專利名稱：一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池充電器，尤其是涉及一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，二次電池被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。電池實(shí)際存儲電量的能力是衡量電池性能的重要參數(shù)，對于同一塊(組)電池，所能放出的電量和能夠充入的電量有很大的相關(guān)性，所以充入電量是衡量電池續(xù)航能力的一個(gè)重要指標(biāo)，為保證設(shè)備的長時(shí)間正常工作，電池需要存儲足夠多的電量，這就要求在充電允許的時(shí)間內(nèi)盡可能多的充入電能；其次，電池的使用壽命也是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，最大限度的延長電池壽命， 對于降低設(shè)備成本，保護(hù)環(huán)境等具有重大意義。在環(huán)境條件相同的狀況下，電池的充電速度由充電倍率決定，充電倍率越大，充電速度越快，即充電時(shí)間越短，但電池壽命與充電倍率之間存在著極大的負(fù)相關(guān)性，充電倍率越大則電池壽命越短，反之則電池壽命越長。充電器是對電池能量進(jìn)行補(bǔ)充的專用設(shè)備，但是目前市場上的充電器一般只能按照默認(rèn)設(shè)定的模式充電，該類充電器的不足之處可概括如下(1)用戶無法自行設(shè)定充電時(shí)間，無法控制充電過程，不能調(diào)節(jié)充電速度；( 充電器按照固定設(shè)定的充電倍率充電， 充電倍率對電池老化的影響即為固定值，在具有較長時(shí)間充電的條件下，充電器無法通過調(diào)節(jié)充電倍率來實(shí)現(xiàn)降低電池老化，延長電池壽命的功能。所以兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器具有很好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器，包括主控制器、充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊、保護(hù)電路模塊、工作狀態(tài)指示模塊、顯示模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊，所述的主控器分別與充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊、保護(hù)電路模塊、工作狀態(tài)指示模塊、顯示模塊連接，所述的充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊分別與待充電池連接，其特征在于，還包括與主控器連接的人機(jī)交互模塊；所述的主控制器根據(jù)人機(jī)交互模塊的輸入確認(rèn)工作模式是用戶自定義充電時(shí)間模式還是系統(tǒng)默認(rèn)模式；若為用戶自定義充電時(shí)間模式，人機(jī)交互模塊將用戶輸入的充電時(shí)間信息發(fā)送給主控制器，主控制器根據(jù)收到的充電時(shí)間信息，結(jié)合通過電壓采集模塊、電流采集模塊以及溫度檢測模塊動態(tài)采集的電池參數(shù)，確定電池的充電狀態(tài)，計(jì)算出合適的充電倍率，然后通過充電控制電路對電池進(jìn)行充電；
若為系統(tǒng)默認(rèn)模式，則按照默認(rèn)的模式完成充電任務(wù)，并且在該模式下用戶可在任何時(shí)刻通過人機(jī)交互模塊設(shè)定充電時(shí)間，用戶自定義充電時(shí)間設(shè)定完成后，主控制器會將工作模式由系統(tǒng)默認(rèn)模式切換為用戶自定義充電時(shí)間模式。所述的電壓采集模塊采集電池電壓，電流采集模塊采集充電電流，溫度檢測模塊采集電池溫度，主控制器控制電壓、電流、溫度采樣頻率，起到實(shí)時(shí)檢測電池狀態(tài)的作用。所述的人機(jī)交互模塊包括鍵盤，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)設(shè)定時(shí)間的輸入。所述的計(jì)算出合適的充電倍率步驟如下(1)首先計(jì)算電池的實(shí)際額定容量；(2)然后計(jì)算目前電池存儲的電量；(3)根據(jù)實(shí)際額定容量分別計(jì)算出預(yù)充階段、恒流階段、恒壓階段的需要充入的電量；(4)最后計(jì)算確定恒流充電倍率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可實(shí)現(xiàn)用戶自定義設(shè)定充電時(shí)間，即可在用戶要求的時(shí)間內(nèi)在保證電池安全的條件下盡可能多的充入電量，也可在時(shí)間允許下通過調(diào)整充電倍率實(shí)現(xiàn)降低電池老化，延長電池壽命的功能。