BRPI0809516A2 - Carregador de bateria com mecanismo automático para inserção e remoção de baterias - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CARREGADOR DE BATERIA COM MECANISMO AUTOMÁTICO PARA INSERÇÃO E REMOÇÃO DE BATERIAS".

ANTECEDENTES

Os carregadores de bateria típicos exigem que o usuário insira e

remova baterias (por exemplo, baterias recarregáveis, como as baterias recarregáveis cilíndricas AA ou AAA) manualmente. As orientações de bateria adequadas para esses carregadores são geralmente confusas para o usuário. Além disso, a inserção ou remoção das baterias exige o uso de força, o 10 que pode, ocasionalmente, resultar em dano acidental ao carregador. Adicionalmente, o usuário tem, tipicamente, que checar periodicamente a conexão entre o carregador e a bateria para certificar-se que as baterias estão sendo carregadas adequadamente. Além disso, caso o carregador seja movido ou empurrado durante a operação de carga, esta pode ser interrompida 15 ou, de outro modo, bloqueada.

SUMÁRIO

Em um aspecto, um mecanismo de inserção e remoção de uma ou mais baterias recarregáveis inclui um ou mais compartimentos de carga configurados para receber uma ou mais baterias recarregáveis e um primeiro atuador configurado para ocasionar o deslocamento da uma ou mais baterias recarregáveis de uma primeira posição para uma segunda posição.

Em um outro aspecto, um mecanismo de inserção e remoção de uma ou mais baterias recarregáveis inclui um ou mais compartimentos de carga configurados para receber uma ou mais baterias recarregáveis, um 25 atuador configurado para fazer com que ao menos uma porção do um ou mais compartimentos de carga seja deslocada de uma primeira posição para permitir a inserção ou remoção de uma bateria ou baterias do um ou mais compartimentos de carga para uma segunda posição em que uma operação de carga possa ser iniciada.

0 seguinte está dentro do escopo deste aspecto.

O mecanismo inclui um ou mais contatos deslocáveis configurados para serem deslocados entre uma posição de contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e uma posição de não-contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e um segundo atuador configurado para fazer com que o um ou mais contatos sejam deslocados entre as posições de contato e de não-contato. O primeiro atuador inclui um primeiro came mecanicamente acoplado a um primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o segundo atuador inclui um segundo came acoplado a um segundo conjunto de um ou mais braços deslocáveis. O um ou mais compartimentos de carga estão em comunicação mecânica com o primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o um ou mais compartimentos de carga são configurados para serem deslocados em resposta ao deslocamento do primeiro conjunto do um ou mais braços deslocáveis. O primeiro came inclui um primeiro disco em formato oblongo. O um ou mais contatos deslocáveis estão em comunicação mecânica com o segundo conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e sendo que o um ou mais contatos deslocáveis são configurados para serem deslocados em resposta ao deslocamento do segundo conjunto do um ou mais braços deslocáveis. O segundo came inclui um disco anular e um segundo disco em formato oblongo disposto substancialmente no espaço definido pelo disco anular, o disco anular e o segundo disco em formato oblongo definindo uma canaleta configurada para receber um seguidor do came. O mecanismo inclui um motor, uma roda dentada, na qual o primeiro came e o segundo came são engastados e uma engrenagem de rosca sem-fim mecanicamente conectada ao motor e em contato mecânico com a roda dentada, com a engrenagem de rosca sem-fim configurada para transferir movimento giratório do motor quando o mesmo está operando em uma roda dentada.

O primeiro atuador e o segundo atuador são configurados para desempenhar uma seqüência ordenada de operações de atuação. O mecanismo inclui um módulo de carga configurado para aplicar corrente de carga a um ou mais contatos deslocáveis. O mecanismo inclui uma primeira chave 30 limite configurada para fazer com que o motor bloqueie a atuação quando a uma ou mais baterias alcançam a segunda posição. O mecanismo inclui uma segunda chave limite configurada para fazer com que o motor bloqueie a atuação quando a uma ou mais baterias retornam para a primeira posição.

Em um outro aspecto, um dispositivo carregador configurado para carregar uma ou mais baterias recarregáveis inclui um mecanismo de inserção e remoção que inclui um ou mais compartimentos de carga configu5 rados para receber uma ou mais baterias recarregáveis, um primeiro atuador configurado para fazer com que ao menos uma porção do um ou mais compartimentos de carga seja deslocada de uma primeira posição para permitir a inserção ou remoção de uma bateria ou baterias para uma segunda posição na qual uma operação de carga pode ser iniciada, e um controlador con10 figurado para determinar um nível de corrente a ser aplicado a uma ou mais baterias recarregáveis; e um circuito para aplicar o nível de corrente determinado a uma ou mais baterias recarregáveis.

O seguinte está dentro do escopo deste aspecto.

O dispositivo inclui um ou mais contatos deslocáveis configurados para serem deslocados entre uma posição de contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e uma posição de não-contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e um segundo atuador configurado para fazer com que o um ou mais contatos sejam deslocados entre a posição de contato e não-contato. O primeiro atuador inclui um primeiro came mecanicamente acoplado a um primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o segundo atuador inclui um segundo came acoplado a um segundo conjunto de um ou mais braços deslocáveis. O um ou mais compartimentos de carga estão em comunicação mecânica com o primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o um ou mais compartimentos de carga são configurados para ser deslocados em resposta ao deslocamento do primeiro conjunto do um ou mais braços deslocáveis. O um ou mais contatos deslocáveis estão em comunicação mecânica com o segundo conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o um ou mais contatos deslocáveis são configurados para serem deslocados em resposta ao deslocamento do segundo conjunto do um ou mais braços deslocáveis. O dispositivo inclui um motor, uma roda dentada, o primeiro came e o segundo came podem ser engastados na roda dentada, e uma engrenagem de rosca sem-fim mecanicamente conectada ao motor e em contato mecânico com a roda dentada, com a engrenagem de rosca sem-fim configurada para transferir movimento giratório do motor quando o mesmo está operando em uma roda dentada. O primeiro atuador e o segundo atuador são configurados para desempenhar uma seqüência ordenada de operações de atuação.

Em um outro aspecto, um mecanismo de inserção e remoção de uma ou mais baterias recarregáveis inclui um ou mais compartimentos de carga configurados para receber a uma ou mais baterias recarregáveis, um ou mais contatos deslocáveis configurados para serem deslocados entre 10 uma posição de contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e uma posição de não-contato com a uma ou mais baterias recarregáveis, um motor, e um atuador acoplado ao motor, o atuador configurado para fazer com que o um ou mais contatos sejam deslocados entre as posições de contato e de não-contato.

O seguinte está dentro do escopo deste aspecto.

O mecanismo inclui um segundo atuador acoplado ao motor, o segundo atuador sendo configurado para fazer com que ao menos uma porção do um ou mais compartimentos de carga seja deslocada de uma primeira posição para permitir inserção ou remoção de uma bateria ou baterias para uma segunda posição, na qual a operação de carga é iniciada.

Em um outro aspecto, um método para carregar uma ou mais baterias recarregáveis inclui receber a uma ou mais baterias em um ou mais compartimentos de carga correspondentes, de forma que a uma ou mais baterias estejam situadas em uma primeira posição, fazendo com que a uma 25 ou mais baterias sejam deslocadas de uma primeira posição para uma segunda posição, determinando um nível de corrente a ser aplicado para a uma ou mais baterias e aplicando à bateria uma corrente de carga com substancialmente o nível de corrente determinado.

O seguinte está dentro do escopo deste aspecto.

Fazer com que a uma ou mais baterias sejam deslocadas inclui

o acionamento de um primeiro conjunto de braços deslocáveis que estão em comunicação mecânica com o um ou mais compartimentos de carga usando um primeiro atuador. O método inclui deslocar os contatos do carregador configurados para serem eletricamente acoplados aos terminais da uma ou mais baterias recarregáveis para posições substancialmente sobre o um ou mais compartimentos de carga. O deslocamento inclui a ativação de um se5 gundo conjunto de braços deslocáveis, que estão em comunicação mecânica com os contatos do carregador usando um segundo atuador.

