[发明专利]电池充电装置

说明书

本发明涉及用于便携式计算机、样机、立体声耳机和便携式无绳电话的可充电电池的电池充电装置，尤其是涉及在恒电压和恒电流充电模式下工作的模式变换充电装置。

一般地，二次电池指使用后通过可逆反应能由电源恢复和再充电的电池。最近，一次电池充电装置已商业化。然而，这源于一次电池也能充电的可能性，而非充电装置的特性。因此，一次电池不能与二次电池一样多的次数被充电。

在必须经常替换电池的情况下可充电电池更经济。而且，由于理想的放电特性，它们对要求高电流的样机和便携式机器而言是不可取消的。最近，从500mAh到几Ah容量的各种电池已商业化，但充电装置还没能同电池一样多样化。

与常规电池相比较，可充电电池具有很低的内阻，因此能瞬时地提供大量电流，并且因为好的放电性能，也能保持稳定电压直到放电截止电压。这里，放电截止电压(terminal voltage)指在电池试验中终止放电的极限电压。为了对可充电电池充电，应当引入适量电流给电池。高电流能降低充电周期，但存在过充电(充电超过满充电极限)的危险。在过充电情况下，大多数电池内部产生气体，如果气体量小，就能被吸收。然而，在高充电电流下会产生大量气体，并会破坏过充电的可充电电池

在汽车和紧急电源中普及的铅电池是廉价的，但它们既不能适当地避免过充电，也不能避免过放电。镍镉(Ni-Cd)电池具有优良的充放电和保持特性。然而，因为低体积能量密度(wh/l)，尤其是环境污染(例如镉的重金属污染)，它们不受欢迎。在自动电池充电装置的设计中，最重要的任务是充电完成点(当电池满充电时)的确定，电学上，检测电池端电压的增加是唯一的方法。

充电中端电压的变化取决于单个电池状态或时效变化，并且完美的自动充电装置很难实现。在电池的保护、快速和足够的充电中必须选择折衷的方法(在使用电解液的高容量可充电电池的情况下，测量电解液密度是确定充电完成点的最好方法)。

有两种方法对电池充电。一种是恒电压充电模式而另一种是恒电流充电模式。在恒电压充电模式下，在比额定电压高的恒电压下以一定速率对电池充电。这种方法广泛用在完全充电或不常放电的紧急电源充电模式中。因为在正常周期内时电池充电，而在负载比充电电源高的情况下对它们放电，这种模式也称作交流浮充充电模式。此方法的优点在于不需要用于电池保护的附加定时装置，但不利的是初始充电阶段的大电流会损害电池或电源。为解决电流控制的此问题，能使用电阻控制初始电流。然而，充电周期期间电压增加会降低充电电流。因此，充电周期也增加，使足够的充电难以实现。由于经济原因，此方法很普及。在电话手机充电装置中，提供了足以充电约20小时的电流，并且为控制初始电流、不完全充电和降低充电周期，保持充电电压高于交流浮充(floating)电压的定义值。此方法常用于便宜产品。在电话手机中此方法的普及源于镍镉电池对过充电的高容限，以及由电源和电阻组成的简单电路结构。

恒电流充电模式用恒电流对电池充电，而不管充电过程期间电池端电压的增加如何，如图1A所示。在初始充电和快速充电中采用此模式。在此方法中，除非过充电导致电池寿命缩短，应当同时采用定时充电。而且，不管充电过程期间电池端电压的增加如何，因为应当提供恒电流给电池，在此方法中恒流源仍是必须的。按照此方法，由恒电流对电池充电，所以充电周期能减小并且足够充电是可能的，但是与恒电压充电模式中的过充电相似，过充电会导致对电池的致命损坏。

对恒电流充电模式中的快速充电，应当在充电完成点切断电源，除非完全放电后对电池充电，依据充电周期不容易发现充电完成点。这指在快速充电中放电50％的电池比完全放电的电池需要更少的时间。

在一些商业化的快充电装置(例如，用在随身听中的立体声手机)中，没对电池立刻充电，而足在电池放电一定周期后检测端电压下降并确定接入充电时的快速充电周期(依据预编程程序)。此外，在此方法中，除非包括对时效变化的预测，同样水平的充电难以实现，而且此方法同样不能应用于不同型号的电池。

如图1A所示，在恒电流充电状态下快速充电是可能的，但一定周期后电压下降。然而，图1B表示恒电流充电规定时间后恒电压充电能提供几乎完全充电的电池。

目前研究和使用具有高电压、高能量密度、长寿命和高稳定特性的锂离子电池。这些电池要求恒电流和恒电压充电。因此，仅在恒电流或恒电压模式下工作的充电装置不能对锂电池充电。