為電池充電的方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了為包括至少一個單電池的電池充電的方法。該方法包括：提供第一電流以用于在第一充電時段內為電池充電；以及提供第二電流以用于在第二充電時段內為電池充電，其中，第二電流小于第一電流。該方法還包括：提供恒定電壓以用于在設定的充電時段內為電池充電。
【專利說明】為電池充電的方法和系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年10月4日向韓國特許廳提交的韓國專利申請第10-2012-0110089號的優先權，其公開通過引用以其整體結合于此。
【技術領域】
[0003]本發明的一個或多個實施例涉及能夠減少電池的充電時間的電池充電系統和方法。
【背景技術】
[0004]結合著諸如蜂窩式電話、筆記本計算機、攝像錄像機、以及個人數字助理（PDA)的便攜式電子設備的發展，正在對二次電池（secondary battery)進行積極的研究。
[0005]二次電池一般以包括電池和充電/放電電路的電池組（battery pack)的形式來制造，并且通過使用外部電源或外部負載經由電池組的外部端子對電池充電或放電。當電池組經由外部端子被連接到外部電源時，外部電力經由外部端子和充電/放電電路被充電到電池中。而且，當電池組經由外部端子被連接到外部負載時，電池的電力經由充電/放電電路和外部端子被放電到外部負載。充電/放電電路控制在外部端子和電池之間的電池的充電/放電操作。
[0006]一般，通過以最大充電電流為電池充電直到電池的電壓達到特定電壓為止、并且在電池的電壓達到特定電壓之后逐漸地降低充電電流，來為電池進行充電。
【發明內容】
[0007]本發明的一個或多個實施例包括能夠減少電池的充電時間的電池充電系統和方法。
[0008]另外的方面將在后面的描述中被部分地闡述，并且將部分地從描述中變得清晰，或者可以通過實踐提供的實施例來習得。
[0009]根據本發明的一個或多個實施例，一種為電池充電的方法包括：提供第一電流以用于在第一充電時段內為電池充電，以及提供第二電流以用于在第二充電時段內為電池充電，其中，第二電流小于第一電流；以及提供電壓以用于在設定的充電時段內為電池充電。
[0010]該方法還可以包括：如果電池被維持在小于第一電流或第二電流的電流，則確定電池具有剩余容量（capacity);以及以小于第二電流的第三電流為電池充電而不管設定的充電時段。
[0011]該方法還可以包括：如果電池的溫度大于預定溫度，則停止電池的充電操作；以及如果電池的溫度下降到小于預定溫度的溫度，則重新開始電池的充電操作。
[0012]該方法還可以包括：提供第三電流以用于在第三充電時段內為電池充電，其中，第
二電流小于第二電流。
[0013]如果電池被維持在小于第一電流的電流達預定時段，則可以確定電池具有第一剩余容量，并且以第二電流為電池充電而不管第一充電時段。
[0014]如果電池被維持在小于第二電流的電流達預定時段，則可以確定電池具有第二剩余容量，并且以第三電流為電池充電而不管第二充電時段。
[0015]根據本發明的一個或多個實施例，一種用于為電池充電的系統包括:恒定電流充電單元，用于提供第一電流以用于在第一充電時段內為電池充電，并且提供第二電流以用于在第二充電時段內為電池充電，其中，第二電流小于第一電流；恒定電壓充電單兀，用于提供設定電壓以用于在設定的充電時段內為電池充電；以及充電控制單元，用于監控電池的狀態，并且控制恒定電流充電單元和恒定電壓充電單元的操作。
[0016]如果電池被維持在小于第一電流或第二電流的電流達預定時段，則充電控制單元可以確定電池具有剩余容量，并且充電控制單元可以以小于第二電流的第三電流為電池充電而不管第一或第二充電時段。
[0017]該系統還可以包括溫度測量單元，用于測量電池的溫度。
[0018]如果電池的溫度大于預定溫度，則充電控制單元可以停止恒定電流充電單元的操作，并且如果電池的溫度下降到小于預定溫度的溫度，則充電控制單元可以重新開始恒定電流充電單元的操作。
