BRPI0809335A2

BRPI0809335A2 - Carregador compacto ultrarápido para bateria

Info

Publication number: BRPI0809335A2
Application number: BRPI0809335-0A
Authority: BR
Inventors: T. Bourilkov Jordan; N. Klein David.
Original assignee: The Gillette Company
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2014-09-23
Also published as: WO2008117221A3; US20080238363A1; EP2130282A2; WO2008117221A2; US8018204B2; JP5037675B2; JP2010523074A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CARREGADOR COMPACTO ULTRARRÁPIDO PARA BATERIA".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a baterias recarregáveis que são tipicamente carregadas por uma fonte de tensão constante/corrente constante (CV/CC) com tensão de transição de, por exemplo, 4,2V. Inicialmente, a bateria é carregada com o uso de uma corrente constante (isto é, em modo CC) até que o ponto de transição seja atingido (por exemplo, 4,2V), sendo que, em tal ponto, o carregador comuta para o modo de tensão constante para manter a tensão no terminal da bateria recarregável substancialmente a cerca da tensão de transição. O período de carregamento necessário para atingir uma capacidade de 90 a 100% é de tipicamente de 2 a 4h, sendo que o estágio CC é de cerca de 40 minutos a uma taxa de carregamento de 1 C (isto é, uma taxa de carregamento que corresponde a um nível de corrente de carregamento que carregaria uma bateria em uma hora). Em geral, na conclusão do estágio CC, a bateria recarregável atinge um nível de carga de 60 a 70% da capacidade de carga da bateria. O estágio CV do processo de carregamento dura, em geral, de 1 a 3 horas para ser concluído. Durante esse tempo, o nível de corrente de carregamento diminui e atinge, tipicamente, um nível correspondente a uma taxa de carga de 0,1 C no momento em que o processo de carregamento é concluído.

SUMÁRIO

Os carregadores convencionais para baterias tipicamente têm uma densidade de potência de saída volumétrica (definida como a razão entre a energia que sai do carregador e o volume do invólucro em que está disposto o conjunto de circuitos do carregador) entre 0,06 W/cm3 (1 W/pol3) e 0,24 W/cm3 (4 W/pol3). Essas densidades de potência de saída volumétrica são afetadas pelo volume ocupado pelo conjunto de circuitos do carregador. Um fator que contribui para o volume geral de um carregador é a incorporação ao mesmo de elementos de monitoramento térmico (por exemplo, sensores de temperatura) e elementos de controle térmico (por exemplo, componentes dissipadores de calor) para proteger contra condições de superaquecimento. Um outro fator que contribui para o volume geral ocupado pelo conjunto de circuitos do carregador é a incorporação de módulos, como um módulo corretor do fator de potência (PFC), para otimizar a eficiência energética de um carregador.

5 Em um aspecto, é apresentado um dispositivo carregador. O

dispositivo carregador inclui um invólucro que define um volume, o qual inclui um módulo de conversão de energia destinado a fornecer uma potência de saída entre 3 e 300 W, e um controlador configurado para determinar um nível de corrente a ser dirigida a uma ou mais baterias recarregáveis, e fazer 10 com que a potência de saída seja dirigida a uma ou mais baterias recarregáveis a uma corrente de carregamento substancialmente igual ao nível de corrente determinado. Uma razão entre a potência de saída dirigida para uma ou mais baterias recarregáveis e o volume é igual a pelo menos 0,61 W/cm3 (10 W/pol3).

Modalidades podem incluir um ou mais dos seguintes.

O dispositivo carregador pode ser isento de um ou mais dentre, por exemplo, um módulo corretor do fator de potência, um capacitor de saída e/ou um módulo conversor de tensão CC-CC de segundo estágio.

O controlador pode ser configurado para determinar o nível de corrente a ser dirigido para uma ou mais baterias recarregáveis, de modo que estas atinjam uma carga predeterminada dentro de um período de tempo para carregamento de 15 minutos ou menos. A carga predeterminada de uma ou mais baterias recarregáveis pode corresponder a pelo menos 80% da capacidade de carga das mesmas, e o período de tempo para carregamento pode ser de aproximadamente 3 a 15 minutos. A carga predeterminada de uma ou mais baterias recarregáveis pode ser de aproximadamente 80% da capacidade de carga das mesmas, e o período de tempo para carregamento pode ser de aproximadamente 3 a 4 minutos. A carga predeterminada de uma ou mais baterias recarregáveis pode corresponder a pelo menos 90 a 95% da capacidade de carga das mesmas, e o período de tempo para carregamento pode ser de aproximadamente 5 minutos.

O controlador pode, ainda, ser configurado para fazer com que a corrente de carregamento cesse após transcorrido um período de carregamento substancialmente igual a um período de tempo específico.

O módulo de conversão de energia pode incluir um transformador de tensão. O dispositivo pode ainda incluir um mecanismo de controle de 5 retroinformação para fazer com que o controlador regule a corrente que sai do módulo de conversão de energia. O mecanismo de controle de retroinformação pode ser configurado para regular a operação do transformador de tensão. O mecanismo de controle de retroinformação pode ser configurado para manter a tensão nos respectivos terminais de uma ou mais baterias 10 recarregáveis em um limite superior de tensão predeterminado, após a tensão nas mesmas ter atingido o limite superior do nível de tensão predeterminado.

O controlador configurado para determinar o nível de corrente pode ser configurado para determinar o nível de corrente a ser dirigido para uma ou mais baterias recarregáveis à base de fosfato de ferro-lítio.

O controlador configurado para fazer com que a potência de saída seja dirigida a uma ou mais baterias recarregáveis pode ser configurado de modo a fazer com que a potência de saída seja dirigida a uma ou mais baterias recarregáveis sem monitoramento das temperaturas das mesmas.

Em outro aspecto, é apresentado um método para carregamento

de uma ou mais baterias recarregáveis. O método inclui determinar um nível de corrente a ser dirigido para uma ou mais baterias recarregáveis, e dirigir às mesmas uma potência de saída entre 3 e 300 W, a uma corrente de carregamento substancialmente igual ao nível de corrente determinado, sendo 25 a potência de saída fornecida por um dispositivo carregador que tem um invólucro que define um volume. Uma razão entre a potência de saída e o volume é igual a pelo menos 0,61 W/cm3 (10 W/pol3).

Modalidades do método podem incluir qualquer característica correspondente a qualquer uma das características apresentadas acima para o dispositivo. Por exemplo, o dispositivo carregador pode ser isento de um ou mais dentre, por exemplo, um módulo corretor do fator de potência, um capacitor de saída e/ou um módulo conversor de tensão CC-CC de segundo estágio. O método pode incluir, ainda, cessar a corrente de carregamento depois de transcorrido um período de tempo de carga substancialmente igual a um período de tempo específico.

