专利名称：恒流和恒压充电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及充电器，特别是涉及用于按照恒流/恒压顺序给电池充电的恒流/恒压充电器。
背景技术：
最近，在电池供电的装置中，以锰干电池为代表的不能对其进行再充电的一次电池逐渐被以镍镉蓄电池或小型密封铅蓄电池为代表的可以对其进行再充电并重复使用多次的二次电池所替代。然而，二次电池在能量密度方面要低于一次电池，因而获得与一次电池相同的电池容量，必须使用较大尺寸的电池。因此，坚持发展二次电池以增加容量。最近，采用能够获得远远高于镍镉蓄电池或小型密封铅蓄电池的容量的锂离子蓄电池。在这种电池中，通过在正极中运用辉钴矿锂(cobaltin lithium)而在负极中运用碳的各种组成，可以获得比传统镍镉蓄电池电池容量高250至300％的电池容量。
通常用与铅蓄电池相同的恒流和恒压方法来给锂离子蓄电池充电。即，在恒流下充电直至电池电压达到设定电压值，此后在恒压下充电。然而，如果充电电压即便略低于最佳值，那么锂离子蓄电池也是未足够充电，如果略高于最佳值，那么也是过充电。具体而言，当在锂离子蓄电池(它的负极是自然石墨材料)中在超过4.1V的电压下充电时，或者当在锂离子蓄电池(它的负极是焦炭材料)中在4.2V的电压下充电时，都为过充电。过量充电的锂离子蓄电池其性能劣化要大大高于镍镉蓄电池，而且在最坏的情况下，在蓄电池中的锂离子会析出，成为被称为树枝状结晶的针状晶体结构的金属锂，而且这种金属锂可以穿透把蓄电池的正极和负极，隔开的隔离器可能引起在蓄电池中短路、冒烟或燃烧。
另一方面，通过电阻或串联的调整器可以实现恒流/恒压蓄电池充电器，但是考虑到效率和产生的热量，多使用斩波(chopper)电路实现它。
下面，参照图9、10A和10B描述现有技术的恒流/恒压充电器。
图9是示出现有技术的恒流/恒压充电器的电路图。在图9中，标号1是给斩波电路2供电的电源、标号2是用于控制充电电流和充电电压的斩波电路、标号5是用于检测蓄电池电压的电池电压检测电路、标号6是要被充电的锂离子蓄电池、标号9是其振荡频率随着施加电压而变化的压控振荡器(VCO)、标号11是用于放大来自电池电压检测电路5的经检测的电池电压并把它输出给压控振荡器9的直流(DC)放大器，和标号12是用于在恒流充电的时候限制充电电流的限流电阻器。
图10A是示出通过使用现有技术的恒流/恒压充电器对锂离子蓄电池充电时的电池电压、充电电流的特性图。图10B是在图10A中部分A的放大图。在图10A和10B中，V1是恒压充电的设定电压值、i1是恒流充电的设定电流值、tc是从恒流充电到恒压充电的转换点，而r是电池电压的脉动分量。
下面描述具有如图9所示这种结构和如图10A和10B所示这种特性的恒流/恒压充电器的操作过程。在图9的充电器中，当接通电源1而且电源1向斩波电路2供电时，电池电压检测电路5检测锂离子蓄电池6的电压，而且由DC放大器11放大这个经检测的电池电压，并把它输入到压控振荡器9中。结果，压控振荡器9产生某个振荡频率的信号，作为振荡输出信号输出给斩波电路2使其受该振荡输出信号的控制，开始提供充电电压和充电电流。当锂离子蓄电池6的电池电压低于斩波电路2的输出电压时，由两个电压之差和限流电阻器12的电阻值来确定充电电流，而且在近似恒流i1下进行充电。即，如此控制斩波电路2的输出电压(充电电压)，使得充电电流值可以是近似恒值i1，而且电池电压值趋近于电压值V1。因此，在这个阶段中的充电是恒流充电。如图10A所示，在时刻Tc，当电池电压到达规定电压值v1时，即，当电池电压检测电路5检测到设定电压值V1时，控制斩波电路2以停止电池电压上升，而且把充电转换成恒压充电。
在现有技术的恒流/恒压充电器中，由于斩波电路2的脉动分量r(见图10B)引起过量锂离子移动，从而使得在锂离子蓄电池中存在过充电的问题。
即，在现有技术的恒流/恒压充电器中，由电池电压检测电路5检测锂离子蓄电池6的电池电压，但电池电压还包含在由斩波电路2所供应的电压中的脉动电压分量。这在图10B的放大图中可见。斩波电路2按照循环周期内某个导通角输出电流，该电流向在斩波电路2中的电容器充电，输出电压。一般而言，在几十KHz到几百KHz范围内选择斩波电路2的工作频率，以提高开关元件的效率并缩小电感器的尺寸等。因此，虽用电容器对电压的脉动分量进行滤波，但是脉动分量实际上仍存在于充电电压中，并施加给锂离子蓄电池6。
如上所述，当由脉动分量给锂离子蓄电池6过量充电时，因金属锂出现在负极、产生树枝状结晶，故不安全事故的危险性高。同时，在市场上，极需增加二次电池的容量，而且极需能够给具有大容量的锂离子蓄电池6安全可靠地充电的充电器。
