功率恢复控制器的制造方法
功率恢复控制器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是2012年12月26日提交的美国专利申请No. 13/726,828的部分继续申 请。本申请还要求2013年3月28日提交的美国临时申请No. 61/806, 302的权益。该和所 有其他外来材料通过引用被整体结合在此。在通过引用而结合的参考资料中的术语的定义 或使用与本文中所提供的该术语的定义不一致或相反的情况下，应W本文中所提供的该术 语的定义为准。
技术领域
[0002] 本发明的领域是电池充电技术。
【背景技术】
[0003] W下描述包括对理解本发明可能是有用的信息。并不认可本文中所提供的信息中 的任何信息是当前所要求权利的发明的现有技术或与其相关，也不认可明确或隐含地引用 的任何公开是现有技术。
[0004] 对电池充电的传统技术是低效的。特别是当它推动电流流过电池时，仅该电流中 的少量被保留在该电池内，而该电流中的多数被转换为热能。由此，传统的电池充电技术可 能花费数小时对电池或电池组提供完全充电。它们也受限于对诸如镶氨（NiMH)电池或裡 离子（Li-Ion)电池之类的非原（non-primary)(即，可充电）电池充电。此外，一旦电池降 到低于某个容量和/或电压，就认为它们是"死亡的"，并且不是能够使用在市场上可得到 的传统电池充电器恢复的。
[0005] 已努力改善电池充电器的效率。例如，已知脉冲充电（其中，将一系列电流脉冲 馈送到电池）比传统的电池充电技术更高效。也已知电流脉冲分解了板上的硫酸化作用 (sul化tion)，该允许电池持续更久。
[0006] 对于脉冲充电，变化因素之一是脉冲频率。已知当利用W电池的共振频率的脉冲 对电池充电时，电池通常最高效地接受电荷。2012年6月26日颁证的Hart等的题为"用 于W共振或接近共振方式向电池提供固定频率充电信号的方法和装置"（"Methodand ApparatustoProvideFixedFrequencyChargingSignalstoaBatteryAtOrNear Resonance")的美国专利8, 207, 707公开了利用在待充电的电池的共振频率处或其附近的 固定频率充电信号的电池充电器。
[0007] 2012年2月2日颁证的Fee等的题为"用于W共振或接近共振方式提供电池复原 的方法和装置"("MethodandApparatustoProvideBatteiyRe化venationAtOrP^Jear Resonance")的美国专利8, 120, 324公开了使用电池的共振频率W使已失去容量的电池复 原（rejuvenation)。
[000引不同类型的电池具有不同的共振频率，同时电池的不同充电状态也具有稍微不 同的共振频率。2007年9月12日提交的Fee等的题为"用于确定电池共振的方法和装 置"（"MethodandApparatustoDetermineBatteirResonance")的国际专利公布 W02009/035611公开了用于确定电池在不同充电状态下的共振频率的方法，其使得可取决 于电池的充电状态，w正确的共振频率对电池生成脉冲。
[0009] 当与传统的充电技术比较时，上述技术已极大改善了电池充电的效率。对于对用 于小装置的电池（例如，AA、AAA电池）充电，它们的效率是足够好的。然而，现有技术仍然 不能够为诸如电动汽车电池之类的大型电池提供好的充电时间。例如，特斯拉⑥已报道， 其电动汽车电池在90A电路断路器上使用240V充电器（最佳场景）从空容量充电到满容量 需要四小时，而在15A电路断路器上使用120V家用插座进行相同的充电需要四十八小时。
[0010] 因此，仍然存在对改善现有电池充电技术的需求。
[0011] 通过引用，本文中的所有公布文献通过引用被结合到与就像明确地或单独地指示 每一个单个公布文献或专利申请W通过引用而结合它们那样相同的程度。在所结合的引用 文献中的术语的定义或使用与本文中所提供的该术语的定义不一致或相反的情况下，本文 中所提供的该术语的定义适用，并且引用文献中的该术语的定义不适用。
[0012] 在一些实施例中，用于描述本发明的某些实施例并要求其权利的、表达成分数量、 诸如浓度之类的特性、反应条件等的数字被理解为在一些实例中由术语"大约"进行修改。 相应地，在一些实施例中，在书面描述和所附权利要求书中所陈述的数值参数是可取决于 力图通过特定实施例而获取的所期望特性而改变的近似值。在一些实施例中，应当根据所 报告的有效数字的数目并且应用普通的舍入技术来解释该些数值参数。尽管陈述本发明的 一些实施例的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是在特定示例中所陈述的数值是W 实践上尽可能精确的方式被报告的。本发明的一些实施例中所呈现的多个数值可能包含必 定从它们各自的测试测量中发现的标准差中所得到的误差。
[001引如在本文的描述中和贯穿所附权利要求书中所使用的那样，"一"（"a"、"an")和 "该"("the")的意思包括复数引用，除非上下文另外清楚地指定。同样，在本文的描述中所 使用的那样，"在……中"（"in")的意思包括"在……中"（"in")和"在……上"（"on")， 除非上下文另外清楚地指定。
[0014] 本文中对值的范围的叙述仅仅旨在用作单独地引用落入该范围内的每一个分开 值的速记法。除非在本文中另外指示，否则就像在本文中单独地叙述其那样将每一个单个 值结合进说明书。能W任何合适的顺序来执行本文中所述的所有方法，除非在本文中另外 指示或另外由上下文明显地与之抵触。在本文中参照某些实施例而提供的任何及全部示例 或示例性语言（例如，"诸如"）的使用仅仅旨在更好地说明本发明，并且不对另外被要求权 利的本发明的范围构成限制。说明书中没有语言应当被解释为指示对实施本发明必要的任 何非要求权利的元素。
[0015] 不应当将对本文所公开的本发明的替代元素或实施例的分组解释为限制。可单独 地引用每一个组构件并要求其权利，或者可在与该组的其他构件的任意组合中或在与本文 中所找到的其他元件的任意组合中引用每一个组构件并要求其权利。出于方便和/或可专 利性的原因，可将组中的一个或多个构件包括在组中和/或从组中删除。当任何此类包括 或删除发生时，在本文中将说明书视为包含经修改的组，并且由此符合在所附权利要求书 中所使用的所有马库什（Markush)组的书面描述。
【发明内容】
[0016] 发明主题提供了用于高效地对电池充电的装置、系统和方法。在本发明的一个方 面中，提供了用于对电池充电的方法。方法包括用于确定电池的共振频率的步骤。该方法 也包括用于W对应于共振频率的频率来馈送一系列电流脉冲经过电池的步骤。
[0017] 在一些实施例中，该一系列电流脉冲包括积极的共振振铃，其相对于对电池充电 是积极的。该积极的共振振铃包括电流的衰减振荡。在一些实施例中，该方法还包括人工 地增强积极的共振振铃的步骤。
[0018] 在一些实施例中，该方法还包括同时馈送直流和一系列电流脉冲经过电池。
[0019] 根据本发明的一些实施例的方法可对原电池或蓄电池充电。
[0020] 在一些实施例中，馈送该一系列电流脉冲的步骤包括：在第一时间间隔期间，W该 频率馈送该一系列电流脉冲的第一子集经过电池。馈送该一系列电流脉冲的步骤还包括： 提供持续时间的静息期，该静息期至少与该一系列电流脉冲的第一子集中的S个连续的电 流脉冲之间的时间一样长，其中，在该静息期期间，没有电流脉冲被馈送经过电池，并且在 该静息期之后。馈送该一系列电流脉冲的步骤还包括；在第二后续的时间间隔期间，W该频 率馈送该一系列电流脉冲的第二子集经过电池。在一些实施例中，该静息期具有与第一间 隔时间相同的持续时间。
[0021] 在一些实施例中，W针对电池所确定的共振频率的5%之内的频率馈送该一系列 电流脉冲经过电池。如本文中所使用的那样，将电池的共振频率定义为频率范围内电池W 接近最优的效率接受电荷时所在的频率。
[0022] 此外，在一些实施例中，W不大于50%的占空比来操作对该一系列电流脉冲的馈 送。
[0023] 在本发明的另一方面，提供用于高效地对电池充电的电路。在一些实施例中，电路 包括第一电路，该第一电路配置成用于W对应于电池的共振频率的频率生成电流脉冲。
[0024] 在一些实施例中，该一系列电流脉冲包括积极的共振振铃，其相对于对电池充电 是积极的。该积极的共振振铃包括电流的衰减振荡。在一些实施例中，该方法还包括人工 地增强积极的共振振铃的步骤。
[0025] 在一些实施例中，电路还包括第二电路，该第二电路与第一电路禪合，并且配置成 用于与第一电路协作W同时提供恒定电流经 过电池。
[0026] 根据本发明的一些实施例的电路可对原电池或蓄电池充电。
[0027] 在一些实施例中，电路还包括第S电路，其与第一电路禪合，并且配置成用于控制 该第一电路W;(1)在第一时间间隔期间，W该频率馈送该一系列电流脉冲的第一子集经 过电池；（2)提供持续时间的静息期，其至少与该一系列电流脉冲的第一子集中的S个连 续的电流脉冲之间的时间一样长，其中，在该静息期期间，没有电流脉冲被馈送经过电池， 并且在该静息期之后；W及（3)在第二后续的时间间隔期间，W该频率馈送该一系列电流 脉冲的第二子集经过电池。在一些实施例中，该静息期具有与第一间隔时间相同的持续时 间。
[002引在一些实施例中，W针对电池所确定的共振频率的5%之内的频率馈送该一系列 电流脉冲经过电池。如本文中所使用的那样，将电池的共振频率定义为频率范围内电池W 接近最优的效率接受电荷时所在的频率。
[0029] 此外，在一些实施例中，W不大于50%的占空比来操作对该一系列电流脉冲的馈 送。
[0030] 通过W下对优选实施例的详细描述W及所附附图，发明主题的各种目标、特征、方 面和优势将变得更明显，在附图中，相同的附图标记表示相同的组件。
【附图说明】
[0031] 图1示出通过提供具有经过电池的积极的（constructive)共振振铃（resonant ringing)的一系列电流脉冲的电池充电电路的示意图。
[0032] 图2示出具有积极的共振振铃的电流脉冲和不具有积极的共振振铃的电流脉冲 之间的比较。
[0033] 图3示出另一示例电池充电电路的示意图。
[0034] 图4示出替代的电池充电电路的示意图。
[0035] 图5示出本发明的一些实施例的电池充电器的示意图，其配置成用于同时提供恒 定电流和一系列电流脉冲经过电池。
[0036] 图6示出包括恒流电路和脉冲电流电路的电池充电电路的示意图。
[0037] 图7示出包括恒流电路和脉冲电流电路的另一电池充电电路的示意图。
[003引图8A和8B示出用于一些实施例的电池充电电路的替代的示例性配置的示意图。
[0039] 图9示出配置成用于复原电池的电路的示意图。
[0040] 图10示出配置成用于队陕速率对电池充电的电池充电电路的示意图。
[0041] 图11示出配置成用于同时复原电池并W中等速率对电池充电的电池充电电路的 不意图。
[0042] 图12示出配置成用于同时复原电池并W中等速率对电池充电的另一电池充电电 路的不意图。
