CN101507082A - 用于为电池充电的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于为电池，特别是锂电池，充电的方法，包括以下阶段：将电池(1)电连接到电池充电装置(2)，通过所述电池充电装置(2)向所述电池(1)分配电功率，调节由所述充电装置向所述电池分配的电流和电压，所述调节包括以下阶段：检测电池(1)端子处的电压，以及在恒压电池(1)充电阶段，根据在电池(1)端子处检测到的电压，调节所述电池充电装置(2)分配的电压，来补偿在所述电池(1)和所述电池充电装置(2)之间存在的寄生电压降。一种用于为电池特别是锂电池充电的设备(2)，包括：电功率分配装置，用于向电池(1)分配电功率；电连接装置，用于将所述设备(2)电连接到所述电池(1)；调节装置(11)，用于调节由所述设备(2)分配给所述电池(1)的电流和电压，电池(1)连接到适于检测所述电池的端子处的电压的检测装置(5)，控制装置(9，10)与所述设备(2)有关，适于连接到所述调节装置(11)并适于与所述调节装置(11)交互，在恒压电池(1)充电阶段，所述控制装置(9，10)适于根据在电池(1)的端子处检测到的所述电压来控制所述调节装置(11)以调节分配给所述电池(1)的电压强度。

Description

用于为电池充电的方法和装置

技术领域

本发明涉及为电池，特别是锂电池，充电的方法和装置。

背景技术

用于为锂电池充电的过程以两个阶段来执行：第一恒流阶段，在该阶段，充电电流保持为预设值，并且在电池的端子处的电压逐渐增加，直到电压达到预设电压值，以及第二恒压阶段，在该阶段，电压保持在所述预设值，而充电电流逐渐降低，直到完成电池充电，在充电电流达到预设值，等于例如在恒流充电阶段的充电电流强度的大约1/10时，可以认为电池充电已经实现。

在上述的充电过程中，在恒压充电阶段施加至电池端子的电压是关键因素，这是由于相对于所述预设值所允许的电压改变非常小，大约为1％的量级。

低于预设充电电压大于1％的电压导致充电时间的明显延长，具有更大的不完全充电的风险。如果充电电压超过预设值大于1％，则具有强烈缩短电池寿命且不可逆转地损坏电池、使电池燃烧、甚至爆炸的风险。

因此，用于为锂电池充电的装置必须能够监控并非常精确调节充电电压，并将其维持在上述限制内。

现有技术中已知多种设备通常通过内部的有限状态机来管理整个充电过程。

现有技术的电池充电器的共同的问题是在将电池连接到电池充电器的电路中，存在导致电压下降的电阻器，其改变了由电池充电器读取的充电电压，因此阻止了精确监控锂电池所需的充电电压。这些电压降在下文中将被称为寄生电压降。

该缺点在由锂电池供电的便携式装置的情况下特别明显，便携式装置例如是编码信息(例如诸如条形码、堆叠码、二维码以及彩色码的光学码或用于射频识别的印刷字符、印章、徽标、签字或电子标签，所谓的“标签”)的手持读出器、或无线类型的用于获取图像的手持读出器，因为可抓握外壳的形状被称作“枪”。在本申请的上下文中，术语“枪”用于表示所有没有线(无线)的可抓握读出装置，其通过无线电波与基座或远程计算机进行通信，这些可抓握读出装置设置有用于存储数据的存储器，这些数据然后被下载到基座存储器，其也被称作术语“批处理”。

