专利名称：用于防满充电电池再充电的充电装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及以给定电压电平对可再充电电池(以下简称为“电池”)充电的充电装置，更具体地，涉及用于防止满充电电池再充电的充电装置及控制方法。
通常，可再充电电池一般被认为是其充电电压被放电到一定程度的情况下使用充电器(或充电装置)能被再充电的电池。目前，电池在有关领域中具有广泛的应用，尤其是，在小型化应用系统中。为了使用上述系统，使用者应准确地识别电池的充电值及其放电状态。这种系统的一个例子是无绳通信系统。
尤其是，用于无绳通信的无绳通信系统中，其中所设电池应被充电，以使得使用者总能够具有足够的通信时间。惯常，电池使用附加的电池充电器来被充电。例如，在便携式装置如无绳电话中的电池通过其基座装置的电压来充电。同样，当车辆中安装的便携式电话使用车设附件充电时，便携式电话的电池根据车辆的起动进行充电。因此必须要用充电器(如充电系统及充电装置)来对移动通信的便携式电话系统中的电池充电。充电器可被用在两种系统中，即具有充电率为1/4C(这里C指库仑)的标准充电系统，及具有充电率为1C的快速充电系统。
当在充电系统例如快速充电系统中进行充电时，如果电池被提供超过1C的电流，通常电池在1小时后达到满充电状态。当使用者将短时间或长时间间隔后未使用过的满充电电池插入到快速充电系统中时，快速充电系统识别出电池的插入并开始对电池充电。其结果是，产生了一个问题通过执行不必要的充电产生出负增量电压-Δv，或造成电池过充电使其升高到某一温度。此外，甚至当安装在便携式电话机中的电池用汽车附件充电时，将产生根据车的启动出现的满充电电池的频繁充电。
换句话说，当未经任何使用的满充电电池再被插到充电器中时，由于在一般时间上执行了快速充电操作在电池中产生出热量，由于频繁的充电增加了存储效应，由此减少了电池的寿命。尤其是，困为镍镉(NI-CD)电池总会产生出负增量电压-Δv甚至当执行快速充电操作时也如此，需在电池过充电并瞬时操作一个切断电路。但是，固为镍氢(NI-H)电池在任何温度下，即低温度、正常温度及高温度下不产生负增量电压-Δv，故直到电池温度达到能操作切断电路的任温度Δt时，其过充电才能被切断。因此，当没有经任何使用的满充电电池在短时间或长时间间隔后再被插入到快速充电系统中的情况下，由于快速充电操作可产生出电池的过充电现象，这会引起过热现象及使存储效应进一步增加。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于检验电池充电电平，用预设满充电电平电压和检验的充电电平相比较，及用比较结量控制电池电压的充电装置及控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种用于自动识别插入到充电器中的电池充电电平状态的充电装置及控制方法。
本发明的又一目的是提供一种充电装置及控制方法，用于消除电池的过充电及过热现象并减少由于频繁充电产生的存储效应。
本发明另一目的是提供一种充电装置及控制方法，用于检验电池充电电平，根据检验的充电电平控制充电电压源，消除电池的过充电及过热现象，并减少由于频繁充电产生的存储效应。
这些及另外的目的可以根据本发明的原理用一种电池充电装置来达到，该装置包括用于输出给定电平的恒定电压的恒定功率装置；插有电池的电池组件；及用于响应开关控制信号通过电池组件向电池提供由恒定功率装置输出的恒定电压的开关；电池电压检测装置，用于以给定时间周期检测电池电压；第一比较装置，用于将测量电池电压值与预定满充电阈值电压相比较，并当测量电池电压值大于预定满充电阈值电压时设置暂时满充电状态；第二比较装置，用于响应第一比较装置的暂时满充电状态的设置，在每个恒定时间周期上将电池电压检测装置的输出与预定满充电阈值电压相比较，并在测量电池电压大于预定满充电阈值电压时设置完全满充电电池识别标记；及控制装置，用于响应第二比较装置的完全满充电电池识别标记的设置，切断电池的充电。