[0043] 图13A和13B示出可集成在电池外壳之内的电池充电电路的示意图。
【具体实施方式】
[0044] 贯穿W下讨论，将对于从计算设备中形成的服务器、服务、接口、n户、平台或其他 系统进行多个引用。应当理解，此类术语的使用被视为是表示一个或多个计算设备，其具有 配置成用于执行存储在计算机可读有形的、非暂态介质上的软件指令的至少一个处理器。 例如，服务器可包括W实现所述作用、责任或功能的方式而作为web服务器、数据库服务器 或其他类型的计算机服务器来操作的一个或多个计算机。
[0045] W下讨论提供发明主题的许多示例实施例。尽管每一个实施例表示发明元素的单 个组合，但是将发明主题认为是包括所公开元素的所有可能的组合。由此，如果一个实施例 包括元素A、B和C，并且第二实施例包括元素B和D，则即便不明确地公开，也认为发明主题 包括A、B、C或D的其他剩余的组合。
[0046] 如本文中所使用的那样，并且除非上下文另外叙述，否则术语"禪合到"旨在包括 直接禪合（其中，彼此禪合的两个元件彼此接触）和间接禪合（其中，至少一个附加元件位 于该两个元件之间）两者。因此，将术语"禪合到"和"与……禪合"作为同义词使用。
[0047] 发明主题提供用于通过W对应于电池的共振频率的频率提供一系列高电压脉冲 W对电池充电的装置、系统和方法。在本发明的一个方面，呈现了用于通过W电池的共振频 率馈送一系列电流脉冲来对电池充电的方法和电路。
[0048] 图1示出用于对电池充电的一些实施例的示例电路100。该电路100包括电源 105、振荡器110和待充电的电池115。如本文中所使用的那样，将电路（或电路系统）定义 为由电流可流经的导线或迹线连接的单个电子组件（诸如，电阻器、晶体管、电容器、电感 器和二极管）的集合。电路中组件和线的组合允许执行本文中所述的各种简单和复杂的操 作。
[0049] 电池115可包括将化学能转换为电能的一个或多个电化学电池。电池单元115可 包括原电池（primarybattery)或蓄电池（secondarybatte巧）。如本文中所使用的那样， 原电池（或primarycell)是设计成使用一次就被丢弃的电池，因为原电池中的化学反应 被设计成是不可逆的。另一方面，通过重新充电，可重新使用蓄电池，因为蓄电池中的化学 反应设计成是可逆的。
[0化0] 电源105提供进入电路100的直流值C)。在一些实施例中，该电源105可W是另 一电池。在其他实施例中，该电源105可包括交流（AC)电源（例如，家用插座），其与整流 器（或转换器）一起工作，W便在经过电路100的其余部分进行馈送之前将交流转换为直 流。该系统也可具有配置成用于禪合电源105的适配器。该适配器可包括用于连接到电池 单元的USB接口、直接夹连器、专有插口和任何多种多样的极化的公连接器和母连接器。 [0化1] 虽然适配器可包括诸如在USB端口中找到的电力线之类的电力线，但是优选地， 电路100包括配置成用于从数据和/或控制线获得许可W将功率虹吸（siphon)到充电器 的控制器或处理器（例如，集成电路等）。也可开关（switch)对电路100的连接，使得控制 器或处理器可根据经由设备的用户接口而接收到的指令来建立或断开该连接。此类指令可 缘于检测到数据线上通信的发起（onset),尤其是在该是电源的情况下。在对Li化或NiMH 电池的附加功率直接连接被连接到对充电电路的专用输入的情况下，断开连接也可W是合 适的，上述附加功率直接连接由下列连接中的任何连接组成但不限于下列连接；USB接口、 直接夹连器、专有的经配置插口和插头形式或任何各种各样的极化的公连接和母连接。该 设备也可包括用于提供指示连接到电池充电器的电池的状态的数据的装置。
[0化2] 在一些实施例中，振荡器110配置成用于从电源105生成一系列电流（电）脉冲， 并且馈送该一系列电流脉冲经过电池115。不同实施例使用不同的技术和/或组件来实现 振荡器110。在一些实施例中，振荡器110可包括一起工作W生成该一系列电流脉冲的一个 或多个电路，诸如，晶体管、晶体管驱动器。在一些实施例中，振荡器110也可包括提供脉冲 信号（例如，波形信号）的频率控制器。此外，该频率控制器也可提供接口，其允许用户控 制和/或调节被馈送经过电池的电流脉冲的频率。
[0化3] 构想了W与对电池充电不同的频率来提供该一系列电流脉冲产生不同的充电效 率。如本文中所使用的那样，将电池的充电效率定义为将电池从一个充电状态充电至另一 充电状态所需的功率输入量。也注意到，通过W电池的"共振频率"或其谐波变型（或接 近其，例如，在其5%之内）来馈送电流脉冲W对电池充电可产生最优的或近似最优的效 率。如本文中所使用的那样，将共振频率定义为在频率范围内可对电池（和任何相关联的 电路）充电具有最优效率时所在的频率。此外，共振频率产生比紧接地低于或高于共振频 率处的频率更高的充电效率。
[0054] -般而言，取决于电池的化学性质和电池的充电状态，电池的共振频率可发生变 化。不同实施例使用不同的技术W标识特定充电状态下特定电池的共振频率。例如，通过 利用w不同频率的电流脉冲馈给电池（当在特定充电状态下）可标识共振频率。然后，当 将不同频率的脉冲提供给电池时，可测量并记录将相同的电池从一个充电状态充电至另一 充电状态的不同充电时间。
[0化5] 或者，构想了可使用2008年9月11日提交的Fee等的题为"用于确定电池共振的 方法和装置"（"MethodandApparatustoDetermineBatteiyResonance")(叩66") 的国际专利公布WO2009/035611中所公开的电路来确定电池在其当前的充电状态下的共 振频率。
[0化6] 由此，构想了振荡器110配置成用于生成在（或接近）电池的所确定的共振频率 或其谐波变型处的该一系列电流脉冲。在一些实施例中，振荡器110配置成用于W在电池 的所确定的共振频率（或其谐波变型）的5%之内的频率生成的该一系列电流脉冲。此外， 也构想了频率控制器可包括（或可禪合于）Fee的文献中所公开的共振频率确定电 路，使得 禪合至振荡器110的频率控制器可在充电过程期间，在电池的不同状态下，动态地将脉冲 的频率调节至电池的不同共振频率。
[0化7] 在一些实施例中，当对电池115生成该一系列电流脉冲时，电路100配置成用于生 成具有积极的共振振铃的脉冲。该振铃是由振荡器110生成的电流的振荡（来自电流脉 冲的回波）。该些振铃"伪像"（"arti化ct")已被感知为"噪声"，并且在对电池充电时是 没用的。因此，现有的脉冲充电器已使用了用于有效地去除该些振铃"伪像"的不同技术或 过滤器，从而生成"干净的脉冲"W对电池充电。然而，与所广泛感知的不同，在本文中构想 了该些"振铃振荡"是有益于电池充电过程的。特别是构想了每个电流脉冲的振铃振荡允 许电池中的电子更好地使其自身重新对齐W为下一个脉冲做准备，由此进一步改善充电效 率。电池的化学性质、元素的浓度和物理间隔可产生针对不同振铃振荡的足够变量。
[005引因此，在一些实施例中，电路100配置成用于在序列中的每一个电流脉冲之后产 生积极的共振振铃。对于对电池充电，该振铃是积极的。换言之，该积极的共振振铃改善了 对电池115充电的效率（即，具有振铃的电池充电效率好于不具有振铃的电池充电效率）。 [0化9] 发生在每一个电流脉冲之后的积极的共振振铃随时间衰减。在一些实施例中，电 路100包括电感器，其配置成用于人工地增强该积极的共振振铃W进一步改善对电池115 充电的效率。
[0060] 图2示出具有积极的共振振铃的电流脉冲和不具有积极的共振振铃的电流脉冲 之间的区别。具体而言，图2示出来自示波器的视图，其示出两个系列的脉冲一一在顶部的 第一系列脉冲205和在底部的第二系列脉冲210。
[0061] 该第一系列脉冲205示出为在每一个电流脉冲之后具有积极的共振振铃。也就 是说，在该第一系列中的每一个脉冲之后跟着响应于当前脉冲的电流的一组衰减的振铃振 荡。如所示出的那样，该组振铃随时间衰减，直到它完全消失。在一些实施例中，电路100 配置成用于产生类似于如图2中所示的该第一系列脉冲205的电流脉冲。
[00创相比之下，该第二系列的脉冲210 (可由现有的脉冲充电器产生的脉冲）示出为在 每一个电流脉冲之后不包括任何积极的共振振铃。如所示出的那样，每一个电流脉冲来到 较高电压处的高处达一段时间，然后立即向下来到平坦或几乎平坦的波（例如，无电压或 恒定的低电压）。虽然通过示波器的图形，在第二系列210中的每一个脉冲之后可W看到一 些噪声，但是该些噪声将无法构成积极的共振振铃，因为该些噪声不向对电池115充电提 供积极的益处。
[0063] 图3示出电池充电电路300的示意图，该电池充电电路300包括配置成用于人工 地增强积极的共振振铃的电感器315。电路300与图1中的电路100几乎完全相同，区别在 于，该电路300包含配置成用于增强该一系列脉冲的共振振铃的电感器315。如先前所注意 到的那样，电感器415辅助使电池相对于物理属性发生共振。
[0064] 除了积极的共振振铃之外，一些实施例的电池充电电路也配置成用于向该一系列 脉冲提供一个或多个静息期（restingperiod)。构想出采用该一系列电流脉冲中的多个 子集之间的静息期将改善电池的充电效率。在一些实施例中，电池充电电路包括集成控制 电路（或与该集成控制电路一起工作）W将该一系列当前脉冲中的第一脉冲子集应用于电 池达第一持续时间（例如，30秒）；然后静息一段时间（例如，30秒），在此期间，没有电流 脉冲被应用于电池；随后将该一系列电流脉冲的第二子集应用于电池达另一持续时间（例 如，60秒）。可重复应用脉冲的子集，再静息一段时间，然后应用脉冲的另一子集的该过程， 直到完全充满电池为止。在一些实施例中，电池充电电路配置成用于应用静息期达至少与 第一子集（在前紧邻静息期的脉冲的子集）中的两个电流脉冲之间的时间段一样长。优选 地，电池充电电路配置成用于应用与第一系列的电流脉冲持续时间相同的（目P，与在前紧 邻静息期的该一系列电流脉冲相同的持续时间）静息期。
[00化]使用根据本发明的一些实施例对电池充电有诸多优势。例如，电路100可对原电 池或蓄电池充电。如本文中所使用的那样，原电池（或primarycell)是设计成使用一次 就被丢弃的电池，因为原电池中的化学反应被设计成是不可逆的。此外，电路100可复原已 失去容量的电池。此外，由于通过包括了被馈送经过电池的积极的共振振铃而获得的效率， 电路100能比现有充电器高效得多地对电池充电。
[0066] 图4示出用于对电池充电的一些实施例的又一示例电路400。该电路400与图3 的电路300几乎完全相同，区别在于，该电路400包括变压器415和电容器420。变压器415 和电容器420共同充当储能电路，并用作瞬时储存器件。
[0067] 在本发明的另一方面，用于通过同时提供直流（目P，恒定的、非中断的）和一系列 电流脉冲经过电池来对电池充电的方法和电路。构想了W某个频率馈送电流脉冲经过电池 有助于对齐电池中的电子，W便更好地接受来自直流的电荷。
