专利名称：充电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对诸如镍镉电池，和镍氢电池的二次电池充电的充电设备。
背景技术：
对用作无绳工具等的电源的诸如镍镉电池或镍氢电池的电池组充电的情况下，尽管能用大充电电流在短时间对电池组充电，但是，在电池组充电期间电池组中的电池所产生的热量变大，电池的循环寿命变短。因此，提出了一种充电设备，用小充电电流长时间对电池组充电，来抑制发热量。
另一方面，提出了另外一种充电设备，在充电设备上设置冷却风扇，在冷却电池组的情况下用大充电电流对电池组充电，这样能在短时间内对电池组充电，能抑制在充电期间电池组的发热量。
所述的两种充电设备它们充电方法的不同取决于电池组是否能解决强制冷却问题，即，电池组的结构是否做成比如具有能使冷却风扇吹进空气的通风孔。考虑到按照该方式带有冷却装置的电池组与不带有冷却装置的电池组之间的充电方法上的不同，提出了一种充电方法，该方法确定在充电开始时的电池温度的升高速率是否大于预定的速率，由此确定冷却风扇对电池组的冷却效果的存在或者不存在，当冷却效果存在时使平均电流大，当冷却效果不存在时使平均电流小。(例如，见USP 6,204,639)作为确定电池组完全充电的方法，提出了dT/dt检测方法，按照该方法，当在某些取样间隔计算的电池温度值增加速率从电池温度增加速率存储单元中的最小值增加预定值或更大时，检测为电池被完全(fully)充电(例如，见JP-A-6113475)。
然而，按照这种根据冷却效果的存在或者不存在来选择平均充电电流的充电方法，所存在的问题是，即使电池组具有冷却装置，其冷却能力也不会达到最大，因此不能缩短充电时间。
例如，如图1所示的充电特性，在用充电控制方法的情况下，开始充电后电池温度达到预定温度(45℃)时电流从I0变成I2，带有冷却装置的电池组的充电时间比不带有冷却装置的电池组的充电时间短。但是，由于用充电电流I2的充电时间长，带有冷却装置的电池组没有充分利用它的冷却能力。
在dT/dt检测方法中，简单地用在取样间隔计算的电池温度升高速率来确定完全充电并确定冷却效果的存在或者不存在是不合理的。
现在参见图2和图3进行说明。图2和图3是曲线图，显示带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组在充电时用于确定完全充电的第一取样间隔的电池电压、充电电流和电池温度的变化速率(A/D转换值)，并显示在用于确定冷却效果的存在或者不存在的第二取样间隔(大于第一取样间隔)的电池温度变化速率(A/D转换值)的变化，其中，横坐标中标注的电池温度K表示电池温度达到预定值K的时间。在第一取样间隔电池温度变化速率的情况下，带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组之间直到电池温度达到预定电池温度K的最小电池温度变化速率有小的差别，但是，在第二取样间隔电池温度变化速率的情况下，带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组之间有大的差别。按该方式，在dT/dt检测方法中，简单地用在取样间隔计算的电池温度升高速率来确定完全充电很难确定冷却效果的存在或者不存在。而且会延迟完全充电检测，因此，根据在第二取样间隔的电池温度变化率检测完全充电时的电池会过充电。
而且，由于从充电开始的电池温度变化速率会根据开始充电时的电池温度而不同，因此，根据在开始充电时的电池温度变化速率是否等于或大于预定值来确定冷却效果的存在或者不存在和确定充电电流是不合理的。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是，提供一种充电设备，能够根据带有冷却装置的电池组或不带有冷却装置的电池组，也就是说，根据电池组的冷却效果的存在或不存在，进行适当的充电控制，特别是能使带有冷却装置的电池组的充电时间缩短。
为了克服现有技术中存在的缺点，本发明的另一目的是，提供一种充电设备，它能够准确地检测电池的完全充电(full charge)，而不管是带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组，并且能够准确地区分带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组。
为了达到本发明的目的，本发明提供一种充电设备，包括冷却电池组的冷却风扇；电池温度检测单元，构成为检测电池组的电池温度；和控制单元，构成为根据电池温度检测单元的输出确定冷却效果的存在或者不存在，以确定电池的完全充电，和控制充电电流；其中，当控制单元确定冷却风扇没有冷却效果，并且电池温度达到小于一个温度范围的最大值的预定值时，控制单元将充电电流变成第一充电电流值，由此抑制因充电引起的电池温度升高，其中在所述温度范围内能够对电池充电但不使其寿命缩短；并且，当控制单元确定冷却风扇具有冷却效果，并且电池温度达到高于第一预定值的第二预定值时，控制单元将充电电流变成大于第一充电电流值的第二预定电流值本发明可以按这样的方式安排，用第一取样间隔和比第一取样间隔长的第二间隔计算电池温度变化率，用具有第一取样间隔的电池温度变化率确定电池组的完全充电状态，用具有第二取样间隔的电池温度变化率确定冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在。
本发明可以按这样的方式安排，根据当电池温度达到预定温度时电池温度变化率的最小值是否大于预定的第一预定值，来确定冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在。
最好是，确定冷却效果的存在或者不存在的第一预定值设置成与充电开始时的电池温度相对应。
本发明可以按这样的方式安排，根据由电池温度变化率计算单元在第一时间(for the first time)计算的电池温度变化率是否大于预定的第二预定值，来确定冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在。