该电池电压检测装置，第一及第二比较装置及控制装置作为充电装置的构成部分，可以方便地用一个单片型微处理机来构成。关于用单片微处理机构成的上述装置将在以下的说明中阐明。
参照以下结合附图的详细说明将会更加完整地理解本发明并且它的许多附属优点将更易于明白以变得更有利于理解，图中相同的标号表示相同的或相似的部件， 附图为
图1是根据本发明充电装置的硬件的框图；图2是根据本发明电池充电控制程序的流程图；图3是根据本发明第一中断控制程序的流程图；及图4是根据本发明第二中断控制程序的流程图。
在以下的说明中，将参照图1至4详细地说明根据本发明优选实施例的充电装置的操作。
图1是表示根据本发明充电装置的硬件的方框电路图，它包括在其中具有电池的电池组件39；用于控制整个充电系统的中央处理单元31(以下称为CPU)；一个只读存储器32(以下称为ROM)，在其中存有程序；一个随机存取存储器33(以下称为RAM)，在其中由CPU31控制写入/读出操作数据；输入/输出端口35；一个模/数转换器34(以下称为ADC)，用于将输入摸拟量信号转化为数字量信号；一个连接器38，用于使ADC34与电池组件39相连接；恒功率单元40，用于输出预定电平的恒定电压；一个开关37，它连接在恒功率单元40及连接器38之间，用以响应由输入/输出端口35提供的控制信号对电池组件39供给恒定电压。
图1中结构除去连接器37，电池组件39，及恒功率单元40外，可以用一个通用单片微处理机，例如具有ADC功能的微处理机来构成。
图2是表示根据本发明的用于防止电池再充电操作的控制程序的流程图，该程序被存在图1的ROM32中。
图3是表示根据本发明的第一中断控制程序的流程图，它也被存在图1的ROM32中。在此情况下，图3中的程序是每100msec由CPU31的定时器操作执行的一个程序，它用于读图1中所示的ADC34的输出数据，及检测插装在电池组件39中电池的当前电压值。
图4是表示根据本发明的第二中断控制程序的流程图，该程序被编程在图1的ROM32中。图4中所示的中断操作是由CPU31以每一分钟的周期执行的。
根据本发明的充电系统由CPU31操作，它执行如图2至4所示的控制程序，它通过将其中具有电池的电池组件39插入连接器38启动操作。这就是，CPU31每100msec读ADC34的输出并检测电池电压。并且，根据确定满充电状态的满充电控制程序，CPU31检验电池电压是否被充够。当检验出电池电压被充满时，CPU“关断”开关37并切断电池的充电。相反地，当检验出电池电压未被充满时，CPU31“开通”开关37并用快速充电系统开始对电池充电。这里，当电池充电时，如果出现负增量电压-Δv或如果充电时间已结束，CPU31将切断电池的充电并结束它的充电。
如前所述，以下将参照图1至4的充电系统的控制程序具体地描述根据本发明的充电装置的操作。
现在，当使用者将电池组件39插入到如图1所示结构的充电系统中心连接器38中时，电池组件39的电池电压通过连接器38被输入到ADC34。ADC34将输入的摸拟量电池电压转换成数字量信息并将其输出。在此情况下，当图1的充电系统开始操作时，CPU31在图2的步骤50上读ADC34的输出，以检验电池是否已被插入。在这里，判断电池的插入是通过确定是否存在相应于来自ADC34的电池输出电压的输出数据来操作的。
