CN1255253A - 带有充电控制电路的电池 - Google Patents

Abstract

把电路加到包括电池在内的电荷存储装置上,它产生或增强负增量V类型的终结信号图案,以便触发电池充电器来结束电池充电。响应于电压或温度的电路使得开关连接一个负载在电池两端,以造成电压降。该电压降触发电池充电器内的电路,以结束充电。对于某些应用,加上附加的电路,以使得在出现第二规定事件时断开第二开关,从两端上除去负载。第二规定事件由规定的电压、温度、或过去的时间值来限定。

Description

带有充电控制电路的电池

                      发明背景

发明技术领域

本发明涉及电池充电领域，具体地，涉及用于结束电池充电器的充电过程的电路。

相关技术描述

对于共同的镍镉(NiCd)电池和镍-金属-氢(NiMH)电池采用几种不同的用于结束电池的充电过程或用于同时充电一组电池的方法。一种方法是当电池达到或超过预定的电压门限或显示特定的电压曲线特性时结束电池充电。另一种方法涉及只使电池充电一段特定的时间量。

只使电池充电一段特定的时间量的问题在于很难找出用来正确地充电所有的电池的一段时间间隔。有时，电池可能被充电得太长。在这种情况下，被过分充电的电池可能由于造成过量的温度而被损坏。为了避免这个问题，应当使用较少的时间间隔。然而，有关的问题是有些电池将不能充电到足够的量。

因为只使电池充电一段特定的时间量的方法是过分简单化以及通常是不适用的，所以，开发了结束电池充电的其它方法。一种这样的方法被称为负增量V终结法(MDVT)。MDVT处理法测量电池两端的电压，直到达到峰值电压为止。一旦充电器确定电池两端电压小于峰值(即，充电曲线有负的斜率)，则充电过程就结束。然而，MDVT处理法的一个问题是，负的电压斜率有时是不能检测到的。例如，当电池在升高的温度下运行时，负的电压斜率常常是不能检测到的。

另一些类型的电池不能通过使用MDVT终结法的充电器充电。例如，锂离子的，可充电碱性的，铅-酸的，和可充电碱锰(RAM)电池在达到最大充电以后不显示负的电压斜率。因此，当前需要用于这些电池的不同类型的充电器，它使得现有的和普通的电池充电器在这方面几乎是无用的。随着更高容量和更轻的重量的电池的需要的增加，这些较新的电池类型的扩充也将增加。这又将使得非常好的MDVT充电器成为过时的。而且，当开发出用于结束充电过程的新方法时，用于这些较新类型的电池的充电器可能变得更复杂和更昂贵。所以，有需要使得电池与使用负增量V终结处理法的充电器相兼容。

                      发明概要

可充电电池包括使得能与负增量V终结类型充电器相兼容的电路，这样，电池可在普通的MDVT充电器中被充电。电池电路包括控制电路和与负载串联的可电操作的开关。开关和负载是与电池两端并联的。操作开关的控制电路可以是温度或电压启动的。因此，当达到预定的电压或温度门限时，控制电路临时启动开关闭合，使得负载产生在两端的电压降。电压降触发充电器停止充电。电池控制电路可被放置在任何类型的电池内，以增强或产生必要的MDVT特性，用于结束来自MDVT型充电器的充电。

                      附图简述

当结合附图参照以下的详细说明，可以达到对于本发明的方法和设备的更好的了解，其中：

图1是显示本发明的第一实施例的方框图；

图2是按照本发明的第二实施例的可选择的负载的电路图；

图3是按照本发明的第三实施例的可选择的负载的电路图；

图4是按照本发明的第一优选实施例的可选择的负载的电路图；

图5是按照本发明的第二实施例的可选择的负载的电路图；

图6是按照本发明的第四实施例的可选择的负载的电路图；

图7是按照本发明的第五实施例的可选择的负载的电路图；

图8是显示按照本发明的第二优选实施例的产生电压降的负增量V终结类型的方法的逻辑流程图；以及

图9是显示按照本发明的第六实施例的产生电压降的负增量V终结类型的方法的逻辑流程图。

                   附图详细描述

图1是显示本发明的第一实施例的方框图。现在参照图1，可选择的负载10被跨接在电池14的正端和负端。可选择的负载10包括输入端18，用于接收输入条件22。使得可选择负载10成为所选择的负载的输入条件22的性质取决于可选择的负载10的内部元件。例如，如果可选择负载10包括温度敏感耦合装置，则输入条件可包括电池温度。又例如，如果可选择负载包括用于接收和分析电压的可选开关和电路，则输入条件可包含所测量的电压。

