专利名称：电池的充电方法和装置的制作方法
当给例如Ni Cd电池类可充电电池充电时，将比该电池端电压大的电压施加于该电池的电极上，从而有电流通过该电池。该电流引起一个将能量存储在该电池中的化学过程。
当电池充足电时，该化学过程停止，再添加的能量将转换为热能。由于电池构造成象一个封闭的容器，故电池内压力增高时会导致化学破坏。这意味着电池的蓄电量下降，并经几次如此充电后，最后蓄电量可能会大大降低。因此为了以可能的最好方式使用电池，重要的是不仅要确保电池充足电，并且要在热量产生过大前中断充电。这样，最好是控制充电过程以便获得几乎最佳充电并且(或者)在合适的时间中断充电。当希望尽快地给电池充电时，这种对充电过程的精确控制尤为重要。
在常用的充电过程中，电池两端的电压在其充电时均匀增加。当电池接近其完全充电态时，该电压更陡峭地上升到表示完全充电状态的峰值。然后该电压由于温度的上升再下降，因为该电压的温度系数是负的。相应地，充电电流通常在完全充电时减小到最小值然后再增大。
本发明提供一种对具有一对电极的可充电电池的充电方法，所述方法包括将电源与电池两端相连，至少在对该电池进行充电的部分过程中测定该充电过程的至少一个特征参数的值和/或轨迹，将所述至少一个充电参数的值和/或轨迹与所存储的代表不同类型电池和/或不同电池状态的理想的或所希望的充电过程标准参数的相应值和/或轨迹相比较，根据比较结果在所述所存储的标准参数组中选择一组再根据所选择组中一个或多个标准参数控制该电池的至少部分充电过程。
根据本发明的第一方面，可以至少在充电的部分过程中控制第一特征参数以获得一个预先确定的所希望的第二特征参数的轨迹，所述第一参数可以是充电电流，而所述第二参数可以是充电电压。
当对电池第一次充电时，或者该电池已放了很长时间而没有充电时，这种电池(下面称其为“原始电池”(“virgin battery”)，不能立即接受正常的全充电电流。因此，不能用与控制其它虽同类并处于同样充电状态但不是原始电池的电池的充电过程的同样方法来控制这种原始电池的充电过程。因而在实际充电前测试一下该电池以确定其是否是原始电池是有益的，它需要一个单独的“看护”(nursing)程序，例如可包含一个在较短或较长时间周期内相对小的充电电流。非原始电池也可显示出一些异常特性。
因此，根据本发明另一方面提供了一种对具有一对电极端的可充电电池的充电方法，所述方法包括将电池两端与电源相连，开始在一个短的第一时间周期内通过在电池的电极端上施加第一试验充电电流对该电池进行试验充电，至少在该试验充电过程的部分期间或在其结束时测定或检测至少一个试验参数，接着在一个短的第二时间周期内对该电池进行试验放电，至少在该试验放电过程的部分期间或在其结束时测定或检测至少一个试验放电参数，根据对试验充电和/或放电过程的所述测定或检测挑选或确定至少一个充电参数的轨迹或值，然后基本上按照所选择的所述至少一个充电参数的轨迹或值对该电池至少部分地进行充电。
对电池进行试验充电可以任何合适的方式进行。例如，可以将预先确定的固定的试验充电电压加到该电池的电极端上经历一个预先确定的时间周期。另外，试验充电电压可以预先确定的方式逐渐地或阶跃地增大。在这两种情况下，可以普遍地或在该充电和/或放电过程的一个或更多的选择点上测定或检测充电电流，电池温度和/或电池内压。
另一种可能性是控制试验充电电压，以使充电电流稳定在预定的电平或以预定方式使试验充电电流逐渐地或阶跃增大。在后一种情况下，可以测定或检测充电电压、电池温度和/或电池内压。
重复一次或多次该试验充电和放电过程可能是有益的。如果这样，所控制的试验参数(充电电压或充电电流)的轨迹对接连的试验充电过程可以有不同的选择。
最好是，给电池提供一个相对小的试验充电电流，例如0.2C/h量级(cm A×h是电池的容量)以避免电池的温度和/或内压达到可能对电池有不利影响的值。
每个试验充电周期与接着的真正的充电时间周期相比最好相对短一点。例如，每次试验充电可花几秒钟，如1或2秒。
基于以上所述试验所选择的看护程序可包括电池的整个充电过程甚至接着的放电过程和新的充电过程。假如所选择的看护程序在电池完全充电前中止，该电池可以进一步充电，所述进一步充电包括至少在电池充电的部分过程中测定至少一个充电过程的特征参数的值和/或轨迹，将所述至少一个充电参数的值和/或轨迹与所存储的代表不同类型的电池和/或不同电池状态的理想的或所希望的充电过程的标准参数的相应值和/或轨迹相比较，根据比较结果在所述所存储的标准参数组中选择一组，再根据所选择组中一个或多个标准参数控制该电池的至少部分充电过程。
例如通过电子存储装置，如存储器，多少可将由经验确定的标准参数加以存储(如绘制自开始充电过程所经历的时间周期对该标准参数的值的图)。当希望对可充电电池进行快速充电而对电池没有实质损坏时，则理想的或所希望的充电过程主要取决于在开始充电过程前的电池的充电状态。因此，所存储的标准参数轨迹代表电池不同的充电开始状态的理想的或所希望的充电过程。如果待再充电的电池充电状态已知或可以确定，则可选择其充电的开始状态最接近将被再充电的电池的实际充电状态的标准轨迹，并可控制该电池的充电过程以使所述至少一个参数的轨迹接近所选择的标准轨迹，从而可以保证该电池在任何时候均不会遭受过度高压或充电电流或遭受过度加热。
原则上，待再充电的电池的充电状态是可以通过特殊的检测步骤确定的，然后可选择适合于同样或相似充电开始状态的相应标准参数轨迹。例如通过合适的键将有关信息提供给电子控制装置。然而在最佳实施例中，该相关标准轨迹是通过电子控制线路自动挑选的。
充电参数可包括(例如)电池两端的电压，提供给电池的充电电流，单个蓄电池的温度，任一这类参数的变化速率，以及这些参数和/或变化速率的任意组合。
应当明白可用任何合适的使充电参数的轨迹可接近所选择的标准参数轨迹的方法来控制充电过程。但在最佳实施例中，是通过控制施加于电池两端的电压来控制充电过程的。最好这样来控制电压，即在充电过程的开始使提供给该电池的充电电流相对小，而在随后的充电过程主要部分期间最好使充电电流大致稳定在其最大值，以加速充电。
如前面所提到的，标准参数的选择可以取决于电池的充电状态。这种充电状态可通过在充电过程开始前短暂地将电压施加于该电池以检测一个或多个充电参数来确定。假如该电池完全充电，该充电过程不会开始。如果电池部分充电，该信息可用来为充电过程挑选正确的标准参数。
控制充电过程可包括当至少一个特征参数值满足某一预定条件或多个预定条件时确定剩余的充电时间周期，然后当该剩余时间周期期满时终止充电过程。在根据本发明方法的实施例中，当特征参数，诸如充电电压，充电电流，电池温度或电池内压已获得一预定值时，确定剩余的充电时间周期。
该充电过程将近结束时，单个电池的内阻可能增大以致于当充电电流稳定在相对高的预定值时充电电压趋于增大。太高的电压可能在该电池组内引起有害的温度上升。因此，最好将施加于电池两端的电压限制在一个预定的最大值，当电压已达所述最大值时，在预定的剩余时间周期期满时终止充电过程。这意味着在所述预定剩余时间周期期间最好将充电电压保持在其最大值，在该时间周期中随着电池组的内阻增大，充电电流通常将逐渐减小，最好将充电电流挑选成当所述时间周期期满时，该电池基本充足电。最好是，预定的剩余时间周期与所选择的标准轨迹有关。这意味着每个标准参数轨迹不仅包括有关提供给电池的最大充电电压的信息，而且包括有关时间周期的信息，在该时间周期中，该最大电压将维持到充电周期结束。
如上所述，要与实际参数轨迹相比较的标准参数轨迹可能是曲线或图表，该比较过程可通过借助于设计识别电路的设计识别技术来完成。然而，在本发明最佳实施例中，在充电过程中以短的时间间隔实时地测量充电参数，将所测得的参数值与标准参数轨迹中对应的标准值相比较，根据该所测得的值与标准值的比较选择相关的标准参数轨迹。在充电过程中可实时地完成该比较过程以致于当连续的比较过程表明第一次所选择的标准参数轨迹不是最接近实际充电过程的轨迹时，控制电路或控制单元可从一个标准参数轨迹移到另一个。
