CN1725598A - 一种电池充电方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池充电方法和装置，包括电池内阻测量电路、对负电压差进行识别且一旦识别到负电压差就发出控制停止充电信号的负电压差识别电路和充电过程控制电路，在电池内阻测量电路与负电压差识别电路之间设有延迟识别控制电路，由所述延迟识别控制电路控制负电压差识别电路开始实时识别电池电压出现的负电压差。技术方案新颖，控制功能可靠，能正确区别电池尚未充满电、即将充满电或已充满电的状态，使电池充电过程科学合理，既能充满电又能可靠地避免过充电，充电电池的供电寿命能基本达到其自然寿命，显著延长有效使用时间，还可以减少废弃电池的数量，利于保护生态环境。可以广泛用于包括镍镉电池、镍氢电池在内的各种充电电池的充电。

Description

一种电池充电方法和装置

技术领域

本发明涉及电池组的充电电路装置，尤其是涉及一种能准确区别电池尚未充满电、即将充满电或已充满电状态的电池充电方法和装置。

背景技术

便携式电子产品以其小巧、便于随身携带等显著的特点而倍受现代人的欢迎。它可以使人们的工作、学习、娱乐免受时间、地域的限制，显著地提高工作效率和生活质量。便携式电子产品广泛使用充电电池，它具有可重复多次充电、容量大的优点，所配用的充电装置有些已经智能化，可以自动进行充电及充电停止，基本上不需要人工的干预，使用较方便。但是，现有的智能充电装置中普遍存在不能充满和过充电问题，充电电池的供电寿命不能基本达到其自然寿命，缩短有效使用时间，增加废弃电池的数量，不利于保护生态环境。目前Ni-Cd电池、Ni-HM电池智能化充电装置大多采取依据在电池充电过程中电池电压出现负电压差就停止充电的方法，然而，在开始充电之前，如果电池尚有一定的电能储存，或者由于其它原因，在充电的过程中可能只出现一次负电压差，如果电池已经放空电，在充电的过程中有可能会两次出现负电压差。充电电池内阻在充电过程中有以下变化规律：在充电过程前期一般呈逐渐平滑下降；在电池电压出现第一次负电压差的前后变化最显著；在充电过程后期呈相对稳定至电池电压出现第二次负电压差。因此，依据在电池充电过程中电池电压出现负电压差就停止充电的方法存在不确定性，出现第一次负电压差时，充电装置可能误判电池已充满，而实际并未充满。如果充电装置不能准确区别电池尚未充满电、即将充满电或已充满电状态，就不能针对电池的不同状态智能化地实时改变充电参数，就不能使电池充电过程科学合理。有些智能化充电装置的常见做法是，采用在充电前期的设定时间内不监测电池电压出现负电压差，这个设定时间是在多次实际充电过程中得到的从出现第一次负电压差至完全消失的时间的平均值，在设定时间之后，如果监测到出现电池电压出现负电压差，充电装置就判断电池充满电。但是，在充电电池已经充满或者即将充满时，充电装置还会对其进行一个固定时间的充电，从而有可能导致电池过充电，损伤电池的性能及使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能准确区别电池尚未充满电、即将充满电或已充满电状态的电池充电方法。

本发明所要解决的技术问题是提供一种能准确区别电池尚未充满电、即将充满电或已充满电状态的电池充电装置。

对于电池充电方法来说，本发明的技术问题是这样加以解决的：

这种电池充电方法，包括

向充电电池提供充电电流的充电电源电路；

用于调整充电电源电路输出的充电电流的充电电流调整电路；

输入端跨接至充电电池的正、负电极且能计算电池电压差的电池内阻测量电路；

对负电压差进行识别且一旦识别到负电压差就发出控制停止充电信号的负电压差识别电路；

其相应输出端分别连接至充电电源电路、充电电流调整电路、电池内阻测量电路和负电压差识别电路的控制输入端的充电过程控制电路。

这种电池充电方法的特点是：

在所述电池内阻测量电路与负电压差识别电路之间设有延迟识别控制电路；

在开始充电时由所述电池内阻测量电路实时测量充电电池的内阻，与设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量，决定是否需要延迟时间以及需要相应延迟多长时间待充电过程前期电池电压出现第一次负电压差之后，才由所述延迟识别控制电路控制负电压差识别电路开始实时识别电池电压出现的负电压差；

