专利名称：对可充电电池充电的方法和充电器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对可充电电池充电的方法和充电器装置。
背景技术：
可充电电池通常使用交变电压为例如4. 2V的恒定电压/恒定电流(CV/CC)源来充电。初始时将电池使用恒定电流(即，以CC模式)充电直到达到交变点(例如，4. 2V)，在该点处充电器切換至恒定电压模式以将可充电电池的端子处的电压保持在基本上约交变电压。获得90%至100%容量所需的充电时间通常为2小时至4小时，其中CC阶段在IC充电速率(即，对应于可在一个小时内将电池充电完毕的充电电流水平的充电速率)下为约40分钟。一般来讲，在CC阶段完结时，可充电电池可获得为电池充电容量的60%至70%的充电水平。充电过程的CV阶段一般需用I小时至3小时来完成。在此期间，充电电流水平会减小，并且在充电过程完结时通常会达到对应于0.1C的充电速率的水平。限制可充电电池的充电便利性的ー种因素是使充电器和/或电池过热的危险。此类过热可损害充电器和/或电池，并且还会造成安全隐患。因此，常规充电器被配置成施加对应于约IC的充电速率的充电电流。为了避免发生过热状况，有时使用温度传感器来监测充电器和/或电池的温度，因此可使充电器在检测到过热状况时采取矫正或预防行动(例如，如果电池的温度超过例如450C的安全限度，则终止充电电流)。
发明内容
本发明公开了ー种充电器，该充电器被配置成在大约4分钟至6分钟内将可充电电池充电至大约90%至95%容量。在ー个方面，用于对可充电电池充电的方法包括确定要施加到可充电电池上的电流水平，使得电池具有在介于4至6分钟之间的充电时间段内达到的预定充电量，将具有基本上约所确定的电流水平的充电电流施加到电池上，以及在经过了基本上等于特定时间段的充电时间段之后终止充电电流。以下为在此方面的范围内的实施方案。该方法包括在达到可充电电池的端子处的预定电压水平之后周期性地调节充电电流，以将可充电电池的端子之间的电压保持在预定电压水平。该方法包括当达到可充电电池的端子处的预定电压水平时，使输出指示器装置被启动。电池单元的预定充电量为可充电电池的充电容量的至少80%，并且其中充电时间段为大约3至4分钟。可充电电池的预定充电量为可充电电池的充电容量的至少90%，并且其中充电时间段为大约5分钟。该方法包括施加充电电流而不监测可充电电池的温度。施加充电电流包括调节由具有电压变压器部分的功率转换模块提供的电流。调节由功率转换模块提供的电流包括调节电压变压器部分的运行。确定要施加到可充电电池上的电流水平包括确定要施加到可充电的基于磷酸铁锂的电池上的电流水平。在另一方面，用于对ー个或多个可充电电池充电的充电器装置包括用于接纳一个或多个可充电电池的容器和控制器，该容器具有电触点，所述电触点被配置成耦合到一个或多个可充电电池的各自端子，所述控制器被配置成确定要施加到ー个或多个可充电电池上的电流水平使得一个或多个电池具有在介于4至6分钟之间的充电时间段内达到的预定充电量，将具有基本上约所确定的电流水平的充电电流施加到一个或多个可充电电池上，并且在经过了基本上等于特定时间段的充电时间段之后終止充电电流。以下为在此方面的范围内的实施方案。一个或多个电池的预定充电量为ー个或多个电池单元的充电容量的至少80%，并且其中充电时间段大约介于3至15分钟之间。一个或多个可充电电池的预定充电量为一个或多个电池的充电容量的大约80%，并且其中充电时间段大约介于3分钟至4分钟之间。一个或多个可充电电池的预定充电量为一个或多个电池的充电容量的至少90%至95%，并且其中指定时间段为大约5分钟。该装置包括功率转换模块，该功率转换模块包括电压变压器。该装置包括反馈控制机构，以使控制器调节由功率转换模块输出的电流。反馈控制机构被配置成调节电压变压器的运行。反馈控制机构被配置成在ー个或多个电池处的电压达到预定上限电压水平之后，将ー个或多个可充电电池的端子处的电压保持在预定上限电压。该装置包括输出指示器装置，其中控制器被配置成在达到可充电电池的端子处的预定电压水平时使输出指示器装置启动。该装置包括MOSFET晶体管基同步整流器。控制器被配置成确定要施加到一个或多个基于磷酸铁锂的可充电电池上的电流水平。控制器包括基于处理器的微控制器。