管理电池充电状态从而为电子设备提供安全操作的制作方法

本申请要求2016年12月13日提交的第15/377,114号美国专利申请的权益，该专利申请通过引用整体并入本文。

本公开一般涉及电池充电，并且更具体地，涉及用于管理电池充电状态从而为电子设备提供安全操作的方法和设备。

背景技术：

人们越来越关注在车辆和其它封闭空间中使用电池供电的电子设备。这些设备的一些说明性示例包括平板电脑、智能手机、车辆导航系统、和全球定位系统(gps)设备。电子设备可以是便携式的、或嵌入到现有系统中，或两者兼具。嵌入到现有系统中的电子设备通常连接到外部电源以支持设备中的电池充电。这种电池提供适度的容量，例如20瓦时(wh)至100wh。该容量远大于许多嵌入式电子设备所需的容量，其中电池持续连接到嵌入式系统提供的电源。当然，如果嵌入式系统的电源发生故障或经历暂时中断，则可能希望在电池中保持一定程度的能量存储。然而，在发生故障或暂时中断的情况下，能量存储的分钟数可能就足够了，并且可能不需要数小时的能量存储。

中等容量电池系统的故障可导致热事故，导致高温，火灾，燃烧和危险化学品的释放。当电子设备嵌入难以到达的区域，例如在机柜中、座椅中、墙壁中、或隔板中，并且不能快速移除时，这个问题进一步恶化。同样，目前不断发展的监管要求为电子设备所需的保护水平定义了不同的规则，作为电池容量的性能。更大的电池容量意味着更严格的监管审查。这些法规要求需要更高水平的测试和记录，并且还可能要求更改硬件。通过从电子设备中拆卸电池，可以更容易地满足这些要求。然而，从电子设备拆卸电池并执行相关的重复工作会增加电子设备的总成本，使得设备在商业上没有吸引力。

在封闭空间中使用电池会给设备操作员带来安全问题和潜在的声誉损害。最近的事件涉及与电子烟相关的电池事故，与无人机和带有悬停板的飞机的高容量电池相关的电池事故，以及由于平板电脑设备中包装不当的电池引起的电池事故导致的飞机起火。因此，需要克服至少一个相关技术的前述缺陷和限制。

技术实现要素：

在一个方面，一种用于对电池执行智能安全管理的计算机实现的方法包括：向电池施加充电电压；监测电池的实际充电水平；确定用于对电池充电的电池的第一充电电压和第一充电水平；确定用于显著降低或消除与电池相关的安全隐患的电池的第二充电电压和第二充电水平，其中，第二充电电压小于第一充电电压，并且第二充电水平小于第一充电水平；以及，限制所施加的充电电压，使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。

在另一方面，一种用于对电池执行智能安全管理的装置，可包括处理器和可操作地耦合到处理器的存储器，其中存储器包括指令，当由处理器执行该指令时，该指令使得处理器施加从电源到电池的充电电压，监测电池的实际充电水平，确定用于对电池充电的电池的第一充电电压和第一充电水平，确定用于显著降低或消除与电池相关的安全隐患的电池的第二充电电压和第二充电水平，其中第二充电电压小于第一充电电压并且第二充电水平小于第一充电水平，限制所施加的充电电压，使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。

在另一方面，一种用于对电池执行智能安全管理的计算机程序产品，包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机可读程序，其中，当在包括至少一个处理器的计算设备上执行该计算机可读程序时，该计算机可读程序使至少一个处理器向电池施加充电电压，监测电池的实际充电水平，确定用于对电池充电的电池的第一充电电压和第一充电水平，确定用于显著降低或消除与电池相关的安全隐患的电池的第二充电电压和第二充电水平，其中第二充电电压小于第一充电电压且第二充电水平小于第一充电水平，并且限制施加的充电电压使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。

在另一方面，一种用于对电池执行智能安全管理的计算机实现的方法包括：向电池施加充电电流；监测电池的实际充电水平；确定用于对电池充电的电池的第一充电电流和第一充电水平，确定用于显著降低或消除与电池相关的安全隐患的电池的第二充电电流和第二充电水平，其中第二充电电流小于第一充电电流，并且第二充电水平小于第一充电水平；以及，限制所施加的充电电流，使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。

