CN101842958B - 用来给至少一个可重复充电的能量储存器充电的充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种充电器(10)，其用来给至少一个可重复充电的能量储存器(12)进行充电，此充电器(10)具有确定的内阻(30)和补偿电路(32)，此补偿电路用来在充电过程中补偿由内阻(30)引起的电压降，其中补偿电路(32)具有电流检测器(34)和电压控制器(36)，此电流检测器(34)用来检测可重复充电的能量储存器(12)的充电电流(I)，此电压控制器(36)用来使充电电压(U)与检测到的充电电流(I)相匹配。此充电器的特征在于，补偿电路(32)包含设置在电流检测器(34)和电压控制器(36)之间的分压器(72)，通过该分压器的尺寸来实现内阻(30)的补偿。
Description
技术领域
本发明涉及一种按独立权利要求所述的类型的充电器，用来给至少一个可重复充电的能量储存器进行充电。
背景技术
在充电器中，其用来给可重复充电的能量储存器进行充电的，例如锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池或铅蓄电池，应用了固定的充电终止电压，从充电器的内阻中得出与充电电流有关的电压降。这导致充电时间的延长，并必然会影响可重复充电的能量储存器的充电率。
已知的是，借助传统的四点测量来监测和缩短充电进程。但可重复充电的能量储存器在此与充电器永久相连，因此少量电流会流过测量端口，这少量电流会引起放电。避免这一问题的方法是应用切换装置，此切换装置可以把测量联结与可重复充电的能量储存器分离。但这种切换装置通常很昂贵的，并且占很大空间。
从DE 4431620A1已知一种用于可重复充电的能量储存器的充电器，其具有最大为4.2V的充电电压。此充电器具有补偿电路，它至少对电压降进行补偿，此电压降是由除了可重复充电的能量储存器外的充电器的内阻引起的。补偿电阻作为分路电阻集成在充电器的接地导线中，它的数值与充电器的内阻相当。电压检测线路测量电路触头上的充电电压(包括可重复充电的能量储存器)，其中充电控制线路在测量到的充电电压的基础上这样来控制充电过程，即可重复充电的能量储存器的充电电压不会超过规定的电压。充电电流的强度在此通过可重复充电的能量储存器的供电线路中的另一分路电阻来确定。
此外，在EP 0795946A2中示出了一种充电器，用来加快锂离子电池的充电，此充电器在充电过程中借助相应的补偿电路对串联内阻(Electrical Series Resistance-ESR)这样进行补偿，即施加在可重复充电的能量储存器的接头上的充电电压减去由ESR产生的电压降，其中此串联内阻是由蓄电池接头、保险丝、触头和缆线引起的。为此，分路电阻(其具有与ESR相当的数值)设置在可重复充电的能量储存器的正极 接头和充电器的电源的正级供电接头之间，其中充电电压的测量是通过额外的读出线实现的。在EP 0 795 946 A2中示出的充电器也可应用在最大为4.1V至4.2V的充电电压中。
发明内容
按本发明的充电器，其用来给至少一个可重复充电的能量储存器进行充电，此充电器具有确定的内阻和补偿电路，此补偿电路用来在充电过程中补偿由内阻引起的电压降，此按本发明的充电器相对于现有技术的优点是，当实际上有充电电流流过时，才会进行补偿。为此，补偿电路具有电流检测器和电压控制器，此电流检测器用来检测可重复充电的能量储存器的充电电流，此电压控制器用来使充电电压与检测到的充电电流相匹配。因此以有利的方式实现了简单的两点测量，借助它可避免四点检测的所述缺点，因此可明显地缩短充电时间。由于补偿电路包含设置在电流检测器和电压控制器之间的分压器，通过该分压器的尺寸来实现内阻的补偿，因此不再与集成在供电线路和/或接地导线中的、对电流检测器必要的分路电阻有关。此外，可完全省略可能的、用于测量的读出线。此外，为了可重复充电的能量储存器的补偿或特定技术，按本发明的充电器既不限制在确定的最大的充电电压上，也不限制在最大的电流极限上。
通过在从属权利要求中说明的特征，以及从附图和以下描述中得出本发明的其它优点。
按本发明，分压器一方面与参考电压相连，另一方面与电流控制器的输出端相连，其中分压器的中间抽头与电压控制器的至少一个输入端相连。电流检测器通过分压器这样来影响电压控制器，即根据检测到的充电电流，来改变用于电压控制器的参考电压。充电电压的升高在此相当于由内阻引起的电压降。在此意义上，参考电压可尤其简单地通过处于辅助电压的Z二极管来产生。
在可选的构造方案中，设置温度传感器，用来影响参考电压。因此，由于温度引起的内阻的升高可通过相应地提高参考电压来平衡。
如果电压控制器构成为运算放大器，该运算放大器的反相输入端与分压器的中间抽头相连，而该运算放大器的的非反相输入端与另一分压器的中间触头相连，其中所述另一分压器位于可重复充电的能量储存器 的正级和电接地之间，并提供可重复充电的能量储存器的电压的实际信号，则能以有利的方式、成本低且简单地变成现实。
