专利名称：具有电池容量修复功能的充电方法及用该方法的充电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组充电方法，尤其涉及一种可以使电池组在充电过程中实现单个电池容量修复的充电方法。本发明还涉及一种使用这种方法的充电装置。
背景技术：
目前常用于笔记本电脑的锂离子，锂聚合物电池和常用于电动自行车、UPS电源等的铅酸电池组以及用于其他场合的多节(2节以上)串连电池组包括锂离子，锂聚合物电池，镍氢电池，铅酸电池等在使用一段时间后，电池组内单节电池都会产生容量不均衡问题，电池的一致性下降。造成这种一致性下降现象的原因有诸多因素，如铅酸电池组中每节电池自放电的差异、排气压力的差异、硫酸比重的差异、失水的差异、开阀压差别、制造工艺的差别等等。因此即使串联电池组中的每节电池经过严格的组配，由于上述诸多原因的存在，串联电池组中的各节电池在循环使用过程中仍然会产生容量不平衡，并且电池一旦产生这种不平衡而出现容量差异以后，这种不平衡就会逐渐扩大，造成恶性循环，最终导致电池容量加速下降，失去效用。
发明内容
有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，可在充电过程中对电池容量修复的充电方法。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种使用这种方法的充电装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有容量修复功能的充电方法，包括以下步骤以串联方式对电池组进行充电，所述电池组包括一个以上串联在一起的单个电池，同时对每个电池的充电量分别进行监测；当所述各个电池中有一个电池的充电量达到第一预定监测值时，断开对所述电池组的串联充电；然后每个电池单独充电，同时对所述每个电池的充电量继续进行监测；当所述电池的充电量达到第二预定监测值时，断开对该所述电池的充电，直至每个电池的充电量均达到所述第二预定监测值。
较佳地，所述对电池组的充电是利用外部充电器通过串联在充电电路的输入端的切换模块进行的，所述对单个电池的充电是通过一个单节充电模块进行的，所述对单个电池的充电量的监测是通过一个监测模块进行的；当所述监测模块监测到的充电量没有达到所述第一预定监测值时，所述单节充电模块不工作；当所述监测模块监测到的充电量达到所述第一预定监测值时，所述监测模块发出一个切换信号给所述切换模块，所述切换模块在接收到该所述切换信号后，断开所述外部充电器对电池组的充电、接通所述外部充电器与所述单节充电模块的连接而对所述单个电池进行独立的充电，所述监测模块开始对所述单个电池的充电量进行所述第二预定监测值的监测，当所述监测模块监测到单个电池的充电量达到第二预定监测值时，所述监测模块向对该所述单个电池进行充电的所述单节充电模块发出一停充信号，所述单节充电模块受到所述停充信号后，停止对相应的所述单个电池的充电。
较佳地，所述对电池组的充电是利用外部充电器进行的，所述对单个电池的充电是通过一个单节充电模块进行的，所述对单个电池充电量的监测是通过一个监测模块进行的，在充电电路的输出端串联有切换模块；当所述监测模块监测到的充电量没有达到所述第一预定监测值时，所述单节充电模块不工作；当所述监测模块监测到的充电量达到所述第一预定监测值时，所述监测模块发出一切换信号给所述切换模块，所述切换模块在接收到该所述切换信号后，断开所述外部充电器对电池组的充电、接通所述外部充电器与所述单节充电模块的连接而对所述单个电池进行独立的充电，所述监测模块开始对所述单个电池的充电量进行所述第二预定监测值的监测，当所述监测模块监测到该所述单个电池的充电量达到第二预定监测值时，所述监测模块向对该所述单个电池进行充电的所述单节充电模块发出一停充信号，所述单节充电模块受到所述停充信号后，停止对相应的所述单个电池的充电。
