专利名称：压差控制的电池充电方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池充电的方法和装置，特别涉及一种压差控制的电池充电方法和装置。
现有的电池充电方法主要有定电压法、定电流法和快速充电法。以上这些方法在例如《电池手册》(日·吉泽四郎著)和《蓄电池快速充电技术》(85年人民邮电出版社出版)中已有介绍。定电压法是充电电池所达到的最大电压受到限制的充电方法，当电池端电压上升到设定的最大值时，就认为电池已充足电。定电流法是用定电流对定电池进行充电的方法，该方法通常给出充电持续时间，从而控制其充电过程。快速充电法是用大电流脉冲对电池进行充电的方法，该方法在脉冲间隙有放电去极化过程，通过对电池的最大限定电压(或充电量、电池温升值、出气率等)的测量，将充电量和放电量进行比较，从而控制电池的充电过程。以上充电方法由于每一个电池都取同一控制参数，不符合每一个电池的实际情况，因而势必有一些电池没充足电，而另外一些电池又过充电，后者既费时又影响电池的寿命，总之，上述现有技术由于缺少一种准确反映充电情况的控制参数，因而无法使电池正好充足电。
本发明的目的是提供一种精确控制充电过程使电池能充足电又不过充的高效、经济的充电方法和装置。
在电池充电过程中，开始电池的端电压会逐渐升高，当电池接近于充足电或者由于充电电流过大电池不能再接受时，电池的端电压将进入一个起伏变化阶段，端电压从最大值降落的出现实际是电池已充足电的标志，根据该降落的差值(压差)的大小控制电池的充电进程，能使电池既充足电而又不过充电。
本发明是通过下述方法和装置实现的。
一种利用压差控制充电电源对电池进行充电的方法，它包括下列步骤1)设定需要的压差值△V;
2)确定充电过程中电池端电压Vi达到过的最大值Vm并加以储存;
3)判断Vm-Vi是否大于或等于△V;以及4)当Vm-Vi≥△V时，停止对电池充电。
实现上述方法的装置包括对电池充电的电源以及1)设定需要的压差值△V的单元;
2)确定充电过程中电池端电压Vi的最大值Vm并加以储存的单元;
3)判断Vm-Vi是否大于或等于△V的单元;
4)当Vm-Vi≥△V时，停止对电池充电的控制单元。
本发明所述的方法和装置，由于提供了一个反映电池充电情况的准确参数一电池的端电压在最大值处降落差值，因而使得电池既充足而又不过充，极大地保护了电池，延长了电池的使用寿命且节约了充电时间。上述方法适用于电池的初充电、放完电后再充电以及中间补充电，给使用者带来了极大的方便。
图1是本发明的原理方框图。
图2是本发明的第一实施例的原理电路图。
图3是本发明的第一实施例中产生脉冲W0、W1、W2、W3以及W4的装置图。
图4是脉冲W0、W1、W2、W3以及W4的波形图。
图5是本发明的第二实施例的充电电源部分电路图。
图6是本发明的第二实施例的控制部分的原理电路图。
图7(a)是第二实施例的微型计算机在一组电池充电时的控制程序方框图。
图7(b)是第二实施例的微型计算机在六组电池充电时的控制程序方框图。
图8是本发明的第三实施例的原理电路图。
下面结合附图对本发明的三个实施例作详细说明。
图1是本发明的原理方框图。如图所示，控制单元控制充电电源对电池的充电。充电时的端电压Vi输入到判断单元和确定单元中，确定单元用来确定电池充电过程中的端电压Vi达到的最大值Vm并加以储存，上述最大值也输入到判断单元中，设定单元设定所需的压差值△V并将它输入到判断单元中，判断单元对Vm-Vi和△V的大小进行判别，当Vm-Vi≥△V时，则发出控制信号给控制单元，停止对电池充电。
