專利名稱：用于為電池組充電的充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括二次電池如鋰離子二次電池的電池組、 一種用于 為所述電池組充電的充電裝置、以及一種包括所述用于為所述電池組充電 的充電裝置的充電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，無線的電動工具使用具有充電裝置的可充電二次電池組作為電
源。鋰離子(Li-ion)電池芯普遍地用于構(gòu)成這種二次電池組。用于鋰離 子型電池組的充電裝置通常在恒定充電電流和恒定充電電壓下對電池組 充電。特別地，為了避免對每個電池芯反向充電，充電裝置先以恒定充電 電流對電池組充電，直到電池電壓達到預(yù)定值，例如4.2V/電池芯，然后 在恒定充電電壓下充電，直到流過電池組的電流因充滿而降低到預(yù)定值以 下。
由這種充電裝置充電的電池組有兩種類型第一類型電池組和第二類 型電池組。第一類型電池組是具有14.4V標稱電壓的4S1P型電池組，其 中四個電池芯串聯(lián)。第二類型電池組是具有14.4V標稱電壓的4S2P型電 池組，其中一對電池芯并聯(lián)，并且四對并聯(lián)的電池芯串聯(lián)。每個電池組通 常具有識別電阻，用來識別電池組中電池芯的配置形式。
如果一個充電裝置選擇性地對上述兩種不同類型的電池組充電，并為 每個電池組提供相同大小的充電電流，那么流經(jīng)4S1P型每個電池芯的電 流是流經(jīng)4S2P型每個電池芯的電流的兩倍。與4S2P型的使用壽命相比， 這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致4S1P型的使用壽命縮短。
充電裝置具有用來檢測電池組的識別電阻以確定其類型的單元。當具 有14.4V標稱電壓的第一電池組(其包括四個串聯(lián)的電池芯)包括電阻值 為a的電阻，且具有18V標稱電壓的第二電池組(其包括五個串聯(lián)的電池芯)包括電阻值為b的電阻時，充電裝置的微型計算機檢測參考電壓在電 阻a或b和充電裝置的內(nèi)部電阻w上產(chǎn)生的分壓，然后確定與充電裝置連
接的是第一還是第二電池組。
如上所述，每個電池組都包括具有特定電阻值的識別電阻。然而，如 果充電裝置錯誤地確定識別電阻的阻值，充電裝置將向電池組提供不適當 的電流，從而不利地影響電池組的使用壽命。
本發(fā)明的目的是提供一種充電系統(tǒng)，其中充電裝置適于根據(jù)電池組的 類型向電池組提供充電電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電池組，其具有電池芯、以及一個或多個用來識別電 池芯的配置形式的識別元件。
本發(fā)明還提供一種充電裝置，其具有充電單元、信號傳輸單元、讀取 單元、以及控制單元。充電單元對電池組充電。當電池組連接到充電單元 時，信號傳輸單元分別地向電池組傳輸?shù)谝恍盘柡偷诙盘栆宰x取電池組 中的多個識別元件。讀取單元根據(jù)第一和第二信號讀取電池組中的多個識 別元件，以便確定包含在電池組中的電池芯的配置形式?？刂茊卧鶕?jù)電 池芯的配置形式控制充電單元。
此外，本發(fā)明可應(yīng)用于包括根據(jù)本發(fā)明的電池組和充電裝置的充電系 統(tǒng)。在此情況下，充電系統(tǒng)表現(xiàn)出與本發(fā)明的電池組和充電裝置相類似的 優(yōu)點。


通過以下描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的特征和優(yōu)點以及其它目的將變得
明顯，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的充電裝置的電路圖2是顯示了使用圖1所示的充電裝置對電池組充電的過程的流程
圖3A至3D顯示了輸入到微型計算機的分壓，其依賴于電池組的配 置，并用以確定電池組的配置；以及
5圖4是根據(jù)本發(fā)明用來對電池組充電的充電裝置的電路圖。
具體實施例方式
以下描述將解釋根據(jù)本發(fā)明實施例的充電系統(tǒng)200，參見圖1和2。 圖l顯示了充電系統(tǒng)200的電路圖，充電系統(tǒng)200包括以交流電源P供電 并對電池組2充電的充電裝置1。