É descrito um mecanismo de inserção e remoção de baterias, como baterias recarregáveis. É descrito, também, um dispositivo carregador que inclui um mecanismo para inserir e remover baterias, sendo que tal sistema é, às vezes, chamado de mecanismo para inserir/ejetar. Em algumas modalidades, tal dispositivo carregador é configurado para aplicações de recarga, carga rápida, corrente alta. O mecanismo e dispositivo descritos inserem automaticamente baterias em compartimentos de carga do mecanismo, iniciam a operação de carga e removem as baterias após a operação de carga. O mecanismo adiciona uma camada de proteção para o usuário, ao recarregar baterias, principalmente baterias que carregam em uma velocidade de carga relativamente alta, como baterias Li-Fe-P. Com essas altas velocidades de carga, a corrente de carga é alta. Ao usar o mecanismo para inserir/ejetar automático 10, há substancialmente menos chance do usuário entrar em contato com os contatos que transportam os altos níveis de corrente de carga. O mecanismo pode ser configurado para lidar com uma variedade de tipos de baterias e configurações, e permite facilidade de uso pelo consumidor ou usuário do mecanismo. O mecanismo mecânico de inserção e remoção pode estar separado de uma parte integral dos circuitos carregadores.

Os detalhes de uma ou mais modalidades da invenção são demonstrados nos desenhos em anexo e na descrição abaixo. Outras características, objetos e vantagens da invenção serão aparentes a partir da descrição e dos desenhos, e a partir das reivindicações.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista em perspectiva anterior de uma modalidade exemplificadora de um mecanismo de inserção e remoção automática. A figura 2 é uma vista em perspectiva parcial do primeiro atuador do mecanismo da figura 1, configurado para controlar o deslocamento das baterias.

A figura 3 é uma vista em perspectiva posterior do mecanismo

da figura 1.

A figura 4 é uma vista em perspectiva parcial do segundo atuador, configurado para controlar o deslocamento dos contatos do carregador.

As figuras 5A e 5B são vistas em perspectiva da parte frontal e posterior do mecanismo da figura 1 em funcionamento, mostrando baterias sendo colocadas no carregador a partir do topo.

As figuras 6A e 6B são vistas em perspectiva da parte frontal e posterior do mecanismo da figura 1 em funcionamento, mostrando as baterias sendo deslocadas dentro do compartimento de carga do carregador e os contatos do carregador deslizando sobre os compartimentos de carga.

As figuras 7A e 7B são vistas em perspectiva da parte frontal e

posterior do mecanismo da figura 1 em funcionamento, mostrando as baterias sendo deslocadas em direção aos contatos.

As figuras 8A e 8B são vistas em perspectiva da parte frontal e posterior do mecanismo da figura 1 em funcionamento, mostrando os contatos retraindo-se para dentro para expor as aberturas dos compartimentos de carga.

As figuras 9A e 9B são vistas em perspectiva da parte frontal e posterior do mecanismo da figura 1 em funcionamento, mostrando os compartimentos de carga e as baterias dispostas ali em movimento para cima para a posição de 'remoção'.

A figura 10A é uma vista em perspectiva de um dispositivo carregador que inclui o mecanismo da figura 1, fixado a uma carcaça que contém o circuito de carga.

A figura 10B é uma vista em perspectiva de uma modalidade exemplificadora de um compartimento carregador que circunda o dispositivo carregador da figura 10A.

Afigura 11 é um bloco esquemático de uma modalidade exemplificadora do circuito de carga disposto na carcaça da figura 10A.

A figura 12 é um circuito esquemático do circuito de carga da

figura 11.

A figura 13 é um diagrama de fluxo de uma modalidade exemplificadora das operações realizadas durante um ciclo de carga usando o dispositivo carregador da figura 10A.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As células eletroquímicas podem ser células primárias ou secundárias. As células eletroquímicas primárias destinam-se a serem descar10 regadas, por exemplo, até a exaustão apenas uma vez e, então, descartadas. As células primárias não se destinam a serem recarregadas. As células primárias são descritas, por exemplo, em "Handbook of Batteries", de David Linden (McGraw-HilI, 2a. Edição, 1995). Poroutro lado, células eletroquímicas secundárias, também chamadas abaixo de células recarregáveis ou ba15 terias, podem ser recarregadas muitas vezes, por exemplo, cinqüenta vezes, cem vezes, e assim por diante. As células secundárias são descritas, por exemplo, em Falk & Salkind, "Alkaline Storage Batteries", John Wiley & Sons, Inc. 1969, na patente US n° 345.124, e na patente francesa n° 164.681, todas aqui incorporadas a título de referência.

A figura 1 mostra um mecanismo automático de inserção e re

moção 10 configurado para automaticamente inserir baterias recarregáveis nos compartimentos de carga, recarregar as baterias durante sua permanência nos compartimentos de carga, e remover as baterias após finalização da operação de carga de forma que as baterias possam ser removidas do mecanismo 10.

Conforme mostrado, o mecanismo 10 inclui compartimentos de cargas 12a e 12b que são configurados para receber baterias recarregáveis. Em algumas modalidades, um dispositivo que inclui um mecanismo automático de inserir/ejetar, como o mecanismo 10, pode incluir apenas um compartimento de carga, ou pode incluir mais de dois compartimentos de carga.

Nas modalidades aqui descritas, os compartimentos de carga 12a e 12b têm uma estrutura cilíndrica configurada para receber baterias redondas recarregáveis AA e/ou AAA incluindo, por exemplo, baterias de células eletroquímicas à base de lítio-ferro-fosfato que são adaptadas, em algumas modalidades, para serem recarregadas em ao menos 90% da capacidade de carga em 5 a 15 minutos. Outras baterias à base de outras células 5 químicas podem ser usadas, incluindo baterias de lítio-íon, chumbo-ácido, níquel-hidreto metálico, níquel-cádmio, níquel-zinco, e prata-zinco, e assim por diante. Os compartimentos de carga 12a e 12b podem ser estruturados para receber outras configurações mecânicas para as baterias, incluindo, por exemplo, baterias prismáticas, baterias com célula de tipo botão, e assim por 10 diante.

O mecanismo 10 adiciona uma camada de proteção ao usuário, ao recarregar baterias, principalmente baterias que carregam em uma velocidade de carga relativamente alta, como baterias Li-Fe-P. Com essas altas velocidades de carga, a corrente de carga é alta. Ao usar o mecanismo para 15 inserir/ejetar automático 10, há substancialmente menos chance do usuário entrar em contato com os contatos que transportam os altos níveis de corrente de carga.

O mecanismo de inserção e remoção 10 inclui um motor elétrico

14 que é mecanicamente acoplado ao primeiro atuador 16, por um conjunto de engrenagem de rosca resistente de acionamento traseiro que inclui uma roda dentada em formato de disco 18 mecanicamente conjugada ao motor elétrico 14 através de uma engrenagem de rosca sem-fim 20. O motor elétrico usando fonte de energia externa CA que fornece energia a uma taxa de, por exemplo, 96V a 220V e 50Hz a 60Hz, ou outra taxa geograficamente adequada, uma fonte de energia CC, como uma fonte de energia de carro CC que fornece energia CC de 12V, e/ou baterias. Outros mecanismos de acionamento, por exemplo, uma manivela ou um mecanismo acionado por mola, pode ser usado no lugar de um motor. A engrenagem de rosca semfim 20 é configurada para rodar ao redor do seu eixo longitudinal central quando o motor 14 está em funcionamento, fazendo com que a roda dentada 18 rode ao redor do seu centro. Esse tipo de disposição é configurado de modo a ter uma razão de redução alta, resultando, dessa forma, em alto torque. Essa disposição é também configurada para resistir ao movimento de acionamento traseiro, de forma a reduzir ou eliminar a ocorrência de movimento indesejado quando o motor não está em funcionamento.

Conforme mostrado, o primeiro atuador 16 é configurado para deslocar as baterias e inclui um motor de came que tem uma placa em formato oblongo giratória 22 afixada à roda dentada 18 e dois braços 24a e 24b que são fixados ao compartimento ou invólucro do carregador e tem um único grau de liberdade, isto é, para rodar para cima e para baixo nos respectivos pontos de articulação 26a e 26b. Quando a roda dentada 18 roda, o disco em formato oblongo 22 segue o movimento giratório da roda dentada 18, enquanto que os braços 24a e 24b giram em torno dos pontos dos eixos 26a e 26b. As outras duas extremidades dos braços 24a e 24b estão em comunicação mecânica com as primeira e segunda plataformas deslocáveis 28a e 28b sobre as quais os compartimentos de carga 12a e 12b estão respectivãmente dispostos. A plataforma deslocável 28a é montada sobre os trilhos das hastes 29a e 29b passando através de furos definidos na plataforma deslocável 28a. A plataforma deslocável 28b é, de modo similar, engastada nos trilhos das hastes 29c e 29d (mais claramente mostrados na figura 3) passando através dos furos correspondentes definidos na plataforma deslocável 28b.

