[发明专利]用于延长锂离子和相似类型电池使用寿命的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求由Rehbock于2013年3月28日提交的、标题为“SYSTEM AND METHOD FOR EXTENDING USEFUL LIFE OF LITHIUM-ION AND BATTERIES OF SIMILAR TYPE”、序列号为13/852,441的美国申请的优先权，其与本申请共同受让并且通过援引的方式并入本文。

技术领域

本申请总地涉及电池充电电路，并且更具体地，涉及用于锂离子或相似类型电池的智能电池充电电路。

背景技术

用来对电池充电的技术应该根据正在充电的电池的化学成分来定制。例如，铅酸电池针对过度充电具有相对高的容限并且当被维持在完全充电或接近完全充电时展示出最长的使用寿命。因此，可通过将铅酸电池连接到简单充电器来对其进行充电，该简单充电器提供恒定电压或恒定电流源。恒定电压或电流可以是脉冲的或稳定的。涓流充电器长期提供少量的但却恒定的电荷以使电池“浮动”在完全充电或接近完全充电。基于计时器的充电器或汽车交流发电机在长的但却有限的时间例如一个到数个小时期间，提供适度的电荷。高速充电器在几分钟期间提供大量电荷，但是一般要求监视电池以防止过度充电。

诸如镍镉（Ni-Cd）电池的可再充电碱性和镍金属氢化物电池比铅酸电池提供更高的功率密度，但可以以与铅酸电池大致相同的方式进行充电。然而，可再充电碱性电池要求脉冲源。镍金属氢化物电池的温度可以并应该在充电期间被监视作为其充电的指示以确保其不过度充电和过热。进一步地，镍金属氢化物电池经受“记忆效应（memory effect）”，其中如果其在仅部分放电之后被重复地再充电，则其逐渐失去其最大能量容量。

锂离子或Li-ion电池甚至比镍金属氢化物电池更为功率密集并且广泛地使用在消费性电子产品（诸如平板电脑、手机和MP3播放器）、工具、电动车以及医疗、军事和航空航天应用中。最普及的化学成分是锂钴氧化物（LiCoO₂）。相似的化学成分，包括磷酸铁锂（LFP）、锂镍锰钴氧化物（NMC）、锂锰氧化物（LMO）以及钛酸锂（LTO），倾向于使用在更敏感或奇异（exotic）的应用中。

虽然非常强劲，但是锂离子电池具有两个相当大的缺点。第一，其仅可再充电有限的次数（典型地约500到1000次），这限制其使用寿命。第二，其经受被称作热失控的、具有破坏性和潜在危险的现象，如果其过度充电，则该现象发生。因此，在三个阶段中仔细地对锂离子电池充电。第一阶段是恒定电流阶段，其中恒定电流源连接到电池直到到达每电池元（cell）最大电压。第二阶段是平衡阶段，其中恒定电流的水平降低并且采用平衡电路来平衡在构成电池的电池元之间的电荷。第三阶段是恒定电压阶段，其中恒定电压源连接到电池，恒定电压源的电压等于每电池元最大电压乘以电池中的电池元的数目。

显而易见的是，镍金属氢化物和锂离子电池在充电方面要求一些策略。因此，已经开发出所谓的“智能”电池充电器（定义为能够通过修改其充电动作来对电池的条件进行响应）以安全并且仔细地对其进行充电，使得其使用寿命合理地尽可能的长。智能电池电荷通过不定期对其进行深度放电来减轻镍金属氢化物电池中的记忆效应，并且通过仔细地监视其温度和限制其充电电流和电压来防止锂离子电池中的热失控。现今智能电池充电器被广泛使用，并且预计只要从中获益的电池还在使用，则其就会继续保留。

发明内容

一方面提供了用于延长电池的使用寿命的系统和合并有该系统或方法的电池供电的设备。在一个实施例中，系统包括：（1）电荷检测器，可操作以检测包含在电池中的电荷水平，（2）使用建模器，耦连到电荷检测器并且可操作以从电荷检测器接收数据并且开发随着时间推移的电荷水平的模型以及（3）电荷激励器，耦连到使用建模器并且可操作以当电池中保留足够的电荷以延续直到可能进行完全充电时放弃对电池进行充电的机会。

另一方面提供了延长电池的使用寿命的方法。在一个实施例中，方法包括：（1）监视电池的电荷水平，（2）采用随着时间推移所监视的电池电荷水平来开发电池使用模型，（3）检测对电池进行充电的机会以及（4）采用当前电池电荷水平和电池使用模型来确定电池保留至少一些电荷直到可能的下一次完全充电的可能性。