在另一方面，一种用于对电池执行智能安全管理的装置，可包括处理器和可操作地耦合到处理器的存储器，其中存储器包括指令，当由处理器执行该指令时，该指令使得处理器施加从电源到电池，监测电池的实际充电水平，确定用于对电池充电的电池的第一充电电流和第一充电水平，确定用于显著降低或消除与电池相关的安全隐患的电池的第二充电电流和第二充电水平，其中第二充电电流小于第一充电电流，并且第二充电水平小于第一充电水平，并限制所施加的充电电流，使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。

在另一方面，一种用于执行电池的智能安全管理的计算机程序产品，包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机可读程序，其中，当在包括至少一个处理器的计算设备上执行该计算机可读程序时，该计算机可读程序使该至少一个处理器施加从电源到电池的充电电流，监测电池的实际充电水平，确定用于对电池充电的电池的第一充电电流和第一充电水平，确定用于显著降低或消除与电池相关的安全隐患的电池的第二充电电流和第二充电水平，其中第二充电电流小于第一充电电流，并且第二充电水平小于第一充电水平，并限制所施加的充电电流，使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。

附图说明

参考附图进一步描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于对电池执行智能安全管理的示例性方法。

图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的可以在其上执行图1方法的示例性装置。

图3示出了根据本发明的一组实施例的可以实现图1方法的示例性计算机或处理系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于对电池执行智能安全管理的示例性方法。该方法可以在电池供电的设备上执行，或者可选地或另外地，在相对于电池供电的设备外部执行。如下文更详细描述的，控制或限制(或两者兼具)电池的充电水平，以消除或减少电池热事故的可能性，从而提供由电池充电的电子设备的安全操作。

图1的操作流程开始于方框101，其中充电电压施加到电池。可选地或另外地，可以将充电电流施加到电池。嵌入到现有系统中的电子设备通常连接到外部电源以支持设备中的电池的充电。出于说明的目的，这种电池提供适度的容量，例如20瓦时(wh)至100wh。

恒压充电器代表连接在电池端子上的限流恒压源。随着电池充电，电池上的电压将增加，充电电流将逐渐减小。虽然恒定电压充电是相对节约成本的方法，但是该技术可能需要长的电池充电时间。由于源电压保持恒定，当电池充电时，充电电流以及充电速率迅速降低。然后以较低的电流速率对电池充电，该电流速率通常小于电池配备要处理的全电流速率。

与恒定电压充电相反，恒定电流充电施加等效于电池的恒定电流。即使电池电压在电池充电时达到终止电压，由于电池的等效串联电阻(esr)上的电压降，实际电池电压也会降低。因此，取决于电池esr和充电电流，电池可以充电至小于其容量的100％。

电池是通过化学反应产生电势的任何装置。特别地，电池包括可充电电池，其可以通过充电操作恢复运行。电池可包括但不限于镍镉(nicad)、锂离子(li离子)、镍金属酸酐(nimh)、和其它可充电电池。可以使用电池组来实现电池。电池组包括一个或多个电池单元的封装。电池组通常用于许多便携式电子设备中，包括移动计算设备。

操作流程前进到方框103，其中，监测电池的实际充电水平。充电水平可以确定为完全充电的百分比，或者确定为完全电池容量的百分比。充电水平可以称为充电状态(soc)。例如，完全容量为100瓦特小时(wh)的电池可以当前充电到50wh的水平，代表完全容量的50％。可选地或另外地，在恒压充电器的情况下，可以参考充电电流确定充电水平。随着电池通过恒压充电器逐渐充电，充电电流减小。因此，充电电流与电池的充电水平成反比。

在方框105处，根据一组示例性实施例，确定用于电池的第一充电电压和第一充电水平，用于对电池进行基本上完全充电。第一充电电压被确定为确保电池充电至其完全容量所必需的电压水平。根据该示例，第一充电水平被确定为完全容量的100％。然而，在某些情况下，例如电池老化，可能需要将第一充电水平设定为小于100％的值。因此，根据一组替代实施例，第一充电水平将电池充电至小于基本上完全充电的水平，例如，完全容量的50％或完全容量的75％。

