CN1578053A - 充电设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种充电设备，该充电设备使用具有相对较简单的构造的充电控制定时器，即使充电电流值相对较小在检测二次电池的过充电的同时该充电设备仍然能够防止二次电池的过充电。在定时器的预设终止时间周期上断开充电的充电设备具有可变控制器，如果在达到定时器的预设终止时间之前被中断的充电操作重新再次开始则该可变控制器响应被中断的时间控制定时器的预设终止时间周期。

Description

充电设备

相关申请的交叉引用

本申请要求以2003年7月2在日本专利局申请的在先文件No2003-190644的优先权，在此将它的全部内容以引用参考的方式并入在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种充电设备，更具体地说，涉及一种能够以相对较小的充电电流进行充电的充电设备。

背景技术

在对二次电池比如镍金属氢化物电池等进行充电的充电设备中，通常使用例如充电控制定时器以在充电操作开始后的预定恒定时间周期时结束充电操作(参见日本专利申请出版物No.S63-194533)。可替换地，可以基于通过检测在充电过程中如下的现象达到了满充电的判断而结束充电：在正充电的二次电池的电压上的负增量V值(-ΔV检测)、电池的温度上升的梯度(dT/dt检测)、电池的温度上升的上限(TCO检测)等。

然而，在经过了预定的时间周期之后终止充电的情况下，如果在这种电池的使用或充电操作中断之后对二次电池进行再充电，则使充电控制定时器复位而不管通过放电所降低的二次电池的电池容量的量，由此在终止之前从充电操作重新开始起再次实施相同的预定恒定时间周期的充电操作。

恒定充电时间周期通常设定为对二次电池充电适合的时间，该二次电池已经放电到最后的放电电压并返回到它的额定容量。

因此，如果在放电到最后放电电压之前通过开始整个充电操作而重复充电操作，则可能对电池过充电，由此带来的不方便是可能导致降低二次电池的性能。

日本专利申请出版物No.S194533也公开了在二次电池的充电操作的过程中在交流电源等的短暂的断开的情况下不使定时器复位的技术，但在二次电池从充电器取下时使该定时器复位。

发明内容

另一方面，为了检测诸如负增量V值、电池的温度上升的梯度、电池的温度上升的上限等的现象，充电电流必须相对较大，即至少0.5CmA或更大(这里C是二次电池的额定容量)，由此不适合于具有较小的充电电流的充电设备。

此外，由于这些现象对于检测满充电状态不一定准确可靠，因此这些现象和充电控制定时器普通一起使用，由此带来了上述的不方便。

因此，理想的是提供一种使用控制定时器的充电设备，该充电设备具有相对简单结构的构造并且即使充电电流相对较小也能够检测二次电池的过充电。考虑到这些情况做出了本发明。

根据本发明的一种实施例，提供一种在定时器的预设终止时间周期上停止充电操作的充电设备。以可变控制装置提供充电操作，如果在达到定时器的预设终止时间周期之前被中断的充电操作重新开始了则该可变控制装置响应被中断的时间控制预设终止时间周期。

根据本实施例，该充电设备具有可变控制装置，如果在达到定时器的预设终止时间周期之前被中断的充电操作重新开始了则该可变控制装置响应被中断的时间控制预设终止时间周期。因此，即使充电一旦被中断并重新开始，因为响应被中断的时间或在中断期间二次电池的放电时间调整充电时间，仍然可以防止过充电。

附图说明

通过下文结合附图对本发明的当前优选的实例性实施例的描述将会更加清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中：

附图1所示为根据本发明的充电设备的一个实施例的电路示意图；

附图2所示为描述本发明的一个实施例的操作的流程图；

附图3所示为描述本发明的一个实施例的曲线图；

附图4所示为描述本发明的一个实施例的曲线图；

附图5所示为描述本发明的一个实施例的曲线图；

附图6所示为描述本发明的一个实施例的图表；

附图7所示为说明本发明的另一实施例的附图。

具体实施方式

现在参考附图描述根据本发明的充电设备的实施例。

附图1所示为根据本实施例的充电设备的构造的实例，在附图1中，标号1表示被构造成根据来自二次电池2的电功率运行的电设备，标号3表示功率开关，标号4表示电设备1的电路。

