当前专利申请要求了在先提交的以下共同未决美国临时专利申请的权益:2004年5月24日提交的No.60/574278;2004年5月25日提交的No.60/574616;2004年6月22日提交的No.60/582138;2004年6月24日提交的No.60/582728;2004年6月24日提交的No.60/582730;2004年9月22日提交的No.60/612352;2004年11月5日提交的No.60/626013;2004年11月9日提交的No.60/626230;以及2005年1月12日提交的No.60/643396,这些专利申请的全部内容由此被引用作为参考。
本申请还涉及2003年11月20日提交的美国专利申请No.10/720027,该专利申请要求了在先提交的以下共同未决美国临时专利申请的权益:2002年11月22日提交的No.60/428358;2002年11月22日提交的No.60/428450;2002年11月22日提交的No.60/428452;2003年1月17日提交的No.60/440692;2003年1月17日提交的No.60/440693;2003年11月19日提交的No.60/523716;2003年11月19日提交的No.60/523712,这些专利申请的全部内容由此被引用作为参考。
本申请还涉及2003年11月20日提交的美国专利申请No.10/719680,该专利申请要求了在先提交的以下共同未决美国临时专利申请的权益:2002年11月22日提交的No.60/428358;2002年11月22日提交的No.60/428450;2002年11月22日提交的No.60/428452;2003年1月17日提交的No.60/440692;2003年1月17日提交的No.60/440693;2003年11月19日提交的No.60/523716;2003年11月19日提交的No.60/523712,这些专利申请的全部内容由此被引用作为参考。
本专利申请还涉及2003年11月24日提交的美国专利申请No.10/721800,该专利申请要求了在先提交的以下共同未决美国临时专利申请的权益:2002年11月22日提交的No.60/428356;2002年11月22日提交的No.60/428358;2002年11月22日提交的No.60/428450;2002年11月22日提交的No.60/428452;2003年1月17日提交的No.60/440692;2003年1月17日提交的No.60/440693;2003年11月19日提交的No.60/523712;2003年11月19日提交的No.60/523716,这些专利申请的全部内容由此被引用作为参考。
具体实施方式
在图1和2中显示出电池组或电池20。该电池20构成为给一个或多个电气装置、例如电动工具25(在图15A-B所示的)和/或电池充电器30(在图3和4中所示的)供电以及从中接收能量。在一些结构中以及在一些方面中,电池20可以具有任意电池化学组分,例如铅酸、镍-镉(“NiCd”)、镍-金属氢化物(“NiMH”)、锂(“Li”)、锂离子(“Li离子”)、另一种锂基化学组分或另一种可再充电电池化学组分。在一些结构中和在一些方面中,电池20可以给电气装置、例如具有高电流放电速率的电动工具提供高放电电流。在所示的结构中,电池20具有Li、Li离子电池化学组分或另一种Li基化学组分,并且提供等于或大于大约20A的平均放电电流。例如,在所示的结构中,电池20能够具有锂-钴(“Li-Co”)、锂-锰(“Li-Mn”)尖晶石或Li-Mn镍化学组分。
在一些结构中和在一些方面中,电池20还可以具有任意的标称电压,例如大约为9.6V至大约50V的标称电压。在一个结构(参见图1-3)中,例如电池20具有大约为21V的标称电压。在另一个结构(参见图14)中,电池20A具有大约为28V的标称电压。应该理解的是,在其它结构中,电池20可以具有在另一个标称电压范围中的另一个标称电压。
该电池20包括设有端子支撑件40的外壳35。该电池20还包括一个或多个电池端子,所述一个或多个电池端子由端子支撑件40支撑,并且可以与电气装置、例如电动工具25和/或电池充电器30连接。在一些结构、例如在图4中所示的结构中,电池20包括正极电池端子45、负极电池端子50和检测电池端子55。在一些结构中,电池20包括比在所示结构中更多或更少的端子。
电池20包括一个或多个电池单元60,每个电池单元具有化学组分和标称电压。在一些结构中,电池20具有Li离子电池化学组分、大约为18V或21V的标称电压,并且包括五个电池单元。在一些结构中,每个电池单元60具有Li离子化学组分,并且每个电池单元60具有基本上相同的标称电压,例如大约为3.6V或大约4.2V。
在一些结构中以及在一些方面中,电池20包括识别电路或者与一个或多个电池端子电连接的部件。在一些结构中,电气装置、例如电池充电器30(在图3和4中所示的)会“读取”识别电路或部件,或者根据识别电路或部件接收输入,以便确定一个或多个电池特征。在一些结构中,电池特征例如可以包括电池20的标称电压、电池20的温度和/或电池20的化学组分。
在一些结构中以及在一些方面中,电池20包括与一个或多个电池端子电连接的控制装置、微控制器、微处理器或控制器。控制器和电气装置、例如电池充电器30通信,并给所述装置提供关于一个或多个电池特征或状况的信息,例如电池20的标称电压、单独单元电压、电池20的温度以及电池20的化学组分。在一些结构、例如在图4中所示的结构中,电池20包括具有微处理器或控制器64的识别电路62。
在一些结构中以及在一些方面中,电池20包括温度检测装置或热敏电阻。该热敏电阻构成并且设置在电池20内,用来检测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、例如在图4中所示的结构中,电池20包括热敏电阻66。在所示的结构中,热敏电阻66包括在识别电路62中。
如图3和4中所示,电池20也构成为与电气装置、例如电池充电器30连接。在一些结构中,电池充电器30包括外壳70。外壳70设有与电池20连接的连接部分75。连接部分75包括一个或多个电气装置端子,用来使电池20与电池充电器30电连接。包括在电池充电器30中的这些端子构成为与包括在电池20中的端子相配合,并且从电池20传输和接收能量和信息。
在一些结构、例如在图4中所示的结构中,电池充电器30包括正极端子80、负极端子85和检测端子90。在一些结构中,电池充电器30的正极端子80构成为与正极电池端子45相配合。在一些结构中,电池充电器30的负极端子85和检测端子90构成为,分别与负极电池端子50和检测电池端子55相配合。
在一些结构中以及在一些方面中,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包括控制装置、微控制器、微处理器或控制器100。控制器100控制着在电池20和电池充电器30之间的能量传输。在一些结构中,控制器100控制着在电池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根据从电池20接收到的信号,识别和/或确定电池20的一个或多个特征或条件。还有,控制器100能够根据电池20的识别特征,控制充电器30的操作。
在一些结构中以及在一些方面中,控制器100包括各种计时器、备用计时器和计数器,和/或能够进行各种计时和计数功能。计时器、备用计时器和计数器由控制器100在各个充电步骤和/或模块期间使用和控制。下面将对计时器、备用计时器和计数器进行说明。