进入充电过程后期，负电压差识别电路识别出电池电压出现第二次负电压差，就判断充电电池已充满电，控制停止对其充电，完成整个充电过程。

对于电池充电方法来说，本发明的技术问题可以是这样择优加以解决的：

所述延迟识别控制电路由时间决策电路和时间延迟电路级联组成。

所述时间决策电路接受充电过程控制电路的控制将比较判断电路的比较结果变换成相应的延迟时间送至时间延迟电路。

所述时间延迟电路接受充电过程控制电路的控制按照时间决策电路的输出的延迟时间延迟后才向负电压差识别电路发出启动控制信号，使负电压差识别电路开始工作。

对于电池充电方法来说，本发明的技术问题可以是这样进一步加以解决的：

所述电池内阻测量电路由输入端跨接至充电电池的正、负电极的电压测量电路、电压差计算电路、内阻计算电路和比较判断电路级联组成。电压测量电路接受充电过程控制电路的控制按时间顺序实时测量充电电池的正、负电极电压，将测量出的电压值送至电压差计算电路；所述电压差计算电路接受充电过程控制电路的控制将电压测量电路的输入的两次测量出电压值进行减法计算，将计算结果即电压差送至内阻计算电路和负电压差识别电路；所述内阻计算电路接受充电过程控制电路的控制依据以欧姆定律为基础的函数关系将电压差计算电路输入的电压差除以充电电流调整电路所调整的电流差换算成电池的内阻，并将结果送至比较判断电路；所述比较判断电路接受充电过程控制电路的控制将内阻计算电路输入的内阻与设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量。

对于电池充电装置来说，本发明的技术问题是这样加以解决的：

这种电池充电装置，包括

向充电电池提供充电电流的充电电源电路；

用于调整充电电源电路输出的充电电流的充电电流调整电路；

输入端跨接至充电电池的正、负电极且能计算电池电压差的电池内阻测量电路；

对负电压差进行识别且一旦识别到负电压差就发出控制停止充电信号的负电压差识别电路；

其相应输出端分别连接至充电电源电路、充电电流调整电路、电池内阻测量电路和负电压差识别电路的控制输入端的充电过程控制电路。

这种电池充电装置的特点是：

在所述电池内阻测量电路与负电压差识别电路之间设有延迟识别控制电路；

由所述延迟识别控制电路控制负电压差识别电路开始实时识别电池电压出现的负电压差。

对于电池充电装置来说，本发明的技术问题可以是这样择优加以解决的：

所述延迟识别控制电路由时间决策电路和时间延迟电路级联组成。

所述时间决策电路接受充电过程控制电路的控制将比较判断电路的比较结果变换成相应的延迟时间送至时间延迟电路。

所述时间延迟电路接受充电过程控制电路的控制按照时间决策电路的输出的延迟时间延迟后才向负电压差识别电路发出启动控制信号，使负电压差识别电路开始工作。

对于电池充电装置来说，本发明的技术问题可以是这样进一步加以解决的：

所述电池内阻测量电路由输入端跨接至充电电池的正、负电极的电压测量电路、电压差计算电路、内阻计算电路和比较判断电路级联组成。电压测量电路接受充电过程控制电路的控制按时间顺序实时测量充电电池的正、负电极电压，将测量出的电压值送至电压差计算电路；所述电压差计算电路接受充电过程控制电路的控制将电压测量电路的输入的两次测量出电压值进行减法计算，将计算结果即电压差送至内阻计算电路和负电压差识别电路；所述内阻计算电路接受充电过程控制电路的控制依据以欧姆定律为基础的函数关系将电压差计算电路输入的电压差除以充电电流调整电路所调整的电流差换算成电池的内阻，并将结果送至比较判断电路；所述比较判断电路接受充电过程控制电路的控制将内阻计算电路输入的内阻与设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量。

