專利名稱：用于電池充電的設(shè)備與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于給電池充電的設(shè)備與方法。本發(fā)明尤其適用于鋰離子或鋰聚合物電池的充電，鋰離子或鋰聚合物電池適合用作便攜式電子設(shè)備的電源。
背景技術(shù)：
鋰基電池已開始找到作為顯示比例如鎳氫電池更高性能的電池的應(yīng)用。鋰基蓄電池具有高能量密度，因此，被廣泛使用以便增加電池的可使用或可操作的時(shí)間。尤其是，在諸如移動(dòng)電話、膝上型計(jì)算機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理PDA的便攜式電子裝置上，發(fā)現(xiàn)鋰基電池是有用的。這樣的鋰基電池的例子是鋰離子電池，以及另一個(gè)具有甚至更高能量密度的鋰基電池類型是鋰聚合物電池。
鋰基電池不能過充電。過充電的鉛酸電池將電解某些容易替代的水，且密封的鎳鎘或金屬氫化物電池具有在充滿電停止上升的電壓，但是，即使在被過充電時(shí)，鋰離子和鋰聚合物電池的電壓繼續(xù)上升。鋰離子電池的電壓在充電的末端上升很明顯。鋰基電池的一個(gè)突出的特征是不能經(jīng)受這樣的過充電，從而必須避免過充電。當(dāng)耗盡陽極的過多的鋰離子時(shí)，可顯現(xiàn)過充電。一旦過充電，會(huì)出現(xiàn)性能降低。
克服過充電的風(fēng)險(xiǎn)以及過充電帶來的作為結(jié)果的對電池?fù)p害的方法是使用稱為恒流恒壓CCCV的兩步充電法。通常，鋰電池的恒壓CV是4.2V。用CCCV方法，首先用恒流給電池充電，直到電池電壓達(dá)到4.2V。一旦達(dá)到所述電平，充電控制系統(tǒng)在隨后的步驟中在4.2V處調(diào)節(jié)電池的充電，且繼續(xù)進(jìn)行充電直到充電電流降到預(yù)定值。一旦檢測到預(yù)定電流電平，或者達(dá)到給定的時(shí)間期限，認(rèn)為電池被充滿電。
然而，鋰基電池不僅僅對過充電敏感，它們對高電壓存儲(chǔ)和充電同樣敏感。這意味著，電池處在高電壓下的時(shí)間越長，將使它的循環(huán)壽命越惡化?？朔鰡栴}的一種努力是簡單地降低CV到例如4.1V。另一方面，由于降低了充電電壓，與這種解決辦法相伴的是將不可避免地減小電池的容量。
與按照CCCV方法充電相伴的問題是，在CV階段期間電流指數(shù)地減小，其中越接近到達(dá)預(yù)定值，電流的減小速度越低。這意味著，在拖延的時(shí)間期間保持電池處在高電壓，在此期間可能引起對電池的損害。電流控制充電過程時(shí)間的效果是，在電池壽命的第一循環(huán)施加更強(qiáng)的電荷。在電池壽命的初期電池還老化地更快，而在電池壽命的后階段，當(dāng)使用同樣的電流控制過程時(shí)，將給電池傳輸較少的電荷。因此，這導(dǎo)致隨著電池的老化，充電之間電池工作時(shí)間縮短。
從而，在對高電壓敏感的電池的技術(shù)方面還存在有改進(jìn)的需要，滿足市場對循環(huán)壽命和高容量(即電池工作時(shí)間)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是克服上面確定的有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的不足。
按照第一方面，通過用于給電池充電的設(shè)備來達(dá)到所述目的，所述設(shè)備包括用于輸送充電電流直到達(dá)到預(yù)定充電電壓的電流控制裝置；設(shè)計(jì)成檢測充電參數(shù)值的充電狀態(tài)探測器；以及設(shè)置成依據(jù)與所述充電參數(shù)有關(guān)的充電標(biāo)準(zhǔn)來終止充電的充電控制裝置，其中所述充電標(biāo)準(zhǔn)是電荷電平值。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述充電控制裝置包括用于確定電荷測量值的充電控制器以及設(shè)計(jì)成依據(jù)所述電荷測量值和所述電荷電平值終止充電的充電終止器。
所述充電參數(shù)值最好包括由時(shí)間測量單元提供的充電時(shí)間測量結(jié)果。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備的充電電流測量單元設(shè)計(jì)成提供充電電流測量結(jié)果，其中所述充電控制器設(shè)置成利用充電時(shí)間測量結(jié)果和充電電流測量結(jié)果通過計(jì)算確定電荷測量值。
所述充電控制器最好設(shè)置成在由所述時(shí)間測量單元提供的充電時(shí)間內(nèi)對所述充電電流的測量結(jié)果求積分。
有利的是，所述設(shè)備還包括消耗電流測量單元，后者設(shè)計(jì)成提供消耗電流測量結(jié)果，其中所述充電控制器設(shè)置成利用由所述時(shí)間測量單元提供的消耗時(shí)間測量結(jié)果和所述消耗電流測量結(jié)果通過計(jì)算確定電荷測量值。