在将充电参数值与标准值进行比较中，将作为所经历充电时间函数的参数值变化速率与同样的标准值相比较是有益的。例如，可将作为经历的充电时间函数的充电电压的变化速率与相应的标准值相比较。为能检测电池的内阻或电势，可在每次测量电池两端的电势差前即刻地在短时间周期内切断充电电流。
可以均匀的第一时间间隔，测量参数值并确定这些参数的变化速率，以第二时间间隔根据这些测得的参数值确定每一变化速率，第二时间间隔是第一时间间隔的倍数。可以相当频繁测量这些参数值，这意味着所述第一时间间隔可以相对地短，例如约10秒。然而，变化的速率最好是以大好几倍例如90秒的时间间隔的测量为依据。
可以在充电过程的起始就开始确定变化速率。然而，可以有利地将对变化速率的确定推迟直到特征参数的测量值超过预定值，当在该参数的预定值之后明显地发现最可辨别的变化速率时。
在一个特定的实施例中，仅有有限数量的标准值，并仅仅当一个或多个有关参数呈现标准值中之一时确定充电过程新的时间中止点。这导致一个较简单的却依然能正常地足够准确地确定最佳中止时间点的过程。
如上所述，当被测量的参数是电池两连接端上的电压时，如果在测量电压前将对电池的充电电流切断一个短的周期将获得更加精确的测量值。原因是电池有串联内阻，充电电流在该电阻上将产生不包括在电压测量值中的一个电压降。
特别是在快速充电模式中使用大的充电电流情况下，随着时间终止点的接近，逐渐减小充电电流是有益的，因为这样更容易发现最佳时间终止点。这样，例如可以用恒定的大充电电流(例如当电池的容量是C ma×小时约为4C ma)进行充电，直到被测量的参数之一到达确定的电平，然后可逐渐减小充电电流。
一个获得所希望充电电流的有利方法是使用在某种程度上被脉宽调制的恒压源提供所希望的充电电流。
直到充电过程接近结束才开始确定充电过程的可能时间中止点的程序可能是有益的。这样，可使用一个更简单的方法，如简单测量电流或电压来决定何时启动更精确的程序。
在一个特定的实施例中，每一所提到的时间点的每个特征参数的测量值是多个中间测值的平均值从而改善了测量精度。这种测量对例如瞬态值的灵敏度较小。当然，通过将所述参数对从最后测量已经历的周期进行积分可获得同样效果。
作为附加保护，可采用一些在现有技术方法中使用的终止准则。这样，例如可固定最长充电周期。然后尽管其它终止准则还未出现，最终也要在该时间点上终止充电。也可以固定一个或更多被测量参数的极限值以致于如果这些参数之一超过或低于特定值便终止充电。另外，如果和当所述至少一个被测定值或轨迹与对应的存储的标准参数值或轨迹相差太远时，可中断充电过程。
终止充电后可有利地借助于脉动电流维持电池的充电状态，这确保电池稳定地被充足电即使充电结束后很长时间才将其从充电器中取出也如此。
存储的标准参数轨迹不仅可包含代表一个和同类电池理想的或所希望的充电过程的轨迹，而且包含多个代表两个或多个不同类型电池每一个充电过程的标准参数轨迹，在这种情况下，该过程第一步是确定待充电电池的种类，和选择有关该类电池的标准参数轨迹。然后，可进行如上所述的充电过程。
本发明也提供了一种装置，包括用于将电池与电源相连接的连接装置，用于至少在电池充电的部分过程中测定充电过程的至少一个特征参数的值和/或轨迹的装置，用于存储多个代表不同类型电池和/或不同电池状态下的理想的或所希望的充电过程的标准参数的值和/或轨迹的存储装置，用于将所述至少一个充电参数的值和/或轨迹与所存储的标准参数的值和/或轨迹相比较并根据该比较结果在所述的所存储的标准参数组中挑选出一组的装置，以及根据该选出组中的多个标准参数之一来控制电池的至少部分充电过程的装置。
这种装置的操作可用(例如)微处理器或别的电子控制装置进行控制，这些控制装置也可包含存储器用于存储标准参数轨迹或值。
根据本发明的又一方面提供的一种电池系统，包括含一对电池电极端的可充电电池和用于装有关于电池信息的信息装置，和含有一对充电器端子的充电装置，用于将电池与充电装置可拆卸地相互连接以使电池电极端与充电器端子处于导电接触中的装置，以及用于从电池的信息装置中接收信息的信息接收装置，从而可以根据所述信息控制电池的充电。该电池系统可包含用于根据由信息接收装置接收的信息控制充电过程的控制装置。
电池的信息装置可能或多或少是复杂的。以最简单的形式而论，信息装置可以例如包含一个当电池第一次充电时被取出、失活和/或无效的指示器。这种指示器的存在将通知控制装置该电池应根据适合于所述电池种类的原始电池的“看护程序”进行充电。另外，该信息装置可以含有信息码，该代码可被充电器的信息接收装置读出或检测。这种信息码可以用机械、光学、电磁和/或电子读出或检测装置来读出或检测，该信息码还可包含(例如)有关类型、容量、最大充电电压、最大充电电流、最高温度、最大内压和/或其它电池特性等信息。再者，作为替换或补充，该信息装置还可以包含用于检测电池温度的温度传感器。
在该电池系统的最佳实施例中，充电电流和/或充电电压在由温度传感器检测到的温度低时，可开始增大。
本发明还涉及用在如上所述的电池系统中的可充电电池，所述电池包含一对电池电极端和用于容纳电池信息的信息装置，该信息的形式可被相应的电池充电装置的合适信息接收装置所检测或读出。
如上所述，该信息装置可以相当简单。另外，该信息装置可含有用于存储电池信息的电子存储器。该电池信息可包含有关该电池及其各个单元一次或多次以前充放电过程和/或现在状态和条件等信息。这样，电池的信息装置可详细通知控制装置有关该电池条件的详情，然后控制装置可根据这些信息控制充电过程。该充电过程可根据上述的任一方法或借助于传统的充电方法加以控制。电池信息可以包含(例如)有关电池的类型、电池的容量、电池的其它规格、电池的充电状态、各种电池单元的条件、最后充电过程、最后放电过程、自最后充电和/或放电过程以来所经历的时间周期、充电参数算法，和/或电池内压等信息。
为测定电池内压和/或温度，该信息装置可包含一个置于电池内的压力和/或温度传感器。这些传感器与控制装置相连接或可连接以致可将有关压力和/或温度的信息传递给控制装置。
控制装置最好是适于响应从信息装置接收的信息，控制电池独立单元的充电，从而可确保电池单元的基本均匀充电。
应当明白该电池也可包含一个电子显示器以直读形式显示来自存储器的信息。也可设想该电池也能包含控制装置。这意味着充电装置可以省去或包含在该电池组内。在这种情况下，电池仅应与合适的电源相连。
通常，电池含有若干电池单元，为了使信息装置获得有关单独单元的信息，诸如每个单元的电压和/或温度，该电池可进一步包含用于测量每个电池单元的电压的装置和用于将所测得的单元值存储在信息装置中的装置。
就上述的充电方法而论，预先假定所述类型电池的标准参数的轨迹或集合是已知的或可以得到的。本发明提供一种方法用于提供这种标准参数的轨迹或集合。这样，本发明提供一种确定对具有容量为C的可充电电池进行充电过程的方法，所述方法包括确定至少一个充电参数的最大值，控制该充电过程使其不超过该最大值或所确定的值。
通常希望在尽可能短的充电时间周期内给电池充足电。然而，在电池单元内发生的化学反应限制了充电速率。当充电电流相对小时，可通过提高充电电压来增大充电电流而不升高电池温度，在充电电流增大时电池温度甚至会有微小下降。然而，当充电电流已达到其由化学反应所确定的最大值时，充电电压的再升高会导致电池温度和内压激烈地上升，这对电池有害。根据本发明可以确定电池和/或其单元关于温度、温度差、内压、充电电压和/或端电压的最大值。然后应控制充电过程使在充电过程期间不超过该一个或多个最大值。
