用于在升高的溫度下對電池進行充電的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于在升高的溫度下對電池進行充電的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在升高的溫度下對電池進行充電的方法和設備。本發明更具體地涉及一種對移動設備的Li-Ion(鋰離子)電池 進行充電的方法。本發明涉及對移動電話內的電池進行充電。本發 明更具體地涉及對于能夠進行視頻呼叫的移動通信設備內電池的充 電方法。
背景技術：
標準的Li-Ion充電器通常在電池變得太熱時停止對其充電。目 前，已知的是使用溫度傳感器在高于一個特定電池溫度時中斷現代 存儲器手機的充電過程，以防止要充電的電池受到損壞。例如，當 電池的溫度超過60°C (攝氏度)，可停止充電過程，以防止由于部 分過熱以及蒸發的電解液或者由于電池單元的其中至少 一 個組件的 熱學引入的化學反應所引起的電池損壞。到目前為止，僅在特定使 用情況下到達高溫時，例如，將移動電話留在灼熱汽車的儀表板上， 與香煙打火機充電器相連時，充電過程的這種中斷是可應用的。因此，希望甚至能夠在高溫情況下對電池進行充電。尤其是在視 頻呼叫期間，電話可到達標準充電方法將中斷電池充電過程的高溫。 希望避免這種充電中斷，這是因為，在最需要進行充電時，例如， 正在執行能量和資源高消耗的程序的時間期間，不能夠對電池進行 充電是非常不實際的。發明內容本發明提供一種方法和設備，使得，即使在高溫情況下也能夠對 移動設備的電池進行充電，高溫情況可發生在高功率應用運行于移
動終端上的時候。通常，對Li-Ion電池進行充電直至到達4.2V的電 池電壓。但是，如果Li-Ion電池溫度高于60。C, 4.2V的充電電壓將 損壞Li-Ion電池。具有電子元件的小型現代電話的問題在于，在進 行一般使用期間，例如，在視頻呼叫期間，內部溫度可提升到高于 60。C的水平。這樣，不可能以通常的操作對電池進行充電而不損壞 該電池。因此，移動設備可能在視頻呼叫期間用完電源(電池)， 即使是插上充電器。與低電池電壓和高溫相比，高電池電壓和高溫 將更快地降低電池性能。依照本發明的第一方面，提供一種方法，用于在升高的溫度下對 電池進行充電。該方法包括確定要進行充電的至少 一個電池單元的 溫度，以及依照所述確定溫度，將施加到所述電池的充電電壓限制 于一個最大充電電壓。將充電電壓施加于電池的步驟并未明確說明， 但是，顯然可以看出，對電池進行充電以及限制充電電壓(從而限 制充電電流)的方法需要向電池提供充電電流。本方法與熱控充電中斷不同，這是因為，在熱控充電中斷中，不 存在可能在充電過程的中斷(切斷電壓->未充電-〉沒有充電電壓控制 并且沒有充電電壓限制)期間進行控制的所施加/所限制的充電電壓。本方法需要了解施加于電池端子的電壓，以及電池的溫度。例如， 可能在電池端子測量電池的電壓以及電池的溫度，以將電池充電電 壓限制于最大充電電壓和/或相應地限制充電電流。應當注意到，術 語"充電電壓"只是定義用于非零的充電電壓(也就是，充電電壓 可能不會限制為"零電壓")。還可注意到，最大充電電壓也定義 為非零。應當注意到，除了充電電壓限制之外，可控制充電電壓(或者充 電電流)，以獲得流經電池對電池進行充電的恒定電流(只要不超 過最大充電電壓)。例如，可由反饋系統控制充電電壓或者充電電 流，以獲得等于期望參考值的特定電流。應當注意到，本發明并未 限制于"電壓控制充電過程"，并且并不旨在只是被理解為恒定充 電電壓控制的方面。本發明還包括通過控制充電電流(或者充電電
壓)獲得的恒定電流充電過程，使得獲得恒定的充電電壓。本發明 提供依賴于至少一個電池單元溫度的充電電壓上限。本發明可應用 于恒定電壓充電過程或者恒定電流充電過程。在恒定電流充電過程 的情況下，實際的充電電壓可選擇為等于或者低于(但是不高于) 最大充電電壓(即使這個電壓可能未到達所希望的"低溫"充電電 流)。在恒定電流充電器的情況下，尤其是在幾乎完全充電電池的 情況下，充電電流附加地由一個特定溫度(范圍)的最大充電電壓 進行限制。也就是，對于低內部電池電壓或者低電池溫度來說，充 電過程是由恒定的充電電流確定的。在高電池單元溫度和高內部電 池電壓的情況下(也就是，幾乎完全充電的電池單元)，充電電流 由可施加的最大充電電壓進行限制。在這種情況下，用于高溫的最 大充電電流由最大充電電壓、電池(單元)內部電壓和電;也單元的 內部阻抗進行確定。