對鋰離子電池組充電的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了用于對具有至少一個可再充電電池的可再充電電池組充電的技術(shù)。一種電池組充電器施加恒定電流以對可再充電電池充電并且周期性地測量可再充電電池的電壓值。在對可再充電電池充電所需的時間段內(nèi)跟蹤所述電壓值以使所測量的電壓值基本上等于可再充電電池的交變電壓值。施加基本上等于交變電壓的恒定電壓并且持續(xù)第二時間段，其中第二時間段是基于跟蹤的時間段來選擇的。在經(jīng)過了第二充電時間段之后，終止充電。
【專利說明】對鋰離子電池組充電【背景技術(shù)】
[0001]鋰離子電池組一般是通過組合的恒定電流和恒定電壓技術(shù)來充電的。首先將電池組以恒定電流充電，直到電池組電壓達到通常稱為交變電壓的設(shè)定電壓值。在達到該電壓之后，充電器隨著電流逐漸減小保持恒定充電電壓。充電器將保持充電，直到達到終止電流值(通常為對應于CC額定電流的5-10%的電流)。通常，充電器要求充電電路對電壓和電流調(diào)節(jié)保持緊密度容限。為了支持該類型的充電，一般使用電流感測電路。然而，電流感測顯著地增加了成本，例如，需要利用電流感測精度分路電阻器和運算放大器以放大低電壓信號，如常規(guī)上使用的那樣。
[0002]限制可再充電電池組的充電便利性的一種因素是充電器和/或電池組發(fā)生過熱的危險。此類過熱可損害充電器和/或電池組，并且可造成安全隱患。因此，常規(guī)充電器被構(gòu)造成施加對應于約IC的充電速率的充電電流。為了避免發(fā)生過熱狀況，有時使用溫度傳感器來監(jiān)測充電器和/或電池組的溫度，因此可使充電器在檢測到過熱狀況時采取矯正或預防行動(例如，如果電池的溫度超過例如45°c的安全限度，則終止充電電流)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明公開了充電器，其被構(gòu)造成對可再充電電池組充電并且提供恰當?shù)腃V模式充電終止。對于一些電池組化學組成類型，能夠在小于15且通常在大約4-6分鐘內(nèi)充電至大約90-95%的容量。
[0004]在一個方面，一種用于對具有至少一個可再充電電池的可再充電電池組充電的方法包括:由電池組充電 器施加恒定電流以對所述至少一個可再充電電池充電；由控制器裝置周期性地測量可再充電電池的電壓值；由控制器裝置跟蹤對可再充電電池充電所需的時間段以使所測量的可再充電電池的電壓值基本上等于可再充電電池的交變電壓值；施加基本上等于交變電壓的恒定電壓并且持續(xù)第二時間段，其中第二時間段是基于跟蹤的時間段來選擇的；以及在經(jīng)過了第二充電時間段之后，由充電器終止充電電流。
[0005]以下為在此方面的范圍內(nèi)的實施例。
[0006]該方法包括在達到可再充電電池組的端子處的交變電壓之后，周期性地調(diào)節(jié)充電電流以將可再充電電池組的端子之間的電壓保持在交變電壓。該方法包括當達到可再充電電池組的端子處的交變電壓時，使輸出指示器裝置啟動。該方法包括由控制器裝置通過使用跟蹤的時間訪問存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中的表來確定第二充電時段，所述表可由微控制器裝置訪問以提供第二時間值?？稍俪潆婋姵亟M的交變電壓對于鈦酸鋰陽極材料和磷酸鐵鋰陰極材料來講對應大約3.8V或?qū)τ谘趸掍囮枠O材料來講對應4.2V。執(zhí)行施加充電電流而不監(jiān)測可再充電電池組的溫度。調(diào)節(jié)由功率轉(zhuǎn)換模塊提供的電流包括調(diào)節(jié)電壓變壓器部分的運行。所述可再充電電池組為可再充電的基于磷酸鐵鋰的電池組。施加充電電流包括調(diào)節(jié)由具有電壓變壓器部分的功率轉(zhuǎn)換模塊提供的電流。