作为例子，当用相对小的充电电流在一定时间周期例如1个小时量级或高达10或15个小时内对电池进行充电时随着电池/单元的温度和/或温度差和/或内压的获得可确定电池/单元温度和/或电池/单元内压的最大值和/或差值。然后可如此控制充电电压致使至少在充电过程的较后部分期间充电电流基本保持恒定。提供给电池的充电电流可以是例如0.05-0.3C/h，0.1-0.3C/h，最好是0.2-0.25C/h(C/h是所谓的C速率)。这意味着当被充电的电池容量为例如CmA.h时，充电电流可以是0.05-0.3C mA，0.1CmA，最好是0.2-0.25C mA。这种充电电流相对较小并需要3.3-10个小时的充电时间才能给该电池充足电。
为了得到较短的充电时间，在充电周期的主要部分有必要用较高的充电电流。当在一定的时间周期内将较高的充电电流提供给该电池时，随着最大电压的获得，充电和/或端电压的最大值被确定。这种相对大的充电电流可以是例如0.75-1.5c/h，最好是约1c/h。当用这种充电电流时，给该电池充足电所必需的充电时间为0.67-1.34小时。
在一段时间周期内将该充电电流提供给该电池足以部分地给该电池充电。然而最好是给该电池继续提供充电电流直到该电池基本被充足电。
当确定一个或多个上述最大参数值时，最好至少部分地以慢的速率给该电池充电，然后在进一步充电前至少放电一次。还有最好是将相对小的充电电流提供给该电池这样长的时间周期以致于获得至少一个所述充电参数的上升例如电池或单元温度，并且不再检测出主要参数的变化。
电池容量的实际值往往不同于其生产厂家所称的容量。这样，本发明的一个目的是提供一种用于确定电池容量实际值的方法。该方法包括以所述相对慢的速率对电池进行充电并通过计算或测量在充电期间提供给该电池的第一次充电总功率直到该电池基本被充足电来确定该电池的容量值。电池被基本充足电的时间点可以作为在预定的时间周期内还没有测出参数值的进一步上升的时间点来确定。所述参数值可以是例如电池和/或其单元的温度和/或端电压。
当确定充电或端电压的最大值时，最好是根据所确定的电池容量的实际值以基本等于c速率(C-rate)的充电电流对该电池进行充电。另外，最好是将电压的最大值确定为在用所述相对小的充电电流充电期间电池或其单元温度增长到所确定的所述最大温差的时间点所测量的电池或其单元两端的电压。最好还要在开始用于确定充电参数的任一充电过程前将电池充分放电。
如果电池是原始电池，这意味着电池第一次被充电或自最后一次充电已经过了相当长的时间周期，确保电池“启动”(“gets started)”是重要的，“启动”意味着其单元内的化学反应是正常的。这可通过如前面说明的看护程序来获得。这样，该电池可相当慢地至少部分充电并且然后在确定所述至少一个最大参数的最大值之前至少放电一次。
用上述方法获得的一组最大值可形成用在如前面所述的充电方法中的标准。另外的标准或参数可通过控制其它充电参数使其不超过所确定的最大充电参数而获得。
如上述可获得的一组最大值和/或参数可用于控制充电的方法中。那时在部分充电过程期间用基本恒定的充电电流对电池进行充电，所述基本恒定充电电流最好是基于所确定或测量容量值的C速率的若干倍。作为一个例子，该值或参数可以是电压。在测定电池或其单元端电压情况下，并且当在时间Tmax已达到该电池或其单元的预定最大端电压时，控制充电过程使在充电过程的剩余周期中保持电池或其单元电压基本恒定。如果该电池至少有两个单元，可以测定电池每一单元的参数或电压，并可根据具有首先达到最大单元端电压的单元的电压来控制充电过程的剩余周期。应当明白充电过程可以根据任意其它充电参数，诸如电池或其独立单元的温度来控制。
还有最好是通过测定充电电流来确定充电过程的剩余充电周期的终止时间点，当在预定的时间周期中没有检测出充电电流进一步减小时，可以终止该充电过程。另外，充电过程在时间Tstop中止，剩余充电周期(Tstop-Tmax)通常在到达预定的最大电池或其单元端电压的时间Tmax时确定。剩余充电时间周期(Tstop-Tmax)可根据将电池或其单元端电压轨迹与所存储的标准电压轨迹相比较的结果来确定，或者该剩余充电时间周期可根据Tmax值来确定。
在本发明的一个最佳实施例中，中止时间点Tstop和剩余充电时间周期是根据将达到最大电压的时间Tmax与所存储的标准时间值和相应的剩余充电时间周期相比较的结果来确定的。
关于电池在工作中使用时的放电，本发明提供一种用于控制至少具有两个单元的可充电电池的放电过程的方法，所述方法包含测定电池每一单元的电压，当至少一个单元的电压下降到预定阈值电压时中断放电过程。
现将参照附图进一步说明本发明，附图中
图1示出用恒定充电电流对Ni Cd电池进行充电时作为时间函数的电压的图解表示或曲线;
图2以放大比例示出图1的部分曲线，图3是对Ni Cd电池进行充电的控制过程中各种充电参数轨迹的图解表示;
图4是示出Ni Cd电池在六个不同充电起始状态下作为充电时间函数的电池电压的图解表示;
图5是根据本发明的装置的方框图;
图6示出如图5所示装置的一个实施例的电路图;
图7是电池有某些异常时对应图3所示的各种参数轨迹的图解表示;
图8和9分别图示了原始电池和已充足电的电池在充电过程的开始时的充电曲线;
图10和11分别图示了原始电池和已充足电的电池的放电曲线;
图12示出在用恒定的小充电电流对电池充电的充电电压曲线和温度曲线;
图13、14和15分别示出与图12中同样电池在用不同值的基本恒定充电电流进行充电时的充电电压曲线和温度曲线;
图16示出在用0.1c/h范围内的恒定小充电电流对电池进行试验充电的充电电压曲线和温度曲线;
图17示出在用1c/h范围内的恒定充电电流对电池进行试验充电的充电电压曲线和温度曲线;
图18、19和20示出了Ni Cd电池在用不同值的充电电流对其充电，并且根据本发明一个最佳实施例对充电过程进行控制时的充电电压曲线、温度曲线和充电电流曲线;
图21示出了镍金属氢化物(Nickel Metal Hydride)电池在用大的充电电流对其开始充电的充电电压曲线，温度曲线和充电电流曲线，图22是根据本发明的电池的方框图;
图23示出其具有6个单元的Ni Cd电池的每一单元在用恒定电流进行放电的放电电压曲线;
图24图示了根据本发明对具有6个单元的Ni Cd电池的受控放电过程;
图25示出具有6个单元的Ni Cd电池在用恒定充电电流进行充电的每一个单元的充电电压曲线和温度曲线，以及图26、27和28是示出根据本发明电池系统的不同实施例的方框图。
图1示出了Ni Cd电池的典型充电时序。该曲线示出了用恒定充电电流充电的作为时间函数的电池电压。对所有的Ni Cd电池来说总的曲线形状是相同的，但具体的电压和时间值会例如随着实际充电电流的不同而各(电池间)不相同。可将曲线分为代表充电过程中不同阶段的区域。图1指示出4个分别标有A、B、C和D的区域。
A区域构成充电过程的开始阶段。当充电过程启动时，电压多少根据该电池在开始充电前的充电状态而有所变化。这样，该区域中的电压是相当不确定的，因此在该区域通常不能进行正确的测量。
字母B指示实际充电周期，在这里充电电流通过化学过程被转化为存储在该电池内的能量。在该周期中电池电压仅缓慢上升。在C区域接近完全充电状态，电压开始较快地上升。在周期c的末端在电池的各单元中开始产生氧气，这将导致电池内压力和温度的上升。这意味着这时由于其负的温度系数而使电压上升得较慢。电池电压在区域C和D间的过渡期不再增加，这样该电压达到其最高值或峰值。
如果充电过程在区域D中是继续的，则由于这时电能一般转化为热能而使电池电压将下降。由此引起的温度和压力的增大将破坏电池充电，电池的容量因而减小。因此，在周期D的开始就切断充电过程应该是有益的。
