专利名称：用于监视对电池供电的系统和方法
用于监视对电池供电的系统和方法祖旦 冃豕常规无线设备通常利用诸如可再充电池(例如，锂离子电池)等可再生功 率源来增强设备的便携性。锂离子电池已被证明在功率和电压输出方面是非常高效的。因此，例如便携计算机、便携计算机外设、个人数字助理(PDA)、 数码相机、可携式摄像机、无线耳机以及蜂窝电话都利用锂离子电池。使用电池的固有局限是电池所持有的有限电荷。即，电池必须在其已经完 全或近乎完全放电时被再充。然而，如果在电池己经达到全容量之后继续充电 可能会縮短电池的整个寿命。过度充电可能会引起损坏和/或膨胀，这会降低电 池的寿命和维持电荷的能力。常规充电设备利用计时器和/或电流检测机制来确定电池所接受的电流是 否已经降到一预设的电流终止阈值以下。然而，当在充电的同时电池受负载影 响时，常规充电设备不能进行识别。该负载可以是例如使用收发器(例如， WAN/LAN无线电)和/或背光灯的结果。因此，充电设备所提供的电流立即被 拆分于负载与电池之间。计时器将不能确保电池充满，因为原本供给电池的功 率的一部分已经被负载所掠取。类似地，负载会阻碍充电器所提供的电流降到 电流终止阈值以下。因此，由于负载的存在，即使当该电池充满时，充电设备 也仍将维持提供给电池的功率。因此，需要在存在负载的情况下检测电池何时 已被充电至全容量。发明概要一种供电以对电池再充电并驱动独立于该电池之外的至少一个负载的方 法，其中该负载连接至该电池。确定仅提供给电池的电流量。确定电池电压。 当该电流量小于一预定电流终止阈值且该电池电压为大于或等于电压限度之 一时禁止对电池供电。一种具有用以向电池和独立于该电池之外的至少一个负载供电的供电电路的设备，其中该负载连接至该电池。 一种电路用以将仅提供给电池的电流量 与一预定电流终止阈值相比较并将电池电压与电压限度相比较，以及一种禁止 电路用以在该电流量小于该预定电流终止阈值且电池电压为大于及等于该电 压限度之一时终止供电。一种方法，接收对应于仅提供给电池的电荷的电流量的第一指示；将该电 流量与电流终止阈值相比较；接收电池电压的第二指示；以及当该电流量小于 该电流终止阈值且第二指示表明电池电压已经达到电池阈值电压时禁止向电 池供电。附图简述
图1示出了根据本发明的用于对可再充电池进行再充电的第一典型装置。 图2示出了根据本发明的用于对可再充电池进行再充电的第二典型装置。 图3示出了根据本发明的用于检测电池充电是否完成的方法的示例性实施例。图4示出了根据本发明的可用于实现图3中用于检测电池是否已经充满的方法的第一示例性电路的框图。图5示出了根据本发明的可用于实现图3中用于检测电池是否己经充满的方法的第二示例性电路的框图。图2示出了根据本发明的用于对电池充电的系统的示例性实施例。图3示出了根据本发明的电池组的示例性实施例。图4示出了根据本发明的电源装置的电路的示例性实施例。图5示出了根据本发明的电源装置的电路的另一示例性实施例。
具体实施方式
可参照以下描述和其中相似要素用相同标号来表示的附图对本发明进行 进一步理解。本发明的示例性实施例是参照锂离子电池和锂离子电池充电器来 描述的。然而，本领域的技术人员将理解，本发明也可适用于任何类型的可再 充电池和电池充电器。图1示出了用于对可再充电池5再充电的第一典型装置。在该装置中，可再充电池5被包括作为可以是例如PDA、手机、扫描器(例如，基于激光的扫描器、基于图像的扫描器)的终端l的一部分。该可再充电池5可以是终端1的可拆卸或不可拆卸的部分。终端1被示为连接到砖式电源10，后者又连接到功率源20。砖式电源10 将传入的AC功率(来自功率源20)转换成被该终端内的充电器IC用来对终 端1的可再充电池5再充电的稳定DC电源。本领域的技术人员将理解，电池 充电器可以有许多不同实施例而本发明并不限于任何特定的电池充电器。功率源20可以是诸如墙上插座等任意的AC功率源，也可以是稳定或不 稳定的DC功率源。在这种情形中，砖式电源将传入的DC功率转换成被终端 内的充电器IC用来对电池5充电的稳定DC电源。