根據溫度停止對可充電電池充電的充電裝置的製作方法

2023-10-11 19:40:54 1

專利名稱：根據溫度停止對可充電電池充電的充電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對可充電電池進行充電的充電裝置，該裝置包括向電池提供充電電流的第一裝置，當電池達到終止溫度時停止提供充電電流的第二裝置，該終止溫度高於開始提供充電電流時電池的初始溫度。
這種充電裝置特別是可以從美國專利US4,816,737中了解到。當對例如NiCd(鎳-鎘)電池和NiMH(鎳-金屬-氫化物)電池充電時，在充電過程結束時電池的溫度急劇上升。當未到規定時間就結束無電時，可能會損壞電池，使其壽命縮短。因此，當電池溫度達到某一限度時停止充電是非常重要的。在已知的充電裝置中，通過測量電池溫度和環境溫度之差來確定電池溫度的升高。這種差值測量需要兩個溫度傳感器，一個用於測量環境溫度，另一個用於測量電池溫度。在充電開始時測量電池的初始溫度並將它儲存在存儲器中的情況下，可以省去測量環境溫度的傳感器。接下來持續測量電池的溫度，並將它與儲存的初始溫度進行比較。一旦瞬時溫度與存儲的初始溫度之差超過一個給定的閾值，則停止充電。這種測量方式僅需要一個溫度傳感器，這在機械結構方面有其優點，但是存儲初始溫度只有藉助於數字存儲器和模數轉換器。然後模數轉換器恆定地將瞬時溫度值轉換成數字瞬時溫度信號，將該信號數位化地與存儲的初始溫度進行比較。然而，模數轉換器和數位訊號處理是相當複雜的，使得對許多使用場合來說充電裝置過於昂貴了。
因此，本發明的一個目的是提供一種對可充電電池進行充電的充電裝置，利用該裝置，能夠以簡單的方式預防在過高溫度的情況下的過充電。
為了達到這一目的，根據本發明，在開始段落限定的那種充電裝置的特徵在於該充電裝置進一步包括第三裝置，用於確定初始溫度處於至少兩個給定溫度範圍的多個溫度範圍中的哪個範圍，並根據這樣確定的瞬時溫度範圍選擇終止溫度。
根據本發明的充電裝置僅僅確定當充電開始時，被充電的電池溫度處於哪個溫度範圍。一旦確定了這一點，就選擇了充電結束的相應的終止溫度。這不需要採用模數轉換器，對溫度進行持續的測量，而只需要檢測是否達到了所選擇的終止溫度。
最簡單的方式是溫度範圍的數目是二，在這種情況下進行測量，以確定充電時的電池溫度是在給定溫度例如15℃之上還是在給定溫度之下。如果發現溫度在15℃以下，那麼選擇較低的終止溫度，例如40℃。否則選擇較高的終止溫度，例如60℃。顯然可以選擇更多的溫度範圍，得到相應數目的終止溫度。相應的終止溫度的值取決於電池的種類，以及相關的可充電電池的技術數據和規格。
根據本發明的充電裝置的一個實施例的特徵在於第三裝置包括第四裝置，用於產生與溫度有關的信號，第五裝置用於產生至少一個基準信號，以便限定至少兩個給定的溫度範圍，第六裝置，用於將與溫度有關的信號與至少一個基準信號進行比較，以便當開始提供充電電流時輸送表示瞬時溫度範圍的判斷信號，以及第七裝置，當已經開始提供充電電流以後，根據該判斷信號改變至少一個基準信號。
在這一實施例中，將充電開始時對電池溫度進行測量得到的信號與基準信號進行比較。比較的結果產生包含有初始溫度的溫度範圍。接下來，根據該結果，基準信號的值變為一個新的值，該值是對所選擇的終止溫度的測量。當對電池溫度進行測量得到的信號的值等於改變的基準信號時，中斷對電池的充電。
能夠以各種方式實施產生與溫度有關的信號的裝置。為此目的，根據本發明的充電裝置的一個實施例的特徵在於第四裝置包括與電池熱耦聯的對溫度敏感的電阻器。為此目的，另一個實施例的特徵在於第四裝置包括與電池的外殼機械耦聯的應變計，應變計的溫度係數與電池的外殼的溫度係數不同。
具有兩個溫度範圍的一種非常簡單的實施例的特徵在於第三裝置包括第一分壓器，包括第一電阻器和對溫度敏感的電阻器，第一電阻器和對溫度敏感的電阻器在第一節點相互連接，