在运行时，无论何时规定的条件反映电池应当被充分充电时，可选择负载10被选择或被连接到电池的正端和负端。例如，已经知道，该电池一旦被充电，就达到已知的电压电平。对于其它的电池，已经知道，当电池被适当地充电时该电池将达到规定的温度。

一旦电池达到充电的条件，正如通过其两端的电压或电池温度所指示的，可选择负载就被放置在电池两端。在电池两端放置可选择的负载造成可测量的电压降被引入到电池两端。因此，如果利用传统的负差值V终结充电器，则电压降被充电器检测以及充电结束。

图2是按照本发明的第二实施例的可选择负载的电路图。选择参照图2，双金属开关26与负载电阻30相串联。双金属开关26被耦合来检测电池温度22。当图1的电池14被充电以及其内部温度提高时，双金属开关26将保持断开，直到电池内部温度达到规定的水平为止。一旦达到规定的水平，双金属开关26可操作为闭合，并且把电阻性负载连接到电池14的两端。通常，双金属开关被选择来在认为表示电池14被适当地充电的温度值下完成电路。例如，对于某些类型的电池，50°-60°F的内部温度(接近电池的外部温度)可典型地反映电池被充分地充电。

对于图2的电路，200欧姆负载被安放来与可选择的双金属开关相串联。200欧姆的数值被选择来产生在电池14两端足够的电压降，同时使得负载消耗的实际功率总量最小化。例如，200欧姆负载从5伏电池上抽取25毫安。如果双金属开关保持闭合五分钟，则在负载上大约消耗2.1毫安-小时的能量。因为典型地使用于蜂窝电话的现代的电池可存储一千毫安-小时的能量，如果使用200欧姆电阻则负载电阻上的能量消耗将是可忽略的。

图3是按照本发明的第三实施例的可选择负载的电路图。现在参照图3，可选择的开关34被用来代替双金属开关26。可选择开关34被连接来接收由包括热电偶的逻辑装置38输出的逻辑信号。逻辑装置38的热电偶，像双金属开关26那样，被耦合来检测电池温度22。一旦电池温度22达到规定的水平，逻辑装置38的热电偶就产生和输出信号到可选择开关34，使得可选择开关34闭合。正如前面所述，电阻30被并联在电池14的两端，造成其上的电压电平下降。该电压降使得负差值V终结充电器停止对电池14充电。

图4是按照本发明的第一优选实施例的可选择的负载的电路图。现在参照图4，可选择的开关放置成与电阻30串联。图4的电路不使用包括热电偶的逻辑装置38，而是包括与电池14的两端并联的逻辑装置42。逻辑装置42包括模拟-数字电压转换器，它被耦合来感知电池14的两端的电压。一旦电池14被完全充电，两端的电压就达到规定的电压电位。逻辑装置42被用来产生逻辑信号到可选择开关34，它使得可选择开关34闭合。优选地，无论何时在电池14的两端的测量的电压超过规定的门限电压时，逻辑装置42产生逻辑“1”信号来触发可选择开关34。

图5是按照本发明的第二实施例的可选择的负载的电路图。现在参照图5，图1的可选择负载10包括通常断开的双金属开关26和与其串联的、类似于图2所示的负载电阻30。此外，安放一个通常闭合的双金属开关46，与双金属开关26和负载电阻30相串联。双金属开关46被耦合来检测由负载电阻30产生的温度。因此，一旦双金属开关26闭合以及电流流过负载电阻30，双金属开关46就因为负载电阻30产生的热而断开。一旦电流由于双金属开关46断开而中断，电池就避免了不必要的放电。

图5的电路的一个期望的应用是用于电池多半在高温度环境下充电的情况。例如，如果电池充电器多半是用于热的汽车内，则图5的实施例的使用对于防止不必要的电流抽取将是有利的。这个结果的原因是高温环境将使得双金属开关25保持闭合较长的时间间隔。因此，被选择为在由负载电阻所达到的温度下呈现开路的第二个双金属开关的采用减小了从电池的不必要的电流抽取。