被配置成施加充电电流的控制器被配置成施加充电电流而不监测ー个或多个可充电电池的温度。在另一方面，一种充电器装置包括电触点，所述电触点被配置成耦合到一个或多个可充电电池的各自端子；电路，所述电路在充电操作开始时通过将恒定充电电流施加到ー个或多个可充电电池上来对ー个或多个电池充电并且当ー个或多个电池的电压达到预定上限电压时保持一个或多个电池上的恒定电压；和被配置成控制该电路的控制器，该控制器被配置成使该电路将电池充电介于4至6分钟之间的充电时间段并且其后终止对电池的充电。在另一方面，一种充电器装置包括电触点，所述电触点被配置成耦合到一个或多个可充电电池的各自端子；和以如下方式对ー个或多个电池充电的电路测量电池中的现有充电量，确定施加充电电流的时间段，在充电操作开始时将充电电流施加到ー个或多个可充电电池上持续所确定的充电时间段。ー个或多个方面可提供下列ー个或多个优点。通过利用例如磷酸铁锂电池的相对低的内阻，可以恒定电流(CC)模式在3分钟至4分钟内将电池充电至大约80%容量，并且可在5min内将它们充电至大约90%至95%容量。该充电器被配置成在经过了所确定或指定的时间段之后終止充电操作，而不必执行任何检查以确定电池的充电量或电压水平或执行热监测和/或热控制操作。这种配置可最小化所需的电路、所需的散热部件等等，因此可减小成本和充电器的尺寸。本发明ー个或多个实施方案的细节阐述于附图和以下说明中。通过阅读说明书、 附图以及权利要求书，本发明的其它特征、目的和优点将变得显而易见。
图1A为充电器的ー个不例性实施方案的方框图。图1B为描述ー个具有可变定时的实施方案的流程图。图2为由图1的充电器执行的充电规程的一个示例性实施方案的流程图。图3A至B为显示使用图1A的充电器的IAh锂离子电池的充电电压行为和充电电流行为的图。
具体实施例方式电化学电池单元可为一次电池单元或二次电池单元。一次电化学电池单元意味着仅放电(例如至耗尽)一次，然后被废弃。一次电池单元不打算再充电。一次电池单元描述于例如 David Linden 的 Handbook ofBatteries (McGraw-Hill,第 2 版，1995)中。另一方面，二次电化学电池单元，在下文中也称为可充电电池单元或电池，可再充电许多次，例如，五十次，一百次等等。二次电池单元描述在例如Falk & Salkind的“Alkaline StorageBatteries” (John Wiley & Sons, Inc. 1969);美国专利 345，124 ;和法国专利 164,681 中，这些专利均据此以引用方式并入。參见图1A，其显示了被配置成对可充电电池12充电的充电器10，所述电池具有至少ー个基于磷酸铁锂化学物质的可充电的电化学电池单元。这种电池，有时称为二次电池，包括电池单元。在一些实施方案中，所述电池単元具有钛酸锂阳极材料和磷酸铁锂阴极材料，它们适于使基于此类材料的可充电电池可快速再充电。磷酸铁锂化学物质具有低内阻(R)。起因于此类电池的内阻的热耗散与IR2成比例(其中I为施加到电池上的充电电流)。由于基于磷酸铁锂化学物质的电池具有低内阻，因此此类电池可接受大充电电流。因此，通过使用低内阻电池诸如磷酸铁锂电池，可以恒定电流(CC)模式在3分钟至4分钟内将电池充电至大约80%容量，并且可在5分钟内将它们充电至大约90%至95%容量。如在下文中所显而易见，使用大充电电流来充电基于磷酸铁锂化学物质的电池一般可导致电池在五(5)分钟内获得90%至95%充电容量，因此充电器被配置成在经过了该时间段之后終止充电操作而不必执行任何检查以确定电池的充电量或电压水平或执行热监测和/或热控制操作。充电器可使用定时器来测量充电时间，并且在定时器达到预指定的充电时间段例如5分钟时终止充电操作。虽然图1显示的是连接到充电器10上的单ー电池12，但充电器10可被配置成具有连接到其上的附加电池。此外，充电器10还可被配置成接纳并充电不同的电池类型，包括圆柱形电池、棱柱电池、硬币电池或纽扣电池等。充电器10被配置成在充电操作开始时将恒定充电电流施加到电池上。在其中将恒定电流递送给电池(即，充电器以恒定电流或CC模式运行)期间，电池12的电压会増大。当电池的电压达到例如3. 