用于在锂离子快速充电期间为了更好的功率流效率而重新使用脉冲放电能量的方法技术

公开了一种用于利用来自输入电源的电压对电池进行充电的电池充电器及其使用的方法。在一个实施例中，电池充电器包括：电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动电池以及用于在脉冲充电序列期间以升压模式操作时，反转来自电池的功率流；以及能量存储组件，该能量存储组件耦合到电源路径以用于当电路级以升压模式操作时，捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在锂离子快速充电期间为了更好的功率流效率而重新使用脉冲放电能量的方法
本专利技术的实施例涉及用于计算系统的可充电电池领域；更具体地，本专利技术的实施例涉及捕获和重新使用在用于对电池充电的脉冲充电序列期间生成的放电能量。
技术介绍
对电池进行快速充电是现在任何高性能便携式计算机系统的主要要求。目前正在使用许多快速充电方法。其中，脉冲充电是在依次提供这样一种方法，其中，在另一个驱动电荷脉冲之前，高电流电荷脉冲之后是静止期和放电脉冲。这样可以在不影响电池寿命的情况下快速充电。有研究表明，与750次循环后以相同速率充电的脉冲充电相比，传统直流(DC)充电的电池容量减少了25％。脉冲充电中的放电脉冲有助于在电池内适当地分配电荷，并在施加下一个高电流电荷脉冲之前将电池阻抗保持在最小。如果没有先前的放电脉冲，电池将在充电期间以较高的电压操作，消耗更多的功率，并使电池保持在较高的温度。这可能导致晶体生长，金属晶体形成和电池内阻增加，进而导致发热、电池充电效率差、电池容量变差和电池寿命变短。尺寸放电脉冲通常约为电荷脉冲持续时间的2％，但大于电荷脉冲幅度的两倍。最近发布的支持快速充电的充电器使用外部功率耗散电阻器与串联开关相结合来实现放电脉冲。需要通过此类电路消耗的功率可以是充电功率本身的5％或更多。这给在快速充电期间可能已经在边界处操作的热解决方案带来了相当大的负担。由于整体系统损耗和电池本身的损耗，由于皮肤温度和电池温度限制，这还可以将充电速率限制到较低水平。如今大多数带有1S电池的便携式计算设备使用降压型充电器，该充电器从标准通用串行总线(USB)或USBC型连接器中获取输入功率。它还具有反向升压特性，在从设备连接到USB端口的情况下，用于从电池往回向USB端口供电。这通常称为反向升压功能。驱动电池和系统的相同电源路径用于升压模式中的反向电源。由于使用相同的高功率路径，因此可以实现高转换效率。高功率计算设备(诸如超级本、二合一计算设备和工作站)通常配备2S、3S或4S电池。随着USB-C获得牵引力，需要降压升压型充电器，该充电器可以获得4.5V至21V的输入电压，并将输出电压调节到2S-4S电池电压范围。降压升压型充电器固有地支持任一方向的功率流，而不管两侧的电压电平如何。附图说明从以下给出的详细描述并从本专利技术的各实施例的附图，可更全面地理解本专利技术，然而这些详细描述和附图不应当被理解为将本专利技术限于具体的实施例，而是仅用于解释和理解。图1是电池充电器电路的一个实施例。图2是降压-升压型充电器电源电路的一个实施例。图3是电池充电过程的一个实施例的流程图。图4是描绘放电-充电-静止序列的一个实施例的另一流程图。图5是计算系统的一个实施例的框图。具体实施方式在以下描述中，阐述了众多细节以提供对本专利技术的更透彻解释。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本专利技术。在其他实例中，公知的结构和设备以框图形式而非详细示出，以避免模糊本专利技术。公开了重新利用脉冲充电序列期间产生的放电能量的技术。在一个实施例中，这可以在不向系统添加任何附加有源部件的情况下来完成，同时将功率损耗降低25％以上(基于典型充电器中典型的10％转换损耗和无源放电电路中的5％或更多损耗)。更具体地，在脉冲充电方法中，来自电池的一部分能量在使用放电脉冲期间在电阻器(例如，FET)中消散。通过使用反向功率流特征，可以捕获在脉冲充电序列的放电脉冲期间来自电池的能量并将其存储在能量存储组件(例如，充电器输入电容器)中而不是将其耗散。然后，该存储的能量用于在下一个充电脉冲期间对电池进行充电。在一个实施例中，现有的充电器组件用于捕获放电的能量。在一个实施例中，电池充电器的输入电容器用于捕获放电能量，该电池充电器已经起到将输入电源与电池隔离的作用。然而，在一个实施例中，该电容器的值增加。这在图1和图2中显示为电容器C1。可以使用其他尺寸的电容器。注意，虽然图1和图2示出了电容器C1作为单个电容器，但是它可以实现为并联耦合的多个电容器。现有的解决方案浪费了放电功率，而这种想法重新利用了大部分放电功率，因此是更环保的解决方案。有效的效率提高可以在4％的范围内。在一个实施例中，所公开的技术耗散少了25％的热量，这使得对于给定的热解决方案(由皮肤温度极限和电池温度极限控制)充电要快得多。公开了一种电池充电器，用于利用来自输入电源的电压对电池进行充电。在一个实施例中，电池充电器包括：电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动电池以及用于在脉冲充电序列期间以升压模式操作时，反转来自电池的功率流，以及能量存储组件(例如，电容器)，该能量存储组件耦合到电源路径以用于当电路级以升压模式操作时捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。在一个实施例中，用于捕获脉冲放电能量的电容器是电池充电器的输入电容器，该输入电容器隔离用于对耦合到电池充电器的电池进行充电的输入电源并提供与该输入电源的去耦。