CN1307769C - 铅酸蓄电池的充电电路和对铅酸蓄电池组充电的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于铅酸蓄电池组(11)的充电电路(10)包括电压小于对铅酸蓄电池(11)充电所需电压的牺牲电池(30)，它跨接在电力变换器(20)的输入端(18和19)上，电力变换器(20)将牺牲电池电压提升到足以对电池组(11)充电的输出电压。在所存储的程序控制下工作的处理器(14)跨接在铅酸蓄电池(11)两端，对它的电压进行监视，在电压降低到预定电平以下时产生输出信号，以触发电力变换器(20)将它所提升的电压加到铅酸蓄电池(11)上进行充电。处理器程序忽视在由铅酸蓄电池(11)供电的相关装置正常操作期间出现的正常电池电压状况，只有在铅酸蓄电池电压已经达到明显低的电平或者已经达到低电平有足够长的一段时间时，才激活电力变换器(20)，以与铅酸蓄电池(11)深度放电状况保持一致。

Description

铅酸蓄电池的充电电路和对铅酸蓄电池组充电的方法

发明背景

本申请与为无绳电动手工工具之类供电的电池组有关，并与这样的电池组所用的充电电路有关。具体地说，本申请与包括铅酸蓄电池单位的电池组有关。

用来为无绳电动工具供电类型的铅酸蓄电池单位，诸如薄金属膜电池之类，不容许深度放电。确实，这样的电池如果超长时期一直处于深度放电状态就可能受到永久性的损伤。

已知的是，有一些充电装置用来恢复或维持铅酸蓄电池上的电荷。一些这样的装置包括一个典型地在大小和容量上与要充电的电池相当的辅助电池。这样的装置不适用于为无绳电动手工工具供电类型的电池组，因为这样的电池组必须比较小和比较轻。此外，在无绳电动工具正常工作期间，电池组的端电压可能会有显著的瞬时下跌，这取决于加在电池上的负载。例如，在工具接通时，它的电机可能在达到运行速度之前的几分之一秒时间内吸入约20安培的电流。此外，在诸如冲击扳手之类的冲击工具的情况下，在冲击阶段电机可能需要吸入15安培左右的电流大约5秒钟(典型的紧固件装配时间)。在电动螺帽扳头或改锥工具的失速阶段期间也会引入类似的重负载。在这样重的电流负载期间，电池的端电压可能降至表示深度放电的电压电平以下，即使实际上电池并没有处于深度放电。因此，一个靠蓄电池端电压得知深度放电状况的深度放电恢复电路必须能区别这些正常的瞬时电压下跌。

发明概要

本申请揭示了一种可以避免现有电池组充电电路的缺点、同时在结构和操作上还提供其他一些优点的系统。

所提出的电路的一个重要特点是可以用一个标称输出电压比被充电的电池组的标称输出电压小许多的充电电池对深度放电的电池组充电。

所提出的电路的另一个特点是它适合接到由电池组供电类型的无绳电动工具上，而且能忽视在工具正常操作期间出现的电池组电压瞬时下跌。

所提出的电路的又一个特点是具有简单和经济的结构。

这些和其他一些特点可以由一种用于具有正、负端的电池组的铅酸蓄电池的充电电路实现，所述电路包括：可跨接在蓄电池两端的处理器，在所存储的程序控制下进行工作，用于监视蓄电池电压和在控制输出端上产生控制信号；电力变换器，具有电力输入端、可接到所述控制输出端的控制输入端，以及分别接到蓄电池两端上的电力输出端；以及跨接在所述电力输入端的牺牲(sacrifcial)电池，具有比对所述铅酸蓄电池充电所需的电压小的电压，其中，所述处理器对铅酸蓄电池电压降低到预定电平以下作出响应，产生所述控制信号，所述预定电平表示深度放电状态；所述变换器响应所述控制信号，将所述牺牲电池的电压升高到足以对铅酸蓄电池充电的输出电压，并在所述电力输出端上提供该输出电压。

本发明还提供一种对铅酸蓄电池组充电的方法，该铅酸蓄电池会受到深度放电的损害，所述方法包括下列步骤：提供具有比对该电池组充电所需的电池电压小的电池电压的牺牲电池；将所述牺牲电池的电压加到变换器上，使牺牲电池的电压增大到足以对所述电池组充电的输出电压；在电池组接到负载上的同时监视电池组的电压；以及在电池组电压低于预定电平时将所述输出电压加到电池组上，所述预定电平表示深度放电状态。

