專(zhuān)利名稱(chēng)：以處于或接近諧振的固定頻率向電池提供充電信號(hào)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電池充電器，更具體地涉及以處于或接近待充電電池的諧振頻 率進(jìn)行充電的固定頻率電池充電器。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的電池充電器通常向電池提供恒定電流、恒定電壓(CCCV)類(lèi)型的充電信號(hào)。
這種充電信號(hào)不能以最大能效方式對(duì)電池充電。以cccv方法給電池充電浪費(fèi)能量，該能量 表現(xiàn)為電池內(nèi)的熱量，從而減少電池的壽命。隨著時(shí)間推移，這種一成不變的cccv電池充
電方案也降低了電池的性能。 申請(qǐng)人:當(dāng)前使用的方法是利用鎖相環(huán)(PLL)在電池充電時(shí)跟蹤電池的諧振。存在 與PLL的使用相關(guān)的某些成本，如用于電壓和電流的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和需要高強(qiáng) 度處理功率的相關(guān)運(yùn)算。另外，需要相位校正，將電壓/電流相位調(diào)整回零和對(duì)于頻率在哪 個(gè)相角處等于零的連續(xù)判定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了采用處于或接近被充電電池諧振頻率的固定頻率充電信號(hào)的電池 充電器的技術(shù)進(jìn)步。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例利用微處理器在處于或接近被充電電池諧振頻率 處調(diào)制電流源，而不使用PLL。為了簡(jiǎn)化電池充電器，PLL被去掉，減少了用于調(diào)整相角所需 的大部分計(jì)算，從而減少了凈重和因此減少了成本和復(fù)雜度。由此導(dǎo)致了低成本的解決方 案，其中以處于或接近電池的諧振頻率進(jìn)行充電，產(chǎn)生了優(yōu)于傳統(tǒng)CCCV充電方法的結(jié)果。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的框圖；并且 圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的頻率與充電狀態(tài)(SOC)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式
使用任何波形的固定頻率調(diào)制信號(hào)用于提供充電信號(hào)給電池。執(zhí)行提供電流給電池的過(guò)程直到終止事件發(fā)生。探查電池以確定某些電池特性，這些特性表明電池的化學(xué)特 性、電壓確定、容量確定和其它相關(guān)參數(shù)。將電池的這些特性與一查找表關(guān)聯(lián)起來(lái)，以確定 最佳的充電參數(shù)，如用于電池的諧振頻率、充電持續(xù)時(shí)間等等。 參考圖1，10標(biāo)示出了被配置為向電池充電的電流源的框圖。充電設(shè)備10包括電 源12和調(diào)制設(shè)備14。電源是配置為用作電流源的開(kāi)關(guān)模式電源，其輸出被微處理器16調(diào) 制。任何波形的固定頻率、調(diào)制信號(hào)都被用于給電池18充電。用處于或接近電池18的諧 振頻率的經(jīng)調(diào)制的電流源進(jìn)行充電，向電池提供了有效的能量傳送。 現(xiàn)在參考圖2，20標(biāo)示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的頻率(F)與充電狀態(tài) (SOC)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖表。電池充電開(kāi)始于對(duì)于低SOC的相對(duì)高的頻率，在一些情況下為 5kHz到10kHz。接著電池開(kāi)始充電。隨著SOC隨充電時(shí)間增加，視在諧振頻率(apparent resonancefrequency)最終穩(wěn)定在了最終數(shù)值上。在位于曲線最平坦的部分的范圍22內(nèi)， 在該示例中大約30% SOC之后，諧振點(diǎn)出現(xiàn)在作為電池類(lèi)型的函數(shù)的組諧振帶24中。將選 作對(duì)于該電池類(lèi)型的充電電流的調(diào)制頻率的特定組頻率施加到電池SOC帶24最平坦的部 分。帶24的寬度根據(jù)不同的電池類(lèi)型(類(lèi)型、化學(xué)性質(zhì)和制造商)而改變，其大致在典型 帶的中點(diǎn)。 在用于特定電池類(lèi)型的一個(gè)實(shí)施例中，諧振帶處于大概為350Hz的最大頻率Fmax 和大概下至75Hz之間的任意位置。確定了示出用于充電的最佳頻率邊界的F帶。