在對于低溫的恒定電流充電過程的情況下，可 認為本發明在電池的溫度(以及電池的內部充電電流)超過預先確 定的限制時提供從恒定電流充電過程到恒定電壓充電過程的轉換。可分別地并且獨立地對電池的多個電池單元中的一個、兩個或多 個進行考察(以及充電)。但是，只要在充電過程期間至少測量一 個電池單元的溫度，這就應當屬于這個實施方式的范圍內。例如， 考慮測量具有最小熱擴展能力的電池單元的溫度。在本發明的一個示例性實施方式中，依照將所述最大充電電壓 (從而，將最大充電電流)與所確定溫度相關聯的函數，將施加于 電池的所述充電電壓限制于最大充電電壓。這個實施方式可用于實 現當前電池溫度和當前所選(最大)電池充電電壓/電流之間的軟轉 換或者軟關聯。這個實施方式能夠實現使用例如連續函數，以依照 當前或者連續確定的電池(單元)溫度限制充電電壓/電流。這個實 施方式涉及在升高的溫度下的閉環控制充電過程。在本發明的另 一 個示例性實施方式中，所述將施加于電池的所述 充電電壓限制于最大充電電壓包括，在低于第 一 閾值溫度的溫度處， 將施加于電池的充電電壓限制于第一最大充電電壓，以及在高于所
述第 一 閾值溫度的溫度處，將施加于電池的充電電壓限制于第二最 大充電電壓，其中所述第二最大充電電壓低于所述第一最大充電電 壓。這個實施方式涉及使用可最大地施加于電池的充電電壓階躍函 數的充電特性。高于特定溫度，在充電過程期間可施加的最大充電 電壓降低為較低電壓，以防止電池損壞。通過測量(電池電壓和)電池溫度，可能在高于例如60。C (攝氏度)的溫度處對Li-Ion電池 進行充電，只要最大施加于電池的絕對充電電壓低于3.8V。對于 Li-Ion電池的第一閾值應當設置為60°C (攝氏度)。這表示，在這 個60。C溫度閾值之下Li-Ion電池的最大充電電壓可以設置為4.2V, 而在這個60。C溫度閾值之上Li-Ion電池的最大充電電壓可以^殳置為 3.8V。應當注意到，其它(未來的)電池單元(具有其它化學組件) 可需要其他(更高或者更低)的閾值溫度以及其它最大充電電壓。在本發明的另一個示例性實施方式中，所述將施加于所述電池的 所述充電電壓限制于最大充電電壓包括在高于所述第一閾值溫度 和低于第二閾值溫度的溫度處，將施加于所述電池的所述電壓限制于所述第二最大充電電壓，其中所述第二閾值溫度高于所述第一閾 值溫度，以及高于所述第二閾值溫度時不將充電電壓施加于所述電 池。這個實施方式涉及一種實現方式，其中高于所選的電池溫度限 制時，(連續函數或者)階躍函數結合有電壓切斷。這個選項可用 于防止在高于第二閾值溫度的溫度時的電池損壞，在高于第二閾值 溫度的溫度時，甚至對升高的溫度降低最大充電電壓，也可能對電 池造成損壞。通過測量電池的溫度，例如，可能在例如60°C和70°C之間的 溫度范圍內對鋰(例如，Li-Ion)電池進行充電。在低于60°C的溫 度處，最大可施加于Li-Ion電池的電壓，也就是最大充電電壓限制 于4.2V。在60。C和70。C之間的溫度范圍內，充電電壓可限制于例 如3.8V的絕對最大充電電壓。高于70。C,可能必須完全中斷Li-Ion 電池的充電過禾呈。已經發現可以在60°C-70°C的范圍內將Li-Ion電池充電至最大充
電電壓3.8V。例如，這允許使用這種電池供電的移動電話如所指定 地在這個溫度范圍內進行工作。例如，如果用戶進行視頻呼叫，并 且將電話插入到充電器中以繼續進行呼叫，甚至當功率電能要用完 時，也可能對電池進行充電，即使視頻呼叫的栽荷將電話和電池的 溫度升高到一個臨界溫度限制。在本發明的另一個示例性實施方式中，該方法進一步包括檢測與 外部功率源的連接。當檢測到與外部功率源的連接時，充電方法可 從檢測與外部功率源(也就是，充電器)的所述連接開始。在本發明的另一個示例性實施方式中，該方法進一步包括確定所 述至少一個電池單元的電子參數，以及依照所述確定的電子參數， 將施加于所述電池的充電電壓限制于最大充電電壓。電子參數的確定可包括充電過程期間(至少一個電池單元的)內 部阻抗的確定、(至少一個電池單元的)內部電壓的確定、(至少 一個電池單元的)電流功率消耗/能量沉積的確定，或者例如(至少 一個電池單元的)的所定義力文電電流或者作為例如積分充電電流的 (至少一個電池單元的)的電容量。使用這些附加的測量值，可提供最佳(最快、最安全或者到達最 高充電條件)的充電過程。在本發明方法的另 一個示例性實施方式中，進一步包括依照所述 確定的溫度控制施加于所述電池的充電電壓(低于所述最大充電電 壓)，以獲得恒定的充電電流。也考慮依照所述確定的電子參數控 制施加于所述電池的充電電壓(低于所述最大充電電壓)，以獲得 恒定的充電電流。考慮在各個設備中提供恒定電流充電控制器，其 可與各個充電電壓限制器相連(以對充電電壓限制器和恒定電流充電的特性加以合并)。這個實施方式涉及一種使用恒定電流充電的 應用，這可能對于特定的電池充電應用是有好處的。應當注意到， 也考慮使用充電電壓限制器實現恒定電壓充電器。在本發明的另一個示例性實施方式中，該方法在移動終端設備上 執行。在本發明的這個實施方式中，充電電子部分位于移動終端設