[0019]恒定電流充電單元可以提供:第一電流，以用于第一充電時段；小于第一電流的第二電流，以用于第二充電時段；以及小于第二電流的第三電流，以用于第三充電時段。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]這些和/或其它方面將從以下結合附圖對實施例的描述中變得清晰和更加容易理解，附圖中:
[0021]圖1是根據本發明的實施例的電池充電裝置的框圖；
[0022]圖2是圖1中所示的用于為電池充電的控制單元的詳細框圖；
[0023]圖3是顯示圖1中所示的電池的充電曲線的曲線圖；
[0024]圖4是根據本發明的實施例的電池充電方法的流程圖；
[0025]圖5是在圖4中所示的方法中電池充電停止/重新開始操作的流程圖；以及
[0026]圖6是圖4中所示的方法的詳細流程圖。
【具體實施方式】
[0027]現在將詳細參考實施例，在附圖中示出了實施例的示例，附圖中相似的參考標號一般始終指代相似的元件。關于這一點，提供的實施例可以具有不同的形式，而不應當被解釋為限制于這里所闡述的描述。因此，通過參考附圖如下描述實施例僅僅是為了解釋本描述的各個方面。
[0028]圖1是根據本發明的實施例的電池充電系統10的框圖。
[0029]參考圖1，電池充電系統10可以包括電池100、交流(AC)/直流(DC)轉換器200、開關調節器300、恒定電壓/恒定電流電路400、分路(shunt)電阻器500、開關單元600、以及控制單元700。
[0030]電池100可以裝載到電子設備中，向電子設備提供電力，并且可以用外部電源再充電。電池100可以包括至少一個單電池(battery cell)(未示出)。單電池可以是可再充電的二次電池，如鎳鎘電池、鉛酸電池、鎳金屬氫化物（NiMH)電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池，等等。
[0031]AC電源將AC電壓施加到電池充電系統10。AC電源可以包括用于生成AC電壓的典型的電源，該AC電壓的大小和方向隨著時間流逝而周期性地改變。在一些實施例中,可以提供220V和60Hz的AC電壓，并將其用作標準電壓。在其它實施例中，AC電源不限于這樣的配電電壓。
[0032]AC/DC轉換器200在過濾出AC電壓的噪聲之后將AC電壓轉換為DC電壓，所述噪聲諸如例如來自電磁干擾（EMI)的噪聲。為了這個目的，AC/DC轉換器200包括AC EMI濾波器(未示出）。EMI是指由電子設備附帶（subordinately)生成的電磁波影響該電子設備或其他電子設備的操作的現象。因此，EMI濾波器被用來降低EMI，并且EMI濾波器的示例包括X -電容器、Y-電容器、線濾波器，等等。
[0033]開關調節器（switching regulator)300將從AC/DC轉換器200輸入的DC電壓調節為希望的DC電壓。開關調節器300通過維持特定頻率的脈沖信號并改變脈沖信號的占空比來改變開關晶體管的導通時間和截止時間之間的比率。開關調節器300還通過使用用于將平滑的輸出電壓的平均值控制為恒定的脈沖寬度調制（PWM)，將輸出電壓調整為恒定。控制單元700可以通過輸出用于改變開關調節器300的占空比的信號來調整輸出電壓。
[0034]恒定電壓/恒定電流電路400通過使用整流電路整流從開關調節器300輸出的PWM電壓信號，并輸出特定的恒定電壓信號和恒定電流信號。
[0035]分路電阻器500檢測從恒定電壓/恒定電流電路400輸出的電壓和電流，并將電壓和電流輸出到控制單元700。控制單元700將所檢測的電壓和電流分別與參考電壓和參考電流進行比較，并且如果所檢測的電壓和電流分別被確定為過電流（overcurrent)和過電壓（overvoltage),則關斷（turn off)開關單元600以停止充電操作。
[0036]開關單元600將從恒定電壓/恒定電流電路400輸出的恒定電壓和恒定電流切換到電池100，并在生成過電壓或過電流時被斷路以停止充電操作。當充電操作完成時，開關單元600也可以被斷路以停止充電操作并保護電池100。