借助与可重复充电的能量储存器相连的分路电阻，可实现电流的检测。此分路电阻以有利的方式一方面与一个节点相连，另一方面与所述电流检测器相连，其中电接地和可重复充电的能量储存器的接地触头都位于所述节点上。此分路电阻也可用于补偿，因此此目的不必通过充电电路中的额外电阻来承担。
所述确定的内阻至少包含以下器件的各自的电阻：电路板的相关导体电路的电阻、触头的可能存在的布线的电阻和/或分离装置的电阻，其中所述触头是用来使可重复充电的能量储存器与充电器触通，所述分离装置是用来使可重复充电的能量储存器从充电器上分离。此外，如果应用在可重复充电的能量储存器中的单个电池、相应触头以及布线的欧姆电阻是已知的，则此确定的电阻也可包含它们，用来实现补偿。
附图说明
下面借助附图1和2示例性地阐述了本发明，其中附图中相同的参考标记指代具有相同功能的相同部件。各附图、相关说明以及权利要求中包含许多组合的特征。专业人员既可这些特征当作个体来看，也可将它们总结成有意义的组合，专业人员尤其还可以把从不同实施例中得出的特征总结成其它有意义的组合。
其中：
图1在第一方框图中示出了按本发明的充电器；以及
图2在第二个详细的方框图中示出了充电器的按本发明的补偿电路。
具体实施方式
图1在第一方框图中示出了按本发明的充电器10，此充电器10用来给可重复充电的能量储存器12进行充电，此能量储存器12通过第一和第二触头14或16与充电器10相连。此连接可例如通过未详细示出的、专业人员已知的接插触头来实现。
充电器10具有充电电路18，此充电电路18还包含电源和电子器件，此电源未详细示出并可与电网相连，此电子器件对可重复充电的能量储 存器12的充电过程是必需的。因为对于不同类型的能量储存器来说，以及对于充电过程的不同要求来说，充电电路18的构造是可以改变的，而且充电电路的构造对本发明来说不是很重要，所以没有进行详细的描述。
两个触头14、16通过供电线路20或接地导线22与充电电路18相连，此接地导线22位于电接地GND上。用24、26和28来表示以下器件的各自的电阻：未示出的电路板的与充电过程相关的导体电路的电阻、用来使可重复充电的能量储存器12从充电器10上分离的分离装置的电阻、触头14、16的与电路板相连的可能存在的布线的电阻。在此例如能以已知的方式使用继电器、半导体或类似物，来当作分离装置。电阻24、26和28一起构成内阻30，它导致取决于充电电流I的电压降。此电压降一方面影响了可重复充电的能量储存器12的充电率(即它的最大充电电压)，另一方面延长了充电过程。
为了缩短充电过程，按本发明在充电器10中设置补偿电路32，此补偿电路32包含电流检测器34和电压控制器36，此电流检测器34用来检测可重复充电的能量储存器12的充电电流I，此电压控制器36用来使充电电压U与检测到的充电电流I相匹配。在此，电压控制器36一方面与供电线路20相连，另一方面与电流检测器34相连，其中电流检测器34至少局部地集成在接地导线22中。通过连接导线38，电压控制器36这样对充电电路18产生影响，即充电电压U根据充电电流I提高，提高量是由内阻30产生的电压降，从而相应地缩短充电时间。
图2在详细的方框图中示出了按本发明的补偿电路32，它相应于图1是由电流检测器34和电压控制器36构成的。电压控制器36包含设计成运算放大器40的电流控制器，实际信号以充电电压U的形式施加在该它的非反相输入端上，此充电电压U通过由电阻42、44组成的分压器46以相应的电阻比例降低。充电电压在供电线路20上被量取，可重复充电的能量储存器12通过此供电线路20借助触头14进行充电。充电电压U在此由第一触头14和第二触头16之间的电势差得出，此第二触头16通过接地导线22和电接地GND相连。参考电压URef通过电阻48传输到运算放大器40的反相输入端中，此参考电压URef是通过处于辅助电压UH的Z二极管50产生的。当然也可以使用其它相应的器件(例如运算放大器或类似物)来产生参考电压，以代替Z二极管50。
电流检测器34包含另一作为反相放大器进行布线的运算放大器52，设置在接地导线22中的分路电阻54的相对于电接地GND是负的电压降施加到该运算放大器的反相输入端上。此负的电压降以由电阻56、58调节的放大系数进行放大，并与施加在所述另一运算放大器52的非反相输入端上的偏置电压UOs相加。在此，在由电阻60、62构成的分压器64的中间抽头上产生偏置电压UOs，此分压器64一方面与参考电压URef相连，另一方面与电接地GND相连。分压器64的电阻60、62是这样确定尺寸的，即在无电流的情况下，所述另一运算放大器52的输出端68产生为参考电压URef大小的电压。
