專利名稱：充電裝置和充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于充電電池(secondary cell)的充電系統(tǒng)和一種充電電池充電裝置，更具體地，涉及用來對(duì)充電電池充電的充電系統(tǒng)和充電電池充電裝置，它們能使得充電電池達(dá)到接近充滿的充電狀態(tài)，也能使得充電電池始終高效率地運(yùn)行，由此維護(hù)充電電池的長壽命。
通常，諸如鉛充電電池，鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池和鋰離子電池的充電電池在其使用壽命中可多次重新充電。
當(dāng)充電電池第一次重新充電的時(shí)候，重新充電過程要求多達(dá)幾個(gè)小時(shí)。也就是，在對(duì)上述充電電池的重新充電過程的先有技術(shù)里，要求6小時(shí)或在極端情況甚至要求16小時(shí)來完成充電操作，即使使用所謂的快速充電，也要求1到2小時(shí)。
過去，當(dāng)對(duì)這種用作所希望目的稱之為充電電池的可充電池重新充電時(shí)，盡管我們知道希望盡可能多地縮短充電時(shí)間，但由于化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電池內(nèi)的原理所引起的，充電電池里的內(nèi)部溫度升高和壓力升高，因而會(huì)到達(dá)一極限，并且由于驅(qū)動(dòng)大量電流在短時(shí)間里穿過電池不僅會(huì)損壞電池而且會(huì)導(dǎo)致電池特性即輸出特性降低，這一方法不可取。
然而，最近幾年，在許多工業(yè)領(lǐng)域?qū)@種充電電池的需求已增加，并且對(duì)能快速充電，最好甚至能瞬時(shí)充電的充電電池的需求正在增加，特別是在電池能量的損耗特別不受歡迎例如機(jī)床應(yīng)用、醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備等這些應(yīng)用和移動(dòng)電話的應(yīng)用的情況下。
因此，隨著由充電電池供電的用戶設(shè)備的增加，對(duì)能以分鐘為單位而不是以小時(shí)為單位重新充電的充電電池的需求已經(jīng)產(chǎn)生。
在對(duì)充電電池的充電過程中，為避免造成對(duì)電池的難以挽回的損壞，需要提供快速重新充電的充電電池重新充電系統(tǒng)，它們沒有一種能達(dá)到滿意的結(jié)果。
例如，在日本實(shí)審專利出版物(k Ok Ok U)No.62-23528和日本實(shí)審專利出版物(k Ok Ok U)No.62-23529中，公開了一種對(duì)諸如鎳鎘電池的充電電池充電的方法，其中在重新充電操作中觀察電壓波形的變化，預(yù)先存儲(chǔ)了在這種電壓波形中出現(xiàn)的多個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)這些存儲(chǔ)的多個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)以規(guī)定的次序出現(xiàn)的時(shí)候，重新充電操作被中斷。
然而，在這一方法中，需要事先對(duì)每種電池存儲(chǔ)充電操作中發(fā)生的電壓波形變化，并需要用上述存儲(chǔ)的有關(guān)這種要重新充電的電池的信息在進(jìn)行充電操作前重寫存儲(chǔ)內(nèi)容。
另外這使得操作變復(fù)雜，根據(jù)進(jìn)行充電的環(huán)境和例如電池的歷史，電壓輸出波形將不會(huì)必然在順序和幅度上與存儲(chǔ)的信息匹配，這樣進(jìn)行精確充電和再充電操作是不可能的，這就使得進(jìn)行高速充電操作而不引起電池性能的下降是相當(dāng)困難的。
在過去對(duì)上述充電電池的重新充電中，需要6到多達(dá)16小時(shí)來充電，即使使用所謂的快速充電，也需要1到2小時(shí)。
過去，當(dāng)對(duì)這種用作所希望目的的稱之為充電電池的可充電電池重新充電時(shí)，盡管我們知道希望盡可能多地縮短充電時(shí)間，但由于化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電池內(nèi)的原理所引起的、充電電池里的內(nèi)部溫度升高和壓力升高，因而會(huì)達(dá)到一極限，并且由于驅(qū)動(dòng)大量電流在短時(shí)間里穿過電池不僅會(huì)損壞電池而且會(huì)導(dǎo)致電池的特性即輸出特性降低，這一方法不可取。
然而，最近幾年，在許多工業(yè)領(lǐng)域?qū)@種充電電池的需求已增加，并且對(duì)能快速充電、最好甚至能瞬時(shí)充電的充電電池的需求正在增加，特別是在電池能量的損耗特別不受歡迎例如機(jī)床應(yīng)用、醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備等這些應(yīng)用和移動(dòng)電話的應(yīng)用的情況下。
在上述充電電池的充電操作中，已產(chǎn)生了新的問題。
具體地，特別是在快速充電的情形下，正在充電的充電電池的輸出特性，例如輸出電壓特性曲線表現(xiàn)出特征現(xiàn)象。更具體地，在充電電池大體達(dá)到完全充電之前的充電狀態(tài)下，在輸出電壓特性曲線上有一突起部(前峰)，這樣在這種作為先有技術(shù)的方法即-△V方法(negative delta V)中，在上述前峰上充電停止，因而在充電電池中達(dá)到完全充電變得不可能。所謂-△V方法，就是在充電電池的輸出電壓里檢測—峰值，這被認(rèn)為是充電電池的完全充電狀態(tài)，在該點(diǎn)充電停止；或者檢測充電電池輸出電壓的升高率，當(dāng)升高率降低或達(dá)到0時(shí)充電操作停止，因?yàn)檫@被認(rèn)為是充電電池的完全充電狀態(tài)。
如圖7所示的上述行為的原因是在快速充電的情況下有一基本問題即當(dāng)以小于所要求的電流量的電流充電時(shí)在電池電壓中產(chǎn)生一峰值，這一效應(yīng)的程度對(duì)例如制造充電電池所處的環(huán)境特別敏感。
因此，如果在這些條件下進(jìn)行充電操作，充電電池的表面容量(apparent Capacity)減小，這在實(shí)際使用中引起很大問題。
過去已提出用來解決這一問題的一種方法是用一小電流進(jìn)行額外充電一給定時(shí)間。這種方法不能達(dá)到快速充電，并且這樣有對(duì)充電電池過度充電的危險(xiǎn)，由此引起充電電池的損壞。
從實(shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)，在充電操作中，存在許多不等達(dá)到完全充電狀態(tài)充電便被有意地停止的情形，在這種情形后使用電池，也就是放電，并使用幾種充電電池，如果這種使用被重復(fù)，如上述的隆起狀突出部(前峰)將發(fā)生在輸出電壓特性曲線上完全充電的80％(充電比)處，當(dāng)上述充電方法重復(fù)時(shí)這一前峰變大，于是在以前的充電方法中，例如上面所述的，充電操作在上述前峰處停止，這引起電池容量減小的問題。
另外，一旦前峰產(chǎn)生，在隨后的充電操作中，因?yàn)槌潆姴僮髟谶@一前峰停止，已知象存儲(chǔ)效率的麻煩問題便會(huì)產(chǎn)生。
這種前峰發(fā)生的原因還不為人所知，而由于在完全充電的70％到80％區(qū)域時(shí)電池里產(chǎn)生氣體，因而懷疑原因在電池里的氣體消耗量及在制造電池中使用的材料。
當(dāng)對(duì)一種在制造后立即存放很長時(shí)間并由此認(rèn)為已不能激發(fā)的充電電池充電時(shí)，存在這樣的情況，即顯示出的充電特性完全不同于希望的特性。
例如，存在這樣的情形由于在充電中在充電電池的輸出電壓特性上沒有出現(xiàn)波峰，要么充電操作停止要么不能停止導(dǎo)致過度充電，由此引起對(duì)充電電池的損壞；以及這樣的情形在遠(yuǎn)早于規(guī)定的充電時(shí)間時(shí)，在輸出電壓特性曲線上出現(xiàn)了波峰，由此導(dǎo)致充電操作的過早停止。
另一問題是充電電池不是單個(gè)的充電電池而是由多個(gè)電池串聯(lián)而成的充電電池這樣的情形，在這種情況下，以上述同樣的方式，如圖8所示，一峰p′會(huì)產(chǎn)生。與其類似，它在這種充電電池組的充電特性上的完全充電點(diǎn)處發(fā)生的真實(shí)峰值產(chǎn)生之前產(chǎn)生。
我們知道這一波峰為偽峰P′。該偽峰P′產(chǎn)生的原因被認(rèn)為是構(gòu)成一組的多個(gè)充電電池的輸出電壓特性并不都是充一的，而是在電池的剩余容量或容量之間存在輕微差異。
而且，由于每次這種充電和放電重復(fù)之后偽峰變大，因而在利用峰檢測和電壓升高率檢測控制充電操作時(shí)存在很大的問題。
這些問題的具體原因還未弄清。例如如圖9所示，四個(gè)充電電池(A、B、C、D)串聯(lián)構(gòu)成一組，并且每個(gè)電壓輸出將性曲線表示在圖9A到9D中，由這一組單充電電池構(gòu)成的整個(gè)充電電池的輸出電壓特性曲線有一峰部P，例如表示在圖9E中，該圖表示圖9A到9D所示的單個(gè)充電電池的輸出電壓特性曲線的合成。
當(dāng)充電電池具有帶這樣的偽峰的輸出電壓特性曲線而被充電時(shí)，由于在達(dá)到真實(shí)波峰之前在偽峰處充電停止，這就存在下面的問題；不可能將成組的充電電池充電到它應(yīng)有的容量。
也就是，當(dāng)在單個(gè)電池的剩余容量上電池之間的變化超過一定量時(shí)，我們知道偽峰會(huì)產(chǎn)生。
對(duì)于單個(gè)電池的剩余容量之間的差異可以想象得到的原因有，諸如(a)具有相互不同的自身放電特性的單個(gè)電池在被分為組狀電池后存放起來的情況；(b)被分為一組并且具有相互不同的充電比的電池的充電在達(dá)到完全充電前被停止的情況，在此之后它們被放電，如此重復(fù)，當(dāng)充電率高時(shí)這種效應(yīng)特別明顯；(c)在高電流水平上放電的情況；(d)有些電池被過度放電而達(dá)極性反轉(zhuǎn)的程度的情況，及(e)電池的壽命不同以及電池包括有容量已降低到一定程度的電池的情況。
另外，當(dāng)充電電池在這些情況下快速放電時(shí)，一部分電池被過度放電，導(dǎo)致縮短這些電池的壽命。
當(dāng)對(duì)由多個(gè)電池構(gòu)成并具有如圖9E所示的輸出電壓特性曲線的充電電池進(jìn)行充電時(shí)，如果利用檢測該充電電池的輸出電壓變化來檢測充電電池處于完全充電狀態(tài)的方法進(jìn)行充電電池的充電，由于充電操作在圖9 E所示的點(diǎn)Z停止，在該點(diǎn)可以制料已達(dá)到完全充電，則對(duì)于電池C不存在問題，但對(duì)于其余電池A、B和D，則未以達(dá)到完全充電，這樣不可能維持整個(gè)充電電池所要求的容量。
