專利名稱：改進(jìn)的電池充電裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)電池進(jìn)行充電的方法、充電裝置和用于電池的充電系統(tǒng)。本發(fā) 明尤其涉及一種改進(jìn)的對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和延長電池壽命的裝置和方法。
背景技術(shù)：
提供一種可用于對(duì)固定和便攜式設(shè)備供電的蓄電池是眾所周知的。并且利用化學(xué) 性質(zhì)來提供這種蓄電池(例如鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池或鉛酸 電池，該鉛酸電池被稱為例如起動(dòng)用(SLI, starting, lighting and ignition)電池，深循 環(huán)電池，可溶性玻璃墊(AGM)電池，閥控式(VRLA)電池，膠體電池等)以啟動(dòng)和/或?qū)煌?工具供電也是已知的，該交通工具例如船、汽車等。一般地，蓄電池是一種使用可逆化學(xué)反 應(yīng)以在兩個(gè)電極之間提供電勢差的可再充電電池。通過對(duì)蓄電池提供電流并且逆反該蓄電 池使用的化學(xué)反應(yīng)以提供能量，從而可以對(duì)蓄電池再充電。提供對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的充電器也是眾所周知的。電池充電器被用于逆反該電池 用于提供能量的化學(xué)反應(yīng)。簡單的充電器可以為電池提供恒定電壓和/或恒定電流，并且 在充電過程期間通常不監(jiān)測電池狀態(tài)或改變所提供的電壓和/或電流。這樣，簡單的充電 器很容易會(huì)過度充電和損壞電池。更復(fù)雜的充電器可以使用一種監(jiān)測電池一個(gè)或多個(gè)特性 和/或改變所供應(yīng)的電壓和/或電流以更安全和/或高效地將電池充電到最大容量(例如 通過避免對(duì)電池過度充電)的充電方法。

發(fā)明內(nèi)容
一種利用電池充電器對(duì)電池進(jìn)行充電的示例性方法，包括對(duì)所述電池施加基本恒 定的第一電流，對(duì)所述電池施加基本恒定的第一電壓，對(duì)所述電池施加基本恒定的第二電 流，和對(duì)所述電池施加基本恒定的第二電壓。一種利用電池充電器對(duì)電池進(jìn)行充電的示例性方法，包括對(duì)電池提供基本恒定的 第一電流直到所述電池的電壓達(dá)到第一期望值或者第一時(shí)間段已經(jīng)期滿。所述方法還包括 對(duì)電池提供基本恒定的第一電壓直到所述電池的電流達(dá)到期望值或者第二期望時(shí)間段已 經(jīng)期滿。所述方法還包括對(duì)電池提供基本恒定的第二電流直到所述電池的電壓達(dá)到第二期 望值或者第三期望時(shí)間段已經(jīng)期滿。所述方法還包括對(duì)所述電池提供基本恒定的第二電 壓。一種對(duì)電池進(jìn)行充電的示例性方法，包括第一電流施加步驟或過程，電壓施加步 驟或過程，第二電流施加步驟或過程，和浮充電(float charge)施加步驟或過程。在各示例性實(shí)施例中，電流施加步驟或過程包括對(duì)電池提供基本恒定的電流直到 所述電池的電壓達(dá)到期望值或者期望時(shí)間段已經(jīng)期滿。
在各示例性實(shí)施例中，電壓施加步驟或過程包括對(duì)電池提供基本恒定的電壓直到 所述電池的電流達(dá)到期望值或者期望時(shí)間段已經(jīng)期滿。在各示例性實(shí)施例中，浮充電施加步驟或過程包括對(duì)電池提供基本恒定的電壓。 在各示例性實(shí)施例中，浮充電過程包括提供逐漸減小的電流(tapering current)。在各示 例性實(shí)施例中，所述基本恒定的電壓和/或逐漸減小的電流基本上抵消了所述電池的自放電率。通過以下對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的各種設(shè)備、結(jié)構(gòu)和/或方法的各示例性實(shí)施例的具體 說明，將會(huì)清楚根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各個(gè)示例性實(shí)施例的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


下面參照以下附圖來具體說明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各示例性實(shí)施例，其 中圖1是表示根據(jù)示例性實(shí)施例的充電方法的流程圖；圖2是表示根據(jù)示例性實(shí)施例的脫硫過程的流程圖；圖3是表示根據(jù)示例性實(shí)施例的第一電流過程的流程圖；圖4是表示根據(jù)示例性實(shí)施例的電壓過程的流程圖；圖5是表示根據(jù)示例性實(shí)施例的第二電流過程的流程圖；圖6是表示根據(jù)示例性實(shí)施例的浮充電過程的流程圖；圖7是表示根據(jù)第二示例性實(shí)施例的充電方法的流程圖；圖8是根據(jù)示例性實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以下說明部分是針對(duì)充電系統(tǒng)的。在各實(shí)施例中，充電系統(tǒng)包括蓄電 池和充電設(shè)備。在各實(shí)施例中，該充電系統(tǒng)可以包括多個(gè)電池和/或充電設(shè)備。所述蓄電池可以是任何已知或?qū)硌兄频目沙潆婋姵?。在各?shí)施例中，所述電池 是鉛酸電池。在各實(shí)施例中，該電池包括基本固定的(immobilized)電解液。在各實(shí)施例 中，該電池包括玻璃纖維隔板(AGM)。根據(jù)各示例性實(shí)施例，該電池是Johnson Controls, Inc.，Milwaukee, Wisconsin的Optima商標(biāo)下的商業(yè)可用類型。根據(jù)示例性實(shí)施例，該電 池是Johnson Controls, Inc.，Milwaukee, Wl的Optima商標(biāo)下的31組船用電池的商業(yè)可 用類型。