CN1163500A - 电池充电装置、给电池组件充电的方法和电池组件 - Google Patents

电池充电装置、给电池组件充电的方法和电池组件 Download PDF

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Abstract

一种给电池组件充电的电池充电装置、给电池组件充电的方法以及能够安装到各种电子装置的电池组件，电池组件能够存储电池的最大充电电流和最大充电电压的信息，并能够与电池充电装置交流该信息，电池充电装置包括一个接收从电池组件传送来的电池最大充电电流信息和最大充电电压信息的通信装置，和一个控制充电时充电电流和电压使之不超过电池的最大充电电流和最大充电电压的控制装置。

Description

电池充电装置、给电池组件 充电的方法和电池组件
本发明涉及一种作为电源用于视频摄像机、移动电话或个人计算机的电池组件，一种给电池组件充电的电池充电装置和给电池组件充电的方法。
迄今，这些公知的电池组件由二次电池组成，如锂离子电池，镍镉电池，镍氢电池或其他类似的电池组成。
这些公知的电池组件包括，例如，一个用来计算剩余容量并与使用电池组件作为电源的电子装置进行通信的微型计算机、外围设备、一个用来检测电池状况的检测电路，微型计算机需要它来计算剩余电池容量，或类似的。
在这些例如由锂离子电池组成的电池组件的普通电池充电装置中，已经开始使用一种恒定电压充电系统，在此系统中当电池被充电时一个预定的恒定电压被持续地供给。此外，各电池组件常常在充电电压(是指能够提供给要充电电池的最大充电电压，以下仅指“最大充电电压”)上各不相同，每一电池取决于在各电池中使用的电极种类。因此，多数普通电池充电装置仅被用于给与此兼容的有限的几种电池组件充电。
然而，从经济的角度考虑，不宜于准备很多能兼容各种电池组件的电池充电装置。因而，很多最新的电池充电装置必须具有能够对具有不同最大充电电压的各种电池组件进行充电的功能。
然而，从安全的角度考虑，这种能够对多种电池组件进行充电的电池充电装置已经被设计成在给所有兼容的电池组件中具有最低的最大充电电压的电池组件充电的情况下使用。类似地，电池充电装置被如此设计以便提供这样一个与所有兼容的电池组件中最低的最大充电电流相同的充电电流(指能够流过电池组件的最大充电电流，以下仅指“最大充电电流”)。
这样，在这些普通电池充电装置中，不可能给所有预期的兼容电池组件相同地提供一个最佳的充电能量，因此就产生了这样的问题：不能达到100％充电或者花费相当长的时间达到100％充电。
鉴于前述问题完成了本发明。因此，本发明的目的是提供一种能够给所有的多种预期的电池组件供给一个最佳充电能量的电池充电装置和一种给电池组件充电的方法，以及能够通过这样一种电池充电装置和方法充电的电池组件。
本发明的电池充电装置和方法是给能够存贮至少一个表征最大充电电流的信息和一个表征最大充电电压的信息并传递该信息的电池组件充电的装置和方法。根据本发明，通过从电池组件接受表征最大充电电流的信息和表征最大充电电压的信息，检测充电的电池组件的电流电压，在恒定电流充电和恒定电压充电之间根据检测的电流电压改变电池组件的充电条件，以及控制电池组件的充电以便不超过最大充电电流和最大充电电压就能克服上述问题。
此外，根据本发明的电池组件包括电池，一个用于存储表示电池的最大充电电流的信息和最大充电电压信息的存储器装置和一个用于传送表示最大充电电流的信息和表示最大充电电压的信息的通信装置，因而克服了前述问题。
也就是说，根据本发明，当电池组件被充电时，通过在电池组件存储表示最大充电电流的信息和表示最大充电电压的信息，根据电池组件的电流电压在恒电流充电和恒电压充电之间改变电池组件充电条件，并进一步控制电池组件的充电以便不超过最大充电电流和最大充电电压，就能给具有不同的最大充电电流和最大充电电压的所有多种电池组件相同地提供一个最佳充电能量。
图1是根据本发明的电池充电装置的电路布局的方框图；
图2所示为当电池充电装置用于给电池组件充电时安装在该装置中的微型计算机的操作流程图；
图3是用于解释在恒电流充电和恒电压充电之间改变操作的图；
图4所示为根据本发明的电池组件的具体电路方框图；
图5所示为在根据本发明的电池组件中计算充电和放电电流的积分运算处理次序的流程图；
图6A、6B、6C是用于解释在根据本发明的电池组件中电流检测电路的增益系数G被设置成满足关系式q/G=1[mAh/LSB]的情况的图；以及
