CN1655387B - System and method for battery charging - Google Patents
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Abstract
Description
发明领域field of invention
本专利申请要求2002年11月22日提交的序列号为60/428,358,在2002年11月22日提交的序列号为60/428,450,在2002年11月22日提交的序列号为60/428,452,在2003年1月17日提交的序列号为60/400,692和在2003年1月17日提交的序列号为60/440,693的先前提交的未授权U.S.临时专利申请,以及在2003年11月19日提交的题目为“用于电池保护的系统和方法”(代理人案号为.066042-9536-00)的先前提交的未授权U.S.临时专利申请,以及在2003年11月19日提交的题目为“用于电池充电的系统和方法”(代理人案号为No.066042-9538-00)的先前提交的未授权U.S.临时专利申请的权利要求的权益,它们的全部内容在这里引入作为参考。在2003年11月20日提出的题目为“用于电池保护的系统和方法”(代理案号为No.066042-9536-01)的U.S.专利申请也在这里引入作为参考。This patent application claims
技术领域technical field
本发明通常涉及一种用于电池充电的系统和方法,更为特别的,涉及一种用于给电动工具的电池充电的系统和方法。The present invention relates generally to a system and method for charging a battery, and more particularly, to a system and method for charging a battery of a power tool.
背景技术Background technique
无线的电动工具通常由便携式电池组供电。这些电池组具有不同的电池化学物质和标称电压范围,并且能够用来供电给多种工具和电气设备。通常,电动工具电池的电池化学物质不是镍镉(“NiCd”)就是镍氢(“NiMH”)。电池组的标称电压一般在大约2.4V到24V之间的范围内。Cordless power tools are often powered by portable battery packs. These battery packs come in different battery chemistries and nominal voltage ranges, and can be used to power a variety of tools and electrical equipment. Typically, the battery chemistry of a power tool battery is either nickel cadmium (“NiCd”) or nickel metal hydride (“NiMH”). The nominal voltage of the battery pack is generally in the range between about 2.4V to 24V.
发明内容Contents of the invention
一些电池化学物质(比如,锂(“Li”),锂离子(“Li-ion”)和其它基于锂的化学物质)需要精确的充电方案和充电操作以及控制的放电。不充分的充电方案和非控制的放电方案可能产生过多的内建的热,过度充电的情况和/或过度放电的情况。这些情况和内建的因素可以对电池产生不可逆转的损坏并严重的冲击电池的容量。Some battery chemistries (eg, lithium ("Li"), lithium-ion ("Li-ion"), and other lithium-based chemistries) require precise charging schemes and operations for charging and controlled discharging. Inadequate charging schemes and uncontrolled discharging schemes may generate excessive built-in heat, overcharging conditions and/or overdischarging conditions. These conditions and built-in factors can cause irreversible damage to the battery and severely impact the capacity of the battery.
本发明提供了用于电池充电的系统和方法。在一些结构和一些方面中,本发明提供能够对多种具有不同电池化学结构的电池组完全充电的电池充电器。在一些结构和一些方面中,本发明提供能够对基于锂的电池,比如,锂钴电池,锂锰电池和尖晶石电池等完全充电的电池充电器。在一些结构和一些方面中,本发明提供能够对不同标称电压或在不同标称电压范围内的基于锂化学物质的电池组充电的电池充电器。在一些结构和一些方面中,本发明提供具有多种基于不同电池情况执行的充电模块的电池充电器。在一些结构和一些方面中,本发明提供用于通过应用恒定电流脉冲来对基于锂的电池充电的系统和方法。脉冲之间的时间和脉冲的长度可能由电池充电器根据特定的电池特性来增加或减少。The present invention provides systems and methods for battery charging. In some constructions and in some aspects, the present invention provides a battery charger capable of fully charging a variety of battery packs with different battery chemistries. In some constructions and in some aspects, the present invention provides a battery charger capable of fully charging lithium-based batteries, such as lithium-cobalt batteries, lithium-manganese batteries, and spinel batteries, among others. In some constructions and in some aspects, the present invention provides a battery charger capable of charging lithium chemistry-based battery packs at different nominal voltages or within different nominal voltage ranges. In some constructions and in some aspects, the present invention provides a battery charger with multiple charging modules that perform based on different battery conditions. In some constructions and in some aspects, the present invention provides systems and methods for charging lithium-based batteries by applying constant current pulses. The time between pulses and the length of the pulses may be increased or decreased by the battery charger according to specific battery characteristics.
本发明的独立的特征和独立的优点将通过对下面详细的描述,权利要求和附图的讲解被本领域技术人员清楚的理解。The independent features and independent advantages of the present invention will be clearly understood by those skilled in the art from the following detailed description, claims and elucidation of the accompanying drawings.
附图说明:Description of drawings:
图1是一电池的透视图;Figure 1 is a perspective view of a battery;
图2是一电池的另一透视图,就像如图1所示的电池;Figure 2 is another perspective view of a battery, like the battery shown in Figure 1;
图3是一电池的透视图,就像如图1所示的电池,其和电池充电器物理的和电气的连接;Figure 3 is a perspective view of a battery, like the battery shown in Figure 1, physically and electrically connected to a battery charger;
图4是一电气的连接到电池充电器的电池的示意图,就像如图3所示的电池和电池充电器;Figure 4 is a schematic diagram of a battery electrically connected to a battery charger, like the battery and battery charger shown in Figure 3;
图5a和5b是流程图,示出了是采用本发明的方面的电池充电器的操作,就像如图3所示的电池充电器;Figures 5a and 5b are flowcharts illustrating the operation of a battery charger employing aspects of the present invention, like the battery charger shown in Figure 3;
图6是一流程图,示出了能够在采用本发明的方面的就像如图3所示的电池充电器的电池充电器上实现的第一模块;Figure 6 is a flow diagram illustrating a first module that can be implemented on a battery charger like the battery charger shown in Figure 3 employing aspects of the present invention;
图7是一流程图,示出了能够在采用本发明的方面的就像如图3所示的电池充电器的电池充电器上实现的第二模块;Figure 7 is a flow diagram illustrating a second module that can be implemented on a battery charger like the battery charger shown in Figure 3 employing aspects of the present invention;
图8是一流程图,示出了能够在采用本发明的方面的就像如图3所示的电池充电器的电池充电器上实现的第三模块;Figure 8 is a flow diagram illustrating a third module that can be implemented on a battery charger like the battery charger shown in Figure 3 employing aspects of the present invention;
图9是一流程图,示出了能够在采用本发明的方面的就像如图3所示的电池充电器的电池充电器上实现的第四模块;Figure 9 is a flow diagram illustrating a fourth module that can be implemented on a battery charger like the battery charger shown in Figure 3 employing aspects of the present invention;
图10是一流程图,示出了能够在采用本发明的方面的就像如图3所示的电池充电器的电池充电器上实现的第五模块;Figure 10 is a flow diagram illustrating a fifth module that can be implemented on a battery charger like the battery charger shown in Figure 3 employing aspects of the present invention;
图11是一流程图,示出了能够在采用本发明的方面的就像如图3所示的电池充电器的电池充电器上实现的第六模块;Figure 11 is a flow diagram illustrating a sixth module that can be implemented on a battery charger like the battery charger shown in Figure 3 employing aspects of the present invention;
图12是一流程图,示出了能够在采用本发明的方面的就像如图3所示的电池充电器的电池充电器上实现的充电算法;Figure 12 is a flow diagram illustrating a charging algorithm that can be implemented on a battery charger like the battery charger shown in Figure 3 employing aspects of the present invention;
图13是电连接到电池充电器的电池的示意图。13 is a schematic diagram of a battery electrically connected to a battery charger.
图14A-B是电池的其它结构的视图。14A-B are views of other configurations of batteries.
图15A-B是电气的和物理的连接到电动工具电池的透视图,诸如图1,2和14A-B所示的电池中的一个。15A-B are perspective views of the electrical and physical connections to a power tool battery, such as the one shown in FIGS. 1, 2 and 14A-B.