另外，如果進(jìn)行快速放電，則電池A、B和D有過度放電的危險(xiǎn)。
當(dāng)對(duì)由多個(gè)電池構(gòu)成并具有如圖9E所示的輸出電壓特性曲線的充電電池進(jìn)行充電時(shí)，如果采用所謂的-△V方法來進(jìn)行充電操作，(一△V方法就是在充電電池的輸出電壓從峰值下降一給定量的點(diǎn)處檢測到完全充電狀態(tài))，當(dāng)在圖9E中的點(diǎn)Y處達(dá)到表面的完全充電狀態(tài)時(shí)，由于充電操作停止，對(duì)于電池B不存在問題，但其余的電池A、C和D則被過度充電，這會(huì)對(duì)電池A、C和D引起很大損壞，這些電池的壽命被從正常預(yù)期的壽命縮短。
而且，盡管那些起初沒有引起這一問題的電池還沒有到達(dá)它們壽命的終點(diǎn)，但作為一個(gè)整體的電池組的壽命縮短了。
另外，在對(duì)具有這種特性的充電電池進(jìn)行充電操作中，如果充電操作在上述偽峰處停止，在隨后的充電操作中還有類似的偽峰會(huì)引起充電操作的停止，這樣將不可能維持充電電池正常擁有的充電容量，這使得有效地使用充電電池不可能。


圖10表示由多個(gè)具有與圖8不同結(jié)構(gòu)的電池所構(gòu)成的充電電池的輸出電壓特性曲線，從其可以看出產(chǎn)生了與圖8不同的偽峰P′。
圖11表示具有這種輸出電壓特性曲線的充電電池的2C放電實(shí)例，可以看出具有圖10所示的特性的充電電池的放電時(shí)間比要求的放電時(shí)間短得多。因而，很清楚不可能從這充電電池得以所要求的能量。
過去，在多個(gè)充電電池分成一組的情況下，作為解決這一問題的一種方法自然就是將有相同標(biāo)稱容量的電池分組，甚至在具有相同標(biāo)稱容量的電池之間進(jìn)行分組。如果在制造工藝、制造商、制造條件及制造時(shí)間上存在不同，則上述輸出電壓特性曲線將會(huì)不同，這樣當(dāng)進(jìn)行選擇時(shí)，每個(gè)輸出電壓特性曲線都需要測量，于是具有相同或近于相同的輸出電壓特性曲線的電池在給定的一個(gè)電池組里被分在一起。
這一方法另外還伴隨著產(chǎn)量的巨大下降，它要求復(fù)雜、耗時(shí)的過程，這導(dǎo)致巨大且不可避免的生產(chǎn)成本，于是強(qiáng)烈要求降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的是通過提供一種高速充電電池充電系統(tǒng)和高速充電電池充電裝置來改進(jìn)先有技術(shù)的上述不足，不管充電電池是否是單個(gè)電池或是由多個(gè)電池構(gòu)成，它在充電操作中檢測到達(dá)充電電池完全充電狀態(tài)的時(shí)間，由此始終能夠?qū)⒊潆婋姵爻潆姷酵耆潆姟１景l(fā)明還提供一種充電系統(tǒng)和充電電池充電裝置，能夠?qū)⒂捎谄錃v史而具有不正確輸出電壓特性曲線的充電電池復(fù)原到正確的輸出電壓特性曲線，并能夠再生由多個(gè)具有相同不同輸出特性曲線的電池構(gòu)成的電池組的單個(gè)電池，以便具有近似于所希望的輸出電壓特性曲線。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明具有下述技術(shù)構(gòu)成。
具體地，按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)是這樣的充電系統(tǒng)，即在對(duì)充電電池充電同時(shí)檢測充電特性的過程中，使用規(guī)定的電流量進(jìn)行二次電流的充電過程，在對(duì)于充電電池檢測量到預(yù)設(shè)的狀態(tài)的情況下，使用小于上述規(guī)定的電流量的電流再進(jìn)行充電電池的充電，此后當(dāng)對(duì)于充電電池檢測到上述預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)，使用小于上面剛使用的電流量的電流再一次進(jìn)行充電電池的充電，重復(fù)上述操作直到充電電池達(dá)到充電基本完成的狀態(tài)。
在按照本發(fā)明更具體形式的充電系統(tǒng)里，在對(duì)充電電池充電同時(shí)檢測充電電池的充電特性的過程中，存在一其中使用規(guī)定的電流量對(duì)充電電池充電的第一時(shí)間段；存在一第二時(shí)間段，在此之中在第一時(shí)間段里檢測到充電電池中的預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下，用小于上述第一規(guī)定電流量的第二電流量再對(duì)二次電流充電；存在一第三時(shí)間段，在此之中在第二時(shí)間段里檢測到充電電池中的預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下，用還小于上述第二規(guī)定的電流量的第三電流量再對(duì)充電電池充電；以及，存在第四時(shí)間段，在此之中用小于上述電流量的電流量重復(fù)上述第三時(shí)間段的操作，直到充電電池的充電完成。
另外，按照本發(fā)明的充電電池充電裝置構(gòu)成如下充電電池的充電電極；充電特性檢測裝置，用來檢測充電電池的充電特性；調(diào)整電流的裝置，它與上述充電電極相連，還與規(guī)定的電流源相連；及電流控制裝置，它與上述檢測裝置和調(diào)整電流的裝置兩者相連，并且對(duì)從上述檢測裝置輸出的信號(hào)作出響應(yīng)，(該信號(hào)指示充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài))，對(duì)上述調(diào)整電流的裝置進(jìn)行控制，以便要么停止供給上述充電電極的電流，要么改變供給充電電極的電流量。
利用它們的上述結(jié)構(gòu)，按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)和充電電池充電裝置，還能對(duì)充電電池進(jìn)行高速充電，在短時(shí)間內(nèi)可靠地使充電電池達(dá)到接近完全充電狀態(tài)，并且還能將由于其歷史而具有不正確輸出電壓特性曲線的充電電池復(fù)原到正確的輸出電壓特性曲線；另外，即使對(duì)于由多個(gè)具有相互不同的輸出電壓特性曲線的電池構(gòu)成的充電電池，也能使用按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)來再生這些電池的各個(gè)輸出電壓特性曲線，以便它們具有接近于所希望的輸出電壓特性曲線。
圖1是表示按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)的處理次序流程圖。
圖2是表示按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)的運(yùn)行圖。
圖3是表示充電電池的充電效率圖。
圖4是表示按照本發(fā)明的充電電池充電裝置結(jié)構(gòu)具體實(shí)例的方框圖。
圖5是表示按照本發(fā)明的充電電池充電裝置結(jié)構(gòu)不同的具體實(shí)例的方框圖。
圖6是表示由過去的充電電池充電方法得到的輸出電壓特性曲線圖。
圖7是表示由過去的充電電池充電方法得到的充電量和電池電壓之間的關(guān)系圖。
圖8是表示在充電電池中發(fā)生中斷峰情形的輸出電壓特性曲線。
圖9是說明過去的充電電池中發(fā)生偽峰的原理圖。
圖10是表示在過去的充電電池充電中發(fā)生前峰情形的圖形。
圖11是說明已發(fā)生前峰的充電電池的放電特性圖。
圖12是表示按照本發(fā)明的充電電池充電裝置結(jié)構(gòu)的不同具體實(shí)例的方框圖。
圖13是表示按照本發(fā)明的充電電池充電裝置結(jié)構(gòu)的另一具體實(shí)例的方框圖。
圖14是表示使用按照本發(fā)明的充電處理系統(tǒng)對(duì)充電電池的充電過程圖。
圖15是表示用過去的充電電池充電方法充電的充電電池的特性圖。
圖16是由過去的充電電池充電方法和由按照本發(fā)明的充電處理系統(tǒng)進(jìn)行充電的充電電池的放電特性比較圖。
圖17是說明在按照本發(fā)明的充電處理系統(tǒng)中激活已失去活力的充電電池的實(shí)例流程圖。
圖18是說明圖17的流程圖的子程序的流程圖。
圖19是說明本發(fā)明中測量充電電池的充電量方法的實(shí)例圖。
圖20是表示在本發(fā)明中測量充電量的方法里所使用的查表例子。
圖21是表示在過去的充電電池中產(chǎn)生偽峰情形的圖形。
圖22是表示當(dāng)用過去的方法對(duì)圖21的充電電池充電時(shí)的輸出電壓特性的曲線圖。
圖23是表示如圖22所示而得的充電電池的放電特性圖。
圖24是表示由本發(fā)明的充電系統(tǒng)對(duì)圖21的充電電池充電時(shí)的輸出電壓特性曲線圖。
圖25是表示按圖24所示處理的充電電池的放電特性圖。
圖26是表示由過去的方法對(duì)按圖24所示處理的充電電池重新充電時(shí)的輸出電壓特性曲線圖。
圖27是表示按圖26所示充電的充電電池的放電特性圖。
圖28是表示用過去的充電方法充電的包括一個(gè)電池的充電電池的充電過程的圖形。
圖29是表示由圖28而得的充電電池的放電特性圖。
圖30是用本發(fā)明的充電系統(tǒng)處理圖28的充電電池時(shí)的輸出電壓特性曲線圖。
圖31是表示由圖30而得的充電電池的放電特性圖。
圖32是表示用過去的充電方法對(duì)按圖30所示的充電的充電電池重新充電時(shí)的輸出電壓特性曲線圖。
圖33是圖32所示而得的充電電池的放電特性圖。
圖34是表示包括一個(gè)電池的充電電池充電時(shí)發(fā)生前峰P情形的圖形。
下面將參照有關(guān)附圖，詳細(xì)說明按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)和充電電池充電裝置結(jié)構(gòu)的具體實(shí)例。
圖1是表示本發(fā)明的充電系統(tǒng)中的基本處理順序的流程圖。該基本結(jié)構(gòu)是充電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，如上所述，當(dāng)對(duì)充電電池充電同時(shí)檢測充電電池的充電特性時(shí)，該充電系統(tǒng)使用作為充電電池特性的電流值進(jìn)行充電電池的充電處理，在檢測到有關(guān)充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下，使用小于上述規(guī)定的電流量的電流再進(jìn)行充電電池的充電，此后當(dāng)檢測到有關(guān)充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)，使用小于上面剛使用的電流量的電流再一次進(jìn)行二次電流的充電，重復(fù)上述操作直到充電電池達(dá)到基本上完成充電的狀態(tài)。
