CN101043146A - 用于管理便携式设备中的电池组件的电能的装置和方法 - Google Patents

Abstract

为了管理电池组件的电能，可检测电池组件的充电电流和剩余容量。基于充电电流确定对电池组件进行充电和放电的顺序。基于是否检测到外部电压以所确定的顺序对电池组件进行充电或放电。使用具有与检测到的充电电流相对应的相关电流的充电电压对电池组件进行充电。

Description

用于管理便携式设备中的电池组件的电能的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于管理其中安装有至少一个电池组件的便携式设备中的电池电能的装置和方法，并且更特别的是，涉及用于管理便携式设备中的电池组件的电能的装置和方法，其中根据电连接到便携式设备的每个电池组件的充电电流值选择性控制充放电顺序，从而提高电池组件的电能使用效率。

背景技术

随着电子通讯技术的发展，像个人电脑(下文中，称作“PC”)这样的设备已经制造成便携式的。例如，便携式电子设备，像笔记本PC，个人数字助理(PDA)，由于移动环境而具有小的尺寸或者轻的重量，即，在户外使用具有便携性。

笔记本PC的特点在于“电池驱动型”，也就是说，笔记本PC由内置电池驱动，还由采用交流适配器的商用交流电源进行驱动。这使得笔记本PC可以在像户外以及出差途中这样的商用交流电源不可用的任何地方进行使用。一般而言，内置电池是组装有多个电池单元的电池组件的形式。典型的电池单元是可充电电池，比如锂离子电池或者NiMH电池。

内置或者连接到笔记本PC的电池的容量有限。一次完全充电的电池的持续时间取决于电池的数量，而系统规格只有约三到四小时。因此，研究人员已经研究通过电池来扩展便携式设备的持续时间。

所谓的“电能管理”相关的技术是扩展电池持续时间的最好例子。我们知道，可通过增加电池组件中的电池数量或者使用像锂离子电池这样的能量密度高的电池来扩展持续时间。然而，如果电池组件中的电池数量增加，电池组件的重量和大小也将相对增加，这样就不能允许仅仅增加电池组件中电池的数量。

近些年来，已经开发并制造了其中两个电池组件内置或者连接到笔记本PC上的“双电池”型笔记本PC。例如，在“国际商业机器公司”申请的日本未审专利公开No.HEI 8-54967中公开了双电池型的计算机系统。此外，LG电子公司出售的“XNOTE TX系列”(XNOTE是LG电子公司的商标)中的笔记本PC“TX4210K”的结构是可选电池组件可拆卸地连接到计算机的背板上。

除了笔记本PC之外，还发行了具有称作补充或者可选电池的电池组的便携式设备，其中补充或者可选电池用于为可拆卸地连接到便携式设备上的软磁盘机(FDD)，光盘驱动器(ODD)等进行交换。具有两个电池组件的便携式设备与具有一个电池组件的便携式设备相比具有双倍的持续时间。当然，持续时间取决于除基本电池组件以外的添加到便携式设备上的可选电池的数量。

具有双电池组件的笔记本PC包括电能管理单元，用于设定基本和可选电池组件的放电/充电顺序，以便有效管理来自双电池组件的电能。笔记本PC的电能管理单元优先使内置或者安装的可选电池组件进行放电来驱动该计算机，然后在可选电池组件基本完全放电时使基本电池放电。当电池组件由通过交流适配器提供的外部电源充电时，笔记本PC的电能管理单元控制计算机系统早于可选电池组件对基本电池组件电压进行充电。当检测到基本电池组件完全充电时，电能管理单元控制计算机系统对可选电池组件电压进行充电。

由于可选电池作为外部设备安装到便携式设备或者连接到便携式设备拆卸FDD，ODD等的位置，被充电的可选电池组件优先放电，基本电池组件优先充电，从而即使当可选电池从便携式设备分离时该便携式设备仍然能由内置电池进行驱动。

然而，对于管理双电池型的便携式设备中的电池组件的电能的常规方法，将充电和放电顺序设定成使可选电池组件优先进行放电并且对基本电池组件优先进行充电，由于以基本电池组件和可选电池组件的预定顺序进行放电和充电操作而不考虑电池组件的充电容量，这将花费太多的时间对电池组件进行充电。