在各示例性實(shí)施例中，該充電設(shè)備(例如電池充電器)包括微處理器。在各示例 性實(shí)施例中，該充電設(shè)備包括存儲(chǔ)器。在各示例性實(shí)施例中，該微處理器和/或存儲(chǔ)器包括 根據(jù)被該微處理器執(zhí)行的充電方法的指令。如上所述，電池充電器可以使用一種充電方法對(duì)電池進(jìn)行充電。充電方法是電池 充電器用于協(xié)助優(yōu)化電池充電的一系列步驟。充電方法協(xié)助或允許充電器判斷何時(shí)和/或 改變供給電壓和/或電流水平，從而安全和/或高效地將電池充電到最大電量。根據(jù)示例性實(shí)施例的充電方法可以改善電池特性，例如涉及電池的最終蓄電量、 電池充電所需的總時(shí)長、電池壽命(例如該電池失效前的時(shí)長，和/或該電池失效前的充電 /放電循環(huán)次數(shù))、和/或其他任何已知或?qū)硌兄频某潆姾?或電池使用的特性。例如，充電方法可能希望通過消除、防止或降低電池的一個(gè)或多個(gè)板上的硫化水平以增加或基本 上保持電池的電容量。從而這種充電方法可以減少電池故障、失效或由于在電極上形成結(jié) 晶硫酸鹽而變得不可靠或者由于缺水而導(dǎo)致電解液減少的可能性。類似地，充電方法可能 希望通過抵消電池的自放電率來增加或基本上保持電池的電容量。此外，根據(jù)示例性實(shí)施例的充電方法可以有效幫助對(duì)部分或完全放電、深度放電 或過放電的電池進(jìn)行再充電。類似地，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的充電方法可以可靠地 幫助將電池充電到最大或接近最大容量。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各示例性實(shí)施例中，當(dāng)電池被充電時(shí)，端子之間的阻抗增加。這樣， 當(dāng)電池被充電時(shí)，端子之間的電壓將增加和/或端子之間的電流將減小。典型地，可以將基 本恒定的電流或基本恒定的電壓施加到電池上，從而使得如果施加基本恒定的電流，則該 端子之間的電壓將隨著電池充電而增加；如果施加基本恒定的電壓，則端子之間的電流將 隨著電池充電而減小。在各示例性實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的充電方法包括施加第一電流，施加電壓，和執(zhí) 行浮充電。各示例性實(shí)施例還包括施加第二電流。各示例性實(shí)施例還包括可選的脫硫步驟 或過程。圖1是示出了充電方法100的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。如圖1所示，充電方法 100從步驟102開始并繼續(xù)到步驟110，其中對(duì)電池施加脫硫過程。然后，在步驟120，對(duì)電 池施加第一電流過程。接著，在步驟140，對(duì)電池施加電壓過程。然后操作繼續(xù)到步驟150。在步驟150，對(duì)電池施加第二電流過程。然后，在步驟160，對(duì)電池執(zhí)行浮充電過 程。然后操作繼續(xù)到步驟170，方法結(jié)束。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在步驟160執(zhí)行的浮充電過程可以 被用于將電池保持到基本完全充電狀態(tài)。這樣，操作可以在驟160無限繼續(xù)和/或直到從 電池充電器上移除該電池。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各實(shí)施例中，可以省略各個(gè)步驟110-160。例如，可以省略在步驟 110執(zhí)行的脫硫過程。在這種情況下，該方法的操作從步驟102直接進(jìn)行到步驟120。在步 驟150施加的第二電流過程也可以被省略。在這種情況下，該方法的操作從步驟140直接 進(jìn)行到步驟160。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在該充電方法100的每個(gè)步驟110-160，可以基于任意數(shù)量個(gè)因素 來判斷何時(shí)從當(dāng)前步驟或過程轉(zhuǎn)到下一步驟過程，所述因素包括電池電壓、電池電流、電池 溫度、用戶的人為提示和/或從當(dāng)前步驟或過程開始以來過去的時(shí)間量。圖2是示出了在圖1所示步驟110中所執(zhí)行的脫硫過程的一個(gè)示例性實(shí)施例的流 程圖。如圖2所示，該脫硫過程從步驟112開始并進(jìn)行到步驟113，其中定時(shí)器被設(shè)定為第 一時(shí)間段并開始計(jì)時(shí)。然后，在步驟114，對(duì)該電池提供第一電壓和第一電流。在步驟115，判斷第一時(shí)間段是否已期滿。如果第一時(shí)間段尚未期滿，則操作仍停 留在步驟115直到第一時(shí)間段期滿。一旦第一時(shí)間段期滿，操作就進(jìn)行到步驟116，這時(shí)該 脫硫過程結(jié)束。在各示例性實(shí)施例中，第一電壓是基本恒定的，并且具有在大約15. 3伏到大約 18. 0伏之間的值。在這些示例性實(shí)施例中的各個(gè)中，該第一電壓具有在大約15. 7伏到大約 17. 5伏之間的值。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在脫硫過程期間，該電池的電流可以根據(jù)該電池的狀態(tài)而改變(例如充電狀態(tài)、硫化水平、所施加的電壓等)。在各示例性實(shí)施例中，該電池的電流在大約
0.5安到大約3. 0安的范圍內(nèi)變化。在這些示例性實(shí)施例中的各個(gè)中，該電池的電流在大約