在按照本發(fā)明的上述充電系統(tǒng)中，充電電池包括諸如鉛充電電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池及鋰離子電池的充電電池，它們?cè)谄涫褂脡勖夏茉俪潆姸啻巍?br> 另外，在本發(fā)明中，充電的充電電池可包括單個(gè)電池，也可是包括分成組的一組多個(gè)電池的充電電池，它們串聯(lián)連接。
在按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)中，檢測充電電池的充電特性，但充電特性并不限于任何特定的方式。它們可是輸出電壓，充電電池的表面溫度，充電電池里內(nèi)部產(chǎn)生的氣體量，充電之中的充電電流或充電時(shí)間，這些特征值在他們沿時(shí)間軸變化時(shí)可以實(shí)時(shí)地來測量和記錄。
按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)是這樣的檢測有關(guān)充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)，該有關(guān)充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)在充電電池的充電過程中例如是處于上述輸出電壓特性曲線的偽峰或前峰處，在此狀態(tài)下判斷出已達(dá)到完全充電狀態(tài)，盡管實(shí)際上還未到完全充電狀態(tài)。
另外，可能預(yù)想到這樣的情況，即充電電池的輸出電壓到了規(guī)定值；充電電流下降到低于規(guī)定值或變得非常?。怀潆婋姵氐谋砻鏈囟韧蝗簧?；電壓值升高率下降到低于規(guī)定值；電壓值不再有任何變化及輸出電壓特性曲線已變得平坦；及即使從充電操作開始已經(jīng)歷了規(guī)定的時(shí)間量，但在上述輸出電壓特性曲線上沒有產(chǎn)生峰值或長期的平穩(wěn)狀態(tài)。
因此，在本發(fā)明中，當(dāng)使用電壓輸出特性曲線作為特征值時(shí)，使用以前已知的一△V方法來檢測充電電池的輸出電壓峰或檢測充電電池的輸出電壓上的升高率以檢測升高率下降或等于0的情形，這相當(dāng)于本發(fā)明中檢測有關(guān)二次電壓的預(yù)設(shè)狀態(tài)的情形，本發(fā)明中對(duì)檢測方法不設(shè)置任何限制。
在本發(fā)明中，可以選擇使用任何充電電池的特征值，這可由任何適合于充電電池類型的方法或裝置檢測。
如上述，在本發(fā)明中，在充電的開始建立供給充電電池的充電電流量是必要的。
在本發(fā)明中，由于目的之一是在短時(shí)間內(nèi)或在幾十分鐘內(nèi)完成充電電池的充電，因而希望充電電流值較大。
本發(fā)明中的充電電流值將表示為C率(C-rata)，它是表示通常被稱為關(guān)于充電電池的標(biāo)稱值的有關(guān)每單位時(shí)間最大充電電流值C的系數(shù)的一個(gè)值，(參見JIS標(biāo)準(zhǔn)C8705(9))。
也就是，對(duì)于具有標(biāo)稱容量值1200mAh的充電電池，充電電流0.1C將意味著使120mA的電流在該充電電池內(nèi)流動(dòng)一個(gè)小時(shí)的時(shí)間，2C將意味著使1200mA的電流在該充電電池內(nèi)流動(dòng)30分鐘，而4C將意味著1200mA的電流在該充電電池內(nèi)流動(dòng)15分鐘。
在本發(fā)明中，在充電操作的開始，例如如果選擇預(yù)設(shè)電流值為4C充電電流，在該點(diǎn)檢測到上述前峰或偽峰，則充電操作中斷。
在該點(diǎn)，由于在許多情況下充電電池還未達(dá)到完全充電狀態(tài)，僅僅是不能以高充電電流進(jìn)一步充電，因而改變上述預(yù)設(shè)電流值例如4C，并重復(fù)充電操作，或者更好地將隨后充電中使用的充電電流值變?yōu)樾∮谏洗问褂玫某潆婋娏髦档某潆婋娏髦?。例如可以將其變?yōu)?C或1C，本發(fā)明中對(duì)此沒有特別限制，可以采用小于4C的任何值作為充電電流值。
然后，在本發(fā)明中，使用例如為2C的充電電流值再進(jìn)行充電，并且如上次所做的一樣，檢測有關(guān)充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)。
然而，在隨后的充電操作中，存在再發(fā)生上述前峰或偽峰的情況，并且因?yàn)樵谀承┣闆r下充電電池將大體上已達(dá)到完全充電狀態(tài)，所以有必要對(duì)于檢測結(jié)果關(guān)于兩種狀態(tài)作出判斷。
基于這一原因，在隨后的充電操作中，如果檢測到前峰或偽峰或真實(shí)峰則充電操作停止，特別是檢測到后一狀態(tài)，希望單獨(dú)檢測充電電池的輸出電壓值或同時(shí)對(duì)內(nèi)部氣體產(chǎn)生狀況、充電電池表面溫度及電流值等進(jìn)行檢測，并在其整體判斷的基礎(chǔ)上對(duì)于充電電池是否已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)作出判斷。
在本發(fā)明中，在第一次充電中，可用來判斷是否已達(dá)到預(yù)設(shè)狀態(tài)的一個(gè)簡單方法就是，例如在每次充電操作時(shí)檢測并判斷充電電池的輸出電壓是否已達(dá)到預(yù)設(shè)壓。
也就是，在每次充電操作時(shí)，在例如預(yù)設(shè)充電電池輸出電壓是4.2V的情況下，當(dāng)判斷出已達(dá)到上述預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)停止充電。
結(jié)果，在隨后的充電操作中，如果判斷充電電池已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)是可能的，則在那一點(diǎn)停止充電是必要的，而如果判斷充電電池大體上還沒達(dá)到完全充電狀態(tài)是可能的，則再對(duì)充電電池充電，在隨后充電中使用的電流值應(yīng)變?yōu)樾∮谝咽褂玫碾娏髦档碾娏髦怠?br> 還有，在隨后的充電操作中，在判斷充電電池大體上還沒達(dá)到完全充電狀態(tài)是可能的情況下，重復(fù)上述充電操作或隨后的充電操作，重復(fù)該充電操作直到判斷充電電池大體上已達(dá)到完全充電狀態(tài)是可能的。
在本發(fā)明中，用來判斷充電電池已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)的數(shù)據(jù)例證舉例說來有下述情形。
具體地，如果在室溫下對(duì)已激活的充電電池充電，則有下列情形(1)充電電池已達(dá)到獲得了標(biāo)稱容量值的90％或更多的狀態(tài)，(2)在完成充電操作時(shí)表面溫度的溫度升高率是15度或更低，(3)在充電操作結(jié)束時(shí)充電電池的電極電壓是每個(gè)電池1.9V或更低，及(4)充電電池的充電效率是95％或更高。
另外，有另外兩種情形，諸如(5)充電電池的輸出電壓值已達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值，及(6)從對(duì)充電電池的充電操作開始已經(jīng)歷了預(yù)設(shè)的時(shí)間量，還沒有檢測到上述預(yù)設(shè)狀態(tài)的情形。
本發(fā)明中所用的充電電流值的減小度(步降)可以是相對(duì)于第一次充電操作中所用電流值的固定比例，也可以是從上次所用的充電電流值中連續(xù)減去的預(yù)設(shè)固定電流差值，還可對(duì)每次充電操作不是固定比例或差值，而是隨每次的要求而變化。
例如，上述電流值可能是諸如2C、1C、0.5C、0.25、或4C、3C、2C、1C，還可能是諸如4C、3C、1C、0.25C的順序。
圖2表示在本發(fā)明中實(shí)際進(jìn)行充電操作時(shí)的一個(gè)例子。
在圖2所示的例子中，充電進(jìn)行了3次，充電電流值按順序3C、1C、0.8C一步步下降，充電時(shí)間是33分鐘，由此而得的放電特性表明放電時(shí)間為79分鐘，如圖2所示，這表示充電電池能顯示足夠的能量。
具體地，按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)的基本技術(shù)結(jié)構(gòu)如下。如圖7所示，在充電操作中在充電電池的輸出電壓特性曲線上發(fā)生波峰的位置發(fā)生得越早，則充電電流值(也就是充電率或C值)越高。如圖3所示，由當(dāng)接近完全充電狀態(tài)時(shí)充電效率惡化所表明的特性可用來(1)等待直到充電在預(yù)設(shè)充電率或C值為“C”處停止；然后(2)充電率“C”降低到C/N則再進(jìn)行充電操作，等待直到充電停止；此后(3)重復(fù)操作(2)直到充電電池大體達(dá)到完全充電狀態(tài)。
也就是，在本發(fā)明中，要么用來充電的充電電池的一個(gè)電池利用前峰低于充電率“C”而在(1)中達(dá)到實(shí)際的完全充電狀態(tài)，要么如果充電電池包括多個(gè)電池組合而成，則有些電池暫時(shí)達(dá)到低于充電率“C”的完全充電狀態(tài)。
此后，在(2)中，用來充電的充電電池的一個(gè)電池利用前峰低于充電率“C”/N再達(dá)到實(shí)際完全充電狀態(tài)，或者由于達(dá)到正常的完全充電狀態(tài)而停止充電操作，或者如果充電電池包括組合而成，則有些未完全充電的電池在低于充電率“C”/N處達(dá)到完全充電狀態(tài)，由此引起充電操作停止。
在這一步，由于充電率是“C”/N，因而幾乎沒有由過度充電引起的對(duì)電池的損壞，也由于充電效率在該點(diǎn)極大地惡化，因而有效的充電量不會(huì)突然升高。另外，本發(fā)明中的上述N值不必是整數(shù)。
因此，通過重復(fù)上述操作，在單個(gè)電池的充電電池情況下，可靠地達(dá)到完全充電狀態(tài)是可能的；而在充電電池包括組合的多個(gè)電池的情況下，在低于最終充電率處每個(gè)電池達(dá)到完全充電狀態(tài)是可能的。