Os aspectos acima podem incluir uma ou mais das vantagens 5 apresentadas a seguir. O carregador compacto está configurado para fornecer uma potência de saída geralmente entre 3 e 300 W, e para ter uma densidade de potência de saída volumétrica de pelo menos 0,61 W/cm3 (10 W/pol3). O carregador é configurado de modo a operar de maneira intermitente e/ou durante curtos períodos de tempo (por exemplo, 5 minutos), sen10 do implementado sem elementos/módulos que são frequentemente usados com os carregadores convencionais, permitindo assim que o carregador atinja sua densidade de potência de saída volumétrica relativamente alta. Por exemplo, o carregador apresentado na presente invenção é implementado com elementos dissipadores de calor menores e/ou sem módulos de monito15 ramento e controle térmico. O carregador pode, também, ser implementado sem um módulo corretor do fator de potência. Como o carregador compacto apresentado na presente invenção é configurado para carregar baterias que têm capacitâncias internas que permitem a filtragem de correntes/tensões pulsantes fornecidas pelo dispositivo carregador, em algumas modalidades 20 esse dispositivo carregador pode ser implementado com capacitores relativamente pequenos (ou mesmo sem um ou mais desses capacitores). Em algumas modalidades, o carregador aqui descrito pode carregar uma bateria recarregável em aproximadamente 4 a 6 minutos até aproximadamente 90 a 95 % de sua capacidade.

Os detalhes de uma ou mais modalidades da invenção são a

presentados nos desenhos em anexo e na descrição abaixo. Outras características, objetos e vantagens da invenção serão aparentes a partir da descrição e dos desenhos, e a partir das reivindicações.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma modalidade exem

plificadora de um carregador.

A Figura 2 é um fluxograma representando uma modalidade com temporização variável.

A Figura 3 é um fluxograma de uma modalidade exemplificadora de um procedimento de carga realizado pelo carregador da Figura 1.

As figuras 4A e B são gráficos mostrando os comportamentos da 5 tensão de carregamento e da corrente de carregamento de uma bateria de íons de lítio de 1 Ah com o uso do carregador da Figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As células eletroquímicas podem ser células primárias ou células secundárias. As células eletroquímicas primárias destinam-se a serem des10 carregadas, por exemplo, até a exaustão apenas uma vez e, então, descartadas. As células primárias não se destinam a serem recarregadas. As células primárias são descritas, por exemplo, em "Handbook of Batteries", de David Linden (McGraw-HilI, 2a. Edição, 1995). Por outro lado, as células eletroquímicas secundárias, também chamadas abaixo de células ou baterias 15 recarregáveis, podem ser recarregadas diversas vezes, por exemplo, cinqüenta vezes, cem vezes e assim por diante. As células secundárias são descritas, por exemplo, em Falk & Salkind, "Alkaline Storage Batteries", John Wiley & Sons, Inc. 1969, na patente US n° 345.124, e na patente francesa n° 164.681, todos aqui incorporados a título de referência.

Com referência à figura 1, é mostrado um carregador 10 configu

rado para carregar uma bateria recarregável 12 que tem pelo menos uma célula eletroquímica recarregável à base de fosfato de ferro-lítio. Essa bateria (chamada às vezes de bateria secundária) inclui células que tem, em algumas modalidades, material de anodo de titanato de lítio e materiais de 25 catodo de fosfato de ferro Iitiados adaptados de modo a permitir uma rápida recarga das baterias recarregáveis à base de tais materiais. A química do fosfato de ferro-lítio tem baixa resistência interna (R). A dissipação térmica resultante da resistência interna dessas baterias é proporcional a I2R (em que I é a corrente de carregamento aplicada à bateria). Devido à baixa resis30 tência interna das baterias à base do fosfato de ferro-lítio, tais baterias podem aceitar correntes altas de carregamentos.

Consequentemente, com o uso de baterias de baixa resistência interna, como baterias de fosfato de ferro-lítio, as baterias podem ser carregadas até aproximadamente 80% da capacidade em modo de corrente constante (CC) em 3 a 4 minutos, e até aproximadamente 90 a 95% da capacidade em aproximadamente 5 minutos. Conforme se tornará aparente abaixo, o uso de uma corrente alta de carregamento para carregar uma bateria à base de fosfato de ferro-lítio resulta, em geral, no fato de que a bateria atinge uma capacidade de carga de 90 a 95% dentro de cinco (5) minutos, e, consequentemente, o carregador é configurado para encerrar a operação de carregamento após o decorrer daquele período de tempo sem ter que realizar quaisquer verificações para determinar o nível de carga ou de tensão da bateria, ou para realizar operações de monitoramento térmico e/ou de controle térmico. O carregador pode usar um temporizador para medir o período de carregamento e encerrar a operação de carregamento quando o temporizador atingir o período de tempo de carregamento pré-especificado, por exemplo, 5 minutos. Embora a figura 1 mostre uma única bateria 12 conectada ao carregador 10, o carregador 10 pode ser configurado para ter baterias adicionais conectadas ao mesmo. Ainda, o carregador 10 pode ser configurado para receber e carregar diferentes tipos de baterias, incluindo baterias cilíndricas, baterias prismáticas, baterias com célula de tipo moeda ou botão, etc..

O carregador 10 está configurado para fornecer uma potência na saída geralmente entre 3 e 300 W, a uma corrente de carregamento constante para a bateria 12, ao se iniciar a operação de carga. Durante o período em que uma corrente constante é entregue para a bateria (isto é, o carrega25 dor opera em corrente constante ou modo CC), a tensão da bateria 12 aumenta. Quando a tensão da bateria atinge uma tensão de limite superior predeterminada de, por exemplo, 3,8V (essa tensão de limite superior é às vezes chamada de tensão de transição), o carregador é configurado para manter a tensão da bateria na tensão de limite superior durante o restante 30 do período de carregamento. Durante o período em que uma tensão constante substancialmente igual ao valor de transição predeterminado é aplicada à bateria 12, considera-se que o carregador 10 opera em tensão constante ou em modo CV.

Em algumas modalidades, a operação de carregamento é encerrada após o decorrer de um período de tempo predeterminado, por exemplo 5 minutos a partir do início da operação de carregamento. Devido ao fato de 5 que o carregador é configurado para encerrar incondicionalmente a operação de carregamento dentro de um período de tempo relativamente curto, durante o qual um aumento significativo na temperatura da bateria e/ou do carregador 10 é improvável, em algumas modalidades, não é necessário monitorar a temperatura da bateria 12 e/ou do carregador 10. Consequen10 temente, em modalidades nas quais as operações de monitoramento e controle térmico não são realizadas e, portanto, elementos e módulos para implementar essas operações não são usados ou têm seu tamanho reduzido, o carregador 10 é fisicamente mais compacto, e o conjunto de circuitos é simplificado.