1.0安到大約2. 5安的范圍內(nèi)變化。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，替代地，該電池的電流可以是基本恒定 的。在各示例性實(shí)施例中，如果該第一電壓大于大約17.4伏，則該電流保持基本恒定。在 其他各示例性實(shí)施例中，如果該第一電壓小于大約17. 4伏，則該電流會(huì)減小。上述脫硫過程可以幫助破壞(例如分解、分散或溶解)累積在電池極板上的硫酸 鉛晶體。通過破壞結(jié)晶的硫酸鉛，可以增加極板上的可用表面積，并且可以增加電池的可用 容量，理想地基本恢復(fù)到其原始值。典型地，該脫硫步驟是可選的，但是如果使用的話，就是 根據(jù)各實(shí)施例的充電方法100的第一個(gè)步驟。脫硫過程可以持續(xù)期望的時(shí)間長度，其可以 被預(yù)設(shè)為從大約15分鐘到最多大約48小時(shí)的長度。在各示例性實(shí)施例中，脫硫步驟被預(yù) 設(shè)為持續(xù)直到大約36小時(shí)。圖3是示出了如圖1中步驟120所示的第一電流過程的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程 圖。如圖3所示，第一電流過程的操作在步驟121開始并進(jìn)行到步驟122。在步驟122，將 定時(shí)器設(shè)定為第二時(shí)間段并啟動(dòng)該定時(shí)器。然后，在步驟123，對(duì)電池提供第二電流。然后 操作進(jìn)行到步驟124。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各示例性實(shí)施例中，第二電流是基本上恒定的。這樣，當(dāng)?shù)诙娏?被施加到電池時(shí)，電池的電壓將會(huì)增加。此外，當(dāng)?shù)诙娏鞅皇┘拥诫姵貢r(shí)，電池的溫度會(huì) 增加。在步驟124，判斷電池的溫度是否在最大值以下。如果電池溫度不在該最大值以 下(例如電池溫度到達(dá)了一個(gè)預(yù)定閾值)，則操作進(jìn)行到步驟125。否則，如果溫度在最大 值以下，則操作跳轉(zhuǎn)到步驟129。在步驟125，從電池上移除電流(例如在步驟123所施加 的電流)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)的，通過從電池上移除電流，電池的溫度將不再增加，并且開始變得與該 電池周圍的環(huán)境溫度相等。接著在步驟126，判斷電池的溫度是否在一個(gè)最小值以上。如果 溫度在該最小值以上，則操作跳轉(zhuǎn)到步驟128。否則，如果溫度等于或小于最小值(例如該 電池已經(jīng)充分冷卻)，則操作進(jìn)行到步驟127，這時(shí)再次對(duì)電池施加電流。然后操作跳轉(zhuǎn)到 步驟U9。在步驟128，判斷定時(shí)器是否已經(jīng)計(jì)時(shí)期滿。如果定時(shí)器已經(jīng)計(jì)時(shí)期滿，則操作跳 轉(zhuǎn)到步驟131。否則，如果定時(shí)器尚未計(jì)時(shí)期滿，則操作跳回到步驟126。從而操作在步驟
之間持續(xù)循環(huán)，直到電池充分冷卻或定時(shí)器計(jì)時(shí)期滿。在步驟129，判斷電池的當(dāng)前電壓是否已到達(dá)期望的目標(biāo)值。如果電池的電壓尚未 到達(dá)期望的目標(biāo)值(例如電壓仍在期望閾值以下)，則操作進(jìn)行到步驟130。否則，如果電 池的電壓已經(jīng)到達(dá)期望的目標(biāo)值(例如電壓已經(jīng)升高到或超過期望閾值)，則操作跳轉(zhuǎn)到 步驟131。在步驟130，判斷第二時(shí)間段是否期滿。如果所述第二時(shí)間段尚未期滿，則操作 跳回到步驟124 ；否則，操作進(jìn)行到步驟131，這時(shí)結(jié)束第一電流過程。在各示例性實(shí)施例中，第一電流過程提供在大約5安到大約100安的范圍內(nèi)的第 二電流，直到電池的電壓增加到期望的電壓水平，其典型地在大約14. 5伏到大約18. 0伏的 范圍內(nèi)。在各實(shí)施例中，第一電流過程提供在大約10安到大約40安的范圍內(nèi)的第二電流。 在各示例性實(shí)施例中，第一電流過程提供在大約25安到大約30安的范圍內(nèi)的第二電流。在 各實(shí)施例中，第一電流過程提供第二電流直到電壓增加到在大約14. 8伏到大約16. 0伏的范圍內(nèi)的預(yù)定目標(biāo)水平。第一電流過程可以花費(fèi)大約15分鐘到大約18小時(shí)之間，并且可 以在特定(例如預(yù)選的)長度時(shí)間后被終止以幫助防止過充電，而不論其當(dāng)前的電壓水平 如何。在各實(shí)施例中，第一電流過程可以花費(fèi)大約2小時(shí)到大約4小時(shí)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，步驟可以省略。在這種情況下，電池的溫度不被監(jiān)測，操作 從步驟123直接進(jìn)行到步驟129。在包括步驟的各示例性實(shí)施例中，第一電流過程 包括監(jiān)測或讀取電池的溫度，并且如果電池溫度到達(dá)特定(例如預(yù)選的)界限，則至少暫時(shí) 停止第一電流過程。在各示例性實(shí)施例中，該特定的溫度界限是大約華氏150度。在其他 各示例性實(shí)施例中，該特定的溫度界限是大約華氏125度。圖4是示出了在圖1所示步驟140執(zhí)行的電壓過程的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程 圖。如圖4所示，操作在步驟142開始并進(jìn)行到步驟143。在步驟143，定時(shí)器被設(shè)定為第 三時(shí)間段并開始計(jì)時(shí)。然后，在步驟144，對(duì)電池提供第二電壓。然后操作進(jìn)行到步驟145。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各示例性實(shí)施例中，第二電壓是基本恒定的。這樣，當(dāng)對(duì)電池施加 第二電壓時(shí)，電池的電流將減小。在步驟145，判斷電池的當(dāng)前電流是否到達(dá)期望的目標(biāo)值。 如果電池的電流尚未到達(dá)期望的目標(biāo)值(例如電流仍在期望的目標(biāo)以上)，操作進(jìn)行到步 驟146 ；否則，如果電池的電流已經(jīng)到達(dá)期望的目標(biāo)值(例如電流已經(jīng)降低到期望目標(biāo)或其 以下)，則操作跳轉(zhuǎn)到步驟147。