8V的预定上限电压时(此上限电压有时称为交变电压)，充电器被配置成在充电时间的其余部分中将电池的电压保持在该上限电压。在将基本上等于预定交变值的恒定电压施加到电池12上期间，据称充电器10以恒定电压或CV模式运行。在经过了预定时间段例如从充电操作开始时算起的5分钟之后，充电操作終止。由于充电器被配置成在相对短的时间段内无条件地終止充电操作(在此期间电池和/或充电器10的温度不太可能显著升高)，因此在ー些实施方案中，没有必要监测电池12和/或充电器10的温度。因此，在其中不执行热监测和控制操作的实施方案中，充电器10的结构较紧凑并且电路得到简化。还如图1A所示，在一些实施方案中，充电器10被实施成使得电流/电压调节可使用例如反馈控制机构直接在充电器的功率转换部分(例如，图1A所示的功率转换模块16)上执行(这种配置有时称为初级侧电压/电流调节)。换句话讲，在一些实施方案中，控制机构调节功率转换模块16的切换频率或脉冲宽度，因此调节转换器的输出电压和电流。因此，在此类实施方案中，充电器10不包括多个电压转换阶段(例如，AC/DC转换阶段，后接例如降压转换器电路)，因此充电器10可减小一般持续发生在多级功率转换电路中的功率损耗。例如，通过实施初级侧电压/电流控制，功率效率(例如，最终递送给功率转换电路的输出的输入功率的百分比)通常在80%至90%范围内。相比之下，两级式功率转换电路的每阶段的效率一般为80%至90%，因此两级式功率转换电路的总体功率效率一般在60%至80%范围内。功率效率中的这些损耗以功率转换阶段中的热耗散来表示。充电器10包括整流器模块14，所述模块电耦合到AC电源诸如以额定的85V-265V和50Hz至60Hz提供功率的电源上。在一些实施方案中，整流器模块14包括MOSFET基同步整流电路。电容器15存储用于功率转换模块16的能量。耦合到整流器模块14上的是功率转换模块16，所述功率转换模块包括变压器18和有利于调节变压器18的运行的变压器控制单元20。在一些实施方案中，将功率转换模块16实施为开关转换器，其中功率转换模块16的输出处所需的电压水平通过接通或关断功率转换模块16来获得。在开关的接通期间，在功率转换模块16的输出处提供电压；并且在关断期间，在功率转换模块16的输出端子处不提供电压。在一些实施方案中，这种开关转换器可使用离散的晶体管(例如，MOSFET晶体管)来实施，或可使用可执行切换操作的合适的集成电路(IC)来实施。
使用耦合到功率转换模块16上的整流器模块14可使提供在充电器10的输入处的AC功率转换为适用于对可充电电池充电的低DC电压(例如，大约介于3. 7V至4. 2V之间的水平的DC电压)。在一些实施方案中，将附加DC-DC转换器19引入到功率转换模块16中，以将外部DC电源诸如汽车的DC电源转换为适用于对可充电电池充电的DC功率水平。例如，在ー些实施方案中，汽车的DC电源以大约IlV至14. 4V提供DC功率，因而DC-DC转换器19可将该电压水平转换为合适的电压水平。所添加的DC-DC转换器可被配置成接受在1.2V至大约24V范围内的几乎任何DC电源。因此，在一些实施方案中，DC-DC转换器为升压转换器，可将1. 2V的电压增大为3. 7伏至4. 2伏的DC充电电压，而在那些4. 2伏特以上的应用中，转换器为降压转换器。电耦合到功率转换模块16的输出上的为滤波器电路24，所述电路包括串联连接到并联布置的电容器28和电阻器29 (标记为Rsh)上的ニ极管26。滤波器电路24被配置成减小功率转换模块16的输出处的电流/电压脉动。滤波器电路24也被配置成在功率转换模块16的输出处不提供电流的关断期间将存储在电容器28中的能量释放进电池12中。因此，由功率转换模块16在其接通期间提供的电流和由电容器28在功率转换模块16的关断期间提供的电流可导致基本上等于所需的要施加到电池12上的充电电流的有效电流。ニ极管26被连接成使得由电容器28释放的电流被导向电池12并且不导向到功率转换模块16中。为了控制施加到电池12上的电流和/或电压水平，使用包括控制器30的反馈机构来调节功率转换模块16的DC输出电压。功率转换模块16耦合到充电器10的输出端子(并且因此耦合到电池12的端子)，充电电流即通过所述端子施加。