CN1227796C - 电池存储充电信息的电池充电***和用于该***的电池 - Google Patents

Abstract

提供了一种电池充电***，其中电池存储对电池进行充电所需的信息。电池或电池组包括一个可充电电池单元和一个用于存储电池充电要求的存储装置。电池充电器当被连接到电池或电池组时，读取电池组中的存储装置以便确定对电池进行充电的适当方法。

Description

电池存储充电信息的电池充电***和用于该***的电池

技术领域

本发明涉及到为可充电电池充电的方法和装置。具体地说，本发明涉及到控制电池的充电电压。本发明还涉及被连接到一个电池保护电路的电池，当电池电压达到保护电路门限电压时中断对可充电电池充电，以及涉及到没有任何保护电路的电池。

背景技术

一般来说，在为诸如NiCd(Nickel-Cadmium)或NiMH(Nickel-Metal-Hydride)电池等等可充电电池或是二次电池充电时都有一个快速充电过程，在出现某种现象之前一直为电池提供比较高的恒定充电电流。这一现象可能是电池温度突然增高或是电池端电压突然下降。

然而，在为铅蓄电池，包括锂离子电池在内的锂电池，锂聚合物电池和锂固态电池等等可充电电池充电时，在整个充电状态下检测不到一定的现象。一般来说，首先用恒定电流为这种类型的电池充电，直至检测到电池电压达到一个预定的完全充电或是充电结束电压。接着，在第二充电步骤中将电压维持在其充电结束电压，同时降低充电电流，直至达到一个表示电池完全充电的预定的小电流值。

美国专利US5637981号中讨论的可充电或是二次电池是由一个理想电池和内部电阻构成的，而且用于在第二充电阶段中充电的恒定电压电路也是由一个理想恒定电压电路和内部电阻构成的。因此，充电电流在这些内部电阻上会产生电压降，其结果会使按照恒定电压充电模式提供给理想电池的充电电压下降，从而导致延长充电时间。

为了获得较短的充电时间，就需要用高充电电压充电，考虑到内部电阻上的电压降，它应该高于充电结束电压或是满充电电压。然而，如果可充电电池内部装有保护电路，它就会在充电电压高于一个预定的门限电压时停止充电，如果用这样高的充电电压充电，这种保护电路往往会停止充电过程。

在美国专利US5637981号中为这一问题提出了一种解决方案，在其中让充电器适应特定的电池组，并且能够禁止保护电路的保护动作，以便使用较高的充电电压。美国专利US5654622号提出了一种类似的解决方案，可以用充电器将保护电路编程到较高的门限电压，这样就能在至少一部分充电过程中使用较高的充电电压。

上述充电过程的共同缺点是与保护电路的冲突，需要改变或是禁止保护电路的动作。这样可能会导致保护电路的程序错误，造成电池被过度充电，仍可能使电池损坏或者劣化。

因而就需要有这样一种电池充电方法和装置，允许在至少一部分充电过程中用高于充电结束电压的充电电压对电池充电，从而实现快速充电，但是其充电过程是受到控制的，避免起动预先编程的保护电路。

发明内容

本发明的实施例提供了一种电池充电***，其中电池存储充电信息，电池充电标准可以被示例的电池充电装置读取和使用。这允许无需使用为多种不同类型的电池或电池组充电的信息对电池充电装置进行编程。相反，该电池充电***从电池读取充电信息并且根据读取的信息对电池进行充电。

本发明一方面提供一种电池充电***，其特征在于该***包括：

一个电池，它包括至少一个可充电电池单元和用来存储能指示至少第一和第二充电参数的电池信息的信息装置，以及

包括信息接收装置的电池充电器，用来读取或是检测存储的电池信息，根据第一和第二充电参数来控制电池的充电过程，其中第一和第二充电参数代表预定的最大充电电平。

本发明另一方面提供了一种电池，其特征在于该电池包括：

至少一个可充电电池单元和用来存储电池信息的信息装置，这种电池信息能指示出至少第一和第二充电参数，

上述电池信息所具有的格式可供一个对应的电池充电器的信息接收装置读取或是检测，其中第一和第二充电参数代表预定的最大充电电压电平。

本发明提供了一种为连接到一个保护电路的可充电电池或是二次电池充电的方法，如果施加到保护电路上的电压达到一个预定的门限电压，保护电路就会中断充电程序。按照本发明的方法，可以用一种最佳方式控制充电程序，让保护电路检测到的电压维持在门限值以下的值，这样就能高速充电，使充电程序不会被保护电路所中断。

本发明是用一种为可充电电池充电的方法来实现的，所使用的***包括

具有预定的充电结束电压并且设有电池端子的可充电电池，

一个保护电路，适用于施加到保护电路上的电压达到预定的门限电压时中止为可充电电池充电，以及

用来为电池充电的一个电池充电器，

该方法包括

(a)向电池端子提供充电电流，以及

(b)为电池充电，在至少一部分充电过程中将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压，从而避免充电被上述保护电路中断。这种可充电电池最好是包括保护电路。

按照本发明的一个最佳实施例，在至少一部分充电过程中确定或是测量在为电池提供充电电流时对应着电池端子电压的充电电压，并且

在步骤(b)的至少一部分期间根据确定或测量的充电电压按照充电电压控制模式为电池充电。

这样，按照本发明的第一实施例，提供了一种为可充电电池充电的方法，这种电池具有预定的充电结束电压，并且设有电池端子和保护电路，当提供给保护电路的电压达到预定的门限电压时，保护电路就中断可充电电池的充电，上述方法包括：

向电池提供充电电流，

在至少一部分充电过程中确定或是测量在为电池提供充电电流时对应着电池端子电压的充电电压，并且在至少一部分充电过程中根据确定或测量的充电电压按照充电电压控制模式为电池充电，将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压，从而避免充电被上述保护电路中断。

最好是在不间断地提供充电电流的过程中测量电池端子电压。

可以由一个电源提供充电电流。在按照充电电压控制模式为电池充电时，最好是控制电源的输出，以便使确定的充电电压不会超过预定的电平值，这一电平值被称为第一保护电压。

测量的充电电压最好是电池端子电压。然而，也可以用其它方式确定或测量充电电压。重要的问题是确定的充电电压要对应着电池端子电压，从而使电池端子电压的变化能导致充电电压的相应变化。

如果用电池端子电压来确定充电电压，充电电压可以被分成一个电池电压部分，它等于不提供充电电流时的电池电压，也就是开路电池电压或是无内部电阻的电池电压，和一个端子电压部分，它在下文中被限定为测量电池端子电压时出现的所有其它电压降。因此，端子电压部分中可能包括电池内部电阻上的电压降，保护电路的电阻造成的电压降，和/或电池内部的其它电子元件或电路造成的电压降，例如有装在电池内部的气体压力表电路或是保护二极管。另外，端子电压部分还可能包括电池端子的电阻上的电压降，它可能包括电池的端子或是触点上的电压降，为电池充电的充电器的端子或是触点上的电压降，和/或充电器的内部电阻造成的电压降，包括一或多个电流检测电阻上的电压降。

值得注意的是，上述的端子电压部分是提供给电池的充电电流的函数。因此，如果电流大，端子电压部分就会获得比电池电压部分高的值，如果电流小，端子电压部分就会获得很低的值。这一点会在最佳实施例中具体说明。

如上所述，在为诸如锂电池或是锂离子电池等具有一个充电结束电压和具有给定门限电压的保护电路的那一类电池充电时，电池电压会在充电过程的第一部分中增加，直至测量的充电电压达到充电结束电压。在充电过程中的这一点，充电电流值可能仍然比充电结束电流要高得多。这样，端子电压部分就可能有很高的值，使得电池电压部分低于充电结束电压。如果电池电压部分尚未达到充电结束电压，可以将充电电压增加到充电结束电压以上，执行一个快速充电过程。

这样就可能会使充电电压增大到第一保护电压，按照本发明，这一电压应该被确定为维持提供给保护电路的电压低于其门限电压，但是要高于充电结束电压。因此，第一保护电压有几个可供选择的值，但是，保护电路的电压离门限电压越近，充电过程的进度就越快。

确定第一保护电压值的一种方法是在用恒定的最大充电电流充电时执行测试，并且允许充电电压增大到充电结束电压以上，直至保护电路中断充电过程。在这一点上确定一个门限充电电压，然后可以将第一保护电压设定在稍稍低于这一门限充电电压的值，以便将保护电路电压维持在门限电压以下，并且要考虑到不同保护电路的门限电压的变化。

如果在充电过程中允许充电电压达到这一预定的第一保护电压，进一步充电将会导致充电电压的电池电压部分增大，而充电电流随之降低，从而使端子电压部分下降。在电流下降时，从电池充电器到保护电路的电压降也会下降。因此，在确定第一保护电压的值时需要考虑到这一点，使得第一保护电压比上述的门限充电电压进一步降低。

与关于充电电流的电池电压部分的确定或测量值相比，也可以通过计算和/或测量端子电压部分电压降的不同部分来确定第一保护电压。

这样，第一保护电压可以确定为门限电压，由充电电流在电池内部电阻中产生的电压降，保护电路的内部电阻，电池端子的电阻，充电器端子的电阻和/或一或多个电流检测电阻等等的函数。

允许用高充电电压为电池充电的一种最佳方式是用恒定充电电压模式为电池充电，至少在一部分充电过程中将充电电压基本上维持在第一保护电压。此处的第一保护电压应该被确定为将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并且低于保护电路的门限电压，从而避免充电被上述保护电路中断。

按照本发明的一个实施例，电池的充电***中包括用于确定或测量保护电路的电压电平的装置。因此，本发明的方法进一步包括以下步骤

在至少一部分充电过程中确定或是测量保护电路充电电压，这一电压对应着向电池提供充电电流时的保护电路电压，以及

在步骤(b)的至少一部分期间根据确定或测量的保护电路充电电压按照保护电路电压控制模式为电池充电。

这样，如果电池中包括用于确定或是测量保护电路电压电平的装置，按照本发明第一最佳实施例的方法还可以包括以下步骤

在至少一部分充电过程中确定或是测量保护电路充电电压，这一电压对应着向电池提供充电电流时的保护电路电压，以及

在至少一部分充电过程中根据确定或测量的保护电路充电电压按照保护电路电压控制模式为电池充电，将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并且低于保护电路的门限电压，从而避免充电被上述保护电路中断。最好是在不间断提供充电电流的情况下测量保护电路充电电压。

按照本发明的保护电路电压控制模式包括用恒定保护电路电压模式为电池充电，将测量的保护电路电压基本上维持在第二保护电压。上述的第二保护电压值高于充电结束电压并且是确定的，以便在用低于门限电压的第二保护电压充电时为保护电路提供电压，从而避免充电被上述保护电路中断。

最好是直接将保护电路充电电压确定为保护电路电压。然而，也可以用其他方式确定保护电路充电电压。重要的是要使确定的保护电路充电电压对应着提供给保护电路的电压，这样，提供给保护电路的电压的变化就会在确定的保护电路充电电压中引起相应的变化。

如果保护电路电压基本上是直接确定的，第二保护电压就应该设定在接近保护电路门限值的值。然而，为了允许不同保护电路的门限电压有所变化，并且允许在测量保护电路电压时不太精确，仍可以设置一个余量。因此，第二保护电压可以用门限电压和门限电压中的变化的函数来确定。另外，第二保护电压还可以用保护电路内部电阻的函数来确定。第二保护电压的下限可以用充电电流在电池内部电阻中产生的电压降的函数来确定。

按照本发明第一方面的充电方式，在至少一部分充电过程中确定内部的至少一个基本上没有电阻的电池电压，最好是在充电电流的供应中断或是下降的时间周期内确定上述没有电阻的电压。在本发明的一个实施例中，用充电电压控制模式或者恒定充电电压模式为电池充电，直至至少基本上没有电阻的充电电压达到电池充电结束电压。