图16是对电池的充电电流的示意图。FIG. 16 is a schematic diagram of charging current to a battery.
图17是电池的另一示意图。Figure 17 is another schematic diagram of a battery.
在本发明的任何实施例被详细解说之前,应该了解本发明不限于在下面的附图所描述和图示的结构细节和组件安排的应用之中。本发明能够作出其它实施例和以多种方式实行或实现。而且,也应该了解这里所使用的措辞和术语是为了描述的需要而不应该被认为是限制。在这里所使用的“包括”,“包含”或“具有”以及它们的变化都意味着环绕在下面列出的项目和它的等价物以及附加项目。Before any embodiments of the invention are illustrated in detail, it is to be understood that the invention is not limited in application to the details of construction and the arrangement of components described and illustrated in the following drawings. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways. Also, it is also to be understood that the phraseology and terminology used herein are for the purpose of description and should not be regarded as limiting. As used herein, "comprising", "comprising" or "having" and variations thereof are meant to surround the item listed below and its equivalents as well as additional items.
具体实施方式Detailed ways
电池或电池组20如图1和2所示。设置电池20来传送能量到一个或多个电器设备,并从一个或多个电器设备接收能量,例如,电动工具25(如图15A-B所示)和/或电池充电器30(如图3和4所示)。在一些结构和一些方面中,电池20可以具有任意的电池化学物质,例如,铅-酸,镍镉(“NiCd”),镍氢(“NiMH”),锂(“Li”),锂离子(“L-ion”),其它基于锂的化学物质和其它可重复充电的电池化学物质。在一些结构和一些方面中,电池20能够提供高放电电流到电器设备,例如,具有高电流放电率的电动工具。在图示的结构中,电池20具有锂、锂离子和其它基于锂的化学物质,并且提供等于或大于大约20A的平均放电电流。例如,在图示的结构中,电池20能够具有锂钴(“Li-Co”)、锂锰(“Li-Mn”)尖晶石或Li-Mn镍的化学物质。The cell or
在一些结构和一些方面中,电池20还能够具有任意的标称电压,例如,在大约9.6V到大约50V范围内的标称电压。在一些结构中(如图1-3),例如,电池20具有大约21V的标称电压。在另一结构中(如图14),电池20A具有大约28V的标称电压。应该了解到,在其它的结构中,电池20可能具有在其它标称电压范围内的其它标称电压。In some constructions and some aspects, the
电池20包括提供终端支持40的外壳35。电池20进一步包括一个或多个由终端支持40支持并可连接到电气设备,比如电动工具25和/或电池充电器30的电池终端。在一些结构中,例如,如图4所示的结构,电池20包括正电池终端45,负电池终端50和感应电池终端55。在一些结构中,电池20包括比如图所示的结构更多或更少的终端。The
电池20包括一个或多个电池单元60,每一个都具有化学物质和标称电压。在一些结构中,电池20具有Li离子的电池化学物质,大约18V或21V的标称电压并包括五个电池单元。在一些结构中,每一电池单元60具有Li离子的化学物质,并且每一电池单元60具有实质上相同的标称电压,例如,大约3.6V或大约4.2V。
在一些结构和一些方面中,电池20包括电连接到一个或多个电池终端的标识电路或组件。在一些结构中,电气设备(例如,电池充电器30(如图3和4所示))为了确定一个或多个电池特性将“读取”标志电路和组件或接收基于标识电路和组件的输入。在一些结构中,电池特性将包括,例如,电池20的标称电压,电池20的温度和/或电池20的化学物质。In some constructions and some aspects,
在一些结构和一些方面中,电池20包括电连接到一个或多个电池终端的控制设备、微控制器、微处理器和控制器。该控制器和电气设备(比如电池充电器30)通信,并提供涉及一个或多个电池特性或情况的信息到设备,例如,电池20的标称电压,单一元件电压,电池20的温度和/或电池20的化学物质。在一些结构中,例如,如图4所示的结构中,电池20包括具有微处理器或控制器64的标识电路62。In some constructions and some aspects,
在一些结构和一些方面中,电池20包括温度感应设备或热敏电阻。热敏电阻被设置和放置在电池20内来感应一个或多个电池单元的温度或整个电池20的温度。在一些结构中,例如,如图4所示的结构,电池20包括热敏电阻66。在图示的结构中,热敏电阻66包括在标识电路62里。In some constructions and some aspects,
如图3和4所示,还设置电池20来连接电气设备,比如电池充电器30。在一些结构中,电池充电器30包括外壳70。外壳70提供连接电池20的连接部分75。连接部分75包括一个或多个电器设备终端来将电池20电气的连接到电池充电器30。在电池充电器30中包括的终端被设置为与在电池20中包括的终端相匹配,并传送和接收来自电池20的能量和信息。As shown in FIGS. 3 and 4 , a
在一些结构中,例如,如图4所示的结构,电池充电器30包括正终端80,负终端85和感应终端90。在一些结构中,电池充电器30的正终端80被设置为匹配正电池终端45。在一些结构中,电池充电器的负终端85和感应终端90被设置为分别匹配负电池终端50和感应电池终端55。In some configurations, such as the configuration shown in FIG. 4 , the
在一些结构和一些方面中,电池充电器30还包括充电电路95。在一些结构中,充电电路95包括控制设备,微控制器,微处理器或控制器100。该控制器100控制在电池20和电池充电器30之间的供电传输。在一些结构中,控制器100控制在电池20和电池充电器30之间的信息传输。在一些结构中,控制器100基于自电池20接收的信号标识和/或确定电池20的一个或多个特性和情况。而且,该控制器100可以基于电池20的标识特性来控制充电器30的操作。In some constructions and some aspects, the
在一些结构和一些方面中,控制器100包括多种计时器,备用计时器和计数器和/或能够执行多种计时和计数功能。该计时器、备用计时器和计数器由控制器100在多种充电步骤和/或模块中使用和控制。该计时器,备用计时器和计数器将在下面讨论。In some constructions and some aspects, the
在一些结构和一些方面,电池充电器30包括显示屏和指示器110。指示器110通知用户电池充电器30的状态。在一些结构中,指示器110能够通知用户在充电操作过程中开始和/或结束的充电的不同阶段,充电模式或充电模块。在一些结构中,指示器110包括第一发光二极管(“LED”)115和第二LED 120。在图示的结构中,第一和第二LED 115和120是不同颜色的LED。例如,第一LED 115是红色LED,且第二LED 120是绿色LED。在一些结构中,控制器100启动并控制指示器110。在一些结构中,指示器110放置在外壳70上或包括在外壳70里,从而使指示器对用户来说可见。显示屏也可以包括显示充电百分比,剩余时间等的指示器。在一些结构中,显示屏或指示器110可能包括在电池20提供的燃料规格。In some constructions and some aspects,
电池充电器30适用于接收来自电源130的供电输入。在一些结构中,电源130是大约120-V交流,60-Hz的信号。在其它结构中,电源130是(例如)恒定电流源。The
在一些结构和一些方面中,电池充电器30能够给具有如下所述的不同电池化学物质和不同标称电压的多种可重复充电式电池充电。例如,在一示例性的实施中,电池充电器30能够给具有NiCd的电池化学物质和大约14.4V的标称电压的第一电池充电,也可以给具有Li离子的电池化学物质和大约18V的标称电压的第二电池以及具有Li离子的电池化学物质和大约28V的标称电压的第三电池充电。在另一示例性的执行中,电池充电30能够给具有大约21V的标称电压的第一Li离子电池和具有大约28V的标称电压的第二Li离子电池充电。在这个示例性的执行中,电池充电器30能够标识每一电池20的标称电压,并且因此如下所述,该电池充电器30能标定(scale)特定阈值,或者根据电池标称电压更改电压读入和度量(在充电过程中使用的)。In some constructions and some aspects,
在一些结构中,电池充电器30能够通过“读取”包括在电池20中的标识元件或通过接收来自、例如电池微处理器或控制器的信号来标识电池20的标称电压。在一些结构中,电池充电器30可能包括对多种充电器30能够标识的电池20的可接受标称电压范围。在一些结构中,可接受标称电压的范围能够包括从大约8V到大约50V的范围。在另外的结构中,可接受标称电压的范围能够包括从大约12V到大约28V的范围。在进一步的结构中,电池充电器30能够标识大约等于或大于12V的标称电压。还是在进一步的结构中,电池充电器30能够标识大约等于或低于30V的标称电压。In some constructions,