第二分壓器，包括第二電阻器和基準電阻器，基準電阻器的阻值是根據判斷信號分級可變的，第二電阻器和基準電阻器在第二節點相互連接，一個電容器，其輸入端與第一和第二節點相連，其輸出端用於輸送判斷信號。
兩個分壓器構成一個電阻橋，由於存在對溫度敏感的電阻器，所以分壓抽頭之間的電壓平衡點與溫度有關，並且藉助於可變的基準電阻器而變化。當充電開始時，比較器將溫度電阻的阻值與基準電阻的阻值進行比較。充電開始以後，利用比較器的二進位輸出信號確定選擇兩個新的基準電阻值中的哪一個。
該實施例的進一步的特徵在於對溫度敏感的電阻器具有負溫度係數，基準電阻器包括固定電阻器和兩個並聯電阻器的並聯結構，兩個並聯電阻器通過各自的開關電晶體與該固定電阻器並聯，並且充電裝置進一步包括第八裝置，當開始提供充電電流以後，第八裝置使相應的開關電晶體中的一個導通。
具有負溫度係數(NTC)的電阻器的阻值隨溫度的升高而降低。在較高的溫度下，橋的平衡點達到基準電阻器的較小的阻值。該較小的阻值是通過安排一個與基準電阻器並聯的電阻器得到的。並聯電阻器的阻值是根據在選擇的終止溫度下NTC電阻器阻值的減小來確定的。
該實施例的進一步的特徵在於第八裝置包括觸發器，其數據輸入端與比較器的輸出端相連，以便接收判斷信號，其時鐘輸入端用於接收開始信號，其兩個互補輸出端用於提供互補控制信號，以及門電路，用於在開始信號的命令下，將互補控制信號送至各自的開關電晶體。
當接收到表示充電過程開始的開始信號時，觸發器鎖存判斷信號的狀態。根據這一狀態，開關電晶體中的一個導通，並使相應的電阻器與固定的基準電阻器並聯。只要充電還沒有開始，門電路就阻止控制信號，從而禁止測量初始溫度。這是因為兩個開關電晶體都沒有被驅動。
下面將參照附圖描述本發明的這些方面和其它方面，其中

圖1表示根據本發明的充電裝置的第一實施例的電路，圖2表示根據本發明的充電裝置的另一實施例的電路，以及圖3表示用於根據本發明的充電裝置上的帶有應變計的電池。
在這些附圖中相同的元件具有相同的參考號。
圖1表示根據本發明的充電裝置的第一實施例的電路。可充電電池2通過開關4與直流電源10的正電源端6相連，並與直流電源10的負電源端8相連，負電源端被認為接地。直流電源10例如包括整流橋12和變壓器14，但是也可以採用能夠提供適當的直流電壓的其它電源。開關4通過一個接口電路16驅動，該電路具有一個用於接收開關信號STRT的輸入端，藉助於該信號開關4閉合，以及具有一個用於接收信號DS的輸入端，藉助於該信號開關4斷開。接口電路16可以是一個帶有相關電子器件的置位-復位觸發器，用於控制開關4。
電池2的溫度由與電池2熱耦聯的對溫度敏感的元件18測量。對溫度敏感的元件18例如可以是一個具有負溫度係數(NTC)的電阻器。也可以例如選擇一個圖3所示的在電池2的外殼76上的應變計74來代替這一電阻器，精心選擇該應變計，使其具有的溫度係數不等於電池外殼的溫度係數。適當地選擇應變計，使其作為一個具有正或負溫度係數的對溫度敏感的電阻器起作用。顯然，帶有這種應變計的可充電電池也可以結合這樣的電池充電器使用，這種充電器不同於此處描述的充電器，但是也可以對與電池熱耦聯的對溫度敏感的元件作出響應，停止充電過程。
與電阻器20串聯的對溫度敏感的元件18安排在地和正電源端22之間，正電源端22從直流電源10或其它適合的電壓源接收正電壓。電阻器20和對溫度敏感的元件18在節點24相互連接，並形成與溫度有關的分壓器。地和正電源端22之間的第二分壓器包括阻值分級可變的基準電阻器26和電阻器28，它們在節點30相互連接。在目前這種情況下，基準電阻器26包括一個固定的電阻器32和兩個並聯的電阻器34和36，並聯的電阻器34和36可以通過各自的開關電晶體38和40與固定電阻器32並聯。