專利名稱：電池充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及可充電電池系統(tǒng)，特別是涉及便攜式電子設(shè)備用的可充電電池系統(tǒng)。
隨著電子設(shè)備變得日益完善、便攜和易于得到，消費(fèi)者市場要求產(chǎn)品和相關(guān)系統(tǒng)提供更多的服務(wù)。特別是電池充電系統(tǒng)過去一段時間一直停留在低技術(shù)水平上，并且只是到了最近這種系統(tǒng)才受到注意。此外，產(chǎn)品的互連性正日益加強(qiáng)，也即產(chǎn)品的設(shè)計使其可與其他設(shè)備連接而保證向給定的系統(tǒng)提供更多的功能。比如，市售的無線調(diào)制解調(diào)器就是用于便攜式計算機(jī)和個人數(shù)字助理(PDA)的。
典型的臺式電池充電器只是提供一個或兩個電池容納槽和與電池接頭相配的充電器接頭。充電器包括供電裝置、穩(wěn)壓器和控制電路，三者一起用來給插在充電器中的電池充電。在某些情況下，特別是在便攜式計算機(jī)的情況下，充電器也可作為產(chǎn)品的供電裝置。很多此種產(chǎn)品包括有可從外部供電裝置或充電器獲取電力并對內(nèi)置電池充電的內(nèi)部充電控制器。充電器不提供將此器件與其他器件連接的手段。便攜式計算機(jī)，由于其體積較大，具有與外圍設(shè)備連接用的端口，而體積較小的產(chǎn)品，如蜂窩式電話機(jī)和PDA，因體積有限難以設(shè)置這種連接器端口。
現(xiàn)代電子設(shè)備提供的較為重要的優(yōu)點(diǎn)之一就是在便攜式電子設(shè)備中的接收、存儲和生成信息的能力。例如，手持掃描儀通常用于食品雜貨店盤貨。這種裝置可讀入與具體產(chǎn)品對應(yīng)的代碼號，之后使用者可借助鍵盤或類似的輸入裝置輸入貨架上貨品的清點(diǎn)數(shù)目。其后可將這一信息由這一電子設(shè)備傳輸?shù)揭粋€中央計算機(jī)系統(tǒng)以便生成庫存報告。
因此就需要提供電氣設(shè)備之間的連接性能以便在向設(shè)備提供電力的同時對設(shè)備所使用的電池充電。


圖1是本發(fā)明的電池充電系統(tǒng)的框圖。
雖然本說明書以定義被認(rèn)為是本發(fā)明的新穎性的特點(diǎn)的權(quán)利要求書結(jié)尾，但可以確信下面結(jié)合附圖的描述會有助于更好地了解本發(fā)明，其中使用了標(biāo)號。
下面參考示出本發(fā)明的電池充電系統(tǒng)10的框1，圖中大體示出充電器12及系統(tǒng)的各種部件，包括供電裝置14、電氣設(shè)備16、外部電池18和外圍裝置20。應(yīng)當(dāng)指出的是所示出的所有部件使用同一參考電位，因此為了清楚起見未示出接地連接。所以應(yīng)當(dāng)認(rèn)為各部件具有一個通過充電器連接于供電裝置參考電位的地電位。
充電器12是此系統(tǒng)的核心部分，同時其他部件電連接至充電器12，而且也可通過充電器12互相連接。這一點(diǎn)的實現(xiàn)是依靠在充電器上提供用于容納各種部件的機(jī)械裝置，通常是設(shè)置在端口上用于與各種部件的相應(yīng)電接點(diǎn)適配的多個電接點(diǎn)。通過這些接點(diǎn)，電能和信號都可在各部件間傳送?？捎糜谶B接這些電設(shè)備的手段有很多種。