我们知道，通用电池组件的充电时间与电池使用比率(相对总容量的使用容量)成正比。例如，我们已经发现，在通用笔记本PC中，如果在相同情况下使具有不同容量的两个电池组件进行放电然后充电，充电容量较小的电池的充电时间比充电容量较大的电池的时间更长。这是因为笔记本PC的充电控制电路为电池组件的电压端提供了其电流容量调节成电池组件的充电电流的充电电压。

在笔记本PC中，将充电控制电路设计成输出具有相对高电流容量的充电电压，并根据电池组件的充电电流调节提供给电池组件电压端的充电电压的电流容量。由于具有这种操作，笔记本PC的充电控制电路通过系统管理(SM)总线从将要被充电的电池组件获取充电电流容量的信息，并且为电池组件的电压端提供与为对电池单元进行充电的对应电池组件的充电电流对应的充电电压。

因此，我们可以看到，笔记本PC的电池组件的充电时间并不与电池的放电量成正比，而与相对于电池的总容量的使用容量，即，电池使用率成正比。当基本电池组件的容量高于可选电池组件的容量时，用于管理笔记本PC的电池电能的常规方法优先使可选电池组件放电而不管电池容量。这种情况下，与电池容量更高的电池组件优先放电和充电的情况相比，需要花费更多的时间来对电池组件进行充电。当基本电池组件的容量小于可选电池组件的容量时，管理电池电能的常规方法对电池容量较小的基本电池组件优先充电，这样，与其中充电容量较大的电池优先充电相比的情况相比，消耗的充电时间相同而充电效率降低。

如上所述，在控制双电池组件的充电和放电的常规方法中，根据预定的顺序而不管电池组件的充放电特性，可选电池组件早于基本电池组件放电，并且在提供外部交流电源时基本电池早于可选电池进行充电。因此，出现的问题是在可选电池的容量小于基本电池的容量时花费太多的时间对电池组件进行充电。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在能接收至少两个电池组件的便携式设备中管理电池组件的电能的装置和方法，其中通过根据电连接到便携式设备上的电池组件的充电容量自动确定放电和充电顺序而提高电池组件的电能使用效率。

本发明的另一个目的是提供一种用于管理电池组件的电能的装置和方法，其中根据是否施加外部交流电源，以及电池组件的放电和充电顺序是否已经确定，而检测电连接到便携式设备的所有电池组件的识别码，剩余容量，充电状态以及充电电流，并由此控制电池组件的放电和充电。

本发明的又一个目的是提供一种用于管理电池组件的电能的装置和方法，其中检测电连接到便携式设备上的电池组件的充电电流并且优先使充电电流较高的电池组件优先进行放电和充电。

根据实现这些目的的本发明的一个方面，提供一种用于管理便携式设备中的电池组件的电能的装置，包括：第一和第二电池组件，每个电池组件包括通过电压端进行充电和放电的电池以及用于检测电池的剩余容量和充电电流并响应电池状态信息请求信号输出剩余容量以及充电电流的电池监视器(CEWD)；用于将通过外部电压输入端输入的外部电压转换成充电电流对应于充电控制信号(CCS)的充电电压(CV)并输出该充电电压的充电电压发生器；用于外部电压通过外部电压输入端输入并被检测到时产生外部电压检测信号(EVDS)的外部电压检测器(EVD)；用于响应外部电压检测信号输出充电模式信号并且从第一和第二电池组件获取剩余容量和充电电流信息以产生对充电电流较高的电池组件充电或放电的电池选择信号(SEL)并产生对应于剩余容量和充电电流的充电控制信号的充电/放电控制单元；以及连接在充电电压发生器的输出端，第一和第二电池组件的电压端以及系统负载的电源输入端之间，根据充电模式信号以及选择信号将充电电压发生器输出的充电电压提供给第一或第二电池组件或将第一或第二电池组件的输出电压提供给便携式设备中的系统负载的充电/放电路径设定单元。

充电/放电路径设定单元包括分别连接在充电电压发生器的输出端和第一和第二电池组件的输出端之间并根据选择信号独立导通的第一和第二模拟开关；以及连接在第一和第二模拟开关的公共连接节点和系统负载之间并根据充电模式信号导通或关断的第三模拟开关。