本发明还提供了一种利用具有容量修复功能的充电方法的充电装置，包括切换模块，用于切换对电池组的充电和对单独电池的充电；相应于所述电池组中单个电池个数的单节充电模块，用于对所述电池组中单个电池的充电；相应于所述电池组中单个电池个数的监测模块，用于对所述单个电池的充电量的监测；所述切换模块包括一电流输入端，用于与外部充电器的连接；一串充输出端，与所述电池组连接用于对所述电池组的充电；一单节充电输出端，与所述单节充电模块连接用于对所述单个电池的充电；一切换信号接收端，与所述监测模块连接用于接收所述监测模块发出的切换信号；所述切换模块在接收到所述切换信号之前，将所述外部充电器的充电电流输往所述串充输出端，所述切换模块在接收到所述切换信号之后，将所述外部充电器的充电电流输往所述单节充电输出端；
所述单节充电模块包括单节充电输入端，与所述切换装置的所述单节充电输出端相连，接收所述切换装置的供电；单充输出端，与对应于所述单节充电模块的单个电池连接，用于所述单个电池的充电；停充信号接收端，与所述监测模块连接用于接收所述监测模块发出的停充信号；所述监测模块包括监测端，与对应于所述监测模块的单个电池连接，用于监测所述单个电池的充电量；监测信号输出端，与所述切换模块的所述切换信号接收端以及与所述单节充电模块的所述停充信号接收端连接，用于输出切换信号和停充信号；监测单元，用于根据实时所测得的所述单个电池的充电量向监测信号输出端发出切换信号或停充信号。
较佳地，所述切换模块包括一个用于切换控制的单片机；所述切换信号接收端连往所述单片机；所述单片机还分别与一串充晶体管和一单节充电管相连，所述串充晶体管与所述串充输出端可断开地连接，所述单节充电晶体管和所述单节充电输出端可断开地连接；所述单片机在收到从所述切换信号接收端所接收的切换信号之前，所述串充晶体管与所述串充输出端连接，所述单节充电晶体管和所述单节充电输出端断开，所述单片机在收到从所述切换信号接收端所接收的切换信号之后，所述串充晶体管与所述串充输出端断开，所述单节充电晶体管与所述均充输出端连接。
较佳地，所述监测模块中的监测单元采用电压比较IC芯片，用于电压比较；所述IC芯片的输出脚与所述监测信号输出端连接，所述IC芯片的两个输入脚与所述单个电池连接；所述IC芯片将实时测得的充电量数据与第一预定监测值和第二预定监测值相比较，当实时测得的充电量数据达到第一预定监测值时，所述输出脚输出一电平值作为切换信号，当实时测得的充电量数据达到第二预定监测值时，所述输出脚输出另一电平值作为停充信号。
较佳地，所述单节充电模块为单端反激式开关电源，所述单端反激式开关电源的控制芯片是电流型脉宽调致器。
较佳地，所述电流型脉宽调致器是UC3842或UC2842或UC3844或UC2844或UC3843或UC2843或UC3845或UC2845。
较佳地，所述IC芯片为LM358或LM393或LM324或LM3339。
较佳地，所述串充晶体管和单节充电晶体管是MOS管或三极管。
较佳地，所述单片机MCU为4位或8位或16位或32位。
本发明的具有电池容量修复功能的充电方法及使用这种方法的充电装置，由于采用了切换模块，单节充电模块和监测模块，当充电过程中电池组的单个电池充电量分别达到第一预定监测值和第一预定监测值时，采用不同的方式充电，使电池组中的每一个电池的充电量达到一致，以修复电池容量，提高电池容量的一致性，获得了电池组结构简单、使用寿命长的技术效果。
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。其中图1是本发明的方法流程框图；图2是本发明的方法的第一较佳实施例原理图；图3是本发明的方法的第二较佳实施例原理图；图4是利用图2所示方法的充电装置的一具体实施例的原理图；图5是图4所示实施例中切换模块原理图；图6是图4所示实施例中监测模块原理图；图7是图4所示实施例中单节充电模块原理图；图8是图4所示实施例中切换模块的另一实施例原理图；图9是利用图3所示方法的充电装置的另一实施例的原理图；图10是图9所示实施例中切换模块原理图；图11是图9所示实施例中切换模块的另一实施例原理图。
具体实施例方式
