CN101075748A - 用于在便携式设备中控制燃料电池的方法和装置 - Google Patents

用于在便携式设备中控制燃料电池的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种允许将燃料电池用于便携式设备中的方法和装置。根据本发明的装置包括用于检测蓄电池和燃料电池中的哪一个被安装在便携式设备的电池安装结构中的检测单元。这里还提供一控制单元，用来根据是否有外部电源即AC市电被提供给便携式设备来控制蓄电池或燃料电池的充电和放电模式。当在提供AC市电的状态下安装了燃料电池时，控制单元使便携式设备正常工作，并且阻断向燃料电池供电从而不对燃料电池充电。另一方面，当安装了蓄电池时，控制单元控制便携式设备正常工作并控制蓄电池以使其根据蓄电池充电状态被充电。当不提供AC市电并且安装了燃料电池或蓄电池时，控制单元运作便携式设备以从燃料电池或蓄电池提供用于运作便携式设备的功率。因此，根据本发明，可在便携式设备中安装和使用燃料电池和蓄电池。

Description

用于在便携式设备中控制燃料电池的方法和装置
技术领域
本发明涉及便携式设备，更具体地涉及用于在诸如笔记本个人计算机(PC)的便携式设备中控制燃料电池以使燃料电池在被安装在便携式设备中时不被充电而是放电的方法和装置。
背景技术
随着电子通信技术的发展，个人计算机快速地向便携式发展。例如，诸如笔记本PC和个人数字助理(PDA)之类的便携式电子设备考虑其移动性，即户外使用，被设计成尺寸很小或重量很轻。
笔记本PC的特征在于，除使用AC适配器由AC市电驱动外，还可由蓄电池驱动。这允许在AC市电不可用的例如户外场所和商务旅行场所的地点使用笔记本计算机。典型的蓄电池使用可充电电池，诸如锂离子电池或NiMH电池。
同时，已开发出各种电源设备以进一步增加诸如笔记本PC等便携式设备的使用时间。当提供燃料时产生并输出电功率的燃料电池是电源设备的代表性例子。在燃料电池中，例如氢或甲醇的燃料和作为氧化气体的空气被提供给电池堆(stack)以使燃料和空气彼此起电化学反应并使带电体产生电能。
燃料电池相比蓄电池具有环境污染较低和能效较高的特点。因此，已对允许将燃料电池用于便携式电子设备的方案进行了各种研究。例如已开发出一种可使用蓄电池和燃料电池两者的系统，并且在该系统中，来自蓄电池或燃料电池的功率输出可用于在系统的中央处理单元(CPU)的控制下使系统工作。然而，在这种方案中，由于一个系统既装备了燃料电池又装备了蓄电池，因此需要另行添加控制单元。由于要另行安装这样一个控制单元，因而这使系统变得复杂。
因此，需要一种方案，藉此可选择性地将蓄电池或燃料电池安装到便携式设备。由于燃料电池可被制造成与蓄电池相同的形状，因此可将其安装在便携式设备的电池安装部分中。
然而目前，便携式设备被设计成在蓄电池被安装在电池安装部分的状态下当连接AC适配器时蓄电池被充电。蓄电池和燃料电池以不同方式充电。当在连接AC适配器的状态下将燃料电池安装在电池安装部分中时，来自AC适配器的外部电源被提供给燃料电池以试图对燃料电池充电，这会引起危险。因此，需要一种在燃料电池被安装在便携式设备的电池安装部分中时仅允许燃料电池放电的方案。
发明内容
因此，本发明的一个目的是在便携式设备的电池安装部分中安装和使用燃料电池。
本发明的另一目的是选择性地使用被安装在便携式设备的电池安装部分中的燃料电池或蓄电池。
本发明的又一目的是当燃料电池被安装在便携式设备的电池安装部分中时不进行燃料电池的充电操作而只进行燃料电池的放电操作。
根据为实现这些目的的本发明的一个方面，这里提供一种在便携式设备中控制燃料电池的方法，包括以下步骤：在将AC市电被转换成具有预定电压电平的DC电并被提供给便携式设备的状态下，检测蓄电池和燃料电池中的哪一个被安装至便携式设备；并且如果安装了燃料电池则阻断将DC电源提供给燃料电池，而如果安装了蓄电池则用DC电源对蓄电池充电。
