CN1277477A - 控制蓄电池充电的方法和实施此法的设备 - Google Patents
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Abstract
一种控制充电的方法,作为蓄电池在充电器上的时间的函数;所述的蓄电池给计时功能电路和辅助功能电路提供电力;其特征在于下列步骤:蓄电池在充电器上充电期间给步进计数信号增量;当计数信号达到了以前确定的,相应于所述的蓄电池的标称充电的最大值时使蓄电池停止充电;和蓄电池不在充电器的放电期间给步进式计数信号减量,当只用计时功能电路时按第一幅度减小计数信号,并根据所用的辅助功能电路,用第二幅度减小该计数信号。
Description
本发明涉及控制蓄电池充电的方法及实施此法的设备。特别涉及用于无线应用装置(诸如手表、手提电话、摄像机等)的蓄电池。
对于正确使用的传统电子表，有一个简单的低压电池就够了。适合于这种表的机芯耗电量非常低。通常用1.5伏以内电压的几个微安级电量就行了。一般，低压电池使这类表自动行走约两年。
可是，现在，人们设法在表中集成其他的辅助设备(诸如，举例，天线收发设备)以让表象部电话一样工作。而这种设备所需的电流和电压比普通的计时功能电路设备所需的高得多。举例说，当射频线路在工作时，耗电量高于50mA，电压超过2.5伏。面临如此高的电力要求，电池不能保证是合适的电源因为它们将很快就耗尽了；这使戴表人频繁地换表。为克服这一缺点，决定使用可重充电的电池来给此辅助功能电路提供电力。由于成本和小巧的原因，而不用电池了，计时功能电路由于电耗极微小也用蓄电池供电。
为给蓄电池充电，已知有各种方法。其中最常用的是，快速充电法，这种方法是，在制造商规定限度内将一种恒定电流注入该蓄电池；如果希望速度快，注入电流就高。这种方法的难处在于确定何时停止充电，因为知道充电超过了几分钟由于过热就会缩短蓄电池的使用寿命，而如果超过几十分钟则可以使它不能用或毁掉它。
现在有几种确定当蓄电池达到额定负荷时快速结束它的充电的方法。这些方法的特点是，结束充电后它们的反应时间。这种反应时间应尽可能短以防止蓄电池出现任何过热现象。这些方法还有别的特点：可靠、能重复及他们的造价。
最通常的方法利用蓄电池充电电压的特性曲线。当蓄电池的电流满，甚至有点过了时，其电压在充电期间连续增加后稍有点下降。该压降由电子控制电路来探测，然后由压降来决定给蓄电池停止充电。
这种方法有两个缺点：首先，当电压下降时，蓄电池已经充电稍过了，因此其温度已开始上升。因此已有点晚，因为过热是蓄电池老化的主要原因。充电越快情况越是如此。充电电流越高，过量充电越多，热量越容易过高。第二，有些蓄电池有较小的明确压降，因此它更难探测。
最近的方法在于不仅测量蓄电池的充电电压还测试它的温度并决定当温度增加的速率超过了某个门槛值时就停止充电。在几乎整个充电期间温度都保持恒定，越到充电结束时温度就开始以更快速度上升。用上述的温度测试法，当温度上升的速度比预先设定的快时就停止充电。
这种方法的一个缺点是，每个蓄电池都要一个温度传感器并在蓄电池和充电器连接线间又增加一、两个触点。而有时这样做的造价是很高的。这种方法的第二个缺点是，温度从电池的芯子传到外壳再传到温度传感器传播的速度慢。换句话说，当充电停止了时，蓄电池已经有过热的时间了。
与上面所述的快速充电法相反，所谓的慢速充电法也能用，所谓慢速充电法就是将一种相比其容量强度低的电流注入该蓄电池。例如，10mA的恒定电流可以永久地加给100mA小时的蓄电池而无损坏它的任何风险。对于更高的充电电流(属于20mA到30mA级的)，可以给蓄电池充电的结束时间规定为一个时间函数，此时间是蓄电池已在充电器上的时间。
