CN101512868A - 具有多重充电率的电子装置 - Google Patents

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Abstract

一或多个按钮位于一电池组或由电池组所供电的一电子装置上，允许使用者以相较于常态较快速来充电一便携式装置的电池。电子电路被提供以致动该充电模式选取。

Description

具有多重充电率的电子装置
相关申请案
本申请案主张2006年6月28日提申的美国临时专利申请案第60/816,977号的权益。本文以引用的方式将其全部教示并入作为参考。
背景技术
便携式电源产业在充电电子装置时，传统是运用0.7C与1C之间的充电率，该充电率为运用于膝上型计算机的充电率。此电流允许笔记型计算机的电池组(battery pack)以电池的额定容量值的70％至100％的电流来被充电。举例而言，于含有额定于2.2Ah且于一2p3s架构(两个电池为并联、三个电池为串联)的18650电池的一电池组中，一充电电流1C将等效于针对于该组的一充电电流4.4A。此充电电流被允许到一最大电压(Vmax)到达为止，其典型为设定于约4.2V。一旦Vmax已经达到，则电流通过控制电路被降低而不准许(于此实例)两个并联电池的三个区块的任一者达到高于4.2V的电压位准。除了电流受到限制之外，一旦Vmax已经达到，充电率会更慢。管理此类型的功能性的电子电路为现有技术，且已经实施于笔记型计算机所用的电池组。针对于笔记型计算机，典型的充电时间是数个小时，以达成完全充电的电池。
安全性与电池寿命是关于提供较快速充电的主要问题。实际上，针对于快速充电期间的锂离子(Li离子)电池而言，电池可能局部显示过度充电，其可能沉积锂于碳阳极。此锂沉积物降低电池安全性，可能较容易变成热失控，增大其内部气体压力，且最终会爆炸。关于快速充电的另一个问题是电极尺寸(诸如：厚度变化)的迅速的改变。相较于针对较慢速充电的情形，电极结构的机械退化在此相对快速充电期间为较快速。此等限制特征关于所有的Li离子电池，而多少是取决于电池设计。电池可设计以通过限制不利观点(诸如：安全性与电池寿命)的影响而采取较快速的充电。
然而，针对于具有多个并联的电池单元的电池而言，在试图快速充电电池组时会引起特别的关注。此关注必须关于并联的电池单元的不平衡。阻抗与容量不平衡是随着不同的电池单元而为不同的，此归因于制造期间与在制造后的环境暴露(即：温度、振动、机械冲击、等等)的电池单元间的差异。此意指的是：具有初始类似条件(依据容量与阻抗)的两个电池单元在使用数个月之后而将显示不同性能。各个并联的电池单元的区块将被最弱的电池单元(其具有最低的电容和/或最高的阻抗)所限制，因为此相较于具有较佳特征的电池单元而将较早达到Vmax的电池单元。随着循环进行，最弱的电池单元将更快速退化，因为其将恒为遭受最极端条件的电池单元。随着性能降低，安全性亦变为考虑的议题。具有最低的性能的电池单元将通常为具有成为过度充电的最高机会的电池单元，因而成为安全性考虑。
发明内容
以下概论是详述纳入于本发明的一些实施例。信息被提出以提供本发明的观点的基本程度的理解。这些细节为概括性质而非为提出以提供实施例的主要观点。详述于下文的信息的唯一意图是提供本发明的简化的实例且介绍更详细的描述。熟悉此技艺人士将了解的是：存在其它的实施例、修改、变化、与类似者为内含于申请专利范围与说明的范畴内。
本发明的一个实施例包括一种用于充电在电子装置中的电荷储存电源供应器的设备及一种对应的方法。于一个实施例中，一种具有多重充电率的电子装置包含下列：一装置壳体；一电荷储存电源供应器；于装置壳体中的电子器件；一充电电路；以及，一手动致动模式开关。前述电荷储存电源供应器可耦接至装置壳体。此外，该设备及方法可允许在装置壳体中的电子器件为由该电荷储存电源供应器所供电。前述的充电电路可具有多个操作模式，从一外部电源以不同充电率(例如：快速或慢速模式充电)来充电该电荷储存电源供应器。该设备及方法也可允许该手动致动模式开关以改变该充电电路的充电率。
