CN1309436A - 对多个电池充电的充电方法 - Google Patents

Abstract

一种对多个电池充电的充电方法,依时间区分方式进行充电电池的切换,包括如下步骤:对已经充满电的电池,停止充电时,将下一要充电的电池的充电时序提前,开始充电;每次仅对一个电池充电。在切换电池时,在任一电池停止充电的瞬间,开始对下一个电池充电,保持充电电流不中断。对小容量电池充电脉冲宽度比大容量电池充电的脉冲宽度小。使用本发明的充电方法,可保持电池的性能,并可节省充电时间及可降低充电器的成本。

Description

对多个电池充电的充电方法

本发明涉及一种电池的充电方法，特别是一种依序对多个电池充电的充电方法。利用本发明的方法充电的电池内可装有1至4个二次电池或可装有至少一个电池的组合式电池。

现有的使数个电池充电的充电方法有两种：同时对所有电池进行充电的方法以及使所要充电的电池依时间区分方式切换而依序充电的方法。同时对所有电池进行充电的方法又有将数个电池串联充电的方法以及并联充电的方法。串联的方法是对所有电池流入相同的充电电流，因此开始进行充电时，如果电池的残存容量有所不同，便无法使所有的电池充满电。因为残存容量大的电池会充电过度，残存容量小的电池则无法充满电。将数个电池并联的方法则无法以理想的状态均匀地对所有电池分配充电电流。例如电压低的电池的电流会比电压高的电池更大，而无法均匀地分配电流。因此，无法以理想的状态使所有电池充满电。

由于可设置专用的充电电路，利用最适当的充电电流对各个电池进行充电，故可消除这一缺点。然而，利用该方法进行充电的充电器，其成本将更高。因为如果以理想的状态对四个电池进行充电时，需要四组充电用电源。

将数个电池并列连接于1组充电用电源的充电方法，理论上可用控制充电的电流控制电路，将其串联各个电池，以将充电电流分配成理想的状态。然而，电流控制电路本身的内部电阻可调整以控制电池的充电电流，所以消耗电力大，且不实用。电流控制电路必须设计成可控制大电力的电路，因而零件成本高。而且，电流控制电路本身也消耗电力，因此，要求充电用电源的输出电力较大。此外，电流控制电路产生的热量也很大，因而，需要较大的散热风扇，这也将使成本提高。

上述缺点可利用对多个电池依序切换充电的方法得以消除。这种充电方法是对电池逐一进行充电，依序切换，以使电池都充满电，因此具有可以1组充电用电源控制成理想的充电电流，以使多个电池达到满充电状态。

该充电方法记载在日本特开平4-105521号公报以及特开平3-164034号公报中。记载于该公报的充电方法，最初仅对第1电池供给充电电流，使该电池充满电，之后，当第1电池充满电时，切断第1电池的充电电流，并仅对第2电池供给充电电流，而使该电池充满电，这样，依序切换，第1、第2、第3…电池，以使各个电池都充满电为止。

对数个电池依序切换的充电方法可减小充电电流，并依序使各个电池充满电，然而，这种充电方法很耗费时间。如果为了缩短充电时间，而采用增大充电电流的方式，将会使电池的性能降低。因为电池可在良好的状态下进行充电的最大电流是有限制的，若以大电流快速充电，电池温度将会上升，或会对电池有不良影响，以致降低电池的电性能。

如图1所示，其为现有充电方法中对多个电池充电的时序示意图；上述缺点可利用对多个电池进行充电的时序依时间区分方式进行切换，并依序进行脉冲充电的方法而得以解决。如图所示，以第1电池、第2电池、第3电池、第4电池的顺序，将充电的顺序以依时间区分的方式进行切换，并反复进行脉冲充电，即最初使第1电池充满电，接着使第3电池充满电。由于充满电的电池将停止充电，因此会使充电中断。

如图1所示，对多个电池以依时间区分方式进行充电的方法比起使所有电池充满电后再切换充电的方法，可缩短充电时间。然而，在对已经充满电的电池进行充电的时序，会使充电暂时停止，因此无法在最理想的状态下，在较短时间内使所有电池充满电。

