專利名稱：用來給至少一個(gè)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器進(jìn)行充電的充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按獨(dú)立權(quán)利要求所述的類型的充電器，用來給至少一個(gè)可重復(fù)充 電的能量?jī)?chǔ)存器進(jìn)行充電。
背景技術(shù)：
在充電器中，其用來給可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器進(jìn)行充電的，例如鋰離子電池、鎳 鎘電池、鎳氫電池或鉛蓄電池，應(yīng)用了固定的充電終止電壓，從充電器的內(nèi)阻中得出與充電 電流有關(guān)的電壓降。這導(dǎo)致充電時(shí)間的延長(zhǎng)，并必然會(huì)影響可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的充電率。已知的是，借助傳統(tǒng)的四點(diǎn)測(cè)量來監(jiān)測(cè)和縮短充電進(jìn)程。但可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ) 存器在此與充電器永久相連，因此少量電流會(huì)流過測(cè)量端口，這少量電流會(huì)引起放電。避免 這一問題的方法是應(yīng)用切換裝置，此切換裝置可以把測(cè)量聯(lián)結(jié)與可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器 分離。但這種切換裝置通常很昂貴的，并且占很大空間。從DE 44 31 620 Al已知一種用于可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的充電器，其具有最 大為4. 2V的充電電壓。此充電器具有補(bǔ)償電路，它至少對(duì)電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，此電壓降是由 除了可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器外的充電器的內(nèi)阻引起的。補(bǔ)償電阻作為分路集成在充電器 的接地導(dǎo)線中，它的數(shù)值與充電器的內(nèi)阻相當(dāng)。電壓檢測(cè)線路測(cè)量電路觸頭上的充電電壓 (包括可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器)，其中充電控制線路在測(cè)量到的充電電壓的基礎(chǔ)上這樣 來控制充電過程，即可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的充電電壓不會(huì)超過規(guī)定的電壓。充電電流 的強(qiáng)度在此通過可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的供電線路中的另一分路來確定。此外，在EP 0 795 946 A2中示出了一種充電器，用來加快鋰離子電池的 充電，此充電器在充電過程中借助相應(yīng)的補(bǔ)償電路對(duì)串聯(lián)內(nèi)阻(Electrical Series Resistance-ESR)這樣進(jìn)行補(bǔ)償，即施加在可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的接頭上的充電電壓 減去由ESR產(chǎn)生的電壓降，其中此串聯(lián)內(nèi)阻是由蓄電池接頭、保險(xiǎn)絲、觸頭和纜線引起的。 為此，分路(其具有與ESR相當(dāng)?shù)臄?shù)值)設(shè)置在可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的正極接頭和充 電器的電源的正級(jí)供電接頭之間，其中充電電壓的測(cè)量是通過額外的讀出線實(shí)現(xiàn)的。在EP 0 795 946 A2中示出的充電器也可應(yīng)用在最大為4. IV至4. 2V的充電電壓中。

發(fā)明內(nèi)容