最好是，确定冷却效果的存在或者不存在的第二定值设置成与充电开始时的电池温度相对应。
参见附图更详细地描述本发明，其中图1是显示常规充电设备的带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组的充电特性的曲线图；图2是显示在带有冷却装置的电池组充电时在用于确定完全充电的第一和第二取样间隔的电池电压、充电电流和电池温度变化率的曲线图；
图3是显示在不带有冷却装置的电池组充电时在用于确定完全充电的第一和第二取样间隔的电池电压、充电电流和电池温度变化率的曲线图；图4是按本发明的充电设备的第一实施例的电路方框图；图5是说明按本发明的充电设备的操作的流程图；图6是显示按本发明的充电设备的带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组的充电特性的曲线图；图7是按本发明的充电设备的第二实施例的电路图；图8是一个曲线图，在充电开始时，在当电池温度达到预定值时根据直到预定温度的电池温度变化率是否是最小值来确定冷却效果的存在或者不存在时，显示根据电池温度的确定准则；图9是按本发明的充电设备在充电操作期间，电池温度达到大于第一预定值的预定温度时，根据电池温度变化率是否是最小值来确定冷却效果的存在或者不存在的情况下的操作流程的前一部分；图10是图9所示流程的后一部分；图11是根据用有第二间隔的电池温度变化率刚计算后的电池温度变化率是否大于预定的第二预定值来确定按本发明的充电设备中的冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在的情况下的操作流程的前一部分；图12是图11所示流程的后一部分。
具体实施例方式
第一优选实施例图4是按本发明的第一实施例的电路方框图。图1中，1表示交流电源，2表示电池组，它设置有串联连接的多个电池芯构成的电池组2A和温度检测元件2B，温度检测元件2B例如是热敏电阻，它设置成与电池组2A接触或位于电池组2A附近，以检测电池的温度。3表示检测流入电池组2的充电电流的电流检测单元，4表示发送控制充电电流开始和停止的控制信号的充电控制信号发送单元，5表示用于将充电电流信号反馈到PWM控制集成电路23的充电电流信号发送单元。用光耦合器构成充电控制信号发送单元4和充电电流信号发送单元5中的每一个，6表示用于冷却电池组2的冷却风扇，7表示用于驱动冷却风扇6的驱动单元。用晶体管7a和电阻器7b，7c构成驱动单元，并按微计算机50的输出端口56b的输出控制冷却风扇6的驱动。10表示用全波整流电路11和平滑电容器12构成的整流和平滑电路。20表示用高频变压器21，MOS FET 22和PWM控制集成电路23构成的开关电路。PWM控制集成电路23是开关电源集成电路，它改变MOS FET 22的驱动脉冲宽度，以调节整流和平滑电路30的输出电压。30表示用二极管31和32，扼流线圈33和平滑电容器34构成的整流和平滑电路。40表示用分压电池组2的终端电压的分压电阻器41和42构成的电池电压检测单元。50表示用计算单元(CPU)51，ROM 52，RAM 53，定时器54，A/D转换器55，输出端口56a、56b和复位输入部分57构成的微计算机。CPU51根据最新的电池温度和多个取样时间周期前取样的并存储在RAM 53中的电池温度计算电池温度变化率。60是用运算放大器61、62和电阻器63到66构成的充电电流控制单元。70是用电源变压器71，全波整流电路72，三端调节器73、74，平滑电容器75到77，和复位集成电路78构成的恒压电源。恒压电源用作冷却风扇6，微计算机50，和充电电流控制单元60等的电源。复位集成电路78输出复位信号到复位输入部分57将微计算机50设置到初始状态。80表示充电电流设置单元，它设置充电电流和改变对应来自输出端口56a的信号的要加到运算放大器62的反相输入端的电压值。90表示用电阻器91、92构成的电池温度检测单元。电池温度检测单元构成为将连接到5V恒压源的电阻器91，电池组2中的电阻器92和温度检测元件2B分压后的电压输入到微计算机50的A/D转换器55，以检测电池温度并控制充电。
以下参见图4所示的电路图和图5所示的流程图说明按本发明的充电设备的操作。
当电源导通时，微计算机50执行输出端口56a、56b的初始设置，并将电池组2的连接置于等待状态(步骤101)。当连接电池组2时，微计算机根据来自电池电压检测单元40的信号确定电池组连接。然后，微计算机从输出端口56b经驱动单元7操作冷却风扇6(步骤102)。然后，从输出端口56a经充电控制信号传送单元4传送充电开始信号到PWM控制集成电路23，而且，从输出端口56a经充电电流设置单元80加充电电流设置参考电压值Vio到运算放大器62，由此，用充电电流I0开始充电(步骤103)。电流检测单元3检测流入电池组2并同时开始充电的充电电流。然后，对应于这样检测到的充电电流的电压与充电电流设置参考电压值Vio之间的差从充电电流控制单元60经充电电流信号传送单元5反馈到PWM控制集成电路23。也就是说，当充电电流大时给高频变压器21加小脉冲宽度的脉冲，当充电电流小时给高频变压器21加大脉冲宽度的脉冲，用整流和平滑电路30将来自高频变压器的脉冲平滑成DC电流，以保持充电电流恒定，换句话说，通过电流检测单元3，充电电流控制单元60，充电电流信号发送单元5，开关电路20和整流平滑电路30将充电电流控制到预定的电流量I0。
然后，微计算机最初地设置在RAM 53中存储的前面的六个取样时间点Ti-06，Ti-05，------，Ti-01的电池温度，由最新的电池温度与在前面的六个取样时间点取样的电池温度之间的差计算的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN)，和代表性的确定标志，即，45℃标志，冷却效果存在标志和冷却效果不存在标志(步骤104)，和启动电池温度取样定时器(步骤105)。当取样定时器通过时间Δt时(106)，微计算机再启动取样定时器(步骤107)。
