專利名稱：控制蓄電池充電的方法和實施此法的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制蓄電池充電的方法及實施此法的設備。特別涉及用于無線應用裝置(諸如手表、手提電話、攝像機等)的蓄電池。
對于正確使用的傳統(tǒng)電子表，有一個簡單的低壓電池就夠了。適合于這種表的機芯耗電量非常低。通常用1.5伏以內電壓的幾個微安級電量就行了。一般，低壓電池使這類表自動行走約兩年。
可是，現(xiàn)在，人們設法在表中集成其他的輔助設備(諸如，舉例，天線收發(fā)設備)以讓表象部電話一樣工作。而這種設備所需的電流和電壓比普通的計時功能電路設備所需的高得多。舉例說，當射頻線路在工作時，耗電量高于50mA，電壓超過2.5伏。面臨如此高的電力要求，電池不能保證是合適的電源因為它們將很快就耗盡了；這使戴表人頻繁地換表。為克服這一缺點，決定使用可重充電的電池來給此輔助功能電路提供電力。由于成本和小巧的原因，而不用電池了，計時功能電路由于電耗極微小也用蓄電池供電。
為給蓄電池充電，已知有各種方法。其中最常用的是，快速充電法，這種方法是，在制造商規(guī)定限度內將一種恒定電流注入該蓄電池；如果希望速度快，注入電流就高。這種方法的難處在于確定何時停止充電，因為知道充電超過了幾分鐘由于過熱就會縮短蓄電池的使用壽命，而如果超過幾十分鐘則可以使它不能用或毀掉它。
現(xiàn)在有幾種確定當蓄電池達到額定負荷時快速結束它的充電的方法。這些方法的特點是，結束充電后它們的反應時間。這種反應時間應盡可能短以防止蓄電池出現(xiàn)任何過熱現(xiàn)象。這些方法還有別的特點可靠、能重復及他們的造價。
最通常的方法利用蓄電池充電電壓的特性曲線。當蓄電池的電流滿，甚至有點過了時，其電壓在充電期間連續(xù)增加后稍有點下降。該壓降由電子控制電路來探測，然后由壓降來決定給蓄電池停止充電。
這種方法有兩個缺點首先，當電壓下降時，蓄電池已經充電稍過了，因此其溫度已開始上升。因此已有點晚，因為過熱是蓄電池老化的主要原因。充電越快情況越是如此。充電電流越高，過量充電越多，熱量越容易過高。第二，有些蓄電池有較小的明確壓降，因此它更難探測。
最近的方法在于不僅測量蓄電池的充電電壓還測試它的溫度并決定當溫度增加的速率超過了某個門檻值時就停止充電。在幾乎整個充電期間溫度都保持恒定，越到充電結束時溫度就開始以更快速度上升。用上述的溫度測試法，當溫度上升的速度比預先設定的快時就停止充電。
這種方法的一個缺點是，每個蓄電池都要一個溫度傳感器并在蓄電池和充電器連接線間又增加一、兩個觸點。而有時這樣做的造價是很高的。這種方法的第二個缺點是，溫度從電池的芯子傳到外殼再傳到溫度傳感器傳播的速度慢。換句話說，當充電停止了時，蓄電池已經有過熱的時間了。
與上面所述的快速充電法相反，所謂的慢速充電法也能用，所謂慢速充電法就是將一種相比其容量強度低的電流注入該蓄電池。例如，10mA的恒定電流可以永久地加給100mA小時的蓄電池而無損壞它的任何風險。對于更高的充電電流(屬于20mA到30mA級的)，可以給蓄電池充電的結束時間規(guī)定為一個時間函數(shù)，此時間是蓄電池已在充電器上的時間。
然而后一種解決辦法有一個明顯的缺點。如果人們只考慮從蓄電池放在充電器上所用的時間，則在人們把蓄電池拿走后馬上又放回充電器處時又得完全重新設置充電的時間界限。當電網(wǎng)出現(xiàn)瞬間中斷或充電器產生震動使充電器和蓄電池間的電接線發(fā)生瞬間中斷時都會出現(xiàn)同一問題。
本發(fā)明的目的是，通過給蓄電池提供充電控制的方法使蓄電池在發(fā)生過熱，因此過量充電前就停止充電而又不要復雜的和造價高的設備來克服上述問題和缺點。