[0007]在一個附加方面，一種制造電池組充電器的方法包括:在初始充電狀態(tài)以恒定電流模式通過向電池組施加恒定電流而對電池組充電；跟蹤使電池組達到電池組的交變電壓所需的時間；在交變電壓下以恒定電壓模式對電池組充電，直到電池組被完全充電或基本上完全充電；跟蹤使電池組達到完全充電或基本上完全充電所需的時間；對于多個不同的充電狀態(tài)重復充電步驟和跟蹤步驟；制備包括控制器和相關(guān)聯(lián)的存儲器電路的充電電路，并且將表存儲在存儲器電路中，該表關(guān)聯(lián)恒定電流模式下的充電時間與恒定電壓模式下的充電時間。
[0008]以下為在此方面的范圍內(nèi)的實施例。
[0009]所述電池組為第一電池組類型的第一電池組，并且該方法包括:針對對應的至少一個附加的不同電池組類型，對于至少一個附加的電池組化學組成和電池組構(gòu)造的不同組合的多個不同的充電狀態(tài)，重復充電步驟和跟蹤步驟；在存儲器電路中提供至少一個附加表，所述至少一個附加表關(guān)聯(lián)所述至少一個附加的電池組類型在恒定電流模式下的充電時間與在恒定電壓模式下的充電時間。
[0010]在一個附加方面，一種用以對一個或多個可再充電電池組充電的充電器裝置，該裝置包括用以容納一個或多個可再充電電池組的容器，該容器具有被構(gòu)造成耦合到所述一個或多個可再充電電池組的相應端子的電觸頭；和控制器?？刂破鞅粯?gòu)造成由充電器施加恒定電流以對可再充電電池充電；測量可再充電電池的電壓值；跟蹤對可再充電電池充電所需的時間以使所測量的電壓值基本上等于電池組的交變電壓；施加基本上處在交變電壓的恒定電壓并且持續(xù)第二時間段，第二時間段是根據(jù)跟蹤的時間來選擇的；并且在經(jīng)過了第二充電時間段之后，終止充電電流。
[0011]以下為在此方面的范圍內(nèi)的實施例。
[0012]控制器還被構(gòu)造成在達到可再充電電池組的端子處的預定電壓水平之后，周期性地調(diào)節(jié)充電電流以將可再充電電池組的端子之間的電壓保持在預定電壓水平?？刂破鬟€被構(gòu)造成當達到可再充電電池組的端子處的預定電壓水平時，使輸出指示器裝置啟動?？刂破鬟€被構(gòu)造成通過使用跟蹤的時間訪問存儲在計算機可讀存儲器裝置中的表來選擇第二充電時段的值，所述表可由控制器訪問以檢索第二時間值。該裝置包括功率轉(zhuǎn)換模塊，該功率轉(zhuǎn)換模塊包括電壓變壓器。該裝置包括反饋控制機構(gòu)，其用以使控制器調(diào)節(jié)由功率轉(zhuǎn)換模塊輸出的電流。反饋控制機構(gòu)被構(gòu)造成調(diào)節(jié)電壓變壓器的運行。該裝置反饋控制機構(gòu)被構(gòu)造成在所述一個或多個電池組處的電壓達到預定上限電壓水平之后，將所述一個或多個可再充電電池組的端子處的電壓保持在預定上限電壓。該裝置包括輸出指示器裝置；并且其中控制器被構(gòu)造成當達到可再充電電池組的端子處的預定電壓水平時，使輸出指示器裝置啟動。該裝置被構(gòu)造成對一個或多個基于磷酸鐵鋰的可再充電電池組充電。
[0013]在一個附加方面，一種計算機程序產(chǎn)品駐留在計算機可讀存儲裝置中以用于控制電池組充電器，該計算機程序產(chǎn)品包括指令，所述指令用于使充電器裝置中的控制器導致施加恒定電流以將可再充電電池充電至預定電壓值、周期性地測量可再充電電池的電壓、跟蹤對可再充電電池充電以使所測量的可再充電電池的電壓值基本上等于預定電壓值所需的時間段、導致施加基本上等于預定電壓值的恒定電壓并且持續(xù)第二時間段，其中第二時間段是基于跟蹤的時間段來選擇的，并且在經(jīng)過了第二充電時間段之后導致充電電流的終止。
[0014]以下為在此方面的范圍內(nèi)的實施例。
