本發(fā)明涉及使用一個(gè)電池對(duì)另一電池再充電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)尤其有利于從另一電池對(duì)鋰離子電池充電。

背景技術(shù)：

鋰離子電池通常使用后跟著恒定電壓階段的恒定電流階段進(jìn)行充電。在恒定電流階段中，橫跨次級(jí)電池的電壓經(jīng)調(diào)整以維持恒定的最大充電電流ich，直到橫跨電池的電壓達(dá)到限定的電壓極限vch為止，其中ich和vch由電池屬性設(shè)定。在恒定電壓階段中，橫跨電池的電壓維持在固定值vch，直到電流下降到低于預(yù)定值ilow為止。為了快速充電，需要使恒定電流階段的長(zhǎng)度最大化。

當(dāng)?shù)诙姵卦诤愣娏麟A段中充電時(shí)，充電電壓必須增加以補(bǔ)償?shù)诙姵氐闹饾u增加的電壓。相應(yīng)地，恒定電流階段需要從充電電池獲得最小充電電壓。

在電池到電池充電系統(tǒng)中，隨著充電電池老化，它的內(nèi)電阻增加，并且因此降低它可輸送的電壓。當(dāng)它可能不再輸送快速充電操作所需的最小電壓時(shí)，必須對(duì)它再充電或?qū)⑺鎿Q。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是提供電池到電池充電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可提供快速充電，并且可在充電電池需要再充電或替換之前支持相比于當(dāng)前可獲得的系統(tǒng)數(shù)目增加了的充電循環(huán)。

在本發(fā)明的第一方面中，提供從第一電池對(duì)第二電池充電的方法，包括以下步驟：

比較第一電池的輸出電壓與閾值電壓；以及

當(dāng)來(lái)自第一電池的輸出電壓等于或大于閾值電壓時(shí)，使用第一電流對(duì)第二電池充電；以及

當(dāng)來(lái)自第一電池的輸出電壓小于閾值電壓時(shí)，降低第一電流。

在第一電池的輸出電壓等于或大于第二閥值電壓之前可一直降低第一電流。第二閥值電壓可等于第一閾值電壓，或可不同于第一閾值電壓。

減少電流的步驟可包括降低施加到連接在第一電池和第二電池之間的功率轉(zhuǎn)換器的電壓脈沖的占空比。

比較的步驟可在第二電池的充電期間反復(fù)執(zhí)行。降低的步驟可包括依據(jù)比較步驟的結(jié)果，不將電壓脈沖施加到連接在第一電池和第二電池之間的功率轉(zhuǎn)換器。

降低電流的步驟可包括降低電流的脈沖被施加到第二電池的頻率。

方法可包括當(dāng)來(lái)自第一電池的輸出電壓等于或大于閾值電壓時(shí)，使用恒定第一電流對(duì)第二電池充電，并在施加到第二電池的充電電壓達(dá)到最大準(zhǔn)許電壓或來(lái)自第一電池的輸出電壓小于閾值電壓時(shí)，降低充電電流。

當(dāng)施加到第二電池的充電電壓達(dá)到最大準(zhǔn)許電壓或來(lái)自第一電池的輸出電壓小于閾值電壓時(shí)，可降低充電電流以將施加到第一電池的充電電壓維持在最大準(zhǔn)許電壓或接近于最大準(zhǔn)許電壓。

方法可包括當(dāng)充電電流降低到小于或等于最小電流閾值的電流時(shí)，停止第二電池的充電。

第二電池可為鋰離子電池。

在本發(fā)明的第二方面中，提供充電裝置，包括：

被配置成對(duì)連接到裝置的次級(jí)電池充電的第一電池，和被配置成控制對(duì)次級(jí)電池的充電的控制電路，其中控制電路被配置成：

比較第一電池的輸出電壓與閾值電壓；以及

如果來(lái)自第一電池的輸出電壓等于或大于閾值電壓，那么使用第一電流對(duì)第二電池充電；以及

如果來(lái)自第一電池的輸出電壓小于閾值電壓，那么降低第一電流。

控制電路可被配置成在第一電池的輸出電壓等于或大于第二閥值電壓之前一直降低第一電流。第二閥值電壓可等于第一閾值電壓，或可不同于第一閾值電壓。

充電裝置可包括連接在第一電池和第二電池之間的功率轉(zhuǎn)換器，且控制電路可被配置成通過(guò)降低從第一電池施加到功率轉(zhuǎn)換器的電壓脈沖的占空比來(lái)降低第一電流。

