專利名稱：充電裝置及充電檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電池的充電裝置及充電檢測方法，其是利用充電電池內(nèi)阻所消耗的能量特性來檢測充電電池的飽和狀態(tài)。
由于可攜式電子產(chǎn)品的盛行，如手持式無線電話、筆記型電腦等產(chǎn)品與人們的生活息息相關(guān)，因而，這些產(chǎn)品的各項功能不斷被強(qiáng)化，已漸趨于滿足廣大消費(fèi)者，但用于這些產(chǎn)品的電池方面的改進(jìn)卻跟不上產(chǎn)品的發(fā)展，特別是電池的充電時間較長，是這類產(chǎn)品的一大缺陷。


圖1為充電電池的電流固定在2500毫安培，電池的環(huán)境溫度為攝氏10度、25度及45度時，充電電池的溫度變化、充電電池電壓與充電時間的特性曲線圖；圖中，實線A代表電池環(huán)境溫度為10度時，以充電電流2500毫安培充電時，電池電壓隨充電時間的變化，當(dāng)充電時間到達(dá)80-90分鐘時，充電電壓曲線由10.5伏特平滑升高趨于平穩(wěn)達(dá)到飽和，約近似于12.8伏特；實線B代表電池環(huán)境溫度為10度時，以充電電流2500毫安培充電時，電池溫度隨充電時間的變化，當(dāng)充電時間到達(dá)80-90分鐘時，電池溫度曲線則由攝氏10度平穩(wěn)升高，充電時間到達(dá)30-80分鐘之間，電池溫度曲線則趨于平坦，當(dāng)充電時間到達(dá)80-90分鐘時，亦即上述充電電壓已趨于飽和，此時，電池溫度曲線急速上升；虛線C代表電池環(huán)境溫度為25度時，充電電流仍為2500毫安培充電時，電池電壓曲線由10.5伏特平滑升高趨于平穩(wěn)達(dá)到飽和，約近似于12.5伏特；虛線D代表電池環(huán)境溫度為25度時，充電電流仍固定為2500毫安培，充電時，電池溫度曲線則由攝氏25度平穩(wěn)升高，充電時間到達(dá)30-80分鐘之間時，電池溫度曲線則趨于平坦，當(dāng)充電時間到達(dá)80-90分鐘時，充電電壓已趨于飽和，此時，電池溫度曲線急速上升；虛線E、F則分別代表電池環(huán)境溫度為45度時，電池電壓特性曲線及電池溫度特性曲線。
根據(jù)上述曲線可知，充電時，電池溫度隨周圍環(huán)境溫度的增高而增高，電池充電電壓則隨周圍環(huán)境溫度的增高而遞減；當(dāng)充電電壓曲線由平滑升高趨于平穩(wěn)達(dá)到飽和時，電池溫度則由平穩(wěn)瞬間升高；因該充電電池飽和電壓會隨電池周圍環(huán)境溫度的變動而有所不同，故無法作為電池充電飽和的判定度量。
鑒于上述電池的充電特性，現(xiàn)行電池充電檢測裝置則利用固定周期時間，量測充電電池的溫度是否驟升，亦即充電電池上升溫度斜率是否變大，作為充電電池是否飽和的判定。
如圖2所示，其為僅改變圖1的充電電流為1000毫安培的電池，其周圍環(huán)境溫度仍為攝氏10度、25度、45度時，圖2中的實線A’代表電池周圍環(huán)境溫度為10度時，以1000毫安培的充電電流充電；亦即僅改變圖1中的實線A的充電電流由2500毫安變?yōu)?000毫安，該電壓充飽和的時間由圖1的充電時間為80分鐘延長為200分鐘，飽和電壓由圖1的12.8伏特降為12.3伏特；實線B’則對應(yīng)實線A’的變化，于充電時間為200分鐘時；亦即實線A’電池充電電壓趨于飽和時，電池溫度曲線斜率驟然變大。虛線C’、D’及E’、F’則分別對應(yīng)圖1中的虛線C、D及E、F，僅改變充電電流由2500毫安變?yōu)?000毫安。
由圖1及圖2可知，除電池周圍環(huán)境溫度外，充電電流的大小亦會造成充電電池飽和電壓及時間有所變動，充電電流越大則充電時間越短，充電電流越小則充電時間越長；且充電電流越小，因充電時間拉長，電池溫度曲線越平坦；若電流過小則電池溫度曲線即使在即將飽和狀態(tài)時，仍趨于平坦，這時，將無法判定電池是否充飽和；若電流過大，則將造成電池?zé)o法承受而燒壞。
