CN104767257A

CN104767257A - 用于对电池进行充电的系统和方法

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Publication number: CN104767257A
Application number: CN201510088831.3A
Authority: CN
Inventors: 戴维·R·帕乔洛克; 托马斯·菲尼斯·约翰逊; 陈晓平
Original assignee: Schumacher Electric Corp
Current assignee: Schumacher Electric Corp
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: CN104767257B; CA2543461C; WO2005043642A2; US7808211B2; HK1102312A1; US20090206796A1; US20050088144A1; CA2543461A1; WO2005043642A3; CN1950998A; HK1211747A1; CN1950998B; US7528579B2

Abstract

本申请涉及用于对电池进行充电的系统和方法。一种高频电池充电器包括一转换器、驱动逻辑电路和控制逻辑电路。所述转换器将一DC电压变换成一高频AC电压。所述驱动逻辑电路通过一列脉冲来控制所述高频AC电压的一转换。所述控制逻辑电路调节所述转换器的输出以将电池的一充电循环最大化。将一AC输入变换成一用于对一可再充电电池进行充电的直流输出的方法包括：将一AC输入变换成一第一DC输出；将所述第一DC输出变换成一高频AC输出；将所述高频AC输出变换成一第二DC输出；和在一外负载正确地连接到一输出时，将一充电电流传递到所述负载。

Description

用于对电池进行充电的系统和方法

本申请为申请号为200480038570.4、申请日为2004年10月1日、发明名称为“用于对电池进行充电的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张与2003年10月23日申请的代理人案号12188/6相关联的美国临时申请案第60/514,407号的优先权，其揭示内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种对电池进行充电的系统和方法，且更确切地说，涉及一种对可再充电电池进行充电和监视的系统和方法。

背景技术

电池可向负载(例如引擎、照明器或收音机)供应相当长时间的电流。只要其端子之间的电位差保持接近标称值且产生充足的电流，电流就将流向负载。随着电流流动，电池驱动负载的能力减弱且可最终变得耗尽。

为了补充此损耗，可将电池连接到电源，其向电池的电极提供正电荷和负电荷两者。这些电荷建立了驱动负载所需的电位差和电流。电荷在与端子的偏压相对的方向上从一个端子传送到另一端子。实现此传送的一种器件是汽车电池充电器。

已知汽车电池充电器通过电源变压器、桥式整流器和滤波器来将120伏、60Hz AC线路转换成12伏DC输出。所述电源变压器由磁性地彼此耦合的两个分离绕组组成。第一绕组连接到120伏AC线路，且第二绕组连接到所述桥式整流器。通过选择适当的匝数比率，将AC线路电压逐步降低到12伏AC线路输出。桥式整流器将此逐降低的AC线路输出转换成经整流的输出，所述经整流的输出并非总是适用于对电池进行充电。通过用滤波器来排除经整流的输出随着时间而改变量值，来使电池充电器的输出稳定且适用于对电池进行充电。

从概念上讲，所描述的电池充电器相对简单且可便宜地制得。很多电池充电器中所需的大尺寸的电源变压器可能使得电池充电器非常沉重。其它电池充电器可能无法提供可靠充电或可靠充电终止。对电池进行过度充电可减少电池的寿命并导致危险的腐蚀性物质散发。如果电池端子通过硫酸盐来绝缘，那么一些电池充电器不会供应充足的电流来对电池进行充电。在此情况下，电池变成开电路。

发明内容

通过所附权利要求来界定本发明。此描述概括了本发明实施例的一些方面且不应用于限制权利要求书。

一种高频电池充电器包含转换器、驱动逻辑电路和控制逻辑电路。所述转换器将DC电压变换成高频AC电压。所述驱动逻辑电路通过产生一列脉冲来控制高频AC电压的转换。所述控制逻辑电路调节转换器的输出以将电池的充电循环最大化。

将AC输入变换成用于对可再充电电池进行充电的直流输出的方法包含：将AC线路输入变换成第一DC输出；将第一DC输出变换成高频AC输出；将高频AC输出变换成第二DC输出；和在负载正确地连接到充电连接器的输出时，将充电电流传递到负载。

下文结合本实施例来描述本发明的其他方面和优势。

附图说明

图1是耦合到电池的示范性高频电池充电器的方框图。

图2是耦合到电池的第二示范性高频电池充电器的方框图。

图3是第三示范性高频电池充电器的方框图。

图4是图3的示范性转换器的示意图。

图5是图3的示范性第一传感器和驱动逻辑电路的示意图。

图6是图3的示范性同步转换器的示意图。

图7是图3的示范性输出的示意图。

图8是图3的示范性调整器的示意图。

图9是图3的示范性第二传感器的部分示意图。

图10是耦合到处理器的图3的示范性第二传感器和延时器的第二部分示意图。

图11是图3的示范性隔离器的示意图。

图12是图3的示范性显示驱动器和视觉输出的示意图。

图13是示范性高频电池充电器的状态的部分示范性流程图。

图14是示范性高频电池充电器的状态的部分示范性流程图。

图15是示范性高频电池充电器的状态的部分示范性流程图。

图16是示范性高频电池充电器的示范性状态图。

图17是图3的第二示范性同步转换器。

图18说明图3的第三示范性同步转换器。

图19说明图3的第二示范性输出。

图20说明图3的部分第二示范性驱动电路。

具体实施方式

本系统和方法提供一种高效充电技术，其将电池的充电电平保持在所要的范围内。所述系统和方法可提供高频多级充电以确保电池达到并保持其全电荷水平(full chargelevel)。取决于电池类型或用户的选择，所述系统和方法的充电循环可基于对电池电压、电压变化比时间、温度变化比时间、温度变化、以全充电电压汲取的阈电流、充电时间或任何其它度量或度量的组合的监视而自动终止。