发明概述本发明意图解决现有技术蓄电池的上述问题，它的主要目的在于提供一种可以安全地给锂离子蓄电池充电的恒流/恒压充电器。该充电器包括用于供电的电源；通过控制电流和电压将电源供应的电力供给电池的充电控制电路；用于检测给电池充电用的电流值的充电电流检测电路；用于检测给电池充电用的电压值的充电电压检测电路；和控制装置，它保持恒压充电时作为设定电压值的第一电压值、其值小于第一电压值的第二电压值、恒流充电时作为设定电流值的第一电流值和其值小于第一电流值的第二电流值，控制所述充电控制电路以在第一电流值下进行恒流充电直至由所述充电电压检测电路检测到的电压值达到第二电压值、当由所述充电电压检测电路检测到的电压值达到第二电压值时在第二电压值下进行恒压充电、此后当由充电电流检测电路检测到的电流值降至第二电流值时再次以第一电流值进行恒流充电、之后当由充电电压检测电路检测到的电压值达到第一电压值之时在第一电压值下进行恒压充电，从而能给锂离子蓄电池安全可靠地充电。
图1是根据本发明的第一至第四实施例的恒流/恒压蓄电池充电器的电路图。
图2示出在本发明的第二实施例中电池电压和充电电流的特性。
图3示出在本发明第三实施例中的电池电压和充电电流的特性。
图4是在本发明的第四实施例中的电池电压和充电电流的特性。
图5是示出根据本发明的第五至第七实施例的恒流/恒压充电器的电路图。
图6示出在本发明的第六实施例中的电池电压和充电电流的特性。
图7示出在第六实施例中的电池电压等的曲线图。
图8示出充电电流与脉动分量峰值之间的关系。
图9是示出现有技术的恒流/恒压充电器的电路图。
图10A示出在图9的设备中电池电压和充电电流的特性。
图10B是图10A中的部分A的放大图。
较佳实施例的描述现在，参照附图，详细描述根据本发明的第一实施例的恒流/恒压充电器。图1是示出本发明的第一实施例中的恒流/恒压充电器的电路图。在图1中，标号101是向斩波电路102供电的电源、标号102(下文叙述)是输出受控充电电压并作为充电控制电路进行工作的斩波电路、标号105是检测电池电压的电池电压检测电路、标号106是要被充电的锂离子蓄电池、标号103是检测充电电压(它是斩波电路102的输出)的充电电压检测电路、标号104是用于检测充电电流的充电电流检测电路、标号107是用于根据在充电电压检测电路103中检测到的充电电压以及由电池电压检测电路105检测到的电池电压的值v来计算充电电流的值i的充电电流计算电路、标号108是用于根据电池电压的经检测值v和充电电流的经计算值i来输出控制电压a以控制电池电压值和充电电流值v和i的计算电路、标号109是用于把频率依赖于从计算电路108发出的控制电压a的振荡信号b输出到斩波电路102的压控振荡器(VCO)。运用上述充电电压检测电路103、充电电流检测电路104和电池电压检测电路105所检测的每个被检测信号，充电电流计算电路107、计算电路108和压控振荡器(VCO)109构成用于控制作为充电控制电路工作的斩波器102的控制装置。
对如上构造的恒流/恒压充电器，描述其操作过程。当开始充电时，首先接通电源101，当电源101提供电力时，电池电压检测电路105检测锂离子蓄电池106的电压值v。把充电电压检测电路103所检测的充电电压值和电池电压检测电路105所检测的电池电压的值v输出到充电电流计算电路107，充电电流计算电路107运用这些值计算充电电流值i。计算电路108把控制电压a(用于根据电池电压的经检测值v和充电电流的经计算值i来控制电池电压V和充电电流的值i)输出到压控振荡器109。施加有控制电压a的压控振荡器109根据控制电压a在某频率下振荡，该振荡信号b输出给斩波电路102，从而开始充电。用这种方法，由计算电路108、压控振荡器109和斩波电路102根据经检测的电池电压值v和经计算的充电电流值i来控制电池电压。由于本充电器是恒流/恒压充电器，所以先进行恒流充电，最后在设定的电池电压值(即，充电电压的上限值)下进行恒压充电。在充电途中，恒流和恒压充电的各种模式都是有可能的。因此，在最后阶段的恒压充电中的充电电流值i到达足够小于恒流充电的电流值的某一电流值时，终止充电。即，当充电电流值在恒压充电中变得更小时，这意味着它在这个恒压值下接近于满充电。
通常已知，向被连接的负载供应的电流影响到斩波电路102的输出端的脉动分量。图8示出充电电流和波动分量的峰值之间的关系。如图8所示，向负载供应的电流越大，斩波电路102的脉动分量的峰值越大。相反，向负载供应的电流越小，斩波电路102的可控性越好，而且脉动分量的峰值越小。
于是，根据本实施例，由于在恒流下足够的充电或者在略低于充电电压上限值的恒压下足够的充电，然后在充电电压的上限以小充电电流充电，即，在小脉动分量的条件下，也即在斩波电路102的较高控制精度条件下按所述上限值进行充电，从而不会给锂离子蓄电池106过量充电，因而可以对锂离子蓄电池进行安全可靠地充电。