参见图1，本发明的方法流程框图，具有电池容量修复功能的充电方法，包括以下步骤首先，以串联方式对电池组进行充电，电池组包括一个以上串联在一起的单个电池，同时对每个电池的充电电压分别进行监测；当各个电池中有一个电池的充电电压达到第一预定监测值时，断开对电池组的充电，然后对每个电池单独充电，同时对每个电池的充电电压继续进行监测；当有一个电池的充电电压达到第二预定监测值时，断开对该电池的充电，继续其它电池的单独充电，直至电池组的每个电池的充电电压均达到第二预定监测值，从而完成对整个电池组的充电。
如图2所示是本发明的方法的第一较佳实施例原理图，以对电池组中单个电池BT1～BTn的充电过程为例说明本发明的方法的原理。本发明对电池组的充电的方法是利用外部充电器CHA通过串联在充电电路输入端的一切换模块QHMK进行的，对单个电池BT1～BTn的充电分别是通过相应的单节充电模块JC 1～JCn进行的，对单个电池BT1～BTn的充电量的监测分别是通过各自对应的监测模块DCGL1～DCGLn进行的；外部充电器CHA首先通过该切换模块QHMK接通电池组的充电输入，对该电池组进行串联充电，此时，该切换模块QHMK不接通单节充电模块；当监测模块DCGL1～DCGLn中监测到的各自对应的单个电池的充电量均没有达到第一预定监测值时，各单节充电模块JC1～JCn不工作；当监测模块DCGL1～DCGLn中有一个监测到的充电量达到第一预定监测值时，该监测模块发出一切换信号给切换模块QHMK，切换模块QHMK在接收到该切换信号后，断开外部充电器CHA对电池组的充电输入、接通外部充电器CHA与单节充电模块JC1～JCn的充电输入而通过各单节充电模块JC1～JCn对相应的单个电池BT1～BTn进行独立的充电，监测模块DCGL1～DCGLn开始对各单个电池BT1～BTn的充电量进行第二预定监测值的监测；当监测模块DCGL1～DCGLn中有一个监测模块监测到的充电量达到第二预定监测值时，该监测模块向对应的单节充电模块发出一停充信号，该单节充电模块受到停充信号后，停止对所对应的单个电池的充电；其他监测模块所对应的单节充电模块继续对相应的单个电池充电，直到所有单节充电模块接受到停充信号后结束整个充电过程。
图3所示是本发明的方法的第二较佳实施例原理图，其与上述第一实施例基本相同，所不同之处在于，切换模块QHMK串联在充电电路的输出端。本实施例的方法是，对电池组的充电是利用外部充电器CHA通过串联在充电电路输出端的一切换模块QHMK进行的，对单个电池BT1～BTn的充电分别是通过相应的单节充电模块JC1～JCn进行的，对单个电池BT1～BTn的充电量的监测分别是通过各自对应的监测模块DCGL1～DCGLn进行的；外部充电器CHA首先通过该切换模块QHMK接通电池组的充电输出，对该电池组进行串联充电，此时，该切换模块QHMK不接通单节充电模块的输出端，当监测模块DCGL1～DCGLn中监测到的各自对应的单个电池的充电量均没有达到第一预定监测值时，各单节充电模块JC1～JCn不工作；当监测模块DCGL1～DCGLn中有一个监测到的充电量达到第一预定监测值时，该监测模块发出一切换信号给切换模块QHMK，切换模块QHMK在接收到该切换信号后，断开外部充电器CHA对电池组的充电输出端、接通外部充电器CHA与单节充电模块JC1～JCn的充电输出端而对单个电池BT1～BTn进行独立的充电，监测模块DCGL1～DCGLn开始对各单个电池BT1～BTn的充电量进行第二预定监测值的监测，当监测模块DCGL1～DCGLn中有一个监测模块监测到的充电量达到第二预定监测值时，该监测模块向对应的单节充电模块发出一停充信号，该单节充电模块受到停充信号后，停止对所对应的单个电池的充电。
图4是利用图2所示方法的充电装置的第一具体实施例的原理图。电池组包括串联的四个单个电池BT 1、BT2、BT3和BT4，充电装置包括一串联在充电电路的输入端的切换模块QHMK，切换模块，QHMK的作用是切换对电池组的充电和对单独电池的充电；还包括四个单节充电模块JCMK1、JCMK2、JCMK3和JCMK4，用于对电池组中相应的单个电池BT1、BT2、BT3和BT4的充电；还包括四个监测模块DCGL1、DCGL2、DCGL3和DCGL4，用于对相应的单个电池BT1、BT2、BT3和BT4的充电量的监测。