可基于与蓄电池和燃料电池中的哪一个被安装相应的不同逻辑信号执行检测步骤。
优选地，当蓄电池和燃料电池中的一个被安装至便携式设备时，输出逻辑‘高’的逻辑信号，而当安装了另一个时，输出逻辑‘低’的逻辑信号。
优选地，当提供DC电源的路径和从蓄电池或燃料电池提供工作电源的路径上的开关之一被导通时，另一个被断开。
该方法还可包括确定蓄电池是否已充满，并根据确定结果对蓄电池充电的步骤。
根据本发明的另一方面，这里提供一种用于在便携式设备中控制燃料电池的方法，包括以下步骤：确定是否从外部提供了AC市电；以及如果确定AC市电的提供被阻断，则检测当前安装的辅助电源的类型并从检测到的辅助电源提供工作电源，其中选择性地安装蓄电池和燃料电池中的任何一个作为辅助电源。
该方法还可包括以下步骤：在从辅助电源提供工作电源时确定是否提供了AC市电；并且如果提供了AC市电，则停止从辅助电源提供工作电源并提供从AC市电转换而来的DC电作为工作电源。
优选地，当提供AC市电并且安装了蓄电池时，根据蓄电池的充电状态选择性地使用DC电源执行充电操作，而当提供AC市电并且安装了燃料电池时，阻断向燃料电池提供DC电源。
根据本发明的又一方面，这里提供一种用于在便携式设备中控制燃料电池的装置，包括：用于安装具有一预定电压电平的蓄电池或燃料电池的安装部分；用于检测蓄电池和燃料电池中哪一个被安装在该安装部分中的检测单元；以及用于在基于检测单元的输出信号确定安装了燃料电池时阻断作为运作便携式设备的电源提供的DC电源被提供给燃料电池的控制单元。
该装置还可包括充电逻辑单元，用来根据控制单元的控制将DC电源提供给蓄电池以对蓄电池充电。
优选地，当蓄电池和燃料电池中的一个被安装至安装部分时，输出信号为逻辑‘高’，而当另一个被安装时，输出信号为逻辑‘低’。
该装置还可包括在用于提供DC电源的路径上的第一开关，以及在从蓄电池或燃料电池提供工作电源的路径上的第二开关，其中当提供DC电源时控制单元仅导通第一开关，而当阻断提供DC电时仅导通第二开关。
优选地，当第一开关和第二开关中的一个被导通时，另一个被切断。
优选地，当阻断DC电源的提供时，经过由导通的第二开关建立的路径提供来自蓄电池或燃料电池的工作电源。
根据本发明的又一方面，这里提供一种用于在便携式设备中控制燃料电池的装置，包括：供电单元，用来将AC市电转换成DC电并提供其以运作便携式设备；蓄电池或燃料电池，被选择性地安装至便携式设备以在DC电源的提供被阻断时提供工作电源；以及控制单元，用来在燃料电池被安装于便携式式设备并且DC电源被提供时，阻断将DC电源提供给燃料电池。
当蓄电池被安装至便携式设备并且DC电源被提供时，控制单元可根据蓄电池的充电状态执行蓄电池充电操作。
当DC电源的供应被阻断时，控制单元可从当前安装的蓄电池或燃料电池提供工作电源。
优选地，当DC电源在被阻断之后再被供给时，控制单元阻断蓄电池或燃料电池的供给路径，从而仅提供DC电源；并且在安装了蓄电池时控制单元执行蓄电池充电操作，而当安装了燃料电池时不执行充电操作。
根据如上配置的本发明，仅使用一简单的电路，当未连接AC适配器时，安装在便携式设备的电池安装部分中的燃料电池的充电操作不被执行并且燃料电池的供电被用于便携式设备的操作。
附图说明
通过下面结合附图给出的优选实施例的说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得明显，在附图中：
图1是根据本发明一优选实施例的使用燃料电池的便携式设备的方框图；
图2是根据本发明该优选实施例的在使用该便携式设备的过程中在提供DC电源的状态下安装了蓄电池或燃料电池时的控制过程的流程图；