下面描述在本发明的第二实施例中的恒流/恒压充电器。本实施例的恒流/恒压充电器具有与图1中的实施例相同的电路，只有计算电路108的操作过程与第一实施例的有所不同，因此下面主要描述计算电路108的操作过程。
图2示出在第二实施例中电池电压和充电电流的特性。在图2中，S1是示出电池电压特性的特性曲线，而S2是示出充电电流特性的特性曲线。
对具有如图2所示的特性的恒流/恒压充电器，主要描述与计算电路108有关的操作过程。在计算电路108中，预先设定并保持作为恒压充电时设定电压值的第一电压值V1、其值小于第一电压值V1的第二电压值V2、作为恒流充电时设定电流值的第一电流值i1和其值小于第一电流值i1的第二电流值i2。计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，使得当给带有如天然石墨(natural graphite)材料的负极的锂离子蓄电池106充电时，电池电压为3.9V，而当给带有焦炭(coke)材料的负极的锂离子蓄电池106充电时，电池电压为4.0V。这里，上述3.9V或4.0V是第二电压值V2。当加上控制电压a时，压控振荡器109在与控制电压a相对应的某一频率下振荡信号，并把振荡信号b发送到斩波电路102，从而开始充电。
当锂离子蓄电池106的电池电压低于斩波电路102的输出电压(充电电压)时，由两个电压之差和充电电流检测电路104的电阻值来确定充电电流。即，控制斩波电路102的输出电压，从而充电电流值大致为恒定的电流值i1，同时电池电压值随时间上升趋近于第二电压值V2。因此，在这一阶段的充电是恒流充电。如图2所示，当电池电压值到达设定的电压值V2时，充电被转换成恒压充电。此时，为了使电池电压的值v是设定电压值V2，从计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，而且从压控振荡器109向斩波电路102提供振荡信号b使得电池电压为恒定。结果，对应于锂离子蓄电池106中的充电量的增加，斩波器的导通角逐渐减小，而且脉动电压也减小。
在电池电压值v等于设定电压值V2(第二电压值)的恒压充电过程中，斩波电路102的输出电压中仍包含脉动电压，但是把第二电压值V2设为低于作为锂离子蓄电池106的上限值(一般，当给带有天然石墨材料的负极的锂离子蓄电池106充电时为4.1V，而当给带有焦炭材料的负极的锂离子蓄电池106充电时为4.2V)的第一电压值V1。也即，在该实施例中，V1-V2＝0.2V。因此，只要斩波电路102中的输出电压中的脉动分量的峰值未达到充电电压的上限值V1，就不会对锂离子蓄电池106进行过量充电。
在第二电压值V2处的恒压充电中，如图2所示，充电电流逐渐减小，而且当该充电电流值降至第二电流值i2时，计算电路108再一次向压控振荡器109提供控制电压a，从而使充电电流变为第一电流值i1。这样一来，从压控振荡器109向斩波电路102提供振荡信号b使充电电流值变为设定电流值i1。
在设定电流值i1下的恒流充电中(如图2所示)，电池电压值v逐渐增大。当电池电压值v达到第一电压值V1时，恒流充电再一次转换成恒压充电。在这种恒压充电中，从计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，从而电池电压值v变为设定值V1，而且从压控振荡器109向斩波电路102提供振荡信号b使电池电压成为设定值V1。结果，随着锂离子蓄电池106的充电量的增加，充电电流逐渐减小，斩波电路的导通角随之减小，充电电压的脉动分量亦减小，从而可以把锂离子蓄电池106的充电电压看作大致与上限值V1相等。因此，锂离子蓄电池106可以安全达到规定的电池电压并能满充电。
如图2所示，当在充电电流计算电路107中的充电电流值i达到最小第二电流值12时，结束充电。
于是，根据本实施例，通过在低于恒压充电的设定电压值(充电电压的上限值)V1的电压值V2下进行足够充电，然后在设定电压值V1下进行充电，也即可以在小脉动分量的条件下进行充电。因此能够在斩波电路102的高控制精度状态下进行设定电压值V1下的充电，而且在这个高控制精度，由于斩波电路输出电压即电池电压的脉动分量的峰值电压非常小，从而可以对锂离子蓄电池106进行安全可靠的充电，而不会对其进行过量充电。此外，当电池电压值v趋近于设定电压值V1时，脉动分量减小，故电池电压值v可以达到设定电压值V1，从而实现满充电。
下面描述在本发明的第三实施例中的恒流/恒压充电器。本实施例的恒流/恒压充电器具有与图1中的设备相同的电路，只有计算电路108的操作过程与第一实施例的有所不同，因此下面主要描述计算电路108的操作过程。
图3为本发明的第三实施例中电池电压、充电电流的特性。在图3中，S11是示出电池电压特性的特性曲线，而S12是示出充电电流特性的特性曲线。