图6是按照本发明的第四实施例的可选择的负载的电路图。现在参照图6，温度敏感的双金属开关26被安放来与正温度系数热敏电阻50相串联，以构成图1的可选择负载10。使用正温度系数热敏电阻50代替负载电阻30的理由是达到类似于图5的电路的结果。换句话说，图6的电路的功能是减小在双金属开关26闭合以后从充电电池的不必要的电流抽取。一旦双金属开关26闭合和过量耗散在热敏电阻50上，热敏电阻50由于其被加热就将增加其电阻值。增加的电阻减小了流过热敏电阻的电流，由此减小了电池14的放电。

图7是按照本发明的第五实施例的可选择的负载的电路图。现在参照图7，图2的负载电阻30被发光二极管54代替。因此，一旦双金属开关26闭合，功率就由发光二极管消耗。使用类似于发光二极管54的光源耗散功率的优点在于，该光产生关于电池被充分充电的视觉效果。虽然发光二极管在双金属开关26闭合的同时只保持“ON(接通)”，但当用户在等待电池充完电时光的使用是有利的。

图8是显示按照本发明的第二优选实施例的产生电压降的负增量V终结类型的方法的逻辑流程图。现在参照图8，该方法总的包括：在电池被充电时测量电池两端的电压，以触发电路显示负增量V终结特性的步骤。因此，第一步骤是逻辑装置42测量当电池被充电时的电池两端的电压(步骤800)。在测量电压以后，逻辑装置确定电池电压是否等于或超过规定的门限电压(步骤810)。在电池电压低于规定的门限电压电平时，逻辑装置将继续测量电池在被充电时的电压。典型的规定的门限电平是1.5伏。

一旦逻辑装置42在步骤810确定门限电压电平已达到，它就产生一个信号(例如，逻辑“1”)，使得可选择开关34闭合(步骤820)。逻辑装置然后在它产生信号给可选择开关使得它断开之前，等待一段规定的时间量(步骤830)。在一个实施例中，逻辑装置等待的规定时间量是300秒。此后，逻辑装置产生信号(例如，逻辑“0”)使得可选择开关断开(步骤840)。

图9是显示产生按照本发明的第六实施例的产生电压降的负增量V终结类型的电压降的方法的逻辑流程图。

现在参照图9，该方法总的包括接收输入条件和无论何时输入条件达到规定的状态时闭合开关，以造成负增量V特性。更具体地，例如，第一步骤是一开始在逻辑装置42处接收输入条件(步骤900)。此后，逻辑装置42确定所接收的输入条件是否达到规定的状态(例如，电压条件)(步骤910)。如果不是的话，继续接收输入条件(步骤900)。然而，一旦确定达到规定的状态，第一开关26就被闭合，产生对于被充电的电池的负增量V终结特性。

在第一开关26被闭合以后，接收第二输入条件(步骤930)。如果在这个电路中使用了第二双金属开关46，正如上面参照图5所讨论的，则接收这个第二输入。对于图5的系统，第二输入条件是温度。一旦第二条件达到规定的状态，例如，规定的温度，就减小电流(步骤950)。例如，如果使用图6的实施例的电路，则通过增加跨接在电池两端的负载热敏电阻50的阻值来减小电流。如果使用图5的实施例的电路，则通过断开第二双金属开关46使电流减小为零。

如上所讨论的，输入条件可以是电压或温度。如图2到7所示的、对于可选择负载10的任何电路可被使用来实现图8和9的本发明的方法。这样，如果使用双金属开关或等效的装置(例如，带有可选择开关的热电偶)，则输入条件是温度。在这样的情况下，规定的温度是被认为是指示被充电的电池已被充分充电的温度。例如，如果使用镍金属氢(NIMH)类型的电池，以及达到了60℃的规定温度(该温度表示已充分充电或因为电池太热，充电将结束)，则将结束充电。如果使用了可选择开关以及包括模拟-数字变换器在内的逻辑装置，则输入条件是电池两端的电压。对于这样的实施例，可以看到，逻辑装置包括被连接在电池两端的输入端。