图3是根据本发明该优选实施例的在使用该便携式设备的过程中在未提供DC电源的状态下安装了蓄电池或燃料电池时的控制过程的流程图；
具体实施方式
下文中，将参照附图对一种电源控制方法和装置进行说明。
图1是示出根据本发明一优选实施例的使用燃料电池的便携式设备的方框图。
图1所示的诸如笔记本个人计算机(PC)的便携式设备1除AC市电源外还包括蓄电池2或燃料电池3作为电源。便携式设备1还包括允许将蓄电池2或燃料电池3安装于设备的辅助电源安装部分20。辅助电源安装部分20指一般被设置在笔记本PC中的电池安装部分。
便携式设备1还包括：当蓄电池2和燃料电池3中的任何一个被安装在辅助电源安装部分20中时用来检测哪种电源(即，蓄电池还是燃料电池)被安装的检测单元30。检测单元30包括多个引脚，所述多个引脚包括被单独分配以检测燃料电池3的一个引脚。特别地，检测单元30包括用于检测蓄电池2的引脚和用于检测燃料电池3的引脚。通常使用五个引脚与蓄电池2通信，其中一个引脚用来检测蓄电池2。在本实施例中，还设置用于检测燃料电池3的引脚。因此，可确定是否存在蓄电池2或燃料电池3，并且在安装了蓄电池2的情形中和安装了燃料电池3的情形中确定安装哪种电源。用于确定的信号是基于检测单元30的输出信号。例如，从蓄电池检测引脚输出的逻辑‘高’信号指示安装了蓄电池2，而逻辑‘低’信号指示安装了燃料电池3，反之亦然。或者，设置用于检测蓄电池2的引脚以及用于检测燃料电池3的引脚，并且当蓄电池检测引脚处于逻辑‘低’状态并且燃料电池检测引脚处于逻辑‘高’状态时确定安装了蓄电池2，而当蓄电池检测引脚处于逻辑‘高’状态并且燃料电池检测引脚处于逻辑‘低’状态时确定安装了燃料电池3。相反，可在蓄电池检测引脚处于逻辑‘高’状态并且燃料电池检测引脚处于逻辑‘低’状态时确定安装了蓄电池2，而在蓄电池检测引脚处于逻辑‘低’状态并且燃料电池检测引脚处于逻辑‘高’状态时确定安装了燃料电池3。即，可基于初始逻辑值设置来识别安装了蓄电池2和燃料电池3中的哪一个。
用于便携式设备1的AC市电由AC适配器10转换成DC电源并被提供给便携式设备1的各个负载。这些负载包括中央处理单元(CPU)、外围控制器芯片、液晶显示器(LCD)/背光单元、硬盘驱动器(HDD)、光盘驱动器(ODD)、主存储器等。
便携式设备1还包括切换单元40，用来设置一路径来为便携式设备1提供由AC适配器10转换的DC电源以运作便携式设备1，或者当未连接AC适配器10时为便携式设备1提供蓄电池2或燃料电池3的电源以运作便携式设备1。在切换单元40中，第一开关42连接于AC适配器线，而第二开关44连接于辅助电源安装部分20的输出线。当连接了AC适配器10时，仅第一开关42导通而第二开关44断开以提供DC电源作为工作电源。另一方面，当未连接AC适配器10时，第二开关44导通而第一开关42断开以提供蓄电池2或燃料电池3的电源作为工作电源。
优选地，便携式设备1包括设置在切换单元40前级的DC/DC转换器70以将经AC适配器10转换的DC电源降至电压电平适用于驱动负载并使DC电源稳定的电源。
便携式设备1还包括控制单元50，用于根据是否连接了AC适配器10来选择性地控制第一开关42和第二开关44导通/断开，并在基于检测单元30的输出信号确定在辅助电源安装部分20中安装了蓄电池2和燃料电池3中的哪一个之后输出充电允许信号或充电禁止信号以执行蓄电池充电模式或燃料电池放电模式。
在AC适配器10连接于外部电源输入端子A并且因蓄电池2被安装在辅助电源安装部分20中而从检测单元30输出了逻辑‘高’信号的情况下，控制单元50执行蓄电池充电模式。也就是说，在蓄电池充电模式下，由于连接了AC适配器10，因此用于运作便携式设备1的功率通过第一开关42被提供给它，并且从DC/DC转换器70输出的DC电源的一部分经由端子B用于对蓄电池2充电。在AC适配器10连接于外部电源输入端子A并且因燃料电池3被安装在电源安装部分20中而从检测单元30输出逻辑‘低’信号的情况下，控制单元50执行燃料电池放电模式。
