專利名稱：具有存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)充電過程的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再充電的電池和電池充電器，特別涉及便于電池充電的操作可再充電的電池系統(tǒng)。
便攜式設(shè)備常規(guī)地靠電池作為電源。為了減少電池更換的費(fèi)用，在對(duì)現(xiàn)代消費(fèi)品和商業(yè)產(chǎn)品供電方面可再充電的電池已得到了廣泛的應(yīng)用。例如，鎳鎘(Ni—Cad)電池可重復(fù)地使用來對(duì)計(jì)算機(jī)、無線電設(shè)備、尋呼機(jī)和其它這樣的設(shè)備供能。眾所周知，可再充電的電池使用之后(即在放電之后)可以容易地經(jīng)過電池充電器再加能。
可再充電的電池根據(jù)它們的化學(xué)性質(zhì)來劃分可有多種類型，每種電池類型都要求有其各自的充電程序。這樣的多種類型的電池包括鉛酸電池，Ni—Cad和鎳金屬氫化物。例如，鉛酸電池要求恒定電壓充電過程，在整個(gè)充電過程中該電池電壓保持恒定。另一方面，Ni—Cad電池要求恒定電流充電過程，提供給供電池的充電電流應(yīng)保持恒定。另外，Ni—Cad電池充電過程與鎳金屬氫化物(Ni—MH)電池的不同，其差別在于用于Ni—Cad電池的、使其充電過程停止的電池電壓比用于Ni—MH電池的高些。再則，電池充電過程與非化學(xué)參數(shù)例如這種電池的容量和蓄電池單元電池的溫度有關(guān)，電池的容量告示充電器應(yīng)向該電池提供多大的電流。例如，充電器對(duì)具有1600mA小時(shí)容量的電池提供充電流要比具有900mA小時(shí)容量的電池提供充電電流的充電速率顯著地高些，除了其它參數(shù)之外，單元電池的溫度通告該充電器何時(shí)停止充電以避免電池爆裂。一般地，溫度信息經(jīng)由放置在靠近蓄電池單元電池的一個(gè)熱敏元件轉(zhuǎn)發(fā)給該電池。
更高級(jí)的電池組件和用一個(gè)存儲(chǔ)器裝置來存儲(chǔ)一些與電池有關(guān)的信息。Koeneck的美國專利4,737,702公開了一個(gè)電池充電控制系統(tǒng)，其中設(shè)置在電池組件中的一個(gè)存儲(chǔ)器裝置存儲(chǔ)有關(guān)該電池的工作歷史的信息。Loper的美國專利4,387,344還公開了一個(gè)電池監(jiān)視電路，用于監(jiān)視和在存儲(chǔ)器裝置中存儲(chǔ)代表電池提供能量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
按照常規(guī)，充電過程是由該充電器本身的硬件或軟件來實(shí)現(xiàn)的。充電過程可通過充電器硬件來實(shí)施，也可以通過軟件對(duì)由微處理器控制的充電器編程來實(shí)施。在現(xiàn)代微處理器控制的充電器中，永久的存儲(chǔ)媒體如只讀存儲(chǔ)器(ROM)存儲(chǔ)包含充電該電池的指令或過程的固件。例如，對(duì)恒定電壓(或恒定電流)充電的過程編程存入該充電器存儲(chǔ)器，并由該充電器控制器執(zhí)行該充電電池的過程。
但是，充電過程種類繁多，電池系統(tǒng)制造商所面臨的困境是需要開發(fā)滿足各種充電要求的充電器。這個(gè)需要導(dǎo)致增加充電器的研制費(fèi)用，設(shè)計(jì)周期時(shí)間及其制造成本。
為此，現(xiàn)在需要一種靈活的電池充電系統(tǒng)，以允許在各種充電要求下對(duì)電池充電。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的一種能由外部充電器充電的電池包括至少一個(gè)蓄電池單元電池和一個(gè)存儲(chǔ)裝置。該存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)該充電器必需的充電參數(shù)。一旦該充電器取得該充電參數(shù)時(shí)就開始對(duì)該蓄電池單元電池充電。充電參數(shù)包括指令該充電器充電過程的信息。


圖1示出本發(fā)明的一個(gè)具有一個(gè)充電器和一個(gè)電池組件的電池充電器系統(tǒng)的原理圖。
雖然本說明書后附限定義新穎性的本發(fā)明的有關(guān)特性的權(quán)利要求書，但是可以相信，從下面參照唯一的說明書附1所作的描述，可以更好地理解本發(fā)明，圖中相似的標(biāo)號(hào)沿用下去。
