST21)。该步骤将帮助均衡电池组10中所有电池单元11的电压。电流源22最好是脉冲形式的，使得它不会向电池组10发送满电流。图4表示电池组上的电流脉冲及效果。选择电流开关的周期长度以便依据下述方程向电池组10提供希望的输出电流IO＝(tON/(tON+tOFF))I，其中，IO是向电池组10的有效输出电流，tON是电流脉冲的接通时间，tOFF是电流脉冲的关断时间，即周期的剩余部分，I是脉动前的安培数。
因此，在2.5A的充电器(即I＝2.5A)中，如果tON和tOFF分别是1秒和24秒，那么，有效输出电流将是100mA。一般地，有效输出电流在83mA和100mA之间，另外，这样的电流脉冲将继续一个预定时间段，通常是大约2个小时。
当这样预定的时间段过去后，最好进入维持充电阶段(ST22)。这个阶段的目的是维持电池组10充电，直到从充电器20上去掉。在这个阶段中，电流再次脉动到电池组10上，这样电流源22不向电池组10发送满电流。
已经发现如果均衡阶段的电流脉动是无限连续的，电池组10就可能被损坏。如图4所示，当电池组10接收电流脉冲时，电池电压增加。因为电流脉冲较长接通时间，电池组电压很快爬升到电压平均值VA以上，如破折线所示。这就可能在电池单元上产生超时损坏。
因此，希望缩短电流脉冲的接通时间，这样电池组电压就不会爬升这么很。如图5所示，较短的电流脉冲不会引起电池电压象均衡阶段爬升那么很(在均衡阶段的电压峰值如破折线所示)。
最好电流周期的接通和关断时间是受控制的，使得输出电流保持在大约1mA和大约100mA之间。但是，这些周期不能太小，因为这会产生电感等问题。
因此，发现电流脉冲接通时间的最好范围是在大约5ms和大约250ms之间。本领域的普通技术人员将会知道使用前面所讨论的方程，以便为了获得希望的输出电流而计算合适的关断时间。对于一个2.5Amp的充电器，接通和关断时间最好分别是10ms和240ms。
因此，这样的维持阶段脉动可以是无限连续的，而不损坏电池组10。然后，当电池组10被从充电器20上去掉时，或在一个预定时间段过去后，充电过程就可以结束。
本领域的普通技术人员可以认识以对这里讨论的方法做其他的增加或替换。但是，所有这些增加和/或替换被认为是本发明等效物。
权利要求
1.一种向电池充电的方法，该方法包括步骤向电池组发送电能；感测电池组电压；计算电压变化速率；只要没有检测到电池组电压阶跃，就根据电压变化速率检测第一个拐点；只要没有检测到电池组电压阶跃，就根据电压变化速率检测第二个拐点；当第一个和第二个拐点被检测到后，减少发送到电池组的电能。
2.如权利要求1的方法，其中所述减少步骤包括减少发送到电池组的电流。
3.如权利要求1的方法，其中所述电池组至少具有一个电池单元，该电池单元具有一个电压额定。
4.如权利要求3的方法，其中要检测的电池组电压阶跃小于至少一个电池单元的电压额定。
5.如权利要求3的方法，其中要检测的电池组电压阶跃小于至少一个电池单元的电压额定的50％。
6.如权利要求1的方法，其中发送步骤包括向电池组发送电流。
7.如权利要求1的方法，其中感测步骤包括在存储器栈中保存电压值。
8.如权利要求7的方法，其中所述电池组电压阶跃是通过比较存储器栈中连续电压值来检测的。
9.如权利要求7的方法，其中如果检测到电池组的电压阶跃，则存储器栈将被初始化。
10.如权利要求1的方法，其中第一个拐点是通过将电压变化速率与最小电压变化速率比较来检测的。
11.如权利要求1的方法，其中第二个拐点是通过将电压变化速率与最大电压变化速率比较来检测的。
12.如权利要求1的方法，还包括均衡充电步骤，在该步骤中均衡电池组中单个电池单元的电压。
