專利名稱：電池充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于便攜式計(jì)算機(jī)、樣機(jī)、立體聲耳機(jī)和便攜式無繩電話的可充電電池的電池充電裝置，尤其是涉及在恒電壓和恒電流充電模式下工作的模式變換充電裝置。
一般地，二次電池指使用后通過可逆反應(yīng)能由電源恢復(fù)和再充電的電池。最近，一次電池充電裝置已商業(yè)化。然而，這源于一次電池也能充電的可能性，而非充電裝置的特性。因此，一次電池不能與二次電池一樣多的次數(shù)被充電。
在必須經(jīng)常替換電池的情況下可充電電池更經(jīng)濟(jì)。而且，由于理想的放電特性，它們對(duì)要求高電流的樣機(jī)和便攜式機(jī)器而言是不可取消的。最近，從500mAh到幾Ah容量的各種電池已商業(yè)化，但充電裝置還沒能同電池一樣多樣化。
與常規(guī)電池相比較，可充電電池具有很低的內(nèi)阻，因此能瞬時(shí)地提供大量電流，并且因?yàn)楹玫姆烹娦阅埽材鼙３址€(wěn)定電壓直到放電截止電壓。這里，放電截止電壓(terminal voltage)指在電池試驗(yàn)中終止放電的極限電壓。為了對(duì)可充電電池充電，應(yīng)當(dāng)引入適量電流給電池。高電流能降低充電周期，但存在過充電(充電超過滿充電極限)的危險(xiǎn)。在過充電情況下，大多數(shù)電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體，如果氣體量小，就能被吸收。然而，在高充電電流下會(huì)產(chǎn)生大量氣體，并會(huì)破壞過充電的可充電電池在汽車和緊急電源中普及的鉛電池是廉價(jià)的，但它們既不能適當(dāng)?shù)乇苊膺^充電，也不能避免過放電。鎳鎘(Ni-Cd)電池具有優(yōu)良的充放電和保持特性。然而，因?yàn)榈腕w積能量密度(wh/l)，尤其是環(huán)境污染(例如鎘的重金屬污染)，它們不受歡迎。在自動(dòng)電池充電裝置的設(shè)計(jì)中，最重要的任務(wù)是充電完成點(diǎn)(當(dāng)電池滿充電時(shí))的確定，電學(xué)上，檢測電池端電壓的增加是唯一的方法。
充電中端電壓的變化取決于單個(gè)電池狀態(tài)或時(shí)效變化，并且完美的自動(dòng)充電裝置很難實(shí)現(xiàn)。在電池的保護(hù)、快速和足夠的充電中必須選擇折衷的方法(在使用電解液的高容量可充電電池的情況下，測量電解液密度是確定充電完成點(diǎn)的最好方法)。
有兩種方法對(duì)電池充電。一種是恒電壓充電模式而另一種是恒電流充電模式。在恒電壓充電模式下，在比額定電壓高的恒電壓下以一定速率對(duì)電池充電。這種方法廣泛用在完全充電或不常放電的緊急電源充電模式中。因?yàn)樵谡Ｖ芷趦?nèi)時(shí)電池充電，而在負(fù)載比充電電源高的情況下對(duì)它們放電，這種模式也稱作交流浮充充電模式。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要用于電池保護(hù)的附加定時(shí)裝置，但不利的是初始充電階段的大電流會(huì)損害電池或電源。為解決電流控制的此問題，能使用電阻控制初始電流。然而，充電周期期間電壓增加會(huì)降低充電電流。因此，充電周期也增加，使足夠的充電難以實(shí)現(xiàn)。由于經(jīng)濟(jì)原因，此方法很普及。在電話手機(jī)充電裝置中，提供了足以充電約20小時(shí)的電流，并且為控制初始電流、不完全充電和降低充電周期，保持充電電壓高于交流浮充(floating)電壓的定義值。此方法常用于便宜產(chǎn)品。在電話手機(jī)中此方法的普及源于鎳鎘電池對(duì)過充電的高容限，以及由電源和電阻組成的簡單電路結(jié)構(gòu)。
恒電流充電模式用恒電流對(duì)電池充電，而不管充電過程期間電池端電壓的增加如何，如

圖1A所示。在初始充電和快速充電中采用此模式。在此方法中，除非過充電導(dǎo)致電池壽命縮短，應(yīng)當(dāng)同時(shí)采用定時(shí)充電。而且，不管充電過程期間電池端電壓的增加如何，因?yàn)閼?yīng)當(dāng)提供恒電流給電池，在此方法中恒流源仍是必須的。按照此方法，由恒電流對(duì)電池充電，所以充電周期能減小并且足夠充電是可能的，但是與恒電壓充電模式中的過充電相似，過充電會(huì)導(dǎo)致對(duì)電池的致命損壞。
對(duì)恒電流充電模式中的快速充電，應(yīng)當(dāng)在充電完成點(diǎn)切斷電源，除非完全放電后對(duì)電池充電，依據(jù)充電周期不容易發(fā)現(xiàn)充電完成點(diǎn)。這指在快速充電中放電50％的電池比完全放電的電池需要更少的時(shí)間。
在一些商業(yè)化的快充電裝置(例如，用在隨身聽中的立體聲手機(jī))中，沒對(duì)電池立刻充電，而足在電池放電一定周期后檢測端電壓下降并確定接入充電時(shí)的快速充電周期(依據(jù)預(yù)編程程序)。此外，在此方法中，除非包括對(duì)時(shí)效變化的預(yù)測，同樣水平的充電難以實(shí)現(xiàn)，而且此方法同樣不能應(yīng)用于不同型號(hào)的電池。