在具有如图3所示的特性的恒流/恒压充电器中，主要描述与计算电路108相关的操作过程。在计算电路108中，预先设定保持恒压充电时设定电压值V1(充电电压的上限)、作为恒流充电时设定电流值的第一电流值i1、其值小于第一电流值i1的第二电流值i2和其值小于第一电流值i1而大于第二电流值i2的第三电流值i3。计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，使得当给带有如天然石墨材料的锂离子蓄电池106(例如)充电时，电池电压变为4.1V，而当给带有焦炭材料的负极的锂离子蓄电池106充电时，电池电压变为4.2V。这里，上述4.1V或4.2V是设定电压值V1。当施加控制电压a时，压控振荡器109在与控制电压a相对应的某一频率下振荡信号，并把振荡信号b发送到斩波电路102，从而开始充电。当锂离子蓄电池106的电池电压低于斩波电路102的输出电压时，由两个电压之差和充电电流检测电路104的电阻值来决定充电电流。即，控制斩波电路102的输出电压，使充电电流值大致为电流值i1，同时电池电压值随着时间增加并可以接近于第二设定电压值V2。因此，在这个阶段的充电是恒流充电。当电池电压v达到设定电压值V1时(如图3所示)，从计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，使充电电流值可以是大大低于第一电流值i1的第三设定电流值i3，而且从压控振荡器109向斩波电路102提供振荡信号b使充电电流成为设定值i3。
如在第二实施例中所述，通常斩波电路102的输出电压，即充电电压的脉动分量随被充电的蓄电池的电池电压越低而且随充电电流值越大而越大。相反，随被充电的蓄电池的电池电压越高和随充电电流值越小，充电电压的脉动分量越小。如图3所示，当充电电流从i1转换成i3前的瞬时，电池电压值达到设定电压值(充电电压的上限)V1，但该时间很短，这不会导致过量充电。
在充电电流值为设定值i3的恒流充电过程中，在斩波电路102的输出电压中仍包含脉动分量，然而电流值i3大大低于电流值i1，故脉动分量十分小，由于包含脉动分量的电池电压不会达到上限V1，从而不会对锂离子蓄电池106进行过量充电。
如图3所示，由于充电电流从i1减小到i3，故电池电压会临时降低，但会随着充电进行而再一次升高。当电池电压v再一次达到V1后，充电又一次被转换成恒压充电。从计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，使电池电压值v成为设定值V1，而且从压控振荡器109向斩波电路102提供振荡信号使电池电压值恒定。结果，当锂离子蓄电池106的充电量增加时，充电电流值i逐渐减小。此时，向锂离子蓄电池106施加的电压的脉动分量，即，电池电压的脉动分量比该时刻前(电池电压值v达到V1之前)小得多，故锂离子蓄电池106的电池电压的峰值可以近似于电池电压的上限值V1。因此，锂离子蓄电池106安全地到达规定电池电压，从而可以对其进行满充电。
如图3所示，当在充电电流计算电路107中的充电电流值i达到最小第二电流值i2时，终止充电。
如上所述，根据本实施例，通过在低于初始恒流充电时设定电流值i1的恒流i3处进行充分充电，然后在设定电压值(电池电压的上限)V1处进行充电，故锂离子畜电池106的内部阻抗高，由于在斩波电路102的高控制精度的时间完成在设定电压值V1处的充电，而且在这个高控制精度下，斩波电路输出电压即电池电压中的脉动分量的峰值十分低，因此可以安全可靠地对锂离子蓄电池106进行充电而不会对锂离子蓄电池106进行过量充电。
下面描述本发明的第四实施例中的恒流/恒压充电器。本实施例的恒流/恒压充电器具有与图1装置相同的电路，只有计算电路108的操作过程有所不同，因此下面主要描述计算电路108的操作过程。
图4示出本发明的第四实施例中电池电压、充电电流的特性。在图4中，S21是示出电池电压特性的特性曲线，而S22是示出充电电流特性的特性曲线。
在具有如图4所示的特性的恒流/恒压充电器中，主要描述与计算电路108有关的操作过程。在计算电路108中，预先设定保持作为恒压充电时设定电压值(充电电压的上限)的第一设定电压值V1、其值小于第一设定电压值V1的第二设定电压值V2、作为恒流充电时设定值的第一设定电流值i1、其值小于第一设定电流值i1的第二设定电流值i2和其值小于第一设定电流值i1而大于第二设定电流值i2的第三设定电流值i3。计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，使得当对带有如天然石墨材料的负极的锂离子蓄电池106进行充电时电池电压成为4.1V，从而当对带有焦炭材料的负极的锂离子蓄电池106进行充电时电池电压成为4.2V。上述值4.1V或4.2V是设定电压值V1。当施加控制电压a时，压控振荡器109在与控制电压相对应的某一频率下振荡信号，而且把振荡信号b发送到斩波电路102，从而开始充电。当锂离子蓄电池106的电池电压低于斩波电路102的输出电压时，由两个电压之差和充电电流检测电路104的电阻值决定充电电流。即，控制斩波电路102的输出电压，使充电电流值大致为恒定的电流值i1，同时电池电压值随时间增加，从而趋近于第二设定电压值V2。因此在这个阶段中充电是恒流充电。
