CN1658427A - 可再充电电池的充电方法及其充电装置 - Google Patents

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Abstract

可以更稳定和更快速满充电的可再充电电池充电方法和充电装置。可再充电电池充电方法的一个实施例包括通过施加恒流对电池充电，和然后通过施加具有均匀脉冲宽度的恒流脉冲对电池充电。该充电方法还包括通过基于电池端子上的电压施加或中断恒流从而施加动态恒流脉冲来对电池充电。

Description

可再充电电池的充电方法及其充电装置
技术领域
本发明涉及一种可再充电电池的充电方法及其充电装置，特别涉及利用恒流和恒流脉冲的可再充电电池的充电方法和充电装置。
背景技术
通常，一旦放电后就不能再使用的电池称为一次电池，而即使在放电后也还能再充电和再使用的电池称为二次电池。
最近，由于便携式装置例如移动电话、便携式音频装置和数码相机已经普及，因此对可再充电电池的需求迅速增加了。用于这些便携式装置的可再充电电池典型地要求稳定性高和厚度小，从而电池便于携带。此外，这种可再充电电池要求快速和完全的充电，从而提供充足的耐用性。
这些便携式装置中使用的可再充电电池典型的充电方法是恒流模式-恒压模式充电方法(此后称为“CC-CV充电方法”)。CC-CV充电方法是这样一种方法，用恒流对可再充电电池充电，直到电池电压上升到接近满充电电位，然后用恒压对电池充电。
已经研究了比这种CC-CV充电方法能实现更精确和更快速的满充电的充电方法。作为这些充电方法的一个示例，美国专利No.4,736,150公开了一种电池充电方法，通过以1ms到9s的间隔对电池施加频率范围为0.1到10赫兹的脉冲电流对电池充电。由于使用特定振幅和频率的电流对电池充电，所以这种方法具有延长电池寿命的优点。但是，由于在整个充电周期中都通过对电池施加脉冲电流来对电池充电，所以这种方法具有充电时间长的缺点。
美国专利No.3,938,019公开了一种电池充电方法，通过对电池施加恒流直到电池充电电压达到预定电压，然后，对电池施加恒流脉冲。该方法能够比美国专利No.4,736,150中公开的方法更快和更完全地充电。
随着具有高功耗的各种便携式装置快速增多，对这些装置使用的电池的关注在持续上升。因此，需要改善充电方法和充电装置，以实现更快和更稳定的满充电。
发明内容
在本发明的一个实施例中，首先通过施加恒流对电池充电，然后通过在特定时期内施加具有预定脉冲宽度的恒流脉冲对电池充电。然后通过基于电池端子上的电压施加或中断恒流于是施加恒流脉冲对电池充电。
在一个示例性实施例中，当电池端子上的电压处于或高于第一电压时中断恒流；然后当电池端子上的电压处于或者低于第二电压时施加恒流脉冲，其中第二电压低于第一电压。
在另一个实施例中，首先通过施加恒流对电池充电，然后通过基于电池端子上的电压施加或中断恒流于是施加恒流脉冲对电池充电。然后通过在特定时期内施加具有预定脉冲的恒流脉冲来对电池充电。
在示例性实施例中，当电池端子上的电压处于或者高于第一电压时中断恒流，和当电池端子上的电压处于或者低于第二电压时施加恒流，其中第二电压低于第一电压。
根据另一实施例，提供了一种通过施加恒流对可再充电电池充电的装置。该装置包括电压检测器、开关装置和充电控制器。电压检测器检测电池端子上的电压。开关装置控制施加或中断恒流。充电控制器通过基于电压检测器检测到的电压控制开关装置来控制电池的充电。
在示例性实施例中，充电控制器当电压检测器检测到的电压为第一电压时控制开关装置切断，当电压检测器检测到的电压为第二电压时控制开关装置接通，其中第二电压低于第一电压。
在示例性实施例中，该充电装置还包括用于检测满充电信号的满充电检测器。充电控制器控制电池的充电，直到接收到满充电检测器检测到的满充电信号。
附图说明
图1是示出利用根据本发明示例性实施例的充电方法可再充电电池的充电电压随时间变化的符号图。
图2A是图1的静态恒定脉冲周期(t1)的电压图的替代性实施例。
图2B是与图2A的电压图相应的电流图。
图3A是图1的动态恒定脉冲周期(t2)的电压图的替代性实施例。
图3B是与图3A的电压图相应的电流图。
图4是示出对于根据本发明另一示例性实施例的充电方法可再充电电池的充电电压随时间变化的符号图。
图5是根据本发明另一示例性实施例的充电装置结构的方框图。
具体实施方式
在随后的详细说明中，仅仅通过图解示出和说明了本发明的某些示例性实施例。如本领域技术人员将理解的，所述的示例性实施例可以以不同的方式进行修改，所有的都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和说明都应当看作只是本质上解释性的，而不是限制性的。在附图中，为了清楚地呈现本发明的主旨，省略了与本发明无关的元件的图解。在说明书中，即使是在不同的附图中描述，也用相同的附图标记表示相同或者相似的元件。
图1是示出根据本发明第一实施例的充电方法中可再充电电池的充电电压随时间变化的符号图。该第一实施例包括恒流期，在恒流期中，施加恒流，直到电池端子上的电压(此后称为“电池电压”)达到预定电压V1。当电池电压达到预定电压V1时，其中施加恒流脉冲的恒流脉冲期开始。恒流脉冲期包括静态恒流脉冲期(t1)和动态恒流脉冲期(t2)。
图2A和2B示出图1的静态恒流脉冲期(t1)的替代性电流和电压图，在静态恒流脉冲期间，通过以和电池电压无关的均匀间隔切断开关装置来施加具有均匀脉冲宽度的静态恒流脉冲。在恒流期之后当电池电压达到V1时，静态恒流脉冲期(t1)开始。示出了静态恒流脉冲期(t1)间的电池电压和静态恒流脉冲期(t1)内施加的充电电流。
当恒流期后电池电压(图2A)达到V1时，在断开时间期间切断开关装置140(图5所示的)来中断充电电流(图2B)。然后在断开时间之后的接通时间期间，接通开关装置来施加充电电流(图2B)。通过重复断开时间和接通时间产生的静态恒流脉冲型充电电流来对电池充电。
