用于對電池進行充電的系統和方法
【專利說明】用于對電池進行充電的系統和方法
[0001] 本申請為申請號為200480038570.4、申請日為2004年10月I日、發明名稱為“用于對電池進行充電的系統和方法”的發明專利申請的分案申請。
_2] 相關申請案的交叉參考
[0003]本申請案主張與2003年10月23日申請的代理人案號12188/6相關聯的美國臨時申請案第60/514，407號的優先權，其揭示內容以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0004]本發明涉及一種對電池進行充電的系統和方法，且更確切地說，涉及一種對可再充電電池進行充電和監視的系統和方法。
【背景技術】
[0005]電池可向負載(例如引擎、照明器或收音機)供應相當長時間的電流。只要其端子之間的電位差保持接近標稱值且產生充足的電流，電流就將流向負載。隨著電流流動，電池驅動負載的能力減弱且可最終變得耗盡。
[0006]為了補充此損耗，可將電池連接到電源，其向電池的電極提供正電荷和負電荷兩者。這些電荷建立了驅動負載所需的電位差和電流。電荷在與端子的偏壓相對的方向上從一個端子傳送到另一端子。實現此傳送的一種器件是汽車電池充電器。
[0007]已知汽車電池充電器通過電源變壓器、橋式整流器和濾波器來將120伏、60Hz AC線路轉換成12伏DC輸出。所述電源變壓器由磁性地彼此耦合的兩個分離繞組組成。第一繞組連接到120伏AC線路，且第二繞組連接到所述橋式整流器。通過選擇適當的匝數比率，將AC線路電壓逐步降低到12伏AC線路輸出。橋式整流器將此逐降低的AC線路輸出轉換成經整流的輸出，所述經整流的輸出并非總是適用于對電池進行充電。通過用濾波器來排除經整流的輸出隨著時間而改變量值，來使電池充電器的輸出穩定且適用于對電池進行充電。
[0008]從概念上講，所描述的電池充電器相對簡單且可便宜地制得。很多電池充電器中所需的大尺寸的電源變壓器可能使得電池充電器非常沉重。其它電池充電器可能無法提供可靠充電或可靠充電終止。對電池進行過度充電可減少電池的壽命并導致危險的腐蝕性物質散發。如果電池端子通過硫酸鹽來絕緣，那么一些電池充電器不會供應充足的電流來對電池進行充電。在此情況下，電池變成開電路。
【發明內容】
[0009]通過所附權利要求來界定本發明。此描述概括了本發明實施例的一些方面且不應用于限制權利要求書。
[0010]一種高頻電池充電器包含轉換器、驅動邏輯電路和控制邏輯電路。所述轉換器將DC電壓變換成高頻AC電壓。所述驅動邏輯電路通過產生一列脈沖來控制高頻AC電壓的轉換。所述控制邏輯電路調節轉換器的輸出以將電池的充電循環最大化。
[0011]將AC輸入變換成用于對可再充電電池進行充電的直流輸出的方法包含:將AC線路輸入變換成第一 DC輸出；將第一 DC輸出變換成高頻AC輸出；將高頻AC輸出變換成第二DC輸出；和在負載正確地連接到充電連接器的輸出時，將充電電流傳遞到負載。
[0012]下文結合本實施例來描述本發明的其他方面和優勢。
【附圖說明】
[0013]圖1是耦合到電池的示范性高頻電池充電器的方框圖。
[0014]圖2是耦合到電池的第二示范性高頻電池充電器的方框圖。
[0015]圖3是第三示范性高頻電池充電器的方框圖。
[0016]圖4是圖3的示范性轉換器的示意圖。
[0017]圖5是圖3的示范性第一傳感器和驅動邏輯電路的示意圖。
[0018]圖6是圖3的示范性同步轉換器的示意圖。
[0019]圖7是圖3的示范性輸出的示意圖。
[0020]圖8是圖3的示范性調整器的示意圖。
[0021]圖9是圖3的示范性第二傳感器的部分示意圖。
[0022]圖10是耦合到處理器的圖3的示范性第二傳感器和延時器的第二部分示意圖。
[0023]圖11是圖3的示范性隔離器的示意圖。
[0024]圖12是圖3的示范性顯示驅動器和視覺輸出的示意圖。
[0025]圖13是示范性高頻電池充電器的狀態的部分示范性流程圖。
[0026]圖14是示范性高頻電池充電器的狀態的部分示范性流程圖。
[0027]圖15是示范性高頻電池充電器的狀態的部分示范性流程圖。