控制電路可被配置成在第二電池充電期間，定期比較第一電池的輸出電壓與閾值電壓。控制電路可被配置成依據(jù)比較步驟的結(jié)果，不將電壓脈沖施加到連接在第一電池和第二電池之間的功率轉(zhuǎn)換器來(lái)降低第一電流。

控制電路可被配置成當(dāng)來(lái)自第一電池的輸出電壓等于或大于閾值電壓時(shí)，使用恒定第一電流對(duì)第二電池充電，并在施加到第二電池的充電電壓達(dá)到最大準(zhǔn)許電壓或來(lái)自第一電池的輸出電壓小于閾值電壓時(shí)，降低充電電流。

當(dāng)施加到第二電池的充電電壓達(dá)到最大準(zhǔn)許電壓或來(lái)自第一電池的輸出電壓小于閾值電壓時(shí)，控制電路可被配置成降低充電電流以將施加到第一電池的充電電壓維持在最大準(zhǔn)許電壓或接近于最大準(zhǔn)許電壓。

控制電路可被配置成當(dāng)充電電流降低到小于或等于最小電流閾值的電流時(shí)，停止第二電池的充電。

第二電池可為鋰離子電池。第一電池可為鋰離子電池。

根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的方法和充電裝置可施加到電子吸煙系統(tǒng)。充電裝置可用于對(duì)電子吸煙裝置中的次級(jí)電池充電。電子吸煙裝置可包含被配置成加熱氣溶膠形成基質(zhì)的電動(dòng)加熱器。氣溶膠形成基質(zhì)可以具有煙嘴部分的香煙的形式提供，最終使用者通過(guò)所述煙嘴部分吮吸。次級(jí)電池可有利地為單個(gè)吸煙環(huán)節(jié)提供足夠的電力，從而排出單個(gè)氣溶膠形成基質(zhì)。

短的再充電時(shí)間對(duì)電子香煙的接受性來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。然而，用戶不希望僅僅因?yàn)闊o(wú)法以最大可能速度實(shí)現(xiàn)就不能夠?qū)ξ鼰熝b置充電。本發(fā)明的方法和充電裝置允許電子吸煙裝置的額外充電循環(huán)，即使是在充電裝置的電池老化和劣化時(shí)。充電裝置可為被設(shè)計(jì)成用用戶的口袋或包易于攜帶的手持型充電裝置。

在本發(fā)明的第三方面中，提供計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在充電裝置中的處理器上執(zhí)行時(shí)，使處理器執(zhí)行本發(fā)明的第一方面的步驟，所述充電裝置具有被配置成對(duì)連接到所述裝置的次級(jí)電池充電的第一電池，且所述處理器被配置成控制對(duì)次級(jí)電池的充電。

在本發(fā)明的第四方面中，提供在其上存儲(chǔ)有根據(jù)第三方面的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體。

相對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)方面描述的特征可單獨(dú)地或與本發(fā)明的其它所描述的方面和特征組合而應(yīng)用到本發(fā)明的其它方面。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中：

圖1是手持型電池操作的吸煙裝置和包含充電電池的相關(guān)聯(lián)的充電裝置的示意性圖示；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明充電系統(tǒng)的電路圖；

圖3說(shuō)明鋰離子電池的通?？焖俪潆娞卣髑€；

圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)修改充電特征曲線；以及

圖5是說(shuō)明用于圖4的充電特征曲線的控制過(guò)程的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了主要裝置100和次級(jí)裝置102。此實(shí)例中的主要裝置100是用于電加熱吸煙系統(tǒng)的充電單元。此實(shí)例中的次級(jí)裝置102是適于接收包括氣溶膠形成基質(zhì)的吸煙制品104的電加熱氣溶膠生成裝置。次級(jí)裝置包含加熱器以在操作中加熱氣溶膠形成基質(zhì)。使用者吮吸吸煙制品104的煙嘴部分以將氣溶膠抽吸到使用者的口中。次級(jí)裝置102被配置成接收于主要裝置100的空腔112內(nèi)以便對(duì)次級(jí)裝置中的電源再充電。

主要裝置100包括第一電池106、控制電子元件108和電觸點(diǎn)110，所述電觸點(diǎn)110被配置成當(dāng)次級(jí)裝置與電觸點(diǎn)110連接時(shí)，將來(lái)自第一電池106的電力提供到次級(jí)裝置中的次級(jí)電池。電觸點(diǎn)110被設(shè)置成鄰近空腔112的底部。空腔被配置成接收次級(jí)裝置102。主要裝置100的組件容納在殼體116內(nèi)。