此外，标号5a和标号5b是被设计成分别连接到专用于电设备1的充电设备10的一个和另一个输出端子10a和10b的一个和另一个充电端子。一个充电端子5a通过反向电流保护二极管6连接到二次电池2的正电极，而二次电池2的负电极连接到其它充电终端5b。

充电设备10专用于电设备1，它具有包括构成充电控制定时器的计数器11a的充电控制微型计算机11。

充电控制微型计算机11的二次电池检测端口11b连接到npn-型晶体管12的集电极，然后该晶体管通过电阻器13连接到微型计算机14的电源端以输送正直流电压。晶体管12的发射极连接到地端并也连接到其它的输出端子10b。来自微型计算机14的电源端的电功率输送给充电控制微型计算机11。

如果二次电池检测端口11b为高电平“1”则充电控制微型计算机11判断二次电池2没有连接，而如果二次电池检测端口11b为低电平“0”则判断连接了二次电池2。

电阻器13连接在晶体管12的基极和发射器之间，晶体管12的基极通过电阻器16连接到pnp-晶体管17的集电极。

晶体管17的发射极连接到电源端子19，该电源端子通过电阻器18输送正直流电压，晶体管17的集电极通过电阻器20连接到地端。

电阻器21连接在晶体管17的基极和发射极之间，晶体管17的基极通过电阻器22也连接到一个输出端子10a。

在这种情况下，在一个和另一个输出端子10a和10b连接一个和另一个充电端子5a和5b时，晶体管17接通，晶体管12也接通以使二次电池检测端口11b变为低电平“0”。

此外，充电控制微型计算机11的充电控制端口11c通过电阻器23连接npn-型晶体管24的基极，晶体管24的集电极通过电阻器25和齐纳二极管26的串联电路连接到电源端子19。

晶体管24的发射极连接到地端，电阻器27连接在晶体管24的基极和发射极之间。

齐纳二极管26和电阻器25的连接点连接到pnp-型晶体管28的基极，晶体管28的发射极通过电阻器29连接到电源端子19，电阻器30连接在晶体管28的发射极和集电极之间。晶体管28的集电极连接到一个输出端子10a。

在这种情况下，在充电控制微型计算机11检测到二次电池2连接在一个和另一个输出端组10a和10b之间时，充电控制端口11c变为高电平“1”，晶体管24接通以给晶体管28输送偏置电流，由此使晶体管给二次电池2输送充电电流。

这时，由于晶体管28的偏置电压由连接到晶体管28的基极的齐纳二极管26决定，因此晶体管到28的偏置电压保持不变，而与二次电池2的电压无关。在电阻器30的电阻R2被设置成比电阻器29的电阻R1足够大(即R2＞＞R1)的情况下，充电电流(恒定电流)由齐纳二极管26的齐纳电压Vz、晶体管28的内部二极管的阈值电压Vf分量和电阻器29的电阻R1决定。

充电电流Ic由下式决定：

Ic＝(Vz-Vf)/R1

如果二次电池2的额定容量是C，则通过连续充电满充电所要求的充电时间是Tcf，充电容量是额定容量的130％，则得到下面的关系式：

C×1.3＝Ic×Tcf

现在参考附图2的流程图和附图3至附图5描述充电操作。

首先，在附图3所示的连续充电的情况下进行描述。在充电设备10的电源接通时，在连续充电过程中对二次电池2满充电所要求的满充电时间Tcf作为初始值被设定到在充电控制微型计算机11中的计数器11a(步骤S1)。

然后，判断充电控制微型计算机11的二次电池检测端口11b是否是低电平“0”，即二次电池2是否连接(步骤S2)。随后，计数器11a递减(步骤S3)并判断二次电池2是否仍然保持连接(步骤S4)。在如附图3所示的连续充电的情况下，这些步骤S3和S4重复直到计数器11a达到“0”。