充電裝置1可以對不同類型電池組的任何一種充電。在該實施例中， 電池組2包括第一類型電池組2和第二類型電池組2，其電池芯2a具有不 同的配置形式。電池芯2a的配置形式是指串聯(lián)的電池芯的數(shù)量和電池芯 在電池組中的連接方式串聯(lián)或并聯(lián)、多少個電池芯串聯(lián)、以及多少個電 池芯并聯(lián)。第一和第二類型電池芯2a分別包括單個電池芯2a或多個電池 芯2a，并具有正極端子和負極端子。電池芯2a由鋰離子(Li-ion) 二次電 池構(gòu)成。電池組2還包括保護IC2b，其用來監(jiān)視施加在每個電池芯2a上 的充電電壓，并且在檢測到電池芯2a過充電或過放電時產(chǎn)生一個信號。
第一類型電池組包括單個電池芯2a或串聯(lián)的多個電池芯2a，即所謂 的1P型電池組。 一個例子是具有14.4V標稱電壓的4S1P電池組。4S1P 電池組包括四個串聯(lián)的電池芯2a。
第二類型電池組包括單個電池單元或串聯(lián)的多個電池單元，每個電池 單元包括兩個并聯(lián)的電池芯2a。第二類型電池組是所謂的2P型電池組。 一個例子是具有14.4V標稱電壓且包括八個電池芯2a的4S2P電池組，其 中兩個電池芯2a并聯(lián)連接以形成一個電池單元，四個電池單元再串聯(lián)連 接。第二類型電池組2中的每個電池單元可以由多于兩個的電池芯2a并 聯(lián)構(gòu)成。如上所述，第二類型電池組包括多-P類型電池組(多是指大于l 的整數(shù))。例如，4S3P電池組包括十二個電池芯2a，其中每三個電池芯2a 并聯(lián)連接以形成一個電池單元，四個電池單元再串聯(lián)連接。
電池組2還包括電池類型識別元件7、熱敏元件8、以及開關(guān)部分120。 電池類型識別元件7表示電池組2中電池芯2a的配置形式。特別地，電 池類型識別元件7表示電池組2中電池芯2a的數(shù)量和它們的連接方式如 串聯(lián)和/或并聯(lián)。電池類型識別元件7包括串聯(lián)連接的第一電池識別電阻 7a和第二電池識別電阻7b。第一電池識別電阻7a識別串聯(lián)連接的電池芯
62a的數(shù)量，用于充電裝置1確定在電池組2中有多少個電池芯2a串聯(lián)連 接。第二電池識別電阻7b識別電池芯2a的配置形式。當?shù)诙娮?b可 操作地與第一電阻7a串聯(lián)連接時，第二電池識別電阻7b用于確定電池芯 2a的配置形式，簡單串聯(lián)或并聯(lián)。特別地，第二電池識別電阻7b識別電 池組2的配置形式，例如簡單串聯(lián)或并聯(lián)。在本實施例中，簡單串聯(lián)是指 多個電池芯2a串聯(lián)連接，而不包括任何并聯(lián)的電池芯2a。
熱敏元件8是靠近或在電池芯2a之上設(shè)置的熱敏電阻，用來檢測電 池組2中的溫度。周圍所提供的電阻2c、 2d、 2e、 2f以及FETs2g、 2h用 來與熱敏元件8—同工作。
開關(guān)部分120包括FET 121和電阻122和123，并連接到第一和第二 電池識別電阻7a和7b之間的節(jié)點。FET 121由充電裝置1所提供的控制 信號控制。在正常操作中，開關(guān)部分120接收來自充電裝置1的輸入電壓 Vcc并且保護IC 2b不產(chǎn)生任何信號，從而輸入電壓Vcc施加到FET 2g 和2h的柵極以接通FET2h。
另一方面，如果電池芯2a發(fā)生過放電，保護IC2b生成LOW (低電 平)信號以斷開FET 2h并接通FET 2f。相應(yīng)地，電池組2向充電裝置1 輸出電壓Vcc而不是與電池組2的溫度相關(guān)的電壓，以通知充電裝置l電 池芯2a發(fā)生了過放電。
充電裝置1具有電流檢測單元3、充電控制信號傳輸單元4、充電電 流信號傳輸單元5、整流平滑電路6、電池類型判決電阻9、整流平滑電路 10、開關(guān)電路20、整流平滑電路30、電源40、微型計算機50、充電電流 控制電路60、充電電流設(shè)置單元70、電池溫度檢測單元80、電池電壓檢 測單元90、充電電壓控制單元IOO、顯示單元130、以及開關(guān)單元140。
電流檢測單元3為電阻，檢測該電阻上的電壓以獲得流經(jīng)電池組2的 充電電流。
整流平滑電路10包括全波整流電路11和平滑電容12。全波整流電路 11對來自交流電源P的交流電進行整流，平滑電容12平滑全波整流電路 11的直流輸出。
開關(guān)電路20包括具有初級線圈和次級線圈的高頻變壓器21、與初級 線圈串聯(lián)的MOSFET (開關(guān)元件)22、以及PWM控制IC (開關(guān)控制IC)23。