因此本發(fā)明是將蓄電池的充電作為一種時間函數(shù)來控制的方法，所述時間是蓄電池在充電器上的時間，所述的蓄電池用于給計時功能電路和一個或多個輔助功能電路提供電力；本方法的特征在于它包含了以下步驟蓄電池在充電器上充電期間增加步進計數(shù)信號；當計數(shù)信號達到了以前設定的相應于所說的蓄電池標稱充電的最高值時，使該蓄電池停止充電；和蓄電池脫開充電器期間放電時，較小步進式計數(shù)信號；當僅用計時功能電路時，該計數(shù)信號減小第一步長和根據(jù)所用的輔助功能電路或其它功能按與第一步長不同的第二步長來減小計數(shù)信號，使得，如果計數(shù)信號到了0，將進行下一次充電直至所說的計數(shù)信號再次達到其最大值；而如果在該計數(shù)信號到達0前蓄電池被放回充電器，下次充電的期限將短些。
由于這些特性，本發(fā)明提供了一種控制蓄電池充電的方法，它讓蓄電池的充電足夠早地中斷以使所述的蓄電池在任何情況下都沒有過熱的時間；這樣做大大增加了它的使用壽命。再者，與現(xiàn)有技術相反，本發(fā)明不要求復雜而昂貴的電子設備，舉例來監(jiān)視充電電壓的演變情況或測試蓄電池的溫度；這樣就可以實現(xiàn)很大的節(jié)省。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)點，不僅計數(shù)蓄電池的充電時間，還計數(shù)蓄電池不在充電器上的期間，如果計數(shù)器到了0，才授權該蓄電池的全新充電。因此，如果，例如電源的網(wǎng)路發(fā)生了瞬間中斷，則不要將充電的界定時間完全重新設定，這樣做可避免使該蓄電池造成任何破壞性的過量充電。
按照本發(fā)明的另一個特性，計數(shù)信號達到其相應于蓄電池的標稱充電的最大值前不管蓄電池充電發(fā)生了什么中斷，所述的計數(shù)信號下降的幅度正是相同的輔助功能電路達到所述的最大值后應遵循的幅度。
反過來說，如果計數(shù)信號到達零前蓄電池被放回該充電器，則只有授權部分充電；因此所說的計數(shù)信號增長的幅度也和整個充電采用的一樣。
本發(fā)明還涉及作為蓄電池在充電器上的時間的函數(shù)控制蓄電池的充電設備；所說的蓄電池用于給計時功能電路和一個或多個輔助功能電路提供動力，該設備的特征在于它包含一個電子控制電路，在蓄電池在充電器上充電期間該電子控制電路增加步進式計數(shù)器，而當計數(shù)器的值達到相應于所述的蓄電池標稱充電的最大值時促使該蓄電池停止充電并在蓄電池不在充電器上的放電期間使步進式計數(shù)器減量；僅當使用計時功能電路時用第一步長減小步進式計數(shù)器，并根據(jù)所用的輔助功能電路用與第一步長不同的第二步長減小計數(shù)器，以便，如果該計數(shù)器到了0，由該電子控制電路進行下一次充電直至該計數(shù)器再次達到了其最大值；其中，如果該計數(shù)器達到0前充電器上的蓄電池被放回該充電器，該電子控制電路只授權該蓄電池的部分充電充電。
在閱讀了下面詳細說明的實施本發(fā)明的方法的舉例(該舉例是無限制意義的)及附圖后，本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點就會更清楚了，其中

圖1是按本發(fā)明實施該方法的電子控制電路原理圖；圖2是蓄電池按本發(fā)明的方法進行連續(xù)充/放電周期的圖形框圖；圖3是蓄電池充/放電周期的示意圖，其中遞減并達到0，此時該蓄電池的全新充電被授權，其步長是該蓄電池在使用時提供電流大小的函數(shù)；圖4是當該計數(shù)器達到0前蓄電池放回到充電器上時蓄電池充/放電周期的圖形；圖5是當?shù)皆撚嫈?shù)器達到相應于所述的蓄電池標稱充電的最大值CPTMAX前將蓄電池從充電器上卸下時蓄電池充/放電周期的圖形；和圖6舉例說明下面的情況蓄電池在該計數(shù)器達到了相應于蓄電池的最大充電的最大值CPTMAX后留在該充電器上，而其中定期授權該蓄電池的部分充電與以維持蓄電池的充電。