如果电池装有一个保护二极管，在测量内部的至少基本上没有电阻的电池电压时就需要让小电流流过这一二极管。在这种情况下测得的电压是电池电压和二极管上的电压降之和。这样就可以知道，与用充电结束电压测量至少是基本上没有电阻的电池电压的情况相比，如果在电池中***这样一个二极管，对保护二极管上的电压降的测量电压需要校正。

在一个最佳实施例中，第二保护电压可以设置在接近门限电压的值，而第一保护电压可以选择全部的保护充电电压。这样，如果端子的电阻值比较高那么在用高电流充电时产生一个高电压降，可以在一部分充电过程之后采用充电电压控制模式，因而不会使充电电压超过第一保护电压。这一充电电压控制模式可以一直进行到充电电流和端子电压降下降很多，使保护电路电压增大到第二保护电压。充电过程在这一阶段可以采用保护电路电压控制模式，对保护电路电压实行控制，使其不会超过第二保护电路电压。这种保护电路电压控制模式可以一直进行到至少基本上没有电阻的电压达到电池充电结束电压。

按照本发明的第二方面提供了一种为可充电电池充电的方法，这种电池具有预定的充电结束电压，并且设有电池端子和保护电路，当提供给保护电路的电压达到预定的门限电压时，保护电路就中断可充电电池的充电，上述方法包括：

向电池提供充电电流，

在至少一部分充电过程中确定或是测量在为电池提供充电电流时对应着电池端子电压的充电电压，并且在至少一部分充电过程中根据确定或测量的保护电路充电电压按照保护电路电压控制模式为电池充电，将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压，从而避免充电被上述保护电路中断。

值得注意的是，本发明第二方面的方法与本发明的上述第一方面中所述的步骤相似，这些步骤中也包括用保护电路电压模式为电池充电。然而，在本发明的第二方面中可以省略用充电电压控制模式或是恒定充电电压模式为电池充电的步骤。

同样，在保护电路电压控制模式中应该包括用恒定保护电路电压模式为电池充电，以便将测得的保护电路电压基本上维持在第二保护电压，上述第二保护电压具有一个高于充电结束电压并且是确定的值，因此，在用第二保护电压充电时，提供给保护电路的电压低于门限电压，从而避免充电被上述保护电路中断。

在本发明第二方面的一个最佳实施例中，可以将第二保护电压设置在接近门限电压的值。

同样，最好是象上文所述一样在至少一部分充电过程中确定内部的至少一个基本上没有电阻的电池电压。最好是进一步用保护电路电压控制模式为电池充电，直至至少基本上没有电阻的电压达到电池充电结束电压。

随着上述任何充电过程进行到至少基本上没有电阻的电压达到电池充电结束电压之后，充电过程可以进一步包括用没有电阻的电压控制模式为电池充电的步骤，从而将至少基本上没有电阻的电池电压基本上维持在电池充电结束电压。最好是在充电电流降低到预定的低充电结束电流时停止用没有电阻的电压控制模式充电。当充电电流降低到这样低的充电结束电流时，电池应该是已经充到了几乎充满的状态，进一步充电不会使电池容量有多大增加。

在按照本发明第一或第二方面的任一实施例的方法为电池充电时，首先应该用恒定电流充电模式为电池充电，直至充电电压达到第一保护电压或是保护电路电压达到第二保护电压，上述恒定电流充电模式包括在至少一部分上述充电过程中用基本上恒定的电流为电池充电的一个充电周期。

在为可充电电池充电时，充电电流的值可以是比照着电池容量测量的一个给定值。如果用符合电池的安培-小时容量的电流为电池充电，电池的充电电流就是1C。按照本发明，在恒定电流充电模式下提供给电池的电流可以大于0.3C，较好是0.5-5C，最佳范围是1-2C。

在结束充电过程时，可以将充电结束电流设置在恒定电流充电模式的充电电流在2-50％的范围，这一电流的最佳范围是5-20％。

为了测量提供给保护电路的电压，可充电电池还应该包括用来测量这一电压的电压检测电路，上述电压检测电路最好是一种气体压力表电路。

然而，从充电结束电压到门限电压的电压窗口范围可能是很窄的，例如以下的例子，重要的是电压检测电路的输出需要提供保护电路电压的准确测量值。使用市场上一般作为气体压力表用途的普通电路往往不能满足要求。因而就需要校准电压检测电路的输出。

因此，按照本发明的包括保护电路电压控制模式的充电方法还应该进一步包括一个用于校准电压检测电路输出的初始充电阶段，上述校准的结果被用于校正电压检测电路的输出，以便在按照保护电路电压控制模式充电时测量准确的保护电路电压。这一校准阶段可包括以下步骤：

确定作为电压检测电路输出的电池电压，

确定电池端子电压，

将确定的端子电压与电压检测电路的确定的输出相比较，

根据上述比较为电压检测电路确定一个电压校正值，以及

存储上述电压校正值。

在校准过程期间确定电池端子电压和电压检测电路输出电压时，最好是中断提供给电池的充电电流，或者是将充电电流降低到最大充电电流以下，以便在内部完成至少基本上没有电阻的电压检测。对于具有保护二极管的电池，在确定电压校正值时应该在电池端子电压中校正这一二极管上的电压降。

本发明还提供了一种为可充电电池充电的***，该***包括：

(a)一个电池组，包括：

电池端子和具有一个预定的充电结束电压的可充电电池，

(b)连接到可充电电池上的一个保护电路，用于在提供给保护电路的电压达到一个预定的门限电压时中断可充电电池的充电，以及

(c)一个电池充电器，包括：

用于将电池端子连接到为电池组提供充电电流的一个电源上的装置，以及

用来控制充电过程的装置，在至少一部分充电过程中将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压，以便为电池充电，同时保护电路又不会中断充电过程。这种***进一步包括

在至少一部分充电过程中用来确定或是测量充电电压的装置，该电压对应着向电池提供充电电流时的电池端子电压，以及

用来控制充电过程的装置，将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压，用来根据确定或是测量的充电电压以电压控制模式控制上述充电过程。

按照本发明的第一实施例提供了一种为具有一个预定的充电结束电压并且设有电池端子和保护电路的可充电电池充电的装置，这一保护电路在提供给保护电路的电压达到一个预定的门限电压时中断可充电电池的充电，上述装置包括：

用来将电池端子连接到为电池提供充电电流的一个电源上的装置，

在至少一部分充电过程中用来确定或是测量充电电压的装置，该电压对应着向电池提供充电电流时的电池端子电压，以及

在至少一部分充电过程中根据确定或是测量的充电电压以充电电压控制模式来控制充电过程的装置，将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压。最好是在不间断提供充电电流的过程中用确定充电电压的装置测量电池端子电压。

这种充电过程控制装置进一步包括：

用来以恒定充电电压模式为电池充电的装置，将充电电压基本上维持在存储于存储装置中的第一保护电压，上述第一保护电压具有高于充电结束电压并且是确定的值，在用第一保护电压为电池充电时使提供给保护电路的电压低于保护电路门限电压。此处的恒定充电电压模式可以作为充电电压控制模式的一个实施例。

本发明一个实施例的***和/或装置进一步包括：

在不间断提供充电电流的过程中通过测量保护电路电压而确定保护电路充电电压的装置，以及

在至少一部分充电过程中根据确定的保护电路充电电压以保护电路电压控制模式来控制充电过程的装置，将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压。这种充电过程控制装置还可以包括：

用来以恒定保护电路电压模式为电池充电的装置，将测量的保护电路电压基本上维持在存储于存储装置中的第二保护电压，上述第二保护电压具有高于充电结束电压并且是确定的值，在用第二保护电压充电时使提供给保护电路的电压低于其门限电压。

这种***和/或装置还可以进一步包括：

用来确定内部的至少是基本上没有电阻的电池电压的装置，当至少是基本上没有电阻的电池电压达到电池充电结束电压时，上述充电过程控制装置就停止用充电电压控制模式或保护电路电压控制模式充电。最好是在中断或是减少提供充电电流的过程中用确定没有电阻的电压装置来测量这一电压。

上文中讨论了确定第一和第二保护电压的问题。

本发明的第二方面又提供了一种为具有预定的充电结束电压并且设有电池端子和保护电路的可充电电池充电的装置，这一保护电路在提供给保护电路的电压达到一个预定的门限电压时中断可充电电池的充电，上述装置包括：

用来将电池端子连接到为电池提供充电电流的一个电源上的装置，

在至少一部分充电过程中用来确定或是测量保护电路充电电压的装置，该电压对应着向电池提供充电电流时的保护电路电压，以及

在至少一部分充电过程中根据确定或是测量的保护电路充电电压以保护电路电压控制模式来控制充电过程的装置，将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并低于保护电路的门限电压。最好是在不间断提供充电电流的过程中用确定保护电路充电电压的装置来测量保护电路电压。

按照本发明第二方面的装置中的充电过程控制装置最好是进一步包括：

以恒定保护电路电压模式为电池充电的装置，将测量的保护电路电压基本上维持在第二保护电压，上述的第二保护电压值高于充电结束电压并且是确定的，以便在用低于门限电压的第二保护电压充电时为保护电路提供电压，这种恒定保护电路电压模式可以作为保护电路电压控制模式的一个实施例。

按照本发明第二方面的装置进一步包括：

用来确定内部至少是基本上没有电阻的电池电压的装置，上述充电过程控制装置在这一至少是基本上没有电阻的电压达到电池充电结束电压时停止按保护电路电压控制模式充电。最好是由用来确定没有电阻的电压的装置在中断或是减少提供充电电流的过程中测量这一电压。

任何具有用来确定内部至少是基本上没有电阻的电池电压的装置的上述***和/或装置还可以进一步包括以没有电阻的电压控制模式为电池充电的装置，从而将至少是基本上没有电阻的电池电压基本上维持在电池充电结束电压。充电过程控制装置应该在充电电流下降到预定的低充电结束电流时停止按没有电阻的电压控制模式充电。

按照本发明各个方面的任何***和/或装置还可以进一步用充电过程控制装置以恒定电流充电模式来控制提供的充电电流，直至充电电压达到第一保护电压，保护电路电压达到第二保护电压，或者是内部没有电阻的电压达到充电结束电压，上述恒定电流充电模式包括一个充电过程，在至少一部分上述充电过程中用基本上恒定的电流为电池充电，充电控制装置应该将提供的充电电流控制在大于0.3C，较好是0.5-5C，最佳范围是1-2C。

对于按照本发明的具有用来确定保护电路充电电压的装置的***和/或装置的实施例来说，这些装置最好是能与用来测量提供给保护电路的电压的电压检测电路进行通信或是读出它的输出，上述电压检测电路最好是设置在电池内部的气体压力表电路。另外，充电过程控制装置应该能控制用来校准电压检测电路输出的初始充电阶段，并且能够进一步使用上述校准的结果来校正电压检测电路的输出，以便在用保护电路电压控制模式充电时测量一个准确的保护电路电压。

为了执行这一校准阶段，充电过程控制装置可以进一步包括存储装置，并且按以下方式来控制校准阶段：

确定作为电压检测电路输出的电池电压，

确定电池端子电压，

将确定的端子电压与确定的电压检测电路的输出相比较，

根据上述比较来确定电压检测电路的一个电压校正值，并且

将上述电压校正值存储在存储装置中。

在中断向电池提供充电电流或是提供低充电电流的校准阶段中，充电过程控制装置应该能够确定电压检测电路输出电压和电池端子电压。

上文中已经说过，为了在保护电路电压控制模式下用高充电速度充电，重要的问题是为了控制充电过程，必须很准确地测量提供给保护电路的电压，从而避免充电过程中断。如果保护电路电压达到了预定的门限电压，就会出现这种中断。

按照本发明的第三方面提供了一种为可充电电池充电的方法，这种电池具有电池端子，一个保护电路，它在充电过程中当提供给保护电路的电压达到一个预定的门限电压时就中断为可充电电池充电，以及用来测量提供给保护电路的电池电压的电压检测电路，上述方法包括：