驅(qū)動PWM控制IC23的電源來自整流平滑電路(直流電源)6。整流 平滑電路6包括變壓器6a、整流二極管6b、以及平滑電容6c，并將電力 由電源40傳遞給PWM控制IC 23 。 PWM控制IC 23通過由光電耦合器構(gòu) 成的充電電流信號傳輸單元5接收來自充電電流控制電路60的充電電壓 控制信號和充電電流控制信號。PWM控制IC 23通過由光電耦合器構(gòu)成 的充電控制信號傳輸單元4接收來自微型計算機50的開始信號和停止信 號，以便控制電池組2充電的開始和停止。PWM控制IC 23改變施加到 MOSFET22的柵極上的驅(qū)動脈寬，以便調(diào)整輸出到整流平滑電路30的輸 出電壓和改變流經(jīng)電池組2的充電電流。
整流平滑電路30包括與變壓器21的次級線圈連接的二極管31、平滑 電容32、以及放電電阻33。 二極管31對來自開關(guān)電路20的交流電進行 整流，平滑電容32平滑二極管31的直流輸出。
判決電阻9與識別元件7—起對參考電壓(穩(wěn)定的直流電壓)Vcc分 壓。該分壓作為顯示電池組2中電池芯2a的數(shù)量和它們的配置形式的電 池芯配置信息輸出。
電源40包括變壓器41a至41c、開關(guān)元件42、控制元件43、整流二 極管44、三端穩(wěn)壓器46、連接到穩(wěn)壓器46的輸入端的平滑電容45、連接 到穩(wěn)壓器46的輸出端的平滑電容47、以及復(fù)位IC48，并將電力提供給微 型計算機50和整流平滑電路6。當商用電源P向充電裝置1供電時，復(fù)位 IC48向微型計算機50的復(fù)位端口 53輸出復(fù)位信號。
微型計算機50包括輸出端口 51a和51b、 A/D輸入端口52、以及復(fù) 位端口 53。微型計算機50還包括中央處理單元(CPU)、用來存儲CPU 的控制程序和與電池組2的類型相關(guān)的數(shù)據(jù)的只讀存儲器(ROM)、用作 CPU的工作區(qū)和數(shù)據(jù)的臨時存儲區(qū)的隨機存取存儲器(RAM)、以及時鐘。 從判決電阻9輸出的電池芯配置信息、從電池溫度檢測單元80輸出的電 池溫度信息、從電池電壓檢測單元90輸出的電池電壓信息、以及通過電 流檢測單元3檢測到的電壓輸入到A/D端口 52。因此，微型計算機50確 定電池溫度和電池電壓。微型計算機50生成控制信號給電源40和充電電 流控制電路60，并由輸出端口 51a向充電控制信號傳輸單元4和顯示單元130輸出控制信號和充電狀態(tài)信號。
微型計算機50根據(jù)電池芯配置信息確定電池組2中串聯(lián)電池芯的配 置形式和數(shù)量，并由輸出端口 51b向充電電壓控制單元100輸出與串聯(lián)電 池芯的數(shù)量相對應(yīng)的充電電壓控制信號。微型計算機50根據(jù)電池芯配置 信息向充電電流設(shè)置單元70輸出充電電流控制信號。微型計算機50輸出 控制信號以接通/斷開開關(guān)單元140中的FET 141。復(fù)位端口53接收來自 復(fù)位IC 48的復(fù)位信號。
充電電流控制電路60包括具有運算放大器(op-amps) 61和65的運 算放大器電路、運算放大器61和65的輸入電阻62和64和反饋電阻63 和66、 二極管68、以及限流電阻67。運算放大器61的反相輸入端連接到 電流檢測單元3。運算放大器65的非反相輸入端連接到充電電流設(shè)置單元 70。充電電流控制電路60的輸出端經(jīng)由充電電流信號傳輸單元5連接到 PWM控制IC 23。充電電流控制電路60根據(jù)電流檢測單元3檢測到的充 電電流(電壓)和充電電流設(shè)置單元70輸出的參考值輸出電流控制信號。 運算放大器61的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器52以監(jiān)測充電電流，從而微型 計算機50確定電池組2充滿時充電電流的減少。
充電電流設(shè)置單元70根據(jù)電池組2的類型設(shè)置流經(jīng)電池組2的充電 電流的大小。充電電流設(shè)置單元70包括串聯(lián)連接在參考電壓Vcc和地之 間的電阻71和72。充電電流設(shè)置單元70還包括可與電阻72并聯(lián)連接的 電阻73。參考電壓Vcc被電阻71和72分壓，并且該分壓作為設(shè)置充電 電流的參考值輸出。電阻73與電阻72并聯(lián)連接，根據(jù)電池組2的類型， 以便充電電流設(shè)置單元70改變充電電流的大小。
例如，如果微型計算機50未生成控制信號而只有電阻72被選中與電 阻71串聯(lián)連接，微型計算機50設(shè)置流經(jīng)電池組2的第一充電電流I,。如 果微型計算機50生成LOW信號以控制電阻73被選中與電阻72并聯(lián)并且 電阻71與并聯(lián)的電阻72和73連接，微型計算機50設(shè)置流經(jīng)電池組2的 第二充電電流12。在這種情況下，微型計算機50設(shè)置的第一充電電流大 于第二充電電流。