以上所讨论的每个图显示了要被包括在电荷存储装置内的电路，用于产生如上所讨论的负增量V终结特性。这样的电路被用来触发用于NiCd电池(或类似的)的传统的电池充电器，以使得对于不产生适合于激发充电器终止充电的MDVT信号特性的电池结束充电。这样，本电路的使用允许老技术的充电器可使用于新技术的电池，这些电池通常在充分充电后不产生负增量V终结特性。因此，避免了大量的浪费，因为老的充电器将不会被不必要地丢弃。

虽然在附图中显示了和在上述的详细说明中描述了本发明的方法和设备的实施例，但将会看到，本发明不限于所揭示的实施例，而是能够有各种重新安排、修正、和替换，而不背离以下的权利要求所述和所规定的本发明的精神。例如，所揭示的电路或其修正可被做成为一种附加的装置，用于在电池被充电的同时加在电池上。作为另一个例子，所揭示的电路可以一种更新的电路被加到现有的NiCd电池上。

Claims (21)

1.具有正端和负端的电荷存储装置，包括：

负载，具有第一和第二连接点，其中第一连接点被连接到正端和负端中的一端；以及

开关电路，被连接在负载的第二连接点与正端和负端的剩余的一端之间，其中开关电路在出现规定的条件时可操作地闭合，使得负载连接到正端和负端。

2.权利要求1的电荷存储装置，其特征在于，其中负载包括负载电阻。

3.权利要求2的电荷存储装置，其特征在于，其中负载电阻包括200欧姆的电阻。

4.权利要求1的电荷存储装置，其特征在于，其中开关电路包括用于检测电池温度的装置，以及其中规定条件包括规定的温度。

5.权利要求4的电荷存储装置，其特征在于，其中开关包括通常断开的双金属开关。

6.权利要求4的电荷存储装置，其特征在于，其中可选择的负载包括热电偶和被耦合到其上的可选择开关，以便接收控制信号，其中热电偶发送控制信号，以便启动可选择开关以及使得可选择开关闭合。

7.权利要求1的电荷存储装置，其特征在于，其中开关电路包括用于测量电压的电路，以及其中规定条件是规定的电压。

8.权利要求7的电荷存储装置，其特征在于，还包括逻辑装置，它包括模拟-数字变换器和耦合到其上的可选择开关，其中模拟-数字变换器被耦合来接收输入条件，即，电压，以及其中逻辑装置在电压达到规定值时被用来产生信号给可选择开关，以使得可选择开关闭合电路和放置负载在正端和负端上。

9.具有正端和负端的电荷存储装置，包括：

电阻负载；

通常闭合的双金属开关；以及

通常断开的双金属开关，其中电阻负载、通常闭合的双金属开关、和通常断开的双金属开关都被串联连接在正端与负端之间。

10.权利要求1的电荷存储装置，其特征在于，其中电阻负载是发光二极管。

11.具有正端和负端的电荷存储装置，包括：

输入装置，用于接收至少一个规定的条件；以及

开关装置，用于根据在输入装置接收的规定条件选择地连接一个负载在电池两端。

12.权利要求11的电荷存储装置，其特征在于，其中负载包括发光二极管。

13.权利要求12的电荷存储装置，其特征在于，其中负载包括热敏电阻。

14.权利要求1的电荷存储装置，其特征在于，其中开关装置包括通常闭合的开关和通常断开的开关。

15.用于在具有一对端头的电荷存储装置内产生负增量V终结特性的方法，包括以下步骤：

确定规定条件是否满足；以及

根据所述规定条件闭合一个开关和在电池两端放置一个负载，由此增加电流抽取和减小两端之间的电压。

16.权利要求15的方法，其特征在于，其中确定规定条件是否满足的步骤包括接收温度的步骤。

17.权利要求16的方法，其特征在于，其中温度至少是60℃。

18.权利要求15的方法，其特征在于，其中确定规定条件是否满足的步骤包括接收电压。

19.权利要求18的方法，其特征在于，其中电压等于4.2伏以及其中电荷存储装置是锂-离子电池。

20.终结电池的充电过程的方法，包括以下步骤：

确定规定条件是否满足；

根据所述规定条件闭合开关，以便在电池两端放置一个负载；

等待规定的时间量；以及

断开开关，以便在电池两端除去负载。

21.权利要求20的方法，其特征在于，其中等待步骤包括等待至少300秒的步骤。

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