Como se tornará aparente abaixo, a rotação da engrenagem de rosca sem-fim 18 e do disco em formato oblongo 22 confere movimento, por exemplo, movimento vertical, aos braços 24a e 24b, fazendo com que as plataformas 28a e 28b sejam verticalmente deslocadas ao longo dos respec25 tivos trilhos das hastes sobre os quais são engastadas, alterando, dessa forma, a posição vertical das baterias recebidas no interior dos compartimentos de carga 12a e 12b (em algumas modalidades, os braços 24a e 24b sofrem algum deslocamento horizontal também.)

Conforme mostrado na figura 1, os braços 24a e 24b, que facilitam o deslocamento vertical das plataformas 28a e 28b têm uma orientação genericamente horizontal. Embora a figura 1 mostre uma modalidade na qual o primeiro atuador 16 ocasiona o deslocamento vertical, em algumas modalidades, o primeiro atuador pode ocasionar o deslocamento das baterias em outra direção. Por exemplo, em algumas modalidades, as baterias recarregáveis podem ser inseridas a partir dos lados, de forma que os eixos longitudinais das baterias, quando recebidos no compartimento de carga, 5 sejam orientados em uma direção substancialmente horizontal. Nessas circunstâncias, o primeiro atuador poderia ocasionar o deslocamento horizontal das baterias recarregáveis 60a e 60b. Em uma orientação horizontal, um ímã pode estar situado no fundo dos furos das plataformas 28a e 28b para evitar que as baterias caiam do compartimento, em virtude da gravidade ou de 10 movimentos de um lado a outro do carregador quando as baterias estão expostas.

Com referência à figura 2 mostrando uma vista posterior parcial do acionador do came configurado para deslocar as baterias, uma seção da extremidade de braço 30a do braço 24a, que está adjacente ao ponto de 15 articulação 26a, inclui seguidor do came em formato de pneu 32 que está em comunicação mecânica com o disco em formato oblongo 22 (para fins de clareza, a roda dentada 18 foi removida da vista mostrada na figura 2). À medida que o disco em formato oblongo roda, o seguidor do came 32 segue as bordas externas do disco em formato oblongo 22. Em virtude do disco em 20 formato oblongo 22 ter um raio não-uniforme, conforme medido a partir de seu ponto de articulação central 23 (o ponto de articulação onde o disco em formato oblongo é afixado à roda dentada 18), à medida que o seguidor do came 32 segue as bordas externas do disco giratório em formato oblongo

22, sua posição vertical irá variar, fazendo com que suba e desça, depen25 dendo de qual ponto da borda externa do disco em formato oblongo 22 o seguidor do came 32 está em contato. Dessa forma, quando o disco em formato oblongo 22 é girado de forma que sua extremidade estreitada 25 (que tem o raio mais longo a partir do ponto de articulação 23 do disco 22) alcança sua posição mais alta, isto é, aproximadamente a chamada "posição 12 30 horas" na trajetória rotacional do disco, fará com que o seguidor do came 32, e a seção de extremidade 30a do braço 24a, sejam deslocadas para suas posições mais altas. Como mostrado detalhadamente na figura 2, uma interface rolante que inclui um rolamento de rolos 34a em comunicação mecânica com a superfície inferior da plataforma 28a é fixada à outra extremidade do braço 24a. O rolamento de rolos 34a é configurado para ser deslocado ao longo da 5 superfície inferior da plataforma deslocável 28a. Em algumas modalidades, a interface de rolamento pode incluir outros tipos de mecanismos de deslizamento. Quando o disco 22 roda, o seguidor do came 32, fixada à seção de extremidade 30a do braço 24a, é deslocada, fazendo com que o braço 24a seja deslocado tanto na posição vertical quanto na horizontal. Por exemplo, 10 quando o disco 22 roda de forma que a extremidade estreitada 25 do disco 22 se move em direção a sua posição mais alta, faz com que o braço 24a seja elevado. Quando o braço 24a é elevado, empurra a plataforma deslocável 28a para cima através do rolamento de rolos 34a fixado ao braço 22a. Em virtude de o braço 24a estar articulado em torno do ponto de articulação 15 26a, a elevação do braço 24a faz com que o mesmo seja deslocado também horizontalmente para dentro. O rolamento de rolos 34a fixado ao braço 24a desliza, dessa forma, ao longo da superfície inferior da plataforma deslocável 28a.

Com referência novamente à figura 1, uma engrenagem crescente ou em formato de C 36a é fixada à seção de extremidade 30a do braço 24a. A engrenagem em formato de C está em comunicação mecânica com uma engrenagem em formato de C simetricamente complementar 36b, que é fixada a uma seção de extremidade 30b do braço 24b, de forma que as respectivas extremidades abertas das engrenagens 36a e 36b estejam voltadas para direções opostas. Quando a seção final 30a do braço 24a move-se em uma trajetória geralmente radial, a engrenagem em formato de C 36a fixada ali move-se na mesma direção. Como resultado, o movimento da engrenagem em formato de C 36a faz com que a engrenagem em formato de C 36b se mova em uma trajetória radial geralmente simetricamente oposta. Por exemplo, quando a engrenagem em formato de C 36a se move em uma direção geralmente em sentido horário, ela atua a engrenagem em formato de C 36b para mover-se em uma direção geralmente em sentido antihorário.

A engrenagem em formato de C 36b é presa ao braço 24b. Uma interface de rolamento que inclui um rolamento de rolos 34b similar ao rolamento de rolos 34a é fixada à seção final do braço 24b abaixo da plataforma 5 deslocável 28b. O rolamento de rolos 34b é configurado para ser deslocado ao longo da superfície inferior da plataforma deslocável 28b quando o braço 24b está em movimento. Dessa forma, quando o braço 24a é acionado para ser verticalmente deslocado através do seguidor do came 32, ele atua o braço 24b para, de modo similar, ser verticalmente deslocado através da intera10 ção entre as engrenagens em formato de C 36a e 36b que são fixadas às respectivas seções de extremidade 30a e 30b dos braços 24a e 24b. Consequentemente, a medida que o braço 24b é verticalmente deslocado, desloca verticalmente, através do rolamento de rolos 34b, a plataforma deslocável 28b.

Com referência à figura 3, o mecanismo de inserção e remoção

10 inclui um segundo atuador 40 configurado para controlar deslocamento dos contatos dos carregadores 42a, 42b que são eletricamente acoplados aos terminais das baterias recebidas no interior dos compartimentos de carga 12a e 12b. Os contatos do carregador são, também, aplicados eletrica20 mente a um circuito de carga que fornece uma corrente de carga aplicada, através dos contatos elétricos, às baterias. Na modalidade mostrada na figura 3, o segundo atuador move os contatos dos carregadores 42a e 42b horizontalmente para permitir a inserção das baterias no compartimento de carga. O segundo atuador 40 está disposto sobre o lado da roda dentada 18 25 que está oposta ao lado em que o primeiro atuador 16 está disposto. Os contatos dos carregadores 42a e 42b são engastados nos trilhos das hastes 43a e 43b (mostrados na figura 1) que passam através dos furos longitudinais localizados adjacentes aos lados dos contatos dos carregadores 42a e 42b. Os contatos dos carregadores 42a e 42b são, dessa forma, configura30 dos para serem de forma deslizável, deslocados ao longo dos trilhos das hastes 43a e 43b. Os contatos dos carregadores 42a e 42b podem incluir, por exemplo, contatos elásticos de aço rolado a frio e niquelado comercialmente disponíveis. As posições horizontais dos contatos dos carregadores 42a e 42b são controladas usando-se dois braços 44a e 44b, posicionados em orientação geralmente vertical, que são fixados aos contatos dos carregadores 42a e 42b.

5 Na modalidade mostrada com relação às baterias cilíndricas, é

compreendido que os contatos dos carregadores 42a e 42b contatam, respectivamente, por exemplo, os terminais positivos das baterias 60a e 60b, com os terminais negativos desses contatos que contatam as baterias (nãomostradas) dispostas na parte inferior dos compartimentos de carga. Por 10 outro lado, em uma bateria prismática, os contatos 42a e 42b iriam transportar contatos positivos e negativos (não-mostrados) e contatam os terminais correspondentes na bateria prismática. Outros tipos de baterias prismáticas que têm contatos nas extremidades da bateria, como baterias cilíndricas, podem ser acomodadas de maneira similar às baterias cilíndricas.

Com referência à figura 4, o atuador 40 é um motor de came fe

chado que inclui uma porção de disco anular 46 e uma porção de disco em formato oblongo 48 disposto substancialmente no meio da porção do disco anular 46 (para fins de simplicidade, vários elementos do mecanismo de inserção e remoção 10, como uma roda dentada 18, não são mostrados na 20 vista parcial da figura 4). A porção do disco em formato oblongo 48 é fixada à roda dentada 18, de forma que, quando a roda dentada roda, a porção do disco em formato oblongo roda ao redor de um ponto de articulação 49. A porção do disco em formato oblongo 48 é fixada à a roda dentada 18 no ponto de articulação 49.