当电池电压达到低于电压值V1的第二电压值V2(例如，当给带有天然石墨材料的负极的锂离子蓄电池106进行充电时为3.9V，或者当给带有焦炭材料的负极的锂离子蓄电池进行充电时为4.0V)时(如图4所示)，从计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，使得充电电流值变为大大低于第一电流值i1的第三设定电流值i3，而且从而压控振荡器109向斩波电路102提供振荡信号b使充电电流变为设定值i3。
在充电电流值为设定值i3的恒流充电过程中，在斩波电路102的输出电压中仍包含脉动，但是由于电流值i3大大小于电流值i1，故脉动分量非常小，由于该脉动分量的峰值电压不会达到充电电压的上限V1，故不会对锂离子蓄电池106进行过量充电。
如图4所示，由于充电电流从i1降至i3，故虽电池电压会瞬时降低，但会随着充电的进行过程再一次上升。当电池电压值v达到V1后，充电转换成恒压充电。从计算电路108向压控振荡器109提供控制电压a，使得电池电压值v变成设定值V1，而且从压控振荡器109向斩波电路102提供振荡信号b使电池电压值变为恒定。结果，当锂离子蓄电池106的充电量增加时，充电电流值i逐步减小、斩波电路102的号通角减小和斩波电路102的输出电压即充电电压的脉动分量十分小，因此脉动分量的峰值小到可被忽略，从而可以认为大致与锂离子蓄电池106的充电电压的上限值V1相同。因此锂离子蓄电池106可安全地到达规定的电池电压，而被完全充电。
如图4所示，当在充电电流计算电路107中的充电电流值i达到最小第二电流值I2时终止充电。
如上所述，根据本实施例，通过在低于初始恒流充电时设定电流值i1的恒流i3下充分地进行充电，然后在设定电压值(充电电压的上限)V1下进行充电，故斩波电路输出电压的脉动分量的峰值非常低，而且在斩波电路102的高控制精度的状态下进行设定电压值V1下的充电，从而可以对锂离子蓄电池106进行安全可靠地充电而不会出现过充电。
下面，参照图5至图7，描述根据本发明的第五至第七实施例的恒流/恒压充电器。图5是示出本发明的第五实施例的恒流/恒压充电器的电路图。在图5中，标号101是电源、标号102是作为充电控制电路工作的斩波电路、标号103是充电电压检测电路、标号104是充电电流检测电路、105是电池电压检测电路、106是锂离子蓄电池、标号107是充电电流计算电路和标号109是压控振荡器，这些与图1相同，故赋以相同标号并省略说明。标号208是计算电路、标号210是用于保持电池电压v的峰值的峰值保持电路。运用上述充电电压检测电路103、充电电流检测电路104和电池电压检测电路105的每个经检测信号，充电电流计算电路107、计算电路208、压控振荡器(VCO)109和峰值保持电路210构成用于控制作为充电控制电路工作的斩波电路102的控制装置。
下面描述这种构成的恒流/恒压充电器的操作过程。在计算电路208中，预先设定保持恒压充电时设定电压值(充电电压的上限)V1，和恒流充电时设定电流的电流值i1。
当开始充电时，首先，接通电源101，电源101供电时，电池电压检测电路105检测锂离子蓄电池106的电压值v。把电池电压值v和充电电压值输入到充电电流计算电路107中，而且充电电流计算电路107根据预先存储的充电电流检测电路104的电阻值来计算充电电流值i。峰值保持电路210保持输入电池电压值v的峰值vp(见图7)。把电池电压值v、充电电流值i和峰值vp输入计算电路208中，而且计算电路208根据这些值产生控制电压。当施加控制电压a时，压控振荡器109在对应于电压a的某一频率振荡，并把该振荡信号b发送到斩波电路102以开始充电。这种设备是恒流/恒压充电器，先在恒流下进行充电，最后在设定电池电压下，即，在充电电压的上限，进行恒压充电。
于是，根据本实施例，通过按峰值保持处理过的电池电压进行充电，故即使在电池电压中包含脉动分量，也能总是将电池电压的峰值控制在上述设定电池电压值下，而且能防止锂离子蓄电池106的过量充电，从而可安全可靠地对锂离子蓄电池106进行充电。
下面描述根据本发明的第六实施例的恒流/恒压充电器。本实施例的恒流/恒压充电器具有与如图5所示相同的电路，只有计算电路208的操作过程不同，所以主要描述与计算电路208相关的操作过程。