参见图4，图5，切换模块QHMK包括与外部充电器连接的一电流输入端，与电池组连接用于对电池组充电的一串充输出端，与单节充电模块JCMK1、JCMK2、JCMK3和JCMK4连接用于对单个电池BT1、BT2、BT3和BT4充电的一单节充电输出端，与监测模块DCGL1、DCGL2、DCGL3和DCGL4连接用于接收监测模块发出的切换信号的一切换信号接收端。
切换模块QHMK还包括一用于切换控制的单片机MCU。切换信号接收端连往单片机MCU，单片机MCU还分别通过端口K1和K2与串充MOS管Q1和单节充电MOS管Q2相连，串充MOS管Q1与串充输出端可断开地连接，单节充电MOS管Q2和单节充电输出端可断开地连接；单片机MCU在收到从切换信号接收端所接收的切换信号之前，端口K1高电位，使QC管导通，串充MOS管Q1与串充输出端连接，单节充电MOS管Q2和单节充电输出端断开；当单片机MCU在收到从切换信号接收端所接收的切换信号之后，端口K1变低电位同时端口K2变高电位，使QJ管导通，单节充电MOS管Q2与单节充电输出端连接，串充MOS管Q1与串充输出端断开。因此，切换模块QHMK在接收到切换信号之前，将外部充电器的充电电流输往串充输出端，切换模块QHMK在接收到切换信号之后，将外部充电器的充电电流输往单节充电输出端。
切换模块QHMK的具体实施电路可采用如图5或图10所示方式采用MOS管QC、QJ作为切换元件，其中输入电压，电流为55V/2A，QC管、QJ管为P沟道MOS管，Q1和Q2为NPN三极管，单片机MCU为89C2051；单片机MCU还可以为4位或8位或16位或32位。也可以如图8或图11所示采用三极管QC、QJ作为切换元件。
四个监测模块完全相同，仅以监测模块DCGL1为例，参见图4、图6所示，监测模块DCGL1包括监测端，与相应的单个电池BT1连接，用于监测单个电池BT1的充电量；监测信号输出端，与切换模块QHMK的切换信号接收端以及与相应的单节充电模块JCMK1的停充信号接收端连接，用于输出切换信号和停充信号。还包括监测单元，该监测单元采用电压比较IC芯片，用于实时所测得的单个电池BT1的充电电压值与第一预定监测值和第二预定监测值的比较，根据比较结果，向监测信号输出端发出切换信号或停充信号，即，当实测单个电池充电电压值达到第一预定监测值时，发出切换信号，当实测单个电池充电电压值达到第二预定监测值时，发出停充信号。
具体地，IC芯片的输出脚1与监测信号输出端连接，IC芯片的两个输入脚与单个电池BT1连接；IC芯片将实时测得的充电量数据与第一预定监测值和第二预定监测值相比较，当实时测得的充电量数据达到第一预定监测值时，输出脚输出一电平值作为切换信号，当实时测得的充电量数据达到第二预定监测值时，输出脚输出另一电平值作为停充信号。本实施例中，IC芯片为LM358或LM393或LM324或LM339。ZD1为稳压管，工作电压5.1V，LM358芯片2脚为ZD1稳压管电压，R1电阻为ZD1提供电流；BT1电池电压经R2、R3电阻分压，送到LM358芯片2脚，当电池电压超过13.5V时，LM358芯片1脚输出高电平。IC芯片除LM358外，还可以采用LM393，LM324，LM339等。
四个单节充电模块完全相同，仅以单节充电模块JCMK1为例，参见图4、图7所示，单节充电模块JCMK1包括均充输入端，与切换装置的均充输出端相连，接收切换装置的供电；单充输出端，与相应的单个电池BT1连接，用于单个电池BT1的充电；停充信号接收端，与相应的监测模块DCGL1连接用于接收监测模块DCGL1发出的停充信号。