便携式设备1还包括一充电逻辑单元60，用来响应于来自控制单元50的充电允许信号而用提供自AC适配器10的DC电源的这一部分对蓄电池2充电。一旦接收到充电禁止信号，充电逻辑单元60就不对蓄电池2充电。
在蓄电池充电模式中，控制单元50从蓄电池2读取蓄电池状态信息，包括总充电电流、已用电量、剩余电量等，以识别蓄电池2的充电状态并确定是否要对蓄电池2充电。当确定蓄电池2已充满时，控制单元50将充电禁止信号发送给充电逻辑单元60，从而使充电逻辑单元60不再对蓄电池充电。
下面将结合图2和图3对根据如此配置的本发明的在便携式设备中控制燃料电池的方法进行说明，图2和图3根据AC适配器的连接状态分别示出该方法。
当连接了AC适配器时
图2是示出根据本发明该优选实施例的在使用便携式设备的过程中在提供DC电源的状态下安装了蓄电池或燃料电池时的控制过程的流程图。
当用户将便携式设备1上电时，在步骤S100，控制单元50检查AC适配器10是否连接于外部电源输入端子A。当在外部电源输入端子A上检测到的电压为‘高’时，在步骤S102控制单元50使第一开关42导通并使第二开关44断开。因此，从AC适配器10输入的DC电源由DC-DC转换器70降压和稳压，并随后经由第一开关42作为工作电压提供。
在步骤S104，控制单元50检查辅助电池是否被安装在辅助电源安装部分20中。辅助电池检查可基于从检测单元30输出的逻辑信号来执行。控制单元50随后在步骤S105确定安装了蓄电池2和燃料电池3中的哪一个。也就是说，基于检测单元30的输出信号的逻辑电平确定所安装电源的种类，当辅助电源安装部分20中安装了蓄电池2时，前述逻辑电平为‘高’，而当安装了燃料电池3时，前述逻辑电平为‘低’。当然，也可基于从用于检测蓄电池2的引脚和用于检测燃料电池3的引脚——如有设置——输出的逻辑信号确定当前安装在辅助电源安装部分20中的电源。
如果在步骤S105确定检测单元30输出‘高’信号，则控制单元50在步骤S106确定辅助电源安装部分20中安装了蓄电池2。然后，控制单元50分析从蓄电池2读出的蓄电池状态信息，并随后在步骤S108确定蓄电池2是否已充满。如果确定蓄电池2尚未被充满，则在步骤S110控制单元50将充电允许信号输出至充电逻辑单元60。充电逻辑单元60随后将提供自AC适配器10的DC电源的一部分作为充电电源提供给蓄电池2，由此对蓄电池2充电。
然而，如果在步骤S108确定蓄电池已被充满，则控制单元50将禁止信号输出至充电逻辑单元60，以不对蓄电池2进行充电。
同时，当检测单元30输出‘低’信号时，控制单元50确定辅助电源安装部分20中安装了燃料电池3。当安装了燃料电池3时，从AC适配器10提供的DC电源决不可被提供给燃料电池3。
在步骤S112中，控制单元50将充电禁止信号输出至充电逻辑单元60。充电逻辑单元60响应充电禁止信号不执行充电操作并阻断将DC电源提供给燃料电池3。因此不执行燃料电池3的充电功能。
以此方式，当连接了AC适配器10并安装了蓄电池2时，图1的控制单元50通过AC适配器10提供DC电源以运作便携式设备1，并根据蓄电池2是否被充满而选择性地执行蓄电池充电操作。另一方面，当连接了AC适配器10并安装了燃料电池3时，图1的控制单元50通过AC适配器10仅提供用于运作便携式设备1的DC电源并阻断对燃料电池3充电。
当未连接AC适配器时
图3是示出根据本发明该优选实施例的在使用便携式设备的过程中在未提供DC电源的状态下当安装了蓄电池或燃料电池时的控制过程的流程图。