然后，通过电池温度检测单元90的电阻器91、92以及温度检测元件2B来对5V电压进行分压，然后，A/D转换器55将这样分压的电压进行A/D转换，和CPU提取经过这样A/D转换的电压作为电池温度Tin(步骤108)。然后，从Tin与前面第六取样时间点Ti-06的数据之间的差CPU51获得最新的电池温度变化率，即，dT/dt(in)＝Tin-Ti-06(步骤109)，和确定dT/dt(in)是否是负(步骤110)。当确定dT/dt(in)是负时，处理前进到步骤113。相反，当确定dT/dt(in)是正时，CPU比较最新的电池温度变化率dT/dt(in)与RAM 53中存储的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN)(步骤111)。当确定dT/dt(in)大于dT/dt(MIN)时，处理跳过步骤112，而当在步骤111中确定dT/dt(in)等于或小于dT/dt(MIN)时，CPU将存储的数据dT/dt(MIN)更新成最新的电池温度变化率dT/dt(in)(步骤112)。
然后，确定是否由于存在冷却风扇6而冷却效果存在。首先，确定在RAM53中的用于确定电池温度是否达到预定的温度45℃的45℃确定标志是否是1(步骤113)。当确定45℃确定标志是1时，则确定电池组2的温度达到45℃，然后确定RAM 53中的冷却效果存在标志是否是1(步骤118)。当确定冷却效果存在标志是1时，处理前进到步骤116的电池完全充电确定处理。
在步骤118，当确定冷却效果存在标志不是1而是0时，然后确定冷却效果不存在标志是否是1(步骤119)。当确定冷却效果不存在标志是1时，处理前进到步骤116的电池完全充电确定处理。
在步骤119，当确定冷却效果不存在标志不是1而是0时，通过确定电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN)是否大于预定的温度变化率P来确定是否由于存在冷却风扇6而使冷却效果存在(步骤120)。当确定最小值大于温度变化率P时，则确定冷却风扇的存在对电池组2的冷却效果不存在，然后确定最新的电池温度Tin是否高于预定的预定温度45℃(步骤124)。当确定最新的电池温度Tin等于或小于45℃时，处理前进到步骤116的电池完全充电确定处理。
在步骤124，当确定最新的电池温度Tin大于45℃时，充电电压设置参考电压值Vi1从输出端口56a经充电电流设置单元80加到运算放大器62，由此将充电电流变成值I2(I2＜I0)(步骤125)。然后，RAM 53的冷却效果不存在标志设置成1(步骤126)，并且，处理前进到步骤116的电池完全充电确定处理。
在步骤120中，当确定电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN)小于预定的温度变化率P时，确定对电池组2的冷却效果存在，然后，确定最新的电池温度Tin是否高于预定的预定温度50℃(步骤121)。当最新的电池温度Tin等于或小于50℃时，处理前进到确定电池完全充电的步骤116。
在步骤121中，当确定最新的电池温度Tin高于预定的温度50℃时，充电电流设置参考电压值Vi1从输出端口56a经充电电流设置单元80加到运算放大器62，由此将充电电流变成值I1(I1＞I2，I1＜I0)(步骤122)。然后，RAM53的冷却效果存在标志设置成1(步骤123)，处理前进到步骤116的电池完全充电确定处理。
众所周知，确定电池完全充电的步骤116有各种方法。例如，众所周知的-ΔV检测法，它根据电池电压检测单元40的输出检测在充电结束时电池电压从峰值电压减小预定的电压值。二次导数检测法，它检测电池电压相对于时间的二次导数值变成负，以在电池电压达到峰值之前停止充电，减小电池组2的过充电和提高电池组2的循环寿命。ΔT检测法，它根据电池温度检测单元90的输出检测电池组从充电开始的温度升高值变成预定的温度值或大于预定的温度值。而且，还有例如JP-A-62-193518，JP-A-2-246739，JP-UM-A-3-3468等公开的dT/dt检测方法，它检测在充电时间变成预定值或更大时，每个预定时间的电池温度升高速度(温度变化率)。实施例中可以用这些电池完全充电状态检测方法中的一个或多个方法。
在步骤116中，当确定电池组2是完全充电时，微计算机50从输出端口56a经充电控制信号传送单元4传送充电停止信号到PWM控制集成电路23，由此停止充电(步骤127)。然后，确定是否取出电池组2(步骤128)。当确定取出电池组2时，CPU从输出端口56b经驱动单元7停止冷却风扇6(步骤129)，然后流程再回到步骤101，并进入等待下一次充电的准备状态。
步骤116中，当确定电池组2不是完全充电时，在前面的六个取样时间点Ti-06，Ti-05，------，Ti-01的电池温度和在存储在RAM 53中的前面的六个取样时间点dT/dt(i-06)，dT/dt(i-05)，------，dT/dt(i-01)的电池温度变化率分别按Ti-05→Ti-06，Ti-04→Ti-05，------，Tin→Ti-01的方式移动到存储面积(步骤117)，处理再回到步骤106。
图6显示出按本发明实施例的充电设备的充电特性。与图1所示的例子的充电特性比较，可以了解，带有冷却装置的电池组的充电时间较短，其原因是，根据冷却效果的存在或者不存在的检测结果，按照带有冷却装置的电池组，来设置适当的充电电流和用于改变充电电流的温度。
在所述的实施例中，尽管在步骤113中当电池温度达到45℃时确定是否存在冷却风扇6的冷却效果，但是，本发明不限于此，可以根据电池组2A的规范和冷却风扇6的冷却能力来设置相应的设置温度。
同样，步骤121和124中的设置温度不限于所述的值，可以根据电池组2A的规范和冷却风扇6的冷却能力来设置这些设置温度。
如上所述，按本发明，根据冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在的检测结果设置适当的充电电流和用于改变充电电流的温度，由此可以缩短带有冷却装置的电池组的充电时间。