備內部。這個實施方式提供以下優勢，可使用任何可兼容的充電器 設備對移動設備的電池進行充電，例如，已知可能使用任何諾基亞 蜂窩電話充電器對(幾乎)任何諾基亞蜂窩電話進行充電，而不會 損壞設備的電池。使用這個概念，另一個優勢在于，幾乎不可能通 過使用"錯誤"的充電器設備而損壞電池。
在本發明的另一個示例性實施方式中，該方法在移動電話上執 行。在移動和/或蜂窩電話對于電池電源平均工作時間、重量和用戶 友好程度以及可靠性和直觀操作性的要求仍然不斷增加時這尤其有 用。因此，尤其在移動電話的領域中，希望與充電器相連的電話真 正地在任何情況下對電池進行充電。否則，用戶可能認為是受到損 壞或者有瑕疵的產品，并且可能認為他花錢買了破損或者受到損壞 的移動電話或者移動電話充電器。
在本發明的另一個示例性實施方式中，該方法在移動終端設備的 電池上執行。這個實施方式表示具有內建充電器邏輯或者充電器控 制器或者充電電壓限制器的電池。這個實施方式對于在沒有工作中 損壞電池的危險的情況下改進具有高級電池的移動電話尤其有用。
在本發明的另一個示例性實施方式中，該方法在移動終端設備的 電池充電器上執行。這個實施方式表示智能電池的一個對應部分， 即自動地確定電池溫度以及據此將可施加于電池的充電電壓限制于 最大充電電壓(或者充電電流)的充電器。對于這個實施方式，可 能需要實現與所述充電器設備相連的電池溫度傳感器。
依照本發明的另一方面，提供一種軟件工具，其包括程序代碼裝 置，當所述程序產品運行于計算機或者網絡設備上時，該代碼裝置 用于實現前述描述的方法。
依照本發明的另 一 方面，提供一種用于實現前述描述的方法的可 從服務器下載的計算機程序產品，其包括程序代碼裝置，當所述程 序運行于計算機或者網絡設備上時，該代碼裝置用于實現前述方法 的所有步驟。
依照本發明的另一方面，提供一種計算機程序產品，其包括存儲
在計算機可讀介質上的程序代碼裝置，當所述程序產品運行于計算 機或者網絡設備上時，該程序代碼裝置用于實現前述描述的方法。依照本發明的另一方面，提供一種計算機數據信號。該計算機數 據信號在載波中實現，代表當所述計算機程序運行于計算機或者網 絡設備上時使計算機實現包含在前述描述中的方法步驟的程序。優選地，所述計算機程序和計算機程序產品分布在不同的部分和 設備中。計算機程序和計算機產品設備運行于設備、充電器和/或電 池的不同設備中。因此，計算機程序和計算機程序設備必須在功能 和源代碼上有所不同。例如，考慮在充電器或者設備中實現恒定電 流充電元件，以及在電池(或者設備)中實現充電電壓限制器。依照本發明的另一方面，提供一種模塊，用于在升高的溫度下對 電池進行充電。該模塊包括電池端子、功率端子、傳感器端子和電 壓限制器。提供所述電池端子，用于將所述模塊與要在升高的溫度 下進行充電的電池相連。提供所述功率端子，用于將所述模塊與功率源，例如，充電器、擴展雞(docking station)或者功率網絡相連。提供傳感器端子，用于將所述模塊連接到與要進行充電的電池相連或者處于其附近的溫度傳感器。電壓限制器或者選擇器與所述電池端子、所述功率端子和所述傳感器端子相連。電壓限制器或者選擇器被配置為依照在所述傳感器端子接收的溫度傳感器信號將施加于所述電池端子的充電電壓限制于最大電池充電電壓，其中，所述溫度傳感器信號表示所連電池的至少一個電池單元的溫度。在一個非常簡單的示例性實施方式中，本發明可實現為例如與至少一個電池單元有熱學接觸(表示與熱學傳感器的連接)的雙金屬片開關，并且將電池端子與兩個不同電壓(或者電流)源的其中一個相連，每個電壓(或者電流)源限制于從與功率端子相連的功率源提供的最大充電電壓。還考慮利用用于控制例如電壓控制轉換器的NTC (負溫度系數)或者PTC (正溫度系數)實現這種模塊，使得將施加于電池的充電電壓限制或者降低為等于或者低于最大充電電壓，最大充電電壓在出現較高的電池溫度時較低。