当用户希望在AC市电不可用的场所使用便携式设备1时，AC适配器10不连接于外部电源输入端子A。由于检测到DC电源未被提供给外部电源输入端子A，因此外部电源输入端子A上的信号处于逻辑‘低’状态。
当用户操作电源开关(未图示)以将设备上电时，控制单元50检测外部电源输入端子A的输出电平以检查是否连接了AC适配器10。当输出电平为‘低’时，控制单元50在步骤S120确定AC适配器10未被连接。
控制单元50随后在步骤S122中导通第二开关44以从安装在辅助电源安装部分20中的蓄电池2或燃料电池3为便携式设备1提供工作电源。当第二开关44被导通时，第一开关42自动断开。如果第二开关44被导通，则控制单元50在步骤S124控制从安装在辅助电源安装部分20中的蓄电池2或燃料电池3提供工作电源。
如果如在步骤S126在从蓄电池2或燃料电池3提供工作电源时连接了AC适配器10，则控制单元50使该过程返回至步骤S100以从AC适配器10提供工作电源。即，控制单元50使第一开关42导通并使第二开关44断开。随后，当安装的是蓄电池2时，控制单元50根据蓄电池2的充电状态执行充电操作，而当安装的是燃料电池3时，控制单元50阻断充电操作的执行。
以此方式，根据本发明，可将蓄电池2和燃料电池3中的任何一种安装在辅助电源安装部分20中并在便携式设备1中使用。在通过AC适配器10提供DC电源的状态下，在安装了蓄电池2时对蓄电池正常充电，而当安装了燃料电池3时，阻断将DC电源提供给燃料电池3。仅当没有通过AC适配器10提供DC电源时，燃料电池3才提供运作便携式设备1的电源。
正如上面详细描述的那样，根据本发明的用于在便携式设备中控制燃料电池的方法和装置，可选择性地将蓄电池和燃料电池安装并用于诸如笔记本PC的便携式设备中。通过使用简单的电路，由于在安装了燃料电池时不执行燃料电池的充电操作而只执行放电操作，因此可在便携式设备中安全地使用燃料电池。此外，由于燃料电池的高效率，可延长便携式设备的使用时间。
尽管已结合优选实施例对本发明进行了说明，但本发明的实施例仅旨在例示。本领域内技术人员能够理解可作出各种变更和修改而不会偏离本发明的技术精神和范围。因此，本发明的技术范围将由所附权利要求的技术精神来定义。

Claims (18)

1.一种用于在便携式设备中控制燃料电池的方法，包括以下步骤：
在将AC市电转换成具有预定电压电平的DC电源并将其提供给所述便携式设备的状态下，检测蓄电池和燃料电池中的哪一个被安装至所述便携式设备；以及
如果安装了燃料电池则阻断将所述DC电源提供给所述燃料电池，如果安装了蓄电池则用所述DC电源对所述蓄电池充电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测步骤基于与安装了蓄电池和燃料电池中的哪一个相应的不同逻辑信号执行。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当蓄电池和燃料电池中的一个被安装至所述便携式设备时，输出逻辑‘高’的逻辑信号，而当安装了另一个时，输出逻辑‘低’的逻辑信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当用于提供所述DC电源的路径和用于从所述蓄电池或所述燃料电池提供工作电源的路径上的开关中的一个被导通时，另一个被断开。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括确定所述蓄电池是否已充满、并根据所述确定的结果对所述蓄电池充电的步骤。
6.一种用于在便携式设备中控制燃料电池的方法，包括以下步骤：
确定是否从外部提供了AC市电；以及
如果确定AC市电的提供被阻断，则检测当前安装的辅助电源的类型并从所检测到的辅助电源提供工作电源，
