CN103000953A - 可充电电池和充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可充电电池和充电方法。该电池包括：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；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。

Description

可充电电池和充电方法
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。
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、以及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下列之一：降压转换操作和升压转换操作。
在另一方面，本发明公开了用于对可充电电池充电的方法，所述电池具有容纳至少一个电化学电池单元的电池壳体、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、以及被提供第二电压的一组端子，所述方法包括通过该组端子从外部源施加充电电流、通过旁路电路将所施加的充电电流引导至耦合到所述至少一个电化学电池单元的电极使得充电电流绕开电压转换器模块、以及用充电电流对所述至少一个电化学电池单元充电。
在此方面的范围内的一个实施方案中，通过旁路电路将充电电流引导至电极包括将基本上全部所施加的充电电流引导至电极。
本发明一个或多个实施方案的细节阐述于附图和以下说明中。通过阅读说明书、附图以及权利要求书，本发明的其它特征、目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A为带有集成电压转换器模块的电池的剖面图。
图1B和1C为图1A的剖面图的部分的放大视图。
图1D为可施加到图1A至1C所示的电池上的充电特征的一个示例性实施方案。
图2为图1A至C所示的电池的内部构型的方框图。
图3为图1和2的电压转换器的物理布局的一个示例性实施方案的横截面视图。
图4为图3的电压转换器模块的方框图。
图5为图4的电压转换器模块的电路示意图。
图6为使用LTC3411集成电路实施的电压转换器模块的一个示例性实施方案的电路示意图。
图7为将图1A至C的电池的电化学电池单元产生的内部电压转换为要施加到可用电池运行的装置上的外部电压的规程的一个示例性实施方案的流程图。
图8A为带有集成电压转换器的可充电电池的一个示例性实施方案的内部构型的方框图。
图8B为带有集成电压转换器的可充电电池的另一个示例性实施方案的内部构型的方框图。
图9为连接到图8A的可充电电池的充电器装置的一个示例性实施方案的方框图。
图10为将图8A的可充电电池再充电的充电规程的一个示例性实施方案的流程图。
图11为带有升压配置集成电压转换器的电池的电路示意图。
图12为降压/升压转换器的一个示例性实施方案的电路示意图。
图13为带有集成电压转换器和旁路电路的可充电电池的一个示例性实施方案的电路示意图。
图14为带有集成电压转换器和旁路电路的可充电电池的另一个示例性实施方案的电路示意图。
图15为图14的电路以正向模式运行时所产生的电流波形的一个示例性实施方案的曲线图。
图16为图14的可充电电池的电路示意图，描述以超控模式运行的电池。
图17为描述图16的电路以超控模式运行的曲线图。
具体实施方式
参见图1A，其显示了具有大致常规外部构型（此处对应于“AA型电池”）的电池10。电池10引入了至少一个高电压电化学电池单元和内部电压转换器40（例如，描述于图2中）。电池10可为二次电池单元（或电池）或一次电池单元（电池）。一次电化学电池单元意味着仅放电（例如至耗尽）一次，然后被废弃。一次电池单元不打算再充电。一次电池单元描述于例如David Linden的Handbook ofBatteries（McGraw-Hill，第2版，1995）中。二次电化学电池单元可以被多次再充电，例如超过五十次、超过一百次或更多次。在一些情况下，二次电池单元可包括相对坚固的分隔体，例如具有许多层的那些和/或相对较厚的那些。二次电池单元还可设计成使其能适应可能在电池单元中发生的变化，如溶胀。二次电池单元描述在例如Falk&Salkind的“Alkaline Storage Batteries”(John Wiley&Sons，Inc.1969)；美国专利345,124；和法国专利164,681中，这些专利均据此以引用方式并入本文。
在一些实施方案中并且如下文所详述，电池10为可充电（或二次）锂离子电化学电池单元，该电池具有石墨阳极材料或钛酸锂阳极材料、以及适于使可充电电池快速再充电的磷酸铁锂阴极材料（例如，电池能够在十五分钟或更短的时间内达到电池的充电容量的大约80%至90%的充电水平）。此外，虽然图1A显示的是圆柱形AA型电池，但也可将内部电压转换器引入到其它类型的圆柱形电池、以及棱柱形电池、纽扣电池等等中。电池10包括电池壳体12，其中设置了构成电池10的所述至少一个电化学电池单元的卷绕电极和分隔体堆叠果冻卷结构14。果冻卷结构通常包括与负极引线电接触的阳极、与正极引线电接触的阴极、分隔体、以及电解质。阳极、阴极、分隔体、以及电解质均包含在外壳内。电解质包括一种或多种溶剂和至少部分地溶解于所述溶剂体系中的盐。
在图1A至C所示的实施方案中，果冻卷结构14限定中心内孔15，所述内孔沿卷饼结构14的纵向轴线延伸并且在其中放置了包含DC-DC转换器40的电路的转换器外壳16。DC-DC转换器40被配置成将由电池10的电化学电池单元产生的第一电压转换为所需的提供给要使用电池10的可用电池运行的装置的第二电压。在一些实施方案中，转换器外壳16为中空圆柱形管，其在末端密封并且被配置成接纳DC-DC电压转换器电路。
果冻卷结构14通过邻近电池10的正导电端子20定位的导电插片18、以及邻近负帽端子24连接的插片22连接到DC-DC电压转换器40上（正端子和负端子为用来将由电池10产生的电压/电流施加到可用电池运行的装置上的端子）。插片18和22分别连接到电池10的阴极和阳极电极上。