图6示出本发明的第六实施例中电池电压、充电电流的特性，而图7示出在本发明的第六实施例中电池电压等的曲线。在图6中，S31是示出电池电压特性的特性曲线，而S32是示出充电电流特性的特性曲线。在图7中，S41是示出电池电压波形的特性曲线、S42是由虚线示出下述峰值保持电路210的输出电压的特性曲线和vp是电池电压的峰值。
关于具有图6和图7中的特性的恒流/恒压充电器，主要参照计算电路208描述操作过程。在计算电路208中，预先设定并保持恒压充电时设定电压值(充电电压的上限)V1和恒流充电时设定电流值i1。计算电路208向压控振荡器109提供控制电压a，使得当给带有如天然石墨材料的负极的锂离子蓄电池充电时电池电压成为4.1V，而且当给带有焦炭材料的负极的锂离子蓄电池106充电时电池电压成为4.2V。这里，上述4.1V或4.2V是设定电压值V1。当施加控制电压a时，压控振荡器109在与控制电压a相对应的某一频率下振荡信号，并把振荡信号b发送到斩波电路102，从而开始充电。当锂离子蓄电池106的电池电压低于斩波电路102的输出电压时，由两个电压之差和充电电流检测电路104的电阻值决定充电电流，而且在接近于如图6所示的设定电流值i1处完成充电。即，控制斩波电路102的输出电压，使充电电流值大致为不变的电流值i1，同时电池电压值随着时间而增加并趋近于第二设定电压值V2。因此，在这个阶段的充电是恒流充电。
此时，通过峰值保持电路210，把在斩波电路102中产生的脉动分量的峰值vp输出到计算电路208，而且从计算电路208向压控振荡器109提供的控制电压a也是基于峰值vp的电压值。即，计算电路208接收来自峰值保持电路210的脉动分量的峰值vp，并根据这个峰值vp生成控制电压a。结果，接受从压控振荡器109向斩波电路102提供的某一频率下的振荡信号b，基于从斩波电路102发出的充电电压的电池电压值v不会因脉动分量而超过设定电压值V1。在图7中示出这种模式。如图7所示，电池电压紧跟着包括脉动的充电电压的上侧包络。即，包括脉动的电池电压值v不会超过电压值V1。因此，斩波电路102的输出电压不会达到充电电压的上限值V1，从而不会对锂离子蓄电池106进行过量充电。
在包括脉动分量的电池电压的峰值vp达到电压值V1后，从计算电路208向压控振荡器109提供控制电压a，使得电池电压的峰值vp为设定电压V1，而且从压控振荡器109向斩波电路102提供在电池电压的峰值vp变为是设定电压V1的这种频率下的振荡信号b。同样，此时，把在斩波电路102中生成的包括脉动分量峰值的电压vp输到计算电路208中，而且基于从斩波电路102发出的充电电压的电池电压的峰值vp不会超过电压值V1。因此，电池电压的峰值vp不会达到充电电压的上限V1，从而不会对锂离子蓄电池106进行过量充电。当接近于满充电时，充电电流值i减小，从而在斩波电路102中的脉动分量减小，因此电池电压的峰值vp最终能达到如图7所示的上限V1。因此，可以安全地给锂离子蓄电池106进行满充电。
于是，根据本实施例，通过根据由对于电池电压的峰值保持处理所获得的峰值(电池电压峰值)vp来控制电池电压，故总是可以把电池电压的峰值VP设为低于设定电压值V1，而且最后斩波电路102的脉动分量极其小，从而电池电压的峰值VP可以达到上限值V1，从而防止锂离子蓄电池106的过量充电，并安全可靠地对锂离子蓄电池106进行完全(满)充电。工业上的应用性如上所述，本发明包括供电用的电源、用于控制充电电流和充电电压的斩波电路、用于检测充电电压的充电电压检测电路、用于检测充电电流的充电电流检测电路、用于检测电池电压的电池电压检测电路、用于根据电池电压及充电电压的经检测值来计算充电电流的充电电流计算电路、用于根据经检测的电池电压和经计算的充电电流来发出控制电池电压和充电电流值用的控制电压的计算电路和用于将依赖于控制电压的频率的振荡信号发送到斩波电路的压控振荡器，因此通过在低恒压或低恒流下进行充分充电，然后在充电电压的上限进行充电，从而可以在斩波电路的高控制精度时间上在所述上限值进行充电，从而提供能够安全可靠地对锂离子蓄电池充电器进行充电而不对它进行过量充电的恒流/恒压充电器。
计算电路保持作为恒压充电时设定电压值的第一电压值、其值小于第一电压值的第二电压值、作为恒流充电时设定电流值的第一电流值和其值小于第一电流值的第二电流值，并在第一电流值下进行恒流充电直至电池电压达到第二电压值、当电池电压达到第二电压值后在第二电压值下进行恒压充电，当充电电流达到第二电流值后再在第一电流值下进行恒流充电，当电池电压值达到第一电压值后在第一电压值下恒压充电也即在低于作为恒压充电时设定电压值的第一电压值的第二电压值下进行充分充电，然后在第一电压值下进行充电，因而可在充电电流很小而且在接近满充电状态下进行第一电压值的恒压充电。由此，不会因脉动分量而对蓄电池进行过量充电，而且随电池电压值趋近设定电压值时脉动分量减小，从而可以实现能够完全(满)充电的恒流/恒压充电器。