Conforme adicionalmente mostrado na Figura 1, em algumas

modalidades o carregador 10 é implementado de modo que a regulação de tensão/corrente seja executada diretamente na seção de conversão da energia do carregador (por exemplo, o módulo de conversão de energia 16 mostrado na figura 1) usando, por exemplo, um mecanismo de controle de 20 retroinformação (esse tipo de configuração é chamada regulação de tensão/corrente do lado primário). Em outras palavras, o mecanismo de controle regula a frequência de comutação ou a duração de pulso do módulo de conversão de energia 16, regulando assim a corrente e a tensão de saída do conversor. Consequentemente, em tais modalidades, o carregador 10 não 25 inclui múltiplos estágios de conversão de tensão (por exemplo, um estágio de conversão CA/CC seguido de, por exemplo, um circuito de conversor buck) e, como resultado, o carregador 10 pode reduzir as perdas de energia que são mantidas, em geral, no circuito de conversão de energia de multiestágio. Por exemplo, mediante a implementação do controle de corren30 te/tensão do lado primário, a eficiência energética (por exemplo, a porcentagem de energia de entrada fornecida para a saída do circuito de conversão de energia) situa-se tipicamente na faixa de 80 a 90%. Em contraste, um circuito de conversão de energia em dois estágios atinge, geralmente, uma eficiência de 80 a 90% por estágio e, portanto, a eficiência geral de energia para um circuito de conversão de energia em dois estágios situa-se geralmente na faixa de 60 a 80%. Essas perdas na eficiência energética manifes5 tam-se sob a forma de dissipação de calor nos estágios de conversão de energia.

O carregador 10 pode incluir um módulo retificador 14 que é acoplado eletricamente a uma fonte de alimentação CA, como uma fonte que fornece energia a uma taxa de 85 V a 265 V, e de 50 Hz a 60 Hz. Um capa10 citor 15 (às vezes chamado de capacitor reservatório) destinado a realizar operações de filtragem (por exemplo, suavização de picos) pode ser acoplado ao retificador. Como as baterias recarregáveis têm uma capacitância interna, as próprias baterias facilitam parte das operações de filtragem a serem realizadas. Consequentemente, em algumas modalidades o tamanho do 15 capacitor 15 (e/ou do capacitor 28) pode ser reduzido, pois a bateria 12 terá suficiente capacitância para realizar, juntamente com o capacitor 15, as operações de filtragem.

Acoplado ao módulo retificador 14 encontra-se o módulo de conversão de energia 16, que inclui um transformador 18 e uma unidade de con20 trole do transformador 20 para facilitar a regulação da operação do transformador 18. Em algumas modalidades, o módulo de conversão de energia 16 é implementado como um conversor de comutador, no qual o nível de tensão desejado na saída do módulo de conversão de energia 16 é atingido ao ligar e desligar o módulo de conversão de energia 16. Durante o período em

que o comutador está ligado, uma tensão é fornecida na saída do módulo de conversão de energia 16 e, durante o período em que o comutador está desligado, nenhuma tensão é fornecida nos terminais de saída do módulo de conversão de energia 16. Tal conversor de comutador pode ser implementado, em algumas modalidades, com o uso de transistores distintos (por e30 xemplo, os transistores MOSFET), ou com o uso de um circuito integrado (IC) adequado para executar a operação de comutação.

O uso de um módulo retificador 14 acoplado ao módulo de conversão de energia 16 faz com que a alimentação CA fornecida na entrada ao carregador 10 seja convertida a uma baixa tensão CC adequada para carregar as baterias recarregáveis (por exemplo, tensões CC em níveis de aproximadamente entre 3,7 a 4,2V).

5 Em algumas modalidades, um conversor adicional CC-CC 19 é

incorporado no módulo de conversão de energia 16 para converter uma fonte de alimentação CC externa, como uma fonte de alimentação de corrente contínua de um carro, para um nível de energia CC adequado para carregar as baterias recarregáveis. Em algumas modalidades, por exemplo, uma fon10 te de energia de corrente contínua fornece energia CC entre aproximadamente 11 V e 14,4 V, e o conversor CC-CC 19 converte esse nível de tensão para um nível de tensão adequado. O conversor CC-CC adicionado pode ser configurado de modo a aceitar uma fonte de energia CC na faixa de 1,2 V a aproximadamente 24 V. Dessa forma, em algumas modalidades o conversor 15 CC-CC é um conversor elevador, aumentando a tensão de, por exemplo, 1,2 V para uma tensão de carregamento CC de, por exemplo, 3,7 a 4,2 volts, enquanto nas modalidades em que a fonte de energia CC externa tem uma tensão superior a 4,2 V, o conversor é um conversor abaixador.

Acoplado eletricamente à saída do módulo de conversão de energia 16 encontra-se um circuito de filtro/retificador 24, que inclui um diodo

26 conectado em série a um capacitor 28, em paralelo à saída da bateria. Em algumas modalidades, um circuito de retificação síncrona baseado em MOSFET pode ser usado no lugar do diodo 26. O circuito de filtro/retificador

24 é configurado de modo a reduzir as oscilações de corrente/tensão na saí25 da do módulo de conversão de energia 16, e dissipar o calor de 26. O circuito de filtro 24 também é configurado para descarregar a energia armazenada no capacitor 28 na bateria 12 durante os períodos em que o comutador está desligado quando nenhuma corrente é fornecida na saída do módulo de conversão de energia 16. Dessa forma, a corrente fornecida pelo módulo de 30 conversão de energia 16 durante os períodos em que ele está ligado e a corrente fornecida pelo capacitor 28 durante os períodos em que o módulo de conversão de energia 16 está desligado resulta em uma corrente efetiva substancialmente igual a uma corrente de carregamento média desejada a ser aplicada à bateria 12. O diodo 26 está conectado para que aquela corrente descarregada pelo capacitor 28 seja encaminhada para a bateria 12 e não para o módulo de conversão de energia 16.

5 Conforme mostrado, ainda, um resistor de derivação 29 (assina

lado como RSh) está acoplado a um dos terminais da bateria 12. A queda de tensão ao longo do resistor de derivação é proporcional à corrente de carregamento da bateria. Dessa forma, o resistor de derivação 29 serve como um sensor de corrente para medir o nível da corrente aplicada à bateria 12. O 10 nível medido da corrente no resistor de derivação 29 pode, portanto, ser fornecido ao mecanismo de retroinformação do carregador para facilitar o controle da corrente de carregamento (por exemplo, para manter a corrente de carregamento em um nível substancialmente constante quando o carregador 10 opera em modo CC).