[0068] 图5示出用于对一组电池单元505充电的一些实施例的示例充电器500。充电器 500包括电源510、恒流电路520、脉冲电流电路515和电池接口 525。恒流电路520与电源 510和电池单元505禪合，并且配置成用于提供直流经过电池单元505。脉冲电流电路515 也与电源510和电池单元505禪合，并且配置成用于将一系列脉冲电流提供给电池单元。电 池接口 525包括导电材料，并配置成用于将充电信号发送到该组电池单元505。
[0069] 该组电池单元505具有将化学能转换为电能的一个或多个电化学电池。该电化学 电池与充电器接口 130禪合，W便接收来自充电器500的充电信号。电池单元505可包括原 电池或蓄电池。如本文中所使用的那样，原电池（或primarycell)是设计成使用一次就 被丢弃的电池，因为原电池中的化学反应被设计成是不可逆的。另一方面，通过重新充电， 可重新使用蓄电池，因为蓄电池中的化学反应设计成是可逆的。
[0070] 在一些实施例中，电源510提供进入恒流电路520和脉冲电流电路515的直流 值C)。在一些实施例中，该电源510可W是另一电池。在其他实施例中，该电源510可包括 交流（AC)电源（例如，家用插座），其与整流器（或转换器）一起工作，W便在馈送通过恒 流电路520和脉冲电流电路515之前将交流转换为直流。
[0071] 该系统也可具有适配器，其配置成用于将电源510、脉冲电流电路515和恒流电路 520与电池单元禪合。该适配器可包括用于连接到电池单元的USB接口、直接夹连器、专有 插口和任何多种多样的极化的公连接器和母连接器。
[0072] 虽然适配器可包括诸如在USB端口中找到的电力线之类的电力线，但是优选地， 充电器500包括配置成用于从数据和/或控制线获得许可W向充电器提供功率的控制器或 处理器（例如，集成电路等）。也开关向充电器500的连接，使得控制器或处理器可根据经 由设备的用户接口而接收到的指令完成或断开该连接。此类指令可源于检测到数据线上通 信的发起，尤其是在该是电源的情况下。在对Li化或NiMH电池的附加功率直接连接被连 接到对充电电路的专用输入的情况下，断开连接也可W是合适的，上述附加功率直接连接 由下列连接中的任何连接组成但不限于下列连接；USB接口、直接夹连器、专有的经配置插 口和插头形式或任何各种各样的极化的公连接和母连接。该设备也可包括用于提供指示连 接到电池充电器的电池的状态的数据的装置。
[0073] 不同实施例使用不同的技术和/或组件来实现脉冲电流电路515。在一些实施例 中，该脉冲电流电路可包括用于生成该一系列电流脉冲的振荡器（像图1的电路100中的 那个）。
[0074] 构想了W与对电池充电不同的频率提供该一系列电流脉冲产生不同的充电效率。 如本文中所使用的那样，将电池的充电效率定义为将电池从一个充电状态充电至另一充电 状态所需的功率输入量。也注意到，通过W电池的"共振频率"或其谐波变型（或接近于其， 例如，在其5%之内）馈送电流脉冲来对电池充电可产生最优的或接近最优的效率。如本文 中所使用的那样，将共振频率定义为在频率范围内可对电池（和任何相关联的电路）充电 而具有最优效率时所在的频率。此外，共振频率产生比紧接地低于或高于共振频率处的频 率更高的充电效率。
[0075] 一般而言，取决于电池的化学性质和电池的充电状态，电池的共振频率可发生变 化。不同实施例使用不同的技术W标识特定充电状态下特定电池的共振频率。例如，通过 利用W不同频率的电流脉冲馈给电池（当在特定充电状态下）可标识共振频率。当将不同 频率的脉冲提供给电池时，可测量并记录将相同的电池从一个充电状态充电至另一充电状 态的不 同充电时间。
[0076] 或者，构想了可使用2008年9月11日提交的Fee等的题为"用于确定电池共振的 方法和装置"（"MethodandApparatustoDetermineBatteiyResonance")(叩66") 的国际专利公布WO2009/035611中所公开的电路来确定电池在其当前的充电状态下的共 振频率。
[0077] 由此，构想了脉冲电流电路515配置成用于W在（或接近）电池的所确定的共振 频率或其谐波变型处生成该一系列电流脉冲。在一些实施例中，脉冲电流电路515配置成 用于W在电池的所确定的共振频率（或其谐波变型）的5%之内的频率生成该一系列电流 脉冲。此外，也构想了该脉冲电流电路515可包括化e的文献中所公开的电路，使得该脉冲 电流电路515可在充电过程期间，在电池的不同充电状态下动态地将脉冲的频率调节到不 同的共振频率。
[007引在一些实施例中，当对电池505生成该一系列电流脉冲时，脉冲电流电路515配置 成用于生成具有积极的共振振铃的脉冲。该振铃是由振荡器生成的电流的振荡（来自电 流脉冲的回波）。该些振铃的"伪像"已被感知为"噪声"，并且在对电池充电时是没用的。 因此，现有的脉冲充电器已使用了用于有效地去除该些振铃"伪像"的不同技术或过滤器， 从而生成"干净的脉冲"W对电池充电。然而，与所广泛地感知的不同，在本文中构想了该 些"振铃的振荡"是有益于电池充电过程的。具体而言，构想了每个电流脉冲的振铃振荡允 许电池中的电子更好地使其自身重新对齐W为下一个脉冲做准备，由此进一步改善充电效 率。电池的化学性质、元素的浓度和物理间隔可产生针对不同振铃振荡的足够变量。
[0079] 因此，在一些实施例中，脉冲电流电路515配置成用于在序列中的每一个电流脉 冲之后产生积极的共振振铃。对于对电池充电，该振铃是积极的。换言之，该积极的共振振 铃改善了对电池505充电的效率（即，具有振铃的电池充电效率好于不具有振铃的电池充 电效率）。
[0080] 发生在每一个电流脉冲之后的积极的共振振铃随时间衰减。在一些实施例中，脉 冲电流电路515包括电感器，其配置成用于人工地增强该积极的共振振铃W进一步改善对 电池505充电的效率。在一些实施例中，可包括图3的电路300和图4的电路400W作为 脉冲电流电路515的部分，W便生成具有积极的共振振铃的一系列电流脉冲。
[0081] 除了积极的共振振铃之外，一些实施例的脉冲电流电路515也配置成用于向该一 系列脉冲提供一个或多个静息期。构想出采用该一系列电流脉冲中的多个子集之间的静息 期将改善电池的充电效率。在一些实施例中，脉冲电流电路515包括集成控制电路（或与该 集成控制电路一起工作）W将该一系列当前脉冲中的第一脉冲子集应用于电池达第一持 续时间（例如，30秒）；然后静息一段时间（例如，30秒），在此期间，没有电流脉冲被应用 于电池；随后将该一系列电流脉冲的第二子集应用于电池达另一持续时间（例如，60秒）。 可重复应用脉冲的子集，再静息一段时间，然后应用脉冲的另一子集的该过程，直到完全充 满电池为止。在一些实施例中，脉冲电流电路515可配置成用于应用静息期达至少与第一 子集（紧接静息期在前的脉冲的子集）中的两个电流脉冲之间的时间段一样长。优选地， 脉冲电流电路515配置成用于应用与第一系列的电流脉冲的持续时间相同（即，与紧接静 息期在前的该一系列电流脉冲相同的持续时间）的静息期。
[0082] 在一些实施例中，在对电池505充电时，可与脉冲电流电路515并联地设置恒流电 路520。在其他实施例中，可集成恒流电路520和脉冲电流电路515W将单个充电信号提供 给电池505。图6示出示例性充电器600,其将恒定电流与脉冲电流组合W将单个信号提供 给电池605。如图所示，电池605连接到具有正电压的电源625和充电电路。充电电路600 包括提供恒定电流经过电池605的分流电阻器610。充电电路600也包括晶体管615,其与 信号发生器620 -起工作W提供经过电池605的电流脉冲。具体而言，信号发生器620配 置成用于提供激励波形作为对晶体管615的输入。晶体管615转而根据该激励波形输入断 开和接通晶体管开关。当晶体管开关615是断开的时候，经过电池605的低电流从电源625 流经电池605和分流电阻器610流向地。当晶体管开关615是接通的时候，高电流从电源 625流经电池605和晶体管615流向地。
[0083] 在一些实施例中，信号发生器620配置成用于提供对应于电池605的共振频率的 波形。通过根据电池605的共振频率接通和断开晶体管开关615,W电池605的共振频率提 供交流高电流和低电流经过电池605。
[0084] 在替代实施例中，可使用诸如W02009/035611 (化e)中所公开的系统之类的最优 共振检测器来根据电荷改变激励波形的频率，从而确保一般W共振频率发送脉冲。在优选 实施例中，该最优共振检测器每小时、每30分钟、每10分钟、每5分钟、每分钟、甚至每30 秒测量电池605的最优共振来调节激励波形的频率。
[0085] 图7示出另一示例性电池脉冲充电器700的示意图。该充电器700与图6的充电 器600几乎完全相同，区别在于，该充电器700在电路中包括附加的电感器730。如所示出 的那样，电感器730设置在电路上电池705与电阻器710和晶体管715之间。由电感器730 生成的电场可随由激励波形应用的共振频率发生振荡，从而生成上述积极的共振振铃W进 一步改善充电效率。
[0086] 此类示例性配置设计成用于W恒定电压和同时的共振脉冲两者对电池充电。也可 通过使用板上或板外充电系统，经由电池连接器对便携式装备电池充电，该板上或板外充 电系统经由现有的连接性端口或连向任何其他类型的电池充电设备。
[0087] 通信端口也可与充电电路禪合，其中，充电电路连接到该通信端口的至少一根数 据线和/控制线，并且其中，在该通信端口的任何数据线和/或控制线的操作期间由电路接 收功率。通过使用此类通信端口，当由电池供电的设备正使用相同的线进行通信时，将功率 递送给电池充电电路会是可能的。此类通信活动可包括数据和/或控制信号的转移。也可 提供开关W在端口的传输条件命令的情况下控制功率向充电电路的递送。
[008引根据本发明的另一方面，可通过直接将电池连接到各种连接器来对Li化或NiMH电池充电，各种连接器诸如，用于或将用于对包含通信端口的电池供电的设备充电的USB 接口、直接夹连器、专有的经配置插口和插头形式和/或任何各种各样的极化的公连接和 母连接。连接器可包括诸如图6和7中所公开的用于在发送控制信号经过连接器去往被连 接的设备时对电池充电的此类设备。
[0089] 任何此类连接器可具有兼容插头和/或正确电压的直流电源，该直流电源具有双 输出，该双输出分别由W共振频率的脉冲放大器和分流的直流输出组成，分别由直流电压 和电流（20-70% )和频率共振电荷（80% -30% )组成。此类直流转换器充电电路可在与 上文中所讨论的相同时间将共振频率振荡和直流插入到电池中。
[0090] 图8示出显示了电池充电器能够将脉冲电荷和恒定电荷两者传递给电池的方法 的替代的示例性配置。如所示出的那样，取决于电池性质，电阻器或电感器可与电池串联和 /或并联地禪合。
[0091] 也构想了专用于执行与电池充电过程有关的不同功能的替代的电路实施例。图 9-12示出经优化W执行不同的电池充电功能的四个不同的电池充电电路。具体而言，图9 示出经优化仅复原电池（而不对电池充电）的电路900。可在充电过程之前，将该复原电池 的过程应用于任何电池。在一些实施例中，使用电路900的该复原过程甚至可使已失去容 量（例如，死亡或接近死亡的）电池再生。根据电池制造商的说明书，已失去容量的电池不 能够保持电荷。如图9中所示，电路900连接至电源910和电池单元905。电路900包括产 生电流脉冲的振荡器920 (其可根据本文中所述的方法实现）和W与上述相同的方式人工 地增强脉冲的积极的共振振铃的电感器915。