第二优选实施例图7是按本发明的充电设备的第二实施例的方框图。
在该第二实施例中，那些与第一实施例中相同的元件用相同的附图标记来表示，并且这里将省略对它们的说明。
图7所示的配置与图4所示的第一实施例的基本相同，其不同点在于微计算机50。微计算机50是用计算单元(CPU)51、ROM 52、RAM 53′、定时器54、A/D转换器55、输出端口56a、56b、和复位输入部分57构成的。CPU 51根据最新的电池温度和在多个取样时间周期之前取样的电池温度计算每个预定的时间周期的多个电池温度变化率，和比较电池温度变化率与存储在RAM 53′中的最小电池温度变化率。在RAM 53′中包括电池温度存储单元531，用于存储在预定取样时间周期之前取样的电池温度；电池温度变化率存储单元532，根据最新的电池温度和在多个取样时间周期之前取样的电池温度，来存储在每个预定的时间周期的多个电池温度变化率。
现在参见图8，说明当充电期间电池温度达到预定温度K时，根据在第二取样间隔的电池温度变化率的最小值是否大于第一预定值，来确定冷却风扇6的冷却效果的存在或者不存在的方法。
图8显示确定准则的曲线图例，其中，当充电期间电池温度达到预定温度K时，根据在达到预定温度K之前的电池温度变化率的最小值是否大于第一预定值，来确定冷却风扇6的冷却效果的存在或者不存在，同时根据在充电开始时的电池温度确定用于确定冷却效果的存在或者不存在的第一预定值。在图中，横坐标表示开始充电时的电池温度，纵坐标表示在电池温度达到预定温度K之前的最小电池温度变化率(A/D转换后的值)。图中的小圆点显示，例如，当环境温度变化并且开始充电时的电池温度也变化时，每个带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组充电时的最小电池温度变化率。
如从图8看到的，在开始充电时的电池温度低时，达到预定温度K时的最小电池温度变化率大，而在开始充电时的电池温度高时，达到预定温度K时的最小电池温度变化率小。而且，在开始充电时的电池温度相同的情况下，带有冷却装置的电池组在低环境温度状态中充电时，最小电池温度变化率小，与带有冷却装置的电池组的充电情况相比，不带有冷却装置的电池组在低环境温度状态中充电时，最小电池温度变化率大。开始充电时的电池温度高时，无论是带有冷却装置的电池组或是不带有冷却装置的电池组，最小电池温度变化率都大于带有冷却装置的电池组在低环境温度状态中充电时的电池温度变化率。考虑到上述的事实，如图8所示，当确定在环境温度低的情况下冷却效果存在时，最小电池温度变化率小，用于确定对应于开始充电时的各个电池温度的冷却效果的存在或不存在的第一预定值设置在边界线上。
如上述的，当最小电池温度变化率存在于在图8中的线的上部区域中时，当电池温度达到预定温度K时，根据开始充电时的电池温度，确定冷却效果存在。相反，当最小电池温度变化率存在物在图8中的线的下部区域中时，确定冷却效果不存在。因此，可以根据确定的结果控制充电电流。
以下说明根据用第二取样间隔在第一计算时获得的电池温度变化率是否大于预定的第二预定值来确定冷却效果的存在或者不存在的方法。
当开始充电时的电池温度低时在第一计算时间获得的电池温度变化率大，而当开始充电时的电池温度高时在第一计算时间获得的电池温度变化率小。而且，在开始充电时的电池温度相同的情况下，带有冷却装置的电池组在低环境温度状态下充电时，在第一计算时间获得的电池温度变化率小。相反，与带有冷却装置的电池组充电的情况相比，不带有冷却装置的电池组在低环境温度状态下充电时，在第一计算时间获得的电池温度变化率大。在环境温度高的状态下，无论是带有冷却装置的电池组，还是不带有冷却装置的电池组，在第一计算时间获得的电池温度变化率大于在低环境温度状态下带有冷却装置的电池组充电情况下在第一计算时间获得的电池温度变化率。根据上述事实，按图8所示的相同方式，对应于开始充电时的各个电池温度确定冷却效果的存在或者不存在的第二预定值设置在边界线上。如上所述，当根据开始充电时的电池温度刚计算后的电池温度变化率存在于边界线上面的区域中时，确定冷却效果不存在。相反，当根据开始充电时的电池温度刚计算后的电池温度变化率存在于边界线下面的区域中时，确定冷却效果存在。因此可以根据确定的结果控制充电电流。
以下参见图7所示的电路方框图和图9和10所示的流程图，说明当充电期间的电池温度达到大于预定的第一预定值的预定温度K时，根据电池温度变化率是否是最小值确定冷却效果的存在或者不存在的情况下的本发明的操作。
当电源导通时，微计算机50执行输出端口56a、56b的初始设置，并处于连接电池组2的等待状态(步骤501)。当连接电池组2时，冷却风扇6操作(步骤502)，然后，用充电电流I0开始充电操作(步骤503)。
然后，微计算机初始设置RAM 53′中存储的前面的36个取样点Ti-36，Ti-35，------，Ti-0的电池温度，用存储在电池温度变化率存储单元532中的最新电池温度和在前面的第12取样时间点取样的电池温度计算具有第一取样时间间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN 12)，用最新电池温度和在前面的第36个取样时间点取样的电池温度计算具有第二取样时间间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN36)，45℃标志，冷却效果存在标志和冷却效果不存在标志(步骤504)，和启动取样定时器(步骤505)。当取样定时器时间Δt过去时(步骤506)，微计算机再启动取样定时器(步骤507)。在本例中，取样定时器时间Δt设置成5秒。最新电池温度与在前面的第12取样时间点取样的电池温度之间的差除以对应于12个取样点的时间周期的60秒获得具有第一取样时间间隔的电池温度变化率。最新电池温度与在前面的第36取样时间点取样的电池温度之间的差除以对应于36取样时间周期的180秒获得具有第二取样时间间隔的电池温度变化率。