在一些系统和方法中，传感器防止充电技术对电池过度充电或在电池的端子以反向极性的方式通电或短路到一起时传递充电电流。即使在电池端子不正确地通电时，充电技术也可提供火花电阻。在一些系统和方法中，充电技术提供脉冲电荷，其可解散可能堆积在电池的电极上的污染物、化学物或硫酸盐层。

图1说明示范性高频电池充电器100。在此说明中，连续地或周期性地监视电池电压，且电传感器102连续地或周期性地感应充电电流。电流源106为充电电流提供来源，所述充电电流在控制逻辑电路104的控制下对电池110进行充电和补充。温度传感器108监视电池110温度和/或电路温度。

在示范性高频电池充电器100中，可调节充电电压或电流以将电池110的充电电平最大化。示范性高频电池充电器100可提供大电流充电，其中将最大安全安培来源提供给电池110。在大电流模式中，示范性高频电池充电器100可增加其充电电压，直到电池电压达到预定或几乎全充电电平为止。当电池电压达到所要的电平时，电流源106可为维持相对较高固定电压的吸收或接收充电提供来源，直到充电电流逐渐减少到预定阈值为止。浮动或涓流充电减少了施加到电池110的恒定电流以在不汽化电解液的情况下提供维持。均衡充电提供连续的高电压或一连串快速上升脉冲电荷，其可均衡单电池单元(battery cell)之间的平衡。均衡充电可逆转一些污染物的堆积，例如可能堆积在电池电极上的硫化物。

因为充电过程中最难的部分之一可能是正确地判定充电的终止，所以示范性高频电池充电器100可使用一个或一个以上系统或方法来终止充电循环或维持均衡充电。取决于自动或手动选择，电池充电可基于对电池电压、电压变化比时间、温度变化比时间、温度变化、以预定或全充电电压汲取的阈电流、充电时间或任何其它度量或度量的组合的监视，来自动终止充电循环。举例来说，在电池达到所要的阈电压或绝对温度时、当电池电压达到峰值或在达到所述峰值后属于一电压范围时、当电池的温度相对于时间的变化超过可编程阈值时或当时间消逝时，可发生终止。另外，还可用次级终止过程来支持初级终止过程。次级终止可包含包括上文所述的那些的任何度量或度量的组合。

图2说明第二示范性高频电池充电器200。第二示范性高频电池充电器200提供可编程电流控制器106、一个或一个以上开关210、接口204、显示器206和计量表208。开关210可用于启动示范性高频电池充电器200或选择充电模式，例如大电流充电、吸收充电、浮动充电、均衡充电或能够供应充足的充电电流以起动车辆的起动充电。当耦合到通信应用时，开关210可包括电子或机电器件，其通过并联或串联总线212来控制信号的路由选择。在此示范性高频电池充电器200中，总线212允许在器件之间转移数据。一个或一个以上开关210还可控制诊断、显示模式的选择、预定充电电流的选择(例如，2安培、10安培或另一安培数)和/或电池类型的选择。

例如软件的计算机可读媒体可提供对控制器104和其存储器的访问，从而允许用户或器件从远程位置接收或转移信息。接口204可允许用户或远程或本地器件请求服务、启动诊断、对充电时间间隔或循环进行编程、接收与电池或充电过程有关的信息或处理请求以显示结果。展示为与总线212互连的计量表208优选指示和/或将电池或充电过程的特征存储在耦合到或位于控制器104中的存储器中。控制器104可记录超时流经电池110的电流、充电电压、电池110的温度、周围温度或任何其它可记录特征。此信息可与可连接总线212的任何器件(包括车辆接口或通信链路或打印机)交换或共享。

因为图2的可编程电流控制器106、电传感器102和控制逻辑电路104(例如，控制电路)在时间和温度方面稳定且可预测，所以图2中所示的温度传感器108可测量电池110的温度、周围温度和/或控制电路的温度。温度参数可用于调节示范性高频电池充电器200的操作，包括选择充电电流或电压电平以维持电路稳定性和/或将电池110的充电电平最大化。

图3说明第三示范性高频电池充电器300。第三示范性高频电池充电器300将来自交流(AC)电源302的电功率转换成直流(DC)。转换器304将按时改变的均匀周期性输入变换成类块状波形，其在正向状态与负向状态之间按时改变。驱动逻辑电路310控制类块状波形的状态。来自驱动逻辑电路310的高输出产生正向脉冲；接着由将转换器304的输出链接到同步转换器306的变压器逐步降低的脉冲。