参见图1B和1C，两个附加插片，即插片19和23，机械地将转换器外壳16固定到电池壳体12和邻近负帽端子24定位的安全排气盘26上。在一些实施方案中，插片19和23通过将插片分别焊接到壳体12和盘26上而固定到电池壳体12和/或排气盘26上。插片19和23也被配置成将电压转换器模块40分别电耦合到端子20和24。如下文所详述，因此可将由电压转换器模块40转换的电流/电压提供给电池10的外部端子20和24，可用电池运行的装置可与所述端子建立电接触。
电池10还包括设置在圆柱形电池壳体12的末端的顶部绝缘体28和底部绝缘体30。顶部绝缘体和底部绝缘体28和30可防止从果冻卷结构14发生渗漏。电池10也包括用来将负帽24与构成电池10的电化学电池单元的果冻卷结构绝缘的非导电聚合物密封件32、以及绝缘垫圈34。
紧靠负端帽24设置的是PPTC元件36（“聚合物正导热系数”元件）。电池19也包括绝缘包裹物38，所述包裹物覆盖电池壳体12的外部以将电池10与外部杂散电流和电荷绝缘。
一般来讲，为了制造电池10，可在将果冻卷结构在芯轴上卷绕之后，将电压转换器模块（诸如转换器40）设置在果冻卷结构14的中心中。将分别从卷绕在果冻卷结构中的阴极和阳极延伸的插片18和22连接到电压转换器模块上。将图1B和1C所示的从转换器外壳16延伸的插片19和23焊接到或换句话讲连接到电池的壳体12和排气盘26上。转换器模块和果冻卷结构位于电池壳体内部。在完成了所有连接之后，将果冻卷结构14填充上电解质并且卷曲起来。一旦装配好了电池，即可将电池充电。
参见图1D，其显示了可施加到电池10上的充电特征。该充电特征（有时称为形式循环）包括施加到电池上的电压电位的逐渐且小增量的增加。具体地讲，在一些实施方案中，施加到电池上的电压水平在大约2小时（120分钟）的时间内从例如1.5V的初始值上升至3.25V的值。施加到电池上以初始地将电池充电（即，在其被制造好之后）的逐渐增加的电压可防止对电池10的电化学电池单元造成损害并且可将电池充电，以便当电池被使用时，由电池10输出的电压可保持基本上恒定，直到电化学电池单元的初始充电量中的大部分被耗尽。
参见图2，电池10包括内部阴极端子42和阳极端子44，它们电耦合到所述至少一个电化学电池单元（例如，果冻卷结构14）。发生在果冻卷结构14内的电化学交互作用可导致形成在阴极42和阳极44处的内部第一电压Vi，所述电压然后被提供给电压转换器40。内部第一电压取决于电池的化学物质，并且可具有在1.8V至4.4V范围内的值。内部第一电压Vi被提供给集成电压转换器模块40。如上文关于图1A所述的那样，集成电压转换器40设置在电压转换器外壳16内，并且通过插片18和22电耦合到电化学电池单元，所述插片分别连接到阴极42和阳极44上。如将在下文中显而易见的那样，电压转换器模块40可将内部电压Vi转换为运行可用电池运行的装置（例如，手电筒、移动电话、照相机等）所需的外部第二电压水平Ve。在一些实施方案中，外部第二电压具有在例如1.2V至1.5V范围内电压水平。DC-DC电压转换器模块40也可被配置成增大形成在阴极42和阳极44处的电压水平。
在一些实施方案中，转换器40至少部分地基于使用者所指定的输入将DC内部电压Vi转换为外部电压Ve，所述输入通过设置在例如电池壳体12上的使用者界面来提供。这种使用者界面可包括例如开关，使用者可通过所述开关来指示所需的用于可用电池运行的装置的电压。在一些实施方案中，对外部电压的确定可以如下方式来进行：使用例如电压指示机构（例如，使用ID电阻器的指示机构）来识别所需的外部电压，所述机构可提供代表运行可用电池运行的装置所需的电压的数据。也可利用其它类型的电压指示机构，包括基于射频识别（RFID）技术的机构。
第二外部电压Ve被提供给外部端子46和48，所述端子分别定位在图1A至C所示的正端帽20和负端帽24处。
图3为沿图1A所示的线3-3截取的转换器外壳16的剖面图。如图所示，设置在转换器外壳16的内部体积（如由外壳16的内壁56限定）内的为电压转换器模块40的一个示例性实施方案。转换器外壳16使用罐装环氧化物和塑料密封件气密地密封，因此可保护转换器的电路不受任何外界物质（例如，电化学电池单元和/或电解质）的影响。
如所述的那样，通常基于果冻卷结构的电池单元通过围绕芯轴卷绕果冻卷结构的组分来提供。因此，将内部空隙或孔15（显示于图1A至C中）提供在果冻卷结构14内。在一些实施方案中，内孔15沿果冻卷结构14的纵向轴线延伸。包含DC-DC转换器40的电路的转换器外壳16放置在该孔中，因此占据了孔空间的至少一部分。通过将转换器外壳16放置进孔15中，转换器外壳16可占据电池中的本来不使用的空间。由于此空间一般不使用，添加DC-DC转换器40可提供集成的配置，而不会增大电池外壳的尺寸或改变其构型，或换句话讲不会减小电池的充电容量。相比之下，如果将DC-DC转换器40放置在果冻卷结构中的空间之外，则需要将果冻卷结构制造得较小，因此会减小电池单元容量，以便保持电池的相同的尺寸和构型。此外，电流通过插片18和22从果冻卷结构引出，所述插片将果冻卷结构连接到转换器外壳16上，所述外壳包含DC-DC转换器40（见图1A至C）的电路。
电压转换器模块包括双层印刷电路板（PCB）50，所述电路板上设置了有源和无源电子组件。PCB50装于转换器外壳16的内部。如图所示，PCB50具有基本上等于中空圆柱形转换器外壳16的直径的宽度（例如，3.5mm至4.0mm），使得在一些实施方案中，PCB板50可由转换器外壳16的内壁56所施加的张力固定在适当位置。在一些实施方案中，可使用连接机构将PCB板50固定到转换器外壳16的内壁56上。
设置在PCB板50的一个表面上的是DC-DC电压转换器模块40的控制器52。控制器52被配置成控制开关装置诸如晶体管，以使具有由例如控制器52所确定的水平的外部电压/电流被施加到电池10的外部端子46和48处。在一些实施方案中，控制器52也包括开关装置（显示于例如图5中）。还如图3所示，设置在PCB板50的相对侧上的是无源组件54a至c，诸如用于DC-DC电压转换器模块40的具体实施中的电阻器、电感器、以及/或电容器。
在一些实施方案中，DC-DC电压转换器40可被实施成具有开关降压DC-DC转换器电路，所述电路被配置成将阴极42和阳极44处的内部电压减小（或逐步降压）至电池的外部端子46和48处所需的电压水平。如下文所详述，在一些实施方案中，可实施升压配置转换器（即，升压电路）。