终端l、砖式电源10以及 功率源20之间的连接可以是如本领域所公知的具有合适连接器的有线连接。图2示出了用于对可再充电池再充电的第二典型装置。类似于图1的装置， 图2的装置包括电源20和向终端中的充电器IC提供稳定DC电源以对可再充 电池再充电的砖式电源10。然而，在该装置中，砖式电源IO被连接到充电座 30。图1的终端1可被放于充电座30以对终端的电池5再充电。充电座30将 包括用以在充电座30与终端1/电池5之间造成电接触的恰当的连接器。在一 替换性实施例中，可再充电池5可以从终端5拆卸开并可单独地插入配备有用 于再充电的充电器IC的充电座30中。本领域的技术人员将理解，图1和2的装置仅是出于说明性目的而提供的， 而本发明的示例性实施例可适用于可再充电池的任何类型的可再充装置。典型的电池充电器(例如，锂离子电池充电器)实质上是有限电流、有限 电压的能源。充电器输出将不超过电池的电压限度("VL")(例如，对于 锂离子电池通常是4.2 V)，而充电器电流限度("CL")通常由用户根据电 池制造商的说明书来设置。诸如充电时间等其它考虑因素也可用于设置CL。 完全放电或近乎完全放电的电池将以恒定的CL安培充电直到其达到VL。此 后，充电器维持跨电池恒定VL。在切换至恒定电压模式之后，电池所汲取的 电流将从最大的CL安培下降直至充电完成。因此，典型的充电器可被认为具 有两种工作模式I)恒定电流("CC")模式；和ii)恒定电压("CV")模 式。如果充电器仅向电池提供电流，则通过测量充电器电流非常容易确定电池是否充满。然而，如果在充电期间还存在负载(例如，LAN/WAN无线电等) 连接到该电池，则充电器电流测量就不足以确定电池是否充满。例如，图l的 终端可包括用户希望在电池5充电期间保持开的显示屏。因此，该显示屏和电 池5将通过同一充电电路同时从砖式电源汲取功率，即电池和额外负载(显示 屏)是不可分割的负载。本发明的示例性实施例针对当在充电期间还存在负载 时确定电池是否充满。如上所述，知道电池是否充满对于避免导致电池寿命下 降的过度充电是相当重要的。当在充电期间存在负载时，可能发生若干不同场景。这些不同场景显示需 要充电器电流以外的更多信息来确定电池是否充满。例如，在第一场景中，充 电器处于CC模式且电池充电电流小于电流终止阈值("CTT")，因为负载 正汲取了整个CL (或者甚至更多)。在第二场景中，充电器处于CC模式且 电池充电电流大于CTT，因为负载不像第一场景中那么猛烈。在第三场景中， 充电器处于CV模式且总电流小于CL。在该场景中，电池电流取决于负载电 流而大于或小于CTT。最后，在第四场景中，充电器处于CV模式且电池和负 载所汲取的电流小于CTT。本领域的技术人员将理解，上述场景仅是示例性的，还可能存在其它充电 场景或这些场景的变形。本发明可同等地适用于这些其它和/或更改的场景。上 述场景用于显示需要比一个电流更多的信息来确定电池是否充满。图3示出了示例性方法100，其示出了对电池是否充满的确定。在步骤105， 确定电池充电电流是否介于0与CTT之间。以下将描述确定电池充电电流的 示例性方式。如果电池充电电流不在该范围内，则电池没有充满以及该过程循 环并继续监视电池充电电流。在步骤110，确定电池电压是大于或等于VL还是小于VL。以下将描述 确定电池电压的示例性方式。如果电池电压小于VL，则电池未充满以及过程 循环且继续监视电池充电电流和电压。如果电池电压大于或等于VL，则该方 法继续到步骤115以禁用充电器，因为该电池已被确定为充满。因此，方法IOO显示通过确定电池充电电流和电池电压能够确定电池是否 已经充满。具体而言，如果电池充电电流介于0与CTT之间且电池电压为VL，则电池可被认为充满。图4示出了可被用于实现图3中用于确定电池是否己被充满的方法的第一 示例性电路80的框图。在描述电路80的操作之前，应该理解电路80是以框 图形式提供的以及虽然各组件被示为封闭在框80中，但并不要求所描述的组 件中的每一个被包含在同一物理设备中。