CN1142129A - 智能型电池再生器的检测、充电方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种智能型电池再生器的检测、充电方法及装置，它由电源输入端、稳压电路、升压电路、恒定电压脉冲输出控制电路、电池充电槽、微处理器、电平转换电路以及发光二极管电路等部分组成，可供电池充电时作智能式状态指示、电池充电饱和后作放电补偿、电池倒置保护、不同电压的电池充电以及利用不同性质电池具有不同电池内阻作电池种类自动鉴别，并以周期性循环充电方式对电池充电，它能降低电池充电时的温度，平均分配电池槽的充电电能，并具减少供电功耗等诸多效果。

Description

智能型电池再生器的检测、充电方法及装置

本发明涉及一种智能型电池再生器的检测、充电方法及装置，特别涉及这类方法及装置能够判断电池种类及充电饱和状态，能够交替充电与散热以提高电池效益与寿命，并在电池充电饱和后能够自动以微量间歇脉冲维持充电饱和。

尽管充电电池可以减少电池的废弃量，但由于价格昂贵，当前一般电池或碱性电池仍居电池用量的主流。因此若能使这些大众化电池，通过正确、安全的充电方式，使之再生或增加寿命，便可大量减少其废弃量，有助于社会环保状况的改善。

本发明针对现有技术的这一需求，提供一种充电装置，能解决一次电池及二次电池的判断，使电池的充电及再生不再受到限制，且能交替充电与散热，降低电池充电时的温度以提高其效益与寿命，更能在电池充电饱和后提供微量间歇脉冲充电，以补充电池自行放电的电能损失。

下面结合附图与实施例对本发明进行详细说明：

图1为本发明智能型电池再生器的检测、充电方法及装置的组成方框图；

图2为本发明智能型电池再生器的检测、充电方法及装置一项实施例的电路图；

图3为本发明智能型电池再生器的检测、充电方法及装置的操作流程图；

图4为温度对东芝产镍氢电池寿命影响图。

本发明的主要特征之一是利用不同种类电池具有不同内阻的特点，以电池内阻的大小来判断电池种类，以突破现有技术存在的一次电池及二次电池判断问题，使电池的充电及再生不再受到限制。

当一次电池电量耗尽或电解液已劣化到无法还原时，其内部电阻远比饱和时大得多，(约相差八倍以上)，且因内部电阻太大，使电池外部电压降到无法使用的情况。因此必需判断电池能否再充电，若对不能再充电的电池强行充电，非但浪费能源影响电池寿命，更甚者会造成充电中的电池内部压力太大而爆炸损毁，对使用者而言是心理上的一大负担，因而现有使用者必须具备电池分类及电池充电的专业知识，才能判断使用电池的种类，进而进行电池的安全充电，否则一旦利用错误方式充电，即会造成损失。本发明乃针对此间题加以探讨：

可充电电池的内阻小，而一次电池的内阻大，因此若能精确测出电池内阻，同时配合微处理器运算及判断，则可作不同种类电池的充电依据。

通常电池中即存在一电池内阻r，若电池内部电压用V2来表示，电池外部电压用V1表示，当对电池充入一固定电流I时，由欧姆定律得知：

V1＝V2＋I×r＝V2＋ΔV

其中ΔV为电池内阻r充电时产生的电池内阻压降，当不对电池充电时，电流I＝O由欧姆定律得知：

V1＝V2

所以电池内阻r＝(V1-V2)/I

因此分别测量充电前电池的端电压与充电后电池的端电压，即可计算出电池内阻，本发明即利用此电池内阻来自动鉴别电池种类。

本发明的另一主要特征是通过扫描控制对电池进行周期循环充电，以降低电池充电时的温度并降低电池内部压力，从而提高电池的效益与寿命，并能平均分配电池充电电能，简化输入电源设计，降低成本，减少充电能源损耗。

下面陈述电池充电时，受温度上升的影响，以及本发明对此谋求改善的途径。

由于电池能量可由下列公式计算： $E=\[(\∫I\×V\×\mathrm{dt})\×\mathrm{EF}\]$

其中E为电池现有能量

I为充电电流

V为电池电压

t为时间

EF为充电效率因素值(依不同电池实验而得)其中的EF值是电池温度的函数，它随电池温度上升而下降，电池现有能量E下降意味着充电效益减少，故如何降低电池充电时的温度乃是增加电池充电效益的方法。此外温度上升对电池寿命的影响，可由图4温度对东芝产镍氢电池寿命影响图中看出，由于电池温度越高电池寿命越短，降低电池温度可使其内部老化减缓而使寿命增加。