現(xiàn)在參見圖1，該圖示出一個(gè)電池充電器系統(tǒng)100，它包括一個(gè)充電器110，用以向可再充電的電池120提供充電電流。電池120包括多方可再充電的蓄電池單元電池121，當(dāng)電池120放入充電器110中時(shí)，通過電池端口126接收充電電流。電池120通過電池端口126、148、149和151以及充電器端口111、153、152和113與充電器110接口連接。蓄電池單元電池121連接到端口123和124，并且從該電池向外部設(shè)備(未示出)提供電能。二極管125接在電池端口126與蓄電池單元電池121之間以防止蓄電池單元電池通過該充電器電路放電。
電池120包括一個(gè)存儲(chǔ)器裝置122(將在下文詳細(xì)敘述)，用以存儲(chǔ)開始對(duì)蓄電池單元電池121充電所需的充電參數(shù)。該存儲(chǔ)器通過分接一個(gè)或多個(gè)蓄電池單元電池121而被供電，以提供存儲(chǔ)器供電電壓Vcc。存儲(chǔ)器122是EEPROM存儲(chǔ)器，如由NationalSemiconductor公司制造的NM24CO存儲(chǔ)設(shè)備系列，能夠以本領(lǐng)域公知的I2C二線協(xié)議技術(shù)規(guī)范串行地交換數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器122包括兩個(gè)存儲(chǔ)器端子，亦即數(shù)據(jù)端140和時(shí)鐘端150。數(shù)據(jù)端140是串行數(shù)據(jù)端，而時(shí)鐘端150是同步時(shí)鐘端，二者用在外部微處理器和該存儲(chǔ)器122之間傳送存儲(chǔ)器信號(hào)。如圖所示，齊納二極管134保護(hù)端子149免受不希望的高電壓的電勢(shì)。數(shù)據(jù)端140接到電池端口152，以允許在電池120和充電器110之間傳遞數(shù)據(jù)。電池120包括一個(gè)熱敏電阻129，用以通過電池端口148提供電池溫度信號(hào)。電池端口148還接到時(shí)鐘端150并且由齊納二極管135保護(hù)。為了減少所需電池端口的數(shù)量，電池端口148用作以復(fù)用方式交換電池溫度信號(hào)和存儲(chǔ)器時(shí)鐘信號(hào)的公共端口。
根據(jù)本發(fā)明，存儲(chǔ)器122存儲(chǔ)包括存儲(chǔ)器110開始充電該電池120所需信息的充電參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，充電參數(shù)包括通知充電器110對(duì)電池120充電過程的指令。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中的指令專用于存儲(chǔ)器120，并且是按照蓄電池單元電池121的充電要求。當(dāng)該電池放入充電器110中時(shí)，充電器在110從存儲(chǔ)器122檢索存儲(chǔ)的充電指令并且根據(jù)這些指令對(duì)電池120充電。如這樣，充電器110相當(dāng)于一個(gè)通用充電器，能夠充電各種類型的并且根據(jù)電池駐留的充電過程具有特別的充電要求的電池。
充電器110包括一個(gè)控制器130，用于控制充電器的操作，和一個(gè)可編程的電流.電壓源132，用于向電池120提供充電電池和電壓?？刂破?30可以是微處理器，諸如莫托羅拉公司制造的68000系列微處理器，除了其它之外，還具有一個(gè)中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出(I/D)端口和多個(gè)模數(shù)(A/D)端口?？删幊痰碾娏?電壓源132以眾所周知的方式響應(yīng)來自控制器130的控制信號(hào)，用于控制對(duì)電池120的充電電流和電壓的供給。響應(yīng)控制信號(hào)135，可編程電流/電壓源132可以開始、增加、減少或終止充電電流和電壓的供給。這樣，可根據(jù)特別的充電要求提供充電電流和電壓源。例如，在充電過程期間該充電電流或充電電壓源可躍變、逐漸減小或保持恒定?？刂破?30和可編程電流/電壓源132二者都由電源134供電，它提供充電器電源電壓B+。