在充電電流控制電路60中，電阻62和63以及運算放大器61反相并 放大電流檢測單元3上的電壓。運算放大器65對運算放大器61的輸出和與充電電流設(shè)置單元70設(shè)置的充電電流值相對應(yīng)的設(shè)置電壓之間的差值
進行放大。充電電流控制電路60的輸出經(jīng)由充電電流信號傳輸單元5提 供給PWM控制IC 23以控制MOSFET 22的開關(guān)操作。換句話說，電流檢 測單元3、充電電流控制電路60、充電電流信號傳輸單元5、開關(guān)電路20、 以及整流平滑電路30將流經(jīng)電池組2的實際充電電流調(diào)整至充電電流設(shè) 置單元70設(shè)置的充電電流。
電池溫度檢測單元80包括串聯(lián)連接在參考電壓Vcc和地之間的電阻 81和82(分壓電路)。當FET2h接通時，參考電壓Vcc被電阻81和熱敏 元件8與電阻82的合成電阻分壓。該代表熱敏元件8的電阻溫度變化的 分壓作為電池溫度信息輸出給微型計算機50的A/D轉(zhuǎn)換器52。
電池電壓檢測單元90包括電阻91和92，并與電池組2的正極端子連 接。電池電壓被電阻91和92分壓，該分壓作為電池電壓信息輸出給微型 計算機50的A/D轉(zhuǎn)換器52。
充電電壓控制單元100控制施加在電池組2上的充電電壓，包括電阻 101、 105、 106、 107、 108和109、分壓器102、電容器104、旁路穩(wěn)壓器 110、整流二極管lll、以及FET112。充電電壓以這樣的方式來確定，即 由電阻101和分壓器102的串聯(lián)電阻、電阻105和/或106、電阻109的分 壓變得等于旁路穩(wěn)壓器110的參考電壓。例如，由電阻101和分壓器102 的串聯(lián)電阻、以及電阻105定義的充電電壓用來對具有四個串聯(lián)電池芯的 電池組2進行充電。并且，由電阻101和分壓器102的串聯(lián)電阻、以及電 阻105和106的并聯(lián)電阻定義的充電電壓用來對具有五個串聯(lián)電池芯的電 池組2進行充電。在后一情形中，F(xiàn)ET112接通。
顯示單元130指示電池組2的充電狀態(tài)，包括LED 131、電阻132和 133。 LED 131包括綠色發(fā)光二極管G和紅色發(fā)光二極管R。當輸出端口 51a輸出的充電狀態(tài)信號經(jīng)電阻132輸入至紅色發(fā)光二極管R時，紅色發(fā) 光二極管R點亮發(fā)出紅色光，顯示電池組2等待充電。當充電狀態(tài)信號經(jīng) 電阻133輸入至綠色發(fā)光二極管G時，綠色發(fā)光二極管G點亮發(fā)出綠色 光，顯示電池組2完成充電。此外，當充電狀態(tài)信號同時經(jīng)電阻133輸入 至綠色發(fā)光二極管G和經(jīng)電阻132輸入至紅色發(fā)光二極管R時，LED 131 發(fā)出橙色光，顯示電池組2正在充電。該實施例中，LED131在充電之前發(fā)出紅色光、在充電過程中發(fā)出橙色光、以及在充電完成后發(fā)出綠色光。
開關(guān)單元140包括FET141和電阻142、 143,用來控制電池組2中的 FET121。 FET141由來自微型計算機50的控制信號控制。當接收到來自 微型計算機50的LOW信號時，F(xiàn)ET 141接通以使參考電壓Vcc施加到電 池組2中FET121的柵極。當FET121接通時，參考電壓Vcc被判決電阻 9和第一電池識別電阻7a分壓，并且微型計算機50檢測該分壓。另一方 面，當FET121斷開時，參考電壓Vcc被判決電阻9和第一、第二電池識 別電阻7a、 7b的串聯(lián)電阻分壓，并且微型計算機50檢測該分壓。
參見圖2，將描述根據(jù)本發(fā)明的充電系統(tǒng)200中的充電裝置1對電池 組2進行充電的充電控制過程。
在本實施例中，充電裝置1具有對第一類型電池組2如4S1P和5S1P 型、以及對第二類型電池組2如4S2P和5S2P型進行充電的能力。4S1P 型電池組2具有四個串聯(lián)的電池芯2a、電阻值為"a"的第一電池識別電阻 7a、以及電阻值為"c"的第二電池識別電阻7b。配置形式為串聯(lián)。4S2P型 電池組2具有八個電池芯2a和電阻值為"a"的第一電池識別電阻7a。 4S2P 型沒有第二電池識別電阻7b。在4S2P型中，兩個電池芯2a并聯(lián)連接成一 個電池單元，四個電池單元串聯(lián)連接成電池組2。相應(yīng)地，配置形式為并 聯(lián)。