供電裝置14連接于交流電源22并在輸出端24提供經(jīng)過調(diào)節(jié)的直流電壓電平。輸入端26接受來自其他部件的反饋電壓電平，如下文所述，而調(diào)節(jié)輸出端24上的輸出電壓電平使之高于反饋電壓電平的一個預(yù)先選定的差值。所有系統(tǒng)部件都通過調(diào)節(jié)輸出電壓電平的供電裝置輸出電平提供電力。例如，充電器通常會包括一個5伏或3.3伏的調(diào)節(jié)器向其內(nèi)部電路元件供電。在本發(fā)明中，反饋電壓電平是正在由此系統(tǒng)充電的電池的電壓。這使得可以應(yīng)用線性調(diào)節(jié)器來提供電池充電控制，因為充電器的輸出電壓的電平可以維持在用來進(jìn)行線性調(diào)節(jié)的旁通晶體管的飽和電壓之上的最低電平上，這樣就可以大大減小線性調(diào)節(jié)器的發(fā)熱。更具體地講，就是通過將額外開銷電壓減至最小可使線性調(diào)節(jié)器所消耗的功率降至最低，從而使線性調(diào)節(jié)器的效率接近開關(guān)模式類型的裝置。因此，優(yōu)選電壓差值是高于反饋電壓電平大約1.4伏。通過大大減小發(fā)熱就可以將線性調(diào)節(jié)器放入很小的電氣設(shè)備(比如蜂窩式電話)內(nèi)，從而可利用它來給充電器接觸不上的電池充電并且電池上不再需要設(shè)置充電器接點(diǎn)。
這樣，電氣設(shè)備16包括可充電內(nèi)部電池30、充電電路32和控制器34，并且此充電器12還提供有用于使電氣設(shè)備16與充電器12進(jìn)行電連接的裝置。內(nèi)部電池30可以從電氣設(shè)備16中取出而另外單獨(dú)充電。供電裝置的輸出端24通過充電器12與電氣設(shè)備的充電電路32連接。而充電電路則以經(jīng)過調(diào)節(jié)的電流向內(nèi)部電池供電使其充電。充電電路32受設(shè)備的控制器34控制，控制器34決定何時停止電池充電并且可以控制充電電路32使其向正在再充電的特定電池提供正確的電流輸出。電池電壓通過充電器12作為反饋電壓電平加到供電裝置的輸入端而反饋至供電裝置14，從而供電裝置僅提供所需的最小電壓。
除了控制內(nèi)部充電電路32，控制器34還連接到通信總線36，比如RS-232、3線或小型計算機(jī)系統(tǒng)接口(SCSI)，以便與系統(tǒng)其他部件通信。充電器12中設(shè)置有緩沖器37用于在總線通信中鎖存數(shù)據(jù)，這在本專業(yè)領(lǐng)域中是很常用的。特別是可與連接于充電器12的外設(shè)端口38的外圍設(shè)備20進(jìn)行通信。外設(shè)端口38是用來使外圍設(shè)備與充電器進(jìn)行電連接的裝置。此類外圍設(shè)備包括比如個人計算機(jī)及無線傳真調(diào)制解調(diào)器。通過總線36既可傳送控制信息也可傳送數(shù)據(jù)信息?？偩€上可以并聯(lián)連接幾個外圍設(shè)備，各具有唯一的地址。
此外，此緩沖器也可用來提供通信協(xié)議中的電壓的適當(dāng)改變。由于現(xiàn)在的趨勢是在數(shù)字系統(tǒng)中采用較低的電壓電平，比如從5伏降到3.3伏，所以最好是充電器可以與其他設(shè)備通信而不管其數(shù)字電壓電平是多少。例如，一具有一組電話號碼的蜂窩式電話可能是一個3伏系統(tǒng)。想要把這些電話號碼存儲到計算機(jī)中的用戶要把電話機(jī)插到充電器中，并通過一個適當(dāng)?shù)碾娎|將計算機(jī)與充電器的外設(shè)接口相連。由于計算機(jī)多半工作于較高的電壓電平，緩沖器保證通信設(shè)備之間兩個方向上正確的電平移動。