[0028]圖16是示范性高頻電池充電器的示范性狀態圖。
[0029]圖17是圖3的第二示范性同步轉換器。
[0030]圖18說明圖3的第三示范性同步轉換器。
[0031]圖19說明圖3的第二示范性輸出。
[0032]圖20說明圖3的部分第二示范性驅動電路。
【具體實施方式】
[0033]本系統和方法提供一種高效充電技術，其將電池的充電電平保持在所要的范圍內。所述系統和方法可提供高頻多級充電以確保電池達到并保持其全電荷水平(fullcharge level)。取決于電池類型或用戶的選擇，所述系統和方法的充電循環可基于對電池電壓、電壓變化比時間、溫度變化比時間、溫度變化、以全充電電壓汲取的閾電流、充電時間或任何其它度量或度量的組合的監視而自動終止。
[0034]在一些系統和方法中，傳感器防止充電技術對電池過度充電或在電池的端子以反向極性的方式通電或短路到一起時傳遞充電電流。即使在電池端子不正確地通電時，充電技術也可提供火花電阻。在一些系統和方法中，充電技術提供脈沖電荷，其可解散可能堆積在電池的電極上的污染物、化學物或硫酸鹽層。
[0035]圖1說明示范性高頻電池充電器100。在此說明中，連續地或周期性地監視電池電壓，且電傳感器102連續地或周期性地感應充電電流。電流源106為充電電流提供來源，所述充電電流在控制邏輯電路104的控制下對電池110進行充電和補充。溫度傳感器108監視電池110溫度和/或電路溫度。
[0036]在示范性高頻電池充電器100中，可調節充電電壓或電流以將電池110的充電電平最大化。示范性高頻電池充電器100可提供大電流充電，其中將最大安全安培來源提供給電池110。在大電流模式中，示范性高頻電池充電器100可增加其充電電壓，直到電池電壓達到預定或幾乎全充電電平為止。當電池電壓達到所要的電平時，電流源106可為維持相對較高固定電壓的吸收或接收充電提供來源，直到充電電流逐漸減少到預定閾值為止。浮動或涓流充電減少了施加到電池110的恒定電流以在不汽化電解液的情況下提供維持。均衡充電提供連續的高電壓或一連串快速上升脈沖電荷，其可均衡單電池單元(batterycell)之間的平衡。均衡充電可逆轉一些污染物的堆積，例如可能堆積在電池電極上的硫化物。
[0037]因為充電過程中最難的部分之一可能是正確地判定充電的終止，所以示范性高頻電池充電器100可使用一個或一個以上系統或方法來終止充電循環或維持均衡充電。取決于自動或手動選擇，電池充電可基于對電池電壓、電壓變化比時間、溫度變化比時間、溫度變化、以預定或全充電電壓汲取的閾電流、充電時間或任何其它度量或度量的組合的監視，來自動終止充電循環。舉例來說，在電池達到所要的閾電壓或絕對溫度時、當電池電壓達到峰值或在達到所述峰值后屬于一電壓范圍時、當電池的溫度相對于時間的變化超過可編程閾值時或當時間消逝時，可發生終止。另外，還可用次級終止過程來支持初級終止過程。次級終止可包含包括上文所述的那些的任何度量或度量的組合。
[0038]圖2說明第二示范性高頻電池充電器200。第二示范性高頻電池充電器200提供可編程電流控制器106、一個或一個以上開關210、接口 204、顯示器206和計量表208。開關210可用于啟動示范性高頻電池充電器200或選擇充電模式，例如大電流充電、吸收充電、浮動充電、均衡充電或能夠供應充足的充電電流以起動車輛的起動充電。當耦合到通信應用時，開關210可包括電子或機電器件，其通過并聯或串聯總線212來控制信號的路由選擇。在此示范性高頻電池充電器200中，總線212允許在器件之間轉移數據。一個或一個以上開關210還可控制診斷、顯示模式的選擇、預定充電電流的選擇(例如，2安培、10安培或另一安培數)和/或電池類型的選擇。
[0039]例如軟件的計算機可讀媒體可提供對控制器104和其存儲器的訪問，從而允許用戶或器件從遠程位置接收或轉移信息。接口 204可允許用戶或遠程或本地器件請求服務、啟動診斷、對充電時間間隔或循環進行編程、接收與電池或充電過程有關的信息或處理請求以顯示結果。展示為與總線212互連的計量表208優選指示和/或將電