按本發(fā)明的充電器，其用來給至少一個(gè)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器進(jìn)行充電，此充 電器具有確定的內(nèi)阻和補(bǔ)償電路，此補(bǔ)償電路用來在充電過程中補(bǔ)償由內(nèi)阻引起的電壓 降，此按本發(fā)明的充電器相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)實(shí)際上有充電電流流過時(shí)，才會(huì)進(jìn)行 補(bǔ)償。為此，補(bǔ)償電路具有電流檢測(cè)器和電壓控制器，此電流檢測(cè)器用來檢測(cè)可重復(fù)充電的 能量?jī)?chǔ)存器的充電電流，此電壓控制器用來使充電電壓與檢測(cè)到的充電電流相匹配。因此 以有利的方式實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的兩點(diǎn)測(cè)量，借助它可避免四點(diǎn)檢測(cè)的所述缺點(diǎn)，因此可明顯地縮短充電時(shí)間。由于補(bǔ)償電路包含設(shè)置在電流檢測(cè)器和電壓控制器之間的分壓器，通過該分壓器的尺寸來實(shí)現(xiàn)內(nèi)阻的補(bǔ)償，因此不再與集成在供電線路和/或接地導(dǎo)線中的、對(duì)電 流檢測(cè)器必要的分路有關(guān)。此外，可完全省略可能的、用于測(cè)量的讀出線。此外，為了可重 復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的補(bǔ)償或特定技術(shù)，按本發(fā)明的充電器既不限制在確定的最大的充電 電壓上，也不限制在最大的電流極限上。通過在從屬權(quán)利要求中說明的特征，以及從附圖和以下描述中得出本發(fā)明的其它 優(yōu)點(diǎn)。按本發(fā)明，分壓器一方面與參考電壓相連，另一方面與電流控制器的輸出端相連， 其中分壓器的中間抽頭與電壓控制器的至少一個(gè)輸入端相連。電流檢測(cè)器通過分壓器這樣 來影響電壓控制器，即根據(jù)檢測(cè)到的充電電流，來改變用于電壓控制器的參考電壓。充電電 壓的升高在此相當(dāng)于由內(nèi)阻引起的電壓降。在此意義上，參考電壓可尤其簡(jiǎn)單地通過處于 輔助電壓的Z 二極管來產(chǎn)生。在可選的構(gòu)造方案中，設(shè)置溫度傳感器，用來影響參考電壓。因此，由于溫度引起 的內(nèi)阻的升高可通過相應(yīng)地提高參考電壓來平衡。如果電壓控制器構(gòu)成為運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器的反相輸入端與分壓器的中間 抽頭相連，而該運(yùn)算放大器的的非反相輸入端與另一分壓器的中間觸頭相連，其中所述另 一分壓器位于可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器的正級(jí)和電接地之間，并提供可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ) 存器的電壓的實(shí)際信號(hào)，則能以有利的方式、成本低且簡(jiǎn)單地變成現(xiàn)實(shí)。借助與可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器相連的分路，可實(shí)現(xiàn)電流的檢測(cè)。此分路以有利 的方式一方面與一個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，另一方面與所述電流檢測(cè)器相連，其中電接地和可重復(fù)充 電的能量?jī)?chǔ)存器的接地觸頭都位于所述節(jié)點(diǎn)上。此分路也可用于補(bǔ)償，因此此目的不必通 過充電電路中的額外電阻來承擔(dān)。所述確定的內(nèi)阻至少包含以下器件的各自的電阻電路板的相關(guān)導(dǎo)體電路的電 阻、觸頭的可能存在的布線的電阻和/或分離裝置的電阻，其中所述觸頭是用來使可重復(fù) 充電的能量?jī)?chǔ)存器與充電器觸通，所述分離裝置是用來使可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器從充電 器上分離。此外，如果應(yīng)用在可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器中的單個(gè)電池、相應(yīng)觸頭以及布線的 歐姆電阻是已知的，則此確定的電阻也可包含它們，用來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。


下面借助附圖1和2示例性地闡述了本發(fā)明，其中附圖中相同的參考標(biāo)記指代具 有相同功能的相同部件。各附圖、相關(guān)說明以及權(quán)利要求中包含許多組合的特征。專業(yè)人 員既可這些特征當(dāng)作個(gè)體來看，也可將它們總結(jié)成有意義的組合，專業(yè)人員尤其還可以把 從不同實(shí)施例中得出的特征總結(jié)成其它有意義的組合。其中圖1在第一方框圖中示出了按本發(fā)明的充電器；以及圖2在第二個(gè)詳細(xì)的方框圖中示出了充電器的按本發(fā)明的補(bǔ)償電路。