應(yīng)用于電池固定頻率充電中的一個(gè)方法是使用"組電池諧振"，其中通過(guò)測(cè)量裝置 來(lái)測(cè)量具有共同特性或參數(shù)的多個(gè)電池的諧振頻率，其中將這些諧振頻率取平均以確定組 諧振(頻率)，該組諧振幾乎等于每個(gè)單個(gè)電池的諧振(頻率)，但是對(duì)該組的所有電池都 能適用。在電池制造商的產(chǎn)品中，差異會(huì)在制造容差內(nèi)產(chǎn)生。如果測(cè)量到幾個(gè)不同制造商 的電池，并且這些電池的組表現(xiàn)幾乎相同的諧振(頻率)，那么每個(gè)組可以用經(jīng)自組的諧振 (頻率)所調(diào)制的固定頻率充電信號(hào)來(lái)充電。在一些情況下，組諧振信號(hào)頻率可能在整個(gè)充 電(過(guò)程)中都是恒定的；在另一些情況下，如果已知電池組諧振的變化是充電狀態(tài)(SOC) 的函數(shù)，則該諧振可能作為SOC的函數(shù)而改變。另外，電池通常根據(jù)規(guī)格來(lái)分組，在這種規(guī) 格范圍內(nèi)的電池顯示出相似特性。充電器可以對(duì)這種電池規(guī)格施加相似的充電邏輯，即，組 諧振(頻率)。這就使得充電器能夠以相似特性對(duì)電池規(guī)格或作為電池的函數(shù)的組諧振施 以共用的充電邏輯。 本發(fā)明在產(chǎn)生優(yōu)于其它充電技術(shù)的結(jié)果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了降低成本、減少?gòu)?fù)雜度和 與使用PLL相關(guān)的額外組件的技術(shù)效果。 雖然本發(fā)明已針對(duì)特定的優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)，在閱讀本申請(qǐng)的基礎(chǔ)上，各種變化和改進(jìn)是顯而易見(jiàn)的。因此，在參考現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ) 上權(quán)利要求應(yīng)被解釋為盡可能寬以包括這些變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
一種電池充電方法，包括為一電池組中每個(gè)電池建立自然諧振頻率，每個(gè)電池都具有共同的特性，所述組中的至少一些電池具有不同的諧振頻率；建立組諧振頻率，所述組諧振頻率是所述電池組的諧振頻率的函數(shù)；以及以所述組諧振頻率向所述組中的電池施加充電電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)電池的充電狀態(tài)(S0C)基本小于100%時(shí)，所建立的 每個(gè)所述電池的諧振頻率是各自電池特性的函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中每個(gè)所述電池諧振頻率都建立在S0C的范圍上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述組中各電池所建立的諧振頻率都與建立所述組諧 振頻率相關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中相關(guān)性建立組諧振頻帶。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在S0C小于50%處，每個(gè)所述電池所建立的諧振頻率 是該電池特性的函數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中S0C小于40%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中S0C大約為30%。
9. 一種固定頻率電池充電器，包括電流源，配置為以固定頻率向具有電池組特性的電池提供充電電流，所述固定頻率是 具有電池組特性的多個(gè)電池的自然諧振頻率的函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的固定頻率，其中如果多個(gè)電池中的各電池不同，則至少兩個(gè)的自 然諧振頻率。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種采用處于或接近被充電電池的諧振頻率的固定頻率充電信號(hào)的電池充電器。本發(fā)明利用微處理器在處于或接近被充電電池的諧振頻率處調(diào)制電流源，而不使用PLL。為了簡(jiǎn)化傳統(tǒng)調(diào)制電池充電器，PLL或其它相校正方法被省去，減少了大部分用于調(diào)整相角的計(jì)算需要，從而減少了凈重和最終的成本和復(fù)雜度。由此導(dǎo)致了充電發(fā)生在或接近電池的諧振頻率的解決方案，盡管未達(dá)到最佳，但結(jié)果也優(yōu)于傳統(tǒng)充電方法。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101730964SQ200880019494
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者威廉·斯蒂芬·哈特, 布賴(lài)恩·L·格雷厄姆, 拉茲羅·塞雷尼, 約翰·阿瑟·費(fèi) 申請(qǐng)人:先進(jìn)電池管理有限責(zé)任公司