在一些结构中以及在一些方面中,电池充电器30包括显示器或指示器110。指示器110将电池充电器30的状态告知用户。在一些结构中,指示器110能够将在操作期间正在开始和/或正在完成的不同充电阶段、充电模式或充电模块告知用户。在一些结构中,指示器110包括第一发光二极管(“LED”)115和第二LED120。在所示的结构中,第一和第二LED115和120为不同颜色的LED。例如,第一LED115为红色LED,而第二LED120为绿色LED。在一些结构中,控制器100启用和控制指示器110。在一些结构中,指示器110设置在外壳70上,或者包括在外壳70中,从而指示器110对于用户是可见的。显示器也可以包括指示器,用来显示出充电百分比、剩余时间等。在一些结构中,显示器或指示器110可以包括设在电池20上的燃料计。
电池充电器30适于从电源130接收能量输入。在一些结构中,电源130大约为120V AC、60Hz信号。在其它结构中,电源130大约为240V AC信号。在其它结构中,电源130例如为恒定电流源。在这些结构中,电源130能够包括12V DC信号,例如从汽车插口(例如,从汽车蓄电池)接收到的DC信号。
在所示的结构中,电池充电器30从AC电源接收到能量输入。为了使用DC电源,用户可以将电池充电器30连接至在图18-27中所示的功率转换器2140上。在这些结构中,功率转换器2140将第一信号、例如DC信号(例如,来自汽车DC输出口的12V DC信号)转换成第二信号、例如AC信号(例如,120V AC信号)。
如图18-26中所示,功率转换器2140包括外壳2145。在所示的结构中,外壳2145包括第一端部2146、第二端部2147、第一侧面2148和第二侧面2149。外壳2145还包括底面2152和顶面2154。在其它结构中,外壳2145能够包括比所示和所述的更多或更少的表面、侧面和端部。
在一个结构中,顶面2154能够提供用于放置电池充电器30的区域。在所示的结构中,顶面2154的宽度和长度与电池充电器30基本上相同。在其它结构中,顶面2154的宽度和长度可以大于或者小于电池充电器30。在其它结构中,顶面2154可以包括锁紧机构(未示出),用来将电池充电器30固定在功率转换器2140上。在其它结构中,外壳2145的另一个部分可以包括锁紧机构,用来将电池充电器30固定在转换器2140上。
功率转换器2140还包括用来接收第一功率信号(即,DC功率信号)的输入端2159。在一些结构中,输入端2159包括电线2160和输入连接器2165。在所示的结构中,输入连接器2165包括用于接收来自汽车DC输出口的DC信号的12-V DC输入插头。
功率转换器2140还包括用来输送第二功率信号(即,AC功率信号)的转换输出端2170。在所示的结构中,转换输出端2170包括AC输出口,例如三线直叶片输出口2170。如图18所示,输出口2170设置在电线卷2155上。
在一些结构中,功率转换器2140可以包括电线卷2155。电线卷2155可以存储并且固定电池充电器30的电线2156。在所示的结构中,在外壳2145的第二端部2147中的沟槽2158形成电线卷2155。
在一些结构中,功率转换器2140可以包括第二输出端2180。在所示的结构中,第二输出端2180设置在外壳2145的第一端部2146上,并且可以用来输送第二(转换的)功率信号。在其它结构中,输出端2180可以输送第一功率信号(即,DC信号)。在其它结构中,转换器2140可以包括另外的输出端2180,所述另外的输出端2180输送第一功率信号或第二功率信号。在还有其它结构中,转换器2140可以包括第二输出口2180的组合,至少一个用来输送第一功率信号,并且至少一个其它输出口用来输送第二功率信号。
在一些结构中,功率转换器2140可以包括开关2185,用来通过转换输出端2170控制功率的输出。开关2185可以包括:接通位置,其中转换器2140可以用来通过转换输出端2170分配电能(在转换器2140正在接收第一功率信号);以及断开位置,其中转换器2140不能用来通过转换输出端2170分配电能。可以通过一个或多个LED、例如在图23-26中所示的第一LED2188和第二LED2189,将开关2185的位置指示给用户。在所示的结构中,第一LED2188和第二LED2189设置在外壳2145的第一端部2146上。在一个结构中,第一LED2188为红色LED,并且表示转换器2140不能用来通过转换输出端2170供电,而第二LED2189为绿色LED,并且表示转换器2140可以通过转换输出端2170供电。在其它结构中,开关2185可以控制第二输出端2180的输出。在还有其它结构中,转换器2140包括用于每个输出端或输出口2170、2180的开关2185。
在一些结构中并且在一些方面中,如下面所述一样,电池充电器30可以给具有不同电池化学组分和不同标称电压的各种可再充电电池充电。例如,在示例性实施方案中,电池充电器30可以给具有NiCd电池化学组分和大约为14.4V标称电压的第一电池、具有Li离子电池化学组分和大约为18V的标称电压的第二电池、以及具有Li离子电池化学组分和大约为28V标称电压的第三电池充电。在另一个示例性实施方案中,电池充电器30可以给具有大约为21V标称电压的第一Li离子电池、和具有大约为28V标称电压的第二Li离子电池充电。在该示例性实施方案中,如下面所述一样,电池充电器30能够识别出每个电池20的标称电压,并且由此如下面所述的那样缩放特定阈值,或者根据电池标称电压,改变电压读数或测量值(在充电期间获取的)。
在一些结构中,电池充电器30可以通过“读取”包括在电池20中的识别分量,或者通过从例如电池微处理器或控制器接收信号,来识别电池20的标称电压。在一些结构中,电池充电器30可以包括充电器30能够识别出的各种电池20的可接受标称电压范围。在一些结构中,可接受标称电压范围包括从大约8V至大约50V的范围。在其它结构中,可接受标称电压范围可以包括从大约12V到大约28V的范围。在其它结构中,电池充电器30能够识别出等于大约12V和更大的标称电压。还有,在其它结构中,电池充电器30能够识别出等于大约30V和更低的标称电压。
在其它结构中,电池充电器30可以识别出包括电池20的标称电压的数值范围。例如,电池充电器30能够识别出第一电池20的标称电压落入在例如大约为18V至大约22V或者大约16V至大约24V的范围内,而不是识别出第一电池20具有大约为18V的标称电压。在其它结构中,电池充电器30还可以识别出其它电池特征,例如电池单元数量、电池化学组分等。
在其它结构中,充电器30能够识别出电池20的任意标称电压。在这些结构中,充电器30能够通过根据电池20的标称电压、调节或缩放某些阈值,来给任意标称电压电池20充电。还有,在这些结构中,与标称电压无关,每个电池20可以在大约相同时间内接收大约相同大小的充电电流(例如,在每个电池20大约完全放电的情况下)。电池充电器30可以调节或缩放这些阈值(下面所述的),或者根据所充电的电池30的标称电压调节或者缩放测量值。
例如,电池充电器30可以识别出具有大约为21V的标称电压以及5个电池单元的第一电池。在整个充电中,电池充电器30改变充电器30所采样的每个测量值(例如,电池电压),以获得每个电池单元的测量值。也就是说,充电器30将每个电池电压测量值除以5(例如,5个电池单元),以大约获得电池单元的平均电压。因此,包括在电池充电器30中的所有阈值可以与每个电池单元测量值相关联。还有,电池充电器30可以识别具有大约为28V标称电压和7个电池单元的第二电池。与用第一电池进行操作类似,电池充电器30改变了每个电压测量值,以获得每个电池单元测量值。还有,包括在电池充电器30中的所有阈值可以与每个电池单元测量值相关。在该实施例中,电池充电器30可以使用相同的阈值,以便监测并且中止对第一和第二电池充电,从而使得电池充电器30能够在一个标称电压范围上给许多电池充电。