如圖1A所示，在恒電流充電狀態(tài)下快速充電是可能的，但一定周期后電壓下降。然而，圖1B表示恒電流充電規(guī)定時(shí)間后恒電壓充電能提供幾乎完全充電的電池。
目前研究和使用具有高電壓、高能量密度、長壽命和高穩(wěn)定特性的鋰離子電池。這些電池要求恒電流和恒電壓充電。因此，僅在恒電流或恒電壓模式下工作的充電裝置不能對(duì)鋰電池充電。
因上述原因，已研制模式變換充電裝置。當(dāng)電池放電到某一點(diǎn)時(shí)此充電裝置自動(dòng)地進(jìn)行恒電流充電，這樣快速充電是可能的，如圖1B所示。如果電池充電到高于某電平時(shí)，此裝置執(zhí)行恒電壓充電。由恒電流充電跟隨的恒電壓充電保持電流低于10小時(shí)充電速率并且保持恒電壓狀態(tài)，而不切換回恒電流模式。此恒電壓足以用來由此裝置對(duì)電池充電并且執(zhí)行連續(xù)補(bǔ)充充電。例如，如果電話手機(jī)由此充電裝置充電，為快速充電目的，在短時(shí)間周期使用手機(jī)后執(zhí)行恒電壓充電，而在長時(shí)間使用手機(jī)后執(zhí)行恒電流充電。
圖2表示現(xiàn)有模式變換電池充電裝置的電路結(jié)構(gòu)。為對(duì)電池5充電，此充電裝置包括電源單元1、開關(guān)調(diào)節(jié)器2、電流檢測單元3和恒電壓調(diào)節(jié)單元4。
雖然上述電源單元1沒有在圖中詳細(xì)描繪，電源單元1由與電池?cái)?shù)目相稱的電源變壓器、用于充電的主電源電路、用于恒電壓標(biāo)準(zhǔn)電壓和邏輯電路的5V電源穩(wěn)壓器、用于運(yùn)算放大器的VEE和恒電流標(biāo)準(zhǔn)電壓的附加電源組成。此電源單元提供DC電源，此處AC電源被整流和平滑，并且電源單元1可包括開關(guān)調(diào)節(jié)器2。
電流檢測單元3放置在開關(guān)調(diào)節(jié)器2和將充電電流提供到這里的電池5之間。此電流檢測單元3由電流檢測電阻3a和運(yùn)算放大器3b組成，電流檢測電阻3a把對(duì)電池5充電的電流轉(zhuǎn)換成電壓，而運(yùn)算放大器3b放大由電流檢測電阻3a減小的電壓并提供此電壓給上述調(diào)節(jié)器2的反饋端。
恒電壓控制單元4包括把電池的充電電壓分成預(yù)定比的分壓電阻4a、4b，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電壓的標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)生器4c，以及把上述分壓與一標(biāo)準(zhǔn)電壓比較并產(chǎn)生恒電壓充電控制信號(hào)的運(yùn)算放大器4d。
用戶利用此模式變換充電裝置，或者以恒電流充電，或者以恒電壓充電方式對(duì)電池5充電。然而，此裝置不能將電池的一種型號(hào)與另一種相區(qū)別，并且在必要時(shí)不能進(jìn)行恒電壓充電。而且，當(dāng)移去電池組件時(shí)此裝置不能使電流檢測單元4避免靜電、噪聲或沖擊的損壞，因此降低了可靠性。
在充電從恒電流模式切換到恒電壓模式的模式變換充電裝置中，通常通過或者恒電流模式的執(zhí)行時(shí)間，或者恒電壓模式的執(zhí)行時(shí)間來計(jì)算已放電電池的充電完成點(diǎn)。這種模式不管實(shí)際充電容量如何而強(qiáng)迫充電終止。在前面的裝置中，因?yàn)樵诤汶妷撼潆娔Ｊ街袥]有檢測充電電流量，精確確定充電完成點(diǎn)是不可能的。特別是對(duì)鋰離子電池，即使在恒電流模式期間由于端電壓逐漸增加能發(fā)現(xiàn)充電的水平，但是恒電壓充電模式期間由于沒有端電壓的變化，妨礙了其充電水平的確定。因此，用戶不能被精確告訴充電水平，并且由于超過滿負(fù)荷的充電，沒完全放電的電池常常過充電。在恒電流充電的情況下，在例如快速充電或快充電的每個(gè)步驟中只能夠有電流控制。在每個(gè)步驟中不能檢測超過預(yù)定水平的充電電流。檢測失敗常常導(dǎo)致由于過充電而引起的電池組件損壞，或者由于電池的未完全充電而減少裝置的工作時(shí)間。
因此本發(fā)明目的是提供能精確確定可充電電池(或電池組件)的完全充電狀態(tài)的模式變換電池充電裝置。
本發(fā)明的其它目的是提供一電池充電裝置，該裝置在移去電池時(shí)免于由靜電、沖擊或噪聲引起的對(duì)恒電壓充電調(diào)節(jié)電路的損壞。