在本实施例中，如果确定计数器11a变为“0”(步骤S5)，则完成正常的充电并在此后实施涓流充电(步骤S6)。

在这种情况下，判断二次电池2是否连接(步骤S7)，只要二次电池2仍然保持连接就继续涓流充电。

这是因为，由于如果它未使用地离开则在二次电池2中发生自放电，因此在本实施例中在满充电(满充电条件)之后，实施涓流充电以补偿自放电。

一般地，二次电池每天(24小时)的自放电量是额定容量的百分之几。在本实施例中，以脉冲充电的方式实施涓流充电。

在这时，如果二次电池2的自放电量为N％，二次电池2的额定容量是C(mAh)，并且在涓流充电中的平均充电电流是Ict(mA)，则每天自放电量是C×0.01N和平均充电流Ict(mA)由下式给出：

Ict＝(C×0.01N)/24

此外，如果正常充电电流值是Ic(mA)，操作时间是T，则自放电可以通过高电平时间T和低电平时间{(Ic-Tct)/Ict}T的脉冲的脉冲式充电(涓流充电)补偿。

通过从在附图1中的充电控制微型计算机11的充电控制端口11c中输出如附图6中所示的脉冲以使晶体管24接通和切断而实现涓流充电。

在涓流充电的过程中，在充电控制微型计算机11中的计数器11a的计数值是“0”。

在附图2中所示的流程图中，在任何时候在电设备1从充电设备10中取下由此将二次电池2从充电设备10中断开(在步骤S4、S7)时，它进行到步骤S8，在步骤S8中计数器11a的计数值递增(注意，计数器11a的最大值等于Tcf的计数值)。

在这种情况下，判断二次电池2是否连接(步骤S9)。如果二次电池没有连接，则判断计数器11a的计数值是否已经达到Tcf(步骤S10)。如果计数值还没有达到Tcf，则计数器11a的计数值递增直到二次电池2再次连接。

如果二次电池2再次连接，则它进行到步骤S3。在另一方面，在步骤S10中如果计数器11a的计数值已达到Tcf，则进行到步骤S2。

由于电设备1被假设为在电设备1从充电设备10断开时使用，因此二次电池2根据该时间放电。因此，除了进行满充电所要求的计算时间的充电之外，通过实施补充充电以补充在电设备1断开时放电的二次电池2的电池容量的降低来防止过充电。

在这种情况下，如果从充电设备10给二次电池2充电的充电电流等于从二次电池2给电设备1放电的放电电流，则二次电池2的电池容量的降低的补偿通过将充电时间设定为等于在电设备1从充电设备10断开(使放电)时的时间而实现。

在再次检测二次电池时(步骤S9)，由于计数器11a的计数值递增等于电设备1断开的时间(步骤S8)，实施等于{(计数器11a的增加的计数值)+(在电设备1断开时的计数器11a的计数值)}的时间(即{(在电设备1被断开的时间)+(在电设备1被断开的时间时的剩余充电时间)}的时间)的充电。

如附图4和5所示，在电设备1在任何条件下从充电设备10断开的情况下(在步骤S4、S7)，根据需要反复地实施前述控制多次。

继续进行描述，假设在自在附图4、附图5中所示的充电开始之后的时间Tc之后通过断开电设备1而中断充电(注意：在充电的过程中递减计数器11a的计数值)。由于计数器11a的计数值递减到等于在电设备1断开以中断充电时的时间Tc，因此剩余充电时间等于在连续充电中与满充电时间Tcf的差值(Tcf-Tc)。

顺便指出，如果使用电设备1时间Td，则二次电池2的电池容量因此降低。因此，在断开电设备1之后重新开始充电时，计数器11a的计数值增加时间Td以便补偿电池容量的降低。

在二次电池2的重新充电开始时，上述的剩余充电时间(Tcf-Tc)与附加的时间Td相加，由此充电等于{(Td-(Tcf-Tc))的时间并避免过充电。

如果电设备1在任何条件下从充电设备10断开(步骤S4、S7)则这种控制根据需要应用多次，通过充电{(电设备1被断开的时间)+(在电设备1被断开时的剩余充电时间)}的时间可以防止过充电。

在上述的描述中，在二次电池2的充电电流和放电电流之间存在任何差值的情况下，通过改变计数器11a的计数值的每单元时间的增量或减量可以实现与前述的防止过充电类似的控制。