用于充电在电子装置中的电荷储存电源供应器的设备及方法也可包括：单一个蓄电池单元以作为电荷储存电源供应器。电荷储存电源供应器可包含较佳为串联的多个电池单元而无并联的电池单元。模式开关可位于电荷储存电源供应器的电池组壳体。模式开关也可用软件而加以实施。充电电路可位于容纳电荷储存电源供应器的一电池组壳体中。
本发明的另一个实施例可包括一种用于具有多重充电率的电池组的设备，其包含下列：一电池组壳体；位于电池组壳体的内的一电荷储存电源供应器；一充电电路，位于电池组壳体之内且具有多个操作模式，以从一外部电源以不同充电率而充电该电荷储存电源供应器；及，一手动致动模式开关，以改变该充电电路的充电率。该电荷储存电源供应器可包括单一个蓄电池单元或多个串联的电池单元而无并联的电池单元。
用于具有多重充电率的电池组的设备也可包括正常充电率与多个快速充电率。模式开关可位于电池组壳体上。该种电池组可耦接至一电子装置，其可为一笔记型计算机。耦接至一电子装置的电池组的模式开关可用软件而加以实施于电子装置上。
不同于关连于商用装置(诸如：电动工具)所运用的电池充电器，本发明的实施例允许一种电荷储存电源供应器的快速充电，该电源供应器可耦接至一电子装置的壳体或位于电池组壳体之内。此外，根据本发明，一电子装置可被用以在现有的芯片组中更有效实施一快速充电模式。
附图说明
本发明的前述及其它目的、特点与优点由如所附图式所示的本发明较佳实施例的上述较特定说明而为明显，其中，同样的参考符号指于不同图的相同部件。图式并不一定是依比例所绘制的，而是强调于说明本发明的原理。
图1显示本发明实施例可被实施于其上的电子电路的功能方块图。
图2说明一种范例的快速充电方法的流程图。
图3A说明于一电池组上的一快速充电按钮与显示器，一电池组的充电状态也可显示于其上。
图3B提供一便携式装置的电池组上的前述的快速充电按钮与显示器的特写图。
图4A说明一种笔记型计算机，其具有位在于键盘的一“快速充电”按钮。
图4B显示位于一种笔记型计算机键盘的“快速充电”按钮的特写图。
图4C显示一范例的使用者接口显示窗，其可出现以提供使用者选项以激活将实行便携式装置电池组的“快速充电”选项的软件。
具体实施方式
本发明的实施例的描述如后。
图1说明于一电池组中的电子电路100的功能方块图，该电池组是本发明实施例可实施于其上的目前实务上的电池组。于图1中，一种多电池单元的电池101可连接至一独立的过电压保护集成电路(OVP)102、一模拟前端保护集成电路(AFE)104、与一电池监视集成电路微控制器(微控制器)106。熟悉此技艺人士将了解的是：本发明并不受限于图1所示的示意图的前述的电子电路。
该OVP 102可通过比较各值与一内部参考电压而允许对于该电池组的各个电池单元的监视。通过此举，若电池单元的电压以不合意的方式运行(例如：电压超过最佳位准)，则OVP 102可为能够激活一保护机构。OVP 102被设计以在超过预设的过电压值(即：4.35V、4.40V、4.45V、与4.65V)一段预设的期间时，触发非重设的熔丝110，且提供第三层安全性保护。
OVP 102可监视跨于电池单元4、电池单元3、电池单元2、与电池单元1端子(其分别排序为自最正电池至最负电池)的多电池单元的电池101的各个各别电池单元。OVP 102由多电池单元的电池101所供电，且可被构成以允许针对于多电池单元的电池101的任何各别电池单元的电池单元控制。
AFE 104可被系统主机控制器所运用以监视电池组状况，分别经由充电FET 118与放电FET 116以提供充电与放电控制，且提供电池状态的更新至系统。AFE 104与微控制器106通讯以加强效率与安全性。AFE 104可经由VCC联机且利用来自一电源(例如：多电池单元的电池101)的输入而提供电力至微控制器106，此将免除针对于周边调节电路的需要。AFE 104与微控制器106均可具有端子，其可连接至一串联电阻器112，其可允许电池充电与放电监视。运用CELL端子，AFE 104可输出针对于多电池单元的电池101的个别电池单元的一电压值至电池监视集成电路微控制器106的VIN端子。微控制器106经由SCLK(频率)与SDATA(数据)端子而与AFE 104通讯。
