FI94474B

FI94474B - A method and charging device for rapid charging of an accumulator battery

Info

Publication number: FI94474B
Application number: FI923977A
Authority: FI
Inventors: Matti Naskali
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1995-05-31
Also published as: FI923977A0; FI923977A; FI94474C

Description

, 94474, 94474

Menetelmä sekä latauslaite akkupariston nopeaksi lataamiseksi - Ett sätt samt laddningsanordning för snabb laddning av ett ackumulatorbatteri t 5Method and charger for fast charging of the battery - Ett sätt samt laddningsanordning för snabb laddning av ett acumulatorbatteri t 5

Keksinnön kohteena on menetelmä matkapuhelimissa käytettävien Ni-Cd sekä Ni-MH akkuparistojen nopeaa lataamista varten. Keksintö koskee myös vastaavaa latauslaitetta. Keksintöä voidaan soveltaa myös muissa elektronisissa laitteissa.The invention relates to a method for the rapid charging of Ni-Cd and Ni-MH batteries used in mobile telephones. The invention also relates to a corresponding charging device. The invention can also be applied to other electronic devices.

1010

Akkuparistojen lataamiseksi on nykyään käytössä useita tunnetun tekniikan mukaisia menetelmiä. Näitä ovat aikaperusteinen latausmenetelmä, lämpötilaperusteinen latausmenetel-mä, jännitealenemaperusteinen latausmenetelmä sekä lämpöti-15 lanousuperusteinen latausmenetelmä (esim. US-patentti 4 775 735).There are several prior art methods for charging batteries. These include a time-based charging method, a temperature-based charging method, a voltage drop-based charging method, and a temperature-based charging method (e.g., U.S. Patent 4,775,735).

Aikaperusteisessa latausmenetelmässä akkuparistoa ladataan tietyn aikaa ja lataaminen lopetetaan, kun tämä latausaika 20 on kulunut umpeen. Tämän menetelmän heikkoutena on se, että akkupariston latautumista ei tarkkailla lainkaan ja näin ollen ei voida tietää, onko akkuparisto ladattu liian täyteen vai vajaaksi. Aikaperusteinen latausmenetelmä soveltuukin vain alhaisille virroille eikä nopeaan lataukseen.In the time-based charging method, the battery is charged for a certain time and charging is stopped when this charging time 20 has elapsed. The weakness of this method is that the charge of the battery is not monitored at all and thus it is not possible to know whether the battery is overcharged or undercharged. The time-based charging method is only suitable for low currents and not for fast charging.

2525

Tunnettua tekniikkaa selostetaan seuraavassa viitaten oheisiin kuviin, joista: kuva 1 esittää akkupariston jännitettä sekä lämpötilaa ajan funktiona lataustapahtuman aikana tunnetuissa 30 latausmenetelmissä, kuva 2 esittää tunnetun lämpötilanousuperusteisen lataus- *« menetelmän mukaista lämpötilan ensimmäistä deri vaattaa ajan funktiona lataustapahtuman aikana.The prior art will now be described with reference to the accompanying figures, in which: Figure 1 shows the battery voltage and temperature as a function of time in a known charging method;

35 Kuvassa 1 on esitetty akkupariston jännite sekä lämpötila ajan funktiona lataustapahtuman aikana tunnetuissa lataus-menetelmissä. Lämpötilaperusteisessa latausmenetelmässä (TCO, temperature cut off) tarkkaillaan akkupariston lämpö- 2 94474 tilaa. Akkupariston lataaminen lopetetaan, kun lämpötila on noussut riittävän korkeaksi.35 Figure 1 shows the battery voltage and temperature as a function of time during a charging operation in known charging methods. In the temperature-based charging method (TCO), the temperature of the battery is monitored. Charging the battery will stop when the temperature has risen high enough.

Lämpötilaperusteisessa latausmenetelmässä akkuparisto latau-5 tuu helposti liikaa. Kun lataus aloitetaan alhaisemmasta lämpötilasta, akkuparisto latautuu liikaa, kuten kuvan 1 alempi käyrä osoittaa. Tätä menetelmää käytettäessä akkupa-ristot kuluvat muita menetelmiä nopeammin.In the temperature-based charging method, the battery is easily overcharged. When charging is started from a lower temperature, the battery is overcharged, as shown in the lower curve in Figure 1. When using this method, the battery packs wear out faster than other methods.

10 Jännitealenemaperusteisessa latausmenetelmässä tarkkaillaan akkupariston jännitettä. Lataaminen lopetetaan, kun akkupariston jännite on noussut huippuunsa ja ryhtyy alenemaan. Jännitealenemaperusteinen latausmenetelmä on erittäin hyvä, kun kuorma on vakio ja jännitteen alenema on jyrkkä.10 The voltage drop-based charging method monitors the battery voltage. Charging will stop when the battery voltage has reached a peak and starts to decrease. The voltage drop-based charging method is very good when the load is constant and the voltage drop is steep.

15 Tämän menetelmän heikkoutena on se, että digitaalisissa so-lukkopuhelimissa virta ei ole vakio. Lisäksi Ni-MH akkupa-ristoilla jännitteen alenema on niin loiva, että se on juuri ja juuri havaittavissa. Akkuparistojen valmistajat kuitenkin 20 suosittelevat tätä latausmenetelmää Ni-Cd akkuparistoille.A disadvantage of this method is that the current is not constant in digital cellular telephones. In addition, with Ni-MH Battery cells, the voltage drop is so gentle that it is barely noticeable. However, battery manufacturers 20 recommend this charging method for Ni-Cd batteries.