而且，本發(fā)明另一目的是提供一電池充電裝置，它能檢測含有電池構(gòu)成材料信息的可充電電池組件的類型，并且依據(jù)電池組件類型選擇地進(jìn)行最佳充電模式。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，電池充電裝置包括施加外部DC電壓的輸入端；為電池組件提供充電電流的輸出端；充電電流控制裝置，包括連接輸入端與輸出端的電流通路和施加控制電壓的控制端，用于根據(jù)控制電壓控制從輸入端通過電流通路流動(dòng)的充電電流量；充電電流檢測裝置，用于檢測流過電流通路的充電電流并輸出電流檢測信號(hào)給控制端，其信號(hào)的強(qiáng)度與檢測電流相對(duì)應(yīng)；用于分配充電電流檢測裝置的輸出的分壓裝置；恒電壓控制裝置，用于檢測輸出端的充電電壓并根據(jù)已檢測電壓改變控制端的電壓以保持充電電壓到預(yù)定電平；電池溫度檢測裝置，用于檢測電池組件的溫度并產(chǎn)生電池溫度信號(hào)，該信號(hào)具有與檢測溫度的相應(yīng)強(qiáng)度；電池類型檢測裝置，用于通過接收電池材料構(gòu)成信息來檢測電池組件類型并產(chǎn)生與檢測類型相應(yīng)的電池類型信號(hào)；電池電壓檢測裝置，用于檢測電池組件的端電壓并輸出與已檢測電壓相應(yīng)的電池電壓信號(hào)；充電控制裝置，用于接收電池溫度信號(hào)、電池類型信號(hào)、電池電壓信號(hào)和分壓裝置的輸出，并且輸出充電電流控制裝置執(zhí)行充電操作的充電致能信號(hào)、控制電池組件充電速度的快充電控制信號(hào)、根據(jù)電池組件類型使充電電流控制裝置在恒電流充電模式和恒電壓充電模式中的任何模式下工作的模式控制信號(hào)、以及用于均衡充電電流量到預(yù)定參考電流量的至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)；快充電控制裝置，用于通過響應(yīng)快充電控制信號(hào)來改變控制端電壓，控制充電速度；充電模式選擇裝置，用于響應(yīng)模式控制信號(hào)，選擇地輸出恒電壓控制信號(hào)給控制端，以改變控制端電壓；以及充電電流補(bǔ)償裝置，用于通過響應(yīng)至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)來改變控制端電壓，補(bǔ)償充電電流。
充電控制裝置根據(jù)分壓裝置的輸出來輸出表示電池組件充電狀態(tài)的信息。
此電池充電裝置還可包括指示裝置，用于根據(jù)從充電控制裝置輸出的充電狀態(tài)信息來指示電池組件的充電狀態(tài)。因?yàn)橛脩裟苡弥甘狙b置檢測電池組件的充電狀態(tài)，就能防止由于電池組件的過充電而引起的電池壽命縮短或損壞，從而增加電池的可靠性。
此裝置還可包括外部電壓檢測裝置，用于檢測外部DC電壓并輸出與檢測電壓相應(yīng)的信號(hào)。當(dāng)外部電壓檢測裝置檢測的電壓低于預(yù)定參考電壓時(shí)，充電控制裝置使充電電流控制裝置失效。如上所述，當(dāng)檢測電壓超過自動(dòng)充電控制極限時(shí)，不執(zhí)行充電操作，以防由于過電流而引起電池?fù)p壞。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電池充電裝置包括充電電源，包括電流通路和提供充電電流的控制端，用于通過電流通路給電池組件供給充電電流量，充電電流與控制端電壓的變化相對(duì)應(yīng)；充電電流檢測裝置，用于檢測流過電流通路的充電電流并根據(jù)檢測電流來改變控制端電壓；恒電壓控制裝置，用于檢測通過電流通路提供給電池組件的充電電壓并且根據(jù)檢測電壓輸出用于改變控制端電壓的恒電壓控制信號(hào)，以保持充電電壓到預(yù)定電平；電池溫度檢測裝置，用于檢測電池組件的溫度并產(chǎn)生電池溫度信號(hào)，該信號(hào)具有與檢測溫度的相應(yīng)強(qiáng)度；電池類型檢測裝置，用于通過接收電池材料構(gòu)成信息來檢測電池組件類型并產(chǎn)生與檢測類型相應(yīng)的電池類型信號(hào)；電池電壓檢測裝置，用于檢測電池組件的充電電壓并輸出與檢測溫度相應(yīng)的電池電壓信號(hào)；充電控制裝置，用于接收電池溫度信號(hào)、電池類型信號(hào)和電池電壓信號(hào)、并且輸出執(zhí)行充電操作用于充電的充電致能信號(hào)、控制電池組件充電速度的快充電控制信號(hào)、根據(jù)電池組件類型使充電電流控制裝置在恒電流充電模式和恒電壓充電模式中的任何模式下工作的模式控制信號(hào)、以及用于均衡充電電流量到預(yù)定參考電流量的至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)；快充電控制裝置，用于通過響應(yīng)快充電控制信號(hào)來改變控制端電壓，控制充電速度；充電模式選擇裝置，用于響應(yīng)模式控制信號(hào)，選擇地輸出恒電壓控制信號(hào)給控制端，以改變控制端電壓；充電電流補(bǔ)償裝置，用于通過響應(yīng)至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)來改變控制端電壓，補(bǔ)償充電電流；以及充電電流信息發(fā)生裝置，用于提供關(guān)于流過電流通路的充電電流量信息給充電控制裝置。
在此裝置中，充電控制裝置根據(jù)充電電流量信息，輸出指示電池組件充電狀態(tài)的充電狀態(tài)信息。
此裝置還可包括指示裝置，用于根據(jù)從充電控制裝置輸出的充電狀態(tài)信息來指示電池組件的充電狀態(tài)。
