优化的充电装置和方法
【专利说明】优化的充电装置和方法
[0001]要求优先权
[0002]本申请要求Robert A.Card等人的提交于2014年8月29日的名称为“OPTIMIZEDCHARGING ALGORITHM WITH STAIRCASE, PULSING, DISCHARGE PROFILE”(使用阶梯、脉冲、放电特征图的优化充电算法)的美国临时专利申请序列号62/044，128的优先权权益，所述专利申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本申请文档整体涉及电池充电，更具体地讲涉及优化的充电装置和方法。
【背景技术】
[0004]已为可充电电池开发了各种充电装置和方法以增加电池寿命或减少充电时间。
[0005]—种现有的充电特征图为阶跃恒定电流(CC)充电特征图，诸如在StephenD.Rose 等人标题为 “Battery charging method with stepped current profile andassociated charger”(使用阶跃电流特征图和相关充电器的电池充电方法)的领先工程产品公司(Premier Engineered Products, Inc.)的美国专利 N0.5，367，244 中所公开的(本文简称“Rose等人的专利”)。在Rose等人的专利中，向电池提供恒定充电电流。当电池电压等同于目标电压时，恒定充电电流通过阶跃电流减少。
[0006]在Yury Μ.Padrazhansky 等人的标题为 “Battery charger for lithium basedbatteries”(用于基于锂电池的电池充电器)的安然公司(Enrev Corporat1n)的美国专利N0.6, 366, 056 (本文简称“Padrazhansky等人的专利”)中公开了一种脉冲充电特征图。在Padrazhansky等人的专利中，向电池提供一系列交替充电电流脉冲、放电脉冲和休止期。
[0007]在 Seung-Won Lee 的标题为“Charging a battery using constant voltage andpulse”(使用恒定电压和脉冲对电池充电)的SK电讯有限公司(Sk Teletech C0., Ltd.)的美国专利N0.6，788，028(本文简称“Lee的专利”)中公开了一种脉冲和恒定电压充电特征图。在Lee的专利中，在第一电流级别应用脉冲充电，直到充电脉冲宽度大于参考脉冲宽度，然后会应用恒定电压充电。
【发明内容】
[0008]本申请文档除了别的以外讨论了优化电池充电的装置和方法，包括提供被构造为以多个步骤向电池提供充电电流脉冲的第一充电特征图。在第一充电特征图中，充电电流脉冲可使用电池的端部电压与钳位电压的比较以多个步骤阶梯式下降。当端部电压达到或超出钳位电压时，可减少充电电流脉冲的高时间电流，并且可在提供后续充电电流脉冲之前增大钳位电压。
[0009]根据本发明的一方面，一种优化的充电装置包括:
[0010]充电电路，所述充电电路被构造为按照第一充电特征图向电池提供多个充电电流脉冲，所述充电电流脉冲具有高时间电流和低时间电流；
[0011]控制电路，所述控制电路被构造为接纳所述电池的端部电压并且按照所述第一充电特征图以多个步骤使用所述端部电压和钳位电压的比较阶梯式降低所述高时间电流，
[0012]其中，在所述第一充电特征图中，如果所述端部电压大于或等于所述钳位电压，所述控制电路被构造为减少所述高时间电流和增大所述钳位电压。
[0013]根据本发明的另一方面，一种优化的充电方法包括:
[0014]按照第一充电特征图向电池提供多个充电电流脉冲，所述充电电流脉冲具有高时间电流和低时间电流；以及
[0015]使用所述电池的端部电压和钳位电压的比较按照所述第一充电特征图以多个步骤阶梯式降低所述高时间电流，其中所述阶梯式降低所述高时间电流包括:
[0016]向所述电池提供第一充电电流脉冲；
[0017]将所述端部电压和钳位电压比较；以及
[0018]如果所述端部电压大于或等于所述钳位电压，则减小所述高时间电流并增大所述钳位电压。
[0019]在一个例子中，高时间电流可以多个步骤从初始高时间电流阶梯式下降，直至高时间电流小于或等于第一阈值。如果高时间电流小于或等于第一阈值，可按照纯脉冲的第二充电特征图将多个充电电流脉冲提供给电池，该第二充电特征图不包括第一充电特征图中的多个步骤。
[0020]在某些例子中，高时间电流可在端部电压接近最大钳位电压时按照第二充电特征图减少，直至高时间电流小于或等于第二阈值。如果高时间电流小于或等于第二阈值，可按照第三充电特征图将电流提供给电池以在电池上维持恒定电压。按照第三充电特征图提供给电池的电流可使用端部电压和最大钳位电压减小，直到电流小于或等于第三阈值。
[0021 ] 在一个例子中，在第一充电特征图中，如果端部电压大于或等于钳位电压，在步骤末尾，可在后续充电电流脉冲(例如后续步骤的第一充电电流脉冲)之前向电池提供放电电流脉冲。在每个步骤，高时间电流可通过阶跃电流减少，并且钳位电压可通过阶跃电压增加，并且每个步骤可包括多个具有等同高时间电流的充电电流脉冲。在一个例子中，阶跃电流和阶跃电压为固定量。在其他例子中，阶跃电流和阶跃电压可为变量，例如随每个步骤增大或减小。
[0022]在某些例子中，多个步骤可包括16个步骤，并且每个步骤中的充电电流脉冲数可响应于端部电压和钳位电压的比较来确定。第一或第二充电特征图中的多个充电电流脉冲可具有设置的占空比、低时间电流以及周期。
[0023]本
【发明内容】
旨在提供对本专利申请主题的概述。并非旨在提供本发明的排他性或穷举性说明。详细描述包括在内以提供关于本专利申请的更多信息。
【附图说明】
[0024]在未必按比例绘制的附图中，类似的数字在不同的视图中可表示类似的部件。具有不同字母后缀的类似数字可以表示类似部件的不同示例。附图通过示例而非限制的方式概括地示例了本申请文档中讨论的各个实施例。
[0025]图1总体上示出了示例性的优化充电系统。
[0026]图2总体上示出了示例性的优化充电算法(0CA)。
[0027]图3总体上示出了示例性的充电特征图。
[0028]图4-图5总体上示出了示例性的充电步骤组合。
【具体实施方式】
[0029]本发明人除了别的以外认识到一种优化的充电装置和方法，该优化的充电装置和方法被构造为以多个步骤按照第一充电特征图向电池提供充电电流脉冲，在电池的端部电压低于指定的充电状态(SoC)时最大化提供给电池的电流。随着SoC增大，充电电流可减小，例如使用来自电池的信息。和现有充电特征图相比，第一充电特征图可将更高的充电电流提供给电池，同时具有更低的平均端部电压，更少的对循环寿命的损害，减少的充电时间，以及增加的电池寿命。另外，对于锂离子电池，提供在脉冲之间具有休止期的充电电流脉冲可帮助减少锂离子的浓度梯度，在充电期间该锂离子通过固体电解质中间相(SEI)插入并进入电池阳极。
[0030]图1总体上示出了示例性的优化充电系统100，包括充电电路105、电池110以及控制电路115。充电电路105被构造为以多个步骤按照第一充电特征图向电池110提供充电电流脉冲，并按照第二充