例如，在一个示例性实施例中，电路 80的所有组件可被包括作为终端1的部分，由此允许终端1能完全控制终端1 内电池5的充电。在另一示例性实施例中，可能将电路80的一个或多个组件 包括在砖式电源10中。在又一实施例中，可能在包括电路80的一个或多个组 件的砖式电源IO与终端1之间提供新的接口。因此，用于实现本发明的示例 性方法的电路80和其它描述的示例性电路的描述并不限于任何特定物理实施 例。本领域的技术人员将理解，这里所描述的功能可以多种方式来实现。电路80被示为包括充电器微控制器55和充电器集成电路("IC" ) 60。 充电器微控制器55可以是能够处理数据和/或访问应用或逻辑功能的任意类型 的设备或硬件和/或软件的组合，例如，处理器、专用集成电路("ASIC") 等。充电器微控制器55被示为接收来自电流测量电路的两个输入。第一输入 52是来自用以测量电池充电电流——即出于对电池5再充电的目的而提供给 电池5的电池充电器10电流——的电流测量电路。第二输入54是来自用以测 量电池充电器10所提供的总电流——即电池电流加任意负载电流——的电流 测量电路。电流测量电路(未示出)可以被包括作为终端1的部分。电流测量电路可 包括电流电压转换器(例如，互阻抗放大器)。电流测量电路的输出可被输入 到模数(A/D)转换器(未示出)以输入到充电器微控制器55。在一替换性实 施例中，电流测量电路的输出可被输入到具有(以下更加具体描述的)适当阈 值模拟比较器(未示出)。模拟比较器的输出然后可被输入到充电器微控制器 55数字输入。如以上参照图3的步骤105所述的，该充电方法的示例性实施例的一部分 是确定电池充电电流是否小于CTT。如在该示例性实施例中所示，电流输入 52直接测量该参数(电池充电电流)并将该值输入到充电器微控制器55，随 后由后者如以上参照步骤105所示地将电池充电电流与CTT相比较以确定电池充电电流是否介于O与CTT之间。CTT可被预编程到充电器微控制器55中 或由用户设置。因此，使用由电流测量电路提供的电池充电电流的直接测量， 可关于电池充电电流与CTT作出恰当的确定。本领域的技术人员将理解，在使用比较器的该示例性实施例中，比较器的 关于电池充电电流的阈值可以被设为CTT。因此，比较器可在电池充电电流大 于CTT时提供第一输出而在电池充电电流小于CTT时提供第二输出。充电器 微控制器55可在这两种输出之间区分以关于电池充电电流和CTT作出恰当的 确定。如以上在图3的示例性方法100中所述的，除了确定电池充电电流之外， 还需要确定电池电压是否已经达到用以断定电池充满的VL (步骤110)。作 出这种确定的一种方式是通过确定电池充电器是否工作在CV模式来推断电池 电压是否已经达到VL。电池充电器是否工作在CV模式可通过确定充电器总 电流是否小于CL来推断。如上所述，到充电器微控制器55的第二输入54是从例如包括在终端1 中的电流测量电路测得的充电器总电流。如先前所述的，由于除电池5之外终 端1可能有正在工作的其它负载(例如，外围设备)，所以充电器总电流54 可能大于电池充电电流。充电器微控制器55将接收该充电器总电流输入54并 将该值与CL相比较以确定电池充电器是否正工作在CV模式。以与上述用于电池充电电流相类似的方式，包括总充电电流的比较器的示 例性实施例可包括设为CL的阈值。该比较器可在充电器总电流大于或等于CL 时提供第一输出而在充电器总电流小于CL时提供第二输出。充电器微控制器 55可在这两种输出之间区分以关于充电器总电流和CL作出恰当确定。因此，如果充电器微控制器55确定电池充电电流介于0与CTT之间且电 池电压为VL或更大(通过基于充电器总电流小于CL确定电池充电器处于CV 模式)，充电器微控制器55确定指示已充满电的电池的两个条件都已满足。 因此，充电器控制器55可向充电器IC 60驱动输出以指示电池充电器应被禁用， 因为电池5已经充满。