[0092] 电路900配置成用于将稳定的低电流脉冲（例如，10mA-500mA)提供给电池905W 复原电池905。优选地，电路900配置成用于将小于500mA的电流提供给电池905。更优选 地，电路900配置成用于将小于200mA的电流提供给电池905。在将该稳定的低电流脉冲提 供给电池905之后，电池905应当开始比在复原前更好地接受电荷。在一些实施例中，在复 原之后，电池可重新获得满容量。
[009引图10示出用于队陕速率对电池1005充电（即，快充电）的另一电路1000。当电池 需要快速充电时，可将快速对电池充电的过程应用于任何电池。如图10中所示，电路1000 连接至电源1010和电池单元1005 。电路1000包括产生电流脉冲的振荡器1020 (其可根据 本文中所述的方法实现）和W与上述相同的方式人工地增强脉冲的积极的共振振铃的电 感器1015。电路1000也包括电阻器1025,该电阻器1025并联于振荡器1020运行，并且充 当用于生成比图9中的电路900更高的电流（例如，3000mA-20000mA)的分流器。优选地， 电路1000配置成用于将大于3000mA的电流提供给电池1005。更优选地，电路1000配置成 用于将大于10000mA的电流提供给电池1005。
[0094] 电路1000配置成用于将稳定的高电流脉冲提供给电池1005队陕速地对电池1005 充电。
[0095] 图11示出用于同时W中等速率对电池1105充电并复原电池1105的另一电路 1100。当电池已失去容量（例如，是死亡的或接近死亡的）时，可将对电池充电并复原的 过程应用于任何电池。电路1100与来自图10的电路1000几乎完全相同，区别在于，该电 路1100使用电感器1125(而不是电阻器）作为分流器。如所示出的那样，电路1100包括 第二电感器1125,其并联于振荡器1120运行，并且用于对电池1105生成中等电流（例如， 500mA-3000mA)。优选地，电路1100配置成用于将不小于500mA的电流提供给电池1105。 更优选地，电路1100配置成用于将小于3000mA的电流提供给电池1105。
[0096] 图12示出用于同时对电池1205充电并复原电池1205的另一电路1200。当电 池已失去容量（例如，是死亡的或接近死亡的）时，可将对电池充电并复原的过程应用于 任何电池。电路1200与来自图11的电路1100几乎完全相同，区别在于，该电路1200除 了使用电感器1225之外，还使用电池1205作为分流器。如所示出的那样，电路1100包括 第二电感器1125,其并联于振荡器1120运行，并且用于向电池1105生成中等电流（例如， 500mA-3000mA)。优选地，电路1200配置成用于将不小于500mA的电流提供给电池1205。 更优选地，电路1200配置成用于将小于3000mA的电流提供给电池1205。
[0097] 构想了甚至可将电路1200集成在电池内（或附连至电池），使得当使用通用电池 充电器对电池充电/重充电时，该电池可收到与上述相同的益处（效率和复原）。图13A 和13B示出此类实施例的示意性电路。具体而言，图13示出可嵌入在电池1305中的电路 1300。如所示出的那样，电路1300的一端连接至电池的阴极1310,而电路1300的另一端连 接至电池的阳极1315。
[009引 电路1300包括函数发生器1320、晶体管/MOS阳T1325和电感器1330。函数发生 器1320将波形提供给晶体管1325W产生一系列电流脉冲。在一些实施例中，函数发生器 1320配置成用于提供对应于电池1305的共振频率的波形，使得W对应于电池1305的共振 频率的频率馈送一系列电流脉冲经过电池1305。电感器1330配置成用于如上所述人工地 增强积极的共振振铃。图13B示出同一电路1300的示意图。
[0099] 对本领域技术人员而言显而易见的是，除已描述的那些之外的多得多的修改是可 能的，并且不背离本文中的发明理念。因此，除了在所附权利要求书的精神之内，发明主题 不受限制。此外，在解释说明书和权利要求书两者时，应当W符合上下文的尽可能广泛的形 式来解释所有术语。具体而言，术语"包括"（"comprise"和"comprising")应当被解释 为是W非排他方式指元件、组件或步骤，即指示所引用的元件、组件或步骤可W存在或被利 用，或者可W与没有明确引用的其他元件、组件或步骤组合。在说明书和权利要求书是指从 由A、B、C……和N组成的组中选出的项中的至少一个的情况下，应当将文本解释为需要来 自组中的仅一个元素，而不是A加N，也不是B加N，等等。
【主权项】
1. 一种对电池充电的方法： 确定所述电池的共振频率；以及 以对应于所述共振频率的频率馈送一系列电流脉冲经过所述电池。2. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述一系列电流脉冲包括积 极的共振振铃，所述积极的共振振铃相对于对所述电池充电是积极的。3. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述积极的共振振铃包括电 流的衰减振荡。4. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，进一步包括，人工地增强所述 积极的共振振铃。5. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，进一步包括，在馈送所述一系 列电流脉冲经过所述电池时，同时馈送直流经过所述电池。6. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，馈送所述一系列电流脉冲包 括： 在第一时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第一子集经过所述电 池； 提供持续时间的静息期，所述静息期至少与所述一系列电流脉冲的所述第一子集中的 三个连续的电流脉冲之间的时间一样长，其中，在所述静息期期间，没有电流脉冲被馈送经 过所述电池；以及 在后续的第二时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第二子集经过所 述电池。7. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述静息期具有与所述第一 时间间隔相同的持续时间。8. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，以不大于50%的占空比来操 作所述一系列电流脉冲。9. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，馈送所述一系列电流脉冲包 括：以在所述电池的所述共振频率的5%之内的频率来馈送脉冲。10. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述电池的所述共振频率是 频率范围内所述电池以接近最优的效率接受电荷时所在的频率。11. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述电池包括原电池。12. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述电池包括蓄电池。13. -种用于对电池充电的电路，包括第一电路，所述第一电路配置成用于以对应于所 述电池的共振频率的频率生成电流脉冲。14. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述一系列电流脉冲包括积 极的共振振铃。15. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述积极的共振振铃包括电 流的衰减振荡。16. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述第一电路包括配置成用 于人工地增强所述积极的共振振铃的电感器。17. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，进一步包括第二电路，所述 第二电路与所述第一电路耦合，并且配置成用于与所述第一电路协作以同时提供恒定电流 经过所述电池。18. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，进一步包括第三电路，所述 第三电路与所述第一电路耦合，并且用于控制所述第一电路以： 在第一时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第一子集经过所述电 池； 提供持续时间的静息期，所述静息期至少与所述一系列电流脉冲的所述第一子集中的 三个连续的电流脉冲之间的时间一样长，其中，在所述静息期期间，没有电流脉冲被馈送经 过所述电池；以及 在后续的第二时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第二子集经过所 述电池。19. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述静息期具有与所述第一 时间间隔相同的持续时间。20. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述第一电路配置成用于以 不大于50 %的占空比来提供所述一系列电流脉冲。21. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述第一电路配置成用于： 以在所述电池的所述共振频率的5 %之内的频率来馈送所述一系列电流脉冲。22. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述电池的所述共振频率是 频率范围内所述电池以接近最优的效率接受电荷时所在的频率。23. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述电池包括原电池。24. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述电池包括蓄电池。
【专利摘要】发明主题提供了用于高效地对电池充电的电路和方法。在本发明的一个方面，电路包括振荡器，其以对应于电池的共振频率的频率生成一系列电流脉冲。在一些实施例中，这一系列电流脉冲包括积极的共振振铃，其相对于对电池充电是积极的。该积极的共振振铃包括响应于电流脉冲而产生的电流的衰减振荡。
【IPC分类】H02J7/04
【公开号】CN104904091
【申请号】CN201380068451
【发明人】W·J·鲍威尔, R·D·伯默尔, L·L·约翰逊
【申请人】科罗拉多能源研究技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月26日