5S1P型電池組2具有五個串聯(lián)的電池芯2a、電阻值為"b"的第一電池 識別電阻7a、以及電阻值為"d"的第二電池識別電阻7b。配置形式為串聯(lián)。 5S2P型電池組2具有十個電池芯2a和電阻值為"d"的第一電池識別電阻 7a。 5S2P型沒有第二電池識別電阻7b。在4S2P型中，兩個電池芯2a并 聯(lián)連接成一個電池單元，四個電池單元串聯(lián)連接成電池組2。相應(yīng)地，配 置形式為并聯(lián)。在上述情形中，電阻a小于電阻b，并且電阻(a+c)之和 等于電阻(b+d)之和。
在步驟201，當加電時微型計算機50初始化輸出端口 51a和51b。從 而顯示單元130顯示電流條件為等待充電。在本實施例中，微型計算機50 從輸出端口 51a輸出HIGH (高電平)信號，經(jīng)電阻133至顯示單元130， 從而顯示單元130點亮發(fā)出紅色光，顯示充電裝置1等待充電。
在步驟202，在電池組接入充電裝置1中之前，微型計算機50從輸出
ii端口 51b輸出LOW信號，經(jīng)電阻142至開關(guān)單元140以接通FET 141。 由于FET141導(dǎo)通，參考電壓Vcc準備好施加到電池組2。
在步驟203，微型計算機50判斷電池組2是否已經(jīng)接入到充電裝置1 中。如果微型計算機50檢測到接收電池溫度檢測單元80的輸出信號的 A/D端口 52出現(xiàn)電壓變化，則微型計算機50確定電池組己經(jīng)接入到充電 裝置l中。
在步驟204，微型計算機50根據(jù)從判決電阻9輸入到A/D端口 52的 電壓，在時間to判斷電池組2中有多少個電池芯2a串聯(lián)。在此情況下， 由于FET141導(dǎo)通，參考電壓Vcc施加到電池組2中FET121的柵極以接 通FET121。因此，參考電壓Vcc施加到串聯(lián)的第一電池識別電阻7a和判 決電阻9的兩端。
基于第一電池識別電阻7a和判決電阻9之間的電阻值比，對電壓Vcc 分壓獲得的電壓輸入到微型計算機50的A/D端口 52。例如，假定判決電 阻9的阻值為w。如果電池組2具有四個串聯(lián)的電池芯，電壓Vccxa/(a+w) 輸入到A/D端口52，如圖3A或3B所示。如果電池組具有五個串聯(lián)的電 池芯，電壓Vccxb/(b+w)輸入到A/D端口 52，如圖3C或3D所示。從而， 輸入到A/D端口 52的電壓根據(jù)串聯(lián)的電池芯2a的數(shù)量改變，以便微型計 算機50基于A/D端口 52處的電勢差A(yù)V!判斷接入到充電裝置1中的電池 組2是否具有四個串聯(lián)電池芯2a。
如果微型計算機50在步驟204確定了電池組2具有四個串聯(lián)電池芯 2a(圖3A和3B)，則過程轉(zhuǎn)到步驟205，其中微型計算機50在時間t，斷 開FET 141。微型計算機50通過其輸出端口 51b輸出HIGH信號經(jīng)電阻 142至開關(guān)單元140而斷開FET 141。在步驟206，微型計算機50確定電 池組2的類型，是第一類型1P還是第二類型2P。下面將描述微型計算機 50如何在步驟206確定電池組的類型。
由于FET 141在步驟205斷開，F(xiàn)ET 121也在時間t！斷開。當FET 121 斷開時，如果電池組2包括第二電池識別電阻7b，第二電池識別電阻7b 將可操作地與第一電池識別電阻7a串聯(lián)。因此，如果電池組2具有第二 電池識別電阻7b，對電壓Vcc分壓獲得的電壓基于判決電阻9的電阻值 與電池識別電阻7a和7b的串聯(lián)電阻值的比值改變，并輸入到微型計算機50的A/D端口 52，如圖3B所示。在本實施例中，如果電池組2是第一 類型4S1P，由于存在第二電池識別電阻7b，分壓由Vccxa/(a+w)變?yōu)?Vccx(a+c)/((a+c)+w)并輸入到A/D端口 52，如圖3B所示。如果電池組2 是第二類型，輸入到A/D端口 52的電壓Vccxa/(a+w)不變，如圖3A所示。 這是因為第二類型4S2P沒有第二電池識別電阻7b。微型計算機50根據(jù) A/D端口 52處的電勢差A(yù)V2判斷電池組2是第一類型還是第二類型。
