CN101102054B - 用于控制对电池供电单元充电的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

为了允许对用于自行车电子器件(3)的电池供电单元(4)的充电即使在恶劣温度条件下进行，当它的温度低于或等于位于所述供电单元(4)特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值时，向供电单元(4)提供热能。

Description

用于控制对电池供电单元充电的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制对电池供电单元充电的方法和系统，该单元尤其用于对安装在自行车上的电子器件供电。
背景技术
例如用于控制电子变速器和/或用于获取、显示和控制骑行参数以及各种功能的安装在自行车上的电子器件需要使用供电单元。
该供电单元通常包括通常串联的一个或多个电池，也称为电池组。当用于这种电子器件的电池具有可再充电类型时，它们需要通过点烟器被外部能源例如电力网或汽车电池充电。
电池充电过程应该考虑到电池自身的某些特征参数，这依赖于它的类型并且特别是它的化学组成。这种特征参数由电池制造商提供。
具体地，在给定封闭特征温度范围以外的温度下对电池充电-不必与电池的封闭操作温度范围一致并且通常比它更为受限-能够导致电池自身被损坏。
在本说明的其余部分并且在所附权利要求中，这种封闭范围被表示为封闭充电温度范围。
EP1557926A1公开一种方法和系统，用于对用于自行车电子器件的电池供电单元充电，其中供电单元具有相关温度传感器并且在电池充电器中设置控制逻辑器，该逻辑器暂停电池充电，如果由传感器探测到的温度高于预定极限温度，并且发出过热信号。
在寒冷季节中，电池供电单元能够达到低于前述封闭充电温度范围的下限的温度数值。因此，对停放在户外的或者在未被供暖的车库中的自行车上的供电单元的充电不能进行；在从自行车移开的供电单元的加热区域中充电也不能进行，直至供电单元的温度上升到高于这种温度下限。
发明内容
作为本发明基础的技术问题在于提供一种控制对电池进行充电的方法和对其充电的系统，以允许电池充电也能够在恶劣温度条件下进行。
在其第一方面，本发明考虑一种方法，用于控制对用于自行车电子器件的可再充电的电池供电单元的充电，包括以下步骤：
-探测供电单元的至少一个温度，并且
其特征在于以下步骤
-当探测到的温度低于或等于位于所述供电单元所特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值时，向供电单元供应热能。
在本说明并且在所附权利要求中，措辞“封闭温度范围”指的是包括极端数值的封闭温度范围。
通过加热，当周边温度低于特征封闭充电温度范围的下限时，充电也能够进行。
优选地，还提供供给外部能源并且从外部能源向供电单元供应电能的步骤。
优选地，仅当探测到的温度位于这种封闭充电温度范围中时，供应电能的步骤发生，以此方式确保供电单元不被损坏。
当提供外部能源时，该方法可包括，可替代地或另外地，从所述外部能源向供电单元供应所述热能。
优选地，下温度阀值高于所述封闭充电温度范围的下限。在当供应电能的步骤或充电步骤能够发生，以及供应热能的步骤或加热步骤能够发生时之间所形成的重叠范围保证了充电步骤在温度探测不准确的情形中也可进行。应该指出，在此情形中，加热步骤能够在充电步骤之前和/或与充电步骤的至少一部分同时进行。
下温度阀值的数值优选地通过试验选择以在温度传感器或者两个温度传感器之间的探测不精确的情形中提供充分的安全裕度，第一个传感器用于控制加热步骤并且第二个用于控制充电步骤。更优选地，下温度阀值比所述封闭充电温度范围的下限高出几度，更优选地高出大约5℃。