【公告号】EP2939324A1, WO2014105954A1
【专利说明】
[0001] 本申请是2012年12月26日提交的美国专利申请No. 13/726,828的部分继续申 请。本申请还要求2013年3月28日提交的美国临时申请No. 61/806, 302的权益。该和所 有其他外来材料通过引用被整体结合在此。在通过引用而结合的参考资料中的术语的定义 或使用与本文中所提供的该术语的定义不一致或相反的情况下，应W本文中所提供的该术 语的定义为准。
技术领域
[0002] 本发明的领域是电池充电技术。
【背景技术】
[0003] W下描述包括对理解本发明可能是有用的信息。并不认可本文中所提供的信息中 的任何信息是当前所要求权利的发明的现有技术或与其相关，也不认可明确或隐含地引用 的任何公开是现有技术。
[0004] 对电池充电的传统技术是低效的。特别是当它推动电流流过电池时，仅该电流中 的少量被保留在该电池内，而该电流中的多数被转换为热能。由此，传统的电池充电技术可 能花费数小时对电池或电池组提供完全充电。它们也受限于对诸如镶氨（NiMH)电池或裡 离子（Li-Ion)电池之类的非原（non-primary)(即，可充电）电池充电。此外，一旦电池降 到低于某个容量和/或电压，就认为它们是"死亡的"，并且不是能够使用在市场上可得到 的传统电池充电器恢复的。
[0005] 已努力改善电池充电器的效率。例如，已知脉冲充电（其中，将一系列电流脉冲 馈送到电池）比传统的电池充电技术更高效。也已知电流脉冲分解了板上的硫酸化作用 (sul化tion)，该允许电池持续更久。
[0006] 对于脉冲充电，变化因素之一是脉冲频率。已知当利用W电池的共振频率的脉冲 对电池充电时，电池通常最高效地接受电荷。2012年6月26日颁证的Hart等的题为"用 于W共振或接近共振方式向电池提供固定频率充电信号的方法和装置"（"Methodand ApparatustoProvideFixedFrequencyChargingSignalstoaBatteryAtOrNear Resonance")的美国专利8, 207, 707公开了利用在待充电的电池的共振频率处或其附近的 固定频率充电信号的电池充电器。
[0007] 2012年2月2日颁证的Fee等的题为"用于W共振或接近共振方式提供电池复原 的方法和装置"("MethodandApparatustoProvideBatteiyRe化venationAtOrP^Jear Resonance")的美国专利8, 120, 324公开了使用电池的共振频率W使已失去容量的电池复 原（rejuvenation)。
[000引不同类型的电池具有不同的共振频率，同时电池的不同充电状态也具有稍微不 同的共振频率。2007年9月12日提交的Fee等的题为"用于确定电池共振的方法和装 置"（"MethodandApparatustoDetermineBatteirResonance")的国际专利公布 W02009/035611公开了用于确定电池在不同充电状态下的共振频率的方法，其使得可取决 于电池的充电状态，w正确的共振频率对电池生成脉冲。
[0009] 当与传统的充电技术比较时，上述技术已极大改善了电池充电的效率。对于对用 于小装置的电池（例如，AA、AAA电池）充电，它们的效率是足够好的。然而，现有技术仍然 不能够为诸如电动汽车电池之类的大型电池提供好的充电时间。例如，特斯拉⑥已报道， 其电动汽车电池在90A电路断路器上使用240V充电器（最佳场景）从空容量充电到满容量 需要四小时，而在15A电路断路器上使用120V家用插座进行相同的充电需要四十八小时。
[0010] 因此，仍然存在对改善现有电池充电技术的需求。
[0011] 通过引用，本文中的所有公布文献通过引用被结合到与就像明确地或单独地指示 每一个单个公布文献或专利申请W通过引用而结合它们那样相同的程度。在所结合的引用 文献中的术语的定义或使用与本文中所提供的该术语的定义不一致或相反的情况下，本文 中所提供的该术语的定义适用，并且引用文献中的该术语的定义不适用。
[0012] 在一些实施例中，用于描述本发明的某些实施例并要求其权利的、表达成分数量、 诸如浓度之类的特性、反应条件等的数字被理解为在一些实例中由术语"大约"进行修改。 相应地，在一些实施例中，在书面描述和所附权利要求书中所陈述的数值参数是可取决于 力图通过特定实施例而获取的所期望特性而改变的近似值。在一些实施例中，应当根据所 报告的有效数字的数目并且应用普通的舍入技术来解释该些数值参数。尽管陈述本发明的 一些实施例的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是在特定示例中所陈述的数值是W 实践上尽可能精确的方式被报告的。本发明的一些实施例中所呈现的多个数值可能包含必 定从它们各自的测试测量中发现的标准差中所得到的误差。
[001引如在本文的描述中和贯穿所附权利要求书中所使用的那样，"一"（"a"、"an")和 "该"("the")的意思包括复数引用，除非上下文另外清楚地指定。同样，在本文的描述中所 使用的那样，"在……中"（"in")的意思包括"在……中"（"in")和"在……上"（"on")， 除非上下文另外清楚地指定。
[0014] 本文中对值的范围的叙述仅仅旨在用作单独地引用落入该范围内的每一个分开 值的速记法。除非在本文中另外指示，否则就像在本文中单独地叙述其那样将每一个单个 值结合进说明书。能W任何合适的顺序来执行本文中所述的所有方法，除非在本文中另外 指示或另外由上下文明显地与之抵触。在本文中参照某些实施例而提供的任何及全部示例 或示例性语言（例如，"诸如"）的使用仅仅旨在更好地说明本发明，并且不对另外被要求权 利的本发明的范围构成限制。说明书中没有语言应当被解释为指示对实施本发明必要的任 何非要求权利的元素。
[0015] 不应当将对本文所公开的本发明的替代元素或实施例的分组解释为限制。可单独 地引用每一个组构件并要求其权利，或者可在与该组的其他构件的任意组合中或在与本文 中所找到的其他元件的任意组合中引用每一个组构件并要求其权利。出于方便和/或可专 利性的原因，可将组中的一个或多个构件包括在组中和/或从组中删除。当任何此类包括 或删除发生时，在本文中将说明书视为包含经修改的组，并且由此符合在所附权利要求书 中所使用的所有马库什（Markush)组的书面描述。
【发明内容】
[0016] 发明主题提供了用于高效地对电池充电的装置、系统和方法。在本发明的一个方 面中，提供了用于对电池充电的方法。方法包括用于确定电池的共振频率的步骤。该方法 也包括用于W对应于共振频率的频率来馈送一系列电流脉冲经过电池的步骤。
[0017] 在一些实施例中，该一系列电流脉冲包括积极的共振振铃，其相对于对电池充电 是积极的。该积极的共振振铃包括电流的衰减振荡。在一些实施例中，该方法还包括人工 地增强积极的共振振铃的步骤。
[0018] 在一些实施例中，该方法还包括同时馈送直流和一系列电流脉冲经过电池。
[0019] 根据本发明的一些实施例的方法可对原电池或蓄电池充电。
[0020] 在一些实施例中，馈送该一系列电流脉冲的步骤包括：在第一时间间隔期间，W该 频率馈送该一系列电流脉冲的第一子集经过电池。馈送该一系列电流脉冲的步骤还包括： 提供持续时间的静息期，该静息期至少与该一系列电流脉冲的第一子集中的S个连续的电 流脉冲之间的时间一样长，其中，在该静息期期间，没有电流脉冲被馈送经过电池，并且在 该静息期之后。馈送该一系列电流脉冲的步骤还包括；在第二后续的时间间隔期间，W该频 率馈送该一系列电流脉冲的第二子集经过电池。在一些实施例中，该静息期具有与第一间 隔时间相同的持续时间。
[0021] 在一些实施例中，W针对电池所确定的共振频率的5%之内的频率馈送该一系列 电流脉冲经过电池。如本文中所使用的那样，将电池的共振频率定义为频率范围内电池W 接近最优的效率接受电荷时所在的频率。
[0022] 此外，在一些实施例中，W不大于50%的占空比来操作对该一系列电流脉冲的馈 送。
[0023] 在本发明的另一方面，提供用于高效地对电池充电的电路。在一些实施例中，电路 包括第一电路，该第一电路配置成用于W对应于电池的共振频率的频率生成电流脉冲。
[0024] 在一些实施例中，该一系列电流脉冲包括积极的共振振铃，其相对于对电池充电 是积极的。该积极的共振振铃包括电流的衰减振荡。在一些实施例中，该方法还包括人工 地增强积极的共振振铃的步骤。
[0025] 在一些实施例中，电路还包括第二电路，该第二电路与第一电路禪合，并且配置成 用于与第一电路协作W同时提供恒定电流经 过电池。
[0026] 根据本发明的一些实施例的电路可对原电池或蓄电池充电。
[0027] 在一些实施例中，电路还包括第S电路，其与第一电路禪合，并且配置成用于控制 该第一电路W;(1)在第一时间间隔期间，W该频率馈送该一系列电流脉冲的第一子集经 过电池；（2)提供持续时间的静息期，其至少与该一系列电流脉冲的第一子集中的S个连 续的电流脉冲之间的时间一样长，其中，在该静息期期间，没有电流脉冲被馈送经过电池， 并且在该静息期之后；W及（3)在第二后续的时间间隔期间，W该频率馈送该一系列电流 脉冲的第二子集经过电池。在一些实施例中，该静息期具有与第一间隔时间相同的持续时 间。
[002引在一些实施例中，W针对电池所确定的共振频率的5%之内的频率馈送该一系列 电流脉冲经过电池。如本文中所使用的那样，将电池的共振频率定义为频率范围内电池W 接近最优的效率接受电荷时所在的频率。
[0029] 此外，在一些实施例中，W不大于50%的占空比来操作对该一系列电流脉冲的馈 送。
[0030] 通过W下对优选实施例的详细描述W及所附附图，发明主题的各种目标、特征、方 面和优势将变得更明显，在附图中，相同的附图标记表示相同的组件。
【附图说明】
[0031] 图1示出通过提供具有经过电池的积极的（constructive)共振振铃（resonant ringing)的一系列电流脉冲的电池充电电路的示意图。
[0032] 图2示出具有积极的共振振铃的电流脉冲和不具有积极的共振振铃的电流脉冲 之间的比较。
[0033] 图3示出另一示例电池充电电路的示意图。
[0034] 图4示出替代的电池充电电路的示意图。
[0035] 图5示出本发明的一些实施例的电池充电器的示意图，其配置成用于同时提供恒 定电流和一系列电流脉冲经过电池。
[0036] 图6示出包括恒流电路和脉冲电流电路的电池充电电路的示意图。
[0037] 图7示出包括恒流电路和脉冲电流电路的另一电池充电电路的示意图。
[003引图8A和8B示出用于一些实施例的电池充电电路的替代的示例性配置的示意图。
[0039] 图9示出配置成用于复原电池的电路的示意图。
[0040] 图10示出配置成用于队陕速率对电池充电的电池充电电路的示意图。
[0041] 图11示出配置成用于同时复原电池并W中等速率对电池充电的电池充电电路的 不意图。
[0042] 图12示出配置成用于同时复原电池并W中等速率对电池充电的另一电池充电电 路的不意图。