如圖3所示，其為現(xiàn)行鎳氫及鎳鎘電池的充電電路框圖；一開始由變壓裝置31，將電源由交流電壓轉(zhuǎn)換為固定的直流電壓，供應(yīng)給用電裝置32及充電電路37，充電電路37包括一直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33，用以將變壓裝置31所提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為直流電流后，經(jīng)由電流感應(yīng)裝置34，對充電電池35進(jìn)行充電；同時，利用檢測裝置36量測充電電池35固定時間的溫度變化量，以決定是否通知直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33停止充電。
如圖4所示，其接續(xù)圖3為現(xiàn)行電流充電方法的流程圖；一開始，步驟41重置時間t，步驟42累加時間t直至步驟43一固定時間參考值T后，再經(jīng)由步驟44判斷電池溫度上升斜率dT，直至大于一個固定參考值N后，完成充電操作，否則回到步驟41重置時間t為零；由上述可知，目前檢測電流充電電池是否充飽和，是利用充電電池在定電流充電情況下，充到飽和時的溫度會上升很快，也就是溫度上升的斜率變大，所以每隔一段固定時間量測電池溫度上升的變化量就可以判斷是否充飽和。
由圖1、圖2可知，充電電流越大則充電時間越短，但充電電流大小仍須限定在電池最大的充電電流限制內(nèi)?，F(xiàn)行許多可攜式裝置，如筆記型電腦，為使各裝置，能在充電時同時操作，如中央處理器(CPU)，有足夠的功率運(yùn)作，通常提供電池的充電電流大都采用最小充電電流，如筆記型電腦中的鎳氫電池及鎳鎘電池，其充電電流通常維持在1000毫安培左右，最大充電電流可達(dá)2500毫安培。因此，即使用電裝置32中的各元件閑置時，不耗用電流，多余的電流仍無法提供作充電電流；若使多余的電流隨時加入該充電電流，因電流大小驟變致使溫度的斜率變化不定，因此，現(xiàn)行采用固定時間檢測電池溫度上升的斜率的方法判定飽和與否，易產(chǎn)生誤判。
本發(fā)明的目的在于提供一種利用充電電池內(nèi)阻所消耗的能量特性來檢測充電電池的飽和狀態(tài)的電池的充電裝置及充電檢測方法。
本發(fā)明是針對電池等效內(nèi)阻特性，不論充電電流的大小，其流過電池內(nèi)阻都會產(chǎn)生一對應(yīng)的熱能，該熱能對應(yīng)一能量值，相反地，該能量參考值，亦對應(yīng)該內(nèi)阻所流過的一電流值，如圖1及圖2所示，當(dāng)電池即將飽和時，充電電池溫度驟升，即該電池內(nèi)阻消耗的熱能會驟升，上述固定熱能會對應(yīng)一固定的能量參考值，因此，當(dāng)充入固定能量達(dá)到參考值時，測量電池在該期間溫度上升的斜率，即可正確判斷電池是否達(dá)到飽和狀況；這樣，可避免以固定時間判斷充電電池溫度變化時，因電流不斷的變動而造成電池溫度的驟升后平坦，因而，所量測的時間點(diǎn)的溫度誤判成其溫度斜率已達(dá)一固定溫度斜率參考值，誤以為完成充電操作。
以隨機(jī)變動電流大小的方式充電，充電電池中等效內(nèi)阻所消耗的能量值與充電電流的大小成正比；當(dāng)充電電流越大，其所消耗的能量越大，亦即可利用一固定時間，針對充電電流值取樣的總和，即可得知該等效內(nèi)阻中所消耗的能量值是否已達(dá)到至一固定能量參考值。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)措施本發(fā)明的一種充電裝置，包括感應(yīng)裝置、充電電路及檢測裝置；感應(yīng)裝置包括一第一感應(yīng)裝置及一第二感應(yīng)裝置；充電電路包括依次連接的控制裝置、第二感應(yīng)裝置及充電電池；第一感應(yīng)裝置連接控制裝置，檢測裝置連接充電電池及控制裝置；第一感應(yīng)裝置根據(jù)一電源產(chǎn)生一個第一感測信號；控制裝置根據(jù)第一感測信號轉(zhuǎn)換電源為一電流信號；第二感應(yīng)裝置，以控制裝置產(chǎn)生的電流信號對電池進(jìn)行充電，并根據(jù)電流信號的電流量，產(chǎn)生一個第二感測信號；檢測裝置用以接收一第三感測信號；檢測裝置是根據(jù)該第二感測信號與第三感測信號，終止控制裝置產(chǎn)生電流信號。