本发明的主要目的在于提供一种充电时间短的对多个电池充电的充电方法。

本发明的另一目的在于提供一种可保持电池性能的对多个电池充电的充电方法。

本发明的再一目的在于提供一种可利用廉价充电电源的对多个电池充电的充电方法。

为达到上述目的，本发明采取如下技术措施：

本发明的对多个电池充电的充电方法，是依时间区分方式进行切换，对多个电池进行脉冲充电，包括如下步骤：

对已经充满电的电池，停止充电时，将下一所要充电的电池的充电时序提前开始充电；每次仅对一个电池充电。

其中，在切换充电电池时，在任一电池停止充电的瞬间，开始对下一个电池充电，保持充电电流不中断。

其中，在已经充满电的电池停止充电的瞬间，开始下一个所要充电的电池充电，以保持充电电流不中断。

其中，依序对不同容量的多个电池进行脉冲充电，对小容量电池充电的脉冲宽度比大容量电池充电的脉冲宽度小。

结合附图及实施例对本发明的特征详细说明如下：

附图的简单说明：

图1：现有充电方法中，对多个电池充电的时序示意图；

图2：本发明电池的充电方法实施例中所使用的充电器的电路框图；

图3：本发明电池的充电方法实施例的时序示意图；

图4：本发明方法的另一实施例的时序示意图。

如图2所示，其为本发明电池的充电方法实施例中所使用的充电器的电路框图；该图显示将支路1至支路4所构成的四个电池1安装成可自由装卸状态。然而，本发明中的充电方法对充电电池数目并不限定于四个；而且，也不限定于将电池安装成可自由装卸以进行充电的方法；亦可将多个电池区分成数组通路，并依序使所区分的各路的电池充满电。

如图中所示，本发明的充电器包括：电源电路2、将电源电路2连接各个电池1的开关元件3及用以控制开关元件3的充电控制电路4。此外，还包括用以检测是否安装有支路1至4上的各电池1的充电开关5，其连接充电控制电路4。充电开关5用于将所安装的电池1切换至通/断状态。该充电器可利用充电开关5检测出安装有电池1的支路，并且不对未安装电池的支路充电，即可跳过该支路，因此，可在更短的时间内使所有电池充满电。

然而，充电器是否安装有电池并不一定必须由充电开关5检测，因为也可以利用检测充电电流的方式，检测出电池的安装与未安装状态。利用检测充电电流的方式，是在进行最初脉冲充电时，检测充电电流，并判定未有充电电流流通的支路，为未安装电池的支路，并跳过该支路进行充电。

电源电路2的输出为对电池1进行充电的电压及电流。充电用电源最好是采用转换电源，转换电源是将如100伏特的交流电源整流为直流电，并将其输出电压降低至电池的充电电压，可利用变压器及由二极管构成整流电路。电源电路并不一定必须为交换电源。电源电路也可为对所输入的交流电压如100伏特以变压器降压并进行整流，并经稳压形成直流电压的电路。

开关元件3可采用场效应晶体管或普通晶体管等半导体开关元件。各个开关元件3分别与各个电池1串联，电池1分别连接电源电路2；开关元件3处于导通状态时，电池1将接受充电电流而获得充电。开关元件3处于切断状态时，电池1则因充电电流被切断而无法充电。数个开关元件3以其中任一个导通时，其他则处于切断状态的方式进行控制，以对电池1进行脉冲式充电。

充电控制电路4用于对连接于各个电池1的开关元件3控制其通断状态。充电控制电路4是将充电信号输出至开关元件3，以控制其通断。充电控制电路4并用以决定数个电池1进行脉冲充电的顺序及时序。

如图3所示，其为本发明电池的充电方法实施例的时序示意图；其显示充电控制电路4对开关元件3控制其通断的时间顺序，并控制各个电池1进行充电的充电电流；该充电电路表示对支路1至支路4的电池依序进行脉冲式充电。对数个电池进行充电的顺序，亦可采取先对接近充满电的电池进行充电的方式，电池是否接近充满电是以开始进行充电时的电池电压来判定。

对各个电池进行脉冲充电的一个脉冲的宽度由输入开关元件3的充电信号的脉冲所决定。一个脉冲的时间宽度可设定为例如一秒。然而，本发明的充电方法并不限定对电池充电的一个脉冲的时间宽度。脉冲的时间宽度可例设定为50毫秒至10秒，可为0.1至5秒，0.2至3秒，最好为0.3至2秒。

如果所要充电的多个电池的容量相同时，进行脉冲式充电的各脉冲的时间宽度(tn)可相同，如图3所示，即对所有电池以相同的脉冲宽度(t1=t2=t3=t4)进行充电。如果对不同容量的数个电池进行充电时，设定小容量电池的脉冲宽度小于大容量电池的脉冲宽度。这样可使小容量电池及大容量电池均衡且快速地充满电。因为利用宽度小的脉冲对小容量电池进行充电，其平均充电电流将比利用宽度大的脉冲，平均充电电流小，易于与大容量电池的充电电流均衡。

如图4所示，其为本发明方法的另一实施例的时序示意图，其中显示与大容量的支路1、2的电池相比，小容量的支路3、4电池充电电流的脉冲宽度予以缩短；其中，对于支路3、支路4的电池进行充电的脉冲宽度(t3、t4)为支路1、支路2的电池的脉冲宽度(t1、t2)的大约1/2，平均充电电流之比设为1/2。采用缩短小容量电池充电的脉冲宽度(t3、t4)，且不切断电流而进行充电的方法，由于小容量电池进行充电的时间短，因此对所有电池进行充电的周期可以缩短。由于大容量电池进行充电的平均充电电流增加，可在更短的时间内充满电；大容量电池的平均充电电流为一个脉冲的幅度/所有电池进行充电的一个周期的时间(T)。