在一个实施例中，所述向供电单元供应热能的步骤被执行，直至探测到的温度变得高于上温度阀值为止。通过设置双阀值，能够实现对供电单元更加连续的加热，从而特别避免过于频繁地开关用于加热的元件以及当供电单元的温度在下温度阀值附近快速改变时系统发生故障的风险。
优选地，上温度阀值比所述封闭充电温度范围的上限低，更优选地低大约25℃。
上温度阀值的数值通过试验确定，也考虑到能够由用于加热的元件提供的最大功率。优选地，上温度阀值比下温度阀值高出几度，更优选地高大约15℃。
在一个实施例中，供应热能的所述步骤包括作为在下温度阀值和探测温度之间的差值的函数而供应热动力，以此方式实现闭环反馈控制。
所述函数优选地是比例、积分和/或求导类型的函数。
优选地，供应热能的所述步骤通过向与电池供电单元热耦合的电阻类型加热元件供应电压或电流而进行。
在一个实施例中，探测供电单元的至少一个温度的所述步骤包括探测用于控制执行供应电能的所述步骤的第一温度和用于控制执行供应热能的所述步骤的第二温度。当供应电能的步骤和供应热能的步骤由两个本质上不同的控制单元控制并且每一个均能够自治地管理其自身的传感器时，使用两个传感器是有利的。
在一个实施例中，探测温度、供应热能和供应电能的步骤中的至少一个对于所述电池供电单元的多个电池的每一个独立地进行。以此方式，能够分别地控制充电过程和每一个电池中的最终充电水平，降低损坏供电单元的风险并且延长它的使用寿命。
根据前述EP1557926A1的教示，在一个实施例中，供应能量的所述步骤提供在恒定电流下的第一暂时充电步骤和在恒定电压下的第二暂时充电步骤。
在其第二方面，本发明考虑一种用于自行车电子器件的供电系统，包括：
-可再充电的电池供电单元，
-该供电单元的温度的至少一个传感器，
其特征在于，它还包括
-至少一个能够选择性地启动的加热元件，它能够与供电单元热关联，和
-加热控制器，它在输入中接收所述至少一个温度传感器的输出，并且当探测温度低于或等于位于所述供电单元特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值时，启动所述加热元件。
优选地，该系统还包括用于从外部能源接收能量并且用于向供电单元选择性地供应充电能量的电路。
由于上述原因，优选地，下温度阀值比所述封闭充电温度范围的下限更高，更优选地高出大约5℃。
在一个实施例中，当探测温度高于上温度阀值时，所述至少一个加热元件能够被禁用。
优选地，上温度阀值低于所述封闭充电温度范围的上限，并且更优选地大约为15℃。
在一个实施例中，所述供电单元包括至少两个电池并且至少一个加热元件与每一个电池热关联。
可替代地或另外地，所述供电单元包括至少两个电池并且至少一个温度传感器与每一个电池热关联。
例如，温度传感器和/或加热元件能够被设置在供电单元的两个邻近电池之间。
所述探测温度因此可以是构成供电单元的各个电池的那些温度的平均温度或者最小温度，或者如果也设置多个加热元件，则上述本发明方法的各个实施例能够关于各个温度进行。
优选地，该系统包括在系统供电线路和加热元件之间连接的功率调节器，它由加热控制器驱动以选择性地启动所述至少一个加热元件。该功率调节器也可简单地是ON/OFF开关。更优选地，所述功率调节器选自包括继电器和固态器件优选地为MOSFET和晶体管的组。
在一个实施例中，所述加热控制器启动所述至少一个加热元件以作为下温度阀值和与探测温度成比例的温度之间差值的函数而供给热动力，因此实现闭环反馈控制。该函数优选地是比例、积分和/或求导类型。