微控制器106可运用以监视针对于多电池单元的电池101的充电与放电。微控制器106可运用设置于多电池单元的电池101的负电池单元与电池组的负端子之间的串联电阻器112而监视充电与放电活动。微控制器106的模拟数字转换器(ADC)可通过监视该串联电阻器112的端子而被运用以测量充电与放电流量。微控制器106的ADC可被运用以产生控制讯号而激活针对于多电池单元的电池101的最佳或适当的安全预防措施。若微控制器106侦测到异常或不安全的状况，则将通过触发非重设的熔丝110而禁能该电池组。
当微控制器106的ADC正在监视跨于串联电阻器112的端子的电压时，该微控制器106(经由其VIN端子)可为能够运用AFE 104的CELL端子而监视多电池单元的电池101的各个电池单元。ADC可运用一计数器以允许随着时间接收到的讯号的整合。整合转换器可允许连续取样以测量及监视电池的充电与放电电流，这是通过比较该多电池单元的电池101的各个电池单元与一内部参考电压来达成。微控制器106的显示器端子可被运用以执行多电池单元的电池101的LED显示器108。该显示器可通过闭合一开关114而加以激活。
微控制器106可被运用以监视多电池单元的电池101的状况且跨越一串行通讯总线(SMBus)而告知该等信息至主机系统控制器。SMBus通讯端子(SMBC与SMBD)可允许一系统主机控制器、SMBus兼容装置、或类似装置(下文称为“处理器”)以和微控制器106通讯。一处理器可被运用以激活和微控制器106的通讯，其运用SMBC与SMBD接脚，其可允许系统有效率监视及管理多电池单元的电池101。处理器可为微控制器106其本身，且可含有内部数据闪存，其可被程序规划以包括诸如容量、内部参考电压、或其它类似可程序规划信息的信息。
除了充电与放电控制之外，AFE 104与微控制器106提供安全保护的主要与辅助机构。目前实务的主要安全措施的实例包括：电池的电池单元与电池组电压保护、充电与放电过电流保护、短路保护、以及温度保护。目前运用的辅助安全措施的实例包括：监视电压、电池的电池单元、电流、与温度。
多电池单元的电池101的连续取样可允许电子电路以监视或计算一种多电池单元的电池101的特性，诸如：充电状态、温度、充电、或类似者。由电子电路100所控制的参数中的一者是所允许的充电电流(ACC)。所揭示的实施例的一个观点允许便携式装置的使用者具有选项以控制此参数，它是通过选择一快速或慢速充电模式。当选择充电模式时，除了控制电池充电于安全极限内的必要的其它参数之外，ACC参数会改变。此举允许一电池相较于传统可用者而选用为较快速充电。便携式装置的使用者也可控制充电模式，通过允许使用者步进式调整快速充电模式(例如：正常、快速、超快速、特快速等等)或是以一连续比例(例如：1x、2x、3x、4x等等)。使用者可能宁愿具有较多控制于快速充电模式参数，因为此允许使用者平衡性能(即：电池循环寿命)相对于充电的折衷。
针对于电池监视集成电路微控制器106所储存的程序可被修改以实施本文所述的快速充电指示。于图1的电子电路可借着适用于电池101中的个别电池的参数而被程序规划。各个电池制造业者拥有独特的化学性质以及解释该电池可为如何运用于最佳的模式以提供长循环寿命、高容量、与高安全性。熟悉此技艺人士将了解的是：根据本发明所运用的一种微控制器并不受限于图1的设计。