本发明的充电方法和装置基于对充电电池内阻在充电过程中的变化规律的深入认识，有效克服在电池充电前期电池电压出现负电压差就盲目停止充电的缺陷，技术方案新颖，控制功能可靠，能正确区别电池尚未充满电、即将充满电或已充满电的状态，使电池充电过程科学合理，既能充满电又能可靠地避免过充电，充电电池的供电寿命能基本达到其自然寿命，显著延长有效使用时间，还可以减少废弃电池的数量，利于保护生态环境。本发明的充电方法和装置可以广泛用于包括镍镉电池、镍氢电池在内的各种充电电池的充电。

附图说明

附图是本发明的充电装置一种具体实施方式的组成方框图。

具体实施方式

下面对照附图并结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种电池充电器

这种电池充电器，包括

向充电电池1提供充电电流的充电电源电路2；

用于调整充电电源电路2输出的充电电流的充电电流调整电路3；

输入端跨接至充电电池1的正、负电极且能计算电池电压差的电池内阻测量电路；

对负电压差进行识别且一旦识别到负电压差就发出控制停止充电信号的负电压差识别电路4；

其相应输出端分别连接至充电电源电路2、充电电流调整电路3、电池内阻测量电路和负电压差识别电路4的控制输入端的充电过程控制电路5；

所述电池内阻测量电路由输入端跨接至充电电池1的正、负电极的电压测量电路6、电压差计算电路7、内阻计算电路8和比较判断电路9级联组成。电压测量电路6接受充电过程控制电路5的控制按时间顺序实时测量充电电池1的正、负电极电压，将测量出的电压值送至电压差计算电路5；所述电压差计算电路7接受充电过程控制电路5的控制将电压测量电路6的输入的两次测量出电压值进行减法计算，将计算结果即电压差送至内阻计算电路8和负电压差识别电路4；所述内阻计算电路8接受充电过程控制电路5的控制依据以欧姆定律为基础的函数关系将电压差计算电路7输入的电压差除以充电电流调整电路3所调整的电流差换算成电池的内阻，并将结果送至比较判断电路9；所述比较判断电路9接受充电过程控制电路5的控制将内阻计算电路8输入的内阻与设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量。

在所述电池内阻测量电路与负电压差识别电路4之间设有延迟识别控制电路；

所述延迟识别控制电路由时间决策电路10和时间延迟电路11级联组成。

所述时间决策电路10接受充电过程控制电路5的控制将比较判断电路9的比较结果变换成相应的延迟时间送至时间延迟电路11。

所述时间延迟电路11接受充电过程控制电路5的控制按照时间决策电路10的输出的延迟时间延迟后才向负电压差识别电路4发出启动控制信号，使负电压差识别电路4开始工作。

由所述延迟识别控制电路控制负电压差识别电路4开始实时识别电池电压出现的负电压差。

除充电电源电路2、充电电流调整电路3和电压测量电路6以外，本具体实施方式的其余电路都集成在型号为PIC16F676的微控制器MCU内，由配用软件的不同程序实现各自的功能。

充电电池1在不同容量时的标定内阻的阻值级数是1.00Ω、0.50Ω、0.25Ω和0.15Ω。开始充电时，比较判断电路9将内阻计算电路8输入的内阻R_IN与上述设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻为1.00Ω、0.50Ω、0.25Ω和0.15Ω进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量，比较结果送至时间决策电路10，由时间决策电路10变换成相应的延迟时间T。如果R_IN≥1.00Ω，T＝12分钟；如果1.00Ω＞R_IN≥0.50Ω，T＝6分钟；如果0.50Ω＞R_IN≥0.25Ω，T＝3分钟；如果0.25Ω＞R_IN≥0.15Ω，T＝1分钟；如果0.15Ω＞R_IN，T＝0分钟。时间延迟电路11接受充电过程控制电路5的控制按照时间决策电路10输出的延迟时间延迟后，向负电压差识别电路4发出启动控制信号，使负电压差识别电路4开始工作，以判断充电电池1是否充满电以及控制停止对其充电。