更特别地，所述加热控制器可包括所述至少一个温度传感器的输出信号的放大器，用于从下温度阀值减去放大器输出并且用于获得误差信号的减法器，和P.I.D.类型的调节器模块-换言之，具有比例、积分和/或求导类型的转换函数-作用在所述误差信号上以输出用于所述功率调节器的驱动信号，驱动所述功率调节器可调节所述加热元件两端处的电压或者通过所述加热元件的电流。
在一个实施例中，所述至少一个加热元件是电阻类型的并且所述P.I.D.调节器模块产生所述加热元件两端处的电压数值或者流经它的电流数值，当误差信号增加时该数值增加。
在一个实施例中，所述至少一个加热元件是电阻类型的并且所述P.I.D.调节器模块产生所述加热元件端部处的调制电压，或通过所述加热元件的调制电流，当误差信号增加时，其工作周期增加。
优选地，所述加热元件是电阻类型的，更优选地所述加热元件包括施加到所述供电单元的至少一个电池的至少一个电阻片，并且更优选地，所述至少一个电阻片被置于所述供电单元的两个邻近电池之间。
优选地，所述至少一个温度传感器包括电热调节器，更优选地负温度系数(NTC)电热调节器。
优选地，该系统还包括充电控制器，它在输入中接收所述至少一个温度传感器的输出并且控制所述电路从而仅当探测温度位于所述封闭充电温度范围时，启动充电能量的供应。
在一个实施例中，所述至少一个温度传感器包括连接到充电控制器的至少一个第一温度传感器，和连接到加热控制器的至少一个第二温度传感器。
优选地，所述电路包括线性或开关类型的至少一个充电电路。
所述充电电路能够被充电控制器控制以执行在恒定电流下的第一暂时充电步骤和在恒定电压下的第二暂时充电步骤。
所述充电控制器和所述加热控制器能够在公共的微处理器中实现。
优选地，所述系统还包括供电和调节器电路，它能够被连接到所述外部能源从而为所述系统提供被调节的供电。
优选地，所述系统还包括至少一个用户接口器件。以此方式，能够设定用于所述封闭特征温度范围和/或用于所述下温度阀值和/或用于所述上温度阀值的适当数值。
该系统还可包括至少一个电子器件以用于控制电子变速器和/或用于获取、显示和控制自行车骑行参数和其它功能。
该系统的构件能够被容纳在单独外壳中，该外壳可被固定到自行车框架。
在其它实施例中，充电电路被容纳在第一外壳中并且供电单元被容纳在第二外壳中，第一和第二外壳能够以机械和电子方式可移除地连接。以此方式，在使用自行车时，能够通过将第一外壳或电池充电器从包括供电单元或电池组以及可能的电子器件的第二外壳分离而降低自行车重量。
优选地，充电控制器容纳在第一外壳中。通过使得控制器成为电池充电器的一部分，供电器件更轻，并且更加成本有效，当提供两个或更多个可互换的可移除供电器件时，这是有利的方面。
由于类似的原因，优选地，接口器件(多个)容纳在第一外壳中。
优选地，所述至少一个温度传感器容纳在第二外壳中。
可替代地，所述至少一个温度传感器能够容纳在所述第一外壳中并且当第一外壳和第二外壳连接时，即在充电期间与所述供电单元形成热接触。
优选地，所述至少一个加热元件被容纳在所述第二外壳中。
可替代地，所述至少一个加热元件能够被容纳在所述第一外壳中并且当第一外壳和第二外壳相连接时，即在充电期间与所述供电单元形成热接触。
所述至少一个电子器件能够被容纳在第二外壳中。
可替代地，所述至少一个电子器件能够被容纳在第三外壳中，第二外壳能够以机械和电子方式连接到第三外壳。以此方式，在充电期间，供电单元或电池组能够被从自行车移除，可能被双电池组替换以允许延长电子器件的操作。
所述加热控制器能够被容纳在第一外壳中、第二外壳中或者第三外壳中。
所述功率调节器能够被容纳在第一外壳中、第二外壳中或者第三外壳中。
当加热控制器和电子器件被容纳在相同外壳中时，加热控制器可包括安装在电子器件的印刷电路上的电路，或者它能够在电子器件的微处理器中实现。
在其另一方面，本发明考虑一种用于自行车电子器件的供电器件，包括：