控制器30电耦合到开关脉宽调制(PWM)控制单元32上，所述单元接收源自控制器30的控制信号并且相应地生成脉宽调制的信号，所述脉宽调制的信号被提供给变压器控制单元20以使功率转换模块16在其输出处提供电压。当脉宽调制的信号撤消时，变压器控制单元20使电压从功率转换模块16的输出撤消。因此，通过将当前反馈电压与预设值进行比较并控制开关PWM控制单元32的运行，并且因此控制功率转换模块16的运行，控制器30可导致基本上等于要施加到电池12上的充电电流的电流。控制器30还被配置成在经过了指定或预定的时间段(例如，5分钟)之后终止充电电流。现在參见图1B，在一些实施方案中，控制器30可被配置成确定51电池12的近似的现有充电水平(例如，通过测量电池的电压来确定)，并且基于所确定的近似的现有充电水平来确定53应当将充电电流施加到电池12上的持续时间段。将所确定的充电水平施加到电池上持续所确定的时间段，并且其后充电器将中止操作。此实施方案可提供灵活的定时器，所述定时器可根据现有的电池充电量自我调节充电时间。因此，取决于电池充电量的初始状态，充电操作可持续一分钟或更少至最多约5分钟或6分钟的时间。对要施加到电池12上的充电电流的确定可至少部分地基于使用者所指定的输入，所述输入通过设置在充电器10上的使用者界面(未示出)来提供。这种使用者界面可包括例如开关、按钮和/或旋钮，使用者可通过它们指示例如有待再充电的电池的容量。此夕卜，在一些实施方案中，该界面可被配置成让使用者指定与充电过程密切相关的其它參数，例如充电时间(在其中需要较长充电时间例如10分钟至15分钟的情况下)。为了确定所要使用的具体充电电流，可查阅可指示对应于使用者所指定的參数的合适的充电电流的查找表。例如，如果使用者指定要 将500mAh容量的磷酸铁锂电池再充电，则可检索到查找表中的对应于此指定容量的条目。在一些实施方案中，可使用计算技术来确定适当的充电电流。在一些实施方案中，对充电电流的确定可以如下方式来进行使用例如可提供代表电池容量和/或电池类型的数据的识别机构来识别放置在充电器10的充电隔室中的电池的容量。ー种包括使用基于ID电阻器(具有代表电池容量的电阻)的识别机构的示例性充电器装置的发明详述提供于同时提交的题目为“Ultra Fast Battery Charger withBatterySensing”的专利申请中，该专利申请的内容据此全文引入以供參考。使用者界面也可包括输入元件(例如，开关)以启用或禁用充电器10。使用者界面也可包括输出指示器装置诸如LED以向使用者提供关于连接到其上的充电器和/或电池12的状态信息、被配置成向使用者提供输出信息的显示装置等。例如，使用者界面可包括当充电器从恒定电流模式切换至恒定电压模式时被点亮的LED。一般来讲，当电池的电压达到交变点(例如，介于3. 8V至4. 2V之间)时，电池的充电量通常为电池的充电容量的80%至90%，并且因此基本上可供使用。被点亮的LED向使用者指示电池已充电至少80%至90%，如果使用者这时需要立即使用电池并且不想等到充电操作完全完成，则使用者可选择在充电操作完成之前取出电池。
在一些实施方案中，使用者界面还可包括例如附加输出装置以提供附加信息。例如，使用者界面可包括被点亮的红色LED (如果发生了故障状况诸如过电压)，并且可包括另ー个LED例如黄色或绿色LED装置以指示对电池12的充电操作正在进行中。还如图1所示，控制器30包括处理器装置34，所述装置被配置成控制对电池12执行的充电操作。处理器装置26可为任何类型的计算和/或处理装置，诸如源自MicrochipTechnology Inc.的PIC18F1320微控制器。用于控制器30的具体实施的处理器装置34包括被配置成存储软件的易失和/或非易失存储元件，所述软件包含用来实现处理器基装置的一般操作的计算机指令、以及用来对耦合到充电器上的电池12执行充电操作的具体实施程序，所述充电操作包括在大约5分钟内达到至少90%充电容量的充电操作。处理器34包括模-数(A/D)转换器36，所述转换器带有多个模数输入和输出线。A/D转换器36被配置成接收源自耦合到电池上的传感器(下文描述)的信号，以有利于调节和控制充电操作。在一些实施方案中，控制器30也可包括数字信号处理器(DSP)，以执行如本文所述的控制装置的处理功能中的ー些或全部。