次級(jí)裝置102包括第二電池126、次級(jí)控制電子元件128和電觸點(diǎn)130。如上所述，次級(jí)裝置102的第二可再充電電池126被配置成在電接點(diǎn)130與主要裝置100的電接點(diǎn)110接觸時(shí)接收來(lái)自第一電池106的電力的供應(yīng)。次級(jí)裝置102進(jìn)一步包括被配置成接收吸煙制品104的空腔132。呈(例如)葉片加熱器形式的加熱器134被設(shè)置成在空腔132的底部。在使用中，使用者啟動(dòng)次級(jí)裝置102，且經(jīng)由控制電子元件128將電力從電池126提供到加熱器134。加熱器被加熱到標(biāo)準(zhǔn)操作溫度，所述溫度足以從氣溶膠生成物品104的氣溶膠形成基質(zhì)生成氣溶膠。次級(jí)裝置102的組件容納在殼體136內(nèi)。例如，在ep2110033中更全面地描述此類(lèi)型的次級(jí)裝置。

優(yōu)選的是，氣溶膠形成基質(zhì)包括含有揮發(fā)性煙草香味化合物的含煙草材料，當(dāng)加熱時(shí)所述揮發(fā)性煙草香味化合物從基質(zhì)釋放?？商娲?，氣溶膠形成基質(zhì)可包括非煙草材料。優(yōu)選的是，氣溶膠形成基質(zhì)進(jìn)一步包括氣溶膠形成劑。合適的氣溶膠形成劑的實(shí)例是甘油和丙二醇。

氣溶膠形成基質(zhì)可為固體基質(zhì)。固體基質(zhì)可包括(例如)以下各者中的一個(gè)或多個(gè)：粉末、顆粒、小球、碎片、細(xì)條、條狀物或片材，所述片材含有草本植物葉、煙葉、煙草肋料、再造煙草、均質(zhì)煙草、擠出煙草和膨脹煙草中的一個(gè)或多個(gè)。可替代地，氣溶膠形成基質(zhì)可為液體基質(zhì)，且吸煙制品可包括用于保持液體基質(zhì)的構(gòu)件。

在此實(shí)例中，次級(jí)裝置102為電加熱吸煙裝置。由于此類(lèi)次級(jí)裝置102較小(傳統(tǒng)香煙尺寸)但又必須在僅幾分鐘時(shí)間段內(nèi)輸送高電力，所以通常單個(gè)吸煙環(huán)節(jié)約7分鐘。第二電池可接著需要返回到主要裝置100以進(jìn)行再充電。理想地在大約幾分鐘和優(yōu)選地低于6分鐘內(nèi)將再充電至少完成到足以允許另一完整的吸煙體驗(yàn)的水平。

主要裝置中的第一電池106被配置成容納足夠充電量以在需要對(duì)自身再充電之前對(duì)第二電池126進(jìn)行若干次再充電。這為使用者提供在需要從主出口再充電之前允許若干吸煙環(huán)節(jié)的便攜式系統(tǒng)。

為了滿足第二電池126具有較小大小、充足容量和安全性，同時(shí)可快速充電與放電且具有可接受壽命的競(jìng)爭(zhēng)要求，可使用磷酸鋰鐵(lifepo4)化學(xué)電池，如在此實(shí)例中。此實(shí)例中的第二電池126具有圓柱形狀，其中直徑為10mm，長(zhǎng)度為37mm。此電池能夠以每一循環(huán)超過(guò)900j進(jìn)行8000次充電/放電循環(huán)。平均充電速率可高達(dá)12c。1c的充電速率意味著電池在一小時(shí)內(nèi)從零電荷完全充電到滿電荷，2c的充電速率意味著電池在半小時(shí)內(nèi)從零電荷完全充電到滿電荷。電池容量處于125mah的范圍內(nèi)。最大充電電流可在從980ma到1.5a的范圍內(nèi)。使用高達(dá)2a的1毫秒脈沖來(lái)執(zhí)行放電。放電速率取決于加熱器的電阻，所述電阻又取決于加熱器溫度。在環(huán)境溫度下，放電速率可高達(dá)28c，但隨著加熱器的電阻增加，在較高溫度下會(huì)降低。在典型操作溫度下，放電速率為大約13c。作為替代方案，鈦酸鋰電池可用于第二電池。