较佳而言(虽然非为必要)，于多电池单元的电池101中的电池单元是串联的，归因于该等电池单元的不同的阻抗。阻抗不平衡可能是由于电池组之内的温度梯度与各个不同电池单元的制造变化性所造成的。当慢速充电时，具有不同阻抗的二个电池单元可具有约为相同的容量。可看出的是：于一测量组中，具有较高的阻抗的电池单元相较于其它电池单元而较早达到其电压上限(Vmax)(例如：4.2伏特)。若此两个电池单元并联于一电池组中，则充电电流将因此为受限于一个电池单元的性能，其过早中断对于并联的另一个电池单元的充电。此降低电池组容量及电池组充电率。为了避免此等不利影响，因此针对于目前实施例较佳的是利用具有仅有一个电池单元或具有快速充电选项的所有串联电池单元的电池组。该种较佳架构描述于专利案PCT/US2005/047383、美国临时专利申请案第60/639,275、60/680,271与60/699,285号，其为以参照方式而整体纳入于本文。一种较佳的电池揭示于由Phillip Partin与Yanning Song于公元2006年6月23日所提出的标题为“具有正热系数层的锂电池”的美国专利申请案，其以参照方式而整体纳入于本文。
图2说明一种范例快速充电方法200的流程图，其中，使用者被提供有选项以选取便携式装置电池组的正常充电模式(步骤202)。若使用者选择用快速充电模式(步骤204)，则使用者可经由三种手段之中的一种而进行此选择：于便携式装置的一开关(步骤206)、于电池组的一开关(步骤207)、或于便携式装置显示控制面板的一图像(icon)或菜单(menu)(步骤208)，可利用三种中的一或多者。由该三种手段的任意一种，使用者可激活快速充电功能(步骤210)。快速充电功能的激活(步骤210)可通过充电电池监视集成电路微控制器106的替代韧体设定(步骤212)或是用于快速充电的逻辑与充电电路(步骤214)而作成。于充电电池监视集成电路微控制器106的替代韧体设定(步骤212)接着运用快速充电用的逻辑与充电电路(步骤214)。在运用快速充电用的逻辑与充电电路(步骤214)之后，该方法将为使用者显示充电状态(步骤216)，其可发生于下列手段中之一者：于便携式装置控制面板上的图像或菜单(步骤218)、于便携式装置上的一指示器(例如：LED显示器108)(步骤220)、或于便携式装置电池组上的一指示器(步骤222)。在运用三种手段之任一者以对于使用者显示充电状态(步骤216)之后，该种快速充电方法200完成(步骤224)。在快速充电方法200完成(步骤224)之后，便携式装置电池组可返回至正常充电模式(步骤202)。
图3A说明于一电池组上的一快速充电按钮300，一电池组的快速充电状态也可显示于电池组之上。此按钮300(当按压时)闭合开关114(请参阅图1)且触发快速充电的起动，允许电池以相较于正常所允许者为更快速充电。选择按钮的按压的次数可区别透过开关114所控制的不同的功能。快速充电按钮300也可透过软件所实施，以允许例如一鼠标点选(click)的使用(参阅：图4C)。便携式装置电池组的快速充电状态可运用发光二极管(LED)显示器302而加以显示。图3B提供于根据本发明的一种便携式装置电池组上的前述的快速充电按钮300与LED显示器302的特写图。
图4A说明一种模型膝上型计算机，其具有位于键盘上的一“快速充电”按钮。图4B显示位于模型膝上型计算机键盘上的“快速充电”按钮的特写图。图4C显示一个范例的弹出(pop-up)窗口，其可出现以提供使用者选项以激活将实行电池的“快速充电”选项的软件。于按压位于膝上型计算机上的“快速充电”按钮或透过膝上型计算机的一选单作业，使用者可被提供选项而经由标准模式或快速充电模式以充电便携式装置电池组。该显示器可显示各个模式所可能耗费的大约时间。熟悉此技艺人士将了解的是：前述的陈述仅是意指为范例性质而非为限制本发明的范畴。
功能按钮致使电子装置的使用者知晓快速充电(相较于所提供的一般充电循环)的选项的可利用性。此按钮可位于膝上型装置的正面、侧边、或底部，以允许使用者选择快速充电。运用功能按钮的方法的第一个步骤是选择针对于一电池组的快速充电协议。其次，使用者应选择电路的一“致动模式”，以致动于具有适用于快速充电的设定的电子电路中的参数。功能按钮可直接设置于该电池组上、于该装置上、以软件方式设置、或是其任何组合。