參考如下附圖可理解本發(fā)明并且使本發(fā)明的目的、特征和效果對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見。
圖1A是表示僅在恒電流充電模式下充電的電池的充電電流和電壓波動(dòng)圖；圖1B是表示在恒流充電模式和恒電壓充電模式下連續(xù)充電的電池的充電電流和電壓波動(dòng)圖；圖2是表示在恒電流充電模式和恒電壓充電模式下工作的現(xiàn)有電池充電裝置的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，電池充電裝置的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是表示圖3所示分壓電路的輸出波形圖；圖5是表示能代替圖3所示分壓電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖6是表示快速(fast)充電模式下電流和電壓特性曲線；圖7是表示快(quick)充電模式下電流和電壓特性曲線；圖8是用于解釋電池充電容量的指示模式圖。
在依照示意性實(shí)施例描述本發(fā)明時(shí)，可以預(yù)料用本發(fā)明權(quán)利要求精神范圍內(nèi)的變化也能如上所述實(shí)施本發(fā)明。
參照?qǐng)D3，電池組件100包括用于指示電池材料構(gòu)成信息的兩個(gè)開關(guān)SW1和SW2。當(dāng)電池組件100由鎳鎘或鎳金屬氫化物電池組成時(shí)，開關(guān)SW1閉合而開關(guān)SW2斷開。反之，當(dāng)電地組件100由鋰離子電池組成時(shí)，開關(guān)SW1斷開而開關(guān)SW2閉合。電池組件100包括電池101、陽極端102、陰極端103、用于檢測電池101溫度的熱敏電阻104、溫度端子105、以及用于輸出電池類型信息的輸出端106、107。當(dāng)電池組件100固定在充電裝置上時(shí)，它的各端子連接到充電裝置的相應(yīng)端子102a、105a、106a和107a。
本實(shí)施例的充電裝置包括微計(jì)算機(jī)(或微處理機(jī))300，作為控制電池組件100的全部充電操作的裝置。此微計(jì)算機(jī)由調(diào)整電路(由290、C10、C11和R23構(gòu)成)供電(VDD)。微計(jì)算機(jī)300連接到振蕩電路，振蕩電路包括晶體振蕩器X1、電阻R20和電容器C6、C7。
作為充電電源的充電電流控制單元210連接到輸入端11和給電池組件100供給充電電流(Iout)的輸出端102a，來自AC轉(zhuǎn)換器的DC電壓(Vin)提供給輸入端11。充電電流控制單元210由開關(guān)調(diào)節(jié)器組成?？刂茊卧?10，即開關(guān)調(diào)節(jié)器，包括位于電流通路12上用于提供充電電流的開關(guān)單元211和脈沖寬度調(diào)制集成電路(PWMIC)212。開關(guān)單元211由電阻R3、R4，二極管D1和晶體管Q1和Q2組成。PWMIC212通過輸出脈沖信號(hào)來控制開關(guān)單元211內(nèi)晶體管Q2的開通/斷開時(shí)間，脈沖信號(hào)具有與控制端213的電壓電平相對(duì)應(yīng)的工作方式(duty)。因此，根據(jù)輸入到PWMIC212的控制端213的控制電壓來控制從輸入端流過電流通路12的充電電流(Iout)。
設(shè)置由電感器L1、二極管D2和電容器C3組成的能量存儲(chǔ)單元220來存儲(chǔ)來自充電電流控制單元210的電能。
充電電流檢測單元230連接到能量存儲(chǔ)單元220。充電電流檢測單元230由電阻R5～R9和運(yùn)算放大器231組成。
檢測單元230使用用于檢測充電電流的電阻R5上的電壓降來檢測流過電流通路12的充電電流，并且輸出電流檢測信號(hào)給PWMIC212的控制端213。該電流檢測信號(hào)具有對(duì)應(yīng)于所檢測電流的強(qiáng)度。
用于按預(yù)定的比例分配充電電流檢測單元230的輸出的分壓單元240由電阻R10、R11，二極管D4，和電容器C4組成。充電電流檢測單元230的輸出電壓被分壓電阻R10、R11分配，所分配的電壓被轉(zhuǎn)換成用于二極管D4和電容器C4的穩(wěn)定DC電平，并且提供給微計(jì)算機(jī)300。微計(jì)算機(jī)300識(shí)別在恒電壓充電模式下通過分壓單元240的充電電流量。例如，如果充電電流檢測電阻器的電阻是0.1歐姆。運(yùn)算放大器231的放大系數(shù)是25，R10和R11之間比例滿足R10∶R11＝1∶4，以及2A充電電流流過電流通路，那么電阻器R5兩端間的電壓差將是0.2V，運(yùn)算放大器的輸出電壓是5.0V，以及4.0V電壓將提供給微計(jì)算機(jī)300的端子(CC)。在上述同樣條件下，如果0.5A充電電流流過電流通路，那么1.0V電壓提供給微計(jì)算機(jī)300的端子(CC)。圖4示意表示在恒電流充電模式和恒電壓充電模式下連續(xù)進(jìn)行充電時(shí)分壓單元240的輸出電壓波形。分壓單元240的輸出在恒電流充電模式下保持恒定電平，但是分壓單元240的輸出在恒電壓充電模式下隨時(shí)間流逝而降低。如上所述，分壓單元240作為充電電流信息發(fā)生電路完成給微計(jì)算機(jī)300提供關(guān)于流過電流通路的充電電流量信息的功能。