如果微型計算機50確定了電池組2是第二類型(步驟206為"是")， 則微型計算機50在步驟207判定電池組2為4S2P型。在步驟208，微型 計算機50設(shè)定對4S2P型電池組2充電的充電電壓，然后斷開FET 112以 設(shè)置4S2P型的充電電壓。例如，采用16.8V電壓作為對4S2P型電池組2 充電的充電電壓。在步驟209，微型計算機50將充電電流設(shè)置為I1。為了 將充電電流設(shè)置為Il，微型計算機50不從輸出端口 51b輸出信號，以使 電阻73不被可操作地電連接到串聯(lián)電阻71和72。相應(yīng)地，例如將充電電 流II設(shè)定為7.5A。
如果微型計算機50在步驟206確定了電池組2不是第二類型，則微 型計算機50在步驟210判定電池組2為4S1P型。在步驟211，微型計算 機50設(shè)定4S1P型電池組2的充電電壓。微型計算機50斷開FET 112以 設(shè)置4S1P型的充電電壓。例如，采用16.8V電壓作為對4S1P型充電的充 電電壓。在步驟212，微型計算機50將充電電流設(shè)置為I2 (12<11)。為了 將充電電流設(shè)置為12，微型計算機50從輸出端口 51b輸出LOW信號， 以使電阻73可操作地與電阻72并聯(lián)連接。相應(yīng)地，例如采用3.75A充電 電流作為電流值I2。
另一方面，如果微型計算機50在步驟204確定了電池組2中不是四 個電池芯2a串聯(lián)，換句話說，如果微型計算機50確定了電池組2具有五 個串聯(lián)電池芯2a，即為5S型。微型計算機50在步驟213時間t,斷開FET 141。為了斷開FET141，微型計算機50從輸出端口 51b輸出HIGH信號 經(jīng)電阻142至開關(guān)單元140。
在步驟214，微型計算機50確定電池組2是否為5S2P型。下面給出 微型計算機50如何在步驟214確定電池組2的類型。
由于FET 141在步驟213斷開，F(xiàn)ET 121也在時間t,斷開。當FET 121
13斷開時，如果電池組2包括第二電池識別電阻7b，第二電池識別電阻7b 可操作地與第一電池識別電阻7a串聯(lián)。因此，如果電池組2具有第二電 池識別電阻7b，對電壓Vcc分壓獲得的電壓基于判決電阻9的電阻值與 電池識別電阻7a和7b的串聯(lián)電阻值的比值改變，并輸入到微型計算機50 的A/D端口52，如圖3D所示。在本實施例中，如果電池組2是第一類型 5S1P，由于存在第二電池識別電阻7b，分壓由Vccxb/(b+w)變?yōu)?Vccx(b+d)/((b+d)+w)并輸入到A/D端口 52，如圖3D所示。如果電池組2 是第二類型，輸入到A/D端口 52的電壓Vccxb/(b+w)不變，如圖3C所示。 這是因為第二類型5S2P沒有第二電池識別電阻7b。微型計算機50根據(jù) A/D端口 52處的電勢差A(yù)V3判斷電池組2是第一類型還是第二類型。
如果微型計算機50確定了電池組2是第二類型(步驟214為"是")， 則微型計算機50在步驟215判定電池組2為5S2P型。在步驟216，微型 計算機50設(shè)定對5S2P型電池組2充電的充電電壓，然后接通FET 112以 設(shè)置5S2P型的充電電壓。例如，采用21V電壓作為對第二類型電池組2 充電的充電電壓。在步驟217，微型計算機50將充電電流設(shè)置為I1。為了 將充電電流設(shè)置為Il，微型計算機50不從輸出端口 51b輸出信號，以使 電阻73不被可操作地連接到串聯(lián)電阻71和72。相應(yīng)地，例如將充電電流 II設(shè)定為7.5A。
如果微型計算機50在步驟214確定了電池組2不是第二類型，則微 型計算機50在步驟218判定電池組2為5S1P型。在步驟219，微型計算 機50設(shè)定5S1P型電池組2的充電電壓。微型計算機50接通FET 112以 設(shè)置5S1P型的充電電壓。例如，采用21V電壓作為對5S1P型充電的充 電電壓。在步驟220，微型計算機50將充電電流設(shè)置為I2 (12<11)。為了 將充電電流設(shè)置為12，微型計算機50從輸出端口 51b輸出LOW信號， 以使電阻73可操作地與電阻72并聯(lián)電連接。相應(yīng)地，例如采用3.75A充 電電流作為電流值I2。
微型計算機50如上所述設(shè)置充電電壓和充電電流后，在步驟221，微 型計算機50從輸出端口 51b輸出LOW信號經(jīng)電阻142至開關(guān)單元140， 從而在時間t2再次接通FET 141 。