互连到电源302和驱动逻辑电路310的第一电流传感器308感应高电流情况。当超过高阈电流电平时，驱动逻辑电路断开且充电停止。

在正常操作期间，变压器使高频类块状波形逐步降低到预定义的振幅。通过使用一对开关，同步转换器306将类块状波形变换成所要的DC电压和充电电流电平。

第二传感器326在输出312处感应所要的DC电压或电流流动。对输出连接器316处的电压或电流的测量允许控制逻辑电路328监视并控制充电过程且确保电池不会充电不足或过度充电。

如果有缺陷的电池连接到输出控制器316，那么控制逻辑电路328可借助通过第二传感器326监视电池连接器316处的输出来检测有缺陷的电池。如果检测到有缺陷的电池，那么一些示范性高频电池充电器禁止输出电流流动以使伤害的风险最小化。其它示范性高频电池充电器选择修改过的浮动或涓流充电，其仅将安全充电电流传递预定的时间周期。如果低电池电压持续，那么电池为/可能被认为有缺陷，且充电循环被/可能被终止。在一些示范性高频电池充电器中，在检测到有缺陷的电池时，控制逻辑电路328可发出听觉或视觉警报。

通过第三传感器338来提供防止反向通电或短路输出的火花电阻保护。当电池充电端子以反向极性的方式通电或短路到一起时，第三传感器328感应所述情况并通知控制逻辑电路328。一旦被通知，控制逻辑电路328就可切断输出312，这阻止或防止发生火花。

示范性高频电池充电器300不可传递充电电流，直到调整器314的输出超过电压阈值且控制逻辑电路328感应到正确的极性和阈电池电压为止。当满足这些条件时，可通过延时逻辑电路330来启动软起动延时器。一旦延时消逝，来自隔离器332的信号就可通过唤醒驱动逻辑电路310来启动充电过程。

接口334提供控制逻辑电路与任何其它实体、任何其它器件(例如远程或本地计算机，或远程或本地终端，或车辆控制模块或计算机)或远程用户之间的连接点。视觉输出336以视觉形式提供数据或信息。出口338向一个或一个以上外负载提供辅助功率源。

图4说明示范性转换器。示范性转换器404使用两级功率转换拓扑以将120V(rms)、60Hz AC线路定标成更高电压方波。通过熔断器、瞬变抑制器和LC线路滤波器来馈送AC线路。瞬变抑制器减少电压尖峰。LC线路滤波器阻抑干扰。

全波二极管整流器将输入AC线路电压转换成经整流的输出。通过电容器C1来减少经整流的输出中的变化。穿过电容器C1的DC电压变换成高频方波。高频方波由驱动逻辑电路410来产生并定标，所述驱动逻辑电路410完成到第一变压器T1的选定初级绕组的电流路径。

如图5中所示，分别连接到节点B和C的一对开关Q1和Q2在脉冲宽度调制器U1的控制下提供电流路径。脉冲宽度调制器改变控制开关Q1和Q2的一列脉冲的持续时间。

如图5和6中所示，由第二变压器T2、一对开关Q5和Q6以及脉冲宽度调制器U1组成的高电流传感器在感应到高电流情况时切断开关Q1和Q2。通过选择适当的匝数比率(N1/N2)，经整流的电压与脉冲宽度调制器U1电隔离，且逐步降低到偏压开关Q6。当达到充足的偏压时，开关Q5和Q6打开，将脉冲宽度调制器U1的空载时间控制(DTC)输入拉高。这断开了示范性高频电池充电器300的输出。

在正常充电操作期间，第一变压器T1将高频方波逐步降低到选定的振幅。跨接图4和6的第一变压器T1在图4和5中所示的高电压电路与图5-12中所示的低电压电路之间提供电隔离。

图6中所示的一对开关Q101和Q102将逐步降低的方波变换成所要的充电电流和DC电压电平。连接到节点G的线路滤波器L101阻抑线路干扰。抽头，即节点P向5伏调整器U3(图8)供应功率，5伏调整器U3在需要时向数字电路和其它外负载供应功率。

如果电池或负载正确地连接到示范性高频电池充电器300，那么充电电流将通过图7中所示的开关Q103和Q104流到所述电池或所述负载。可由处理器组成的第二传感器在电池端子Bat+和Bat-处感应电池的输出电压或流到电池中的电流。可包括芯片上模拟-到数字转换器(on-chip analog-to-digital converter)的处理器监视并控制充电电流和电压，以确保电池不会充电不足或过度充电。在一些示范性电池充电器中，处理器包含微处理器或信号处理器，在其它示范性电池充电器中，处理器包含控制高速数据操纵的器件。

如果车辆的交流发电机对电池进行充电，那么处理器可禁止通过开关Q103和Q104的电流流动，并监视由交流发电机产生的充电电压和/或电流。如果检测到低电流或低电压情况，那么处理器可发出听觉或视觉警报，其可存储在存储器中。所述存储器可耦合到所述处理器或耦合到位于车辆中的控制器。