在另外的结构中,电池充电器30能够标识包括电池20的标称电压的值的范围。例如,电池充电器30能够标识第一电池20的标称电压处于例如,大约18V到22V或者大约16V到大约24V的范围之内,而不是识别第一电池具有大约18V的标称电压。在进一步的结构中,电池充电器30还能够识别其它的电池特性,例如,电池单元的数目,电池化学物质等等。In further constructions,
在其它结构中,充电器30能够识别任意电池20的标称电压。在这些结构中,电池30能够通过根据电池20的标称电压调整和标定特定阈值对任意标称电压电池20充电。还是在这些结构中,每一个电池20,不论它的标称电压,在大约相等的时间量(例如,如果每一电池20大致完全放电)可能接收到大致相等的充电电流幅度。电池充电器30能够根据被充电的电池30的标称电压要么调整或标定阈值(下面讨论)或者调整或标定度量。In other constructions, the
例如,电池充电器30可能识别具有大约21V的标称电压和5个电池单元的第一电池。在整个充电过程中,电池充电器30更改每个充电器30采样的度量(例如,电池电压)来得到每单元度量。就是说,充电器30将每个电池电压度量除以五(例如,五个单元)来得到每个单元的近似的平均电压。因此,所有在电池充电器30中包括的阈值可能与每单元度量关联。而且,电池充电器30可能识别具有大约28V的标称电压和7个电池单元的第二电池。类似于第一电池的操作,电池充电器30更改每一电压度量来得到每单元的度量。所有包括在电池充电器30里的阈值再次与每单元度量关联。在这个实例中,电池充电器30能够使用相同的阈值来监控和禁止对第一和第二电池的充电,启动电池充电器30能够对许多在较宽标称电压范围里的电池充电。For example,
在一些结构和一些方面中,电池充电器30对电池20充电的充电方案或方法以电池20的温度为基础。在一些结构中,电池充电器30提供充电电流到电池20,同时周期性地探测和监控电池20的温度。如果电池20没有包括微处理器和控制器,则电池充电器30在预先确定的时间周期后定时的测量热敏电阻的电阻。如果电池20包括微处理器和控制器,比如控制器64,则然后电池充电器要么:1)周期性的询问控制器64来确定电池温度和/或电池温度是否在适宜的操作范围之外;或2)等待来接收来自控制器64表示电池温度没有在适宜的操作范围(将在下面讨论)之内的信号。In some constructions and some aspects, the charging scheme or method by which the
在一些结构和一些方面中,电池充电器30对电池20充电的充电方案和方法以电池20的当前电压为基础。在一些结构中,电池充电器30提供充电电流到电池20,同时在预先确定的的时间周期之后,当电流被提供到电池20时和/或当电流没有被提供时(像要在下面描述的)定时探测和监控电池电压。在一些结构中,电池充电器30对电池20充电的充电方案和方法以电池20的温度和当前电压两者为基础。而且,充电方案能够基于单独的单元电压。In some constructions and some aspects, the charging scheme and method by which the
一旦电池温度和/或电池电压超出预先确定的阈值或没有处于适宜的操作范围之内,电池充电器30中断充电电流。电池充电器30继续周期性的探测或监控电池温度/电压或等待来接收来自控制器64表示电池温度/电压在适应的操作范围之内的信号。当电池温度/电压在适应的操作范围之内,该电池充电器30可能恢复提供到电池20的充电电流。电池充电器30继续监控电池温度/电压,并继续基于探测到的电池温度/电压中断和恢复充电电流。在一些结构中,电池充电器30在预先确定的时间周期或电池容量到达预先确定的阈值时终止充电。在其它的结构中,当电池20从电池充电器30中移开时终止充电。Once the battery temperature and/or battery voltage exceeds predetermined thresholds or is not within a suitable operating range, the
在一些结构和一些方面中,电池充电器30包括用于对多种电池,比如具有不同化学物质和/或标称电压的电池20充电的操作方法。这种操作200的一个实例如图5a和5b所示。在一些结构和一些方面中,电池充电器30包括对基于锂的电池,例如具有Li-Co化学物质的电池、Li-Mn尖晶石化学物质、Li-Mn镍化学物质或其它类似的电池充电的操作方法。在一些结构和一些方面中,该充电操作200包括多种用于执行对应于不同电池情况和/或电池特性的不同功能的模块。In some constructions and some aspects,
在一些结构和一些方面中,操作200的方法包括用于基于异常和/或正常电池情况中断充电的模块。在一些结构中,充电操作200包括不良组模块,比如如图6的流程205所示的不良组模块,和/或温度超出范围模块,比如如图7的流程210所示的温度超出范围模块。在一些结构中,电池充电器30为了基于异常电池电压,异常单元电压和/或异常电池容量终止充电而进入不良组模块。在一些结构中,电池充电器30为了基于异常电池温度和/或一个或多个异常电池单元温度终止充电而进入温度超出范围模块210。在一些结构中,充电操作200包括更多或更少的基于比在上面和下面所讨论的模块更多或更少的电池情况来终止充电的模块。In some constructions and some aspects, the method of operation 200 includes means for interrupting charging based on abnormal and/or normal battery conditions. In some constructions, the charging operation 200 includes a bad group module, such as the bad group module shown in flow 205 of FIG. 6 , and/or a temperature out-of-range module, such as the temperature out-of-range module shown in
在一些结构和一些方面中,充电操作200包括多种用于基于多种电池情况对电池20充电的模式或模块。在一些结构中,充电操作200包括:连续补充充电模块,比如如图8的流程215所示的连续补充充电模块;阶梯式充电模块,比如如图9中流程220所示的阶梯式充电模块;快速充电模块,比如如图10中流程225所示的快速充电模块;和/或保持充电模块,比如如图11中流程230所示的保持充电模块。In some constructions and some aspects, charging operation 200 includes multiple modes or modules for charging
在一些结构和一些方面中,每一充电模块215-230由控制器100在充电操作200的过程中基于特定的电池温度范围,特定的电池电压范围和/或特定的电池容量范围来选择。在一些结构中,每一模块215-230由控制器100基于图表1所示的电池特性来选择。在一些结构中,情况“电池温度”或“电池的温度”可以包括作为整体考虑的电池的温度(就是说,电池单元,电池组件,等)和/或单一的或者共同的考虑的电池单元的温度。在一些结构中,每一充电模块215-230可以基于相同的充电方案或充电算法,例如,将在下面讨论的完全充电电流。In some constructions and some aspects, each charging module 215 - 230 is selected by the
用于对基于锂的电池充电的操作Operations for charging lithium-based batteries
表1Table 1
在一些情况和一些方面中,在连续补充充电模块215的过程中应用到电池20的充电电流包括在第一时间周期(例如,十秒)应用完全充电电流(例如,“I”)到电池20,并之后在第二时间周期(例如,50秒)暂停完全充电电流。在一些结构中,完全充电电流是大约在预先确定的幅度的充电电流的脉冲。在一些结构中,电池充电器30仅仅在如果电池电压小于第一预先确定的电压阈值V1的情况下进入连续补充充电模块215。In some cases and aspects, the charging current applied to the
在一些情况和一些方面中,在快速充电模块225的过程中应用到电池20的充电电流包括在第一时间周期(例如,1秒)应用完全充电电流到电池20,并之后在第二时间周期(例如,50毫秒)暂停完全充电电流。在一些结构中,控制器100设置备用计时器到第一预先确定的时间界限,例如,大约两个小时。在这些结构中,电池充电器30为了避免电池损坏将不对预先确定的时间界限执行快速充电模块225。在其它结构中,当预先确定的时间界限期满时,电池充电器将关闭(例如,停止充电)。In some cases and aspects, the charging current applied to the
在一些结构中,电池充电器30仅仅在如果电池电压包括在一个从第一电压阈值V1到第二预先确定的电压阈值V2的范围内和电池温度处在从第二电池温度阈值T2到第三电池温度阈值T3的范围内的情况下进入快速充电模式。在一些结构中,第二电压阈值V2大于第一电压阈值V1,并且第三温度阈值T3大于第二温度阈值T2。In some constructions, the