[0043] 图13A和13B示出可集成在电池外壳之内的电池充电电路的示意图。
【具体实施方式】
[0044] 贯穿W下讨论，将对于从计算设备中形成的服务器、服务、接口、n户、平台或其他 系统进行多个引用。应当理解，此类术语的使用被视为是表示一个或多个计算设备，其具有 配置成用于执行存储在计算机可读有形的、非暂态介质上的软件指令的至少一个处理器。 例如，服务器可包括W实现所述作用、责任或功能的方式而作为web服务器、数据库服务器 或其他类型的计算机服务器来操作的一个或多个计算机。
[0045] W下讨论提供发明主题的许多示例实施例。尽管每一个实施例表示发明元素的单 个组合，但是将发明主题认为是包括所公开元素的所有可能的组合。由此，如果一个实施例 包括元素A、B和C，并且第二实施例包括元素B和D，则即便不明确地公开，也认为发明主题 包括A、B、C或D的其他剩余的组合。
[0046] 如本文中所使用的那样，并且除非上下文另外叙述，否则术语"禪合到"旨在包括 直接禪合（其中，彼此禪合的两个元件彼此接触）和间接禪合（其中，至少一个附加元件位 于该两个元件之间）两者。因此，将术语"禪合到"和"与……禪合"作为同义词使用。
[0047] 发明主题提供用于通过W对应于电池的共振频率的频率提供一系列高电压脉冲 W对电池充电的装置、系统和方法。在本发明的一个方面，呈现了用于通过W电池的共振频 率馈送一系列电流脉冲来对电池充电的方法和电路。
[0048] 图1示出用于对电池充电的一些实施例的示例电路100。该电路100包括电源 105、振荡器110和待充电的电池115。如本文中所使用的那样，将电路（或电路系统）定义 为由电流可流经的导线或迹线连接的单个电子组件（诸如，电阻器、晶体管、电容器、电感 器和二极管）的集合。电路中组件和线的组合允许执行本文中所述的各种简单和复杂的操 作。
[0049] 电池115可包括将化学能转换为电能的一个或多个电化学电池。电池单元115可 包括原电池（primarybattery)或蓄电池（secondarybatte巧）。如本文中所使用的那样， 原电池（或primarycell)是设计成使用一次就被丢弃的电池，因为原电池中的化学反应 被设计成是不可逆的。另一方面，通过重新充电，可重新使用蓄电池，因为蓄电池中的化学 反应设计成是可逆的。
[0化0] 电源105提供进入电路100的直流值C)。在一些实施例中，该电源105可W是另 一电池。在其他实施例中，该电源105可包括交流（AC)电源（例如，家用插座），其与整流 器（或转换器）一起工作，W便在经过电路100的其余部分进行馈送之前将交流转换为直 流。该系统也可具有配置成用于禪合电源105的适配器。该适配器可包括用于连接到电池 单元的USB接口、直接夹连器、专有插口和任何多种多样的极化的公连接器和母连接器。 [0化1] 虽然适配器可包括诸如在USB端口中找到的电力线之类的电力线，但是优选地， 电路100包括配置成用于从数据和/或控制线获得许可W将功率虹吸（siphon)到充电器 的控制器或处理器（例如，集成电路等）。也可开关（switch)对电路100的连接，使得控制 器或处理器可根据经由设备的用户接口而接收到的指令来建立或断开该连接。此类指令可 缘于检测到数据线上通信的发起（onset),尤其是在该是电源的情况下。在对Li化或NiMH 电池的附加功率直接连接被连接到对充电电路的专用输入的情况下，断开连接也可W是合 适的，上述附加功率直接连接由下列连接中的任何连接组成但不限于下列连接；USB接口、 直接夹连器、专有的经配置插口和插头形式或任何各种各样的极化的公连接和母连接。该 设备也可包括用于提供指示连接到电池充电器的电池的状态的数据的装置。
[0化2] 在一些实施例中，振荡器110配置成用于从电源105生成一系列电流（电）脉冲， 并且馈送该一系列电流脉冲经过电池115。不同实施例使用不同的技术和/或组件来实现 振荡器110。在一些实施例中，振荡器110可包括一起工作W生成该一系列电流脉冲的一个 或多个电路，诸如，晶体管、晶体管驱动器。在一些实施例中，振荡器110也可包括提供脉冲 信号（例如，波形信号）的频率控制器。此外，该频率控制器也可提供接口，其允许用户控 制和/或调节被馈送经过电池的电流脉冲的频率。
[0化3] 构想了W与对电池充电不同的频率来提供该一系列电流脉冲产生不同的充电效 率。如本文中所使用的那样，将电池的充电效率定义为将电池从一个充电状态充电至另一 充电状态所需的功率输入量。也注意到，通过W电池的"共振频率"或其谐波变型（或接 近其，例如，在其5%之内）来馈送电流脉冲W对电池充电可产生最优的或近似最优的效 率。如本文中所使用的那样，将共振频率定义为在频率范围内可对电池（和任何相关联的 电路）充电具有最优效率时所在的频率。此外，共振频率产生比紧接地低于或高于共振频 率处的频率更高的充电效率。
[0054] -般而言，取决于电池的化学性质和电池的充电状态，电池的共振频率可发生变 化。不同实施例使用不同的技术W标识特定充电状态下特定电池的共振频率。例如，通过 利用w不同频率的电流脉冲馈给电池（当在特定充电状态下）可标识共振频率。然后，当 将不同频率的脉冲提供给电池时，可测量并记录将相同的电池从一个充电状态充电至另一 充电状态的不同充电时间。
[0化5] 或者，构想了可使用2008年9月11日提交的Fee等的题为"用于确定电池共振的 方法和装置"（"MethodandApparatustoDetermineBatteiyResonance")(叩66") 的国际专利公布WO2009/035611中所公开的电路来确定电池在其当前的充电状态下的共 振频率。
[0化6] 由此，构想了振荡器110配置成用于生成在（或接近）电池的所确定的共振频率 或其谐波变型处的该一系列电流脉冲。在一些实施例中，振荡器110配置成用于W在电池 的所确定的共振频率（或其谐波变型）的5%之内的频率生成的该一系列电流脉冲。此外， 也构想了频率控制器可包括（或可禪合于）Fee的文献中所公开的共振频率确定电 路，使得 禪合至振荡器110的频率控制器可在充电过程期间，在电池的不同状态下，动态地将脉冲 的频率调节至电池的不同共振频率。
[0化7] 在一些实施例中，当对电池115生成该一系列电流脉冲时，电路100配置成用于生 成具有积极的共振振铃的脉冲。该振铃是由振荡器110生成的电流的振荡（来自电流脉 冲的回波）。该些振铃"伪像"（"arti化ct")已被感知为"噪声"，并且在对电池充电时是 没用的。因此，现有的脉冲充电器已使用了用于有效地去除该些振铃"伪像"的不同技术或 过滤器，从而生成"干净的脉冲"W对电池充电。然而，与所广泛感知的不同，在本文中构想 了该些"振铃振荡"是有益于电池充电过程的。特别是构想了每个电流脉冲的振铃振荡允 许电池中的电子更好地使其自身重新对齐W为下一个脉冲做准备，由此进一步改善充电效 率。电池的化学性质、元素的浓度和物理间隔可产生针对不同振铃振荡的足够变量。
[005引因此，在一些实施例中，电路100配置成用于在序列中的每一个电流脉冲之后产 生积极的共振振铃。对于对电池充电，该振铃是积极的。换言之，该积极的共振振铃改善了 对电池115充电的效率（即，具有振铃的电池充电效率好于不具有振铃的电池充电效率）。 [0化9] 发生在每一个电流脉冲之后的积极的共振振铃随时间衰减。在一些实施例中，电 路100包括电感器，其配置成用于人工地增强该积极的共振振铃W进一步改善对电池115 充电的效率。
[0060] 图2示出具有积极的共振振铃的电流脉冲和不具有积极的共振振铃的电流脉冲 之间的区别。具体而言，图2示出来自示波器的视图，其示出两个系列的脉冲一一在顶部的 第一系列脉冲205和在底部的第二系列脉冲210。
[0061] 该第一系列脉冲205示出为在每一个电流脉冲之后具有积极的共振振铃。也就 是说，在该第一系列中的每一个脉冲之后跟着响应于当前脉冲的电流的一组衰减的振铃振 荡。如所示出的那样，该组振铃随时间衰减，直到它完全消失。在一些实施例中，电路100 配置成用于产生类似于如图2中所示的该第一系列脉冲205的电流脉冲。
[00创相比之下，该第二系列的脉冲210 (可由现有的脉冲充电器产生的脉冲）示出为在 每一个电流脉冲之后不包括任何积极的共振振铃。如所示出的那样，每一个电流脉冲来到 较高电压处的高处达一段时间，然后立即向下来到平坦或几乎平坦的波（例如，无电压或 恒定的低电压）。虽然通过示波器的图形，在第二系列210中的每一个脉冲之后可W看到一 些噪声，但是该些噪声将无法构成积极的共振振铃，因为该些噪声不向对电池115充电提 供积极的益处。
[0063] 图3示出电池充电电路300的示意图，该电池充电电路300包括配置成用于人工 地增强积极的共振振铃的电感器315。电路300与图1中的电路100几乎完全相同，区别在 于，该电路300包含配置成用于增强该一系列脉冲的共振振铃的电感器315。如先前所注意 到的那样，电感器415辅助使电池相对于物理属性发生共振。
[0064] 除了积极的共振振铃之外，一些实施例的电池充电电路也配置成用于向该一系列 脉冲提供一个或多个静息期（restingperiod)。构想出采用该一系列电流脉冲中的多个 子集之间的静息期将改善电池的充电效率。在一些实施例中，电池充电电路包括集成控制 电路（或与该集成控制电路一起工作）W将该一系列当前脉冲中的第一脉冲子集应用于电 池达第一持续时间（例如，30秒）；然后静息一段时间（例如，30秒），在此期间，没有电流 脉冲被应用于电池；随后将该一系列电流脉冲的第二子集应用于电池达另一持续时间（例 如，60秒）。可重复应用脉冲的子集，再静息一段时间，然后应用脉冲的另一子集的该过程， 直到完全充满电池为止。在一些实施例中，电池充电电路配置成用于应用静息期达至少与 第一子集（在前紧邻静息期的脉冲的子集）中的两个电流脉冲之间的时间段一样长。优选 地，电池充电电路配置成用于应用与第一系列的电流脉冲持续时间相同的（目P，与在前紧 邻静息期的该一系列电流脉冲相同的持续时间）静息期。
[00化]使用根据本发明的一些实施例对电池充电有诸多优势。例如，电路100可对原电 池或蓄电池充电。如本文中所使用的那样，原电池（或primarycell)是设计成使用一次 就被丢弃的电池，因为原电池中的化学反应被设计成是不可逆的。此外，电路100可复原已 失去容量的电池。此外，由于通过包括了被馈送经过电池的积极的共振振铃而获得的效率， 电路100能比现有充电器高效得多地对电池充电。
[0066] 图4示出用于对电池充电的一些实施例的又一示例电路400。该电路400与图3 的电路300几乎完全相同，区别在于，该电路400包括变压器415和电容器420。变压器415 和电容器420共同充当储能电路，并用作瞬时储存器件。
[0067] 在本发明的另一方面，用于通过同时提供直流（目P，恒定的、非中断的）和一系列 电流脉冲经过电池来对电池充电的方法和电路。构想了W某个频率馈送电流脉冲经过电池 有助于对齐电池中的电子，W便更好地接受来自直流的电荷。