另一方面，如圖5所示，可使用由齊納(Zener)二極管ZD1、電阻器R24、二極管D6和電容器C12組成的電路，二極管ZD1的陰極和陽極分別連接到運(yùn)算放大器231的輸出端和地電壓。在此電路中，因?yàn)闅w因于齊納(Zener)二極管ZD1，由浪涌電流或過電流引起的超過微計(jì)算機(jī)300工作電壓的電壓沒有提供給微計(jì)算機(jī)300，所以能避免由于浪涌電流或過電流引起的微計(jì)算機(jī)300的損壞或誤操作。
又參照?qǐng)D3，已知的恒電壓控制單元250檢測輸出端102a的充電電壓(Vout)，并且根據(jù)檢測電壓輸出用于改變PWMIC212的控制端電壓的恒電壓控制信號(hào)，以保持充電電壓在預(yù)定電平。
電池類型檢測單元260通過從電池組件100接收電池構(gòu)成的材料信息來檢測電池類型，并且給微計(jì)算機(jī)300提供與檢測類型相應(yīng)的電池類型信號(hào)。詳細(xì)地，如果電池組件100的開關(guān)SW1接通，因?yàn)殡姵仡愋蜋z測單元260的端(106a)電壓變成接地電壓電平，那么微計(jì)算機(jī)300覺察成連接鎳鎘或鎳金屬氫化物電池。這樣，微計(jì)算機(jī)300使電池組件100只在恒電流充電模式下快速(quick and fast)充電。反之，如果電池組件100的開關(guān)SW2接通，因?yàn)殡姵仡愋蜋z測單元260的端(107a)電壓變成地電平，那么微計(jì)算機(jī)300覺察成接入鋰離子電池充電。這樣，微計(jì)算機(jī)300使電池組件100在恒電流和恒電壓充電模式下快速充電。
由電阻器R21和電容器C8組成的電池溫度檢測單元270通過熱敏電阻104檢測電池組件100的溫度并給微計(jì)算機(jī)300提供其強(qiáng)度與檢測溫度相對(duì)應(yīng)的電池溫度信號(hào)，熱敏電阻104根據(jù)溫度而改變電阻。
也由電阻器R22和電容器C9組成的電池電壓檢測單元280檢測電池組件100的端(102或102a)電壓，并根據(jù)檢測電壓給微計(jì)算機(jī)300提供電池電壓信號(hào)BV。
微計(jì)算機(jī)300依據(jù)輸入信號(hào)，輸出充電電流控制單元210執(zhí)行充電操作的充電致能信號(hào)CE、控制電池組件100是否快速充電的快速充電控制信號(hào)FQ、使充電電流控制單元210根據(jù)電池組件100的類型在恒電流充電模式和恒電壓充電模式中的任何一個(gè)下工作的模式控制信號(hào)CM、以及用于均衡充電電流量到預(yù)定參考電流量的充電電流補(bǔ)償信號(hào)LC和HC中的至少一個(gè)。
公知的快速充電控制單元310響應(yīng)來自微計(jì)算機(jī)300的快速充電控制信號(hào)FQ，通過改變PWMIC212的控制端(213)電壓來控制充電速度。如果快速充電控制信號(hào)FQ的電平是高，快速充電控制單元310通過降低控制端213的電壓來增加流過開關(guān)單元211的充電電流量，如圖6所示。另一方面，如果快速充電控制信號(hào)FQ的電平是低，快速充電控制單元310通過升高控制端213的電壓來減少流過開關(guān)單元211的充電電流量，如圖7所示。因此，電池快速充電。
充電模式選擇單元320由二極管D5、電容器C5、電阻器R16、R17和晶體管Q5組成。充電模式選擇單元320根據(jù)來自微計(jì)算機(jī)300的模式控制信號(hào)CM，選擇地輸出恒電壓控制單元250的輸出信號(hào)給端子213。如果模式控制信號(hào)CM的電平是高，晶體管Q5接通。因此，因?yàn)楹汶妷嚎刂茊卧?50的輸出沒有供給端子213，本實(shí)施例的充電裝置在恒電流充電模式下工作。反之，如果模式控制信號(hào)CM的電平是低，晶體管Q5斷開。因此，因?yàn)楹汶妷嚎刂茊卧?50的輸出供給端子213，充電裝置在恒電壓充電模式下工作。
充電電流補(bǔ)償單元330由電阻器R12～R15和晶體管Q3和Q4組成。充電電流補(bǔ)償單元330響應(yīng)充電電流補(bǔ)償信號(hào)LC和HC來補(bǔ)償流過電流通路12的充電電流。
微計(jì)算機(jī)300通過分析來自分壓單元240的電流檢測信號(hào)CC，輸出充電電流補(bǔ)償信號(hào)如下如果分析表明電池在正常充電過程中，微計(jì)算機(jī)300分別輸出低電平充電電流補(bǔ)償信號(hào)LC和高電平充電電流補(bǔ)償信號(hào)HC。
如果分析表明比預(yù)定量少的充電電流量流過，微計(jì)算機(jī)300分別輸出高電平充電電流補(bǔ)償信號(hào)LC和高電平充電電流補(bǔ)償信號(hào)HC。
如果分析表明比預(yù)定量多的充電電流量流過，微計(jì)算機(jī)300分別輸出低電平充電電流補(bǔ)償信號(hào)LC和低電平充電電流補(bǔ)償信號(hào)HC。
