专利名称：电池及其充电系统的制作方法
广义地来说，本发明涉及可充电电池及电池充电器，更具体地来说，本发明涉及可方便电池充电而且使电池的使用寿命达到最佳的一种协作式可充电电池系统。
便携式设备通常都依靠电池作为电源。为了减少更换电池造成的花费，人们广泛地使用可充电电池给临时用户和商业产品供电。举个例子来说，镍镉电池可以反复使用，给计算器、收音机等等装置供电。众所周知，可充电电池在使用(放电)之后，可以通过一个充电单元马上重新获得能量。
然而，充电电池有一个特殊的问题，这个问题在下面这种情况下就会发生即电池(或其中的几个单元)经常是部分放电或者叫不完全放电后就完全充满。举个例子来说，如果一个用可充电电池供电的产品每天只用掉充电量的一部分，而每天晚上又将电池全部充满的话，长此以往电池会产生一种电压抑制现象(一般叫做“记忆效应)，这会降低电池的有用容量。
为了避免这种“记忆效应”，一些电池充电系统的设计者主张在每个重新充电循环之前应使电池完全放电。但是这样的话会降低电池的使用寿命，因为可充电电池只能经受有限次数的完全充电和放电。这样，在重新充电前对电池进行不必要的放电而降低了电池寿命这一缺点与避免了“记忆效应”带来的优点相互抵消了。因此，在这个技术领域中有这样一个要求即找到一种既能避免“记忆效应”这一问题，又能使电池寿命达到最佳的一种方法。
因此，本发明的一个目的就是提出一种能避免先有技术的上述缺点的电池及充电系统。
概括地说来，在本发明中，为电池建立并保存一个有关它们以往的使用(放电)容量、充电/放电循环的记录。充电系统查询并分析以往电池的使用数据，将电池充到最佳程度，从而使电池的寿命达到最长。这样可避免先有技术中“记忆效应”问题。此外，被电池供电的那个装置也能访问电池的以往使用数据，并能向装置的操作人员提供电池的容量，使用寿命等信息，并通知操作人员何时需要充电。
图1.是本发明的电池及充电系统的一个最佳实施例的方框图。
图2.是本发明的电池及充电系统的另一个最佳实施例的方框图。
现在来参看图1.图中示出了电池(10)及根据本发明的一个充电单元(12)。电池(10)只要包括几个电池单元(14)，有选择地使用这些电池单元可以构成一个能量存贮装置。此外，电池(10)还包括一个控制器(或叫使用监视器)，该控制器包括一个微处理器(16)。微处理器(16)通过一条地址总线(26)和一条数据点线(24)与一定数量的只读存贮器(ROM)(18)、随机存取存贮器(RAM)及电可擦可编程只读存贮器(EEPROM)进行通讯。微处理器的操作指令(程序)最好存驻在ROM中，半永久信息和瞬时信息最好分别存放在EEPROM和RAM中。
典型情况下，在常规的电池组中常设置一根或多根温度触发式熔丝(28)，在万一出现电池组的内部温度高于一个预定值时提供保护。在本发明中，这些熔丝中有一根通过测量其内电阻上的压降的方法测量电池组的放电电流的变化率。因此，电池组10最好还装有一个将熔丝(28)的每一端的电压通过一个模/数(A/D)转换器(32)送至微处理器(16)的多路转换器(30)。此外，多路转换器(30)还与连线(31)相连，这样可使微处理器(16)判定当前的电池电压。这样，电池组(10)可以确定它的放电速率，在使用时还能向用户提供电池容量、使用寿命等信息，并在需要充电的时候通过显示器(34)通知用户。
还是参照图1，充电单元(12)可以看成由微处理器(50)所控制。微处理器(50)通过一条地址总线(58)与一条数据总线(60)与一定量的ROM(52)，RAM(54)和EEPROM(56)进行通讯。此外，充电单元的主要部件中还包括一个可缩程恒流源(46)。(它可被微处理器(50)所编程，从而提供至少一个迅速变化的电流和一个点滴式电流)和一个放电电路(68)，这个放电电路(68)被设置成用来电池(10)中的剩余能量降低到重新充电后足以避免任何“记忆效应”的一个值。