可将充电器的各种模块，包括整流器単元14、变压器控制单元20、处理器34、和开关PWM控制单元32布置在充电器10的电路板(未示出)上。充电器10确定要施加到可充电电池12上的充电电流，使得电池12可在大约4分钟至6分钟内被充电至例如电池12的大约80%至95%充电容量。如本文所述，基于磷酸铁锂电化学电池单元的电池具有相对低的内阻，因此可用例如IOC至15C数量级的相对大的充电电流来充电，其中IOC的充电速率对应于在6分钟内对可充电电池充电的充电电流(IC为在I小时内充电特定可充电电池所需的电流)，并且15C的电流为在4分钟内对可充电电池充电所需的电流。由于磷酸铁锂电池的低充电电阻的缘故，可避免显著的热耗散，并且此类电池因此可经受大充电电流而不会有害地影响电池的性能或耐久性。将晶体管的接通时间或工作循环初始地从0%工作循环升高，同时控制器或反馈回路測量输出电流和电压。一旦达到了所确定的充电电流，反馈控制回路就使用闭回路线性反馈方案来管理晶体管工作循环，例如使用比例积分微分或PID机理。一旦充电器电压输出、或电池端子电压达到了交变电压，类似的控制机构可用来控制晶体管的工作循环。因此，由功率转换模块16在其接通期间提供的电流、和由电容器28在功率转换模块16的关断期间提供的电流应当可导致基本上等于所需的充电电流的有效电流。在一些实施方案中，控制器30周期性地接收(例如，每隔0.1秒)流过电池12的电流的测量值，所述电流例如通过电流传感器40来測量。基于此接收到的实测电流，控制器30调节工作循环以导致对流过电池12的电流的调节，以便该电流收敛至基本上等于充电电流水平的值。在充电过程的恒定电流阶段中，电流传感器40也用来周期性地测量电池的电流，以使控制器30可调节由功率转换模块16提供的电流，使得施加到电池12上的充电电流处在基本上恒定的水平。充电器10也包括电耦合到充电器10的充电端子的电压传感器42。电压传感器周期性地測量(例如，每隔0.1秒)电池12的端子处的电压，尤其是在充电过程的恒定电压阶段中。这些周期性的电压测量使控制器30可控制由功率转换模块16在恒定电压(CV)阶段中提供的电压，以便在CV阶段中施加在电池12的端子处的电压处在基本上恒定的水平(例如，预定上限电压)。
由传感器40和42测量的电流/电压可用来确定是否存在故障状况，所述故障状况要求終止充电操作或不开始充电操作。例如，控制器30可确定由电压传感器42测量的电池12的端子处的电压是否处在电池12的电压水平的预定范围(例如，2V至3. 8V)内。如果实测值低于该范围的电压下限，则这可指示电池有缺陷。如果实测值高于该范围的上限，则这可指示电池已经充分地充电，因此进一歩的充电是不必要的并且可能损坏电池。因此，如果实测电压没有落在预定范围内，则认为存在故障。充电器可针对通过电流传感器40测量的电流进行类似的确定，并且如果实测电流在预定电流范围之外，则可认为存在故障，因此充电操作将不开始，或将被终止。在一些实施方案中，将接收到的实测信号使用模拟逻辑处理元件(未示出)诸如专用的充电控制器装置来处理，所述装置可包括例如阈值比较器以确定由传感器40和/或42测量的电压水平和电流水平。充电器10也可包括用于对模拟和/或数字输入信号进行信号滤波和处理的信号调整部件(未示出)，以防止可能由外界因素诸如电路水平噪声造成的错误测量(例如，对电压、温度等的错误测量)。在一些实施方案中，控制器30被配置成以如下方式监测电压增大速率周期性地测量电池12的端子处的电压，并且调节施加到电池12上的充电电流，使得预定电压上限可在某个指定的电压上升时间段内达到。基于实测电压増大速率，充电电流水平被调节以增大或减小充电电流，使得预定电压上限可在指定的电压上升时间内达到。对充电电流水平的调节可例如根据使用卡尔曼滤波器的预测校正技术来进行。也可使用用于确定对电流的调节以获得预定电压上限的其它方法。由于本文所述的充电器可以相对短的间隔(例如，5分钟)将电池例如磷酸铁锂电池充电，因此这种充电器在该操作期间通常不会产生大量的热。因此，可从充电器中消除被配置成保护常规充电器的操作，以防止由于产生热而造成的损害和不安全操作的某些模块和/或组件。例如，可构造充电器10而不使用热控制组件(例如，风扇、散热器元件、附加控制模块等)和/或不具有热监测组件(例如，热传感器诸如热敏电阻器)。