优选的是，该装置还包括电压路径控制器，用于仅在一个路径方向上提供外部电压给系统负载，该电压路径控制器连接在外部电压输入端和第三模拟开关的输出节点之间。

该电压路径控制器可包括二极管。

优选的是，该装置还包括直流-直流变换器，用于将外部电压或者从第一和第二电池组件提供的直流电压降压并稳压到一个电压电平，该电压电平适合于驱动系统负载并将所得的电压分布到系统负载的各个部分，该直流-直流变换器连接在电压路径控制器和便携式设备的系统负载的电压输入端之间。

根据本发明的另一方面，提供一种用于管理便携式设备中的电池组件的电能的方法，包括如下步骤：检测电连接到该便携式设备上的所有电池组件的剩余容量和充电电流；以及按从所检测的充电电流中充电电流较高的电池组件到其充电电流较低的电池组件来确定电池组件的充电/放电顺序，以及以根据是否提供外部电压确定的充电/放电顺序对电池组件进行充电或放电。

注意，充电/放电包括充电和放电两种情形。

根据本发明的又一方面，提供一种用于管理双电池组件的电能的方法，其有效应用于包括至少两个灵敏电池组件的便携式设备，每个电池组件具有进行充电和放电的电池以及用于存储这些电池的总容量的信息和这些电池的充电电流以及电池状态信息的CEWD，其中电池状态信息包括通过测量电池电荷而得到的剩余容量，这些电池组件通过数据通讯输出电池状态信息。该方法包括步骤：通过带有电池组件的数据通讯检测每个电池组件的充电电流；确定按从检测的充电电流中充电电流较高的电池组件到充电电流较低的电池组件的电池组件充电/放电顺序；以及按根据外部电压的供给确定的充电/放电顺序对电池组件进行充电或放电。

如上所述，采用根据本发明的这些实施方式的用于管理便携式设备中的双电池组件的电能的装置和方法，检测了电连接到便携式设备上的第一和第二电池组件的每个电池组件中的电池的总充电电流，按从所检测的充电电流中充电电流较高的电池组件到充电电流较低的电池组件设定电池组件的充电/放电顺序，并且按根据是否提供了外部电压而设定的充电/放电顺序对这些电池组件进行充电或放电，从而缩短了电池组件的充电时间并且通过电池电压延长了便携式设备的持续时间。

附图说明

本发明的上述和其他目的，特点和优点将从结合附图给出的优选实施例的下列描述中更加清楚，其中：

图1是示出便携式设备的后视图，该便携式设备的结构可以安装两个电池，其中交流-直流适配器连接到该便携式设备上；

图2是示出根据本发明的优选实施例的用于管理便携式设备的电池组件的电能的装置的框图；

图3是示出根据本发明优选实施例的充电容量不同的电池组件的充电和放电顺序的流程图，其中示出了图1的控制单元的操作流程程序；以及

图4是示出本发明实施例的双电池组件的信息表，其中该表示出了图1所示的第一和第二电池组件的CEWD信息。

具体实施方式

下面参考附图详细描述用于管理便携式设备中的电池组件的电能的装置和方法。

图1示出了具有两个或多个电池组件电连接到其上的便携式设备10的背面。图2是示出根据本发明的优选实施例的用于管理便携式设备的电池组件的电能的装置的框图。图3是示出根据本发明的优选实施例的具有不同充电容量的电池组件的充电和放电顺序的流程图。图4示出了双电池组件的信息表，用于演示本发明的实施例，包括每个电池的容量，每个电池的充电电流，电池数量，电池组件的总充电电流，使用容量，以及图1所示的第一电池组件20a和第二电池组件20b的剩余容量。第一电池组件20a表示主要安装在便携式设备10中的基本电池组件，第二电池组件20b表示便携式设备10可选择提供的可选电池组件或者辅助电池组件。

尽管图1示出了第二电池组件20b安装在第一电池组件20a的外部，但是应该注意第二电池组件20b可安装在ODD 15通过FDD或缩进式连接器拆卸或连接的位置上。

如图1所示，便携式设备10，如，笔记本PC，包括作为除交流电源以外的电源的两个电池组件20a和20b。第一和第二电池组件20a和20b的每个电池组件包括多个电池，以及电池监视器(CEWD)，其中寄存器存储每个电池的可充电量，每个电池的充电电流，电池数量以及总的充电电流，检测所有电池的总剩余容量并存储在寄存器中。电池组件20a和20b也称作灵敏电池。电池组件20a和20b连接到便携式设备10的SM总线上，响应通过SM总线输入的电池状态信息要求信号将信息与它们的识别码发送到相应的控制器上。