图2是本发明的第一实施例的原理电路图，该实施例采用数字电路装置。如图2所示，1是控制单元，4是确定单元，6是判断单元，9是设定单元。电源Ei经变压器16变换再经可控硅19整流和RC滤波后变成充电电源对电池Ec进行充电。控制单元1包括可控硅19、第一触发器35和驱动器36，上述可控硅19接收驱动器36的输出信号对充电过程进行控制，而驱动器36可接收来自第一触发器35的脉冲信号。电压/频率转换器10用来对电池Ec的端电压Vi的信号进行变换，以便确定单元4和设定单元进行数据处理。与门18控制来自上述转换器信号的输出。电压/频率(V/F)转换器10可采用例如LM331的集成块。确定单元4包括12位二进制加法计数器(第一计数器)11、12位寄存器13、12位二进制量值比较器14和第二触发器37。第一计数器11由三块例如4520集成块的双4位二进制加法计数器20、21、22构成。寄存器13由三块例如CD4174集成块的D型触发器26、27、28构成，比较器14由三块例如CC14585的集成块29、30、31构成。第二触发器37可采用例如1/2 4013的集成块。判断单元6由三块例如CC14585的集成块32、33、34构成，它实际上也是一量值比较器。设定单元包括二只4档1×2开关部件38、39、电压源V+、地源VG、以及12位二进制可预置数二进制加法计数器(第二计数器)12，由开关部件38、39设定的代表所需压差值△V(较佳范围1mV-50mV)的二进制数字信号输入到第二计数器中，于是第二计数器12输出Vi+△V的值到上述判断单元6中。上述第二计数器由三块例如CC4516的集成块23、24、25构成。图1中的控制脉冲W0、W1、W2、W3、W4将在以后描述。
图3是产生上述控制脉冲W0、W1、W2、W3、W4的装置图。如图所示40是例如芯片ZCOO2的信号发生器，41是与门。从与门41的输出端产生的脉冲信号是W0(波形见图4)，42、43、44、45是例如CD4098集成块的触发器。触发器42利用W0的下降沿触发产生脉冲信号W1(见图4)，触发器43利用W1的上升沿触发产生脉冲信号W2(见图4)，触发器44利用W2的上升沿触发产生脉冲信号W3(见图4)，触发器45利用W3的下降沿触发产生脉冲信号W4(见图4)。
图4是脉冲信号W0、W1、W2、W3、W4的波形图。W0是正脉冲，脉冲宽度t0＝992.2ms，周期T0＝1S。在上述脉冲宽度的时间内，与门18对电压/频率(V/F)转换器10输出的代表电池EC端电压的信号进行采样，以便第一计数器11和第二计数器12进行处理。W1是负脉冲，脉冲宽度t1＝0.2ms，周期T1＝1S，该脉冲可使第二触发器37产生使确定单元4中的寄存器13内容“翻新”的信号。W2是正脉冲，脉冲宽度t2＝0.2ms，周期t2＝1S，该脉冲可使第一触发器35产生使驱动器启动的信号。W3是正脉冲，脉冲宽度t3＝0.2ms，周期T3＝1S，该脉冲用来对第一计数器11和第二计数器12进行“清零”。W4是负脉冲，脉冲宽度t4＝0.2ms，周期T4＝1S，该脉冲可使设定单元9设定的压差值△V输入到判断单元6中。
参照图2、图3、图4，第一实施例的工作原理如下首先第一计数器11、第二计数器12、寄存器13、量值比较器14和判断单元6中的量值比较器人工“清零”，脉冲信号W2启动驱动器36，于是可控硅19接通，电池EC开始充电。在W0脉冲到来时，与门18打开，从电压/频率转换器10过来的代表电池端电压的信号分别输入到第一计数器11和第二计数器12中。在确定单元4中，寄存器13接收第一计数器11的输出值，并对W0脉冲宽度的时间内的上述输出值的最大值进行寄存。在任一时刻ti，若寄存器寄存的最大值为Vmax，量值比较器14将该时刻的电压值Vi与上述最大值Vmax进行比较，如Vi＞Vmax，则在W1脉冲到来时，第二触发器37发出信号，寄出器内容“翻新”，新的最大值存储进去，重复上述步骤直到Vi≤Vmax为止，即电池的端电压不再增大，充电过程中的最大值Vm确定并储存在寄存器13中。同时在设定单元9中，开关38、39设定的压差值△V在W4脉冲到来时输入到第二比较器14中，第二计数器12的输出值Vi+△V输入到判断单元6中，判断单元6接收来自确定单元的最大值Vm，并将它与上述输出值Vi+△V进行比较，如Vm＜Vi+△V，则等待下一个W0脉冲到来再重复上述过程，直到Vm≥Vi+△V为止，此时判断单元6根据上述判断结果发出控制信号并与W2脉冲信号一起使第一触发器35启动驱动器36，于是可控硅19接通，电池充电结束，也就是说，此时充电电池的端电压Vi从最大值Vm下降了设定的压差值△V，电池实际上已充足电而又不过充。
参见图5、图6、图7，对本发明的第二实施例作详细说明。