在步驟146，判斷第三時(shí)間段是否期滿。如果第三時(shí)間段尚 未期滿，則操作跳回或返回步驟145 ；否則，操作進(jìn)行到步驟147，該電壓過程結(jié)束。在各示例性實(shí)施例中，在步驟140所執(zhí)行的電壓過程期間，對(duì)電池提供第二電壓 直到電池的電壓降低到期望值。在各示例性實(shí)施例中，第二電壓在大約14. 1伏到16. 0伏 的范圍內(nèi)。在各實(shí)施例中，第二電壓進(jìn)一步地在大約14.4伏到15.6伏的范圍內(nèi)。在各示 例性實(shí)施例中，電流從大約100安或其以下開始，逐漸減小到小于或等于大約1安的界限。 在各示例性實(shí)施例中，電流范圍是大約60安到大約1安。電壓過程可以花費(fèi)大約30分鐘 到大約M小時(shí)之間，并且可以在特定或指定的(例如預(yù)選的)時(shí)間段之后至少暫時(shí)結(jié)束， 而不管該當(dāng)前的電流水平如何。在各示例性實(shí)施例中，電壓過程被預(yù)設(shè)為在大約3小時(shí)到 大約5小時(shí)之間的時(shí)間段之后停止。圖5是示出了在圖1所示步驟150執(zhí)行的第二電流過程的一個(gè)示例性實(shí)施例的流 程圖。如圖5所示，操作在步驟152開始并進(jìn)行到步驟153。在步驟153，定時(shí)器被設(shè)定為 第四時(shí)間段并開始計(jì)時(shí)。在步驟154，對(duì)電池提供第三電壓。然后操作進(jìn)行到步驟155。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各示例性實(shí)施例中，第三電流是基本恒定的。這樣，當(dāng)對(duì)電池施加 第三電流時(shí)，電池的電壓將增加。在步驟155，判斷電池的當(dāng)前電壓是否到達(dá)期望的目標(biāo)值。 如果電池的電壓尚未到達(dá)期望的目標(biāo)值(例如電壓仍在期望目標(biāo)以下)，操作進(jìn)行到步驟 156 ；否則，如果電池的電壓已經(jīng)到達(dá)期望的目標(biāo)值(例如電壓已經(jīng)升高到期望目標(biāo)或其以 上)，則操作跳轉(zhuǎn)到步驟157。在步驟156，判斷第四時(shí)間段是否期滿。如果第四時(shí)間段尚未 期滿，則操作跳回步驟155 ；否則，操作進(jìn)行到步驟157，該第二電流過程結(jié)束。在各示例性實(shí)施例中，在步驟150所執(zhí)行的第二電流過程期間，對(duì)電池提供第三 電流直到電池的電壓增加到大約為一個(gè)特定的或期望的值。在各示例性實(shí)施例中，所述第 三電流近似為3安，期望的電壓在大約14. 5伏到大約18. 0伏的范圍內(nèi)。在各示例性實(shí)施例 中，第三電流在大約2安到大約4安的范圍內(nèi)，期望的電壓在大約17. 5伏到大約17. 8伏的 范圍內(nèi)。在各實(shí)施例中，第二電流過程被預(yù)設(shè)為，如果在大約2小時(shí)以后還沒完成就結(jié)束，不論當(dāng)時(shí)的電壓如何。在各示例性實(shí)施例中，第二電流步驟可以花費(fèi)大約1小時(shí)，并且可以 在特定或指定(例如預(yù)選的)的時(shí)間段之后至少暫時(shí)被終止，不論當(dāng)時(shí)的電壓如何。圖6是示出了在圖1所示步驟160執(zhí)行的浮充電過程的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程 圖。如圖6所示，操作在步驟162開始并進(jìn)行到步驟164。在步驟164，對(duì)電池提供第三電 壓。在步驟166，供給到電池的電流量被限制為第四電流。如圖6所示，操作在164和166 之間循環(huán)，同時(shí)提供給電池的第三電壓到達(dá)第四電流的界限，只要電池仍然連接到電池充 電器。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各示例性實(shí)施例中，可以省略步驟166。在這種情況下，提供到電池的 電流不受限制。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在各示例性實(shí)施例中，在向電池提供第三電壓的同時(shí)，電流 可以逐漸減小(例如隨著時(shí)間而減小)。在各示例性實(shí)施例中，在步驟160所示的浮充電過程期間，電池被提供在大約 13. 2伏和大約13. 8伏之間的電壓以及最多大約1安的電流。在各實(shí)施例中，浮充電過程提 供在大約13. 5伏和大約13. 8伏之間的電壓以及大約0. 5安到大約1安之間的電流。浮充 電過程可以沒有時(shí)間限制，并且可以無限持續(xù)下去直到該電池從充電器斷開。圖7示出了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的充電方法200的流程圖。如圖7所示，充電方 法200在步驟201開始并進(jìn)行到步驟202，其中啟動(dòng)一個(gè)3小時(shí)定時(shí)器。然后，在步驟203， 對(duì)電池施加大約為30安的基本恒定的電流。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，電流被施加直到電池 的電壓增加到大約15. 6伏或者該三小時(shí)定時(shí)器期滿。這樣，在步驟204，判斷電壓是否小于 15. 6伏。如果電壓小于15. 6伏，則操作進(jìn)行到步驟205 ；否則，如果電壓不小于15. 6伏，則 操作跳轉(zhuǎn)到步驟206。在步驟205，判斷該3小時(shí)定時(shí)器是否期滿。如果3小時(shí)定時(shí)器已經(jīng) 期滿，則操作進(jìn)行到步驟206 ；否則，如果3小時(shí)定時(shí)器尚未期滿，則操作跳回到步驟204。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)的，在其他各實(shí)施例中，步驟203中所施加的基本恒定的電流可以是大 約25安。