[0015]該計算機程序產(chǎn)品包括指令，所述指令用以在達到可再充電電池組的端子處的預定電壓水平之后，周期性地調(diào)節(jié)充電電流以將可再充電電池組的端子之間的電壓保持在預定電壓水平。該計算機程序產(chǎn)品包括指令，所述指令用以通過使用跟蹤的時間訪問存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中的表來確定第二充電時段，所述表可由控制器裝置訪問以提供第二時間值。
[0016]一個或多個方面可提供下列一個或多個優(yōu)點。
[0017]例如磷酸鐵鋰電池組的相對低的內(nèi)阻允許此類電池組能夠在短時間段內(nèi)被充電。該充電器被構(gòu)造成在經(jīng)過了所指定的時間段之后恰當?shù)亟K止充電操作，而不必執(zhí)行任何檢查以確定電池組的充電量或電壓水平或執(zhí)行熱監(jiān)測和/或熱控制操作。通過評估充電器所需的處于恒定電壓充電模式的時間來恰當?shù)亟K止對鋰離子電池組的充電，所述評估是通過測量先前的恒定電流充電模式的持續(xù)時間進行的。
[0018]該構(gòu)型最小化了充電器中所需的電路，諸如電流感測和電流反饋電路。此外，還能夠減少或消除散熱需求。這些優(yōu)點能夠減少充電器的成本和尺寸。在提供減少此類充電器電路的成本和尺寸的這些優(yōu)點的同時，與更復雜的常規(guī)充電器電路相比，還為此類充電器電路提供了類似的性能特性。成本減少是通過移除充電器中的電流感測和控制來實現(xiàn)的，而所述移除是通過使用可靠的用于終止對鋰離子電池組的充電的技術(shù)來實現(xiàn)。由于基于鋰化學組成的電池組性質(zhì)的緣故，能夠以多達10C-15C或更大的充電電流速率完成快速充電(其中IC速率等于Ih充電速率)。
[0019]本發(fā)明的一個或多個實施例的細節(jié)闡述于附圖和以下說明中。通過閱讀說明書、附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為充電器的一個不例性實施例的方框圖。
[0021]圖2為由圖1的充電器執(zhí)行的充電規(guī)程的一個示例性實施例的流程圖。
[0022]圖3為針對不同的初始充電狀態(tài)的電壓對時間圖。
[0023]圖4為初始充電狀態(tài)對電壓的百分比圖。
【具體實施方式】
[0024]電化學電池可為一次電池或二次電池。一次電化學電池意味著僅放電(例如至耗盡)一次，然后被廢棄。不打算對一次電池進行再充電。一次電池描述于例如David Linden的 Handbook of Batteries (McGraw-Hill,第 2 版，1995)中。另一方面，二次電化學電池，在下文中也稱為可再充電電池或電池組，可再充電許多次，例如，五十次，一百次等等。二次電池在例如 Falk&Salkind 的“Alkaline Storage Batteries”，(John Wiley & Sons,Inc.1969);美國專利號345，124 ;和法國專利號164，681中有所描述，這些專利均以引用方式并入。
[0025]參見圖1，其顯示了被構(gòu)造成對可再充電電池組12充電的充電器10，所述電池組具有至少一個基于磷酸鐵鋰化學組成的可再充電的電化學電池。這種電池組，有時稱為二次電池組，包括電池。在一些實施例中，所述電池具有鈦酸鋰陽極材料和磷酸鐵鋰陰極材料，它們適于使基于此類材料的可再充電電池組可快速再充電。磷酸鐵鋰化學組成具有低內(nèi)阻(R)。起因于此類電池組的內(nèi)阻的熱耗散與I2R (其中I為施加到電池組的充電電流)成比例。由于基于磷酸鐵鋰化學組成的電池組的低內(nèi)阻，此類電池組可接受高充電電流。
