BR112012021661B1 - conjunto de um equipamento elétrico e de uma bateria de alimentação compartilhando um circuito oscilatório - Google Patents

Abstract

CONJUNTO DE UM EQUIPAMENTO ELÉTRICO E DE UMA BATERIA DE ALIMENTAÇÃO COMPARTILHANDO UM CIRCUITO OSCILATÓRIO. A presente invenção se refere a um conjunto equipamento elétrico (100) e bateria (1) de alimentação elétrica do equipamento, o equipamento comportando uma estrutura (101) possuindo um alojamento (102) para a bateria e um conector penetrando no alojamento, e a bateria comportando uma carcaça (2) contendo pelo menos um elemento de estoque (3) de energia elétrica, um conector de conexão externa (6) que é ligado por pelo menos dois condutores (4,5) ao elemento de estoque e um circuito de segurança para ser ativado por conexão a um circuito oscilatório compartilhando entre a bateria e o equipamento.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um conjunto equipamento elétrico e bateria de alimentação do equipamento. Por equipamento elétrico, entende-se um equipamento comportando pelo menos um componente funcionando à eletricidade como um componente eletrônico ou eletrotécnico. Por bateria, entende-se uma pilha primária, ou seja, não recarregável, ou uma pilha secundária, ou seja, recarregável, comportando um ou diversos elementos de estoque de energia elétrica.

[0002] Existem baterias comportando uma carcaça que contém um ou diversos elementos de estoque de energia elétrica, um conector de conexão externa que é ligado por pelo menos dois condutores a cada elemento de estoque e que vai até o exterior da carcaça, e um circuito eletrônico que é ligado a cada elemento de estoque. O circuito eletrônico assegura a gestão do funcionamento da bateria, e pode fornecer ao equipamento conectado ao conector e alimentado pela bateria informações sobre a bateria como o estado da carga, a temperatura... O circuito eletrônico comporta geralmente módulos de proteção da bateria contra as sobrecargas, sobreintensidades... e um elemento indicador do estado de carga. Ele pode comportar um elemento de detecção da presença de um equipamento elétrico conectado ao conector como será descrito posteriormente.

[0003] O conector de conexão compreende uma pluralidade de pinos ligados ao elemento de estoque diretamente ou através do circuito eletrônico. Estes pinos são geralmente cobertos por uma fina camada de ouro (de platina, de prata ou de outro metal ou liga resistente à corrosão e possuindo boas propriedades para realizar um contato elétrico) para assegurar uma perfeita condução elétrica.

[0004] Como todo o gerador elétrico, as baterias são muito sensíveis às ligações que podem ser estabelecidas acidentalmente entre dois pinos. Três tipos de ligação são possíveis.

[0005] Uma ligação por um elemento eletricamente condutor de resistência baixa como uma chave metálica ou o revestimento metalizado de uma embalagem que corre o risco de estabelecer um curto-circuito levando a(o): - descarregamento da bateria, - um arco elétrico e uma perturbação eletromagnética no momento de seu estabelecimento ou de sua ruptura, - uma perturbação química para certos pares eletroquímicos (Li-Io, LiSoCl2, LiMnO2) e/ou - um forte aquecimento das baterias de baixas resistências internas (baterias Li-Io, NiCd, NiMh, PbSO4 por exemplo).

[0006] O arco elétrico pode gerar uma deterioração da camada de ouro ou ainda ser perigoso iniciando um incêndio ou uma explosão em atmosfera combustível ou inflamável.

[0007] Uma ligação por um elemento eletricamente condutor de resistência mais alta constituindo uma carga dissipando a potência da bateria sob a forma de efeito joule e levando assim a um descarregamento da bateria e um aquecimento importante que pode ser perigoso (risco de queimadura ou de incêndio, por exemplo).

[0008] Uma ligação iônica pode ser estabilizada em razão da presença de água (ou de outro eletrólito) cobrindo dois pinos. O resultado é um descarregamento da bateria e uma eletrólise deteriorando a camada de ouro (ou de outro metal como aqueles mencionados acima) alterando assim a qualidade de condução dos pinos.