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明總流程圖；圖3為本發(fā)明充電過程流程圖；圖4為本發(fā)明用戶自定義充電時(shí)間模式程序流程圖；圖5為本發(fā)明存儲于充電器中的電壓、容量、溫帶關(guān)系示意圖；圖6為本發(fā)明用戶自定義充電時(shí)間模式充電倍率計(jì)算流程。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖1所示，一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器，包括主控制器1、充電控制電路2、電壓采集模塊3、電流采集模塊4、溫度檢測模塊5、保護(hù)電路模塊6、工作狀態(tài)指示模塊7、顯示模塊8、電源轉(zhuǎn)換模塊9，所述的主控器1分別與充電控制電路2、電壓采集模塊3、電流采集模塊4、溫度檢測模塊5、保護(hù)電路模塊6、工作狀態(tài)指示模塊7、顯示模塊8 連接，所述的充電控制電路2、電壓采集模塊3、電流采集模塊4、溫度檢測模塊5分別與待充電池連接，還包括與主控器連接的人機(jī)交互模塊10 ；所述的主控制器1根據(jù)人機(jī)交互模塊10的輸入確認(rèn)工作模式是用戶自定義充電時(shí)間模式還是系統(tǒng)默認(rèn)模式；若為用戶自定義充電時(shí)間模式，人機(jī)交互模塊10將用戶輸入的充電時(shí)間信息發(fā)送給主控制器1，主控制器1根據(jù)收到的充電時(shí)間信息，結(jié)合通過電壓采集模塊3、電流采集模塊4以及溫度檢測模塊5動態(tài)采集的電池參數(shù)，確定電池的充電狀態(tài)，計(jì)算出合適的充電倍率，然后通過充電控制電路2對電池進(jìn)行充電；
若為系統(tǒng)默認(rèn)模式，則按照默認(rèn)的模式完成充電任務(wù)，并且在該模式下用戶可在任何時(shí)刻通過人機(jī)交互模塊設(shè)定充電時(shí)間，用戶自定義充電時(shí)間設(shè)定完成后，主控制器1 會將工作模式由系統(tǒng)默認(rèn)模式切換為用戶自定義充電時(shí)間模式。所述的充電器還具有電池性能檢測、電池故障提示、根據(jù)電池溫度動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流，以及自動斷電保護(hù)等功能。充電器的主控制器1可以選擇單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等來實(shí)現(xiàn)控制，根據(jù)選擇的控制器的不同，相應(yīng)的硬件電路則需要相應(yīng)的改變。電壓采集模塊3和電流采集模塊4可以通過AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)或通過帶AD功能的微處理器實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的采樣精度要求需要選擇合適的AD轉(zhuǎn)換器或微處理器，采樣頻率可通過充電器主控制器1設(shè)定。溫度檢測模塊5可以由溫度傳感器或熱敏電阻以及相應(yīng)的電路構(gòu)成，由充電器主控制器1設(shè)定溫度采樣頻率，實(shí)現(xiàn)對電池溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。人機(jī)交互模塊10可由按鍵或觸摸屏等電路組成，通過此模塊實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)定時(shí)間的功能。主控制器1通過用戶設(shè)定的充電時(shí)間值，結(jié)合通過電壓采集模塊3、電流采集模塊 4、以及溫度檢測模塊5采集的動態(tài)數(shù)據(jù)來確定電池的狀態(tài)，計(jì)算出合適的充電倍率，根據(jù)充電控制電路實(shí)現(xiàn)對電池的充電電壓和充電電流的可控控制，即根據(jù)電池不同的充電模式可以實(shí)現(xiàn)不同的充電電壓和充電電流的相應(yīng)變化。通過計(jì)時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)電池充電時(shí)間的倒計(jì)時(shí)功能，然后通過顯示模塊8動態(tài)呈現(xiàn)信息。本實(shí)施例以鋰離子電池為例作詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不僅僅局限于鋰離子電池， 相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的人員可以很容易的參照本實(shí)施例根據(jù)不同類型的電池特性作相應(yīng)的修改和優(yōu)化。本發(fā)明的總流程如圖2所示，系統(tǒng)上電初始化后，首先判斷充電器工作狀態(tài)，工作狀態(tài)有四種(可根據(jù)具體的實(shí)際需求增加或精簡)接入的電池需要充電、接入的電池已充滿、電池故障，和沒有連接電池，系統(tǒng)根據(jù)不同的電池狀態(tài)自動選擇不同的工作模式(1)若電池需要充電，則首先根據(jù)電池電壓判斷電池初始充電模式，即開始充電采用預(yù)充、恒流、還是恒壓方式，并根據(jù)設(shè)定的充電序列完成充電任務(wù)，充電結(jié)束，系統(tǒng)自動斷開充電電路，防止電池過充造成電池的損壞。