在各示例性實(shí)施例中，如果電池的溫度升高到大約華氏125度以上，則所施加的 電流被至少暫時(shí)從電池移除直到溫度以與圖3所示相似的方式降低到期望的水平為止。在 各實(shí)施例中，如果3小時(shí)定時(shí)器尚未期滿，則可以在溫度降低到期望的水平之后重新施加 所施加的電流。在步驟206，啟動(dòng)4小時(shí)定時(shí)器。接著，在步驟207，對(duì)電池施加大約為14. 8伏的 基本恒定的電壓。在各示例性實(shí)施例中，在步驟207中電池的可用電流上限可以是最大大 約30安。然后，在步驟208，判斷電池的電流是否大于大約1安。如果電流大于大約1安， 則操作進(jìn)行到步驟209。否則，如果電池的電流不大于大約1安，則操作跳轉(zhuǎn)到步驟210。 在步驟209，判斷4小時(shí)定時(shí)器是否期滿。如果4小時(shí)定時(shí)器已經(jīng)期滿，則操作進(jìn)行到步驟 210;否則操作跳回到步驟208。在步驟210，啟動(dòng)一個(gè)1小時(shí)定時(shí)器。然后，在步驟211，對(duì)電池提供大約3安的基 本恒定的電流。接著，在步驟212，判斷電池的電壓是否小于17. 5伏。如果電壓小于17. 5 伏，則操作進(jìn)行到步驟213 ；否則，如果電池的電壓不小于17. 5伏，則操作跳轉(zhuǎn)到步驟214。 在步驟213，判斷1小時(shí)定時(shí)器是否期滿。如果1小時(shí)定時(shí)器已經(jīng)期滿，則操作進(jìn)行到步驟 214 ；否則如果1小時(shí)定時(shí)器尚未期滿，則操作跳回到步驟212。在步驟214，對(duì)電池施加大約13. 8伏的基本恒定的電壓和最大為大約1安的電流。 如圖7所示，可以對(duì)電池?zé)o限提供該大約13. 8伏的電壓和/或直到該電池被從充電器移除。
圖8是包括電池充電器3100和電池3200的電池充電系統(tǒng)3000的示例性實(shí)施例 的方框圖。如圖8所示，在電池3200和電池充電器3100之間提供陽極線3300和陰極線 3400。典型地，陽極線3300和陰極線3400連接到電池3200外部的端子或類似結(jié)構(gòu)。引線 3300和3400可以包括導(dǎo)線、電纜、接線夾(clamps)、鱷魚夾、插頭和/或其他任何適當(dāng)?shù)囊?知或未來研制的電連接裝置。如圖8所示，電池充電器3100包括電壓供給電路3110、電流供給電路3120、控制 器3130、定時(shí)器3140、電壓傳感器3150、電流傳感器3160、溫度傳感器3170和存儲(chǔ)器3180。電壓供給電路3110、電流供給電路3120、控制器3130、定時(shí)器3140、電壓傳感器 3150、電流傳感器3160、溫度傳感器3170和存儲(chǔ)器3180每個(gè)都連接到通信總線3190。通 信總線3190使得電池充電器3100的每個(gè)部件能夠發(fā)送和/或接收信息(例如讀數(shù)、控制 信號(hào)、指令、數(shù)據(jù)等)和/或接收來自電池充電器3100的另一部件的信息。例如，控制器 3130可以向電流供給電路3120發(fā)送指令和/或控制電流供給電路3120以便向電池3200 提供期望的電流。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，雖然通信總線3190被顯示為單個(gè)導(dǎo)線，但是通信總線3190 可以包括適于任何期望的已知或未來研制的通信總線和/或協(xié)議(例如1-wire、I2C, PCI Express^ Serial Peripheral Interface Bus 等)白勺7[壬意量白勺導(dǎo)線。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，電池充電器3100的各個(gè)部件可以被組合或集成到一起。例如，在 各示例性實(shí)施例中，可以用單個(gè)電路替代電壓供給電路3110和電流供給電路3120。在各示 例性實(shí)施例中，電池充電器3100的至少一些部件是微控制器、微處理器和/或其他任何適 當(dāng)?shù)囊阎蛭磥硌兄频目刂破鞯牟考?。電壓供給電路3110、電流供給電路3120、電壓傳感器3150和電流傳感器3160每 個(gè)還連接到陽極線3300和陰極線3400。在各期望的時(shí)間和/或?qū)τ诟髌谕臅r(shí)間段，電壓 供給電路3130在陽極線3300和陰極線3400之間提供期望的電壓，從而在電池3200的陽 極和陰極連接之間提供期望的電壓。類似地，在各期望的時(shí)間和/或?qū)τ诟髌谕臅r(shí)間段， 電流供給電路3120向陽極線3300和陰極線3400提供期望的電流，從而向電池3200的陽 極和陰極連接提供期望的電流。在各示例性實(shí)施例中，存儲(chǔ)器3180包括定時(shí)器數(shù)據(jù)3182。定時(shí)器數(shù)據(jù)3182可以 包括用于在電池3200充電的各階段設(shè)定定時(shí)器3140的期望時(shí)間段的信息(例如用于倒計(jì) 時(shí)定時(shí)器的起始值或用于正計(jì)時(shí)定時(shí)器的結(jié)束值)。在各示例性實(shí)施例中，存儲(chǔ)器3180還 包括電壓數(shù)據(jù)3184。電壓數(shù)據(jù)3184可以包括在電池3200充電的各階段施加到電池3200 上的期望的電壓值、在電池3200充電的其他階段的期望的目標(biāo)電壓值、和/或由電壓傳感 器3150感測到的歷史電壓值。在各示例性實(shí)施例中，存儲(chǔ)器3180還包括電流數(shù)據(jù)3186。 電流數(shù)據(jù)3186可以包括在電池3200充電的各階段施加到電池3200上的期望的電流值、在 電池3200充電的其他階段的期望的電流限制和/或目標(biāo)值、和/或由電流傳感器3160感 測到的歷史電流值。如圖8所示，溫度傳感器3170還連接到電池3200。溫度傳感器感測、監(jiān)測、記錄和 /或確定電池3200的溫度。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，溫度傳感器3170可以直接耦合到電池3200，如圖 8所示。