[0037]控制單元700通過控制開關調節器300、恒定電壓/恒定電流電路400、分路電阻器500、以及開關單元600的操作來控制電池100的恒定電流充電步驟和恒定電壓充電步驟。控制單元700可以通過輸出用于改變開關調節器300的占空比的信號來控制輸出電壓，并且可以通過使用由分路電阻器500檢測的電壓/電流來控制恒定電壓/恒定電流電路400的輸出電壓/電流。并且，控制單元700可以通過使用由分路電阻器500檢測的電壓/電流來控制開關單元600的操作。此外，控制單元700可以通過使用包括在電池100中的熱敏電阻器110的輸出信號來感測電池100的溫度，從而進行控制以停止和重新開始電池100的充電操作。在一些實施例中，熱敏電阻器110可以形成在電池100外部。
[0038]圖2是圖I中示出的用于為電池100充電的控制單元700的詳細框圖。參考圖2，控制單元700可以包括恒定電流充電單元710、恒定電壓充電單元720、以及用于控制恒定電流充電步驟和恒定電壓充電步驟的充電控制單元730。
[0039]電池100 —般在恒定電流/恒定電壓（CC-CV)模式中充電。當充電開始時充電電流被維持恒定，并且當充電電平被增加到特定電平時充電電壓被維持恒定。
[0040]在一些實施例中，電池100的充電時間可以通過逐步降低電池100的恒定電流充電時段的充電電流而減少。
[0041 ] 恒定電流充電單元710在恒定電流充電時段逐步降低至少一個充電電流，并且在為每個步驟設定的充電時段內為電池100充電。例如，恒定電流充電單元710可以通過將充電電流和恒定電流充電時段設定為具有最高電流值的第一充電電流(例如，7A)和第一充電時段(例如，10分鐘)、小于第一充電電流的第二充電電流(例如，6A)和小于第一充電時段的第二充電時段(例如，4分鐘)、以及小于第二充電電流的第三充電電流(例如，5A)和小于第二充電時段的第三充電時段(例如，I分鐘)，來為電池100充電。雖然在上面的描述中恒定電流充電時段被分成第一充電時段到第三充電時段，但是當前實施例不限于此，并且恒定電流充電時段可以被分成兩個、或四個或更多個充電時段。
[0042]在恒定電流充電時段中，最初，恒定電流充電單元710執行在第一充電時段內以第一充電電流為電池100充電的第一恒定電流充電步驟。當第一恒定電流充電步驟完成時，恒定電流充電單元710執行在第二充電時段內以第二充電電流為電池100充電的第二恒定電流充電步驟。當第二恒定電流充電步驟完成時，恒定電流充電單元710執行在第三充電時段內以第三充電電流為電池100充電的第三恒定電流充電步驟。當第三恒定電流充電步驟完成時，執行在恒定電壓充電時段中的恒定電壓充電步驟。
[0043]當電池100被完全放電時，執行第一到第三恒定電流充電步驟。然而，在實際情況中，即使在電池100具有剩余容量時也可能為電池100充電。現在將描述當電池100具有剩余容量時的恒定電流充電步驟。
[0044]恒定電流充電單元710開始第一恒定電流充電步驟，以便在第一充電時段內以第一充電電流為電池100充電。然而，如果電池100的充電電流維持在小于第一充電電流的電流(例如，小于6.9A的電流)達一特定時段(例如，10秒)，則充電控制單元730確定電池100具有第一剩余容量并前進到第二恒定電流充電步驟，而不管第一充電電流和第一充電時段。這里，電池100的第一剩余容量是指電池100的容量大于為使用第一充電電流的第一恒定電流充電步驟設定的電池容量值的情況。
[0045]然后，恒定電流充電單元710開始第二恒定電流充電步驟，以便在第二充電時段內以第二充電電流為電池100充電。然而，如果電池100的充電電流維持在小于第二充電電流的電流(例如，小于5.9A的電流)達一特定時段(例如，10秒)，則充電控制單元730確定電池100具有第二剩余容量并前進到第三恒定電流充電步驟，而不管第二充電電流和第二充電時段。這里，電池100的第二剩余容量是指電池100的容量大于為使用第二充電電流的第二恒定電流充電步驟設定的電池容量值的情況。同時，在第二恒定電流充電步驟中的電池100的第二剩余容量可以大于在第一恒定電流充電步驟中的電池100的第一剩余容量。
[0046]如上所述，由于確定電池100具有剩余容量，因此如果電池100被以小于為每個步驟設定的充電電流的電流連續充電達一特定時段，然后不管設定的充電電流和充電時段，而以下一步驟的充電電流和充電時段對電池100充電，則可以減少電池100的充電時間。