本发明基于这样的事实，即通过试验发现即使该曲线随着所用的充电电流和所述电池的“充电历史”可能有些变化，但在区域A、B和C范围内不同充电参数间也有着密切相关性，诸如区域C内某一时间或时刻上电压曲线的斜率和从所述时刻到充电过程的最佳终止时间点的时间差。
如果将有关该相关性的信息存储在电路中，在一给定时刻测得曲线斜率后，就可相对简单地计算或确定应对电池继续多长时间的充电，从而确定充电过程的最佳时间终止点。如果在若干连续时刻进行这种计算，就会得到相应个数的最佳时间终止点的提议。图2示出了一个进行三次测量的例子。在时间点T1计算出剩余充电周期△T1，在时间点T2计算出剩余充电周期△T2，在时间点T3计算出剩余充电周期△T3。图中，这三个计算出的终止时间点精确地出现在相同时刻。然而，事实上计算出的终止时间点一般与跟着发生的若干个对终止时间点的提议稍有不同。在本发明这里所述的实施例中，当第一个计算出的终止时间点出现时决定切断充电过程。由于在下面所述的装置中安装有微处理器，更复杂的终止准则也是可能的。这样，例如把重点放在最后算出的终止时间点将是可能的。例如，如果所有后来的计算集中在一特定值周围，不考虑某些开始的计算值是可能的。
如上所述，图1和2示出当使用恒定充电电流时作为时间函数的电池两端的电压。如果用恒定充电电压作为时间的函数绘出充电电流，也将产生相应的典型曲线，即使充电电流和充电电压都不保持恒定，也将获得能再现的表示充电过程上述诸阶段的曲线。能以上述的类似方法使用这些曲线将被重视。
对其它电池类型将获得不同外观的相应曲线。对其中一些来说，实际测量的时间点和最佳剩余充电时间之间的相关不再必然与所述时刻的曲线斜率相关联，而与曲线的其它参数有关，例如与有关时刻的绝对电压相关联。
本发明的一个实施例包含现时地测量电压曲线的斜率，例如每隔10秒钟一次。对于每一次测量，计算剩余充电周期从而计算终止时间点的新的提议。然后处理器可以或者将该值与其它值存储在一起，或者将它编入更复杂的有关充电过程何时中止的计算。
另一个实施例包含预先存储有限个有关曲线斜率的标准值。在每一次测量中，将实际曲线斜率与标准值相比较，只有当该斜率通过标准值之一时，处理器才计算新的终止时间点。在该方法中，可节省处理器计算时间，而其结果在许多情况中将是完全令人满意的。
如所提到的，图1和2中的曲线是在恒定充电电流下产生的。然而，另一种可能是在每次进行电压测量时短暂地切断充电电流。用这种方法得到非常一致的曲线，但由于该曲线不包括涉及充电电流通过电池内阻的电压降，其绝对电压值将稍低些。由于该内阻一般在充电时序的末端增大，故若没有该贡献的电压测量将是对电池状态更加精确的测量。
如前所述，即使在整个充电过程中充电电流不保持恒定，也能获得可再现曲线。因此可将本发明的原理与充电程序很好地结合起来，该程序先用恒定的、大的电流对电池进行充电，然后该电流朝向充电程序的末端减小。通过在充电过程的最后部分期间使用较小的充电电流，有可能更精确地确定最佳终止时间点，而总的充电时间没有显著减小。这可与在充电过程的第一部分期间只进行一个简单的电压测量的操作相结合。当该电压达到预定值时，充电电流可被减小，并可开始如上所述的测量曲线的斜率。当然，也可以在一个电压值减小充电电流而在另一个电压值开始测量曲线的斜率。
图3示出了根据本发明方法一个实施例在给Ni Cd电池充电时所获得的典型充电曲线。该电压曲线示出了作为时间函数的电池电压，这时根据本发明为获得最佳充电电流曲线和最佳电池，温度曲线控制提供给该电池的电压。可将该电池电压曲线分为类似于图1代表充电过程不同阶段的区域。图3示出分别标有A、B、C和D的4个区域。
标有A的区域构成充电过程的开始阶段。这里，控制所提供的电压使提供给电池的充电电流相对小。
B区域指示实际充电周期，充电电流被转化为存储在电池中的能量。这里，如此控制所提供的电压使充电电流i基本保持在同一最大值，该最大值根据所涉及的电池类型来确定，电池两端的电压仅缓慢上升。
在C区域中，电池接近其完全充电状态，为保持最大充电电流，电池两端的电压开始更迅速地上升直到电池两端的电压达到预定的最大值Vmax，该最大值对不同类型的电池可不同，并且可以(例如)按前面所述来确定。
在D区域中，如此控制所提供的电压使所测得的电池两端的电压基本维持在最大极限值Vmax。在C和D区域中，电池单元的内阻增大，对于恒定的电池电压，如D区域中，所得到的充电电流将减小。由于在区域D中电池电压被保持在恒定值的事实，由此引起的温度增长相对低使由流到电池单元的充电电流引起的破坏影响处于最小。
在不迟于时间Tmax，当到达Vmax时确定剩余充电周期。在Tmax开始的该剩余充电周期经过后便终止充电过程。通过脉宽调制一个恒压源来控制供给电池的充电电流。
图3所示的电压曲线代表一个对几乎放空的Ni Cd电池进行充电的过程。图4示出6个类似的电压曲线V1-V6，它们代表具有不同起始充电态的同一电池的不同充电过程。曲线V1代表几乎充足电的电池充电过程，曲线V6代表几乎全部放电时电池的充电过程。图4示出当电池的充电起始态下降时获得最大电压Vmax所必需的充电周期增大。从图4中还可以看出，当电池的起始充电态下降时“剩余充电时间”即，从到达Vmax直至充电过程终止的时间周期，增大。
可以将有关所述电池类型的多个电池不同起始充电条件的理想的或所希望的标准电压曲线的信息存储在电子存储器中。通过将实际电压曲线的轨迹诸如曲线的斜率与所存储的标准值相比较，可确定相关的标准电压曲线和与其有关的“剩余充电时间”。
可以在充电过程期间实时地测量电压曲线的斜率，例如每隔10秒钟测一次。对于每一测量值均要将其与所存储的标准斜率相比较并确定一个新的“剩余充电时间”的提议。当所测量的电池电压达到所存储的最大电压Vmax时，取消对该“剩余充电时间”的确定，并应用最后所确定的“剩余充电时间”值。
根据本发明方法也导致图3和4所示类型的充电曲线的另一个实施例包括预先存储有限个数的电压曲线斜率的标准值。在每一次测量中将曲线的实际斜率与标准值相比较，只有当该斜率通过标准值之一时，才确定新的“剩余充电时间”值。
对其它电池类型也可获得与图3和4所示的曲线对应的曲线。这些曲线可能是不同的外部特性并对其中一些来说到达电压Vmax的时间和最佳剩余充电时间之间的相关性将不必与所述电压曲线的斜率有联系，但与曲线的其它参数诸如在有关时刻的绝对电压等有联系。所测试和存储的参数越多，为确定最佳剩余充电时间可进行的判定越复杂。
根据本发明方法的又一个导致图3和4所示类型的充电曲线的实施例包括当达到最大电压Vmax时在与测量电压曲线的斜率一起的一个固定时间测量电池电压。在该实施例中可将电压与电压曲线斜率一起包含在对最佳剩余充电时间的更复杂的判定中。
当对电池进行充电时，图3和4中所示的电压曲线已通过测量电池两端的电压被绘出。然而，另一种可能方案是每次进行电压测量时短暂地切断充电电流。用这种方法得到非常类似的曲线，但因为该曲线不包括涉及充电电流通过电池内阻的电压降，而使其绝对电压值将稍微小一点。由于该内阻一般在充电时序的末端增大，故在没有该贡献情况下的电压测量将是对电池状态更为精确的测量。
在上述的实施例中，以下列方式对曲线的斜率进行测量。在每个测量时间点，即例如每隔10秒钟测量一次电池的电压，然后电子处理器将此电压值储存在一个存储电路中。然后处理器计算刚测量的值与例如90秒前测量的值间的差值，并将该差值用作为在所述时间对曲线斜率的测值。在该方法中每隔10秒钟获得一个在例如90秒周期上测得的新的斜率值。
为避免电压测量受瞬变值及类似影响，最好是更频繁地测量电压，例如在每个所述测量时间点之间测量100次。用处理器储存这些中间测量的每一个值，并且在实际测量时间点，处理器计算在上个测量时间点以来已完成的100个中间测量值的平均值。