单节充电模块JCMK1为单端反激式开关电源，单端反激式开关电源的控制芯片是电流型脉宽调致器。本实施例中，输入电压为55DC，输出电压为13.5V/1A。电流型脉宽调致器是UC3842，也可以采用UC3842或UC2842或UC3844或UC2844或UC3843或UC2843或UC3845或UC2845等其他电流型脉宽调致器。
图8是图4所示实施例中切换模块的另一原理图，其不同之处在于，切换模块中QC，QJ是PNP型三极管，同图5的QC、QJ是P沟道MOS管一样，起开关作用。
图9是利用图3所示方法的充电装置的一个具体实施例的原理图，其与图4所示实施例基本相同，所不同之处在于，在充电电路的输出端串联有切换模块QHMK，并籍由切换模块QHMK对电路输出端的切换，控制充电电路在某个单个电池达到第一预定监测值时，从对电池组的串联充电切换为对单个电池的单独充电。
本发明的充电装置籍由上述切换模块、监测模块和单节充电模块的作用，实现了本发明的充电方法的原理，获得了使电池组中的每一个电池的充电量达到一致，以修复电池容量，提高电池容量的一致性的效果。
综上所述，本说明书中所述的只是本实用新型的几种较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围内。
权利要求
1.一种具有电池容量修复功能的充电方法，包括以下步骤以串联方式对电池组进行充电，所述电池组包括一个以上串联在一起的单个电池，同时对每个电池的充电量分别进行监测；当所述各个电池中有一个电池的充电量达到第一预定监测值时，断开对所述电池组的串联充电；然后每个电池单独充电，同时对所述每个电池的充电量继续进行监测；当所述电池的充电量达到第二预定监测值时，断开对该所述电池的充电，直至每个电池的充电量均达到所述第二预定监测值。
2.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于所述对电池组的充电是利用外部充电器通过串联在充电电路的输入端的切换模块进行的，所述对单个电池的充电是通过一个单节充电模块进行的，所述对单个电池充电量的监测是通过一个监测模块进行的；当所述监测模块监测到的充电量没有达到所述第一预定监测值时，所述单节充电模块不工作；当所述监测模块监测到的充电量达到所述第一预定监测值时，所述监测模块发出一切换信号给所述切换模块，所述切换模块在接收到该所述切换信号后，断开所述外部充电器对电池组的充电、接通所述外部充电器与所述单节充电模块的连接而对所述单个电池进行独立的充电，所述监测模块开始对所述单个电池的充电量进行所述第二预定监测值的监测，当所述监测模块监测到该所述单个电池的充电量达到第二预定监测值时，所述监测模块向对该所述单个电池进行充电的所述单节充电模块发出一停充信号，所述单节充电模块受到所述停充信号后，停止对相应的所述单个电池的充电。
3.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于所述对电池组的充电是利用外部充电器进行的，所述对单个电池的充电是通过一个单节充电模块进行的，所述对单个电池充电量的监测是通过一个监测模块进行的，在充电电路的输出端串联有切换模块；当所述监测模块监测到的充电量没有达到所述第一预定监测值时，所述单节充电模块不工作；当所述监测模块监测到的充电量达到所述第一预定监测值时，所述监测模块发出一切换信号给所述切换模块，所述切换模块在接收到该所述切换信号后，断开所述外部充电器对电池组的充电、接通所述外部充电器与所述单节充电模块的连接而对所述单个电池进行独立的充电，所述监测模块开始对所述单个电池的充电量进行所述第二预定监测值的监测，当所述监测模块监测到该所述单个电池的充电量达到第二预定监测值时，所述监测模块向对该所述单个电池进行充电的所述单节充电模块发出一停充信号，所述单节充电模块受到所述停充信号后，停止对相应的所述单个电池的充电。