A porção de disco 48 e a porção do disco anular 46 podem ser

fornecidas como uma peça. A porção do disco 48 inicia como um sólido. Os sulcos 'pista de corrida' cilíndricos e oblongos são usinados em um lado. É mostrado como recorte na figura 4, para ilustrar a roda acionada e, dessa forma, aparece como duas peças na figura. A porção anular do disco 46 e a 30 porção do disco em formato oblongo 48 (deste ponto em diante do presente documento disco anular 46 e disco em formato oblongo 48) são implementadas como uma peça e são unidas à roda dentada 18 e rodam em torno do ponto de articulação 49.

O disco anular 46 e o disco em formato oblongo 48 dispostos ali definem uma canaleta "pista de corridas" 50. Um seguidor do came em forma de pneu 52 está disposta dentro da canaleta pista de corridas 50, que é configurada para acompanhar o disco em formato oblongo 48 dentro da canaleta 50, à medida que o disco em formato oblongo 48 roda. Como mostrado mais detalhadamente na figura 4, o seguidor do came 52 é fixada ao braço 44a de forma que, quando o seguidor do came 52 é deslocada pelo disco giratório em formato oblongo 48, o braço 44a é horizontalmente deslocado. O braço 44a inclui uma ponta 54a que é recebida em um furo 56a estendendo-se a partir da superfície inferior do contato do carregador 42a. Quando o braço 44a é acionado pelo disco em formato oblongo 48 que atua sobre o seguidor do came 52, o braço 44a é deslocado horizontalmente (o braço 44a também sofre algum deslocamento vertical) e, dessa forma, faz com que o contato do carregador 42a desloque-se ao longo dos trilhos das hastes 43a e 43b.

Com referência novamente à figura 3, os braços 44a e 44b são fixados um ao outro através de uma haste de empurrar-puxar 57. Dessa forma, o deslocamento do braço 44a, através do acionamento pela ação do 20 disco em formato oblongo 48 sobre o seguidor do came 52, faz com que o braço 44b seja deslocado. Por exemplo, quando o braço 44a é acionado para ser deslocado horizontalmente para fora, o braço 44b é acionado, através de uma haste de empurrar-puxar 57, para ser deslocado horizontalmente para fora na direção oposta.

Como ficará aparente a seguir, em algumas modalidades, o pri

meiro e o segundo atuadores são configurados para implementar um mecanismo de temporização mecânica que ocasiona deslocamento dos respectivos braços acoplados aos atuadores em uma ordem específica. Particularmente, em algumas modalidades, o segundo atuador 40 é configurado de 30 forma que, por exemplo, os braços 44a e 44b não sejam deslocados para uma posição fechada sobre as baterias recebidas até que o primeiro atuador

16 tenha feito com que os braços 24a e 24b desloquem as plataformas deslocáveis 28a e 28b para suas posições baixas. Em outras palavras, os atuadores 16 e 40 provocam deslocamento dos respectivos braços que eles atuam em momentos diferentes, permitindo, dessa forma, uma seqüência ordenada de operações nas quais as baterias são abaixadas, e os contatos dos 5 carregadores 42a e 42b são, então, deslocados sobre as baterias abaixadas. Após a operação de carga ser completada, o segundo atuador 40 faz com que os contatos do carregador se abram, e o primeiro atuador 16 subsequentemente eleva as plataformas deslocáveis 28a e 28b para permitir a remoção das baterias carregadas.

Em algumas modalidades, esse tipo de seqüência ordenada das

operações pode ser implementada pelo alinhamento dos respectivos discos em formato oblongo dos atuadores 16 e 40, de forma que suas extremidades estreitadas estejam em diferentes posições radiais (isto é, estejam fora de fase em relação uma à outra). Dessa forma, quando a roda dentada 18, a 15 qual ambos os discos em formato oblongo 22 e 48 são fixados, começa a rodar, um disco em formato oblongo, por exemplo, o disco 22, provocará atuação dos braços 24a e 24b, enquanto que, ao mesmo tempo, o outro disco giratório em formato oblongo 48 circula em uma seção radial de sua trajetória, na qual não provoca significativo deslocamento dos braços no qual ope20 ra. A configuração dos atuadores 16 e 40 para implementar um mecanismo de temporização mecânica reduz a probabilidade de falha acidental do braço em virtude de, por exemplo, entrelaçamento do respectivo braço atuado pelos atuadores 16 e 40.

As figuras 5 a 9 mostram o mecanismo de inserção e remoção 10 em funcionamento.

Com referência às figuras 5A e 5B, duas baterias 60a e 60b são inseridas nos compartimentos de carga 12a e 12b, respectivamente. Na posição de inserção da bateria, o disco em formato oblongo 22 (mostrado na figura 5A) é orientado de forma que a extremidade estreitada 25 está subs30 tancialmente na posição mais alta de sua trajetória rotacional. Dessa forma, os braços 24a e 24b, atuados pelo disco 22 através do seguidor do came 32, fixada à extremidade do braço 30a e as engrenagens em formato de C 36a e 36b são estendidas de forma que as plataformas 28a e 28b estejam em suas posições mais altas.

Conforme mostrado na figura 5B, o disco em formato oblongo 48 do atuador 40 é orientado de forma que a extremidade estreitada do disco 5 48 está substancialmente na posição de 10 horas de sua trajetória rotacional, de forma que a seção de extremidade dos braços 44a e 44b fixada às tampas das baterias 42a e 42b estejam em suas posições mais para dentro, permitindo, dessa forma, a convergência da tampa substancialmente no meio do trilhos 43a e 43b, abrindo dessa forma o compartimento de carga 10 para receber as baterias 60a e 60b. Conforme mostrado, as respectivas extremidades estreitadas dos discos em formato oblongo 22 e 48 estão em posições radiais diferentes ao longo da trajetória rotacional que o disco segue, o que permite que o mecanismo 10 implemente uma seqüência de atuação ordenada, como se torna aparente.

Com referência às figuras 6A e 6B, mediante a iniciação do ciclo

de carga (por exemplo, quando o usuário pressiona um botão 'INICIAR', localizado, por exemplo, no compartimento externo do dispositivo de carga no qual o mecanismo de inserção ou remoção está disposto, ou por um módulo controlador que responde a uma indicação do sensor de que as baterias fo20 ram recebidas nos compartimentos de carga), o motor elétrico 14 começa a operar fazendo com que a engrenagem de rosca sem-fim 20 e a roda dentada 18 rodem. A roda dentada roda em sentido horário (como visto na vista anterior da figura 6a), enquanto que o disco em formato oblongo 22 fixado à roda dentada 18 roda para a posição radial na qual a extremidade estreitada 25 25 do disco 22 é aproximadamente 45° da posição mais funda de sua trajetória radial (isto é, a extremidade estreitada está na posição aproximada de '4 horas' de sua trajetória radial). Nessa posição, o seguidor do came 32 fixada à seção de extremidade de braço 30 do braço 24a terá sido acionada para a posição na qual estará em contato mecânico com a seção do disco 30 22, que está adjacente à extremidade ampla do disco 22. Os pontos próximos ou na extremidade ampla do disco em formato oblongo 22 têm raios mais curtos em relação ao ponto de articulação 23 do disco 22, em comparação com o raio medido a partir da extremidade estreitada 25 do disco. Dessa forma, o seguidor do came 32 estará substancialmente na posição mais funda que puder atingir, e consequentemente, o braço 24a terá sido atuado para sua posição vertical mais baixa. Adicionalmente, a engrenagem 5 em formato de C 36a fixada ao braço 24a terá girado em sentido horário, fazendo, dessa forma, com que a engrenagem em formato de C 36b, fixada ao braço 24b, seja girada em sentido anti-horário, acionando, dessa forma, o braço 24b para sua posição vertical mais baixa. Como resultado, as plataformas 28a e 28b terão sido deslocadas para suas posições verticais mais 10 baixas, fazendo com que as baterias 60a e 60b recebidas dentro dos compartimentos de carga 12a e 12b sejam arriadas.

Com referência à figura 6B, mostrando a vista posterior do mecanismo de inserção e remoção mostrado na figura 6A, o acionador do came

40, que inclui uma canaleta 'pista de corrida' 50 definida pelo disco em formato oblongo 48 e pelo disco anular 46, é orientada de forma que a extremidade estreitada do disco em formato oblongo 48 e da canaleta 50 esteja substancialmente na posição de '3 horas' da trajetória rotacional do disco em formato oblongo 48. Nessa posição, o seguidor do came 52 fixada ao braço 44a estará em sua posição mais distante do ponto de articulação 23 e, dessa forma, terá acionado o braço 44a para sua posição horizontal mais para fora. Como resultado, os contatos do carregador 42a estarão em suas posições horizontais mais para fora, em que são dispostos substancialmente acima do compartimento de carga 12a. A atuação do braço 44a para sua posição horizontal mais para fora irá atuar o braço 44b, através da haste de puxar-empurrar 57, para sua posição horizontal mais para fora, e, dessa forma, o contato do carregador 42b estará na posição substancialmente acima do compartimento de carga 12b.