便携式设备10的交流电通过交流适配器80转换成直流电，然后输入到连接到外部电压输入端(EVIP)的二极管91上。二极管91用于防止反向电压和电流，即，防止反向施加的内部电池电压。将外部电压通过二极管91的阴极在一个路径方向上输入到便携式设备10中的直流-直流变换器90上。此外，第一和第二电池组件20a和20b的输出端与交流适配器80的输出一起并联连接到直流-直流变换器90上。交流适配器80可从便携式设备10的本体上分开，第一和第二电池组件20a和20b也可从便携式设备10的本体上分开并且可以互换。

直流-直流变换器90将交流适配器80或者第一和第二电池组件20a和20b提供的直流电压降压为适用于驱动便携式设备10的系统负载50的电压电平，将该电压稳压，并且将该电压分布到系统负载的各个部分。这里，负载包括CPU 51或者外围控制器芯片52，液晶显示器(LCD)背后照明单元53，硬盘驱动器(HDD)54，光盘驱动器(ODD)55，主存储器56，以及充电/放电控制单元60。

CPU 51是在操作系统(OS)控制下用于控制便携式设备10的整个操作的主控制器。主存储器56是用于加载每个程序或者作为CPU 51的工作区的储存器单元。外围控制器52包括用于在显示器53上显示图像的视频控制器，以及多个用于控制串行/并行数据的输入和输出的芯片。HDD 54和ODD 55是外部存储单元。充电/放电控制单元60包括用于控制第一和第二电池组件20a和20b的充电和放电的控制逻辑。该充电/放电控制单元60连接到SM总线上，以便将数据发送到第一和第二电池组件20a和20b并且从第一和第二电池组件20a和20b接收数据。充电和放电控制单元60具有用于响应交流适配器80的外部电压的检测而接收从EVD 40输出的外部电压检测信号EVDS的端子，以及用于控制第一和第二电池组件20a和20b的充电/放电模式和顺序的三个输出端。

在本发明的实施例中，EVD 40示出为连接在外部电压输入端和充电/放电控制单元60之间。然而，注意，尽管二极管91的阳极直接连接到充电/放电控制单元60的输入端，但是可进行相同的操作，并且然后交流适配器80的输出出现与否都可以由充电/放电控制单元60直接检测到。

每个都包括P沟道FET的第一和第二模拟开关72和74分别串联连接到第一和第二电池组件20a和20b的输出线上。反相器76的输出端连接到第一模拟开关72的栅极。第一模拟开关74的栅极和反相器76的输入端连接到充电/放电控制单元60的选择信号(SEL)输出端。此外，第一和第二模拟开关72和74的公共连接节点连接到充电电压发生器30的充电电压(CV)输出端，其根据充电/放电控制单元60的充电控制信号CCS来调节和输出交流适配器80的输出电压的电流-电压。包括N沟道FET的第三模拟开关78，其由用于设定充电/放电模式的充电模式信号(ICMOD)进行切换，连接在公共连接节点和直流-直流变换器90之间。这里，第一，第二和第三模拟开关72，74和78响应选择信号SEL和充电模式信号(ICMOD)进行切换，这样，第一和第二电池组件20a和20b的充电/放电模式和路径就形成了。

优选地，具有相对大地电容值的电容器并联连接到位于便携式设备10中的直流-直流变换器90的内部输出节点上，这样即使从第一电池组件20a切换到第二电池组件20b的时刻便携式设备10仍能稳定工作。

此外，如图2所示，在像笔记本PC这样的便携式设备10中，将充电/放电控制单元60设立为输出逻辑“高”状态的选择信号SEL和充电模式信号(ICMOD)，这样，在电能开关(未示出)在交流适配器80未连接的状态中导通时将第一电池20a的驱动电压通过第一和第三模拟开关72和78提供给直流-直流变换器90。