当充电过程已如上所述地被终止时，如果将电池留在充电器内可维持电池的充电。这通过每隔一定时间给电池通以电流脉冲来进行。这些电流脉冲及其时间间隔是如此合适以使它们可补偿否则会发生的电池自放电。该脉冲可以例如持续15-30秒，相继脉冲间的时间间隔可以为数小时。
图5示出根据本发明装置的一个实施例的方框图。借助一个普通插头1将220V电压施加到该装置，该电压在整流器方框2中被转换为9v直流电压。3表示通过电极端4、5将电流供给将被充电的电池的稳流器。电流从电池经电极端5和电阻6经地流回整流器电路2。处理器7经控制级8控制稳流器3。处理器7借助于A/D转换器9能测量电流和电压。通过测量电阻6两端的电压降测量充电电流的同时获得作为分别在电极端4和5上测得的电压之差值的电池电压。处理器7还与尤其用来存储所测得的电流和电压值以及计算出的终止时间点的存储电路10相连。调节器电路11从整流器电路2的9V电压产生5v直流电压。该5V电压用来提供给电路7、9和10。稳流器3借助于脉宽调制来控制，处理器7以某种方式控制脉宽以使所希望的充电电流恒定地流过电池。正如已述，处理器通过测量电阻6两端的电压降测量充电电流。如果需要，处理器可在电流脉冲间的时间间隔内完成对电池两端电压的测量。该电压测量将不受由充电电流通过电池内阻所引起的电压降的影响。
图6示出了图5所示装置的一个实施例的电路图。图5的方框用虚线示出并以与图5中同样的参考号码标出。整流器方框2包含一个变压器T1以及由四个二极管D1、D2、D3和D4耦合构成的整流器。从该框输出的电压是9v直流电压，其部分地加到稳流器3，并部分加到调节器电路11。稳流器3包含一个晶体管Q4并通过处理器IC1的控制级8控制。控制级8包含电阻R5、R6、R7和R8以及晶体管Q3。当处理器的输出端P1.1具有高输出信号时，晶体管Q3通过由电阻R7和R8构成的分压器而处于导通状态。借此，电流将流过分压器R5和R6使Q4呈现导通状态，从而将电流供给电池。当处理器的输出端子P1.1是低信号时，晶体管Q3和晶体管Q4均处于截止状态，没有充电电流供给电池。
A/D转换器9含有集成电路IC2以及电阻R2和R3和平滑电容C4、C7。分别表示电池电压和充电电流的所测得的电压在集成电路IC2中转换为数字信息，再将该数字信息传给处理器的端子P1.2和P1.3。
在该实施例中，处理器电路IC1含有处理器7以及存储器电路10。而且，电容器C1、C2和C3以及晶体X1与处理器相连接。另外，该处理器电路的操作方式通常是按常规的。
调节器电路11含有集成的电压调整器IC3以及电容器C5和C6。该路提供5V直流电压至IC1和IC2电路。
不论决定控制电压使充电电流维持在一个基本恒定值，还是在对电池充电期间控制电流以维持一个基本恒定的电压，还是这两种方法的结合，均可使用所述电路。
当如本文所述的根据本发明对可充电电池进行充电时，可如此控制充电过程，以致当已到达预定最大电压值Vmax时，使在“剩余充电周期”期间所测得的电池两端的电压保持一个恒定值。对于一定类型的电池，可如上所述地确定Vmax。
然而，某些电池决不会达到为所述该类电池所确定的预定值Vmax。该事实可能是由于电池的各种缺陷或偏差引起的。图7示出了这种异常电池的充电曲线。在充电过程的第一周期期间充电曲线按照如图3所示的正常轨迹。然而，在低于Vmax的电压V′处，电压曲线拉平。因此，不能根据充电电压到达Vmax的时间来确定充电过程的终止时间点。在这种情况下，可用不同方法来确定最大充电电压。作为一个例子，可以在预定的时间间隔测量电池电压，并可比较所测得的值。如果在最后接连测量期间所测得的电池电压没有上升并且还未达到Vmax，则可将最后测出的电压定义为这种电池的最大电压V′，并可从第一次测出的V′时间点开始确定剩余充电周期。
图8示出了对原始电池进行试验充电时典型的首次充电曲线，图9示出了对已充足电的电池进行试验充电时的相应充电曲线。当电池第一次被充电或在没有充电情况下放置很长时间后第一次被充电时，在充电过程中电池内一定会发生的化学反应开始得相当慢。对于这种电池，不能使用上述所控制的大电流充电过程。对于这种“原始电池”该充电过程必须在相对长的时间周期中用相对小的、几乎恒定的电流提供给该电池以保证电池充足电。因此，在实际充电过程开始前，可将电池置于试验充电程序，在该程序中根据上述的正常充电过程对电池进行短时间周期的充电。然而，起始充电电流必须相对小，例如在1c/h范围内，然后增大到能在4c/h范围内的较高值，c/h是所谓的C速率。在一个短的预定时间周期例如几秒钟后，或当电池两端的电压达到Vmax时，停止充电过程。用相对大的放电电流对该电池进行放电。图10图示了如图8所示对其进行充电的原始电池的放电曲线。图11图示了如图9所示对其进行充电的满载电池的放电曲线。
图8示出了原始电池在一个非常短的时间周期例如不到10秒钟内将达到电池电压的最大值Vmax。然而，电池接收的充电电流非常小。从而，如图10所示，根据图8对其进行充电的原始电池可以在一个非常短的时间周期例如不到1秒钟内完全放电。当一个电池所经受的试验充电产生类似图8和10的曲线时，充电装置的控制系统可被指示按原始电池处理该电池，在接着的充电过程期间以相对小的几乎恒定的充电电流例如0.2c/h数量级提供给电池，直到该电池充电至其满容量。
当试验一个满载电池时，电池两端的电压如图9所示的与原始电池同样的时间周期内达到Vmax。然而，与提供给原始电池的充电电流相反，提供给满载电池的充电电流增长得非常快。当在试验期间对该满载电池放电时，在试验周期内从电池流出大的几乎恒定电流的同时电池电压如图11所示非常稳定。当对电池进行试验充电产生类似图9和11的曲线时，充电系统可被指示作为满载电池来处理该电池，这意味着停止充电过程。
作为一个可供选择的方案，在充放电试验期间可测量电压曲线的变化速率。通过将所测出的电压曲线的变化速率与标准值相比较，可计算出该电池的初始条件，并可为该被试验的电池挑选充电过程。必要时，该试验程序可包括若干个连续的充和放电周期以获得所需信息。
当为电池挑选理想的充电过程时，有一组关于被充电池类型的标准参数是必要的。因此，最好有一种来确定或挑选一组关于新电池类型的标准参数的方法。
这些参数可以包含电池电压，充、放电电流、电池的内部和外部温度、和/或电池单元内的化学反应。
最重要参数之一是当电池就要被充足电时的电池温度，Temp.(100%)。当从这点进一步充电时，电池温度将上升并且该电池可能被损坏。
为测量未知类型电池的Temp.(100%)而不受电池内串联电阻的散失热的太大影响，可用相对小的、几乎恒定的充电电流在相对长的时间周期(几小时)内对该电池充电以保证该电池充足电。当电池已被充电时，当试验其是否真正地被充足电，可以在一个相对长的时间周期内对其进行放电。如果没有充足电，则用较高的充电电流开始一个新的充电过程。如果是充足电，则用同样的充电电流开始一个新的充电过程，但这时充电时间周期将较短。当该充电过程终止时，为确定该电池是否已被充足电再次对其进行放电。如果是，用同样的充电电流开始一个新的充电过程，但其充电时间周期更加短，如果不是，用同样的充电电流但较长的充电时间周期开始一个新的充电过程。该充、放电过程将以相同的充电电流和新的充电时间周期不断进行直至发现在此电池刚好被充足电的最小充电时间t(100%)。当在t(100%)测量电池温度时，可以得到这种类型电池对给定的充电电流的Temp(100%)。通过在t(100%)时测量电池两端电压可得到V(100%)的值。图12示出了一个用相对小的充电电流的典型充电过程的电压和温度值的轨迹。图12中，充电电流为2c/h，Temp(100%)和V(100%)点表示在所示充电电压和温度曲线上。
应明白可以用其它方法确定Temp(100%)的值，包括在充电期间对温度曲线变化率的测量。