但是，也可能將這個模塊實現為可連接在電池和功率源之間的控 制器(可能實現為具有相應軟件的小型計算機)，其對充電電流函 數使用復溫度，從而為每個電池溫度提供最佳的可能最大充電電壓。在本發明的一個示例性實施方式中，所述電壓限制器被配置為依 照將所述最大充電電壓與所接收溫度傳感器信號相關聯的函數，將 所述充電電壓限制于最大充電電壓。在上述的示例性實現方式例子 中，雙金屬片可提供階躍函數，而最大充電電壓和所確定電池(單 元)溫度之間的關系可任意選擇。將所述最大充電電壓和所確定電 池溫度相關聯的函數可由機械或者電子電路或者由軟件方式實現。在另 一 個示例性實施方式中，所述模塊進 一 步包括溫度傳感器。 這個實施方式可用于將模塊實現為自包含組件，其可集成到移動設 備或者移動設備的電池中。在本發明的另一個示例性實施方式中，所述電壓限制器被配置為 在低于第 一 閾值溫度的溫度處將施加于電池的充電電流限制于第一 最大充電電壓，以及在高于所述第 一 閾值溫度的溫度處將施加于電 池的充電電壓限制于第二最大充電電壓，其中所述第二最大充電電 壓低于所述第一最大充電電壓。這個實施方式可保證電池的內部阻抗連同充電電流不會增加電池的溫度(尤其是在Li-Ion或者鋰聚合 體電池的情況下)。在本發明的另一個示例實施方式中，所述電壓限制器被配置為在 高于所述第一閾值溫度和低于第二閾值溫度的溫度處將施加于所述 電池的所述充電電壓限制于第二充電電壓，其中所述第二閾值溫度 高于所述第一閾值溫度，并且所述電壓限制器被進一步配置為在高 于所述第二閾值溫度時不對所述電池施加充電電壓。這個實施方式 表示最大充電電壓(或者電流)的(至少)兩階躍函數，如果超過 所選的電池溫度上限(臨界值)則進行切斷。在本發明的另一個示例性實施方式中，所述電壓限制器被配置為 檢測與外部功率源的連接，所述外部功率源與所述功率端子相連。 通過這個特性，模塊能夠在其已經確定功率供應(例如，充電器)
已經與模塊相連后開始基于溫度的充電過程。這個實施方式用于具 有內建電池充電電路的設備或者電池充電器設備自身。在本發明的另一個示例性實施方式中，所述電壓限制器被配置為 檢測與(要充電的)電池的連接，所述電池與所述電池端子相連。 這個實施方式用于內建于終端設備的充電模塊，不同的電池單元可與該終端設備相連。這個實施方式用于能夠使用例如Li-Ion電池單 元而不具備集成在電池中的充電設備的設備。在本發明的另 一 個附加示例性實施方式中，所述電壓限制器被配 置為檢測與溫度傳感器的連接，所述溫度傳感器與所述溫度傳感器 端子相連。這個實施方式可實現在充電器或者其中使用具有內部溫 度傳感器的電池的移動電子設備中。這個實施方式還可用于指示特 定類型的電池，例如不具有^f壬何溫度傳感器的傳統電池以及例如具 有內部熱學傳感器的Li-Ion電池。在本發明的另 一 個示例性實施方式中，模塊的所述電壓限制器被 配置為確定所述電池的至少一個電池單元的電子參數，以及所述電 壓限制器被進一步配置為依照所述確定的電子參數，將施加于所述 電池的充電電壓限制于最大充電電壓。電壓限制器被配置為確定電池(單元)的電子參數，例如，通過 估計電池的電子和充電參數的方式。這些參數可包括實際施加于電 池單元的充電電壓、充電電流，并且還可包括充電過程期間或者在 定義的(至少一個電池單元的)；改電電流或者作為積分充電電流的 (至少一個電池單元的)電容量處的，(至少一個電池單元的)內 部阻抗、(至少一個電池單元的)內部電壓、(至少一個電池單元 的)的電流功率消耗/能量沉積。通過這些附加的測量值，可能提供最佳(最快、最安全或者達到 最高充電條件)的充電過程。依照本發明的另一方面，提供一種移動終端設備，用于在升高的 溫度下對所述移動終端設備的電池進行充電。移動終端設備包括所 述移動終端設備的電池、功率端子、與所述至少一個電池單元中的