在步驟222，微型計算機50從輸出端口 51a輸出L0W信號經(jīng)充電控制信號傳輸單元4至PWM控制IC 23，從而開始對電池組2充電。在步 驟223，在充電裝置l對電池組2進行充電的過程中，顯示單元130中的 LED131點亮發(fā)出橙色光，以顯示電池組2處于充電過程中。換句話說， 微型計算機50從輸出端口 51a輸出HIGH信號經(jīng)電阻132和133至顯示 單元130，從而顯示單元130點亮發(fā)出橙色光，以顯示充電狀態(tài)。
在步驟224，在充電裝置l對電池組2進行充電的過程中，微型計算 機50確定電池組2是否是第二類型。在步驟206或步驟214已經(jīng)確定了 電池組2的類型。如果微型計算機50確定了電池組2為第二類型，微型 計算機50在步驟225判斷實際充電電流是否等于或小于13(13<11)。例如， 假定采用3A的電流作為電流值13。在本實施例中，充電裝置1在恒定電 流和恒定電壓充電控制下對電池組2進行充電。當充電電壓達到預(yù)定值時， 微型計算機50開始減小充電電流。此后，當充電電流達到小于預(yù)定值的 另一預(yù)定值時，微型計算機50判定電池組2已經(jīng)充滿。如果微型計算機 50已經(jīng)在步驟225確定充電電流等于或小于I3，微型計算機50判定電池 組2已經(jīng)充滿。為了停止充電，微型計算機50從輸出端口 51a輸出HIGH 信號經(jīng)光電耦合器4至PWM控制IC 23，從而停止PWM控制IC 23的工 作。注意電流值I3可以根據(jù)電池組2的電池芯配置形式調(diào)整或改變。
如果微型計算機50在步驟224確定電池組2不是第二類型，微型計 算機50在步驟226判斷充電電流是否等于或小于I4 (14<12)。例如，假定 采用1.5A的電流作為電流值I4。注意電流值I4可以根據(jù)電池組2的電池 芯配置形式調(diào)整或改變。在本實施例中，充電裝置l在恒定電流和恒定電 壓充電控制下對電池組2進行充電。當充電電壓達到預(yù)定值時，微型計算 機50開始減小充電電流。此后，當充電電流達到小于預(yù)定值的另一預(yù)定 值時，微型計算機50判定電池組2已經(jīng)充滿。如果微型計算機50己經(jīng)在 步驟226確定充電電流等于或小于14，微型計算機50在步驟227判定電 池組2已經(jīng)充滿。為了停止充電，微型計算機50從輸出端口51a輸出HIGH 信號經(jīng)光電耦合器4至PWM控制IC 23，從而停止PWM控制IC 23的工 作。
在電池組2充電結(jié)束后，在步驟228顯示單元130發(fā)出綠色光，以顯 示停止狀態(tài)。為了使顯示單元130發(fā)出綠色光，微型計算機50從輸出端口 51a輸出HIGH信號經(jīng)電阻133至顯示單元130。在步驟229，微型計 算機50判斷電池組2是否己從充電裝置1中拿走。如果電池組2從充電 裝置1中拿走了，過程返回至步驟201。
圖4顯示了具有沒有開關(guān)單元140的傳統(tǒng)充電裝置1的另一充電系統(tǒng)， 其中充電裝置1根據(jù)本發(fā)明對電池組2充電。
由于充電裝置1沒有圖1所示的開關(guān)單元140，所以電壓Vcc總是施 加在FET121的柵極上，從而使FET121保持導(dǎo)通。因此，基于判決電阻 9的電阻值與電池識別電阻7a的電阻值的比值對電壓Vcc分壓獲得的電壓 輸入到微型計算機50的A/D端口 52。例如，假定第一電池識別電阻7a 具有對應(yīng)四個串聯(lián)電池芯的電阻值a，另一第一電池識別電阻7a具有對應(yīng) 五個串聯(lián)電池芯的電阻值b，判決電阻9具有電阻值w，則以下電壓之一 將輸入到微型計算機50的A/D端口 52。如果電池組2具有四個串聯(lián)電池 芯2a，電壓Vccxa/(a+w)輸入到A/D端口 52。如果電池組2具有五個串聯(lián) 電池芯2a，電壓Vccxb/(b+w)輸入到A/D端口 52。微型計算機50根據(jù)A/D 端口 52處的電勢差判斷連接到充電裝置1的電池組2是否具有四個串聯(lián) 電池芯。在這種情形下，微型計算機50只確定電池組2中串聯(lián)電池芯2a 的數(shù)量。微型計算機50不能確定電池組2是第一類型還是第二類型。然 而，基于電池組2中串聯(lián)電池芯2a的數(shù)量，充電裝置1能夠根據(jù)本發(fā)明 對電池組2充電。在此情形下，如果充電電流按照第一類型電池組2如4S1P 或5S1P型設(shè)置，采用該設(shè)置的充電電流對電池芯2a充電不會帶來任何使 電池組2壽命縮短的問題，不管電池組2的類型是什么。