在本发明中所用的另一个重要参数是预定最大电压Vmax，它将随所涉及的电池类型而变化。当如图3所示使用高速充电过程时，如此控制充电过程以使电压已达到Vmax时其在剩余充电过程中基本保持恒定值，经过从到达Vmax开始的预定时间周期后终止充电过程。
为确定新类型电池的Vamx，可用稍微高于在上面确定温度Temp.(100%)的例子中所用的充电电流的几乎恒定的充电电流对该电池进行充电。测出电压曲线的变化率并将其与电池温度相比较。如果在Temp(100%)电压的变化率是正的，则用新的、稍高于以前电流的充电电流开始一个新的充电过程。重复该过程直至在Temp(100%)测出的电压变化率为零或稍负。用与图12中相同电池时，图13和14分别图示了充电电流为0.5C/h和1c/h的该过程。对于充电过程在电压变化率刚好为零或稍负时测出的V(100%)值是对这种类型电池的Vmax值的令人满意的测量，所挑选的Vmax值应相当接近该V(100%)的测量值。可用其它方法确定该Vmax值。
图15图示了与图12-14中的同样电池在用最大充电电流4C/h和已从图13中所测定的V(100%)值所确定的最大充电电压Vmax时根据本发明所控制的充电过程。
通过完成上述对t(100%)、Temp.(100%)和V(100%)的测量，可以汇集一组代表电压、温度、电流和充电时间标准值的标准参数。可用所有这些标准值确定用在所控制的充电过程中的特征充电参数，包括计算Vmax的另一种方法。
根据本发明的另一个实施例，可通过使用被第二分析充电过程跟着的第一分析充电过程对每一个电池或每一类电池确定将用在所控制的充电过程中的标准参数。由于电池可含有若干电池单元，也可为确定每个电池单元的标准参数而利用分析充电过程。
图16图示了第一分析充电过程。在该分析充电过程中，通过在相对长的时间周期内提供一个相对小的、几乎恒定的充电电流并测定电池温度和/或电池端电压来确定最大电池充电温度差△T。第一分析充电电流应是如此之小致使在充电过程的最初6小时基本检测不到电池电压的上升。然而，充电电流应足够大以确保充电约10小时后电池电压上升，该充电电流量最好应是0.1c/h左右，尽管在发生第一分析充电过程时不知道该电池容量的准确值。如果所选择的第一分析充电电流值没有满足上述关于电池电压的要求，则应挑选一个新的第一分析充电电流值，并可重新开始该分析充电的全过程。最好在进行任何分析充电过程前将电池完全放电。
如果已选出一个正确的第一分析充电电流值，则充电数小时后该电池将被充足电并且检测不到电池温度有进一步上升。于是通过比较所测出的电池温度的最低和最高值可确定最大充电温度差△T。还应指出的是当该电池已获得完全充电状态时检测不到电池电压有进一步增大。如果电池的每一单元备有温度传感器，可因此确定电池每一单元的最大充电温度差。
本发明的又一方面是提供一种确定将被充电的电池容量的真实值的方法。这也是在第一分析充电过程期间，通过在对预定的时间周期检测不到电池温度和/或电池电压有进一步上升的时候确定第一充电终止时间点t(容量)来完成的，所述预定时间周期至少包含两个对电池温度和/或电压的测量值。另外，可以在电池温度和/或电池电压的变化在预定的时间周期内已下降到预定水平以下的时间点来确定t(容量)。通过计算在第一分析充电过程中提供给电池的能量直到时间t(容量)，它等于该电池已被充足电的时间，可以确定该电池容量的真实值。
图17图示了第二充电过程。在该分析充电过程期间，通过给电池提供第二个几乎恒定的分析充电电流来确定最大电池端电压，第二分析电流等于基于在第一分析充电过程期间所确定的电池真实容量值的C速率。在第二分析充电过程中，测定端电压和电池温度并将最大端电压确定为在电池温度增量为最大电池充电温度差△T时测出的电池两端的电压，△T是在第一分析充电过程中确定的。如果该端电压是对电池的每一单元进行测定的，那么可用同样的方法或者在最大电池充电温度差，或者如果对每个单元单独测定温度，则在该单元的最大充电温度差处确定电池每一单元的最大端电压。
图18、19和20示出了当根据在第一和第二分析充电过程中获得的结果控制Ni Cd电池充电过程时的充电曲线。这样，在确定充电过程第一部分期间提供给电池的充电电流时可以应用在第一分析充电过程期间所确定的真实的电池容量值。在图18、19和20中，该充电电流分别等于C速率的2、3和4倍。在充电过程期间，测定电池端电压并当其达到在第二分析充电过程中所确定的最大电池端电压Vmax时，如此控制该充电过程致使该电压在剩余充电过程期间保持恒定。在达到Vmax的时间Tmax，可根据前面所讨论的确定剩余充电周期并在经过该剩余充电周期后终止该充电过程。
然而，剩余充电周期也可以根据Tmax值来确定，在一个最佳实施例中，通过将Tmax值与所存储的具有相应剩余充电时间周期的标准值相比较并挑选对应于该Tmax值的剩余充电周期来确定该剩余充电周期。
对电池进行充电时，可以测定电池温度和/或充电电流，当所测出的温度上升等于在第一分析充电过程中所确定的最大电池温度差时，可终止该充电过程。另外，当在剩余充电周期期间对一预定时间周期检测不到充电电流的进一步减小时可终止该充电过程。图21图示了在开始时用非常大的充电电流对镍金属氢化物电池充电的充电曲线。在这种情况下，很快就到达Vmax，控制该充电过程使电池端电压保持在Vmax不变，使充电电流下降，并且当检测不到充电电流有进一步下降时终止该充电过程。
如上所述，电池可含有若干个电池单元。这些单元是串联连接的并且使电池电压取决于电池内单元的个数。然而，电池内各电池单元的特性可能各不相同，为获得对电池的充、放电过程几乎完全的控制，在电池放电和/或充电期间能测试每个独立单元的电压和/或温度可能是方便的。这样，本发明的一个方面是提供一个至少有两个电池单元并有用于测量每个单元电压的装置的电池。该电池还可包含用于存储所测出单元电压的信息装置，在该电池的一个最佳实施例中，每个单元也装有一个温度传感器，所测出的温度存储在信息装置中。图22示出了一个根据本发明的电池20的最佳实施例的框图。图22中的电池20含有6个各带有温度传感器27-32的电池单元21-26和诸如EEPROM和/或微处理器的信息装置33，用于读出每个单元两端的电压和/或每个单元的温度。
由于电池的每个单元的特性可能是不同的，故在电池放电时就电池单元示出最大单元电压降控制该放电过程是极其重要的。这图示在图23和24中，这两图示出了在具有6个单元的Ni Cd电池以恒定电流放电时的每个电池单元的放电曲线。图23中所有的电池电压都被用来终止使至少其中一个单元能获得相对大的电压降并因此放电程度很高的电池的放电。结果，当该电池接连地被再充电时这个单元不能被充足电，该电池的容量可降低。这可用如图24所示的放电过程来避免，在这里如此控制该放电过程使当第一个单元电压曲线下降到预定电平时终止该电池的放电。该电平可在0.8-1V范围内。
类似地，在充电过程期间在同样时间达不到最大单元电压。这在图25中示出了Ni Cd电池充电期间每个单元的单元电压曲线。这里可看到其中一个单元在其它单元之前达到最大单元电压，在本发明的一个最佳实施例中，在其中一个单元电压首先达到其最大单元电压的时间点应确定该充电过程的剩余充电周期。
在图26、27和28中标出了根据本发明的电池系统的不同实施例的框图。图26示出的系统中电池40含有信息装置41诸如EEPROM，充电装置42含有诸如微处理器的控制装置43。然而，电池40的信息装置41，也可含有诸如图27所示的微处理器的控制装置。图28示出了一个实施例，其中充电控制装置包括在电池40的信息装置41内，在这种情况下，电池40只需与电源44相连，它受到电池信息装置41的控制。