在图2的步骤50上，如果检验出不是有ADC34的输出，CPU31识别出电池未插入(即，在其中是有电池的电池组件39未被插入到连接器38中)，并在步骤65至67上，清除电池插入标记，暂时满充电电池识别标记及完全满充电识别标记，这些相应的标记被设置在RAM33中。并且，CPU31将“关断”开关控制信号输出到输入/输出端口35上，及在图2的步骤68上切断电池的充电。该“关断”开关控制信号被输入到连接在连接器38及恒功率单无40之间的开关37的控制端上，通过由输入/输出端口35输出的控制信号使恒功率单元40及开关37被作“开/关”式操作。例如，在信号的逻辑“高”电平输入到控制端的情况下开关37被“导通”而在信号的逻辑“低”电平输入到控制端的情况下该开关被“关断”。
如果在图2的步骤50上检验出电池已被插入时，CPU31将在图2的步骤51上检验是否已在RAM33中设置了电池插入标记。在此时，如果检验出在RAM33中的电池插入标记已被清除，则CPU31在图2的步骤52上设置电池插入标记并显示电池的插入。接着CPU31在图2的步骤53上(等待或)延迟大约400msec。CPU31为什么要(等待或)延迟约400msec的原因是为了读ADC34的输出，这是由图3的中断控制程序自动地识别的。
在上述的操作状态中，CPU31通过给定周期读由ADC34输出的电池电压数据及将读出的电池电压数据存储到RAM33中，这是由图3中所示的中断控制程序执行的。每当定时器计数100msec，CPU31就转移到图3的中断程序上并执行该中断控制程序。当在执行图3的中断程序时，在图3的步骤30上，CPU31读ADC34的输出并检测在电池组件39中的作为数字值的电池电压。接着，在图3的步骤21上CPU31将读出的电池电压存储到RAM33的内部存储区ADV1中，并在图3的步骤72上结束该中断程序。为此原因，图1中所示的CPU31在每100msec时执行图3中的中断控制程序，并读ADC34的输出，以使得可以检测出电池电压的值。这就是说，CPU31可用很高的速度检测出电池电压。
在此期间，在执行图2的步骤53以后，在步骤54上CPU31将存储在RAM33的存储区域ADV1中的电压(即作为数字数据被读入的电压)与RAM33的另一存储区域中存储的预设满充电阈值电压相比较，并检测电池组件39中目前被插入电池的电压。在这里，预设满充电阈值电压表示检测电池组件39的满充电电平的预设电压值。如果在图2的步骤54中检验出电池组件39中的电池电压大于预设满充电阈值电压，则CPU31在图2的步骤55上延迟400msec并重复前面的操作。于是，在图3的步骤56上，CPU31再将存储在RAM33的存储区域ADV1的电压与该满充电阈值电压相比较。此外，应指出，RAM33的存储区域ADV1中的电压数据值约每100msec更新一次。
当在图2的步骤56上检验出在存储区域ADV1中存储的电池电压大于满充电阈值电压时，CPU31在图2的步骤57上将最近读出的电池电压存储在RAM33的存储区域ADV1中。执行完上述操作的图1中的CPU31在图2的步骤58上设置RAM33的暂时满充电电池识别标记，并进行到图2的步骤60。如果在图2的步骤54至56上检验出存储在存储区域ADV1中读到的电池电压小于预设满充电阈值电压时，CPU31在图2的步骤59上立即清除RAM33中的暂时满充电电池识别标记，并进行到图2的步骤60。因此，根据电池组件39的电池充电电压来设置或清除暂时满充电电池识别标记。例如，如果检验出存储在电池组件39中的电池电压值大于预定满充电阈值电压，则就知道了暂时满充电电池识别标记已被设置及满充电电池已被插入。相反地，如果检验出存储在电池组件39中的电池电压值小于预定满充电阈值电压，则就知道了暂时满充电电池识别标记已被清除。