然而后一种解决办法有一个明显的缺点。如果人们只考虑从蓄电池放在充电器上所用的时间，则在人们把蓄电池拿走后马上又放回充电器处时又得完全重新设置充电的时间界限。当电网出现瞬间中断或充电器产生震动使充电器和蓄电池间的电接线发生瞬间中断时都会出现同一问题。
本发明的目的是，通过给蓄电池提供充电控制的方法使蓄电池在发生过热，因此过量充电前就停止充电而又不要复杂的和造价高的设备来克服上述问题和缺点。
因此本发明是将蓄电池的充电作为一种时间函数来控制的方法，所述时间是蓄电池在充电器上的时间，所述的蓄电池用于给计时功能电路和一个或多个辅助功能电路提供电力；本方法的特征在于它包含了以下步骤：
蓄电池在充电器上充电期间增加步进计数信号；
当计数信号达到了以前设定的相应于所说的蓄电池标称充电的最高值时，使该蓄电池停止充电；和
蓄电池脱开充电器期间放电时，较小步进式计数信号；当仅用计时功能电路时，该计数信号减小第一步长和根据所用的辅助功能电路或其它功能按与第一步长不同的第二步长来减小计数信号，使得，如果计数信号到了0，将进行下一次充电直至所说的计数信号再次达到其最大值；而如果在该计数信号到达0前蓄电池被放回充电器，下次充电的期限将短些。
由于这些特性，本发明提供了一种控制蓄电池充电的方法，它让蓄电池的充电足够早地中断以使所述的蓄电池在任何情况下都没有过热的时间；这样做大大增加了它的使用寿命。再者，与现有技术相反，本发明不要求复杂而昂贵的电子设备，举例来监视充电电压的演变情况或测试蓄电池的温度；这样就可以实现很大的节省。
按照本发明的一个优点，不仅计数蓄电池的充电时间，还计数蓄电池不在充电器上的期间，如果计数器到了0，才授权该蓄电池的全新充电。因此，如果，例如电源的网路发生了瞬间中断，则不要将充电的界定时间完全重新设定，这样做可避免使该蓄电池造成任何破坏性的过量充电。
按照本发明的另一个特性，计数信号达到其相应于蓄电池的标称充电的最大值前不管蓄电池充电发生了什么中断，所述的计数信号下降的幅度正是相同的辅助功能电路达到所述的最大值后应遵循的幅度。
反过来说，如果计数信号到达零前蓄电池被放回该充电器，则只有授权部分充电；因此所说的计数信号增长的幅度也和整个充电采用的一样。
本发明还涉及作为蓄电池在充电器上的时间的函数控制蓄电池的充电设备；所说的蓄电池用于给计时功能电路和一个或多个辅助功能电路提供动力，该设备的特征在于它包含一个电子控制电路，在蓄电池在充电器上充电期间该电子控制电路增加步进式计数器，而当计数器的值达到相应于所述的蓄电池标称充电的最大值时促使该蓄电池停止充电并在蓄电池不在充电器上的放电期间使步进式计数器减量；仅当使用计时功能电路时用第一步长减小步进式计数器，并根据所用的辅助功能电路用与第一步长不同的第二步长减小计数器，以便，如果该计数器到了0，由该电子控制电路进行下一次充电直至该计数器再次达到了其最大值；其中，如果该计数器达到0前充电器上的蓄电池被放回该充电器，该电子控制电路只授权该蓄电池的部分充电充电。
在阅读了下面详细说明的实施本发明的方法的举例(该举例是无限制意义的)及附图后，本发明的其他特性和优点就会更清楚了，其中：
图1是按本发明实施该方法的电子控制电路原理图；
图2是蓄电池按本发明的方法进行连续充/放电周期的图形框图；
图3是蓄电池充/放电周期的示意图，其中递减并达到0，此时该蓄电池的全新充电被授权，其步长是该蓄电池在使用时提供电流大小的函数；