其中蓄电池和燃料电池中的任何一个被选择性地安装作为所述辅助电源。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在从所述辅助电源提供所述工作电源时确定AC市电是否被提供；以及
如果提供了AC市电，则停止从所述辅助电源提供所述工作电源，并提供从所述AC市电转换的DC电源作为所述工作电源。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当提供了AC市电并且安装了蓄电池时，根据所述蓄电池的充电状态选择性地使用所述DC电源执行充电操作，而当提供了AC市电并且安装了燃料电池时，阻断将所述DC电源提供给所述燃料电池。
9.一种用于在便携式设备中控制燃料电池的装置，包括：
安装部分，用于安装具有一预定电压电平的蓄电池或燃料电池；
检测单元，用于检测所述蓄电池和所述燃料电池中的哪一个被安装在所述安装部分中；以及
控制单元，用于在基于所述检测单元的输出信号确定安装了燃料电池时阻断DC电源被提供给所述燃料电池，其中所述DC电源是作为用于运作所述便携式设备的电源提供的。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括充电逻辑单元，用来根据所述控制单元的控制将所述DC电源提供给所述蓄电池以对所述蓄电池充电。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，当蓄电池和燃料电池中的一个被安装至所述安装部分时，所述输出信号为逻辑‘高’，而当另一个被安装时，所述输出信号为逻辑‘低’。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括在用于提供所述DC电源的路径上的第一开关，以及在用于从蓄电池或燃料电池提供工作电源的路径上的第二开关，其中当提供所述DC电源时所述控制单元仅所述第一开关被导通，而当阻断提供所述DC电源时仅所述第二开关被导通。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，当所述第一开关和所述第二开关中的一个被导通时，另一个被断开。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，当阻断所述DC电源的提供时，来自蓄电池或燃料电池的工作电源经过由所导通的第二开关建立的路径提供。
15.一种用于在便携式设备中控制燃料电池的装置，包括：
电源提供单元，用来将AC市电转换成DC电源并提供所述DC电源以运作所述便携式设备；
蓄电池或燃料电池，被选择性地安装至所述便携式设备以在所述DC电源的供给被阻断时提供工作电源；以及
控制单元，用来在燃料电池被安装于所述便携式式设备并且所述DC电源被提供时，阻断将所述DC电源提供给所述燃料电池。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，当蓄电池被安装至所述便携式设备并且所述DC电源被提供时，所述控制单元根据所述蓄电池的充电状态执行蓄电池充电操作。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，当所述DC电源的供给被阻断时，所述控制单元从当前安装的蓄电池或燃料电池提供工作电源。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，当DC电源在被阻断之后被提供时，所述控制单元阻断蓄电池或燃料电池的供给路径，从而仅所述DC电源被提供；并且在安装了蓄电池时所述控制单元执行蓄电池充电操作，而当安装了燃料电池时不执行充电操作。
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