Quando as baterias 60a e 60b tiverem sido arriadas para sua posição mais baixa, elas irão, em geral, ficar fora de visão.

Em algumas modalidades, o mecanismo de inserção e remoção

10 é configurado para evitar excessiva inserção lateral da interface de contato ou bateria. Especificamente, o atuador usado para controlar o deslocamento vertical das plataformas 28a e 28b atua os braços 24a e 24b para deslocar levemente as plataformas 28a e 28b para cima após o contatos dos carregadores 42a e 42b terem sido deslocados para a posição acima dos compartimentos de carga 12a e 12b.

Com referência à figura 7A, o disco em formato oblongo 22 roda

mais em uma direção em sentido horário para uma posição em que a extremidade estreitada 25 do disco 22 esteja substancialmente em sua posição mais baixa (isto é, substancialmente na posição de '6 horas'). Nessa posição, o seguidor do came 32 terá sido acionada para a posição vertical que é 10 ligeiramente mais alta do que a posição alcançada quando a extremidade estreitada 25 do disco em formato oblongo 22 estava substancialmente em sua posição de '4 horas', e da mesma forma, o braço 24a será acionado para uma posição vertical mais alta do que estava quando a extremidade estreitada 25 estava na posição de '4 horas'.

Com referência à figura 7B, a rotação do acionador do came 40

controlando o deslocamento horizontal dos contatos dos carregadores 42a e 42b provoca pequenas alterações no deslocamento horizontal das coberturas 42a e 42b, uma vez que as coberturas das baterias irão manter-se substancialmente acima dos compartimentos de carga 12a e 12b. As coberturas 20 42a e 42b são estacionárias acima das baterias quando elas movem para cima para fazer contato.

À medida que as baterias são elevadas para fazer contato elétrico e mecânico com os contatos 42a e 42b, a borda do compartimento de carga 12b entrará em contato com a chave limite eletromecanica na posição 25 de carga 58b que é presa à aba 59b que se estende a partir do lado da tampa da bateria 42b (vide também a figura 1). O contato mecânico entre o compartimento de carga elevado 12b e a chave limite 58b irá ocasionar a produção, pela chave limite 58b, de um sinal que é fornecido diretamente ao motor 14, ou a um controlador 80 (mostrado na figura 11), configurado para 30 controlar o motor 14, inclusive fazendo com que o motor 14 bloqueie sua operação, e, dessa forma, interrompa a atuação das plataformas 28a e 28b e dos contatos de carga 42a e 42b. Quando o motor 14 interrompe o seu funcionamento, o procedimento de carga, descrito com mais detalhes abaixo, é iniciado.

Com referência à figura 8A, após o procedimento de carga ter sido completado, o motor 14 é reiniciado, por exemplo, pelo envio de sinais 5 de controle pelo controlador 80 para fazer com que o motor 14 reinicie sua operação. O disco em formato oblongo 22 reinicia sua rotação e atua o seguidor do came 32, e dessa forma, o braço 24a, faz com que as plataformas 28a e 28b sejam levemente deslocadas verticalmente para baixo.

O disco em formato oblongo 22 roda para uma posição na qual sua extremidade estreitada 25 está entre a posição radial '9 horas' e '10 horas', em que o seguidor do came 32 está em repouso em uma posição vertical que é menor que aquela em que o seguidor do came 32 estava quando a extremidade estreitada 25 do disco 22 estava na posição de '6 horas'. Consequentemente, as plataformas 28 e 28b, bem como as baterias 60a e 60b serão movidas para uma posição vertical mais baixa do que aquela de quando a carga foi realizada, como indicado pelas setas 61a e 61b. Ao arriar as plataformas 28a e 28b, e dessa forma, arriar as baterias 60a e 60b, os terminais das baterias desengatam dos contatos 42a e 42b, permitindo, dessa forma, que os contatos 42a e 42b se retraiam de suas posições sobre os compartimentos de carga 12 e 12b sem serem danificados.

Com referência à figura 8B, a reiniciação do funcionamento do motor 14 também faz com que o acionador do came 40 reinicie sua rotação, ocasionado, dessa forma, a atuação dos braços 44a e 44b, através do seguidor do came 50a engatada ao mesmo, para uma posição horizontal para dentro.

Durante a atuação dos braços 44a e 44b, o seguidor do came 32 atua as bordas do disco em formato oblongo 22, à medida que o disco 22 é deslocado por uma porção de sua trajetória radial que não resulta em significativo deslocamento vertical do seguidor do came 32, e portanto, não resulta 30 em um significativo deslocamento vertical das plataformas 28a e 28b. Consequentemente, as plataformas 28a e 28b irão sofrer a maior parte de seus deslocamentos verticais ascendentes após os contatos do carregador 42a e 42n terem sido substancialmente retraídos para aproximadamente o centro dos trilhos das hastes 43a e 43b.

Com referência às figuras 9A e 9B, quando os contatos dos carregadores 42a e 42b tiverem substancial e totalmente se retraído para o cen5 tro dos trilhos das hastes 43a e 43b, as baterias 60a e 60b serão atuadas para se moverem para cima para a posição de remoção. Conforme mostrado, o disco em formato oblongo 22 completa sua trajetória radial e retorna à posição na qual a extremidade estreitada 25 do disco 22 está em sua posição mais alta (isto é, substancialmente na posição de '12 horas'). Como re10 sultado, o seguidor do came 32 estará substancialmente no ponto mais distante do ponto de articulação 29 do disco em formato oblongo 22, e consequentemente, os braços 24a e 24b terão sido atuados para seus deslocamentos verticais mais para cima, ocasionando a elevação das plataformas 28a e 28b, e a exposição das baterias 60a e 60b. Quando o disco em forma

to oblongo 22 alcança a posição radial na qual a extremidade estreitada 25 está na posição de '12 horas', uma chave limite 'remover' 58a é engatada e o motor é bloqueado.

Conforme mostrado na figura 9A, a chave remover 58a é montada no canto direito superior do mecanismo, como visto na figura 9A. A placa 20 59a monta a chave 'ejetar' ao contato 42a. A haste rosqueada 59b é engastada ao fundo da plataforma 28a, o que deprime (atua) a chave 58a quando as baterias alcançam a posição ejetar. A haste 59b e a chave 58a aproximam-se quando os contatos 42a e 42b estão na posição centralizada e as plataformas das baterias 28a e 28b estão nas posições 'ejetar' ou 'remover'. 25 Com referência às figuras 10A e 10B, é mostrado um dispositivo

carregador de bateria 70 que inclui o mecanismo automático de inserção e remoção 10. O carregador 70 inclui uma carcaça 72 na qual um circuito de carga (não-mostrado nas figuras 10Ae 10B) está disposto. O circuito de carga é eletricamente aplicado aos contatos 42a e 42b. Quando as tampas des30 locáveis 42a e 42b são atuadas para uma posição acima dos compartimentos de carga 12a e 12b e entram em comunicação elétrica com os terminais das baterias 60a e 60b recebidas dentro dos compartimentos de carga 12a e 12b, o circuito de carga faz com que a operação de carga inicie.

Conforme mostrado na figura 10B1 o dispositivo carregador de bateria 70 está contido no compartimento carregador 71. O compartimento 71 inclui aberturas 73a e 73b que levam, respectivamente, aos compartimentos de carga 12a e 12b. Um usuário coloca as baterias, como baterias 60a e 60b, através das aberturas 73a e 73b.

Em algumas modalidades, o carregador 70 é configurado para carregar a bateria recarregável em ao menos 90% da capacidade de carga da bateria em menos de 15 minutos. Em algumas modalidades, o carregador 70 alcança uma carga de ao menos 90% em aproximadamente cinco (5) minutos. Outros perfis de carga são possíveis.