Kuvassa 2 on esitetty tunnetun lämpötilanousuperusteisen latausmenetelmän mukainen lämpötilan ensimmäinen derivaatta ajan funktiona lataustapahtuman aikana. Tässä latausmenetel-25 mässä lataaminen lopetetaan, kun akkupariston lämpötilan : ensimmäinen derivaatta on noussut huippuunsa ja ryhtyy ale- nemaan.Figure 2 shows the first derivative of the temperature according to the known temperature rise-based charging method as a function of time during the charging event. In this charging method, charging is stopped when the temperature of the battery: the first derivative has reached its peak and starts to decrease.

Akkuparistojen valmistajat suosittelevat tätä latausmenetel-JC mää Ni-MH ja Ni-Cd akkuparistoille. Lämpötilanousuperusteisen latausmenetelmän heikkoutena on se, että lataaminen lo-·· ·· petetään usein liian aikaisin ja joissakin tapauksissa aivan latauksen alussa. Tämä voi aiheuttaa sen, että ladattava laite ei toimi asianmukaisella tavalla.Battery manufacturers recommend this charging method for Ni-MH and Ni-Cd batteries. The weakness of the temperature rise based charging method is that charging is often deceived too early and in some cases at the very beginning of charging. This may cause the rechargeable device to malfunction.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä akkuparistojen nopeaa lataamista varten, jonka avulla edellä esitetyt puutteet ja ongelmat voitaisiinIt is an object of the present invention to provide a method for rapidly recharging batteries which can overcome the above-mentioned shortcomings and problems.

Il ; »a;» MM I i m : * 35 3 94474 ratkaista. Tämän saavuttamiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, että akkupariston lämpötilan toista derivaattaa käytetään hyväksi määriteltäessä lataamisen kestoaikaa.Il; »A;» MM I i m: * 35 3 94474 to solve. To achieve this, the invention is characterized in that the second derivative of the temperature of the battery is utilized in determining the charging time.

'·% 5 Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti vii taten oheisiin kuviin, joista: kuva 1 esittää akkupariston jännitettä sekä lämpötilaa ajan funktiona lataustapahtuman aikana tunnetuissa latausmenetelmissä, 10 kuva 2 esittää tunnetun lämpötilanousuperusteisen lataus-menetelmän mukaista lämpötilan ensimmäistä derivaattaa ajan funktiona lataustapahtuman aikana, kuva 3 esittää keksinnön mukaisen latausmenetelmän mukaista lämpötilan toista derivaattaa ajan funktiona 15 lataustapahtuman aikana.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows the battery voltage and temperature as a function of time during a charging process in known charging methods; a second derivative of the temperature according to the charging method according to the invention as a function of time during the 15 charging events.

Kuvat 1-2 on selostettu edellä. Keksinnön mukaista ratkaisua kuvataan seuraavassa viitaten kuvaan 3, joka esittää keksinnön mukaisen ratkaisun toteutusta.Figures 1-2 are described above. The solution according to the invention is described below with reference to Figure 3, which shows the implementation of the solution according to the invention.

2020

Kuvassa 3 on esitetty keksinnön mukaisen latausmenetelmän mukainen lämpötilan toinen derivaatta ajan funktiona lataus-tapahtuman aikana. Keksinnön mukaisessa latausmenetelmässä lataaminen lopetetaan, kun akkupariston lämpötilan toinen 25 derivaatta muuttuu positiiviseksi.Figure 3 shows the second derivative of temperature according to the charging method according to the invention as a function of time during the charging event. In the charging method according to the invention, charging is stopped when the second derivative of the temperature of the battery becomes positive.

. !. !

* 1 J* 1 J

Kuvista 1 ja 2 voidaan havaita, että latauksen kuluessa lämpötilan kasvu hidastuu, eli lämpötilan toinen derivaatta on negatiivinen. Kun akkuparisto on latautunut täyteen, lämpö-30 tilan kasvu nopeutuu. Tällöin lämpötilan toinen derivaatta muuttuu ensimmäisen kerran positiiviseksi, kuten kuvasta 3 voidaan havaita.It can be seen from Figures 1 and 2 that during charging the temperature increase slows down, i.e. the second derivative of the temperature is negative. When the battery is fully charged, the heat-30 space growth accelerates. In this case, the second derivative of the temperature becomes positive for the first time, as can be seen from Fig. 3.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla voidaan välttää myös 35 se, että lataus keskeytetään jonkin muun kuin akkupariston latautumisesta aiheutuvan lämpötilan kasvun vuoksi. Keksinnön mukaisen menetelmän avulla vältetään myös latauksen keskeyttäminen akkupariston aaltoisuusjännitteen vuoksi.By means of the method according to the invention, it is also possible to avoid that charging is interrupted due to an increase in temperature other than that caused by charging the battery. The method according to the invention also avoids interrupting charging due to the ripple voltage of the battery.

Claims

94474

1. For the purpose of installing a battery in an electronic circuit, the temperature of the battery is 20 and the temperature of the battery is derived from the best use of the battery.

A method for rapidly charging a battery used in electronic devices, characterized in that the second derivative of the temperature of the battery is used in determining the charging time.

2. A method according to claim 1, which comprises the use of batteries at a temperature of 25 and a positive result. e «> ·

A method according to claim 1, characterized in that the charging is stopped when the second derivative of the temperature of the battery becomes positive. 10

3. A battery charging device provided with a temperature sensor and a control circuit for adjusting the charging time, characterized in that the control circuit is adapted to monitor the second derivative of the battery temperature with respect to time to adjust the duration of the charging time.

3. Charging for a battery, including a temperature sensor, and a control for the battery, including a charge for controlling the temperature of the battery, and derivating the temperature of the battery; laddningstiden. li t in * i () «« ·