确定电压检测电路的电压校正值，

为电池提供充电电流，

在至少一部分充电过程中根据电压检测电路的电压输出和确定的电压校正值确定一个准确的保护电路电压，以及

在上述至少一部分充电过程中控制电池的充电，将准确的保护电路电压维持在保护电路的门限电压以下，从而避免充电被上述保护电路中断。电压检测电路可以是一个气体压力表电路或是这种电路的一部分。然而，它也可以是电压保护电路的一部分。

最好是按照以下步骤来确定本发明第三方面的电压校正值：

确定作为电压检测电路输出的电池电压，

确定电池端子电压，

将确定的端子电压与确定的电压检测电路的输出相比较，

根据上述比较来确定电压检测电路的一个电压校正值，并且

存储上述电压校正值。

在确定电压校正值时，最好是确定电压检测电路输出电压和电池端子电压，使其对应着为一或多个充电周期确定的电压，在这一周期内中断提供给电池的充电电流，或是与最大充电电流相比降低提供的充电电流。这样就能检测出一个内部至少是基本上没有电阻的电压。对于具有保护二极管的电池来说，在确定电压校正值时需要在电池端子电压当中校正这一二极管上的电压降。

如果是按照本发明的第三方面为电池充电，最好是：

电池具有预定的充电结束电压，并且校正的保护电路电压是确定的，使其在不间断地提供充电电流的一或多个充电周期内对应着一个保护电路电压，并且在至少一部分充电过程中根据确定的经过校正的保护电路电压按照一种保护电路电压控制模式为电池充电，从而将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并且低于保护电路的门限电压。这种保护电路电压控制模式中最好包括用恒定保护电路电压模式为电池充电，从而将测量的保护电路电压基本上维持在第二保护电压，上述第二保护电压具有高于充电结束电压并且是确定的值，从而在用第二保护电压充电时使得提供给保护电路的电压低于此门限电压。

对于本发明第三方面来说，也应该具有象本发明第二方面中所述的进一步的实施例。此时，考虑到不同电路的门限电压的差异，可以将第二保护电压设置在接近门限电压的值。同样也可以象上文所述那样在至少一部分充电过程中确定内部至少是基本上没有电阻的电池电压，并且按照保护电路电压控制模式为电池充电，直至至少是基本上没有电阻的电压达到电池的充电结束电压。

再有，用保护电路电压控制模式充电的步骤之后还应该用一种没有电阻的电压控制模式为电池充电，以便将至少是基本上没有电阻的电池电压基本上维持在电池充电结束电压。应该在充电电流下降到一个预定的低充电结束电流时停止执行这一没有电阻的电压控制模式。另外，在进入保护电路电压控制模式之前应该以恒定电流充电模式提供充电电流，而恒定电流充电模式应该包括一个在至少一部分上述充电过程中用基本上恒定的电流为电池充电的充电周期。

本发明的第三方面还提供了一种为可充电电池充电的装置，这种电池具有电池端子，一个保护电路，它在充电过程中当提供给保护电路的电压达到一个预定的门限电压时就中断为可充电电池充电，以及用来测量提供给保护电路的电池电压的电压检测电路，上述装置包括：

用来为电压检测电路确定电压校正值的装置，

用来为电池提供充电电流的装置，

根据电压检测电路的电压输出和确定的电压校正值确定一个校正的保护电路电压的装置，以及

在至少一部分充电过程中控制电池充电过程的装置，以便将校正的保护电路电压维持在低于保护电路的门限电压。电压检测电路可以是一个气体压力表电路或是这种电路的一部分。然而，它也可以是电压保护电路的一部分。

为了确定电压校正值，用来确定电压校正值的装置中应该包括：

用来确定作为电压检测电路输出的电池电压的装置，

用来确定电池端子电压的装置，

用来将确定的端子电压与确定的电压检测电路的输出相比较的装置，

根据上述比较来确定电压检测电路的一个电压校正值的装置，以及

用来存储上述电压校正值的装置。

对于本发明的第三方面，用来确定电压校正值的装置可以在中止为电池提供充电电流或是提供较低的充电电流的一或多个时间周期内执行这种确定。

本发明第三方面的装置的上述实施例可以用于为具有预定的充电结束电压的电池充电，用来确定校正的保护电路电压的装置可以对应着不间断提供充电电流的一或多个时间周期执行这种确定，而充电过程控制装置适合在至少一部分充电过程中根据确定的校正保护电路电压按照保护电路电压控制模式为电池充电，从而将提供给保护电路的电压维持在高于充电结束电压并且低于保护电路的门限电压。

用来控制充电过程的装置还应该适合以恒定保护电路电压模式为电池充电，以便将校正的保护电路电压基本上维持在存储于存储装置中的第二保护电压，上述第二保护电压具有高于充电结束电压的确定的值，因此，在用第二保护电压充电时，提供给保护电路的电压低于其门限电压。

对于本发明第三方面装置来说，也应该具有象本发明第二方面中所述的进一步的实施例。此时，考虑到不同电路的门限电压的差异，可以将第二保护电压设置在接近门限电压的值。该装置最好是进一步包括用来确定内部至少是基本上没有电阻的电池电压的装置，它可以在中断或是减少提供充电电流的时间内得到确定，并且充电过程控制装置适合以保护电路电压控制模式为电池充电，直至至少是基本上没有电阻的电压达到电池充电结束电压。充电过程控制装置应该适合以没有电阻的电压控制模式为电池进一步充电，从而将至少是基本上没有电阻的电池电压基本上维持在电池充电结束电压。

充电过程控制装置可以进一步适合在充电电流已经下降到预定的低充电结束电流时停止用没有电阻的电压控制模式充电。另外，充电过程控制装置可以适合在进入保护电路电压控制模式之前以恒定电流充电模式控制提供的充电电流，这种恒定电流充电模式包括在至少一部分上述充电周期中用基本上恒定的电流为电池充电的一个充电周期。

按照本发明的上述方法和装置应该能适用于各种类型具有保护电路的可充电电池。这些电池类型包括上述公知的电池类型，也可以包括诸如Zinc-Air或Zinc-Silver电池等等新型电池。然而，这些方法和装置还可以用来为锂电池充电，包括具有锂离子型单元的电池，具有锂固态(LSS)单元的电池，以及具有锂聚合物单元的电池。

从上文的说明中知道，可以先用恒定电流充电模式后用恒定电压充电模式为具有预定的充电结束电压的锂电池充电。一般来说是在恒定电压充电模式下的充电电流下降到一个预定的低充电结束电流时结束这一充电过程。也可以结合着本发明的上述方法和装置来使用这种结束过程。

然而，为了确保电池被充满，可以将这一充电结束电流设置在很低的值，例如是最大充电电流的5-10％。在理想的精度范围内很难测量这样低的充电电流值，这样就会使充电时间比需要的时间延长。或者是需要使用更加复杂和昂贵的电流检测电路。

因而就需要有一种简单和有效的方式来结束对锂电池或是具有预定的充电结束电压的任何其他类型电池的充电过程。

按照本发明的第四方面提供了一种为具有预定的充电结束电压的可充电电池充电的方法，上述方法包括：

为电池提供充电电流，

在至少一部分充电过程中用电压控制模式为电池充电，

在至少一种充电特性参数满足了预定条件时确定充电时间的剩余周期，以及

在充电时间的剩余周期期满时结束充电过程。

值得注意的是，本发明的第四方面可以用于具有保护电路的电池，也可以用于没有任何保护电路的电池。

本发明的第四方面还提供了一种为具有预定的充电结束电压并且设有电池端子的可充电电池充电的装置，上述装置包括：

通过电池端子向电池提供充电电流的装置，

在至少一部分充电过程中用电压控制模式控制充电过程的装置，

在至少一部分充电过程中确定或是测量至少一个充电特性参数的装置，

根据至少一个充电特性参数与一或多个预定的对比参数的比较来确定充电时间的剩余周期的装置，以及

根据这一确定的充电时间剩余周期结束充电过程的装置。

所确定的充电时间剩余周期应该保证电池达到满充电又不会过度充电。

充电特性参数可以从以下的参数中选择，这些参数有充电电压，(包括保护电路的电池的)保护电路电压，开路电压(它也被称为至少是基本上没有电阻的电压)，充电电流，和/或电池温度。

充电过程中还可以进一步包括针对至少一部分充电过程确定充电电压，保护电路电压或是开路电压，并且在确定的电压达到一个预定值时确定充电时间的剩余周期。这一预定的电压值可以是最大充电电压，最大保护电路电压或是最大开路电压。应该对电压控制模式进行控制，不能让充电电压，保护电路电压或是开路电压超过其对应的最大电压值。

为了确定充电时间的剩余周期，最好是利用电子存储器存储剩余充电时间的一或多个周期。这些周期可以对应着最大充电电压，最大保护电路电压，和/或最大开路电压。

然而，在本发明第四方面的另一个实施例中是这样控制充电过程的，在电压控制充电模式下降低充电电流，并且用充电电流的函数来确定充电时间的剩余周期，或者是在充电电流下降到预定值时确定充电时间的剩余周期。电池充电过程在进入电压控制模式之前首先包括一个电流控制模式，该装置进一步包括在至少一部分充电过程中以这种电流控制模式控制充电过程的装置。然后可以用按照电流控制充电模式提供的最大充电电流的函数来确定预定的电流值。预定的电流值可以设置在最大充电电流的10-90％范围内，以20-80％的范围为好，最好的范围是30-70％，例如是50％。

如果是用充电电流的函数来确定充电时间剩余周期，最好是利用电子存储器存储对应着充电电流值的一或多个充电时间剩余周期。

按照本发明第四方面的上述方法和装置还可以和按照本发明的上述任何一种方法，装置或是***结合使用，这其中都包括为具有预定的充电结束电压的电池充电。这种电池可以包括公知的或是上文中所述的各种新型电池。然而，按照本发明第四方面的方法和装置最适合用于为锂电池充电，包括具有锂离子型单元的电池，具有锂固态(LSS)单元的电池，以及具有锂聚合物单元的电池。

上述的发明包括为具有保护电路或是连接到保护电路的电池提供多种充电方案。然而，本发明上述各方面的充电原理也可以用来在为没有保护电路的电池快速充电时避免过度充电，或者是用于不考虑保护电路电压的充电过程。本发明的第五方面就是这样的。应该指出的是，本发明的第五方面可以适用于所有上述的电池种类和技术。

按照本发明的第五方面提供了一种为具有预定的充电结束电压的可充电电池充电的方法，上述电池包括一或多个单元，并且设有电池端子，上述方法包括：

为电池提供充电电流，

在至少一部分充电过程中确定或是测量外部电池端子电压，该电压对应或是代表着向电池提供充电电流时的外部电池端子电压，以及

在至少一部分充电过程中根据确定或测量的外部电池端子充电电压按照外部电池端子电压控制模式为电池充电，从根本上避免外部电池端子充电电压超过一个外部安全电压，上述外部安全电压高于充电结束电压。

可以按照用来为具有保护电路的电池确定第一保护电压的上述方式确定或是计算外部安全电压。这样，外部安全电压的值应该能够避免在电池和电池端子的电阻上产生高能量损耗。可以将外部安全电压当作充电结束电压的函数来确定。然而，也可以将安全电压当作充电结束电压的函数以及一或多个电流检测电阻，充电器端子电阻，电池端子电阻，内部单元电阻，和/或充电电流的函数来确定。可以将充电电流造成的电压降与计算的端子电阻、电流检测电阻和/或内部电阻的乘积加到充电结束电压上，这样就确定了外部安全电压。

从试验中发现，外部安全电压的范围应该是充电结束电压的100-140％，最好是处在充电结束电压的100-110％的范围。这样，对于充电结束电压大约是4.1V/单元的3单元电池来说，如果电池充电结束电压是12.3V，外部安全电压就可以设置为13.5V。然而，如果电池包括一个保护二极管，还需要考虑这一二极管造成的电压降。