参见图4，其显示了DC-DC电压转换器模块40。DC-DC电压转换器模块40包括控制器52。控制器52包括处理器60，所述处理器可生成控制信号以控制降压转换器70的运行。处理器60可为任何类型的计算和/或处理装置。一个实例为源自Microchip Technology Inc.的PIC18F1320微控制器。用于控制器52的具体实施的处理器装置60包括被配置成存储软件的易失性和/或非易失性存储元件，所述软件包含用来实现处理器基装置的一般操作的计算机指令、以及用来进行电压控制操作以将电池10的阴极和阳极电极处的内部电压转换为适用于运行可用电池运行的装置的电压水平的具体实施程序。处理器装置60包括模-数（A/D）转换器62，所述转换器带有多个模数输入和输出线。被引入到处理器60上或电耦合到处理器60的是数-模（D/A）转换器装置64和/或脉冲宽度调制器（PWM）66，所述装置和/或调制器可接收由处理器装置60生成的数字信号并且相应地生成电信号，所述电信号可调节DC-Dc电压转换器模块40的开关电路诸如降压转换器70的工作循环。
现在参见图5，降压转换器70包括两个例如双极结晶体管（BJT）72和74以及电感器76，所述电感器在电池10的电极与降压转换器70电气连通时存储能量，并且在电池的电极与降压转换器70电隔离期间以电流形式释放出该能量。降压转换器70也包括电容器78，所述电容器也用作能量存储元件。电感器76和电容器78也用作输出滤波器，以减小降压转换器70的输出处的开关电流和电压脉动。
施加到外部端子46和48上的电压水平可通过控制施加到晶体管72和74的基极上的电压水平来调节。为了使源自电化学电池单元的功率被施加到外部端子46和48上，将源自控制器52的端子52d（SW1）的起动电信号施加到晶体管72的基极上，从而导致电流从电池10的电化学电池单元的电极42和44流向晶体管72并且流向外部端子46和48。
当移除施加到晶体管72的基极上的起动信号时，源自电化学电池单元的电流停止，并且电感器76和/或电容器78由存储在它们中的能量来提供电流。在晶体管72的关断期间，第二起动信号由控制器52的端子52e（SW2）施加到晶体管74的基极上，以使电流流向（使用在晶体管72的接通期间存储在电感器76和/或电容器78中的能量）外部端子46和48。在一些实施方案中，使用整流二极管来替代晶体管74。
晶体管的开期间或工作周期从0%工作周期开始向上爬升，同时控制器或者反馈回路测量输出电流和电压。一旦达到了所需的外部电压Ve，反馈控制回路就使用闭环线性反馈方案来管理晶体管工作循环，例如使用比例积分微分或PID机理。
因此，在晶体管72的接通期间由电池10的电化学电池单元提供的电压/电流、以及在晶体管72的关断期间由电感器76和/或电容器78的运行引起的电压/电流应当导致基本上等于所需的外部电压水平Ve的有效电压水平。
在一些实施方案中，控制器52周期性地接收（例如，每隔0.1秒）外部端子46和48处的电压的测量值，所述电压例如通过电压传感器71a来测量，所述传感器通过控制器52的端子52b（标记为VSENSE）来传送测量值。基于此接收到的测量的电压，控制器52调节工作循环以造成对外部端子处的外部电压Ve的调节，以便该电压收敛至基本上等于所需的外部电压Ve的值。降压转换器70因此被配置成以可调节的工作循环来运行，所述循环导致施加到外部端子46和48上的可调节的电压水平。对工作循环的调节也可使用电流传感器71b来获得。
除了电压传感器和/或电流传感器以外，电池10还可包括被配置成测量电池10的其它属性的其它传感器。例如，电池10可包括温度传感器（例如，热敏电阻器基温度传感器）以使控制器52可针对电池10过热的情况采取矫正或预防措施。
将接收到的测量的信号使用模拟逻辑处理元件（未示出）诸如专用的充电控制器装置来处理，所述装置可包括例如阈值比较器，以确定由电压和/或电流传感器测量的电压水平和电流水平。DC-DC电压转换器模块40也可包括用于对模拟和/或数字输入信号进行信号滤波和处理的信号调整部件诸如滤波器61和63，以防止可能由外界因素诸如电路水平噪声造成的错误测量（例如，对电压、温度等的错误测量）。
DC-DC降压转换器的效率至少部分地取决于对逐步降压调节器IC和外部负载的选择。一般来讲，电池的效率（例如，最终递送给功率转换电路的输出的输入功率的百分比）诸如电池10的效率在85%至95%范围内。
参见图6，在一些实施方案中，DC-DC降压转换器可使用高效率的同步逐步降压调节器诸如由Linear Technology Corp.制造的LTC3411转换器80来实施。该LTC3411芯片将开关控制器和开关组件（MOSFET）组合在单个封装中。LTC3411芯片的一个优点是其尺寸相对小和运行高效。也可使用其它类型的降压转换器，包括其它类型的可商购获得的具有类似功能的集成电路。
参见图11，电池160（类似于电池10）包括电池单元162和升压集成电压转换器164。电压转换器处于升压配置以产生输出电压Ve，所述电压高于在电池160的电化学电池单元的电极处所产生的内部电压。电压转换器164包括类似于图5所示的控制器52的控制器166，其同样地可使用微处理器装置和/或DSP装置来实施。控制器166生成电控制信号以启动晶体管168和170以致调节升压配置电压转换器164的运行，并且因此调节端子176、178处的电池输出。
还如图所示，电感器172连接在晶体管168和170以及电池160的电化学电池单元162的阴极之间（相比之下，在例如图5所示的降压转换器的降低配置中，电感器连接在电池10的输出端子46和晶体管之间）。
在运行中，控制器166生成启动信号，所述信号通过标记为SW1的控制器166的端口施加到晶体管168的基极上。因此，形成了通向接地端子178的电通路。在晶体管168被电启动以使电流从其中流过期间，电流也流过电感器172，因此使电荷被存储在电感器172中。当控制器166暂停启动晶体管168的基极的信号时，在晶体管168被启动期间建立起来的电感器172的稳态条件被中断，因此使电流被引导至外部端子176（通过晶体管170，或通过二极管171）。电感器的稳态条件的中断使电感器的电流水平下降，因此电感器中的电压根据关系