此外，计算电路保持恒压充电时设定电压值、作为初始恒流充电时设定电流值的第一电流值、其值小于第一电流值的第二电流值和其值小于第一电流值并大于第二电流值的第三电流值，并在第一电流值下进行恒流充电直至电池电压达到设定电压值，当电池电压达到设定电压值后在第三电流值下进行恒流充电，而且当电池电压再一次达到设定电压值后在第一电压值下进行恒压充电直至充电电流达到第二电流，从而在低于初始恒流充电时设定电流值的恒流值下进行充分充电，然后在设定电压值下进行充电，因此能在充电电流小而且接近满充电状态下，进行设定电压引起脉动分量小的恒压充电，因而不会因脉动分量对电池进行过量充电，而且随电池电压达到设定电压值时脉动分量减小，从而可以实现能够完全充电的恒流/恒压充电器。
此外，计算电路保持作为恒压充电时设定电压的第一电压值、其值小于第一电压值的第二电压值、作为初始恒流充电时设定电流值的第一电流值、其值小于第一电流值的第二电流值和其值小于第一电流值而大于第二电流值的第三电流值，并在第一电流值下进行恒流充电直至电池电压达到第二电压值，当电池电压达到第二电压值后在第三电流值下进行恒流充电，而且当电池电压达到第一电压值后在第一电压值下进行恒压充电直至充电电流值达到第二电流值，从而在低于初始恒流充电时设定电流值的恒流值下进行充分充电，然后在第一电压值下进行充电，因此能在充电电流小而且接近满充电状态下，进行第一电压值引起脉动分量小的恒压充电，因此不会因脉动分量而对电池进行过量充电，而且随电池电压值趋近第一设定电压值时波动分量减小，从而可以实现能够完全充电的恒流/恒压充电器。
此外，本发明包括供电的电源、控制充电电流和充电电压的斩波电路、检测充电电压的充电电压检测电路、用于检测充电电流的充电电流检测电路、检测电池电压的电池电压检测电路、根据电池电压和充电电压的经检测值来计算充电电流的充电电流计算电路、对经检测的电池电压进行峰值保持处理的保持电路、用于发出根据经检测的电池电压、经计算的充电电流和经峰值保持处理的电池电压频率值来控制电池电压和充电电流值的控制电压的计算电路和把频率对应于控制电压的振荡信号发送到斩波电路的压控振荡器，因此即使在电池电压中包含脉动分量那么也能将电池电压峰值总是控制在设定电压值下，从而能提供安全可靠地对锂离子蓄电池进行充电而不会过量充电的恒流/恒压充电器。
此外，计算电路保持恒压充电时设定电压值和恒流充电时设定电流值，而且在设定电流值下进行恒流充电直至经峰值保持处理后的电池电压达到设定电压值，而且当经峰值保持处理的电池电压达到设定电压值后进行设定电压值的恒压充电，从而根据将电池电压经峰值保持处理获得的峰值控制电池电压，能够总是把电池电压值设定在低于设定电压值，故不会过充电，而且随电池电压值趋近设定电压值时减小波动分量，故能实现可满(完全)充电的恒流/恒压充电器。
权利要求
1.一种恒流/恒压充电器，其特征在于，包括用于供电的电源，用于运用从所述电源供应的电力、通过控制电流和电压来给电池充电的充电控制电路，用于检测所述电池充电的所述电流值的充电电流检测电路，用于检测所述电池充电的所述电压值的充电电压检测电路，和控制所述充电控制电路的控制装置，用于保持作为恒压充电时设定电压值的第一电压值、其值小于所述第一电压值的第二电压值、作为恒流充电时设定电流值的第一电流值和其值小于所述第一电流值的第二电流值，用于在所述第一电流值进行恒流充电直至由所述充电电压检测电路检测的电压值达到所述第二电压值、当所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述第二电压值时在所述第二电压值下进行恒压充电、之后当所述充电电流检测电路检测的所述电流值降至所述第二电流值时再次在所述第一电流值进行恒流充电之后、当所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述第一电压值时在所述第一电压值进行恒压充电。
2.如权利要求1所述的恒流/恒压充电器，其特征在于，所述控制装置控制所述充电控制电路，以在由所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述第一电压值时在所述第一电压值进行恒压充电直至在所述第一电压恒压充电用于的所述充电电流值达到所述第二电流值。
3.如权利要求1或2所述的恒流/恒压充电器，其特征在于，所述充电控制电路是斩波电路。
