專利名稱:經(jīng)過(guò)線性或非線性接口對(duì)電池有效充電的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù):
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及電池充電系統(tǒng)。尤其,本發(fā)明涉及經(jīng)過(guò)具有線性或非線性特性的電纜和接口對(duì)蜂窩電話電池進(jìn)行充電的系統(tǒng)和方法。
現(xiàn)有技術(shù)的描述當(dāng)對(duì)蜂窩電話和一般消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)時(shí),對(duì)有效的電池、電源和電池充電機(jī)構(gòu)的需求也增長(zhǎng)。對(duì)于在蜂窩電話中使用的電池,有效的充電機(jī)構(gòu)特別重要,在蜂窩電話中,經(jīng)常每天要對(duì)電池進(jìn)行充電。
經(jīng)常通過(guò)一種附件對(duì)蜂窩電話的電池進(jìn)行充電,所述附件使在充電的同時(shí)使用電話成為可能。附件可以包括充電器,所述充電器連接到在汽車(chē)?yán)然蚱渌恢锰幍碾娫?,并通過(guò)電纜把電流提供給蜂窩電話中的電池。通常把另外的電子接口置于電纜和電話電池之間的電話中。充電器向電池提供電流,直到從充電器的輸出端子處測(cè)量到的跨越電池的電壓降達(dá)到充電電池指出的預(yù)定電壓。然而,許多傳統(tǒng)的充電電源都未能計(jì)算跨越電纜和任何電子接口的電壓降。結(jié)果,這種電源一般不能使電池充足電。
許多較新的電池充電電路試圖通過(guò)結(jié)合另外的恒定電壓因子來(lái)計(jì)算跨越電纜和電子接口的電壓降,所述恒定的電壓因子表示跨越電纜和電子接口的估計(jì)電壓降。例如,如果估計(jì)電壓降是0.2伏,電池充足電時(shí)讀出4.0伏,則充電電路將對(duì)電池充電,直到充電電路端子之間的電壓接近4.2伏。然而,如果估計(jì)電壓降大于實(shí)際電壓降,則可能導(dǎo)致電池的過(guò)度充電。
通常,跨越電纜和任何附加電子接口的電壓降是電流和溫度的非線性函數(shù)。結(jié)果,當(dāng)來(lái)自電源的電流改變時(shí),或當(dāng)電纜和接口的溫度改變時(shí),估計(jì)電壓降,即恒定電壓因子,很快地變成不正確。這可能導(dǎo)致電話電池的過(guò)度充電或充電不足。
另一方面,電源可以包括控制電路,當(dāng)電池充足電時(shí),該控制電路可以降低流過(guò)電纜的電流。通過(guò)降低流過(guò)電纜和任何相關(guān)聯(lián)接口的電流,降低了跨越電纜和接口的電壓降,這降低了由電壓降引起的充電誤差。然而,當(dāng)流過(guò)電纜和接口的電流減少時(shí),使電池充足電所需要的時(shí)間增加。例如,在電池和充電端子之間沒(méi)有電纜或電子接口的標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)式充電器可能要兩小時(shí)使電話電池充足電,而通過(guò)線性或非線性電纜或電話接口對(duì)電池充電的對(duì)比充電附件可能要四小時(shí)。所需要的附加充電時(shí)間是不方便的,而且仍可能導(dǎo)致電池的過(guò)度充電。
因此,在技術(shù)領(lǐng)域中存在對(duì)于系統(tǒng)和方法的需求,所述系統(tǒng)和方法用于快速和正確地對(duì)電池充電,而同時(shí)計(jì)算跨越充電器和電池之間的線性或非線性電路的任何電壓降。
發(fā)明概要本技術(shù)領(lǐng)域中的需求針對(duì)經(jīng)過(guò)本發(fā)明的線性或非線性電路對(duì)電池充電的系統(tǒng)。在示例實(shí)施例中,本發(fā)明系統(tǒng)適用于與蜂窩電話電池一起使用,并包括第一機(jī)構(gòu),所述第一機(jī)構(gòu)用于接收反饋信號(hào)和當(dāng)反饋信號(hào)表示電池未充足電時(shí),通過(guò)第一電氣路徑把充電信號(hào)提供給電池。第二機(jī)構(gòu)通過(guò)第二和第三電氣路徑測(cè)量電池的電壓狀態(tài),并響應(yīng)它把電壓狀態(tài)作為反饋信號(hào)提供給第一機(jī)構(gòu)。電壓狀態(tài)計(jì)算經(jīng)過(guò)線性或非線性電路發(fā)生的電壓降。
在示例實(shí)施例中,第一機(jī)構(gòu)是電源,所述電源具有調(diào)節(jié)輸出電壓的機(jī)構(gòu),而第二機(jī)構(gòu)是傳感電路。傳感電路具有減法器電路,用于從第三電氣路徑上的電壓減去第二電氣路徑上的電壓,并響應(yīng)其提供反饋信號(hào)。第二電氣路徑包括連接在減法器電路第一端子和電池正端子之間的導(dǎo)線。第二電氣路徑還包括連接在電源輸出端和減法器電路第一端子之間的第一電阻器。第一電阻器的電阻值比線性或非線性電路的電阻值大幾個(gè)數(shù)量級(jí),而比減法器電路的輸入阻抗小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。第三電氣路徑包括連接在減法器電路第二端子和電池負(fù)端子之間的導(dǎo)線。第三電氣路徑包括連接在地和減法器電路第二端子之間的第二電阻器。第二電阻器的電阻值比線性或非線性電路的電阻值大幾個(gè)數(shù)量級(jí),而比減法器電路的輸入阻抗小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