电池组件的充电模式

如图2所示，当两个电池组件，即，第一电池20a和第二电池20b电连接到便携式设备10并且便携式设备10由用户开启时，图2的充电/放电控制单元60在图3的步骤S12中检测从EVD 40输出的外部电压检测信号EVDS的电平，以检测交流适配器80是否连接到便携式设备10的外部电压输入端EVIP。

假定交流适配器80连接到外部电压输入端EVIP，交流适配器80输出的直流电压施加到二极管91的阳极，EVD 40和充电电压发生器30上。EVD40检测外部电压输入端EVIP的电压并输出逻辑“高”状态的外部电压检测信号EVDS，和充电1放电控制单元60其检测到外部电压检测信号EVDS启动为逻辑“高”状态，确定在图3的步骤S12中连接了交流适配器80。这种情况下，直流-直流变换器90将通过二极管91输入的外部直流电压进行降压和稳压，并将它作为工作电压提供给系统负载50。

同时，充电/放电控制单元60，其检测到连接了交流适配器80，在步骤S14中使充电模式信号(ICMOD)为逻辑“低”，从而阻断了第一和第二电池组件20a和20b的放电路径，然后，通过SM总线从第一和第二电池组件20a和20b读取CEWD信息。此时，CEWD信息表示电池组件的识别码，每个电池的充电容量，每个电池的充电电流，电池数量，总充电电流，已使用的容量，剩余容量等等。CEWD信息由灵敏电池广泛提供。当然，在输出电池组件的CEWD信息时，相应电池组件的识别码附着到标题上并进行发送，以使得该电池组件能被识别。

在步骤S14中通过SM总线从第一和第二电池组件20a和20b读取CEWD信息后，充电/放电控制单元60分析被读取的CEWD信息，以在步骤S16中确定是否所有的电池组件完全被充电。在步骤S16中确定所有的电池组件都完全充电之后，充电控制单元60中断充电控制信号CCS以及因此中断充电电压发生器30的输出，从而使得第一和第二电池组件20a和20b不被充电。

然而，当步骤S16中确定所有的电池组件并未完全充电时，充电控制单元60在步骤S18中基于从第一和第二电池组件20a和20b读取的CEWD信息中包含的充电电流的大小确定充电顺序。

例如，如果第一和第二电池组件20a和20b都没有完全充电并且第一电池组件20a的充电电流高于第二电池组件20b的充电电流，在步骤S18中充电控制单元60确定充电顺序为第一电池组件20a早于第二电池组件20b进行充电。然后充电控制单元60在图3的步骤S20中输出逻辑“高”状态的选择信号SEL，同时维持充电模式信号(ICMOD)的逻辑“低”状态，并输出充电控制信号CCD，用于产生对应于第一电池组件20a的充电电流的充电电压CV。即，假定第一电池组件20a的总充电电流是600mA，充电/放电控制单元60输出电流为600mA的用于产生充电电压CV的充电控制信号CCS。

图2所示的充电电压发生器30产生具有电流对应于充电/放电控制单元60的充电控制信号CCS的充电电压CV。从充电电压发生器30输出的充电电压CV通过第一模拟开关72提供给第一电池组件20a的电压端，其中第一模拟开关由逻辑“高”状态的选择信号导通。此时，第二模拟开关74由处于逻辑“高”状态中的选择信号SEL而维持关断状态，这样仅有第一电池组件20a由从充电电压发生器30输出的充电电压CV进行充电。

在步骤S22中，执行步骤S20的充电/放电控制单元60通过SM总线从第一电池组件20a读取CEWD信息，以确定电池组件是否完全充电。步骤S20和S22重复进行直到电池组件完全充电，从而使得电池组件最终被充电。

如果在步骤S22中确定第一电池组件20a完全充电，执行步骤S16，S18和S20，这样输出逻辑“低”状态的选择信号SEL以对第二电池组件20b进行充电，并输出充电控制信号CCS以便产生电流-电压对应于第二电池组件20b的充电电流的充电电压CV。也就是说，在步骤S20中，假定第一电池组件20b的总充电电流是300mA，充电/放电控制单元60输出用于产生具有电流为300mA的充电电压CV的充电控制信号CCS。

此时，第一模拟开关72关断，第二模拟开关74导通，从而建立了充电路径，使得从充电电压发生器30输出的充电电压CV通过充电路径提供给第二电池组件20b的电压端。此外，充电电压发生器30响应从充电/放电控制单元60输出的充电控制信号CCS产生电流-电压对应于充电电流的充电电压CV，由此对第二电池组件20b进行充电，其电流-电压调节成充电电流。