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上升。因此，在电流流过晶体管168期间建立的稳态电流的中断使电感器处的电压升高，因此使端子176、178处的电压类似地升高。
由用以使电感器172的稳态条件发生改变的晶体管168的启动所产生的电压波形一般是脉动的。因此，为了整平电压波形以便将基本上恒定的电压水平施加到端子176处，将另一种能量存储元件诸如电容器174跨接在外部端子176和178的两端，如图所示。
升压配置电压转换器164也包括反馈机构以调节晶体管168的工作循环（例如，施加到晶体管168的基极上的启动信号的周期）。通过调节工作循环，电池160的端子176处的电压收敛至所需的外部输出电压Ve。
参见图12，电池180的集成电压转换器模块182被显示用作降压/升压电压转换器。换句话讲，电压转换器模块可以两种不同的模式运行，使得在一种模式中转换器用作降压转换器（通过将电路配置为降压转换器），而在另一种模式中转换器用作升压转换器（通过将电路配置为升压转换器）。使转换器处于一种模式或另一种模式可通过启动晶体管186和188来获得。具体地讲，通过启动晶体管186的基极以便晶体管186恒定地接通（即，其工作循环为100%），转换器182的电路被配置为与图11所示的电路类似地运行的升压转换器。
具体地讲，晶体管188被启动以周期性地接通和关断，因此使连接在晶体管186和188之间的电感器190的稳态被扰动，从而导致施加到外部输出端子192处的电压以类似于关于图11所示的升压转换器所述的方式上升。
为了使电压转换器模块以降压模式运行，晶体管188被启动以恒定地关断（即，具有0%的工作循环），同时晶体管186被周期性地启动以使电流间歇地流过电感器190。当如此启动时，电压转换器模块被配置为降压转换器，其以类似于图5所示的降压转换器的运行方式运行。
现在参见图7，其显示了用来将由电池10的电化学电池单元产生的内部电压转换为要施加到可用电池运行的装置上的外部电压的一种示例性规程90。将由电池10的所述至少一个电化学电池单元产生的电压施加到连接到阴极42和阳极44上的转换器40的端子上。由电化学电池单元产生的功率也用来为转换器40供电并且因此使转换器40运行。电压转换器40确定92要施加到电池10的外部端子46和48上的外部电压Ve。在一些实施方案中，外部电压为预定的，并且电压转换器40使内部电压Vi被转换为该预定值（例如，在1.2V至1.5V范围内的特定电压水平）。在一些实施方案中，外部可变电压水平可由转换器40生成。如本文所述，在此类实施方案中，转换器40可从设置在电池壳体12上的使用者界面接收关于所需的外部电压的信息，或换句话讲接收从通讯机构（例如，基于RFIF技术的机构）传送的信息并且基于所接收到的信息来确定要输出的电压Ve。
在确定了要施加到电池10的外部端子46和48上的外部电压之后，转换器调节94DC-DC电压转换器电路诸如降压转换器或升压转换器，以使基本上等于所确定的外部电压Ve的恒定电压被施加到外部端子46和48上。如上所述，所确定的外部电压水平用来生成施加到开关装置（例如，在降压转换器70的情况下为晶体管72）上的工作循环信号，以使基本上等于所需的外部电压的电压被施加到端子46和48上。由电化学电池单元在开关装置的接通期间施加的电流、以及降压转换器70的能量存储元件在开关装置的关断期间所释放出的电流组合起来可导致基本上等于所需的外部电压Ve的有效电压。
如上所述，在一些实施方案中，具有集成电压转换器模块的电池为可充电电池，例如包括磷酸铁锂电化学电池单元的可充电电池，并且所述可充电电池被配置成在小于十五（15）分钟内被再充电至例如电池的80%至90%容量的充电水平。在一些实施方案中，该电池包括具有LiFePO4作为其活性物质的阴极、碳阳极、分隔体和电解质。在此类实施方案中，阴极也可包括粘合剂。阴极的厚度将取决于电池单元设计和所需的性能特征。电极（阴极和阳极）可通过如下方式制造：提供基底并且将基底的双面涂覆上适当的材料，例如对于阳极可涂覆碳，并且对于阴极可涂覆粘合剂、导电性碳和活性物质的混合物。基于磷酸铁锂化学物质的可充电电池的一个示例性实施方案描述于题目为“Lithium Ion Secondary Batteries”的美国专利申请序列号11/827,366中，该专利申请的内容据此全文以引用方式并入本文。
在一些实施方案中，可充电电池100为高能量密度电化学系统诸如锂离子电池，所述电池具有介于4.4V至1.8.V之间的工作电压跨度，其能量密度在300Wh/L以上。
参见图8A，其显示了将示例性可充电电池100连接到充电器110上。电池100在构型上类似于电池10（图1A至C和2），但包括至少一个附加外部充电电池端子102，所述端子电耦合到阴极104并且绕开电池100的集成DC-DC电压转换器。外部电池端子包括接触表面（未示出），所述表面设置在可充电电池100的电池壳体（类似于图1A所示的电池壳体12）的外表面上。当电池100被接纳在充电器110的充电隔室（未示出）内时，充电器的端子中的一个机械地连接且电耦合到外部充电电池端子102，而充电器的端子中的另一个机械地连接且电耦合到也被用于将电池连接到可用电池运行的装置的外部端子106上。阳极108连接到电压转换器109上。当如此连接时，充电器110（在运行中）通过电池充电端子102施加充电电流，以补充电池100的电化学电池单元的充电水平。充电器110的示例性实施方案，包括被配置成执行快速充电操作（例如，使可充电电池在小于15分钟的时间内获得90%充电容量）的实施方案，描述于例如题目为“Fast Battery Charger Device and Method”的美国专利申请序列号11/776,021、题目为“Battery Charger with Mechanism toAutomatically Load and Unload Batteries”的美国专利申请序列号11/775,979、和题目为“Portable Energy Storage and Charging Device”的美国专利申请序列号11/775,995中，所有这些专利的内容均全文以引用方式并入。