应当明白上述第一和/或第二分析充电过程可用在根据本发明的电池，其中在该电池的信息装置内可确定和/或存储所测出的数据和参数。另一方面，可由计算机系统收集数据并将这些特征参数提供给具有用于存储这些参数的存储器的充电装置。
还应当明白上述的本发明方法不仅适用于象Ni Cd蓄电池之类的一种电池也应适用于其它类型的可再充电电池，诸如锂电池和镍金属氢化物电池。
权利要求
1.一种对具有一对电极端的可再充电电池进行充电的方法，所述方法包括将电源与该电池的电极端相连接，至少在该电池的部分充电过程期间测定至少一个该充电过程的特征参数的值和/或轨迹；将所述至少一个充电参数的值和/或轨迹与所存储的代表不同电池类型和/或不同电池条件的理想的或所希望的充电过程的标准参数的对应值和/或轨迹相比较，基于所述的比较选择一个所述所存储的标准参数组，以及基于一个或多个所选择的标准参数组控制该电池的至少部分充电过程。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于至少在部分充电过程期间控制第一特征参数以获得第二所述特征参数预定的所希望的轨迹。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于所述第一参数是充电电流，而所述第二参数是充电电压。
4.一种对具有一对电极端的可再充电电池进行充电的方法，所述方法包括将该电池电极端与电源相连接，通过在一段短的第一时间周期内将第一试验充电电流提供给该电池电极端，开始对该电池进行试验充电，至少在部分试验充电过程期间或在其末端测定或测量至少一个试验参数，接着在一段短的第二时间周期内对该电池进行试验放电，至少在部分试验放电过程期间或在其末端测定或测量至少一个试验放电参数，基于所述的对试验充电和/或放电过程的测定或测量，选择或确定至少一个充电参数的轨迹或值，接着基本按照所选择的所述至少一个充电参数的轨迹或值至少部分地对电池进行充电。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于通过将一个预定的试验充电电压施加到电池两端对电池进行试验充电，测定或测量电池的充电电流、放电电流和/或温度。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于所述试验充电电压是逐渐或阶跃上升的。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于所述试验充电和放电继续重复进行一次或多次。
8.根据权利要求4-7任一种的方法，其特征在于供给该电池的试验充电电流是相对小的。
9.根据权利要求4-8中的任一种方法，其特征在于在所述至少部分充电后再进一步对该电池进行充电，所述进一步充电包括至少在部分地对该电池充电过程期间测定至少一个该充电过程特征参数的值和/或轨迹，将所述至少一个充电参数的值和/或轨迹同所存储的代表不同类型电池和/或不同电池条件的理想的或所希望的充电过程的标准参数的相应值和/或轨迹进行比较，基于所述比较选择一组所述所存储的标准参数组，和基于所选择的一组或多组标准参数控制对该电池的至少部分充电过程。
10.根据权利要求1或9的方法，其特征在于所述的至少一个充电参数是选自包括电池两端的电势、供给电池的充电电流、电池的内部温度、这些参数中任一个的变化速率以及这些参数和/或变化速率的任一组合的组。
11.根据权利要求1、9或10中的任一方法，其特征在于通过控制施加于电池两端的电压控制充电过程。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于控制施加于电池的电压使供给电池的充电电流在充电过程的主要部分期间保持在基本上相同的最大值上。
13.根据权利要求10-12中的任一方法，其特征在于在开始充电过程前对该电池短暂地施加电压以便可测量充电参数，这些测量结果确定了是否要开始该充电过程。
14.根据权利要求11-13中任一方法，其特征在于控制施加于该电池的电压以使充电电流在充电过程的第一周期中保持在较低的电平以下，而在充电过程的以后周期期间将上升到较高的电平。
15.根据权利要求1和9-14中任一方法，其特征在于当所述至少一个特征参数的值满足某个或多个预定条件时根据所述比较确定剩余充电时间周期，当所述剩余时间周期期满时终止该充电过程。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于当特征参数已获得预定值时确定剩余时间周期。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于当施加于电池两端的电压已达到预定的最大值时确定剩余时间周期。
18.根据权利要求1和9-17中任一方法，其特征在于在充电期间以短的时间间隔实时测量所述至少一个充电参数的值，将所测出的参数值与相应的标准值相比较，根据该测出值与标准值的比较选择有关的标准参数组。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于将作为所经历的充电时间函数的参数值的变化速率与类似的标准值相比较。
20.根据权利要求18或19的方法，其特征在于以均匀的第一时间间隔测量参数值并确定该参数值的变化速率，对每个变化速率的确定是基于以第二时间间隔测出的参数值，这第二时间间隔是第一时间间隔的倍数。
21.根据权利要求1和9-20中的任一方法，其特征在于通过脉宽调制一个恒压源来控制供给电池的充电电流。
22.根据权利要求10-21中的任一方法，其特征在于当所测出的特征参数值超过一预定值时开始确定所述的变化速率。
23.根据权利要求1和9-22中的任一方法，其特征在于每个参数值是在一定时间周期内多个测量值的平均值。
24.根据权利要求1和9-23中的任一方法，其特征在于将充电周期限制为一预定最大周期。
25.根据权利要求1和9-24中的任一方法，其特征在于如果所测出的参数值之一超出了相应参数的预定值终止充电过程。
26.根据权利要求1和9-25中的任一方法，其特征在于如果和当所测定的所述至少一个值或轨迹与任一相应的所存储的标准参数值或轨迹相差太大时中断该充电过程。
27.根据权利要求1和9-26中的任一方法，其特征在于在充电过程终止后通过以脉冲电流供给电池电极端而维持电池的充电状态。
28.根据权利要求1和9-27中的任一方法，其特征在于在电池进行真正充电过程前须经初始试验，所述试验包括通过在一段短的第一时间周期内将第一试验充电电流供给电池电极端对该电池进行试验充电，至少在部分试验充电过程期间或其末端测定或测量至少一个试验充电参数，接着在一段短的第二时间周期内对电池进行试验放电，以及至少在部分试验放电过程期间或其末端测定或测量至少一个试验放电参数，至少实际充电过程的第一部分受到基于在试验充电和/或试验放电过程期间进行的测定或测量的控制。
29.根据权利要求28的方法，其特征在于通过给电池两端施加预定的试验充电电压对电池进行试验充电，测定或测量充电电流、放电电流和/或电池的温度。
30.根据权利要求29的方法，其特征在于试验充电电压是逐渐或阶跃升高的。
31.根据权利要求29或30的方法，其特征在于将试验充电或放电过程重复一次或多次。
32.一种对可充电电池进行充电的装置，所述装置包括用于将电池与电源相连的连接装置;用于至少在电池的部分充电过程期间测定至少一个充电过程特征参数的值和/或轨迹的装置;用于储存多个代表不同类型电池和/或不同电池条件的理想的或所希望的充电过程的标准参数值和/或轨迹的存储装置，用于将所述至少一个充电参数值和/或轨迹同所储存的标准参数的值和/或轨迹相比较并根据所述的比较选择一组所述的被存储标准参数组的装置，以及用于根据所选择组中一个或多个标准参数来控制电池的至少部分充电过程的装置。