可以看出，充电单元(12)与电池(10)在五个接触点上相互发生作用。首先，建立一个公共地线或叫回路(40)。在第2个触点(62)上向电池提供充电电流。正如公知的那样，在电池(10)中用一个二极管(64)来抑制不需要的电池放电。当需要放电电流流动时，在第3个接点(66)上提供一条分离的放电通路。剩下的二个触点提供可方便电池充电的信息。为了确定充电时间，一般都在充电单元(12)中使用一个通过电阻值(72)偏置的热敏电阻(70)。检测触点(76)上的电压在A/D转换器(74)中被数字化，这样可使微处理器判定电池的内部温度。此外，通过以已知的时间间隔进行二次或者更多次这样的测量，就可以测定电池温度的上升速度(即放电速度)。另外，有关电池的充电要求的其它信息可以通过一个串行通讯链路(66)(它把电池(10)中的微处理器(16)与充电单元(12)中的微处理器(50)相连)。提供给充电单元。这样，可以向充电单元(12)提供表示电池的识别码、型号(或电池种类)码、以往的充电记录、及以往的使用(放电率)记录等信息的数据。当然，电池被重新充电之后，电池也可以通过上述的通讯链路(66)与一个设备(如双向无线电)进行通讯。
在使用中，充电单元(12)还被设计成能有选择地(42)向电池(10)提供一个足够的充电电流，以补足任何耗散的能量。在本发明中，这个过程是这样完成的首先向电池要求数据。从电池(10)收到的数据最好至少包括电池识别码、使用(放电率)信息和表示电池上次放电(不管是使用中进行的还是充电前进行的)以后的电池重新充电的次数。如果上次放电以后的充电次数达到或超过一个阀值，即通过控制成(80)把电池与放电电路(68)相连，使电池在充电前进行放电。不然的话，充电单元(12)就通过只是分抑使用(放电率)数据或者通过把使用(放电率)数据和电池组的总电压和/或电池的内部温度(通过检测触点17b)获得)结合在一起分析的方法确定最佳充电时间。这些信息中的全部或部分可以被操作人员访问和/或自动地或者在操作人员通过键盘(85)输入的命令或要求下在一个显示器(84)上显示给操作人员。
微处理器(50)使用以往的电池充电和使用(放电率)数据结合总电池组电压和内部电池温度等信息，对可编程恒流源(46)进行编程，从而实现一个不会使电池组过热和过充电的快充电循环(即减小了的充电时间)。这样可使电池的使用寿命最长。此外，只是在相对于上次放电的预定次数的充电循环之后才对电池进行放电，所以“记忆效应”可以消除，而电池寿命可达到最佳。最后，充电单元(12)和/或电池组(10)将跟踪电池存贮器(22)中的放电/充电循环总次数，并(分别通过显示器(34)和(84))在电池到达(或将要到达)寿命终点。通知用户。
充电循环结束之后，充电单元(12)通过串行通讯链路(78)向电池(10)输送更新后的充电信息，电池(10)对这些数据进行处理(16)、存贮(22)并有选择地加以显示(34)。上述的信息中可以包括(但不限于)总放电历史的增加，相对于上次放电的充电次数，总充电次数及充电后的总电压。这些信息中的全部或部分可以在电池的使用期间被使用者访问和/或显示给操作者。当然，在本发明中，下次充电循环期间可以再次查询、处理、更新及存贮这些信息。
现在来参看图2。图2中示出了电池10′和充电单元(12)的另一种设置。可以看出，图2中电池(10′)包括一个微控制器(130)，它最好用摩托罗拉公司(Motorola)生产的MC68HC11微控制器或其功能等效元件来构成。在本实施例中，微控制器130通过串行链路(78′)与控制着电池(10′)正向其供电的一个双向无线电设备的微处理器(100)进行通讯。双向无线电设备(102)的微处理器(100)也通过一根地址总线(104)和一根数据总线(106)与一定数量的ROM(108)、RAM(110)和EEPROM(112)进行通讯。此外，双向无线电设备的主要部件包括一个发射机(114)和一个接收机(116)，它们可以有选择性地(118)通过一个天线开关(120)与一根天线(122)相连。双向无线电设备(102)还可有选择地包括一个显示器(124)和一个键盘(126)。双向无线电设备(102)的所有主要部分最好由触点(66′)上得的电池能量经调节(128)后供电。为节省电力，通常还使用一个电池省电器(Saver)(127)，该省电器可由微处理器(100)激活而进入一种低功耗状态。根据本发明，无线电设备(102)的激活、去能或其它的工作模式变化也能通过串行链路(78′)反映给电池(10′)。电池(10′)可以使用这些信息更有效地监视无线电设备的耗能情况。