-包括至少一个可再充电电池的供电单元，
-用于与电池充电器可移除电力和数据连接的连接器，
-与所述供电单元热耦合的至少一个温度传感器，
-与所述供电单元热耦合的至少一个能够选择性地启动的加热元件，
其中当所述供电器件连接到所述电池充电器时，并且当由所述传感器探测的温度低于或者等于位于所述供电单元特有的封闭充电温度范围的下温度阀值时，所述加热元件被选择性地启动。
该供电器件还可包括用于选择性启动所述加热元件的功率调节器，所述功率调节器由所述电池充电器控制。
可替代地，该供电器件还可包括用于与电子器件可移除电力和数据连接的连接器以用于控制电子变速器和/或用于获取、显示和控制自行车骑行参数和其它功能，以及用于选择性地启动所述加热元件的功率调节器，所述功率调节器由所述电子器件控制。
在其另一方面，本发明考虑一种用于自行车电子器件的电池充电器，包括：
-用于与所述电子器件的供电单元可移除电力和数据连接的连接器，
-用于从外部能源接收能量并且用于向供电单元选择性地供应充电能量的电路，
-加热控制器，它在输入中接收示意所述供电单元的探测温度的信号并且当探测温度低于或等于位于所述供电单元特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值时，提供用于启动所述供电单元的加热元件的信号。
在其另一方面，本发明考虑一种自行车电子器件，包括：
-用于与供电单元可移除电力和数据连接的连接器，
-加热控制器，它在输入中接收示意所述供电单元的探测温度的信号并且当探测温度低于或等于位于所述供电单元特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值时，提供用于启动所述供电单元的加热元件的信号。
附图说明
现在参考其某些实施例更好地描述本发明，该实施例仅作为非限制实例在附图中示意，其中：
图1是连接到外部能源的本发明系统第一实施例的框图；
图2是连接到外部能源的本发明系统第二实施例的框图；
图3是连接到外部能源的本发明系统第三实施例的框图；
图4是连接到外部能源的本发明系统第四实施例的框图；
图5是本发明方法第一实施例的框图；
图6是本发明方法第二实施例的框图；
图7是本发明方法第三实施例的框图；
图8更加详细示意图7的调节模块；和
图9和10示出本发明加热器的供电信号的两个优选实施例。
具体实施方式
本发明系统第一实施例的框图示于图1。
在该实施例中，可确定三个功能模块，即电池充电器1、可再充电供电器件2和自行车电子器件3，它在本发明系统最普通的实施例中是位于系统自身外部的器件。
自行车电子器件3和可再充电供电器件2实际上能够被容纳在能够以机械和电子方式可移除地相互连接的单独的外壳中，在后面用相同参考数字2和3表示。可替代地，自行车电子器件3和供电器件2能够被容纳在相同外壳2a中。
电池充电器1和供电器件2也能够被容纳在能够以机械和电子方式可移除地相互连接的单独外壳中，在后面用相同参考数字1和2表示。可替代地，电池充电器1和供电器件2能够被容纳在相同外壳13中。
仍然可替代地，电池充电器1、供电器件2和自行车电子器件3能够容纳在相同外壳14中。
电池充电器1以本质上已知的方式通过连接到外部能源P例如电力网，例如在220V或110V，或者汽车点烟器而被供电。电池充电器1通过线路18向供电器件2供电并且供电器件2通过线路22向自行车电子器件3供电。也应该理解，除了那里示出的连接，也存在为简洁起见没有被示出的接地连接。
在图1中，在电池充电器1、供电器件2和自行车电子器件3之间的被描述的电力连接18、22和其它电力和数据连接示意为是可移除的，通过两对多极连接器CN1、CN2制成。可以理解，在仅仅提供一个或两个外壳的情形中，一对或者两对连接器CN1、CN2可被省略。