在一些结构和一些方面中,在阶梯式充电模块220的过程中应用到电池20的充电电流包括应用快速充电模式225的充电电流到电池20,但是具有一分钟充电(“ON”),一分钟暂停充电(“OFF”)的工作循环。在一些结构中,控制器100设置备用计时器到第二预先确定的时间界限,例如大约四个小时。在这些结构中,电池充电器30为了避免电池损坏对预先确定的时间界限将不执行阶梯式充电模块220。In some constructions and some aspects, the charging current applied to the
在一些结构中,电池充电器30仅仅在如果电池电压被包括在从第一电压阈值V1到第二电压阈值V2的范围内,并且电池温度处于从第一温度阈值T1到第二温度阈值T2的范围内的情况下进入阶梯式充电模块。在一些结构中,第二电压阈值V2大于第一电压阈值V1,并且第二温度阈值T2大于第一温度阈值T1。In some constructions, the
在一些结构和一些方面中,在保持模块230的过程中应用到电池20的充电电流包括仅仅当电池电压处于特定的预先确定的阈值的范围内时应用完全充电电流到电池20。在一些结构中,阈值大约是4.05-V/单元+/-1%每单元。在一些结构中,电池充电器30仅仅在如果电池电压被包括在第二电压阈值V2到第三电压阈值V3的范围内,并且电池温度处于从第一温度阈值T1到第三温度阈值T3的范围之内的情况下进入保持模块230。In some constructions and some aspects, the charging current applied to the
在一些结构和一些方面中,控制器100基于不同的电池情况执行多种充电模块220-230。在一些结构中,每一充电模块220-230包括相同的充电算法(例如,用于应用完全充电电流的算法)。但是,每充电模块220-230以不同方式执行重复或结合充电算法。充电算法的一个实例是如图12中流程250所示的充电电流算法,将在下面讨论。In some constructions and some aspects, the
如图5a和5b所示,充电操作200当电池(比如电池20)在步骤305中被插入或电连接到电池充电器30时开始进行。在步骤310,控制器100确定是否有电源,比如电源130的稳定输入被应用或连接到电池充电器30。如图5a所示,如果在电池20被电连接到电池充电器30之后仍然提供电源就应用相同的操作(就是说,步骤305接下来是步骤310)。As shown in FIGS. 5 a and 5 b , charging operation 200 begins when a battery, such as
如果控制器100确定没有施加的稳定电源输入,然后控制器100在步骤315不启动指示器110,并且不应用充电到电池20。在一些结构中,电池充电器30在步骤315引起小的放电电流。在一些结构中,放电电流大约小于0.1毫安。If the
如果在步骤310控制器100确定有稳定的电源输入应用到电池充电器30,然后操作200继续进行到步骤320。在步骤320,控制器100确定是否所有在电池终端45、50和55以及电池充电器终端80、85和90之间的终端连接稳定。如果在步骤320连接不稳定,则控制器100继续进行到步骤315。If at step 310 the
如果在步骤320该连接是稳定的,在步骤325控制器100通过电池20的感应终端55识别电池20的化学物质。在一些结构中,来自电池20的阻性感应引线,像由控制器100感应的一样,表示电池20具有是NiCd或者是NiMH的化学物质。在一些结构中,控制器100将测量阻性感应引线的电阻来确定电池20的化学物质。例如,在一些结构中,如果阻性感应引线的电阻处于第一范围之内,电池20的化学物质就是NiCd。如果阻性感应引线的电阻处于第二范围之内,电池20的化学物质就是NiMH。If at step 320 the connection is stable, at step 325 the
在一些结构中,NiCd电池和NiMH电池由电池充电器使用不同于对具有基于锂的化学物质的电池执行的充电算法的单一的充电算法充电。在一些结构中,对NiCd和NiMH电池的单一的充电算法是,例如,对NiCd/NiMH电池的存在的充电算法。在一些结构中,电池充电器30对NiCd电池和NiMH电池的充电使用单一的充电算法,但是停止对NiCd电池的充电过程使用不同于终止对NiMH电池的充电的终止方案。在一些结构中,电池充电器30当在电池电压中的负变化(例如,)由控制器100探测到时终止对NiCd电池的充电。在一些结构中,电池充电器30当在一段时间(例如,)的电池温度变化达到和超出预先确定的终止阈值时终止对NiMH电池的充电。In some constructions, the NiCd battery and the NiMH battery are charged by the battery charger using a single charging algorithm different from the charging algorithm implemented for batteries with lithium-based chemistries. In some configurations, the single charging algorithm for NiCd and NiMH batteries is, for example, the charging algorithm for the presence of NiCd/NiMH batteries. In some constructions,
在一些结构中,NiCd和/或NiMH电池使用恒定电流算法充电,例如,电池充电器30可以包括用来对具有不同化学物质,比如NiCd、NiMH、Li离子和类似的不同电池充电的相同的充电电路。在一个示例性的结构中,充电器30能够使用充电电路来应用相同的满充电电流到NiCd和NiMH电池,并且Li离子电池使用恒定电流算法代替脉冲充电。在另一示例性结构中,电池充电器30能够根据电池化学物质测量(scaling)通过充电电路的满充电电流。In some configurations, NiCd and/or NiMH batteries are charged using a constant current algorithm, for example,
在其它结构中,控制器100不确定电池20的精确的化学物质。而是,控制器100执行能够有效地对NiCd电池和NiMH电池充电的充电模块。In other constructions, the
在其它结构中,感应引线的电阻能够指示电池20具有基于锂的化学物质。例如,如果感应导线的电阻处于第三范围之内,那么电池20的化学物质是基于锂的。In other constructions, the resistance of the sense lead can indicate that the
在一些结构中,在电池充电器30和电池20之间通过感应终端55和90建立的串行通信链路指示电池20具有基于锂的化学物质。如果在步骤320建立串行通信链路,那么在电池20中的微处理器和控制器(比如控制器64)发送涉及电池20的信息到在电池充电器30中的控制器100。这些在电池20和电池充电器30之间传输的信息能够包括:电池化学物质,标称电池电压,电池容量和电池温度,单个的单元电压,充电周期的数量,放电周期的数量,保护电路和网络的状态(例如,激活,禁止,启动,等),等等。In some constructions, a serial communication link established between
在步骤330,控制器100确定电池20的化学物质是否是基于锂的。如果在步骤330控制器100确定电池20具有NiCd或NiMH的化学物质,那么在步骤335操作200继续进行NiCd/NiMH充电算法。At step 330, the
如果在步骤330控制器100确定电池20具有的化学物质是基于锂的,则操作200继续到步骤340。在步骤340,控制器100重新设置任意电池保护电路,例如,包括在电池20并通过通信链路确定的电池20的标称电压的开关。在步骤345,控制器100基于标称电压设置充电器的模拟一数字转换器(“A/D”)到适宜的电平。If the
在步骤350,控制器100测量电池20的当前电压。一旦作出测量,则控制器100在步骤355确定电池20的电压是否大于4.3V/单元。如果在步骤355测量的电池电压大于4.3V/单元,则操作200继续进行在步骤360的不良组模块206。不良组模块205将在下面讨论。In step 350 , the
如果在步骤355电池电压不大于4.3V/单元,则然后控制器100在步骤365测量电池温度,并在步骤370确定电池温度是否低于-10摄氏度或高于65摄氏度。如果在步骤370电池温度低于-10摄氏度或高于65摄氏度,则然后操作200继续进行到步骤375的温度超出范围模块210。温度超出范围模块210将在下面讨论。If the battery voltage is not greater than 4.3V/cell at step 355, then the
如果电池电压在步骤370温度没有低于-10摄氏度或高于65摄氏度,则然后控制器100在步骤380(如图5b所示)确定电池温度是否在-10摄氏度和0摄氏度之间。如果在步骤380电池温度在-10摄氏度和0摄氏度之间。则操作200继续到步骤385,在步骤385,控制器100确定电池电压是否小于3.5V/单元。如果电池电压小于3.5V/单元,则操作200继续进行在步骤390的连续补充充电模块215。连续补充充电模块215将在下面讨论。If the battery voltage temperature is not below -10 degrees Celsius or above 65 degrees Celsius at step 370, then the
