CN1577949A - 电池充电器和充电控制方法 - Google Patents

Abstract

即使当电池充电器具有定时器型的成本降低的优点，也能够确保防止将原电池误放于二次电池的专用电池充电器中的安全性。一开关电路(2)连接在接线端(13，15)之间，并且接线端(14，16)进行连接。接线端(15，17)进行连接，接线端(16，18)进行连接。置于充电位置中的电池(3)的正极连接到接线端(17)，而负极连接到接线端(18)。一电池鉴别电路(4)连接到置于充电位置中的电池(3)的正极和负极，并判断电池(3)是否为原电池或二次电池。根据鉴别结果，电池鉴别电路(4)打开或关闭开关电路(5)。一电容器(6)和一电阻器(7)以并联的方式连接在定时器电路(9)和地电势之间。开关电路(5)和电阻器(8)以串连的方式连接在定时器电路(9)和地电势之间。当开关电路(2)打开时，一恒压源电路(1)将一充电直流电提供给二次电池。

Description

电池充电器和充电控制方法

技术领域

本发明涉及一种电池充电器和充电控制方法，其能够鉴别将要充电且置于电池充电器中的电池是否为原电池还是二次电池。

背景技术

类似镍氢二次电池和锂离子二次电池的非水(nonacqueous)二次电池通过充电能够恢复到放电之前的状态，即时当考虑了充电时使用的电池充电器和功耗，它们的运营成本比原电池例如碱电池更低并且更加经济。

直到近来，多用途原电池一直是便携式电子设备例如已经被快速普及的数码相机的电源的主流。然而，主流正在向二次电池改变，因为除了经济的优点外，二次电池还改进了容量和寿命。

另外，由于二次电池是以与原电池相同的形状和尺寸生产的，所以使用它们作为电源的电子设备不需要改变容纳电池的结构就能容纳二次电池，并且终端用户可自由选择和使用原电池或二次电池。

另一方面，关于二次电池的专用电池充电器，假定终端用户对相同形状和尺寸的原电池进行了错误的放置和充电，则用于防止这种意外的设计日益变得迫切。

存在有各种关于将原电池与二次电池鉴别开来的方法和在原电池被设置时停止充电的方法的报告。直到现在，主流是将一微计算机安装到电池充电器中以打开和关闭充电开关。

例如，其中之一提出通过一标准鉴别电阻器224将一来自电池组22的参考电压施加给监视器电阻器2。在监视器电阻器214中，通过连接的电池221的标准确定的监视器电压被产生。监视器电压通过A/D(模-数)转换器215转换成数字值并发送到CPU(中央处理单元)212(参见，例如，日本专利公开文本JP-H07-065864)。

然而，微计算机是昂贵的。因此，使用微计算机的方法涉及增加电池充电器成本的问题。

另外，具有低成本特征的各种电池充电器在市场上是买得到的。然而，几乎所有这些充电器都是定时器充电系统，即它们在预定时间长度之后完成充电。由于通过打开或关闭充电开关就能对它们进行简单的控制，所以成本是非常低的。然而，由于在对原电池错误的进行放置时它们不具有中断充电的功能，所以它们涉及这样的问题：无视原电池的错误放置的安全性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电池充电器和充电控制方法，其具有定时器系统结构以减小二次电池的专用电池充电器的成本并且能够确保防止错误放置原电池的安全性。

根据本发明的第一方面，提供用于通过定时器电路对二次电池进行充电的时间长度进行控制的电池充电器，包括：

鉴别装置，用于鉴别置于充电位置中的电池是否为原电池或二次电池；

时间常数装置，用于借助一时间常数来设置充电时间的长度；以及

时间常数切换装置，用于切换时间常数，

其中当判断电池为原电池时，时间常数切换装置切换时间常数以缩短充电时间的长度。

根据本发明的第二方面，提供用于通过定时器电路对二次电池进行充电的时间长度进行控制的充电控制方法，包括：

鉴别置于充电位置中的电池是否为原电池或二次电池；

借助一时间常数来设置充电时间的长度；以及

当判断电池为原电池时，切换时间常数以缩短充电时间的长度。

综上所述，充电设备和充电控制方法能够鉴别置于充电位置中的电池是否为原电池或二次电池，并且当确定置于充电位置中的电池为原电池时能够切换以缩短充电时间长度。

根据本发明，在没有使用昂贵控制IC(集成电路)例如微计算机的情况下，确保了成本低廉和充电安全。

通过下面的结合附图的详细说明和后附的权利要求，本发明的上述和其他目的和特征将变得显而易见。

附图说明

图1为用于解释本发明适用的实施例的方框图；

图2为用于解释可用在本发明实施例中的电池鉴别电路的方框图；

图3为用于解释可用在本发明实施例中的定时器电路的方框图；

图4为用于解释可用在本发明实施例中的定时器电路的计时图表；和

图5为用于解释本发明适用的实施例的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的具体实施例进行说明。为了更容易的理解本发明，首先说明二次电池的充电过程。多年来用于二次电池的NCd(Ni-Cd)电池和镍氢电池通过用于检测压降的恒流系统和/或用于监视电池温度的ΔT/Δt系统而被充电，所述压降是当电池被完全充电时出现的。相反，锂离子二次电池是通过恒流恒压控制系统充电的，并且它们的充满电也是通过相同的系统检测的。同样，存在有各种充电系统。然而，在本实施例中，省略了电压和电流的控制方法，并且仅通过充电时间来控制充电。