图7A、7B、7C是用于解释在根据本发明的电池组件中电流检测电路的增益系数G和类似的值被设置成满足关系式q/G=8(23)[mAh/LSB]的情况的图。
下面参考附图描述本发明的优选实施例。
参考图1，简要地示出了包括一个电池充电装置100和一个电池组件1的系统。
在图1中，电池充电装置100包括：一个用来与前述的电池组件1进行数据通信的通信电路102，一个诸如发光二极管的光发射元件103，一个可变电压源104，一个可变电流源105，用来在前述的可变电压源104的输出电压和前述的可变电流源105的输出电流之间进行转换的一个转换开关106，和一个微型计算机101。微型计算机101能够控制前述发光二极管103的通断，前述转换开关106的转换，以及前述可变电压源104的输出电压值和前述可变电流源105的输出电流值。
而且，电池组件1包括：一个例如由锂离子电池组成的电池20，一个用来存储至少一个表示电池20的最大充电电流的信息和一个表示电池20的最大充电电压的信息的非易失性存储器17，一个用来完成与电池充电装置100进行数据通信的通信电路30，以及一个微型计算机10。微型计算机10读取存储在非易失性存储器17中的表示最大充电电流的信息和表示最大充电电压的信息，并通过前述的通信电路30把信息传送给电池充电装置100。此外，微型计算机10不仅能够通过后面描述的方式识别电池20充电时的各种状态，诸如电压、电流或类似值，而且能够把通过识别获得的信息传送给电池充电装置100。
电池组件1的正端子TM+与电池充电装置100的正端子TM1+连接。同时，电池组件1的负端子TM-与电池充电装置100的负端子TM1-连接。通过这些正、负端子电池组件1被电池充电装置100充电。而且，电池组件1的控制端子TMC与电池充电装置100的控制端子TM1C连接，这样，表示最大充电电流的信息和表示最大充电电压的信息，正在充电的电池20的电流或电压信息，或其他信息，能够在电池组件1和电池充电装置100之间进行通信，即，接收和传送。
在这种情况下，对于电池组件1，可以使用在每一电池组件的充电电压(最大可适用充电电压)和每一电池组件的充电电流(最大可流动充电电流)上互不相同的多个电池组件，这取决于在相应的电池20中能使用的电极种类，在下面的描述中，作为电池组件的例子，一个电池组件具有4.2V的每个电池组件最大充电电压和4A的每个电池组件最大充电电流，另一电池组件具有4.1V的每个电池组件最大充电电压和2A的每个电池组件最大充电电流。
这样，由于存在多种电池组件1，这就要求至少表示最大充电电流的信息和表示最大充电电压的信息被存储在每一电池组件1的前述非易失存储器17中。在这种情况下，表示最大充电电流的信息由8个比特组成，每一比特电流相应于0.1A，表示最大充电电压的信息由16个比特组成，每一比特电压相应于0.01V。顺便说说，0.01V代表一个比特的原因是在各电池组件之间每一电池的最大充电电压的差值就象4.2V和4.1V之间那么小，特别是在锂离子电池的情况下，从安全的角度考虑，充电时不超过最大充电电压是重要的。
下面将参考图2所示的流程图描述充电操作，其中电池组件1被电池充电装置100充电。
首先，在步骤ST1，电池充电装置100的微型计算机101要求电池组件1的微型计算机10传送存储在非易失性存储器17中的表示最大充电电压的信息和表示最大充电电流的信息。当接收到根据要求从电池组件1中传送的信息时，电池充电装置100的微型计算机101能够识别充电时允许流过电池20的最大充电电流和充电时允许提供给电池20的最大充电电压。此外，当充电操作开始时，如后面所述，电池组件1的微型计算机10识别电池20的当前充电电压(当前充电电压：CCV)和当前流过电流的值，并把表示电池20的当前充电电压和当前流过电流的信息传送到电池充电装置100的微型计算机101，从而使电池充电装置100的微型计算机101识别这些电压和电流值。
接下来，在步骤ST2，电池充电装置100的微型计算机101根据表示电池组件1的最大充电电压的信息确定电池20的饱和充电电压，并计算相应于饱和充电电压的90％的电压值。而且，微型计算机101把从电池组件1传送来的电池20的当前充电电压与相应于饱和充电电压的90％的计算电压值相比较。当识别出当前充电电压小于饱和充电电压的90％时，充电程序进入到步骤ST3，在恒电流充电的条件下执行电池组件1的充电。反过来，当识别出当前充电电压大于饱和充电电压的90％时，充电程序进入到步骤ST7，电池组件1在恒电压充电的条件下被充电。