通常，“枪”通过外部再充电装置来充电，外部再充电装置被称作“支架”，适于接受并容纳“枪”来与之交换数据(并因此而作为基座)，并向其提供再充电所需的电功率。在“枪”和“支架”之间建立电连接所用的接触器或连接器以及“枪”和“支架”的内部缆线具有电阻，该电阻导致容纳在“支架”中的电池充电器和容纳在“枪”中的电池之间的连接中的显著值的寄生电压降。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于为电池、特别是锂电池充电的方法和装置，其能够消除由该装置和将被再充电的电池之间的电连接所产生的电压降的影响。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于为电池、特别是锂电池充电的方法，包括以下阶段：将电池电连接到电池充电设备；通过所述电池充电设备向所述电池分配电功率；调节由所述电池充电设备分配给所述电池的电流和电压，其特征在于：所述调节包括以下阶段：检测所述电池的端子处的电压以及在恒压电池充电阶段，根据在所述电池的端子处检测到的所述电压来调节由所述电池充电设备分配的电压，以补偿在所述电池和所述电池充电设备之间存在的寄生电压降。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于为电池、特别是锂电池充电的设备，包括：电功率分配装置，用于向电池分配电功率；电连接装置，用于电连接所述设备至所述电池；调节装置，用于调节由所述设备分配给所述电池的电流和电压，所述电池连接到适于检测在该电池的端子处的电压的检测装置，其特征在于，所述设备与控制装置相关，该控制装置适于连接到所述检测装置并与所述调节装置交互，所述控制装置适于在以恒压为电池充电的阶段，根据在电池的端子处检测到的所述电压来控制所述调节装置以调节分配给该电池的电压的强度。

由于本发明，通过使用在电池端子处的电压作为指挥调节装置的反馈信号以调节由电池充电器分配的电压和电流，以及在整个充电过程中保持电池的端子处的电压在可允许的极限内，完全消除了在电池充电设备和将被充电的电池之间的连接电路中的电压降的影响。

附图说明

下面将参考附图描述作为非限制性示例的本发明的实施例的示例，附图中：

图1是示出了在电池和现有技术的电池充电器之间的连接的简化接线图；

图2是示出了用于锂电池的理想充电过程的示意图；

图3是示出了在用于为锂电池充电的充电过程中的寄生电压降的影响的示意图；

图4是示出了根据本发明的电池和电池充电器之间的连接的简化接线图；

图5是示出了根据本发明的电池充电器的功能接线图；

图6示出了用于读出由锂电池提供的编码信息的装置，锂电池被称作“枪”，可以使用根据本发明的再充电设备对其进行再充电；

图7示出了被称作“支架”的再充电设备，其适于接受与其电连接并向其提供再充电锂电池所需的功率的所谓的读出装置；

图8示出了耦合的所谓“枪”和“支架”，用于为“枪”的锂电池再充电。

具体实施方式

在图1中，示出了根据现有技术的电池1和电池充电器2之间的连接的接线图，例如在容纳在编码信息或图像(图6)的读出装置G中的电池为了再充电而插入适当的充电装置C(图7)中的情况下，包括电池充电器，适于容纳读出装置G并通过适当的触点4与其电连接，触点4适于与读出装置G上设置的相应触点3相接合。装置G和C上可以设置相应的连接器来代替触点3和4。除了装置G和C上的触点3和4，也可以提供其他的触点，通过这些触点，“枪”和“支架”交换数据(特别是与读取信息有关的数据)和控制信号。

电池1通常与集成电路5耦合，集成电路被称作“气体压力计”，其各端子连接到电池1的各端子。集成电路5用于测量在充电过程中提供给电池1的电荷量，以及在电池使用过程中由电池1分配的电荷量，从而提供充电过程的进度的指示，以及提供电池1在使用过程中的残余电荷量的指示。此外，电池的特征数据可以存储在集成电路5中，特性数据例如是序列号、以A/h为单位的电池容量以及对电池的诊断数据。

电池1通过适当的缆线6(例如“扁平”型)连接到读出装置G的触点3，当后者插入再充电装置C时，触点3与再充电装置的触点4相耦合，触点4通过适当的缆线7连接到电池充电器2。在读出装置G的触点3和电池1之间可以布置用于保护电池1的保护装置8。电池充电器2的输出连接到电流感应电阻器(“感应”电阻器)Rs，其可以使由电池充电器2分配的电流能够被检测，该电流被电池1吸收。电阻器Rs在该图中被示出为与电池充电器2分开，但是其也可以在功能上成为其一部分。

连接缆线6和7、触点3和4以及保护装置8产生了电池充电器2和电池1之间的寄生电压降。由于这些电压降，施加至电池1的端子的电压低于由电池充电器2分配的电压。

图2和3示出了寄生电压降对电池1充电过程的影响，比较了在理想充电过程的情况下(即，没有寄生电压降，图2)以及在寄生电压降存在的实际充电过程的情况下(图3)的充电过程中的电压和电流变化。