本發(fā)明從總的發(fā)明概念開始講起，該發(fā)明概念不僅計數(shù)蓄電池的充電時間，還倒計數(shù)蓄電池不在充電器上的期間，因此該蓄電池如果被從充電器上拿下后馬上又放回去，這并不完全重新設置充電的限定時間；這有利于該蓄電池避免出現(xiàn)任何過量充電。另外，該計數(shù)器的CPTMAX值(超過它蓄電池充電會被中斷)也可作為充電電流強度的函數(shù)來調整，因此蓄電池的標稱充電被達到而蓄電池沒有過熱的時間。
本發(fā)明將參考時鐘進行描述，該時鐘帶有大功率耗電的輔助設備(諸如，舉例，與天線有關的收發(fā)設備)，使得上述時鐘象電話一樣使用。然而，不用說本發(fā)明也能以類似的方式應用于包括時基和蓄電池的所有類型的便攜式設備，諸如攝像機、手提電話等等。
圖1示出了按本發(fā)明的蓄電池充電控制設備。該設備按總的數(shù)值標記l標作一個整體。它是一個便攜式系統(tǒng)，與給蓄電池4充電的充電器2進行電連接。在圖1所示的例子中，蓄電池4是感應充電的。為此，第1個線圈6構成充電器2的初級繞組，而放在蓄電池4的充電電路中的第2線圈8構成了所述的充電器2的次級繞組。因為蓄電池4用于手表，人們喜歡用感應式給它充電而不用電阻接觸式將它連到充電器2，以避免金屬觸點產生腐蝕問題并修改了表的密封方式。盡管如此仍將認為按本發(fā)明的方法可以實施而不管用于給蓄電池4充電的充電器是什么類型的。蓄電池4用直流電通過整流電路10整流后供給(整流電路10通過兩個線圈6和8間耦合的磁鐵整流)。蓄電池4轉而又給電子控制電路12及1個或多個輔助設備14(諸如，例如，與天線電連接的收發(fā)設備)供電以便能將表象電話那樣使用。
現(xiàn)在將詳細研討電子控制電路12的操作方式。按照本發(fā)明，電子控制電路由一個時鐘機構處理器構成，其中包括時基和增量計數(shù)器以便能夠計數(shù)蓄電池4的充/放電時間。由石英震蕩器16給時鐘機構處理器提供時基?？刂齐娐?2能控制模擬時間顯示18及，例如，液晶顯示設備20。
如圖1所示，充電控制信號VIN在整流電路10的輸出端拾取并通過電阻22和電容24加給控制電路12的輸入端。該充電控制信號VIN在ta時刻即當蓄電池4放在充電器2上并開始用直流電充電時置成1(圖2)。在控制信號VIN變?yōu)?時，控制電路12開始計數(shù)充電時間。而后計數(shù)信號CPT逐漸地由0增加到最大值CPTMAX這時充電時間到達了相應于蓄電池4的標稱充電的界限值tmax。計數(shù)信號增量的幅度作為注入蓄電池4的充電電流強度的函數(shù)來調節(jié)，因此蓄電池達到其標稱充電而又沒有過熱的時間。顯然，充電電流越大，計數(shù)信號CPT增長得就越快。
當計數(shù)信號達到其最大值CPTMAX時，通過將充電中斷信號VOUT置為1，控制電路12就使蓄電池4的充電工作停止。該中斷信號VOUT用于它指示打開的開關26之類的中斷裝置。因為開關26有打開蓄電池4的充電電路的作用。
當在最簡單的情況下，蓄電池4達到其標稱的充電tmax的瞬間后蓄電池4從充電器2處斷開短時間，充電控制信號VIN置成0，充電中斷信號VOUT仍為1，而控制電路12開始在蓄電池4不再在充電器2上的放電期間倒計數(shù)放電的時間。然后計數(shù)信號CPT逐漸從其最大值CPTMAX減至0。這時放電時間已達到t1值，往后控制電路12又授權蓄電池4整個充電。這使中斷信號VOUT變成0，致使蓄電池4的充電電路再次關閉而其新的充電工作得以進行。而后當蓄電池4放回到充電器2時，充電控制信號VIN置成1，控制電路12開始在蓄電池4在充電器2期間再給該計數(shù)器增量。