使用第一和第二電阻器促進(jìn)了本發(fā)明的新穎設(shè)計(jì),所述第一和第二電阻器便于確定跨越線性或非線性電路發(fā)生的電壓降。在減法器電路的輸入處計(jì)算這個(gè)電壓降,所述減法器把電池的電壓狀態(tài)的正確測(cè)量作為輸出提供給電源。
附圖簡(jiǎn)述
圖1是適于與香煙插座電源適配器和蜂窩電話一起使用的傳統(tǒng)電池充電附件的圖;圖2是本發(fā)明的對(duì)電池充電的系統(tǒng)的圖。
本發(fā)明的描述雖然這里參考特定應(yīng)用的示例實(shí)施例描述本發(fā)明,但是應(yīng)該理解本發(fā)明不限于這些。本技術(shù)領(lǐng)域中具有一般技能的技術(shù)人員和接觸這里所提供學(xué)說(shuō)的人員會(huì)理解,另外的修改、應(yīng)用和實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi),并且本發(fā)明在另外的領(lǐng)域中可以有重大的作用。
以下對(duì)傳統(tǒng)充電電源的工作的回顧試圖促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的理解。
圖1是傳統(tǒng)電池充電附件10的圖,所述充電附件10具有香煙電源適配器12和充電器14。附件10可以適于與蜂窩電話16一起使用。通過(guò)雙線電纜20和非線性電路22把充電器14連接到在蜂窩電話16中的電池18。雙線電纜20包括連接到第一非線性電路26的正導(dǎo)線24,第一非線性電路26依次連接到電池18的正端子。雙線電纜20還包括連接到第二非線性電路30的負(fù)導(dǎo)線28,第二非線性電路依次連接到電池18的負(fù)端子。
在操作中,充電器14經(jīng)過(guò)雙線電纜20和非線性電路22把功率提供給電池18。一旦在充電器14的端子處測(cè)量到的電池18端子之間的電壓達(dá)到預(yù)定電壓時(shí),就認(rèn)為電池充好電。
充電附件10不能計(jì)算雙線電纜20和非線性電路22引起的電壓降。當(dāng)充電電流從充電器14流到電池18時(shí),跨越雙線電纜20和非線性電路22產(chǎn)生電壓降。電壓降是流過(guò)雙線電纜20和非線性電路22的電流以及雙線電纜20和非線性電路22的阻抗的函數(shù)。電流可以隨電池18的充電狀態(tài)而變化,而阻抗可以隨溫度而變化,使得難以預(yù)測(cè)和補(bǔ)償電壓降。結(jié)果,附件10可以使電池18充電不足或過(guò)度充電。此外,由于充電器14沒(méi)有能力測(cè)量由雙線電纜20和非線性電路22引起的電壓降或功率消耗,所以充電器14對(duì)電池18的充電可能需要附加的時(shí)間。
圖2是根據(jù)本發(fā)明學(xué)說(shuō)構(gòu)成的系統(tǒng)40的圖,所述系統(tǒng)用于對(duì)電池18進(jìn)行充電。系統(tǒng)40包括通過(guò)四線電纜44連接到蜂窩電話16的附件42。附件42包括充電電源46、減法器電路48、第一電阻器R1和第二電阻器R2。通過(guò)第一電纜導(dǎo)線50把充電電源46的輸出端并聯(lián)地連接到第一電阻器R1的一端和第一非線性電路26。把第一電阻器R1的另一端連接到第二電纜導(dǎo)線52和減法器電路48的第一輸入端54。第二電纜導(dǎo)線52把減法器電路48的第一輸入端54連接到電池18的正端子,該正端子還連接到第一非線性電路26的輸出端。把減法器電路48的第二輸入端56連接到第三電纜導(dǎo)線58和第二電阻器R2的一端。第三電纜導(dǎo)線58把減法器電路48的第二輸入端56連接到電池18的負(fù)端子,該負(fù)端子還連接到第二非線性電路30的輸入端。把第二電阻器R2的另一端并聯(lián)地連接到充電電源46、減法器電路48的公共地,以及第四電纜導(dǎo)線60,第四電纜導(dǎo)線還連接到第二非線性電路30的輸出端。因此,通過(guò)第四電纜導(dǎo)線60把第二非線性電路30的輸出端連接到地。減法器電路48的輸出端向充電電源46提供輸入。