现参考图2，其中在充电过程中在电池中流动的电流由实线表示，而在电池端子处的电压由虚线表示。

当锂电池1被耗尽时，在其端子处存在低电压，小于或等于大约3V。

在将电池连接到电池充电器2的时刻，后者进行初始鉴定，然后调节管理电池充电器2的内部参数所必需的状态，并对电池1施加最小值Vmin电压，从而启动再充电阶段。

接下来，电池充电器2进入恒流阶段，特征为分配具有预设并恒定值的电流Imax，所述预设值取决于电池的容量。在该阶段，电池充电器2作为恒流发生器并且电池端子处的电压逐渐增加，直到达到预设值Vreg，对于锂电池，该值通常为4.1或4.2V。

当电池1的端子处的电压达到值Vreg时，电池充电器2进入恒压阶段，特征为分配等于所述预设值Vreg的恒定并且非常精确的电压；通常锂电池接受大约1％的Vreg的最大容差。

较低的电压不能完全再充电，而较高值，如前所述，可能会损坏电池1，或者甚至于使其着火或爆炸。

在该阶段过程中，电池充电器2作为恒压发生器，并且电池吸收的电流由于电池阻抗的增加而逐渐减小，直到其达到预定最小值Imin(大约等于Imax的10％)，当已经达到该值时，可以认为再充电完成。

现在参考图3，图3与存在寄生电压降的充电过程有关，在该图中，在充电过程中的恒流阶段，在电池1中流动的电流Ie由细虚线表示，在电池1的端子处的电压Ve由粗虚线表示。在没有寄生电压降的理想情况下的电池1中流动的电流由粗实线表示，而在电池1的端子处的相应电压由细实线表示。

由于寄生电压降，在电池1的端子处的电压Ve将低于由电池充电器2分配的电压。这意味着，恒流充电阶段将在电池端子处的电压达到预设值Vreg之前被中断，当达到预设值时才进行恒压充电阶段。此外，恒压充电阶段将以低于预设值Vreg的电压Ve执行。这就导致电池1的不完全充电，或充电时间的明显延长。

在图4中，示出了与图1中的接线图相似的简化接线图，但是与根据本发明的电池1和电池充电器2之间的连接有关。

在该种情况下，电池充电器2与控制和调节装置9相关，控制和调节装置连接到与电池1耦合的集成电路5(所谓“空气压力计”)，以该方式，读出由集成电路5检测到的电池1的端子处的电压值以及电池中流动的电流，并根据由集成电路5检测到的电池端子处的电压来调节由电池充电器2分配的电压。换句话说，例如，恒流充电阶段被保持，直到由集成电路5读出并传送到控制和调节装置9的电池1端子处的电压Ve等于预设值Vreg。在恒压充电阶段，如果在电池端子处检测到的电压Ve大于恒压充电值Vreg，则控制和调节装置9降低由电池充电器2分配的电压。另一方面，如果在电池1端子处检测到的电压Ve小于Vreg，则控制和调节装置9增加由电池充电器2分配的电压。

由于存在连接到与电池1相关的集成电路5的控制和调节装置9，所以可以执行充电过程，在该充电过程中，以自动补偿在电池充电器2和电池1之间存在的寄生电压降的方式修正电池充电器2分配的电压。

由集成电路5检测到的电池1的电压和电流值以数字形式通过设置在“枪”和“支架”上的适当的对应触点被发送到控制和调节装置9。这些信号是数字的，其不受寄生电压降的影响，因此电池1的端子处的实际电压的测量可用于由电池充电器2以及控制和调节装置9形成的系统。

图5是用于根据本发明的为电池充电的设备的功能接线图。

电池充电器2设置有集成控制电路11，通常包括有限状态机，其通过“切换”调制控制来控制“切换”发生器，“切换”发生器包括装置12、输入电容器C1、二极管D、电感器L和输出电容器C2，其中所述装置12控制由双极性晶体管、MOS或其他类似物组成的电子开关Q。