[0068] 图5示出用于对一组电池单元505充电的一些实施例的示例充电器500。充电器 500包括电源510、恒流电路520、脉冲电流电路515和电池接口 525。恒流电路520与电源 510和电池单元505禪合，并且配置成用于提供直流经过电池单元505。脉冲电流电路515 也与电源510和电池单元505禪合，并且配置成用于将一系列脉冲电流提供给电池单元。电 池接口 525包括导电材料，并配置成用于将充电信号发送到该组电池单元505。
[0069] 该组电池单元505具有将化学能转换为电能的一个或多个电化学电池。该电化学 电池与充电器接口 130禪合，W便接收来自充电器500的充电信号。电池单元505可包括原 电池或蓄电池。如本文中所使用的那样，原电池（或primarycell)是设计成使用一次就 被丢弃的电池，因为原电池中的化学反应被设计成是不可逆的。另一方面，通过重新充电， 可重新使用蓄电池，因为蓄电池中的化学反应设计成是可逆的。
[0070] 在一些实施例中，电源510提供进入恒流电路520和脉冲电流电路515的直流 值C)。在一些实施例中，该电源510可W是另一电池。在其他实施例中，该电源510可包括 交流（AC)电源（例如，家用插座），其与整流器（或转换器）一起工作，W便在馈送通过恒 流电路520和脉冲电流电路515之前将交流转换为直流。
[0071] 该系统也可具有适配器，其配置成用于将电源510、脉冲电流电路515和恒流电路 520与电池单元禪合。该适配器可包括用于连接到电池单元的USB接口、直接夹连器、专有 插口和任何多种多样的极化的公连接器和母连接器。
[0072] 虽然适配器可包括诸如在USB端口中找到的电力线之类的电力线，但是优选地， 充电器500包括配置成用于从数据和/或控制线获得许可W向充电器提供功率的控制器或 处理器（例如，集成电路等）。也开关向充电器500的连接，使得控制器或处理器可根据经 由设备的用户接口而接收到的指令完成或断开该连接。此类指令可源于检测到数据线上通 信的发起，尤其是在该是电源的情况下。在对Li化或NiMH电池的附加功率直接连接被连 接到对充电电路的专用输入的情况下，断开连接也可W是合适的，上述附加功率直接连接 由下列连接中的任何连接组成但不限于下列连接；USB接口、直接夹连器、专有的经配置插 口和插头形式或任何各种各样的极化的公连接和母连接。该设备也可包括用于提供指示连 接到电池充电器的电池的状态的数据的装置。
[0073] 不同实施例使用不同的技术和/或组件来实现脉冲电流电路515。在一些实施例 中，该脉冲电流电路可包括用于生成该一系列电流脉冲的振荡器（像图1的电路100中的 那个）。
[0074] 构想了W与对电池充电不同的频率提供该一系列电流脉冲产生不同的充电效率。 如本文中所使用的那样，将电池的充电效率定义为将电池从一个充电状态充电至另一充电 状态所需的功率输入量。也注意到，通过W电池的"共振频率"或其谐波变型（或接近于其， 例如，在其5%之内）馈送电流脉冲来对电池充电可产生最优的或接近最优的效率。如本文 中所使用的那样，将共振频率定义为在频率范围内可对电池（和任何相关联的电路）充电 而具有最优效率时所在的频率。此外，共振频率产生比紧接地低于或高于共振频率处的频 率更高的充电效率。
[0075] 一般而言，取决于电池的化学性质和电池的充电状态，电池的共振频率可发生变 化。不同实施例使用不同的技术W标识特定充电状态下特定电池的共振频率。例如，通过 利用W不同频率的电流脉冲馈给电池（当在特定充电状态下）可标识共振频率。当将不同 频率的脉冲提供给电池时，可测量并记录将相同的电池从一个充电状态充电至另一充电状 态的不 同充电时间。
[0076] 或者，构想了可使用2008年9月11日提交的Fee等的题为"用于确定电池共振的 方法和装置"（"MethodandApparatustoDetermineBatteiyResonance")(叩66") 的国际专利公布WO2009/035611中所公开的电路来确定电池在其当前的充电状态下的共 振频率。
[0077] 由此，构想了脉冲电流电路515配置成用于W在（或接近）电池的所确定的共振 频率或其谐波变型处生成该一系列电流脉冲。在一些实施例中，脉冲电流电路515配置成 用于W在电池的所确定的共振频率（或其谐波变型）的5%之内的频率生成该一系列电流 脉冲。此外，也构想了该脉冲电流电路515可包括化e的文献中所公开的电路，使得该脉冲 电流电路515可在充电过程期间，在电池的不同充电状态下动态地将脉冲的频率调节到不 同的共振频率。
[007引在一些实施例中，当对电池505生成该一系列电流脉冲时，脉冲电流电路515配置 成用于生成具有积极的共振振铃的脉冲。该振铃是由振荡器生成的电流的振荡（来自电 流脉冲的回波）。该些振铃的"伪像"已被感知为"噪声"，并且在对电池充电时是没用的。 因此，现有的脉冲充电器已使用了用于有效地去除该些振铃"伪像"的不同技术或过滤器， 从而生成"干净的脉冲"W对电池充电。然而，与所广泛地感知的不同，在本文中构想了该 些"振铃的振荡"是有益于电池充电过程的。具体而言，构想了每个电流脉冲的振铃振荡允 许电池中的电子更好地使其自身重新对齐W为下一个脉冲做准备，由此进一步改善充电效 率。电池的化学性质、元素的浓度和物理间隔可产生针对不同振铃振荡的足够变量。
[0079] 因此，在一些实施例中，脉冲电流电路515配置成用于在序列中的每一个电流脉 冲之后产生积极的共振振铃。对于对电池充电，该振铃是积极的。换言之，该积极的共振振 铃改善了对电池505充电的效率（即，具有振铃的电池充电效率好于不具有振铃的电池充 电效率）。
[0080] 发生在每一个电流脉冲之后的积极的共振振铃随时间衰减。在一些实施例中，脉 冲电流电路515包括电感器，其配置成用于人工地增强该积极的共振振铃W进一步改善对 电池505充电的效率。在一些实施例中，可包括图3的电路300和图4的电路400W作为 脉冲电流电路515的部分，W便生成具有积极的共振振铃的一系列电流脉冲。
[0081] 除了积极的共振振铃之外，一些实施例的脉冲电流电路515也配置成用于向该一 系列脉冲提供一个或多个静息期。构想出采用该一系列电流脉冲中的多个子集之间的静息 期将改善电池的充电效率。在一些实施例中，脉冲电流电路515包括集成控制电路（或与该 集成控制电路一起工作）W将该一系列当前脉冲中的第一脉冲子集应用于电池达第一持 续时间（例如，30秒）；然后静息一段时间（例如，30秒），在此期间，没有电流脉冲被应用 于电池；随后将该一系列电流脉冲的第二子集应用于电池达另一持续时间（例如，60秒）。 可重复应用脉冲的子集，再静息一段时间，然后应用脉冲的另一子集的该过程，直到完全充 满电池为止。在一些实施例中，脉冲电流电路515可配置成用于应用静息期达至少与第一 子集（紧接静息期在前的脉冲的子集）中的两个电流脉冲之间的时间段一样长。优选地， 脉冲电流电路515配置成用于应用与第一系列的电流脉冲的持续时间相同（即，与紧接静 息期在前的该一系列电流脉冲相同的持续时间）的静息期。
[0082] 在一些实施例中，在对电池505充电时，可与脉冲电流电路515并联地设置恒流电 路520。在其他实施例中，可集成恒流电路520和脉冲电流电路515W将单个充电信号提供 给电池505。图6示出示例性充电器600,其将恒定电流与脉冲电流组合W将单个信号提供 给电池605。如图所示，电池605连接到具有正电压的电源625和充电电路。充电电路600 包括提供恒定电流经过电池605的分流电阻器610。充电电路600也包括晶体管615,其与 信号发生器620 -起工作W提供经过电池605的电流脉冲。具体而言，信号发生器620配 置成用于提供激励波形作为对晶体管615的输入。晶体管615转而根据该激励波形输入断 开和接通晶体管开关。当晶体管开关615是断开的时候，经过电池605的低电流从电源625 流经电池605和分流电阻器610流向地。当晶体管开关615是接通的时候，高电流从电源 625流经电池605和晶体管615流向地。
[0083] 在一些实施例中，信号发生器620配置成用于提供对应于电池605的共振频率的 波形。通过根据电池605的共振频率接通和断开晶体管开关615,W电池605的共振频率提 供交流高电流和低电流经过电池605。
[0084] 在替代实施例中，可使用诸如W02009/035611 (化e)中所公开的系统之类的最优 共振检测器来根据电荷改变激励波形的频率，从而确保一般W共振频率发送脉冲。在优选 实施例中，该最优共振检测器每小时、每30分钟、每10分钟、每5分钟、每分钟、甚至每30 秒测量电池605的最优共振来调节激励波形的频率。
[0085] 图7示出另一示例性电池脉冲充电器700的示意图。该充电器700与图6的充电 器600几乎完全相同，区别在于，该充电器700在电路中包括附加的电感器730。如所示出 的那样，电感器730设置在电路上电池705与电阻器710和晶体管715之间。由电感器730 生成的电场可随由激励波形应用的共振频率发生振荡，从而生成上述积极的共振振铃W进 一步改善充电效率。
[0086] 此类示例性配置设计成用于W恒定电压和同时的共振脉冲两者对电池充电。也可 通过使用板上或板外充电系统，经由电池连接器对便携式装备电池充电，该板上或板外充 电系统经由现有的连接性端口或连向任何其他类型的电池充电设备。
[0087] 通信端口也可与充电电路禪合，其中，充电电路连接到该通信端口的至少一根数 据线和/控制线，并且其中，在该通信端口的任何数据线和/或控制线的操作期间由电路接 收功率。通过使用此类通信端口，当由电池供电的设备正使用相同的线进行通信时，将功率 递送给电池充电电路会是可能的。此类通信活动可包括数据和/或控制信号的转移。也可 提供开关W在端口的传输条件命令的情况下控制功率向充电电路的递送。
[008引根据本发明的另一方面，可通过直接将电池连接到各种连接器来对Li化或NiMH电池充电，各种连接器诸如，用于或将用于对包含通信端口的电池供电的设备充电的USB 接口、直接夹连器、专有的经配置插口和插头形式和/或任何各种各样的极化的公连接和 母连接。连接器可包括诸如图6和7中所公开的用于在发送控制信号经过连接器去往被连 接的设备时对电池充电的此类设备。
[0089] 任何此类连接器可具有兼容插头和/或正确电压的直流电源，该直流电源具有双 输出，该双输出分别由W共振频率的脉冲放大器和分流的直流输出组成，分别由直流电压 和电流（20-70% )和频率共振电荷（80% -30% )组成。此类直流转换器充电电路可在与 上文中所讨论的相同时间将共振频率振荡和直流插入到电池中。
[0090] 图8示出显示了电池充电器能够将脉冲电荷和恒定电荷两者传递给电池的方法 的替代的示例性配置。如所示出的那样，取决于电池性质，电阻器或电感器可与电池串联和 /或并联地禪合。
[0091] 也构想了专用于执行与电池充电过程有关的不同功能的替代的电路实施例。图 9-12示出经优化W执行不同的电池充电功能的四个不同的电池充电电路。具体而言，图9 示出经优化仅复原电池（而不对电池充电）的电路900。可在充电过程之前，将该复原电池 的过程应用于任何电池。在一些实施例中，使用电路900的该复原过程甚至可使已失去容 量（例如，死亡或接近死亡的）电池再生。根据电池制造商的说明书，已失去容量的电池不 能够保持电荷。如图9中所示，电路900连接至电源910和电池单元905。电路900包括产 生电流脉冲的振荡器920 (其可根据本文中所述的方法实现）和W与上述相同的方式人工 地增强脉冲的积极的共振振铃的电感器915。