参见图8B，在一些实施方案中，可充电电池100包括直接电耦合到阳极108的第二充电端子103。因此，当电池100被接纳在例如充电器110的充电隔室内时，充电器的端子电连接并机械地连接到电池的充电端子102和103上，并且通过阴极104和阳极108建立闭合电通路。充电端子103包括接触表面（未示出），所述表面设置在电池壳体的外部表面上，例如，靠近负帽（类似于图1A所示的负帽24）设置。因此，在图8B所示的可充电电池100的实施方案中，可充电电池具有专用的充电端子，所述端子被配置成接收由充电器110施加的充电电流并且将其导向阴极和阳极以补充果冻卷结构14中的电荷，并且将独立的专用的一组外部端子102和106用于施加外部电压Ve。
在一些实施方案中，没有使用该独立的一组专用端子，所述端子用于施加充电电流以将电池100的电化学电池单元再充电。在此类实施方案中，并且如下文所详述，充电电流被施加到电池的外部端子上（即，端子诸如图8A和8B所示的端子105和106，由电池产生并且被集成电压转换器转换的电压即通过所述端子施加到可用电池运行的装置上）。在这些情况下，电压转换器可包括被实施为例如图13中的二极管218（标记为D2）的旁路电路216，以将从外部端子接收到的充电电流引导至阴极和阳极。
参见图9，充电器110被配置成在充电操作开始时将恒定充电电流施加到电池上。在将恒定电流递送给电池（即，充电器以恒定电流或CC模式运行）期间，可充电电池100的电压会增大。当电池100的电压达到例如3.8V的预定上限电压时（此上限电压有时称为交变电压），充电器110被配置成在充电时间的其余部分中将电池的电压保持在该上限电压。在将基本上等于预定交变值的恒定电压施加到电池100上期间，充电器110以恒定电压或CV模式运行。
充电器110连接到功率转换模块112上。在一些实施方案中，将功率转换模块112引入到充电器110中，并且因此设置在充电器110的外壳中。功率转换模块112包括AC-DC电压转换器模块114，所述电压转换器模块在充电器的外部电耦合到AC电源诸如以85V–265V和50Hz至60Hz的额定值提供功率的电源上，并且可将该AC功率转换为低DC电压（例如，5V至24V），并且例如可将此低DC电压输入给例如DC-DC电压转换器模块116以提供适用于将可充电电池充电的水平（例如，用于具有例如磷酸铁锂电化学电池单元的可充电电池的大约介于3.7V至4.2V之间的DC电压水平。其它类型的电池单元可具有不同的电压水平，诸如在1.8V至4.4V范围内的电压水平）。
充电器110还包括控制器120，所述控制器被配置成确定要施加到可充电电池100上的充电电流、将基本上等于所确定的充电电流的电流施加到电池100上、以及在经过了指定的或预定的时间段例如5分钟至15分钟之后终止充电电流。控制器120也可被配置成一旦达到了预定的电池电压或充电水平即终止充电操作。在一些实施方案中，控制器120调节降压转换器130以施加恒定的12C充电速率（即，1C的充电速率对应于在一个小时内将电池充电完毕所需的电流，因此12C为在大约一小时的1/12内即五分钟内将特定电池充电完毕所需的充电速率）。施加这种12C的充电速率直到达到预定的最大充电电压，或经过了五（5）分钟的时间。一旦达到了最大充电电压，控制器120即改变控制模式并向电池100施加恒定电压，直到经过了预定的充电时间例如5分钟。
在一些实施方案中，对要施加到可充电电池100上的充电电流的确定可至少部分地基于使用者所指定的输入，所述输入通过设置在例如充电器110的外壳（未示出）上的使用者界面来提供。这种使用者界面可包括例如开关、按钮和/或旋钮，使用者可通过它们指示与充电操作密切相关的设定值诸如有待再充电的电池的容量、充电时间等。为了确定所要使用的具体充电电流，可查阅可指示对应于使用者所指定的设定值/参数的合适的充电电流的查找表。
在一些实施方案中，对充电电流的确定可以如下方式来进行：使用例如可提供代表电池容量和/或电池类型的数据的识别机构来识别放置在充电器110的充电隔室中的可充电电池100的容量。一种包括基于使用ID电阻器（具有代表电池容量的电阻）的识别机构的示例性充电器装置的发明详述提供于题目为“Ultra Fast Battery Charger withBattery Sensing”的美国专利申请序列号11/776,261中，该专利申请的内容据此全文以引用方式并入本文。在一些实施方案中，对充电电流的确定可以如下方式来进行：测量可指示电池的容量和/或类型（例如，电池的DC充电电阻）的电池电特性中的至少一种。一种可基于电池的测量的特性自适应地确定充电电流的示例性充电器装置的发明详述提供于题目为“Adaptive Charger Device and Method”的美国专利申请序列号11/775,987中，该专利申请的内容据此全文以引用方式并入本文。
控制器120包括处理器装置122，所述装置被配置成控制对电池100进行的充电操作。如同转换器40的处理器装置60，处理器装置122也可为任何类型的计算和/或处理装置，诸如源自MicrochipTechnology Inc.的PIC18F1320微控制器。用于控制器120的具体实施的处理器装置122包括被配置成存储软件的易失性和/或非易失性存储元件，所述软件包含用来实现处理器基装置的一般操作的计算机指令，以及对连接到充电器110的电池100进行充电操作的具体实施程序，所述充电操作包括导致电池100在小于十五（15）分钟的时间内达到至少90%充电容量的充电操作。处理器装置122包括模-数（A/D）转换器124，所述转换器带有多个模拟和数字输入和输出线。控制器120也包括数-模（D/A）转换器装置126和/或脉冲宽度调制器（PWM）128，所述装置和/或调制器可接收由处理器装置122生成的数字信号并且相应地生成电信号，所述电信号可调节充电器110的开关电路诸如降压转换器130的工作循环。
降压转换器130类似于转换器40的降压转换器70并被配置成以类似于降压转换器70的方式运行。因此，降压转换器130包括开关装置诸如晶体管（未示出），所述装置为电起动的以使由功率转换模块112提供的电流/电压可通过例如端子102和106被施加到电池100上。降压转换器130也包括能量存储元件（例如，电容器和/或电感器），在转换器的开关装置的接通期间，当电流被递送给降压转换器时，所述元件可存储能量。当开关装置使从功率转换模块112递送的电流从电池100断开时，能量存储元件中的能量被释放到可充电电池100中。在开关装置的接通期间由所施加的电流引起的电流和在开关装置的关断期间从能量存储元件中释放出的电流基本上等于所需的要施加到可充电电池100上的充电电流。