在操作中,充電電源46通過(guò)第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26把充電電流提供給電池18的正端子。選擇第一電阻器R1,使它的值比第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26的組合電阻大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。結(jié)果,幾乎沒(méi)有電流流過(guò)第一電阻器R1,而是流過(guò)第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26??缭诫娮杵鱎1的電壓降提供了第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26上所發(fā)生電壓降的測(cè)量值。把關(guān)于這個(gè)測(cè)量值的信號(hào)提供給減法器54的第一輸入端,所述減法器電路的輸入阻抗比第一電阻器R1和第二電阻器R2的電阻值大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在本特定實(shí)施例中,第一電阻器R1的電阻值約為500歐姆,而減法器電路48的輸入阻抗約為兩兆歐。
相似地,選擇第二電阻器R2,使之相對(duì)于第四電纜導(dǎo)線60和第二非線性電路30的組合電阻是較大的,并且選擇第二電阻器R2,使之相對(duì)于減法器電路48的輸入阻抗是較小的。結(jié)果,幾乎沒(méi)有電流流過(guò)第二電阻器R2??缭降诙娮杵鱎2的電壓降表示跨越第四電纜導(dǎo)線60和第二非線性電路30的電壓降。
第二電纜導(dǎo)線52和第三電纜導(dǎo)線58是傳感導(dǎo)線62,幾乎沒(méi)有電流流過(guò)導(dǎo)線62。作為低電流流動(dòng)的結(jié)果,幾乎沒(méi)有電壓降跨越第二電纜導(dǎo)線52或第三電纜導(dǎo)線58,并且減法器電路48向充電電源46提供的,第二電纜導(dǎo)線52和第三電纜導(dǎo)線58之間的電壓差表示電池18的電壓狀態(tài)的實(shí)際測(cè)量值。充電電源46通過(guò)將電流導(dǎo)向第一電纜導(dǎo)線50并穿過(guò)第一非線性電路26繼續(xù)對(duì)電池18進(jìn)行充電,直到電池18的電壓與預(yù)定的電壓電平相匹配,即,表示電池充足電的狀態(tài),如通過(guò)減法器電路48的輸出所指示。預(yù)定電壓是專用的并依賴于被充電電池的類型。
因此,小的傳感電流從充電電源46的輸出端通過(guò)第一電阻器R1流到電池18的正端子。跨越第一電阻器R1的電壓降表示跨越第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26的電壓降以及蜂窩電話16中不管是如何產(chǎn)生的任何其它有關(guān)的電壓降。把這個(gè)電壓降信息提供給減法器電路48的第一輸入端54。
相似地,小的傳感電流流過(guò)包括第三電纜導(dǎo)線58和第二電阻器R2的返回路徑??缭降诙娮杵鞯碾妷航当硎究缭降谒碾娎|導(dǎo)線60和第二非線性電路30的電壓降。把這個(gè)電壓降信息提供給減法器電路48的第二輸入端56。減法器電路48的輸出是電池18的電壓狀態(tài)的正確測(cè)量值,把它反饋回充電電源46。
經(jīng)過(guò)第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26把功率提供給電池18,直到減法器電路48的輸出端表示的電池18電壓狀態(tài)已達(dá)到預(yù)定的充電狀態(tài)。通過(guò)正確地計(jì)算第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26上產(chǎn)生的電壓降,以及第四電纜導(dǎo)線60和第二非線性電路30上產(chǎn)生的電壓降,系統(tǒng)40允許對(duì)電池18進(jìn)行正確和有效的充電。結(jié)果,可以使電池18快速和有效地充電而沒(méi)有過(guò)度充電和充電不足的危險(xiǎn)。
如果附加傳感電纜導(dǎo)線62之一斷開(kāi),即第二電纜導(dǎo)線52或第三電纜導(dǎo)線58斷開(kāi),則根據(jù)哪個(gè)電纜導(dǎo)線斷開(kāi),系統(tǒng)40將計(jì)算跨越第一電纜導(dǎo)線50和第一非線性電路26產(chǎn)生的電壓降,或跨越第四電纜導(dǎo)線60和第二非線性電路30產(chǎn)生的電壓降。如果兩根傳感導(dǎo)線62都斷開(kāi),則系統(tǒng)40以相似于圖1的傳統(tǒng)系統(tǒng)10的方式操作。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)理解,可以用諸如直銅導(dǎo)線之類的不同類型的電路來(lái)代替非線性電路,而不偏離本發(fā)明的范圍。此外,電池18可以是蜂窩電話電池之外的不同類型的電池。
在本技術(shù)領(lǐng)域中眾知諸如充電電源46之類的開(kāi)關(guān)充電電源,并得到廣泛的使用。充電電源46可以通過(guò)香煙電源適配器、墻壁插座或其它電源得到功率。通過(guò)差分運(yùn)算放大器可以容易地實(shí)施減法器電路48,這為本技術(shù)領(lǐng)域所公知,并得到廣泛的使用。
在本特定實(shí)施例中,實(shí)施充電電源46作為開(kāi)關(guān)充電電源,通過(guò)來(lái)自減法器電路48的反饋可以選擇地控制它的輸出電壓。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員會(huì)理解,可以使用其它類型的充電電源而不偏離本發(fā)明的范圍。例如,實(shí)際上可以使用提供可調(diào)節(jié)電壓輸出的任何類型的充電電源。