所述充電控制器設(shè)置成在由所述時(shí)間測量單元提供的消耗時(shí)間內(nèi)對所述消耗電流的測量值求積分。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述充電控制器連接到充電狀態(tài)記錄裝置并且設(shè)計(jì)成在所述充電狀態(tài)記錄裝置上存儲(chǔ)所確定的電荷測量值。
所述充電控制器最好設(shè)置成通過組合存儲(chǔ)的電荷測量值和取決于電流對時(shí)間的積分的電荷測量值來確定實(shí)際電荷值，，在所述積分時(shí)間期間電池上的電荷已經(jīng)從所述存儲(chǔ)的電荷測量值改變。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述充電控制器設(shè)置成當(dāng)所述實(shí)際電荷值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)控制所述充電終止器以終止充電。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述充電控制器設(shè)置成當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元測量的充電電流截止測量值。控制器還包括用于比較所述截止測量值與預(yù)定截止值的裝置，其中所述充電控制器設(shè)置成依據(jù)所述比較減小所述電荷電平值。
所述充電控制器最好設(shè)置成如果所述截止測量值低于所述預(yù)定截止值，則減小所述電荷電平值。在一個(gè)實(shí)施例中控制器設(shè)置成按照預(yù)定電荷值減小所述電荷電平值，而在另一個(gè)實(shí)施例中，按照電荷值的預(yù)定百分?jǐn)?shù)減小所述電荷電平值。
在另一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述充電控制器設(shè)置成當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元測量的充電電流的截止測量值。控制器還包括用于比較所述截止測量值與預(yù)定截止值的裝置，其中所述充電控制器設(shè)置成依據(jù)所述比較轉(zhuǎn)換到輔助充電方案。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述輔助充電方案以當(dāng)所述充電電流達(dá)到所述預(yù)定截止值時(shí)終止充電為目標(biāo)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述輔助充電方案以在預(yù)置的充電時(shí)間過去之后終止充電為目標(biāo)。
所述設(shè)備可以包括在便攜式電子設(shè)備中，所述電池可以安裝到所述便攜式電子設(shè)備中。
或者，所述設(shè)備可連接到所述電池，其中所述控制器和所述電池包括在電池包裝盒中。
在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，所述設(shè)備包括在可以安裝到所述電池的電池充電器中。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述設(shè)備適合于控制鋰基電池的充電。
有利的是，所述設(shè)備適合于控制鋰聚合物電池或鋰離子電池的充電。
按照第二方面，通過用于電池充電的方法達(dá)到所陳述的目的，所述方法包括以下步驟-檢測所述電池上的電壓；-向所述電池提供充電電流直到達(dá)到預(yù)定的充電電壓電平值為止；-確定通過所述充電電流輸送到所述電池的電荷的電荷測量值；以及-依據(jù)所述測量值和預(yù)定的電荷電平值終止所述充電電流的供應(yīng)。
所述方法最好還包括以下步驟-依據(jù)所述電荷測量值，計(jì)算所述電池中的實(shí)際電荷值；
-比較所述實(shí)際電荷值與所述預(yù)定電荷電平值；以及-當(dāng)所述實(shí)際電荷值達(dá)到所述預(yù)定電荷電平值時(shí)，終止所述充電電流的供應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括以下步驟-利用充電時(shí)間測量結(jié)果確定輸送的電荷的所述電荷測量值。
有利的是，所述方法包括以下步驟-測量充電電流；以及-利用所述充電時(shí)間測量結(jié)果和所述充電電流測量結(jié)果通過計(jì)算確定輸送的電荷的所述電荷測量值。
所述方法最好包括以下步驟-測量充電電流；以及-通過將所述充電電流的測量結(jié)果對充電時(shí)間求積分來確定輸送的電荷的所述電荷測量值。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-利用消耗時(shí)間測量結(jié)果確定從所述電池排出的電荷的電荷測量值。
有利的是，所述方法包括以下步驟-測量消耗電流；以及-利用所述消耗時(shí)間測量結(jié)果和所述消耗電流測量結(jié)果通過計(jì)算確定從所述電池排出的電荷的電荷測量值。