如果有缺陷的电池连接到示范性高频电池充电器300，那么处理器可在电池连接器Bat+和Bat-处监视充电循环。图10中所示的差动放大器U4A将通过节点H获得的经定标的充电电压与通过节点J获得的经定标的电池电压相比较。如果经定标的充电电压超过经定标的电池电压，那么可检测到潜在有缺陷的电池。一些示范性高频电池充电器在检测到有缺陷的电池时禁止输出电流流动，以使伤害用户的风险最小化。其它示范性高频电池充电器选择修改过的浮动或涓流充电模式，其仅将安全充电电流传递预定的时间周期。如果低电压在电池连接器Bat+和Bat-处持续，那么可认为负载有缺陷，且处理器可终止充电循环。

当检测到低或高电压负载时、电缆以反向极性方式连接时、充电循环完成后、依据用户的命令和在很多其它情况下，可产生终止信号。当在节点M处接收到低态有效终止信号时，充电循环终止。终止信号关闭开关Q105、Q107、Q103和Q104，这禁止充电电压和电流。

图9中所示的一对开关Q106和Q109以及图10中所示的处理器提供防止反向极性连接的火花电阻保护。当电池端子以反向极性的方式通电时，负偏压将开关Q106关闭且正偏压将开关Q109打开。负电池感应由其到负电池端子的直接连接拉高。当负电池感应被拉高时，终止信号打开开关Q105并关闭图7的开关Q103和Q104，断开示范性高频电池充电器300。同样，电池连接器Bat+和Bat-处的短路禁止充电电流并防止发生火花。

示范性高频电池充电器300可不传递充电电流，直到调整器314的输出超过低电压阈值且处理器感应到正确的极性和阈电池电压为止。当满足这些条件时，来自图11中所示的光隔离器U2的信号通过向图5中所示的脉冲宽度调制器U1提供参考电压来启动充电过程。所述参考电压可控制并调整脉冲宽度调制器U1，包括驱动开关Q1和Q2的输出的脉冲宽度和频率的持续时间。由图12中所示的驱动器U1-U4和发光二极管D1-D15所说明的视觉显示器将来自示范性电池充电器的数据或信息变换成视觉格式。所述显示器可展示图像、图表、图标、菜单和对话框，其可通过用户的触摸或本地或远程位置处的相对或绝对定点器件来选择。

如图13-16中所示，可通过一序列来说明示范性电池充电方法，所述序列可译成计算机可读或可存储媒体(例如存储器)；在例如一个或一个以上的集成电路的器件内编程；或由控制器、计算机、服务器或服务器群集来处理。如果所述方法由代码或软件来执行，那么所述代码或软件可位于一位于或连接到图3的控制逻辑电路328的存储器、通信接口、或连接或位于高频电池充电器的任何其它类型的非易失性或易失性存储器中。所述存储器可包括用于执行逻辑功能的可执行指令的有序列表。可通过数字电路、通过源代码或通过模拟电路来执行逻辑功能。所述代码或软件可在任何计算机可读或含有信号的媒体中实施，以便由或连同指令可执行系统、装置或器件使用。此类系统可包括基于计算机的系统、含有处理器的系统或另一系统，其可选择性地从也可执行指令的指令可执行系统、装置或器件中取得指令。

“计算机可读媒体”、“机器可读媒体”、“传播信号”媒体和/或“含有信号的媒体”可包含含有、存储、通信、传播或传送代码或软件以便由或连同指令可执行系统、装置或器件使用的任何构件。机器可读媒体可选择性地为(但不限于)电子、磁、光、电磁、红外线或半导体系统、装置、器件或传播媒体。机器可读媒体的实例的非详尽无遗的列表会包括：具有一个或一个以上电线的电连接、便携式磁或光碟、易失性存储器(例如随机存取存储器“RAM”、只读存储器“ROM”、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存))或光纤(光)。机器可读媒体还可包括上面打印有代码或软件的有形媒体，因为所述代码或软件可译成高级语言，其可通过扫描仪来编译和/或翻译或以其它方式处理。接着，经处理的媒体可存储在计算机和/或机器存储器中。

计算机可读媒体可对器件进行编程以执行多级充电、火花电阻、使堆积在电极上的污染物或化学物解散、执行诊断且执行故障检测。与上文所述的示范性高频电池充电器类似，本电池充电方法可用于深循环、铅酸、钙铅和汽车用或船用电池，包括凝胶电解质电池(gel electrolyte battery)。

在动作1302处，通过检测开关的状态，示范性电池充电方法开始。在示范性电池充电方法中，开关是用于控制示范性电池充电方法的执行的控制器件或自动化系统。在图13-16中，所述开关控制诊断(开关0)、显示模式的选择(开关1)、充电电流的选择(例如，2安培、10安培或引擎起动条件；开关2)和电池类型的识别(开关3)。

在动作1304处，测试诊断开始。位于存储器(其在控制逻辑电路内或耦合到控制逻辑电路)的测试自动化软件执行各种硬件和软件测试。如果发现问题，那么软件可通过听觉或视觉警报来警告用户，所述警报通常伴有诊断消息。

在动作1308处，示范性方法判定计时器是否产生中断信号。如果接收到中断信号，那么示范性方法暂停其当前操作并将控制转移到中断处理器，所述中断处理器将示范性方法指向动作1310。

