[发明专利]电池充电器及其充电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种给电池充电的充电器；这种充电器包含有一个交流到直流的电源供应器、一个由脉冲宽度调制模块控制的直流到直流的转换器以及一个与二者都有连接的控制单元。

背景技术

充电器的设计一般来讲有两种不同的选择。其一是低成本的设计；如果被充电的电池的节数是固定的，而且不考虑一些潜在的故障以及充电过程中的转换效率的话，这种设计是可行的。

其二，对于一些特别定制的电池，比如对不同节数有特殊充电参数的要求以及要求充电器用信号来识别电池等，可以设计非常复杂的充电器；这种设计也适用于宽范围节数的电池。也正因为如此，那些标准电池却不能使用这种充电器。

对于这种非常复杂的设计来讲，为了避免损害到较少节数的电池包，并且要使大节数电池包有足够的充电能量，这种充电器只能工作在很低的效率之下。

图1是标准充电器的主要功能图。这种标准充电器包含一个交流到直流的电源供应器，它的功能和标准的电源供应器是一样的，也就是在满足安全规范的前提下提供足够的能量。电源供应器连接到充电管理模块，然后连接到被充电的电池；同时，从电池来的反馈信号通过反馈环路到达充电管理模块。

因为在整个充电过程中，电源功率的消耗并不是恒定的；那么交流到直流的电源供应器就不能在整个过程中保持最高效率状态运行。一般来讲，在充电过程的开始阶段，电池电压在较低的范围；然后随着电池电压的升高，需要的能量逐渐增加。

一个专利号为US7227337的充电器提到它包含有一个具有两种功能的微处理器；它的微处理器不仅控制充电电路，而且还可以通过控制调整电路来控制充电器的充电功率。微处理器检测灌入电池的充电电流、电压以及可选的电池的温度。调整电路被微处理器控制，微处理器根据灌入电池的充电电流的数值，来决定调整电路的工作脉冲的宽度。

微处理器根据调整电路的输出电流来控制它的脉冲宽度，当输出电流大于预先定义的值，脉冲宽度将被减小；反之，如果充电电流小于预先设定的值，脉冲宽度将被增加。

这个专利号为US7227337的充电器包含一个基于充电电流来控制充电过程的控制器，并且被设计成在调节电流反馈之前，去达到预先定义好的电压终止点。它的工作原理是基于恒流恒压(CCCV)的充电过程，在这里的第一个阶段里，充电电流是恒定的，电流被充电器限制在预先设定好的初始值。直到电池电压达到想要的最终的数值，电流控制模式被切换到电压控制模式，也就是说恒压充电的第二阶段开始了；然后随着充电过程的进行，充电电流会自动的减小。US7227337发布了一个普通的带有微处理器控制的直流到直流转换的充电控制模式。

因此，我们需要一种充电器，它要能适应动态变化的充电参数，并且在避免损坏小节数电池包的情况下获得最大的充电功率输出。

发明内容

本发明的目的是提供这样的一种充电器以及相应的充电模式。我们主张的需要保护的专利主题就是这个首选的，能实现这个目的的方案。

根据本发明的方案，其充电器的控制单元至少测量被充电的电池端子上的电压和电流，然后根据测量所得的值来计算出充电功率，再用计算出的功率值与交/直流电源供应器的额定最大功率值相比较；并根据比较的结果，发出控制信号到直流/直流转换器用以控制提供到电池的充电电流。

这种充电器所能提供的技术优势是，在保证不会损坏电池的情况下能输出最大的充电功率；也就是说充电器总是能工作在最高的效率点。而且，能在最短的时间充满电池，并且充电器能被用在宽范围节数的标准电池包。最后，由于较好的充电因数，电池包的生命周期将被延长，从而避免电池浪费。

根据这个首选的发明方案，控制单元还能更进一步地去测量电池端子上的电压和电流的变化；所以用来控制直流/直流转换器的脉冲宽度的信号中包含了测量出的电压和电流的变化信息。

依照这个首选的发明方案，假如计算出的功率值小于交流/直流转换器的额定最大功率值，控制单元能调节用于控制直流/直流转换器的信号的脉冲宽度，从而增加提供到电池的充电电流；反之，如果计算出的功率值大于交流/直流转换器的额定功率值，控制单元也能调节用于控制直流/直流转换器的信号的脉冲宽度，从而减小提供到电池的充电电流。

在这里，电池的反应一直被检测，也就是说只提供电池所需要的充电功率，从而避免了损坏电池。即便初级侧的能力足够，为了不至于损坏电池，根据本专利设计的充电器也只会在适当减小充电功率的情况下工作。

根据这个发明的一个具体措施，控制单元同时也能测量电池的温度值；并且根据温度的测量结果来调节直流/直流转换器的控制信号的脉冲宽度，从而控制提供到电池的充电电流。