在第一和第二电池组件20a和20b根据上述操作完全充电并且电池组件的CEWD信息表示完全充电状态时，通过SM总线从第一和第二电池组件20a和20b读取CEWD信息的充电/放电控制单元60确定所有的电池组件完全充电，并且禁止充电控制信号CCS，从而使得从充电电压发生器30输出的充电电压CV为0V。

如果电池组件的充电操作停止，图2的便携式设备10的系统负载50由直流-直流变换器90提供的直流电能进行驱动，该变换器90对将交流电能转换成直流电能的交流适配器80的输出进行降压和稳压。

尽管在本发明的实施例中描述了第一电池组件20a的充电电流大于第二电池组件20b的充电电流，但在第一电池组件20a的充电电流小于第二电池组件20b的充电电流时，第二电池组件20b优先充电，然后第一电池组件20a充电，由此实现了相同的效果。

电池组件的放电模式

当用户想要在没有交流电源的地方使用便携式设备10时，交流适配器80未连接到外部电压输入端EVIP。此时，EVD 40检测到外部电压输入端EVIP上没有直流电能，这样，连接到充电/放电控制单元60的外部电压检测信号EVDS输出为逻辑“低”状态。

用户通过操作电源开关而导通便携式设备10时，充电/放电控制单元60通过默认输出处于逻辑“低”状态的选择信号SEL以及处于逻辑“高”状态的充电模式信号(ICMOD)，从而导通第一模拟开关72和第三模拟开关74。直流-直流变换器90将来自第一电池组件20a的电压进行降压和稳压，从而驱动系统负载50。

在图3的步骤S12中，充电/放电控制单元60检测EVD 40的输出电平，以确定是否连接有交流适配器80。当没有连接交流适配器80时，EVD 40的输出为逻辑“低”状态。因此，在图3的步骤S24中，充电/放电控制单元60基于EVD 40的输出确定未连接交流适配器80，并通过SM总线从第一和第二电池组件20a和20b读取CEWD信息。

在图3的步骤S26中，基于从第一和第二电池组件20a和20b读取的CEWD信息确定是否所有的电池组件被完全充电。在步骤S28中，当确定第一和第二电池组件20a和20b未被完全充电时，充电/放电控制单元60从两个电池组件中分析包含在CEWD信息中的总充电电流，并确定放电顺序为充电电流较高的电池组件电压优先放电。

例如，在图3的步骤S28中，当第一电池组件20a的充电电流是600mA，第二电池组件20b的充电电流是300mA时，充电/放电控制单元60确定放电顺序是第一电池组件20a早于第二电池组件20b放电。

然后，在步骤S30中，充电/放电控制单元60输出对应于设定的放电顺序的电池组件的选择信号SEL。例如，当第一电池组件20a的放电优先权设定为高于第二电池组件20b的放电优先权时，充电/放电控制单元60输出处于逻辑“高”状态的选择信号SEL。响应逻辑“高”状态的选择信号SEL，第一模拟开关72导通，从而形成第一电池组件20a的放电路径，第二模拟开关74关断，从而中断第二电池组件20b的放电路径。

根据这个操作，将充电电流相对较高的第一电池组件20a的充电电压施加到直流-直流变换器90，将第一电池组件20a的电压施加到系统负载50，从而驱动便携式设备10。

在第一电池组件20a通过设定的放电路径进行放电时，充电/放电控制单元60重复执行步骤S26，从而通过直流-直流变换器90提供第一电池组件20a的电压到其上而驱动便携式设备10，直到第一电池组件20a的充电电压充分放电为止。

根据这个操作，在第一电池组件20a充分放电时，第一电池组件20a的CEWD信息中的剩余容量信息表示放电状态，充电/放电控制单元60基于步骤S28中设定的放电顺序输出选择信号SEL。在本发明的实施例中，由于仅示出了两个电池组件，因此选择信号SEL输出为逻辑“低”状态。