結(jié)果，特別是在充電電池包括組合的多個(gè)電池的情況下，由于所有電池都被充電到幾乎相同狀態(tài)，即使如果隨后的過度放電進(jìn)行，有些電池的過度充電狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生，同過去的問題一樣。而且如果用按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)的充電操作是第一次進(jìn)行，由于每個(gè)電池調(diào)整到大約同樣的輸出電壓特性曲線，成組的電池出現(xiàn)上述偽峰，這是過去的一個(gè)問題，但上述偽峰不會(huì)出現(xiàn)在隨后的充電操作中，由此不僅使高效的充電成為可能，而且能夠有效地從充電電池輸出能量。
這一效果即使在充電電池包括一單個(gè)電池的情況下也能達(dá)到。
另外，通過在充電操作中使用充電操作停止裝置，按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)的操作效果按上述可應(yīng)用于所有如上述的充電電池，由此能夠在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到完全充電狀態(tài)而不會(huì)對(duì)電池有損壞。
在按本發(fā)明的充電系統(tǒng)的更具體例子中，在對(duì)充電電池充電同時(shí)檢測充電電池的充電特性的過程中，存在一第一時(shí)間段，在其中使用第一規(guī)定電流值對(duì)充電電池充電；存在一第二時(shí)間段，在此之中如果在第一時(shí)間段里檢測到充電電池中的預(yù)設(shè)狀態(tài)，一旦對(duì)充電電池的充電操作停止達(dá)預(yù)定時(shí)間則此后用小于上述第一規(guī)定電流值的第二電流值再對(duì)充電電池充電；存在第三時(shí)間段，在此之中如果在第二時(shí)間段里檢測到充電電池中的預(yù)設(shè)狀態(tài)，一旦對(duì)充電電池的充電操作停止達(dá)預(yù)定時(shí)間則此后用小于上述第二規(guī)定電流值的第三電流值再對(duì)充電電池充電；及存在第四時(shí)間段，在此之中用小于前面規(guī)定電流值的電流值重復(fù)上述第三時(shí)間段的充電。
在按本發(fā)明的充電系統(tǒng)中，在每個(gè)上述時(shí)間段里，充電操作暫時(shí)停止達(dá)給定時(shí)間段，而當(dāng)轉(zhuǎn)換到下一時(shí)間段時(shí)，為C值的充電電流值第一次逐步下降，此后轉(zhuǎn)換到下一時(shí)間段，而當(dāng)進(jìn)行這些操作時(shí)希望在上述操作時(shí)間段和轉(zhuǎn)換到下一時(shí)間段之間插入一規(guī)定的等待時(shí)間段。
這里因?yàn)?，在進(jìn)行上述充電操作時(shí)通常在充電電池的兩極會(huì)發(fā)生極化作用，這樣充電電池的輸出電壓高于真實(shí)電壓值，使得需要在去掉內(nèi)部極化后測量輸出電壓，并允許輸出電壓穩(wěn)定下來。
這一等待時(shí)間可設(shè)為例如幾秒鐘。
在按照本發(fā)明的上述充電系統(tǒng)中，需要對(duì)正被充電的充電電池是否已大體達(dá)到完全充電狀態(tài)作出判斷，所用方法的一個(gè)例子見下述。
為了簡化這一判斷的執(zhí)行，可以對(duì)在每次上述處理時(shí)間段里充電停止的次數(shù)計(jì)數(shù)，并判斷出充電電池已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的次數(shù)M時(shí)停止充電操作。
例如，在上述情況下，繼續(xù)逐步下降過程，而當(dāng)上述充電操作停止3次(當(dāng)規(guī)定次數(shù)是3時(shí))，判斷充電電池已大體到了完全充電狀態(tài)，停止上述充電操作。
上述整數(shù)M可設(shè)置并改變?yōu)檫m合于電池的類型、使用條件等。
在本發(fā)明中，停止上述充電操作的總次數(shù)M最好設(shè)為至少是2的值。
這意味著，在本發(fā)明中，當(dāng)進(jìn)行充電操作時(shí)充電電流值至少改變兩次。
在本發(fā)明中，判斷充電電池已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)的另一簡單方法是檢測正被充電的蓄電池的輸出電壓值是否已達(dá)到預(yù)設(shè)的電壓值，而另外也可以在有關(guān)充電電池的充電電流值或者已下降到預(yù)設(shè)值之下或者已變得相當(dāng)小時(shí)判斷充電電池已幾乎達(dá)到完全充電狀態(tài)。
在即使從充電操作的開始已經(jīng)歷了規(guī)定的時(shí)間量但沒檢測到能引起充電操作停止的上述狀況的情況下，也可以采用停止充電操作的方法，以作完全考慮。
具體地，在對(duì)充電電池充電同時(shí)檢測充電電池的充電特性的過程中，當(dāng)使用具有是上述充電電池特性的預(yù)設(shè)值的電流對(duì)上述充電電池充電時(shí)，在檢測到有關(guān)上述充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)的情形下在充電步驟中包括有第一步，來暫時(shí)中斷充電操作；而當(dāng)隨后用具有小于上述電流對(duì)上述二次電流充電時(shí)有一第二步來停止充電操作，在檢測到有關(guān)充電電池的上述預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下包括有第二步來停止上述充電操作，重復(fù)該第二步；當(dāng)上述充電操作已停止預(yù)設(shè)次數(shù)時(shí)，充電電池可認(rèn)為已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)，并停止充電操作。
如果本發(fā)明中所使用的充電電池包括組合的多個(gè)電池，該充電電池由多個(gè)具有相互相同的標(biāo)稱容量的電池構(gòu)成，則每個(gè)電池具有相同狀況，或一個(gè)或多個(gè)電池具有不同于其它電池狀況的狀況是可能的。
按照本發(fā)明的上述充電電池充電系統(tǒng)實(shí)例的操作順序?qū)⒄請(qǐng)D1中的流程圖進(jìn)行說明。
具體地，開始后，在步驟1設(shè)置預(yù)設(shè)的充電電流值(此后稱為C值)并開始充電操作。
在步驟2對(duì)于是否檢測到充電電池的輸出電壓特性曲線位于預(yù)設(shè)狀態(tài)作出判斷，如果判斷結(jié)果是N(不是)，則繼續(xù)檢測操作。
然而，如果判斷結(jié)果是Y(是)，則處理過程進(jìn)到步驟3，在此上述充電操作停止。然而，在步驟4，判斷是否停止操作的次數(shù)已達(dá)到預(yù)設(shè)的次數(shù)M。
如果判斷結(jié)果是Y(是)，則停止上述充電操作。然而，如果結(jié)果是N(不是)，則過程進(jìn)到步驟5，在該步啟動(dòng)定時(shí)器，此后在步驟6判斷是否已經(jīng)歷預(yù)設(shè)時(shí)間量。如果判斷結(jié)果是N，則重復(fù)計(jì)算操作。
然而，如果判斷結(jié)果是Y，則判斷已到時(shí)間用完的狀態(tài)，而后過程進(jìn)到步驟7，在該步選擇充電電流強(qiáng)度已作為小于當(dāng)前正使用的已值的一個(gè)值(例如C/N，式中N是任意選定的整數(shù)或非整數(shù)值，或定值，或變量)。
然后，返回到步驟1，開始用新設(shè)置的充電強(qiáng)度C值對(duì)充電電池充電，并重復(fù)上述每一步。
下面，參照?qǐng)D4到圖7，將說明為運(yùn)行充電系統(tǒng)的充電裝置結(jié)構(gòu)的具體例子。
圖4是表示按照本發(fā)明的充電裝置1的一個(gè)示例結(jié)構(gòu)的方框圖。該圖表示充電電池充電裝置1帶有對(duì)充電電池2的充電電極3；檢測裝置4和5，用來檢測充電電池2的充電特性；調(diào)整電流的裝置7，與上述充電電極3相連并且還與規(guī)定的電流源6相連；及控制裝置8，它與檢測裝置4和5及調(diào)整電流的裝置7相連，并且要么對(duì)表示充電電池2的充電完成、從檢測裝置4和5輸出的檢測信號(hào)作出響應(yīng)，要么對(duì)表示在充電電池的充電完成之前的狀態(tài)下設(shè)立的狀態(tài)的檢測信號(hào)作出響應(yīng)，控制上述調(diào)整電流的裝置7，以便要么停止供電流給充電電極3要么改變供給充電電極3的電流量。
在按照本發(fā)明的充電裝置1中，檢測裝置4具有檢測充電電池2的輸出電壓特性曲線的功能，具體地，從電阻R1和R2間的連結(jié)點(diǎn)減去充電電池后輸出電壓作為分壓，該電壓作為信息經(jīng)控制裝置8里安裝的A/D轉(zhuǎn)換器13傳到中央處理單元(CPU)9。
檢測裝置5具有檢測充電電池的表面溫度的功能，具體地，由熱敏電阻構(gòu)成，從其傳來的輸出數(shù)據(jù)作為信息以同樣方式經(jīng)控制裝置8里安裝的A/D轉(zhuǎn)換器13到CPU9中。
該熱敏電阻包括一為了測量充電電池2的表面溫度表現(xiàn)出負(fù)阻抗特性的電阻元件。
在本發(fā)明中，上述檢測裝置可以是上述檢測裝置4和5之一，也可是與這兩個(gè)不同的檢測裝置，還能進(jìn)一步組合。
可編程供電源用作上述電流源6，這是一固定電流源，能產(chǎn)生作為C值的、響應(yīng)來自控制裝置8的控制信號(hào)的充電電流。
上述調(diào)整電流的裝置7包括一驅(qū)動(dòng)三極管Q2，它由來自控制裝置8的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，及一開關(guān)三極管Q1，它由該三極管Q2驅(qū)動(dòng)，該調(diào)整電流的裝置從可編程供電源6供應(yīng)充電電流給充電電池。
控制裝置8包括作為中央處理器的CPU9、A/D轉(zhuǎn)換器13、ROM11、RAM12及平行輸入/輸出(PIO)裝置10，該平行輸入/輸出裝置10直接與調(diào)整電流的裝置7和可編程供電源6相連接。
上述ROM是一個(gè)專用存儲(chǔ)器，用于寫和讀程序及各種CPU9的查找表之目的，而上述RAM是一個(gè)讀/寫存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)由CPU9的外設(shè)讀取的數(shù)據(jù)并用作計(jì)算的工作存儲(chǔ)器。