电池(10′)的微控制器(130)由调节(132)后的电池电压供电，它包括一个用来存贮充电记录和使用(放电率)数据的存贮器(130″)。无线电设备(102)可以访问这些数据，并通过无线电设备的显示屏(124)向操作者提供这些信息。无线电设备(102)计算出来的信息也可以送至微控制器(130)并存贮在电池中。此外，微控制器(130)包括几个转换端(130′)，这些端口用来接受常装在电池组中用来保护电池(14)的保护熔丝(28)的每一端。微控制器(130)还与一个二极管(64)相连，本实施例中的这个二极管能使微控制器确定目前的电池电压。微控制器(130)使用这些信息可以确定电池(10′)的使用(放电)率，并能向操作者显示剩下的工作时间等信息。
为了节省电力，一旦判定电池的放电率已下达或低于一个给定阀值，电池(10′)可进入一种电池节省模式;另外，无线电设备(102)(通过78′)也能通知电池(10′)，该无线电设备已关掉或进入一种低功耗模式(既预备状态)。此时，电池(10′)既可以独立地也可以响应无线电设备的状态改变而进入电池省电模式。与此相反，无线电设备(102)进入一个高功耗状态(即发射或接收)时电池(10′)如还处于省电状态，它将离开电池省模式，并在从无线电设备接收到状态更改信息之后监视着电池供着电的设备。这样，不额外消耗能量便可产生并维持电池使用(放电)记录数据。根据本发明，这些信息最好就充电单元(12)所利用，从而方便充电的进行。
用户之后或者操作者接到双向无线电设备通知电池中能量所剩有限之后，电池(10′)便与充电路相连与补足电池的能量。电池(10′)的微控制器(130)在完成与充电单元(12)的通讯之后也进入一种电池节省模式。充电期间，双向无线电设备(102)可仍与电池(10′)连接，或者干脆拆掉而用另一电池维持工作。充电器(12)的工作情况正如上面结合图1讨论的那样，只是充电单元(12)的微处理器(50)必须从电池(10′)的微控制器(130)中通过串行链路象上面讨论过的那样查询(和/或存贮)信息。这样，只用一片微控制器来控制数据的采集、存贮、查询和处理，而使电池(10′)的价格、尺寸和重量得到降低。
权利要求
1.一种对电池充电的方法，可包括电池的预放电，其特征在于(a)从电池接收数据，(b)对至少一部分上述的数据进行处理，至少判定充电前电池是否需要放电。(c)当步骤(b)中判定应该在电池充电前使其放电时，使电池放电，(d)对电池充电。
2.一种电池，其特征在于(a)用于存贮能量的能量存贮介质，(b)用于存贮至少表示充电信息的数据的信息。
3.权利要求2中的电池，还包括一个用于监测上述的能量存贮介质，并产生上述的至少表示充电信息的数据的监视电路。
4.权利要求3中的电池，还包括一个与上述的监视电路相连、用于显示至少一部分至少表示充电信息的上述数据。
5.一种电池，其特征在于·用于提供能量的能量存贮介质，·用于监测上述的能量存贮介质并与电池正供电的装置进行通讯的一个监视电路，·响应于上述监视器、用于临时地减少上述能量存贮介质的耗散的装置。
6.一种电池充电装置，其特征在于·一个从电池接收数据的接收器，一个用于处理至少一部分上述的数据并确定电池在充电前是否应该放电的计算机，·当上述的计算机确定在充电前应该对电池进行放电前使电池放电的电池放电器，·对电池进行充电的充电器。
7.在具有至少一个电池供电，能在一条射频讯道上进行讯息通讯的通讯设备的射频通讯系统中的一种电池充电系统，其特征在于电池供电的通讯装置的特征在于·一个在至少一个射频通讯讯道上发送信息的发射机，·一个在上述的至少一条通讯讯道上接收信息的接收机。·一个用于产生至少表示充电信息的数据的控制器，电池的特征在于·用于存贮足够向上述的电池提供能量的能量存贮介质，·通讯装置，·用于存贮至少表示充电信息的上述数据的存贮器，电池充电单元的特征在于·一个用于检索上述的至少表示充电信息的数据的计算机，·用于处理至少一部分上述的表示充电信息的数据并且确定电池在充电之前是否应该放电的处理装置，·一个用于在上述的处理装置判定电池应该在充电前放电时使电池放电的放电器，·使电池充电的充电器。
全文摘要
本发明为电池(10)建立并保存以住的使用(放电)，容量及放电/充电情况的记录，充电系统(12)能检索和分析电池以住的使用数据，使电池(10)充电充到最佳程度，这样既可使电池寿命达到最长，又能避免先有技术中的“记忆效应”问题。
文档编号H02J7/00GK1042457SQ8910748
公开日1990年5月23日 申请日期1989年9月25日 优先权日1988年9月30日
发明者博诺思·詹姆·安德思 申请人:莫托罗拉公司