在图2的步骤60上，检测其中的信息及检验充电条件是否被满足。其中充电条件意味着负增量电压-Δv未产生出来及预设时间未到。如果检验出充电条件已满足，则在图2的步骤61及62上CPU31检测完成满充电电池识别标记在RAM中33设置暂时满充电识别标记。从而，作为这些状态检测的结果，CPU31控制开关37，对电池组件39提供或切断恒定电压，由此控制电池的充电。
例如，如果在图2的步骤61上检验出已设置了完全满充电电池识别标记，则在图2的步骤64上，CPU31将信号的逻辑“低”电平输出到输入/输出端口35，“关断”开关37，并切断电池充电，以使电池能防止被过充电。如果在图2的步骤61上检验出没有设置完全满充电电池识别标记，则CPU31根据在步骤58及59中设置的暂时满充电电池标记控制开关37并操作电池充电的开/关。
在上述操作中，由图4中所示的中断控制程序的控制来对完全满充电电池识别标记及暂时满充电电池标记进行控制，其过程如下。当插有满充电电池时，图4中所示的中断控制程序用于无误地检验电池电平，它是每当CPU31的定时器计数1分钟时执行的。
当CPU31的定时器计数1分钟时，CPU31调用图4中所示的中断控制程序，在步骤80上1分钟计数器增加1，并在步骤81上，检验暂时满充电电池标记是否已在RAM33中被设置。如果检验出在RAM33中暂时满充电电池标记已被清除，则CPU31识别出没有插入满充电电池，并在步骤91上完成1分钟定时中断操作。
一旦在图4的步骤81上检验出在RAM33中已设置了暂时满充电电池标记，则CPU31中已设置了暂时满充电电池标记，则CPU31检查出满充电电池已被插入，并在图4的步骤82上，检测1分钟计数器的值是否等于10。当检验出1分钟计数器的值超过10时，则表明，电池组件39已插入在连接器38中超过10个计数时间，CPU31结束1分钟中断操作。当检验出1分钟计数器的值没有超过10时，则在步骤83上CPU31检测1分钟计数器的值是否等于10。如果检验出1分钟计数器的值不到10，在步骤84上CPU31检测1分钟计数器的值是否等于5。如果在步骤84上检验出以1个单位递增的1分钟计数器的值等于5，或者在步骤83上检验出1分钟计数器的值等于10，则CPU31检测由存储在RAM33的存储区域ADV1中的电压减去ADC34的输出(即当前测出的电池电压值)所得的值是否等于1或小于1。其结果是，一旦在开始状态是满充电的电池被插入时，在电池插入后CPU31就进行到图4的步骤84上第5计时点处。
当在图4的步骤85上，检验出由存储在RAM33的存储区域ADV1中的电压值减去ADC34的当前输出所得的值等于1或小于1时，CPU31在步骤86上每100msec重新地比较电池的值，即，将存储在RAM33的存储区域ADV1中的电压值与满充电阈值电压值相比较，并检验测得的电池电压值是否超过满充电阈值电压。当检验出电池电压值超过满充电阈值电压时，CPU31进行到步骤83及88，在RAM33中设置完全满充电电池识别标记，及清除暂时满充电电池识别标记。一旦由上述操作设置了完全满充电电池标记时，根据上述图2的充电控制程序，切断电池的充电，故减少了由于满充电电池的过充电引起的过热及存储效应，由此延长了电池的寿命。当在图4的步骤86上检验出当前测得的电池电压值低于满充电阈值电压时，CPU31立即进行步骤88上，以便.对插在连接器38中的电池组件39提供充电电流，并清除满充电识别标记。当暂时满充电电池识别标记被清除时，由图2中步骤61至63的控制从恒功率单元40提供出的电压通过开关37及连接器38提供给电池组件39，由此执行电池的充电。
同时，如果在图4的步骤85上检验出由存储在RAM33的存储区域ADV1中的电压值减去ADC34的当前输出值(即当前测得的电池电压)所得的值大于1时，则CPU31在图4的步骤89上检测以分钟增加的1分钟计数器的值是否等于10。如果检验出1分钟计数器的值不等于10，CPU31立即进行到步骤90，并将通过ADC34读出的电池检测电压存储到RAM33的存储区域ADV1中。如果检测出1分钟计数器的值等于10时，CPU31进行到上述步骤88，并清除暂时满充电电池识别标记。
