[发明专利]电池维持充电的系统和方法

说明书

相关申请

本申请涉及1999年3月17日提交的、序列号60/124,726的、题为“锂离子电池的维持充电”的美国临时申请并且要求其优先权，它的公开通过参考清楚地合并在此处。背景

本发明涉及电池充电，更准确地说，涉及基于锂的电池如锂离子电池和锂聚合物电池的维持充电。

便携电气设备诸如移动电话、膝上型计算机、摄像机等需要一个或者多个电池为设备提供电力。众所周知，电池有有限的充电周期并且必须定期连接到外部充电器以便再充电。外部充电器可以包含逻辑指令，用于采用一种安全和有效的方式对电池进行再充电。或者，电子设备也可以包含用于控制电池充电过程的逻辑指令，使得不拆下电池而将整个电子设备连接到适当的电源进行再充电。该逻辑指令可以以一种借助通用处理器工作的软件来实现，或者可以驻留在专用集成电路(ASIC)上。

目前用于便携电子设备的一些电池类型包括镍-镉(Ni-Cd)、镍-金属-氢化物(NiMH)以及锂离子(Li-ion)。锂离子是一种相对较新的技术，它通常使用锂-金属-氧化物的化合物作为正电极(例如，阴极)以及基于碳的负电极(例如，阳极)。电池通过阴极和阳极之间的锂离子迁移和通过掺杂及去掺杂(de-doping)的电子交换，进行充电和放电。这些电子代表可能用来为电气设备提供电力的电流。锂离子电池系统与基于镍的电池系统相比有许多优点。例如，锂离子电池系统按重量计算有高得多的能量密度。相应地，锂离子电池系统比基于镍的电池系统轻很多并且更耐用。另外，在锂离子电池系统里没有电池-记忆效应(即，电池抵抗充电使得充电不超出最近一次充电电平的倾向)。

大多数的锂离子电池充电器使用两个时段的充电过程，其中，充电器首先以恒定电流工作，然后在恒定电压下完成充电。这种过程称为“恒流-恒压”(“CC-CV”)充电。在充电过程的第一时段，对锂离子电池施加恒定电流直到电池接近最大电压值。在第二时段，等于完全充电电池电压的恒定电压施加到电池上直到电池完全充电。锂离子电池通常有一个使用期限，大约在200到1000个充电周期之间。每次电池完全充电到最大值电压，电池的使用期限就降低。因此，有必要在锂离子电池的充电系统和方法中采用一种技术，无须对电池完全充电，而能够维护电池的高百分比容量，反过来，则会降低它的使用期限。本发明采用针对这种需要的新颖的充电技术。

另外，基于锂的电池在移动通信设备包括移动电话中的使用产生一些特别的设计方面的考虑。最初，市场需要要求移动电话在结构上很紧凑。因此，许多用户不乐意为了把智能引入电池充电器而支付附加的费用。目前，许多移动电话包括专用集成电路(ASIC)，用于调整对连接到电话机的电池进行充电的电流和电压。这样，可以通过将整个移动电话连接到一种“非智能”电流源而不拆下电池对电话机的电池再充电，电话机的ASIC中的逻辑指令控制充电过程。当电池完全充电时，电话中的开关将电话机与电源断开以便终止充电过程。这种设计所需要的开关浪费移动电话内宝贵的空间。

相应地，在用于锂离子电池充电的系统和方法的技术中还有一个需要，就是不需要智能充电器并且高效地利用空间。本发明利用新颖的电池充电系统和技术，使得能够对用于移动电话的基于锂的电池进行维持充电。

概述

本发明通过提供用于电池的新颖的充电技术以满足上述的需要。根据本发明，可以通过施加接近参考电压V_R的维持充电电压(V_M)对电池进行维持充电。最好V_R是反映电池电压由于自放电而随着时间降低的函数，V_M选定为比V_R稍低。而且最好可以在电池不被充电到它的最大电压电平的情况下对其进行维持充电，如上所述，充电到其最大电平会引起电池的使用期限缩短。因此，本发明的系统和方法必定有利于延长电池的使用期限。

本发明的一个方面包括用于电池充电的方法。本方法包括将电池充电到预定的充电电平以及在第一预定时段施加第一维持电压的步骤，其中，第一维持电压小于预定的参考电压。可以通过以下方法把电池充电到预定电平：施加恒定电流到电池直到电池达到预定电压、然后施加恒定电压直到电池达到预定充电电平。本发明还设想以迭代的方式减小预定时段内的维持电压，使得维持电压保持小于预定参考电压。因此，根据本发明，可以在第二预定时段施加第二维持电压，其中，第二维持电压小于预定参考电压。