Para controlar o nível de tensão dirigida à bateria 12, um meca

nismo de retroinformação que inclui um controlador 30 é usado para regular a tensão de saída CC do módulo de conversão de energia 16. O controlador 30 está eletricamente acoplado a uma unidade de controle de modulação da largura de pulso (PWM) do comutador 32, que recebe os sinais de controle 20 do controlador 30 e gera, em resposta, os sinais modulados de largura de pulso que são fornecidos à unidade de controle do transformador 20 para fazer com que o módulo de conversão de energia 16 forneça uma tensão em sua saída. Quando os sinais modulados da largura de pulso são retirados, a unidade de controle do transformador 20 faz com que a tensão seja retirada 25 da saída do módulo de conversão de energia 16. Dessa forma, usando o mecanismo de retroinformação, a corrente aplicada à bateria 12 pode ser regulada de modo que, por exemplo, uma corrente substancialmente igual à corrente de carregamento seja aplicada à bateria 12.

O controlador 30 é configurado, ainda, para fazer com que a corrente de carregamento cesse após o decorrer de um período de tempo especificado ou predeterminado (por exemplo, 5 minutos).

Em algumas modalidades, a determinação da corrente de carregamento pode ser realizada mediante a identificação da capacidade das baterias conectadas ao carregador 10 usando-se, por exemplo, um mecanismo de identificação que forneça dados representativos da capacidade e/ou do tipo da bateria. Uma descrição detalhada de um exemplo de dispositivo car5 regador que inclui um mecanismo de identificação baseado no uso de um resistor ID dotado de uma resistência representativa da capacidade da bateria é fornecida no Pedido de patente US n° de série 11/776.261, intitulado "Ultra Fast Battery Chargerwith Battery Sensing", depositado em 11 de julho de 2007, cujo conteúdo está aqui incorporado a titulo de referência, em sua 10 totalidade.

A determinação da corrente de carregamento a ser aplicada à bateria 12 pode também basear-se, pelo menos em parte, na entrada de informações especificadas pelo usuário através de uma interface de usuário (não mostrada) disposta no carregador compacto 10. Essa interface de usu15 ário pode incluir, por exemplo, chaves, teclas e/ou botões através dos quais um usuário pode indicar, por exemplo, a capacidade da bateria a ser carregada. Adicionalmente, em algumas modalidades, a interface pode ser configurada para permitir que o usuário especifique outros parâmetros relacionados ao processo de carregamento, como o período de carregamento (em 20 circunstâncias nas quais se deseje um período de carregamento mais longo, por exemplo de 10 a 15 minutos). Para determinar a corrente de carga específica a ser usada, é acessada uma tabela de conversão que indexa correntes de carga adequadas correspondentes aos parâmetros especificados pelo usuário. Por exemplo, se o usuário especifica que uma bateria de fosfato de 25 ferro-lítio com capacidade de 500 mAh será recarregada, a entrada na tabela de pesquisa correspondente a essa capacidade especificada seria recuperada. Em algumas modalidades, podem ser usadas técnicas de computação para determinar correntes adequadas.

A interface de usuário pode incluir, também, um elemento de entrada (por exemplo, comutador) para habilitar ou desabilitar o carregador 10. A interface de usuário pode incluir, também, dispositivos indicadores de saída (não mostrados), como LEDs, para fornecer ao usuário as informações de status em relação ao carregador e/ou à bateria 12 conectada ao mesmo, um dispositivo de exibição configurado para fornecer informações de saída para o usuário, etc.. Por exemplo, a interface de usuário pode incluir um LED que é iluminado quando o carregador comuta de um modo de corrente cons5 tante para um modo de tensão constante. Em geral, quando a tensão da bateria atinge o ponto de transição (por exemplo, entre 3,8 e 4,2 V), a bateria tipicamente tem de 80 a 90% de sua capacidade de carga e está, portanto, substancialmente pronta para o uso. O LED aceso indica ao usuário que a carga na bateria está pelo menos em um valor na faixa de, por exemplo, 80 10 a 90% da carga total, dando ao usuário a opção de remover a bateria antes que se complete a operação de carregamento, caso precise da bateria para algum uso imediato e não queira esperar pelo término da operação de carregamento.

Em algumas modalidades, a interface de usuário pode incluir, 15 também, por exemplo, dispositivos de saída adicionais para fornecer informações adicionais. Por exemplo, a interface de usuário pode incluir um LED vermelho que é iluminado se uma condição de falha, como uma sobrecarga de tensão, e pode incluir outro LED, por exemplo, um dispositivo de LED amarelo ou verde, para indicar que a operação de carregamento da bateria 20 12 está em progresso.

Conforme mostrado na figura 1, o controlador 30 inclui um dispositivo processador 34 configurado para controlar a operação de carregamentos realizada na bateria 12. O dispositivo processador 26 pode ser qualquer tipo de dispositivo de computação e/ou processamento, como um mi25 crocontrolador PIC18F1320 disponível junto à Microchip Technology Inc. O dispositivo processador 34 usado na implementação do controlador 30 inclui elementos de memória volátil e/ou não-volátil configurados para armazenar um software que contém instruções de computador para habilitar as operações gerais do dispositivo baseado em processador, bem como programas 30 de implementação para executar as operações de carregamento na bateria 12 conectada ao carregador, incluindo tais operações de carregamento que atingem ao menos 90% de capacidade de carga em aproximadamente 5 minutos.

O processador 34 inclui um conversor analógico-para-digital (A/D) 36 com múltiplas linhas de entrada e saída analógicas e digitais. O conversor A/D 36 é configurado para receber sinais de sensores (descritos a 5 seguir) acoplados à bateria para facilitar a regulação e o controle da operação de carregamento. Em algumas modalidades, o controlador 30 pode também incluir um processador de sinal digital (PSD) para executar algumas ou todas as funções de processamento do dispositivo de controle, conforme descrito na presente invenção.

Em algumas modalidades, o controlador 30 pode incluir uma im

plementação de controlador analógico. Nessas modalidades, pontas de prova provenientes do controlador analógico são acopladas aos terminais do resistor de derivação 29. As pontas de prova fornecem ao controlador informações referentes aos níveis de corrente e/ou tensão no resistor de deriva15 ção 29, com base no que pode ser controlada a corrente de carregamento aplicada à bateria 29.

Os vários módulos do carregador, incluindo a unidade retificadora 14, a unidade de controle de transformador 20, o processador 34 e a unidade de controle PWM de comutador 32 podem ser dispostos em uma placa de circuito (não mostrada) do carregador 10.