在一些结构中以及在一些方面中,电池充电器30根据电池20的温度,来进行给电池20充电的充电方案或方法。在一个结构中,电池充电器30给电池20提供充电电流,同时周期性地检测或监测电池20的温度。如果电池20没有包括微处理器或控制器,则电池充电器30在规定时间周期之后,周期性地测量热敏电阻66的电阻。如果电池20包括微处理器或控制器、例如控制器64,则电池充电器30任选地进行:1)周期性地询问控制器64,以确定电池温度和/或电池温度是否在适当的操作范围之外;或者2)等待,以接收来自控制器64的、用来表示电池温度没有处在适当的操作范围内的信号,如将在下面所述一样。
在一些结构中以及在一些方面中,电池充电器30根据电池20的当前电压,来进行给电池20充电的充电方案或方法。在一些结构中,如下面所述一样,在正在给电池20提供电流时,和/或在没有提供电流时,在经过规定时间周期之后,在周期性地检测或监测电池电压的同时,电池充电器30给电池20提供充电电流。在一些结构中,电池充电器30根据电池20的温度和电压,来进行给电池20充电的充电方案或方法。还有,充电方案可以基于单个电池单元电压。
一旦电池温度和/或电池电压超过规定阈值,或者没有落入在适当操作范围内,则电池充电器30将充电电流中断。电池充电器30继续周期性地检测或监测电池温度/电压,或者等待,以接收来自控制器64的信号,用来表示电池温度/电压处在适当的操作范围内。在电池温度/电压处于适当的操作范围内时,电池充电器30可以恢复给电池20提供充电电流。电池充电器30继续监测电池温度/电压,并且根据所检测出的电池温度/电压,继续中断以及恢复充电电流。在一些结构中,在电池容量到达规定阈值时、或者在规定时间周期之后,电池充电器30终止充电。在其他结构中,当从电池充电器30移去电池20时,终止充电。
在一些结构中以及在一些方面中,电池充电器30包括用于给各种电池、例如具有不同化学组分和/或标称电压的电池20充电的操作方法。在图5a和5b中显示出该充电操作200的实施例。在一些结构中以及在一些方面中,电池充电器30包括用于给Li基电池、例如具有Li-Co化学组分、Li-Mn尖晶石化学组分、Li-Mn镍化学组分等的电池充电的操作方法。在一些结构中以及在一些方面中,充电操作200包括用于响应于不同电池状况和/或电池特性执行不同功能的各种模块。
在一些结构中以及在一些方面中,操作方法200包括用于根据异常和/或正常电池状况中断充电的模块。在一些结构中,充电操作200包括:有故障电池组模块,例如在图6的流程图205中所示的有故障电池组模块;和/或温度超范围模块,例如在图7的流程图210中所示的温度超范围模块。在一些结构中,电池充电器30进入有故障电池组模块205,以便根据异常电池电压、异常电池单元电压和/或异常电池容量中止充电。在一些结构中,电池充电器30进入温度超范围模块210,以便根据异常电池温度和/或一个或多个异常电池单元温度中止充电。在一些结构中,充电操作200包括更多或更少的模块,它们根据比上面和下面所述的模块和状况更多或更少的电池状况终止充电。在图28-38中显示出充电操作和充电模块的其它结构。
在一些结构中以及在一些方面中,充电操作200包括各种用于根据各种电池状况给电池20充电的模式或模块。在一些结构中,充电操作200包括:点滴式充电模块,例如在图8的流程图215中所示的点滴式充电模块;步进式充电模块,例如在图9的流程图220中所示的步进式充电模块;快速充电模块,例如在图10的流程图225中所示的快速充电模块;和/或维护充电模块,例如在图11的流程图230中所示的维护模块。
在一些结构中以及在一些方面中,在充电操作200期间,控制器100根据特定电池温度范围、特定电池电压范围和/或特定电池容量范围,来选择每个充电模块215-230。在一些结构中,控制器100根据在表1中所示的电池特性,来选择每个模块215-230。在一些结构中,条件“电池温度”或“电池的温度”可以包括:整体上获得的电池温度(即,电池单元、电池组成部件等);和/或单独或共同获取的电池单元的温度。在一些结构中,如下面所述一样,每个充电模块215-230可以基于相同的基本充电方案或充电算法,例如全部充电电流。
表1 给Li基电池充电的操作
| V2至V3 |
没有充电。第一LED缓慢闪烁。 |
维护充电。第二LED稳定接通。 |
维护充电。第二LED稳定接通。 |
没有充电。第一LED缓慢闪烁。 |
| >V3 |
没有充电。第一LED快速闪烁。 |
没有充电。第一LED快速闪烁。 |
没有充电。第一LED快速闪烁。 |
没有充电。第一LED快速闪烁。 |
在一些结构中以及在一些方面中,在点滴式充电模块215期间施加在电池20上的充电电流包括:在第一时间周期、例如十秒内向电池20施加全部充电电流(例如“I”),然后,使全部充电电流暂停第二时间周期、例如五十秒。在一些结构中,全部充电电流为大约以规定幅度的充电电流脉冲。在一些结构中,在电池电压小于第一规定电压阈值V1的情况下,电池充电器30只进入点滴式充电模块215。
在一些结构中以及在一些方面中,在快速充电模块225期间施加在电池20上的充电电流包括:在第一时间周期、例如1秒内向电池20施加全部充电电流,然后,使全部充电电流暂停第二时间周期、例如50ms。在一些结构中,控制器100将备用计时器设定为第一规定时限,例如大约2个小时。在这些结构中,电池充电器30在所述规定时限内不会实施快速充电模块225,以避免电池损坏。在其它结构中,在规定时限期满时,电池充电器30将断开(例如,停止充电)。
在一些结构中,在电池电压包括在从第一电压阈值V1至第二规定电压阈值V2的范围中、以及电池温度落入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,电池充电器30只进入快速充电模块225。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。
在一些结构中以及在一些方面中,在步进式充电模块220期间施加在电池20上的充电电流包括:向电池20施加快速充电模块225的充电电流,但是具有一分钟充电(“接通”)且一分钟暂停充电(“断开”)的负载循环。在一些结构中,控制器100将备用计时器设定为第二规定时限,例如大约4个小时。在这些结构中,电池充电器30在所述规定时限内不会实施步进式充电模块220,以便避免电池损坏。
在一些结构中,如果电池电压包括在从第一电压阈值V1至第二电压阈值V2的范围中、以及电池温度落入在从第一电池温度阈值T1到第二温度阈值T2的范围内,电池充电器30只进入步进式充电模块220。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。
在一些结构中以及在一些方面中,在维护模块230期间施加在电池20上的充电电流包括:只在电池电压下降至特定规定阈值时,向电池20施加全部充电电流。在一些结构中,阈值大约为每个单元4.05-V/单元+/-1%。在一些结构中,在电池电压包括在从第二电压阈值V2至第三规定电压阈值V3的范围中、以及电池温度落入在从第一温度阈值T1到第三温度阈值T3的范围内的情况下,电池充电器30只进入维护模块230。
在一些结构中以及在一些方面中,控制器100根据各种电池状况,实施各种充电模块220-230。在一些结构中,每个充电模块220-230包括相同的充电算法(例如,用于施加全部充电电流的算法)。但是,每个充电模块220-230按照不同的方式实施、重复或引入充电算法。充电算法的一个示例为在图12的流程图250中所示的充电电流算法,如将在下面所述的一样。
如图5a和5b中所示一样,充电操作200在步骤305处、在将电池例如电池20插入到电池充电器30中或者与之电连接时开始。在步骤310处,控制器100确定是否有稳定电能输入、例如电源130施加在电池充电器30上或与之连接。如图5a中所示,在电池20与电池充电器30电连接之后,在施加电能的情况下,仍然进行相同的操作(即,步骤305进行至步骤310)。
如果控制器100确定没有施加稳定的电能输入,则控制器100不会启动指示器110,并且在步骤315处不会向电池20充电。在一些结构中,电池充电器30在步骤315处吸引少量放电电流。在一些结构中,放电电压大约小于0.1mA。