[0047]在恒定電流充電步驟中，充電控制單元730測量電池100的溫度，并控制恒定電流充電單元710的充電操作。如果電池100的溫度大于預定溫度(例如，45° C)，則充電控制單元730停止恒定電流充電單元710的充電操作。此后，如果電池100的溫度下降到小于預定溫度的溫度，則重新開始恒定電流充電單元710的充電操作。[0048]在第一恒定電流充電步驟中，如果電池100的溫度大于預定溫度，則充電控制單元730停止第一恒定電流充電步驟并待用（stand by)，然后如果電池100的溫度下降到小于預定溫度的溫度，則在剩余充電時段內再次執行第一恒定電流充電步驟。在第二恒定電流充電步驟中，如果電池100的溫度大于預定溫度，則充電控制單元730停止第二恒定電流充電步驟并待用，然后如果電池100的溫度下降到小于預定溫度的溫度，則在剩余充電時段內再次執行第二恒定電流充電步驟。在第三恒定電流充電步驟中，如果電池100的溫度大于預定溫度，則充電控制單元730停止第三恒定電流充電步驟并待用，然后如果電池100的溫度下降到小于預定溫度的溫度，則在剩余充電時段內再次執行第三恒定電流充電步驟。這樣，由于上述根據電池100的溫度的恒定電流充電停止/重新開始操作可以增加電池100的壽命。
[0049]當第一到第三恒定電流充電步驟完成時，恒定電壓充電單元720在恒定電壓充電時段中，在一特定時段(例如，7分鐘）內以一特定充電電壓(例如，20. 5V)為電池100充電。即使在恒定電壓充電時段中，充電控制單元730也監控充電電流，并且如果充電電流小于一特定值(例如，1A)則停止電池100的充電操作。
[0050]圖3是示出圖I中所示的電池100的充電曲線的曲線圖。參考圖3，在恒定電流充電時段中，通過逐步應用第一到第三充電電流和第一到第三充電時段為電池100充電。這樣，可以減少電池100的充電時間。
[0051 ] 圖4是根據本發明實施例的電池充電方法的流程圖。電池充電方法可以由控制單元700聯合圖I中示出的其它元件來執行。在下面的描述中，不再重復以上關于圖I到圖3提供的描述。
[0052]參考圖4，控制單元700執行用于逐步降低至少一個充電電流并在為每個步驟設定的充電時段內為電池100充電的恒定電流充電步驟（S410)。
[0053]在完成恒定電流充電步驟之后，控制單元700執行用于在設定的充電時段內以設定的充電電壓為電池100充電的恒定電壓充電步驟（S420)。
[0054]圖5是在圖4中示出的方法中電池充電停止/重新開始操作的流程圖。在下面的描述中，不再重復以上關于圖I到圖4提供的描述。
[0055]參考圖5，控制單元700感測電池100的溫度，并且如果電池100的溫度大于特定溫度，則控制單元700停止電池100的充電操作（S411)。
[0056]之后，如果電池100的溫度被感測并下降到小于預定溫度的溫度，則控制單元700重新開始電池100的充電操作（S412)。
[0057]圖6是在圖4中示出的方法的詳細流程圖。在下面的描述中，不再重復以上關于圖I到圖5提供的描述。
[0058]參考圖6，在恒定電流充電時段中，控制單元700執行用于在第一充電時段內以第一充電電流為電池100充電的第一恒定電流充電步驟（S601)。
[0059]在第一恒定電流充電步驟期間，控制單元700確定電池100是否被維持在小于第一充電電流的電流達預定時段（S603)。
[0060]如果確定電池100被維持在第一充電電流，則控制單元700確定第一恒定電流充電步驟是否完成（S605 )，并且如果第一恒定電流充電步驟沒有完成則繼續第一恒定電流充電步驟。[0061]然而，如果電池100被維持在小于第一充電電流的電流達預定時段，則控制單元700確定電池100具有第一剩余容量，并前進到第二恒定電流充電步驟，而不管第一充電時段(S607)。
[0062]如果第一恒定電流充電步驟完成，或者如果電池100被維持在小于第一充電電流的電流達預定時段，則在恒定電流充電時段中，控制單元700執行用于在第二充電時段內以第二充電電流為電池100充電的第二恒定電流充電步驟(S609)。
[0063]在第二恒定電流充電步驟期間，控制單元700確定電池100是否被維持在小于第二充電電流的電流達預定時段(S611)。