图5是第二实施例的充电电源部分的示意图，该实施例所述装置可对多路电池例如6路电池进行充电并对充电过程进行控制，也可以只对1组电池进行充电和控制。如图所示，电源Ei经变压器X1…X6变换再经二极管D1…D6整流后分别对电池EC1…EC6充电。开关组J1…J6分别控制着每一路电池的充电。每一开关组有四个继电器开关，例如J1有四个继电器开关J11、J12、J13、J14，它们给充电电池的充电电流按一定规律依次下降，例如成等比级数下降，若J11的充电电流为8I，则J12、J13、J14的充电电流分别为4I、2I、I。电池的端电压信号V1…V6分别输入到该实施例的控制部分。
图6是第二实施例的控制部分的原理电路图。如图所示，57是控制单元，微型计算机58包括一确定单元、一设定单元和一判断单元。8路变换开关71采用例如CC4501的集成块，地址寄存器72采用例如CC14508集成块，74是一非门。4路变换开关75可采用例如CC4066的集成块。积分放大器76可采用例如LF351的集成块，电压比较器77可采用例如LM311的集成块。微型计算机58可采用例如MCS-51的单片机。控制单元57包括六个控制部件65……70，每一个控制部件包括一移位寄存器、一驱动器和一开关组。例如，控制部件65含有移位寄存器81、驱动器91和开关组J1。
8路变换开关71的“2-7”端接收电池的端电压信号V1…V6，市电交流电压的采样电压VN输入到上述变换开关71的“1”端，该变换开关的“O”端与地相连，以便测量漂移电压VP。8路变换开关71根据来自地址寄存器72和非门74的信号有选择地把接收到的电池端电压信号、市电电压VN、漂移电压VP输入到4路变换开关75的a端，同时来自电源E0的电压信号V0和地源信号VG分别输入到上述4路变换开关的b端和c端。4路变换开关75根据来自单片机58的P3.0、P3.1和P3.2端的信号有选择地将a端、b端、c端接收到的信号输入到积分放大器76中，从积分放大器76输出的信号经电压比较器77输入到单片机58的P3.3端。单片机58对上述接收到的信号进行处理并发出控制信号给控制单元57，从而对各路电池的充电过程进行控制。单片机58的P0.0端、P0.1端以及P0.2端输出的低3位信号和“ALE”端输出的地址锁定信号输入到地址寄存器72中。单片机58的P2.7端还产生选通信号通过一非门74输入到8路变换开关71中。
控制单元57的控制部件65…70的移位寄存器81…86分别接收单片机58的P1.0…P1.5端输出的信号。上述移位寄存器同时接收单片机58的P1.7端输入的脉冲信号，于是上述移位寄存器通过相应的驱动器有选择地接通四个继电器开关J1i、J2i、J3i、J4i(i可从1到6)，从而对选定的某一路电池实施正常充电或快速充电。
图7(a)是第二实施例在只有一组电池EC1(例如在第2路)进行充电时单片机58的控制程序方框图，它包括以下步骤步骤102单片机58初始化，设定移位次数4并置于存储器中，同时还设定所需的压差值△V，该压差值的较佳范围是1mV-50mV;
步骤103单片机输出控制信号给控制单元57，于是电池EC1的充电开关接通，电池开始充电;
步骤104启动“O”路A/D，将漂移电压VP储存在存储器中;
步骤105启动“1”路A/D，判别市电交流电压VN是否变化;
步骤106对VN进行判别;
步骤107如VN下降，则置出表示电压下降的信号“VN↓”，并加以储存;
步骤108储存VN;
步骤109确定充电过程中电池端电压Vi所达到的最大值Vm并加以储存;
步骤110判断单元对Vm-Vi是否大于或等于△V进行判别，如Vm-Vi≤△V，则回到步骤104，直到Vm-Vi≥△V为止。
步骤111如Vm-Vi≥△V，这时判断移位寄存器移位了几次，如不足4次，则减少充电电流直到移位了4次并满足Vm-Vi≥△V，于是发出结束充电的信号。
图7(b)是第二实施例在对6路电池充电时单片机58的控制程序方框图，它包括下列步骤步骤116单片机58初始化，设定移位次数4并置于存储器中，同时还设定所需的压差值△V，该压差值的较佳范围是1mV-50mV;
步骤117单片机58分别输出控制信号给控制单元57的六个移位寄存器以便接通2-7路电池的充电开关。