所述方法最好還包括以下步驟-測量消耗電流；以及-通過將所述消耗電流測量結(jié)果對消耗時(shí)間求積分來確定從所述電池排出的電荷的電荷測量值。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-在充電狀態(tài)記錄裝置上存儲(chǔ)確定的電荷測量值。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-取回存儲(chǔ)的電荷測量值；
-通過組合取決于電流對時(shí)間的積分的電荷測量值和所述取回的電荷測量值來確定實(shí)際電荷值；以及-通過存儲(chǔ)所述實(shí)際電荷值來更新所述充電狀態(tài)記錄裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-監(jiān)控所述實(shí)際電荷值；以及-當(dāng)所述實(shí)際電荷值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，終止充電。
所述方法最好包括以下步驟-首先向所述電池提供恒定充電電流，直到所述電池上的電壓增加到所述預(yù)定充電電壓電平值為止。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元測量的充電電流的截止測量值；-比較所述截止測量值與預(yù)定截止值；以及-依據(jù)所述比較減小所述電荷電平值。
所述方法最好包括以下步驟-如果所述截止測量值低于所述預(yù)定截止值，則減小所述電荷電平值。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-按照預(yù)定的電荷值減小所述電荷電平值。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-按照電荷電平值的預(yù)定百分?jǐn)?shù)減小所述電荷電平值。
在另一個(gè)具體實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元測量的充電電流的截止測量值；-比較所述截止測量值與預(yù)定截止值；以及-依據(jù)所述比較轉(zhuǎn)換到輔助充電方案。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟
-把當(dāng)所述充電電流下降到預(yù)定截止值時(shí)終止所述輔助充電方案中的充電作為目標(biāo)。
在另一個(gè)具體實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟-把當(dāng)預(yù)置的充電時(shí)間過去時(shí)終止所述輔助充電方案中的充電作為目標(biāo)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述方法用于控制對鋰基電池的充電。
有利的是，所述方法和設(shè)備用于控制對鋰聚合物電池或鋰離子電池的充電。


現(xiàn)在將參考僅僅作為實(shí)例給出的并且在附圖中圖示的優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖中圖1示意地圖示按照本發(fā)明的設(shè)備的示例性實(shí)施例；圖2示出顯示按照本發(fā)明第一實(shí)施例充電的電池的測量的放電容量和按照現(xiàn)有技術(shù)方法充電的電池的相應(yīng)的測量結(jié)果的示意圖；以及圖3示出顯示按照本發(fā)明第二實(shí)施例充電的電池的測量的放電容量的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本說明涉及與電子設(shè)備(諸如通信或數(shù)據(jù)終端)一起使用的電池。與所述發(fā)明相配的一種類型的通信終端是便攜式無線通信終端，諸如移動(dòng)電話。然而，所述發(fā)明可適用于許多類型的電子裝置，特別是便攜式電子裝置，諸如尋呼機(jī)，發(fā)信機(jī)，電子組織器，智能電話，PDAs(個(gè)人數(shù)字助理)，膝上型計(jì)算機(jī)等。此外，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)術(shù)語”包括”，當(dāng)在本說明書和所附的權(quán)利要求書中用于表示所包含的特征、單元或步驟時(shí)，決不能被解釋為除去所明白地陳述的之外排除了其他特征單元或步驟的存在。
圖1示出按照本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，以具有通信互連的功能項(xiàng)目的形式示出附圖的元件，這意味著它們不必表示物理實(shí)體。可以用硬件實(shí)現(xiàn)用于計(jì)算和控制過程或器件的裝置，但是，在許多情況下也可以通過具有關(guān)聯(lián)的軟件的微處理器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明因而可包括硬件和軟件。
在諸如移動(dòng)電話的電子裝置中可實(shí)現(xiàn)用于控制電池充電的設(shè)備。或者，在攜帶電池的盒子中包含所述設(shè)備。另一種選擇是在充電器中實(shí)現(xiàn)所述設(shè)備，所述充電器可以連接到電源，諸如電力線電源插座。