无论第一个充电水平是100％还是更低的百分比，第一个充电水平都是根据电池规格信息(如数据表)计算出来的，或根据一个或多个电池电压测量值计算出来的，或者根据使用数据表信息和电池电压测量值的各种组合计算出来的。第一充电水平通常使用第一soc值表示，该第一soc值是测量的电池电压、标称电池电压、诸如电流或温度的其它测量值或其任何各种组合的函数。将soc与电池电压相关的数学函数表明soc与电池电压成比例。实际上，通过使用测量的电池电压来计算第一soc值，可以在算法上简化测量第一soc值。因此，可以基于电池电压的一个或多个测量值来控制第一充电水平。

通常，将电池维持在第一充电水平(可能高达完全容量的100％)远远超过许多嵌入式电子设备的需求，其中电池持续连接到由嵌入式系统提供的电源。如果嵌入式系统的电源发生故障或经历暂时中断，则可能希望在电池中保持一定水平的能量存储。然而，在发生故障或暂时中断的情况下，可能不需要在电池中保持数小时或数天的能量存储。

在许多情况下，在电池上维持不必要的高充电水平是有风险的。实际上，中等容量电池系统的故障可能导致热事故、高温、火灾、燃烧、和危险化学品的释放。在封闭空间中使用电池会给设备操作员带来安全问题和潜在的声誉损害。当电子设备嵌入难以接近或难以到达的区域(例如在机柜中、在座椅中、在墙壁中、或在隔板中)并且不能快速移除时，该问题进一步恶化。此外，目前不断发展的监管要求为电子设备所需的保护水平定义了不同的规则，作为电池容量的性能。更大的电池容量意味着更大的安全威胁和更严格的监管审查。

图1的操作流程进行到方框107，其中，确定电池的第二充电电压和第二充电水平，其显著减少或消除与电池相关的安全危险。第二充电电压小于第一充电电压，并且第二充电水平小于第一充电水平。出于说明的目的，如果电池的最大容量在20wh至100wh的范围内，则第二充电水平可以被限制为不超过2wh。更一般地，根据本文公开的一组另外的实施例，第二充电水平可以被限制为不大于电池的完全充电容量的25％或30％。

如先前结合第一充电水平所描述的，第二充电水平也可以从数据表关系导出。例如，可以根据电池电压测量值的函数来确定第二充电水平的第二soc值。根据一组说明性实施例，基于制造商推荐或经验实验，将第二充电水平确定为不会造成无法接受的高热事故风险的水平。

在许多实际情况中，第二充电水平的第二soc值将远小于第一充电水平的第一soc值的100％，并且通常为第一soc值的20％至40％。将soc与电池电压相关的数学函数表明soc与电池电压成比例。实际上，通过使用测量的电池电压值来计算第一和第二soc值，可以在算法上简化测量第一和第二soc值。因此，可以基于电池电压的一个或多个测量值来控制第一和第二充电水平。随着电池老化，其总充电容量减少，从容量管理的角度来看，电池更安全。因此，基于由第二充电水平限定的降低水平来对电池充电将提供相当大的安全裕度。

接下来，在方框109处，限制所施加的充电电压，使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。可选地或另外地，施加的充电电流受到限制，使得电池的实际充电水平不超过第二充电水平。根据第一组另外的实施例，通过监测过电流、或监测过电压、或监测过电流和过电压来执行方框109。可选地，可以结合熔断保护来执行过电流或过电压监测。根据第二组另外的实施例，使用soc的固件控制来执行方框109。根据第三组另外的实施例，通过监测soc并控制充电电压或充电电流的施加，来响应于达到或超过第二充电水平而自动关闭充电电压或充电电流，从而执行方框109。

也可以采用前述方法的组合。例如，可以结合提供soc的固件控制来执行过电流或过电压监测。同样地，可以结合响应于达到或超过第二充电水平而关闭充电电压或充电电流来执行过电流或过电压监测。这些方法可以用于例如便携式电子设备，例如平板电脑、智能手机、个人数字助理(pda)、笔记本电脑、全球定位系统(gps)设备、和其它电池供电的设备。

将电池充电限制到第二充电水平导致电池具有相对低的储存能量，从而大大减少或消除电池安全危险。这使得配备电池的商业、工业、和消费电子设备可用于重视安全环境，并可安全地用于封闭空间。例如，将soc管理到低水平可以提供对施加到电池的短路的保护，从而短路不会导致热事故。同样，将soc管理到较低水平可以满足在任何要装运的电池上使用低soc的新的运输法规要求。