如果控制器100在步骤310处确定向电池充电器30施加了稳定电能输入,则操作200前进至步骤320。在步骤320处,控制器100确定在电池端子45、50和55和电池充电器端子80、85和90之间的所有连接是否稳定。如果在步骤320处这些连接不稳定,则控制器100前进至步骤315。
如果在步骤320处这些连接稳定,则控制器100在步骤325处通过电池20的检测端子55,识别出电池20的化学组分。在一些结构中,如由控制器100检测出的一样,来自电池20的电阻检测导线表示,电池20具有NiCd或NiMH的化学组分。在一些结构中,控制器100将测量出电阻检测导线的电阻,以确定电池20的化学组分。例如,在一些结构中,如果检测导线的电阻落入在第一范围内,则电池20的化学组分为NiCd。如果检测导线的电阻落入在第二范围内,则电池20的化学组分为NiMH。
在一些结构中,电池充电器30使用单一充电算法给NiCd电池和NiMH电池充电,上述单一充电算法与针对具有Li基化学组分的电池所实施的充电算法不同。在一些结构中,用于NiCd电池和NiMH电池的单一充电算法例如为现有用于NiCd/NiMH电池的充电算法。在一些结构中,电池充电器30使用用于给NiCd电池和NiMH电池的单一充电算法,但是采用与用来终止给NiMH电池充电的终止方案不同的终止方案、来终止用于NiCd电池的充电过程。在一些结构中,在控制器100检测到在电池电压中出现负变化(例如,-ΔV)时,电池充电器30终止给NiCd电池充电。在一些结构中,在电池温度随着时间的变化(例如,ΔT/dt)到达或超过规定终止阈值时,电池充电器30终止给NiMH电池充电。
在一些结构中,使用恒定电流算法,给NiCd和/或NiMH电池充电。例如,电池充电器30可以包括用于给具有不同电池化学组分例如NiCd、NiMH、Li离子等的不同电池充电的相同充电电路。在示例性结构中,充电器30可以使用充电电路,以便采用恒定电流算法,代替脉冲充电,与Li离子电池一样向NiCd和NiMH电池施加相同的全部充电电流。在另一个示例性结构中,电池充电器30能够根据电池化学组分,通过充电电路缩放全部充电电流。
在其它结构中,控制器100不会确定电池20的准确化学组分。然而,控制器100实现了能够给NiCd电池和NiMH电池有效充电的充电模块。
在其它结构中,检测导线的电阻可以表示电池20具有Li基化学组分。例如,如果检测导线的电阻落入在第三范围内,则电池20的化学组分为Li基的。
在一些结构中,通过检测端子55和90在电池充电器30和电池20之间建立的串行通信链路表示电池20具有Li基化学组分。如果在步骤320处建立了串行通信链路,则在电池20中的微处理器或控制器、例如控制器64,将有关电池20的信息发送给在电池充电器30中的控制器100。在电池20和电池充电器30之间传输的这些信息可以包括电池化学组分、标称电池电压、电池容量、电池温度、单独单元电压、充电循环数量、放电循环数量、保护电路或网络状态(例如,启动、禁用、启用等)等。
在步骤330处,控制器100确定电池20的化学组分是否为Li基。如果控制器100在步骤330处确定电池20具有NiCd或NiMH化学组分,则该操作200前进至在步骤335处的NiCd/NiMH充电算法。
如果控制器100在步骤330处确定电池20具有Li基化学组分,则该操作200前进至步骤340。在步骤340处,控制器100将包括在电池20中的任意电池保护电路、例如开关重置,并且通过通信链路确定电池20的标称电压。在步骤345处,控制器100根据标称电压,将充电器模拟-数字转换器(“A/D”)设定为适当的水平。
在步骤350处,控制器100测量出电池20的当前电压。一旦进行了测量,在步骤355处,控制器100确定电池20的电压是否大于4.3-V/单元。如果在步骤355处电池电压大于4.3-V/单元,则操作200前进至在步骤360处的有故障电池组模块205。下面将对该有故障电池组模块205进行说明。
如果电池电压在步骤355处不大于4.3-V/单元,则控制器100在步骤365处测量出电池温度,并且在步骤370处确定电池温度是否低于-20℃或者超过65℃。如果在步骤370处电池温度低于-20℃或者超过65℃,则该操作200前进至在步骤375处的温度超范围模块210。下面将对温度超范围模块210进行说明。
如果在步骤370处电池温度没有低于-20℃或者没有超过65℃,控制器100在步骤380(在图5b中所示的)处确定电池温度是否落入在-20℃和0℃之间。如果在步骤380处电池温度落入在-20℃和0℃之间,该操作200前进至步骤385。在步骤385处,控制器100确定电池电压是否小于3.5-V/单元。如果电池电压小于3.5-V/单元,则该操作200前进至在步骤390处的点滴式充电模块215。下面将对该点滴式充电模块215进行说明。
如果在步骤385处电池电压不小于3.5-V/单元,则控制器100在步骤395处确定电池电压是否包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的电压范围中。如果在步骤395处电池电压没有包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的电压范围中,则操作200前进至在步骤400处的维护模块230。下面将对该维护模块230进行说明。
如果在步骤395处电池电压包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的电压范围中,则控制器100在步骤405处将计数器、例如充电计数器清零。一旦在步骤405处将充电计数器清零,则操作200前进至在步骤410处的步进式充电模块220。下面将对步进式充电模块220和充电计数器进行说明。
回到步骤380,如果电池温度没有包括在-10℃和0℃之间,则控制器100在步骤415处确定电池电压是否小于3.5V/单元。如果电池电压在步骤415处小于3.5V/单元,则该操作200前进至在步骤420处的点滴式充电模块215。
如果电池电压在步骤415处不小于3.5V/单元,则控制器100在步骤425处确定电池电压是否包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的电压范围中。如果在步骤425处电池电压没有包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的电压范围中,则该操作200前进至在步骤430处的维护模块230。
如果在步骤425处电池电压包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的电压范围中,则控制器100在步骤435处将计数器、例如充电计数器清零。一旦在步骤435处将充电计数器清零,则该操作200前进至在步骤440处的快速充电模块225。下面将对快速充电模块225进行说明。
图6为一流程图,显示出有故障电池组模块205的操作。模块205的操作在步骤460处、在主充电操作200进入有故障电池组模块205时开始。控制器100在步骤465处中断充电电流,并且在步骤470处启动指示器110、例如第一LED。在所示的结构中,控制器100控制第一LED,以大约4Hz的速率闪烁。一旦在步骤470处将指示器110启动,则模块205在步骤475处终止,并且操作200也结束。
图7为一流程图,显示出温度超范围模块210的操作。该模块210的操作在步骤490处、在主充电操作200进入温度超范围模块210时开始。控制器100在步骤495处中断充电电流,并且在步骤500处启动指示器110、例如第一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,以向用户指明电池充电器30当前处于温度超范围模块210。一旦在步骤500处启动了指示器110,操作200离开模块210,并且前进至操作200停止。