图4是当该计数器达到0前蓄电池放回到充电器上时蓄电池充/放电周期的图形；
图5是当到该计数器达到相应于所述的蓄电池标称充电的最大值CPTMAX前将蓄电池从充电器上卸下时蓄电池充/放电周期的图形；和
图6举例说明下面的情况：蓄电池在该计数器达到了相应于蓄电池的最大充电的最大值CPTMAX后留在该充电器上，而其中定期授权该蓄电池的部分充电与以维持蓄电池的充电。
本发明从总的发明概念开始讲起，该发明概念不仅计数蓄电池的充电时间，还倒计数蓄电池不在充电器上的期间，因此该蓄电池如果被从充电器上拿下后马上又放回去，这并不完全重新设置充电的限定时间；这有利于该蓄电池避免出现任何过量充电。另外，该计数器的CPTMAX值(超过它蓄电池充电会被中断)也可作为充电电流强度的函数来调整，因此蓄电池的标称充电被达到而蓄电池没有过热的时间。
本发明将参考时钟进行描述，该时钟带有大功率耗电的辅助设备(诸如，举例，与天线有关的收发设备)，使得上述时钟象电话一样使用。然而，不用说本发明也能以类似的方式应用于包括时基和蓄电池的所有类型的便携式设备，诸如摄像机、手提电话等等。
图1示出了按本发明的蓄电池充电控制设备。该设备按总的数值标记l标作一个整体。它是一个便携式系统，与给蓄电池4充电的充电器2进行电连接。在图1所示的例子中，蓄电池4是感应充电的。为此，第1个线圈6构成充电器2的初级绕组，而放在蓄电池4的充电电路中的第2线圈8构成了所述的充电器2的次级绕组。因为蓄电池4用于手表，人们喜欢用感应式给它充电而不用电阻接触式将它连到充电器2，以避免金属触点产生腐蚀问题并修改了表的密封方式。尽管如此仍将认为按本发明的方法可以实施而不管用于给蓄电池4充电的充电器是什么类型的。蓄电池4用直流电通过整流电路10整流后供给(整流电路10通过两个线圈6和8间耦合的磁铁整流)。蓄电池4转而又给电子控制电路12及1个或多个辅助设备14(诸如，例如，与天线电连接的收发设备)供电以便能将表象电话那样使用。
现在将详细研讨电子控制电路12的操作方式。按照本发明，电子控制电路由一个时钟机构处理器构成，其中包括时基和增量计数器以便能够计数蓄电池4的充/放电时间。由石英震荡器16给时钟机构处理器提供时基。控制电路12能控制模拟时间显示18及，例如，液晶显示设备20。
如图1所示，充电控制信号VIN在整流电路10的输出端拾取并通过电阻22和电容24加给控制电路12的输入端。该充电控制信号VIN在ta时刻即当蓄电池4放在充电器2上并开始用直流电充电时置成1(图2)。在控制信号VIN变为1时，控制电路12开始计数充电时间。而后计数信号CPT逐渐地由0增加到最大值CPTMAX这时充电时间到达了相应于蓄电池4的标称充电的界限值tmax。计数信号增量的幅度作为注入蓄电池4的充电电流强度的函数来调节，因此蓄电池达到其标称充电而又没有过热的时间。显然，充电电流越大，计数信号CPT增长得就越快。
当计数信号达到其最大值CPTMAX时，通过将充电中断信号VOUT置为1，控制电路12就使蓄电池4的充电工作停止。该中断信号VOUT用于它指示打开的开关26之类的中断装置。因为开关26有打开蓄电池4的充电电路的作用。
当在最简单的情况下，蓄电池4达到其标称的充电tmax的瞬间后蓄电池4从充电器2处断开短时间，充电控制信号VIN置成0，充电中断信号VOUT仍为1，而控制电路12开始在蓄电池4不再在充电器2上的放电期间倒计数放电的时间。然后计数信号CPT逐渐从其最大值CPTMAX减至0。这时放电时间已达到t1值，往后控制电路12又授权蓄电池4整个充电。这使中断信号VOUT变成0，致使蓄电池4的充电电路再次关闭而其新的充电工作得以进行。而后当蓄电池4放回到充电器2时，充电控制信号VIN置成1，控制电路12开始在蓄电池4在充电器2期间再给该计数器增量。