在动作1310处，在返回到动作1306前，产生连续脉冲列的系统重设。

在动作1312处，示范性方法判定是否产生回避且优先于由软件和其它此类器件产生的中断请求的中断。如果产生不可屏蔽中断，那么示范性方法暂停其当前操作并将控制器转移到中断处理器，其将示范性方法指向动作1314。

在动作1314和1316处，示范性方法测量电池电压并将其写到存储器中，且重设充电时间。

在动作1318处，自动轮询过程判定第一开关的状态。如果第一开关被启动，那么用户可在动作1320处将显示器或接口定制到他们个人或所要的规格。

在动作1322处，自动轮询过程判定第二开关的状态。如果第二开关被启动，那么用户可在动作1324处选择最大充电率或对充电序列进行编程，所述充电序列可包括大电流充电、吸收充电、浮动充电、均衡充电或起动充电模式。在动作1326处，示范性方法将状态变量设为0。

在动作1328处，自动轮询过程判定第三开关的状态。如果第三开关被启动，那么用户可识别电池类型。在动作1332处，示范性方法将状态变量设为0。

在动作1334处，示范性方法判定电池电压是否超过预定阈值。在此示范性方法中，如果电池电压小于约1伏，那么示范性方法返回到动作1306。

在动作1336处，示范性方法判定是否已经设定一状态。如果已经设定一状态，那么示范性方法在动作1402处判定电池的状态。

在动作1402处，示范性方法判定电池电压是否位于预定阈值内。在此示范性方法中，处理器判定电池的电压是否大于约1伏但小于约17伏。如果电池电压位于所述阈值内，那么示范性方法在动作1404处禁止充电电流；在动作1406处清除状态变量；且示范性方法返回到动作1306。

在动作1408处，示范性方法判定状态变量是否已经设为0。如果状态变量已经设为0，那么示范性方法在动作1410处判定耦合到电池的引擎是否已经起动。如果引擎已经起动，那么在动作1412处，示范性方法在动作1412处将状态变量设为16，且示范性方法返回到动作1306。如果引擎还未起动，那么示范性方法在动作1414处设定充电率变量；在动作1416处将状态变量设为1；且返回到动作1306。

在动作1418处，示范性方法判定状态变量是否已经设为1。如果状态变量已经设为1，那么示范性方法在动作1420处初始化斜坡充电值(ramp charging value)；在动作1422处将状态设为2且返回到动作1306。

在动作1424处，示范性方法判定状态变量是否已经设为2。如果状态变量已经设为2，那么示范性方法在动作1426处将充电电流传递到电池；在动作1428处将状态变量设为3且返回到动作1306。

在动作1430处，示范性方法判定状态变量是否已经设为3。如果状态变量已经设为3，那么示范性方法判定电池电压是否已经超过预定阈值。在动作1432处，所述预定阈值为约9伏。

如果已经超过预定阈值，那么在动作1434处，示范性方法将状态变量设为4，且示范性方法返回到动作1306。如果还未超过预定阈值，那么示范性方法在动作1436处判定充电时间是否已经超过预定充电时间间隔。

在动作1436处，预定计时时间间隔为约5分钟。如果已经超过预定充电时间间隔，那么示范性方法在动作1438处将状态变量设为8并返回到动作1306。如果还未超过预定充电时间间隔，那么示范性方法返回到动作1306。

在动作1440处，示范性方法判定状态变量是否已经设为4。如果状态变量已经设为4，那么示范性方法判定电池电压是否已经超过预定阈值。在动作1442处，预定阈值为约12伏。

如果已经超过预定阈值，那么在动作1444处，示范性方法将状态变量设为5且示范性方法返回到动作1306。如果还未超过预定阈值，那么示范性方法在动作1436处判定时间是否已经超过预定充电时间间隔。

在动作1436处，预定计时时间间隔为约4小时。如果已经超过预定充电时间间隔，那么示范性方法在动作1448处将状态变量设为8并返回到动作1306。如果还未超过预定充电时间间隔，那么示范性方法返回到动作1306。

在动作1502处，示范性方法判定状态变量是否已经设为5。如果状态变量已经设为5，那么示范性方法在动作1504处判定充电时间是否已经超过预定充电时间间隔。

在动作1504处，预定计时时间间隔为约5分钟。如果已经超过预定充电时间间隔，那么示范性方法在动作1506处判定初始充电电压是否已经超过预定阈值。在动作1506处，预定阈值为约12.2伏。

在动作1508处，示范性方法判定电池电压是否已经超过预定阈值。在动作1508处，预定阈值为约14.2伏。如果电池电压已经超过约14.2伏，那么状态变量设为9且示范性方法返回到动作1306。如果在动作1508处，电池电压未超过约14.2伏，那么示范性方法返回到动作1306。

如果在动作1504处充电时间还未超过5分钟，或在动作1512处初始充电电压还未超过约12.2伏，那么示范性方法在动作1512处判定充电电压是否超过预定阈值。在动作1512处，预定阈值为约14.2伏。如果电池电压已经超过约14.2伏，那么状态变量设为14且示范性方法返回到动作1306。如果电池电压还未超过约14.2伏，那么状态变量设为11且示范性方法返回到动作1306。

