專利名稱：電池充電的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池充電，特別是涉及在便攜式裝置中的電池的充電。
許多便攜式裝置包含有一個(gè)電源，該電源是由一個(gè)或多個(gè)可再充電的電池組成，例如鎳鎘電池。通過(guò)把這些電池從裝置上取下并且用一個(gè)獨(dú)立的充電器為它們充電以此達(dá)到這些電池可以被再次充電;然而本發(fā)明涉及的是電池被就地充電這種型式的裝置。這樣的裝置經(jīng)常的，但不總是設(shè)置有一個(gè)專用的充電器，除了在使用時(shí)以外，這種裝置的確可以半永久性的與充電器連接。
用于說(shuō)明鎳鎘電池組充電的一個(gè)典型曲線在符圖的

圖1中示出了。虛線1代表滿充電，正如所看到的，在達(dá)到滿充電以后不久曲線進(jìn)入到一個(gè)負(fù)區(qū)域2，并且這個(gè)負(fù)區(qū)域能夠被用作為給充電器的一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)即可以使充電器從高速充電向低速充電轉(zhuǎn)換，也可以使充電器完全停止充電。因此普通的“智能”電池充電器將包括有用于檢測(cè)負(fù)的dv/dt的裝置并且將相應(yīng)地動(dòng)作。這種檢測(cè)裝置當(dāng)然構(gòu)成了充電器本身的一部分，然而，許多被充電的裝置自身包括作為它現(xiàn)有電路部分的組件，這些組件能容易地處理充電器的這些控制功能，因此本發(fā)明提供了用被充電的裝置中的電路來(lái)取代充電器的控制功能。為了達(dá)到這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在被用于這種充電器控制的裝置中的這些組件應(yīng)該是先存的組件，也許是已經(jīng)被用于另外的或其它的目的。
作為一個(gè)例子，許多便攜式裝置包括有一個(gè)微處理機(jī)和連帶的電路，該電路依靠從一個(gè)可再充電電池組得到的功率執(zhí)行某些與適用于該裝置有關(guān)的功能。這些先存的組件能夠被容易地用于控制連帶的電池充電器，并且利用這種裝置能夠減少電池充電器的復(fù)雜性和成本。除此以外，利用相對(duì)改進(jìn)的電路，例如在裝置本身中也許能發(fā)現(xiàn)的電路，使利用進(jìn)一步的充電控制特性成為可能，根據(jù)用于民用的一個(gè)相對(duì)便宜的充電器中的費(fèi)用，這些控制特性也許是不合理的。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在充電器和裝置之間的連接數(shù)量從最小的限度2個(gè)(也就是與正電源和負(fù)電源充電用的連接數(shù)量)增加至3個(gè)，第3個(gè)連接是一個(gè)控制連接，它用于把控制信號(hào)從裝置傳遞給充電器。這些控制信號(hào)能夠被用于控制充電速率，例如前面所述的從高速充電到低速充電，或者能被用于完全地切斷充電。除此以外，根據(jù)在裝置中的組件的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)大量的改進(jìn)的控制功能，例如將在下面描述的。
為了能更好的理解本發(fā)明，下面將參考附圖和舉例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖1是電壓V對(duì)時(shí)間t的關(guān)系曲線圖，用來(lái)說(shuō)明對(duì)于一個(gè)鎳鎘電池組的一個(gè)典型的充電曲線;
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)專用的充電系統(tǒng)的實(shí)施例的一個(gè)方塊圖，該充電系統(tǒng)包括具有就地可再充電的電池組的裝置和專用的電池充電器;以及圖3是描述一個(gè)用于改進(jìn)的充電器控制的典型的規(guī)則系統(tǒng)的流程圖。
參考圖2，圖中示出了包括一個(gè)電池組4的裝置3和一個(gè)充電器5。
裝置3包括任一便攜式設(shè)置有電子電路的裝置，該電子電路是由一個(gè)可充電電池或電池組供電，例如是一個(gè)鎳鎘電池組。典型的這種裝置可能包括一個(gè)無(wú)線電話系統(tǒng)的電話聽(tīng)筒。這樣的電話聽(tīng)筒幾乎不可避免地包括有一個(gè)微處理機(jī)6，該微處理機(jī)6不僅能夠完成它的現(xiàn)有功能，而且也能控制充電器，正如將要對(duì)此描述的。借助于導(dǎo)線7和8以常規(guī)的方式供電給微處理機(jī)。其余與微處理機(jī)連接的常規(guī)電路沒(méi)有被示出;然而，為了充電控制的目的，微處理機(jī)具有一個(gè)電池電壓監(jiān)測(cè)輸入端9和一個(gè)充電器控制輸出端10。