A figura 11 mostra uma modalidade exemplificadora do carregador do circuito de carga 72. O circuito de carga 72 é configurado para inicialmente aplicar uma corrente de carga constante às baterias recarregáveis,

como as baterias 60a e 60b, recebidas em um dos compartimentos de carga 12a do mecanismo de inserção e remoção 10. Durante o período em que a corrente constante é liberada na bateria (durante esse período diz-se que o carregador está operando em corrente constante, ou modo CC), a tensão da bateria 60a aumenta. Quando a tensão da bateria alcança um limite superior 20 de tensão predeterminado de, por exemplo, 3,8V (esse limite superior de tensão é às vezes chamado de tensão de interseção), o circuito de carga 72 é configurado para aplicar à bateria 60a, para equilíbrio do período de carga, uma tensão que tem esse valor. Durante o período que uma tensão constante, substanciaímente igual ao valor de interseção predeterminado, é aplicada 25 à bateria 60a, diz-se que o circuito de carga 72 está operando em tensão constante, ou modo CV.

O circuito de carga 72 é acoplado ao módulo de conversão de energia 74. O módulo de conversão de energia 74 inclui um conversor CA/CC 76 que é acoplado eletricamente a uma fonte de energia CA, externa 30 ao carregador, como uma fonte que fornece energia em uma escala de 85V a 265V e 50Hz a 60Hz, e converte a potência CA em uma tensão C.C. baixa (por exemplo, 5 a 24V) e por exemplo, alimenta esta tensão C.C. baixa a, por exemplo, um conversor CC-CC 78 para fornecer um nível adequado para carregar baterias recarregáveis (por exemplo, tensões CC em teores de aproximadamente cerca de 3,7 a 4,2V para as baterias recarregáveis que tem células eletroquímicas de lítio-ferro-fosfato. Outros tipos de células podem ter diferentes níveis de tensão.)

O circuito de carga 72 inclui um controlador 80 que é configurado para determinar a corrente de carga a ser aplicada às baterias 60a e 60b, aplicar às baterias 60a e 60b uma corrente substancialmente igual à corrente de carga determinada, e finalizar a corrente de carga após ter transcorrido 10 um período de tempo específico ou predeterminado. O controlador 80 pode também ser configurado para finalizar a corrente de carga uma vez que a tensão de bateria predeterminada ou nível de voltagem tenha sido alcançada. Em algumas modalidades, o controlador 80 regula um conversor buck 90 para aplicar uma taxa de carga constante 12C (isto é, uma taxa de carga de

1C corresponde à corrente que seria necessária para carregar uma bateria em uma hora, e, dessa forma, 12C é uma taxa de carga que iria carregar uma bateria específica em aproximadamente 1/12 de uma hora, isto é, cinco minutos.) Essa taxa de carga de 12C é aplicada até que uma tensão de carga máxima predeterminada é obtida, ou após ter expirado um período de 20 cinco (5) minutos. Uma vez alcançada a máxima tensão, o controlador 80 altera os modos de controle e aplica uma tensão constante às baterias 60a e 60b, até que o tempo de carga predeterminada tenha expirado, por exemplo, 5 minutos.

Em algumas modalidades, a determinação da corrente de carga 25 a ser aplicada às baterias 60a e 60b pode ser baseada, ao menos em parte, em um valor especificado pelo usuário, fornecida através de uma interface de usuário disposta, por exemplo, no compartimento 71 do carregador 70. Essa interface de usuário pode incluir, por exemplo, chaves, botões e/ou nós através dos quais um usuário pode indicar, por exemplo, a capacidade da 30 bateria a ser recarregada. Adicionalmente, em algumas modalidades, a interface pode ser configurada para permitir que o usuário especifique outros parâmetros pertinentes ao processo de carregamento, como, por exemplo, o período de carga (em circunstâncias em que um período de carga mais longo é desejado, por exemplo, de 15 minutos a 1 hora.) A fim de determinar a corrente de carga específica a ser usada, uma tabela de referência é acessada, indicando as correntes de carga adequadas correspondentes aos pa

râmetros especificados pelo usuário.

Em algumas modalidades, a determinação da corrente de carga pode ser feita pela identificação da capacidade da bateria(s) colocada(s) no compartimento de carga do carregador 70 usando-se, por exemplo, um mecanismo de identificação que fornece dados representativos da capacidade 10 e/ou tipo de bateria. A descrição detalhada de um dispositivo carregador exemplificador que inclui um mecanismo de identificação com base no uso de um resistor ID que tem uma resistência representativa da capacidade da bateria é fornecida no pedidos de patente concomitantemente depositado intitulado "Ultra Fast Battery Charger with Battery Sensoring", cujo conteúdo está

aqui incorporado a titulo de referência, em sua totalidade. Em algumas modalidades, a determinação da corrente de carga pode ser feita mediante a medição de ao menos uma das características elétricas da bateria indicativas da capacidade e/ou tipo de bateria (por exemplo, resistência de carga da bateria.) A descrição detalhada de um dispositivo carregador exemplificador 20 que adaptativamente determina a corrente de carga com base nas características da bateria medidas é fornecida no pedido de patente concomitantemente depositado intitulado "Adaptive Charger Device and Method", cujo conteúdo está aqui incorporado a titulo de referência, em sua totalidade.

O controlador 80 inclui um dispositivo processador 82 configura25 do para controlar as operação de carga realizadas nas baterias 60a e 60b. O dispositivo processador 82 pode ser qualquer tipo de dispositivo de computação e/ou processamento, como um microcontrolador PIC18F1320, da Microchip Technology Inc. O dispositivo processador 82 usado na implementação do controlador 80 inclui elementos de memória volátil e/ou não-volátil 30 configurados para armazenar instruções de computador contidas em software para permitir as operações gerais do dispositivo baseado em processador, bem como que programas de implementação realizem operações de carga nas baterias 60a e 60b acopladas ao carregador 70, incluindo as operações de carga que alcançam menos de 90% da capacidade de carga em menos que quinze (15) minutos. O dispositivo processador 82 inclui um conversor analógico digital (A/D) 84 com múltiplas linhas analógicas e digitais de entra

da e saída. O controlador 80 inclui também um dispositivo conversor digitalanalógico (D/A) 86, e/ou um modulador de largura de pulso (PWM) 88, que recebe sinal digital gerado pelo dispositivo processador 82 e gera, em resposta, sinais elétricos que regulam o ciclo de trabalho do circuito de chaveamento, como o conversor buck 90 do circuito de carga 72.

A figura 12 mostra o conversor buck 90 incluindo, por exemplo,

dois Transistores de Junção Bipolar (BJTs) 92 e 94 e um indutor 96 que armazena energia quando um módulo de conversão de energia 74 está em comunicação elétrica com o conversor buck 90, e o qual descarrega essa energia como corrente durante períodos em que o módulo de conversão de

energia 74 é eletricamente isolado do conversor buck 90 (por questões de simplicidade, o circuito esquemático mostra apenas a bateria 60a.) O conversor buck 90, mostrado na figura 12, inclui também um capacitor 98 que é também usado como um elemento de armazenamento de energia. O indutor 96 e o capacitor 98 também atuam como um filtro de saída para reduzir a 20 corrente de chaveamento e a oscilação de tensão na saída do conversor buck 90. A operação de um conversor buck, como o conversor buck 90 mostrado na figura 12, é mais particularmente descrito, por exemplo, no pedido concomitantemente depositado "Fast Battery Charger Device and Method", cujo conteúdo está aqui incorporado a titulo de referência, em sua totalidade. 25 O período ligado do transistor, ou ciclo de trabalho, é inicialmen

te elevado a partir do ciclo de trabalho de 0%, enquanto o controlador ou circuito de realimentação mede a corrente de saída e tensão. Uma vez obtida a corrente de carga determinada, o circuito de controle de realimentação gerencia o ciclo de trabalho do transistor usando um esquema de realimen30 tação linear de circuito fechado, por exemplo, usando um mecanismo proporcional-integral-diferencial, ou PID. Um mecanismo de controle similar pode ser usado para controlar o ciclo de trabalho do transistor, uma vez a saída de tensão do carregador, ou tensão terminal da bateria alcançarem a tensão de interseção.

Dessa forma, a corrente fornecida por um módulo de conversão de energia 74 durante o período ligado do transistor 92, e a corrente fornecida pelo indutor 96 e/ou o capacitor 98 durante os períodos desligados do transistor 92 devem resultar em uma corrente eficaz substancialmente igual à corrente de carga necessária.

Em algumas modalidades, o controlador 80 periodicamente recebe (por exemplo, a cada 0,1 segundo) uma medição da passagem de cor10 rente através das baterias 60a e 60b como medido, por exemplo, por um sensor de corrente que comunica o valor medido em uma ou ambas as baterias por um terminal 80c (marca ISENSE) do controlador 80. Com base nessa corrente medida recebida, o controlador 80 ajusta o ciclo de trabalho para ocasionar o ajuste da corrente que flui através das baterias 60a e 60b, de 15 forma que a corrente seja convergente a um valor substancialmente igual ao nível de corrente de carga. O conversor buck 90 é, dessa forma, configurado para operar com um ciclo de trabalho ajustável que resulta em níveis de corrente ajustáveis que são fornecidos às baterias 60a e 60b.