圖1示出具有兩個(gè)電極的電池4，其可以是鋰離子或鋰聚合物電池。如在附圖中由左邊的虛線表示的，電池4可以連接到用于給電池4充電的設(shè)備。在另一端，描述的是電源8，其可以是可連接到攜帶所述設(shè)備和電池4的電子裝置的電池充電器。電源8從而向用于給電池4充電的設(shè)備提供電能。當(dāng)給電池4充電時(shí)，使用按照CCCV修改的過程。包括開關(guān)5形式的充電終止器5，其可被調(diào)整為用于阻斷到電池4的充電連接的斷開狀態(tài)。電壓測量或監(jiān)控器3檢測電池4上的電壓。電流控制裝置2連接到電池電極連接點(diǎn)中的至少一個(gè)上。
當(dāng)要給電池4充電時(shí)，用恒流執(zhí)行第一充電階段，這由所述控制裝置2控制。一旦提供所述恒流，電壓監(jiān)控裝置3檢測電池4上的電壓，隨著充電的進(jìn)行其電壓將上升。當(dāng)電壓達(dá)到預(yù)定充電電壓電平值(例如對鋰聚合物或鋰離子電池其可以是4.2V)時(shí)，由電壓監(jiān)控器3檢測所述電壓并且報(bào)告給電流控制裝置2，如在附圖中由連接兩個(gè)部分的箭頭表示的。
一旦達(dá)到充電電壓電平值，充電按照恒壓過程進(jìn)行。當(dāng)在充電電壓電平值下給電池充電時(shí)，電池4將不斷地減小充電電流。在這個(gè)充電階段，應(yīng)該使用目標(biāo)值或電平確定何時(shí)終止充電，因?yàn)椴黄谕o電池施加高電壓的時(shí)間長于所需要的時(shí)間，這是由于這樣會(huì)引起退化的緣故。按照本發(fā)明，關(guān)于電池的總電荷，以充電的電流控制恒壓部分為目標(biāo)。換句話說，充電繼續(xù)進(jìn)行直到確定達(dá)到了預(yù)定電荷電平為止。這由充電控制器1完成，其檢測和測量通過電池4的電流。在示例性附圖中，指示電流控制單元2還起到充電電流測量單元的作用，后者設(shè)計(jì)成提供充電電流的測量結(jié)果。然而，在可供選擇的實(shí)施例中，可以通過單獨(dú)的單元獲得充電電流的這種測量結(jié)果。此外，充電控制器1連接到時(shí)間測量單元6。通過將測量的充電電流對充電時(shí)間求積分，充電控制器1計(jì)算在充電期間向電池4輸送的電荷。這樣，獲得涉及輸送給電池4的電荷量的電荷測量值。
一旦充電控制器檢測到電池4中的總電荷達(dá)到所述預(yù)定電荷電平，它觸發(fā)充電終止器5以停止向電池4饋送電流。
當(dāng)如預(yù)期的那樣使用攜帶本發(fā)明設(shè)備的電子裝置時(shí)，例如就移動(dòng)電話來說用于呼叫時(shí)，將通過電子裝置的電子線路9從電池4排出電力。在所述操作模式下，還由消耗電流測量單元測量取自電池4的電流。在示例性附圖中，表示電流控制裝置2還起消耗電流測量單元的作用，后者設(shè)計(jì)成提供來自電池4的消耗電流的測量結(jié)果。然而，在可供選擇的實(shí)施例中，可以通過單獨(dú)的單元獲得這種消耗電流的測量結(jié)果。在本實(shí)施例中，象用于充電時(shí)間一樣，充電控制器1將所述檢測的消耗電流對由時(shí)間測量單元6所檢測的消耗時(shí)間求積分。積分的電荷測量值可用于例如向用戶提供電池充電的警告，用于表示正在給電池4充電。然而，在本發(fā)明中，涉及從電池4輸送的電荷的量的電荷測量值還直接用于控制充電。充電狀態(tài)記錄裝置7被連接到充電控制器1，充電狀態(tài)記錄裝置7包括用于存儲(chǔ)關(guān)于測量的電荷的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。電池4的電荷的任何變化由電流測量單元2檢測并且由充電控制器1計(jì)算。在充電狀態(tài)記錄裝置7中存儲(chǔ)電池4的當(dāng)前的或?qū)嶋H的電荷。當(dāng)給電池充電時(shí)，電池4的電荷按照測量的電荷值增加，然后，將其加到充電狀態(tài)記錄裝置7中的實(shí)際電荷值上。此外，當(dāng)消耗電池4時(shí)，電池4的電荷按照測量電荷值減少，然后，其被從充電狀態(tài)記錄裝置7中的實(shí)際電荷值中減去。這樣，不斷地更新充電狀態(tài)記錄裝置7中的實(shí)際電荷值，并且它是充電控制器1與預(yù)定電荷電平相比的所述實(shí)際電荷值，以便確定何時(shí)觸發(fā)終止器5以停止充電。
圖2示出當(dāng)按照本發(fā)明的第一實(shí)施例充電時(shí)，以及當(dāng)按照先有技術(shù)CCCV過程充電時(shí)，對720毫安小時(shí)(mAh)鋰聚合物電池的總的400充電循環(huán)的示意圖。對圖的左邊，垂直軸表示各自的電池的可能的放電容量，也就是充電后可從電池抽取的電荷的量。對圖的右邊，垂直軸表示當(dāng)充電終止時(shí)的充電電流，所謂的截止電流。
虛線21以mAh表示按照現(xiàn)有技術(shù)充電的電池的放電容量，其中在每一個(gè)循環(huán)使用50mA的恒截止電流。在附圖中不包括現(xiàn)有技術(shù)事例的截止電流，但是，由50mA處的水平線明白地表示。應(yīng)該注意，不能混淆截止電流與在充電的CC階段期間的恒流。截止電流不表示恒流，除了在CV階段的末端所獲得的電流值。如從附圖顯而易見的，在早期循環(huán)中的放電容量明顯超過所述的720mAh的容量。然而，高充電增加電池的老化效應(yīng)，且僅僅大約30次循環(huán)之后，放電容量下降到低于720mAh級別的水平。還明顯的是，放電容量將經(jīng)由每一循環(huán)不斷地減小。
