用于对电池进行充电的系统和方法
【专利说明】用于对电池进行充电的系统和方法
[0001] 本申请为申请号为200480038570.4、申请日为2004年10月I日、发明名称为“用于对电池进行充电的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
_2] 相关申请案的交叉参考
[0003]本申请案主张与2003年10月23日申请的代理人案号12188/6相关联的美国临时申请案第60/514，407号的优先权，其揭示内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0004]本发明涉及一种对电池进行充电的系统和方法，且更确切地说，涉及一种对可再充电电池进行充电和监视的系统和方法。
【背景技术】
[0005]电池可向负载(例如引擎、照明器或收音机)供应相当长时间的电流。只要其端子之间的电位差保持接近标称值且产生充足的电流，电流就将流向负载。随着电流流动，电池驱动负载的能力减弱且可最终变得耗尽。
[0006]为了补充此损耗，可将电池连接到电源，其向电池的电极提供正电荷和负电荷两者。这些电荷建立了驱动负载所需的电位差和电流。电荷在与端子的偏压相对的方向上从一个端子传送到另一端子。实现此传送的一种器件是汽车电池充电器。
[0007]已知汽车电池充电器通过电源变压器、桥式整流器和滤波器来将120伏、60Hz AC线路转换成12伏DC输出。所述电源变压器由磁性地彼此耦合的两个分离绕组组成。第一绕组连接到120伏AC线路，且第二绕组连接到所述桥式整流器。通过选择适当的匝数比率，将AC线路电压逐步降低到12伏AC线路输出。桥式整流器将此逐降低的AC线路输出转换成经整流的输出，所述经整流的输出并非总是适用于对电池进行充电。通过用滤波器来排除经整流的输出随着时间而改变量值，来使电池充电器的输出稳定且适用于对电池进行充电。
[0008]从概念上讲，所描述的电池充电器相对简单且可便宜地制得。很多电池充电器中所需的大尺寸的电源变压器可能使得电池充电器非常沉重。其它电池充电器可能无法提供可靠充电或可靠充电终止。对电池进行过度充电可减少电池的寿命并导致危险的腐蚀性物质散发。如果电池端子通过硫酸盐来绝缘，那么一些电池充电器不会供应充足的电流来对电池进行充电。在此情况下，电池变成开电路。
【发明内容】
[0009]通过所附权利要求来界定本发明。此描述概括了本发明实施例的一些方面且不应用于限制权利要求书。
[0010]一种高频电池充电器包含转换器、驱动逻辑电路和控制逻辑电路。所述转换器将DC电压变换成高频AC电压。所述驱动逻辑电路通过产生一列脉冲来控制高频AC电压的转换。所述控制逻辑电路调节转换器的输出以将电池的充电循环最大化。
[0011]将AC输入变换成用于对可再充电电池进行充电的直流输出的方法包含:将AC线路输入变换成第一 DC输出；将第一 DC输出变换成高频AC输出；将高频AC输出变换成第二DC输出；和在负载正确地连接到充电连接器的输出时，将充电电流传递到负载。
[0012]下文结合本实施例来描述本发明的其他方面和优势。
【附图说明】
[0013]图1是耦合到电池的示范性高频电池充电器的方框图。
[0014]图2是耦合到电池的第二示范性高频电池充电器的方框图。
[0015]图3是第三示范性高频电池充电器的方框图。
[0016]图4是图3的示范性转换器的示意图。
[0017]图5是图3的示范性第一传感器和驱动逻辑电路的示意图。
[0018]图6是图3的示范性同步转换器的示意图。
[0019]图7是图3的示范性输出的示意图。
[0020]图8是图3的示范性调整器的示意图。
[0021]图9是图3的示范性第二传感器的部分示意图。
[0022]图10是耦合到处理器的图3的示范性第二传感器和延时器的第二部分示意图。
[0023]图11是图3的示范性隔离器的示意图。
[0024]图12是图3的示范性显示驱动器和视觉输出的示意图。
[0025]图13是示范性高频电池充电器的状态的部分示范性流程图。
[0026]图14是示范性高频电池充电器的状态的部分示范性流程图。