参照图1，说明本发明的一个实施例。从一恒压源电路1抽出一正极端11，并且从该恒压源电路1抽出一负极端12。接线端11被连接到接线端13，而接线端12连接到接线端14。开关电路2介于接线端13和接线端15之间，接线端14被连接到接线端16。接线端15被连接到接线端17，接线端16被连接到接线端18。置于充电位置上的电池3的正极被连接到接线端17，而电池3的负极被连接到接线端18。

电池鉴别电路4连接到至于位置上的电池3的正极和负极并鉴别电池3是否为原电池还是二次电池。根据鉴别结果，电池鉴别电路4向开关电路5提供一用于开启和关闭开关电路5的开关信号。电容器6和电阻器7以并联的方式介于定时器电路9和地电势之间，所述开关电路5和一电阻器以串联的方式介于定时器电路9和地电势之间。电容器6和电阻器7和8形成定时器电路9的时间常数电路，且所述时间常数根据开关电路5的开/关状态变化。因此，从定时器电路9提供给开关电路2的开关信号的计时在开关电路5的开(ON)状态和关(OFF)状态之间是不同的。

当开关电路2打开时，充电直流电被从恒压源电路1提供给二次电池。恒压源电路1可以是开关式电源系统的AC(交流电)适配器、DC(直流电)-DC变换器系统的DC适配器等中的任何一种，所述开关式电源系统的AC适配器被配置用于从商用电源输出一恒定电压恒定电流，所述DC-DC变换器系统的DC适配器被配置以降低车用火星塞(car-borne cigar lighter)的电压，恒压源电路1的电压/电流不是受限的。

电池鉴别电路4鉴别置于位置上的电池3是否为原电池或是二次电池，并且将鉴别结果提供给开关电路5。定时器电路9将一开关信号提供给开关电路2以随着时间的流逝而关闭开关电路2，所述时间是在将电池3置于位置上之后通过由电容器6和电阻器7构成的时间常数电路确定的。

参照图2，解释电池鉴别电路4的一个例子。该电池鉴别电路4由比较器21和参考电压22构成。比较器21的反向输入端被连接到电池3的正极，而非反向输入端连接到参考电压22的正极。比较器21的输出端将一开关信号提供给开关电路5。电池3的负极接地，并且参考电压22的负极也接地。

在电池3的电压高于参考电压22的情况下，置于位置上的电池3被确定为二次电池，且用于关闭开关电路5的开关信号被提供给开关电路5。

通常，原电池的电压为约1.5V，而二次电池的电压为约1.2V。因此，通过将参考电压22设置为约1.45V，则从其电压值就可确定置于位置上的电池是原电池或二次电池。

应该注意即使在开始充电之后也应该保持电池鉴别电路4的操作。如果一已放电的原电池被置于位置上，例如，其初始电压将低于参考电压，1.45V。因此，电池鉴别电路4开始可能将原电池错误识别为一二次电池，但是稍后当充电开始且充电电流流过时，将它正确识别为原电池。

更加具体地说，原电池，新的或者为已放电的，呈现出比二次电池高的内阻值。因此，当相应于充电电流和内阻乘积(充电电流×内阻)的电压被加到初始电池电压时，电池相对端的电压变得高于参考电压22，所述电池相对端的电压为输入到比较器21的反向输入端的电压。因此，在开始充电之后的几分钟内，曾被识别为二次电池的放电原电池被可靠的鉴别为原电池。

另外，由于电池鉴别电路4即使在充电开始之后也保持操作，所以参考电压22的最佳值为接近1.45V，使得即使在二次电池被几乎充满之后，它们也不会被误判为是原电池。在这种情况下，由于即使在被充电几乎接近其满容量之后二次电池也不会超过1.45V，所以它们不会被误判为是原电池。

参照图3，介绍定时器电路9的一个例子。在本实施例中，一长效定时器IC：松下电气工业有限公司的AN6783S被用作定时器电路9的例子。图3示出了AN6783S的应用电路。