如上所述，流過電流通路12的充電電流根據(jù)充電電流量由控制端(213)電壓的變化來補(bǔ)償。充電電流補(bǔ)償單元330可由至少三個(gè)電阻器和至少三個(gè)開關(guān)裝置組成，電阻器并聯(lián)到控制端213以改變控制端電壓，開關(guān)裝置連接到電阻器和地，它根據(jù)從微計(jì)算機(jī)300提供的三種充電電流補(bǔ)償信號(hào)接通/斷開。這樣，更精確地補(bǔ)償電流。
微計(jì)算機(jī)300根據(jù)分壓單元240的輸出來輸出指示電池組件100充電狀態(tài)的信息。用戶能通過恒電壓充電模式下的充電狀態(tài)信息了解電池組件100的充電狀態(tài)。如圖8所示來識(shí)別電池的充電狀態(tài)，例如應(yīng)當(dāng)在恒電壓模式下充電的鋰離子電池。在提供給電池組件100的充電電流是恒定的并且在電池組件100的充電電壓迅速增加的恒電流充電模式下，微計(jì)算機(jī)300根據(jù)電池組件100的電壓變化來輸出由A至D％識(shí)別的充電狀態(tài)信息。在電池組件100的充電電流是恒定的并且在充電電流降低的恒電壓充電模式下，微計(jì)算機(jī)300根據(jù)充電電流降低速率，即分壓單元240輸出的降低速率來輸出由E至K％識(shí)別的充電狀態(tài)信息。
由電阻器R1、R2和電容器C1組成的外部電壓檢測單元340檢測外部DC電壓(Vin)并輸出與檢測電壓相應(yīng)的信號(hào)。如果此檢測單元340檢測的電壓低于預(yù)定參考電壓，為了中斷充電操作，微計(jì)算機(jī)300使充電電流控制單元210失去作用(disable)。
連接到輸出端102a的二極管是防放電裝置，用于防止電池組件100的充電電壓通過電流通路放電。
在本實(shí)施例的裝置應(yīng)用于便攜計(jì)算機(jī)時(shí)，根據(jù)從微計(jì)算機(jī)300輸出的充電狀態(tài)信息來指示電池組件100的充電狀態(tài)的元件部分是不必要的，否則則是必要的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)毫無困難地把充電狀態(tài)指示部件用于本發(fā)明。
根據(jù)上述本發(fā)明，即使對(duì)任何完全放電電池、滿充電電池和具有一定量電能的電池充電，充電也只有在電池滿充電后才自動(dòng)完成。因?yàn)橛脩裟軝z測電池組件的充電狀態(tài)，能避免由于電池組件的過充電而引起的電池壽命縮短或損壞，增加了電池可靠性。當(dāng)檢測電壓超過自動(dòng)充電控制的極限時(shí)，不進(jìn)行充電操作，以防由于過電流而引起電池?fù)p壞。
權(quán)利要求
1.一種可充電電池充電裝置，用在對(duì)具有電池材料構(gòu)成信息的電池組件充電的電路中，包括施加外部DC電壓(Vin)的輸入端；為所述電池組件提供充電電流(Iout)的輸出端；充電電流控制裝置，包括連接所述輸入端與所述輸出端的電流通路和施加控制電壓的控制端，用于根據(jù)所述控制電壓來控制從所述輸入端流過所述電流通路的所述充電電流量；充電電流檢測裝置，用于檢測流過所述電流通路的所述充電電流并輸出電流檢測信號(hào)給所述控制端，其信號(hào)強(qiáng)度與檢測電流相對(duì)應(yīng)；分壓裝置，用于分配所述充電電流檢測裝置的輸出；恒電壓控制裝置，用于檢測所述輸出端的充電電壓(Vout)并根據(jù)檢測電壓改變所述控制端的電壓，以保持所述充電電壓到預(yù)定電平；電池溫度檢測裝置，用于檢測所述電池組件的溫度并產(chǎn)生與檢測溫度具有相應(yīng)強(qiáng)度的電池溫度信號(hào)；電池類型檢測裝置，用于通過接收所述電池材料構(gòu)成信息來檢測所述電池組件類型并且產(chǎn)生與檢測類型相應(yīng)的電池類型信號(hào)；電池電壓檢測裝置，用于檢測所述電池組件的端電壓并且輸出與所檢測電壓相應(yīng)的電池電壓信號(hào)；充電控制裝置，用于接收所述電池溫度信號(hào)、所述電池類型信號(hào)、所述電池電壓信號(hào)和所述分壓裝置的輸出，并且輸出由所述充電電流控制裝置執(zhí)行充電操作的充電致能信號(hào)、用于控制所述電池組件的充電速度的快速充電控制信號(hào)，使所述充電電流控制裝置根據(jù)所述電池組件類型在恒電流的充電模式和恒電壓充電模式中的任何模式下工作的模式控制信號(hào)，和用于均衡所述充電電流量到預(yù)定參考電流量的至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)；快速充電控制裝置，用于響應(yīng)快速充電控制信號(hào)，通過改變所述控制端的電壓來控制充電速度；充電模式選擇裝置，用于根據(jù)所述模式控制信號(hào)，選擇地輸出所述恒電壓控制信號(hào)給所述控制端，以改變所述控制端的電壓；充電電流補(bǔ)償裝置，用于根據(jù)所述至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)，通過改變所述控制端的電壓來補(bǔ)償所述充電電流；其中所述充電控制裝置根據(jù)所述分壓裝置的輸出來輸出指示所述電池組件充電狀態(tài)的信息。