控制裝置8還與一時(shí)鐘裝置14相連，該時(shí)鐘直接與CPU9相連并產(chǎn)生基本操作步驟的參照信號(hào)，控制裝置8還與定時(shí)器裝置15相連，該定時(shí)器具有中斷CPU9每個(gè)給定時(shí)間間隔的功能并且還用作檢查時(shí)間經(jīng)過的計(jì)數(shù)器。例如，當(dāng)對(duì)充電電池進(jìn)行充電時(shí)，在設(shè)置規(guī)定的充電電流和開始充電操作的時(shí)候，如果檢測規(guī)定的狀態(tài)，該計(jì)數(shù)器可用來控制充電操作暫時(shí)中斷的時(shí)間和操作循環(huán)的開始及停止的次數(shù)。另外，它能用來控制從對(duì)充電電池第一次充電操作的開始到二次電池最終充電操作的完成之間的所設(shè)時(shí)間段。
另外，在按本發(fā)明的充電裝置中，顯示裝置17經(jīng)編碼器16與CPU9相連。
該顯示裝置17能用來顯示7段數(shù)據(jù)，而編碼器16具有進(jìn)行轉(zhuǎn)換到用于7段顯示的編碼的功能。
因此，在圖4所示的充電裝置中，在每個(gè)上述時(shí)間段里每次充電操作停止，在來自CPU9的命令信號(hào)的基礎(chǔ)上從可編程供電源6產(chǎn)生了具有C值的充電電流，該C值小于上一次所使用的充電電流強(qiáng)度C，這樣使用該充電電流進(jìn)行充電操作。
圖5是按照本發(fā)明的充電裝置結(jié)構(gòu)的另一例子的方框圖，其基本結(jié)構(gòu)與圖4所示的充電裝置相同，所不同的是本例中的供電源6是固定電流供電源，本例的調(diào)整電流裝置7調(diào)整從CPU9里安裝的平行輸入/輸出(PIO)裝置10輸出的負(fù)載周期(duty cycle)，以便利用脈沖信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這樣的結(jié)構(gòu)通過改變負(fù)載周期，改變充電電流強(qiáng)度C。
因此，在第一次充電操作中，從上述平行輸入/輸出(PIO)裝置10輸出的脈沖信號(hào)ON比相對(duì)較大，而在隨后的充電操作中，將其設(shè)置為使該脈沖信號(hào)的ON比逐步變小，由此來減小充電電流強(qiáng)度C。
下面，將說明按照本發(fā)明的上述充電系統(tǒng)的硬件裝置-充電裝置。
圖12是表示按照本發(fā)明的充電裝置1的方框圖，該裝置是在使用充電電池2的前提下設(shè)計(jì)的(例如3.6V/750mA鋰離子電池或鉛電池)。
該充電裝置安裝有用于對(duì)充電電池2充電的充電電極3；檢測裝置4，用來檢測輸出電壓，該電壓是充電電池2的充電特性；及控制裝置8，由比較器21構(gòu)成，檢測裝置4的輸出信號(hào)和從合適的參照電壓供電源20輸出的參考電壓信號(hào)輸入到該比較器中。
控制裝置8的輸出與調(diào)整電流的裝置7相連，該裝置包括有計(jì)數(shù)器22，調(diào)整電流的裝置7響應(yīng)控制裝置8的輸出，并運(yùn)行以便改變充電電流強(qiáng)度C。
在本例中，由控制裝置8選擇固定電流供電源(6-1，6-2，6-3，6-4)中的任何一個(gè)，構(gòu)成供電源6的每個(gè)電池相互具有不同的輸出電流，以便選擇具有所要求的C值的充電電流來對(duì)充電電池充電。
也就是，在每個(gè)充電操作中，將參考電壓設(shè)置為例如4.2V，如果從充電電池2輸出的電壓超過參考電壓，則從上述控制裝置8的比較器21輸出ON信號(hào)，它被輸入到調(diào)整電流裝置7里安裝的計(jì)數(shù)器22的CLK時(shí)鐘信號(hào)端。
將該參考電壓設(shè)置為4.2V是因?yàn)槿绻潆婋姵氐妮敵鲭妷菏谴蠹s4.2V則認(rèn)為它處于完全充電狀態(tài)。
上述計(jì)數(shù)器22在每次ON信號(hào)輸入到其時(shí)鐘信號(hào)端CLK時(shí)按Q0到Q3的順序選擇一個(gè)輸出端，由此輸出ON信號(hào)。
在電源供應(yīng)組6里的四個(gè)固定電流供電源6-1、6-2、6-3及6-4分別與控制晶體管T1到T4連接，而晶體管又與輸出端Q0到Q3連接。
將電源供應(yīng)組6的四個(gè)固定電流供電源6-1、6-2、6-3及6-4設(shè)計(jì)為輸出電流分別是1.5mA、0.75mA、0.375mA及0.1875mA，這樣它們分別產(chǎn)生關(guān)于充電電池2的充電電流2C、1C、0.5C及0.25C。
在本充電裝置1中，在第一次充電操作里，由來自計(jì)數(shù)器22的輸出Q0的ON信號(hào)驅(qū)動(dòng)固定電流供電源6-1，這樣用2C充電電流供電來對(duì)充電電池2充電。
如果該充電電池的輸出電壓達(dá)到4.2V，則從控制裝置8的比較器21輸出ON信號(hào)，該信號(hào)輸入到調(diào)整電流裝置7里安裝的計(jì)數(shù)器22的時(shí)鐘信號(hào)端CLK，由此引起Q0輸出被關(guān)閉，而Q1輸出被接通，這一操作導(dǎo)致選擇固定電流供電源6-2，這樣啟動(dòng)第二次充電操作，其中供給充電電池21C的充電電流。
此后以同樣的方式，每當(dāng)充電電池2的輸出電壓達(dá)到每次充電操作中的參考電壓，則使充電電流強(qiáng)度C連續(xù)地小于前一次充電操作中所用的充電電流強(qiáng)度C并重復(fù)充電操作。當(dāng)完成四次充電操作時(shí)，充電操作停止。
在上述例子中，已略去在每一充電操作之間插入一等待時(shí)間以消除充電電池輸出電壓上的過載電壓狀態(tài)的操作。
圖13是說明按本發(fā)明的充電裝置結(jié)構(gòu)的另一例子的方框圖。
該結(jié)構(gòu)基本上與圖12所示的相同，它是充電裝置1的方框圖，該充電裝置1不僅設(shè)計(jì)用于鉛電池，而且還用于鎳鎘電池、鎳氫電池和鎳鋅電池，充電電池2的充電電極3和用于檢測充電電池2的輸出電壓的檢測裝置4是相同的，來自檢測裝置4的輸出信號(hào)與控制裝置8的輸出端E1(電源輸出)相連接，并且對(duì)于充電電池的輸出電壓是否已達(dá)到預(yù)定狀態(tài)在控制裝置8里進(jìn)行計(jì)算。
當(dāng)然，控制裝置8的輸出端(電源輸出)還用作充電電池2的充電電流供給端。
在本例中所示的控制裝置8里，判斷充電電池2的輸出電壓是否已超過一峰值或充電電池2的輸出電壓升高率是否已下降到低于一規(guī)定值，由此確定是否停止充電操作，并且如果根據(jù)該判斷充電操作被停止，則從控制裝置8的端E2(充電完成)輸出一輸出信號(hào)。
來自供電裝置6的規(guī)定充電電流被輸入到控制裝置8的端E3(電源輸入)，并且控制裝置8的端E4(復(fù)原)與電流調(diào)整裝置7里安裝的計(jì)數(shù)器22的時(shí)鐘信號(hào)端CLK相連接。
在本例中，與圖12的例子相反，在控制裝置8的輸出端E2和電流調(diào)整裝置7里安裝的計(jì)數(shù)器22的時(shí)鐘信號(hào)端CLK之間，安裝有一“或非”門電路24及反向器INV25，從控制裝置8的端E2(充電完成)輸出的充電操作停止信號(hào)通過該“或非”門電路24和反相器INV25并被輸入到計(jì)數(shù)器22的時(shí)鐘信號(hào)端CLK。
從反相器INV25輸出的充電操作停止信號(hào)與控制裝置8的端E4連接，每次充電操作停止信號(hào)被輸出時(shí)復(fù)原控制裝置8里進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。
電流調(diào)整裝置7里計(jì)數(shù)器22的晶體管Q0到Q2和電源供應(yīng)組6之間的關(guān)系與圖12所示的相同，此處不詳細(xì)說明。該電源供應(yīng)組6由三個(gè)具有不同輸出電壓的固定電流供電源(6-1、6-2和6-3)構(gòu)成，并由晶體管T10到T12和晶體管T20到T22控制。
在本例中，利用第三次充電操作，在使用從固定供電源6-3輸出的最小充電電流強(qiáng)度C對(duì)充電電池2進(jìn)行充電操作后，由于“或非”門被設(shè)置為截止?fàn)顟B(tài)，沒有信號(hào)從控制裝置8輸入到計(jì)數(shù)器2 2的時(shí)鐘信號(hào)端CLK，這樣充電操作停止。
當(dāng)然，在上述充電裝置1中，控制裝置8另外包括一時(shí)鐘裝置和定時(shí)器裝置也是可以的。
上述定時(shí)器裝置暫時(shí)中斷使用規(guī)定值充電電流的充電操作，并在使用比上次所用充電操作開始之前提供一等待時(shí)間。
如上述，檢測充電電池的充電特性的檢測裝置4與用于檢測充電電池輸出電壓或二次電壓表面溫度的裝置相連。
根據(jù)上面的說明清楚的是，當(dāng)按照本發(fā)明的充電裝置1的上述控制裝置8對(duì)來自檢測裝置8的充電停止信號(hào)作出響應(yīng)而改變供給充電極的充電電流時(shí)，它改變它以便重新設(shè)置比上次充電電流小的充電電流。
下面將參照?qǐng)D14到圖16說明使用圖1 2所示的充電裝置對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電操作的情形。
具體地，圖14中所示的曲線A表示用按照本發(fā)明的上述充電操作對(duì)充電電池2充電時(shí)它的輸出電壓特性曲線，而該圖中的曲線B表示在按照本發(fā)明進(jìn)行充電操作時(shí)的充電電流值的變化也就是C值的變化。
在本發(fā)明中，在第一充電操作(第一時(shí)間段)中，用2C充電電流進(jìn)行充電操作。在一很早的點(diǎn)上檢測到諸如前峰或偽峰的預(yù)設(shè)狀態(tài)或預(yù)設(shè)參考電壓，在該點(diǎn)處充電操作暫時(shí)中斷并且在充電電流強(qiáng)度C變?yōu)?C后進(jìn)行下一次充電操作(第二時(shí)間段)在經(jīng)過短暫時(shí)間后如上述進(jìn)行同樣的檢測，在該處充電電流強(qiáng)度C下降，并進(jìn)行第三次充電操作(第三時(shí)間段)。
然后，重復(fù)第三和第四時(shí)間段，大約6000秒時(shí)充電操作停止。
圖15中，曲線A表示對(duì)圖14中所用的同樣鋰離子電池(3.6V/750mA)充電的輸出電壓特性曲線，而曲線B表示使用按傳統(tǒng)方法的充電操作時(shí)充電電流特性。
在過去的方法中，當(dāng)用充電操作設(shè)置充電電流以便成為相同電流時(shí)，充電電流僅僅自然地發(fā)生下降，按照充電率的上升而發(fā)生。結(jié)果，判斷已達(dá)到完全充電狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)是不清楚的，不存在充電操作應(yīng)當(dāng)停止的固定點(diǎn)，這樣在大約經(jīng)過13300秒的點(diǎn)上有意地停止充電操作。