特别是，当在步骤ST3执行恒电流充电时，电池充电装置100的微型计算机101切换转换开关106，以建立电池组件1和可变电流源105之间的联系，并把从可变电流源105输出的电流设置到一个相应于前述最大充电电流的值，因而允许电池组件1在从可变电流源提供的电流的设定值下充电。然而，此时，应该注意到电池组件1的充电电压不超过最大充电电压。另一方面，当在步骤ST7中执行恒电压充电时，电池充电装置100的微型计算机101切换转换开关106，以建立电池组件1和可变电压源104之间的联系，并把从可变电压源104输出的电压设置到一个相应于前述最大充电电压的值，因而允许电池组件1在由可变电压源提供的电压设定值下充电。然而，此时，应该注意到流过电池组件1的充电电流不超过最大充电电流。
当在步骤ST3中执行恒电流充电时，微型计算机101把电池组件1的最大充电电流与电池20的当前流过电流相比较，如在步骤ST4中所示。当识别到当前流过电流小于最大充电电流时，程序进入步骤ST5，供给到电池组件1的电流增加。另一方面，当识别到当前流过电流大于最大充电电流时，程序进入步骤ST6，供给到电池组件1的电流减小。更具体地，当供给到电池组件1的电流在步骤ST5中增加时，电池充电装置100的微型计算机101控制可变电流源105增加从其输出的电流值。另一方面，当供给到电池组件1的电流在步骤ST6中减小时，电池充电装置100的微型计算机101控制可变电流源105减小从其输出电流的值。
完成步骤ST5或ST6的控制之后，电池充电装置100的微型计算机101的程序返回到步骤ST2的判断框。
另一方面，如果在步骤ST2中确定电组件1的当前充电电压超过饱和充电电压的90％，从而在步骤ST7中执行恒电压充电，电池充电装置100的微型计算机101把电池组件1的前述最大充电电压值与从电池组件1传送的电池20的当前充电电压值相比较，如步骤ST8所示。如果在步骤ST8中测定当前充电电压值小于最大充电电压，提供给电池组件1的电压希望通过电池充电装置100的微型计算机101增加，如在步骤ST9中所示。另一方面，如果在步骤ST8中测定当前充电电压值大于最大充电电压，提供给电池组件1的电压希望通过电池充电装置100的微型计算机101减小，如步骤ST10所示。更具体地，当希望在步骤ST9中增加提供到电池组件1中的电压时，电池充电装置100的微型计算机101控制可变电压源104，以增加其输出电压的值。另一方面，当希望在步骤ST10中减小提供到电池组件1中的电压时，电池充电装置100的微型计算机101控制可变电压源104，以减小其输出电压的值。
完成步骤ST9或步骤ST10的控制之后，电池充电装置100的微型计算机101的程序返回到步骤ST7表示的恒电压充电的执行框。
同时，在步骤ST2中测定当前充电电压小于饱和充电电压的90％并因而如在步骤ST3中电池组件1在恒电流充电条件下被充电以及后续步骤期间，电池充电装置100的微型计算机101控制发光二极管103以便保持此二极管接通，如图1所示。另一方面，当在步骤ST2中测定当前充电压大于饱和充电电压的90％并因而如在步骤ST7中电池组件1在恒电压充电条件下被充电以及后续步骤过程中，电池充电装置100的微型计算机101控制图1所示的发光二极管103以便保持该二极管断开。当然，发光二极管103的接通和断开条件可以相反地设置。通过提供发光二极管，用户有可能识别电池组件1被充电至饱和充电电压的90％或更多的状态。
电池充电装置100的微型计算机101仅在电池组件1被安装的期间执行充电操作，并当电池组件1拆除时终止充电操作。例如，通过在电池充电装置100上提供一个用来检测安装和没安装电池组件的传感器并连续地监测传感器的输出，就能够实现电池组件1的安装或没有安装的检测。或者是，通过检测电池组件1和微型计算机10之间的通信中断就能确定电池组件1的安装或没有安装的检测。
如上所述，在根据本发明的电池充电装置100中，存储在电池组件1的非易失性存储器17中表示前述最大充电电流的信息和表示前述最大充电电压的信息被读取，电池组件1的当前充电电压和当前流过电流也被连续监测。而且，如图3中所示，在充电操作的初始阶段中电池组件1在恒电流充电条件下被充电。在电池组件1的当前充电电压到达预定电压(相应于饱和充电电压的90％，如图3中点P所示)后，充电条件由恒电流充电转变为使用最大充电电压的恒电压充电。通过本发明的电池充电装置100的这样一种方案，就能给所有电池组件提供一个最佳充电能量使它们被充电到100％，并减少到达电池组件的100％充电状态所需要的时间。