如图3所示，该AN6783S由八个管脚构成。第一管脚t1为用于提供参考电压的Vs接线端。第二管脚t2为用于停止AN6783S的振荡的Stop(停止)接线端。第三管脚t3为用于重置AN6783S的振荡的Reset(复位)接线端。第四管脚t4为用于连接到地电势的GND接线端。

第五管脚t5为用于连接电容器、电阻器等的CR接线端。第六管脚t6为用于输出信号的Out(输出)接线端。第七管脚t7为用于提供源电压的Vcc接线端。第八管脚t8为用于判断AN6783S是否正常振荡的Monitor(监视器)接线端。

在本应用电路中，将说明AN6783S的各个接线端的连接关系。第二管脚t2、第三管脚t3和第七管脚t7以所谓的上拉状态(pull-upstatus)连接到电压Vcc。第四管脚t4被接地，而第六管脚t6通过一电阻器34接地。第一管脚t1通过一电容器31接地，而第五管脚t5通过一电容器33接地。电阻器32介于第五管脚t5和第一管脚t1之间。

恒压电路41连接到第一管脚t1和第七管脚t7。恒压电路41向各个单元提供恒定电压。在第一管脚t1和地电势之间，电容器44、45和46以串联的方式连接。连接到第二管脚t2的输入电路42向振荡电路49的停止接线端提供一停止信号。连接到第三管脚t3的输入电路43向振荡电路(振荡器：OSC)49、触发器电路50₁、50₂、......，50₁₅的复位接线端提供一复位信号。

比较器47和48的非反向输入端被连接到第五管脚t₅。比较器47的反向输入端被连接到电阻器44和45之间的结合点。比较器47的输出被提供给振荡电路49。比较器48的反向输入端被连接到电阻器45和46之间的结合点。比较器48的输出被提供给振荡电路49。

振荡电路49的输出被提供给触发器电路50₁。触发器电路50₁的输出被提供给触发器电路50₂和放大器51。触发器电路50₂的输出被提供给触发器电路50₃。以这种方式，直到50₁₅的触发器电路的输出被顺次提供。也就是说，形成了15级触发器结构。

触发器电路50₁₅的输出被提供给放大器52。放大器51的输出被从第八管脚t8的监视器接线端输出。放大器52的输出被从第六管脚t6的输出接线端输出。

例如，假定图4A中所示的振荡周期t₀的信号从第五管脚t₅被提供。然后从第八管脚t8获得的监视器信号变成图4B所示的t₁＝2t₀的周期。在这种情况下，从第六管脚t₆提供给开关电路2的输出信号的周期变成如图4C所示的t₂。该输出周期t₂变成：

t₂＝2¹⁵×t₀

＝32768t₀

这里所说明的是当电池3被确定为二次电池时电池鉴别电路4的典型性能。当电池3被确定是二次电池时，开关电路5关闭。因此，连接到定时器电路9的时间常数电路由电容器6和电阻器7构成。当开关电路5关闭时，定时器的时间长度被确定。当预定的时间长度届满时，定时器电路9将该输出反向。

虽然在使用图3所示的包括15级触发器电路的AN6783S的情况下，设置的方法随着使用的IC的规格变化，但振荡周期t₀(秒)变为：

t₀＝0.947R₁(Ω)·C₁(F)

且输出周期T₂(秒)变为：

t₂＝t₀×32768

＝31.03R₁(kΩ)·C₁(μF)

此时，如果电容器6的容量为4μF，电阻器7为5kΩ，那么定时器时间等于直到定时器电路9的输出反向的时间长度，即，输出周期t₀的1/2。因此，得到

4×5×31.03÷2＝310.3秒

＝近似5分钟10秒钟

在期望将二次电池的充电时间设为8小时的情况下，如果电容器6的容量为4.7μF，电阻器7为390kΩ，则定时器时间将变为：

4.7×390×31.03÷2＝28438.995秒

＝近似53分钟59秒钟

＝近似8小时

照这样，在时间常数电路设置的时间长度届满的时间点，定时器电路9的输出反向，且开关电路2关闭。作为开关电路2关闭的结果，电池3充电中止。由于定时器型电池充电器中的电流被确定以在预定时间长度内对电池充满电，所以至少确保了对二次电池进行完全充电的能力。

下面介绍的是当电池3被判断为原电池时电池鉴别电路4中所执行的典型操作。当电池3被判断为原电池时，开关电路5打开。因此，连接到定时器电路9的时间常数电路由电容器6以及电阻器7和8的组合电阻构成。当开关电路5打开时，电容器6以及电阻器7和8构成的组合电阻确定定时器时间。当确定的时间届满时，定时器电路9将其输出反向。