(一)采用本发明的电池充电方法及其装置用10A的充电电流在25℃的环境温度中对放完电的标称18V/5Ah的镍氢电池进行充电。

开始充电时，空载电压为18.0V，电池电压为28V，电池温度为10℃，第一次负电压差的持续过程大约有10分钟。内阻计算电路8输入的内阻R_IN≥1.00Ω，时间延迟电路11按照时间决策电路10输出的延迟时间T＝12分钟延迟后，即在电池电压出现第一次负电压差之后才向负电压差识别电路4发出启动控制信号，使负电压差识别电路4开始工作，可以避开出现第一次负电压差造成的虚假干扰，不会在充电电池1尚未充满电的情况下控制停止对其充电，确保充电电池1充满电，而在相应延迟的时间内充电电池1是不会充满或过充电的。充电30分钟后，进入充电过程的后期，电池温度以温度2～3℃/分钟的速度上升，电池电压下降至20.5V，出现第二次负电压差，内阻R_IN迅速下降至0.10Ω＜0.15Ω，T＝0分钟，时间延迟电路11立即向负电压差识别电路4发出启动控制信号，使负电压差识别电路4开始工作，以判断充电电池1已充满电，控制停止对其充电，可靠地避免过充电。

如果采用现有的最小充电时间为10分钟的充电装置对上述充电电池充电，充电10分钟后，电池仍然处于第一次负电压差过程中，充电装置检测到负电压差会停止充电，充电电池就不能充满电，充电效果不佳。

(二)采用本发明的电池充电方法及其装置用10A的充电电流在25℃的环境温度中对已充电25分钟的标称18V/5Ah的镍氢电池进行充电。

继续开始充电时，空载电压为19.7V，电池电压为21.1V，电池温度为25℃，内阻计算电路8输入的内阻R_IN0.16Ω＞0.15Ω，时间延迟电路11按照时间决策电路10输出的延迟时问T＝1分钟延迟后，即在电池电压出现第一次负电压差之后才向负电压差识别电路4发出启动控制信号，使负电压差识别电路4开始工作。充电5分钟后，电池电压下降至20.5V，出现一次负电压差，电池温度以2～3℃/分钟的速度上升，内阻迅速下降至0.10Ω，负电压差识别电路4判断充电电池已充满电，控制停止对其充电，可靠地避免过充电。

如果采用现有的最小充电时间为10分钟的充电装置对上述充电电池充电，充电5分钟后，充电电池实际已经充满电，充电装置会继续充电至10分钟后才停止充电，浪费电能且造成充电电池温度较高，缩短充电电池的有效使用时间。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种电池充电方法，包括

向充电电池提供充电电流的充电电源电路；

用于调整充电电源电路输出的充电电流的充电电流调整电路；

输入端跨接至充电电池的正、负电极且能计算电池电压差的电池内阻测量电路；

对负电压差进行识别且一旦识别到负电压差就发出控制停止充电信号的负电压差识别电路；

其相应输出端分别连接至充电电源电路、充电电流调整电路、电池内阻测量电路和负电压差识别电路的控制输入端的充电过程控制电路，

其特征在于：

在所述电池内阻测量电路与负电压差识别电路之间设有延迟识别控制电路；

在开始充电时由所述电池内阻测量电路实时测量充电电池的内阻，与设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量，决定是否需要延迟时间以及需要相应延迟多长时间待充电过程前期电池电压出现第一次负电压差之后，才由所述延迟识别控制电路控制负电压差识别电路开始实时识别电池电压出现的负电压差；