如果电池电压在步骤385不小于3.5V/单元,控制器100在步骤395确定电池电压是否包括在从3.5V/单元到4.1V/单元的电压范围中。如果在步骤395电池电压没有包括在从3.5V/单元到4.1V/单元的电压范围中,则然后操作200继续进行在步骤400的保持模块230。保持模块230将在下面讨论。If the battery voltage is not less than 3.5V/cell at step 385, the
如果电池电压在步骤395包括在从3.5V/单元到4.1V/单元的电压范围中,则控制器100在步骤405清空计数器,比如充电计数器。一旦在步骤405清除了充电计数器,则将操作200继续进行到步骤410的阶梯式充电模块220。该阶梯式充电模块220和充电计数器将在下面讨论。If the battery voltage is included in the voltage range from 3.5 V/cell to 4.1 V/cell at step 395 , the
回到步骤380,如果电池温度没有包括在-10摄氏度和0摄氏度的范围内,则控制器100在步骤415确定电池电压是否小于3.5V/单元。如果在步骤415电池电压小于3.5V/单元,则将操作200继续进行到步骤420的连续补充充电模块215。Returning to step 380 , if the battery temperature is not included in the range of -10 degrees Celsius and 0 degrees Celsius, the
如果在步骤415该电池电压不小于3.5V/单元,则控制器100在步骤425确定电池电压是否包括在从3.5V/单元到4.1V/单元的电压范围中。如果电池电压没有包括在从3.5V/单元到4.1V/单元的电压范围中,则然后将操作200继续进行到步骤430的保持模块230。If the battery voltage is not less than 3.5V/cell at step 415, the
如果在步骤425电池电压包括在从3.5V/单元到4.1V/单元的电压范围中,则控制器100在步骤435清空计数器,比如充电计数器。一旦在步骤435清空了计数器,则将操作200继续进行到步骤440的快速充电模块225。快速充电模块225将在下面讨论。If the battery voltage is included in the voltage range from 3.5 V/cell to 4.1 V/cell at step 425 , the
图6是一流程图,示出了不良组模块205的操作,模块205的操作当主充电操作200在步骤460进入不良组模块205时开始。控制器100在步骤465中断充电电流,并且在步骤470启动指示器110,比如第一LED。在所示的结构中,控制器100控制第一LED以大约4Hz的频率闪烁。一旦指示器110在步骤470中启动,则模块205在步骤475停止,并且操作200可能也停止。FIG. 6 is a flowchart illustrating the operation of the bad group module 205 that begins when the main charging operation 200 enters the bad group module 205 at
图7是一流程图,示出了温度超出范围模块210的操作。模块210的操作当主充电操作200在步骤490进入温度超出模块210时开始。控制器100在步骤495中断充电电流,并且在步骤500启动指示器110,比如第一LED。在所示的结构中,控制器100控制第一LED以大约1Hz的频率闪烁来指示用户该电池充电器30当前在温度超出范围模块210。一旦指示器110在步骤500启动,则操作200退出该模块210并继续进行操作200到剩下的操作。FIG. 7 is a flowchart illustrating the operation of the temperature out of
图8是一流程图,示出了连续补充充电模块215。模块215的操作在步骤520当主充电操作200进入连续补充充电模块215时开始。控制器100在步骤525启动指示器110,比如第一LED 115来指示用户该电池充电器30当前正在对电池20充电。在所示的结构中,控制器100启动第一LED 115使其显示为恒定打开的状态。FIG. 8 is a flow diagram illustrating the continuous
一旦在步骤525指示器110被启动,则控制器110在步骤520初始化计数器,比如连续补充充电计数计数器。在所示的结构中,连续补充充电计数计数器具有二十的计数限制。Once the
在步骤540,控制器100开始应用十个一秒(“1-s”)(ten one)满电流脉冲到电池20,并且然后暂停充电五十秒(“50-s”)。在一些结构中,在1-s脉冲之间有50-ms时间间隔。At
在步骤545,当充电电流被应用到电池20(例如,接通电流)来确定电池电压是否超出4.6V/单元时,控制器100开始测量电池电压。如果在步骤545电池电压在电流接通时间中超出4.6V/单元,则模块215继续进行到步骤550的不良组模块205,并且将在步骤552停止。如果在步骤545电池电压在电流接通时间中没有超出4.6V/单元,当充电电流在步骤555没有应用到电池20(例如,电流接通时间)时,电流控制器100测量电池温度和电池电压。At
在步骤560,控制器100确定电池温度是否处于低于10摄氏度或高于65摄氏度的范围内。如果在步骤560电池温度低于10摄氏度或高于65摄氏度,则然后将模块215继续进行到步骤565的温度超出范围模块210,并且将在步骤570停止。如果在步骤560,电池温度没有低于-10摄氏度或高于65摄氏度,然后控制器100在步骤575确定电池电压是否包括在3.5V/单元到4.1V/单元的范围之内。In
如果在步骤575电池电压包括在3.5V/单元到4.1V/单元的范围之内,则然后控制器100在步骤580确定电池温度是否包括在-10摄氏度到0摄氏度的范围之内。如果在步骤580电池温度包括在-10摄氏度到0摄氏度的范围之内,则然后模块215继续进行到步骤585的阶梯式充电模块220。如果在步骤585电池温度没有包括在-10摄氏度到0摄氏度的范围之内,则然后将模块215继续进行到步骤590的快速充电模块225。If the battery voltage is included in the range of 3.5V/cell to 4.1V/cell at
如果在步骤575电池电压没有包括在3.5V/单元到4.1V/单元的范围之内,之后控制器在步骤595增加连续补充充电计数计数器。在步骤600,控制器100确定连续补充充电计数计数器是否等于计数器极限,比如在本例中的二十。如果在步骤600计数器不等于计数器极限,则模块215继续进行到步骤540。如果计数器在步骤600确实等于计数器极限,则模块215继续进行到步骤605的不良组模块205,并且将在步骤610停止。If at
图9是一流程图,示出了阶梯式充电模块220。模块220的操作在步骤630当主充电操作200进入阶梯式充电模块220时开始。控制器100在步骤635启动指示器110,比如第一LED 115来指示用户该电池充电器30当前对电池20充电。在所示结构中,控制器100启动第一LED 115使得它表现为恒定打开的状态。FIG. 9 is a flowchart showing the
在步骤640,控制器100开动第一计时器或充电开始计时器。在所示结构中,充电开始计时器从一分钟开始倒计时。在步骤645,模块220继续进行到充电电流算法250。一旦执行充电电流算法250,则控制器100在步骤650确定充电计数是否等于计数极限,例如7200。如果在步骤650该充电计数等于计数极限,则模块220在步骤655继续进行到不良组模块205,并且模块220将在步骤660停止。At
如果在步骤650充电计数不等于计数极限,则控制器100在步骤665确定在电流脉冲(将在下面讨论)之间的等待时间是否大于或等于第一等待时间阈值,例如,两秒。如果在步骤665等待时间大于或等于第一等待时间阈值,则控制器100在步骤670启动指示器110,例如,关闭第一LED 115并且激活第二LED 120来以大约1Hz的频率闪烁。如果等待时间在步骤665不大于或等于第一等待时间阈值,则模块220继续进行到步骤690,其将在下面讨论。If the charge count is not equal to the count limit at
一旦在步骤670指示器110被激活,则控制器100在步骤675确定在电流脉冲之间的等待时间是否大于或等于第二等待时间阈值,例如,十五秒。如果等待时间在步骤675大于或等于第二等待时间阈值,则控制器100在步骤680改变指示器110,例如激活第二LED 120使得第二LED 120显示为常通的状态。然后,将模块220继续进行到步骤685的保持模块230。Once the
在步骤675,如果等待时间不大于或等于第二等待时间阈值,控制器100在步骤690确定电池温度是否大于0摄氏度。如果在步骤695该电池温度大于0摄氏度,将模块220继续进行到步骤695的快速充电模块225。如果电池温度在步骤690不大于0摄氏度,控制器100在步骤700确定充电开始计时器是否期满。At
如果充电开始计时器在步骤700没有期满,则将模块220继续进行到步骤645的充电电流算法。如果充电开始计时器在步骤700期满,控制器100在步骤705激活第二计时器或充电关闭计时器并且暂停充电。在步骤710,该控制器100确定该充电关闭计时器是否期满。如果充电关闭计时器在步骤710没有期满,则控制器100在步骤715等待预先确定的时间量并且之后返回到步骤710。如果充电关闭计时器在步骤710期满,则模块220返回进行步骤640来再次启动充电开始计时器。If the charge start timer has not expired at