按本發(fā)明的特別有利的特性，從蓄電池4不再在充電器2上之時起該計數(shù)器的減量速度不是固定的，而是作為所述的蓄電池4供給的放電電流的一個函數(shù)來調節(jié)(圖3)。因此，如果蓄電池4只給表的計時功能電路供電(因為表的電耗很小)，則計數(shù)信號CPT減量的速度將是慢的，因此當計數(shù)信號CPT達到0而過后才可授權蓄電池4的新的整個充電的時間t′1將大大增加；即所述的蓄電池4的新的充電不會那么快就授與。反之，如果戴表人用例如電話的功能電路(該電路耗電多)多，則計數(shù)信號CPT減量的速度將會加快，因此當計數(shù)信號CPT達到0并在往后蓄電池4的新的整個充電將被授與的t1時間將會大大縮短。
按本發(fā)明的補充特性，計數(shù)信號CPT增量速度不同于同一計數(shù)信號CPT減量速度。
現(xiàn)在要審核在計數(shù)信號CPT到達0前的TA瞬間蓄電池4被放回充電器2的情況(圖4)，即控制電路12可授與所述的蓄電池4的新的整個充電前的TA瞬間蓄電池被放回充電器2的情況。在這種情況下，控制電路12授權蓄電池4部分充電。然后計數(shù)信號CPT逐漸從tA時有的CPTA值增至相應于蓄電池4的標稱充電的最大值CPTMAX。將會注意到，當蓄電池4放在充電器2上的時刻tA后計數(shù)信號CPT的正向梯度跟計數(shù)信號CPT達到其最大值CPTMAX前將要獲得的梯度是一樣的。
反之，可以假定蓄電池4是在計數(shù)信號CPT達到其最大值CPTMAX前，即蓄電池4達到其標稱充電前的tB時刻蓄電池4從充電器2卸下來的(圖5)。在這種情況下，計數(shù)信號CPT逐步從它在TB時有的CPTTB值減至0，這時放電時間達到TC值，過了TC后控制電路12又授權蓄電池4整個充電。人們將會注意到蓄電池4從充電器2卸下來的tB時刻后計數(shù)信號CPT的負向梯度和計數(shù)信號CPT達到了其最大值CPTMAX后為同一輔助功能電路得到的一樣。因此，在正常的充/放電周期情況下，達到tc時刻(這時授與新的整個充電)所需的時間比隔開tmax和t1時刻的時間短。要注意，在這種情況下，只要計數(shù)信號CPT沒有達到相應于蓄電池4的標稱充電的最大值CPTMAX，則充電中斷信號VOUT在0時維持恒定。
最后，將考慮在計數(shù)信號CPT達到了相應于所述的蓄電池4的標稱充電的最大值CPTMAX后蓄電池4留在充電器2上的情況(圖6)。在計數(shù)信號CPT到達其最大值CPTMAX時，充電中斷信號VOUT置成1，蓄電池4不再被提供電流。在這種情況下，計數(shù)信號CPT逐漸從它在tmax時候具有的CPTMAX值減至它在tD時達到的CPTD值。在tD時刻，蓄電池4的部分充電再次被授與并將充電中斷信號VOUT置成0。注意，計數(shù)信號CPT的負梯度是低的并確定的，考慮到蓄電池4的自身放電和一旦自身放電時允許的最小值tD被達到了就授與新的充電以維持蓄電池4的充電。
不用說各種變化和修改都屬本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種控制蓄電池(4)充電的方法，作為在所述的蓄電池(4)在充電器(2)上的時間的函數(shù)；所說的蓄電池(4)用于給計時功能電路和一個或多個輔助功能電路(14)提供電力，其特征在于它包含下列步驟蓄電池(4)在充電器(2)上充電期間增加計數(shù)信號(CPT)；當計數(shù)信號(CPT)達到了以前確定的相應于所述的蓄電池(4)的標稱充電的最大值(CPTMAX)時，使蓄電池(4)停止充電；和蓄電池(4)不在充電器(2)的放電期間減小計數(shù)信號(CPT)；當僅用計時功能電路時計數(shù)信號(CPT)減小第一步長，根據(jù)所用的輔助功能電路(14)用與第一步長不同的第二步長減小計數(shù)信號，使得，如果計數(shù)信號(CPT)達到0，進行下一次充電直至所述的計數(shù)信號(CPT)再次達到了其最大值(CPTMAX)，反之如果在計數(shù)信號(CPT)達到0前將蓄電池(4)放回充電器(2)，則下一次充電的期間就將進行得短些。