從這些結(jié)果可以看出，在使用過去的充電方法是，充電時(shí)間長達(dá)3.86小時(shí)，這與本發(fā)明的圖14中所示的1.6小時(shí)顯著不同。
圖16中，曲線C表示由按照本發(fā)明的充電操作已充電的充電電池在200mA放電電流放電時(shí)放電電壓的變化，將其與曲線D比較，曲線D表示已按圖15的傳統(tǒng)方法充電的充電電池在同樣條件下的放電電壓變化。可以看出，按照本發(fā)明充電的充電電池盡管事實(shí)上充電時(shí)間比過去的方法短，但仍達(dá)到與過去方法相同的完全充電狀態(tài)，并且也獲得了足夠的容量。
在上述技術(shù)概念中，按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)能根據(jù)將要充電的充電電池類型和特性加以改變，另一具體例子就是，使用下表所示的逐步下降方法來以2C的充電電流達(dá)到80％的充電，以1C的充電電流達(dá)到90％的充電，以1/2C的充電電流達(dá)到97％的充電，并以1/4C的充電電流達(dá)到100％的充電，這使得在45.6分鐘內(nèi)達(dá)到100％的充電。
C值 充電(％) 時(shí)間已過時(shí)間第一時(shí)間段2C 8024分24分第二時(shí)間段1C 90 6分30分第三時(shí)間段 1/2C 97 8.4分 38.4分第四時(shí)間段 1/4C100 7.2分 45.6分使用過去的方法，由于以1/4C達(dá)到100％充電僅僅是一種可能，而達(dá)到100％充電所需要的時(shí)間是4小時(shí)，這與本發(fā)明形成對(duì)比，因?yàn)楸景l(fā)明在大約該時(shí)間的1/5內(nèi)便能完成充電。
如果將充電電池充電到97％是可以接受的，與要求2小時(shí)充電時(shí)間的過去方法相比，按本發(fā)明的充電系統(tǒng)只要38.4分鐘，便能在大約該時(shí)間的1/3內(nèi)完成充電。
如果將充電電池充電到90％是可以接受的，與要求1小時(shí)充電時(shí)間的過去方法相比，按本發(fā)明的充電系統(tǒng)只要30分鐘，例能在大約該時(shí)間的1/2內(nèi)完成充電。
另外，當(dāng)對(duì)充電電池充電時(shí)發(fā)生上述前峰，此后在充電操作中發(fā)生真峰。使用本發(fā)明的充電系統(tǒng)進(jìn)行充電，有可能充電到幾乎真實(shí)的完全充電狀態(tài)，并且如果充電直到真峰發(fā)生才停止，剛前峰消失，此后在充電操作中不再發(fā)生前峰，特別有利于隨后的充電操作并能獲得充足能源。
也就是，當(dāng)使用本發(fā)明的充電系統(tǒng)時(shí)，出現(xiàn)前峰并且已進(jìn)行不充分充電操作的充電電池因此能得以恢復(fù)和復(fù)原。
也就是，如果充電電池是由多個(gè)具有相同標(biāo)稱容量的電池構(gòu)成的成組電池，如果這些電池的每一個(gè)通常具有不同的剩余容量或不同的前峰值、或不同的輸出電壓的特性曲線，則在每個(gè)電池峰值處每個(gè)電池將發(fā)生偽峰，并且將發(fā)生上述問題。然而，使用本發(fā)明的充電系統(tǒng)，可以調(diào)整構(gòu)成組的多個(gè)電池的充電特性使其相同，這樣在隨后的充電操作中絕對(duì)沒有前峰或偽峰發(fā)生，由此通過充電器來使構(gòu)成組的多個(gè)電池再生。結(jié)果，在由多個(gè)電池組合構(gòu)成的成組電池的充電操作中，始終將構(gòu)成組的多個(gè)電池維持在大約完全充電狀態(tài)是可能的，這便能使充電電池獲得最大能量。
這可能意味著當(dāng)由多具電池組合構(gòu)成成組的電池時(shí)，不必進(jìn)行檢查每個(gè)電池特性并組合具有相同特性的電池的繁重任務(wù)，這一事實(shí)使其可能不考慮它們的單個(gè)特性組合每個(gè)電池電池特性由充電裝置相互調(diào)整，并且也可能在隨后的充電操作中始終達(dá)到完全充電狀態(tài)，由此提供充電電池能在非常短的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)最大能量的充電方法，這一方法代表概念上完全不同于過去方法的革命性充電系統(tǒng)。
在按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)中，希望將上述M設(shè)定為2或更大。
另外，在過去，已知由于在由單個(gè)電池構(gòu)成的充電電池中的完全充電狀態(tài)之前輸出電壓上發(fā)生一個(gè)峰的原因之一是電池里的活性物質(zhì)未充分激活，因此化學(xué)反應(yīng)滯后于電流，引起電池溫度升高以及在增加電池電壓中很早地發(fā)生波峰。
為解決上述問題，激活上述活性物質(zhì)的一個(gè)方法是通過用允許內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)蹤跡的小電流充電來維持完全充電狀態(tài)。然而，用這一方法要求相當(dāng)長時(shí)間來達(dá)到完全充電狀態(tài)，在達(dá)到高速充電的目的上提出了問題。
然而使用本發(fā)明，首先用大充電電池充電，在電池溫度升高之前轉(zhuǎn)換到較小電流，這樣在相對(duì)短時(shí)間內(nèi)引起激活而不引起電池的損壞。
在這種情況下，首先需要判斷充電電池是否是未激活電池，還要判斷用什么作為準(zhǔn)則來轉(zhuǎn)換充電電流，以及在什么時(shí)間停止充電操作。
第一，關(guān)于判斷充電電池是否是未激活的，通常由于剛剛制造后的電池以及已保持很長時(shí)間不用的電池是未激活電池，它的電壓通常不大于1.2V。
因此，如果在充電開始前充電電池的輸出電壓低于1.2V，可以判斷它是未激活的電池。
其次，關(guān)于在充電系統(tǒng)的充電操作之中充電電流如何轉(zhuǎn)換的問題，基本上有兩種未激活電池的充電特性，其一是電池電壓不升高并表現(xiàn)出平穩(wěn)特性曲線，其二是在充電操作開始后在相當(dāng)早的時(shí)間點(diǎn)上出現(xiàn)波峰，就好象它是正常電池一樣。
因此，依靠這些觀念上的差別，例如如果電壓值超過一規(guī)定值或如果已經(jīng)過的規(guī)定時(shí)間，就可能轉(zhuǎn)換充電電流值。
如果輸出電壓特性曲線是平穩(wěn)的，如果電池在此狀態(tài)下連續(xù)充電，由于電池溫度繼續(xù)升高，希望在經(jīng)過給定時(shí)間后停止充電操作并轉(zhuǎn)換充電電流值。
也就是，在未激活電池的充電中，僅僅在進(jìn)行充電操作中轉(zhuǎn)換上述充電電流值是足夠的。
具體地說，在到了第二次充電停止的點(diǎn)上足夠停止充電操作。
在上述例子中，使第二次充電操作所用充電電流值小于第一次充電操作中所用的充電電流值，但也可以使其是一固定值。
也就是，即使在第一次充電操作中所用的充電電流強(qiáng)度C是4C或2C，但在第二次充電操作中所用的充電電流強(qiáng)度固定在例如C值為0.25C。
下面，將參照?qǐng)D17所示的流程圖，說明為了對(duì)上述未激活的充電電池進(jìn)行充電的充電系統(tǒng)操作順序。
具體地，開始后，在步驟1測量充電電池的電池電壓，并在步驟2判斷充電電池的每個(gè)電池的電壓是否是1.2V或更低。如果這一判斷的結(jié)果是N(不是)，即如果每個(gè)電池電壓超過1.2V，則判斷出該電池是激活的，充電操作停止。然而，如果結(jié)果是Y(是)，由于判斷出充電電池是未激活的充電電池的可能性很大，因而過程進(jìn)行到步驟3，在這一步設(shè)置未激活標(biāo)識(shí)。
下面，過程進(jìn)行到步驟4，在此用具有C值例如是4C或2C的規(guī)定充電電流開始充電電池的充電操作，并在步驟5如果利用諸如上述的方法顯示充電電池的規(guī)定狀態(tài)，則充電操作停止。
過程進(jìn)行到步驟6，在此測試以查看未激活標(biāo)志是否存在。如果測試結(jié)果是N(不是)，則過程結(jié)束。然而如果標(biāo)志測試結(jié)果是Y(是)，則過程進(jìn)行到步驟7，在此測量自充電開始已經(jīng)過的時(shí)間量，并且如果這一時(shí)間量在例如通常達(dá)到完全充電狀態(tài)所需要時(shí)間的7 5％以內(nèi)，則在這一步進(jìn)行判斷的結(jié)果是Y(是)，此時(shí)充電電池被判定為是未激活充電電池，引起過程進(jìn)行到步驟9，在此通過計(jì)算確定并設(shè)置隨后充電的時(shí)間T4。
如果在步驟7判斷的結(jié)果是N(不是)，則過程進(jìn)行到步驟8，在此判斷充電電池的充電量是否在或低于通常完全充電狀態(tài)的規(guī)定比例，例如60％。如果不是(即如果判斷結(jié)果為否)，則判斷出充電電池是未激活電池并且充電電池的充電停止。然而如果結(jié)果為是，則過程進(jìn)行到上述的步驟9，在此設(shè)置隨后充電的時(shí)間T4。
圖18表示確定隨后充電時(shí)間T4的子程序。
開始后，在步驟1進(jìn)行計(jì)算T1←T2-T3。
上式中，T2是被完全放電的充電電池達(dá)到完全充電狀態(tài)所需要的時(shí)間量，而T3是在充電操作中已經(jīng)過的充電時(shí)間值，即在圖17的步驟4和步驟5之間經(jīng)歷的時(shí)間。
T1表示要在起初設(shè)置的電流值Rs例如4C或2C獲得剩余的充電量所需要的充電時(shí)間量。
下面，在步驟2，進(jìn)行計(jì)算T4←T1×(Rs/Rf)。
上式中，Rs表示激活充電的充電電流值，例如是0.25C(一個(gè)固定值)。
T4是用重新設(shè)置的充電電流值R s獲得剩余容量所要求的充電時(shí)間量。
當(dāng)確定了隨后充電時(shí)間T4，該子程序結(jié)束，并返回到圖17的步驟9。
在步驟10，實(shí)際要用的充電電流值設(shè)置在如上述所設(shè)置的充電電流值Rs處，并在步驟11開始隨后的充電。
下面，過程進(jìn)行到步驟12，在此判斷充電時(shí)間是否已達(dá)到T4。如果結(jié)果是N(否)，則繼續(xù)充電操作，而如果結(jié)果是Y(是)，則停止充電操作。
舉一個(gè)上述操作的具體例子，如果T3＝10分鐘，Rs＝4C，及Rf＝1/4C，則T2＝15分鐘，并且T1＝T2-T3＝5分鐘。
因此，T4＝5×4/0.25＝80分鐘。
下面，說明在上述流程圖中的步驟8測量充電電池的充電量的方法實(shí)例，在過去測量充電器的方法中，充電之中的電池電壓被測量，與所測電壓相應(yīng)的值確定為充電電池的充電量。
然而，在對(duì)充電電池的充電中，充電電池的輸出電壓一般遵從下面的關(guān)系式。
也就是，充電之中充電電池的電壓Vb是Vb＝I×Rint+Vpol+Vtr.