4.一种用于按照恒流和恒压的顺序给电池充电的恒流/恒压充电器，其特征在于，包括供电用的电源，用于运用由所述电源供应的电力、通过控制电流和电压来对所述电池充电的充电控制电路，用于检测所述电池充电的所述电流值的充电电流检测电路，用于检测所述电池充电的所述电压值的充电电压检测电路，和控制装置，用于保持恒压充电时电压设定值、作为初始恒流充电时设定电流值的第一电流值、其值小于所述第一电流值的第二电流值和其值小于所述第一电流值而大于所述第二电流值的第三电流值，用于在所述第一电流值进行恒流充电直至由所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述电压值、在由所述充电电压检测电路检测的电压值达到所述设定电压值时在所述第三电流值进行恒流充电在由所述充电电流检测电路检测的所述电压值再次达到所述设定电压值之后在所述第一电压值进行恒压充电。
5.如权利要求4所述的恒流/恒压充电器，其特征在于，所述控制装置控制所述充电控制电路，以在由所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到第一电压值时在所述第一电压值下进行恒压充电，直至在所述第一电压恒压充电用的所述充电电流值达到所述第二电流值。
6.如权利要求4或5所述的恒流/恒压充电器，其特征在于，所述充电控制电路是斩波电路。
7.一种用于按照恒流和恒压顺序给电池充电的恒流/恒压充电器，其特征在于，包括用于供电的电源，用于运用由所述电源供应的电力通过控制电流和电压来给所述电池充电的充电控制电路，用于检测给所述电池充电用的所述电流值的充电电流检测电路，用于检测给所述电池充电用的所述电压值的充电电压检测电路，和控制装置，用于保持作为恒压充电时设定电压值的第一电压值、其值小于所述第一电压值的第二电压值、作为初始恒流充电时设定电流值的第一电流值、其值小于所述第一电流值的第二电流值和其值小于所述第一电流值而大于所述第二电流值的第三电流值，用于在所述第一电流值进行恒流充电直至由所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述第二电压值、在由所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述第二电压值时在所述第三电流值进行恒流充电，然后在由所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述第一电压值时在所述第一电压值进行恒压充电。
8.如权利要求7所述的恒流/恒压充电器，其特征在于，所述控制装置控制所述充电控制电路，以在由所述充电电压检测电路检测的所述电压值达到所述第一电压值时在所述第一电压值进行恒压充电，直至在所述第一电压值进行恒压充电用的所述充电电流值达到所述第二电流值。
9.如权利要求7或8所述的恒流/恒压充电器，其特征在于，所述充电控制电路是斩波电路。
10.一种恒流/恒压充电器，其特征在于，包括供电用的电源，用于运用由所述电源供应的电力、通过控制电流和电压来给电池充电的充电控制电路，用于检测给所述电池充电的所述电流值的充电电流检测电路，用于检测给所述电池充电的所述电压值的充电电压检测电路，用于保持由所述充电电压检测电路检测的所述电压值最大值的峰值保持电路，和控制所述充电控制电路的控制装置，它根据由所述充电电压检测电路检测的所述电压值、由所述充电电流检测电路检测的所述电流值和由所述峰值保持电路所保持的所述电压值、控制充电电压和充电电流的所述值。
11.如权利要求10所述的恒流/恒压充电器，其特征在于，所述充电控制电路是斩波电路。
12.一种恒流/恒压充电器，其特征在于，包括供电用的电源，用于运用由所述电源提供的电力通过控制电流和电压给电池充电的充电控制电路，用于检测给所述电池充电的所述电流值的充电电流检测电路，用于检测给所述电池充电用的所述电压值的充电电压检测电路，用于保持由所述充电电压检测电路检测所所述电压值最大值的峰值保持电路，和控制装置，用于保持恒压充电时设定电压值和恒流充电时设定电流值，并在所述设定电流值进行恒流充电、直至由所述峰值保持电路所保持的所述电压值达到所述设定电压值，而且在由所述峰值保持电路所保持的所述电压值达到所述设定电压之后，在所述设定电压值进行恒压充电。
13.如权利要求12所述的恒流/恒压蓄充电器，其特征在于，所述充电控制电路是斩波电路。
全文摘要
一种可以安全地给锂离子电池充电的恒流/恒压电池充电器。该电池充电器包括用于供电的电源;用于控制充电电流(i)和电池电压(v)的斩波电路;用于检测充电电压的充电电压检测电路;用于检测充电电流(i)的充电电流检测电流;用于检测电池电压(v)的电池电压检测电路;计算电路,它根据所检测的电池电压(v)和所计算的充电电流(i)输出控制电压(a),用于控制电池电压和充电电流(i);和压控振荡器,它向斩波电路输出频率对应于控制电压(a)的振荡控制信号(b)。
文档编号H02M3/155GK1200204SQ9619775
公开日1998年11月25日 申请日期1996年10月23日 优先权日1995年10月24日
发明者吉田毅 申请人:松下电器产业株式会社