按照本發(fā)明，以放電容量作為充電的目標(biāo)，因此，在每一次循環(huán)之后放電容量將總是相同的，在這種情況下是720mAh。這由實(shí)線22示出，后者表示在按照本發(fā)明的第一實(shí)施例充電的電池上的測量結(jié)果。因此，按照第一實(shí)施例的本發(fā)明的好處是，用戶將總是知道完全的充電之后他或她將有多少容量。虛線23表示由發(fā)明的過程充電的電池上的測量的截止電流。如可見的，它遠(yuǎn)非恒量。實(shí)際上，隨著電池的老化它將下降，由于要達(dá)到目標(biāo)容量需要更長的充電時(shí)間。
圖3以與圖2類似的圖示出本發(fā)明的第二實(shí)施例，盡管沒有顯示現(xiàn)有技術(shù)的放電容量。圖3中的虛線32表示在按照本發(fā)明的樣機(jī)中的截止電流的測量值，也就是當(dāng)達(dá)到目標(biāo)放電容量或電荷電平值33時(shí)的充電電流值。當(dāng)鋰基電池老化時(shí)，需要達(dá)到目標(biāo)放電容量的充電時(shí)間增加。然而，如先前略述的，鋰基電池受到高電壓作用越長，循環(huán)壽命退化的風(fēng)險(xiǎn)越大。在某種場合，可以確定充電時(shí)間增加到可能對電池有害的水平。為了提供防止這樣的局面的安全措施，本發(fā)明的第二實(shí)施例定義了分成兩個(gè)或多個(gè)子階段的恒壓充電階段，在示出的實(shí)施例中分成了兩個(gè)子階段。在此，與圖2的實(shí)施例相比添加了輔助充電參數(shù)，即截止電流。
在電池的充電期間，由電流測量單元2監(jiān)控截止電流，并且只要截止電流比預(yù)定截止值大，就以與圖2的過程中相同的方式執(zhí)行充電處理過程。這在圖3中由子階段30表示。測試和模擬顯示，可以采用下降至20-30mA的截止電流而不嚴(yán)重?fù)p害鋰基電池，但是，由于測量精度和其他因素，40-50mA的截止電流值適合于用作預(yù)定截止值，也就是最低可允許的截止電流。這在附圖中還通過在34處的箭頭、在子階段30中由虛的截止電流曲線32的末端值表示。電流測量單元2可以負(fù)責(zé)測量實(shí)際的截止電流并將它與預(yù)定截止值比較，以及當(dāng)?shù)竭_(dá)截止值時(shí)向充電控制器1報(bào)告?；蛘?，用信號(hào)向其中執(zhí)行比較的充電控制器1告知測量的截止電流。
一旦達(dá)到這個(gè)點(diǎn)34，也就是當(dāng)檢測到截止電流等于或低于預(yù)定截止值時(shí)，充電控制器1通過預(yù)定步驟減小目標(biāo)電荷電平值33。這標(biāo)志恒壓充電的第二子階段31的開始。在一個(gè)實(shí)施例中(其同樣地可適用于圖2的實(shí)施例)，充電狀態(tài)記錄裝置7用作用于存儲(chǔ)目標(biāo)放電容量或電荷電平值33的存儲(chǔ)器。當(dāng)檢測到電流截止值時(shí)，充電控制器1通過修改充電狀態(tài)記錄裝置7中的存儲(chǔ)值來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)放電容量值33的減小。在具體的實(shí)施方式中，通過按照預(yù)定電荷值減小目標(biāo)放電容量值來實(shí)現(xiàn)所述減小，所述預(yù)定電荷值可以是5-100mAh，或者更明確地說是20-70mAh，例如50mAh。在可供選擇的具體實(shí)施例中，將目標(biāo)放電容量值減小它的現(xiàn)有值的確定百分比，諸如1-20％，或者更明確地說是2-10％，例如5％。
在示出的例子中，實(shí)線33表示目標(biāo)放電容量，其應(yīng)該依據(jù)放電循環(huán)數(shù)在左邊的垂直軸讀出。在其上取得圖3的測量結(jié)果的樣機(jī)設(shè)備中，在大約350次放電循環(huán)后達(dá)到約45mA的預(yù)定截止值，由附圖標(biāo)記34在附圖中指示。目標(biāo)放電容量值然后減小5％，從720mAh降至684mAh。因此，在隨后的循環(huán)中所測量的截止電流32自動(dòng)增加大約45mA。然而，由于電池的老化，隨著每次循環(huán)截止電流將當(dāng)然地繼續(xù)減小。在圖3中這也清楚可見。不必說，在圖3中給出的電平僅僅是示例性的。
在圖3的實(shí)施例的特定的變型中，第二子階段31將以如第一子階段30的同樣的方式繼續(xù)進(jìn)行，意味著如果截止電流32一旦再次下跌到低于預(yù)定截止值，則實(shí)現(xiàn)目標(biāo)放電容量值33的新的減小。對于第二子階段32，預(yù)定截止值和目標(biāo)放電容量值的減小可以與子階段31的相同，或者不同。明顯地，可以重復(fù)所述過程子階段的任何預(yù)期的數(shù)，直到達(dá)到循環(huán)壽命的盡頭。這可以被定義為例如原始放電容量值的給定的百分比，例如80％。