Em algumas modalidades, o carregador 10 determina uma corrente de carregamento a ser aplicada à bateria recarregável 12 de modo que esta seja carregada até, por exemplo, aproximadamente 80% a 95% de capacidade de carga da bateria 12 em aproximadamente 4 a 6 minutos. Con25 forme aqui explicado, as baterias à base de células eletroquímicas de fosfato de ferro-lítio têm uma resistência interna relativamente baixa e, portanto, podem ser carregadas com correntes de carregamento relativamente altas da ordem de, por exemplo, 10Ca15C, (1 C corresponde a uma corrente que seria necessária para carregar uma determinada bateria recarregável em 1 30 hora e, dessa forma, uma taxa de carregamento de 15 C corresponde à corrente que seria necessária para carregar a bateria recarregável em 4 minutos, enquanto uma taxa de carregamento de 10 C corresponde à corrente que seria necessária para carregar uma bateria recarregável em 6 minutos). Devido à baixa resistência de carregamento das baterias de fosfato de ferrolítio, uma dissipação de calor significativa é evitada e, consequentemente, tais baterias podem resistir a altas correntes de carregamento sem afetar 5 adversamente o desempenho ou a durabilidade da bateria.

Para fazer com que a potência de saída em uma corrente de carregamento seja substancialmente igual à corrente média determinada para ser dirigida à bateria 12, o período em funcionamento, ou ciclo de trabalho, para o módulo de conversão de energia 16 é ajustado até que a corrente 10 de carregamento aplicada à bateria 12 (determinada com base na corrente/tensão medida no resistor de derivação 29) atinja um nível substancialmente igual ao valor da corrente determinada. Especificamente, em algumas modalidades, o controlador 30 recebe periodicamente (por exemplo, a cada

0,1 segundo) uma medição da corrente que atravessa a bateria 12 conforme 15 medido, por exemplo, no resistor de derivação 29. Com base nesta corrente medida recebida, são feitos ajustes ao ciclo de trabalho, para ajustar a passagem de corrente através da bateria 12, de modo que haja uma convergência da corrente para um valor substancialmente igual ao nível de corrente de carregamento.

O carregador 10 pode, também, incluir sensores de tensão da

bateria (por exemplo, sensores 40 e 42) que estão eletricamente acoplados aos terminais de carregamento do carregador 10. O sensor de tensão mede periodicamente (por exemplo, a cada 0,1 segundo) a tensão nos terminais da bateria 12, particularmente durante o estágio de tensão constante do pro25 cesso de carregamento. Essas medições periódicas de tensão permitem controlar a tensão fornecida pelo módulo de conversão de energia 16 durante o estágio de tensão constante (CV) para que a tensão aplicada aos terminais da bateria 12 durante o estágio CV esteja em um nível substancialmente constante (por exemplo, o limite superior de tensão predeterminado).

A corrente/tensão medida pelos sensores 29, 40 e 42 pode,

também, ser usada para determinar a existência de condições de falha que exijam que a operação de carregamento seja interrompida ou não seja iniciada. Por exemplo, o controlador 30 determina se a tensão medida pelos sensores de tensão 40 e 42, nos terminais da bateria 12, está dentro de um intervalo predeterminado de níveis de tensão para a bateria 12 (por exemplo de 2 a 3,8 V). Se o valor medido está abaixo do limite inferior de tensão do 5 intervalo, isso pode ser indicativo de que a bateria está defeituosa. Se o valor medido está acima do limite superior do intervalo, isso poderia ser indicativo de que a bateria já está completamente carregada e um carregamento adicional não é necessário e poderia danificar a bateria. Consequentemente, se a tensão medida não está dentro do intervalo predeterminado, uma con10 dição de falha é considerada existente.

O carregador pode realizar uma determinação similar no que diz respeito à corrente medida através do resistor de derivação 29 e, se a corrente medida estiver fora de um intervalo de corrente predeterminado, podese considerar a existência de uma condição de falha e, consequentemente, 15 a operação de carregamento poderia não ser iniciada ou poderia ser cessada.

Em algumas modalidades, os sinais medidos recebidos são processados usando-se elementos de processamento lógico analógicos (não mostrados) como dispositivos controladores de carga dedicados que podem 20 incluir, por exemplo, comparadores de limite, para determinar os níveis de tensão e corrente medidos pelos sensores 29 e/ou 40 e 42. O carregador 10 pode incluir, também, um bloco de condicionamento de sinal (não mostrado) para realizar a filtragem e o processamento de sinais para sinais de entrada digitais e/ou analógicos, de modo a evitar medições incorretas (por exemplo, 25 medições incorretas de tensão, corrente, etc.) que podem ser causadas por fatores externos, como ruído no nível do circuito.

Em algumas modalidades, o controlador 30 é configurado para monitorar a taxa de aumento de tensão através da medição periódica da tensão nos terminais da bateria 12, e ajustar a corrente de carregamento 30 aplicada à bateria 12 de tal modo que o limite superior de tensão predeterminado seja atingido dentro de um período de tempo de elevação de tensão especificado. Com base na taxa de aumento de tensão medida, o nível da corrente de carga é ajustado para aumentar ou diminuir a corrente de carga, de modo que o limite superior de tensão predeterminado seja alcançado dentro do período de tempo específico de tensão elevada. O ajuste do nível da corrente de carregamento é realizado, por exemplo, de acordo com uma 5 técnica de preditor-corretor que emprega um filtro de Kalman. Outras abordagens para determinar os ajustes para que a corrente atinja um limite superior de tensão predeterminado podem ser usadas.

Conforme observado, devido ao fato de que o carregador aqui descrito carrega baterias, por exemplo, baterias de fosfato de ferro-lítio, du10 rante um intervalo relativamente curto (por exemplo, 5 minutos), esse carregador tipicamente não geraria um aquecimento significativo durante esse período de operação. Portanto, determinados módulos e/ou componentes configurados para proteger a operação dos carregadores convencionais para evitar danos e uma operação insegura devido à geração de calor podem ser 15 eliminados do carregador. Por exemplo, o carregador 10 pode ser construído sem o uso de elementos de controle térmico (por exemplo, ventiladores, eIementos dissipadores de calor, outros tipos de módulo de controle, etc.) e/ou sem elementos de monitoramento térmico (por exemplo, sensores térmicos, como termistores).

Em algumas modalidades, o dispositivo carregador 10 pode ser

implementado com elementos dissipadores de calor com tamanho reduzido para dissipar o calor gerado, por exemplo, pela unidade de controle PWM do comutador 32 e/ou pelo diodo 26. Como o carregador 10 opera de maneira intermitente durante curtos períodos de tempo, seria seguro operar o carre25 gador 10 com elementos dissipadores de calor com tamanho reduzido (ou sem dissipadores de calor) para a unidade de controle PWM do comutador, o diodo 26 e/ou qualquer outro componente gerador de calor usado na implementação do carregador 10.

