以處於或接近諧振的固定頻率向電池提供充電信號的方法和裝置的製作方法

2023-04-25 12:15:46 2

專利名稱：以處於或接近諧振的固定頻率向電池提供充電信號的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及電池充電器，更具體地涉及以處於或接近待充電電池的諧振頻 率進行充電的固定頻率電池充電器。
背景技術：
當今的電池充電器通常向電池提供恆定電流、恆定電壓(CCCV)類型的充電信號。
這種充電信號不能以最大能效方式對電池充電。以cccv方法給電池充電浪費能量，該能量 表現為電池內的熱量，從而減少電池的壽命。隨著時間推移，這種一成不變的cccv電池充
電方案也降低了電池的性能。 申請人:當前使用的方法是利用鎖相環(PLL)在電池充電時跟蹤電池的諧振。存在 與PLL的使用相關的某些成本，如用於電壓和電流的模擬-數字轉換器(ADC)和需要高強 度處理功率的相關運算。另外，需要相位校正，將電壓/電流相位調整回零和對於頻率在哪 個相角處等於零的連續判定。

發明內容
本發明實現了採用處於或接近被充電電池諧振頻率的固定頻率充電信號的電池 充電器的技術進步。本發明的一個實施例利用微處理器在處於或接近被充電電池諧振頻率 處調製電流源，而不使用PLL。為了簡化電池充電器，PLL被去掉，減少了用於調整相角所需 的大部分計算，從而減少了淨重和因此減少了成本和複雜度。由此導致了低成本的解決方 案，其中以處於或接近電池的諧振頻率進行充電，產生了優於傳統CCCV充電方法的結果。


圖1是根據本發明的示例性實施例的框圖；並且 圖2是根據本發明的示例性實施例的頻率與充電狀態(SOC)的對應關係的圖表。
具體實施例方式
使用任何波形的固定頻率調製信號用於提供充電信號給電池。執行提供電流給電池的過程直到終止事件發生。探查電池以確定某些電池特性，這些特性表明電池的化學特 性、電壓確定、容量確定和其它相關參數。將電池的這些特性與一查找表關聯起來，以確定 最佳的充電參數，如用於電池的諧振頻率、充電持續時間等等。 參考圖1，10標示出了被配置為向電池充電的電流源的框圖。充電設備10包括電 源12和調製設備14。電源是配置為用作電流源的開關模式電源，其輸出被微處理器16調 制。任何波形的固定頻率、調製信號都被用於給電池18充電。用處於或接近電池18的諧 振頻率的經調製的電流源進行充電，向電池提供了有效的能量傳送。 現在參考圖2，20標示出了根據本發明的示例性實施例的頻率(F)與充電狀態 (SOC)的對應關係的圖表。電池充電開始於對於低SOC的相對高的頻率，在一些情況下為 5kHz到10kHz。接著電池開始充電。隨著SOC隨充電時間增加，視在諧振頻率(apparent resonancefrequency)最終穩定在了最終數值上。在位於曲線最平坦的部分的範圍22內， 在該示例中大約30% SOC之後，諧振點出現在作為電池類型的函數的組諧振帶24中。將選 作對於該電池類型的充電電流的調製頻率的特定組頻率施加到電池SOC帶24最平坦的部 分。帶24的寬度根據不同的電池類型(類型、化學性質和製造商)而改變，其大致在典型 帶的中點。 在用於特定電池類型的一個實施例中，諧振帶處於大概為350Hz的最大頻率Fmax 和大概下至75Hz之間的任意位置。確定了示出用於充電的最佳頻率邊界的F帶。
應用於電池固定頻率充電中的一個方法是使用"組電池諧振"，其中通過測量裝置 來測量具有共同特性或參數的多個電池的諧振頻率，其中將這些諧振頻率取平均以確定組 諧振(頻率)，該組諧振幾乎等於每個單個電池的諧振(頻率)，但是對該組的所有電池都 能適用。在電池製造商的產品中，差異會在製造容差內產生。如果測量到幾個不同製造商 的電池，並且這些電池的組表現幾乎相同的諧振(頻率)，那麼每個組可以用經自組的諧振 (頻率)所調製的固定頻率充電信號來充電。在一些情況下，組諧振信號頻率可能在整個充 電(過程)中都是恆定的；在另一些情況下，如果已知電池組諧振的變化是充電狀態(SOC) 的函數，則該諧振可能作為SOC的函數而改變。另外，電池通常根據規格來分組，在這種規 格範圍內的電池顯示出相似特性。充電器可以對這種電池規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電池規格或作為電池的函數的組諧振施 以共用的充電邏輯。 本發明在產生優於其它充電技術的結果的同時，實現了降低成本、減少複雜度和 與使用PLL相關的額外組件的技術效果。 雖然本發明已針對特定的優選的實施例進行了描述，但對於本領域技術人員來 說，在閱讀本申請的基礎上，各種變化和改進是顯而易見的。因此，在參考現有技術的基礎 上權利要求應被解釋為儘可能寬以包括這些變化和改進。
權利要求
一種電池充電方法，包括為一電池組中每個電池建立自然諧振頻率，每個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；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. 根據權利要求1的方法，其中當電池的充電狀態(S0C)基本小於100%時，所建立的 每個所述電池的諧振頻率是各自電池特性的函數。
3. 根據權利要求2的方法，其中每個所述電池諧振頻率都建立在S0C的範圍上。
4. 根據權利要求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。
5. 根據權利要求4的方法，其中相關性建立組諧振頻帶。
6. 根據權利要求2的方法，其中在S0C小於50%處，每個所述電池所建立的諧振頻率 是該電池特性的函數。
7. 根據權利要求6的方法，其中S0C小於40%。
8. 根據權利要求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電池的自然諧振頻率的函數。
10. 根據權利要求9的固定頻率，其中如果多個電池中的各電池不同，則至少兩個的自 然諧振頻率。
全文摘要
本發明提出了一種採用處於或接近被充電電池的諧振頻率的固定頻率充電信號的電池充電器。本發明利用微處理器在處於或接近被充電電池的諧振頻率處調製電流源，而不使用PLL。為了簡化傳統調製電池充電器，PLL或其它相校正方法被省去，減少了大部分用於調整相角的計算需要，從而減少了淨重和最終的成本和複雜度。由此導致了充電發生在或接近電池的諧振頻率的解決方案，儘管未達到最佳，但結果也優於傳統充電方法。
文檔編號H02J7/00GK101730964SQ200880019494
公開日2010年6月9日 申請日期2008年4月21日 優先權日2007年4月20日
發明者威廉·史蒂芬·哈特, 布賴恩·L·格雷厄姆, 拉茲羅·塞雷尼, 約翰·阿瑟·費 申請人:先進電池管理有限責任公司