本發(fā)明的所述第二實(shí)施例的好處是，與第一實(shí)施例相比可以甚至進(jìn)一步改進(jìn)循環(huán)壽命的特性。一旦減小目標(biāo)放電容量值，放電容量將輕微地更低，但是，將延長循環(huán)壽命。自然地，當(dāng)目標(biāo)放電容量值減小時(shí)，充電時(shí)間也將減少，這對用戶也許是所期望的。
在第二實(shí)施例的可供選擇的變型中，還設(shè)計(jì)成保證不會(huì)超過預(yù)定截止值，不會(huì)通過目標(biāo)放電容量值的減小來起動(dòng)第二子階段。反而，一旦檢測到截止電流達(dá)到預(yù)定截止值，就通過傳統(tǒng)的基于定時(shí)器的充電或者基于截止的充電來控制在第二子階段的充電。這意味著，目標(biāo)放電容量值將會(huì)有突然的降落，不過，在第二子階段由例如預(yù)定截止值控制的再次充電，將在大多數(shù)情況下不會(huì)導(dǎo)致如在圖3提出的過程中的同樣的循環(huán)壽命的延長。盡管如此，當(dāng)使用目標(biāo)放電容量值來控制充電時(shí)，在第一子階段克服了與現(xiàn)有技術(shù)的CV過程相關(guān)的不必要的過充電。
上文描述了本發(fā)明的原理、優(yōu)選的實(shí)施例和操作方式。然而，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于上述的特定的實(shí)施例，應(yīng)該將上述的特定的實(shí)施例當(dāng)作例證性的而不是限制性的。因此，應(yīng)該意識(shí)到的是，不偏離由下面的權(quán)利要求書限定的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在那些實(shí)施例中作變更。
權(quán)利要求
1.一種用于給電池(4)充電的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于輸送充電電流直至達(dá)到預(yù)定充電電壓值電平的電流控制裝置(2)；設(shè)計(jì)成檢測充電參數(shù)值的充電狀態(tài)探測器(2，6)；以及設(shè)置成依據(jù)與所述充電參數(shù)相關(guān)的預(yù)定充電標(biāo)準(zhǔn)來終止充電的充電控制裝置(1，5)，其特征在于所述充電標(biāo)準(zhǔn)是電荷電平值。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制裝置包括用于確定電荷測量值的充電控制器(1)和設(shè)計(jì)成依據(jù)所述電荷測量值和所述電荷電平值終止充電的充電終止器(5)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述充電參數(shù)值包括由時(shí)間測量單元(6)提供的充電時(shí)間測量結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于充電電流測量單元(2)設(shè)計(jì)成提供充電電流測量結(jié)果，其中所述充電控制器(1)設(shè)置成利用所述充電時(shí)間測量結(jié)果和所述充電電流測量結(jié)果通過計(jì)算來確定電荷測量值。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)設(shè)置成將所述充電電流測量結(jié)果對所述充電時(shí)間求積分。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于消耗電流測量單元(2)設(shè)計(jì)成提供消耗電流測量結(jié)果，其中所述充電控制器(1)設(shè)置成利用由所述時(shí)間測量單元(6)提供的消耗時(shí)間測量結(jié)果和所述消耗電流測量結(jié)果通過計(jì)算來確定電荷測量值。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)設(shè)置成將所述消耗電流測量結(jié)果對所述消耗時(shí)間求積分。
8.如上述權(quán)利要求4-7中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)連接到充電狀態(tài)記錄裝置(7)，并且所述充電控制器(1)設(shè)計(jì)成在所述充電狀態(tài)記錄裝置上存儲(chǔ)確定的電荷測量值。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)設(shè)置成通過組合存儲(chǔ)的電荷測量值和取決于電流對時(shí)間積分結(jié)果的電荷測量值來確定實(shí)際的電荷值。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)設(shè)置成當(dāng)所述實(shí)際電荷值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，控制所述充電終止器(5)以終止充電。