通常，例如，在两种电池组件，即一种具有每一电池为4.2V的最大充电电压和2A的最大充电电流，另一种具有每一电池为4.1V的最大充电电压和4A的最大充电电流，这两种电池组件如上所述被充电的情况下，具有最大充电电流为4A的一个电池组件所需充电电流两倍于具有最大充电电流为2A的另一电池组件。因此，具有最大充电电流为4A的前一电池组件要求一个是最大充电电流为2A的后一电池组件的两倍的充电时间。然而，按照本发明的电池充电装置100，最大充电电流为4A的电池组件在充电操作的初始阶段中能够被供给一个更大的电流，因此减少所需充电时间是可能的。此外，虽然电池组件具有彼此不同的最大充电电压(即，一个是4.1V和另一个是4.2V)，由于当其当前充电电压达到饱和充电电压的90％或更多时，每一电池组件的充电条件被转换到恒电压充电，依据其最大充电电压，电池组件能够充电到100％。
在前述实施例中，电池组件1的非易失性存储器17仅存储表示最大充电电压的信息和表示最大充电电流的信息。除前述的信息外，非易失性存储器17能够存储表示电池20的连接状况的其他信息，例如，串联连接的个数，或者，如果需要，并联连接的个数或类似信息。例如，如果表示串联连接个数的信息被存储在非易失性存储器17中，本发明的电池充电装置100也能够被用来以最佳方式给具有彼此不同的电池串联连接个数的各种电池组件1充电。
接下来，结合图4描述本发明的电池组件1的一个具体布置。
在图4所示的电池组件中，电池20的正电极与电池组件1的正端子TM+连接，电池20的负电极通过一个电流/电压检测电阻R7与电池组件1的负端子TM-连接。
安装在电池组件1中的微型计算机10与微型计算机电源16连接，微型计算机电源16包括串联调节器、复位电路或类似电路，并且微型计算机由电源16提供的电能运行。微型计算机10的充电电流检测输入端子DI1被连接到用来检测充电电流的运算放大器14的输出端子。放电电流检测输入端子DI2被连接到用来检测放电电流的运算放大器13的输出端子。此外，微型计算机10的中断输入端子连接到“与非”(NAND)门15的输出端子，“与非”(NAND)门15的两个输入端子连接到运算放大器13和14的输出端子。“与非”(NAND)门15的输出端还通过一个提升电阻R8连接到微型计算机电源16。此外，微型计算机10的温度检测输入端连接到用来检测电池20的环境温度的温度传感器19的输出端。微型计算机10的电压检测输入端连接到用来检测电池20端电压的电压检测电路18的输出端。微型计算机10的数据输入端连接到前述非易失性存储器17的输出端。微型计算机10的接地端GND连接到电池20的负电极。微型计算机10的通信输入和输出端(SIN和SOUT端)分别连接到缓冲放大器11和12，缓冲放大器11和12构成前述通信电路30的一部分。顺便说一句，前述的充电电流输入端DI1、放电电流输入端DI2、温度检测输入端、电压检测输入端以及类似的端子是模拟输入端子，因此它们都由A/D输入端口组成。因此，微型计算机10包括用于把这些模拟输入转换成数字数据的A/D转换器。
运算放大器13的非反相输入端通过电阻R3连接到电池20的负电极。运算放大器13的反相输入端连接到一个用来设定放大系数的负反馈电阻R2和电阻R1。因此，运算放大器13的输出端的电压等于通过电阻R2的阻值与电阻R1的阻值之比(R2/R1)与流过电池组件1的电流值(充电电流)相乘后放大的电压值。从另一方面来说，运算放大器14的非反相输入端通过电阻R6和用来检测电流和电压的电阻R7连接到电池20的负极。运算放大器14的反相输入端连接到负反馈电阻R5和电阻R4。因此，运算放大器14的输出端电压等于经过电阻R5的阻值与电阻R4的阻值之比(R5/R4)与流过电池组件1的电流(放电电流)相乘后放大的电压值。
而且，晶体管开关Tr1由例如场效应管组成，其栅极连接到微型计算机10的开关控制输出端SW1，并且在其漏极和源极之间连接有前述电阻R1。因而，例如当来自微型计算机10的开关控制输出端SW1的信号电平是“高(H)”时，场效应管Tr1导通，从而电阻R1的值接近于零(即，只有场效应管Tr1的内电阻)，并且根据电阻R2的阻值与电阻R1的阻值之比(R2/R1)确定的运算放大器13的放大系数(放大器增益系数)变大。另一方面，例如当来自微型计算机10的开关控制输出端SW1的信号电平是“低(L)”时，场效应管开关Tr1关闭，从而运算放大器13的放大系数(放大器增益系数)小于根据电阻R2的阻值与电阻R1的阻值之比(R2/R1)确定的放大系数，即小于在晶体管开关Tr1导通状态下获得的放大系数。类似地，晶体管开关Tr2例如由一个场效应管构成，其栅极连接到微型计算机10的开关控制输出端SW2并且其漏极和源极之间连接有前述电阻R4。因此，例如当来自微型计算机10的开关控制输出端SW2的信号电平为“高(H)”时，晶体管开关Tr2导通，从而电阻R4的阻值接近于零(也就是说，只有晶体管开关Tr2的内阻)，并且运算放大器14的放大系数(放大器增益系数)变大。另一方面，例如当来自微型计算机10的开关控制输出端SW2的信号电平为“低(L)”时，晶体管开关Tr2关闭，从而运算放大器14的放大系数(放大器增益系数)变小。