[0027]图15是示范性高频电池充电器的状态的部分示范性流程图。
[0028]图16是示范性高频电池充电器的示范性状态图。
[0029]图17是图3的第二示范性同步转换器。
[0030]图18说明图3的第三示范性同步转换器。
[0031]图19说明图3的第二示范性输出。
[0032]图20说明图3的部分第二示范性驱动电路。
【具体实施方式】
[0033]本系统和方法提供一种高效充电技术，其将电池的充电电平保持在所要的范围内。所述系统和方法可提供高频多级充电以确保电池达到并保持其全电荷水平(fullcharge level)。取决于电池类型或用户的选择，所述系统和方法的充电循环可基于对电池电压、电压变化比时间、温度变化比时间、温度变化、以全充电电压汲取的阈电流、充电时间或任何其它度量或度量的组合的监视而自动终止。
[0034]在一些系统和方法中，传感器防止充电技术对电池过度充电或在电池的端子以反向极性的方式通电或短路到一起时传递充电电流。即使在电池端子不正确地通电时，充电技术也可提供火花电阻。在一些系统和方法中，充电技术提供脉冲电荷，其可解散可能堆积在电池的电极上的污染物、化学物或硫酸盐层。
[0035]图1说明示范性高频电池充电器100。在此说明中，连续地或周期性地监视电池电压，且电传感器102连续地或周期性地感应充电电流。电流源106为充电电流提供来源，所述充电电流在控制逻辑电路104的控制下对电池110进行充电和补充。温度传感器108监视电池110温度和/或电路温度。
[0036]在示范性高频电池充电器100中，可调节充电电压或电流以将电池110的充电电平最大化。示范性高频电池充电器100可提供大电流充电，其中将最大安全安培来源提供给电池110。在大电流模式中，示范性高频电池充电器100可增加其充电电压，直到电池电压达到预定或几乎全充电电平为止。当电池电压达到所要的电平时，电流源106可为维持相对较高固定电压的吸收或接收充电提供来源，直到充电电流逐渐减少到预定阈值为止。浮动或涓流充电减少了施加到电池110的恒定电流以在不汽化电解液的情况下提供维持。均衡充电提供连续的高电压或一连串快速上升脉冲电荷，其可均衡单电池单元(batterycell)之间的平衡。均衡充电可逆转一些污染物的堆积，例如可能堆积在电池电极上的硫化物。
[0037]因为充电过程中最难的部分之一可能是正确地判定充电的终止，所以示范性高频电池充电器100可使用一个或一个以上系统或方法来终止充电循环或维持均衡充电。取决于自动或手动选择，电池充电可基于对电池电压、电压变化比时间、温度变化比时间、温度变化、以预定或全充电电压汲取的阈电流、充电时间或任何其它度量或度量的组合的监视，来自动终止充电循环。举例来说，在电池达到所要的阈电压或绝对温度时、当电池电压达到峰值或在达到所述峰值后属于一电压范围时、当电池的温度相对于时间的变化超过可编程阈值时或当时间消逝时，可发生终止。另外，还可用次级终止过程来支持初级终止过程。次级终止可包含包括上文所述的那些的任何度量或度量的组合。
[0038]图2说明第二示范性高频电池充电器200。第二示范性高频电池充电器200提供可编程电流控制器106、一个或一个以上开关210、接口 204、显示器206和计量表208。开关210可用于启动示范性高频电池充电器200或选择充电模式，例如大电流充电、吸收充电、浮动充电、均衡充电或能够供应充足的充电电流以起动车辆的起动充电。当耦合到通信应用时，开关210可包括电子或机电器件，其通过并联或串联总线212来控制信号的路由选择。在此示范性高频电池充电器200中，总线212允许在器件之间转移数据。一个或一个以上开关210还可控制诊断、显示模式的选择、预定充电电流的选择(例如，2安培、10安培或另一安培数)和/或电池类型的选择。
[0039]例如软件的计算机可读媒体可提供对控制器104和其存储器的访问，从而允许用户或器件从远程位置接收或转移信息。接口 204可允许用户或远程或本地器件请求服务、启动诊断、对充电时间间隔或循环进行编程、接收与电池或充电过程有关的信息或处理请求以显示结果。展示为与总线212互连的计量表208优选指示和/或将电