在为没有保护电路或是不考虑保护电路电压的电池充电时，仍然需要在提供充电电流的同时准确地测量内部电池单元电压，这是为了避免充电电流在电池端子上造成的电压降。

这一充电过程是用按照本发明第五方面的另一个实施例来实现的，它是一种为具有预定的充电结束电压的可充电电池充电的方法，这种电池包括一或多个电池单元并且设有电池端子，上述方法包括：

为电池提供充电电流，

在至少一部分充电过程中确定或是测量内部充电单元电压，该电压对应或是代表着向电池提供充电电流时的内部单元电压，以及

在至少一部分充电过程中根据确定或测量的内部充电单元电压按照内部单元电压控制模式为电池充电，从根本上避免内部充电单元电压超过一个内部安全电压。

在一个最佳实施例中，内部安全电压基本上等于充电结束电压，或者是用充电结束电压的函数来确定。然而，为了为电池快速充电，可以将内部安全电压设置在比充电结束电压更高的电压。这样就能用充电结束电压的函数和内部单元电阻和/或充电电流的函数来确定安全电压。可以将充电电流造成的电压降与测量或是计算的内部单元电阻的乘积加到充电结束电压上，这样就确定了内部安全电压。从试验中发现，外部安全电压的范围应该是充电结束电压的100-140％，最好是处在充电结束电压的100-110％的范围。

值得注意的是，本发明的第五方面还包括了一种充电方法的组合，首先用外部电池端子电压控制模式为电池充电，然后用内部单元电压控制模式充电。

在按照本发明第五方面的任何一个实施例的方法充电时，最好是在至少一部分充电过程中确定内部至少是基本上没有电阻的电池电压。这样就能用外部电池端子电压控制模式和/或内部单元电压控制模式对电池充电，直至至少是基本上没有电阻的电压达到电池充电结束电压。充电过程最好是进一步包括以没有电阻的电压控制模式为电池充电的步骤，从而将至少是基本上没有电阻的电池电压基本上维持在电池充电结束电压。最好是在中断或是减少向电池提供充电电流的周期中确定没有电阻的电压。

在按照本发明第五方面的任何一个实施例为电池充电时，最好是按照用来结束电压控制或是内部没有电阻的电压控制模式充电过程的上述任何一种实施例的方法结束充电过程。

在按照本发明第五方面的任何一个实施例的方法为电池充电时，最好是首先用恒定电流充电模式为电池充电，直至外部电池端子电压达到外部安全电压，内部单元电压达到内部安全电压，或者是没有电阻的电压达到充电结束电压。

值得注意的是，按照本发明第五方面的充电方法同样可以用于本发明的前述方法所适用的各种电池。

另一个值得注意的问题是，本发明的第五方面还提供了一种按照本发明第五方面的一或多个充电实施例为电池充电的装置。这里提供了一种为具有预定的充电结束电压并设有电池端子的可充电电池充电的装置，上述装置包括：

将电池端子连接到一个电源的装置，用于为电池提供充电电流，

用来确定或是测量外部电池端子充电电压的装置，该电压对应或是代表在向电池提供充电电流时的电池端子电压，和/或

用来确定或是测量内部充电单元电压的装置，该电压代表在向电池提供充电电流时的内部单元电压，以及

在至少一部分充电过程中根据确定或是测量的外部电池端子充电电压和/或内部充电单元电压按照外部电池端子和/或内部单元电压控制模式来控制电池充电过程的装置，从而完全避免外部电池端子充电电压超过一个外部安全电压，和/或内部充电单元电压超过一个内部安全电压。这种装置最好是进一步包括用来存储外部和/或内部安全电压的存储装置。外部和/或内部安全电压可以用上述的方法来确定。

按照本发明第五方面的装置最好是进一步包括：

用来在中断或是减少提供充电电流的周期内确定内部至少是基本上没有电阻的电池电压的装置，上述充电过程控制装置适合在至少是基本上没有电阻的电压达到电池充电结束电压时结束用外部电池端子和/或内部单元电压控制模式充电。用来确定内部至少是基本上没有电阻的电池电压的装置最好是进一步包括以没有电阻的电压控制模式为电池充电的装置，将至少是基本上没有电阻的电池电压基本上维持在电池充电结束电压。充电过程控制装置应该适合在充电电流下降到预定的低充电结束电流时停止用没有电阻的电压控制模式充电。该装置可以进一步具有适合以恒定电流充电模式控制所提供的充电电流的充电过程控制装置，直至外部电池端子电压达到外部安全电压，内部单元电压达到内部安全电压，或者是至少基本上没有电阻的电压达到充电结束电压。

如果按照本发明的上述一或多个方面为可充电电池充电，值得注意的是，为了通过在至少一部分充电过程中为电池提供比较高的充电电流而执行快速充电过程，往往要使用一个以上的充电电压参数。然而，为了让电池充电器能够根据这些充电参数来控制充电过程，充电器***必须能够得到这些参数。因此可以将用于不同电池的充电参数预先存储在电池充电器的存储器中，并且可以使用电池识别器或是从电池中读出的识别代码来选择有关的参数。

然而，当市场上出现新型的电池时，这种电池有可能需要在充电参数被存入电池充电器的存储器时还没有的充电参数。因而就提出了一种更加灵活的解决方案，将最大充电电压和最大充电电流等等最大充电参数预先存储在电池组本身内部，并且在开始充电过程之前提供给电池充电器。这样就能使电池充电器适应任何新型的电池，不需要预先具备关于这种新型电池的任何预定的充电参数。

然而，为了使电池能够快速充电，在电池中需要存储几个充电电压参数。

本发明的第六方面提供了这样一种充电***，这种电池充电***包括：

一个电池，包括至少一个可充电电池单元和用来存储代表至少一个第一和第二充电电压参数的电池信息的信息装置，以及

包括信息接收装置的一个电池充电器，用来读出或是检测存储的电池信息，根据第一和第二充电电压参数来控制电池的充电过程。

可以用第一和第二充电电压参数代表最大充电电压电平。另外，也可以用第一充电电压参数表示比第二充电电压参数的指示数更高的电压电平。

为了让电池充电器按照这些充电电压参数控制充电过程，这种***应该进一步包括用来向电池提供充电电流的电源和一条通信总线。信息接收装置可以通过通信总线接收存储的电池信息，控制装置可以按照第一和第二充电电压参数控制电源的输出。

在一个最佳实施例中，需要充电的电池具有一个预定的充电结束电压，对这种电池最好是用第二充电电压参数来指示大体上等于预定的最大充电结束电压的第二电压电平。

在为这种电池充电时，电池充电器最好是以第一电压控制模式控制至少一部分充电过程，将测得的充电电压基本上维持在或是低于由第一充电电压参数指示的第一电压电平。这种充电***可以进一步包括在为电池提供充电电流时用来确定代表着外部电池端子电压的一个外部充电电压的装置，而第一充电电压参数所指示的第一电压电平基本上等于预定的最大外部充电或是安全电压。该***可以增加或是另外包括在为电池提供充电电流时用来确定代表着内部单元电压的一个内部充电单元电压的装置，而第一充电电压参数所指示的第一电压电平基本上等于预定的最大内部充电或是安全电压。如果电池中包括用来在提供给保护电路的电压达到一个预定的门限电压时中断充电的保护电路，***就需要增加或是另外包括用来确定保护电路充电电压的装置，这一电压代表为电池提供充电电流时施加在保护电路上的电压，而第一充电电压参数所指示的第一电压电平基本上等于预定的最大保护电路充电电压。

值得注意的是，按照本发明的第六方面的实施例，电池信息还可以指示第三充电电压参数。第一充电参数可以指示对应着上述最大内部充电电压或最大保护电路电压的第一电压电平，而第三充电电压参数则可以指示对应着最大外部充电或是安全电压的第三电压电平。第三充电电压参数所指示的电压最好是高于第一充电电压参数所指示的电压。这样，电池充电器就能以第三电压控制模式控制至少一部分充电过程，将测得的外部充电电压基本上维持在或是低于第三电压电平，这一电平可以是最大外部充电或是安全电压。在用第三电压控制模式充电之后可以用第一电压控制模式充电。

按照本发明第六方面的一个实施例，电池充电器可以按照第二电压控制模式控制至少一部分充电过程，将测得的外部充电电压基本上维持在或是低于由第二充电电压参数所指示的第二电压电平。电池充电器应该在一部分充电过程中用第一电压控制模式对电池充电，接着在另一部分充电过程中用第二电压控制模式对电池充电。与此相应，本发明的第六方面还包括一种充电器的实施例，它适合用第三电压控制模式为电池充电，然后用第一电压控制模式充电，接着再用第二电压控制模式充电。***中应该包括用来确定至少是基本上没有电阻的电池电压的装置，而电池充电器应该能够控制第二电压控制模式，从而将至少是基本上没有电阻的电池电压基本上维持在或是低于最大充电结束电压。

在按照第一电压控制模式充电时，电池充电器应该能在至少是基本上没有电阻的电池电压达到最大充电结束电压时停止用第一电压控制模式充电。

本发明的第六方面还提供了一种电池，它包括至少一个可充电的电池单元和用来存储表示至少一个第一和第二充电电压参数的电池信息的信息装置，上述电池信息所具有的形式可以被对应的一个电池充电器的信息接收装置读出或是检测到。值得注意的是，按照本发明，对应的电池充电器中包括控制装置，可以根据电池信息所指示的第一和第二充电电压参数控制电池的充电过程。

这种电池可以使用按照本发明第六方面的任何一种上述实施例的电池充电***。

最好是用存储在电池中的第一和第二充电电压参数表示预定的最大充电电压电平。第一充电电压参数所指示的电压电平还应该高于第二充电电压参数所指示的电压电平。

这种电池应该具有一个预定的最大充电结束电压，并且让第二充电电压参数所指示的第二电压电平基本上等于预定的最大充电结束电压。

按照本发明第六方面的电池还可以进一步包括一个保护电路，用于在提供给保护电路的电压达到预定的门限电压时中断充电，并且最好是让第一充电电压参数所指示的电压电平基本上等于预定的最大保护电路充电电压。

电池中所包括的用来存储电池信息的信息装置可以是非常简单的存储装置，例如是由一或多个电阻构成的电阻网络，电池充电器可以读出这些电阻值，从而将存储在电池中的电池信息传送给充电器。然而，在信息装置的另一个实施例中，用来存储电池信息的信息装置包括一或多个电子存储器，可以从非易失性ROM，EEPROM，EPROM及其任意组合所构成的一组中选择这种存储器。组合是预先将电池信息存储在电子存储器中，还可以用电池信息表示最大充电电流参数和/或充电结束电流参数。最大充电电流参数可以被用来在进入电压控制模式之前控制充电过程，而充电结束电流参数可以用来在电压控制模式期间停止充电过程。

值得注意的是，按照本发明第六方面的电池***提供了这样一种充电***，可以按照本发明上述各个方面的充电方法为电池充电，这其中的充电过程包括至少一种充电电压控制模式，可以让提供给电池的充电电压高于预定的充电结束电压。

因此，在本发明上述各个方面中讨论的任何第一和第二保护电压以及外部和内部安全电压都可以用做由第一充电电压参数所指示的第一电压电平。如果电池中还包括第三充电参数的信息，可以将第一保护电压或是外部安全电压当作第三电压电平，而第二保护电压或是内部安全电压可以用做第一电压电平。