因此,這里已經(jīng)參考特定應(yīng)用的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明。本技術(shù)領(lǐng)域中具有一般技能的技術(shù)人員和接觸這里所提供的學(xué)說(shuō)的人員會(huì)理解本發(fā)明范圍內(nèi)的另外修改、應(yīng)用和實(shí)施例。
因此,打算通過(guò)所附的權(quán)利要求書(shū)覆蓋本發(fā)明范圍內(nèi)的任何和所有這種應(yīng)用、修改和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)過(guò)線性或非線性電路對(duì)電池進(jìn)行充電的系統(tǒng),其特征在于,包括第一裝置,用于接收反饋信號(hào),并當(dāng)所述反饋信號(hào)表示所述電池未充足電時(shí),經(jīng)過(guò)第一電氣路徑把充電信號(hào)提供給所述電池;以及第二裝置,用于通過(guò)第二和第三電氣路徑測(cè)量所述電池的電壓狀態(tài),并響應(yīng)其把所述電壓狀態(tài)作為所述反饋信號(hào)提供給所述第一裝置,所述電壓狀態(tài)計(jì)算所述電路上發(fā)生的電壓降。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第一裝置是電源,而所述第二裝置是傳感電路。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述電源包括一種提供可調(diào)節(jié)的輸出電壓的裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述傳感電路包括減法器電路,用于從所述第三電氣路徑上的電壓減去所述第二電氣路徑上的電壓,并響應(yīng)其提供所述反饋信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第二電氣路徑包括連接在所述減法器電路第一端子和所述電池正端子之間的導(dǎo)線。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第二電氣路徑包括連接在所述電源輸出端和所述減法器電路的所述第一端子之間的第一電阻器,所述第一電阻器的電阻值比所述電路的電阻值大幾個(gè)數(shù)量級(jí),而比所述減法器電路的輸入阻抗小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
7.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第三電氣路徑包括連接在所述減法器電路第二端子和所述電池負(fù)端子之間的導(dǎo)線。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第三電氣路徑包括連接在地和所述減法器電路的所述第二端子之間的第二電阻器,所述第二電阻器的電阻值比所述電路的電阻值大幾個(gè)數(shù)量級(jí),而比所述減法器電路的輸入阻抗小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
9.一種用于對(duì)電池充電到預(yù)定電壓的系統(tǒng),其特征在于,包括用于響應(yīng)輸入信號(hào)提供輸出電流的電源;用于把所述輸出電流從所述電源導(dǎo)向所述電池的電路;用于確定跨越所述電路的電壓降的裝置;用于提供表示所述電池狀態(tài)的信號(hào)的裝置,所述信號(hào)是所述電壓降的函數(shù),并作為所述輸入信號(hào)提供給所述電源。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng),其特征在于,所述電源包括一種用于提供可調(diào)輸出電壓的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其特征在于,所述電源具有輸出端子。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其特征在于,所述電路包括具有第一電氣傳感路徑的電纜,所述電源電氣傳感路徑連接在所述正輸出端子和電池正端子之間。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第一電氣傳感路徑包括第一傳感電阻器。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于,所述電纜進(jìn)一步包括連接在所述正輸出端子和所述電池正端子之間的正充電路徑。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng),其特征在于,所述正充電路徑包括第一非線性電路。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其特征在于,所述電路包括具有第二電氣傳感路徑的電纜,所述第二電氣傳感路徑連接在所述負(fù)輸出端子和電池負(fù)端子之間。