其中，所述檢測裝置可包括相互連接的一個第一檢測裝置及一個第二檢測裝置；第二檢測裝置連接所述充電電池及控制裝置；第一檢測裝置累計第二感測信號至一個第一參考值后，重置該累計值為零，并持續(xù)進(jìn)行累計；第二檢測裝置根據(jù)第一檢測裝置累計值從零至該參考值時，判定所述第三感測信號的變化是否滿足一個第二參考值，以判定是否終止所述控制裝置產(chǎn)生電流信號。
其中，所述控制裝置可為一個直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置，其轉(zhuǎn)換的電流信號限定在所述電池所能承受的最大電流范圍內(nèi)。
其中，所述直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換的電流信號限定在所述電池所能表現(xiàn)飽和前所述電池溫度驟升的最小電流范圍內(nèi)。
其中，所述檢測裝置包括軟件。
其中，所述電池為具有鎳氫及鎳鎘電池相同特性的電池。
其中，所述第一檢測裝置為累加測量裝置，以累計電流與時間乘積的電荷量至所述第三參考值表示。
其中，所述累加測量裝置為一個積分裝置。
本發(fā)明的一種充電檢測方法，包括下列步驟量測充電電流量；累計充電電流量達(dá)到所述第一參考值時，重置累計量為零后，持續(xù)累計；根據(jù)累計值從零至參考值時，判定電池溫度的變化是否滿足所述第二參考值，以判定是否終止充電。
其中，所述累計步驟中可以累計電流與時間乘積的電荷量。
本發(fā)明的一種充電檢測裝置，對電池充電飽和狀態(tài)進(jìn)行檢測，包括一感應(yīng)裝置，用以量測電池充電電流的大小，產(chǎn)生一感測信號；
一第一檢測裝置，累計感測信號至一第一參考值后，重置該累計值為零，并持續(xù)進(jìn)行累計；一第二檢測裝置，根據(jù)第一檢測裝置累計值從零至參考值時，判定電池充電動作狀態(tài)是否已呈飽和狀態(tài)。
其中，所述第一檢測裝置為一個累加測量裝置，第二檢測裝置為一個溫度判斷裝置。
結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及方法特征詳細(xì)說明如下附圖簡單說明圖1充電電流為2500mA及電池環(huán)境溫度為攝氏10度、25度、45度時，電池充電溫度及電池充電電壓與充電時間的關(guān)系曲線圖；圖2充電電流為1000mA及電池環(huán)境溫度為攝氏10度、25度、45度時，電池充電溫度及電池充電電壓與充電時間的關(guān)系曲線圖；圖3現(xiàn)行定電流充電裝置的電路框圖；圖4現(xiàn)行定電流充電檢測方法的流程圖；圖5本發(fā)明不定電流式充電方法的流程圖；圖6本發(fā)明不定電流式電流充電裝置的電路框圖；圖7本發(fā)明不定電流式充式電檢測裝置的電路框圖。
如圖5所示，其為本發(fā)明不定電流式充電方法的流程圖；開始步驟51，重置能量參考值E；步驟52，取樣充電電流值；步驟53，累加充電電流值；步驟54，在能量參考值E累加至固定參考值K；步驟55，啟動計時器T1重置為零，繼續(xù)下一階段取樣步驟52，且累加充電電流值步驟53；步驟56，判斷計時器T1是否被啟動且累計時間已到達(dá)熱傳導(dǎo)時間，滿足步驟56判斷條件后進(jìn)入步驟57，關(guān)閉啟動計時器；執(zhí)行步驟58，判斷電池上升溫度斜率dT是否大于一個固定參考值N，若是，則完成充電動作，否則繼續(xù)取樣步驟52，且累加充電電流值步驟53；計時器的使用步驟55、56、57，在于當(dāng)電池內(nèi)阻已累積一固定能量值時，須等待一熱傳導(dǎo)時間后，其所量測的電池溫度方為該固定能量值所產(chǎn)生的結(jié)果。