然后，通过电池温度检测单元90的电阻器91、92分压和电池温度检测元件2b来进行分压。然后，A/D转换器55将这样分压的电压进行A/D转换，并且，CPU提取经过这样A/D转换的电压作为电池温度(步骤508)。在这种情况下，在启动第一时间的取样定时器时(步骤509)，这样提取的电池温度存储在电池温度存储单元531中作为开始充电时的电池温度T0(步骤510)。然后，从这样提取的电池温度Tin减去存储在电池温度存储单元531中的在前面的第36取样时间点取样的电池温度Ti-36，然后，相减获得的结果除以对应于36取样时间周期的180秒，然后，将这样相除获得的结果(Tin-Ti-06)/180存储在电池温度变化速率存储单元532中，作为具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)(步骤511)。确定具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)是否是负(步骤512)。当确定dT/dt(in36)不是负时，确定对应于36取样的时间周期的180秒或更长的时间已经过去，而且，已经开始具有第二取样间隔的电池温度变化速率的计算。因此，具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)与具有第二取样间隔的电池温度变化速率的最小值dT/dt(MIN36)比较(步骤513)。当确定具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)小于具有第二取样间隔的电池温度变化速率的最小值dT/dt(MIN36)时，更新具有第二取样间隔的电池温度变化速率的最小值dT/dt(MIN36)(步骤514)。另一方面，当确定具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)等于或大于具有第二取样间隔的电池温度变化速率的最小值dT/dt(MIN36)时，处理跳过步骤514。在步骤512中，当确定具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)为负时，则确定对应于36取样时间周期的180秒的时间没有过去，所以，也没有开始计算具有第二取样间隔的电池温度变化速率。因此，处理跳过步骤513和514。
然后，从前面提取的电池温度Tin减去在前面的第12取样时间点取样的电池温度Ti-12，相减的结果除以对应于12个取样点的时间周期的60秒，将这样得到的值(Tin-Ti-12)/60存储到电池温度变化率存储单元532作为具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)(步骤515)。确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)是否是负(步骤516)。当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)不是负时，确定对应于12个取样点的时间周期的等于或大于60秒的时间已经过去，所以已经开始具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)的计算。因此，具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)与具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)比较(步骤517)。当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)小于具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)时，更新具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)(步骤518)。另一方面，当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)等于或大于具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)时，处理跳过步骤518。在步骤516，当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)是负时，则确定对应于12个取样时间周期的60秒的时间没有过去，所以，还没有开始计算具有第一取样间隔的电池温度变化速率。因此，处理跳过步骤517和518。然后，确定45℃标志是否是1(步骤519)。当确定45℃标志不是1时，则确定Tin是否达到45℃(步骤520)。当确定Tin达到45℃时，则确定具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)是否是负(步骤521)。确定具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)不是负时，45℃标志设置为1(步骤522)。
然后确定冷却效果存在标志是否是1(步骤523)。在步骤523，当确定冷却效果存在标志是1时，即，正如以下要说明的，当充电电流是I1时，从最新的电池温度变化率dT/dt(in12)减去具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)，相减所获得的结果与预定值N1比较，由此检测完全充电(步骤524)。
当相减所获得的结果等于或小于预定值N1时，在前面的一个取样时间点，按Ti-35→Ti-36，Ti-34→Ti-35，-----，Ti-01→Ti-02，Tin→Ti-01的方式将各个存储的数据分别移动到存储区域(步骤528)，处理再回到步骤506。相反，当相减所获得的结果等大于预定值N1时，充电操作终止(步骤529)。然后从充电设备取出电池组2(步骤530)，停止冷却风扇6的操作(步骤531)，处理再回到步骤501。