在其他各示例性實(shí)施例中，溫度傳感器3170至少間接地?zé)狁詈系诫姵?200。在其 他各示例性實(shí)施例中，溫度傳感器3170能夠根據(jù)距離確定電池3200的溫度，而不需要直接 或間接、熱耦合或電耦合到電池3200 (例如溫度傳感器3170可以采用基于激光和/或紅外線的溫度系統(tǒng))。在其他各示例性實(shí)施例中，溫度傳感器3170可以被集成到電池3200并且 電連接到電池充電器3100。在利用圖8所示電池充電系統(tǒng)3000的示例性方法中，電池3200被耦合到電池充 電器3100以進(jìn)行充電。在各示例性實(shí)施例中，控制器3130控制電流供給電路3120、電壓傳 感器3150、定時(shí)器3140和/或溫度傳感器3170，以通過使用存儲(chǔ)器3180中存儲(chǔ)的第一組 電流、電壓、定時(shí)和溫度參數(shù)的第一電流過程或程序?qū)﹄姵?200進(jìn)行充電。在各實(shí)施例中， 在第一電流過程或程序期間，電流供給電路3120在陽極線3300和陰極線3400之間提供大 約為30安的電流，定時(shí)器3140被設(shè)定為大約3小時(shí)的時(shí)間段。在各示例性實(shí)施例中，電流供給電路3120在陽極線3300和陰極線3400之間提供 電流直到電壓傳感器3150指示電池3200的電壓已經(jīng)達(dá)到大約為15. 6伏的預(yù)期值。在各示例性實(shí)施例中，如果溫度傳感器3170指示電池3200的溫度達(dá)到大約華氏 125度時(shí)，電流供給電路3120所提供的電流被設(shè)定為0直到溫度傳感器3170指示電池3200 的溫度已經(jīng)降低到期望的水平。在電池3200的溫度已經(jīng)降低到期望的水平之后，電流供給 電路3120可以再次施加具有先前電流值的電流。在各示例性實(shí)施例中，在電壓傳感器3150指示電池3200的電壓已經(jīng)達(dá)到期望值 (例如大約15. 6伏)或定時(shí)器3140期滿后，控制器3130控制電壓供給電路3110、電流傳 感器3160和定時(shí)器3140，以通過使用存儲(chǔ)器3180中存儲(chǔ)的第二組電流、電壓和定時(shí)參數(shù) 的電壓過程或程序?qū)﹄姵?200進(jìn)行充電。在各示例性實(shí)施例中，定時(shí)器被設(shè)定為大約4小 時(shí)的時(shí)間段。在各示例性實(shí)施例中，在電壓過程或程序期間，電壓供給電路3110在陽極線 3300和陰極線3400之間提供大約為14. 8伏的電壓。此外，在各示例性實(shí)施例中，電流供給 電路3120還將陽極線3300和陰極線3400之間的可用電流限制為大約30安。在各示例性實(shí)施例中，電壓過程或程序一直持續(xù)，直到電流傳感器3160指示電池 3200的電流已經(jīng)降低到小于大約1安的值或定時(shí)器3140期滿為止。在各示例性實(shí)施例中， 然后控制器3130控制電流供給電路3120、電壓傳感器3150和定時(shí)器3140，以通過使用存 儲(chǔ)器3180中存儲(chǔ)的第三組電流、電壓和定時(shí)參數(shù)的第二電流過程或程序?qū)﹄姵?200進(jìn)行 充電。在各示例性實(shí)施例中，在第二電流過程或程序的開始，定時(shí)器3140被設(shè)定為大約 1小時(shí)的時(shí)間段。在各示例性實(shí)施例中，在第二電流步驟期間，電流供給電路3120在陽極 線3300和陰極線3400之間提供大約為3安的電流。在各示例性實(shí)施例中，電流供給電路 3120提供3安的電流，直到電壓傳感器3150指示電池3200的電壓已經(jīng)達(dá)到17. 5伏或定時(shí) 器3140期滿為止。在各示例性實(shí)施例中，然后控制器3130控制電壓供給電路3110和電流供給電路 3120，以通過使用存儲(chǔ)器3180中存儲(chǔ)的第四組電壓和電流參數(shù)的浮充電過程或程序。在各 示例性實(shí)施例中，在浮充電過程或程序期間，電壓供給電路3110在陽極線3300和陰極線 3400之間提供大約為13. 8伏的電壓。此外，在各示例性實(shí)施例中，電流供給電路3120還將 陽極線3300和陰極線3400之間的電流限制為不超過大約1安，同時(shí)允許該電流逐漸減小。 在各示例性實(shí)施例中，只要電池3200仍然連接到電池充電器3100，控制器3130就持續(xù)執(zhí)行 該浮充電過程或程序。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，上述使用電池充電系統(tǒng)3000的方法僅僅是示例性的。一般地，電池充電系統(tǒng)3000的電池充電器3100可以采用任何上述的或其他對(duì)電池充電的示例性方法對(duì) 電池3200充電。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，上述計(jì)時(shí)器和時(shí)間段(例如定時(shí)器3140、第一時(shí)間段、第二時(shí)間段、 第三時(shí)間段和第四時(shí)間段)可以采用任何已知的或未來研制的定時(shí)裝置和/或機(jī)構(gòu)?？梢?使用計(jì)數(shù)方法來跟蹤任何特定的時(shí)間段，其中當(dāng)定時(shí)器達(dá)到期望值時(shí)該時(shí)間段結(jié)束。類似 地，可以使用倒計(jì)數(shù)方法來跟蹤任何特定的時(shí)間段，其中當(dāng)定時(shí)器達(dá)到零時(shí)該時(shí)間段結(jié)束。 在各實(shí)施例中，每個(gè)定時(shí)器/時(shí)間段是一個(gè)或多個(gè)真實(shí)時(shí)鐘的函數(shù)。在各實(shí)施例中，真實(shí)時(shí) 鐘是電池充電器的處理器的函數(shù)或可操作地連接到該處理器。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以以任意順序和/或同時(shí)執(zhí)行各過程的各步驟。例如，在各過程 中，電池充電器可以同時(shí)監(jiān)測電池的電壓和/或電流以及定時(shí)器，從而判斷是否應(yīng)結(jié)束當(dāng) 前過程。