如上所述，電池組2的電池類型識別元件7包括兩個不同的電池識別 電阻7a和7b:第一電池識別電阻7a用來識別串聯(lián)電池芯2a的數(shù)量；第 二電池識別電阻7b用來識別電池組2中電池芯2a的配置形式。充電裝置 l通過兩個過程來確定電池芯2a的電池芯配置形式和數(shù)量。因此，與只具 有一個電池識別電阻的電池組2相比，可以精確地確定電池組2中電池芯 2a的電池芯配置形式和數(shù)量。換句話說，可以提高判斷電池組2配置形式 的準確性。
另一方面，充電裝置1具有開關(guān)單元140，以便控制向電池組2施加 參考電壓并參與確定電池組2的配置形式和電池組2中串聯(lián)電池芯2a的
16數(shù)量。因此，與傳統(tǒng)的充電裝置相比，充電裝置1可以準確地確定電池組 2的類型及其配置形式。更準確地，電池組具有兩個不同的電池組識別電 阻； 一個用來確定串聯(lián)電池芯的數(shù)量，另一個用來確定電池芯的配置，1P 還是2P。另一方面，充電裝置通過兩個過程確定電池組中電池芯的配置形 式，從而可以更準確地確定電池組中電池芯的配置形式，進而避免縮短電 池組的使用壽命以及對電池組的任何傷害。
應(yīng)當注意串聯(lián)電池芯2a的數(shù)量并不局限于如上所述的四個或五個。 任意串聯(lián)電池芯2a的數(shù)量都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種充電系統(tǒng)(200)，包括電池組(2)和充電裝置(1)，其中所述電池組(2)包括電池芯(2a)；和多個識別元件(7a，7b)，用來識別電池芯的配置，以及所述充電裝置(1)包括充電單元(20，30，60，100)，用來對所述電池組充電；信號傳輸單元(50，140)，用來在所述電池組連接到所述充電單元時分別地向所述電池組傳輸?shù)谝恍盘柡偷诙盘?，以便讀取所述多個識別元件；讀取單元(9，50，52)，用來根據(jù)所述第一和第二信號讀取所述多個識別元件，以便確定電池芯的配置；和控制單元(50，60，70，100)，用來根據(jù)所述電池芯的配置控制所述充電單元。
2、 如權(quán)利要求l所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池組(2)為第一類型或第二類型，所述第一類型電池組包括 單個電池芯(2a)和串聯(lián)的第一多個電池芯(2a)，所述第二類型電池組 包括單個電池單元和串聯(lián)的第二多個電池單元，所述第二多個電池單元中 的每一個都包括至少并聯(lián)的兩個電池芯(2a);所述多個識別元件包括第一電池識別電阻(7a)和與第一電池識別電 阻串聯(lián)的第二電池識別電阻(7b)，所述第一和第二電池識別電阻分別具 有第一電阻值和第二電阻值，所述電池組(2)還包括與所述第二電池識別電阻(7b)并聯(lián)連接的 開關(guān)部分(120)，以便通過所述信號傳輸單元短路所述第二電池識別電阻，所述開關(guān)部分在接收所述第一信號時短路所述第二電池識別電阻，并 且所述讀取單元只讀取所述第一電阻值以確定串聯(lián)電池芯的數(shù)量，所述開關(guān)部分在接收到第二信號時操作地使所述第二電池識別電阻 與所述第一電池識別電阻串聯(lián)連接，所述讀取單元讀取所述第一和第二電池識別電阻的合成電阻值，以確定接入所述充電單元的電池組是所述第一 類型還是所述第二類型，以及所述控制單元根據(jù)串聯(lián)電池芯的數(shù)量和確定的電池組的類型控制所 述充電單元。
3、 如權(quán)利要求l所述的充電系統(tǒng)，其中 所述充電單元提供流經(jīng)所述電池組的充電電流，以及 所述控制單元根據(jù)所述電池芯的配置確定所述充電電流。
4、 如權(quán)利要求l所述的充電系統(tǒng)，其中所述控制單元進行恒定電壓和恒定電流控制以對所述電池組充電，所 述控制單元根據(jù)所述電池芯的配置調(diào)整閾值電流以便停止對所述電池組 充電。
全文摘要
一種充電系統(tǒng)，包括電池組和充電裝置。電池組包括電池芯和用來識別電池芯的配置形式的多個識別元件。充電裝置包括充電單元、信號傳輸單元、讀取單元和控制單元。充電單元對電池組充電。信號傳輸單元在電池組接入充電單元時分別地向電池組傳輸?shù)谝恍盘柡偷诙盘枺员阕x取多個識別元件。讀取單元根據(jù)第一和第二信號讀取多個識別元件，以便確定電池芯的配置形式。控制單元根據(jù)電池芯的配置形式控制充電單元。
文檔編號H02J7/02GK101499674SQ200910118729
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者船橋一彥, 荒館卓央, 高橋滋 申請人:日立工機株式會社