在C2的两端(heads)是电池充电器的输出，其通过先前公开的在此处以集中形式表示的分布式寄生电阻器Rp连接到锂电池。

“开关”类型仅作为示例来披露，其他类型的控制也可以被用作电池充电器中的致动器。

集成电路11通过由并联连接到电池充电器2的输出的两个电阻器R1和R2组成的分压器检测由电池充电器2分配的电压；此外，集成电路11通过电阻器R3检测由低欧姆值检测电阻器Rs产生的信号，检测电阻器Rs串联连接在电池1的负极和地之间。由电阻器Rs产生的信号与由电池充电器2分配的并在电池1中流动的电流成比例。

控制和调节装置9包括微处理器10，其连接到集成电路5并获取由集成电路5检测到的电压，即电池1端子处的没有被寄生电压降改变的实际电压，其中集成电路5连接到电池的端子。

控制和调节装置9还包括两个缓冲器B1和B2，两个电阻器R4和R5以及在微处理器10内部或外部并通过电阻器R4和R5激活的两个致动器(未示出)。

微处理器10通过连接到由电阻器R1和R2组成的分压器的缓冲器B1获取电池充电器2的输出电压值，以及通过连接到检测电阻器Rs的缓冲器B2获取由电池1吸收的电流值。

微处理器10还对电池充电器2的集成电路11进行操作，通过与其相关联的致动器和电阻器R5向集成电路11发送用于根据在电池1的端子处检测到的实际电压来调节电池充电器2的输出电压的命令，使得电池1的端子处的电压等于恒压充电阶段中的Vreg，从而消除寄生电阻器的影响。

微处理器10还对集成电路11进行操作，以防止后者由于寄生电阻器的影响而过早地命令从恒流充电阶段转换到恒压充电阶段。事实上，在通过由并联连接到电池充电器2的输出的电阻器R1和R2组成的分压器检测到的电池充电器2的输出电压超过值Vreg时，集成电路11倾向于命令从恒流充电阶段转换为恒压充电阶段。然而，由于寄生电压降，电池充电器2的输出电压大于电池1的端子处的电压，所以从恒流充电阶段转换为恒压充电阶段将过早地发生，即，在电池1的端子处的电压达到值Vreg之前发生。为了防止过早地转换为恒压充电阶段，微处理器10向集成电路11发送命令以保持其处于恒流充电阶段，直到电池1的端子处的电压达到值Vreg。例如，以电池充电器2的输出电压降至由该集成电路11所读取的电压不超过值Vreg的点的方式，微处理器10可以通过与其关联的致动器和电阻器R5修改由集成电路11读取的电池充电器2的输出电压的值。因此集成电路将仍在恒流阶段操作。当电池的端子处的电压等于Vreg时，则集成电路11将转换至恒压充电阶段。

此外，微处理器10可以从集成电路5获取与将被充电的电池1的类型及其容量相关的信息，该信息存储在集成电路5中。基于该信息，微处理器10通过致动器和相应的电阻器R4向集成电路11发送根据连接到电池充电器2的电池1的类型来调节充电电流的命令，从而对集成电路11进行操作。

以使电池充电器2能够执行被称作低功耗的“维持充电”的方式，微处理器10还可以进一步被设置为命令减少由电池充电器2分配的充电电流，例如，在电池充电器电源不能提供用于电池1的正常充电的足够的安培数的情况下。

最后，连接到电池1的各端子的集成电路5也可以向微处理器10提供有关电池1的温度的信息，使得微处理器10可以以管理可能的反常情况的方式操作，例如通过减少充电电流或中断充电过程。

根据一种版本，根据本发明的设置有控制和调节装置9的设备2可以被集成到由电池供电的便携式装置G，例如图6中所述的编码信息或图像的读出器，或者被集成到任何其他由锂电池供电的装置。事实上，根据本发明的装置9的存在对于所述的便携式装置也是有利的，在这样的装置中，尽管电池充电器2和电池1包括在相同的壳体中，并因此而彼此靠近，但是在将电池1连接至电池充电器2的电路中，存在相对于正常充电电压不可忽略的寄生电压降。

图7中示出的充电装置C也可以以能够接收多个便携式装置G的方式实现，用于为各个电池充电、或为多个没有插入任何用户设备中的单个电池充电。在该种情况下，充电装置C设置有多个触点4，每个触电意在将与便携式装置G的触点3耦合或与单个电池耦合。此外，集成到充电装置C中的电池充电器设备2也可以操作地与适于每次将设备2连接到充电装置C的触点4的切换装置相关联，以实现为连接到充电装置C的多个便携式装置G的电池连续充电，或为多个没有被插入任何用户设备中的单个电池连续充电。