为了调节施加到电池100上的电流/电压，充电器110也包括例如使用控制器120来实施的反馈调节机构。反馈调节机构用来调节用于起动DC-DC电压转换器（例如，降压转换器130）的开关装置的工作循环，以便所得施加到电池100上的电流将基本上等于由控制器120确定的充电电流。例如，在一些实施方案中，控制器120周期性地接收（例如，每隔0.1秒）穿过电池100的电流的测量值，所述电流例如通过电流传感器（未示出）来测量，所述传感器将测量值传送给控制器120。基于此接收到的测量的电流，控制器120调节工作循环以实现对穿过电池100的电流的调节，以便该电流收敛至基本上等于充电电流水平的值。
充电器110也可包括电压传感器（未示出）、以及其它传感器，所述传感器被配置成测量可充电电池100和/或充电器110的其它属性。例如，在其中需要对充电器110和/或电池100进行热控制（例如，当用于将电池100充电的充电时间超过15分钟时）的实施方案中，充电器110可包括连接到电池110和/或电路板上的温度传感器（例如，热敏电阻器），在所述电路板上可设置充电器110的各种模块。
参见图10，其显示了用来将可充电电池100再充电的示例性充电规程140。将电池插入到充电器中，并且使用者可通过按压设置在例如充电器110的外壳上的“开始”按钮来启动充电循环。
任选地，在开始充电规程之前，充电器110确定是否存在某些故障状况。例如，充电器110测量142电池100的电压V0。充电器110确定144测量的电压是否在预定范围内（例如，介于2V至3.8V之间）。在其中可确定电池100的测量的电压V0不在预定的容许范围内因此使得当前条件下的充电操作不安全的情况下，充电器不会继续进行充电操作，因而充电过程可终止。在这些情况下，可将对问题的指示通过充电器110的外壳上的使用者界面提供给使用者。
充电器110基于与充电过程密切相关的信息包括电池的类型、充电时间、电池容量等来确定146要用来将电池100充电的充电电流和/或充电时间。例如，充电器110可被配置成确定用来在小于15分钟的时间内将电池100充电至至少90%充电容量的充电电流。
任选地，充电器110可确定145放置在充电器110的充电隔室中的电池100的容量和/或类型。如本文所述，用来确定充电电流的信息可通过设置在例如充电器110的外壳上的使用者界面来提供。除此之外和/或作为另外一种选择，与充电过程密切相关的信息可通过识别机构提供，电池可通过所述机构向充电器传达代表其特征（例如，容量、类型）的信息，或可以如下方式提供：测量电池的电特性（例如，DC充电电阻），并且基于此类测量值来确定电池100的类型和/或容量。如果充电器110被配置成接纳具有特定容量的特定类型的电池，则充电器110使用适用于该特定电池和容量的预定充电电流。对充电电流的确定可通过查阅将充电电流与不同的电池容量、电池类型、充电时间等相关联的查找表来进行。
在确定了要施加到电池100上的充电电流之后，可启动148定时器，所述定时器被配置成测量预指定的充电操作时间段。定时器可为例如处理器122的专用定时器模块，或其可为以由处理器122的内部或外部时钟测量的规则时间间隔递增的寄存器。
控制150电流/电压调节电路例如降压转换器130，以使基本上等于所确定的电流的恒定电流被施加到可充电电池100上。如所述的那样，所确定的充电电流用来生成施加到降压转换器130的开关装置（例如，晶体管）上的工作循环信号，以使基本上等于充电电流的电流被施加到电池100上。在特定工作循环的关断时间期间，功率转换模块112从电池100断开，并且存储在降压转换器130的能量存储元件（例如，电感器和/或电容器）中的能量以电流形式释放给电池。由功率转换模块112施加的电流、以及从降压转换器130的能量存储元件中释放出的电流组合起来可得到基本上等于所确定的充电电流的有效电流。
在一些实施方案中，充电器100实施CC/CV充电过程。因此，在此类实施方案中，周期性地测量152（例如，每隔0.1秒）电池100的端子处的电压，以确定何时达到预定的电压上限（即，交变电压）。当电池100的电压达到预定的电压上限时，电流/电压调节电路即被控制而具有恒定电压水平，所述电压水平基本上等于电池100的端子处所保持的交变电压水平。
在确定154经过了基本上等于充电时间段的时间段之后，或在达到了某个充电水平或电压水平（如可通过对电池100的周期性测量来确定）之后，终止施加到电池100上的充电电流。
如上所述，将单组外部端子同时用来接收由集成转换器转换的电压并将所接收到的电压施加到外部电池驱动的装置上，并且引导由外部充电器装置（例如，图9所示的充电器110）施加的电压以将电池再充电（在其中电池为可充电电池的情况下）。
参见图13，其显示了可充电电池200（基于例如锂离子技术，并且具有与图8A、8B和9所示的电池100类似的电化学构造、特性和配置）。电池200包括单组端子214a和214b，它们被配置成接收由电压转换器模块202转换的电压。电压转换器模块202的电路和运行通常类似于例如图8B所示的电压转换器模块109。因此，电压转换器模块202包括控制器204（例如，微处理器控制器），所述控制器生成启动电信号以控制降压转换器电路（其包括晶体管206和208、电感器210和电容器212）从而获得通过端子214a和214ba施加的电压，所述电压基本上等于所需的外部电压Ve。
电池200也包括旁路电路216。在一个具体实施中，旁路电路216包括齐纳二极管或肖特基二极管218，所述二极管的对应的反向击穿电压（即，当以反极性施加到二极管上时将导致二极管导通的电压水平）一般高于由电池200的电化学电池单元201（例如，果冻卷结构）产生的内部电压Vi。因此，当电池在运行以在外部端子处输出电压从而为可用电池运行的装置供电时，电压控制器模块202通过启动降压转换器电路来转换由电化学电池单元201产生的内部电压Vi，以使基本上等于外部电压Ve的电压被输出到端子214a和214b处。由于内部电压Vi低于二极管218的击穿电压，因此没有电流穿过二极管218，并且在外部端子214a和214b处输出的电压Ve通过依靠内部电压Vi运行的电压转换器模块202来产生。