[0026]使用大充電電流來對基于磷酸鐵鋰化學組成的電池組充電一般導致電池組在大約五(5)分鐘內(nèi)獲得90-95%的充電容量。充電器10被構(gòu)造成在經(jīng)過了某個時間段之后恰當?shù)亟K止充電操作，而不必執(zhí)行任何檢查以確定電池組的充電量或電壓水平或執(zhí)行熱監(jiān)測和/或熱控制操作。充電器10使用兩個定時器，即一個CC計時器37a和一個CV計時器37b，從而測量兩個不同充電時間段的持續(xù)時間。第一定時器即CC計時器37a用來測量充電器10在以恒定電流對電池組充電時處于恒定電流模式的時間量。第二定時器CV計時器37b用來測量充電器10保持在恒定電壓模式的時間量。在CV充電模式中，CV計時器是倒計時的。當CV計時器37b達到零時，充電器10終止CV充電模式和總體充電操作。CV計時器的初始值為由第一充電時段確定的預指定的時間段，如下所述。
[0027]雖然圖1顯示的是連接到充電器10的單一電池組12，但充電器10可被構(gòu)造成具有連接到其上的附加電池組。此外，充電器10還可被構(gòu)造成接納不同的電池組類型并給不同的電池組類型充電，包括圓柱形電池組、棱柱電池組、硬幣電池組或紐扣電池組等。
[0028]充電器10被構(gòu)造成僅向電池組施加恒定電壓，但利用最大功率限制電路。在AC供電的充電器情形中，最大功率限制電路放置在隔離阻障的線基準側(cè)上。在開始充電操作時，充電器將使用最大功率限制電路來提供基本上恒定電流調(diào)節(jié)，直到電池組電壓達到交變電壓。在其中將恒定電流遞送給電池組(即，充電器10以恒定電流或CC模式運行)期間，電池組12的電壓增大。充電器10測量該電壓并且跟蹤充電器10處于CC充電模式的時間量。當電池組的電壓達到預定的例如3.8V (對于鈦酸鋰陽極材料和磷酸鐵鋰陰極材料)或4.2v(對于氧化鈷鋰)的上限電壓(該上限電壓有時候稱作交變電壓)時，CC計時器37a被停止并且其值被保存。其后充電器10被構(gòu)造成將電池組的電壓保持在該上限電壓并且持續(xù)充電時段的剩余時間?；谒櫟某潆娖?0在CC模式中所花費的時間值來預設(shè)定充電操作的剩余部分所用的時間段(其為CV充電模式的持續(xù)時間)。在該剩余時段中，充電器10向電池組12施加基本上等于預定交變電壓值的恒定電壓。在該模式中，據(jù)稱充電器10是以恒定電壓或CV充電模式運行的。
[0029]在經(jīng)過了預設(shè)定的用作CV模式的持續(xù)時間的該段時間之后，充電操作終止該CV模式。由于充電器10被構(gòu)造成在經(jīng)過了預設(shè)定的用作CV模式的持續(xù)時間的該段時間時無條件地終止充電操作(在此期間電池組和/或充電器10的溫度不太可能顯著升高)，因此在一些實施例中，沒有必要監(jiān)測電池組12和/或充電器10的溫度。因此，在其中不執(zhí)行熱監(jiān)測和控制操作的實施例中，充電器10的結(jié)構(gòu)較緊湊并且電路得到簡化。
[0030]還如圖1所示，在一些實施例中，充電器10被實施成使得電流/電壓調(diào)節(jié)可使用例如反饋控制機構(gòu)直接在充電器的功率轉(zhuǎn)換部分(例如，圖1所示的功率轉(zhuǎn)換模塊16)上執(zhí)行(這種配置有時稱為初級側(cè)電壓/電流調(diào)節(jié))。換句話講，控制機構(gòu)調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換模塊16的開關(guān)頻率或脈沖持續(xù)時間，因此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和電流。因此，在此類實施例中，充電器10不包括多個電壓轉(zhuǎn)換模式(例如，AC/DC轉(zhuǎn)換模式，后接例如降壓轉(zhuǎn)換器電路)，因此充電器10可減小一般持續(xù)發(fā)生在多模式功率轉(zhuǎn)換電路中的功率損耗。通過實施初級側(cè)電壓/電流控制，功率效率(例如，最終遞送給功率轉(zhuǎn)換電路的輸出端的輸入功率百分比)通常在80-90%的范圍內(nèi)。相比之下，兩模式的功率轉(zhuǎn)換電路一般每模式獲得80-90%的效率，因此兩模式功率轉(zhuǎn)換電路的總體功率效率一般在60-80%的范圍內(nèi)。這些功率效率損耗被表示為功率轉(zhuǎn)換模式中的熱耗散。