图8为一流程图,显示出点滴式充电模块215。模块215的操作在步骤520处、在主充电操作200进入点滴式充电模块215时开始。控制器100在步骤525处启动指示器110、例如第一LED115,以向用户指明电池充电器30当前正在给电池20充电。在所示的结构中,控制器100如此启动第一LED115,从而它看起来一直接通。
一旦在步骤525处启动了指示器110,控制器100在步骤530处将计数器例、如点滴式充电计数计数器初始化。在所示的结构中,点滴式充电计数计数器具有20的计数限制。
在步骤540处,控制器100开始向电池20施加十个1秒(“1-s”)全部电流脉冲,然后中止充电50秒(“50-s”)。在一些结构中,在1-s脉冲之间存在50ms的时间间隔。
在步骤545处,控制器100在将充电电流施加在电池20上时(例如,电流接通时间),测量出电池电压,以确定电池电压是否超过4.6-V/单元。如果电池电压在步骤545处、在电流接通时间期间超过4.6-V/单元,则模块215在步骤550处前进至有故障电池组模块205,并且将在步骤552处终止。如果电池电压在步骤545处、在电流接通时间期间没有超过4.6-V/单元,则在步骤555处、在没有向电池20施加充电电流时(例如,电流断开时间),控制器100测量出电池温度和电池电压。
在步骤560处,控制器100确定电池温度是否低于-10℃或者超过65℃。如果在步骤560处电池温度低于-20℃或高于65℃,则该模块215前进至在步骤565处的温度超范围模块210,并且将在步骤570处结束。如果在步骤560处电池温度不低于-20℃或不高于65℃,则控制器100在步骤575处确定电池电压是否包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的范围内。
如果电池电压在步骤575处包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的范围内,则控制器100在步骤580处确定电池温度是否包括在-20℃至0℃的范围中。如果在步骤580处电池温度包括在-20℃至0℃的范围中,则模块215前进至在步骤585处的步进式充电模块220。如果在步骤585处电池温度不包括在-20℃至0℃的范围中,则模块215前进至在步骤590处的快速充电模块225。
如果电池电压在步骤575处不包括在3.5-V/单元至4.1-V/单元的范围内,则控制器100在步骤595处使点滴式充电计数计数器增加。在步骤600处,控制器100确定点滴式充电计数计数器是否等于计数器极限、例如20。如果计数器在步骤600处不等于计数器极限,则模块215前进至步骤540。如果计数器在步骤600处等于计数极限,则模块215前进至在步骤605处的有故障电池组模块205,并且将在步骤610处结束。
图9为一流程图,显示出步进式充电模块220。在步骤630处,模块220的操作在主充电操作200进入步进式充电模块220时开始。控制器100在步骤635处启动指示器110、例如第一LED115,以向用户指明电池充电器30当前正在给电池20充电。在所示的结构中,控制器100启动第一LED115,从而它看起来一直接通。
在步骤640处,控制器100启动第一计时器或充电接通计时器。在所示的结构中,充电接通计时器从1分钟开始倒计时。在步骤645处,模块220前进至充电电流算法250。一旦进行了充电电流算法250,则控制器100在步骤650处确定充电计数是否等于计数极限、例如7200。如果充电计数在步骤650处等于计数极限,则模块220前进至在步骤655处的有故障电池组模块205,并且模块220将在步骤660处结束。
如果充电计数在步骤650处不等于计数极限,则控制器100在步骤665处确定在电流脉冲(如将在下面所述的一样)之间的等待时间是否大于或等于第一等待时间阈值、例如20秒。如果等待时间在步骤665处大于或等于第一等待时间,则控制器100在步骤670处启动指示器110,例如断开第一LED115并且启动第二LED120以大约1Hz的频率闪烁。如果等待时间在步骤665处大于或等于第一等待时间阈值,则模块220前进至在下面所述的步骤690。
一旦指示器110在步骤670处启动,则控制器100在步骤675处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50秒。如果等待时间在步骤675处大于或等于第二等待时间阈值,则控制器100在步骤680处改变指示器110,例如如此启动第二LED120,从而第二LED120看起来一直接通。模块220然后在步骤685处前进至维护模块230。
如果等待时间在步骤675处不大于或等于第二等待时间阈值,则控制器100在步骤690处确定电池温度是否大于0℃。如果在步骤690处电池温度大于0℃,则模块220前进至在步骤695处的快速充电模块225。如果电池温度在步骤690处不大于0℃,则控制器100确定充电接通计时器在步骤700处是否已经届满。
如果在步骤700处充电接通计时器还没有届满,则模块220前进至在步骤645处的充电电流算法250。如果充电接通计时器在步骤700处已经届满,则控制器100在步骤705处启动第二计时器或充电断开计时器,并且中止充电。在步骤710处,控制器100确定充电断开计时器是否已经届满。如果充电断开计时器在步骤710处还没有届满,则控制器100在步骤715处等待规定时间,然后回到步骤710。如果充电断开计时器在步骤710处已经届满,则模块220回到步骤640,以重新启动充电接通计时器。
图10为一流程图,显示出快速充电模块225。模块225的操作在步骤730处、在主充电操作200进入快速充电模块225时开始。控制器100在步骤735处启动指示器110、例如第一LED115,以向用户指明电池充电器30当前正在给电池20充电。在所示的结构中,控制器100如此启动第一LED115,从而它看起来一直接通。
在步骤740处,模块225前进至充电电流算法250。一旦进行了充电电流算法250,则控制器100在步骤745处确定充电计数是否等于计数极限(例如,7200)。如果在步骤745处充电计数等于计数极限,则模块220前进至在步骤750处的有故障电池组模块205,并且模块220将在步骤755处结束。
如果充电计数在步骤745处不等于计数极限,则控制器100在步骤760处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765处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765处启动指示器110,例如断开第一LED115并且启动第二LED120以大约1Hz的频率闪烁。如果在步骤760处等待时间不大于或等于第一等待时间阈值,则模块225前进至下面所述的步骤785。
一旦在步骤765处启动了指示器110,则控制器100在步骤770处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处等待时间大于或等于第二等待时间阈值,则控制器100在步骤775处改变指示器110,例如启动第二LED120,从而第二LED120看起来一直接通。然后该模块225前进至在步骤780处的维护模块230。
如果等待时间在步骤770处不大于或等于第二等待时间阈值,则在步骤785处控制器100确定电池温度是否包括在-20℃至0℃范围中。如果在步骤785处电池温度包括在所述范围中,则该模块225前进到在步骤790处的步进充电模块220。如果在步骤785处电池温度不包括在所述范围中,则该模块225回到在步骤740处的充电电流算法250。