值得注意的是，本发明的第六方面可以应用于所有类型的电池以及上述本发明的方法，装置，或是***。

附图说明

通过以下参照附图给出的详细说明可以更好地理解本发明的工作方式及其进一步的目的和优点，在附图中：

图1表示按照本发明一个实施例的电池充电装置和一个电池组的框图，

图2是一个电路图，表示按照本发明的一个实施例充电的电池组，

图3是一个流程图，表示按照本发明第一实施例的充电过程，

图4是一个流程图，表示按照本发明第二实施例的充电过程，

图5是一个流程图，表示按照本发明第三实施例的充电过程，

图6是一个流程图，表示按照本发明第四实施例的充电过程，

图7是一个流程图，表示按照本发明第五实施例的充电过程，

图8是一个流程图，表示按照本发明一个实施例的校准过程，

图9表示一种公知的充电过程，

图10表示按照本发明一个实施例的高电流充电过程，

图11表示按照本发明一个实施例的低电流充电过程，

图12是一个流程图，表示按照本发明第四方面的一个实施例的充电过程，

图13是一个电路图，表示按照本发明的方法充电的电池组的另一个实施例。

具体实施方式

在图1中表示了按照本发明的电池充电器的基本工作原理。

图1表示了准备用一个电池充电器装置40充电的一个电池组10。电池组10包括许多串联连接的独立电池单元11a，11b，11c，用12a，12b，12c表示其对应的内部电池单元电阻，一个电池组监视器20具有一个保护电路，一个电池保护二极管13和各自具有一个对应的端子损耗电阻14a，15a，16a的电池组端子14，15，16。电池电压被加在端子14和16之间，而端子15连接到电池组监视器20的串行输入/输出21，用于电池组10和充电器40之间的单线通信。但是，图1所示的最佳实施例中包括的这一单线通信是可以选择的。监视电路的端子22，23和24分别连接到电池单元的正端子，电池单元的负端子，和负电池输出电压端子16。在最佳实施例中，监视电路还具有监视电池单元的单个单元电压的端子25和26。

电池充电器40具有电池端子41，42，43，其各自对应的端子损耗电阻是41a，42a，43a。在为电池充电时，充电器端子41，42，43分别连接到电池端子14，15，16。充电器40还包括一个电源46，用于充电控制的微型控制器45，一个信号控制电路55，以及一个连接到充电器端子43和地的电流检测电阻44。在为电池充电时，充电电流在电阻44上产生电压降，该信号被送到控制电路55，再通过连接线54提供给微型控制器45的模-数A/D转换器输入。用端子41和地之间的电压测量电池端子电压信号，将端子41上的信号送到控制电路55，再通过连接线52提供给微型控制器45的另一个A/D转换器输入，而来自电池组的单线通信信号通过线路53被送到微型控制器45的通信端口。

电源46最好是采用开关式电源，为它的功率输入47提供一个DC电压，对三单元的电池来说，最佳电压范围是15-20伏。对于只有一两个单元的电池，DC电压可以比较小。电源的输出端子48通过一个开关49向端子41和14提供充电功率。用微型控制器45的控制输出50控制电源46的充电输出48。如果电源46是一个开关式电源，控制输出就应该是一种PWM(脉宽调制)信号，可以将其送到一个滤波器，将PWM信号转换成可变的模拟电压，然后再用来控制电源46。在使用PWM控制信号50时，微型控制器45是通过控制PWM信号的开-关周期的持续时间来控制输出到电池10和端子48的功率的。

信号控制电路55将端子41和43上代表端子电压和充电电流的输入信号转换成适合做为微型控制器45的模-数A/D转换器输入52和54的输入信号的电压输出信号。电流检测电阻44应该具有很低的值，大约是0.1Ω，为了提供适当的输出，信号控制电路55还可以包括一个运算放大器。微型控制器45的供电电压应该在5伏左右，由于电池端子电压有可能超过5伏，控制电路还可以包括一个分压器，用来提供适合电池端子电压的输出信号。

微型控制器45应该包括一个用来切换开关49通、断的开关控制输出51。为了测量电池的开路电压，可以在充电过程中短时间切断开关49，在测量电池端子电压时避免内部损耗电阻上的电压降。然而，如果电池具有一个保护二极管13，就用一个旁路电阻56将充电输出48连接到端子41，为二极管13提供正向偏置。旁路电阻56的值应该仅仅允许很小的电流流入电池组，例如是1kΩ。

在按照图1所示为电池充电时，充电电流会在端子41，14，16，43的电阻，电池单元11的内部电阻12，监视电路20的内部电阻以及检测电阻44上产生电压降。另外，在保护二极管13上也会产生电压降。这些电压降的总和也被称为端子电压部分，应该从微型控制器45在端子41上测得的电压中减去这一端子电压部分，以便确定电池单元11上的实际电压，该电压被称为没有电阻的电压或是电池电压部分。端子电压部分会随着充电电流的增加而增加，与电池电压部分相比，如果充电电流低，端子电压部分就会接近保护二极管13的电压降，如果没有保护二极管，就会接近为零。因此，如果在开关49断开时测量开路电压，仅有很小的充电电流能够通过旁路电阻56，这样就能测量出端子电压，如果能校正保护二极管的电压降，它就可以代表至少是基本上没有电阻的电压，从而获得一个用来控制电池单元电压的准确测量值。

以National Semiconductor出品的COP 8ACC微型控制器45为例，为其编程可以实现按照本发明的电池充电方式。微型控制器45按照输入信号来控制从电源46提供给电池10的功率。这些输入信号包括通过线路54的充电电流和通过线路52的端子电压。端子电压代表在提供充电电流时测得的充电电压，它同时代表了开关49断开时的上述开路电压。

在图1所示的一个实施例中，输入信号还包括通过线路53来自电池组的单线通信信号。而微型控制器45包括一个编程的通信接口，用来处理与电池组10之间的通信。如果监视电路20有一个用来和微型控制器45通信的通信端口21，保护电路就应该包括用来测量保护电路电压的电路，并且用于将测得的电压信息传送给微型控制器45。

为了使微型控制器45选择正确的充电算法和/或最大充电参数，监视电路20还包括关于电池型号和大小的信息，并且能将这种信息提供给微型控制器45。监视电路20还可以包括用来测量电池组温度的装置，并且将测得的电池温度信息提供给微型控制器45。

在图2中表示了图1的电池组10，图2具体表示了电池组监视器20的一个实施例。在图2中使用与图1中相同的符号表示相同的部件。

在图2中，电池组监视器20包括一个用来保护电池或是电池单元11a，11b，11c防止其过度充电的保护电路60，也就是在电池或是电池单元电压超过预定的充电门限电压Vov时中断充电过程。该保护电路也可控制充电过程的进行。当每个单元的电压低于预定的充电允许电压Vce时可以充电。如果充电过程由于一个单元的电压达到Vov而被中断，在这一单元的电压下降到Vce之前就不能继续充电过程。保护电路60还可以保护电池或是电池单元11a，11b，11c免于过度放电，如果电池或是电池单元电压降低到预定的放电门限电压Vuv以下，就中断放电过程。

保护电路60可以仅仅用来监视总的电池单元电压，但是最好是监视每一个电池单元，以便确保能检测到任何一个单元的损坏。这样就要将每个单元的正、负极连接到保护电路60。按照图1和图2所示的实施例，电池组包括一个3单元的锂离子电池，单元11a通过插头61和62连接，单元11b通过插头62和63连接，而单元11c通过插头63和64连接。保护电路60通过插头65和66控制两个开关67和68。这些开关最好是采用MOSFET晶体管，各自具有对应的内部损耗电阻67a和68a，其阻值大约是50mΩ。如果达到了充电门限电压，就通过插头66断开开关68使充电过程中断，如果达到了放电门限电压，就通过插头65断开开关67使放电过程中断。

上述保护电路动作的一个例子就是BENCHMARQMicroelectronics，Inc.生产的bq2053，在BENCHMARQMicroelectronics，Inc.1996年九月发表的bq2053数据清单中可以找到关于这一电路的进一步细节，它可以作为本文的参考资料。此处的过度充电限制Vov被设置在4.20V/单元，有±1.5％的公差，而Vce被设置为(Vov-100mV±50mV)，过度放电限制被设置在Vuv＝(2.3V±100mV)/单元。这样，对于本实施例的3单元电池来说，总电池门限电压就是12.6V。

图2的电池组监视器可以进一步包括一个电路70，用来测量提供给监视器电路20进而到达保护电路60的总电池电压。用来测量总保护电路电压的这种电路70最好是一个气体压力表电路，还可以通过插头72和73测量检测电阻74上的电压降来监视充电/放电电流。通过插头71和72测量保护电路电压。如果充电电流是可以接受的，由于电阻67a和68a的损耗，在保护电路60的插头61和64之间的电压与电路70的插头71和72之间的电压是有区别的。

通过监视电池电压和充电/放电电流，电路70就可以确定传送给电池的以及由电池提供的功率。这样就能确定电池的剩余容量。如果能适当地测量电池的温度，电路70还可以在确定剩余容量时补偿温度的变化。在测量充电电流时，为了减少这一电阻上的电压降，应该将检测电阻74设置在一个低值，例如是50mΩ。电路70进一步包括一个串行输入/输出插头75，它对应着监视器电路20的插头21，用于与微型控制器45的串行通信，以便传送关于电压，电流，温度和/或电池容量等等数据。

在按照本发明的上述实施例中表示了一条通信线53。然而，本发明还包括使用一种通信总线的实施例，用两条以上通信线从电池向充电器传送数据。

上述气体压力表电路动作的一个例子就是BENCHMARQMicroelectronics，Inc.生产的bq2050，在BENCHMARQMicroelectronics，Inc.1996年九月发表的bq2050数据清单中可以找到关于这一电路的进一步细节，它可以作为本文的参考资料。这些数据清单还包括bq2050的通信指令，以及如何为微型控制器45的通信接口部分编程的一个例子的指令。

BENCHMARQ Microelectronics，Inc.还提供了一种完全连接好的监视器电路bq2165，它包括了bq2053和bq2050。进一步的细节可以参见BENCHMARQ Microelectronics，Inc.1996年五月发表的bq2165数据清单，它可以作为本文的参考资料。

值得注意的是，本发明包括仅仅在达到了总电池门限电压时才用保护电路60中断充电过程的实施例，也包括在多个电池单元之一达到单元门限电压时由保护电路60中断充电过程的实施例。对于单个单元的电池，单元门限电压和电池门限电压是相等的。因此，本发明涉及到具有一或多个单元的电池组。

按照图2的监视器电路20，电压检测电路70适合用来测量所有电池单元的总电压。然后可以将对应着这一电压的信号提供给微型控制器45，后者可以在至少一部分充电过程中控制电源的输出，将这一电压维持在低于总电池门限电压或是过度充电限制，对于3单元电池来说，这一限制例如可以是12.6V。然而，本发明还包括了这样的实施例，用电压检测电路测量具有一个以上单元的电池中的每一个单元的单元电压。这样就能在至少一部分充电过程中控制充电过程，将每个单元的单元电压维持在低于单个单元门限或是过度充电限制电压。

本发明的一个目的是提高充电速度而不启动保护电路60，也就是不让电池单元上的电压降(各单元上的总电压降或是每一单个单元上的电压)达到预定的门限电压。值得注意的是，在用高充电电流为电池充电的过程中获得最高的电池单元电压，它会在内部损耗电阻12a，12b，12c上产生电压降。将这些电压降加在没有电阻的电池单元电压上得到最后的电压，这一电压应该不超过门限电压。

按照本发明的不包括电压检测电路70的实施例，在提供充电电流时测得的电压就是在图1的端子41上测得的端子电压。这一端子电压包括总的电池单元电压，再加上开关电阻67a，68a上的电压降，端子损耗电阻14a，41a，16a，43a上的电压降，以及检测电阻44上的电压降。如果包括一个电压保护电路70，端子电压还应该包括检测电阻74上的电压降。如果电池组10包括一个保护二极管13，端子电压还要包括这一二极管上的电压降。

端子损耗电阻14a，41a，16a，43a，15a，42a的电阻应该具有很低的值，大约是10mΩ的等级。然而，这一电阻值会随着所使用的接触材料而改变，为了获得低电阻值，铍青铜材料是一种不错的选择。另外，还需要考虑到电池组10的端子14，15，16和充电器端子41，42，43之间的接触电阻。这一接触电阻会有很大的变化，例如是由于接触老化和劣质连接造成的。这样，端子14，41和端子16，43之间的总的端子损耗电阻可能高达100mΩ以上。