以这种方式，在开关电路5打开的情况下，电阻器7和8产生组合电阻，这些电阻器7和8以并联的方式连接，如图1所示。因此，时间常数电路的电阻值小于开关电路5在关闭状态下的电阻值。例如，假定定时器时间被设置为8小时。如果电阻器7为390kΩ，电阻器8为1.5kΩ，那么电阻器7和8的组合电阻为：

390kΩ1.5kΩ(390kΩ+1.5kΩ)＝约1.494kΩ

定时器时间变为：

4.7×1.494×31.03÷2＝108.943秒

＝近似1.494kΩ

因此，当电池鉴别电路4判断电池为原电池时，充电操作被执行约8小时。当电池被判断为原电池时，充电操作在大约1分钟49秒之后中止。

这样，由于电池鉴别电路4能够鉴别出电池是原电池还是二次电池，并且当电池被判断为原电池时能够设置非常短的充电时间长度，所以能够可靠防止由于错误放置原电池引起的意外液体渗漏。

应该注意在没有通过电池鉴别电路4的开关信号切换定时器电路9的时间常数电路的情况下，能够直接打开和关闭主电路中的开关电路2。在这种情况下，在将原电池置于位置上之后，开关电路2首先关闭，且充电电流暂时不会流过。然而，之后，当由于原电池的自身放电等原因而使电池电压下降到低于参考电压22时，电池鉴别电路4误判为二次电池已经放置，并且可能再次打开开关电路2。

一旦开关电路2打开并且充电电流流过，电池电压再次升高。因此，电池鉴别电路4判断电池为原电池，并且再次关闭开关电路4。另外，自身放电可能引起重复压降和重新开始充电的循环现象。从安全的观点不期望在用户未意识到时重复充电。

在切换时间常数电路的情况下，当充分考虑了定时器时间时，即使电池鉴别电路4的输出发生变化，定时器电路9的输出也不会反向，并且不会出现开关电路2自动打开并再次对电池进行充电的情况。通常，当将电池置于电池充电器中时，它将被保留在那里直到电池被再次实际应用。为了处理该问题，本实施例将切换时间常数电路。

应该注意，在当前实施例中，当将电池置于位置中时，充电开始。下面要说明的是用于检测将电池置于位置中的例子。在将电池置于二次电池的专用电池充电器中之前，电路打开。当电池被置于位置中时，电路被形成，因为电池具有内阻。因此，通过检测电路已经被形成而开始充电。可选择的，可提供用于检测电池的装载的传感器。

参照图5的流程图，说明本发明的一个实施例。在步骤S1，电池鉴别电路4判断置于位置中的电池3是否为原电池或二次电池。如果判断电池3为原电池，则控制进入步骤S2。如果判断电池3为二次电池，则控制进入步骤S3。

在步骤S2，开关电路5打开，并且充电时间设置为近似1分钟49秒。在步骤S3，开关电路5关闭，并且充电时间设置为约8小时。

在步骤S4，开关电路2打开，且充电开始。在步骤S5，判断给定的时间是否已经届满。如果判断该时间已经届满，则控制进入步骤S6。如果判断给定时间还没有届满，则重复步骤S5的控制。在步骤S6，开关电路2关闭，且充电中止。

在本实施例中，例如，已经解释了进行八小时充电和设置了一个常数的电池充电器。然而，该实施例并不局限于具有由电容器和电阻器(组合电阻)构成的且能够设置任何期望的时间长度的时间常数电路的任何电池充电器。

参考附图已经说明了本发明的特定优选实施例，应该理解本发明并不局限于那些精确实施例，在不脱离后附的权利要求所定义的本发明的范围或精神的情况下，可对本发明作出各种变化和修改。

Claims (4)

1.一种用于通过定时器电路对二次电池进行充电的时间长度进行控制的电池充电器，包括：

鉴别装置，用于鉴别置于充电位置中的电池是否为原电池或二次电池；

时间常数装置，用于借助一时间常数来设置充电时间的长度；以及

时间常数切换装置，用于切换时间常数，

其中当判断电池为原电池时，时间常数切换装置切换时间常数以缩短充电时间的长度。

2.如权利要求1所述的电池充电器，其中鉴别装置将电池的端电压与一参考电压进行比较，以便在所述端电压低于参考电压时确定该电池为二次电池，而当端电压等于或高于参考电压时确定该电池为原电池。

3.一种用于通过定时器电路对二次电池进行充电的时间长度进行控制的充电控制方法，包括：

鉴别置于充电位置中的电池是否为原电池或二次电池；

借助一时间常数来设置充电时间的长度；以及

当判断电池为原电池时，切换时间常数以缩短充电时间的长度。

4.如权利要求3所述的充电控制方法，其中电池的鉴别是通过下列步骤实现的：将电池的端电压与一参考电压进行比较，以便在所述端电压低于参考电压时确定该电池为二次电池，而当端电压等于或高于参考电压时确定该电池为原电池。

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