在步骤523，确定冷却效果存在标志不是1，然后确定冷却效果不存在标志是否是1(步骤525)。当在步骤525确定冷却效果不存在标志是1时，即，如以下要说明的充电电流是I2时，从最新的电池温度变化率dT/dt(in12)减去具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)，相减的结果与预定值N2比较，由此确定完全充电(步骤526)。
当相减所获得的结果等于或小于预定值N2时，在前面的一个取样时间点，按Ti-35→Ti-36，Ti-34→Ti-35，-----，Ti-01→Ti-02，Tin→Ti-01的方式将各个存储的数据分别移到存储区域(步骤528)，处理再回到步骤506。相反，当相减所获得的结果等大于预定值N2时，充电操作终止(步骤529)。然后从充电设备取出电池组2(步骤530)，停止冷却风扇6的操作(步骤531)，处理再回到步骤501。
在步骤525，当确定冷却效果不存在标志不是1时，用充电电流I0进行充电。然后从最新的电池温度变化率dT/dt(in12)减去具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)，相减的结果与预定值N0比较，由此确定完全充电(步骤527)。
当相减所获得的结果等于或小于预定值N0时，在前面的一个取样时间点，按Ti-35→Ti-36，Ti-34→Ti-35，-----，Ti-01→Ti-02，Tin→Ti-01的方式将各个存储的数据分别移动到存储区域(步骤528)，处理再回到步骤506。相反，当相减所获得的结果等大于预定值N0时，充电操作终止(步骤529)。然后从充电设备取出电池组2(步骤530)，停止冷却风扇6的操作(步骤531)，处理再回到步骤501。
在步骤520，确定电池温度没有达到45℃时，处理跳过步骤521和522。在步骤521确定具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)是负时，处理跳过步骤522。
当在步骤519确定45℃标志是1时，则确定冷却效果存在标志是否是1(步骤532)。当确定冷却效果存在标志是1时，处理前进到步骤523。相反，当确定冷却效果存在标志不是1时，则当确定冷却效果不存在标志是否是1(步骤533)。则当确定冷却效果不存在标志是1时，处理前进到步骤523。则当确定冷却效果不存在标志不是1时，根据在开始充电时的电池温度预定的值P1T0与具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)比较(步骤535)。当确定具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)等于或小于在开始充电时的电池温度预定的值P1T0时，确定冷却效果存在。然后，用第一充电电流I1进行充电，I1＜I0，I1是能够抑制在冷却效果存在的情况下电池组2产生的热引起的电池寿命损坏最大电流(步骤536)，然后冷却效果存在标志设置成1(步骤537)，然后处理前进到步骤523。
当根据开始充电时的电池温度T0确定具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)大于在开始充电时的电池温度预定的值P1T0时，则确定冷却效果不存在。然后用第二充电电流I2进行充电，I2＜I1，I2是能够抑制在冷却效果不存在的情况下电池组2产生的热引起的电池寿命损坏最大电流(步骤538)，然后冷却效果不存在标志设置成1(步骤539)，然后处理前进到步骤523。
以下参见图7所示的电路方框图和图11和12所示的流程图，描述当充电期间电池温度达到大于预定的第一预定值的预定温度K时，根据电池温度变化率的最小值确定冷却效果的存在或者不存在的情况下的本发明的操作。
当电源导通时，微计算机50执行输出端口56a、56b的初始设置，并处于连接电池组2的等待状态(步骤601)。当连接电池组2时，冷却风扇6操作(步骤602)，然后，用充电电路I0开始充电操作(步骤603)。
然后，微计算机初始设置存储在电池温度存储单元531中的在取样点Ti-36，Ti-35，------，Ti-0的电池温度，用存储在电池温度变化率存储单元532中的最新电池温度和在前面的第12取样时间点取样的电池温度计算具有第一取样时间间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN 12)，冷却效果存在标志，冷却效果确定终止标志，45℃标志，I3标志和I4标志(步骤604)，并启动取样定时器(步骤605)。当取样定时器时间Δt过去时(步骤606)微计算机再启动取样定时器(步骤607)。在本例中，取样定时器时间Δt设置成5秒。最新电池温度与在前面的第12取样时间点取样的电池温度之间的差除以对应于12个取样点的时间周期的60秒获得具有第一取样时间间隔的电池温度变化率。最新电池温度与在前面的第36取样时间点取样的电池温度之间的差除以对应于36取样时间周期的180秒获得具有第二取样时间间隔的电池温度变化率。
然后，电池温度检测单元90的电阻器91、92分压来自电池温度检测元件的电压，然后，A/D转换器55将这样分压的电压进行A/D转换，并且，CPU提取经过这样A/D转换的电压作为电池温度Tin(步骤608)。在这种情况下，在启动第一时间的取样定时器时(步骤609)，这样提取的电池温度存储在电池温度存储单元531中作为开始充电时的电池温度T0(步骤610)。然后，从这样提取的电池温度Tin减去在前面的第36取样时间点取样的电池温度，然后，相减获得的结果除以对应于36个取样点的时间周期的180秒，然后，将这样相除获得的结果(Tin-Ti-36)/180存储在电池温度变化速率存储单元532中，作为具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)(步骤611)。