进入充电过程后期，负电压差识别电路识别出电池电压出现第二次负电压差，就判断充电电池已充满电，控制停止对其充电，完成整个充电过程。

2.按照权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于：

所述延迟识别控制电路由时间决策电路和时间延迟电路级联组成。

3.按照权利要求1或2所述的电池充电方法，其特征在于：

所述时间决策电路接受充电过程控制电路的控制将比较判断电路的比较结果变换成相应的延迟时间送至时间延迟电路；

所述时间延迟电路接受充电过程控制电路的控制按照时间决策电路的输出的延迟时间延迟后才向负电压差识别电路发出启动控制信号，使负电压差识别电路开始工作。

4.按照权利要求3所述的电池充电方法，其特征在于：

所述电池内阻测量电路由输入端跨接至充电电池的正、负电极的电压测量电路、电压差计算电路、内阻计算电路和比较判断电路级联组成；

电压测量电路接受充电过程控制电路的控制按时间顺序实时测量充电电池的正、负电极电压，将测量出的电压值送至电压差计算电路；

所述电压差计算电路接受充电过程控制电路的控制将电压测量电路的输入的两次测量出电压值进行减法计算，将计算结果即电压差送至内阻计算电路和负电压差识别电路；

所述内阻计算电路接受充电过程控制电路的控制依据以欧姆定律为基础的函数关系将电压差计算电路输入的电压差除以充电电流调整电路所调整的电流差换算成电池的内阻，并将结果送至比较判断电路；

所述比较判断电路接受充电过程控制电路的控制将内阻计算电路输入的内阻与设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量。

5.一种电池充电装置，包括

向充电电池提供充电电流的充电电源电路；

用于调整充电电源电路输出的充电电流的充电电流调整电路；

由输入端跨接至充电电池的正、负电极的电池内阻测量电路；

对负电压差进行识别且一旦识别到负电压差就发出控制停止充电信号的负电压差识别电路；

其相应输出端分别连接至充电电源电路、充电电流调整电路、电池内阻测量电路、和负电压差识别电路的控制输入端的充电过程控制电路，

其特征在于：

在所述电池内阻测量电路与负电压差识别电路之间设有延迟识别控制电路；

由所述延迟识别控制电路控制负电压差识别电路开始实时识别电池电压出现的负电压差。

6.按照权利要求5所述的电池充电装置，其特征在于：

所述延迟识别控制电路由时间决策电路和时间延迟电路级联组成。

7.按照权利要求5或6所述的电池充电装置，其特征在于：

所述时间决策电路接受充电过程控制电路的控制将比较判断电路的比较结果变换成相应的延迟时间送至时间延迟电路。

8.按照权利要求7所述的电池充电装置，其特征在于：

所述时间延迟电路接受充电过程控制电路的控制按照时间决策电路的输出的延迟时间延迟后才向负电压差识别电路发出启动控制信号，使负电压差识别电路开始工作。

9.按照权利要求8所述的电池充电装置，其特征在于：

所述电池内阻测量电路由输入端跨接至充电电池的正、负电极的电压测量电路、电压差计算电路、内阻计算电路和比较判断电路级联组成。

10.按照权利要求9所述的电池充电装置，其特征在于：

电压测量电路接受充电过程控制电路的控制按时间顺序实时测量充电电池的正、负电极电压，将测量出的电压值送至电压差计算电路；

所述电压差计算电路接受充电过程控制电路的控制将电压测量电路的输入的两次测量出电压值进行减法计算，将计算结果即电压差送至内阻计算电路和负电压差识别电路；

所述内阻计算电路接受充电过程控制电路的控制依据以欧姆定律为基础的函数关系将电压差计算电路输入的电压差除以充电电流调整电路所调整的电流差换算成电池的内阻，并将结果送至比较判断电路；

所述比较判断电路接受充电过程控制电路的控制将内阻计算电路输入的内阻与设定的多级阻值即设定的其不同容量时的标定内阻进行比较，判断所测量的内阻达到的阻值级数即充电电池相应的容量。

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