按本发明的特别有利的特性，从蓄电池4不再在充电器2上之时起该计数器的减量速度不是固定的，而是作为所述的蓄电池4供给的放电电流的一个函数来调节(图3)。因此，如果蓄电池4只给表的计时功能电路供电(因为表的电耗很小)，则计数信号CPT减量的速度将是慢的，因此当计数信号CPT达到0而过后才可授权蓄电池4的新的整个充电的时间t′1将大大增加；即所述的蓄电池4的新的充电不会那么快就授与。反之，如果戴表人用例如电话的功能电路(该电路耗电多)多，则计数信号CPT减量的速度将会加快，因此当计数信号CPT达到0并在往后蓄电池4的新的整个充电将被授与的t1时间将会大大缩短。
按本发明的补充特性，计数信号CPT增量速度不同于同一计数信号CPT减量速度。
现在要审核在计数信号CPT到达0前的TA瞬间蓄电池4被放回充电器2的情况(图4)，即控制电路12可授与所述的蓄电池4的新的整个充电前的TA瞬间蓄电池被放回充电器2的情况。在这种情况下，控制电路12授权蓄电池4部分充电。然后计数信号CPT逐渐从tA时有的CPTA值增至相应于蓄电池4的标称充电的最大值CPTMAX。将会注意到，当蓄电池4放在充电器2上的时刻tA后计数信号CPT的正向梯度跟计数信号CPT达到其最大值CPTMAX前将要获得的梯度是一样的。
反之，可以假定蓄电池4是在计数信号CPT达到其最大值CPTMAX前，即蓄电池4达到其标称充电前的tB时刻蓄电池4从充电器2卸下来的(图5)。在这种情况下，计数信号CPT逐步从它在TB时有的CPTTB值减至0，这时放电时间达到TC值，过了TC后控制电路12又授权蓄电池4整个充电。人们将会注意到蓄电池4从充电器2卸下来的tB时刻后计数信号CPT的负向梯度和计数信号CPT达到了其最大值CPTMAX后为同一辅助功能电路得到的一样。因此，在正常的充/放电周期情况下，达到tc时刻(这时授与新的整个充电)所需的时间比隔开tmax和t1时刻的时间短。要注意，在这种情况下，只要计数信号CPT没有达到相应于蓄电池4的标称充电的最大值CPTMAX，则充电中断信号VOUT在0时维持恒定。
最后，将考虑在计数信号CPT达到了相应于所述的蓄电池4的标称充电的最大值CPTMAX后蓄电池4留在充电器2上的情况(图6)。在计数信号CPT到达其最大值CPTMAX时，充电中断信号VOUT置成1，蓄电池4不再被提供电流。在这种情况下，计数信号CPT逐渐从它在tmax时候具有的CPTMAX值减至它在tD时达到的CPTD值。在tD时刻，蓄电池4的部分充电再次被授与并将充电中断信号VOUT置成0。注意，计数信号CPT的负梯度是低的并确定的，考虑到蓄电池4的自身放电和一旦自身放电时允许的最小值tD被达到了就授与新的充电以维持蓄电池4的充电。
不用说各种变化和修改都属本发明的范围。
Claims (13)
1.一种控制蓄电池(4)充电的方法，作为在所述的蓄电池(4)在充电器(2)上的时间的函数；所说的蓄电池(4)用于给计时功能电路和一个或多个辅助功能电路(14)提供电力，其特征在于它包含下列步骤：
蓄电池(4)在充电器(2)上充电期间增加计数信号(CPT)；
当计数信号(CPT)达到了以前确定的相应于所述的蓄电池(4)的标称充电的最大值(CPTMAX)时，使蓄电池(4)停止充电；和