控制器130經(jīng)過一條地址總線和數(shù)據(jù)總線(一起以線133表示)與合適數(shù)量的只讀存儲(chǔ)器(ROM)136和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)138通信。最好控制器130的操作指令駐留在ROM136中，而溫度信息可存儲(chǔ)在RAM138中。控制器130以眾所周知的方式編程，以便通過充電器端口152與存儲(chǔ)器122交換串行數(shù)據(jù)和通過端口153交換時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)該電池放入充電器121中時(shí)，充電器端口152和153分別接到電池端口149和148。存儲(chǔ)器122的內(nèi)容可通過將時(shí)鐘信號(hào)加到存儲(chǔ)器端口150進(jìn)行檢索。如前所述，充電器在121以復(fù)用方式交換時(shí)鐘信號(hào)和電池溫度信號(hào)。當(dāng)與電池120交換數(shù)據(jù)時(shí)，控制器130經(jīng)過晶體管開關(guān)141提供時(shí)鐘信號(hào)給存儲(chǔ)器122。晶體管開關(guān)經(jīng)B+偏置起一個(gè)開關(guān)的作用，它將在控制器I/O端口134產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)加到充電器端口153。在這種情況下，由控制器130提供的時(shí)鐘信號(hào)接到存儲(chǔ)器122的時(shí)鐘端。電池端口153還起著從電池120接收溫度信號(hào)的端口的作用。電池端口153接到A/D端口143，用于取樣由熱敏電阻129提供的溫度信號(hào)。當(dāng)需要獲得電池溫度時(shí)，控制器開關(guān)斷晶體管關(guān)141以允許控制器130接收電池溫度信號(hào)，因此允許充電器110確定電池溫度?？刂破?30包括一個(gè)D/A端口137，它接到電池120。因此如果控制器130需要確定該電池兩端的電壓，在D/A端口137出現(xiàn)的電壓被取樣。
在操作上，電池不在充電器110中，控制器130初始化所有的充電參數(shù)并且擦除RAM138的內(nèi)容。然后，控制器130周期地發(fā)送眾所周知的數(shù)據(jù)讀出命令到存儲(chǔ)器122直到收到響應(yīng)為止。當(dāng)收到響應(yīng)時(shí)，控制器130確定電池120是放在充電器110中。然后，控制器執(zhí)行存儲(chǔ)器檢索，因而在存儲(chǔ)器122中存儲(chǔ)的信息(即充電過程)傳送到充電器110并且存儲(chǔ)在RAM138中。在完成信息交換之后，充電器110按照存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中的充電過程對(duì)電池120充電。所存儲(chǔ)的過程可包括在預(yù)定的電池操作過程下控制器130可懂的指令和命令。本發(fā)明的電池操作過程包括用于執(zhí)行任何數(shù)量的充電過程的程序算法。基本上，存儲(chǔ)在該電池存儲(chǔ)器122中的充電過程包括較高級(jí)的軟件命令，它們經(jīng)過電池操作系統(tǒng)(存儲(chǔ)在ROM中)轉(zhuǎn)換為控制器130的機(jī)器語言可懂的較低級(jí)命令。低級(jí)命令建立I/O端口和A/D端口，以便輸入或輸出用于執(zhí)行特別的充電過程的各種信號(hào)。例如，電池充電過程的一些步驟要求讀出電池溫度，高級(jí)執(zhí)行的“讀溫度”命令使得控制器130關(guān)斷晶體管141并且使控制器端口143適應(yīng)于取樣由熱敏電阻129提供的溫度信號(hào)。而且，根據(jù)存儲(chǔ)在電池存儲(chǔ)器122中的命令，到該電池的充電電流和電壓源通過控制控制信號(hào)135可適應(yīng)于躍變，逐漸減少或恒定。如這樣，根據(jù)由存儲(chǔ)器122提供的信息，通過控制器130控制由電流源132提供的充電電源和電壓。
一旦該電池從充電器110取出來，當(dāng)與該電池的串行通信已不再可能時(shí)，該控制器130就能確定電池已取出。在這時(shí)，RAM的內(nèi)容被擦除直到新電池放入充電器110為止。
在另一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器120中的充電參數(shù)包括有關(guān)電池安全特性的信息。一些電池需要按照各個(gè)行政的和/或非行政的管理機(jī)構(gòu)提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充電。因此，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中的信息可包括有關(guān)電池安全特性的充電參數(shù)。這些參數(shù)指令充電器按照這些標(biāo)準(zhǔn)要求的電壓電平和充電容量。在又一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器122可提供具有有關(guān)制造信息所需信息的控制器、銷售信息和質(zhì)量信息。這些信息可包括制造地點(diǎn)信息、銷售點(diǎn)、型號(hào)、序列號(hào)和在開始充電該電池120之前所需的其它信息陣列?？刂破?30處理所接收的電池?cái)?shù)據(jù)，因此作好準(zhǔn)備對(duì)電池充電。