具體實(shí)施例方式圖1在第一方框圖中示出了按本發(fā)明的充電器10，此充電器10用來給可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器12進(jìn)行充電，此能量?jī)?chǔ)存器12通過第一和第二觸頭14或16與充電器10相 連。此連接可例如通過未詳細(xì)示出的、專業(yè)人員已知的接插觸頭來實(shí)現(xiàn)。充電器10具有充電電路18，此充電電路18還包含電源和電子器件，此電源未詳細(xì)示出并可與電網(wǎng)相連，此電子器件對(duì)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器12的充電過程是必需的。因 為對(duì)于不同類型的能量?jī)?chǔ)存器來說，以及對(duì)于充電過程的不同要求來說，充電電路18的構(gòu) 造是可以改變的，而且充電電路的構(gòu)造對(duì)本發(fā)明來說不是很重要，所以沒有進(jìn)行詳細(xì)的描 述。兩個(gè)觸頭14、16通過供電線路20或接地導(dǎo)線22與充電電路18相連，此接地導(dǎo)線 22位于電接地GND上。用24、26和28來表示以下器件的各自的電阻未示出的電路板的 與充電過程相關(guān)的導(dǎo)體電路的電阻、用來使可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器12從充電器10上分 離的分離裝置的電阻、觸頭14、16的與電路板相連的可能存在的布線的電阻。在此例如能 以已知的方式使用繼電器、半導(dǎo)體或類似物，來當(dāng)作分離裝置。電阻24、26和28 —起構(gòu)成 內(nèi)阻30，它導(dǎo)致取決于充電電流I的電壓降。此電壓降一方面影響了可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ) 存器12的充電率(即它的最大充電電壓)，另一方面延長(zhǎng)了充電過程。為了縮短充電過程，按本發(fā)明在充電器10中設(shè)置補(bǔ)償電路32，此補(bǔ)償電路32包 含電流檢測(cè)器34和電壓控制器36，此電流檢測(cè)器34用來檢測(cè)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器12 的充電電流I，此電壓控制器36用來使充電電壓U與檢測(cè)到的充電電流I相匹配。在此，電 壓控制器36 —方面與供電線路20相連，另一方面與電流檢測(cè)器34相連，其中電流檢測(cè)器 34至少局部地集成在接地導(dǎo)線22中。通過連接導(dǎo)線38，電壓控制器36這樣對(duì)充電電路18 產(chǎn)生影響，即充電電壓U根據(jù)充電電流I提高，提高量是由內(nèi)阻30產(chǎn)生的電壓降，從而相應(yīng) 地縮短充電時(shí)間。 圖2在詳細(xì)的方框圖中示出了按本發(fā)明的補(bǔ)償電路32，它相應(yīng)于圖1是由電流檢 測(cè)器34和電壓控制器36構(gòu)成的。電壓控制器36包含設(shè)計(jì)成運(yùn)算放大器40的電流控制器， 實(shí)際信號(hào)以充電電壓U的形式施加在該它的非反相輸入端上，此充電電壓U通過由電阻42、 44組成的分壓器46以相應(yīng)的電阻比例降低。充電電壓在供電線路20上被量取，可重復(fù)充 電的能量?jī)?chǔ)存器12通過此供電線路20借助觸頭14進(jìn)行充電。充電電壓U在此由第一觸 頭14和第二觸頭16之間的電勢(shì)差得出，此第二觸頭16通過接地導(dǎo)線22和電接地GND相 連。參考電壓UKef通過電阻48傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器40的反相輸入端中，此參考電壓UKef是通 過處于輔助電壓Uh的Z 二極管50產(chǎn)生的。當(dāng)然也可以使用其它相應(yīng)的器件(例如運(yùn)算放 大器或類似物)來產(chǎn)生參考電壓，以代替Z 二極管50。電流檢測(cè)器34包含另一作為反相放大器進(jìn)行布線的運(yùn)算放大器52，設(shè)置在接地 導(dǎo)線22中的分路54的相對(duì)于電接地GND是負(fù)的電壓降施加到該運(yùn)算放大器的反相輸入端 上。此負(fù)的電壓降以由電阻56、58調(diào)節(jié)的放大系數(shù)進(jìn)行放大，并與施加在所述另一運(yùn)算放 大器52的非反相輸入端上的偏置電壓U0s相加。在此，在由電阻60、62構(gòu)成的分壓器64的 中間抽頭上產(chǎn)生偏置電壓Ute，此分壓器64 —方面與參考電壓Usef相連，另一方面與電接地 GND相連。