Além disso, por não usar elementos dissipadores de calor ou, alternativamente, por reduzir as dimensões físicas dos elementos dissipadores de calor (frequentemente, elementos dissipadores de calor e outros tipos de componentes são configurados de modo a ter áreas superficiais grandes, para dissipar o calor gerado), os requisitos de tamanho para o dispositivo carregador 10 são reduzidos, reduzindo assim as dimensões gerais (por exemplo, o volume) do invólucro do carregador.

Uma outra implementação que pode ser usada para reduzir o 5 tamanho do carregador 10 consiste no uso de um retificador baseado em MOSFET, em vez do diodo 26. Um retificador sincronizado baseado em MOSFET não gera níveis significativos de calor, em comparação a implementações baseadas em diodo ou transistor bipolar. Dessa forma, quando é usado um retificador baseado em MOSFET, podem ser usados elementos 10 dissipadores de calor com tamanho reduzido (e, portanto, um carregador com tamanho reduzido).

Uma outra implementação que permite a redução do tamanho (por exemplo, volume) do carregador 10 é a redução do tamanho dos capacitores (por exemplo, os capacitores 15 e/ou 28) usados para realizar operações de filtragem nas correntes/tensões de entrada e/ou saída do carregador

10. Particularmente, conforme descrito acima, as baterias, inclusive baterias recarregáveis à base de fosfato de ferro-lítio, têm uma capacitância interna inerente que é suficientemente alta para permitir que essas baterias suavizem as oscilações de corrente/tensão aplicadas às mesmas, permitindo assim evitar condições inseguras de operação (por exemplo, condições como formação de placas de lítio sobre os eletrodos anódicos das baterias). Dessa forma, a capacitância interna das baterias permite que as mesmas realizem parte das operações de filtragem que, de outro modo, precisariam ser realizadas por circuitos dedicados de filtragem das fontes de energia convencionais, e/ou módulos de conversão de energia. Consequentemente, em uma implementação do dispositivo carregador 10, o valor de capacitância do capacitor de saída 28 é reduzido ou, alternativamente, o capacitor 28 é removido da implementação do dispositivo carregador 10. Mediante a redução do valor do capacitor 28, ou a eliminação do mesmo, pode-se obter uma correspondente redução no volume do invólucro do carregador.

De maneira similar, em algumas modalidades pode ser reduzido

o valor de capacitância do capacitor de reservatório 15 acoplado ao retificador 14.

Uma outra disposição que reduz as dimensões físicas gerais do carregador (e, dessa forma, a dimensão física, inclusive o volume, do invólucro contendo o conjunto de circuitos do dispositivo carregador) é aquela na 5 qual o módulo corretor de fator de potência (PFC) não está incluído no carregador 10. Um módulo PFC, que às vezes é usado com carregadores convencionais, é configurado de modo a eliminar harmônicos da corrente/tensão CA, sendo geralmente implementado mediante o uso de filtros que incluem capacitores, indutores e/ou comutadores adicionais. Fontes de energia e/ou 10 módulos de conversão de energia convencionais incorporam, às vezes, um módulo PFC em sua implementação, para otimizar a eficiência energética.

Entretanto, como o carregador 10 opera de maneira intermitente e/ou durante curtos períodos de tempo, as eficiências energéticas gerais que podem ser obtidas através do uso de um módulo PFC com o carregador 10 15 são geralmente pequenas. Consequentemente, em algumas modalidades o dispositivo carregador 10 é implementado sem um módulo PFC. Mediante a não-inclusão de um módulo PFC (o qual inclui elementos filtrantes como capacitores, resistores e componentes ativos) podem ser reduzidos os requisitos gerais de tamanho do dispositivo carregador.

Dessa forma, em algumas modalidades o dispositivo carregador

10 é implementado de modo a não dispor de um ou mais dentre, por exemplo, elementos dissipadores de calor, um capacitor de saída como o capacitor 28, e/ou um módulo PFC. Além disso, em algumas modalidades o carregador 10 é implementado com um capacitor de reservatório reduzido, como o capacitor 15.

Uma implementação exemplificadora de um dispositivo carregador compacto que é isento de um ou mais dentre elementos dissipadores de calor, um capacitor de saída, um capacitor de reservatório e/ou um módulo PFC pode ser configurado de modo a ter uma saída de aproximadamente 50 30 W de energia (3,6 a 5 V / 10 a 12,5 A) para carregar baterias à base de fosfato de ferro-lítio, cada qual com tensões nominais de 3,3 V e capacidade de

1 Ah. (Alternativamente, Em algumas implementações os capacitores de reservatório e os capacitores de saída do carregador 10 têm menor capacitância e, portanto, menor tamanho, em comparação a capacitores que são comumente usados com um dispositivo carregador com capacidade de desempenho comparável, por exemplo aproximadamente 50 W de potência de 5 saída). Para um dispositivo carregador compacto configurado para uma saída de 50 W de potência, o dispositivo carregador pode ser abrigado em um volume menor que 81,9 cm3 (5 polegadas cúbicas (5 pol3)). Dessa forma, a densidade de potência de saída volumétrica, definida como a razão entre a potência de saída de um determinado dispositivo carregador e o volume do 10 invólucro contendo o conjunto de circuitos desse dispositivo carregador específico é, para o exemplo de dispositivo carregador compacto 10, de aproximadamente 0,61 W/cm3 (50 W/5 pol3 = 10 W/pol3)).

Conforme mostrado na tabela abaixo, podem ser obtidas densidades de potência de saída volumétrica similares para carregadores com capacidades variáveis de desempenho (por exemplo, carregadores cuja potência de saída fica na faixa de entre 3 e 300 W).

Corrente de saída [A] Potência de saída [W] Volume do carregador menor que [cm3 (in3)j 2 8 13,1 (0,8) 4 16 26,2(1,6) 6 24 39,3 (2,4) 8 32 52,4 (3,2) 10 40 65,5 (4,0) 12 48 78,7 (4,8) 14 56 91,8 (5,6) 16 64 104,9 (6,4) 18 72 117,9 (7,2) 20 80 131,1 (8,0) 22 88 144,2 (8,8) 24 96 157,3 (9,6) Dessa forma, as densidades de potência de saída volumétrica que podem ser obtidas para esses vários dispositivos carregadores são de pelo menos 0,61 W/cm3 (10 W/pol3). Agora com referência à Figura 2A, em algumas modalidades o controlador 30 pode ser configurado para determinar 51 o nível de carga aproximado existente na bateria 12 (por exemplo, mediante a medição da tensão da bateria) e, com base no nível de carga existente aproximado ava5 liado, determinar 53 um período de tempo durante o qual uma corrente de carregamento precisa ser aplicada à bateria 12. O nível de carga determinado é aplicado à bateria por um período de tempo determinado e depois disso o carregador irá cessar a operação. Essa modalidade fornece um temporizador flexível que autoajusta o tempo de carregamento de acordo com a 10 carga de bateria existente. Dessa forma, dependendo do estado inicial da carga da bateria, a operação de carregamento pode ocorrer ao longo de um período de um minuto ou menos, se a bateria estava quase que totalmente carregada e até, por exemplo, cerca de 5 ou 6 minutos se a bateria estava substancialmente descarregada.