因此，电容器充当两种功能。在一个实施例中，电源路径包括降压级，该降压级可操作用于在一种模式下将来自输入电源的输入电压转换为电池电压电平，并且在脉冲充电序列的放电脉冲期间以另一种模式(例如，升压模式)操作以用于将功率流反转为来自电池。在一个实施例中，降压级包括一对晶体管，所述一对晶体管由控制器控制以用于在放电脉冲期间改变它们的开关模式，以允许利用脉冲放电能量对能量存储组件(例如，电容器)进行充电。在一个实施例中，降压级在升压模式下继续，直到能量存储组件上的电荷达到阈值(例如，能量存储组件的最大允许电荷水平)或放电脉冲已经完成。图1是电池充电器电路的一个实施例。参照图1，电池充电器电路包括降压型充电器集成电路(IC)中的电源电路，该电源电路具有降压充电器级103。输入电源VIN101耦合到金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q1。在一个实施例中，VIN101是来自通用串行总线(USB)端口或交流电(AC)砖。MOSFETQ1将VIN101连接到由MOSFETQ2和Q3制成的充电器降压级103。在转换器模式下操作，充电器降压级103将输入电压(例如，5V、12V)转换为电池电压电平，以用于在脉冲充电序列期间控制充电电流。充电器降压级103经由电感器L1耦合到电压供应路径VSYS105、电容器C2和电池开关106。电池开关106用于将电池104耦合到VSYS105并且用于输入VIN101。在一个实施例中，开关106包括MOSFETQ4，称为BATFET。因此，当向电池104提供电荷时，功率路径经由MOSFETQ1、降压级103、电感器L1和MOSFETQ4从VIN101进入电池104。MOSFETQ1(所示的体二极管D)的功能是阻止来自电池104通过MOSFETQ2的体二极管D的反向电流。也就是说，MOSFETQ1隔离VIN101和电池104并提供它们之间的去耦。相同的降压转换器用作反向升压转换器，该反向升压转换器具有作为电池104的源用于连接到VIN101的负载。在脉冲充电序列期间，当需要施加来自电池104的电池放电脉冲时，转换器模式改变为反向升压模式，并且从电池104汲取所需电流。在此期间，MOSFETQ1保持截止。在升压模式中从电池104获取的能量将电容器C1充电到比VIN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于用来自输入电源的电压对电池进行充电的电池充电器，所述电池充电器包括：电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动所述电池，并且在所述脉冲充电序列期间以升压模式操作时反转来自所述电池的功率流；以及能量存储组件，所述能量存储组件耦合到所述电源路径以用于当所述电路级以所述升压模式操作时，捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.03 US 15/283,7301.一种用于用来自输入电源的电压对电池进行充电的电池充电器，所述电池充电器包括：电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动所述电池，并且在所述脉冲充电序列期间以升压模式操作时反转来自所述电池的功率流；以及能量存储组件，所述能量存储组件耦合到所述电源路径以用于当所述电路级以所述升压模式操作时，捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。2.如权利要求1所述的电池充电器，其特征在于，所述能量存储组件包括电容器。3.如权利要求2所述的电池充电器，其特征在于，所述电容器是输入电容器，所述输入电容器能操作用于当所述输入电源耦合到所述电池充电器时，隔离所述输入电源并提供与所述输入电源的去耦。4.如权利要求1所述的电池充电器，其特征在于，所述电源路径包括降压级，所述降压级能操作用于将来自所述输入电源的输入电压转换为电池电压电平，所述降压级能在所述脉冲充电序列的放电脉冲期间以所述升压模式操作以用于将所述功率流反转为来自所述电池。5.如权利要求4所述的电池充电器，其特征在于，所述降压级包括一对晶体管，所述一对晶体管被控制以在所述放电脉冲期间改变它们的开关模式，以允许利用所述脉冲放电能量对所述能量存储组件充电。6.如权利要求4所述的电池充电器，其特征在于，所述降压级能操作用于继续在升压模式中，直到所述能量存储组件上的电荷达到阈值或者放电脉冲已经完成。7.如权利要求6所述的电池充电器，其特征在于，所述能量存储组件包括电容器，并且进一步包括监视器电路，用于监视由所述电容器所收集的电压，以用于确定所述电容器是否已达到所述阈值。8.如权利要求4所述的电池充电器，进一步包括升压级，所述升压级耦合到所述降压级以形成降压-升压充电器功率级。9.一种用于用来自输入电源的电压对电池进行充电的电池充电器，所述电池充电器包括：一个或多个电路级，耦合在一起以在脉冲充电序列的不同时间作为降压转换器和反向升压转换器来操作，所述一个或多个电路级用于：当在所述脉冲充电序列期间利用电荷脉冲对所述电池进行充电时作为降压转换器来操作，并且作为反向升压转换器来操作以所述电池汲取电流，作为所述脉冲充电序列期间脉冲放电的一部分；以及能量存储组件，所述能量存储组件耦合到所述电路级以用于当所述电路级作为反向升压转换器来操作时，在所述脉冲充电序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·贝比，S·R·莱拉，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US