[0031]充電器10包括整流器模塊14，所述模塊電耦合到AC電源諸如以額定的85V - 265V和50Hz-60Hz提供功率的電源。整流器模塊14包括基于二極管的全波橋式整流器。電容器15存儲用于功率轉(zhuǎn)換模塊16的能量。耦合到整流器模塊14的是功率轉(zhuǎn)換模塊16，所述功率轉(zhuǎn)換模塊包括變壓器18和有利于調(diào)節(jié)變壓器18的運行的變壓器控制單元
20。在一些實施例中，將功率轉(zhuǎn)換模塊16實施為開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其中功率轉(zhuǎn)換模塊16的輸出端處所需的電壓水平通過接通或關(guān)斷功率轉(zhuǎn)換模塊16來獲得。在開關(guān)的接通期間，在功率轉(zhuǎn)換模塊16的輸出端處提供電壓；并且在關(guān)斷期間，在功率轉(zhuǎn)換模塊16的輸出端子處不提供電壓。這種開關(guān)轉(zhuǎn)換器使用離散的晶體管(例如，MOSFET晶體管)來實施，或使用用以執(zhí)行切換操作的合適的集成電路(IC)來實施。
[0032]使用耦合到功率轉(zhuǎn)換模塊16的整流器模塊14使提供在充電器10的輸入端處的AC功率轉(zhuǎn)換為適用于對可再充電電池組充電的低D.C.電壓(例如，大約介于3.7V至4.2V之間的水平的DC電壓)。
[0033]在一些實施例中，將附加DC-DC轉(zhuǎn)換器19引入到功率轉(zhuǎn)換模塊16中，以將外部DC電源諸如汽車的DC電源轉(zhuǎn)換為適用于對可再充電電池充電的DC功率水平。例如，汽車的DC電源以大約IlV至14.4V提供DC功率，因而DC-DC轉(zhuǎn)換器19將該電壓水平轉(zhuǎn)換為合適的電壓水平。添加的DC-DC轉(zhuǎn)換器可被構(gòu)造成接受具有各種輸出電壓例如在1.2V至大約24V范圍內(nèi)的輸出電壓的DC電源。因此，在一些實施例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器為升壓轉(zhuǎn)換器，可將1.2V的電壓增大為3.7伏至4.2伏的DC充電電壓，而在那些4.2伏特以上的應用中，轉(zhuǎn)換器為降壓轉(zhuǎn)換器。
[0034]電耦合到功率轉(zhuǎn)換模塊16的輸出端的是濾波電路24，所述濾波電路包括與電容器28串聯(lián)連接的二極管26。濾波器電路24被構(gòu)造成減小功率轉(zhuǎn)換模塊16的輸出端處的電流/電壓脈動。濾波器電路24也被構(gòu)造成在功率轉(zhuǎn)換模塊16的輸出端處不提供電流時的關(guān)斷期間將存儲在電容器28中的能量釋放進電池組12中。因此，由功率轉(zhuǎn)換模塊16在其接通期間提供的電流和由電容器28在功率轉(zhuǎn)換模塊16的關(guān)斷期間提供的電流可導致基本上等于所需的要施加到電池組12的充電電流的有效電流。二極管26被連接成使得由電容器28釋放的電流被導向至電池組12并且不導向到功率轉(zhuǎn)換模塊16中。