在实际实施例中，材料、尺寸和结构细节可以不同于那些已经表示的，但是技术上与其等同，从而没有落在本发明的保护范围之外。

Claims (15)

1.一种用于为电池，特别是锂电池充电的方法，包括以下阶段：将电池(1)电连接到电池充电设备(2)；通过所述电池充电设备(2)向所述电池(1)分配电功率；调节由所述电池充电设备(2)分配给所述电池(1)的电流和电压，其特征在于：所述调节包括以下阶段：检测所述电池(1)的端子处的电压以及在恒压电池(1)充电阶段，根据在所述电池(1)的端子处检测到的所述电压来调节由所述电池充电设备(2)分配的电压，以补偿在所述电池(1)和所述电池充电设备(2)之间存在的寄生电压降。

2.根据权利要求1所述的方法，包括以下阶段：检测所述电池(1)的类型和容量，以及在恒流充电阶段根据所述容量调节由所述电池充电设备(2)分配的所述电流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在恒流充电阶段，以低于基于所述电池(1)的所述容量通常所需要的电流值的值，调节由所述电池充电设备(2)分配给所述电池(1)的所述电流，以执行所述电池(1)的低耗维持再充电。

4.一种用于为电池、特别是锂电池充电的设备(2)，包括电功率分配装置，用于向电池(1)分配电功率；电连接装置，用于将所述设备(2)电连接到所述电池(1)；调节装置(11)，用于调节由所述设备(2)分配给所述电池(1)的电流和电压，所述电池连接到检测装置(5)，所述检测装置适于检测所述电池的端子处的电压，其特征在于：所述设备能够与控制装置(9，10)相关联，所述控制装置适于与所述检测装置(5)连接并适于与所述调节装置(11)交互，所述控制装置(9，10)适于控制所述调节装置(11)在恒压电池(1)充电阶段调节根据在所述电池(1)的端子处检测到的所述电压来调节分配给所述电池(1)的电压的强度。

5.根据权利要求4所述的设备(2)，其中所述控制装置(9，10)包括微处理器(10)。

6.根据权利要求4或5所述的设备(2)，其中所述控制装置(9，10)适于控制所述调节装置(11)在所述电池(1)的恒流充电阶段以基于所述电池(1)的容量的值来调节分配给所述电池(1)的电流的强度。

7.根据权利要求6所述的设备(2)，其中所述控制装置(9，10)适于控制所述调节装置(11)在所述恒流充电阶段以低于基于所述电池(1)的所述容量的所述值的值来调节分配给所述电池(1)的电流的强度，从而执行所述电池(1)的维持再充电。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的设备(2)，其中所述控制装置(9，10)适于与所述调节装置(11)交互，以使后者仅在通过所述检测装置(5)检测到的所述电池(1)的端子处的所述电压达到预设值时命令从恒流电池(1)充电阶段转换为恒压充电阶段。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的设备(2)，其特征在于其集成到由至少一个锂电池(1)供电的便携式装置(G)中。

10.根据权利要求4至8中任一项所述的设备(2)，其特征在于其集成到充电装置(C)中，所述充电装置能够电连接到由至少一个锂电池供电的至少一个便携式装置(G)。

11.根据权利要求10所述的设备(2)，其特征在于所述至少一个便携式装置包括每一个都由至少一个锂电池(1)供电的多个便携式装置(G)。

12.根据权利要求11所述的设备(2)，其特征在于其与切换机构相关联，以连续地电连接到所述多个便携式装置(G)的单个便携式装置(G)。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的设备(2)，其特征在于所述至少一个便携式装置(G)是用于读取编码信息的读出装置。

14.根据权利要求4至8中任一项所述的设备(2)，其特征在于其集成到充电装置(C)中，所述充电装置能够电连接到多个锂电池(1)。

15.根据权利要求14所述的设备(2)，其特征在于其与切换机构相关联，用于连续电连接到所述锂电池(1)。

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