在此情况下，在正常工作模式(运行中)下，微型计算机10连接地监测前述充电电流检测输入端DI1和放电电流检测输入端DI2的信号电平。如果这些电平达到或超出预定值，来自前述开关控制输出端SW1和SW2的信号电平都被置于“低(L)”电平，因此晶体管开关Tr1和Tr2都被关闭，运算放大器13和14的放大器增益系数变小。因此，通过使用具有低放大器增益系数的运算放大器13和14的输出值，微型计算机10能够测量电池组件1中流过的电流值(充电或放电时流过电流)。因此，微型计算机10能够识别充电或放电时流过电流，从而充电和放电电流的积分值以及类似的值能够被计算出来。
另一方面，在正常操作模式(运行中)下，当流过电流组件1的充电和放电电流被减到不超过预定值的非常小的值时，其放大器增益系数都变得很小的运算放大器13和14的输出值也变得很小。也就是说，前述充电电流检测输入端DI1和放电电流检测输入端DI2的电平也变小。此时，在微型计算机10中，前述端子DI1和DI2的电平被减到低于预定电平。如果这样的状况持续一个预定的时间，微型计算机10测定电路处于空载状态，从而其工作模式被转换成节能模式(静止模式)。在节能模式时，电路在能量损耗低于前述的正常运行模式下进行工作，从而其节约能量的工作成为可能。
当微型计算机10在节能模式(静止模式)下工作时，来自前述开关控制输出端SW1和SW2的信号电平都是“高”电平。这使晶体管开关Tr1和Tr2导通，从而运算放大器13和14的放大器增益系数变大。因此，当电路在节能模式(静止模式)下工作时，通过使用放大器增益系数变小的运算放大器13和14的输出值，微型计算机10能够测量流过电池组件1的极小电流(充电时流过的极小电流或放电时流过的极小电流)。
在这种情况下，在这样的节能工作模式下，当充电或放电电流达到或超过前述的预定值时，运算放大器13和14的输出值都变大。也就是说，前述“与非”门15的两个输入端电平都是“高”电平。因此，“与非”门15的输出变成“低”电平。这样，当连接到中断输入端的“与非”门15的输出电平变成“低”电平时，微型计算机10取消前述的节能工作模式，从而电路工作模式从节能工作模式转换到正常工作模式。
如上所述，如图4所示的电路布置中，由于电路在节能模式下工作比在正常模式下工作能耗低，能量能够被大量节约。此外，图4所示的电路布置中，通过开关控制输出端SW1和SW2，微型计算机10能够执行晶体管开关Tr1和Tr2的开/关控制，从而运算放大器13和14的放大器增益系数能够被变换。前述电路布置使得在节能工作模式下检测极小电流和在正常工作模式下测量电流值成为可能。
电压检测电路18是一个由电阻R9和R10组成的分压电阻器。电池20的端电压可以通过分压电阻器进行检测。由电压检测电路18检测的电压值提供给微型计算机10的前述电压检测输入端。从而根据从电压检测电路18提供的和通过微型计算机10的电压检测输入端接收到的已检测电压值，能够识别电池20的端电压。
此外，温度传感器19例如由用来检测温度的热敏电阻或类似元件组成，并被置于极接近电池20的地方。温度传感器18检测的温度值提供给微型计算机10的温度检测输入端，因此，根据提供给温度检测输入端的检测温度值，微型计算机10能够识别电池20的温度。
而且，前述非易失性存储器17例如由EEP-ROM组成，除了表示最大充电电压或最大充电电流的信息和表示如前所述的连接状况的信息之外，它还能够存储表示电池20的可允许的最大充放电循环次数的数据(循环数据)。如果表示电池20最大允许充放电循环次数的数据被存储在非易失性存储器17中，通过从非易失性存储器17读取表示最大可允许充放电循环次数的数据并同时测量电池20的电流充电和放电循环，微型计算机10能够把表示达到最大允许的充放电循环次数的识别标志传送给安装电池组件1的电子装置。因而，当从电池组件1传送来的识别标志被电子装置接收到时，它能够提供，例如，引起使用者注意必须更换电池组件的指示、电池组件的剩余容量的指示或类似指示。