至少一個進行熱學接觸的(至少一個)溫度傳感器以及電壓限制器。 所述移動終端設備的電池具有至少一個電池單元。提供了功率端子， 用于將所述移動終端設備與外部功率源(例如，所述移動終端設備 的充電器或者擴展雞)相連。溫度傳感器與所述至少一個電池單元 中的至少一個進行熱學接觸，以能夠確定所述至少一個電池單元中 的至少 一個的溫度。還考慮對于每個電池使用獨立的溫度傳感器。 溫度傳感器與(至少一個所述)電池單元相連，或者在其附近。電 壓限制器與所述電池、所述功率端子以及所述溫度傳感器相連，用 于依照從所述(至少一個)溫度傳感器接收的溫度傳感器信號，將 施加于所述電池的電池充電電壓限制于最大電池充電電壓，其中所 述溫度傳感器信號表示所連接的至少一個電池單元的溫度。在本發明的 一 個示例性實施方式中，移動終端設備的電壓限制器 被配置為依照將所述最大充電電壓與所接收的溫度傳感器信號相關 聯的函數，將施加于所述電池的充電電壓限制于所述最大充電電壓。 可通過機械、電力、電子或者甚至軟件實現方式獲得這個將可施加 于電池的所述最大充電電壓與所接收的溫度傳感器信號相關聯的函 數。例如，可能使用自復位溫度保險絲連同電壓分壓器，以將可施 加于電池的最大充電電壓從特定的閾值溫度進行降低。在這種硬件 實現方式中，傳感器部件位于溫度保險絲中，限制器部件部分地實 現在例如電壓分壓器中，并且部分地實現在溫度保險絲中。還考慮 使用提供不同最大充電電壓的功率源，使得可實現本發明，而無需 生成附加熱量的電壓分壓器。還可能使用開關電源，以降低電壓限 制器產生的熱量，同時將可施加于電池的最大充電電壓從最大低溫 充電電壓降低為最大升高溫度的充電電壓。在本發明的另一個示例性實施方式中，所述電壓限制器被配置為 在低于第 一 閾值溫度的溫度處將施加于電池的充電電壓限制于第一 最大充電電壓，以及在高于所述第 一 閾值溫度的溫度處將施加于電 池的充電電壓限制于第二最大充電電壓，其中所述第二最大充電電 壓小于所述第一最大充電電壓。如果電池單元的溫度升高至高于一
個特定的限制(閾值溫度)，則降低可施加于電池的最大充電電壓， 以防止電池(單元)的更高溫度，該更高溫度可能造成對電池(單 元)的損壞。可注意到，考慮使用多個溫度傳感器(例如，每個電 池單元至少一個)連同僅單個電壓限制設備，使得可施加于電池的 最大充電電壓可在其中一個達到臨界溫度(也就是，閾值溫度)的 電池單元中降低。通過這種實施方式，可以基本上相似地對電池單 元進行充電，使得每個電池單元的充電條件可能是相似的。通過這 種多單元的電池，可能防止在多單元的電池中的反向充電電池單元。可能使用溫度傳感器(例如，在移動電話的專用集成電路(AISC ) 中)，以確定電池(單元)的溫度。還考慮在電話ASIC (和軟件算 法)中使用A-D轉換器，以確定電池電壓和溫度。可能使用運行于 主計算單元上的控制充電開關的軟件實現本發明，使得即使在60。C之上(但是低于70。C)的溫度，仍然可繼續Li-Ion電池的充電，只 要電池電壓低于3.8V。可注意到，對于鋰電池，尤其是對于Li-Ion 電池，電壓值的單位是"每電池單元的電壓，，。在本發明的另 一 個示例性實施方式中，所述移動終端設備是移動 電話。移動電話和相似的通信設備具有對于處理功率的更高要求， 因此，需要具有增強功能和性能的電池。尤其是，當使用移動電子 設備時，希望使用高性能電池，例如，Li-Ion和鋰聚合體電池，這些 電池在高于55。C的溫度范圍上使用普通最大充電電壓或者充電電流 進行充電時，或者工作于高于60°C的溫度范圍內時，容易受到損壞。在本發明的另 一 個示例性實施方式中，所述移動終端設備是移動 設備的電池。這個實施方式涉及具有內建電池的"移動電源終端"， 也就是，具有內部電池和內建充電電壓限制器或者充電溫度限制器 的功率端子。這個實施方式對于容易受到錯誤(最大)充電電壓/電 流和狀態(也就是，深度放電)、工作電流以及工作溫度以及甚至 存儲溫度損壞的Li-Ion和鋰聚合體電池尤其有用。在所述移動終端設備的另一個示例性實施方式中，所述電壓限制 器被配置為檢測與溫度傳感器的連接，所述溫度傳感器與所述溫度
傳感器端子相連。電壓限制器可通過在功率端子處提供的專用開關 接觸或者功率端子的電壓測量來檢測外部功率源。在本發明的另 一 個示例實施方式中，移動終端設備的電壓限制器 被配置為確定所述電池中的至少一個電池單元的電子參數，以及電 壓限制器進一步配置為依照所述確定的電子參數，將施加于電池(端 子)的充電電壓限制于最大充電電壓。電子參數的確定可明確地包括充電過程期間或者在(至少一個電 池單元的)所定義的》文電電流或者作為積分的充電電流的(至少一 個電池單元的)電容量處，(至少一個電池單元的)內部阻抗的確 定、(至少一個電池單元的)確定、(至少一個電池單元的)電流 功率消耗/能量沉積的確定。使用這些附加的測量值，可能提供最佳(最快、最安全或者到達 最高充電條件)的充電過程。


在下面，將通過參考附圖詳細描述本發明，其中圖1表示作為溫度函數的最大充電電壓的現有充電特性；圖2表示依照作為溫度函數的最大充電電壓的本發明的充電特性；圖3表示本發明方法的流程圖；圖4表示本發明方法的另一個實施方式的另一個流程圖；圖5是依照本發明的充電模塊的一個示例；圖6是能夠實現本發明充電過程的移動終端設備的 一 個示例。