例如，在充电电流为1A时计算出的电池单元外部的总电压降(在括号中给出了元件的标号)：

1A[100mΩ(41，14)+50mΩ(67a)+50mΩ(68a)+50mΩ(74)+100mΩ(16，43)+100mΩ(44)]+300mV(13)＝750mV

如果在充电电流为2A时仍然将二极管的电压降设置在300mV，对应着上述1A电流时的电阻值的总电压降就是1.2V。因此，如果充电电流是2A，保护电路门限电压是12.6V，这些电阻值在充电过程结束之前产生的端子电压就会达到13.8V。Schottky型二极管的二极管电压应该是300mV。

为了在高充电电流和高充电或是端子电压的条件下控制充电过程，不让保护电路中断充电过程，需要确定一个最大充电电压并且用来控制充电过程。然后还需要控制电源48的输出，不让充电或是端子电压超过这一最大充电电压。这一最大充电电压也被称为第一保护电压。

在本实施例中，二极管13的电压降被设置在300mV。然而，如果按照二极管的数据清单用二极管电流的函数来计算电压降，就能更准确地确定二极管的电压降。此时，高电流产生的电压降可能是400mV，而低电流产生的电压降可能是200mV。在充电过程的高电流部分期间最好采用300mV，而在开路电压的测量值中校正二极管电压降时最好是采用200mV。

如上所述，在使用具有低电阻值的接触材料时，端子损耗电阻大约是10mΩ。从试验中发现，对端子41，14和端子16，43之间总的端子损耗电阻的安全选择应该是25mΩ，在1A时，在电池单元外部产生的电压降是600mV，而在2A并且采用300mV二极管电压降时是900mV。在确定最大充电电压之前，还应该考虑到门限电压的变化。12.6V±1.5％变化的最小门限电压是12.411V，为了安全而产生的最小门限电压是12.4V。这样，在2A充电电流时可以将最大充电电压设置在13.3V，在1A充电电流时设置在13.0V，这样就能允许充电电压高于门限电压。

对于本发明这一实施例的锂离子电池，电池充电结束电压是4.1V/单元，三单元电池所获得的充电结束电压是12.3V。这样就在充电结束电压和最小门限变化电路电压之间获得了一个100mV的电压窗口，而对于1A和2A来说，在校正300mV二极管电压并且充电到最大充电电压时获得的电压窗口分别是400mV和700mV。值得注意的是，在用对应着测量至少是基本上没有电阻的电池电压时使用的低充电结束电流充电时，可以将充电结束电压限定为充满或是几乎充满的充电电池的电池电压。因此，电池单元上没有电阻的电压应该不超过充电结束电压，但是，由于电池单元的内部电阻12a，12b，12c上的电压降，在用充电电流充电时的总电池电压可以高于充电结束电压。充电电流越高，电池的内部电阻12a，12b，12c上的电压降就越高。

另外还应该注意到，在充电过程中用最大充电电压为锂电池充电的一段过程中，当充电过程从达到最大充电电压的时间点继续进行时，充电电流可能会下降。因此，电池单元外部的电压降会下降，其结果是，在达到最大充电电压的时间点之后，到达保护电路的电压会升高。在确定最大充电电压时需要考虑这一问题。

例如，在用2A充电电流充电时，可以在一段时间内用最大充电电压为电池充电，直至充电电流下降到例如1.5A的低水平，从这一时间点开始转换到其他控制方式。此时应该根据1.5A电流在电池单元外部造成的总电压降来确定最大充电电压。对于2A充电电流计算出的上述900mV电压降来说，大约750mV的电压降是最佳的，所得的最大充电电压或是第一保护电压是13.15V，电压窗口是850mV。

对于同时包括保护电路60和电压检测电路70的本发明的实施例来说，也可以采用其他或是额外的方法控制充电过程。在一部分充电过程中可以根据从电压检测电路70读出的电压来控制电源48的输出。在为电池提供充电电流时，由于开关损耗电阻67a和68a上的电压降，电路70检测到的电压会偏离保护电路60检测到的电压。如果每个开关的开关损耗电阻是50mΩ，1A和2A充电电流在损耗电阻67a和68a上产生的总电压降就分别是100mV和200mV。

因此，如果在一部分充电过程中用最大保护电路电压为电池充电，就应该针对损耗电阻67a，68a上的电压降校正测得的保护电路电压。可以用充电电流的函数来确定这一电压降，并且将确定的电压降加在最小门限电压上，从中获得用来控制充电过程的最大保护电路电压。然而，考虑到充电电流越低则电压降就越低，最好是采用恒定的最大保护电路电压，在此处所述的本发明的最佳实施例中，充电过程被控制在使电路70测得的电流不会超过12.43V，也就是在保护电路的12.4V最小门限电压上加上了30mV左右的电压降。这一校正的最大保护电路电压也被称为第二保护电压。相对于12.3V的充电结束电压而言，第二保护电压提供的电压窗口是130mV。

在按照最大保护电路电压模式为锂电池充电时，当充电过程从达到最大保护电路电压的时间点继续进行时，充电电流可能会下降。这样，电池单元的内部电阻12a，12b，12c的电压降会随着充电电流而下降，如果电池单元被充电到高于充电结束电压的电压，电池就会过度充电，为了避免电池过度充电，在保护电路电压控制模式之后最好是采用其他充电控制方式。

因此，本发明的实施例还包括在开关49处在断开位置时测量开路电压，这样可以检测到内部至少是基本上没有电阻的电池电压。如果在电池组内部包括一个保护二极管，还应该针对保护二极管的电压降校正检测到的电压。

在一个最佳实施例中，当测得的开路电压达到用二极管电压降校正后的充电结束电压时，就停止用保护电路电压控制模式充电，在上述实施例中相当于开路电压达到12.3V+0.2V，大约等于12.5V。在达到这一开路电压时，最好是在为电池进一步充电时控制充电过程，保持开路电压低于这一校正的充电结束电压。

按照本发明的充电方法和装置可以用来为2种不同型号的锂离子电池充电，各自具有3个单元和上述的门限电压和充电结束电压。第一种电池的额定容量是1300mAh，第二种电池的额定容量是2600mAh。首先按照大致的恒定电流模式用1.2A最大充电电流为第一种电池充电，另一方面，首先用2A最大充电电流为第二种电池充电。在这一充电过程中确定充电电压，保护电路电压和开路电压，并且在充电电压达到第一保护电压，保护电路电压达到第二保护电压，或者是开路电压达到充电结束电压的任何一种情况下结束恒定电流充电模式，从这一时间点开始用上述方法控制充电过程，用开路电压或是没有电阻的电池电压控制模式结束电池的充电，将没有电阻的电池电压基本上保持在充电结束电压。

在此处需要注意，如果按照本发明的充电过程中同时包括充电电压控制模式和保护电路电压控制模式，与不包括保护电路电压控制模式的充电过程相比，最大充电电压或是第一保护电压可以设置成比较高的值。实际上可以将最大充电电压设置在很高的值，只要是不影响充电过程而仅仅是作为一个安全电压。然而，在用高充电电流充电时，最好是采用能够影响充电过程的最大充电电压，这样就不会在电池和充电器的端子和触点上消耗过多的功率。

在充电电流下降到一个预定值时结束开路电压控制模式，第一种电池的预定值范围是60mA，而第二种电池的范围是120mA。然而也可以使用其他的充电结束电流值。以下要说明充电过程的具体细节。

在上述的说明中是用电压检测电路70来测量保护电路电压，没有提到电路70测量的电压的精度或是公差。对于bq2050，测量电压的最小分辨率是56.25mV。然而，电压的读数可能有±60mV/单元的变化，在电池电压读数中产生的最大误差或是偏差是±180mV。因此，为了用可以接受的精度读出保护电路电压，在开始用保护电路电压控制模式为电池充电之前需要校准电压检测电路70的读数。以下是这一校准过程的说明。

以下要参照图3-8来讨论按照本发明各个不同方面的充电过程的不同实施例。

参见图3，流程图从初始步80开始进到处理步81。步80表示将电池组10连接到充电器40，并且对微型控制器45初始化。在初始步80中，微型控制器45可以通过通信接口线53读出电池标识符，可以用这一标识符来寻找存储在微型控制器45中的有关电池的具体的预定充电参数。这些参数可以包括最大充电电流Imax，最大充电电压Vchmax，最大保护电路电压Vpcmax，充电结束电压Veoc，和/或充电结束电流Ieoc。值得注意的是，对于具有保护二极管的电池，应该为这一二极管上的电压降而校正Veoc，将最大开路电压Vocmax存储在微型控制器45中。然而，这些参数并不需要预先存储在微型控制器45内，也可以预先存储在电池内并且提供给微型控制器45。

对于图3的程序，为了获得高充电功率，可以按照上述方式确定Vchmax的值。这一Vchmax大于Veoc但是小到足以避免充电过程被保护电路中断。

在初始步80之后，在步81开始充电过程。充电过程从预定的低充电电流开始，并且根据充电电流Ich，充电电压Vch，以及开路电压或是至少是基本上没有电阻的电池电压Voc的测量值来控制充电过程。在步81测量和处理数据，以便确定Ich，Vch和Voc的当前值。在充电过程刚刚开始时，电压Voc低于Veoc，并且决定步82的答案不会进到决定步83。在充电过程的开头，Ich＜Imax，Vch＜Vchmax，并且Voc＜Veoc，如步83的答案为yes，进入处理步84。在步84增大充电功率，这可以通过增大PWM信号50的占空周期来实现。

最好是按照有规则的时间间隔在时间帧或是测量周期内执行步81的数据测量，在提供满充电电流也就是电源开关49导通时测量充电电流Ich和充电电压Vch，并且在电源开关49处在断开位置使充电电流中断或是降低时测量开路电压Voc。这样就能按照测量数据的顺序周期之间的时间间隔所对应的时间间隔来调节充电功率。

在充电过程的第一阶段，图3的流程是顺着步81，82，83和84，使充电功率不断增大，直至Ich达到Imax，在这一时间点上，步83进到决定步85。如果Vch和Voc都没有达到其对应的限制Vchmax和Veoc，步85的输出就是no，下面的流程81，82，83和85就维持这一充电功率。然而，如果测得的Ich大于Imax，就在处理步86通过减少PWM信号50的占空周期来降低充电功率。其结果是，当Ich达到Imax时，充电过程受到控制，以恒定充电电流模式充电，直至Vch或是Voc达到其限制。

在正常充电过程中，充电电压Vch会首先达到其限制Vchmax。在这一时间点上，流程从步83进到步85和86，降低充电功率。充电过程在这一时间点上进入恒定充电电压模式，将Vch基本上保持恒定，而充电电流Ich被降低了。这相当于步81，82，83，85和86的流程，或者是，在不需要降低功率的周期中相当于步81，82，83和85的流程。

在图3中，Vchmax的值被设置在高于Veoc的值，并且维持恒定充电电压模式，直至Voc达到Veoc。充电过程在这一时间点上进入没有电阻或是开路电压模式，这相当于步81，82，83，85和86的流程，或者是，在不需要降低功率的周期中相当于步81，82，83和85的流程。开路电压控制模式一直维持到充电电流下降到充电结束电流Ieoc。在这一时间点上，决定步82的答案是yes，导致在处理步87结束充电过程。

如果分别用保护电路电压Vpc和最大保护电路电压Vpcmax代替图3中的Vch和Vchmax，就可以获得按照本发明的充电过程的另一个实施例。这样就用恒定保护电路电压模式代替了恒定充电电压模式，直至Voc达到Veoc。图4表示了这种流程，在其中将Vpcmax的值设置在低于保护电路门限电压但是高于充电结束电压Veoc，与充电电压不允许高于充电结束电压Veoc的正常充电过程相比，这样就能允许在恒定保护电路电压控制模式中采用更高的充电功率。图4中的步90-97相当于图3的步80-87。