[0009] Para evitar tal ligação acidental de dois pinos, sabe-se que é possível associar ao conector uma capa se ajustando de maneira estanque sobre o conector. Tais capas devem ser removidas antes de colocar a bateria no lugar, complicando as manipulações necessárias para isso, particularmente com luvas, e correm o risco de serem perdidas.

[0010] Sabe-se igualmente que é possível munir o circuito eletrônico da bateria de um elemento de detecção da presença de um equipamento elétrico conectado ao conector. Este elemento funciona sob o princípio do loop seco ou do loop ativo. O loop seco possui a vantagem de não retirar nenhuma eletricidade do elemento de estoque da bateria, mas precisa da presença de um gerador elétrico no equipamento. O loop ativo permite detectar a presença de um equipamento desprovido de gerador elétrico. Ele consiste em colocar sob tensão, permanentemente ou periodicamente, os pinos de potência do conector, ou um ou diversos pinos dedicados, geralmente através de uma resistência ou um componente apresentando uma característica resistiva ou uma característica de gerador de corrente. A detecção de presença do equipamento se faz então medindo a corrente ou a tensão sobre os pinos em questão que chamamos aqui, para maior comodidade, de pinos de detecção. De fato, a conexão do equipamento cria uma corrente ou uma diminuição de tensão sobre os pinos de detecção, corrente ou diminuição de corrente que pode ser interpretada pela bateria como indicativo de que um equipamento está conectado. Existem circuitos mais aperfeiçoados nos quais o equipamento envia à bateria uma resposta mais ou menos elaborada (sinal analógico ou lógico) quando os pinos de detecção enviam uma tensão ou uma corrente ao equipamento. Uma vez que a presença do equipamento é detectada pela bateria, o circuito eletrônico da bateria estabelece as ligações elétricas entre elementos de estoque e pinos de potência (que podem ser os pinos que servem para a detecção).

[0011] Tal processo de detecção de presença do equipamento apresenta, no entanto, uma desvantagem importante: certos pinos do conector da bateria ficam sob tensão. A descarga por eletrólise e a deterioração resultante não se aplicam então somente aos pinos de potência (ligados ao pólo positivo e ao pólo negativo da bateria através do interruptor estático do circuito de segurança), mas também aos outros pinos, desde quando estão sob tensão, e, particularmente, sobre a bateria, aos pinos de seu elemento de detecção de presença do equipamento. Uma solução conhecida para esta desvantagem consiste em fazer a conexão do ou dos pinos de detecção de presença, através de uma resistência interna elevada para diminuir a corrente de eletrólise. Este processo possui diversos inconvenientes: - Ele apenas torna mais lenta a degradação dos pinos já que diminui a corrente de eletrólise mas não a elimina. - Ele produz detecções falsas de presença de equipamento se seu princípio for a detecção de uma corrente passando pelos pinos correspondentes do equipamento. De fato, sendo a resistência interna elevada, a condução por um pouco de água ou de umidade de superfície será suficiente para produzir a corrente de detecção do equipamento, mesmo na ausência do equipamento. - Ele produz lacunas de detecção de equipamentos se seu princípio for enviar um sinal elétrico ao equipamento para esperar uma resposta do mesmo. De fato, sendo a resistência interna elevada, a condução por um pouco de água, ou de umidade de superfície ou de sujeira é suficiente para fazer a tensão despencar de forma que o equipamento não irá receber sinal suficiente para enviar sua resposta à bateria.

[0012] Um objetivo da invenção é fornecer um meio para limitar o risco de uma descarga acidental do elemento de estoque através de uma ligação elétrica estabelecida involuntariamente entre dois pinos do conector.