2.如權(quán)利要求1的電池充電裝置，其中，還包括外部電壓檢測裝置，用于檢測所述外部DC電壓和輸出與所檢測電壓相應(yīng)的信號(hào)，其中當(dāng)所述外部電壓檢測裝置檢測的電壓低于預(yù)定參考電壓時(shí)所述充電控制裝置使所述充電電流控制裝置失去作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電池充電裝置，其中，所述充電電流控制裝置包括開關(guān)裝置，包括連接到所述輸入端的第一端子、連接到所述輸出端的第二端子、以及施加預(yù)定頻率的脈沖信號(hào)并根據(jù)所述脈沖信號(hào)接通/斷開的第三端子；以及開關(guān)控制裝置，用于通過輸出與所述控制電壓有相應(yīng)工作方式的所述脈沖信號(hào)來控制所述開關(guān)裝置的工作時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電池充電裝置，其中，所述充電電流控制裝置包括開關(guān)調(diào)節(jié)器，開關(guān)調(diào)節(jié)器包括連接到所述輸入端的第一端子、施加所述控制電壓的第二端子、以及連接到所述輸出端的第三端子，用于輸出與所述控制電壓相應(yīng)的所述充電電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電池充電裝置，其中，還包括防放電裝置，用于防止所述電池組件的充電電壓通過所述電流通路的放電。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電池充電裝置，其中，還包括能量存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)從所述充電電流控制裝置產(chǎn)生的電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電池充電裝置，其中，所述充電電流檢測裝置包括連接到所述電流通路的電阻裝置，用于檢測流過所述電流通路的所述充電電流，以及放大裝置，用于按預(yù)定增益放大所述電阻裝置上的電壓降并輸出所放大電壓給所述控制端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電池充電裝置，其中，所述充電模式選擇裝置包括開關(guān)裝置，用于根據(jù)所述恒電流充電模式下的所述模式控制信號(hào)使所述恒電壓控制信號(hào)流入地。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電池充電裝置，其中，所述充電電流補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)到所述控制端的至少兩個(gè)電阻器，用于改變所述控制端的所述電壓，以及至少兩個(gè)開關(guān)裝置，其每個(gè)都連接在所述電阻器和地之間，根據(jù)所述充電控制裝置提供的至少兩個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)接通/斷開。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的電池充電裝置，其中，還包括指示裝置，用于根據(jù)從所述充電控制裝置輸出的所述充電狀態(tài)信息來指示所述電池組件的充電狀態(tài)。
11.一種電池充電裝置，用在對(duì)具有電池材料構(gòu)成信息的可充電電池組件充電的電路中，包括充電電源，包括電流通路和用于供給充電電流的控制端，用于通過所述電流通路來給所述電池組件供給所述充電電流量，該充電電流量與控制端電壓的變化相對(duì)應(yīng)；充電電流檢測裝置，用于檢測流過所述電流通路的所述充電電流并根據(jù)檢測電流來改變所述控制端的電壓；恒電壓控制裝置，用于檢測通過所述電流通路提供給所述電池組件的充電電壓并根據(jù)所檢測電壓來輸出用于改變所述控制端電壓的恒電壓控制信號(hào)；電池溫度檢測裝置，用于檢測所述電池組件溫度并產(chǎn)生電池溫度信號(hào)，該信號(hào)具有與所檢測溫度相應(yīng)的強(qiáng)度；電池類型檢測裝置，用于通過接收所述電池材料構(gòu)成信息來檢測所述電池組件類型并產(chǎn)生與所檢測類型相應(yīng)的電池類型信號(hào)；電池電壓檢測裝置，用于檢測所述電池組件的充電電壓并輸出與所檢測溫度相應(yīng)的電池電壓信號(hào)；充電控制裝置，用于接收所述電池溫度信號(hào)、所述電池類型信號(hào)和所述電池電壓信號(hào)，并輸出執(zhí)行充電操作的充電致能信號(hào)、用于控制所述電池組件充電速度的快速充電控制信號(hào)、用于使所述充電電流控制裝置根據(jù)所述電池組件類型在恒電流充電模式和恒電壓充電模式中的任一模式下工作的模式控制信號(hào)，以及用于均衡所述充電電流量到預(yù)定參考電流量的至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)；快速充電控制裝置，用于根據(jù)