在包括飞行器的操作设置中，通常存在足够的过剩电池容量。大多数情况下，电池连接到电源。间歇性中断时段可持续约100毫秒的相对短的突发持续时间。因此，在这些操作设置中，不需要将电池充电至完全(100％)容量水平。相反，可以将电池充电到低水平，例如完全容量的30％或更低，而在典型电源故障的情况下不会损失功能。

图2示出了示例性装置200，可以根据本发明的一个或多个实施例在其上执行图1的方法。该装置200可以包括移动计算设备，诸如提供移动操作并且包括可充电电池电源的个人计算机、笔记本电脑、平板设备、移动互联网设备、个人数字助理、或智能手机。输入功率202被施加到电源204。输入功率202可以在装置200的外部。例如，输入功率200可以是来自本地电力设施的ac电源线、车辆电源系统、发电机、交流发电机或任何其它电力源。电源204将输入功率转换为适合于为处理器206和电源管理控制器208供电的电流水平和电压水平。

处理器206包括逻辑电路，其响应于驱动计算机的一组基本指令并处理该基本指令。出于说明的目的，处理器206可包括算术逻辑单元(alu)、浮点单元(fpu)、寄存器、和高速缓存存储器。alu对指令中的操作数集执行算术和逻辑运算。fpu，也称为数学协处理器或数字协处理器，是一种操纵数字的专用协处理器。寄存器保存指令和其它数据。寄存器向alu提供操作数并存储操作结果。高速缓存存储器可以包括l1高速缓存和l2高速缓存。与必须从随机存取存储器(ram)获取数据的处理器206相比，包括l1和l2高速缓存节省了时间。

处理器206可以但不是必须使用微处理器来实现。微处理器指的是其元件包含在单个集成电路(ic)芯片上的处理器。同样地，处理器206可以但不是必须使用多核处理器来实现。多核处理器包含两个或更多处理器，以提高性能，降低功耗并更有效地同时处理多个任务。多核设置类似于在同一台计算机上安装多个独立处理器，但由于处理器物理上插入单个插槽，因此处理器内核之间的连接速度更快。

处理器206可操作地耦合到电源管理控制器208。电源管理控制器208可以使用专用电源管理集成电路芯片或组件来实现。处理器206接收来自电源管理控制器208的传感器和监测器信号。处理器将充电控制命令发送到电源管理控制器208。电源管理控制器208监测和感测电池210的操作和条件。这些操作和条件包括电池电压、电池电流、当前电池充电水平、总电池容量、当前感测温度、以及可选的其它因素中的两个或者更多。电源管理控制器208被配置用于防止电池210的过充电、深度放电、和过电流状况，并且还被配置用于提供安全的电池充电。此外，处理器206和电源管理控制器208被配置用于实现图1的步骤。

在本公开的一组实施例中，图3示出了可以实现图1的任何方法的示例性计算机或处理系统的示意图。计算机系统仅是合适的处理系统的一个示例，并不旨在对本文描述的方法的实施例的使用范围或功能提出任何限制。所示的处理系统可以与许多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。可以适用于图3所示的处理系统的众所周知的计算系统、环境、和/或配置的示例可以包括但不限于个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户端、胖客户端、手持或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络pc、小型计算机系统、主机计算机系统、和包括任何上述系统或设备的分布式云计算环境等。

可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(例如程序模块)的一般上下文中描述计算机系统。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、逻辑、数据结构等。计算机系统可以在分布式云计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备来执行。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机系统存储介质中。

计算机系统的组件可以包括但不限于一个或多个处理器或处理单元12、系统存储器16、以及将包括系统存储器16的各种系统组件耦合到处理器12的总线14。处理器12可以包括执行本文描述的方法的模块。该模块可以被编程到处理器12的集成电路中，或者从存储器16、存储设备18、或网络24或其组合中加载。

总线14可以表示若干类型的总线结构中的任何一种或多种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、加速图形端口、以及使用各种总线架构中的任何总线架构的处理器或本地总线。作为示例而非限制，这样的架构包括工业标准架构(isa)总线、微通道架构(mca)总线、增强型isa(eisa)总线、视频电子标准协会(vesa)本地总线、和外围组件互连(pci)总线。