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第二電氣傳感路徑包括第二傳感電阻器。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng),其特征在于,所述電纜進(jìn)一步包括連接在所述正輸出端子和所述電池正端子之間的負(fù)充電路徑。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng),其特征在于,所述負(fù)充電路徑包括第二非線性電路。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng),其特征在于,把所述電池的正端子連接到減法器電路的第一端子。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng),其特征在于,把所述電池的所述負(fù)端子連接到所述減法器電路的第二端子。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng),其特征在于,所述減法器電路的輸出端對(duì)應(yīng)于所述電源的所述輸入信號(hào)。
23.一種把電池充電到預(yù)定電壓的系統(tǒng),其特征在于,包括用于響應(yīng)輸入信號(hào)提供輸出電流的電源;用于把所述輸出電流從所述電源導(dǎo)向所述電池的電路;用于確定跨越所述電路的電壓降的傳感電路;以及減法器電路,用于從所述電池的輸出電壓狀態(tài)減去所述電壓降,并響應(yīng)其提供表示所述電池狀態(tài)的信號(hào),將所述信號(hào)作為所述輸入信號(hào)提供給所述電源。
24.一種把電池充電到預(yù)定電壓的系統(tǒng),其特征在于,包括第一裝置,用于提供充電信號(hào);第二裝置,用于把所述第一裝置連接到所述電池,所述第二裝置引入所述充電信號(hào)的替換;第三裝置,用于測(cè)量所述替換信號(hào),并響應(yīng)其提供表示所述電池輸出狀態(tài)的信號(hào);第五裝置,用于將所述輸出狀態(tài)和所述預(yù)定電壓進(jìn)行比較,并響應(yīng)其提供控制信號(hào);第六裝置,用于響應(yīng)所述控制信號(hào)選擇地調(diào)節(jié)所述第一裝置,以選擇地改變所述充電信號(hào)。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其特征在于,通過(guò)電源實(shí)施所述第一、第五和第六裝置,所述電源具有一種用于提供可調(diào)輸出電壓的裝置。
26.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其特征在于,所述充電信號(hào)是預(yù)定電流。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第二裝置包括電纜,而所述替換是降低所述預(yù)定電流,所述替換對(duì)應(yīng)于所述第一裝置和所述電池之間的電壓降。
28.一種經(jīng)過(guò)線性或非線性電路對(duì)電池進(jìn)行充電的方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟接收反饋信號(hào),并且當(dāng)所述反饋信號(hào)表示所述電池未充足電時(shí),經(jīng)過(guò)第一電氣路徑把充電信號(hào)提供給所述電池;以及通過(guò)第二和第三電氣路徑測(cè)量所述電池的電壓狀態(tài),并響應(yīng)其把所述電壓狀態(tài)作為所述反饋信號(hào)提供給所述第一裝置,所述電壓狀態(tài)計(jì)算所述電路上產(chǎn)生的電壓降。
全文摘要
一種系統(tǒng)包括第一機(jī)構(gòu),所述第一機(jī)構(gòu)接收反饋信號(hào),并當(dāng)反饋信號(hào)表示電池未充足電時(shí),經(jīng)過(guò)第一電氣路徑把充電信號(hào)提供給電池。第二機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)第二和第三電氣路徑測(cè)量電池的電壓狀態(tài),并響應(yīng)其把電壓狀態(tài)作為反饋信號(hào)提供給第一機(jī)構(gòu)。在特定實(shí)施例中,第一機(jī)構(gòu)是可控制的電源,而第二機(jī)構(gòu)是傳感電路。傳感電路包括減法器電路,所述減法器電路從第三電氣路徑上的電壓減去第二電氣路徑上的電壓,并響應(yīng)其提供反饋信號(hào)。第二電氣路徑包括連接在減法器電路的第一端子和電池的正端子之間的導(dǎo)線。
文檔編號(hào)H02J7/10GK1415132SQ00818033
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2000年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者J·R·菲茨杰拉德, D·E·維爾納, E·V·賽萌斯 申請(qǐng)人:高通股份有限公司