節點24和30與比較器42的輸入端相連，比較器42的輸出端44輸送判斷信號DS，如果節點30上的電壓大於節點24上的電壓，則判斷信號DS比較高，反之則比較低。判斷信號DS施加到觸發器48的數據輸入端46，觸發器48的時鐘輸入端50用於接收開始信號STRT，其輸出端52在開始信號STRT出現正跳變時取判斷信號DS的值。來自輸出端52的信號CS1作為控制信號，切換開關電晶體40。觸發器48的互補輸出端54輸送互補控制信號CS2，用於切換開關電晶體38。互補控制信號CS1和CS2施加到各自的與門56和58，它們的輸出端與開關電晶體40和38的控制電極相連。開始信號STRT施加到與門56和58的另一輸入端，其結果是當開始信號STRT處於低電平時，開關電晶體38和40二者都處於截止狀態。
當開始對電池2充電時，開始信號STRT處於低電平，比較器將對溫度敏感的元件18的阻值與固定電阻器32的阻值進行比較。在給定溫度例如15℃，固定電阻器的阻值對應於對溫度敏感的元件18的阻值。於是確定電池2的初始溫度是在15℃之上還是15℃之下。如果初始溫度低於15℃，則比較器輸出的判斷信號DS具有較低的值，如果初始溫度高於15℃，則比較器輸出的判斷信號DS具有較高的值。當開始信號STRT處於正跳變時，開關4閉合，開始對電池2充電。同時判斷信號DS的瞬時值被觸發器48鎖存，通過與門56和58使開關電晶體38和40中的一個導通。結果，電阻器34和36中的一個與固定電阻器32並聯。這將基準電阻器26的值降低到一個新的值，該值對應於將停止對電池2充電所需的終止溫度。如果初始溫度低於15℃，則選擇一個終止溫度例如40℃，並使電阻器36並聯。如果初始溫度高於15℃，則選擇一個終止溫度例如60℃，並使電阻器34並聯。以這樣的方式來選擇電阻器34和36的值，使得固定電阻器32與電阻器34或36的並聯結構分別對應於具有負溫度係數的對溫度敏感的元件18在60℃和40℃時的阻值。隨著對電池2充電，電池2的溫度將升高。當達到所選擇的終止溫度時，判斷信號DS的值將從相對低的值升高到相對高的值。信號電平的升高對接口電路16來說表示開關4應斷開，以便中斷對電池2的充電。這避免了電池由於過充電或由於太高的溫度而被損壞，這對NiMH(鎳-金屬-氫化物)電池尤為重要。
可以用具有正溫度係數(PTC)的元件來代替具有負溫度係數(NTC)的元件。在採用正溫度係數(PTC)的元件的情況下，已經確定初始溫度以後，應提高基準電阻器26的阻值。這可以通過用與非門替換與門56和58來實現。然後，選擇開關電晶體38和40中的一個使其截止而不是導通。
為了確定終止溫度，至此已經假定確定初始溫度時存在兩個溫度範圍。為了得到最佳終止穩定的很高的精度，溫度範圍的數目可以增加。也是作為一個例子，圖2表示範圍的數目是如何提高到四的。現在在電阻器28和電阻器32之間安排了一個附加的電阻器60，它提供了兩個基準值，當開始對電池充電時可以將節點24上的電壓與這兩個基準值進行比較。藉助於比較器42和附加的比較器62，現在有可能區分四個溫度範圍。解碼器64將比較器42的輸出信號DS和比較器62的輸出信號DS2轉換成四個控制信號CS1、CS2、CS3和CS4，當開始信號STRT出現正跳變時，這些信號中的一個信號是高電平。四個控制信號CS1、CS2、CS3和CS4被施加到開關電晶體38和40和兩個另外的開關電晶體66和68的控制電極，藉助於開關電晶體66和68，兩個另外的電阻器70和72可以並聯。
當充電已經開始以後，比較器中的一個的輸出信號，例如比較器42輸出的判斷信號DS，其信號電平的升高將形成選擇達到的終止溫度的依據。
應懂得，測量電池溫度的方式，當充電開始時區分溫度範圍的數目，以及根據檢測的溫度範圍改變基準值(它是對所選擇的終止溫度的測量)的方式，不限於此處公開的例子。
權利要求