[0013] Para este efeito, prevê-se, de acordo com a invenção, um conjunto equipamento elétrico e bateria de alimentação elétrica do equipamento, o equipamento possuindo uma estrutura contendo um alojamento para a bateria e um conector penetrando no alojamento, e a bateria comportando uma carcaça contendo pelo menos um elemento de estoque de energia elétrica, um conector de conexão externa e um circuito de segurança que é montado entre o elemento de estoque e o conector da bateria e que possui um estado inativado de bloqueio da corrente para o conector e um estado ativado de passagem da corrente para o conector. O circuito de segurança é disposto para ser ativado por conexão a um circuito oscilatório compreendendo uma primeira parte e uma segunda parte. A carcaça contém a primeira parte do circuito oscilante mencionado que é conectada aos pinos do conector da bateria e o equipamento compreende a segunda parte do circuito oscilatório mencionado que é conectado aos pinos do conector do equipamento de tal forma que as duas partes estejam conectadas uma à outra quando a bateria estiver conectada ao equipamento, as partes comportando cada uma pelo menos um componente necessário à oscilação do circuito oscilatório.

[0014] A ativação do circuito de segurança resulta então da detecção da atividade do circuito oscilatório, através da medida do consumo circuito oscilatório ou através da detecção da presença de um sinal de saída deste. As condutâncias indesejadas (curto circuito) ou imperfeitas, como as de sujeiras ou da umidade, não terão jamais as características elétricas do componente (indutivo, capacitivo ou combinação indutor e capacitor, quartzo) que falta para que o oscilador funcione. Estas condutâncias indesejadas não podem então fazer oscilar o oscilador e, em consequência, não podem ativar o circuito de segurança. Os esquemas dos osciladores conhecidos comportam geralmente ligações internas capacitivas ou se prestam à junção de capacitores de ligação. A ligação entre as duas partes do circuito oscilatório, que se encontram uma na bateria e a outra no equipamento, pode então ser de forma vantajosa capacitiva, já que as ligações capacitivas transmitem uma corrente (alternada) enquanto o oscilador funciona, mas não a transmitem quando o oscilador não oscila. Assim, se a bateria não está conectada ao equipamento, a parte incompleta do circuito oscilatório que se encontra na bateria não oscila e então nenhuma corrente passa pelas ligações capacitivas nem pelos pinos aos quais as ligações capacitivas são conectadas.

[0015] Assim, quando a bateria não está conectada ao equipamento, nenhum dos pinos do conector está sob tensão, o que elimina o risco de uma eletrólise (que destruiria os contatos) ou de uma consumação elétrica exterior acidental (que descarregaria a bateria).

[0016] De preferência, a primeira parte do oscilador, que está na bateria, é o elemento ativo do circuito oscilatório (transistores, circuitos integrados) e a segunda parte (no equipamento) compreende os elementos reativos (indutor, transformador de acoplamento, circuito LC, quartzo ou combinação destes) já que eles não precisam de uma fonte de tensão contínua.

[0017] De acordo com um primeiro modo de implantação, o circuito oscilatório compreende um circuito ressonante LC comportando um indutor entre dois capacitores, o indutor estando disposto no equipamento e possuindo extremidades ligadas cada uma a um terminal do conector, pelo menos um dos capacitores estando disposto na bateria.

[0018] Este modo de implantação apresenta uma estrutura particularmente simples, o que é uma indicação de confiança. Tal série de circuito LC é, por exemplo, do tipo oscilador de CLAPP, de COLPITTS, de HARTLEY ou outro.

[0019] De acordo com um segundo modo de implantação, o circuito oscilatório comporta um quartzo. O quartzo é de preferência colocado no equipamento.

[0020] Tal circuito oscilatório é, por exemplo, do tipo oscilador de PIERCE.

[0021] De preferência, a bateria comporta um circuito de comando disposto para identificar o equipamento a partir de uma frequência de oscilações do quartzo deste.