在上面的關(guān)系式中，I是充電電流，Rint是充電電池的內(nèi)部電阻，Vpol是極化引起的過壓，及Vtr是真實(shí)的充電電池電壓。
也就是，在充電中充電電池的電壓帶有加在真實(shí)電壓Vtr上的由極化產(chǎn)生的過壓和由電池內(nèi)部電阻產(chǎn)生的電壓，這樣在測量后立即將電池電壓作為充電電池充電量會(huì)導(dǎo)致該值上的許多錯(cuò)誤，使得精確測量充電電池的電壓和精確測量充電電池的充電量是困難的。
已知由極化引起的上述電壓Vpol隨著充電電流、充電量、電池容量、電池溫度、所用材料等等而變化很大。
因此使用過去所用的方法，用總是包括過壓的值計(jì)算充電量，其精度是很差的。
已知上述過壓表現(xiàn)出下列特性。
(1)低溫時(shí)過壓大而高溫時(shí)過壓小。
(2)充電電流大時(shí)過壓大。
(3)當(dāng)電流斷開時(shí)，過壓逐漸下降，這種下降越是突然則過壓越大。
(4)在電流斷開后的幾十秒鐘里(例如60秒)，不管什么電池對(duì)于給定充電量過壓是大致相同的。
也就是，如圖19所示，由根據(jù)其狀態(tài)而不同的輸出電壓特性曲線(S1、S2和S3)表示僅一個(gè)且相同二次電壓的電壓。在充電操作完成的時(shí)刻t0，表示各種電壓Vb1、Vb2和Vb3。
這些電壓Vb1、Vb2和Vb3表示高于充電電池的上述真實(shí)電壓Vtr的值。
然而，在已經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間量例如60秒之后，這些電壓值Vb1、Vb2和Vb3降下來以接近真實(shí)電壓值Vtr。
因而，如果在充電電池電壓值的測量延遲到時(shí)間t2、有可能獲得充電電池電壓的精確測量。
然而，由于這將意味著要求過多的充電時(shí)間量，這樣妨礙達(dá)到高速充電的目的，在本發(fā)明中在時(shí)刻t0和在時(shí)刻t0之后幾秒鐘例如5秒的時(shí)刻t1測量充電電池的電壓，并計(jì)算電壓下降率，采用一種已知的統(tǒng)計(jì)方法來預(yù)測t2的電壓值，該預(yù)測值用來計(jì)算充電電池的充電量。
為了進(jìn)行充電電池的充電量的計(jì)算，預(yù)先準(zhǔn)備了與上述預(yù)測電壓值相對(duì)應(yīng)的充電量所涉及的查詢表，一旦得到預(yù)測電壓值，從該查詢表可計(jì)算充電量。
圖20表示上述查詢表的一個(gè)例子。
針對(duì)本發(fā)明中暫時(shí)中斷充電操作和在用重新設(shè)置的具有新充電量的充電電流進(jìn)行充電操作之前及時(shí)進(jìn)行測量的例子解釋了測量上述充電電池電流值的精確方法。但測量上述充電電池充電量的方法不限于上述例子中所示的方法，并可在進(jìn)行充電操作中的任何時(shí)間點(diǎn)上進(jìn)行。
也就是，在包括按本發(fā)明的充電操作的充電操作中，在測量充電量時(shí)，在測量的時(shí)刻暫時(shí)中斷充電電流并在兩個(gè)點(diǎn)或最好在三個(gè)點(diǎn)上測量充電電池的輸出電壓，計(jì)算這些點(diǎn)之間的斜率，并預(yù)測漸近值。
更具體地，在進(jìn)行上述充電操作之中，上述預(yù)測漸近值的測量和計(jì)算可在預(yù)定的時(shí)間間隔處重復(fù)進(jìn)行，以提高充電電池充電量的預(yù)測精度。
下面，參照?qǐng)D21到圖23所示的數(shù)據(jù)，解釋使用按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)獲得的效果。
圖21表示在由五個(gè)電池構(gòu)成的充電電池中的一個(gè)電池具有大于其它四個(gè)電池20％的充電量時(shí)得到的輸出電壓特性曲線，這表示從開始充電操作起已經(jīng)過大約900秒的點(diǎn)處發(fā)生偽峰。
在該充電電池中，如圖2 2所示，使用過去的方法，在從開始充電起經(jīng)過大約9000秒的點(diǎn)處充電停止，充電時(shí)間非常短，因此電池的充電量非常小。
因而，如圖23所示，當(dāng)該充電電池用2C的放電電流放電時(shí)，放電時(shí)間很短，為750秒，說明電池未能表現(xiàn)出足夠的電能。
而且，在上述充電操作中，階躍式部分D發(fā)生在放電特性上，表示它不適合驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
轉(zhuǎn)向圖24，我們看見用按本發(fā)明的充電系統(tǒng)對(duì)圖21中所用的同樣充電電池進(jìn)行充電操作時(shí)的輸出電壓特性曲線。
在第一次充電操作中，用2C充電電流進(jìn)行充電，并在自充電開始了經(jīng)歷大約750秒的點(diǎn)處充電暫時(shí)中斷，等待60秒的時(shí)間之后，使用1C的充電電流開始下一次充電操作，該充電操作在已經(jīng)過2550秒時(shí)停止。
圖25是按圖24所述充電的充電電池的放電特性圖，從該圖可以看出，充電時(shí)間是1350秒的長時(shí)間，并獲得了足夠的能量。
而且，放電特性沒有表現(xiàn)出圖23所示的那種步降D。
圖26表示在用過去的方法再對(duì)已按圖24充電的充電電池充電時(shí)得到的輸出電壓曲線。這表示沒有如圖21的情況那樣產(chǎn)生偽峰，并清楚地表示充電電池被再生和復(fù)原到高效充電電池。
圖27是按圖26所示充電的充電電池的放電特性曲線圖，從該圖可以看出，放電時(shí)間特性與圖25所示的相同。
下面，說明對(duì)由單個(gè)電池構(gòu)成的充電電池進(jìn)行同樣的充電操作時(shí)的一個(gè)例子。
圖34表示如果對(duì)由單個(gè)電池構(gòu)成的充電電池進(jìn)行充電，在自充電操作開始經(jīng)過大約1850秒的點(diǎn)上產(chǎn)生前峰。
在該充電電池中，如圖28所示，當(dāng)用過去的充電方法經(jīng)過大約1750秒時(shí)充電操作將停止，充電時(shí)間相當(dāng)短，且最終的電池充電量相當(dāng)小。
在該充電電池中，如圖29所示，可以看出放電時(shí)間相當(dāng)短，大約為1400秒，并且電池不能表現(xiàn)足夠的能量。
圖30表示圖28所用的同樣電池按照本發(fā)明充電時(shí)的輸出電壓特性曲線。
在第一次充電操作中，用2C充電電流進(jìn)行充電，在自充電開始經(jīng)過大約1400秒的點(diǎn)上，充電暫時(shí)中斷，并且在等待60秒的時(shí)間后，用1C的充電電流開始下一次充電操作，當(dāng)經(jīng)過3150秒時(shí)該充電操作停止。
圖31是按圖30所述已充電的充電電池的放電特性圖，從該圖可以看出，充電時(shí)間是1800秒的長時(shí)間，并且獲得了足夠的能量。
圖32表示在由過去的方法再對(duì)已按圖30充電的充電電池充電時(shí)得到的輸出電壓曲線。這表示沒有如圖28的情況那樣產(chǎn)生前峰，并清楚地表示充電電池被再生和復(fù)原到高效充電電池。
圖33是按照?qǐng)D32所示充電的充電電池的放電特性曲線圖，從該圖可以看出，放電時(shí)間特性與圖31所示的相同。
通過利用按照本發(fā)明的充電系統(tǒng)和充電裝置，在由單個(gè)電池組成充電電池的情況下，甚至在由多個(gè)電池組合構(gòu)成充電電池的情況下，提供高速充電系統(tǒng)和高速充電裝置，其中在充電操作中精確檢測到達(dá)充電電池的完全充電狀況的定時(shí)，并始終能將充電電池充電到完全充電狀態(tài)。
另外，提供的充電系統(tǒng)和充電裝置能使由于其歷史具有不正確輸出電壓特性曲線的充電電池復(fù)原為具有正確輸出電壓特性曲線的充電電池，并且即使對(duì)于包括具有相互不同的輸出電壓特性曲線的多個(gè)電池的二次電壓，也能再生二次電壓，這樣每個(gè)電池具有大約相同的輸出電壓特性曲線。
權(quán)利要求
1.一種充電系統(tǒng)，其中在對(duì)所述充電電池充電的同時(shí)檢測充電電池的充電特性，包括使用規(guī)定量的電流對(duì)所述充電電池進(jìn)行充電，并且其中在檢測到有關(guān)所述充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)，使用比所述規(guī)定電流量小的電流隨后對(duì)充電電池充電，此后當(dāng)檢測到有關(guān)所述充電電池的所述預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)，使用比上面剛剛所用電流量小的電流再進(jìn)行充電電池的充電，重復(fù)所述操作直到所述充電電池達(dá)到大體上完成充電的狀態(tài)。
2.一種充電系統(tǒng)，其中在對(duì)所述充電電池充電的同時(shí)檢測充電電池的充電特性，包括第一時(shí)間段，在此之中用第一規(guī)定電流值對(duì)所述充電電池充電；第二時(shí)間段，在此之中，在第一時(shí)間段里檢測到充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下，用比所述第一規(guī)定電流值小的第二電流值再對(duì)所述充電電池充電；第三時(shí)間段，在此之中，在第二時(shí)間段里檢測到充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下，用比所述第二規(guī)定電流值還小的第三電流值再對(duì)所述充電電池充電；及第四時(shí)間段，在此之中用比所述上面規(guī)定電流值小的電流值重復(fù)上述第三時(shí)間段的操作，直到所述充電電池的充電完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的充電系統(tǒng)，其中在所述操作時(shí)間段之間插入等待時(shí)間段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的充電系統(tǒng)，其中所述充電電池或者由單個(gè)電池構(gòu)成或者由多個(gè)電池組合構(gòu)成。