充電器5包括一個(gè)可控電流源11，該可控電流源11設(shè)置在與供電給充電器的電源導(dǎo)線12，13之一串聯(lián)的位置上。后者能被取自一個(gè)常規(guī)的電源單元(沒(méi)有示出)，如利用在電池充電器中的可控電流源，它包括用于把主電壓減小到一個(gè)適合的電壓水平的裝置和用于把交流(AC)變換成一個(gè)平滑的，可被調(diào)正的直流(DC)的裝置。另一方面，除了充電器5以外，用于電源單元的電路能被設(shè)置在一個(gè)單獨(dú)的外殼里，充電器5通過(guò)正負(fù)電源導(dǎo)線14、15和控制導(dǎo)線16與裝置3連接。由于裝置3是便攜的并且因此實(shí)際上與相關(guān)的充電器是分離的，所以導(dǎo)線14至16是易破的，這一事實(shí)由在每根導(dǎo)線中的交叉符號(hào)“×”來(lái)表示。充電器5的電路能夠被加到裝置3中，在這種情況下，易破的連接是在導(dǎo)線12和13上。
在使用中，微處理機(jī)借助于導(dǎo)線9監(jiān)測(cè)電池電壓，并且借助于導(dǎo)線10，16發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給電流源11。例如由于利用dv/dt方法來(lái)檢測(cè)負(fù)區(qū)域，所以充電器5能夠從高充電速度轉(zhuǎn)換到一個(gè)低充電速度，和/或當(dāng)判斷充電已完成時(shí)，充電器5能夠被完全切斷。
然而，應(yīng)用微處理機(jī)6能夠利用更多的改進(jìn)的充電控制。在正常使用一個(gè)電話聽(tīng)筒期間，聽(tīng)筒被設(shè)置在充電器上并由此被充電，對(duì)于大多數(shù)時(shí)間來(lái)說(shuō)，為了打電話或接收一個(gè)電話，聽(tīng)筒能單獨(dú)地從充電器上取下。偶然地使用電話聽(tīng)筒，例如一天說(shuō)10次每次說(shuō)15分鐘等于一個(gè)滿載電池被放掉了它的滿容量的大約5%的電量，并且被立即再充電。每次使用電話聽(tīng)筒時(shí)這種情況偶然發(fā)生。由于dv/dt方法的慢速特性，所以為減少達(dá)到充滿電所需要的時(shí)間和瓿少過(guò)量充電的發(fā)生率增加了下列幾項(xiàng)1、當(dāng)對(duì)于至少連續(xù)的5分鐘電池電壓的變化率小于每分鐘大約+2mV時(shí)，停止充電。這比普通的dv/dt方法充電(它需要在電池電壓中有一個(gè)減小)更早停止充電10至15分鐘，但仍然維持電池的滿充電。
對(duì)于為一個(gè)電壓下降的電池充電的第一個(gè)5分鐘，由于對(duì)于一個(gè)過(guò)放電電池，當(dāng)電池首先處在充電時(shí)電壓可以迅速地上升然后下降，所以上述是不適用的。
2、由微處理機(jī)6保持一個(gè)上升/下降計(jì)數(shù)。當(dāng)電話聽(tīng)筒被充滿電時(shí)該計(jì)數(shù)設(shè)置到零并且當(dāng)電話聽(tīng)筒用在一個(gè)電話時(shí)(也就是為電池放電)對(duì)于每2分鐘該計(jì)數(shù)增加1。當(dāng)聽(tīng)筒斷開(kāi)一個(gè)電話并接在充電器上快速充電時(shí)，對(duì)于每分鐘該計(jì)數(shù)減1。如果該計(jì)數(shù)達(dá)到零，那么不考慮電池電壓的變化終止快速充電。
作為這種方法的一個(gè)例子，假設(shè)有一個(gè)具有一個(gè)充滿電的電池的聽(tīng)筒并該聽(tīng)筒放在它的充電器上。從充電器上取下電話聽(tīng)筒和打一個(gè)5分鐘的電話。然后把電話聽(tīng)筒放回到充電器上。如果單獨(dú)使用dv/dt方法，那么在大約12分鐘以后終止快速充電。如果使用改進(jìn)的方法，那么僅在3分鐘以后將終止快速充電。
一般，快速充電與放電的速率比是3∶1。在快速充電期間的效率大約是100%(也就是，100mA用于1小時(shí)將在一個(gè)電池中提供大約100mAH的容量增加，該電池沒(méi)有充滿電)。因此基本的方法將過(guò)量充電大約7倍于所需要的充電(近似于電池容量的16%)。改進(jìn)的方法過(guò)量充電大約是2∶1。經(jīng)過(guò)一整天，未改進(jìn)的方法將對(duì)電池過(guò)量充電為總量是大約電池容量的300%。改進(jìn)的方法過(guò)量充電為大約電池容量的40%?？紤]到在電池放電電流(聽(tīng)筒供電電流)中的變化和充電器快速充電電流中的變化，后者過(guò)量充電的量是需要的。