[0022] Isto permite à bateria não somente saber que um equipamento está conectado, mas também identificar o tipo de equipamento. O circuito de comando pode então ser disposto para adaptar as características de alimentação ao equipamento conectado, para impedir a alimentação do equipamento ou emitir um sinal de alerta se a bateria não puder fornecer uma corrente possuindo as características adaptadas à alimentação do equipamento. O circuito de comando compreende para este fim uma memória contendo, por exemplo, uma lista dos equipamentos que a bateria está autorizada a alimentar, eventualmente acompanhada de informações relativas aos parâmetros de alimentação próprios a cada um dos equipamentos.

[0023] De acordo com um terceiro modo de implantação, o circuito oscilatório é do tipo à ponte de Wien ou do tipo à defasagem.

[0024] Outras características e vantagens da invenção surgirão através da leitura da descrição que segue os modos de implantação particulares não limitativos da invenção.

[0025] Será feita referência aos desenhos em anexo, entre os quais: - A figura 1 é uma vista esquemática em corte de uma bateria conforme à invenção; - A figura 2 é uma vista parcial em perspectiva de um conjunto equipamento e bateria conforme a invenção; - A figura 3 é uma vista esquemática do circuito elétrico de um conjunto conforme a um primeiro modo de implantação da invenção; - A figura 4 é uma vista esquemática do circuito elétrico de um conjunto conforme a um segundo modo de implantação da invenção; - A figura 5 é uma vista esquemática do circuito elétrico de um conjunto conforme a um terceiro modo de implantação da invenção;

[0026] Em referência às figuras, a bateria conforme a invenção, geralmente designada em 1, é destinada à alimentação de um equipamento elétrico 100 comportando uma estrutura 101 com um alojamento 102 no qual é penetrado um conector 103.

[0027] A bateria 1 compreende uma carcaça 2, contendo um elemento de estoque de energia elétrica 3, ligado por dois condutores 4, 5 a um conector 6 de conexão externa que é fixado em uma abertura da carcaça 2 para ser acessível do exterior da carcaça 2 e que é disposto para cooperar com o conector 103.

[0028] A carcaça 2 recebe além disso outro circuito eletrônico, representado em 7, que é ligado ao elemento de estoque 3 para ser alimentado por este e que é ligado ao conector 6 para enviar informações relativas à bateria a um circuito correspondente do equipamento 100. O circuito eletrônico 7 comporta aqui, de preferência, um elemento 8 de medida de parâmetros de funcionamento do elemento de estoque 3 (como a temperatura e a tensão) e um dispositivo convencional indicador do estado de carga 10.

[0029] A bateria 1 compreende um circuito de segurança que comporta pelo menos um comutador estático 13, aqui um transistor bipolar, montado sobre o condutor 4 . A entrada de comando do comutador 13 é ligada ao circuito eletrônico 7 e a uma primeira parte 20.1 de um circuito oscilatório portando a referência geral 20 e possuindo uma segunda parte 20.2 recebida no equipamento.

[0030] Conforme o primeiro modo de implantação e em referência igualmente à figura 3, o circuito oscilatório 20 é um oscilador a circuito ressonante LC. Em série com o indutor 30, são dispostos dois capacitores 31. Os dois capacitores 31 pertencem à primeira parte 20.1 e possuem, cada um, um eletrodo ligado a um terminal do conector 6. O indutor 30 pertence à segunda parte 20.2 e possui duas extremidades ligadas cada uma a um dos pinos do conector 103 do equipamento 100.

[0031] A parte 20.1 do circuito oscilatório é ligada a uma unidade de comando 11 do circuito eletrônico 7 através de um circuito detector de oscilações 21, e é disposta para comandar o fechamento do comutador estático 13 quando as partes 20.1 e 20.2 do circuito oscilatório são ligadas uma à outra e o circuito oscilatório começa a oscilar. O detector de oscilações 21 funciona, por exemplo, transformando (por exemplo, por diodo e capacitor, associados ou não a um amplificador) a amplitude de oscilação em uma tensão lógica. Ele pode também medir a corrente consumida pela parte 20.1 do oscilador: este oscilador é polarizado de forma que, em repouso, sua consumação é muito baixa. Ela aumenta quando ele oscila. Outros processos de detecção são possíveis (por exemplo, detecção à distância utilizando um efeito de acoplagem capacitiva, ou magnética, ou eletromagnética).