分壓器64的電阻60、62是這樣確定尺寸的，即在無(wú)電流的情況下，所述另一運(yùn)算 放大器52的輸出端68產(chǎn)生為參考電壓Usef大小的電壓。所述另一運(yùn)算放大器52的輸出信號(hào)現(xiàn)在通過電阻70傳遞到電壓控制器36上，其 中電阻48和70構(gòu)成分壓器72，它的中間抽頭74與運(yùn)算放大器40的反相輸入端相連。一旦充電電流I通過分路54流動(dòng)，則所述另一運(yùn)算放大器52的輸出端上的電壓就高于參考 電壓UKef。按照分壓器72的兩個(gè)電阻48、70的分壓系數(shù)，在運(yùn)算放大器40的反相輸入端上 的電壓高于參考電壓UKrf。相反，如果沒有充電電流I流過，則在運(yùn)算放大器40的反相輸入 端上的電壓與參考電壓UKef相當(dāng)。電流檢測(cè)器34對(duì)電壓控制器36的影響強(qiáng)度借助電阻70 來確定，并取決于待補(bǔ)償?shù)膬?nèi)阻30的大小。此外，電流檢測(cè)器34通過分壓器72這樣來影 響電壓控制器36，即根據(jù)檢測(cè)到的充電電流I，改變用于電壓控制器36的參考電壓Usef，并 因此也改變充電電壓U。為此，參照?qǐng)D1，運(yùn)算放大器40的輸出端通過連接導(dǎo)線38與充電 電路18相連。在可選的構(gòu)造方案中，除了充電器10的由電阻24、26和28構(gòu)成的內(nèi)阻30外，還 可以考慮可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器12的歐姆電阻76。在此，在可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器 12中使用的單個(gè)電池的電阻、相應(yīng)觸頭的電阻以及從必要連線的電阻得出歐姆電阻76。為 了實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，歐姆電阻76必須是已知的，因此分壓器72可與引起的整個(gè)內(nèi)阻30相匹配。在另一可選的構(gòu)造方案中規(guī)定，參考電壓UKrf可借助溫度傳感器來影響。在此，電 阻70例如可通過NTC78來代替?？蛇x的是，也可使用其它的、具有相應(yīng)負(fù)溫度系數(shù)的元件。 因此使用NTC78是有利的，因?yàn)槌潆娖?0的內(nèi)阻30根據(jù)溫度來改變。因此，由于溫度引起 的內(nèi)阻30的升高可通過相應(yīng)地提高參考電壓URef來補(bǔ)償。 最后還需指出，所示的實(shí)施例既不局限在圖1和圖2，也不局限在所述的電子器 件。因此例如還可考慮，所示的電路要么完全地、要么局部地作為集成的電路來實(shí)現(xiàn)。此 夕卜，為電阻指明精確的數(shù)值是沒有必要的，因?yàn)樗鼈冞€與可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器12的所 用類型有關(guān)，并與充電器10的邊界值(最大的充電電壓U、最大的充電電流I)有關(guān)。專業(yè) 人員可以按照應(yīng)用領(lǐng)域來選擇這些數(shù)值。按本發(fā)明的充電器10以及它的補(bǔ)償電路32還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即既可用于任意 的充電電壓和充電電流(補(bǔ)償例如在0. IA到100A之間的充電電流中工作)，也可用于不同 類型的可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器12，如鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鉛蓄電池等。例 如還可考慮用在電動(dòng)工具的可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器上，其中本發(fā)明并不局限于此。
權(quán)利要求
一種充電器(10)，其用來給至少一個(gè)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)進(jìn)行充電，此充電器(10)具有確定的內(nèi)阻(30)和補(bǔ)償電路(32)，此補(bǔ)償電路用來在充電過程中補(bǔ)償由所述內(nèi)阻(30)引起的電壓降，其中補(bǔ)償電路(32)具有電流檢測(cè)器(34)和電壓控制器(36)，此電流檢測(cè)器(34)用來檢測(cè)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)的充電電流(I)，此電壓控制器(36)用來使充電電壓(U)與檢測(cè)到的充電電流(I)相匹配，其特征在于，所述補(bǔ)償電路(32)包含設(shè)置在電流檢測(cè)器(34)和電壓控制器(36)之間的分壓器(72)，通過該分壓器的尺寸來實(shí)現(xiàn)內(nèi)阻(30)的補(bǔ)償。