可再充电供电器件2包括供电单元4、加热元件5和温度传感器6。在实际实施例中，供电单元4可以包括很多例如串联的电池元件，以获得用于对自行车电子器件3供电的足够电压。供电单元4具有可再充电类型，例如具有聚合电解质的锂离子类型。
加热元件5优选地包括放置成接触供电单元4外表面的电阻片。温度传感器6布置成靠近供电单元4，也优选地接触供电单元4的外表面，并且它优选地包括无源元件例如NTC(负温度系数)电热调节器。在不同实施例中，这种传感器可以具有不同类型，例如PTC电热调节器、有源(模拟或数字)传感器等。
可替代地，加热元件5和/或温度传感器6能够是电池充电器1的一部分并且当连接到电池充电器1时，即在充电期间与供电单元4形成热接触。
电池充电器1包括已知类型的第一充电控制逻辑单元或充电控制器7，和第二加热控制逻辑单元或加热控制器8。第一和第二逻辑单元7和8有利地位于相同微处理器单元中。
第一充电控制逻辑单元7包括连接到供电器件2的温度传感器6的输入19，并且被连接到电池充电器1的例如线性或开关类型的充电电路9。如果供电单元4包括电池元件，它能够被设置成使用例如与在引用文献EP1557926A1中描述的一样多的能够被适当地连接到电池元件的充电电路9。
第二加热控制逻辑单元8包括通过数据线路20连接到供电器件2的温度传感器6的输入，和用于加热元件5的功率的调节器11的驱动输出12。功率调节器11也可以是简单的ON/OFF开关。
功率调节器11优选地包括MOSFET，但是在不同实施例中，这种功率调节器可以例如包括晶体管或者甚至是继电器。
在其它实施例中，而且，能够使用两个专用温度传感器，一个用于第一充电控制逻辑单元7，并且一个用于第二加热控制逻辑单元8。
通过插入已知类型的供电/调节器电路23，第一和第二逻辑单元7和8和充电电路9通过供电线路21被外部能源P供电。
功率调节器11在一侧上连接到供电线路21并在另一侧上通过线路25连接到加热元件5。
电池充电器1能够有利地设有一个或多个接口器件10，例如输入键盘或键区和显示器。
图1系统的操作将在后面参考图5-8描述。
根据本发明的系统的第二实施例示意于图2中。
图2实施例与图1实施例不同之处在于，在供电器件2中，功率调节器11与加热元件5关联。在此情形中，因此，功率调节器11的控制输出12来自电池充电器1并且通过当在提供时的该对多极连接器CN1达到供电器件2。
当功率调节器11是固态类型例如MOSFET类型时，这种实施例是特别有利的，因为在它的启动和禁用期间，它经历由于开关损耗引起的加热。由于这种损耗引起的热能有利的被加以利用以加热电池4(除了由加热元件6产生的加热，这将在下面更好地描述)。
根据本发明系统的第三实施例示意于图3中。
图3实施例与图1实施例不同之处在于，第二加热控制单元8和功率调节器11容纳在电子器件3的外壳中。在此情形中，供电线路21源自电池充电器1，朝向电子器件3，通过当设置时的该对多极连接器CN1和CN2，以向第二加热控制逻辑单元8供电。加热器5的供电线路25和温度传感器6和温度控制器8之间的数据线路20通过当设置时的该对多极连接器CN2。
在这种实施例中，而且，第二加热控制单元8可包括安装在相同印刷电路上的电路，在该印刷电路上布置电子器件3的电路。
可替代地，加热控制单元8可属于用于例如管理自动或半自动变速器的其它自行车控制功能的电子器件3的微处理器。
根据本发明系统的第四实施例示意于图4中。
图4实施例与图3实施例不同之处在于，在供电器件2的外壳中，功率调节器11与加热元件5关联。调节器11的控制线路12源自电子器件3，朝向供电器件2，通过当设置时的该对多极连接器CN2。