[0032] O posicionamento adequado da bateria no alojamento 102 resulta na conexão do conector 6 ao conector 103 e, então, na oscilação do circuito oscilante 20 comandando, através do detector de oscilações 21 e da unidade de comando 11, o fechamento o comutador estático 13. A unidade de comando 11 do circuito eletrônico 7 mantém então o comutador estático 13 em seu estado passante quando o equipamento 100 é detectado.

[0033] Quando a bateria 1 é removida do equipamento 100, a oscilação termina e a unidade de comando 11 do circuito eletrônico 7 comanda o comutador estático 13 para o estado bloqueado.

[0034] Diversas variantes do primeiro modo de implantação são possíveis. Por exemplo, a parte 20.2 pode comportar o indutor e o capacitor do circuito LC ressonante, estando a ligação com a parte 20.1 assegurada pelos capacitores 31 através dos conectores 103 e 6. No caso onde deseja-se conectar à parte 20.1 uma faixa intermediária do indutor (oscilador de HARTLEY ou de COLDPITTS a divisor indutivo de impedâncias) ou obter um retorno por acoplagem indutiva, pode-se adicionar uma ou diversas ligações capacitivas entre as partes 20.2 e 20.1, através dos conectores 6 e 103.

[0035] Os elementos idênticos ou análogos a esses procedimentos descritos portarão a mesma referência numérica na descrição a seguir do segundo modo de implantação.

[0036] Em referência à figura 4, e conforme o segundo modo de implantação, o circuito oscilatório 20 é um circuito do tipo ressonador a quartzo (por exemplo, um oscilador dito de PIERCE), comportando um quartzo 40, dois capacitores 41, e um amplificador ou inversor 42 constituindo o principal elemento do resto da parte 20.1. Os capacitores 41 pertencem à parte 20.1 e são ligados cada um a um dos pinos do conector 6, enquanto o ressonador a quartzo 40 (e eventualmente outros componentes de acompanhamento) pertence à parte 20.2 e é ligado a dois pinos do conector 103. Quando as partes 20.1 e 20.2 são ligadas uma a outra (ou seja, a bateria está no alojamento do equipamento com os conectores 6 e 103 conectados um ao outro), a conexão do quartzo ao resto do circuito oscilatório produz a oscilação.

[0037] Como anteriormente, a parte 20.1 do circuito oscilatório é ligada à unidade de comando 11 do circuito eletrônico 7 através do detector de oscilações 21 para comandar o fechamento do comutador estático 13 quando a oscilação esperada é detectada no circuito oscilatório.

[0038] O ressonador a quartzo 40 pode também constituir um elemento de identificação do equipamento pela bateria, em função de sua frequência.

[0039] A unidade de comando 11 incorpora então uma memória contendo, por exemplo, uma lista dos equipamentos que a bateria é autorizada a alimentar, eventualmente acompanhada de informações relativas aos parâmetros de alimentação próprios a cada um dos equipamentos. O circuito eletrônico 7 é disposto para, em função das informações memorizadas, adaptar as características de alimentação ao equipamento conectado, para impedir a alimentação do equipamento ou emitir um sinal de alerta se a bateria não puder fornecer uma corrente possuindo as características adaptadas à alimentação do equipamento.

[0040] Em referência à figura 5, e conforme o terceiro modo de implantação, o circuito oscilatório 20 é do tipo oscilatório à defasagem e compreende um amplificador 50 e defasadores R5 (aqui três em cascata) constituídos dos capacitores 51, 52, 53 e das resistências 54, 55, 56 ligadas entre a entrada negativa e a saída de um amplificador 50 constituindo o principal elemento do resto da parte 20.1. O amplificador 50 e os capacitores 51, 53 pertencem à primeira parte 20.1 e o capacitor 52 pertence à segunda parte 20.2 e a suas armações ligadas aos pinos do conector 103.