主要單元100中的第一電池106為棱柱型氧化鈷鋰(licoo2)電池。第一電池具有大約1350mah的容量，比第二電池的容量高十倍以上。可從第一電池以在2c和16c之間的速率對(duì)第二電池充電。以1c的速率對(duì)第一電池放電提供對(duì)第二電池的超過(guò)10c的充電速率?？蓮氖须婋娫匆栽?和1.5c之間的速率且通常以大約0.5c的速率執(zhí)行對(duì)第一電池的充電，從而使電池壽命最大化。

氧化鈷鋰電池提供比磷酸鋰鐵更高的電池電壓，從而允許從單個(gè)氧化鈷鋰電池對(duì)磷酸鋰鐵電池充電。

圖2是充電系統(tǒng)的示意性電路圖。第一電池106具有相關(guān)聯(lián)的內(nèi)電阻107?？刂齐娮釉刂破?00和開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器205。開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器205連接在第一電池和第二電池之間。控制器200被配置成控制開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器內(nèi)的開(kāi)關(guān)206的開(kāi)關(guān)，并由此調(diào)節(jié)施加到第二電池126的電壓和電流。在此實(shí)例中，開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器205是集成的降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器。

圖3示出了用于對(duì)第二電池充電的標(biāo)準(zhǔn)充電特征曲線。圖3示出了來(lái)自第一電池210的充電電壓、來(lái)自充電裝置的充電電流220和施加到正在充電的第二電池的充電電壓230。充電特征曲線由初始恒定電流階段300構(gòu)成。在恒定電流階段300期間，充電電壓230經(jīng)控制以便提供恒定的最大充電電流ich。這通過(guò)接通開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器以將來(lái)自第一電池的電壓脈沖以最大占空比施加到功率轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這提供最大充電速率。然而，當(dāng)維持最大充電電流所需的來(lái)自第一電池的充電電壓超過(guò)最大充電電壓vch時(shí)，恒流充電電流階段300結(jié)束。vch被設(shè)定在維持第二電池的使用壽命的水平。一旦到達(dá)這一階段，如在圖3上的時(shí)間303處指示，恒定電壓階段302開(kāi)始。在恒定電壓階段期間，充電電壓230保持在最大vch。在恒定電壓階段期間，當(dāng)充電電壓230和第二電池的電池電壓之間的差值下降時(shí)，充電電流220下降。當(dāng)充電電流220達(dá)到低閾值iend時(shí)，停止充電過(guò)程。最大充電電流和最大充電電壓由電池制造者設(shè)定。

圖3中所說(shuō)明的充電特征曲線可用于如參看圖1所描述的系統(tǒng)。然而，在電池到電池充電系統(tǒng)中，隨著充電電池老化，它的內(nèi)電阻107增加，并且因此降低它可輸送的電壓。但是為了最快充電，在恒定電流階段中，來(lái)自第一電池的充電電壓必須能夠達(dá)到最大充電電壓vch。否則，將無(wú)法完成快速充電過(guò)程。因此，在現(xiàn)有系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)谝浑姵乜赡懿辉佥斔涂焖俪潆娺^(guò)程所需的最小電壓時(shí)，必須對(duì)它再充電或?qū)⑺鎿Q。

圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的充電特征曲線。在圖4中，來(lái)自第一電池的電池電壓相比于圖3降低，這是因?yàn)榈谝浑姵匾呀?jīng)老化且具有更大的內(nèi)電阻。在圖4中，可看出在充電電壓430達(dá)到它的最大vch之前，即通常在恒定電流階段將結(jié)束之前，充電電流420下降。降低充電電流420，以便將充電電壓430維持在所需水平。這通過(guò)調(diào)整電流以將從第一電池輸出的電池電壓410保持在高于3.5伏的預(yù)設(shè)閾值水平來(lái)完成。當(dāng)充電電壓430達(dá)到vch時(shí)，充電電流進(jìn)一步降低，以便將充電電壓維持在vch或低于vch。當(dāng)充電電流降低到iend時(shí)，過(guò)程再次結(jié)束。

圖5說(shuō)明用于根據(jù)圖3或圖4中示出的特征曲線調(diào)節(jié)電流的控制過(guò)程。所述過(guò)程開(kāi)始于步驟500，其中所述過(guò)程的循環(huán)次數(shù)的計(jì)數(shù)逐一遞增。接著，在步驟505中，確定計(jì)數(shù)是否已達(dá)到奇數(shù)或偶數(shù)。如果它是偶數(shù)，那么過(guò)程繼續(xù)到步驟510，其中處理器切斷開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)，以使得開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器中沒(méi)有累積來(lái)自第一電池的能量。所述過(guò)程接著返回到步驟500，其中循環(huán)計(jì)數(shù)增加一。