其结果是，当在其中没有具有满充电阈值电压充电电平的电池的电池组件39被插入在图1的连接器38中时，CPU31检验电池组件39的供电电压在由图4所示的1分钟中断程序执行的第5及10计时点上是否变化，然后检验出是否插入了满充电电池，由此控制电池的充电。
如图4中所示，当由中断控制程序的执行存储在RAM33的存储区域ADV1中的完全满充电电池识别标记及暂时满充电池标记数据电池组件39的电池电压被设置时，由图2的充电控制程序控制电池组件39的电压通路。
当总结上述根据本发明的操作时，将得到如下所述的情况。在其中没有充电电池的电池组件30被插入到连接器38中的情况下，CPU31约延时400msec，用于稳定地执行硬件的操作及检测电池组件39的电池电压值。如上所述地，检测到电池电压的CPU31首先将检测到的电池组件39的电池电压值与满充电阈值电压值相比较，以检验它是否为满充电电平，再延时400msec，第二次地将电池电压与满充电阈值电压进行比较，并暂时地将比较结果显示为暂时满充电电池标记。此外最后当暂时满充电电池标记被设置时，CPU31就确定出满充电电池被插入，在5或10个计数时间后再一次检验电池组件39的电压状态，并设置或清除完全满充电电池识别标记，由此确定了充电的开/关。
譬如说，在两次比较结果后，只要电池组件39的测量电池电压值没有达到预定满充电阈值电压的值，CPU31立即使电池充电并将恒功率单元40的输出电压供给电池组件39。另一方面，只要电池组件39中测量电池电压的值等于或大于预定满充电阈值电压的值，CPU31就切断电池充电。此外，当设置了暂时满充电电池识别标记时，由图4的1分钟中断使CPU31将每恒定时间(例如每5分钟)最后测定的电池组件39中测量电池电压值与满充电阈值电压相比较。这里，当电池组件39中的电池电压几乎达到满充电阈值电压(即在此时误差为1伏时)，CPU31切断电池的充电，并完成了它的充电控制，由此预先地防止了电池的过热及过充电。
如从上述中明显看到的，在以非常高的速度检验电池电压后电池电压达到满充电阈值电压的情况，CPU以给定的时间周期重复地检测电池电压。在此时刻，当测量电池电压维持在满充电阈值电压上时，CPU切断电池充电，并阻止当插入满充电电池时产生的电池过充电，由此延长了电池的寿命。
权利要求
1.一种可再充电电池的充电装置，它包括用于输出给定电平的恒定电压的恒定功率装置，插有所述电池的电池组件，及用于响应开关控制信号通过所述电池组件向所述电池提供由所述恒定功率装置输出的所述恒定电压的开关，该充电装置包括电池电压检测装置，用于给定时间周期检测电池电压；比较装置，用以将预定满充电阈值电压与所述电池电压检测装置的输出相比较，由此输出一信号；及控制装置，在分析比较装置的输出后，当所述检测的电池电压小于所述满充电阈值电压时用于驱动所述开关并使所述电池的充电导通，或当所述检测的电池电压大于所述满充电阈值电压时用于驱动所述开关并使所述电池的充电关断。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其中所述电池电压检测装置由与所述电池组件相连接的数字处理装置组成，它在给定时间期间使所述电池组件的输出电压延时，并以给定时间周期检测并作为数字数据输出所述电池组件的输出电压。