[0041] A invenção não é limitada aos modos de implantação descritos, mas engloba toda a variante entrando no domínio da invenção tal como definida pelas reivindicações.

[0042] Em particular, a invenção é aplicável a baterias e equipamentos que utilizam outros modos de conexão, e, por exemplo, uma conexão através de um cabo possuindo uma extremidade livre projetando-se da estrutura do equipamento e possuindo um conector.

[0043] A bateria pode possuir uma estrutura diferente da descrita e, por exemplo, compreender diversos elementos de estoque ou um indicador externo sonoro.

[0044] O circuito oscilatório pode possuir uma estrutura diferente da descrita e ser, por exemplo: um oscilador a circuito LC em série ou em paralelo, com ou sem divisor de impedância indutiva ou capacitiva, de tipo CLAPP, HARTLEY, COLPITTS ou outro (o componente reativo colocado no equipamento é, por exemplo, o indutor ou o capacitor ou o LC completo), um oscilador a circuito LC em série ou paralelo com transformador de isolamento ou de impedância, um oscilador a quartzo do tipo PIERCE ou não, um oscilador a defasagem RC ou LR ou LC, um oscilador a ponte de Wien...

[0045] O circuito oscilatório pode igualmente ser um oscilador relaxado de tipo a integrador de MILLER (chamado também de blocking) cuja corrente de polarização é quase nula em estado de relaxação e cujo capacitor integrador, dividido ou não, pode constituir o componente reativo integrado ao equipamento.

Claims (9)

1. Conjunto de equipamento elétrico (100) e bateria (1) de alimentação elétrica do equipamento, o equipamento compreendendo uma estrutura (101) compreendendo uma fenda (102) para a bateria e um conector penetrando na fenda, e a bateria compreendendo uma carcaça (2) contendo pelo menos um elemento de armazenamento de energia elétrica (3), um conector de conexão externa (6) e um circuito de segurança que é montado entre o elemento de armazenamento e o conector da bateria e que possui um estado inativado de bloqueio da corrente para o conector e um estado ativado de passagem da corrente para o conector, caracterizado pelo fato de que o circuito de segurança é disposto para ser ativado por conexão a um circuito oscilante compreendendo uma primeira parte e uma segunda parte e em que a carcaça contém a primeira parte do circuito oscilante mencionado, que é conectada aos pinos do conector da bateria, e o equipamento compreende a segunda parte do circuito oscilante mencionado, que é conectada aos pinos do conector do equipamento de tal forma que as duas partes sejam conectadas uma à outra quando a bateria é conectada ao equipamento, as partes compreendendo cada uma pelo menos um componente necessário para a oscilação do circuito oscilante.

2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira parte do oscilador contém o elemento ativo do circuito oscilante e a segunda parte compreende pelo menos um elemento reativo.

3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o elemento ativo é um circuito integrado ou um transistor.

4. Conjunto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o elemento reativo compreende pelo menos um dos elementos a seguir: um indutor, um transformador de acoplamento, um circuito LC, um quartzo.

5. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito oscilante compreende um circuito ressonante LC compreendendo um indutor e pelo menos um capacitor, o indutor estando disposto no equipamento e o capacitor estando disposto na bateria.

6. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito oscilante compreende um circuito ressonante LC compreendendo um indutor entre dois capacitores, o indutor estando disposto no equipamento e os capacitores estando dispostos na bateria.

7. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito oscilante compreende um quartzo contido no equipamento.

8. Conjunto, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a bateria compreende um circuito de comando disposto para identificar o equipamento a partir de uma frequência de oscilações do quartzo deste.

9. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito oscilante compreende um oscilador à defasagem compreendendo diversos capacitores em série dentre os quais um é montado no equipamento.

Images