然而，当将电池200再充电时，将端子214a和214b连接到充电器装置（诸如图8A、8B和9所示的充电器110）的充电端子上。当充电电流和/或电压由充电器装置施加到电池200上时，二极管218是正向偏压的，因此可使充电电流穿过它，并且可到达电化学电池单元201的阴极和阳极。在一些实施方案中，电压转换器模块202禁用端口SW1和SW2以便没有启动电信号被引导至晶体管206和208，从而禁用从端子214a通过电压转换器模块202到达电化学电池单元201的电通路。在一些实施方案中，使用电流传感器（未示出）来检测从外部源（例如，充电器装置110）施加的电流，以禁用电压转换器模块以致阻止充电电电流被引导通过电压转换器模块202。
参见图14，其显示了带有包括旁路电路的集成电压转换器模块222的电池220的另一个实施方案。该电压转换器使用集成电路（IC）224来实施。在此实施方案中，用以调节输入电压的控制机构和有源开关元件中的大部分在单一IC上实施，从而可减小对电压转换器模块的尺寸要求。在一些实施方案中，用来实施转换器的IC224为例如由Texas Instrument制造的TPS62042降压转换器（在一些实施方案中，升压转换器也可在集成电路上实施）。如图所示，IC224在其输入端口226a和226b（标记为V输入1和V输入2）处接收在电池的电化学电池单元（例如，电化学电池单元诸如果冻卷结构14）的电极处形成的内部电压Vi，并且经由端口228a和228b输出由IC224转换的结果电压。
IC224具有集成在IC224内的晶体管（类似于图13的晶体管206和208）。端口228a和228b等同于图13的晶体管206和208所连接到一起的点。此外，端口226a和226b还允许IC224依靠不同于被转换的电源（V输入）的电压/电源来运行。在此实施方案中，IC电源和供转换的电源是相同的。
也如图所示，电压转换器模块222还包括耦合到IC224的电压输出端口228a和228b的能量存储元件，诸如电感器230。电感器230也通过电阻器234耦合到IC224的反馈端口232（标记为FB），并且耦合到电池220的外部输出端子240。因此，IC224包括反馈机构以使外部端子240处的电压Ve收敛至所需的输出电压。在一些实施方案中，所需的输出电压为预定的并且不能够被调节；而在一些其它实施方案中，电池220可包括使用者界面，所述界面包括例如推针（未示出）以将电池设定至使用者所需的数种输出电压水平中的一种。
还如图14所示，电压转换器模块222也包括二极管242（例如，齐纳二极管、肖特基二极管等），所述二极管提供旁路机构以便能够通过外部端子240施加充电电流来对可充电电池220充电。因此，如同图13所示的电池200一样，电池220不需要独立的一组端子，充电电流通过所述端子施加以将电池220再充电。当充电电流/电压经由电池的外部端子240施加时，所施加的电压超过二极管的阈值电压（即，导致二极管242导通所需的电压），因此二极管246将充电电流引导至电极（例如，耦合到端子244的电极）以将电池220再充电。二极管242具有对应的击穿电压，所述电压一般高于由电池220的电化学电池单元产生的内部电压Vi。因此，由电池的电化学电池单元产生的内部电压一般将不足以使电流从端子183流过二极管196。
该旁路机构也包括二极管246，这种发光二极管（LED）具有一般高于由电压转换器模块输出的最大电压的阈值电压（即，高于由内部电压Vi的转换引起的最大Ve）。因此，二极管246仅当源自外部源诸如充电器装置（未示出）的电压被施加到二极管246上时才变成导通的。二极管246可具有3V至5V的阈值电压。当充电器装置通过端子240施加充电电流时，二极管246处的结果电压超过二极管的阈值电压，因此可使电流流过二极管246。流过二极管246的电流可启动晶体管248，从而使电流流过晶体管248。IC224的启用端口250处的电压下降至使IC224被禁用的水平。换句话讲，包括二极管246和晶体管248的配置通过当充电电流由外部充电器装置施加时禁用IC224来提供用以实施旁路（或超控）模式的另一种机构。在其中二极管246为LED的情况下，二极管也用来向使用者指示电池正被充电。
参见图15，当电池220以正向模式运行时，电压转换器模块222使用在IC224上实施的控制电路和反馈机构、以及电感器230来转换由电池的电化学电池单元产生的内部电压Vi。如图15的插图250所示，结果电流形式表现出由充电和放电电感器230导致的脉动效应，但此电流脉动基本上可被能量存储元件C2滤出。因此，一般来讲，通过电池220的端子240输出的最小电压水平在由电池220产生的最大电压的1%以内。在正向模式中，外部电压Ve低于二极管246（显示于图14中）的阈值电压，因此二极管246不会使启用端口250处的电压下降从而禁用IC224。
参见图16，在超控模式中，充电电流经由外部端子240施加到电池220上。将充电电流施加到电池220上的电压超过二极管242的阈值电压，其结果是充电电流被引导基本上流过二极管242，因此绕开了模块222的电压转换器电路（例如，绕开了IC224和电感器230）。对应于充电电流的电压也超过二极管246的阈值电压，因此使电流流过二极管246。此电流继而启动晶体管248，因此IC224的启用端口处的电压水平将下降，从而使IC224被禁用。禁用IC224可保护集成电路免受损害，所述损害可由施加到电池220上的大充电电流导致。
参见图17，如曲线图260所示，一旦由外部充电器装置施加在端子240处的电压超过二极管246的阈值电压（例如，3.3V）和晶体管248的基极-发射极结处的阈值电压（例如，0.6V），则流过二极管246的电流水平（图15所示的曲线图260中的ID）会急剧上升。因此，由充电器装置提供的充电电流中的一些将被引导（或换句话讲，将泄漏）流过二极管246。因此，在电路配置诸如在图14至17中实施的那些（其中使用了IC禁用机构）中，由外部充电器装置施加的充电电流应当包括以所需的充电速率（例如，12C）将电池220充电所需的实际充电电流、以及泄漏而流过二极管246的电流ID。
实施例和其它实施方案
可将许多类型的化学物质用于本文所述的实施方案，包括：
阴极 阳极