在图5中所示的流程相当于图3和图4的充电过程的组合。图5的步100-107相当于图3的步80-87，其区别在于处理步101包括测量由保护电路电压Vpc构成的数据，而决定步103和105包括将Vpc与最大允许的保护电路电压Vpcmax相比较。Vchmax和Vpcmax的值应该是预先确定的，因此，在达到Vpcmax之前先达到Vchmax。这样，在达到Vchmax时就降低充电电流，以便降低端子电压降，同时增大没有电阻的电池电压，使保护电路电压Vpc增大。因此，在恒定充电电压模式下，Vpc的值持续增大，直至达到Vpcmax。

此处的Vchmax是一个安全电压。使用Vchmax可以保证不会触发保护电路，但是高电阻值或是劣质连接的端子可能会产生高电压降，并且在端子上形成相应的高功率消耗。为了减少这种可能使端子损坏的功率消耗，可以按照上述方式确定Vchmax，这样就能采用充电电压控制模式。

接着图3，图5的充电过程首先是增大充电功率，直至达到Imax，接着执行恒定电流充电模式，直至Vch达到Vchmax。此时，充电过程进入恒定充电电压控制模式，一直进行到Vpc达到Vpcmax，从这一时间点上可以进一步降低充电功率，以便接着执行恒定保护电路电压控制模式，直至Voc达到Veoc。在这一时间点上可以进一步降低充电功率，以便接着执行开路电压控制模式，直至Ich在步102达到Ieoc，导致在步107结束充电过程。

对于图3-5的充电过程，可以按照规则的时间间隔测量用于控制充电过程所需要的充电参数Ich，Vch，Vpc和/或Voc。这一时间间隔的持续时间例如是32毫秒，当然，按照本发明的方法也可以使用更长的时间间隔。根据所使用的测量技术，甚至可以使用长达数秒的时间间隔。每个参数可以在一个比上述时间间隔短得多的时帧内测量。这种时帧例如是0.1-1毫秒，但是同样也可以使用持续时间更长的时帧，只要是时帧的总数不超过测量时间间隔。

对于图3的流程，可以在0.1毫秒的一个时帧内测量充电电流Ich，在下一个0.1毫秒时帧中测量Vch，接着在开关49处于断开位置的下一个0.1毫秒时帧中测量Voc。图4的流程需要把测量Vch改成测量Vpc。此时，为了通过通信线读取电压，可能需要一个更长的时帧来测量Vpc。然而，也可以利用能够快速测量的A/D转换器直接测量Vpc。对于图5的流程，测量时隙中可能同时包括Vch和Vpc。

图6是对应着图5的充电过程的一种充电过程的流程图。然而，对于图6来说，读取或是测量保护电路电压Vpc是按照与图3中所示的测量时间间隔也就是测量Ich，Vch和Voc之间的时间间隔有所不同的时间间隔来执行的。在图6中，读取Vpc之间的时间间隔可以比图3的时间间隔长得多，甚至可长达数秒。在本发明的一个实施例中，读取Vpc是按照30秒的时间间隔执行的。

在图6中，步110-117对应着图3中的步80-87，而步118-120包括读取和控制保护电路电压。值得注意的是，Vchmax和Vpcmax的值是按照图5的方式预先确定的。这样，在为一个充分放电的电池充电时，应该在达到Vpcmax之前达到Vchmax。

按照图3所述，图6的充电过程首先是增大充电功率，直至达到Imax，接着采用恒定电流充电模式，直至Vch达到Vchmax，在这一时间点上，充电过程进入恒定充电电压控制模式。在决定步118中确定是否可以读取Vpc，如果是no，就在步113执行正常充电过程，如果是yes，就在决定步119中确定Vpc是否已经达到了Vpcmax。如果是no，就返回步113，如果是yes，就在进入步113之前在处理步120降低Vchmax的预定值。如果已经在步120降低了Vchmax，步113的答案就是no，则通过步115和116降低充电功率。因此，当Vpc达到了Vpcmax时，充电过程进入恒定保护电路电压模式，在这一模式下调节最大充电电压Vchmax，随之调节充电电压Vch，在这部分充电过程中将保护电路电压维持在Vpcmax。

在图6的充电过程中，恒定保护电路电压控制模式可以一直持续到Voc达到Veoc。在这一时间点上可以降低充电功率，进而执行开路电压控制模式，直至Ich在步112达到Ieoc，导致在步117结束充电过程。

上文中已经说过，保护电路电压的读数可能需要校准。如图7所示，该图表示与图6的充电过程相对应的一种充电过程的流程图，但是进一步包括校准步141和142。在图7中，步130-140对应着图6的步110-120，然而，在图7中，初始步130之后是处理步141，它包括在进入步131的充电循环之前测量和存储一个校准或是校正值calib的程序。当Vpc读数在决定步138准备完毕时，将存储的校正值calib加到Vpc上，在处理步142获得一个校正的保护电路电压Vpcc。在决定步139将Vpcc的确定值与Vpcmax相比较，以便确定是否应该降低Vchmax。

因此，图7的流程是控制恒定保护电路电压模式，在一部分充电过程中将校正的保护电路电压Vpcc维持在Vpcmax。在步140降低Vchmax时，最好是用旧的Vchmax值减去Vpcc和Vpcmax的差，从中确定新的Vchmax值。

在图8中表示了图7流程中的校准步141的细节。这一校准过程包括一个处理步150，用来测量和/或读取保护电路电压Vpc，相应地确定保护电路的电压输出。然后是处理步151，用来测量开路电压或者是至少基本上没有电阻的电池电压Voc，接着是处理步152，将获得的Vpc和Voc值相比较，从中确定其电压差。在处理步153中根据在步152获得的电压差和电池组保护二极管上的一个预定的电压降来确定最终的电压校正值calib。如果没有保护二极管，电压校正值就等于步152的结果。最后在处理步154中存储校正的电压calib供以后的充电过程中使用。

参见图9，它表示一种公知的充电过程。图9的电池是一个完全放电的1300mAh锂离子电池，有3个单元，充电结束电压Veoc是12.3V。然而，电池组包括一个保护二极管，它的电压降被设置在300mV，在为电池充电时需要考虑这一电压降。在图9和以下的图10和11中，加标点的波形代表测得的充电电压Vch，实线表示测得的开路电压Voc，而虚线波形代表测得的充电电流Ich。

图9的充电过程包括最大充电电流Imax为1A的恒定电流模式，然后是恒定充电电压模式，考虑到二极管电压降，最大充电电压Vchmax是12.66V。当充电电流下降到大约60mV时，停止按照恒定充电电压模式的充电过程。从图9中可见，充电电压在大约15分钟内已经增加到12.66V，因此，恒定电流充电模式很短，并且在充电15分钟之后结束，在这一时间点上进入恒定充电电压模式。为了维持恒定充电电压模式，在这一充电过程的早期阶段降低充电电流，从而将充电时间延长到大约190分钟。对于容量大于1300mAh的电池，如果按照图9所示的公知充电过程充电，充电时间会很长。在图9的充电过程结束时，开路电压已经达到了12.42V，如果考虑到保护二极管的电压降，充电结束电压会稍稍低于12.3V。

图9的电池组还包括一个门限电压为12.6V的保护电路。保护电路60如图所示被设置在电池组内部。从图9的曲线可以看出，考虑到二极管的电压降，保护电路电压不应该达到门限电压12.6V，因此，Vchmax被设置得很低，

图10表示在图5-7的流程中所述的本发明的一种充电方法。图10的电池是一个完全放电的2600mAh锂离子电池，有3个单元，充电结束电压Veoc是12.3V。这一电池组对应着图2的电池组10，并且包括一个保护二极管13，一个保护电路60和用来测量保护电路电压的一个电路70。

在充电过程的开始阶段校准用来测量保护电路电压的电路70，从这一时间点开始增大充电电流，充电过程进入恒定电流充电模式，也就是图10的阶段I，将最大充电电流Imax设置在2A。在这一充电过程中确定Ich，Vch，Voc和Vpc的值。对于图10的充电过程，最大充电电压Vchmax已经被设置在13.41V，并且这一值是通过用2A为电池充电时测试到达这一点的不同电压而确定的，保护电路60在这一点上中断充电过程。这时的Vchmax结果已经被设置在一个低值。如果还需要考虑不同充电电路的门限电压的变化，如上所述可以将Vchmax设置在较低的值。如果使用这样高的Vchmax值，就允许在长达47分钟的时间周期内使用2A充电电流，充电电压在这一时间点上达到Vchmax，并且充电过程进入恒定充电电压模式，也就是图10的阶段II。

按照图10的充电过程，最大开路电压Vocmax已经被设置在12.48V，对应着按照大约200mV的保护二极管电压降调节之后的12.3V的充电结束电压Veoc。另外，如上所述，最大允许的保护电路电压Vpcmax已经被设置在12.43V。在充电过程II中为了维持恒定充电电压而降低了充电电流，并且电池开路电压被增大了。在图10的充电过程中大约是67分钟的时间点上，电池电压已经增大了很多，使保护电路电压达到Vpcmax。在本发明的这一实施例中，应该是校正值Vpcc达到Vpcmax。在这一时间点上，充电过程进入恒定保护电路电压模式，也就是图10的阶段III。在阶段III中控制电源的输出，从而降低充电电流和充电电压，以便将保护电路电压维持在Vpcmax。

当电池电压已经增大了很多，使Voc达到了Vocmax时，充电过程进入恒定的没有电阻的电压控制模式或是恒定的开路电压模式，也就是图10的阶段IV，大约是在充电过程内的76分钟处。充电过程的阶段IV一直进行到充电电流降低到预定的120mA充电结束电流Ieoc，在这一时间点上最后结束充电过程。从图10中可以看出，总充电时间大约是113分钟，要比图9的现有技术所用的时间短得多。在充电过程结束时，在Vch和Voc之间有240-300mV的差。如上所述，这种差别是由于损耗电阻的电压降和保护二极管电压降的差异造成的。

图11表示为一个完全放电的1300mAh的3单元锂离子电池充电的过程。这一充电过程是由充电器按照图10的充电过程来执行的。然而，由于电池的容量低，最大充电电流Imax已经降低到1.2A，而充电结束电流Ieoc已经被降低到60mA。其他存储的充电参数和图10的过程具有相同的值。因此，Veoc等于12.3V，Vocmax的值被设置在12.48V，Vchmax是13.41V，而Vpcmax是12.43V。从图11可以看出，由于降低了最大充电电流，充电过程不会进入图10的阶段III和IV。因此，在校准电压初始化和存储步骤之后，接着是55分钟的恒定充电电流模式，直至Voc达到Vocmax，充电过程从这一时间点上进入恒定的没有电阻的电压控制模式或者是恒定开路电压模式。恒定开路电压模式一直进行到充电电流下降到Ieoc以下，并且在充电时间的大约89分钟之后结束充电过程。

在图11中，当恒定充电电流模式结束时，充电电压的值达到非常接近Vchmax的13.38V。因此，如果Imax较高，充电过程还应该包括一个恒定充电电压模式和一个恒定保护电路模式。如果为Vocmax选择了比较低的值，也应该这样做。

然而，图11是在充电过程中将充电结束电压和开路电压相比较，而图9是将充电结束电压和充电电压相比较，如果将图11的充电过程与图9的充电过程相比较，总的充电时间可以缩短到图9的充电时间的大约50％。

由此可以看出，本发明提供了一种为具有保护电路的电池快速充电的解决方案，充电过程不会被这种保护电路中断。

图12表示按照本发明第四方面的一个实施例的充电过程的流程图。

图12的充电过程表示可以用图1所示的电池充电器来实施的一种简化的充电过程。然而，由于图12的充电过程仅仅需要测量充电电压Vch和充电电流Ich，由此不需要电池监视器电路20，通信接口和通信线路53。另外，有关的预定充电参数可以存储在微型控制器45内。这些参数可以包括最大充电电流Imax，最大充电电压Vmsx，它最好等于充电结束电压Veoc或是作为这一电压的函数，一或多个充电时间剩余周期，以及电流值Iend，在确定的充电时间剩余周期之前充电电流应该下降到这一电流值。