3.一种可再充电电池的充电装置，它包括用于输出给定电平的恒定电压的恒定功率装置，插有所述电池的电池组件，及用于响应开关控制信号通过所述电池组件向所述电池提供由所述恒定功率装置输出的所述恒定电压的开关，该充电装置包括电池电压检测装置，用于以给定时间周期检测电池电压；第一比较装置，用于将预定满充电阈值电压与所述测量电池电压相比较，并当所述检测的电池电压大于所述预定满充电阈值电压时设置暂时满电充状态；第二比较装置，响应于所述第一比较装置的所述暂时满充电状态的所述设置，用于在每个恒定单位时间上将所述预定满充电阈值电压与所述电池电压检测装置的输出相比较，并在所述检测的电池电压的值大于所述预定满充电阈值电压时设置完全满充电电池识别标记；及控制装置，用于响应所述第二比较装置的所述完全满充电电池识别标记的设置，切断所述电池的充电。
4.根据权利要求3所述的充电装置，其中所述电池电压检测装置是由与所述电池组件相连接的模/数转换器组成的，它在给定时间期间使所述电池组件的输出电压延时，以给定时间周期检测作为数字数据的所述电池组件的电压，并将所述检测数据输出到所述比较装置。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中所述电池电压检测装置，所述第一比较装置，所述第二比较装置及所述控制装置由一个单片微处理机构成。
6.一种充电装置的充电控制方法，该充电装置包括用于输出给定电平的恒定电压的恒定功率装置，可充电电池，用于响应开关控制信号向所述电池提供由所述恒定功率装置输出的所述恒定电压的开关，与所述电池相连接的模/数转换装置，及一控制所述开关的端口，所述方法包括下列步骤以第一单位时间周期检测所述电池的输出电压及将所述检测的输出电压存储在第一存储区域中；响应所述电池的所述输出电压的检测，当所述检测的电池电压大于预定满充电阈值电压时，确定所述电池的充电电压达到满充电状态，或当所述检测电池电压小于所述预定满充电阈值电压时确定所述电池的充电电压未达到所述满充电状态；及当检测出所述电池的充电电压处于所述满充电状态时，控制所述开关并切断所述电池的充电，或当检验出所述电池的充电电压未处于所述满充电状态时，控制所述开关并对所述电池提供所述充电电压。
7.一种充电装置的充电控制方法，该充电装置包括用于输出给定电平的恒定电压的恒定功率装置，可充电电池，用于向应开关控制信号向所述电池提供由所述恒定功率装置输出的所述恒定电压的开关，与所述电池相连接的模/数转换装置，及一控制所述开关的端口，所述方法包括下列步骤以1单位时间周期检测所述电池的输出电压及将所述检测的输出电压存储在第一存储区域中；响应所述电池的所述电压的检测，当所述检测电池电压大于预定满充电阈值电压时设置暂时满充电电池识别标记，或当所述检测的电池电压不大于所述预定满充电阈值电压时清除所述暂时满充电电压识别标记；响应所述暂时满充电电池识别标记的设置，将所述电池电压测量装置的输出与所述满充电阈值电压相比较，并当所述检测的电池电压大于所述暂时满充电阈值电压时设置完全满充电阈值电压识别标记；及响应所述完全满充电阈值识别标记及所述暂时满充电电池识别标记的清除，对所述电池提供所述充电电压，及响应所述完全满充电阈值识别标记及所述暂时满充电电池识别标记中至少一个的设置，切断所述电池的充电。
全文摘要
充电装置及控制方法。充电装置包括输出给定电平恒定电压的恒定功率装置，插电池的电池组件，及响应开关控制信号通过电池组件向电池提供恒定功率装置输出恒定电压的开关，装置包括电池电压检测装置，以给定时间周期检测电池电压；比较装置，将预定满充电阈值电压与电池电压检测装置输出相比较，由此输出信号；控制装置，分析比较装置输出后，当电池电压小于满充电阈值电压时驱动开关使电池的充电导通，反之驱动开关使电池充电关断。
文档编号H02J7/00GK1130819SQ9511315
公开日1996年9月11日 申请日期1995年12月22日 优先权日1994年12月22日
发明者金文德 申请人:三星电子株式会社