参考图3A和3B，示出了图1的动态恒流脉冲期(t2)的替代性电压和电流图。在动态恒流脉冲期内，通过基于检测到的电池电压接通和切断开关装置来施加动态恒流脉冲。在静态恒流脉冲期(t1)之后开始该周期。当电池电压在静态恒流脉冲期(t1)后达到V2时，施加动态恒流脉冲(t2)，直到电池满充电。使用通过当检测到的电池电压高于V2时切断开关装置、当检测到的电池电压低于V1时接通开关装置而产生的恒流脉冲对电池充电。即，通过其宽度根据电池电压变化的动态恒流脉冲对电池充电。
例如，当用预定时间间隔检测的电池电压是V1或低于V1时，接通开关装置。当用预定时间间隔检测的电池电压是V2或高于V2时，切断开关装置。
在动态恒流脉冲期(t2)内，当电池电压达到V2时切断开关装置，当电池电压达到V1时接通开关装置。即，施加如图3B所示的充电电流。在动态恒流脉冲期(t2)的开始阶段(1循环)，电压达到V2所需的时间周期(TON)比电压降回到V1所需的时间周期(TOFF)更长。相反，在动态恒流脉冲期(t2)的结束阶段(3循环)，电压达到V2所需的时间周期(TON)比电压降回到V1所需的时间周期(TOFF)更短。换句话说，随着充电接近满充电，电池电压迅速地从V1充电到V2，而且当切断开关装置时电池电压从V2下降到V1所需的时间更长。这样获得了可靠和有效的满充电。
以下的表1示出根据本发明第一实施例改变静态恒流脉冲的条件得到的充电时间测量结果。
表1
测试号     恒流(分钟)          静态恒流脉冲  动态恒流脉冲t2(分钟)   总时间(分钟)
 接通/中断(毫秒)   t1(分钟)
    1     57.8     500/125     17.8     33.4    109
    2     59.0     375/125     18.0     32.0    109
    3     56.7     250/125     19.5     30.8    107
    4     56.5     125/125     39.6     14.9    111
在表1的第1个测试中，通过使开关装置接通500毫秒、切断125毫秒产生静态恒流脉冲。类似地，在表1的第2到4个测试中，通过使开关装置分别接通375毫秒、250毫秒和125毫秒和切断125毫秒来产生静态恒流脉冲。
该恒流脉冲期包括其中施加静态恒流脉冲的静态恒流脉冲期和其中施加动态恒流脉冲的动态恒流脉冲期。通过如表1所示地设定这些周期，可以缩短充电时间。
现在将参考图4详细说明根据本发明第二实施例的充电方法。该实施例不同于上述第一实施例的是，电池首先在动态恒流脉冲期(t2)内充电，接着在静态恒流脉冲期(t1)期间充电。表2示出根据本发明第二实施例改变静态恒流脉冲的条件时测量的充电时间。
表2
测试号  动态恒流脉冲t2(分钟)    恒流(分钟)         静态恒流脉冲   总时间(分钟)
 接通/中断(毫秒)   t1(分钟)
    1     57.8    33.4     500/125     17.8    109
    2     59.0    32.0     375/125     18.0    109
    3     56.7    30.8     250/125     19.5    107
    4     56.5    14.9     125/125     39.6    111
如表2可以看出，第二实施例给出了与第一实施例相似的结果。即，象第一实施例一样，第二实施例由于缩短了充电时间而可以实现快速充电。由于通过根据测量到的电池电压控制开关装置而在动态恒流脉冲期间对电池充电，所以该电池可以更快和更有效地充电。
图5是示出用于执行上述根据本发明的充电方法的充电装置结构的一个实施例的方框图。该充电装置100包括用于检测电池电压的电压检测器110、用于检测满充电的满充电检测器130、开关装置140、用于接收来自电压检测器110的信号并通过控制开关装置140来控制电池充电的充电控制器120以及用于对电池充电的充电单元150。
在图1、3A和3B所示实施例的动态恒流脉冲期(t2)期间，电压检测器110检测电池电压并向充电控制器120传送检测到的电压。充电控制器120基于电压检测器110检测到的电池电压，对充电单元150施加恒流直到电池电压变为V2。然后，当电压检测器110检测到的电池电压变为V2时，控制开关装置140，使得施加给充电单元120的恒流被中断。换句话说，充电控制器120控制开关装置140，当电池电压达到V2时使其切断，当电池电压达到V1时使其接通，使得施加给充电单元150的电流是动态恒流脉冲。
在通过以这种方式施加动态恒流脉冲对电池充电后，一旦收到来自满充电检测器130的表示满充电的信号，充电控制器120控制充电单元150结束充电操作。当动态恒流脉冲的几个接通时间(TON)的平均值降低到预定值以下时，满充电检测器130可能会检测满充电状态。“接通时间”是对电池施加动态恒流的时间。例如，可以通过包括最近的10个脉冲来确定接通时间的平均值。当检测到满充电状态时，满充电检测器130可以向充电控制器120传送表示满充电的信号。
此外，分别对于图1和4所示的实施例的动态恒流脉冲期(t2)或静态恒流脉冲期(t1)期间，满充电检测器130可以使用任何通用的检测方法来检测电池的满充电状态。
如上面的说明那样很清楚，通过施加恒流和具有基于测量到的电池电压确定的脉冲宽度和频率的恒流脉冲，对可再充电电池充电，可以快速、有效和更稳定地对可再充电电池满充电。
当在电池中发生未预料到的电压降时，通过施加具有基于测量到的电池电压确定的脉冲宽度和频率的动态恒流脉冲对电池充电，可以防止当仅通过具有预定脉冲宽度和频率的静态恒流脉冲对电池充电时典型发生的错误。
尽管结合某些示例性实施例说明了本发明，但是，应该理解本发明不限于公开的实施例，相反，本发明意在覆盖所附的权利要求书的精神和范围内包括的各种修改和等价配置。
本申请要求并受益于2003年12月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2003-0095613的优先权，其全部内容在此引作参考。