本发明采用扫描控制对电池进行周期循环充电，以降低电池充电时的温度上升和降低电池内部压力以及平均电池充电耗能，以下就其原理与效果加以说明：

当对四颗电池充电时，轮流对每一颗电池充电，由第一颗充电至第四颗，以一周期表示，则每一颗电池即获得1/4周期时间充电。而当对其中任一颗电池充电1/4周期时间，其他三颗电池则处于散热状态，如此每一颗电池在一周期充电时，即为1/4周期时间充电与3/4周期时间散热。本发明采用此方式对电池进行交替充电与散热，以减少电池温度上升，减缓电池老化，如此能够增加电池寿命，增加电池充电效益以及降低电池内部压力；此外也因充电效益增加，可以简化输入电源设计，降低成本，减少充电能源损耗。

本发明的另一主要特征是在电池充电饱和之后，自动改以微量间歇脉冲充电，以补充电池自行放电所损失的电能。

由于电池充电饱和之后，电池温度已上升发热，若继续充电，则电池将加速老化，甚至产生大量氧气造成电解液流失，使电池容量减少。现有技术在电池充电时需检测电池电压是否饱和，当测得电池饱和后立即对电池停止充电进行保护，但这种保护方式存在下列问题：

1、因不同种类电池具有不同饱和电压，以1.5伏电池为例，一次电池饱和电压较高约1.5伏以上，而二次电池饱和电压较低约1.3-1.4伏，如此利用同一检测电池电压的方式对所有电池进行能量检测，就不能真实测出电池能量是否真正充电饱和。

2、充电饱和的电池在停止充电后将自行放电，这样就减少了充电电池本身的电能。

本发明采取在电池充电前即进行前述电池种类的判断，经由电池种类判断结合检测的电压；进而可判断出电池是否真正充电饱和，并在判断充电饱和之后，即对电池进行微量间歇脉冲充电，以此对电池能量进行补充使之与电池自行放电的损失达到平衡，如此电池的能量损失即可获改善。

以下就本发明方法与装置的整体进一步作具体说明，图1示出本发明智能型电池再生器的检测、充电方法及装置组成方框图，它由一个电源输入端1、一个稳压电路2、一个升压电路3、一个微处理器4、一组电池充电槽5、一组恒定电压脉冲输出控制电路6、一组电平转换电路7以及一组发光二极管电路8所组成。其中各单元间的关系如下：

(1)电源输入端1，提供稳压电路2及升压电路3的电源以及恒定电压脉冲输出控制电路6所控制的充电电源；

(2)稳压电路2，由电源输入端1获得电源，经稳压转换后，提供微处理器4及发光二极管电路8的电源；

(3)升压电路3，由电源输入端1获得电源，进行电压转换后输入恒定电压脉冲输出控制电路6；

(4)恒定电压脉冲输出控制电路6，由升压电路3或电源输入端1取得充电电源，并由微处理器4取得控制讯号，作为充电电源输出至电池充电槽5的控制装置；

(5)电池充电槽5，取得恒定电压脉冲输出控制电路6所控制的充电电源，对槽内充电电池充电，并输出电池电压至电平转换电路7；

(6)电平转换电路7，取得电池充电槽5内的电池电压，然后进行电平转换，并将处理后的电平输入微处理器4；

(7)微处理器4，取得电平转换电路7的转换电平，进行模/数转换后进行计算，然后给恒定电压脉冲输出控制电路6输出控制讯号，给发光二极管电路8输出充电状态讯号；

(8)发光二极管电路8，取得微处理器4输出的充电状态讯号，进行状态显示。

本发明利用上述微处理器4，将从电平转换电路7取得的电池充电前后电压，进行模/数转换与计算之后得知电池内阻，进而对电池自动鉴别其种类，并以此为依据，判断电池是否适合充电；对于适合充电的电池，经由微处理器4自动鉴别其种类后，结合由电平转换电路7测得的电池电压，判断电池是否充电饱和，若电池未饱和则由微处理器4输出一扫描充电讯号，控制恒定电压脉冲输出控制电路6对电池充电槽5内的电池进行周期性循环充电，使电池充电时交替充电与散热，以减少充电时的温升，达到既省电又增加电池的效益与寿命；若微处理器4判断电池已充电饱和，则由其控制恒定电压脉冲输出控制电路6对电池充电槽5内的电池进行微量间歇脉冲充电，使之能补充电池自行放电的能量损失并达到平衡。