Em adição ao sensor de tensão e/ou ao sensor de corrente, o 20 carregador 70 pode incluir outros sensores configurados para medir outros atributos das baterias 60a e 60b e/ou do carregador 70. Por exemplo, em modalidades nas quais é necessário o controle térmico do carregador 70 (por exemplo, em carregadores com um período de carga de mais de 15 minutos), o carregador 70 pode incluir sensores de temperatura (por exemplo, 25 termistores) acoplados às baterias 60a e 60b e/ou à placa de circuito sobre a qual o circuito de carga 72 pode ser disposto.

A figura 13 mostra um procedimento exemplificador de carga 100 para recarregar as baterias recarregáveis 60a e 60b. As baterias 60a e 60b são dispostas, através das aberturas 73a e 73b, no compartimento 71 30 que circunda o mecanismo 10 e a carcaça do circuito 72. O usuário pode, então, iniciar os ciclos de carga pressionando o botão 'INICIAR' disposto no compartimento 71. Em algumas modalidades, o mecanismo de detecção pode detectar que as baterias foram colocadas no compartimento de carga e dessa forma, pode iniciar o ciclo de carga automaticamente.

Com os ciclos de carga iniciados, o motor 14 inicia a operação, e faz com que a atuação do atuador que controla o deslocamento das plataformas 28a e 28b desloquem 102 as baterias 60a e 60b de uma primeira posição (isto é, posição de recepção) para uma segundo posição (isto é, posição de carga), na qual a corrente de carga deve ser aplicada. Na modalidade exemplificadora aqui descrita, o motor 14 ocasiona a rotação de um acionador do came 16 que inclui o disco em formato oblongo 22, que, por sua vez, atua os braços 24a e 24b, através do seguidor do came 32, para deslocar as plataformas 28a e 28b para o interior do mecanismo 10. A operação do motor 14 também ocasiona a rotação de um segundo atuador 40 para atuar os braços 44a e 44b para deslocar os contatos do carregador 42a e 42b sobre as baterias 60a e 60a de forma que os contatos 42a e 42b entrem em contato com os terminais das baterias 60a e 60b.

Após as baterias 60a e 60b terem sido deslocadas para suas posições de carga, a chave limite de 'posição de carga' 58a faz com que a operação do motor 14 cesse, interrompendo, dessa forma o deslocamento das plataformas 28a e 28b, e dos contatos de carga 42a e 42b.

Com as baterias agora em suas posições de carga, e os termi

nais das baterias em comunicação elétrica com os contatos elétricos dos contatos 42a e 42b, o processo de carregamento pode continuar. Opcionalmente, antes do início do procedimento de carga, o carregador 70 determina se existem problemas de falha. Por exemplo, o carregador 70 mede 104 a 25 tensão Va e Vb das baterias 60a e 60b, respectivamente. O carregador 70 determina 106, se as tensões medidas estão dentro de um intervalo predeterminado (por exemplo, entre 2 a 3,8V.) Em circunstâncias em que se determinou que as tensões medidas, Va e Vb, de uma das baterias 60a e 60b não estão dentro da faixa predeterminada aceitável, tornando, assim, a ope30 ração de carga sob condicionamento de corrente inaceitáveis, o carregador não prossegue com a operação de carga, e o processo de carga pode terminar. Sob essas circunstâncias, as baterias são removidas 120, conforme descrito na presente invenção.

O carregador 70 determina 108 uma corrente de carga e/ou período de carga a ser usado para carregar as baterias 60a e 60b baseado em informações pertinentes ao processo de carregamento, incluindo o tipo de 5 baterias, o período de carga, a capacidade das baterias, etc. Por exemplo, o carregador 70 pode ser configurado para determinar que uma corrente de carga carregue baterias 60a e 60b em ao menos 90% da capacidade de carga em menos de 15 minutos. Em algumas modalidades, a corrente de carga adequada para períodos de carga mais longos (por exemplo, 1 a 4 10 horas), capacidades de bateria diferentes, e diferentes níveis de carga, podem ser determinados.

A informação usada para determinar a corrente de carga pode ser fornecida através da interface de usuário disposta, por exemplo, no compartimento 71 do carregador 70. Adicional e/ou alternativamente, essas in15 formações podem ser fornecidas através de um mecanismo de identificação pelo qual as baterias, por exemplo, podem comunicar ao carregador informações representativas de suas características (por exemplo, capacidade, tipo.) Em algumas modalidades, a determinação da corrente de carga a ser aplicada pode ser baseada em informações obtidas mediante a medição das 20 características elétricas das baterias (por exemplo, resistência de carga), e determinar, com base nessa medição, o tipo e/ou capacidade das baterias 60a e 60b. Se o carregador 70 é configurado para receber um tipo específico de bateria que tem um tipo específico de capacidade, o carregador 70 usa uma corrente de carga predeterminada adequada para aquela bateria e ca25 pacidade específicas. A determinação da corrente de carga pode ser feita pelo acesso a uma tabela de referência que associa correntes de carga a diferentes capacidades de baterias, tipo de bateria, período de carga, etc.

Ao ter sido determinada a corrente de carga a ser aplicada às baterias 60a e 60b, um temporizador, configurado para medir o período de tempo pré-especificado da operação de carga, é iniciado 110. O temporizador pode ser, por exemplo, um módulo temporizador dedicado do processador 84, ou pode ser um painel que é incrementado em intervalos de tempo regulares medidos por um relógio interno ou externo do processador 84.

O circuito de regulação da corrente ou tensão, como, por exemplo, o conversor buck 90 mostrado na figura 12, é controlado 112 para fazer com que uma corrente constante substancialmente igual à corrente determi5 nada seja aplicada às baterias recarregáveis 60a e 60b. Como explicado, a corrente de carga determinada é usada para gerar um sinal de ciclo de trabalho, aplicado, por exemplo, ao transistor 92 do conversor buck 90, para fazer com que a corrente substancialmente igual à corrente de carga seja aplicada à bateria 12. Dessa forma, os sinais de saída do controlador são 10 aplicados, por exemplo, ao transistor 92 do conversor buck 90 para fazer com que a tensão de um módulo de conversão de energia 74 seja aplicada às baterias 60a e 60b. Durante o período de inatividade de um ciclo de trabalho específico, um módulo de conversão de energia 74 é cortado das baterias 60a e 60b, e a energia armazenada no indutor 96 e/ou capacitor 98 é 15 descarregada nas baterias como uma corrente. A corrente combinada aplicada a partir do módulo de conversão de energia 74, e a corrente descarregada do indutor 96 e/ou o capacitor 98 resultam em uma corrente eficaz substancialmente igual à corrente de carga determinada.

Em algumas modalidades, o carregador 70 implementa um pro20 cesso de carga CC/CV. Dessa forma, em tais modalidades, a tensão nos terminais das baterias 60a e 60b é periodicamente medida 114 (por exemplo, a cada 0,1 segundo) para determinar quando o limite de tensão superior predeterminado (isto é, a tensão de intersecção) foi alcançado. Quando a tensão nos terminais das baterias 60a e 60b alcançaram o limite de tensão 25 superior predeterminado, por exemplo, 4,2V, o circuito de regulação de corrente/tensão é controlado 116 (por exemplo, mediante a atuação elétrica do transistor 92 e 94) para ter um nível de tensão constante substancialmente igual ao nível de tensão de intersecção mantido nos terminais das baterias 60a e 60b.

Após ter transcorrido um período de tempo substancialmente

igual ao período de tempo de carga, como determinado 118, ou após uma certa carga ou nível de tensão ter sido alcançada (como pode ser determinado através de medições periódicas das baterias 60a e 60b), a corrente de carga aplicada às baterias 60a e 60b chega ao fim (por exemplo, pela cessação da atuação elétrica do transistor 92 para fazer com que a energia liberada do módulo de conversão de energia 74 chegue ao fim).