Com referência à Figura 3, é descrita uma modalidade exemplifi

cadora de um procedimento de carga 60 para recarregar a bateria recarregável 12. A bateria 12 pode ser recebida em um compartimento de carga do carregador 10 ou, em algumas modalidades, o carregador 10 pode ser eletricamente acoplado á bateria 12, a qual está abrigada dentro de um disposi20 tivo operado por baterias (por exemplo, um telefone celular). Inicialmente, o carregador 10 pode opcionalmente determinar, antes do início das operações de carregamento, a existência de certas condições de falha. Dessa forma, por exemplo, o carregador 10 mede 62 a tensão da bateria 12. O carregador 10 determina 64 se a tensão medida V0 está dentro de um intervalo 25 predeterminado (por exemplo, se V0 está entre 2 e 3,8 V). Em circunstâncias nas quais se determina que a tensão medida não está dentro dos intervalos aceitáveis predeterminados, tornando assim insegura uma operação de carregamento sob as condições existentes, o carregador não prossegue com a operação de carregamento e o procedimento 60 pode cessar.

O carregador 10 faz determina 66 que uma corrente de carre

gamento seja aplicada à bateria 12. Em algumas modalidades, a corrente de carregamento determinada é tal que a bateria 12 atinge pelo menos 90% da capacidade de carga em aproximadamente 4 a 6 minutos.

Se o carregador 10 estiver adaptado para receber diferentes tipos de baterias com diferentes capacidades, então o carregador 10 poderá determinar 65 a capacidade e/ou o tipo da bateria 12 inserida no compartimento de carga do carregador 10. Em algumas modalidades, o carregador inclui um mecanismo de identificação configurado para medir a resistência de um resistor ID conectado à bateria 12 que é representativa da capacidade e/ou do tipo da bateria 12. Adicional e/ou alternativamente, a capacidade e/ou o tipo da bateria 12 podem ser comunicados ao carregador por meio de uma interface de usuário disposta, por exemplo, no corpo do carregador 10. Os dados comunicados através do mecanismo de identificação, interface de usuário ou de outro modo são, portanto, representativos da capacidade e/ou do tipo da bateria. O carregador pode determinar, então, a corrente de carregamento adequada a ser aplicada à bateria com base nesses dados. Por exemplo, em circunstâncias em que o carregador 10 computa a resistência de um resistor ID da bateria 12, o carregador 10 pode acessar uma tabela de pesquisa armazenada em um módulo de armazenamento de memória do carregador 10 que indexa as correntes de carregamento adequadas correspondentes à capacidade associada à resistência computada.

Uma vez determinada a corrente de carregamento a ser aplicada à bateria 12, é iniciado 68 um temporizador configurado para medir o período de tempo pré-especificado da operação de carregamento. O temporizador pode ser, por exemplo, um módulo temporizador dedicado do processa25 dor 34, ou pode ser um contador que é acrescido em intervalos de tempo regulares medidos por um relógio interno ou externo do processador 34.

A corrente/tensão aplicada pelo módulo de conversão de energia

16 é controlada 70 para fazer com que uma potência de saída, geralmente entre 3 e 300 W, seja dirigida à bateria recarregável 12 a uma corrente constante substancialmente igual à corrente de carregamento determinada. O carregador 10 fornece uma saída de energia tal que a densidade de potência de saída volumétrica é de pelo menos 0,61 W/cm3 (10 W/pol3). Conforme explicado, o carregador 10 implementa um mecanismo de retroinformação do lado primário, o qual inclui o controlador 30 e a unidade de controle PWM de comutador 32, que opera para ajustar a corrente/tensão na saída do módulo de conversão de energia 16. Durante o tempo 5 em que o módulo de conversão de energia está desligado 16 (isto é, quando a corrente/tensão da saída do módulo 16 é retida) a energia armazenada no capacitor 28 é descarregada para a bateria 12 como uma corrente. A combinação da corrente aplicada do módulo de conversão de energia 16 e a corrente descarregada do capacitor 28 resultam em uma corrente efetiva subs10 tancialmente igual à corrente de carregamento determinada.

A bateria 12 é carregada com uma corrente substancialmente constante até que a tensão nos terminais da bateria atinja um limite superior de tensão predeterminado. Dessa forma, a tensão aplicada à bateria 12 é periodicamente medida 72 para determinar quando foi atingido o limite supe15 rior de tensão predeterminado (isto é, a tensão transição). Quando a tensão nos terminais da bateria 12 atinge o limite superior de tensão predeterminado, por exemplo 4,2 V, o módulo de conversão de energia 16 é controlado (também em 72) para ter um nível de tensão constante substancialmente igual ao nível de tensão transição mantido nos terminais da bateria 12.

Opcionalmente, um LED na interface de usuário do carregador

10 pode acender-se para indicar que o ponto de tensão transição foi atingido e que, portanto, a bateria tem carga suficiente para operar adequadamente. Nesse momento, o usuário pode remover a bateria 12 caso deseje usá-la imediatamente.

A taxa de aumento da tensão pode ser periodicamente medida

(operação não mostrada na Figura 3), de modo a fazer com que o limite superior de tensão predeterminado seja atingido dentro do período de aumento de tensão especificado. Com base na taxa de aumento de tensão, é ajustado o nível da corrente de carregamento (com um ajuste correspondente do 30 sinal de atuação aplicado ao circuito regulador de corrente/tensão) para aumentar ou diminuir a corrente de carregamento de modo que o limite superior de tensão predeterminado seja atingido dentro do período de aumento de tensão especificado.

Após o decorrer de um período de tempo substancialmente igual ao período de tempo de carregamento, conforme determinado 74, a corrente de carregamento aplicada à bateria 12 é cessada (por exemplo, mediante a 5 interrupção do módulo de conversão de energia de atuação elétrica 16 com o uso do módulo de controle PWM do comutador 32 e/ou da unidade de controle de transformador 20). O procedimento de carga é concluído ao expirar um período de tempo específico, após o limite superior de tensão predeterminado da bateria 12 ter sido alcançado, ou após algum nível específico de 10 carga da bateria 12 ter sido alcançado.