由上述可知，本發(fā)明中電流充電電池是否充飽和，可適用于電池以隨時變動電流大小的充電情況下，利用充入固定能量參考值時，再接續(xù)判斷電池溫度上升的變化量，以決定充電操作是否結(jié)束或重置能量參考值。
如圖6所示，其為本發(fā)明充電裝置的電路框圖；開始由變壓裝置31供應(yīng)電流給用電裝置32用電及充電電路60充電，并經(jīng)由電流感應(yīng)裝置62將量測電流值給緩沖裝置61；充電電路60包括一個直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33，用以將變壓裝置31所提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為直流電流后，經(jīng)由電流感應(yīng)裝置34對充電電池35進(jìn)行充電；直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33并接收來自緩沖裝置61的量測信號，以隨時變動充電電流大小供給充電電池35；充電同時，利用檢測裝置70經(jīng)由緩沖裝置63量測累積能量參考值至一個固定參考值后，再由檢測裝置70依充電電池35上的熱敏電阻(圖未示)判定電池于累積至該固定能量參考值時的溫度變化量，決定是否通知直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33停止充電。
上述實施例中，第一感應(yīng)裝置即為電流感應(yīng)裝置62，第二感應(yīng)裝置為電流感應(yīng)裝置34，控制裝置為直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33；如圖7所示，其主要表示充電檢測裝置70的電路框圖；檢測裝置70包括一個累加測量裝置71及一個溫度判斷裝置72；累加裝置71用以累計來自緩沖裝置63的充電電流量測值至一固定參考值后，重置累加測量裝置71的累計值為零，并驅(qū)動溫度判斷裝置72，依充電電池35上的熱敏電阻判定累加測量裝置71累計期間的溫度變化量，決定是否通知直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33停止充電；溫度判斷裝置72判定電池充電狀態(tài)已呈飽和狀態(tài)時，可發(fā)出一信號，通知直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置33停止充電。
在圖7所示的實施例中，第一檢測裝置為累加測量裝置71，第二檢測裝置為溫度判斷裝置72；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下效果由于本發(fā)明的充電裝置及充電方法是利用充電電池內(nèi)阻所消耗的能量特性來檢測充電電池的飽和狀態(tài)，充電效率高，并可保證充電電池飽和后及時終止充電，電池充電安全。
權(quán)利要求
1.一種充電裝置，包括感應(yīng)裝置、充電電路及檢測裝置；其特征在于感應(yīng)裝置包括一第一感應(yīng)裝置及一第二感應(yīng)裝置；充電電路包括依次連接的控制裝置、第二感應(yīng)裝置及充電電池；第一感應(yīng)裝置連接控制裝置，檢測裝置連接充電電池及控制裝置；第一感應(yīng)裝置根據(jù)一電源產(chǎn)生一個第一感測信號；控制裝置根據(jù)第一感測信號轉(zhuǎn)換電源為一電流信號；第二感應(yīng)裝置，以控制裝置產(chǎn)生的電流信號對電池進(jìn)行充電，并根據(jù)電流信號的電流量，產(chǎn)生一個第二感測信號；檢測裝置用以接收一第三感測信號；檢測裝置是根據(jù)第二感測信號與第三感測信號，終止控制裝置產(chǎn)生電流信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