2.如權利要求1的方法，其特征在于計數(shù)信號(CPT)達到了其相應于蓄電池(4)的標稱值的最大值(CPTMAX)前蓄電池(4)的充電不管發(fā)生了何種中斷，計數(shù)信號(CPT)減量的幅度是同一輔助功能電路(14)達到了其最大值(CPTMAX)后應遵循的。
3.如權利要求1或2的方法，其特征在于計數(shù)信號(CPT)到達0前如果蓄電池(4)放回到充電器(2)上，則只授權部分充電，且計數(shù)信號(CPT)的減量幅度和整個充電將使用的幅度一樣。
4.如權利要求1-3的任一個的方法，其特征在于，計數(shù)信號(CPT)的增量速度與同一計數(shù)信號(CPT)的減量速度不同。
5.如權利要求1-4的任一個的方法，其特點在于計數(shù)信號(CPT)的最大值(CPTMAX)作為注入蓄電池(4)的充電電流強度函數(shù)來被調節(jié)。
6.如權利要求1-5的任一個的方法，其特征在于如果計數(shù)信號(CPT)達到了其相應于所述的蓄電池(4)的標稱充電的最大值(CPTMAX)后蓄電池(4)仍留在充電器(2)上，則考慮到蓄電池(4)有自我放電電流可確定計數(shù)信號(CPT)的負梯度，而一旦達到計數(shù)信號(CPT)接受的最低值(CPTD)，為維持蓄電池(4)的充電要授權新的充電。
7.一種將蓄電池(4)的充電作為蓄電池(4)在充電器(2)上的時間的函數(shù)以控制蓄電池的充電的設備，所述的蓄電池(4)用于給計時功能電路和一個或多個輔助功能電路(14)提供電力，該設備的特征在于，它包含一個電子控制電路(12)，該電子控制電路在蓄電池(4)在充電器(2)上充電期間增加步進式計數(shù)器，當該計數(shù)器達到了其相應于所述的蓄電池(4)的標稱充電的最大值(CPTMAX)時使蓄電池(4)停止充電并在該蓄電池(4)不在充電器(2)上的放電期間減小步進式計數(shù)器；當僅用計時功能電路時用第一步長減小計數(shù)器，根據(jù)所用的輔助功能電路(14)用與第一步長不同的第二步長減小，以便，如果該計數(shù)器達到0時，將由電子控制電路(12)進行下一次充電直至該計數(shù)器再次達到了其最大值(CPTMAX)，而如果蓄電池(4)在該計數(shù)器達到了0前就放回充電器(2)上，則電子控制電路(12)只進行該蓄電池的部分充電。
8.如權利要求7的設備，其特征在于，當表示蓄電池(4)放在充電器(2)上的充電控制信號(VIN)施加到電子控制電路時，該電子控制電路(12)開始給該計數(shù)器增量；還在于，所述的電子控制電路(12)在電流達到了相應于所說的蓄電池(4)的標稱充電的最大值(CPTMAX)時，產生一個充電中斷信號(VOUT)，在該信號的作用下蓄電池(4)的充電工作中斷。
9.如權利要求8的設備，其特征在于，充電中斷信號(VOUT)控制中斷裝置的打開。
10.如權利要求9的設備，其特征在于，該中斷裝置包含一個開關(26)。
11.如權利要求7-10的任何一個的設備，其特征在于該電子控制電路(12)是一個時鐘機構處理器。
12.如權利要求11的設備，其特征在于，該時鐘機構處理器包含一個時基和增量計數(shù)器。
13.如權利要求12的設備，其特征在于該時基由石英震蕩器提供。
全文摘要
一種控制充電的方法,作為蓄電池在充電器上的時間的函數(shù);所述的蓄電池給計時功能電路和輔助功能電路提供電力;其特征在于下列步驟:蓄電池在充電器上充電期間給步進計數(shù)信號增量;當計數(shù)信號達到了以前確定的,相應于所述的蓄電池的標稱充電的最大值時使蓄電池停止充電;和蓄電池不在充電器的放電期間給步進式計數(shù)信號減量,當只用計時功能電路時按第一幅度減小計數(shù)信號,并根據(jù)所用的輔助功能電路,用第二幅度減小該計數(shù)信號。
文檔編號H02J7/00GK1277477SQ0011831
公開日2000年12月20日 申請日期2000年6月12日 優(yōu)先權日1999年6月11日
發(fā)明者J·C·馬丁, J·C·關特爾 申請人:阿蘇拉布股份有限公司