1.一種對可充電電池(2)進行充電的充電裝置，該裝置包括向電池(2)提供充電電流的第一裝置(10，4，16)，當電池(2)達到一個終止溫度時停止提供充電電流的第二裝置(4，16)，該終止溫度高於開始提供充電電流時電池(2)的初始溫度，其特徵在於該充電裝置進一步包括第三裝置(18，58)，用於確定初始溫度處於至少兩個給定溫度範圍的多個溫度範圍中的哪個範圍，並根據這樣確定的瞬時溫度範圍選擇終止溫度。
2.如權利要求1所述的充電裝置，其特徵在於第三裝置(18，58)包括第四裝置(18，20)，用於產生與溫度有關的信號，第五裝置(28，32)，用於產生至少一個基準信號，以便限定至少兩個給定的溫度範圍，第六裝置(42)，用於將與溫度有關的信號與至少一個基準信號進行比較，以便當開始提供充電電流時輸送表示瞬時溫度範圍的判斷信號(DS)，以及第七裝置(46，58)，當已經開始提供充電電流以後，根據該判斷信號改變至少一個基準信號。
3.如權利要求2所述的充電裝置，其特徵在於第三裝置(18，58)包括第一分壓器，包括第一電阻器(20)和對溫度敏感的電阻器(18)，第一電阻器(20)和對溫度敏感的電阻器(18)在第一節點(24)相互連接，第二分壓器，包括第二電阻器(28)和基準電阻器(26)，基準電阻器(26)的阻值是根據判斷信號(DS)分級可變的，第二電阻器(28)和基準電阻器(26)在第二節點(30)相互連接，一個電容器(42)，其輸入端與第一(24)和第二(30)節點相連，其輸出端用於輸送判斷信號(DS)。
4.如權利要求3所述的充電裝置，其特徵在於對溫度敏感的電阻器(18)具有負溫度係數，基準電阻器(26)包括固定電阻器(32)和兩個並聯電阻器(34，36)的並聯結構，兩個並聯電阻器(34，36)通過各自的開關電晶體(38，40)與該固定電阻器並聯，並且充電裝置進一步包括第八裝置(46---58)，當開始提供充電電流以後，第八裝置使相應的開關電晶體(38，40)中的一個導通。
5.如權利要求4所述的充電裝置，其特徵在於第八裝置(46---58)包括觸發器(48)，其數據輸入端(50)與比較器(42)的輸出端(44)相連，以便接收判斷信號(DS)，其時鐘輸入端(50)用於接收開始信號(STRT)，其兩個互補輸出端(52，54)用於提供互補控制信號(CS1，CS2)，以及門電路(56，58)，用於在開始信號(STRT)的命令下，將互補控制信號(CS1，CS2)送至各自的開關電晶體(40，38)。
6.如權利要求2、3、4或5所述的充電裝置，其特徵在於第四裝置(18，20)包括與電池(2)熱耦聯的對溫度敏感的電阻器(18)。
7.如權利要求2、3、4或5所述的充電裝置，其特徵在於第四裝置(18，20)包括與電池(2)的外殼(76)機械耦聯的應變計(74)，應變計(74)的溫度係數與電池(2)的外殼的溫度係數不同。
8.一種可充電電池(2)，用於根據溫度停止對可充電電池充電的充電裝置，其特徵在於對電池提供了應變計(74)，該應變計(74)與電池(2)的外殼(76)機械耦聯，該應變計(74)的溫度係數與電池(2)的外殼的溫度係數不同。
全文摘要
一種對可充電電池(2)進行充電的充電裝置，該裝置包括向電池(2)提供充電電流的第一裝置(10，4，16)，當電池(2)達到一個終止溫度時停止提供充電電流的第二裝置(4，16)，該終止溫度高於開始提供充電電流時電池(2)的初始溫度，以及第三裝置(18，58)，用於確定初始溫度處於至少兩個給定溫度範圍的多個溫度範圍中的哪個範圍，並根據這樣確定的瞬時溫度範圍選擇終止溫度。
文檔編號H02J7/00GK1151805SQ95193937
公開日1997年6月11日 申請日期1995年5月10日 優先權日1994年5月19日
發明者O·J·比索普, J·R·G·C·M·范比克, E·E·A·吉利森, M·H·范馬倫 申請人:菲利浦電子有限公司