本领域的技术人员将理解，禁用电池充电器的功能可驻 留在充电器IC60中或驻留在电池充电器或终端1的其它禁用电路中。图5示出了可被用来实现图3中用于确定电池是否已被充满的方法的第二示例性电路90的框图。电路90包括用于接收如关于图4的电路80所述的电 池充电电流52的充电器微控制器55。然而，电路90被示为还包括含测量充电 器总电流的功能的充电器IC70。这种IC的示例是包括充电电流监视器管脚的 线性技术LTC 4061芯片。IC 70包括输出等于充电器总电流的模拟信号72的 输出管脚。该模拟信号被可确定充电器总电流是否小于CL的充电器微控制器 55的模数("A/D")输入所接收。如果确定充电器总电流小于CL，则可如 上地推断电池充电器处于CV模式，因此确定电池是否充满的条件得以满足。在另一示例性实施例中，电池5可以是包括控制器的智能电池。如本领域 的技术人员所理解的，该控制器可被称为"智能电池"，因为该控制器可监视 电池5的状态。该控制器的一个功能可以是在电池5被充电时测量电池充电电 流。因此，电池充电电流的测量可由智能电池自身来执行并且该电流值可被发 送至充电器微控制器以与CTT相比较从而如以上关于步骤105所述地确定电 池充电电流是否介于0与CTT之间。以上实施例示出了有多种方式来测量或推断方法100中所定义的条件被 满足。本领域的技术人员将理解，也可使用其它测量或推断方式来实现本发明。 例如，出于实现本发明的目的，可以直接测量电池电压。有可能测量负载电流 并将该负载电流从充电器电流中减去以获得电池充电电流。有可能在充电器中 包括指示从CC模式到CV模式的切换的逻辑等。另外，其它电路设计实践被实现用以改善该示例性电池充电电路的性能。 例如，由于噪声和附加负载的电流可能是动态的，电池充电电流和总充电电流 在根据在此所述的逻辑进行处理之前可被平均。在另一实施例中，在CL附近可能有一电流范围，其中关于电池充电器是 否实际已经切换至CV模式可能有某一不确定性。因此，CL可被设为最大电 流CL的某一分数(例如，95%)以确保电流将不会错误地断定其处于CV模 式并由此可能错误地断定电池充满。然而，这意味着可能有一些时候电路在实 际处于CV模式中一一即电池可能已充满——时断定其处于CC模式。为了解 决该可能性，充电器电路还可包括一计时器以防止在CL>I>.95CL或电路内有 其它错误检测的情况下充电电路一直充电。该计时器可被设置用以在预期电池 充电时间之后但在可能对充电器造成永久损坏之前的某一时间终止充电。每次电池被连接到充电器时，该计时器可被复位。已经参照这里的示例性实施例对本发明进行了描述。然而，可对本发明作 出各种修改和变化而不会背离如以下权利要求中所阐述的本发明最宽的精神 实质和范围。相应地，说明书和附图应以说明性而非限制性意义来理解。
权利要求
1.一种方法，包括供电以对电池再充电并驱动独立于所述电池之外的至少一个负载，其中所述负载连接至所述电池；确定仅提供给所述电池的电流量；确定电池电压；以及当所述电流量小于一预定电流终止阈值且所述电池电压为大于及等于电压限度之一时禁止对所述电池的供电。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述电池是锂离子电池、镍 镉电池、和镍金属氢化物电池之一。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，对所述电池的供电是恒定电 流和恒定电压之一。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压限度基于所述电池 的类型。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述电流量是由用户设置的。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述电池电压是仅 在确定所述电流量小于所述预定电流终止阈值之后才执行的。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池被包括在一设备中 且所述至少一个负载是所述设备的组件。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述确定电池电压包括确定 充电器总电流是否为大于及等于电流限度(CL)之一。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流量是通过将测得的 电流量求平均来确定的。