蓄电池(4)不在充电器(2)的放电期间减小计数信号(CPT)；当仅用计时功能电路时计数信号(CPT)减小第一步长，根据所用的辅助功能电路(14)用与第一步长不同的第二步长减小计数信号，使得，如果计数信号(CPT)达到0，进行下一次充电直至所述的计数信号(CPT)再次达到了其最大值(CPTMAX)，反之如果在计数信号(CPT)达到0前将蓄电池(4)放回充电器(2)，则下一次充电的期间就将进行得短些。
2.如权利要求1的方法，其特征在于计数信号(CPT)达到了其相应于蓄电池(4)的标称值的最大值(CPTMAX)前蓄电池(4)的充电不管发生了何种中断，计数信号(CPT)减量的幅度是同一辅助功能电路(14)达到了其最大值(CPTMAX)后应遵循的。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于计数信号(CPT)到达0前如果蓄电池(4)放回到充电器(2)上，则只授权部分充电，且计数信号(CPT)的减量幅度和整个充电将使用的幅度一样。
4.如权利要求1-3的任一个的方法，其特征在于，计数信号(CPT)的增量速度与同一计数信号(CPT)的减量速度不同。
5.如权利要求1-4的任一个的方法，其特点在于计数信号(CPT)的最大值(CPTMAX)作为注入蓄电池(4)的充电电流强度函数来被调节。
6.如权利要求1-5的任一个的方法，其特征在于如果计数信号(CPT)达到了其相应于所述的蓄电池(4)的标称充电的最大值(CPTMAX)后蓄电池(4)仍留在充电器(2)上，则考虑到蓄电池(4)有自我放电电流可确定计数信号(CPT)的负梯度，而一旦达到计数信号(CPT)接受的最低值(CPTD)，为维持蓄电池(4)的充电要授权新的充电。
7.一种将蓄电池(4)的充电作为蓄电池(4)在充电器(2)上的时间的函数以控制蓄电池的充电的设备，所述的蓄电池(4)用于给计时功能电路和一个或多个辅助功能电路(14)提供电力，该设备的特征在于，它包含一个电子控制电路(12)，该电子控制电路在蓄电池(4)在充电器(2)上充电期间增加步进式计数器，当该计数器达到了其相应于所述的蓄电池(4)的标称充电的最大值(CPTMAX)时使蓄电池(4)停止充电并在该蓄电池(4)不在充电器(2)上的放电期间减小步进式计数器；当仅用计时功能电路时用第一步长减小计数器，根据所用的辅助功能电路(14)用与第一步长不同的第二步长减小，以便，如果该计数器达到0时，将由电子控制电路(12)进行下一次充电直至该计数器再次达到了其最大值(CPTMAX)，而如果蓄电池(4)在该计数器达到了0前就放回充电器(2)上，则电子控制电路(12)只进行该蓄电池的部分充电。
8.如权利要求7的设备，其特征在于，当表示蓄电池(4)放在充电器(2)上的充电控制信号(VIN)施加到电子控制电路时，该电子控制电路(12)开始给该计数器增量；还在于，所述的电子控制电路(12)在电流达到了相应于所说的蓄电池(4)的标称充电的最大值(CPTMAX)时，产生一个充电中断信号(VOUT)，在该信号的作用下蓄电池(4)的充电工作中断。
9.如权利要求8的设备，其特征在于，充电中断信号(VOUT)控制中断装置的打开。
10.如权利要求9的设备，其特征在于，该中断装置包含一个开关(26)。
11.如权利要求7-10的任何一个的设备，其特征在于该电子控制电路(12)是一个时钟机构处理器。
12.如权利要求11的设备，其特征在于，该时钟机构处理器包含一个时基和增量计数器。
13.如权利要求12的设备，其特征在于该时基由石英震荡器提供。
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