图2示出本发明智能型电池再生器的检测、充电方法及装置一项实施例的电路图，其中：

(1)电源输入端1，它提供稳压电路2与升压电路3的电源以及恒定电压脉冲输出控制电路6的1.5伏充电电源。

(2)稳压电路2，它从电源输入端1处取得输入电源，经电容C1，输入稳压器21第2端，经稳压器21处理后，由第3端输出，经电容C2产生电压Vcc，作为发光二极管电路8及微处理器4的工作电源。

(3)升压电路3，它由电源输入端1处取得工作电源，经升压器31处理后，输出电压经电阻R2、R3、R4及电容C3、C4处理，产生电压Vdd，作为9伏与12伏充电电池的充电电源。

(4)恒定电压脉冲输出控制电路6，它由电源输入端1取得1.5伏充电电源，经限流电阻R15、R16、R17、R18以及晶体管开关Q1、Q2、Q3、Q4的控制，作为电池充电槽5内的1.5伏充电控制，而晶体管开关Q1、Q2、Q3、Q4则受微处理器4输出一扫描充电讯号至电阻R11、R12、R13、R14进行扫描充电控制；并由升压电路3取得9伏充电电源Vdd，经电阻R25及晶体管开关Q8，作为电池充电槽5内9伏电池的充电控制，微处理器4的输出讯号还经电阻R23控制晶体管开关Q7再由电阻R24控制晶体管开关Q8；另由升压电路3取得12伏充电电源Vdd，经电阻R22及晶体管开关Q6，作为电池充电槽5内12伏电池的充电控制，微处理器4的输出讯号还经电阻R20控制晶体管开关Q5再由电阻R21控制晶体管开关Q6。

(5)电池充电槽5，它取得恒定电压脉冲输出控制电路6控制的1.5伏、9伏、12伏充电电源，对槽内电池充电，并输出电池电压至电平转换电路7。

(6)电平转换电路7，它取得电池充电槽5内的电池电压，然后经电阻R27与R26、R29与R28、R31与R30、R33与R32分别作为1.5伏电池的电平转换，并将处理后的电平输入微处理器4，其中二极管D1、D2、D3、D4作为电池反装时的保护；而9伏及12伏电池的电平转换，分别由电阻R35与R34、电阻R37与R36完成，再将处理后的电平输入微处理器4，另二极管D5、D6则作为9伏及12伏电池的反装保护。

(7)微处理器4，它取得电平转换电路7输入的1.5伏、9伏、12伏电池的转换电平，进行模/数转换与计算，供电池充电作依据，此可由图3本发明智能型电池再生器的检测、充电方法及装置的操作流程图说明，当微处理器4内部作出判断后，会将状态讯号送至发光二极管电路8；微处理器4同时亦对恒定电压脉冲输出控制电路6进行扫描式充电控制，分别经由电阻R11、R12、R13、R14、R20、R23以及晶体管开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q7完成。

(8)发光二极管电路8，它由微处理器4输入1.5伏电池充电状态讯号后，由稳压电源Vcc，经电阻R5、R6、R7、R8，分别对LED1、LED2、LED3、LED4进行1.5伏电池充电状态指示，充电中以慢闪表示、无法充电以快闪表示、充电饱和以恒亮表示；另由微处理器4输入9伏及12伏电池充电状态讯号后，经电阻R9控制晶体管开关Q9，控制稳压电源Vcc经由电阻R10进行LED5的充电状态指示，充电中以慢闪表示、无法充电以快闪表示、充电饱和以恒亮表示。如此发光二极管即可作为电池充电的智能型状态指示。

图3示出本发明智能型电池再生器的检测、充电方法及装置的操作流程图。当电池放入电池充电槽310后，即取得电池充电前电压值311，进行模/数转换312，然后判断电池是否反装313，反装则充电停止314，否则以扫描方式对各电池充电槽轮流充电315，由各电池充电槽取得充电后电压值316，将其进行模/数转换317，再计算电池内阻318，判断电池种类319，然后决定电池是否可充电320，若不能充电则LED快闪指示321，再判断电池是否取出322，是则充电停止314，否则回至决定是否可以充电320，若是决定电池可充电，则以扫描方式对各电池充电槽轮流充电323，然后LED以慢闪指示324，再判断是否充电饱和325，未饱和即回至以扫描方式对各电池充电槽充电323，饱和即以LED恒亮指示326，再判断电池是否取出327，取出则充电停止314，否则以间歇性脉冲进行电池充电328，再回至判断是否充电饱和325。