(2)若電池已經(jīng)充滿，則顯示電池已充滿信息，并自動斷開充電電路。(3)若電池存在故障，則顯示電池故障信息，并自動斷開充電電路。(4)若無電池聯(lián)入，則不做任何信息顯示，并自動斷開所有電路，以節(jié)約能源。圖3是完整的充電過程流程圖，完整的充電過程分為三個(gè)連續(xù)階段，即涓流預(yù)充電模式、恒流充電模式、恒壓充電模式。首先檢測當(dāng)前電池電壓值Vbat，當(dāng)?shù)陀诘碗妷洪撝?Vmin時(shí)，開始以較小電流ITC( —般可取恒流電流Im的左右)進(jìn)行涓流預(yù)充電。等到電池電壓上升到Vmin后，充電模式轉(zhuǎn)換為恒流充電，電流為Im此時(shí)電流較大，是充電的主要階段。在恒流充電階段，電池電壓以較大斜率增長，當(dāng)電池電壓達(dá)到充電限制電壓值Vmax后， 轉(zhuǎn)為恒壓充電模式(充電電壓為Vmax)，此時(shí)充電電流Ibat不斷減小，當(dāng)?shù)涞揭粋€(gè)下限值 I·(一般可取Im的1%左右)時(shí)終止充電，在這個(gè)過程中電池電壓基本保持不變。其中 VMIN> Ihl>Vmx, Iyc, Ifull參數(shù)可以根據(jù)不同的電池進(jìn)行調(diào)整變化。
根據(jù)接入的電池電量狀態(tài)的不同，充電模式可能只包含其中的第二、三階段(恒流和恒壓階段)或者僅包含第三階段(恒壓階段)，具體的判斷條件如下(1)啟動電池充電需滿足下列條件電池溫度檢測值滿足Tmin彡Tbat彡Tmax(Tmin和 Tmax分別為電池充電狀態(tài)的最低溫度和最高溫度)。(2)當(dāng)Vbat < Vmin時(shí)，啟動涓流預(yù)充電，使用較小充電電流(譬如可取Iyc = 0. 01 X Ihl 左右)。(3)當(dāng)Vmin彡Vbat < Vmax時(shí)，啟動恒流充電。(4)當(dāng)Vbat彡Vmax時(shí)，啟動恒壓充電，充電電流Ibat將逐漸減小，減小到IFUa時(shí)充電電路自動斷開，防止過充對電池造成損壞，并依此實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。圖4為本發(fā)明用戶自定義充電時(shí)間模式程序流程圖，本發(fā)明充電器可工作在兩種模式下用戶自定義充電時(shí)間充電模式和系統(tǒng)默認(rèn)充電模式。(1)若用戶沒有設(shè)定充電時(shí)間，則充電器按照系統(tǒng)默認(rèn)的充電流程和充電倍率對電池充電，并且在該模式下用戶可在任何時(shí)刻設(shè)定充電時(shí)間，此后充電器則會工作在用戶自定義充電時(shí)間模式下；(2)當(dāng)用戶設(shè)定充電時(shí)間后，系統(tǒng)通過設(shè)定的時(shí)間值結(jié)合當(dāng)前采集的動態(tài)電池參數(shù)計(jì)算出合適的充電倍率，然后調(diào)整電池充電模式實(shí)現(xiàn)對電池的充電。圖5是電池容量、電壓、以及溫度關(guān)系示意圖，此關(guān)系圖以數(shù)值表的形式存儲于充電器的芯片中，充電器主控制器通過電壓檢測模塊和溫度檢測模塊分別獲得電池的開路電壓(OCV)和當(dāng)前溫度，然后通過查表獲得與此相配的電池容量信息，結(jié)合用戶設(shè)定的時(shí)間等參數(shù)可計(jì)算出所需信息。電池容量、電壓、和溫度的關(guān)系可以通過實(shí)驗(yàn)法來確定取某一型號電池作為樣本體(樣本數(shù)量越多，結(jié)果精度則會越高)，在不同的溫度下對所選電池進(jìn)行反復(fù)充放電，測得每塊電池的容量與電壓、溫度關(guān)系曲線，然后通過平均值可得到該類電池的容量、電壓、 溫度關(guān)系曲線。對不同顯示精度要求的用戶，可適當(dāng)調(diào)節(jié)測試點(diǎn)的密度(譬如精度可以選擇電池容量的1%、5%、或10%等)，溫度間隔值也需根據(jù)不同的精度要求劃分，示意圖中只給出了 Tl，T2溫度下的數(shù)據(jù)。圖6為本發(fā)明用戶自定義充電時(shí)間模式下充電倍率計(jì)算流程。根據(jù)設(shè)定的充電時(shí)間計(jì)算合適充電倍率的方法步驟如下(1)首先計(jì)算電池的實(shí)際額定容量；電池實(shí)際容量的檢測方法為系統(tǒng)接入電池后，首先，測試當(dāng)前電壓是否為標(biāo)定電壓值，若是則記下此電壓值，若不是標(biāo)定電壓值，對電池進(jìn)行充電或放電(若接入的電池已經(jīng)充電完畢，則測定容量需要通過放電來計(jì)算)，并繼續(xù)監(jiān)視電池電壓直到一個(gè)標(biāo)定電壓值，設(shè)此電壓值為VI，此時(shí)刻為tl。同樣的方法找到第二個(gè)電壓標(biāo)定點(diǎn)V2，時(shí)刻為t2，通過查表得出電池電壓為Vl時(shí)的電池容量百分比P1，電池電壓為V2時(shí)的容量百分比P2。此段時(shí)間的充/放電電量Cbd為此段時(shí)間的電流與時(shí)間的乘積，則電池的實(shí)際容量為C = Cbd/(P2-Pl)其中當(dāng)電池處于預(yù)充或恒流充電模式時(shí)Cbd=I*t =I*(t2_tl) I 為充電電流