[0092] 电路900配置成用于将稳定的低电流脉冲（例如，10mA-500mA)提供给电池905W 复原电池905。优选地，电路900配置成用于将小于500mA的电流提供给电池905。更优选 地，电路900配置成用于将小于200mA的电流提供给电池905。在将该稳定的低电流脉冲提 供给电池905之后，电池905应当开始比在复原前更好地接受电荷。在一些实施例中，在复 原之后，电池可重新获得满容量。
[009引图10示出用于队陕速率对电池1005充电（即，快充电）的另一电路1000。当电池 需要快速充电时，可将快速对电池充电的过程应用于任何电池。如图10中所示，电路1000 连接至电源1010和电池单元1005 。电路1000包括产生电流脉冲的振荡器1020 (其可根据 本文中所述的方法实现）和W与上述相同的方式人工地增强脉冲的积极的共振振铃的电 感器1015。电路1000也包括电阻器1025,该电阻器1025并联于振荡器1020运行，并且充 当用于生成比图9中的电路900更高的电流（例如，3000mA-20000mA)的分流器。优选地， 电路1000配置成用于将大于3000mA的电流提供给电池1005。更优选地，电路1000配置成 用于将大于10000mA的电流提供给电池1005。
[0094] 电路1000配置成用于将稳定的高电流脉冲提供给电池1005队陕速地对电池1005 充电。
[0095] 图11示出用于同时W中等速率对电池1105充电并复原电池1105的另一电路 1100。当电池已失去容量（例如，是死亡的或接近死亡的）时，可将对电池充电并复原的 过程应用于任何电池。电路1100与来自图10的电路1000几乎完全相同，区别在于，该电 路1100使用电感器1125(而不是电阻器）作为分流器。如所示出的那样，电路1100包括 第二电感器1125,其并联于振荡器1120运行，并且用于对电池1105生成中等电流（例如， 500mA-3000mA)。优选地，电路1100配置成用于将不小于500mA的电流提供给电池1105。 更优选地，电路1100配置成用于将小于3000mA的电流提供给电池1105。
[0096] 图12示出用于同时对电池1205充电并复原电池1205的另一电路1200。当电 池已失去容量（例如，是死亡的或接近死亡的）时，可将对电池充电并复原的过程应用于 任何电池。电路1200与来自图11的电路1100几乎完全相同，区别在于，该电路1200除 了使用电感器1225之外，还使用电池1205作为分流器。如所示出的那样，电路1100包括 第二电感器1125,其并联于振荡器1120运行，并且用于向电池1105生成中等电流（例如， 500mA-3000mA)。优选地，电路1200配置成用于将不小于500mA的电流提供给电池1205。 更优选地，电路1200配置成用于将小于3000mA的电流提供给电池1205。
[0097] 构想了甚至可将电路1200集成在电池内（或附连至电池），使得当使用通用电池 充电器对电池充电/重充电时，该电池可收到与上述相同的益处（效率和复原）。图13A 和13B示出此类实施例的示意性电路。具体而言，图13示出可嵌入在电池1305中的电路 1300。如所示出的那样，电路1300的一端连接至电池的阴极1310,而电路1300的另一端连 接至电池的阳极1315。
[009引 电路1300包括函数发生器1320、晶体管/MOS阳T1325和电感器1330。函数发生 器1320将波形提供给晶体管1325W产生一系列电流脉冲。在一些实施例中，函数发生器 1320配置成用于提供对应于电池1305的共振频率的波形，使得W对应于电池1305的共振 频率的频率馈送一系列电流脉冲经过电池1305。电感器1330配置成用于如上所述人工地 增强积极的共振振铃。图13B示出同一电路1300的示意图。
[0099] 对本领域技术人员而言显而易见的是，除已描述的那些之外的多得多的修改是可 能的，并且不背离本文中的发明理念。因此，除了在所附权利要求书的精神之内，发明主题 不受限制。此外，在解释说明书和权利要求书两者时，应当W符合上下文的尽可能广泛的形 式来解释所有术语。具体而言，术语"包括"（"comprise"和"comprising")应当被解释 为是W非排他方式指元件、组件或步骤，即指示所引用的元件、组件或步骤可W存在或被利 用，或者可W与没有明确引用的其他元件、组件或步骤组合。在说明书和权利要求书是指从 由A、B、C……和N组成的组中选出的项中的至少一个的情况下，应当将文本解释为需要来 自组中的仅一个元素，而不是A加N，也不是B加N，等等。
【主权项】
1. 一种对电池充电的方法： 确定所述电池的共振频率；以及 以对应于所述共振频率的频率馈送一系列电流脉冲经过所述电池。2. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述一系列电流脉冲包括积 极的共振振铃，所述积极的共振振铃相对于对所述电池充电是积极的。3. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述积极的共振振铃包括电 流的衰减振荡。4. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，进一步包括，人工地增强所述 积极的共振振铃。5. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，进一步包括，在馈送所述一系 列电流脉冲经过所述电池时，同时馈送直流经过所述电池。6. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，馈送所述一系列电流脉冲包 括： 在第一时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第一子集经过所述电 池； 提供持续时间的静息期，所述静息期至少与所述一系列电流脉冲的所述第一子集中的 三个连续的电流脉冲之间的时间一样长，其中，在所述静息期期间，没有电流脉冲被馈送经 过所述电池；以及 在后续的第二时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第二子集经过所 述电池。7. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述静息期具有与所述第一 时间间隔相同的持续时间。8. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，以不大于50%的占空比来操 作所述一系列电流脉冲。9. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，馈送所述一系列电流脉冲包 括：以在所述电池的所述共振频率的5%之内的频率来馈送脉冲。10. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述电池的所述共振频率是 频率范围内所述电池以接近最优的效率接受电荷时所在的频率。11. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述电池包括原电池。12. 如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述电池包括蓄电池。13. -种用于对电池充电的电路，包括第一电路，所述第一电路配置成用于以对应于所 述电池的共振频率的频率生成电流脉冲。14. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述一系列电流脉冲包括积 极的共振振铃。15. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述积极的共振振铃包括电 流的衰减振荡。16. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述第一电路包括配置成用 于人工地增强所述积极的共振振铃的电感器。17. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，进一步包括第二电路，所述 第二电路与所述第一电路耦合，并且配置成用于与所述第一电路协作以同时提供恒定电流 经过所述电池。18. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，进一步包括第三电路，所述 第三电路与所述第一电路耦合，并且用于控制所述第一电路以： 在第一时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第一子集经过所述电 池； 提供持续时间的静息期，所述静息期至少与所述一系列电流脉冲的所述第一子集中的 三个连续的电流脉冲之间的时间一样长，其中，在所述静息期期间，没有电流脉冲被馈送经 过所述电池；以及 在后续的第二时间间隔期间，以所述频率馈送所述一系列电流脉冲的第二子集经过所 述电池。19. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述静息期具有与所述第一 时间间隔相同的持续时间。20. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述第一电路配置成用于以 不大于50 %的占空比来提供所述一系列电流脉冲。21. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述第一电路配置成用于： 以在所述电池的所述共振频率的5 %之内的频率来馈送所述一系列电流脉冲。22. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述电池的所述共振频率是 频率范围内所述电池以接近最优的效率接受电荷时所在的频率。23. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述电池包括原电池。24. 如前述权利要求中任意一项所述的电路，其特征在于，所述电池包括蓄电池。
【专利摘要】发明主题提供了用于高效地对电池充电的电路和方法。在本发明的一个方面，电路包括振荡器，其以对应于电池的共振频率的频率生成一系列电流脉冲。在一些实施例中，这一系列电流脉冲包括积极的共振振铃，其相对于对电池充电是积极的。该积极的共振振铃包括响应于电流脉冲而产生的电流的衰减振荡。
【IPC分类】H02J7/04
【公开号】CN104904091
【申请号】CN201380068451
【发明人】W·J·鲍威尔, R·D·伯默尔, L·L·约翰逊
【申请人】科罗拉多能源研究技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月26日
【公告号】EP2939324A1, WO2014105954A1
最新回复(0)