5 As baterias 60a e 60b podem ser removidas 120 do carregador,

reiniciando-se a operação do motor 14. A operação do motor 14 faz com que a roda dentada 18 reinicie rotação, fazendo com que os acionadores dos cames 16 e 40 atuem os respectivos braços em que agem. Na seqüência ordenada de operações implementadas pelos dois atuadores, o acionador 10 do came 16, que inclui o disco giratório em formato oblongo 22, atua os braços 24a e 24b para deslocar ligeiramente as baterias, a fim de permitir que os contatos dos carregadores 42a e 42b iniciem a retração da posição sobre os compartimentos de carga 12a e 12b sem serem danificados. O acionador do came 40, que inclui o disco em formato oblongo 48 e o disco anular 46 15 que, juntos, definem a canaleta em forma de pista de corridas 50, atuam os braços 44a e 44b para retrair os contatos dos carregadores 42a e 42b substancialmente para o centro dos trilhos das hastes 43a e 43b. O disco giratório em formato oblongo 22 atua os braços 24a e 24b para deslocar as plataformas 28a e 28b e, dessa forma, move as baterias 60a e 60b para suas 20 posições removidas. Nesse momento, a chave limite 'remoção' é engatada e a operação do motor 14 cessa, e as baterias 60a e 60 podem ser removidas pelo usuário.

As modalidades exemplares adicionais de circuitos de carga e procedimentos de carga são descritos, por exemplo, nos pedidos de patente 25 concomitantemente depositados intitulados "Fast Battery Charger Device and Method" e "Lithium Iron Phosphate Ultra Fast Battery Charger", cujos conteúdos estão aqui incorporados, a título de referência em sua totalidade. Outras modalidades

Foram descritas várias modalidades da invenção. Por exemplo, os compartimentos de carga podem incluir uma porção de base móvel e fixa, por exemplo, paredes laterais cilíndricas, nas quais a porção de base móvel é atuada pelo mecanismo 10 para deslocar a bateria entre as primeira e segunda posições, enquanto que as paredes laterais dos compartimentos de carga mantêm-se estacionárias. No entanto, deve-se entender que várias modificações podem ser feitas sem que se desvie do caráter e escopo da invenção. Consequentemente, outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims (26)

1. Mecanismo de inserção e remoção de uma ou mais baterias recarregáveis, o mecanismo caracterizado pelo fato de compreender: um ou mais compartimentos de carga configurados para receber uma ou mais baterias recarregáveis; um primeiro atuador configurado para fazer com que a uma ou mais baterias recarregáveis sejam deslocadas de uma primeira posição para uma segunda posição.

2. Mecanismo de inserção e remoção de uma ou mais baterias recarregáveis, o mecanismo caracterizado pelo fato de compreender: um ou mais compartimentos de carga configurados para receber uma ou mais baterias recarregáveis; um atuador configurado para fazer com que ao menos uma porção do um ou mais compartimentos de carga seja deslocada de uma primeira posição para permitir inserção ou remoção de uma bateria ou baterias do um ou mais compartimentos de carga para uma segunda posição na qual a operação de carga possa ser iniciada.

3. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: um ou mais contatos deslocáveis configurados para serem deslocados entre a posição de contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e uma posição de não-contato com a uma ou mais baterias recarregáveis; e um segundo atuador configurado para fazer com que o um ou mais contatos sejam deslocados entre as posições de contato e de nãocontato.

4. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador inclui um primeiro came mecanicamente acoplado ao primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o segundo atuador inclui um segundo came acoplado ao segundo conjunto de um ou mais braços deslocáveis.

5. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o um ou mais compartimentos de carga estão em comunicação mecânica com o primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o um ou mais compartimentos de carga são configurados para serem deslocados em resposta ao deslocamento do primeiro conjunto do um ou mais braços deslocáveis.

6. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro came inclui um primeiro disco em formato oblongo.

7. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o um ou mais contatos deslocáveis estão em comunicação mecânica com o segundo conjunto de um ou mais braços, e em que o um ou mais contatos deslocáveis são configurados para serem deslocados em resposta ao deslocamento do segundo conjunto do um ou mais braços deslocáveis.

8. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o segundo came inclui um disco anular e um segundo disco em formato oblongo disposto substancialmente no espaço definido pelo disco anular, o disco anular e o segundo disco em formato oblongo definindo uma canaleta configurada para receber um seguidor do came.

9. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: um motor; uma roda dentada, sobre a qual o primeiro came e o segundo came são engastados; e uma engrenagem de rosca sem-fim mecanicamente conectada ao motor e em contato mecânico com a roda dentada, sendo que a engrenagem de rosca sem-fim é configurada para transferir movimento giratório do motor quando este está operando na roda dentada.

10. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador e o segundo atuador são configurados para realizar uma seqüência ordenada de operações de atuação.

11. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: um módulo de carga configurado para aplicar corrente de carga a um ou mais contatos deslocáveis.

12. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: uma primeira chave limite configurada para fazer com que o motor bloqueie a atuação quando a uma ou mais baterias alcançam a segunda posição.

13. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: uma segunda chave limite configurada para fazer com que o motor bloqueie a atuação quando a uma ou mais baterias retornam à primeira posição.

14. Dispositivo carregador configurado para carregar uma ou mais baterias recarregáveis, dispositivo caracterizado pelo fato de compreender: um mecanismo de inserção e remoção que compreende: um ou mais compartimentos de carga configurados para receber uma ou mais baterias recarregáveis; e um primeiro atuador configurado para fazer com que ao menos uma porção do um ou mais compartimentos de carga seja deslocada de uma primeira posição para permitir inserção ou remoção de uma bateria ou baterias para uma segunda posição na qual a operação de carga possa ser iniciada, e um controlador configurado para: determinar um nível de corrente a ser aplicado para a uma ou mais baterias recarregáveis, e um circuito para aplicar o nível de corrente determinado para a uma ou mais baterias recarregáveis.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: um ou mais contatos deslocáveis configurados para serem deslocados entre a posição de contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e uma posição de não-contato com a uma ou mais baterias recarregáveis; e um segundo atuador configurado para fazer com que o um ou mais contatos sejam deslocados entre as posições de contato e de nãocontato.

16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador inclui um primeiro came mecanicamente acoplado ao primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o segundo atuador inclui um segundo came acoplado ao segundo conjunto de um ou mais braços deslocáveis.

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que um ou mais compartimentos de carga estão em comunicação mecânica com o primeiro conjunto de um ou mais braços deslocáveis, e em que o um ou mais compartimentos de carga são configurados para serem deslocados em resposta ao deslocamento do primeiro conjunto do um ou mais braços deslocáveis.

18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o um ou mais contatos deslocáveis estão em comunicação mecânica com o segundo conjunto de um ou mais braços, e em que o um ou mais contatos deslocáveis são configurados para serem deslocados em resposta ao deslocamento do segundo conjunto do um ou mais braços deslocáveis.

19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: um motor; uma roda dentada, o primeiro came e o segundo came são engastados na rosca dentada; e uma engrenagem de rosca sem-fim mecanicamente conectada ao motor e em contato mecânico com a roda dentada, com a engrenagem de rosca sem-fim configurada para transferir movimento giratório do motor quando este está operando na roda dentada.

20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador e o segundo atuador são configurados para realizar uma seqüência ordenada de operações de atuação.

21. Mecanismo de inserção e remoção de uma ou mais baterias recarregáveis, caracterizado pelo fato de compreender: um ou mais compartimentos de carga configurados para receber a uma ou mais baterias recarregáveis; um ou mais contatos deslocáveis configurados para serem deslocados entre a posição de contato com a uma ou mais baterias recarregáveis e uma posição de não-contato com a uma ou mais baterias recarregáveis; um motor; e um atuador acoplado ao motor, o atuador configurado para fazer com que o um ou mais contatos sejam deslocados entre as posições de contato e não-contato.

22. Mecanismo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de compreender, ainda: um segundo atuador acoplado ao motor, o segundo atuador é configurado para fazer com que ao menos uma porção do um ou mais compartimentos de carga seja deslocada de uma primeira posição para permitir inserção ou remoção de uma bateria ou baterias para uma segunda posição na qual a operação de carga é iniciada.

23. Método de carga de uma ou mais baterias recarregáveis, o método caracterizado pelo fato de compreender: receber a uma ou mais baterias em correspondência a um ou mais compartimentos de carga, de forma que a uma ou mais baterias estejam localizadas na primeira posição; fazer com que a uma ou mais baterias sejam deslocadas da primeira posição para uma segunda posição; determinar o nível de corrente a ser aplicado para uma ou mais baterias; e aplicar uma corrente de carga que tem substancialmente o nível de corrente determinado para a bateria.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que faz com que a uma ou mais baterias sejam deslocadas, compreende: acionar um primeiro conjunto de braços deslocáveis que estão em comunicação mecânica com o um ou mais compartimentos de carga usando um primeiro atuador.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de compreender, ainda, deslocamento de contatos do carregador configurados para eletricamente engastar nos terminais da uma ou mais baterias recarregáveis para uma posição substancialmente acima do um ou mais compartimentos de carga.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o deslocamento dos contatos do carregador compreende: ativar um segundo conjunto de braços deslocáveis que estão em comunicação mecânica com os contatos do carregador usando-se um segundo atuador.