[0064]如果確定電池100被維持在第二充電電流，則控制單元700確定第二恒定電流充電步驟是否完成(S613)，并且如果第二恒定電流充電步驟沒有完成則繼續第二恒定電流充電步驟。
[0065]然而，如果電池100被維持在小于第二充電電流的電流達預定時段，則控制單元700確定電池100具有第二剩余容量，并前進到第三恒定電流充電步驟而不管第二充電時段(S615)。
[0066]如果第二恒定電流充電步驟完成，或者如果電池100被維持在小于第二充電電流的電流達預定時段，則在恒定電流充電時段中，控制單元700執行用于在第三充電時段內以第三充電電流為電池100充電的第三恒定電流充電步驟(S617)。
[0067]然后，控制單元700確定第三恒定電流充電步驟是否完成(S619)，并且如果第三恒定電流充電步驟沒有完成則繼續第三恒定電流充電步驟。
[0068]如果第三恒定電流充電步驟完成，則控制單元700執行用于在設定的充電時段內以設定的充電電壓為電池100充電的恒定電壓充電步驟(S621)。
[0069]其后，即使在恒定電壓充電時段中，控制單元700也監控充電電流，并且如果充電電流小于預定值(例如，1A)則停止電池100的充電操作。
[0070]如上所述，根據本發明的上述實施例中的一個或多個，通過逐步降低電池的恒定電流充電時段的充電電流，可以減少電池的充電時間。
[0071]應當理解，在這里描述的實施例應該僅僅被認為是描述意義的，而不是為了限制的目的。對每個實施例內的特征或方面的描述應當典型地被認為可用于其它實施例中的其它類似的特征或方面。
【權利要求】
1.一種為電池充電的方法，該方法包括: 提供第一電流以用于在第一充電時段內為電池充電； 提供第二電流以用于在第二充電時段內為電池充電，其中，第二電流小于第一電流；以及 提供電壓以用于在設定的充電時段內為電池充電。
2.權利要求1所述的方法，還包括: 如果電池被維持在小于第一電流或第二電流的電流，則確定電池具有剩余容量；以及 以小于第二電流的第三電流為電池充電。
3.如權利要求1所述的方法，還包括: 如果電池的溫度大于預定溫度，則停止電池的充電操作；以及 如果電池的溫度下降到小于該預定溫度的溫度，則重新開始電池的充電操作。
4.如權利要求1所述的方法，還包括: 提供第三電流以用于在第三充電時段內為電池充電，其中，第三電流小于第二電流。
5.如權利要求1所述的方法，其中，如果電池被維持在小于第一電流的電流達預定時段，則確定電池具有第一剩余容量，并且以第二電流為電池充電，而不管第一充電時段。
6.如權利要求4所述的方法，其中，如果電池被維持在小于第二電流的電流達預定時段，則確定電池具有第二剩余容量，并且以第三電流為電池充電，而不管第二充電時段。
7.一種用于為電池充電的系統，該系統包括: 恒定電流充電單元，用于提供第一電流以用于在第一充電時段內為電池充電，并且提供第二電流以用于在第二充電時段內為電池充電，其中，第二電流小于第一電流； 恒定電壓充電單元，用于提供設定電壓以用于在設定的充電時段內為電池充電；以及充電控制單元，用于監控電池的狀態，并且控制所述恒定電流充電單元和所述恒定電壓充電單元的操作。
8.如權利要求7所述的系統，其中，如果電池被維持在小于第一電流或第二電流的電流達預定時段，則所述充電控制單元確定電池具有剩余容量，并且所述充電控制單元以小于第二電流的第三電流為電池充電而不管第一充電時段或第二充電時段。
9.如權利要求7所述的系統，還包括:溫度測量單元，用于測量電池的溫度。
10.如權利要求9所述的系統，其中，如果電池的溫度大于預定溫度，則所述充電控制單元停止所述恒定電流充電單元的操作，并且如果電池的溫度下降到小于預定溫度的溫度，則所述充電控制單元重新開始所述恒定電流充電單元的操作。
11.如權利要求7所述的系統，其中，所述恒定電流充電單元提供: 第一電流，以用于第一充電時段； 小于第一電流的第二電流，以用于第二充電時段；以及 小于第二電流的第三電流，以用于第三充電時段。
【文檔編號】H01M10/44GK103715468SQ201310165791
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年5月8日 優先權日:2012年10月4日
【發明者】金奉永, 樸仁奎 申請人:三星Sdi株式會社