根据本发明方法的第一实施例将参考图5和上述一个实施例的系统进行描述。
根据按照本发明方法的这个第一实施例使用不同的参数，该参数可能由使用者通过接口器件10或者通过电子器件3的接口器件或计算机循环设定。
这种参数包括：
T1＝下限充电温度，通常基于由制造商为所使用的电池供电单元4的类型提供的数值设定的数值；例如对具有聚合电解质的锂离子电池T1＝0℃；
T2＝上限充电温度，通常基于由制造商为所使用的电池供电单元4的类型提供的数值设定的数值；例如对具有聚合电解质的锂离子电池T2＝40℃；
Tlow＝下温度阀值，基于试验基础并且基于所使用的电池供电单元4的类型选择的数值；该下温度阀值是在此处或者比它高时希望保持供电单元4的温度的温度，并且优选地，它被选择成比下限充电温度T1的数值高出几度；例如对具有聚合电解质的锂离子电池Tlow＝5℃。
当使用下限充电温度T1的数值时，参数Tlow能够被省略。
T1和T2之间的温度范围在本说明和所附权利要求中被表示成封闭充电温度范围。
T1和T2的数值被存储在第一充电控制逻辑单元7中，而Tlow的数值被存储在第二加热控制逻辑单元8中。
当需要对供电单元4充电时，电池充电器1连接到外部能源P，并且如果必要，通过该对连接器CN1连接到供电器件2。
第一充电控制逻辑单元7在框90中通过传感器6探测供电单元4的温度数值T。如果探测数值T位于封闭充电温度范围中，即T1＜＝T＜＝T2，则第一充电控制逻辑单元7在框91中使得充电电路9对供电单元4进行充电。如果探测数值T位于封闭充电温度范围外侧，即T＜T1或T＞T2，则第一充电控制逻辑单元7保持在非工作状态中并且禁用充电电路9或者在其已经在先被启用的情形中禁用充电电路9。通过充电电路9进行充电的方式可以是任何类型，例如在前述文献EP1557926A1中所描述地，其中充电提供在恒定电流下的第一充电步骤和在恒定电压下的第二充电步骤。
与所述第一充电控制逻辑单元7的操作平行，第二加热控制逻辑单元8操作用于独立于第一充电控制逻辑单元7的操作执行供电单元4的“温度调节”。
在框101中，加热控制逻辑单元8通过温度传感器6探测供电单元4的温度数值T。如果探测数值T低于或等于下限温度数值Tlow，即T＜＝Tlow，则加热控制逻辑单元8在框102中通过控制输出12，启动加热元件5，驱动ON/OFF开关类型的功率调节器11关闭。如果，在另一方面，探测数值T高于下限温度数值Tlow，即T＞Tlow，则继续进行框103，其中加热控制逻辑单元8再次通过控制输出12，停用加热元件5，驱动功率调节器或ON/OFF开关11打开。
如此实现的调节循环因此是在阀值Tlow上执行的温度控制。
T1、T2和Tlow的数值被适当地选择以允许正确操作该设备。具体地，应该是T1＜＝Tlow。在使用具有聚合电解质的锂离子电池的情形中，Tlow的数值被有利的选择成比下限充电温度T1高出几度，例如Tlow＝5℃。以此方式，在其上进行温度控制的下温度阀值Tlow处于安全数值以保证第一充电控制逻辑单元7的充电步骤考虑到传感器6的温度探测中的一些不准确性，或者在使用两个专用温度传感器的情形中由于任何原因导致的两个逻辑单元7和8的不同读数。
如果在初始充电步骤中，供电单元4的温度T低于下限温度T1，则加热102包括相对于充电操作的初步操作，当供电单元4的温度达到数值T1时，该操作应该开始。
在另一方面，如果在初始充电步骤中，供电单元4的温度T被包括在T1和Tlow之间，在其中T1＜＝Tlow的情形中是明显的-例如在上述情形中当T1＝0℃和Tlow＝5℃时T＝3℃-加热和充电步骤应该同时开始。
在根据本发明方法的第二实施例中，除了上述参数T1、T2和Tlow，使用第四参数：