图11为流程图,显示出维护模块230。模块230的操作在步骤800处、在主充电操作200进入维护模块230时开始。控制器100在步骤805处确定电池电压是否包括在3.5-V/单元至4.05-V/单元的范围内。如果在步骤805处电池电压没有包括在该范围内,则控制器100继续停留在步骤805中,直到电池电压包括在该范围中。一旦在步骤805处电池电压包括在该范围中,则控制器100在步骤810处将维护计时器初始化。在一些结构中,维护计时器从三十分钟开始倒计时。
在步骤815处,控制器100确定电池温度是否低于-20℃或超过65℃。如果在步骤815处电池温度低于-20℃或超过65℃,则该模块230前进至在步骤820处的温度超范围模块210,并且该模块将在步骤825处结束。如果在步骤815处电池温度没有低于-20℃或者没有超过65℃,模块230前进至在步骤830处的充电电流算法250。
一旦在步骤830处进行充电电流算法250,则控制器100在步骤835处确定维护计时器是否已经届满。如果维护计时器已经届满,则该模块230前进至在步骤840处的有故障电池组模块205,并且该模块230将在步骤845处结束。如果维护计时器在步骤835处还没有届满,则控制器100在步骤850处确定在电流脉冲之间的等待时间是否大于或等于第一规定维护等待时间周期、例如15秒。
如果等待时间在步骤850处大于第一规定维护等待时间周期,该模块230前进至步骤805。如果在步骤850处等待时间不大于或等于第一规定维护等待时间周期,则该模块230前进至在步骤830处的充电电流算法250。在一些结构中,电池充电器30将维持在维护模块230中,直到电池组20与电池充电器30脱开。
图12为一流程图,显示出基本充电计划或充电电流算法250。模块250的操作在步骤870处、在其它模块220-230或主充电操作200进入充电电流算法250时开始。控制器100在步骤875处施加大约1秒的全部电流脉冲。在步骤880处,在正在向电池20施加电流时,控制器100确定电池电压是否大于4.6-V/单元。
如果在步骤880处电池电压大于4.6-V/单元,则算法250前进至在步骤885处的有故障电池组模块205,并且算法250将在步骤890处结束。如果电池电压在步骤880处不大于4.6-V/单元,则控制器100在步骤895处中断充电电流,使计数器、例如充电电流计数器增加,并且存储计数值。
在步骤900处,控制器100确定电池温度是否低于-20℃或者超过65℃。如果在步骤900处电池温度低于-20℃或者超过65℃,则算法250前进至在步骤905处的温度超范围模块210,并且该算法250在步骤910处将终止。如果在步骤900处电池温度不低于-20℃或者不超过65℃,在步骤915处控制器100测量出在没有向电池20施加充电电流时的电池电压。
在步骤920处,控制器100确定电池电压是否小于4.2-V/单元。如果电池电压在步骤920处小于4.2-V/单元,则算法250前进到步骤875。如果电池电压在步骤920处不小于4.2-V/单元,则控制器100一直等待到在步骤925处电池电压大约等于4.2-V/单元。还有在步骤925处,控制器100存储等待时间。算法250在步骤930处结束。
在一些结构中并且在一些方面中,电池充电器30可以包括用于给各种电池、例如具有不同化学组分和/或标称电压的电池20充电的另一种操作方法。在图28-38中显示出这种充电操作的实施例。在一些结构中以及在一些方面中,电池充电器30包括用于给Li基电池、例如具有Li-Co化学组分、Li-Mn尖晶石化学组分、Li-Mn镍化学组分等的电池充电的操作方法。在一些结构中以及在一些方面中,充电操作200包括用于响应于不同电池状况和/或电池特性、进行不同功能的各种模块。
在一些结构中以及在一些方面中,充电操作方法包括用于根据异常和/或正常电池状况中断充电的模块。在一些结构中,充电操作包括有故障电池组模块和/或温度超范围模块,例如在图36的流程图2235中所示的温度超范围模块。在一些结构中,电池充电器30进入有故障电池组模块,以便根据异常电池电压、异常单元电压和/或异常电池容量终止充电。在一些结构中,电池充电器30进入温度超范围模块2235,以便根据异常电池温度和/或一个或多个异常电池单元温度终止充电。在一些结构中,充电操作包括更多或更少的用于根据比上述和下述的模块和状况更多或更少的电池状况终止充电的模块。
在一些结构中以及在一些方面中,充电操作包括用于根据在该操作内的各种电池状况或阶段、给电池20充电的各种模式或模块。在一些结构中,充电操作包括:点滴式充电模块,例如在图34的流程图2225中所示的点滴式(有限)充电模块和在图33的流程图2220中所示的点滴式(步进式)模块;快速充电模块,例如在图32的流程图2215中所示的快速充电模块;和/或维护充电模块,例如在图35的流程图2230中所示的维护模块;以及其它模块,例如在图31的流程图2210中所示的扁平电池组唤醒模块,和在图20和30的流程图2205以及图28的流程图2200中分别所示的充电模块和电池组插入模块2200(开始充电)。充电操作还包括其它模块按照各种方式实施的充电电流算法,例如在图37和38的流程图2240中所示的算法。
下面将参照图28-30给出一部分充电操作的实施例。例如,充电操作如图28中所示一样从电池组插入模块2200开始。该操作以向电池充电器供电开始(在2305处),并且电池充电器30确定输入电压Vin是否在正确的操作参数(例如,80V<Vin<140V)内(在2310处)。如果输入电压Vin没有在这些操作参数内,则电池充电器30禁止充电(在2315处)。电池充电器30还可以向用户指明,是否正在提供正确的输入电压Vin(在2315处)。
如果电池充电器30正在接收正确的输入电压Vin,则电池组20与充电器连接(在2325处),并且充电器30确定是否已经实现了正确的连接(例如在端子之间的连接)(在步骤2330处)。如果还没有实现正确的连接,则充电器30不使任何LED亮灯(在2335处),并且充电操作终止(在2340处)。如果实现了连接,则充电器30借助施加给控制器100上的电压检测出电池20的存在(在2345处),并且控制器100测量出电池20的电压Vpack(在2350处)。
充电器30确定电池电压Vpack是否小于5V(在2355处)。如果电池电压Vpack小于5V,则充电操作前进至扁平电池组唤醒模块2210(在2360处)。如果电池电压Vpack不小于5V,则充电器30试图建立与电池20的通信(在2365处),并且确定是否建立了通信(在2370处)。如果没有建立通信,则充电器30不会使任何指示器亮灯(在2375处),并且充电操作终止(在2380处)。如果建立了通信,则充电操作继续进行充电模块2205(在2385处)。
在图29和30中显示出充电模块2205。充电模块2205首先让充电器30识别出电池组标称电压,并且设定适当的测量参数(在2405处),并且询问电池20的单元电压(在2410处),以确定任意单元电压是否大于上阈值(例如,4.35V)(在2415处)。如果任意单元大于上阈值,则充电器30不会启动任意LED(在2420处),并且充电操作终止(在2425处)。如果任何单元都不大于上阈值,则充电器30测量出在充电器30的端子上的电池电压(在2430处),并且询问由电池20测量出的电池电压Vpack(在2435处),以确定测量值是否一致(在2440处)。如果测量值不一致,则充电器30不会启动任意LED(在2445处),并且充电操作终止(在2450处)。
如果测量值一致,则充电器30询问电池20的电池温度(在2455处),以确定电池温度是否在操作范围内(在2460处)。如果电池电压不在所期望的操作范围内,则操作前进至温度超范围模块2235(在2465处),并且一旦充电操作离开温度超范围模块2235,则充电器30可以再次询问电池20的电池温度信息(在2455处)。