计算机系统可包括各种计算机系统可读介质。这样的介质可以是计算机系统可访问的任何可用介质，并且它可以包括易失性和非易失性介质、可移动和不可移动介质。

系统存储器16可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)和/或高速缓存存储器等。计算机系统还可以包括其它可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为示例，可以提供存储系统18，用于从不可移动的非易失性磁介质(例如，“硬盘驱动器”)读取和写入。尽管未示出，但是可以提供用于读取和写入可移动的非易失性磁盘(例如，“软盘”)的磁盘驱动器，以及用于读取或写入可移动的非易失性光盘(诸如cd-rom、dvd-rom或其它光学介质)的光盘驱动器。在这种情况下，每个都可以通过一个或多个数据介质接口连接到总线14。

计算机系统还可以与一个或多个外部设备26(例如键盘、指示设备、显示器28等)通信；与一个或多个使用户能够与计算机系统交互的设备通信；和/或与使计算机系统能够与一个或多个其它计算设备通信的任何设备(例如网卡、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口20而发生。

此外，计算机系统可以经由网络适配器22与一个或多个网络24[诸如局域网(lan)、通用广域网(wan)、和/或公共网络(例如因特网)]通信。如图所示，网络适配器22通过总线14与计算机系统的其它组件通信。应该理解，尽管未示出，但是其它硬件和/或软件组件可以与计算机系统结合使用。示例包括但不限于：微代码、设备驱动程序、冗余处理单元、外部磁盘驱动器阵列，raid系统、磁带驱动器、和数据存档存储系统等。

本发明可以是系统、方法、和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括计算机可读存储媒介(或介质)，其上具有计算机可读程序指令，用于使处理器执行本发明的各方面。

计算机可读存储介质可以是有形设备，其可以保留和存储指令以供指令执行设备使用。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备、或前述的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非详尽列表包括以下内容：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、数字通用光盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码装置，例如在其上记录有指令的凹槽中的穿孔卡或凸起结构，以及前述的任何合适的组合。这里使用的计算机可读存储介质不应被解释为暂时性信号本身，例如无线电波或其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输介质(例如通过光纤电缆的光脉冲)传播的电磁波、或通过电线传输的电信号。

本文描述的计算机可读程序指令可以经由网络从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或下载到外部计算机或外部存储设备，例如因特网、局域网、广域区域网络和/或无线网络。网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配器卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并传递计算机可读程序指令以存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据或以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，该编程语言包括诸如smalltalk、c++等的面向对象的编程语言，以及诸如“c”编程语言或类似编程语言的传统步骤编程语言。计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络[包括局域网(lan)或广域网(wan)]连接到用户的计算机，或者可以(例如通过使用互联网服务提供商而经由互联网)连接到外部计算机。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)、或可编程逻辑阵列(pla)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令，从而个性化电子电路，以执行本发明的各方面。

这里参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)、和计算机程序产品的流程图示和/或框图来描述本发明的各方面。将理解的是，流程图示和/或框图的每个方框以及流程图示和/或框图中的方框的组合可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器以生产机器，使得通过计算机的处理器或其它可编程数据处理装置而执行的指令，创建了用于实现在流程图和/或框图块中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指示计算机、可编程数据处理装置和/或其它设备以特定方式起作用，使得具有存储在其中的指令的计算机可读存储介质包括一种制品，包括实现流程图和/或框图块中指定的功能/动作的各方面的指令。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，以使得在计算机、其它可编程装置、或其它设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机、其它可编程装置、或其它设备上执行的指令实现了在流程图和/或框图块中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的各种实施例的系统、方法、和计算机程序产品的可能实现的架构、功能、和操作。在这方面，流程图或框图中的每个方框可以表示模块、段、或指令的一部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，方框中提到的功能可以不按图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个方框实际上可以基本上同时执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图示的每个方框以及框图和/或流程图示中的方框的组合可以由执行特定功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的专用基于硬件的系统来实现。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组。

在以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件(如果有的话)的对应结构、材料、动作、和等同物旨在包括用于结合其它要求保护的元件执行功能的任何结构、材料、或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本发明的描述，但是并不旨在穷举或将本发明限于所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域普通技术人员能够理解本发明的各种实施例，其具有适合于预期的特定用途的各种修改。

虽然已经结合各个附图的优选实施例描述了本发明，但是应该理解，可以使用其它类似的实施例，或者可以对所描述的实施例进行修改或添加，以执行相同的功能，而不偏离本发明。因此，本发明不应限于任何单个实施例，而是根据所附权利要求的叙述在广度和范围上进行解释。