此外，由于本文所述的充电器的操作时间较短，因此充电器的各种组件(它们常常被配置成具有大的表面积以耗散所产生的热)的外形尺度可小于用于常规充电器的组件。因此，可将此类较小尺寸的组件适配到较小尺寸的外壳中，因此导致充电器装置的外形尺度一般小于常规充电器装置的外形尺度。图2描述用来再充电放置在充电器10的充电隔室中的可充电电池12的充电规程50的一个示例性实施方案。在将电池12放置到充电器的充电隔室中之后，充电器10可任选地在开始充电操作之前确定是否存在某些故障状況。因此，例如，充电器10測量52电池12的电压。充电器10确定54实测电压Vtl是否在预定范围内(例如，V0介于2V至3. 8V之间)。在已确定实测电压不在预定的容许范围内因此使得当前条件下的充电操作不安全的情况下，充电器不会继续进行充电操作，因而规程50可終止。充电器10确定56要被施加到电池12上的充电电流，使得电池12将在大约4分钟至6分钟内获得至少90%充电容量。如果充电器10适于接纳并充电仅ー种类型的特定容量的电池(例如，具有500mAh容量的磷酸铁锂电池)，则充电器将对应于此类型的电池的预指定的充电电流施加到电池12上(例如，6A的充电电流可在大约5分钟内充电500mAh的电池)。
如果充电器10适于接纳不同容量的不同类型的电池，则充电器10可确定55被插入到充电器10的充电隔室中的电池12的容量和/或类型。在一些实施方案中，充电器10包括被配置成测量连接到电池12上的ID电阻器的电阻的识别机构，所电阻代表电池12的容量和/或类型。除此之外和/或作为另外一种选择，可通过使用者界面将电池12的容量和/或类型传达给充电器，所述界面设置在例如充电器10的主体上。因此，通过识别机构、使用者界面、或其它方式传达的数据可代表电池的容量和/或类型。充电器可因此基于此数据来确定要施加到电池上的适当的充电电流。例如，在充电器10计算电池12的ID电阻器的电阻的情况下，充电器10可访问存储在充电器10的记忆存储模块中的查找表，所述查找表可索引对应于与计算出的电阻相关联的容量的合适的充电电流。在确定了要施加到电池12上的充电电流之后，可启动58定时器，所述定时器被配置成测量预指定的充电操作时间段。定时器可为例如处理器34的专用定时器模块，或可为以由处理器34的内部或外部时钟测量的规则时间间隔递增的计数器。控制60由功率转换模块16施加的电流/电压，以使基本上等于所确定的充电电流的恒定电流被施加到可充电电池12上。如所述的那样，充电器10实施包括控制器30和开关PWM控制单元32的初级侧反馈机构，所述机构用来调节功率转换模块16的输出处的电流/电压。在功率转换模块16的关断期间(即，当模块16的输出处的电流/电压被抑制吋)，存储在电容器28中的能量以电流形式释放给电池12。由功率转换模块16施加的电流、和从电容器28中释放出的电流组合起来可导致基本上等于所确定的充电电流的有效电流。将电池12用基本上恒定电流充电，直到电池端子处的电压达到预定电压上限。因此，周期性地測量62施加到电池12上的电压，以确定何时达到预定的电压上限(S卩，交变电压)。当电池12的端子处的电压达到了预定电压上限例如4. 2V时，对(也在62处进行)功率转换模块16进行控制以在电池12的端子处保持基本上等于交变电压水平的恒定电压水平。此外，还可点亮充电器10的使用者界面上的LED以指示已达到了交变电压点，并且指示电池因此已具有用来正常运行的足够的充电量。这时，如果使用者期望立即使用电池，则使用者可取出电池12。可周期性地測量(操作未在图2中示出)电压増大速率，以使预定电压上限可在指定的电压上升时间段内达到。基于实测电压増大速率，充电电流水平被调节(伴随对应的对施加到电流/电压调节电路上的启动信号的调节)，以增大或减小充电电流使得预定的电压上限可在指定的电压上升时间内达到。 在确定64经过了基本上等于充电时间段的时间段之后，終止施加到电池12上的充电电流(例如，通过使用开关PWM控制模块32和/或变压器控制单元20来中止电启动功率转换模块16)。在达到了电池12的预定电压上限之后，或在达到了电池12的某个指定充电水平之后，充电规程在经过了特定时间段时终止。图3A和3B分别示出了 IAh磷酸铁锂电池的示例性充电电压行为和充电电流行为，使用图1所示类型的充电器使所述电池在4. 