2.按權(quán)利要求1所述的充電器(10)，其特征在于，所述分壓器(72)—方面與參考電壓 (Uref)相連，另一方面與電流控制器(34)的輸出端(68)相連，其中所述分壓器(72)的中間 抽頭(74)與電壓控制器(36)的至少一個(gè)輸入端相連。
3.按權(quán)利要求2所述的充電器(10)，其特征在于，所述電流檢測(cè)器(34)通過分壓器 (72)這樣來影響電壓控制器(36)，即用于電壓控制器(36)的參考電壓(U&)根據(jù)檢測(cè)到 的充電電流(I)發(fā)生改變。
4.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的充電器(10)，其特征在于，所述電壓控制器(36)具 有運(yùn)算放大器(40)，該運(yùn)算放大器的反相輸入端與分壓器(72)的中間抽頭(74)相連，該運(yùn) 算放大器的非反相輸入端與另一分壓器(46)的中間觸頭(43)相連，其中所述另一分壓器 (46)位于可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(14)的供電線路(22)和電接地(GND)之間，并提供可 重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)的電壓(U)的實(shí)際信號(hào)。
5.按權(quán)利要求2或3所述的充電器(10)，其特征在于，所述參考電壓(Uref)通過處于 輔助電壓(UH)的Z 二極管(50)來產(chǎn)生。
6.按權(quán)利要求2或3所述的充電器(10)，其特征在于，設(shè)置溫度傳感器，尤其是設(shè)置 NTC (78)，用來影響參考電壓(UMf)。
7.按權(quán)利要求1所述的充電器(10)，其特征在于，借助與可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器 (12)相連的分路(54)來實(shí)現(xiàn)所述電流檢測(cè)器(34)。
8.按權(quán)利要求7所述的充電器(10)，其特征在于，所述分路(54)—方面與電接地 (GND)和所述可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)的接地觸頭(16)都所處的節(jié)點(diǎn)相連，另一方面 與所述電流檢測(cè)器(34)相連。
9.按權(quán)利要求1所述的充電器(10)，其特征在于，所述確定的內(nèi)阻(30)至少包含以下 器件的各自的電阻電路板(24)的相關(guān)導(dǎo)體電路的電阻、觸頭(14、16)的可能存在的布線 (28)的電阻和/或分離裝置(26)的電阻，其中所述觸頭是用來使可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器 (12)與充電器(10)觸通，所述分離裝置是用來使可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)從充電器 (10)上分離。
10.按權(quán)利要求9所述的充電器(10)，其特征在于，所述確定的電阻(30)包含可重復(fù) 充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)的歐姆電阻(76)。
全文摘要
提出了一種充電器(10)，其用來給至少一個(gè)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)進(jìn)行充電，此充電器(10)具有確定的內(nèi)阻(30)和補(bǔ)償電路(32)，此補(bǔ)償電路用來在充電過程中補(bǔ)償由內(nèi)阻(30)引起的電壓降，其中補(bǔ)償電路(32)具有電流檢測(cè)器(34)和電壓控制器(36)，此電流檢測(cè)器(34)用來檢測(cè)可重復(fù)充電的能量?jī)?chǔ)存器(12)的充電電流(I)，此電壓控制器(36)用來使充電電壓(U)與檢測(cè)到的充電電流(I)相匹配。此充電器的特征在于，補(bǔ)償電路(32)包含設(shè)置在電流檢測(cè)器(34)和電壓控制器(36)之間的分壓器(72)，通過該分壓器的尺寸來實(shí)現(xiàn)內(nèi)阻(30)的補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101842958SQ200880114176
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者A·奧斯沃爾德 申請(qǐng)人:羅伯特.博世有限公司