5.一種充電系統(tǒng)，其中在對(duì)充電電池充電的同時(shí)檢測所述充電電池的充電特性，包括使用規(guī)定的電流值按所述步驟對(duì)所述充電電池進(jìn)行充電，包括以下步驟第一步，在檢測到有關(guān)所述充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)暫時(shí)中斷所述充電操作；及第二步，當(dāng)使用具有比所述預(yù)設(shè)值小的值的電流隨后對(duì)所述充電電池充電時(shí)，在檢測到有關(guān)所述充電電池的上述預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下停止所述充電操作，根據(jù)需要重復(fù)該第二步，當(dāng)所述充電操作的停止總次數(shù)(包括在所述第一步和所述第二步中充電操作的停止)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)(M)時(shí)，所述充電電池被認(rèn)為已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)，并且所述充電操作停止。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的充電系統(tǒng)，其中所述充電操作的停止總次數(shù)(M)是大于1的整數(shù)。
7.一種充電系統(tǒng)，其中在對(duì)充電電池充電的同時(shí)檢測所述充電電池的充電特性，包括使用規(guī)定的電流值按所述充電步驟對(duì)所述充電電池進(jìn)行充電，包括下列步驟第一步，在檢測到有關(guān)所述充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)暫時(shí)中斷所述充電操作；及第二步，當(dāng)使用具有比所述預(yù)設(shè)值小的值的電流隨后對(duì)所述充電電池充電時(shí)，在檢測到有關(guān)所述充電電池的上述預(yù)設(shè)狀態(tài)的情況下停止所述充電操作，根據(jù)需要重復(fù)該第二步，并且當(dāng)充電電流值下降到低于預(yù)設(shè)電流值時(shí)，則所述充電電池被認(rèn)為已大體上達(dá)到完全充電狀態(tài)，所述充電操作停止。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求7的任何一個(gè)的充電系統(tǒng)，其中使用規(guī)定量的電流對(duì)充電電池充電，在檢測有關(guān)所述充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài)時(shí)所述充電系統(tǒng)有一步驟，靠此所述充電暫時(shí)停止，并且然后用比上面規(guī)定電流值小的電流值對(duì)所述充電電池充電，重復(fù)所述步驟，測量從用所述規(guī)定電流值開始所述充電起直到所述充電停止的時(shí)間量，如果在所述充電操作停止前經(jīng)過了規(guī)定的時(shí)間量，則所述充電操作在那個(gè)時(shí)間點(diǎn)停止。
9.一種充電電池充電裝置，包括用于充電電池充電的充電電極；充電特性檢測裝置，用來檢測所述充電電池的充電特性；電流調(diào)整裝置，與所述充電電極相連，還與規(guī)定的電流源相連；及控制裝置，與所述檢測裝置和所述電流調(diào)整裝置兩者相連，并且對(duì)從所述檢測裝置輸出的信號(hào)作出響應(yīng)，(該信號(hào)指示有關(guān)充電電池的預(yù)設(shè)狀態(tài))，對(duì)所述電流調(diào)整裝置進(jìn)行控制，以便或者停止供給所述充電電極的電流，或者改變供給所述充電電極的電流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的充電電池充電裝置，其中所述控制裝置還包括時(shí)鐘裝置和定時(shí)器裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10的充電電池充電裝置，其中所述充電特性檢測裝置包括用于檢測從一組充電電池輸出電壓，充電電池表面溫度及充電電流中所選擇的至少一項(xiàng)的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到權(quán)利要求11中任何一項(xiàng)的充電電池充電裝置，其中所述控制裝置具有下面的功能當(dāng)供給所述充電電極的充電電流值響應(yīng)于來自所述檢測裝置的充電特性檢測信號(hào)時(shí)，它將充電電流值設(shè)置為比上次充電時(shí)所用充電電流值小的值。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的充電電池充電裝置，其中所述定時(shí)器裝置在使用規(guī)定的充電電流值的充電操作停止之時(shí)與使用比所述規(guī)定充電電流值小的充電電流值的充電操作開始之時(shí)之間插入一段等待時(shí)間。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的充電電池充電裝置，其中所述定時(shí)器裝置控制在使用規(guī)定充電電流值的充電操作開始之后所經(jīng)過的時(shí)間。
15.根據(jù)權(quán)利要求9到權(quán)利要求14中的任何一項(xiàng)的充電電池充電裝置，其中所述規(guī)定的電流源包括多個(gè)獨(dú)立的供電源。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的充電電池充電裝置，其中所述規(guī)定電流源包括一可編程供電源。
17.根據(jù)權(quán)利要求9到權(quán)利要求16中的任何一項(xiàng)的充電電池充電裝置，其中所述電流源包括單個(gè)固定供電源，該電源利用脈沖電流負(fù)載循環(huán)控制來控制充電電流值。
18.根據(jù)權(quán)利要求4的充電系統(tǒng)，其中在所述充電電池包括多個(gè)組合的電池時(shí)，所述多個(gè)電池的每一個(gè)都具有相同標(biāo)稱容量，并且所述多個(gè)電池的至少一個(gè)具有與所述多個(gè)電池的其它電池不同的剩余容量和放電特性。
19.一種充電電池激活系統(tǒng)，它在檢測所述充電電池的充電特性的同時(shí)對(duì)充電電池充電過程中，包括下列步驟測量所述充電電池的輸出電壓的步驟；在所述充電電池的電池電壓低于規(guī)定電壓時(shí)，設(shè)置未激活標(biāo)志，然后用規(guī)定電流值開始充電的步驟；在檢測到有關(guān)所述充電電池的規(guī)定狀態(tài)時(shí)，停止所述充電操作的步驟；在所述充電操作停止后，判斷是否設(shè)置所述未激活標(biāo)志，并且如果設(shè)置了所述未激活標(biāo)志，則判斷是否已經(jīng)過了所要求的充電時(shí)間量比例的步驟；在已經(jīng)過多于所要求的充電時(shí)間量比例時(shí)，判斷所述充電電池的充電量是否低于規(guī)定充電量的步驟；在還沒有經(jīng)過所要求的規(guī)定充電時(shí)間量比例或者所述充電電池的充電量低于規(guī)定充電量時(shí)，設(shè)置增加的充電時(shí)間規(guī)定量的步驟；將在所述增加的充電時(shí)間段里使用的充電電流值設(shè)置為比在所述充電操作中已使用的充電值小的充電電流規(guī)定值，并開始對(duì)所述充電電池充電的步驟；及當(dāng)已經(jīng)過充電時(shí)間量時(shí)，停止所述充電操作的步驟。
20.在檢測充電特性的同時(shí)對(duì)充電電池充電的多個(gè)充電測量系統(tǒng)，其中在測量所述充電電池的電池電壓并由此確定充電量時(shí)，用規(guī)定的充電電流值對(duì)充電電池進(jìn)行充電，所述充電電流的供應(yīng)停止每個(gè)規(guī)定的時(shí)間間隔，在該時(shí)間點(diǎn)上測量所述充電電池的電池電壓并由此預(yù)測電池電壓的漸近值，在所述測量的電池電壓漸近值的基礎(chǔ)上確定所述充電電池的充電量。
全文摘要
提供一種高速充電電池充電系統(tǒng)，能精確測量時(shí)間量以達(dá)到充電電池的完全充電狀態(tài)。在該系統(tǒng)中，在檢測充電電池的充電特性的同時(shí)對(duì)充電電池充電的時(shí)候，使用規(guī)定的充電值對(duì)充電電池進(jìn)行充電。然后，當(dāng)檢測到有關(guān)充電電池的規(guī)定狀態(tài)時(shí)，再一次對(duì)充電電池充電，此次所用電流小于上次的充電電流。當(dāng)檢測到表示充電電池充電完成的狀態(tài)時(shí)，充電停止。如果未檢測到這一狀態(tài)，設(shè)置更小的電流并再次對(duì)充電電池進(jìn)行充電，重復(fù)上述操作直到檢測到表示充電電池充電完成的狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02J7/04GK1163677SQ96190795
公開日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1996年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月16日
發(fā)明者宮本通, 尼爾·西蒙茲 申請(qǐng)人:急迫充電公司