响应从充电/放电控制单元60输出的逻辑“低”状态的选择信号SEL，第一模拟开关72关断，第二模拟开关74导通，这样，第二电池组件20b的充电电压通过第二模拟开关74和第三模拟开关78输入到直流-直流变换器90。此时，在几十纳秒的时间内形成了第一电池组件20a到第二电池组件20b的切换。具有相对大的电容值的电容器并联连接到直流-直流变换器90的输出端，这样，从直流-直流变换器90提供给系统负载50的电压中基本没有变化。

充电和放电效果比较

根据本发明的优选实施例，在检测电池组件的充电电流并且优先对充电电流较高的电池组件进行放电和充电的便携式设备10中，用对应于相应的电池组件的使用容量的充电电流对充电电流较高的电池组件优先充电，从而极大地缩短了充电时间。

例如，如图4的表所示，假定第一电池组件(基本电池组件)20a和第二电池组件(可选电池组件)20b分别由六个电池和三个电池组成，两个电池组件20a和20b的每个电池的容量是2000mA，充电电流为100mA，我们可以看出基本电池组件的总充电电流为600mA，可选电池组件的总充电电流为300mA。这里，在包括两个电连接到其上的电池组件20a和20b的便携式设备10中，总共3000mA从两个完全充电状态的电池组件20a和20b的电池被放掉。

根据管理电池组件能量的常规方法，作为可选电池的第二电池组件20b放电。因此，第二电池组件20b的剩余容量为50％，作为基本电池的第一电池组件20a的剩余容量为100％。以这种放电状态进行充电时，便携式设备的充电单元产生充电电流为300mA的充电电压，从而对第二电池组件20b进行充电。这暗示着以使用容量相对第二电池组件20b的总容量，即使用比率，成正比而对该电池组件进行充电。

然而，如果采用根据本发明实施例的管理电池组件能量的装置和方法对电池组件进行放电，第一电池组件20a的剩余容量为75％，第二电池组件20b的剩余容量为100％。以这种放电状态进行充电时，便携式设备10的充电电压发生器30响应从充电/放电控制单元60输出的充电控制信号CCS产生充电电流为600mA的充电电压CV，以对第一电池组件20a进行充电。这暗示着以使用容量相对于第一电池组件20a的总容量，即使用比率成正比而进行充电操作。

由于采用了根据本发明实施例的管理电池组件的能量的设备和方法，优先对充电电流较高的电池组件进行放电和充电，因此在两个电池组件部分放电时极大地缩短了充电时间。

尽管在本发明的实施例中描述为在第一和第二电池组件20a和20b以及充电/放电控制单元60之间采用SM总线进行数据通讯，但也可采用互联集成电路总线(I2C)这样的串行通讯总线。

如上所述，由于采用了根据本发明实施例的用于管理便携式设备中的双电池组件的电能的装置和方法，在检测到充电容量不同的电池组件的充电电流之后，充电电流较高的电池组件优先进行放电和充电，因此在充电电池组件与电池使用比率成正比的便携式设备中极大缩短了充电时间。

尽管已经参考其特定示意性实施例描述了本发明，本领域技术人员可以理解，在不脱离如附加权利要求所限定的本发明的精神和范围内可进行各种形式和细节上的变化。例如，本发明可应用到双电池类型的各种电子设备中，如包括无线移动终端的无线设备，无线电话，电子手册以及摄影机。也就是说，本发明并不局限于所示出的附图。为了理解本发明的主题应当参考所附的权利要求。

Claims (20)