[0035]為了控制施加到電池組12的電流和/或電壓水平，提供了反饋機構(gòu)。反饋機構(gòu)包括控制器30以調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換模塊16的DC輸出電壓。功率轉(zhuǎn)換模塊16耦合到充電器10的輸出端子(并且因此耦合到電池組12的端子)，充電電流即通過所述端子施加。控制器30電耦合到開關(guān)脈寬調(diào)制(PWM)控制單元32，所述單元接收源自控制器30的控制信號并且相應地生成脈寬調(diào)制的信號，所述脈寬調(diào)制的信號被提供給變壓器控制單元20以使功率轉(zhuǎn)換模塊16在其輸出端處提供電壓。脈寬調(diào)制控制單元32將遞送在轉(zhuǎn)換器的輸出端的功率限制成低于最大功率閾值，從而有效地提供恒定電流充電。初級側(cè)切換控制器的一個例子為脈寬調(diào)制3845 (模擬裝置)。脈寬調(diào)制控制單元32控制次級側(cè)上的電流，同時次級側(cè)電路只是驅(qū)動反饋以將輸出電壓調(diào)節(jié)至CV值。當電池的電壓低于CV值時，反饋達到飽和并且轉(zhuǎn)換器電路以最大輸出運行并且被構(gòu)造成將輸入和輸出電壓范圍內(nèi)的最大電流限制在電池組所容許的范圍內(nèi)。一旦電池組電壓達到CV值，反饋信號從飽和回退，并且次級側(cè)充電電路開始調(diào)節(jié)輸出電壓，如在典型的充電器中那樣。[0036]控制器30包括微控制器或微處理器和相應的CC和CV計時器37a和37b (它們被實施為硬件、軟件或固件)、和用以存儲程序(用以控制控制器或處理器)的存儲器、和A/D轉(zhuǎn)換器。
[0037]當脈寬調(diào)制的信號撤消時，變壓器控制單元20使電壓從功率轉(zhuǎn)換模塊16的輸出端撤消。因此，通過將當前反饋電壓與預設(shè)值進行比較并控制開關(guān)脈寬調(diào)制控制單元32的運行，并且因此控制功率轉(zhuǎn)換模塊16的運行，控制器30可導致基本上等于要施加到電池組12的充電電流的電流。將恒定電流施加到電池組并且持續(xù)一段時間?？刂破?0使用CC計時器37a來跟蹤并記錄該段時間。當電池組的電壓值達到例如3.8或4.2等(取決于電池組化學組成)的交變值時，控制器從恒定電流模式變成恒定電壓模式?？刂破?0訪問存儲在與控制器30相關(guān)聯(lián)的存儲器中的表，并且使用源自CC計時器37a的跟蹤的時間段的值來訪問由控制器30加載到CV計時器37b中的第二時間值。在CV充電模式期間，CV計時器37b為倒計時的。當CV計時器37b達到零時，恒定電壓充電模式被終止并且充電完成。作為另外一種選擇，替代使計時器倒計時，能夠以其它方式跟蹤CV充電模式中的時間段，諸如確定CV充電模式中的該段時間何時等于從所述表中訪問的值。
[0038]現(xiàn)在參見圖2，控制器30被構(gòu)造成以如下方式控制充電器10的運行:在將電池組12放置到充電器的充電隔室中之后，充電器10可任選地在開始充電操作之前確定62是否存在某些故障狀況。因此，例如，充電器10測量電池組12的電壓。充電器10確定所測量的電壓Vtl是否在預定范圍內(nèi)(例如，V0介于2-3.8V之間)。如果確定了所測量的電壓不在預定的可接受范圍內(nèi)因此在當前狀況下進行充電操作是不安全的或不必要的，則充電器10不進行充電操作，因而該過程可終止。
[0039]如果不存在故障或如果未提供故障程序，則充電器10確定64電池組類型，如果充電器10適于容納具有不同容量/化學組成的不同類型的電池組的話。充電器10確定插入到充電器10的充電隔室中的電池組12的容量和/或類型。
[0040]控制器30進入恒定電流充電模式?？刂破髌饎?6第一定時器(CC計時器37a，圖1)(其跟蹤充電器10在恒定電流模式中所花費的時間)并且以所確定的恒定電流對電池組充電68。控制器30通過測量電池組的電壓來確定電池組12的近似的現(xiàn)有充電水平。如果所測量的電壓(V)的值等于70具體電池組化學組成的交變電壓(V?)，則控制器30停止CC計時器37a并終止72CC模式。否則，控制器繼續(xù)以恒定電流模式對電池組充電68，直到所測量的電壓(V)的值等于交變電壓(Vaj) 70。