所述另一运算放大器52的输出信号现在通过电阻70传递到电压控制器36上，其中电阻48和70构成分压器72，它的中间抽头74与运算放大器40的反相输入端相连。一旦充电电流I通过分路电阻54流动，则所述另一运算放大器52的输出端上的电压就高于参考电压URef。按照分压器72的两个电阻48、70的分压系数，在运算放大器40的反相输入端上的电压高于参考电压URef。相反，如果没有充电电流I流过，则在运算放大器40的反相输入端上的电压与参考电压URef相当。电流检测器34对电压控制器36的影响强度借助电阻70来确定，并取决于待补偿的内阻30的大小。此外，电流检测器34通过分压器72这样来影响电压控制器36，即根据检测到的充电电流I，改变用于电压控制器36的参考电压URef，并因此也改变充电电压U。为此，参照图1，运算放大器40的输出端通过连接导线38与充电电路18相连。
在可选的构造方案中，除了充电器10的由电阻24、26和28构成的内阻30外，还可以考虑可重复充电的能量储存器12的欧姆电阻76。在此，在可重复充电的能量储存器12中使用的单个电池的电阻、相应触头的电阻以及从必要连线的电阻得出欧姆电阻76。为了实现补偿，欧姆电阻76必须是已知的，因此分压器72可与引起的整个内阻30相匹配。
在另一可选的构造方案中规定，参考电压URef可借助温度传感器来影响。在此，电阻70例如可通过NTC78来代替。可选的是，也可使用其它的、具有相应负温度系数的元件。因此使用NTC78是有利的，因为充电器10的内阻30根据温度来改变。因此，由于温度引起的内阻30的升高可通过相应地提高参考电压URef来补偿。
最后还需指出，所示的实施例既不局限在图1和图2，也不局限在所述的电子器件。因此例如还可考虑，所示的电路要么完全地、要么局部地作为集成的电路来实现。此外，为电阻指明精确的数值是没有必要的，因为它们还与可重复充电的能量储存器12的所用类型有关，并与充电器10的边界值(最大的充电电压U、最大的充电电流I)有关。专业人员可以按照应用领域来选择这些数值。
按本发明的充电器10以及它的补偿电路32还具有这样的优点，即既可用于任意的充电电压和充电电流(补偿例如在0.1A到100A之间的充电电流中工作)，也可用于不同类型的可重复充电的能量储存器12，如锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池或铅蓄电池等。例如还可考虑用在电动工具的可重复充电的能量储存器上，其中本发明并不局限于此。
Claims (9)
1.一种充电器(10)，其用来给至少一个可重复充电的能量储存器(12)进行充电，此充电器(10)具有确定的内阻(30)和补偿电路(32)，此补偿电路用来在充电过程中补偿由所述内阻(30)引起的电压降，其中补偿电路(32)具有电流检测器(34)和电压控制器(36)，此电流检测器(34)用来检测可重复充电的能量储存器(12)的充电电流(I)，此电压控制器(36)用来使充电电压(U)与检测到的充电电流(I)相匹配，
其特征在于，所述补偿电路(32)包含设置在电流检测器(34)和电压控制器(36)之间的分压器(72)，通过该分压器的尺寸来实现内阻(30)的补偿，其中所述电压控制器(36)具有运算放大器(40)，该运算放大器的反相输入端与分压器(72)的中间抽头(74)相连，该运算放大器的非反相输入端与另一分压器(46)的中间触头(43)相连，其中所述另一分压器(46)位于可重复充电的能量储存器(12)的供电线路(22)和电接地(GND)之间，并提供可重复充电的能量储存器(12)的电压(U)的实际信号。
2.按权利要求1所述的充电器(10)，其特征在于，所述分压器(72)一方面与参考电压(Uref)相连，另一方面与电流检测器(34)的运算放大器(52)的输出端(68)相连。
3.按权利要求2所述的充电器(10)，其特征在于，所述参考电压(Uref)通过处于辅助电压(UH)的Z二极管(50)来产生。
4.按权利要求2所述的充电器(10)，其特征在于，设置温度传感器来影响参考电压(Uref)。
5.按权利要求4所述的充电器(10)，其特征在于，所述温度传感器是NTC(78)。
6.按权利要求1所述的充电器(10)，其特征在于，借助与可重复充电的能量储存器(12)相连的分路电阻(54)来实现电流检测。
7.按权利要求6所述的充电器(10)，其特征在于，所述分路电阻(54)一方面与电接地(GND)和所述可重复充电的能量储存器(12)的接地触头(16)都所处的节点相连，另一方面与所述电流检测器(34)相连。
8.按权利要求1所述的充电器(10)，其特征在于，所述确定的内阻(30)至少包含以下器件的各自的电阻：电路板(24)的相关导体电路的电阻、触头(14、16)的可能存在的布线(28)的电阻和/或分离装置(26)的电阻，其中所述触头是用来使可重复充电的能量储存器(12)与充电器(10)触通，所述分离装置是用来使可重复充电的能量储存器(12)从充电器(10)上分离。
9.按权利要求8所述的充电器(10)，其特征在于，所述确定的内阻(30)包含可重复充电的能量储存器(12)的欧姆电阻(76)。
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