為了盡量擴(kuò)大此系統(tǒng)10的用途，最好使充電器12至少能使一個輔助電池或外部電池18充電。這一點(diǎn)是通過提供一個外部電池端口用以機(jī)械地容納外部電池18并與充電器12進(jìn)行電連接而實現(xiàn)的。為了對外部電池18充電，充電器12需要一個電流調(diào)節(jié)器40、一個控制電路42和至少兩個開關(guān)44和46?？刂齐娐?2最好包括微處理器，如Motorola公司生產(chǎn)的MC68HC05B6，以及一個EPROM或其他非易失性存儲器用于存儲指令集和使用戶可在產(chǎn)品到達(dá)其手中時對產(chǎn)品進(jìn)行改變。電流調(diào)節(jié)器40可以是線性的也可以是開關(guān)模式類型的。這兩種都是本專業(yè)領(lǐng)域所熟知的，因而系統(tǒng)10的設(shè)計人員在判斷何者更適合具體的應(yīng)用情況時要仔細(xì)權(quán)衡每一種的利弊。電流調(diào)節(jié)器由控制電路42根據(jù)至少一條線48上的電流調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。線48可以起一種開關(guān)型控制作用或者是由控制電路42提供一個參考電平。最好是采用兩條線，即線48起開關(guān)控制作用，而線50提供參考電平。調(diào)節(jié)器的輸出52供給外部電池18，而其后所生成的電壓作為反饋電壓電平通過開關(guān)44反饋給供電裝置的輸入端26。
開關(guān)44和46在系統(tǒng)可以給一個以上的電池充電時是必需的并且最好是晶體管開關(guān)，比如MOSFET。供電裝置的輸出電壓電平是由各具體被充電電池所提供的反饋電壓決定的，不管該電池是內(nèi)部電池30還是外部電池18。因此，只有被充電的特定電池的電池電壓是應(yīng)該送到供電裝置的輸入端26的，任何其他電池電壓均不在此列。因而控制電路42監(jiān)控此系統(tǒng)以判斷那一個電池正在充電并關(guān)閉相應(yīng)的開關(guān)。開關(guān)44和開關(guān)46中一個關(guān)閉，則另一個打開。如果在電氣設(shè)備16先連接于此系統(tǒng)并且此設(shè)備的內(nèi)部電池30需要充電時，充電器12向外部電池充電，則設(shè)備16將這一情況通過總線36或單獨(dú)的線路如信息線28通知控制電路42。于是控制電路將開關(guān)44切斷并將開關(guān)46接通，從而使設(shè)備16對其內(nèi)部電池30充電。在設(shè)備16充電結(jié)束時，該設(shè)備通過總線36通知控制電路，而充電器就恢復(fù)對外部電池的充電。外部電池18最好能提供一個溫度指示信號54以使充電器12可以監(jiān)控電池18的溫度。此外，電池18可以提供一個數(shù)據(jù)信號56用于指示如電池容量和電池的化學(xué)成分這些參數(shù)。
除了由供電裝置14提供的輸入端和輸出端，它還可以另外提供一條信息線28。這條信息線允許系統(tǒng)部件詢問供電裝置14以便在其他參數(shù)之中確定輸出容量，即供電裝置的最大電流輸出。這一信息可幫助系統(tǒng)部件決定如何分配功率。例如，如果一個設(shè)備以電流x對電池進(jìn)行再充電，并且該設(shè)備還須要完成某些要求電流y的其他操作，而且x+y超過供電裝置的最大電流輸出電平，則此設(shè)備應(yīng)當(dāng)在完成其他操作同時暫時關(guān)掉充電電路。這樣一來供電裝置就可以很小，因為它們無需在任意給定的時刻向所有的系統(tǒng)部件同時提供最大電功率。結(jié)果形成一種電功率的限額供應(yīng)。
這樣本發(fā)明就可提供一種允許便攜式電氣設(shè)備與外圍設(shè)備連接并對一個或多個電池充電的系統(tǒng)。本發(fā)明可以減少在電池上設(shè)置的接點(diǎn)數(shù)目，因為電氣設(shè)備本身帶有其自己的充電控制電路并從而不再需要單獨(dú)的充電器適配接點(diǎn)。借助部件之間的通信可以實現(xiàn)一種形式的電功率限額分配，從而可使電源供電較通常所要求的要小。