接著在步驟505中，確定計(jì)數(shù)已達(dá)到奇數(shù)，且所述過(guò)程前進(jìn)到步驟515。在步驟515中，確定施加到第二電池的充電電壓是否已達(dá)到最大準(zhǔn)許電壓vch。如果它已達(dá)到目標(biāo)電壓，那么當(dāng)充電電流需要降低以降低充電電壓時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)保持關(guān)斷。接著，所述過(guò)程前進(jìn)到步驟520，其中電壓極限旗標(biāo)在處理器內(nèi)設(shè)定，以使得可向使用者提供恒定電流階段已經(jīng)結(jié)束的指示。

如果施加到第二電池的充電電壓小于最大電壓，那么所述過(guò)程前進(jìn)到步驟525。在步驟525中，到第二電池的電流與目標(biāo)電流iend進(jìn)行比較，低于所述目標(biāo)電流時(shí)應(yīng)該停止充電過(guò)程，如圖3和4的充電特征曲線中所見(jiàn)。如果充電電流低于目標(biāo)電流，那么所述過(guò)程前進(jìn)到步驟530，其中設(shè)定電流極限旗標(biāo)。電流極限旗標(biāo)用于向最終使用者指示充電完成。

如果充電電流大于目標(biāo)電流，那么過(guò)程前進(jìn)到步驟535。在步驟535中，確定來(lái)自第一電池的電壓是否大于用于快速充電的最小所需電壓。如果第一電池的電池電壓大于最小所需電壓，那么在步驟545中，處理器接通開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)，以使得從第一電池汲取電能并在功率轉(zhuǎn)換器中累積以供施加到第二電池。如果第一電池的電池電壓不大于最小所需電壓，那么開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)保持關(guān)閉，并且在步驟540中，處理器將極限電池旗標(biāo)設(shè)定成使得可向最終使用者提供第一電池需要再充電或替換的指示。

在步驟520、530、540和545中的每一個(gè)之后，過(guò)程前進(jìn)到步驟550。在步驟550中，獲得第一電池和第二電池的電壓的新測(cè)量值，并獲得充電電流的新測(cè)量值。這些測(cè)量值接著轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，以易于與下一奇數(shù)編號(hào)的循環(huán)中的對(duì)應(yīng)目標(biāo)值進(jìn)行比較。

在下一偶數(shù)編號(hào)的循環(huán)中，在步驟510中，切斷開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)，并且將在開(kāi)關(guān)電源中累積的能量作為充電電流施加到第二電池。如果在先前循環(huán)期間，開(kāi)關(guān)已經(jīng)切換到開(kāi)啟狀態(tài)，那么在步驟545中，相比于在先前循環(huán)期間開(kāi)關(guān)尚未切換到開(kāi)啟狀態(tài)的情況，輸出到第二電池的電壓將處于更高的水平。較低的輸出電壓意味著從第一電池汲取較低的電流。從第一電池汲取較低電流具有在橫跨第一電池的內(nèi)電阻降低更少電壓時(shí)增加來(lái)自第一電池的電池電壓的效果。如圖4的特征曲線可見(jiàn)，當(dāng)最小所需目標(biāo)電壓是3.5伏時(shí)，此方案具有在電流下降時(shí)將第一電池的電池電壓維持在大約3.5伏的效果。圖5中的過(guò)程還確保當(dāng)?shù)诙姵爻錆M電時(shí)沒(méi)有充電電流再施加到第二電池。

相比于以其它方式能夠使用后跟著恒定電壓的恒定電流的標(biāo)準(zhǔn)快速充電過(guò)程，此過(guò)程允許第一電池對(duì)第二電池進(jìn)行多幾次的再充電。這種情況的出現(xiàn)以用于那些額外充電循環(huán)的充電速度為代價(jià)，但是在多數(shù)情況下，額外充電循環(huán)在便利性方面大大有利于使用者。與僅使用功率轉(zhuǎn)換器嘗試提高第一電池電壓的方法相比，所述過(guò)程是高效節(jié)能的，因?yàn)樗哂邢鄬?duì)較低的損失。

上文描述的示例性實(shí)施例是舉例說(shuō)明而不是限制性的。考慮到上述的示例性實(shí)施例，現(xiàn)在所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解到與以上示例性實(shí)施例一致的其它實(shí)施例。