2V CV/12A CC下经受5分钟的充电。如图3B所示，在充电操作开始时，将大约12A的恒定电流施加到电池上。在12A的充电电流时，IAh的电池将在大约5分钟内(lAh/12A=0. 0833h=5分钟)被完全充电(如果其原来是基本上完全耗尽的话)。如所述的那样，充电器被配置成使基本上恒定电流产生并施加到电池12上，因此，响应于电流的波动(如图中显现的尖峰所示)，充电器将使平均充电电流保持恒定在大约12A。当最初施加充电电流时，充电器和/或电池12的充电端子处的电压为大约3. 7V。电压开始增大，并且在约3分钟后达到4. 2V的平均水平。其后，充电端子处的电压保持在该水平。其它实施方案现在已描述了本发明的一些实施方案。但是应当理解，在不背离本发明精神和范围的条件下可以进行各种修改。例如，充电器可与对接底座相关联或嵌入在其内，所述对接底座用于电子装置，例如移动电话、计算机、个人数字助理等等。因此，其它实施方案也在以下权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于对可充电电池充电的方法，所述方法包括确定要施加到所述可充电电池上的电流水平，使得所述可充电电池具有在介于4至6分钟之间的充电时间段内达到的预定充电量，其中，所述充电时间段是部分地基于所述可充电电池的现有充电水平而被确定的；将具有基本上约所确定的电流水平的充电电流施加到可充电电池上；以及 在经过了所述充电时间段之后终止所述充电电流。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括 在所述充电时间段期间 在充电操作开始时将恒定充电电流施加到所述可充电电池，以及在达到所述可充电电池的端子处的预定电压水平之后周期性地调节所述充电电流，以将所述可充电电池的端子之间的电压保持在所述预定电压水平。
3.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括 当达到所述可充电电池的端子处的所述预定电压水平时使输出指示器装置启动。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述可充电电池的预定充电量为所述可充电电池的充电容量的至少90%，并且其中所述充电时间段为大约5分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其中执行施加所述充电电流而不监测所述可充电电池的温度。
6.如权利要求1所述的方法，其中施加所述充电电流包括调节由具有电压变压器部分的功率转换模块提供的电流。
7.如权利要求6所述的方法，其中调节由所述功率转换模块提供的电流包括调节所述电压变压器部分的运行。
8.如权利要求1所述的方法，其中确定要施加到所述可充电电池上的所述电流水平包括确定要施加到可充电的基于磷酸铁锂的电池上的所述电流水平。
9.一种用于对可充电电池充电的方法，所述方法包括确定要施加到所述可充电电池上的电流水平，使得所述可充电电池具有在介于3至4分钟之间的充电时间段内达到的预定充电量，其中，所述充电时间段是部分地基于所述可充电电池的现有充电水平而被确定的；将具有基本上约所确定的电流水平的充电电流施加到可充电电池上；以及 在经过了所述充电时间段之后终止所述充电电流， 其中所述可充电电池的预定充电量为所述可充电电池的充电容量的至少80%。
10.一种用于对一个或多个可充电电池充电的充电器装置，所述装置包括 用于接纳一个或多个可充电电池的容器，所述容器具有被配置成耦合到所述一个或多个可充电电池的各自端子的电触点；和控制器，所述控制器被配置成 确定要施加到所述一个或多个可充电电池上的电流水平，使得所述一个或多个可充电电池具有在介于4至6分钟之间的充电时间段内达到的预定充电量，其中，所述充电时间段是部分地基于所述可充电电池的现有充电水平而被确定的； 将具有基本上约所确定的电流水平的充电电流施加到所述一个或多个可充电电池上；并且 在经过了所述充电时间段之后终止所述充电电流。