在动作1518处，示范性方法判定状态变量是否已经设为8。如果状态变量已经设为8，那么示范性方法在动作1520处中止充电方法；在动作1520处显示消息；在动作1524处清除状态变量；且返回到动作1306。

在动作1526处，示范性方法判定状态变量是否已经设为9。如果状态变量已经设为9，那么示范性方法在动作1528处启动脱硫方法。

在动作1528处，示范性方法判定充电时间是否超过预定充电时间间隔。在动作1528处，预定计时时间间隔为约5分钟。

如果已经超过预定充电时间间隔，那么示范性方法判定电池电压是否已经超过预定阈值。在动作1532处，预定阈值为约14.2伏。如果电池电压已经超过约14.2伏，那么将状态变量设为0且示范性方法返回到动作1306。如果在动作1532处，电池电压还未超过约14.2伏，那么示范性方法判定充电时间是否超过预定充电时间间隔。在动作1536处，预定计时时间间隔为约10小时。

如果在动作1536处，充电时间超过约10小时，那么在动作1538处，将状态变量设为8且示范性方法返回到动作1306。如果在动作1536处，充电时间没有超过约10小时，那么示范性方法返回到动作1306。

在动作1540处，示范性方法判定状态变量是否已经设为11。如果状态变量已经设为11，那么示范性方法在动作1542处监视电池的电压随着时间的变化率。

在动作1544处，示范性方法判定充电时间是否超过最大充电时间间隔。如果在动作1554处，预定充电时间间隔已经超过最大阈值，那么示范性方法将状态变量设为8且返回到动作1306。

在动作1548处，示范性方法判定电池电压是否超过最大阈值。如果电池电压没有超过最大阈值，那么示范性方法将状态变量设为12，且示范性方法返回到动作1306。如果电池电压超过最大阈值，那么示范性方法在动作1550处判定电池是否维持恒定电压。如果在动作1550处，电池维持恒定电压，那么示范性方法返回到动作1306。如果电池没有维持恒定电压，那么将状态变量设为12，且示范性方法返回到动作1306。

在动作1554处，示范性方法判定状态变量是否已经设为12。如果状态变量已经设为12，那么示范性方法在动作1556处监视电池的电流随着时间的变化率。

在动作1558处，示范性方法判定电池是否可驱动恒定电流或最小电流。如果在动作1558处，电池可驱动恒定或最小电流，那么示范性方法在动作1546处将状态变量设为13并返回到动作1306。

在动作1562处，示范性方法判定最大充电时间是否已经超过预定最大充电时间。如果最大充电时间已经消逝且示范性方法还未预先执行此分支指令，那么示范性方法在动作1564和1562处将充电电压降低并将预定的最大充电时间增加预定时间周期。如果在动作1564处，示范性方法预先执行了分支指令，那么示范性方法将状态变量设为13并返回到动作1306。

如果在动作1562处，最大充电时间还未超过预定最大充电时间，那么示范性方法返回到动作1306。

在动作1566处，示范性方法判定状态变量是否已经设为13。如果状态变量已经设为13，那么示范性方法在动作1568处启动充电方法的结束。

在动作1570处，示范性方法判定充电时间是否超过被称为充电时间的终点的预定充电时间间隔。如果充电时间已经超过充电时间的终点，那么示范性方法在动作1572处将状态变量设为14并返回到动作1306。如果在动作1570处，充电时间还未超过充电时间的终点，那么示范性方法返回到动作1306。

在动作1574处，示范性方法判定状态变量是否已经设为14。如果状态变量已经设为14，那么示范性方法在动作1576处维持其充电状态并返回到动作1306。

在动作1578处，示范性方法判定状态变量是否已经设为16。如果状态变量已经设为16，那么示范性方法在动作1580处初始化引擎起动例行程序。在动作1582处，示范性方法初始化充电。在动作1584处，示范性方法初始化所述充电。在动作1584处，示范性方法传递足以起动车辆的高电流输出。在动作1586处，示范性方法将状态变量设为17并返回到动作1306。

在动作1590处，示范性方法判定状态变量是否已经设为17。如果状态变量已经设为17，那么示范性方法在动作1592处判定充电时间是否已经超过预定充电时间间隔。在动作1592处，预定充电时间间隔为约15分钟。如果预定充电时间间隔已经超过约15分钟，那么示范性方法在动作1594处停止充电；将状态变量设为0并返回到动作1306。

如果预定充电时间间隔已经超过约15分钟，那么示范性方法在动作1598处判定在充电停止时电池是否下降预定阈值。在动作1598处，阈值为约1伏。如果电池下降约1伏，那么示范性方法将状态变量设为19并返回到动作1306。如果电池电压没有下降约1伏，那么示范性方法返回到动作1306。

在动作1602处，示范性方法判定状态变量是否已经设为19。如果状态变量已经设为19，那么示范性方法在动作1604处判定充电时间是否已经超过预定充电时间间隔。在动作1604处，预定充电时间间隔为约8秒。如果预定充电时间间隔小于约8秒，那么示范性方法将充电脉冲的正向状态设为约8秒并接着返回到动作1306。如果预定充电时间间隔小于约8秒，那么示范性方法将状态变量设为20并返回到动作1306。