步骤118检查2-7路的A/D输出并发出控制信号，以使切断无电池路的充电开关，即相应的移位寄存器连续发出四个脉冲;
步骤119设定循环数6，并置于存储器中;
步骤120启动“O”路A/D，将漂移电压VP存储在存储器中;
步骤121启动“1”路A/D，判别市电交流电压VN是否变化;
步骤122对VN是否下降进行判别;
步骤123如VN下降，则置出表示其下降的信号“VN↓”并加以储存;
步骤124储存VN;
步骤125分别确定每一路电池端电压Vi充电过程中所达到的最大值并加以储存;
步骤126根据地码信号对选定的某一路的充电电池的最大值Vm与它任一时刻的端电压Vi之差即Vm-Vi的大小进行判断。如Vm-Vi＜V，则回到步骤119，直到Vm-Vi≥△V为止，如Vm-Vi≥△V，再判断移位寄存器移位了几次，如不足4次，则逐渐减少充电电流档，直到达到4次后且Vm-Vi≥△V，则发出控制信号，结束该充电电池的充电。
步骤127判断6组电池是否全部充电结束，如没有，则回到步骤119，直到每一组电池都充电结束。
步骤128结束充电过程。
图8是本发明的第三实施例的原理电路图。如图所示，133是控制单元，它包括电阻R1、电阻R2、发光二极管D1、晶体管开关T1、T2。设定单元135由电阻R5和稳流二极管D3构成。确定单元136由运算放大器A1、二极管D4和电容C3构成。判断单元137包括电压比较器A2。电阻R4和电容C1用来对电池的端电压Vi滤波，以便判断单元137比较。电阻R7是限流电阻。
设定单元135的稳流二极管D3使电阻R5产生一定的压降(较佳范围为1mV-50mV)，这就是所需设定的压差值△V。确定单元136包括一含有电容C3的积分电路，它可确定电池EC充电时的端电压Vi所达到的最大值Vm的代表值并加以储存。确定单元136输出值V'm是Vm-△V，上述值输入到判断单元137的比较器A2的“-”端，同时电池的端电压信号Vi输入到上述比较器的“+”端。
电源Ei经变压器150变换再经二极管D5整流后输入到控制单元133，然后对电池EC进行充电。充电开始阶段，端电压不断上升，通过设置电阻R5的值可使电池两端的端电压Vi大于Vm-△V，此时断单元137输出高电平，晶体管开关T2导通，同时T1也导通，充电过程继续进行，在某一时刻，Vi≤Vm-△V，判断单元137中的电压比较器A2反转并输出一低电平，T2截止，T1也截止，充电过程结束。
本发明不仅仅包括上述三个实施例，每个实施例中的单元或部件稍作改动也同样达到本发明的目的，但只要反映本发明的实质内容-压差值，当然包括在所附的权项之中。
权利要求
1.一种压差控制的电池充电方法，它通过一充电电源对电池进行充电，其特征在于包括以下步骤1)设定需要的压差值△V；2)确定充电池过程中电池端电压Vi达到过的最大值Vm并加以储存；3)判断Vm-Vi是否大于或等于△V；以及4)当Vm-Vi≥△V时，停止对电池充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述压差值△V的较佳范围是1mV-50mV。
3.一种压差控制的电池充电装置，它包括一充电电源，其特征在于还包括1)设定需要的压差值△V的单元;2)确定充电过程中电池端电压Vi达到过的最大值Vm并加以储存的单元;3)判断Vm-Vi是否大于或等于△V的单元;4)当Vm-Vi≥△V时，停止对电池充电的控制单元。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述控制单元包括一组控制部件，每一控制部件含有一移位寄存器、驱动器和一开关组，上述开关组含有一系列继电器开关，上述移位寄存器控制着该开关组，每一继电器开关控制一种充电电流。
全文摘要
本发明提供了一种压差控制的电池充电方法和装置，它通过一充电电源对电池进行充电，并设定需要的压差值ΔV，确定充电过程中电池端电压V
文档编号H02J7/04GK1064769SQ91101639
公开日1992年9月23日 申请日期1991年3月14日 优先权日1991年3月14日
发明者裘维敖, 章汝槐, 裘维高 申请人:裘维敖, 章汝槐, 裘维高