对所有电池进行充电的一个周期的时间(T)是对各个电池进行充电的脉冲宽度的总和，亦即T=t1+t2+t3+t4。如图3所示，如果以同样宽度的脉冲对所有电池进行充电时，一个周期的时间为一个脉冲宽度与所要充电的电池的个数的乘积。如图4所示×，各脉冲宽度不同时，一个周期的时间(T)显然要比一个脉冲的时间宽度×电池的个数短。

本发明的充电方法如图3及图4所示，在切换充电电池时，在使先前正在充电的电池停止充电，并开始下一个电池的充电时，是使充电停止的瞬间就开始下一个电池的充电，使充电电流不致中断而可连续进行充电。该充电方法如图3及图4所示，使电源电路所输出的电流不发生变化，而可对数个电池进行充电。

本发明的充电方法亦可于切换所要充电的电池时，设置使充电暂停的时间。暂停充电的时间系远较一个脉冲的时间宽度为短。因为暂停时间越长，则使所有电池充满电的时间就越短。

本发明的充电方法的特点是跳过已经充满电的电池，而开始下一电池的充电，步骤如下，如图3所示，当所有电池都未充满电时，以支路1、支路2、支路3、支路4的顺序进行充电，而在支路1的电池充满电后，跳过该电池，并以支路2、支路3、支路4的顺序进行充电，在支路3的电池充满电后，以支路2、支路4的顺序进行充电，然后在支路2的电池充满电后，只对支路4的电池持续充电，至充满为止。

图4中，在所有电池未充满电时，以支路1、支路2、支路3、支路4的顺序进行充电，而在支路1的电池充满电后，以支路2、支路3、支路4的顺序进行充电，在支路3的电池充满电后，以支路2、支路4的顺序进行充电，然后在支路4的电池充满电后，只对支路2的电池持续充电，至充满为止。

充电控制电路4用于检测电池1的充电状态，充满电后，使连接于已经充满电的电池的开关元件3切换至切断状态，而使连接于下一个所要充电的电池的开关元件3切换至导通状态。充电控制电路4是根据电池1的形式而用不同的方法检测电池1的充电状态。如果所要充电的电池为镍-镉电池或镍-氢电池时，检测电池电压是否达到峰值电压，或检测是否由峰值电压下降ΔV，以检测出充满电状态。如果电池为锂离子二次电池时，则检测电池电压是否达到设定电压，以确定是否充满电。

充电控制电路4使连接在已经充满电的电池的开关元件3保持切断状态，并在切断该开关元件的时刻，将下一个电池的开关元件3导通，逐一对尚未充满电的电池进行充电。当所有的电池都充满电时，则所有开关元件全部处于切断状态，并结束充电。当所有电池充满电后，亦可以微小电流对所有电池进行微电流补充充电。微电流补充充电与快速充电相比，是以极小的充电电流进行脉冲充电，或将所有电池并联以进行定电压定电流充电。

与现有技术相比，本发明具有如下效果：

本发明的充电方法可保持电池性能，电池性能不会降低，并可在更短的时间内使数个电池充满电。因为，本发明的充电方法是使数个电池依时间区分方式切换进行充电，当已经充满电的电池停止充电时，将下一所要充电的电池的充电时序提前开始充电。该充电方法在已经充满电的电池进行充电的时序中，充电过程不会暂时停止，因此可快速地使数个电池充满电。而且，本发明的充电方法可使用廉价制造的充电电源，因此可降低充电器成本。

此外，本发明的充电方法系于进行脉冲充电的电池切换时，可使充电电流连续，不中断，因此在电池切换时，可减少涌入电流及杂信。

再者，由于本发明的充电方法在对不同容量的数个电池进行充电时，采用不同的脉冲宽度，因此可缩短充电时间。这是因为该充电方法是以电池的容量改变脉冲宽度，即脉冲宽度随充电的负载而改变，可提高充电电源的利用率。

上述内容是利用实施例说明本发明的技术特征，并非用于限制本发明的保护范围，即使有人在本发明构思的基础上稍作变动，仍应属于本发明的保护范围内。

Claims (4)

1．一种对多个电池充电的充电方法，是依时间区分方式进行切换，对多个电池进行脉冲充电，其特征在于，包括如下步骤：

对已经充满电的电池，停止充电时，将下一所要充电的电池的充电时序提前，而开始充电；每次仅对一个电池充电。

2．根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于，在切换充电电池时，在任一电池停止充电的瞬间，开始对下一个电池的充电，保持充电电流不中断。

3．根据权利要求2所述的充电方法，其特征在于，在已经充满电的电池停止充电的瞬间，开始下一个所要充电的电池充电，以保持充电电流不中断。

4．根据权利要求1所述的充电方法，其特征在于，依序对不同容量的数个电池进行脉冲充电，对小容量电池充电脉冲宽度比大容量电池充电的脉冲宽度小。

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