33.一种对可再充电电池进行充电的装置，该装置包括用于将电池与电源相连的连接装置，用于通过在一段短的第一时间周期内给电池电极端供以第一试验充电电流而开始对电池进行试验充电的装置，用于至少在试验充电过程的部分期间或在其末端测定或测量至少一个试验充电参数的装置，用于在一段短的第二时间周期内对电池进行试验放电的装置，用于至少在部分试验放电过程期间或在其末端测定或测量至少一个试验放电参数的装置，用于根据在试验充电和/或放电过程的所述测定或测量，选择或确定至少一个充电参数的轨迹的装置，以及、用于基本上根据所选择的所述至少一个充电参数的轨迹至少部分地控制电池充电过程的装置。
34.根据权利要求33的装置，其特征在于用于对电池进行试验充电的装置适合于给电池两端施加一个预定的试验充电电压，测定装置适合于测定或测量电池的充电电流，放电电流和/或温度。
35.根据权利要求34的装置，其特征在于所述试验充电装置适合于逐渐地或阶跃地增大试验充电电压。
36.一种电池系统，它包含一个有一对电池电极端的可再充电电池和用于容纳有关电池信息的信息装置，以及一个有一对充电器端子的充电装置，用于可分开地将电池与充电装置相互连接使电池电极端与充电器端子处于导电接触的装置，和用于接收来自电池的信息装置的信息从而可根据所述信息控制电池充电的信息接收装置。
37.根据权利要求36的电池系统，还包含用于根据由信息接收装置接收的信息控制充电过程的控制装置。
38.一种用于根据权利要求36或37的电池系统中的可再充电电池，所述电池包括一对电池电极端和用于以可被相应电池充电装置的合适的信息接收装置检测或读出的形式容纳电池信息的信息装置。
39.根据权利要求38的电池，其特征在于该信息装置包含用于储存电池信息的电子存储器。
40.根据权利要求38或39的电池，其特征在于所述电池信息包括关于电池的类型、电池的容量、电池的其它规格、电池的充电状态，不同电池单元的条件、最后充电过程、最后放电过程、从最后充电和/或放电过程以来所经历的时间周期、充电参数算法和/或电池的内压等信息。
41.根据权利要求39或40的电池，还包含用于控制充电过程的控制装置。
42.根据权利要求41的电池，其特征在于该控制装置适合于响应从信息装置接收到的信息控制电池的独立单元的充电。
43.根据权利要求39-42中的任一电池，还包含用于显示来自存储器的信息的电子显示器。
44.一种确定具有容量C的可再充电电池的充电过程的方法，所述方法包括通过在一定时间周期内给电池供以相对小的充电电流对电池进行试验充电，确定至少一个充电参数的最大值，所述充电参数包括电池和/或其单元的温度、内压和充电或端电压，以及控制随后的充电过程以避免超过最大值或超过所确定的值。
45.根据权利要求44的方法，其特征在于电池和/或其单元温度的最大值是在试验充电期间所述一定时间周期内最大和最小温度之差。
46.根据权利要求44或45的方法，其特征在于供给电池的试验充电电流是0.1-0.3c/h，最好是0.2-0.25c/h，c/h是C速率。
47.根据权利要求44或45的方法，其特征在于供给电池的试验充电电流是0.75-1.5c/h，最好是约1c/h，c/h是C速率。
48.根据权利要求47的方法，其特征在于把充电或端电压的最大值确定为在将试验充电电流已供给电池一定时间周期时所获得的最大电压。
49.根据权利要求44-48中的任一方法，其特征在于至少部分地以慢速对电池进行充电，接着在所述试验充电和确定所述至少一个最大参数的最大值之前至少放电一次。
50.根据权利要求44-46中的任一方法，其特征在于将相对小的试验充电电流供给电池一段长的时间周期以获得诸如电池或单元温度的至少一个所述充电参数的上升并且检测不到基本参数的进一步变化。
51.根据权利要求50的方法，其特征在于在预定的时间周期内检测不到参数值的进一步上升时确定第一充电终止时间点。
52.根据权利要求51的方法，其特征在于电池的容量值是通过计算或测量在试验充电期间供给电池的直到第一充电终止时间点为止的总的第一充电能量来确定的。
53.根据权利要求52的方法，其特征在于被确定最大值的充电参数包括电池或其单元的充电和/或端电压，所述试验充电包括第二试验充电过程，在此过程中是用基本等于取决于所确定或测量的容量值的C速率的第二试验充电电流对该电池进行充电的。
54.根据权利要求53的方法，其特征在于最大电压被确定为在电池或单元温度已增长了所述在试验充电期间所确定的最大和最小温度之差时的时间点所测出的电池或单元两端的电压。
55.根据权利要求44-54中的任一方法，其特征在于电池在开始试验充电之前被充分放电。
56.根据权利要求53-55中的任一方法，其特征在于在部分所述的随后充电过程期间用基本恒定的充电电流对电池进行充电，所述基本恒定充电电流是基于所确定或测出的容量值的C速率的若干倍，测定电池或其单元端电压，以及当在时间Tmax已达到电池或其单元的最大端电压时，控制充电过程使在充电过程的剩余周期中电池或其单元电压保持基本恒定。
57.根据权利要求56的方法，其特征在于所述电池至少有两个单元，测定电池每个单元的电压，并基于具有首先达到最大单元端电压的电压的单元电压，控制充电过程的剩余周期。
58.根据权利要求56或57的方法，其特征在于通过测定充电电流确定剩余充电周期的终止时间点，并且在预定时间周期中检测不到充电电流的进一步下降时终止充电过程。
59.根据权利要求56或57的方法，其特征在于时间Tstop终止随后的充电过程，一般在到达最大电池或单元端电压的时间Tmax确定剩余充电周期(Tstop-Tmax)。
60.根据权利要求56，57或59的任一方法，其特征在于基于电池或单元端电压轨迹与所存储的标准电压轨迹的比较来确定剩余充电时间周期。
61.根据权利要求59或60的方法，其特征在于根据Tmax值确定剩余充电时间周期。
62.根据权利要求59-61中的任一方法，其特征在于基于将到达最大电压的时间Tmax同所存储的标准时间值和相应的剩余充电时间周期相比较而确定终止时间点Tstop和剩余充电时间周期。
63.根据权利要求56-62中的任一方法，其特征在于如果最大和最小电池或单元温度之差值超过在试验充电期间所确定的最大值便终止随后的充电过程。
64.根据权利要求36的电池系统，其特征在于信息装置包含用于检测电池温度的温度传感器。
65.根据权利要求36的电池系统，其特征在于当由温度传感器检测的温度是低温时开始增大充电电流和/或充电电压。
66.根据权利要求38-43中的任一可再充电电池，还包含至少两个电池单元，用于测量每个电池单元电压的装置，和用于将所测出的单元电压储存在信息装置中的装置。
67.根据权利要求66的电池，其特征在于信息装置还包含一个微处理器。
68.根据权利要求38-43和66-67中的任一电池，其特征在于信息装置包含用于检测电池温度的温度传感器。
69.一种控制至少有两个单元的可再充电电池放电过程的方法，所述方法包括测定电池每个单元的电压和当至少一个单元的电压下降到预定的阈值电压时中断该放电过程。
全文摘要
可再充电电池的充电方法和装置。为避免过充电和电池单元内温度过高，在至少部分充电过程中测定至少一个充电参数的轨迹。将测得的充电参数与代表其有不同起始状态的电池的理想充电过程的标准参数轨迹进行比较。为确定电池的起始状态和选择标准参数轨迹，可开始对电池进行短时间试验充电，和短时间试验放电。借助于微处理器进行比较，它也可先择标准轨迹，然后控制电池充电过程使所述充电参数轨迹接近选择的标准轨迹。
文档编号H02JGK1099192SQ94102059
公开日1995年2月22日 申请日期1994年2月26日 优先权日1992年8月14日
发明者J·雷佩尔, E·吉尔-汉森 申请人:沙特克实验室有限公司