所述快速充電控制信號(hào)，通過改變所述控制端的電壓來控制充電速度；充電模式選擇裝置，用于根據(jù)所述模式控制信號(hào)來選擇地輸出所述恒電壓控制信號(hào)給所述控制端，以改變所述控制端的電壓；充電電流補(bǔ)償裝置，用于根據(jù)所述至少一個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)，通過改變所述控制端的電壓來補(bǔ)償所述充電電流；充電電流信息發(fā)生裝置，用于提供關(guān)于流過所述電流通路的所述充電電流量信息給所述充電控制裝置；其中所述充電控制裝置根據(jù)所述充電電流量信息來輸出用于指示所述電池組件充電狀態(tài)的充電狀態(tài)信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電池充電裝置，其中，所述充電電源包括開關(guān)裝置，包括施加外部DC電壓的第一端子、給所述電池組件提供充電電流的第二端子、以及施加預(yù)定頻率脈沖信號(hào)并根據(jù)所述脈沖信號(hào)接通/斷開的第三端子；以及開關(guān)控制裝置，用于通過輸出所述脈沖信號(hào)來控制所述開關(guān)裝置的工作時(shí)間，所述脈沖信號(hào)具有與所述控制電壓相應(yīng)的工作方式。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電池充電裝置，其中，還包括用于檢測所述外部DC電壓并輸出與所檢測電壓相應(yīng)的信號(hào)的外部電壓檢測裝置，其中當(dāng)所述外部電壓檢測裝置檢測的電壓低于預(yù)定參考電壓時(shí)所述充電控制裝置使所述充電電流控制裝置失去作用。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電池充電裝置，其中，還包括防放電裝置，用于防止所述電池組件的充電電壓通過所述電流通路放電。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電池充電裝置，其中，還包括指示裝置，用于根據(jù)從所述充電控制裝置輸出的所述充電狀態(tài)信息來指示所述電池組件的充電狀態(tài)。
16根據(jù)權(quán)利要求11的電池充電裝置，其中，所述充電電流檢測裝置包括連接到所述電流通路的電阻裝置，用于檢測流過所述電流通路的所述充電電流，以及放大裝置，用于按預(yù)定增益放大所述電阻裝置上的電壓降并輸出所放大電壓給所述控制端。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的電池充電裝置，其中，所述充電模式選擇裝置包括開關(guān)裝置，用于根據(jù)所述恒電流充電模式下的所述模式控制信號(hào)使所述恒電壓控制信號(hào)流入地。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的電池充電裝置，其中，所述充電電流補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)到所述控制端的至少兩個(gè)電阻器，用于改變所述控制端的所述電壓，以及至少兩個(gè)開關(guān)裝置，其每個(gè)都連接在所述電阻器和地之間，根據(jù)所述充電控制裝置提供的至少兩個(gè)充電電流補(bǔ)償信號(hào)接通/斷開。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的電池充電裝置，其中，所述充電電流信息發(fā)生裝置包括分壓裝置，用于按預(yù)定比例分配所述充電電流的輸出電壓。
20根據(jù)權(quán)利要求11的電池充電裝置，其中，所述充電電流信息發(fā)生裝置包括保護(hù)裝置，用于保護(hù)所述充電控制裝置免于浪涌電流和過電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電池充電裝置，其中，所述保護(hù)裝置包括齊納二極管，該二極管的兩端分別連接到所述充電電流檢測裝置的輸出端和接地電壓。
全文摘要
一種模式變換電池充電裝置,即使對(duì)完全放電電池、滿充電電池和具有一定量電能的電池中的任何一個(gè)充電,該充電只在電池滿充電后才自動(dòng)完成,避免由于電池組件的過充電而引起電池壽命縮短或損壞,該裝置包括:輸入端:輸出端;充電電流控制裝置;充電電流檢測裝置;分壓裝置;恒壓電壓控制裝置,用于檢測電池溫度、電池類型、電池電壓的三個(gè)檢測裝置;充電控制裝置;快速充電控制裝置;充電模式選擇裝置;充電電流補(bǔ)償裝置,其中控制裝置輸出指示電池組件充電狀態(tài)的信息。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1179640SQ97120449
公開日1998年4月22日 申請(qǐng)日期1997年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月15日
發(fā)明者李昌欽 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社