雖然上面示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是很清楚，本發(fā)明并不限于上述實施例。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人士而言，在不脫離如所附的權(quán)利要求所確定的精神和范圍的條件下可實現(xiàn)多種改進(jìn)、變更、改型、替換及其他等效方案。
權(quán)利要求
1.一種電池充電系統(tǒng)，包括一個具有輸出端和輸入端的供電裝置，上述輸入端用于接受反饋電壓電平，上述輸出端提供一個高于上述反饋電壓電平一個預(yù)先選定的差值的輸出電壓電平；一個連接于上述供電裝置的充電器，用于與外圍設(shè)備及電氣設(shè)備進(jìn)行電連接，并且在上述外圍設(shè)備和上述電氣設(shè)備之間設(shè)置有通信總線；上述電氣設(shè)備包括具有電池電壓電平的可充電電池和充電電路；并且其中的上述電氣設(shè)備可通過上述通信總線與上述外圍設(shè)備通信，上述電池電壓電平可提供上述反饋電壓電平，上述供電裝置的輸出電壓電平供給上述充電電路，并且上述充電電路對上述內(nèi)部電池進(jìn)行充電。
2.如權(quán)利要求1中所述的電池充電系統(tǒng)，其中上述充電器還包括一個控制器；一個容納外部電池并將上述充電器與其進(jìn)行電連接的外部電池端口；以及一個由上述供電裝置的上述輸出電壓電平供電并由上述控制器控制的電流調(diào)節(jié)器，用于向上述外部電池提供充電電流。
3.如權(quán)利要求1中所述的電池充電系統(tǒng)，其中上述預(yù)先選定的差值大約是1.4伏。
4.如權(quán)利要求1中所述的電池充電系統(tǒng)，其中上述電氣設(shè)備是蜂窩式電話。
5.如權(quán)利要求1中所述的電池充電系統(tǒng)，其中上述充電器還包括在上述電氣設(shè)備和上述外圍設(shè)備之間的上述通信總線上的一個緩沖器。
6.一種用于包含供電裝置的電池充電系統(tǒng)中的充電器，包括用于與電氣設(shè)備進(jìn)行電連接的裝置；用于與外圍設(shè)備進(jìn)行電連接的裝置；以及設(shè)置在上述裝置之間用于與上述電氣設(shè)備和上述外圍設(shè)備進(jìn)行電連接的通信總線。
7.如權(quán)利要求6中所述的充電器，還包括用于與外部電池進(jìn)行電連接和對其充電的裝置。
8.如權(quán)利要求6中所述的充電器，還包括在用于與上述電氣設(shè)備和上述外圍設(shè)備進(jìn)行電連接的上述裝置之間的上述通信總線上的一個緩沖器。
9.如權(quán)利要求6中所述的充電器，其中上述電氣設(shè)備包括一個可充電內(nèi)部電池；一個充電電路；以及其中上述電氣設(shè)備通過上述充電器從上述供電裝置接受電功率，以對上述可充電內(nèi)部電池充電。
全文摘要
電池充電系統(tǒng)(10)包含一個充電器(12)、供電裝置(14)、電氣設(shè)備(16)、外部電池(18)和外圍設(shè)備(20)。充電器(12)在各種部件之間用于提供連接,使得作為便攜式電氣設(shè)備的電氣設(shè)備(16)和外圍設(shè)備(20)進(jìn)行通信。通過向供電裝置(14)提供反饋輸入(26)可使部件體積減小。供電裝置產(chǎn)生的電壓輸出(24)高于反饋電平一個預(yù)先選定的差值,從而可使額外開銷電壓電平減至最小并可在電氣設(shè)備(16)中進(jìn)行有效的線性調(diào)節(jié)以對電池進(jìn)行充電。
文檔編號H02J7/00GK1191632SQ96195796
公開日1998年8月26日 申請日期1996年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月25日
發(fā)明者喬斯M·費(fèi)爾南德斯, 丹尼爾L·梅爾哈弗 申請人:摩托羅拉公司