附图简要说明

为了便于理解所要保护的主题，在附图中例示了本发明的一个实施例，结合以下说明应该很容易理解和看到本发明寻求保护的主题、它的结构和工作情况以及它的许多优点。

图1为连接到一个相关电池组上的深度放电恢复电路的部分原理功能方框图；

图2为图1所示电路的电力变换器的电路示意图；以及

图3为控制图1所示电路操作的软件例行程序的流程图。

详细说明

参见图1，图中例示了一个总体标为数字10的充电电路，用来对可以包括一个或多个铅酸蓄电池单位、具有正、负端12、13的电池组11充电。电路10包括一个电压监视/控制器14，跨接在12、13两端，在一个所存储的程序控制下进行工作。电压监视/控制器14可以是许多市售类型中任何一种微控制器，具有一个控制输出端，在15处与跨接在端12、13上的电力变换器20的控制输入端连接。具体地说，电力变换器20具有正、负电力输出端18(+Vout)、19(-Vout)，分别连接到12、13两端。电力变换器20还有电力输入端21(+Vin)、22(-Vin)。

电力变换器20是一个DC/DC变换器，可以是一个如图2所示的MOSFET升压振荡器电路。一种象这样的DIP封装的市售型电路是Datel公司销售的XWR系列。参看图2，电力变换器20包括一个连接到电压输入端21、22上的输入II形滤波器，它包括并联电容器23、24和串联电感器25。变换器还包括升压变压器26，它具有与电感器25和MOSFET 27串联的初级绕组，MOSFET 27的控制极与在15处的控制输入端连接。变压器26的次级绕组与整流二极管28串联，跨接在电压输出端18、19上。滤波电容器29也跨接在18、19两端。

在15处的控制输入端上出现一个控制信号时，MOSFET 27导通，使电流可以流过变压器26的初级绕组，变压器26将输入端21、22的输入电压提升到更高的输出电压电平，加到输出端18、19上。在这方面，充电电路10还包括一个牺牲电池30，跨接在电力变换器20的电压输入端21、22上。牺牲电池30可以是一个诸如铅酸蓄电池之类的可充电电池，也可以是一个诸如碱性电池之类的可更换电池，但是它的标称输出电压比对电池组11充电所需的小。例如，如果电池组的标称空载电压为12.6伏，则牺牲电池30的标称空载电压可以低到1.5伏。

在所例示的这个实施例中，电压监视/控制器14的控制输出端上的控制信号是一个脉冲宽度调制(PWM)的振荡信号。脉冲宽度由电压监视/控制器14的程序根据输出端18、19上出现的电压来控制，以便提供一个经调整的输出电压，具有足以对电池组11充电所需的电平。或者，控制信号只是一个触发信号，触发一个可以构成电力变换器20一部分的PWM控制器电路，这种配置包括在前面提到的Datel变换器电路内。

通常，电池组接线端12、13通过一个适当的触发开关装置接到相关的电动手工工具的马达(未示出)上，使得在触发开关被启动时电池组11以众所周知的方式为工具供电。在这种情况下，充电电路10可以置入相关的电动工具内。电压监视/控制器14可以工作在“休眠模式”，通常不激活，只是周期性地和/或根据预定激励，诸如在电池组11加载工具马达时出现在接线端12、13上的电压电平的预定改变，激活一段很短的时间。因此，充电电路10使电池组11上的漏电极小。

参看图3，图中例示了电压监视/控制器14控制电力变换器20的操作的例行程序的流程图。在40，唤醒电压监视/控制器14，它启动计时器A，再在41进行检验，看计时器A的计时是否大于或等于预定时间T1。如果没有，例行程序返回41，继续监视计时器。如果已经过了时间T1，例行程序就在42将计时器A复位，开始监视电池组11的电池电压VB。计时器A引入的时间延迟可能只是几分之一秒，足以使电路可以忽略可能在工具马达接通电源时出现的电池电压的瞬时下跌。例行程序接着在43进行检验，看电池电压是否等于或低于预定电平V1，这意味着确定电池组11是否处于深度放电状况。如果是这样的话，程序立即进至44，通过产生控制信号加到在15处的控制输出端来激活电力变换器20。这使电力变换器立即开始产生一个足以对电池组11充电的输出电压加到电池组11上。如果在43确定电池电压还没有下降到V1电平，例行程序接着在45检验电池电压是否低于一个较高的预定电平V2，该预定电平与通常会在冲击工具的冲击阶段出现的负载电流相应。如果电压还没有到达V2电平，例行程序就在46将计时器B复位后返回42，继续监视电池电压。如果在45确定电池电压已经降低到V2电平以下，例行程序在47检查计时器B是否已接通。如果没有，就在48启动计时器B，例行程序返回43。如果计时器B已经接通，例行程序在49检验计时器B的计时是否大于第二预定时间T2，该预定时间与在冲击工具的冲击阶段一个典型紧固件的安装时间相应，例如5秒左右。如果这段时间还没有届满，例行程序就返回43，继续监视电压。如果在49确定计时器B的计时大于T2，表明电池电压低于V2已经超过正常的紧固件安装时间，程序再转至44，激活电力变换器20。因此，该程序将忽略在相关的手工工具正常操作期间出现的正常电池电压状况，只有在电池电压已经到达明显低的电平，或者到达一个低的电平已经有一段足够长的时间时，才激活电力变换器，以与电池组11深度放电状况保持一致。