确定冷却效果终止标志是否是1(步骤612)。冷却确定终端标志确定冷却效果终止标志不是1时，确定具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)是否是负，当确定dT/dt(in36)不是负时，确定对应于36个取样点的时间周期的180秒或更长的时间已经过去，而且，已经开始计算具有第二取样间隔的电池温度变化速率。因此，具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)与根据开始充电时的电池温度T0比较(步骤615)。当确定具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)等于或小于根据开始充电时的电池温度T0的预定值P2T0时，确定冷却效果存在，并将冷却效果存在标志设置成1(步骤616)。然后冷却效果终止标志设置成1。相反，当确定具有第二取样间隔的电池温度变化速率dT/dt(in36)大于根据开始充电时的电池温度T0的预定值P2T0时，确定冷却效果不存在，并且将冷却标志设置成0(步骤617)。然后在步骤618中，冷却效果终止标志设置成0。
在步骤612中，确定冷却效果终止标志是否是1。当确定冷却效果终止标志是1时，执行步骤619中的处理。
在步骤613，当确定具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)是负时，执行步骤619中的处理。
然后，从前面提取的电池温度Tin减去在前面的第12取样时间点取样的电池温度Ti-12，相减的结果除以对应于12个取样点的时间周期的60秒，将这样得到的值(Tin-Ti-12)/60存储到电池温度变化率存储单元532作为具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)(步骤619)。确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)是否是负(步骤620)。当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)不是负时，确定对应于12个取样点的时间周期的等于或大于60秒的时间已经过去，所以已经开始计算具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)。因此，具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)与具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)比较(步骤621)。当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)小于具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)时，更新具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)(步骤622)。另一方面，当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)等于或大于具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)时，处理跳过步骤622。在步骤620，当确定具有第一取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in12)是负时，则确定对应于12个取样点的时间周期的60秒的时间没有过去，所以，还没有开始计算具有第一取样间隔的电池温度变化速率。因此，处理跳过步骤621和622。
然后，确定45℃标志是否是1(步骤623)。当确定45℃确定标志不是1时，则确定Tin是否达到45℃(步骤624)。当确定Tin达到45℃时，则确定具有第二取样间隔的电池温度变化率dT/dt(in36)是否是负(步骤625)。当确定电池温度变化率dT/dt(in36)是负时，45℃标志设置为1(步骤626)。
接着，确定I3标志是否是1(步骤627)。在步骤627中，当确定I3标志是1时，即，当充电电流是以下要说明的I3时，从最新电池温度变化率dT/dt(in12)减去具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)，相减获得的结果与预定值N3比较，由此确定完全充电(步骤628)。
当相减获得的结果等于或小于预定值N3时，各个存储的数据按Ti-35→Ti-36，Ti-34→Ti-35，------，Ti-01→Ti-02，Tin→Ti-01，的方式在前面的一个取样时间点分别移动到存储区域(步骤632)，处理再回到步骤606。相反，当相减获得的结果大于预定值N3时，充电操作终止(步骤633)。然后，当电池组2从充电设备取出时(步骤634)，冷却风扇6的操作停止(步骤635)，处理再回到步骤601。
在步骤627，当确定I3标志不是1时，然后确定I4标志是否是1(步骤629)。当在步骤629中确定I4标志是1时，即，当充电电流是以下说明的I4时，从最新电池温度变化率dT/dt(in12)减去具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)，相减获得的结果与预定值N4比较，由此确定完全充电(步骤630)。
当相减获得的结果等于或小于预定值N4时，各个存储的数据按Ti-35→Ti-36，Ti-34→Ti-35，------，Ti-01→Ti-02，Tin→Ti-01，的方式在前面的一个取样时间点分别移动到存储区域(步骤632)，处理再回到步骤606。相反，当相减获得的结果大于预定值N4时，充电操作终止(步骤633)。然后，当电池组2从充电设备取出时(步骤634)，冷却风扇6的操作停止(步骤635)，处理再回到步骤601。
在步骤629，当确定I4标志不是1时，用充电电流I0进行充电。然后，从最新电池温度变化率dT/dt(in12)减去具有第一取样间隔的电池温度变化率的最小值dT/dt(MIN12)，相减获得的结果与预定值N0比较，由此确定完全充电(步骤631)。