接下来解释通过前述微型计算机10进行的剩余电池容量的计算，也就是说，根据前述的运算放大器13和14的输出值进行充电和放电电流的积分运算。顺便地说，在这些运算中，运算放大器13和14作为电流检测电路中的充电电流检测放大器或放电电流检测放大器。
电流检测电路检测流过电阻R7的充电或放电电流i[mA]并按包含电流/电压变换关系的给定增益系数G[V/mA]放大检测的电流，从而输出一个电压e＝iG[V]，提供给作为微型计算机10的A/D端口的充电电流检测输入端DI1和放电电流检测输入端DI2。在微型计算机10的A/D转换装置(A/D转换器)中，输入电压e[V]根据一个给定的量化宽度或间隔q[V/LSB]被量化，以把模拟数据转换成数字值x＝e/q(＝iG/q)。根据数字值x，微型计算机10在每一个预定的工作周期T[h：小时]内进行计算。
假设在工作周期T内电流i连续的流过，增加量或减少量ΔY由公式ΔY＝iT＝(xq/G)[mAh]给定。增加量或减少量ΔY使用前述A/D转换获得的数字数据X由如下公式表述：
                 ΔY＝(qT/G)x
当上述公式中的各值q，T和G是可调节的，使乘法系数qT/G等于2n，上面的公式可以改写成ΔY＝(2n)X。结果通过位移位就能够容易地计算该值。
此外，电流i的正值(+)相应于充电工作而电流i的负值(-)相应于放电工作。在图4所示的上述实施例中，在流过电阻R7的充电和放电电流中，充电电流被运算放大器13检测而放电电流被运算放大器14检测。各个检测到的充电和放电电流被作为一个正电压输出并提供给充电电流检测输入端DI1和放电电流检测输入端DI2。因此，假设电压e1根据检测的充电电流i1从运算放大器13提供到微型计算机10的充电电流检测输入端DI1，并且电压e1被微型计算机10中的A/D转换器进行模拟—数字转换以获得一个数字值x1，而电压e2根据检测的充电电流i2被从运算放大器14提供到微型计算机10的放电电流检测输入端DI2，并且电压e2被微型计算机10中的A/D转换器进行模拟—数字转换以获得一个数字值x2，每个工作周期T内的剩余电池容量Y[mAh]的增加量或减少量ΔY[mAh]可以由下面的公式给定：ΔY＝(i1－i2)×T
                       ＝(e1－e2)×T/G
                       ＝(x1－X2)×qT/G
如果乘法系数被设置为qT/G＝2n，上面的公式可以写成：
                   ΔY＝(X1－x2)×2n
结果，通过位移位，该值能够被容易地计算。
图5所示为微型计算机10的计算操作的流程图，用来通过前述的充电和放电电流值的积分运算计算剩余电池容量。
在图5中，在步骤ST41，剩余电池容量数据Y[mAh]被设置成初始剩余容量Y0[mAh]。这个过程由Y←Y0表示。在下一个步骤ST42中，增量或减量ΔY，也就是说，(x1－X2)×2n，被加到初始步骤前即时获得的剩余电池数据Y[mAh]。这样获得的相加的值作为一个新的剩余电池容量数据Y[mAh]存储在微型计算机10的一个内存贮器(未示出)中。这个过程由Y←[Y＋(x1－x2)×2n]表示。在下一个步骤ST43中，在等待一个相应于前述运算周期的预定时间间隔T后，计算程序返回步骤ST41。
在此情况下，当包括在电流检测电路中电流/电压转换关系的增益系数[V/mA]、微型计算机10中的模拟—数字转换的量化间隔q[V/LSB]、以及微型计算机10对充电和放电电流值进行积分运算的周期被选择，使它们之间的关系可以由qI/G＝2n表示时，积分电流值或剩余电池容量值能够通过位移位获得，而无须乘以系数。
如上所述，构成电流检测电路的运算放大器13的放大器增益系数由R2/R1的比值确定，同时，运算放大器14的放大器增益系数由R5/R4的比值确定。而且，电流/电压转换比率由电阻R7确定。用来检测充电电流的运算放大器13的放大器增益系数和用来检测放电电流的运算放大器14的放大器增益系数可以相同或不同。在多数情况下微型计算机10的模拟—数字转换的量化间隔q被IC固定。此外，运算周期T能够根据所使用的软件变化。
更具体地，例如，假设q/G＝2K[mA/LSB]和T[h]＝1/2m[h](这里k和m代表整数)的关系已经建立，每一运算周期T中的增量或减量ΔY由下式给定：
           ΔY＝(x1－x2)×qT/G
              ＝(x1－x2)×2k－m
所以，每一运算周期T的剩余电池容量Y[mAh]能够重新以下式表示：