由于采用了在所存储的程序控制下进行工作的微控制器，充电电路10用的部件极少，还可以很容易地被重新编程成适应不同工具尺寸或功率范围。然而，应当理解，这种充电电路还可以用许多可选的模拟和/或数字电子硬件配置实现。虽然在所例示的实施例中电力变换器20是一个MOSFET升压振荡电路，但是这种变换器功能也可以采用能处理所需电流和电压的适当的双极型固态器件实现。

由上可见，所提供的一种改善的充电电路对相关的铅酸蓄电池组的状况进行监视，在它达到深度放电状况时，使它可以用一个大小和容量比对电池组充电通常所需的小许多的牺牲电池充电。

在以上说明和附图中所提出的内容只是例示性的而不是限制性的。虽然示出和说明了一些具体的实施例，但对于熟悉该技术领域的人员来说，显然可以在不背离申请人所作贡献的较宽范围的情况下作出各种变动和修改。根据现有技术就适当观点来看，本发明的实际专利保护范围应由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种用于具有正、负端的电池组的铅酸蓄电池的充电电路，该铅酸蓄电池会受到深度放电的损害，所述电路包括：

可跨接在蓄电池两端的处理器，在所存储的程序控制下进行工作，用于监视蓄电池电压和在控制输出端上产生控制信号；

电力变换器，具有电力输入端、可接到所述控制输出端的控制输入端，以及分别接到蓄电池两端上的电力输出端；以及

跨接在所述电力输入端的牺牲电池，具有比对所述铅酸蓄电池充电所需的电压小的电压，

其中，所述处理器对铅酸蓄电池电压降低到预定电平以下作出响应，产生所述控制信号，所述预定电平表示深度放电状态；

所述变换器响应所述控制信号，将所述牺牲电池的电压升高到足以对铅酸蓄电池充电的输出电压，并在所述电力输出端上提供该输出电压。

2.权利要求1的充电电路，其中所述牺牲电池是可充电电池。

3.权利要求1的充电电路，其中所述牺牲电池是非可充电的可更换电池。

4.权利要求1的充电电路，其中所述处理器是微控制器。

5.权利要求1的充电电路，其中所述变换器是DC/DC升压变换器。

6.权利要求5的充电电路，其中所述变换器包括升压变压器。

7.权利要求6的充电电路，其中，所述变换器包括接到所述变压器的初级绕组上的MOSFET振荡器和接到所述变压器的次级绕组上的整流器。

8.权利要求1的充电电路，其中，所述处理器程序包括在处理器激活后将铅酸蓄电池电压监视的启动延迟一段预定时间的例行程序。

9.权利要求1的充电电路，其中，所述处理器包括延迟产生所述控制信号直到铅酸蓄电池电压低于所述预定电平一段预定时间之后的例行程序。

10.权利要求9的充电电路，其中，所述预定电平是第一电平，所述处理器程序包括在铅酸蓄电池电压降低到比第一电平低的第二预定电平以下时立即产生所述控制信号的例行程序。

11.权利要求1的充电电路，其中所述牺牲电池是单个电池。

12.一种对铅酸蓄电池组充电的方法，该铅酸蓄电池会受到深度放电的损害，所述方法包括下列步骤：

提供具有比对该电池组充电所需的电池电压小的电池电压的牺牲电池；

将所述牺牲电池的电压加到变换器上，使牺牲电池的电压增大到足以对所述电池组充电的输出电压；

在电池组接到负载上的同时监视电池组的电压；以及

在电池组电压低于预定电平时将所述输出电压加到电池组上，所述预定电平表示深度放电状态。

13.权利要求12的方法，其中，所述输出电压加到电池组上，直到所述牺牲电池耗尽。

14.权利要求12的方法，其中，所述输出电压直到电池组的电压已经低于所述预定电平有一段预定时间后才加到电池组上。

15.权利要求14的方法，其中，所述预定电平是第一电平，所述输出电压在电池组的电压降低到比第一电平低的第二电平以下时立即加到电池组上。

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