在各示例性實(shí)施例中，如果任何參數(shù)指示當(dāng)前過程應(yīng)當(dāng)結(jié)束，那么該過程就被結(jié) 束，不論其他任何參數(shù)的狀態(tài)如何。如圖8所示，電池充電器3100的部件3110-3190中的一個(gè)或多個(gè)可以使用編程通 用或?qū)Ｓ梦⑻幚砥?、微控制器、?shù)字信號(hào)處理器等來實(shí)現(xiàn)。替代地，電池充電器3100的部件 3110-3190中的一個(gè)或多個(gè)可以使用ASIC或其他集成電路、硬連線電子或邏輯電路例如分 立元件電路，可編程邏輯裝置例如但不限于PLD、PLA、FPGA或PAL等來實(shí)現(xiàn)。一般地，可以 使用能夠?qū)崿F(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)并能夠依次實(shí)現(xiàn)圖1-7所示流程圖的任何裝置來實(shí)現(xiàn)電池充電 器3100的部件3110-3190中的一個(gè)或多個(gè)。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，代替獨(dú)特的、獨(dú)立標(biāo)識(shí)的控制器 3110，可以將上述對(duì)控制器3110所描述的各個(gè)控制功能分布實(shí)現(xiàn)在各個(gè)電路3110和3120、 定時(shí)器3140和/或傳感器3150-3170中。應(yīng)當(dāng)理解，各部件中的一個(gè)或多個(gè)例如控制器3130、電路3110和/或3120、定時(shí) 器3140和/或傳感器3150-3170可以被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)的軟件(例如程序、 應(yīng)用、對(duì)象、過程或管理程序)，其可以在編程通用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ梦⑻幚砥?、微控制器、?shù)字 信號(hào)處理器等上運(yùn)行。圖8所示電路、程序、應(yīng)用、對(duì)象、過程或管理程序?qū)⒉捎玫奶囟ㄐ问?是本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚和可預(yù)見的設(shè)計(jì)選擇。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖8所示的電路、程序、應(yīng)用、對(duì) 象、過程或管理程序不需要是相同的設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，程序、應(yīng)用、管理程序、過程、對(duì)象等可以是產(chǎn)生預(yù)期結(jié)果的處理器實(shí) 施步驟的自相容序列(self-consistent sequence)。這些步驟可以由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)指令定義和/或定義在該指令中。這些步驟可以由運(yùn)行定義該步 驟的指令的處理器執(zhí)行。因而，術(shù)語“程序”、“應(yīng)用”、“管理程序”、“過程”和“對(duì)象”可以是 指例如一個(gè)指令序列、組織在編程過程或編程函數(shù)中的指令序列、和/或組織在編程處理 中的指令序列。這種程序、應(yīng)用、管理程序、過程、對(duì)象等還可以被直接實(shí)現(xiàn)在執(zhí)行該過程的 電路中。另外，這些處理器控制的方法可以由運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)程序的處理器、被設(shè)計(jì)成 執(zhí)行該方法專用硬件、或者這種硬件、固件和軟件部件的任意組合執(zhí)行。如圖8所示，存儲(chǔ)器3180可以使用可變的、易失的或非易失的存儲(chǔ)器或不可變的、 或固定存儲(chǔ)器的任意適當(dāng)組合來實(shí)現(xiàn)?？勺兇鎯?chǔ)器不論是易失或非易失的，都可以使用任 意一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)RAM、硬盤、閃存等來實(shí)現(xiàn)。類似地，該不可變或固定存儲(chǔ)器可以使 用任意一個(gè)或多個(gè)ROM、PROM、EPROM、EEPROM等來實(shí)現(xiàn)。雖然已經(jīng)結(jié)合上述示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于至少具有本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)的人來說，各種已知或目前可預(yù)見的替代、修改、變體、改進(jìn)和/或?qū)嵸|(zhì)等效形式都 是顯而易見的。因此，如上所述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例都將是示意性的而不是限制性的。 可以做出各種改變而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明將涵蓋所有已知的或之前 研發(fā)的替代、修改、變體、改進(jìn)和/或?qū)嵸|(zhì)等效形式。
權(quán)利要求