如果电池温度在所期望的操作范围内,则充电器30确定电池电压Vpack是否大于维护阈值(例如,4.1V/单元)(在2470处),并且如果电池电压Vpack大于维护阈值(在2475处),充电操作前进至维护模块2230。否则,充电器30确定电池电压Vpack是否小于点滴式阈值(例如,3.5V/单元)(在2480处),并且如果电池电压Vpack低于点滴式阈值,则充电操作前进至点滴式(有限)模块2225(在2485处)。如果电池电压不低于点滴式阈值,充电器30确定电池温度是否在点滴式范围内(在2490处)。如果温度在点滴式范围内,则该操作前进至点滴式(步进式)模块2220(在2495处),并且如果温度不在该点滴式范围内,则前进至快速充电模块2215(在2505处)。充电操作可以在图31-38中所示的其它模块中所示一样继续。
在图28-38中所示的充电操作期间,电池充电器30使用脉冲充电方法给电池20供电。在一个结构中,电池充电器30给电池20提供每次具有相同脉冲宽度、但是改变了在脉冲之间的时间的脉冲。这被称为“全部充电电流”或者“全部充电脉冲”。在其它结构例如在图16和39中所示的结构中,由电池充电器30施加的全部充电电流或全部充电脉冲,可以根据在电池20中的单独单元电压缩放。下面将参照图4、16和39对该应用进行说明。
如图4所示,在电池充电器30中的控制器100能够相对于在电池20中的微控制器64接收和传送信息。在一些结构中,微控制器64可以自动地或响应于来自电池充电器30的指令,监测在充电期间的各种电池特性,包括每个电池单元60的电压或当前状态。微控制器64能够在充电电流周期Ton(即,“电流接通”时间周期)期间监测特定的电池特性和过程或平均测量值。在一些结构中,电流接通时间周期可以大约为1秒(“1-s”)。在无充电电流周期(“电流断开”时间周期)Toff期间,可以从电池20将有关某些电池特性(例如单元电压或单元充电状态)的信息传送给充电器30。在一些结构中,电流断开周期Toff大约为50ms。电池充电器30可以处理从电池20发送出的信息,并且因此改变电流接通时间周期Ton。例如,如果一个或多个电池单元60具有比其它电池单元60更高的当前充电状态,则电池充电器30可以减小随后的电流接通时间周期Ton以便避免给一个或多个更高的电池单元过充电。
在一些结构中,电池充电器30可以将每个单独单元电压与平均单元电压进行比较,并且在各个单元电压和平均单元电压之间的差值等于或超过规定阈值(例如,不平衡阈值)的情况下,充电器30可以将该单元识别为更高充电状态单元。电池充电器30可以改变电流接通时间周期Ton。在其它结构中,电池充电器30可以根据从电池20接受到的信息,在电流接通时间周期期间,估计特定电池单元(例如,识别作为更高电压单元的电池单元)的充电状态。在这些结构中,如果该单元的当前充电状态的估计值超过阈值,则电池充电器30可以改变电流接通时间周期Ton的持续时间。
例如,如图16和39中所示一样,电池充电器30可以命令电池20将在下一个电流接通时间周期Ton1期间获得的单元电压测量值取平均值。该指令可以在第一电流断开时间周期Toff1期间发送出。因此,在第一电流接通时间周期Ton1期间,微控制器64测量单元电压以及其它电池参数,并且对它们取平均值。在下一个电流断开时间周期Toff2期间,电池30可以将平均测量值传送给电池充电器30。在一些结构中,电池20可以发送八个平均测量值,例如平均电池组充电状态测量值和七个电池单元60的每一个的平均单独单元充电状态。例如,电池20可以发送以下信息: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%,以及电池组(例如,单元1-7)电压29.96V。在该实施例中,电池充电器30将单元5识别作为更高电池单元。充电器30还记录了由电池微控制器64和电池充电器30测量出的电池电压。在该实施例中,电池充电器30测量出电池电压为大约30.07V。电池充电器30计算出在电池电压测量值中的差异(例如,110mV),并且确定出在这些端子和导线上的电压降大约为110mV。
在随后的电流接通时间周期Ton2期间,电池充电器30估计出单元5的电压。例如,电池充电器30对该电池20的电压测量值进行取样,并且针对每个电池电压测量值,根据下面公式估计出单元5的充电状态:
(V电池/ch-V端子)*V单元
其中V电池/ch为由充电器30测量出的电池20的电压,V端子为在这些端子上的电压降(例如,110mV),并且V单元为估计作为电池电压的百分比的单元电压。如果单元5的电压估计值超过阈值(“降低阈值”),则电池充电器30可以改变随后的电流接通时间周期Ton3。在该实施例中,电池充电器30记住单元5的电压估计值(或计算值)何时达到大约为800ms的降低阈值。如图39所示,充电器30将单元5识别并且计算为高电池单元,并且改变随后的电流接通时间周期Ton3,以与充电器30记住的持续时间(例如800ms)大致相等。因此,电流接通时间周期Ton3的长度T2小于前面电流接通时间周期Ton1和Ton2的长度T1。
在一些结构中,充电器30继续将随后的电流接通时间周期(例如,Ton4-5)设定为大约前面电流接通时间周期Ton3(例如800ms)的长度T2。如果单元5(或另一个单元)继续被识别为高单元,则例如,在单元5的电压继续到达降低阈值(例如在600ms处)的情况下,充电器30可以将随后的电流接通时间周期(例如,Ton6)的长度从长度T2(例如,大约800ms)改变为T3(例如,大约为600ms)。
在其它结构中,在充电器30确定电池单元没有接收足够的电流的情况下,充电器30还可以将随后电流接通时间周期(例如,Ton5)设定回到大约T1的长度(因此在降低接通时间之后增加了接通时间)。例如,如果电池充电器30确定单元5的电压尽管为高或不平衡单元、也远低于在接通时间周期最后处的降低阈值,则电池充电器30可以增大电流接通时间周期。在这些结构中,电池充电器30可以继续根据电池单元电压改变电流脉冲的长度(例如,接通时间周期),以优化这些单元在稍微过充电的情况下所接收到的电量。在一些结构中,电池充电器30不能将电流接通时间增大到大于初始电流接通时间周期,例如周期Ton1。
在图13中示意性地显示出电池20’的另一个示意图。电池20’与电池20类似,并且共同的元件由相同的参考标号“’”表示。
在一些结构中,电路62’包括电子部件,例如识别电阻器950,并且识别电阻器950可以具有设定电阻。在其它结构中,电子部件可以为电容器、电感器、电阻器、半导体元件、电路或其它具有电阻或者能够发送电信号的部件,例如微处理器、数字逻辑部件等。在所示的结构中,识别电阻器950的电阻值可以根据电池30’的特性、例如电池单元60’的标称电压和化学组分选择。检测端子55’可以与识别电阻器950电连接。
在图13中示意性所示的电池20’可以与电装置、例如电池充电器960(也示意性地显示出)电连接。电池充电器960可以包括正极端子964、负极端子968和检测端子972。电池充电器960的每个端子964、968、972可以与电池20’的相应端子45’、50’、55’(分别地)电连接。电池充电器960还可以包括具有电气部件的电路,所述电气部件例如第一电阻器976、第二电阻器980、固态电子器件或半导体984、比较器988和处理器、微控制器或控制器(未示出)。在一些结构中,半导体984可以包括晶体管,所述晶体管能够在饱和或“ON”状态中操作,并且能够在断开或“OFF”状态中操作。在一些结构中,比较器988可以为专用电压监测装置、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(未示出)中。
在一些结构中,控制器(未示出)可以编程为识别出在电池20’中的电气部件、例如识别电阻器950的电阻值。控制器也可以编程为确定电池20’的一个或多个特性,例如电池20’的电池化学组分和标称电压。如前面所提出的一样,识别电阻器950的电阻值可以对应于和一个或多个特定电池特性相关的专门值。例如,识别电阻器950的电阻值可以包括在和电池20’的化学组分和标称电压对应的电阻值范围中。
