[发明专利]可充电电池和充电方法

说明书

本申请是申请号为200880010129.3、申请日为2008年3月26日、发明名称为“带有具有旁路电路的集成典雅转换器的电池”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

基于例如NiCad、NiMH、碱和/或LiFeS₂化学物质的商业电化学电池单元（例如，用于AA、AAA、C和D型电池的电化学电池单元）具有在1.4V至1.8V范围内的开路电压（OCV）。取决于电化学电池单元的化学物质和由连接到电池单元上的负载所造成的消耗，商业电化学电池单元在使用期间的闭路电压（CCV）通常在1.8V至0.9V范围内。因此，常用类型的消费者便携的可用电池运行的装置常常被设计成以如下的电压水平来运行：所述电压水平与具有上文指定的化学物质类型的现货供应的电池所提供的电压/功率水平相当。较高电压的电化学一次电池和二次电池（即，可充电电池）诸如基于锂/MnO₂和锂离子化学物质的电池，一般比较低电压的电池具有较高的能量和功率密度。

发明内容

本发明公开了一种电池，所述电池具有至少一个高电压电化学电池单元，例如具有大于1.8V的额定电压的电化学电池单元，所述电池内部集成有电压转换器模块。电压转换器模块耦合到电化学电池单元的阴极和阳极集流体上。电压转换器模块和高电压电化学电池单元的其它组件包装在标准尺寸的电池中，例如标准圆柱形AAA、AA、C、以及D型电池、棱柱形电池、纽扣电池等。电压转换器模块可将由所述至少一个电化学电池单元提供的高电压减小至低电压，例如小于或等于与商业性的可用电池运行的装置相容的1.8V，或可将由电化学电池单元提供的电压升高至较高电压。

具有内部集成电压转换器模块的电池可包括一次或二次高电压电化学电池单元。在使用二次即可充电电化学电池单元的情况下，充电电流可通过设置在电池壳体上的附加电池端子或通过用于输出由电池提供的电压的同一组端子来施加；在此情况下，使用旁路机构来将通过该组端子施加的充电电流引导至电化学电池单元的电极。

通过组合高电压电化学电池单元和电压转换器模块，可延长通常由低电压标准电池供电的可用电池运行的装置的工作时间。本文所述的电池可提供平缓的放电曲线而非商业标准电池有时所表现出的倾斜的放电曲线。

在一个方面，电池包括：至少一个具有内孔的电化学电池单元；电耦合到所述至少一个电化学电池单元并且设置在内孔的一部分内的电压转换器模块，电压转换器被配置成将由所述至少一个电化学电池单元产生的第一电压转换为不同的第二电压；电耦合到电压转换器上的一组端子；以及旁路电路，所述旁路电路耦合在该组端子的端子中的一个和所述至少一个电化学电池单元之间以将从外部源施加的充电电流引导至所述至少一个电化学电池单元。

以下为在此方面的范围内的实施方案。

旁路电路被配置成将基本上全部所施加的充电电流引导至电极。旁路电路包括连接到该组端子中的至少一个端子上的二极管，该二极管还连接到电极中的至少一个电极上。该二极管为齐纳二极管和肖特基二极管中的一种。电压转换器模块包括集成电路，所述集成电路被配置成在充电电流被施加到该组端子上时被禁用。

该电池还包括被配置成生成使集成电路被禁用的信号的机构。所述至少一个电化学电池单元被配置成在十五分钟或更短的时间内被充电至所述至少一个电化学电池单元的至少90%容量的充电水平。所述至少一个电化学电池单元包括磷酸铁锂电池单元。电压转换器模块包括电子开关装置和电耦合到电子开关装置的控制器，所述控制器被配置成控制电子开关装置以导致降压转换操作和升压转换操作中的一种。

在一个附加方面，电池包括：至少一个电化学电池单元；电耦合到所述至少一个电化学电池单元并且被配置成将由所述至少一个电化学电池单元产生的第一电压转换为不同的第二电压的电压转换器模块；容纳所述至少一个电化学电池单元和电压转换器的电池壳体；电耦合到电压转换器上的一组端子；和旁路电路，所述旁路电路耦合在该组端子的端子中的一个和所述至少一个电化学电池单元之间，以将从外部源施加的充电电流引导至所述至少一个电化学电池单元。

以下为在此方面的范围内的实施方案。

旁路电路被配置成将基本上全部所施加的充电电流引导至电极。旁路电路包括连接到该组端子中的至少一个端子上的二极管，该二极管还连接到电极中的至少一个电极上。该二极管为下列之一：齐纳二极管和肖特基二极管。电压转换器模块包括集成电路，所述集成电路被配置成在充电电流被施加到该组端子上时被禁用。