1.一種使用充電設(shè)備對(duì)電池進(jìn)行充電的方法，包括 對(duì)所述電池施加基本恒定的第一電流；對(duì)所述電池施加基本恒定的第一電壓； 對(duì)所述電池施加基本恒定的第二電流；以及 對(duì)所述電池施加基本恒定的第二電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述電池施加基本恒定的第一電流包括對(duì)所述電 池施加基本恒定的第一電流，直到所述電池的電壓達(dá)到期望的值或者期望的時(shí)間段期滿。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述基本恒定的第一電流大于大約5.0安且小于大 約100. 0安，所述電池的所述電壓的所述期望的值大于大約14. 5伏且小于大約18. 0伏，所 述期望的時(shí)間段大于大約15分鐘且小于大約18小時(shí)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述基本恒定的第一電流是大約30安，所述電池的 所述電壓的所述期望的值是大約15. 6伏，所述期望的時(shí)間段是大約3小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述電池施加所述基本恒定的第一電流還包括監(jiān) 測所述電池的溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中監(jiān)測所述電池的所述溫度還包括如果所述電池的所 述溫度達(dá)到第一值，則至少臨時(shí)中斷所施加的基本恒定的第一電流。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述電池的所述溫度的所述第一值是大約華氏150度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述電池的所述溫度的所述第一值是大約華氏125度。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中監(jiān)測所述電池的所述溫度還包括在中斷所施加的基 本恒定的第一電流后，再次對(duì)所述電池施加所述基本恒定的第一電流。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述電池施加所述基本恒定的第一電壓包括以 初始電流對(duì)所述電池施加所述基本恒定的第一電壓直到所述電流達(dá)到期望的值或者期望 的時(shí)間段已經(jīng)期滿。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述基本恒定的第一電壓大于大約14.1伏且小于 大約16. 0伏，所述初始電流小于大約100安，所述電流的所述期望的值小于大約1安，所述 期望的時(shí)間段大于大約30分鐘且小于大約M小時(shí)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述基本恒定的第一電壓是大約14.8伏，所述初 始電流是大約30安，所述期望的時(shí)間段是大約4小時(shí)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述電池施加所述基本恒定的第二電流包括對(duì) 所述電池施加所述基本恒定的第二電流直到所述電池的電壓達(dá)到期望的值或者期望的時(shí) 間段已經(jīng)期滿。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述基本恒定的第二電流是大約3安，所述電池的 所述電壓的所述期望的值大于大約14. 5伏且小于大約18. 0伏，所述期望的時(shí)間段是大約 1小時(shí)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電池的所述電壓的所述期望的值是大約17.5伏。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述電池施加所述基本恒定的第二電壓包括施加大于大約13. 2伏且小于大約13. 8伏的所述基本恒定的第二電壓以及通常逐漸減小的不 大于大約1安的電流。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述基本恒定的第二電壓是大約13.8伏。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在向所述電池提供所述基本恒定的第一電流之 前，持續(xù)期望的時(shí)間段對(duì)所述電池施加基本恒定的第三電壓和基本恒定的第三電流。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述基本恒定的第三電壓大于大約15.3伏且小于 大約18. 0伏，所述基本恒定的第三電流大于大約0. 5安且小于大約3安，所述期望的時(shí)間 段大于大約15分鐘且小于大約48小時(shí)。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在向所述電池施加所述基本恒定的第一電壓之前，從所述電池移除所述基本恒定的第 一電流；在向所述電池施加所述基本恒定的第二電流之前，從所述電池移除所述基本恒定的第 一電壓；在向所述電池施加所述基本恒定的第二電壓之前，從所述電池移除所述基本恒定的第二電流。
21.一種使用充電設(shè)備對(duì)電池進(jìn)行充電的方法，包括對(duì)所述電池提供大約為30. 0安的基本恒定的電流，直到電壓達(dá)到大約15. 6伏或者已 經(jīng)過去了大約3.0小時(shí)；以不大于大約30. 0安的初始電流對(duì)所述電池提供大約為14. 8伏的基本恒定的電壓， 直到所述電流小于大約1. 0安或者已經(jīng)過去了大約4. 0小時(shí)；對(duì)所述電池提供大約為3. 0安的基本恒定的電流，直到電壓達(dá)到大約17. 5伏或者已經(jīng) 過去了大約1.0小時(shí)；以及以不大于大約1. 0安的電流對(duì)所述電池提供大約為13. 8伏的基本恒定的電壓。
全文摘要
一種改進(jìn)的電池充電方法可以被電池充電器用于對(duì)電池進(jìn)行充電。所述充電方法可以包括可選的脫硫過程、第一恒定電流過程、恒定電壓過程、第二恒定電流過程和浮充電過程。所述充電方法優(yōu)選地通過單次或連續(xù)使用采用了所述充電方法的電池充電器改進(jìn)電池的各種充電和使用特性。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102077439SQ200980125428
公開日2011年5月25日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者R·A·里佐 申請人:約翰遜控制技術(shù)公司