如上所述，本發(fā)明提供一個(gè)高度靈活的電池充電器系統(tǒng)。因在電池中存儲(chǔ)充電過程，故單個(gè)充電器在平臺(tái)可用于對(duì)具有各種充電要求的電池充電。據(jù)此，隨著充電器硬件和軟件不再與電池充電過程有關(guān)，該電池充電器的研制費(fèi)用和設(shè)計(jì)周期時(shí)間顯著地減少了。
雖然已經(jīng)圖示和敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，很清楚，本發(fā)明不應(yīng)如此地被限定住。在不脫離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行各種修改、改變、變化、替換和作出等同物。
權(quán)利要求
1.電池組件經(jīng)由外部電池充電器可進(jìn)行充電，其特征在于，包括至少一個(gè)可再充電的蓄電池單元電池；和一個(gè)存儲(chǔ)器，其內(nèi)已存儲(chǔ)了充電參數(shù)；所述充電參數(shù)包括在所述充電器從所述存儲(chǔ)器中檢索到所述充電參數(shù)時(shí)使所述外部充電器開始對(duì)該至少一個(gè)蓄電池單元電池充電的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電池組件，其特征在于，所述充電參數(shù)包括指令所述充電器對(duì)所述蓄電池單元電池充電的過程的充電指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電池組件，其特征在于，所述充電參數(shù)包括有關(guān)所述電池出售的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電池組件，其特征在于，所述充電參數(shù)包括有關(guān)所述電池組制造的信息。
5.一種電池組件，經(jīng)由外部電池充電器進(jìn)行充電，其特征在，包括至少一個(gè)可再充電的蓄電池單元電池；和一個(gè)存儲(chǔ)器，其內(nèi)已存儲(chǔ)充電指令；所述充電指令包括指令所述外部充電器對(duì)該至少一個(gè)蓄電池單元電池充電的過程的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電池組件，其特征在于，所述充電指令包括有關(guān)所述電池安全特性的信息。
7.一種電池充電器，能夠?qū)稍俪潆姷碾姵亟M件充電，該電池組件具有一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)充電參數(shù)，其特征在于，包括一個(gè)充電電流源，用以向所述電池提供充電電流和電壓；用于從所述存儲(chǔ)器檢索充電指令的裝置；和控制器裝置，響應(yīng)所述的充電指令，用以控制向所述電池組件提供的所述充電電流；所述充電指令包括指令所述控制器充電過程的信息。
8.一種電池充電系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)電池充電器；一個(gè)電池組件，它包括至少一個(gè)可再充電的蓄電池單元電池；和一個(gè)存儲(chǔ)器，其內(nèi)已存儲(chǔ)充電指令；所述充電指令包括指令所述電池充電器向該至少一個(gè)蓄電池單元電池充電的過程的信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池充電器系統(tǒng)(100)，它包括一個(gè)充電器(110)，用于提供充電電流和電壓，而電池(120)具有一個(gè)存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)充電參數(shù)。充電參數(shù)包括指令向電池充電的有關(guān)的電池信息。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(122)中的有關(guān)電池信息可包括充電指令，用以指令該充電器對(duì)該電池(122)充電的過程。
文檔編號(hào)H01M2/10GK1119054SQ94191383
公開日1996年3月20日 申請(qǐng)日期1994年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月5日
發(fā)明者羅伯特·D·克雷辛格, 阿瑟·G·巴恩斯, 瓊斯·M·費(fèi)爾南德斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司