即，如果充电电流是Ic，放电电流是Id，以及电设备1断开(为使用)的时间是Td，通过设置计数器11a每单元时间递增量到(Id×Ic)×(计数器11a每单元时间的递增量)，补偿由于电设备1的使用和断开引起的二次电池2的电池容量的降低的充电以等于(Id×Ic)×Td的时间的充电电流Ic实施。

因此，在电设备1一旦断开并实施重新充电时，充电时间是补偿“放电降低的容量”所要求的时间(Id×Ic)×Td和满充电所需要的计算时间(在电设备1断开时剩余充电时间)的总和。

在二次电池的一般满充电检测***比如负增量V(-ΔV检测)、在电池中的温度上升的梯度(dT/dt检测)、电池的温度上限(TCO检测)等中，要求至少0.5CmA或更大的充电电流。然而，由于在本实施例中对充电时间进行控制，因此可以获得即使在相对较小的充电电流比如大约0.1C mA下仍然具有能够防止过充电的功能的充电设备。

此外，根据本实施例，由于充电和放电引起的二次电池2的电池容量的增加和降低转换为充电和放电时间，因此可以以相对简单的结构实现可靠的且稳定的过充电保护，这种简单的结构不要求监测二次电池2的电压的结构。

附图7所示为本发明的另一实施例。为描述附图7，对应于附图1的部分具有相同的参考标号，因此省去了对它们的详细描述。

在附图7中，在附图1中的实施例中的充电控制微型计算机11设置在电设备1中并且充电设备10受充电控制微型计算机11控制。在本实施例中，电设备的功率开关3和电路4的连接点连接到充电控制微型计算机11的电设备使用检测端口11e以确定在功率开关3接通时该电设备正在使用。此外，从二次电池2给充电控制微型计算机11输送功率并通过接通或切断功率开关3不使在充电控制微型计算机11中的计数器11a复位。

此外，充电设备10具有给输出端子10a，10b输出充电电流的恒定电流产生电路40。恒定电流产生电路40的充电控制端子10c连接到充电控制微型计算机11的充电控制端口11c，以便通过充电控制微型计算机11控制恒定电流产生电路40，同时恒定电流产生电路40的充电检测端子10d连接到充电控制微型计算机11的充电检测端口11d，由此通知充电控制微型计算机11是否在对二次电池充电。

在充电控制微型计算机11中，如果二次电池2的充电由充电检测端口11d检测，则计数器11a的计数值递减。如果检测到没有充电，则计数器11a的计数值递增。

其它结构与在附图1中的实施例相同。容易理解的是与附图1中的实施例相同的功能和效果也可以通过附图7中的实施例实现。

应该理解的是在本领域中的普通技术人员根据设计要求和其它因素可以做出各种改进、组合和替换，只要它们在附加的权利要求及其等效物的范围内。

根据本发明的实施例，由于基于充电和放电时间控制二次电池的充电和放电，因此即使充电电流相对较小比如大约0.1CmA仍然能够实现具有过充电防止功能的充电设备。

此外，根据本发明的实施例，由于由充电和放电引起的二次电池的电池容量的增加或降低转换为充电和放电时间，因此可以以相对简单的结构实现可靠的且稳定的过充电保护，这种简单的结构不要求监测二次电池的电压的结构。

Claims (4)

1.一种在定时器的预设终止时间周期上停止充电操作的充电设备，该充电设备包括：

可变控制装置，如果在达到定时器的预设终止时间周期之前充电操作被中断则该可变控制装置响应被中断的时间控制预设终止时间周期。

2.根据权利要求1所述的充电设备，其中在定时器的终止时间周期之后该充电设备继续涓流充电。

3.根据权利要求2所述的充电设备，其中在定时器的终止时间周期之后的涓流充电是脉冲式充电。

4.一种在定时器的预设终止时间周期上停止充电操作的充电设备，该充电设备包括：

可变控制器，如果在达到定时器的预设终止时间周期之前充电操作被中断则该可变控制器响应被中断的时间控制预设终止时间周期。

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