在动作1610处，示范性方法判定状态变量是否已经设为20。如果状态变量已经设为20，那么示范性方法在动作1612处判定充电时间是否已经超过预定充电时间间隔。在动作1612处，预定充电时间间隔为约240秒。如果预定充电时间间隔小于约240秒，那么示范性方法将充电脉冲的正向状态设为约240秒，并接着返回到动作1306。如果预定充电时间间隔小于约240秒，那么示范性方法将状态变量设为16并返回到动作1506。

图17说明可与上文所述的示范性系统和方法一起使用的第二示范性同步转换器。在此替代中，Q101和Q102越过变压器T1的次级绕组而连接且参考到接地。当控制信号供应到所述次级绕组时(例如当Q101的栅极较高且Q102的栅极较低时)电流流经R102、R104和R106，将Q104打开，同时Q102关闭。由于Q101打开，电流流经Q101、L101、中心抽头和L101到达节点G。同样，当将Q102的栅极驱动到高时，将Q101的栅极驱动到低且电流流经Q102、L103、中心抽头和L101到达节点G。与上文所述的实施例类似，节点P将功率供应到5伏调整器U3(图8)，其可在需要时将功率供应到数字电路和其它外负载。

图18说明可与上文所述的示范性系统和方法一起使用的第三示范性同步转换器。在此示范性替代中，同步转换器可感应AC电源何时从所述高频电池充电器断开。

如图所示，节点X通过光隔离来监视AC线路。当AC电源出现时，对Q17和Q18加偏压以使其打开，允许同步整流器晶体管Q12-Q15对逐步下降的电压进行整流。如果AC电源被中断，那么对Q17和Q18加偏压以使其关闭，这不管次级偏压如何而关闭同步整流器晶体管Q12-Q15。在图18中，使用多个同步整流器晶体管，这允许高频电池充电器向外负载供应更高电流。在此配置中，在替代实施例中还可使用两个或两个以上平行同步整流器开关以供应更多或更少电流。

图19说明可与上文所述的示范性系统和方法一起使用的替代示范性输出。在此替代中，晶体管Q51平行耦合到高电流输出开关，所述输出开关可为继电器。所述继电器允许相对较低的功率信号在节点M处被接收，以将高电流发送到例如电池的外负载。借助通过节点X将晶体管Q51的基极连接到脉冲宽度调制的源极来达到高分辨率输出。驱动晶体管Q51的脉冲的频率和/或持续时间可提供对外负载供应的充电电流的电平进行的大或无限控制。尽管此类控制可用于吸收充电、绝对充电、浮动充电或均衡充电模式(如图所示)，但当Q51的发射器耦合到分离或次级充电电源时，高分辨率控制还可用于大电流充电或起动充电模式。

在一个示范性实施例中，处理器和/或脉冲宽度调制器驱动Q51和Q5的基极。在此实施例中，节点Y可连接到变压器T1的次级绕组的负输出，且节点G可连接到变压器T1的次级绕组的正输出。

图20说明可与上文所述的示范性系统和方法一起使用的部分代替示范性驱动电路。在一个示范性实施例中，图20可替换图5的U1、C6、C107、C108、R121、R122、R30、R31、C11、Q5和Q6，节点Z耦合到控制电路或处理器，且节点W耦合到R123。

在此部分替代驱动电路中，开关Q5通过将电容器C11切换到电路中或从电路中切出来控制驱动逻辑电路的回应时间。当需要高频电池充电器快速回应电流瞬变或连续高电流情况时，对Q60加偏压以使其关闭。当Q60关闭时，C11从电路中移除，这降低了与脉冲宽度调制器U1的空载时间控制(DTC)输入相关联的时间常数。当对电流尖峰的保护结束时，需要要求快速反应的瞬变和/或其它情况，可对空载时间控制进行设定或编程以提供从0％到约100％的空载时间。

在正常操作情况下，对Q60加偏压以使其打开，将C11带进电路。有了C11在电路中，通过将C11连接到R26，空载时间控制单元提供小空载时间。在示范性实施例中，当示范性高频电池充电器向外负载供应或驱动小充电电流时，对Q60加偏压以使其打开。电容器的添加使得驱动逻辑电路对电流瞬变更稳定。在低电流充电模式中，火花可能不会对用户造成危险，因为高频电池充电器可能不会供应连续或短暂高电流。因此，可能不需要阻抑或关闭高频电池充电器的输出。

然而，当高频电池充电器供应高电流(例如大电流或起动电流)时，示范性驱动电路可能需要反应更迅速的空载时间控制，以改进脉冲宽度调制器U1和高频电池充电器的频率回应。在高电流供应情况下，可能需要通过断开示范性高频电池充电器的输出来更快地对电流变化和电流尖峰作出回应。

示范性系统和方法将AC线路电压转换成高频方波，接着通过单个高频变压器将所述高频方波变换成所要的DC电压电平。在一些替代示范性电池充电器中，可使用两个或两个以上高频变压器。在一些示范性高频电池充电器中，多个高频变压器同时操作以产生充电电流。在其它示范性高频电池充电器中，分离的高频变压器专门地操作以根据选定的充电模式产生不同的充电电流。