由上述实施例可知本发明具有如下优点：

1、不须任何开关选择，即可自动鉴别电池种类，进而决定充电与否。

2、电池充电时交替充电与散热，降低了电池的温升及其内部压力，增加了电池寿命与充电效益。

3、因充电效益的增加，可简化输入电源设计，降低成本，减少充电的能量损耗。

4、能平均分配电池充电时的充电电能。

5、电池充电饱和后，能够自动以微量间歇性脉冲充电，以补充电池充电饱和后自行放电的电能损失。

6、可利用升压器配合充电电路，进行不同电压的电池充电。

7、可由发光二极管进行电池充电时的智能型状态指示。

8、具有充电电池倒置的检测保护。

Claims (9)

1、一种智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征在于，它包括一种不同种类电池具有不同的电池内阻，利用测量电池充电前电压V2及充电后电压V1，经电池内阻公式r＝(V1-V2)/I计算而能正确地区分出电池种类的方法，并以此电池种类区分配合微处理器判断，作为不同种类电池的充电依据。

2、一种智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征在于，它通过扫描控制方式，对电池进行周期性循环充电，而利用电池充电时交替充电与散热，以降低电池充电时温度上升，增加电池寿命及电池充电效益，并因充电效益的增加，可简化输入电源设计，降低成本，减少充电的电能损耗。

3、一种智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征在于，它借助前述电池种类的判断以及不同种类电池具有不同饱和电压，结合所检测的电池电压，判断电池是否达到饱和电压，并在判断电池充电饱和后，即对电池进行微量间歇性脉冲充电，此微量间歇性脉冲充电可对电池能量进行补充并与电池自行放电的电能损失达到平衡，如此可改善电池的电能损失。

4、按照权利要求1至3中任一项所述智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征为，其中的微处理器，当电池充电饱和后，能控制充电方式自动改为微量间歇性脉冲充电，以补充电池自行放电所损失的电能。

5、按照权利要求1至3中任一项所述智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征为，其中的微处理器，对充电电池倒置，能进行恒定电压脉冲输出控制电路的停止充电控制，作为检测保护。

6、按照权利要求1至3中任一项所述智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征为，其中的微处理器，可控制发光二极管电路的闪烁速度，作为充电电池是处于无法充电、充电当中以及充电饱和的状态指示。

7、按照权利要求1至3中任一项所述智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征为，它包括可自动判别一次电池及二次电池的运算法则，对于全新的可充式电池因电压过低而约有10秒充电能补充的运算法则，可避免误判为坏电池以及可判断电池好坏的运算法则。

8、按照权利要求1至3中任一项所述智能型电池再生器的检测、充电方法，其特征为，它包括最大充电时间保护，一ΔV检测保护，dV/dt检测保护等多重保护策略。

9、一种智能型电池再生器的检测、充电装置，其特征为，它包括：

一电源输入端，提供稳压电路及升压电路电源，以及恒定电压脉冲输出控制电路所控制的充电电源；

一稳压电路，由电源输入端获得电源，经稳压转换后，提供微处理器及发光二极管电路的电源；

一升压电路，由电源输入端获得电源，再进行电压转换，并输入恒定电压脉冲输出控制电路；

一恒定电压脉冲输出控制电路，由升压电路或电源输入端取得充电电源，并由微处理器取得控制讯号，作为充电电源输出至电池充电槽的控制装置；

一电池充电槽，取得恒定电压脉冲输出控制电路所控制的充电电源，对槽内充电电池充电，并输出电池电压至电平转换电路；

一电平转换电路，取得电池充电槽内的电池电压，然后进行电平转换，并将处理后的电平输入微处理器；

一微处理器，取得电平转换电路的转换电平，并进行模/数转换与计算，再向恒定电压脉冲输出控制电路输出控制讯号，并给发光二极管电路输出充电状态讯号；以及

一发光二极管电路，取得微处理器输出充电状态讯号，进行状态显示输出；

通过所述微处理器将从电平转换电路取得的电池充电前后电压进行模/数转换与计算，用以自动鉴别电池种类，并对电池的充电方式进行扫描式周期性循环充电控制。

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