具體實施方式
在以下詳細描述中，相同的組件具有給定的相同參考標號，無說明本發明，附圖不必按照比例繪制，而且特定的特性可以示意性 的方式進行表示。
圖1表示作為溫度函數的Li-Ion電池的最大充電電壓的現有充 電特性。可以從圖中看出，在0。C和60。C之間的溫度范圍內，將 4.2V的恒定最大充電電壓施加于Li-Ion電池。高于60。C溫度時，中 斷Li-Ion電池的充電過禾呈，不再對要進4亍充電的電池施加電壓。圖2表示依照作為溫度函數的最大充電電壓的本發明的充電特 性。(應當注意到，附圖表示對于充電電壓的上限而不是實際上施 加的充電電壓(或者得自恒定電流充電的充電電壓)。)還可注意 到，圖2用于Li-Ion電池，并且溫度限制/閾值和最大充電電壓限制 對于Li-Ion電池單元是特定的。可以從圖中看出，在0。C和60。C之 間的溫度范圍內，將4.2V的恒定最大充電電壓施加于Li-Ion電池(單 元)。在高于60。C低于70。C的溫度，將最大充電電壓降低為3.8V。 在高于70。C的溫度，中斷充電過程，不再對要充電的電池施加任何 電壓。應當注意到，其它(未來的)電池單元(具有其他化學成分) 可需要其他(更高或者更低)的閾值溫度以及其他最大充電電壓。圖3表示本發明方法的流程圖。用于在升高的溫度下對電池進 行充電的方法開始于確定要充電的電池的至少一個電池單元的溫 度，以及繼續依照所述確定的溫度將施加于電池的充電電壓限制于 最大充電電壓。例如，考慮在每個Li-Ion電池單元處，如果這個電池單元的溫 度低于58。C至62。C，將可施加于Li-Ion電池的充電電壓限制于 4.2V。在58。C和62。C之間和68。C至72。C之間的溫度范圍內，將 可施加的最大充電電壓限制于3.8V。如果電池單元的溫度超過68°C 和72。C之間的閾值溫度，則可停止充電過程，以防止電池單元的損 壞。應當注意到，本發明也可應用于其它(未來的)電池單元，這 些電池單元利用了使用其他(更高或者更低)的閾值溫度以及其他 最大充電電壓限制的化學成分的另一種組合。圖4表示本發明方法的另一個實施方式的另一個流程圖。圖4 的流程圖通過確定電池的內部阻抗、電池的充電條件或者電池(單 元)的當前內部電壓等附加電子電池參數，對圖3的流程圖進行擴
展。本發明的這個實施方式一方面可用于通過在60。C和70。C之間 溫度范圍內的溫度依賴性擴展已知的充電過程，以在高溫條件下對 Li-Ion電池進行充電操作。本發明的這個實施方式另一方面可用于實 現充電過程，其可在60。C和70。C之間的溫度范圍內進行充電過程， 其中，最大充電電壓還依賴于進行充電的Li-Ion電池單元的電子參 數。圖5是依照本發明的充電模塊的一個示例。在這個實施方式中， 充電模塊具有與功率源(功率端子)相連、與電池(電池端子)相 連以及與溫度傳感器(溫度傳感器端子)相連的端子。由于本發明 的主要部分位于本發明的方法內，存在可能不同的充電模塊實現方 式。在一個簡單的實施方式中，Li-Ion電池單元的充電模塊具有兩個 不同的最大充電電壓，例如3.8V和4.2V。Li-Ion電池單元的充電模塊與溫度傳感器相連，例如，雙金屬開 關，在高于60°C的溫度上斷開連接。Li-Ion電池單元/電池的充電模塊可直接將限制于最大電壓或者 3.8V的功率端子與電池端子相連(通過二極管)，使得，總是可能 將達到最大充電電壓3.8V的充電電壓施加于Li-Ion電池(單元)。雙金屬開關(如傳感器)可與在限制于4.2V最大充電電壓的功 率端子和Li-Ion電池端子之間連接成環的傳感器端子相連，使得開 關/傳感器的開路可中斷溫度傳感器端子。如果電池單元的溫度低于 60°C,則將限制于4.2V最大電壓的充電電壓(電流)施加于Li-Ion 電池。在這種情況下，3.8V電源線中的二極管用于防止從最大4.2V 到最大3.8V功率源終端的任何電流。如果Li-Ion電池單元的溫度高 于60。C,則雙金屬開關中斷到電池(單元)的最大4.2V連接，并且 使用來自3.8V功率端子的限制于下降的3.8V的最大充電電壓對 Li-Ion電池單元進行充電。圖6是能夠實現本發明充電過程的移動終端設備的一個示例。 所述的移動設備實現為具有顯示器、小鍵盤、揚聲器、麥克風(mic)、 電池、RF功率端子(連接電池充電器)以及主計算單元(MCU)的 移動或者蜂窩電話，以實現必需的所有電話功能。