當(dāng)電池處于恒壓充電模式時(shí)
權(quán)利要求
1.一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器，包括主控制器、充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊、保護(hù)電路模塊、工作狀態(tài)指示模塊、顯示模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊，所述的主控器分別與充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊、保護(hù)電路模塊、工作狀態(tài)指示模塊、顯示模塊連接，所述的充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊分別與待充電池連接，其特征在于，還包括與主控器連接的人機(jī)交互模塊；所述的主控制器根據(jù)人機(jī)交互模塊的輸入確認(rèn)工作模式是用戶自定義充電時(shí)間模式還是系統(tǒng)默認(rèn)模式；若為用戶自定義充電時(shí)間模式，人機(jī)交互模塊將用戶輸入的充電時(shí)間信息發(fā)送給主控制器，主控制器根據(jù)收到的充電時(shí)間信息，結(jié)合通過電壓采集模塊、電流采集模塊以及溫度檢測模塊動態(tài)采集的電池參數(shù)，確定電池的充電狀態(tài)，計(jì)算出合適的充電倍率，然后通過充電控制電路對電池進(jìn)行充電；若為系統(tǒng)默認(rèn)模式，則按照默認(rèn)的模式完成充電任務(wù)，并且在該模式下用戶可在任何時(shí)刻通過人機(jī)交互模塊設(shè)定充電時(shí)間，用戶自定義充電時(shí)間設(shè)定完成后，主控制器會將工作模式由系統(tǒng)默認(rèn)模式切換為用戶自定義充電時(shí)間模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器，其特征在于， 所述的電壓采集模塊采集電池電壓，電流采集模塊采集充電電流，溫度檢測模塊采集電池溫度，主控制器控制電壓、電流、溫度采樣頻率，起到實(shí)時(shí)檢測電池狀態(tài)的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器，其特征在于， 所述的人機(jī)交互模塊包括鍵盤，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)設(shè)定時(shí)間的輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器，其特征在于， 所述的計(jì)算出合適的充電倍率步驟如下(1)首先計(jì)算電池的實(shí)際額定容量；(2)然后計(jì)算目前電池存儲的電量；(3)根據(jù)實(shí)際額定容量分別計(jì)算出預(yù)充階段、恒流階段、恒壓階段的需要充入的電量；(4)最后計(jì)算確定恒流充電倍率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兼顧充電時(shí)間和電池壽命的電池充電器，包括主控制器、充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊、保護(hù)電路模塊、工作狀態(tài)指示模塊、顯示模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊，所述的主控器分別與充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊、保護(hù)電路模塊、工作狀態(tài)指示模塊、顯示模塊連接，所述的充電控制電路、電壓采集模塊、電流采集模塊、溫度檢測模塊分別與待充電池連接，還包括與主控器連接的人機(jī)交互模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有用戶能自定義充電時(shí)間和在具有較長充電時(shí)間的條件下能通過調(diào)整充電倍率實(shí)現(xiàn)降低電池老化，延長電池壽命等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02J7/00GK102231551SQ20111018582
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者趙永禮 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)