[0041]當所測量的電壓(V)的值等于交變電壓(Vaj)且CC模式因此被終止時，控制器30使用74CC計時器37a的值來訪問某個時間值以起動CV計時器37b。用于CV計時器37b的該時間值被加載76到CV計時器37b中，并且控制器30以交變電壓對電池組充電78 一段時間并使CV計時器37b倒計時79。當CV計時器37b的值等于零80時，控制器終止CV模式并因此終止82對電池組的充電。在該時刻，控制器能夠產(chǎn)生84充電器10終止(充電循環(huán)完成)指示。
[0042]針對不同的CC持續(xù)時間值，以經(jīng)驗方式通過仔細表征電池組化學組成-構(gòu)造來確定用于CV計時器37b的初始值。處在更低初始充電狀態(tài)(SOC)的電池組在恒定電壓模式中花費更多時間以補償損耗的能量。即，在CV模式中所花費的時間與初始SOC成反比(如圖3所示)。例如，對于一種類型的LiFePO電池組，處在0%S0C的這種電池組能夠處于CC模式約60秒并且處于CV模式240秒；而處在20%S0C的電池組能夠處于CC模式約25秒并且處于CV模式180秒。對于處在50%S0C及以上的電池組，可能不存在CC模式因而充電器10在測量了初始(充電狀態(tài))之后將直接進入CV模式。從恒定電壓模式至對電池組完全充電所花費的時間取決于電池組初始SOC。此外，電池組的電壓還將根據(jù)電池組的初始充電狀態(tài)(SOC)而變化，如圖4所示。其它時間段是可能的，并且實際上很可能取決于電池組的化學組成并且還可能取決于電池組的構(gòu)造細節(jié)。
[0043]對于一組電池組類型(電池組化學組成和在一些實施例中構(gòu)造細節(jié)的組合)中的每個電池組，針對不同的初始S0C，記錄了該組電池組類型中的每種不同類型的多個電壓對時間的充電特征圖。通過各種試驗和電池組化學組成的知識，為每種類型提供了一組值。將這些針對每種類型的值以例如程序中表的形式編程到控制器中，并且由控制器用來適當?shù)亟K止CV模式，如上所述。如果充電器10被構(gòu)造成對各種電池組類型充電，則可提供各種表。
[0044]每種電池組類型(其中充電器10被構(gòu)造成處理各種電池組類型)均具有對應的表。當將充電器10用于單一電池組類型時，使用單一表。
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種用于對可再充電電池組充電的方法，所述可再充電電池組具有至少一個可再充電電池，所述方法包括: 由電池組充電器施加恒定電流以對所述至少一個可再充電電池充電； 由控制器裝置周期性地測量所述可再充電電池的電壓值； 由所述控制器裝置跟蹤對所述可再充電電池充電所需的時間段，以使所測量的所述可再充電電池的電壓值基本上等于所述可再充電電池的交變電壓值； 施加基本上等于所述交變電壓的恒定電壓并且持續(xù)第二時間段，其中所述第二時間段是基于所述跟蹤的時間段來選擇的；以及 在經(jīng)過了所述第二充電時間段之后，由所述充電器終止所述充電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在達到所述可再充電電池組的端子處的所述交變電壓之后，周期性地調(diào)節(jié)所述充電電流以將所述可再充電電池組的端子之間的電壓保持在所述交變電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 當達到所述可再充電電池組的端子處的所述交變電壓時，使輸出指示器裝置啟動。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，還包括: 由所述控制器裝置通`過使用所述跟蹤的時間訪問存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)中的表來確定所述第二充電時段，所述表可由所述微控制器裝置訪問以提供所述第二時間值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述可再充電電池組的交變電壓對于鈦酸鋰陽極材料和磷酸鐵鋰陰極材料來講對應大約3.8V或?qū)τ谘趸掍囮枠O材料來講對應4.2V。