在所述的移動設備中，顯示器、小鍵盤、揚聲器、麥克風(mic)、電池、功率端子 以及RF級都與主計算單元相連，以實現所有電話功能。在所述的實施方式中，移動電話具有與電池(單元)熱學相連 以及與MCU電子相連的溫度傳感器。例如，可能使用內置溫度傳感 器(例如，在移動電話MCU的專用集成電路(ASIC)),以確定 電池(單元)的溫度。也考慮在電話ASIC (和軟件算法)中使用 A-D轉換器，以確定電池電壓和溫度。可能使用運行于主計算單元 (MCU)上的控制充電開關的軟件實現本發明，使得即使在高于 60°C (但是低于70。C)的溫度上充電還可以繼續進行，只要Li-Ion 電池電壓〗氐于例如3.8V。通過本發明，可能對于充電電池使用更少的熱量限制。這允許 諸如電話等設備更小型和/或在相同用戶使用的情況下具有更高性能 的硬件。與高溫下高電池電壓相比，高溫下降低的電池電壓將減慢 電池損壞。本申請包含通過示例對本發明各實現方式和實施方式的描述。 本領域中熟練的技術人員將了解到，本發明并未限于上述的實施方 式細節，在不偏離本發明特性的前提下，本發明還可以實現為另一 種方式。上述實施方式應當被認為是說明性的，而不會特別限制于 鋰尤其是對于Li-Ion電池的電壓和溫度給定值。應當注意到，其它 (未來的)電池單元(具有其他化學成分)可需要其他(更高或者 更低)的閾值溫度以及其他最大充電電壓。從而，實現和使用本發 明的可能性只是由所附權利要求書進行限制。因此，實現本發明的 多個選項由權利要求書確定，包括等效的實現方式，也屬于本發明 的范圍。
權利要求
1.一種用于在升高的溫度下對電池進行充電的方法，包括確定要進行充電的電池的至少一個電池單元的溫度，以及依照所述確定的溫度，將施加于所述電池的充電電壓限制于最大充電電壓。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中依照將所述最大充電電壓 與所確定的溫度相關聯的函數，來控制所述最大充電電壓。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述限制所述最大充電電 壓包括在低于第一閾值溫度的溫度處，將施加于所述電池的該充電電壓 限制于第一最大充電電壓，以及在高于所述第 一 閾值溫度的溫度處，將施加于所述電池的該充電 電壓限制于第二最大充電電壓，其中所述第二最大充電電壓低于所述第一最大充電電壓。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中所述限制所述最大充電電 壓包括在高于所述第一閾值溫度和低于所述第二閾值溫度的溫度處，將 施加于所述電池的該充電電壓限制于所述第二最大充電電壓，其中 所述第二閾值溫度高于所述第一閾值溫度，以及高于所述第二閾值溫度時不將充電電壓施加于所述電池。
5. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括檢測與外部功率源 的連接。
6. 根據權利要求5所述的方法，進一步包括 確定所述電池的至少一個電池單元的電子參數，以及 依照所述確定的電子參數，將施加于所述電池的該充電電壓限制于最大充電電壓。
7. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括依照所述確定的溫 度控制該充電電壓以獲得恒定充電電流。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中該方法在移動終端設備上 執行。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中該方法在移動終端設備的 電池上執行。
10. 根據權利要求8所述的方法，其中該方法在移動終端設備的電池充電器上執行。
11. 一種計算機程序產品，用于執行能夠用于在升高的溫度下對電池進行充電的方法，該計算機程序產品包括程序代碼段，當所述 程序運行于電池、控制器、基于處理器的設備、移動電話等移動終 端設備或者移動終端設備的充電器上時，該程序代碼段用于實現權 利要求1所述的方法。
12. —種計算機程序產品，用于執行能夠用于在升高的溫度下對 電池進行充電的方法，該計算機程序產品包括程序代碼段，當所述 程序運行于電池、控制器、基于處理器的設備、移動電話等移動終 端設備或者移動終端設備的充電器上時，該程序代碼段用于實現權 利要求1所述的方法。