             Y←[Y＋(x1－x2)×2k－m]
结果，仅通过加法和减法，以及(k－m)位移位操作，就能得到积分电流值。
特别是，在图6所示的情况中前述电流检测电路的增益系数G被设定，例如使q/G＝1的关系被建立。虽然在很多情况下量化间隔q被固定，值q也可以被改变以获得q/G＝1的关系。此时，如图6(A)所示，如果初始容量被置为8mAh，剩余电池容量Y由08H(这里H是一个十六进制数。也就是说，较低四位是“1000”。)表示。在初始容量为08H的情况下，例如，当每小时1mA的充电进行一小时时，与充电电流输入端DI1和放电电流输入端DI2的输入值相对应的A/D转换数据象它一样为01H。通过把这个值加到初始容量，获得一个9mAh的新的剩余电池容量数据Y。因此，如图6B所示，剩余电池容量数据Y由09H表示(也就是说，较低四位是“1011”。)。依次地，当每小时2mA的充电在具有09H的剩余电池容量的电池上进行一个小时时，一个新的剩余电池容量Y达到11mAh，因而由0BH表示(即，较低四位为“1011”。)，如图6(c)所示。通过上述讨论可知，例如，如果前述的电流检测电路80的增益系数G或类似系数被设置成建立q/G＝1[mAh/LSB]的关系，无须乘以系数就能获得积分电流值。
类似地，如图7(A)到7(C)所示，在前述的增益系数等被设置成，例如q/G＝8(＝23)[mAh/LSB]的情况下，当初始容量例如是1mAh，如图7(A)所示，剩余电池容量Y由01H表示(这里H是一个十六进制数，即，较低四位是“0001”)。在这样一个01H的初始容量的情况下，例如当每小时8mA充电进行一个小时时，与充电电流检测输入端DI1和放电电流检测输入端DI2的输入值相对应的A/D转换数据为01H，如图7(B)所示。当这个数据被加到前述剩余电池容量数据Y时，该值需要被23乘。数据被23乘的运算可以通过向右的三位移位操作实现，因此可以获得08H的增量，即8mAh。通过把这个增量加到最初剩余电池容量数据，获得一个9mAh的新的剩余电池容量数据Y，如图7(C)所示。这可以通过上述讨论理解，如果前述的电流检测电路的增益系数G等被设置成，例如，建立q/G＝8(23)[mAh/LSB]的关系，仅通过要求的位移位操作，而无须乘以系数就能够获得积分电流值。通常，如果q/G被设置成2n[mAh/LSB]，通过n次位移位和加法就能够获得积分电流值或剩余电池容量。
在上文中描述了使用锂离子电池作为电池的实施例。然而，本发明也可以以类似的方式适用于其他二次电池，如镍镉电池或镍氢电池。
而且，本发明的电池组件能够安装到各种电子装置，如视频摄像机，手提电话，个人计算机或类似装置。
如上所述，根据本发明，表示最大充电电流的信息和表示最大充电电压的信息被存储在电池组件中。而且，电池组件被电池充电装置充电的方式是，在充电的初始阶段进行恒电流充电，当电池组件的当前充电电压超过一个预定值时充电模式转换到恒电压充电。这样，通过根据电池组件的当前充电电压在恒电流充电和恒电压充电之间变换充电模式，并控制使之不超过最大充电电流和最大充电电压，就能给在最大充电电流和最大充电电压上彼此不同的各种电池组件提供一个最佳充电能量。

Claims (28)

1.一种电池充电装置，用于给具有电池的电池组件充电，所说的电池组件能够存储表示最大充电电流的信息和表示最大充电电压的信息并传送该信息，该装置包括：
通信装置，用来接收从所说的电池组件传送来的表示电池的最大充电电流的所述信息和表示电池的最大充电电压的所述信息；和
控制装置，用来控制充电时电池组件的电流和电压从而使之不超过所说的最大充电电流和所说的最大充电电压。
2.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所说的通信装置还接收从所说的电池组件传送来的充电时的电压值。
3.根据权利要求2所述的电池充电装置，其中所说的控制装置控制所述的电池组件和电池充电装置，从而把电池组件的充电条件交换到恒电流充电或恒电压充电。
4.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所说的控制装置控制所说的电池组件和电池充电装置，从而使用所说的最大充电电流进行恒电流充电。
5.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所说的控制装置控制所说的电池组件和电池充电装置，从而使用所说的最大充电电压进行恒电压充电。