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中執(zhí)行施加所述充電電流而不監(jiān)測所述可再充電電池組的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中調(diào)節(jié)由所述功率轉(zhuǎn)換模塊提供的電流包括調(diào)節(jié)所述電壓變壓器部分的運行。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述可再充電電池組為可再充電的基于磷酸鐵鋰的電池組。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中施加所述充電電流包括調(diào)節(jié)由具有電壓變壓器部分的功率轉(zhuǎn)換模塊提供的電流。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述電池組為第一電池組類型的第一電池組，所述方法還包括: 針對對應的至少一個附加的不同電池組類型，對于至少一個附加的電池組化學組成和電池組構(gòu)造的不同組合的多個不同的充電狀態(tài)，重復充電步驟和跟蹤步驟； 在所述存儲器電路中提供至少一個附加表，所述至少一個附加表對于所述至少一個附加電池組類型關(guān)聯(lián)恒定電流模式下的充電時間與恒定電壓模式下的充電時間。
11.一種用以對一個或多個可再充電電池組充電的充電器裝置，所述裝置包括: 用以容納一個或多個可再充電電池組的容器，所述容器具有被構(gòu)造成耦合到所述一個或多個可再充電電池組的相應端子的電觸頭；和 控制器，所述控制器被構(gòu)造成: 由所述充電器施加恒定電流以對所述可再充電電池充電； 測量所述可再充電電池的電壓值；跟蹤對所述可再充電電池充電所需的時間，以使所測量的電壓值基本上等于所述電池組的交變電壓； 施加基本上處在所述交變電壓的恒定電壓并且持續(xù)第二時間段，所述第二時間段是根據(jù)所述跟蹤的時間來選擇的；以及在經(jīng)過了所述第二充電時間段之后，終止所述充電電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述控制器還被構(gòu)造成: 在達到所述可再充電電池組的端子處的預定電壓水平之后，周期性地調(diào)節(jié)所述充電電流以將所述可再充電電池組的端子之間的電壓保持在所述預定電壓水平。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的裝置，其中所述控制器還被構(gòu)造成: 當達到所述可再充電電池組的端子處的所述預定電壓水平時，使輸出指示器裝置啟動。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項所述的裝置，其中所述控制器還被構(gòu)造成: 通過使用所述跟蹤的時間訪問存儲在計算機可讀存儲器裝置中的表來選擇所述第二充電時段的值，所述表可由所述控制器訪問以檢索所述第二時間值。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項所述的裝置，還包括: 功率轉(zhuǎn)換模塊，所述功率轉(zhuǎn)換模塊包括電壓變壓器。
【文檔編號】H02J7/00GK103636097SQ201280032110
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】胡冉, E·德沃爾金, R·J·帕夫林斯基 申請人:吉列公司