Claims (13)

1.一种可再充电电池的充电方法，包括：
a)通过施加恒流对电池进行第一充电；
b)通过基于预定脉冲宽度和时间周期施加或中断恒流对电池进行第二充电；和
c)通过基于电池端子上的电压施加或中断恒流对电池进行第三充电。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第三充电包括：
当电池端子上的电压处于或者高于第一电压时中断恒流；和
当电池端子上的电压处于或者低于第二电压时施加恒流，其中第二电压低于第一电压。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第三充电包括多个循环，每个循环由施加周期和中断周期构成。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第二充电包括多个循环，每个循环由施加周期和中断周期构成。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述施加周期比所述中断周期更长。
6.一种可再充电电池的充电方法，包括：
a)通过施加恒流对电池进行第一充电；
b)通过基于电池端子上的电压施加或中断恒流对电池进行第二充电；和
c)通过基于预定脉冲宽度和时间周期施加或中断恒流对电池进行第三充电。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述第二充电包括：
当电池端子上的电压处于或者高于第一电压时中断恒流；和
当电池端子上的电压处于或者低于第二电压时施加恒流，其中第二电压低于第一电压。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述第二充电包括多个循环，每个循环包括施加周期和中断周期。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述第三充电包括多个循环，每个循环包括施加周期和中断周期。
10.如权利要求8的方法，其中施加周期比中断周期更长。
11.一种用于通过施加恒流对可再充电电池充电的装置，包括：
用于检测电池端子上的电压的电压检测器；
用于控制对电池施加或中断恒流的开关装置；和
耦合到开关装置和电压检测器、用于基于电压检测器检测到的电压控制开关装置的充电控制器。
12.如权利要求11所述的装置，其中当电压检测器检测到的电压处于或者高于第一电压时充电控制器控制开关装置切断，当电压检测器检测到的电压处于或者低于第二电压时充电控制器控制开关装置接通，第二电压低于第一电压。
13.如权利要求11所述的装置，其中所述充电装置还包括用于检测满充电信号的满充电检测器，
其中所述充电控制器控制开关装置对电池充电，直到接收到满充电检测器检测到的满充电信号。
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