13. —種用于在升高的溫度下對電池進行充電的模塊，包括 電池端子，用于將所述模塊與要充電的電池相連， 功率端子，用于將所述模塊與功率源相連， 傳感器端子，用于連接溫度傳感器，以及電壓限制器，與所述電池端子、所述功率端子和所述傳感器端子 相連，用于依照所述傳感器端子所接收到的溫度傳感器信號，將施 加于所述電池端子的電池充電電壓限制于最大充電電壓，其中所述溫度傳感器信號表示所連接電池的至少一個電池單元 的溫度。
14. 根據權利要求13所述的模塊，其中所述電壓限制器被配置 為依照將所述最大充電電壓與所接收到的溫度傳感器信號相關聯的 函數，將該充電電壓限制于所述最大充電電壓。
15. 根據權利要求13所述的模塊，其中所述電壓限制器被配置 為在低于第一閾值溫度的溫度處，將施加于所述電池的充電電壓限 制于第一最大充電電壓，以及在高于所述第 一閾值溫度的溫度處，將施加于所述電池的充電電 壓限制于第二最大充電電壓，其中所述第二最大充電電壓低于所述第一最大充電電壓。
16. 根據權利要求14所述的模塊，其中所述電壓限制器被配置 為在高于所述第一閾值溫度和低于第二閾值溫度的溫度處，將施 加于所述電池的所述充電電壓限制于所述第二最大充電電壓，其中 所述第二閾值溫度高于所述第一閾值溫度，以及高于所述第二閾值溫度時不將充電電壓施加于所述電池。
17. 根據權利要求13所述的模塊，其中所述電壓限制器被配置 為檢測與外部功率源的連接，該外部功率源與所述功率端子相連。
18. 根據權利要求13所述的模塊，其中所述電壓限制器被配置 為片全測與要充電電池的連接，該電池與所述電池端子相連。
19. 根據權利要求17所述的模塊，其中所述電壓限制器被配置 為檢測與溫度傳感器的連接，該溫度傳感器與所述溫度傳感器端子 相連。
20. 根據權利要求16所述的模塊，其中所述電壓限制器被配置 為確定所述電池的至少一個電池單元的電子參數，以及所迷電壓限 制器被進一 步配置為依照所述確定的電子參數，將施加于該電池的 充電電壓限制于最大充電電壓。
21. —種用于在升高的溫度下對所述移動終端設備的電池進行 充電的移動終端設備，包括所述移動終端i殳備的電池，具有至少一個電池單元， 功率端子，用于將所述移動終端設備與(外部)功率源相連， 溫度傳感器，與所述至少一個電池單元中的至少一個進行熱學接 觸，用于確定所述至少一個電池單元中的至少一個的溫度，以及 電壓限制器，與所述電池、所述功率端子和所述溫度傳感器相連， 用于依照來自所述溫度傳感器的溫度傳感器信號，將施加于所述電 池的該充電電壓限制于最大電池充電電壓，其中所述溫度傳感器信號表示所連電池的其中至少一個電池單 元的溫度。
22. 根據權利要求21所述的移動終端設備，其中所述電壓限制 器被配置為依照將所述最大充電電壓與所接收的溫度傳感器信號相 關聯的函數，將施加于所述電池的該充電電壓限制于所述最大充電 電壓。
23. 根據權利要求21所述的移動終端設備，其中所述電壓限制 器被配置為在低于第 一 閾值溫度的溫度處，將施加于所述電池的該充電電壓 限制于第一最大充電電壓，以及在高于所述第 一 閾值溫度的溫度處，將施加于所述電池的該充電 電壓限制于第二最大充電電壓，其中所述第二最大充電電壓低于所述第一最大充電電壓。
24. 根據權利要求21所述的移動終端設備，其中所述移動終端 i殳備是移動電話。
25. 根據權利要求21所述的移動終端設備，其中所述移動終端 設備是移動設備的電池。
26. 根據權利要求21所述的移動終端設備，其中所述電壓限制 器被配置為檢測與溫度傳感器的連接，該溫度傳感器與所述溫度傳 感器端子相連。
27. 根據權利要求25所述的移動終端設備，其中所述電壓限制 器被配置為確定所述至少一個電池單元的電子參數，以及所述電壓 限制器被進一步配置為依照所述確定的電子參數，將施加于所述電 池的該充電電壓限制于最大充電電壓。
全文摘要
本發明涉及一種用于在升高的溫度下對電池進行充電的方法和設備。本發明尤其涉及能夠使用在升高的溫度下對電池進行充電的方法和設備，包括確定要充電的至少一個電池單元的溫度，以及依照所述確定的溫度將施加于所述電池的充電電壓限制于最大充電電壓。
文檔編號H01M10/44GK101118979SQ20071012820
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月4日 優先權日2006年8月4日
發明者M·阿爾托南, R·維爾萊弗朗斯 申請人:諾基亞公司