10. —种设备，包括用以向电池和独立于所述电池之外的至少一个负载供电的供电电路，其中所述负载连接至所述电池；用以将仅提供给所述电池的电流量与一预定电流终止阈值相比较并将电 池电压与电压限度相比较的电路；以及用以在所述电流量小于所述预定电流终止阈值且所述电池电压为大于及 等于所述电压限度之一时终止所述供电的禁止电路。
11. 如权利要求IO所述的设备，其特征在于，所述电池被包括在所述设备中。
12. 如权利要求IO所述的设备，其特征在于，所述电路包括处理器、微 控制器、和专用集成电路之一。
13. 如权利要求IO所述的设备，其特征在于，所述供电电路工作在恒定 电流模式和恒定电压模式之一 。
14. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，当所述供电电路工作在所 述恒定电压模式时，所述电路确定所述电池电压为大于及等于所述电压限度之
15. 如权利要求14所述的设备，其特征在于，当充电器总电流小于充电 器电流限度时，所述电路确定所述供电电路工作在所述恒定电压模式。
16. 如权利要求IO所述的设备，其特征在于，所述电路从电流测量电路 接收仅提供给所述电池的所述电流量。
17. 如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述电流测量电路将电流 测量值求平均以确定所述电流量。
18. 如权利要求IO所述的设备，其特征在于，还包括 计时器，其中所述禁止电路在由所述计时器计量的预定时间阈值之后终止所述供电。
19. 一种方法，包括接收对应于仅提供给电池的电荷的电流量的第一指示； 将所述电流量与电流终止阈值相比较； 接收电池电压的第二指示；以及当所述电流量小于所述电流终止阈值且所述第二指示表明所述电池电压 己经达到电池阈值电压时禁止向所述电池的供电。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述电池电压达到所述电 池电压阈值的所述第二指示是电池充电器的工作模式。
21. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述电池电压达到所述电池电压阈值的所述第二指示是电池充电器的充电器总电流低于一电流阈值的 指不。
22. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述电池电压达到所述电 池电压阈值的所述指示是所述电池电压的直接测量。
23. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述电池充电电流是从包 括在所述电池的电池组中的控制器电路和传感器电路之一接收的。
全文摘要
描述了一种供电以对电池再充电并驱动独立于该电池之外的至少一个负载的方法，其中该负载连接至该电池。确定仅提供给电池的电流量。确定电池电压。当该电流量小于一预定电流终止阈值且该电池电压为大于或等于电压限度之一时禁止对电池供电。
文档编号H02J7/00GK101278458SQ200680036453
公开日2008年10月1日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年7月29日
发明者C·R·保尔, G·拉特尼, J·卡巴纳, T·B·泽林斯基 申请人:讯宝科技公司