图10是一流程图,示出了快速充电模块225。模块225的操作当主充电操作200在步骤730进入快速充电模块220时开始。控制器100在步骤735激活指示器110,例如第一LED 115来指示用户该电池充电器30当前对电池20充电。在所示的结构中,控制器100激活第一LED 115使得它显示为常通的状态。FIG. 10 is a flowchart illustrating the
在步骤740,模块225继续进行到充电电流算法250。一旦执行充电电流算法250,则控制器100在步骤745确定充电计数是否等于计数极限(例如,7200)。如果在步骤650充电计数等于计数极限,则模块220继续进行到步骤750的不良组模块205,并且该模块220将在步骤755停止。The
如果在步骤745充电计数不等于计数极限,则控制器100在步骤760确定在电流脉冲之间的等待时间是否大于或等于第一等待时间阈值(例如,两秒)。如果在步骤760等待时间大于或等于第一等待时间阈值,控制器在步骤765激活指示器110,例如,关闭第一LED 115并激活第二LED 120以大约1Hz的频率闪烁。如果在步骤765等待时间不大于和等于第一等待时间阈值,模块225继续进行到步骤785,其将在下面讨论。If the charge count is not equal to the count limit at
一旦指示器110在步骤765启动,则控制器100在步骤770确定在电流脉冲之间的等待时间是否大于或等于第二等待时间阈值(例如,十五秒)。如果在步骤770等待时间大于或等于第二等待时间阈值,控制器100在步骤775改变指示器110,例如,激活第二LED 120,使得第二LED 120显示为常通的状态。然后,模块225继续进行到步骤780的保持模块。Once the
如果在步骤770等待时间不大于和等于第二等待时间阈值,控制器100在步骤785确定电池温度是否包括在-20摄氏度到0摄氏度的范围之内。如果在步骤785电池温度包括在该范围之内,则模块225继续进行在步骤790的阶梯式充电模块220。如果在步骤785该电池温度没有包括在该范围之内,则模块225将返回进行到步骤740的充电电流算法250。If the waiting time is not greater than or equal to the second waiting time threshold at
图11是一流程图,示出了保持模块230。模块230的操作当主充电操作200在步骤800进入保持模块230时开始。控制器100在步骤805确定电池电压是否包括在3.5V/单元到4.05V/单元的范围内。在步骤805,如果电池电压没有包括在范围内,控制器100继续停留在步骤805直到电池电压包括在范围之内。一旦电池电压在步骤805包括在该范围之内,则控制器100在步骤810初始化保持计时器。在一些结构中,保持计时器从三十分钟开始向下计时。FIG. 11 is a flowchart illustrating the retention module 230 . Operation of module 230 begins when main charging operation 200 enters hold module 230 at step 800 . The
在步骤815,控制器100确定电池温度是否处于低于-20摄氏度或高于65摄氏度的范围内。如果电池温度低于-20摄氏度或高于65摄氏度,则模块230继续进行到步骤820的温度超出范围模块210并且模块将在步骤825停止。如果在步骤815电池温度没有低于-20摄氏度或高于65摄氏度,则模块230继续进行到模块830的充电电流算法250。In step 815, the
一旦在步骤830执行充电电流算法250,控制器100在步骤835确定保持计时器是否终止。如果保持计时器已经终止,则模块230继续进行到步骤840的不良组模块,并且模块230将在步骤845停止。如果保持计时器在步骤835没有终止,控制器100在步骤850确定在电流脉冲之间的等待时间是否大于或等于第一预先确定的保持等待时间周期,例如,十五秒。Once the charge
如果在步骤850等待时间大于第一预先确定的保持等待时间周期,模块230继续进行步骤805。如果在步骤850等待时间不大于或等于第一预先确定的保持等待时间周期,模块230继续进行到步骤830的充电电流算法250。在一些结构中,电流充电器30将停留在保持模块230直到电池组20从电池充电器30上移开。If at step 850 the wait time is greater than the first predetermined hold wait time period, module 230 proceeds to step 805 . If at step 850 the wait time is not greater than or equal to the first predetermined hold wait time period, module 230 proceeds to charge
图12是一流程图,示出了基本充电方案或充电电流算法250。模块250的操作当其它模块220-230或主充电操作200在步骤870进入充电电流算法时开始。控制器100在步骤875施加满电流脉冲持续大约1秒。在步骤880,控制器100确定当电流被施加到电池20时电池电压880是否大于4.6V/单元。FIG. 12 is a flowchart illustrating a basic charging scheme or charging
如果在步骤880该电池电压大于4.6V/单元,则将算法250继续进行到步骤885的不良组模块205,并且算法250将在步骤890停止。如果在步骤880电池电压没有大于4.6V/单元,则控制器100中断充电电流,增加计数器(比如充电电流计数器),并且在步骤895存储计数值。If at
在步骤900,控制器100确定电池温度是否处于低于-20摄氏度或高于65摄氏度的范围内。如果在步骤900电池温度低于-20摄氏度或高于65摄氏度,则算法250继续进行到步骤905的温度超出范围模块205,并且算法250将在步骤910终止。如果在步骤900电池温度没有低于-20摄氏度或高于65摄氏度,则在步骤915当充电电流没有被施加到电池20时,控制器100将测量电池电压。In
在步骤920,控制器100确定电池电压是否小于4.2V/单元。如果在步骤920电池电压小于4.2V/单元,算法250继续进行步骤875。如果在步骤920电池电压不小于4.2V/单元,则控制器100在步骤925等待直到电池电压大致等于4.2V/单元。而且在步骤925,则控制器100存储该等待时间。该算法250在步骤930停止。In
在另一结构中,由电池充电器30施加的满充电电流或满充电脉冲可能被根据在电池20中的单独的单元电压来标定。这个装置将参考图4和16进行描述。In another construction, the full charge current or full charge pulse applied by the
如图4所示,在电池充电器30中的控制器100能够接收来自电池20中的微控制器64的信息并将信息发射到那里。在一些结构中,微控制器64能够在充电过程中或者自动的或者响应于电池充电器30的指令来监控多种电池特性,包括每一电池单元60的电压或当前的充电状态。该微处理器64能够监控特定的电池特性,并且在充电电流的周期Ton中(就是说,“电流接通”时间周期)来处理和平均该测量。在一些结构中,该电流导通的时间周期大致是一秒(“1-s”)。在没有充电电流的周期(也就是“电流关闭”时间周期)Toff中,涉及特定电池特征(例如,单元电压和单元充电状态)的信息能够从电池20发送到充电器30。在一些结构中,电流关闭时间周期Toff大约是50毫秒。电池充电器30能够因此处理从电池20发送的信息,并更改电流导通时间周期Ton。例如,如果一个或多个电池单元60比剩余的电池单元60具有较高的当前充电状态,则然后电池充电器30可能为了避免对一个或多个较高的电池单元过充电而逐渐减少在时间周期Ton上的电流。As shown in FIG. 4, the
在一些结构中,电池充电器30可能比较每一单独的单元电压和平均的单元电压,并且如果在单独的单元电压和平均的单元电压之间的差异等于或超出预先确定的阈值(例如,非平衡阈值),则充电器30可能识别该单元为较高充电状态的单元。电池充电器30可能在时间周期Ton更改电流。在另外的结构中,电池充电器30可能在电流导通时间周期基于从电池20接收的信息对特别的电池单元(比如识别为较高电压单元的电池单元)估计充电状态。在这些结构中,如果对单元当前充电状态的估计超出了阈值,则然后电池充电器30可能更改电流导通时间周期Ton的持续时间。In some constructions, the
例如,如图16所示,电池充电器30能够命令电池20平均在下一个电流导通时间Ton1做出的单元电压测量。该命令能够在第一电流关闭时间周期Toff1期间发送。因此,在第一电流关闭时间Ton1中,微控制器64测量并平均单元电压和其它电池参数。在下一个电流关闭时间Toff2中,电池20能够发射平均的测量到电池充电器30。在一些结构中,电池20能够发送八个平均的测量,例如,平均的包充电状态测量以及对七个电池单元60的每一个的平均的单独单元充电状态。例如,电池20可能发送下面的信息:单元1、14%,单元2、14%,单元3、15%,单元4、14%,单元5、16%,单元6、14%,单元7、14%,以及包电压(例如,单元1-7)电压29.96V。在这个实例中,电池充电器30识别单元5为较高电池单元。充电器30还记录电池电压为由电池微处理器64和电池充电器30测量的。在这个实例中,电池充电器30测量电池电压为大约30.07V。电池充电器30计算在电池电压测量中的差别(例如,110mV),并且确定通过终端和引线的电压降为大约110mV。For example, as shown in FIG. 16, the