功能按钮可实施于多个便携式电源类型装置，诸如：膝上型计算机、手机、DVD播放器、或摄录像机。功能按钮的目的允许使用者以减少的时间而“快速充电”至小于100％之一充电。功能按钮也可连接至显示参数值的一显示器，参数值诸如：充电状态(SOC)的百分比(％)、至100％SOC的时间、至部分％SOC的估计充电、与其它参数，其相关于使用者判断何时为适当提早(意指在100％SOC之前)中断继续充电的能力。
术语“开关(switch)”包括按钮、实体与显示器为主的开关，且可为旋钮(knob)、拨动(toggle)与类似者的形式。
尽管本发明已经关于其较佳实施例而为特定显示及描述，将为熟悉此技艺人士所了解的是：于形式与细节的种种的变化可作成于其，而未脱离由随附申请专利范围所涵盖的实施例的范畴。

Claims (24)

1.一种电子装置，包含：
一装置壳体；
一电荷储存电源供应器，耦接至该装置壳体；
电子器件，位于该装置壳体之中，由该电荷储存电源供应器供电；
一充电电路，具有多个操作模式，以自一外部电源以不同充电率来充电该电荷储存电源供应器；及
一手动致动模式开关，以改变该充电电路的充电率。
2.如权利要求1所述的电子装置，其中，该电荷储存电源供应器是单一个蓄电池单元。
3.如权利要求1所述的电子装置，其中，该电荷储存电源供应器包含多个串联的电池单元而无并联的电池单元。
4.如权利要求1所述的电子装置，其中，充电该储存电源供应器的操作模式包括正常充电率与多个快速充电率。
5.如权利要求1所述的电子装置，其中，该模式开关位于该电荷储存电源供应器的一电池组壳体上。
6.如权利要求1所述的电子装置，其中，该模式开关以软件来加以实施。
7.如权利要求1所述的电子装置，其中，该充电电路位于容纳该电荷储存电源供应器的一电池组壳体中。
8.如权利要求1所述的电子装置，其中，该电子装置的电子器件构成一计算机。
9.一种电池组，包含：
一电池组壳体；
一电荷储存电源供应器，位于该电池组壳体之内；
一充电电路，位于该电池组壳体之内，且具有多个操作模式，以自一外部电源以不同充电率来充电该电荷储存电源供应器；及
一手动致动模式开关，以改变该充电电路的充电率。
10.如权利要求9所述的电池组，其中，该电荷储存电源供应器是单一个蓄电池单元。
11.如权利要求9所述的电池组，其中，该电荷储存电源供应器包含多个串联的电池单元而无并联的电池单元。
12.如权利要求9所述的电池组，其中，充电该储存电源供应器的操作模式包括正常充电率与多个快速充电率。
13.如权利要求9所述的电池组，其中，该模式开关位于该电池组壳体上。
14.如权利要求9所述的电池组，其中，该电池组耦接至一电子装置。
15.如权利要求14所述的电池组，其中，该电子装置是一计算机。
16.如权利要求14所述的电池组，其中，该模式开关以软件来加以实施于该电子装置上。
17.一种充电于电子装置中的电荷储存电源供应器的方法，该方法包含：
通过该电荷储存电源供应器，以供电于该电子装置中的电子器件；
运用一手动致动模式开关，以改变一充电电路的充电率；及
自一外部电源以该充电率来充电耦接至该电子装置的电荷储存电源供应器。
18.如权利要求17所述的方法，其中，充电该电荷储存电源供应器包括：充电单一个蓄电池单元。
19.如权利要求17所述的方法，其中，充电该电荷储存电源供应器包括：充电多个串联的电池单元而无并联的电池单元。
20.如权利要求17所述的方法，其中，改变一充电电路的充电率具有多个操作模式，其包括正常充电率与多个快速充电率。
21.如权利要求17所述的方法，其进一步包括运用于该电子装置上的一开关以实施该模式开关。
22.如权利要求17所述的方法，其进一步包括运用于该电子装置上的软件以实施该模式开关。
23.如权利要求17所述的方法，其进一步包括容纳该充电电路于容纳该电荷储存电源供应器的一电池组中。
24.如权利要求17所述的方法，其中，该电子装置包括构成一计算机的电子器件。
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