11.如权利要求10所述的装置，所述装置还包括功率转换模块，所述功率转换模块包括电压变压器。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述装置包括反馈控制机构以使所述控制器调节由所述功率转换模块输出的电流。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述反馈控制机构被配置成调节所述电压变压器的运行。
14.如权利要求12所述的装置，其中在所述充电时间段期间 在充电操作开始时将恒定充电电流施加到所述可充电电池，以及 在所述一个或多个可充电电池处的电压达到预定上限电压水平之后，所述反馈控制机构将所述一个或多个可充电电池的端子处的电压保持在所述预定上限电压。
15.如权利要求14所述的装置，所述装置还包括输出指示器装置，其中所述控制器被配置成在达到所述可充电电池的端子处的预定电压水平时使所述输出指示器装置启动。
16.如权利要求10所述的装置，所述装置还包括基于MOSFET晶体管的同步整流器。
17.如权利要求10所述的装置，其中所述控制器被配置成确定要施加到一个或多个基于磷酸铁锂的可充电电池上的所述电流水平。
18.如权利要求10所述的装置，其中所述控制器包括基于处理器的微控制器。
19.如权利要求10所述的装置，其中被配置成施加所述充电电流的控制器被配置成执行施加所述充电电流而不监测所述一个或多个可充电电池的温度。
20.一种用于对一个或多个可充电电池充电的充电器装置，所述装置包括用于接纳一个或多个可充电电池的容器，所述容器具有被配置成耦合到所述一个或多个可充电电池的各自端子的电触点；和控制器，所述控制器被配置成 确定要施加到所述一个或多个可充电电池上的电流水平，使得所述一个或多个可充电电池具有在介于3至15分钟之间的充电时间段内达到的预定充电量，其中，所述充电时间段是部分地基于所述可充电电池的现有充电水平而被确定的； 将具有基本上约所确定的电流水平的充电电流施加到所述一个或多个可充电电池上；并且 在经过了所述充电时间段之后终止所述充电电流， 其中所述一个或多个可充电电池的预定充电量为所述一个或多个可充电电池的充电容量的至少80%。
21.如权利要求20所述的装置，其中所述一个或多个可充电电池的预定充电量为所述一个或多个可充电电池的充电容量的大约80%,并且其中所述充电时间段大约介于3至4分钟之间。
22.如权利要求20所述的装置，其中所述一个或多个可充电电池的预定充电量为所述一个或多个可充电电池的充电容量的至少90%至95%，并且其中所述充电时间段为大约5分钟。
23.一种充电器装置，所述装置包括 电触点，所述电触点被配置成耦合到一个或多个可充电电池的各自端子； 电路，所述电路以如下方式对所述一个或多个可充电电池充电在所述充电操作开始时将恒定充电电流施加到所述一个或多个可充电电池上，并且当所述一个或多个可充电电池的电压达到预定上限电压时保持所述一个或多个可充电电池上的恒定电压；和被配置成控制所述电路的控制器，所述控制器被配置成 使所述电路对所述可充电电池充电介于4至6分钟之间的充电时间段，并且其后终止对所述可充电电池的充电，其中，所述充电时间段是部分地基于所述可充电电池的现有充电水平而被确定的。
24.一种充电器装置，所述装置包括 电触点，所述电触点被配置成耦合到一个或多个可充电电池的各自端子；和电路，所述电路以如下方式对所述一个或多个可充电电池充电测量所述可充电电池中的现有充电量、确定施加充电电流的时间段、在所述充电操作开始时将充电电流施加到所述一个或多个可充电电池上持续所确定的充电时间段，其中，所述充电时间段是部分地基于所述可充电电池的现有充电水平而被确定的。
全文摘要
本发明公开了用于对可充电电池(12)充电的充电器(10)，该充电器确定要施加到可充电电池上的电流水平，使得电池具有在介于4至6分钟之间的充电时间段内达到的预定充电量，并且将具有基本上约所确定的电流水平的充电电流施加到电池上，并且在经过了基本上等于特定时间段的充电时间段之后终止充电电流。
文档编号H02J7/00GK103036292SQ201210546690
公开日2013年4月10日 申请日期2008年3月25日 优先权日2007年3月26日
发明者D·N·克莱恩, J·T·鲍瑞库夫, J·M·罗托多, L·J·皮内尔, G·M·辛德拉, K·S·纳朱达斯瓦米 申请人:吉列公司