在后续的导通时间周期Ton2的过程中,电池充电器30“估算”单元5的电压。例如,电池充电器30采样电池20的电压的测量,并且对每一电池电压测量,根据下面的等式对单元5的充电状态进行估算:During the subsequent on-time period T on2 the
(V电池/ch-V终端)*V单/元 (V battery/ch -V terminal )*V unit/unit
其中所述V电池/ch是电池20由充电器30测量的电压,V终端是通过终端的电压降(例如,110mV),以及V单元是被估计为电池电压的百分比的单元电压。如果单元5的电压的估计超出了阈值,则电池充电器30可能更改后来的电流导通时间周期Ton3。如图16所示,充电器30识别单元5为是高电池单元,并且更改后续的电流导通时间周期Ton3为大约800mS。因此,电流导通时间周期Ton3的长度T2小于先前的电流导通时间周期Ton1和Ton2的长度T1。where Vbattery /ch is the voltage of the
在一些结构中,充电器30继续将后来的电流导通时间周期(例如,Ton4-5)设置到大约是先前的电流导通时间周期Ton3的长度T2(例如,800ms)。如果单元5(或另一单元)继续被识别为高单元,之后充电器30能够,例如从T2(例如,大约800ms)到T3(例如,大约600ms)更改后来的电流导通时间周期(例如,Ton6)。In some constructions, the
图13示意性的示出了电池20’的进一步的示意图。电池20’和电池20类似,并且共同的元件用相同的参考数字“’”识别。Fig. 13 schematically shows a further schematic view of the battery 20'. Battery 20' is similar to
在一些结构中,电路62’包括电气组件,例如,识别电阻器950,并且该识别电阻器950能够具有设定的电阻。在其它结构中,电气组件可能是电容器,电感器,晶体管,半导体元件,电气电路或另一具有电阻的或能够发送电信号、例如微处理器、数字逻辑组件等的组件。在所示的结构中,识别电阻器950的电阻值能够基于电池20’的特性、比如标称电压和电池单元60’的化学物质来选择。感应终端55’能电连接到识别电阳器950。In some constructions, the circuit 62' includes an electrical component, such as an
如图13示意性的示出,电池20’能够电连接到电气设备,比如电池充电器960(也为示意性的示出)。电池充电器960能够包括正终端964,负终端968和感应终端972。电池充电器960的每一终端964、968、972能够电连接到电池对应的终端45’、50’、55’(分别的)。电池充电器960还包括具有电气组件的电路,例如,第一电阻器976,第二电阻器980,固态电子装置或半导体984,比较器988和处理器,微控制器或控制器(没有示出)。在一些结构中,半导体984能够包括能够在饱和或“导通”的状态下操作,并且能够在截止或“关闭”状态下操作的晶体管。在一些结构中,比较器988可以是专用电压监控装置,微处理器或处理单元。在其它结构中,比较器988可以包括在控制器中(没有示出)。As shown schematically in Figure 13, the battery 20' can be electrically connected to an electrical device, such as a battery charger 960 (also shown schematically).
在一些结构中,可以对控制器(没有示出)编程来识别在电池20’中的电气组件的电阻值,比如识别电阻器958。还可以对控制器编程来确定电池20’的一个或多个特性,例如,电池20’的电池化学物质和标称电压。如前面所述的,识别电阻器958的电阻值可能对应于和一个或多个特定电池特性相联系的专用值。例如,识别电阻器958的电阻值可以被包括在对应于电池20’的化学物质和标称电压的电阻值的范围。In some constructions, a controller (not shown) may be programmed to identify the resistance value of an electrical component within the battery 20', such as identifying resistor 958. The controller may also be programmed to determine one or more characteristics of the battery 20', such as the battery chemistry and nominal voltage of the battery 20'. As previously described, the resistance value of identification resistor 958 may correspond to a dedicated value associated with one or more specific battery characteristics. For example, the resistance value of identification resistor 958 may be included in a range of resistance values corresponding to the chemistry and nominal voltage of battery 20'.
在一些结构中,可以对控制器编程来识别多个识别电阻器958的电阻范围。在这些结构中,每一范围对应于一个电池化学物质,例如,NiCd,NiMH,锂离子等。在一些结构中,控制器可以识别附加的电阻范围,每一个对应于另一电池化学物质或另一电池特性。In some constructions, the controller may be programmed to recognize the resistance range of the plurality of identification resistors 958 . In these configurations, each range corresponds to a battery chemistry, eg, NiCd, NiMH, Li-ion, etc. In some constructions, the controller may identify additional resistance ranges, each corresponding to another battery chemistry or another battery characteristic.
在一些结构中,可以对控制器编程来识别多个电压范围。包括在该电压范围的电压可能是依靠于或对应于识别电阻器958的电阻值,这样,控制器能够基于测量的电压确定电阻958的值。In some constructions, the controller can be programmed to recognize multiple voltage ranges. The voltages included in the voltage range may depend on or correspond to the resistance value of the identification resistor 958, such that the controller can determine the value of the resistor 958 based on the measured voltage.
在一些结构中,识别电阻器958的电阻值可以被进一步选择为对每一电池20’的可能标称电压值都是唯一的。例如,在一个电阻值的范围中,第一专用电阻值能够对应于标称电压21V,第二专用电阻值对应于标称电压16.8V,以及第三专用电阻值对应于标称电压12.6V。在一些结构中,可以有更多或更少的专用电阻值,对应于另一电池20’的可能标称电压的每一个与电阻范围相联系。In some constructions, the resistance value of the identification resistor 958 may further be selected to be unique for each possible nominal voltage value of the battery 20'. For example, within a range of resistance values, a first dedicated resistance value can correspond to a nominal voltage of 21V, a second dedicated resistance value can correspond to a nominal voltage of 16.8V, and a third dedicated resistance value can correspond to a nominal voltage of 12.6V. In some constructions, there may be more or fewer dedicated resistance values, each associated with a resistance range corresponding to a possible nominal voltage of another battery 20'.