述檢測裝置包括相互連接的一個第一檢測裝置及一個第二檢測裝置；第二檢測裝置連接所述充電電池及控制裝置；第一檢測裝置累計第二感測信號至一個第一參考值后，重置該累計值為零，并持續(xù)進(jìn)行累計；第二檢測裝置根據(jù)第一檢測裝置累計值從零至該參考值時，判定所述第三感測信號的變化是否滿足一個第二參考值，以判定是否終止所述控制裝置產(chǎn)生電流信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充電裝置，其特征在于，所述控制裝置為一個直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置，其轉(zhuǎn)換的電流信號限定在所述電池所能承受的最大電流范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電裝置，其特征在于，所述直流電壓/電流轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換的電流信號限定在所述電池所能表現(xiàn)飽和前所述電池溫度驟升的最小電流范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述檢測裝置包括軟件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述電池為具有鎳氫及鎳鎘電池相同特性的電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電裝置，其特征在于，所述第一檢測裝置為累加測量裝置，以累計電流與時間乘積的電荷量至所述第三參考值表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電裝置，其特征在于，所述累加測量裝置為一個積分裝置。
9.一種適用于權(quán)利要求1～8的充電檢測方法，其特征在于，包括下列步驟量測充電電流量；累計充電電流量達(dá)到所述第一參考值時，重置累計量為零后，持續(xù)累計；根據(jù)累計值從零至參考值時，判定電池溫度的變化是否滿足所述第二參考值，以判定是否終止充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的充電檢測方法，其特征在于，所述累計步驟中可以累計電流與時間乘積的電荷量。
11.一種充電檢測裝置，對電池充電飽和狀態(tài)進(jìn)行檢測，其特征在于，包括一感應(yīng)裝置，用以量測電池充電電流的大小，產(chǎn)生一感測信號；一第一檢測裝置，累計感測信號至一第一參考值后，重置該累計值為零，并持續(xù)進(jìn)行累計；一第二檢測裝置，根據(jù)第一檢測裝置累計值從零至參考值時，判定電池充電動作狀態(tài)是否已呈飽和狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的充電檢測裝置，其特征在于，所述第一檢測裝置為一個累加測量裝置，第二檢測裝置為一個溫度判斷裝置。
全文摘要
一種電池的充電裝置及充電檢測方法;本裝置包括:感應(yīng)裝置、充電電路及檢測裝置;感應(yīng)裝置包括:第一、二感應(yīng)裝置;充電電路包括:依次連接的控制裝置、第二感應(yīng)裝置及充電電池;第一感應(yīng)裝置連接控制裝置,檢測裝置連接充電電池;本方法包括下列步驟:量測充電電流量;累計充電電流量達(dá)第一參考值時,重置累計量,持續(xù)累計;根據(jù)累計值從零至參考值時,判定電池溫度的變化是否滿足第二參考值,以判定是否終止充電。本發(fā)明充電效率高。
文檔編號G01R31/36GK1338801SQ0012128
公開日2002年3月6日 申請日期2000年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月11日
發(fā)明者許勝安 申請人:宏碁電腦股份有限公司