很多其它代替也可包含在实施例内。这些实施例可在不同电池类型之间选择，在判定何时启动引擎起动模式时检测压降；在测试或充电模式期间判定并显示电池的充电电平或百分率充电电平；在充电循环中判定并显示剩余充电时间；计算并显示流到电池的电流或电荷的量(例如，通过数字电流值)；具有可在功率被中断时启动的自动起动和停止充电能力；具有自动电压(例如6或12伏)或电池类型检测，具有可变超时故障检测；比较在不同时间间隔中测量的电池电压以检测电池故障，且具有电流斜坡功能以对电池进行快速充电。另外，上文所述的实施例中的每一者均可包括具有限制射频信号的传输的截止频率或通频带的接地和输出滤波器或噪声滤波器。

上文所述的高频电池充电器描述很多特征和功能。在上文所述的示范性电池充电器的任何一者中，特征和功能的任何组合可包括在附图中所说明的或上文所述的示范性高频电池充电器或方法的任何一者内。此外，虽然已经在汽车用和船用应用中描述了示范性高频电池充电器，但本发明可用于任何其它应用。每个应用可使用分离的监视电缆来监视传递到负载的充电电流和电压，或如图7中所示，将监视电缆与各个充电输出相连接。

上文所述的电池充电器可连接很多网络，例如公众可访问(例如，互联网)或私人可访问网络(例如，WAN、LAN)。电池充电器还可连接一个或一个以上车内数据网络。此类网络可包括多个总成线数据链路(ALDL)总线、娱乐和舒适总线(E&C)、控制器局域网络(CAN)或任何车内数据网络的组合。当连接到车内数据网络时，上文所述的电池充电器可接收和/或发出命令；监视车辆或电池充电器功能；且启用车辆和充电器功能性。此外，与均衡充电类似，大电流充电模式、吸收或接收充电模式和浮动或涓流充电模式可在一些示范性高频电池充电器中提供连续或模拟充电或具有恒定或不定振幅的一连串脉冲充电。此类充电可逆转可能堆积在电池的电极上的污染物堆积。

上文所述的系统和方法提供高效高频电池充电器，其将电池的充电电平维持在所要的范围内。所述系统和方法提供高频多级充电以确保电池达到并保持其全电荷水平。取决于电池类型或用户的选择，所述系统和方法的充电循环可自动终止。保护高频充电器的输出使其免受短路、高度放电电池和有缺陷电池的损害。高频电池充电器提供脉冲充电，其可解散可能堆积在电池电极上的污染物、化学物或硫酸盐层。

虽然已经描述了本发明的一些实施例，但应明了，可能有更多实施例和实施且其属于本发明的范畴内。希望以上详细描述被认为是说明性的而不是限制性的，且应了解，所附权利要求书包括所有均等物意欲界定本发明的精神和范畴。

Claims

1.一种高频电池充电器，其包含：

一转换器，其将一DC电压变换成一高频AC电压；

一驱动逻辑电路，其通过产生一列脉冲来控制所述高频AC电压的一转换；和

控制逻辑电路，其调节所述转换器的一输出以将一电池的一充电循环最大化。

2.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其中所述转换器包含一高频变压器。

3.根据权利要求2所述的高频变压器，其进一步包括一用于将一电源耦合到所述转换器的开关。

4.根据权利要求3所述的高频变压器，其进一步包含一第二开关和一第三开关，所述第二开关和所述第三开关向一初级绕组提供一电流路径，所述第二开关和所述第三开关直接连接到所述初级绕组。

5.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其中所述控制逻辑电路经编程以提供一大电流充电、一吸收充电、一维护充电、一浮动模式监视和一脱硫充电。

6.根据权利要求5所述的高频电池充电器，其中所述脱硫充电包含一连串脉冲电荷，其逆转一负载的电极上的一污染物堆积。

7.根据权利要求5所述的高频电池充电器，其中所述脱硫充电包含一连串脉冲电荷或一高充电电压，其逆转一负载的电极上的一污染物堆积。

8.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其中所述高频充电器包括一传感器，所述传感器在一反向极性连接中提供火花电阻保护。

9.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其进一步包含一耦合到所述控制逻辑电路的开关，用于仅在一负载正确地连接到输出充电连接器时将一充电电流传递到所述负载。

10.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其进一步包括一计量表，所述计量表测量一充电电流。

11.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其中所述转换器和驱动器与所述控制逻辑电路光隔离。

12.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其进一步包含一第二转换器，所述第二转换器将所述高频AC电压变换成一第二DC电压。

13.根据权利要求12所述的高频电池充电器，其中所述第二转换器包含一桥式整流器。

14.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其进一步包含一耦合到所述控制逻辑电路的显示器。

15.根据权利要求1所述的高频电池充电器，其进一步包含一传感器，所述传感器通过监视一流经一高频变压器的电流来控制所述驱动逻辑电路。

16.根据权利要求15所述的高频电池充电器，其中所述传感器通过监视流经所述高频变压器的一初级绕组的所述电流来控制所述驱动逻辑电路。

17.根据权利要求15所述的高频电池充电器，其进一步包含一同步转换器，所述同步转换器将所述高频AC电压变换成一低频直流电。