11.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)設(shè)置成，當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元(2)測量的充電電流的截止測量值，以及所述控制器包括用于比較所述截止測量值與預(yù)定截止值的裝置，其中所述充電控制器(1)設(shè)置成依據(jù)所述比較減小所述電荷電平值。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)設(shè)置成，如果所述截止測量值低于所述預(yù)定截止值，則減小所述電荷電平值。
13.如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于所述控制器(1)設(shè)置成按照預(yù)定電荷值減小所述電荷電平值。
14.如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于所述控制器(1)設(shè)置成按照預(yù)定電荷電平值的百分比來減小所述電荷電平值。
15.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于所述充電控制器(1)設(shè)置成，當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元(2)測量的充電電流的截止測量值，以及所述控制器包括用于比較所述截止測量值與預(yù)定截止值的裝置，其中所述充電控制器(1)設(shè)置成依據(jù)所述比較轉(zhuǎn)換到輔助充電方案。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于所述輔助充電方案以當(dāng)所述充電電流達(dá)到所述預(yù)定截止值時(shí)終止充電為目標(biāo)。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于所述輔助充電方案以在預(yù)置的充電時(shí)間過去之后終止充電為目標(biāo)。
18.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括在便攜式電子設(shè)備中，所述電池(4)可安裝到所述設(shè)備上。
19.如上述權(quán)利要求1-17中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備連接到所述電池(4)，其中所述設(shè)備和所述電池被包括在電池包裝盒中。
20.如上述權(quán)利要求1-17中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括在可安裝到所述電池(4)上的電池充電器中。
21.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備適合于控制鋰基電池(4)的充電。
22.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備適合于控制鋰聚合物電池(4)的充電。
23.如上述權(quán)利要求1-21中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備適合于控制鋰離子電池(4)的充電。
24.一種用于電池充電的方法，所述方法包括以下步驟-檢測所述電池上的電壓；-向所述電池提供充電電流，直到在所述電池上達(dá)到預(yù)定充電電壓電平值為止；-確定由所述充電電流向所述電池輸送的電荷的電荷測量值；以及-依據(jù)所述測量值和預(yù)定電荷電平值終止所述充電電流的供應(yīng)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于包括以下步驟-依據(jù)所述電荷測量值計(jì)算所述電池上的實(shí)際電荷值；-比較所述實(shí)際電荷值與所述預(yù)定電荷電平值；以及-當(dāng)所述實(shí)際電荷值達(dá)到所述預(yù)定電荷電平值時(shí)終止所述充電電流的供應(yīng)。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于包括以下步驟-利用充電時(shí)間測量結(jié)果確定輸送的電荷的所述電荷測量值。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于包括以下步驟-測量充電電流；以及-利用所述充電時(shí)間測量結(jié)果和所述充電電流測量結(jié)果通過計(jì)算來確定輸送的電荷的所述電荷測量值。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于包括以下步驟-測量充電電流；以及-通過將所述充電電流測量結(jié)果對充電時(shí)間求積分來確定輸送的電荷的所述電荷測量值。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于包括以下步驟-利用消耗時(shí)間測量結(jié)果來確定從所述電池排出的電荷的電荷測量值。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于包括以下步驟-測量消耗電流；以及-利用所述消耗時(shí)間測量結(jié)果和所述消耗電流測量結(jié)果通過計(jì)算來確定從所述電池排出的電荷的電荷測量值。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于包括以下步驟-測量消耗電流；以及-通過將所述消耗電流測量結(jié)果對消耗時(shí)間求積分來確定從所述電池排出的電荷的電荷測量值。