4.一种使用权利要求1所述充电方法的充电装置，其特征在于包括切换模块，用于切换对电池组的充电和对单独电池的充电；相应于所述电池组中单个电池个数的单节充电模块，用于对所述电池组中单个电池的充电；相应于所述电池组中单个电池个数的监测模块，用于对所述单个电池的充电量的监测；所述切换模块包括一电流输入端，用于与外部充电器的连接；一串充输出端，与所述电池组连接用于对所述电池组的充电；一单节充电输出端，与所述单节充电模块连接用于对所述单个电池的充电；一切换信号接收端，与所述监测模块连接用于接收所述监测模块发出的切换信号；所述切换模块在接收到所述切换信号之前，将所述外部充电器的充电电流输往所述串充输出端，所述切换模块在接收到所述切换信号之后，将所述外部充电器的充电电流输往所述单节充电输出端；所述单节充电模块包括单节充电输入端，与所述切换装置的所述单节充电输出端相连，接收所述切换装置的供电；单充输出端，与对应于所述单节充电模块的单个电池连接，用于所述单个电池的充电；停充信号接收端，与所述监测模块连接用于接收所述监测模块发出的停充信号；所述监测模块包括监测端，与对应于所述监测模块的单个电池连接，用于监测所述单个电池的充电量；监测信号输出端，与所述切换模块的所述切换信号接收端以及与所述单节充电模块的所述停充信号接收端连接，用于输出切换信号和停充信号；监测单元，用于根据实时所测得的所述单个电池的充电量向监测信号输出端发出切换信号或停充信号。
5.一种如权利要求4所述的充电装置，其特征在于所述切换模块包括一用于切换控制的单片机；所述切换信号接收端连往所述单片机；所述单片机还分别与一串充晶体管和一单节充电晶体管相连，所述串充晶体管与所述串充输出端可断开地连接，所述单节充电晶体管和所述单节充电输出端可断开地连接；所述单片机在收到从所述切换信号接收端所接收的切换信号之前，所述串充晶体管与所述串充输出端连接，所述单节充电晶体管和所述单节充电输出端断开，所述单片机在收到从所述切换信号接收端所接收的切换信号之后，所述串充晶体管与所述串充输出端断开，所述单节充电晶体管与所述单节充电输出端连接。
6.一种如权利要求4所述的充电装置，其特征在于所述监测模块中的监测单元采用电压比较IC芯片，用于电压比较；所述IC芯片的输出脚与所述监测信号输出端连接，所述IC芯片的两个输入脚与所述单个电池连接；所述IC芯片将实时测得的充电量数据与第一预定监测值和第二预定监测值相比较，当实时测得的充电量数据达到第一预定监测值时，所述输出脚输出一电平值作为切换信号，当实时测得的充电量数据达到第二预定监测值时，所述输出脚输出另一电平值作为停充信号。
7.一种如权利要求4所述的充电装置，其特征在于所述单节充电模块为单端反激式开关电源，所述单端反激式开关电源的控制芯片是电流型脉宽调致器。
8.一种如权利要求7所述的充电装置，其特征在于所述电流型脉宽调致器是UC3842或UC2842或UC3844或UC2844或UC3843或UC2843或UC3845或UC2845。
9.一种如权利要求6所述的充电装置，其特征在于所述IC芯片为LM358或LM393或LM324或LM339。
10.一种如权利要求5所述的充电装置，其特征在于所述串充晶体管和单节充电晶体管是MOS管或三极管。
11.一种如权利要求5所述的充电装置，其特征在于所述单片机MCU为4位或8位或16位或32位。
全文摘要
本发明公开了一种具有电池容量修复功能的充电方法，以串联方式对电池组进行充电，电池组为串联在一起的单个电池，同时对单个电池的充电量分别进行监测；当各单个电池中的一个单个电池的充电量达到第一预定监测值时，断开对电池组的充电，进行对单个电池的单独充电，同时对单个电池的充电量进行监测；当单个电池的充电量达到第二预定监测值时，断开对该单个电池的充电，直至全部单个电池的充电量均达到第二预定监测值并断开充电。本发明还公开了一种使用这种充电方法的充电装置，包括切换模块，与单个电池数相应个数的单节充电模块及监测模块。本发明由于采用了以上电路，使电池组中每一个单个电池在充电过程中得到容量修复，获得更长的使用寿命。
文档编号H02J7/00GK101051699SQ20061002546
公开日2007年10月10日 申请日期2006年4月5日 优先权日2006年4月5日
发明者付晶晶 申请人:上海云骅电子科技有限公司