6.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所说的控制装置控制所说的电池组件和电池充电装置，从而当进行恒电压充电时，其充电电压不超过所说的最大充电电压。
7.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所说的控制装置控制所说的电池组件和电池充电装置，从而当进行恒电流充电时，其充电电流不超过所说的最大充电电流。
8.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所说的控制装置控制所说的电池组件和电池充电装置，从而在恒电压充电的情况下其充电电压不超过所说的最大充电电压，在恒电流充电的情况下其充电电流不超过所说的最大充电电流。
9.根据权利要求1所述的电池充电装置，进一步包括一个能够改变输出电压值的可变电压源和一个能够改变输出电流值的可变电流源，其中所说的控制装置控制从可变电压源产生的所说的输出电压和从可变电流源产生的所说的输出电流。
10.根据权利要求1所述的电池充电装置，进一步包括一个用于选择地输出可变电压源的输出电压或可变电流源的输出电流的输出装置，其中控制装置控制输出装置从而在输出电压和输出电流之间改变其输出。
11.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所说的通信装置还接收从充电时的所说电池组件传送来的充电电流的值。
12.根据权利要求3所述的电池充电装置，还包括一个由所说的控制装置控制的发光装置，这样当输出装置在恒电流充电和恒电压充电之间改变时，发光装置被接通。
13.根据权利要求3所述的电池充电装置，还包括一个由所说的控制装置控制的发光装置，这样当输出装置在恒电流充电和恒电压充电之间改变时，发光装置被断开。
14.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所说的控制装置控制所说的电池组件和电池充电装置，使之在其充电的初始阶段进行恒电流充电，而当充电电压达到一个预定电压时或之后进行恒电压充电。
15.根据权利要求14所述的电池充电装置，其中所说的预定电压是所说的电池组件的饱和充电电压的90％。
16.一种给具有电池的电池组件充电的方法，所说的电池组件能够存储电池的最大充电电流和最大充电电压的信息并能够传送该信息，该方法包括以下步骤：
接收从所说的电池组件传送来的电池的最大充电电流和最大充电电压的信息；和
控制电池组件使其充电时充电电流和充电电压不超过电池的最大充电电流和最大充电电压。
17.根据权利要求16的方法，进一步包括步骤：
接收从电池组件传送来的在充电期间的充电电压值；和
控制电池组件从而在恒电流充电和恒电压充电之间改变电池组件的充电条件。
18.根据权利要求17的方法，其中当电池组件的充电以恒电流充电进行时使用最大充电电流。
19.根据权利要求17的方法，其中当电池组件的充电以恒电压充电进行时使用最大充电电压。
20.根据权利要求17的方法，其中当电池组件的充电以恒电流进行时，控制电池组件使其充电电压值不超过最大充电电压。
21.根据权利要求17的方法，其中当电池组件的充电以恒电压充电进行时，控制电池组件使其充电电流值不超过最大充电电流。
22.根据权利要求17的方法，其中控制电池组件使其在恒电压充电的情况下其充电电压不超过所说的最大充电电压，并且使其在恒电流充电的情况下其充电电流不超过所说的最大充电电流。
23.根据权利要求17的方法，其中控制电池组件使在其充电的初始阶段进行恒电流充电，而当充电电压达到一个预定电压时或之后进行恒电压充电。
24.根据权利要求23的方法，其中所说的预定电压是所说的电池组件的饱和充电电压的90％。
25.一种电池组件，包括：
一个能够被充电或放电的电池；
一个存储器装置，用于至少存储最大充电电流和最大充电电压的信息；和
一个通信装置，用来至少传送所说的最大充电电流和所说的最大充电电压的信息。
26.根据权利要求25的电池组件，还包括一个用来检测充电时所说的电池组件的电压的充电电压检测装置，其中所说的通信装置还传送由充电电压检测装置检测的电压信息。
27.根据权利要求25的电池组件，还包括一个用来检测充电时所说的电池组件的电流的充电电流检测装置，其中所说的通信装置还传送由充电电流检测装置检测的电流信息。
28.根据权利要求25的电池组件，其中所说的存储器装置存储所说电池的连接状况的信息。
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