在示例性的实施中,电池20’电连接到电池充电器960。为识别第一电池特性,半导体984在附加电路系统(没有示出)的控制下转换到“导通”状态。当半导体984处在“导通”状态时,识别电阻器958和电阻器976和980创建电压分压器网络。该网络在第一参考点992建立电压VA。如果电阻980的电阻值远远小于电阻976的电阻值,那么电压VA将由识别电阻器958和电阻980的电阻值决定。在这个实施中,电压VA是处在由识别电阻器958的电阻值确定的范围内。该控制器(没有示出)在第一参考点992测量电压VA,并且基于电压VA确定识别电阻器958的电阻值。在一些结构中,控制器比较电压VA和多个电压范围来确定电池特性。In an exemplary implementation,
在一些结构中,将被识别的第一电池特性可以包括电池化学物质。例如,任意低于150k欧姆的电阻值可能表示电池20’具有NiCd或NiMH的化学物质,并且任意大约150k欧姆或以上的电阻值可能表示电池20’具有Li或Li离子的化学物质。一旦控制器确定并且识别了电池20’的化学物质,将选择适宜的充电算法或方法。在其它结构中,有更多的每一个都对应不同于上述实例的另一电池化学物质的电阻范围。In some constructions, the first battery characteristic to be identified may include battery chemistry. For example, any resistance value below 150k ohms may indicate that the battery 20' has a chemistry of NiCd or NiMH, and any resistance value of about 150k ohms or above may indicate that the battery 20' has a chemistry of Li or Li ions. Once the controller has determined and identified the chemistry of the battery 20', an appropriate charging algorithm or method will be selected. In other configurations, there are more each corresponding to a resistance range of another battery chemistry than the above example.
继续本示例性实施,为识别第二电池特性,半导体984在附加电路系统(没有示出)的控制下转换到“关闭”状态。当半导体984转换到“关闭”状态时,该识别电阻器958和电阻器976创建电压分压器网络。第一参考点992的电压VA现在由识别电阻器958和电阻976的电阻值确定。选择识别电阻器958的电阻值使得,当在第二参考点880的电压VBATT实质上等于电池20’的标称电压时,在第一参考点992的电压VA实质上等于在第三参考点996的电压VREF。如果在第一参考点992的电压VA超出了在第三参考点996的固定电压VOUT,比较器988的输出VOUT改变状态。在一些结构中,输出VOUT能够被用于以终止充电或用作开始附加功能的指示器,比如,保持程序,均衡化程序,放电功能,附加充电方案等。在一些结构中,电压VREF可以是固定的参考电压。Continuing with the exemplary implementation, to identify the second battery characteristic,
在一些结构中,识别的第二电池特性可以包括电池20’的标称电压。例如,一个通常的用于对识别电阻器958计算电阻值的等式可以是:In some constructions, the identified second battery characteristic may include the nominal voltage of the battery 20'. For example, a general equation for calculating the resistance value for identification resistor 958 may be:
其中所述R100是识别电阻器958的电阻值,R135是电阻976的电阻值,VBATT是电池20’的标称电压,以及VREF是固定电压,例如,大约为2.5V。例如,在Li离子化学物质的电阻值范围内(以前提到的),对识别电阻器958大约150k欧姆的电阻值能够对应于大约21V的标称电压,大约194k欧姆的电阻值能够对应于大约16.8V的标称电压,并且大约274.7k欧姆的电阻值能够对应于大约12.6V的标称电压。在其它结构中,更多或更少的专用电阻值可能对应于附加或不同电池组的标称电压值。Where R 100 is the resistance of identification resistor 958 , R 135 is the resistance of
在所示的结构中,识别电阻器958和第三参考点996可能位于电流感应电阻1000的“高”侧。以这种方式放置识别电阻器958和第三参考点996能够减少在VA和VREF之间当存在充电电流时产生的任意相对电压波动。如果识别电阻器958和第三参考点996定位在地1004并且充电电流被施加到电池20’时,电压波动可能发生在电压VA。In the configuration shown, identification resistor 958 and
在一些结构中,电池充电器960还可以包括充电器控制功能。如先前所讨论的,当电压VA实质上等于电压VREF时(表示电压VBATT等于电池20’的标称电压),比较器988的输出VOUT改变状态。在一些结构中,当比较器988的输出VOUT改变状态时,充电电流不再应用到电池20’。一旦充电电流被中断,则电池电压VBATT开始减小。当电压VBATT达到低的阈值时,比较器988的输出VOUT再次改变状态。在一些结构中,电压VBATT的低阈值由滞后电阻1008的电阻值确定。一旦比较器988的输出VOUT再次改变状态,充电电流被重新建立。在一些结构中,这个循环重复由控制器确定的预先确定的时间量或重复由比较器988做出的状态变化的特定量。在一些结构中,这个循环重复直到电池20’被从电池充电器30中移出。In some constructions,
在一些结构和一些方面中,电池(比如如图17所示的电池20)可能放电过度使得电池单元60可能不具有足够的电压来和电池充电器30通信。如图17所示,电池20可能包括一个或多个电池单元60,正终端1105,负终端1110和一个或多个感应终端1120a和1120b(如图17所示,第二感应终端或激活终端120b可能包括或不包括在电池20中)。电池20还可以包括包含有微控制器1140的电路1130。In some constructions and some aspects, a battery, such as
如图17所示,电路130可以包括当电路1130(例如,微处理器1140)确定或感应高于或低于预先确定的阈值(也就是,“异常电池情况”)时中断放电电流的半导体开关1180。在一些结构中,开关1180包括在其中来自或到电池20的电流中断的中断情况,以及在其中允许来自或到电池20的电流的允许情况。在一些结构中,可能包括异常电池情况,例如,高或低的电池单元温度,高或低的电池充电状态,高或低的电池单元充电状态,高或低的放电电流,高或低的充电电流等等。在所示的结构中,开关1180包括功率FET或金属氧化物半导体FET(“MOSFET”)。在其它结构中,电路1130可以包括两个开关1180。在这些结构中,开关1180可被平行排列。平行的开关1180可被包括在应用高平均放电电流的电池组中(例如,供电到圆锯,驱动电钻等的电池20)。As shown in FIG. 17,
在一些结构中,一旦开关1180变为非导电的,则开关1180可能即使在异常情况不再被探测到的情况下重新设置。在一些结构中,电路1130(例如,微处理器1140)可能仅仅在如果电气装置,例如,电池充电器30,指示微处理器1140做这个动作的情况下重新设置开关180。如先前所提到的,电池20可能放电过度使得电池单元60可能不具有足够的电压来供电给微处理器1140来和电池充电器30通信。In some constructions, once the switch 1180 becomes non-conductive, the switch 1180 may reset even if the abnormal condition is no longer detected. In some constructions, circuitry 1130 (eg, microprocessor 1140) may only reset switch 180 if an electrical device, eg,
在一些结构中,如果电池20不能和充电器30通信,则电池充电器30提供小的充电电流通过开关1180的体二极管1210来缓慢的对电池单元60充电。一旦单元60接收了足够的充电电流来供电给微处理器1140,则微处理器1140可以改变开关1180的状态。也就是说,可以在即使当开关1180处于非导电状态的情况下对电池50充电。如图17所示,开关180可以包括体二极管1210,其在一些结构中,其和MOSFET和其它晶体管构成整体。在其它结构中,二极管1210能够和开关1180并行的电连接。In some configurations, if the
在一些结构中,如果电池20不能和充电器30通信,则电池充电器30可以通过感应导线,例如,感应导线120a和专用启动终端120b施加小的平均电流。该电流可能对电容器1150充电,其中电容器1150依次可以提供足够的电压到微处理器1140来启动操作。In some constructions, if the
上面所描述和图示的结构是以示例性的方式呈现的,并不是意在限制本发明的概念和原理。同样的,对于本领域普通人员来说,很明显在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对元件以及他们的设置和排列做出多种更改。The structures described and illustrated above are presented in an exemplary manner, and are not intended to limit the concepts and principles of the present invention. Likewise, it will be apparent to those skilled in the art that various changes can be made in the elements and in their arrangement and arrangement without departing from the spirit and scope of the invention.
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