作為例子，為了充電控制和結(jié)合上述增加的特征的目的在圖3中示出了一個(gè)被用于控制微處理機(jī)6的規(guī)則系統(tǒng)。這個(gè)圖是自身說(shuō)明問(wèn)題的和將不被詳細(xì)說(shuō)明;不用說(shuō)，所給出的具體符號(hào)僅僅是例子。
權(quán)利要求
1.一種電子系統(tǒng)包括有便攜式裝置，該便攜式裝置安裝有由一個(gè)可再充電電池或電池組供電的電子電路，所述裝置具有裝有端子的電流源裝置，利用所述端子電池或電池組可以從一個(gè)外部電池充電器來(lái)充電，并且在端子上所述電子電路安裝有用于控制由充電器提供的電流的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征是所述的電流控制裝置包括一個(gè)構(gòu)成所述部分電子電路的微處理機(jī)，所述微處理機(jī)進(jìn)一步執(zhí)行所述便攜式裝置的現(xiàn)有功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子系統(tǒng)，其特征是電流控制裝置包括用于在充電期間監(jiān)測(cè)供給電池或電池組的充電電壓并在一個(gè)控制輸出端上產(chǎn)生一個(gè)代表充電電壓的控制信號(hào)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子系統(tǒng)，其特征是所述控制信號(hào)是表示充電電壓對(duì)時(shí)間的變化率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電子系統(tǒng)，其特征是它進(jìn)一步包括一個(gè)與所述電流源裝置串聯(lián)或并聯(lián)連接的充電器控制裝置，該控制裝置根據(jù)所述控制信號(hào)控制由充電器提供的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子系統(tǒng)，其特征是所述充電器控制裝置包括一個(gè)與所述電流源串聯(lián)安裝的可控電流源，并且設(shè)置了用于把所述控制裝置的控制輸出端連接到所述電流源的一個(gè)控制輸入端上的連接裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電子系統(tǒng)，其特征是所述充電器控制裝置構(gòu)成了部分所述便攜式裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電子系統(tǒng)，其特征是它進(jìn)一步包括一個(gè)用于給所述電池或電池組充電的外部電池充電器，所述充電器包括有所述充電器控制裝置，并且使用三個(gè)端子把便攜式裝置和電池充電器相互連接起來(lái)以達(dá)到充電的目的第1和第2端子用于正向供給電流和返回電流，第3端子用于所述控制信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中所述的任一電子系統(tǒng)，其特征是當(dāng)判斷充電已被完成時(shí)，所述電流控制裝置能夠把充電電流從一個(gè)高速充電轉(zhuǎn)換到一個(gè)低速充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中所述的任一電子系統(tǒng)，其特征是當(dāng)判斷充電已被完成時(shí)，所述電流控制裝置能夠切斷充電電流。
全文摘要
便攜式裝置(3)包括有電子電路，該電子電路包括，例如一個(gè)由電池組4供電的微處理機(jī)6，電池組4借助于導(dǎo)線14和15由一個(gè)外部充電器(未畫(huà)出)來(lái)充電，該外部充電器包括有一個(gè)可控電流源11。在該裝置中微處理機(jī)6不僅執(zhí)行它的正常功能，而且它也監(jiān)視在一個(gè)導(dǎo)線9上的電池電壓并且分析這個(gè)監(jiān)視信息以便借助于輸出端10和導(dǎo)線16控制電流源11。在這種方法中，利用在便攜式裝置中已先存的電路能夠?qū)崿F(xiàn)充電流的改進(jìn)的控制。
文檔編號(hào)H02J7/04GK1074314SQ9211483
公開(kāi)日1993年7月14日 申請(qǐng)日期1992年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月29日
發(fā)明者P·J·施萊登 申請(qǐng)人:謝伊通訊有限公司