可以通过在充电过程中对电池的充电状态进行测试来确定存储的充电时间剩余周期，以恒定电流模式为电池充电，然后采用恒定电压模式，直至充电电流下降到充电结束电流Ieoc，它是恒定电流充电模式下的最大电流的5-10％。然后就可以将从达到Iend到达到Ieoc的周期确定为充电时间剩余周期。

图12的流程图从初始步160开始进到处理步161。步160表示将电池组10连接到充电器40并且微型控制器45初始化。如果充电器40需要用于不同类型和/或尺寸的电池，电池中可能包括用来通过通信接口线路53向微型控制器45传送电池信息的电路。这样，在初始化处理160期间，微型控制器45可以从电池中读取电池标识符，可以用这一标识符来寻找存储在微型控制器45中的有关电池的具体的预定充电参数。然而，这些参数不一定要存储在充电器40或是控制器45内，也可以预先存储在电池中并且传送给微型控制器45。

在步160的初始化之后，在步161开始充电过程。充电过程从低充电电流开始，并且根据充电电流Ich和充电电压Vch的测量值控制充电过程。在步161测量和处理数据，从中确定Ich和Vch的当前值。在充电过程刚刚开始时，电压Vch低于Vmax，而决定步162的答案是no，进到决定步163。同样，在充电过程的开头，Ich＜Imax，Vch＜Vmax，决定步163的答案是yes，进到处理步164。在步164增大充电功率，这可以通过增大PWM信号50的占空周期来实现。

在充电过程的第一阶段中，图12的流程顺序是步161，162，163和164，增大充电功率直至Ich达到Imax，步163从这一时间点进入决定步165。如果Vch尚未达到限制的Vmax，步165的输出就是no，用循环161，162，163和165维持这一充电功率。然而，如果测得的Ich大于Imax，就在处理步166通过缩短PWM信号50的占空周期而降低充电功率。其结果是，当Ich达到Imax时，就按照恒定充电电流模式控制充电过程，直至Vch达到限制。

当Vch达到Vmax时，流程从步163进到步165和166，降低充电功率。充电过程从这一时间点进入恒定充电电压模式，在此间保持Vch基本上不变，而同时降低充电电流Ich。这相当于步161，162，163，165和166的循环，或者是，对于不需要降低功率的周期相当于步161，162，163和165的循环。

当充电电流Ich下降到Iend时，决定步162的答案是yes，进入处理步168。在处理步168确定对应着Iend值的充电时间剩余周期，并且充电过程在这一确定的周期进入恒定充电电压模式，直至在步167结束充电。

如果用Iend代替图3-7的Ieoc，并且在充电结束步骤之前***一个相当于步168的处理步，就可以获得按照本发明的充电过程的其他实施例。

图3-7和图12的流程没有表示电池温度的任何确定或是读数。然而，在本发明的范围内进一步包括用来确定和/或读取电池温度的一或多个步骤。可以用电池内的电路70测量电池温度，并且将确定的电池温度传送给电池充电器40的微型控制器45，如果电池温度超过了预定限制，例如是45℃或是50℃以上，就可以停止充电过程。微型控制器45还可以在电池温度低到例如0℃以下时禁止起动充电过程。在这样的低温下，充电器可以提供例如50mA的缓慢充电电流。

图13表示具有一个监视器电路20的电池组10的另一个最佳实施例。图13的监视器电路20比图2的监视器电路20更加简单。在图13的实施例中，监视器电路不包括任何用来测量保护电路电压的气体压力表电路70，还省略了电流检测电阻74。图13的监视器电路20另外包括具有电阻77和电容76的一个简单的RC级。电阻77和电容76可以直接连接到单元端子上，因此，电容76的电压基本上等于电池单元上的电压。图13中的电池组10的其他部件相当于图2的电池组10中的部件。

应该将电阻77和电容76的值设置得很高，让电容76的电压在为了测量Voc可能要切断充电电流的周期中不会明显地改变。这样，通过测量电容76的电压就可以测得对应着保护电路电压的单元端子电压。在切断充电电流的测量周期中可以在插头15上测量这一电压，用测得的电压代表不间断提供充电电流的周期内的电压。还可以在用充电电流对电池充电时从插头15上测量保护电路电压。在使用图13的RC级时，不需要沿着通信线路53向微型控制器45传送数据。微型控制器45可以用一个A/D转换器的输入通过线路53测量电池端子15上的电压。或者是可以将电池端子15的电压信号送到信号控制电路55，这一电压信号再通过一条连接线送到微型控制器45。

如果需要保留额外的电池端子15，充电器40可以通过电池端子14用专门设计的电路检测电容76的电压，在中断提供充电电流的周期中将电容76的电压送到端子14。

值得注意的是，如果需要在提供充电电流的周期中测量对应着单元电压的内部电池单元电压，图13的RC级77，76还可以用于没有保护电路的电池。可以用上述方式测量电容76的电压。

本发明还涉及到电池组10的一种简化实施例，这其中省略了图13的电阻77和电容76，电池端子15直接连接到电池单元11a的正端。这样就能在电池端子15和16之间测量内部单元电压或是保护电路电压。或者是，为了避免保护电路开关67和68造成的电压降，可以将一个额外的电池端子直接连接到电池单元11c的负端。如果电池组内部没有设置保护电路60，端子16就可以直接连接到电池单元11c的负端。

图1，2，和图13的电池组都包括一个具有保护电路60的监视器电路20，本发明的第五方面覆盖了可以用对应着图1的充电器40的一个电池充电器为按照图1，2，和13的电池组10充电的实施例，这对于本领域的普通技术人员是显而易见的。然而，按照本发明第五方面的实施例，不需要保护电路60，因此，本发明的这一方面也可以用于图2和图13的没有保护电路的电池组。

值得注意的是，图3-6的流程图和图10的充电过程也可以说明本发明的第五方面的充电过程，如果Vch等于外部电池端子电压，就用外部安全电压代替Vchmax，用内部单元电压代替Vpc，并且用内部安全电压代替Vpcmax。

按照本发明的第六方面，需要充电的电池包括存储装置，最好是诸如ROM，EEPROM和EPROM这样的电子存储装置。这种电子存储器可以是图1，2或图13的电池组中的监视器电路20的一部分，这种电子存储装置也可以是没有监视器电路20和/或保护电路60的一个电池组中的一部分。本发明的第六方面覆盖了可以用对应着图1的充电器40的那种电池充电器操作的实施例，这对于本领域的普通技术人员是显而易见的。存储的电池信息可以通过通信线路53传送给充电控制器45。然而，本发明还覆盖了使用具有两条以上线路的通信总线从电池向充电器传送数据的实施例。

值得注意的是，本发明的第六方面还覆盖了包括所谓智能电池和/或智能电池充电器的实施例。智能电池和智能电池充电器的结构最好是能够通过所谓的***管理总线相互通信。

本发明最佳实施例的上述说明是出于解释性的目的。它并不对本发明的具体形式构成限制，本领域的技术人员按照本发明的指导显然还可以实现许多修改和变更。所有这些修改都应该受到本发明所公开的原理的限制，并且属于权利要求书的范围。

Claims (26)

1.一种电池充电***，其特征在于该***包括：

一个电池，它包括至少一个可充电电池单元和用来存储能指示至少第一和第二充电参数的电池信息的信息装置，以及

包括信息接收装置的电池充电器，用来读取或是检测存储的电池信息，根据第一和第二充电参数来控制电池的充电过程，其中第一和第二充电参数代表预定的最大充电电平。

2.按照权利要求1的电池充电***，其特征是第一充电参数指示的电压电平比第二充电参数指示的电压电平高。

3.按照权利要求1的电池充电***，其特征是该***进一步包括：

为上述电池提供充电电流的电源，和

一条通信总线，并且

其中的信息接收装置通过上述通信总线接收存储的电池信息，而控制装置根据第一和第二充电参数控制电源的输出。

4.按照权利要求1的电池充电***，其特征是第二充电参数指示的第二电压电平电气上等于一个预定的最大充电结束电压。

5.按照权利要求1的电池充电***，其特征是电池充电器以第一电压控制模式控制至少一部分充电过程，将测得的充电电压电气上维持在或低于由第一充电参数指示的第一电压电平。

6.按照权利要求5的电池充电***，其特征是该***进一步包括用来确定外部充电电压的装置，该电压代表在为电池提供充电电流时的外部电池端子电压，并且

第一充电参数指示的第一电压电平电气上等于一个预定的最大外部充电或是安全电压。

7.按照权利要求5的电池充电***，其特征是该***进一步包括用来确定内部充电单元电压的装置，该电压代表在为电池提供充电电流时的内部单元电压，并且

第一充电参数指示的第一电压电平电气上等于一个预定的最大内部充电或是安全电压。

8.按照权利要求5的电池充电***，其特征是电池进一步包括一个保护电路，用于在提供给保护电路的电压达到预定的门限电压时中断充电，该***进一步包括用来确定保护电路充电电压的装置，该电压代表在向电池提供充电电流时施加在保护电路上的电压，以及

第一充电参数指示的第一电压电平电气上等于一个预定的最大保护电路充电电压。

9.按照权利要求1的电池充电***，其特征是电池充电器以第二电压控制模式控制至少一部分充电过程，将测得的电池电压电气上维持在或是低于由第二充电参数指示的第二电压电平。

10.按照权利要求5的电池充电***，其特征是电池充电器在充电过程的第一阶段中以第一电压控制模式为电池充电，接着在充电过程的第二阶段中以第二电压控制模式为电池充电。

11.按照权利要求4的电池充电***，其特征是

该***进一步包括用来确定电池电压的装置，并且

电池充电器控制第二电压控制模式，将所述电池电压电气上维持在或是低于最大充电结束电压。

12.按照权利要求11的电池充电***，其特征是电池充电器在所述电池电压达到最大充电结束电压时停止用第一电压控制模式充电。

13.按照权利要求1的电池充电***，其特征是用来存储电池信息的信息装置包括一或多个电阻。

14.按照权利要求1的电池充电***，其特征是用来存储电池信息的信息装置包括一或多个电子存储器，这种存储器可以选自由非易失性ROM，EEPROM，EPROM及其任意组合所构成的组。

15.按照权利要求14的电池充电***，其特征是电池信息被预先存储在电子存储器中。

16.按照权利要求1的电池充电***，其特征是电池信息进一步表示最大充电电流参数和/或充电结束电流参数。

17.一种电池，其特征在于该电池包括：

至少一个可充电电池单元和用来存储电池信息的信息装置，这种电池信息能指示出至少第一和第二充电参数，

上述电池信息所具有的格式可供一个对应的电池充电器的信息接收装置读取或是检测，其中第一和第二充电参数代表预定的最大充电电压电平。

18.按照权利要求17的电池，其特征是第一充电参数指示的电压电平比第二充电参数指示的电压电平高。

19.按照权利要求17的电池，其特征是第二充电参数指示的第二电压电平电气上等于预定的最大充电结束电压。

20.按照权利要求17的电池，其特征是

第一充电参数指示的第一电压电平电气上等于预定的最大外部充电或是安全电压，或是

第一充电参数指示的第一电压电平电气上等于预定的最大内部充电或是安全电压。

21.按照权利要求17的电池，其特征是

电池进一步包括一个保护电路，用于在提供给保护电路的电压达到预定的门限电压时中断充电，并且

第一充电参数指示的第一电压电平电气上等于预定的最大保护电路充电电压。

22.按照权利要求17的电池，其特征是用来存储电池信息的信息装置包括一或多个电阻。

23.按照权利要求17的电池，其特征是用来存储电池信息的信息装置包括一或多个电子存储器，这种存储器可以选自由非易失性ROM，EEPROM，EPROM及其任意组合所构成的组。

24.按照权利要求23的电池，其特征是电池信息被预先存储在电子存储器中。

25.按照权利要求17的电池，其特征是电池信息进一步表示最大充电电流参数和/或充电结束电流参数。

26.按照权利要求17的电池，其特征是电池信息进一步表示第三充电参数，第三充电参数所指示的电压电平比第一充电参数所指示的电压电平高。

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