LiMn2O4 Li、C、Li4Ti5O12、金属双硫属化合物和合金阳极
LiFePO4 Li、C、Li4Ti5O12、金属双硫属化合物和合金阳极
Li(MnFe)PO4 Li、C、Li4Ti5O12、金属双硫属化合物和合金阳极
MnO2 Li
S Li
Bi2S3 Li
Bi2O3 Li
CuO Li
CFx Li
可将电压转换器调到以在1.2V至1.3V范围内的较低水平运行，因此可提供甚至更长的工作时间。
上文已对本发明的许多实施方案进行了描述。但是应当理解，在不背离本发明精神和范围的条件下可以进行各种修改。例如，虽然已将实施方案描述为利用降压转换器来接收源自电池的第一电压，并且将相对较低的第二电压递送到电池的端子处，但转换器也可被配置成升压转换器，其可接收源自电池的第一电压并且将相对较高的第二电压递送到电池的端子处。因此，其它实施方案也在以下权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种可充电电池，所述可充电电池包括：
至少一个电化学电池单元，所述电化学电池单元具有从其中穿过的内孔；
电压转换器模块，所述电压转换器模块电耦合到所述至少一个电化学电池单元并且设置在所述内孔的一部分内，所述电压转换器模块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；
一组端子，所述一组端子电耦合到所述电压转换器模块；和
旁路电路，所述旁路电路耦合在所述一组端子中的一个端子与所述至少一个电化学电池单元的电极之间，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的所述电极，使得所述充电电流绕开所述电压转换器模块，
其中，所述电压转换器模块耦合在所述一组端子中的所述一个端子与所述至少一个电化学电池单元的所述电极之间。
2.如权利要求1所述的可充电电池，其中所述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所述电极。
3.如权利要求1所述的可充电电池，其中所述旁路电路包括连接到所述一组端子中的至少一个端子上的二极管，所述二极管还连接到所述电极中的至少一个电极上。
4.如权利要求3所述的可充电电池，其中所述二极管为下列之一：齐纳二极管和肖特基二极管。
5.如权利要求1所述的可充电电池，其中所述电压转换器模块包括集成电路，所述集成电路被配置成在所述充电电流被施加到所述一组端子上时被禁用。
6.如权利要求5所述的可充电电池，所述可充电电池还包括被配置成生成使所述集成电路被禁用的信号的机构。
7.如权利要求1所述的可充电电池，其中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。
8.如权利要求1所述的可充电电池，其中所述至少一个电化学电池单元包括磷酸铁锂电池单元。
9.如权利要求1所述的可充电电池，其中所述电压转换器模块包括：
电子开关装置；和
电耦合到所述电子开关装置的控制器，所述控制器被配置成控制所述电子开关装置以导致下列之一：降压转换操作和升压转换操作。
10.一种可充电电池，所述可充电电池包括：
至少一个电化学电池单元；
电压转换器模块，所述电压转换器模块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；
容纳所述至少一个电化学电池单元和所述电压转换器模块的电池壳体；
一组端子，所述一组端子电耦合到所述电压转换器模块；和
旁路电路，所述旁路电路耦合在所述一组端子中的一个端子与所述至少一个电化学电池单元的电极之间，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的所述电极，使得所述充电电流绕开所述电压转换器模块，
其中，所述电压转换器模块耦合在所述一组端子中的所述一个端子与所述至少一个电化学电池单元的所述电极之间。
11.如权利要求10所述的可充电电池，其中所述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所述电极。
12.如权利要求10所述的可充电电池，其中所述旁路电路包括连接到所述一组端子中的至少一个端子上的二极管，所述二极管还连接到所述电极中的至少一个电极。
13.如权利要求12所述的可充电电池，其中所述二极管为下列之一：齐纳二极管和肖特基二极管。
14.如权利要求10所述的可充电电池，其中所述电压转换器模块包括集成电路，所述集成电路被配置成在所述充电电流被施加到所述一组端子上时被禁用。
15.如权利要求14所述的可充电电池，所述可充电电池还包括被配置成生成使所述集成电路被禁用的信号的机构。
16.如权利要求10所述的可充电电池，其中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。
17.如权利要求10所述的可充电电池，其中所述至少一个电化学电池单元包括磷酸铁锂电池单元。
18.如权利要求10所述的可充电电池，其中所述电压转换器模块包括：
电子开关装置；和
电耦合到所述电子开关装置的控制器，所述控制器被配置成控制所述电子开关装置以导致下列之一：降压转换操作和升压转换操作。
19.一种用于对可充电电池充电的方法，所述可充电电池具有容纳至少一个电化学电池单元的电池壳体、电耦合到所述至少一个电化学电池单元并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、以及被提供所述第二电压的一组端子，所述方法包括：
通过所述一组端子从外部源施加充电电流；
通过旁路电路将所施加的充电电流引导至耦合到所述至少一个电化学电池单元的电极，使得所述充电电流绕开所述电压转换器模块；以及
用所述充电电流对所述至少一个电化学电池单元充电，
其中，所述旁路电路耦合在所述一组端子中的一个端子与所述至少一个电化学电池单元的所述电极之间，以及
所述电压转换器模块耦合在所述一组端子中的所述一个端子与所述至少一个电化学电池单元的所述电极之间。
20.如权利要求19所述的方法，其中通过所述旁路电路将所述充电电流引导至所述电极包括将基本上全部所施加的充电电流引导至所述电极。
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