32.如上述權(quán)利要求24-31中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括以下步驟-將確定的電荷測量值存儲(chǔ)在充電狀態(tài)記錄裝置中。
33.如權(quán)利要求32和權(quán)利要求28或31所述的方法，其特征在于包括以下步驟-取回存儲(chǔ)的電荷測量值；-通過組合取決于電流對時(shí)間的積分的電荷測量值和所述取回的電荷測量值來確定實(shí)際電荷值；以及-通過存儲(chǔ)所述實(shí)際電荷值來更新所述充電狀態(tài)記錄裝置。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于包括以下步驟-監(jiān)控所述實(shí)際電荷值；以及-當(dāng)所述實(shí)際電荷值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)終止充電。
35.如上述權(quán)利要求24-34中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括以下步驟-首先向所述電池提供恒定充電電流，直到所述電池上的電壓增加到所述預(yù)定充電電壓電平值為止。
36.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于包括以下步驟-當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元(2)測量的充電電流的截止測量值；-比較所述截止測量值與預(yù)定截止值；以及-依據(jù)所述比較減小所述電荷電平值。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于包括以下步驟-如果所述截止測量值低于所述預(yù)定截止值，則減小所述電荷電平值。
38.如權(quán)利要求36或37所述的方法，其特征在于包括以下步驟-按照預(yù)定電荷值減小所述電荷電平值。
39.如權(quán)利要求36或37所述的方法，其特征在于包括以下步驟-按照電荷值的預(yù)定百分比減小所述電荷電平值。
40.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于包括以下步驟-當(dāng)所述電荷測量值達(dá)到所述電荷電平值時(shí)，檢測由所述充電電流測量單元測量的充電電流的截止測量值；-比較所述截止測量值與預(yù)定截止值；以及-依據(jù)所述比較轉(zhuǎn)換到輔助充電方案。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于包括以下步驟-以當(dāng)所述充電電流下降到所述預(yù)定截止值時(shí)終止所述輔助充電方案中的充電為目標(biāo)。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于包括以下步驟-以當(dāng)預(yù)置的充電時(shí)間過去時(shí)終止所述輔助充電方案中的充電為目標(biāo)。
43.如上述權(quán)利要求24-42中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述電池是鋰基電池。
44.如上述權(quán)利要求24-43中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述電池包括鋰聚合物電池。
45.如上述權(quán)利要求24-43中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述電池包括鋰離子電池。
全文摘要
一種用于給電池(4)充電的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于輸送充電電流直至達(dá)到預(yù)定充電電壓值的電流控制裝置(2)；設(shè)計(jì)成依據(jù)與充電參數(shù)相關(guān)的預(yù)定充電標(biāo)準(zhǔn)檢測充電的充電狀態(tài)探測器(2，6)。充電標(biāo)準(zhǔn)是電荷電平值，其中，所述充電控制裝置包括用于通過將所述充電電流測量結(jié)果對充電時(shí)間求積分來確定電荷測量值的充電控制器(1)和設(shè)計(jì)成依據(jù)所述電荷測量值和所述電荷電平值終止充電的充電終止器(5)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1756963SQ200480005686
公開日2006年4月5日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者J·-O·斯文松, C·萊斯特拉德, M·沃爾夫, S·卡洛格羅普洛斯 申請人:索尼愛立信移動(dòng)通訊股份有限公司