1、一种用于管理便携式设备中的电能的装置，包括：

充电电压模块，被构造成将外部电压转换成充电电压，所述充电电压具有对应于充电控制信号电流容量；

控制模块，被构造成：

确定连接到便携式设备的第一电池组件和第二电池组件的每一个的剩余容量和充电电流，

基于充电电流，确定对第一和第二电池组件充电和放电的顺序，

基于所确定的顺序，输出选择第一电池组件和第二电池组件之一的电池选择信号，

基于外部电压的出现，输出表示充电模式和放电模式之一的充电模式信号，以及

产生对应于被选的电池组件的剩余容量和充电电流的充电控制信号；以及

路径设定模块，连接到充电电压发生器、第一和第二电池组件、及便携式设备中的系统负载上，所述路径设定模块被构造成，根据充电模式信号以及电池选择信号，从充电电压模块向被选的电池组件提供充电电压，或者从被选的电池组件向系统负载提供输出电压。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所确定的顺序表示在第一电池组件的充电电流超过第二电池组件的充电电流时，第一电池组件的充电和放电早于第二电池组件。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，路径设定模块被构造成从第一电池组件向系统负载提供输出电压，直到由控制模块检测到第一电池组件的预定剩余容量为止，接着从第二电池组件向系统负载提供输出电压。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一和第二电池组件的每一个包括被充电和放电的电池以及电池监视器CEWD，该电池监视器用于检测电池的剩余容量和充电电流，并且响应电池状态信息要求信号输出剩余容量和充电电流。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括外部电压检测器，所述外部电压检测器被构造成检测交流适配器输出的外部电压，该外部电压检测器插在充电电压模块的外部电压输入端和控制模块的外部电压检测端之间。

6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述路径设定模块包括：

第一和第二模拟开关，分别连接在充电电压模块的输出端和第一和第二电池组件的输出端之间，并且根据电池选择信号独立动作；以及

第三模拟开关，连接在第一和第二模拟开关的公共连接节点和系统负载之间，并根据充电模式信号动作。

7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，进一步包括电压路径控制器，被构造成在一个路径方向上向系统负载提供外部电压，所述电压路径控制器插在充电电压模块的外部电压输入端和第三模拟开关的输出节点之间。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，电压路径控制器包括二极管。

9、如权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括：

直流-直流变换器，用于把外部电压或第一和第二电池组件提供的直流电压降压和稳压为适合于驱动系统负载的合成电压电平，并且将所述合成电压分配给系统负载的各个部分，所述直流-直流变换器插在电压路径控制器和便携式设备的系统负载的电压输入端之间。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括直流-直流变换器，用于把外部电压或第一和第二电池组件提供的直流电压降压和稳压为适合于驱动系统负载的合成电压电平，并且将所述合成电压分配给系统负载的各个部分。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，进一步包括：

电容器，并联连接到直流-直流变换器的输出端上。

12、一种用于管理电能的方法，包括：

检测电连接到计算设备的电池组件的剩余容量和充电电流；

基于所检测的剩余容量和充电电流，确定对电池组件进行充电和放电的顺序；

在外部电压提供给计算设备时，采用电流对应于所检测的充电电流的充电电压，以预定顺序对电池组件充电；以及

在外部电压未提供给计算设备时，基于所检测的剩余容量，通过以预定顺序从电池组件向系统负载提供输出电压，使电池组件放电。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，确定顺序包括通过比较所检测的充电电流的电平来确定充电和放电的顺序。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，确定顺序包括当被检测的第一电池组件的充电电流超过被检测的第二电池组件的充电电流时，确定第一电池组件早于第二电池组件充电或放电。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，对电池组件放电包括使第一电池组件放电直到检测到第一电池组件的预定剩余容量为止，并接着使第二电池组件放电。

16、一种用于管理至少两个灵敏电池组件的电能的方法，每个电池组件具有被充电和放电的电池，并且每个电池组件存储至少表示电池的充电电流和电池的剩余容量的电池状态信息，该方法包括：

通过与电池组件的数据通讯，检测每个电池组件的充电电流；

预定从较高充电电流到较低充电电流的电池组件的顺序；以及

基于是否检测到外部电压，根据预定的顺序和电池状态信息对电池组件进行充电或放电。

17、如权利要求16所述的方法，其特征在于，充电或放电包括当检测到外部电压时，对电池组件进行充电。

18、如权利要求17所述的方法，其特征在于，对电池组件进行充电包括根据预定的顺序向电池组件提供充电电压，所述充电电压具有对应于被检测的充电电流的电流。

19、如权利要求16所述的方法，其特征在于，充电和放电包括使第一电池组件进行放电，直到检测到第一电池组件的预定剩余容量为止，并接着根据预定的顺序使第二电池组件放电。

20、一种电池管理模块，包括：

用于检测电连接到计算设备上的电池组件的充电电流的装置；

基于所检测的充电电流确定对电池组件进行充电和放电的顺序的装置；

基于是否检测到外部电压设定充电模式和放电模式之一的装置；

根据所确定的顺序在充电模式中向电池组件提供充电电压的装置，每个充电电压的电流容量对应于所检测的提供充电电压的电池组件的充电电流；以及

根据所确定的顺序在放电模式中从电池组件向系统负载提供输出电压的装置。

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