在一些结构中,控制器可以编程为识别出识别电阻器950的多个电阻范围。在这些结构中,每个范围对应于一个电池化学组分,例如NiCd、NiMH、Li离子等。在一些结构中,控制器可以识别出另外的电阻范围,每个与另一个电池化学组分或另一个电池特性对应。
在一些结构中,控制器可以编程为识别出多个电压范围。包括在电压范围中的电压可以取决于或对应于识别电阻器950的电阻值,从而控制器能够根据所测量出的电压确定出电阻器950的数值。
在一些结构中,识别电阻器950的电阻值可以进一步选择为对于电池20’的每个可能的标称电压数值而言是独特的。例如,在一个电阻值范围中,第一专门电阻值可以与21V的标称电压对应,第二专门电阻值可以与16.8V的标称电压对应,并且第三专门电阻值可以与12.6V的标称电压对应。在一些结构中,可以有更多或更少的专门电阻值,每个电阻值对应于与电阻范围相关的电池20’的另一个可能的标称电压。
在示例性实施方案中,电池20’与电池充电器960电连接。为了识别出第一电池特性,半导体984在附加电路(未示出)的控制下切换到“ON”状态。在半导体984处于“ON”状态中时,识别电阻器950和电阻器976和980形成分压器网络。该网络在第一参考点992处建立了电压VA。如果电阻器980的电阻值明显低于电阻器976的电阻值,则电压VA将取决于识别电阻器950和电阻器980的电阻值。在该实施方案中,电压VA处于由识别电阻器950的电阻值所确定的范围中。控制器(未示出)测量出在第一参考点992处的电压VA,并且根据电压VA确定出识别电阻器950的电阻值。在一些结构中,控制器将电压VA与多个电压范围比较,以确定出电池特性。
在一些结构中,所要识别的第一电池特性可以包括电池化学组分。例如,低于150kΩ的任意电阻值可以表示电池20’具有NiCd或NiMH的化学组分,并且大约为150kΩ或更高的任意电阻值可以表示电池20’具有Li或Li离子化学组分。一旦控制器确定并且识别出电池20’的化学组分,则可以选择适当的充电算法或方法。在其它结构中,存在比在上面实施例中更多的电阻范围,每个范围对应于另一个电池化学组分。
继续该示例性实施方案,为了识别出第二电池特性,半导体984在附加电路的控制下切换到“OFF”状态。在半导体984切换到“OFF”状态时,识别电阻器950和电阻器976形成分压器网络。在第一参考点992处的电压VA现在由识别电阻器950和电阻器976的电阻值确定。识别电阻器950的电阻值如此选择,从而在第二参考点1012处的电压VBATT基本上等于电池20’的标称电压时,在第一参考点992处的电压VA基本上等于在第三参考点996处的电压VREF。如果在第一参考点992处的VA超过在第三参考点996处的电压VREF,则比较器988的输出VOUT改变状态。在一些结构中,输出VOUT可以用来终止充电或用作指示器,以开始附加功能,例如维护程序、均衡程序、放电功能、附加充电方案等。在一些结构中,电压VREF可以为固定参考电压。
在一些结构中,所要识别出的第二电池特性可以包括电池20’的标称电压。例如,用于计算识别电阻器958的电阻值的通常公式可以为:
其中R100为识别电阻器950的电阻值,R135为电阻器976的电阻值,VBATT为电池20’的标称电压,并且VREF为固定电压,例如大约为2.5V。例如,在Li离子化学组分(上面提出的)的电阻值范围中,识别电阻器950的大约为150kΩ的电阻值可以对应于大约21V的标称电压,大约为194kΩ的电阻值可以对应于大约16.8V的标称电压,并且大约为274.7kΩ的电阻值可以对应于大约12.6V的标称电压。在其它结构中,更多或更少的专门电阻值可以对应于附加或不同的电池组标称电压值。
在所示的结构中,识别电阻值950和第三参考点996两者都可以位于电流检测电阻器1000的“高”侧上。在充电电流存在时,这样设置识别电阻器950和第三参考点996,可以降低在VA和VREF之间的任意相关电压波动。如果识别电阻器950和第三参考点996被称为接地点1004并且向电池20’施加充电电流,则在电压VA中出现电压波动。
在一些结构中,电池充电器960还可以包括充电器控制功能。如前面所述一样,在电压VA基本上等于电压VREF(表示VBATT等于电池20’的标称电压)时,比较器988的输出VOUT改变状态。在一些结构中,在比较器988的输出VOUT改变状态时,充电电流不再提供给电池20’。一旦充电电流中断,则电池电压VBATT开始降低。在电压VBATT达到下阈值时,比较器988的输出VOUT再次改变状态。在一些结构中,电压VBATT的下阈值由磁滞电阻器1008的电阻值确定。一旦比较器988的输出VOUT再次改变状态,则充电电流重新建立。在一些结构中,该循环重复由控制器确定的规定时间,或者重复由比较器988实现的特定状态变化量。在一些结构中,该循环重复直到电池20’与电池充电器960脱开。
在一些结构中以及在一些方面中,电池、例如在图17中所示的电池20可以变为如此放电,从而电池单元60可以不具有足够的电压,以与电池充电器30通信。如图17所示,电池20可以包括一个或多个电池单元60、正极端子1105、负极端子1110以及一个或多个检测端子1120a和1120b(如图17所示,第二检测端子或启动端子1120b可以或不必包括在电池20中)。电池20也可以包括带有微控制器1140的电路1130。
如图17所示,电路1130可以包括半导体开关1180,它在电路1130(例如,微处理器1140)确定或检测到高于或低于预定阈值的状况(例如,“异常电池状况”)时中断放电电流。在一些结构中,开关1180包括:中断状况,其中来自或流向电池20的电流中断;以及许可状况,其中来自或流向电池20的电流被允许。在一些结构中,异常电池状况可以包括例如高或低电池单元温度、高或低电池充电状态、高或低电池单元充电状态、高或低放电电流、高或低充电电流等。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可以并联布置。并联开关1180可以包括在提供高平均放电电流的电池组(例如,给圆盘锯、钻机等供电的电池20)里。
在一些结构中,一旦开关1180变为非导电,即使在不再检测到异常状况的情况下,开关1180也不会重置。在一些结构中,只在电气装置、例如电池充电器30指示微处理器1140如此做的情况下,电路1130(例如,微处理器1140)才可以将开关180重置。如前面所述一样,电池20可以变为如此放电,从而电池单元60可以没有足够的电压,以便给微处理器1140供电,以与电池充电器30连通。
在一些结构中,如果电池20不能与充电器30连通,则电池充电器30可以通过开关1180的本体二极管1210提供较小的充电电流,以对电池单元60缓慢地充电。一旦这些单元60接收足够的充电电流以给微处理器1140供电,微处理器1140可以改变开关1180的状态。也就是说,电池20可以即使在开关1180处于非导电状态中时也能够充电。如图17所示,开关1180可以包括本体二极管1210,它在一些结构中与MOSFET和其它晶体管成一整体。在其它结构中,二极管1210可以与开关1180并联电连接。
在一些结构中,如果电池20不能与充电器30连通,则电池充电器30可以通过检测导线、例如检测导线1120a或专用启动端子1120b,施加较小的平均电流。电流可以给电容器1150充电,这反过来能够给微处理器1140提供足够的电压,以能够进行操作。
上述以及在这些附图中所示的结构只是以实施例的方式给出,并且不是对本发明的概念和原理进行限制。因此,本领域普通技术人员要理解的是,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,在这些元件以及其结构和布置中可以有各种变化。