As figuras 4A e 4B ilustram comportamentos de tensão de carregamento e de corrente de carregamento exemplificadores, respectivamente, para uma bateria de fosfato de ferro-lítio de 1 Ah submetida a uma carga de 5 minutos a 4,2 V CV/12 A CC, usando-se um carregador do tipo mostra15 do na Figura 1. Conforme mostrado na figura 4B, uma corrente constante de aproximadamente 12 A é aplicada à bateria no início da operação de carregamento. Em uma corrente de carregamento de 12A, uma bateria de 1 Ah seria totalmente carregada (se estivesse substancial e inteiramente esgotada) em aproximadamente 5 minutos (1 Ah/12 A = 0,0833 h = 5 minutos).

Conforme explicado, o carregador 10 é configurado para fazer

com que uma corrente substancialmente constante seja produzida e aplicada à bateria 12 e, portanto, em resposta às oscilações na corrente (conforme mostrado pelos picos que aparecem no gráfico), o carregador fará com que a corrente média de carregamento seja mantida constante a aproximada25 mente 12 A. Quando a corrente de carregamento é aplicada pela primeira vez, a tensão nos terminais de carga do carregador e/ou da bateria 12 é de aproximadamente 3,7 V. A tensão começa a aumentar e atinge um nível médio de 4,2 V cerca de 3 minutos depois (conforme mostrado na Figura 4A). Depois disso, a tensão nos terminais de carregamento é mantida no 30 nível.

Outras modalidades

Diversas modalidades da invenção foram descritas. No entanto, deve-se entender que várias modificações podem ser feitas sem que se desvie do caráter e escopo da invenção. Por exemplo, o carregador pode ser associado a ou incorporado em uma estação de acoplamento usada com um dispositivo eletrônico, por exemplo, um telefone celular, um computador, um 5 assistente digital pessoal, etc. Consequentemente, outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims

1. Dispositivo carregador, para carregar uma ou mais baterias recarregáveis, caracterizado pelo fato de compreender um invólucro definindo um volume, que inclui: um módulo de conversão de energia para fornecer uma potência na saída entre 3 e 300 W; e um controlador configurado para: determinar um nível de corrente a ser dirigido para uma ou mais baterias recarregáveis; fazer com que a potência de saída seja dirigida para uma ou mais baterias recarregáveis a uma corrente de carregamento substancialmente igual ao nível de corrente determinado; em que uma razão entre a potência de saída dirigida para uma ou mais baterias recarregáveis e o volume é igual a pelo menos 0,61 W/cm3 (10 W/pol3).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo carregador é isento de um ou mais dos seguintes: um módulo corretor do fator de potência, um capacitor de saída e um módulo conversor de tensão CC-CC de segundo estágio.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador está configurado para determinar o nível de corrente a ser dirigido para uma ou mais baterias recarregáveis, de modo que estas atinjam uma carga predeterminada dentro de um período de tempo para carregamento de 15 minutos ou menos.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a carga predeterminada de uma ou mais baterias corresponde a pelo menos 80% da capacidade de carga das uma ou mais baterias recarregáveis, em que o período de tempo para carregamento situa-se aproximadamente entre 3 e 15 minutos.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a carga predeterminada de uma ou mais baterias é de aproximadamente 80% da capacidade de carga das mesmas, sendo que o período de tempo para carregamento situa-se aproximadamente entre 3 e 4 minutos.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a carga predeterminada de uma ou mais baterias recarregáveis é de pelo menos 90 a 95% da capacidade de carga das mesmas, sendo que o período de tempo para carregamento é de aproximadamente 5 minutos.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado, ainda, para: fazer cessar a corrente de carregamento após o decorrer de um período de tempo de carregamento substancialmente igual a um determinado período de tempo.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de conversão de energia compreende um transformador de tensão.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender, ainda, um mecanismo para controle de retroinformação, destinado a fazer com que o controlador regule a corrente produzida pelo módulo de conversão de energia.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle de retroinformação está configurado para regular a operação do transformador de tensão.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle de retroinformação é configurado para manter a tensão nos respectivos terminais das uma ou mais baterias recarregáveis em um limite superior de tensão predeterminado, depois de as ditas baterias terem atingido esse limite.

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador configurado para determinar o nível de corrente está configurado para determinar o nível de corrente a ser dirigido a uma ou mais baterias recarregáveis à base de fosfato de ferro-lítio.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador configurado para fazer com que a potência de saída seja dirigida a uma ou mais baterias recarregáveis está configurado de modo a fazer com que a potência de saída seja dirigida a uma ou mais baterias recarregáveis sem monitoramento das temperaturas das mesmas.

14. Método para carregamento de uma ou mais baterias recarregáveis, caracterizado pelo fato de compreender: determinar um nível de corrente a ser dirigido para uma ou mais baterias recarregáveis; e dirigir uma potência de saída entre 3 e 300 W a uma ou mais baterias, a uma corrente de carregamento substancialmente igual ao nível de corrente determinado, sendo a potência de saída fornecida por um dispositivo carregador que tem um invólucro definindo um volume, e sendo que uma razão entre a potência e saída e o volume é igual a pelo menos 0,61 W/cm3 (10 W/pol3).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dispositivo carregador é isento de um ou mais dos seguintes: um módulo corretor do fator de potência, um capacitor de saída e um módulo conversor de tensão CC-CC de segundo estágio.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: cessar a corrente de carregamento após o decorrer de um período de tempo de carregamento substancialmente igual a um determinado período de tempo.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a determinação do nível de corrente compreende determinar o nível de corrente de modo que uma ou mais baterias atinjam uma carga predeterminada dentro de um período de tempo para carregamento de 15 minutos ou menos.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a carga predeterminada de uma ou mais baterias recarregáveis corresponde a pelo menos 90% da capacidade de carga das mesmas, sendo que o período de tempo para carregamento é de aproximadamente 5 minutos.

19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: ajustar periodicamente a corrente de carregamento após ter sido atingido o nível de tensão predeterminado nos respectivos terminais das uma ou mais baterias recarregáveis, de modo a manter as tensões nos respectivos terminais das uma ou mais baterias recarregáveis no nível de tensão predeterminado.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: fazer com que um dispositivo indicador de saída seja ativado quando for atingido o nível de tensão predeterminado nos respectivos terminais das uma ou mais baterias recarregáveis.

21. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o direcionamento da potência de saída é realizado sem monitoramento das temperaturas das uma ou mais baterias recarregáveis.

22. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o direcionamento da potência de saída compreende regular a corrente fornecida por um módulo de conversão de energia que tem uma seção de transformador de tensão.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a regulação da corrente fornecida pelo módulo de conversão de energia inclui regular a operação da seção do transformador de tensão.

24. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a determinação do nível de corrente a ser dirigido a uma ou mais baterias recarregáveis compreende determinar o nível de corrente a ser dirigido a um ou mais baterias recarregáveis à base de fosfato de ferro-lítio.