当相减获得的结果等于或小于预定值N0时，各个存储的数据按Ti-35→Ti-36，Ti-34→Ti-35，------，Ti-01→Ti-02，Tin→Ti-01，的方式在前面的一个取样时间点分别移动到存储区域(步骤632)，处理再回到步骤606。相反，当相减获得的结果大于预定值N0时，充电操作终止(步骤633)。然后，当电池组2从充电设备取出时(步骤634)，冷却风扇6的操作停止(步骤635)，处理再回到步骤601。
当在步骤624确定电池温度没有达到45℃时，处理跳过步骤625和626。而且，当在步骤625确定具有第二取样间隔的温度变化率dT/dt(in12)是负时，处理跳过步骤626。
当在步骤623确定45℃标志是1时，确定I3标志是否是1(步骤636)，当确定I3标志是1时，流程前进到步骤627。相反，当在步骤636中确定I3标志不是1时，确定I4标志是否是1(步骤637)。在步骤637中，当确定I4标志是1时，流程前进到步骤627。当确定I4标志不是1时，确定冷却效果标志是否为1(步骤638)。当确定冷却效果标志为1时，用第三充电电流I3进行充电操作，I3＜I0，I3是能抑制考虑到冷却效果存在的情况下电池组2所产生的热量引起的电池寿命损坏的最大电流值(步骤639)，然后I3标志设置成1(步骤640)，然后流程前进到步骤627。相反，当在步骤638确定冷却效果存在标志不是1时，用第四充电电流I4充电，I4＜I3，I4是能抑制考虑到冷却效果不存在的情况下电池组2所产生的热量引起的电池寿命损坏的最大电流值(步骤641)，然后I4标志设置成1(步骤642)，然后处理前进到步骤627。
由于按这种方式确定冷却效果的存在和不存在，当在有冷却装置的电池组中电池组和充电设备的通孔由于异物等的混合而阻塞时，确定不存在冷却效果，因此，能适当地进行充电操作。
如上所述，在每个带有冷却装置的电池组和不带有冷却装置的电池组中，能进行准确的完全充电检测控制，能用适当的方式和准确的充电电流进行充电操作。
权利要求
1.一种充电设备，包括冷却风扇，用于冷却电池组；电池温度检测单元，构成为检测电池组的电池温度；和控制单元，构成为确定是否有冷却效果，以确定电池的满充电，并根据电池温度检测单元的输出来控制充电电流；其中，当控制单元确定冷却风扇没有冷却效果，并且电池温度达到小于一个温度范围的最大值的预定值时，控制单元将充电电流变成第一充电电流值，由此抑制因充电引起的电池温度升高，其中在所述温度范围内能够对电池充电但不使其寿命缩短；和其中，当控制单元确定冷却风扇具有冷却效果，并且电池温度达到高于第一预定值的第二预定值时，控制单元将充电电流变成大于第一充电电流值的第二预定电流值。
2.一种充电设备，包括冷却风扇，用于冷却电池组；电池温度检测单元，构成为检测电池的温度；电池温度存储单元，构成为根据来自电池温度检测装置的输出存储电池温度；电池温度变化率计算单元，构成为利用包括第一取样间隔与比第一取样间隔长的第二取样的不同取样间隔，根据来自电池温度检测单元和电池温度存储单元的输出，计算多个电池温度变化率；和电池温度变化率存储单元，构成为根据来自电池温度变化率计算单元的输出存储多个电池温度变化率；其中，根据来自电池温度变化率计算单元和电池温度变化率存储单元的输出，用具有第一取样间隔的电池温度变化率检测电池组的完全充电状态；和用具有第二取样间隔的电池温度变化率确定冷却风扇的冷却效果的存在或不存在。
3.一种充电设备，包括冷却风扇，用于冷却电池组；电池温度检测单元，构成为检测电池的温度；电池温度存储单元，构成为根据来自电池温度检测装置的输出存储电池温度；电池温度变化率计算单元，构成为根据来自电池温度检测单元和电池温度存储单元的输出，计算多个电池温度变化率；和电池温度变化率存储单元，构成为根据来自电池温度变化率计算单元的输出存储多个电池温度变化率；其中，电池温度变化率存储单元存储电池温度变化率的最小值；和其中，根据当电池温度在充电操作期间达到预定温度时电池温度变化率的最小值是否大于预定的第一预定值，来确定冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在。
4.按权利要求3的充电设备，其中，第一预定值设置成与开始充电时的电池温度相对应。
5.一种充电设备，包括冷却风扇，用于冷却电池组；电池温度检测单元，构成为检测电池的温度；电池温度存储单元，构成为根据来自电池温度检测装置的输出存储电池温度；电池温度变化率计算单元，构成为根据来自电池温度检测单元和电池温度存储单元的输出，计算多个电池温度变化率；和电池温度变化率存储单元，构成为根据来自电池温度变化率计算单元的输出存储多个电池温度变化率；其中，根据由电池温度变化率计算单元在第一时间计算的电池温度变化率是否大于预定的第二预定值，来确定冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在。
6.按权利要求5的充电设备，其中，用于确定冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在的第二预定值被设置成与开始充电时的电池温度相对应。
全文摘要
公开了一种充电设备，包括冷却风扇；电池温度检测单元；和控制单元，构成为确定冷却风扇的冷却效果的存在或者不存在，并根据电池温度检测单元的输出控制充电电流。当冷却风扇没有冷却效果，并且电池温度达到小于一个温度范围的最大值的预定值时，控制单元将充电电流变成第一充电电流值，由此抑制因充电引起的电池温度升高，其中在所述温度范围内能够对电池充电但不使其寿命缩短；并且，当冷却风扇具有冷却效果，并且电池温度达到高于第一预定值的第二预定值时，控制单元将充电电流变成大于第一充电电流值的第二预定电流值。
文档编号H02J7/02GK1510812SQ20031012096
公开日2004年7月7日 申请日期2003年10月11日 优先权日2002年10月11日
发明者荒馆卓央, 高野信宏, 宏 申请人:日立工机株式会社