13.如权利要求1的方法，还包括维持充电步骤，在该步骤中维持电池组电压。
14.一种向电池充电的充电设备，该设备包括电流源，用于向电池组提供电流；以及控制器，与电流源连接并控制电流源，其中所述控制器进行下列操作(a)感测电池组电压，(b)计算电压变化速率，(c)只要没有检测到电压阶跃，就根据电压变化速率检测第一个拐点，(d)只要没有检测到电压阶跃，就根据电压变化速率检测第二个拐点，以及(e)当第一个和第二个拐点都被检测到后，减少发送到电池组的电能。
15.如权利要求14的设备，其中所述电池组至少具有一个电池单元，该电池单元具有一个电压额定。
16.如权利要求15的设备，其中要检测的电池组电压阶跃小于至少一个电池单元的电压额定。
17.如权利要求15的设备，其中要检测的电池组电压阶跃小于至少一个电池单元的电压额定的50％。
18.如权利要求14的设备，还包括一个连接到控制器用于保存感测电压值的存储器栈。
19.如权利要求18的设备，其中所述电池组电压阶跃是通过比较存储器栈中连续电压值来检测的。
20.如权利要求18的设备，其中如果检测到一个电池组的电压阶跃，就初始化存储器栈。
21.如权利要求14的设备，其中第一个拐点是通过将电压变化速率与最小电压变化速率比较来检测的。
22.如权利要求14的设备，其中第二个拐点是通过将电压变化速率与最大电压变化速率比较来检测的。
23.如权利要求14的设备，其中所述控制器控制电流源，以便向电池组发送均衡电流，使得电池组中单个电池单元的电压均衡。
24.如权利要求14的设备，其中所述控制器控制电流源以向电池组发送维持电流，以便保持电池组的电压。
25.一种向电池充电的方法，该方法包括步骤提供电流源，用于向电池组提供电流，该电流源具有一个安培数额定；重复地使电流源脉动以向电池组提供脉动电流，其中该脉动电流的脉冲具有第一个预定时间周期的接通时间，以及第二个预定时间周期的关断时间；其中第一个预定时期周期大约在5毫秒和250毫秒之间。
26.如权利要求25的方法，其中脉动电流的有效输出电流在大约1毫安和大约100毫安之间。
27.如权利要求26的方法，其中电流源的安培数额定大约为2.5安培。
28.如权利要求26的方法，其中第二个预定时间周期由下列方程确定tOFF＝tON(I/IO)-tON，其中IO是脉动电流的有效输出电流，tON是第一个预定时间周期，tOFF是第二个预定时间周期，以及I是电流源的安培数额定。
29.如权利要求25的方法，其中第一个预定时间周期安培数额定大约是10毫秒。
30.如权利要求29的方法，其中第二个预定时间周期安培数额定大约是240毫秒。
31.如权利要求25的方法，其中电流源的电流强度增长速率大约是2.5amps。
32.如权利要求25的方法，其中第二个预定时间周期大约是240毫秒。
33.如权利要求32的方法，其中电流源的安培数额定大约为2.5安培。
34.如权利要求32的方法，其中第一个预定时间周期大约是10毫秒。
全文摘要
本发明公开了一种充电方法及相应的充电设备，包括步骤向电池组充电，感测电池组电压，计算电压变化速率，只要没有检测到电压阶跃就根据电压变化速率检测第一个拐点，只要没有检测到电压阶跃就根据电压变化速率检测第二个拐点，以及当检测到第一个和第二个拐点后，减小发送到电池组的电流。
文档编号H02J7/10GK1441511SQ0310676
公开日2003年9月10日 申请日期2003年2月28日 优先权日2002年2月28日
发明者丹·T·特林, 保罗·S·怀特, 丹尼尔·C·布罗托 申请人:布莱克和戴克公司