Thigh＝上温度阀值，基于试验基础并且基于使用的电池供电单元4的类型以及加热器5的功率选择的数值；该上温度阀值是这样的温度，在该温度下或者比它高时希望中断对供电单元4的加热；优选地，上温度阀值被选择成比下温度阀值高出几度，更优选地高出大约15℃，并且比所述封闭充电温度范围的上限低，更优选地低大约25℃，；例如对具有聚合电解质的锂离子电池Thigh＝15℃。
Thigh的数值存储在第二加热控制逻辑单元8中。
参考图6，平行于上述充电框90、91，在框201中，加热控制逻辑单元8通过温度传感器6探测供电单元4的温度数值T。如果探测数值T低于或者等于下限温度数值Tlow，即T＜＝Tlow，在框202中，加热控制逻辑单元8通过驱动输出12，启动加热元件5关闭再次为ON/OFF开关类型的功率调节器11。如果，在另一方面，探测数值T高于下限温度数值Tlow，即T＞Tlow，则继续进行框203，此时探测温度数值T与上温度阀值Thigh相比较。如果探测数值T高于上温度阀值Thigh，即T＞Thigh，则在框204中加热控制逻辑单元8停用加热元件5打开功率调节器11或ON/OFF开关。如此实现的调节循环因此是在两个阀值Thigh和Tlow上执行的温度控制。
相对于利用单独的阀值Tlow的控制，在两个阀值Thigh和Tlow上执行的温度控制是优选的，因为它允许功率调节器11的启动和禁用的次数被降低，并且开关损耗降低，特别当这种功率调节器为固态功率调节器(例如MOSFET)时。而且，在两个阀值Thigh和Tlow上进行的这个控制允许系统可能的不稳定性得以避免，如果供电单元4的温度T围绕温度Tlow快速变化，在仅根据图5在下温度阀值Tlow上执行控制的情形中，这可涉及连续开关功率调节器11。
在根据本发明方法的第三实施例中，使用上述参数T1和T2，充电温度范围的极限，以及下温度阀值，这里用Tref表示。
参考图7，平行于上述充电框90、91，在框301中，加热控制单元8通过温度传感器6探测供电单元4的温度数值T。如果探测数值T高于下温度阀值或基准温度Tref，则加热控制单元8保持在非工作状态中，即加热元件5被停用-框302。如果探测数值T低于或等于基准温度Tref，则加热控制单元8在框303中通过控制输出和调节器11，通过利用本质上已知的在图8中概略示出的闭环反馈控制系统获得的信号启动加热元件5。
当处理由本质上已知的P.I.D.调节器模块适当滤波的误差信号时，获得用于加热元件5的驱动信号。
更特别地，由供电单元4的温度传感器6探测的温度数值T在放大器26中被增益数值GAIN放大，它也可以是单位的。在放大器输出处的信号GAIN*T在减法器节点27中被从数值Tref减去。减法器节点27的输出被表示成误差信号ε＝Tref-GAIN*T。
误差信号ε被送至P.I.D.类型的调节器模块28，该模块具有比例P、求导D和/或积分I类型的转移函数。
调节器模块28的输出信号S(ε)被用于驱动功率调节器11从而在加热元件5端部处的电压V(t)或在加热元件5中流动的电流I(t)具有理想的演化以提供所需的热功率。
例如，驱动信号S(ε)可以是当为电阻类型时在加热元件5端部处引起电压数值V(t)的信号，当误差信号ε增加时，该数值增加，如示意于图9的图表中。
作为另一例子，驱动信号S(ε)可以是当为电阻类型时，在加热元件5的端部处引起电压数值V(t)，或者通过加热元件5的电流数值I(t)的信号，脉冲宽度被调制(PWM信号)，其中当误差信号ε增加时，调制信号的工作周期增加，如示意于图10中。
在上述的各种实施例中，在供电单元4包括很多电池的情形中，多个温度传感器6能够被提供以探测相应温度。上述本发明方法的各种实施例能够在此情形中相对于各个温度得以实现，如果也提供多个加热元件5，或者相对于平均温度或者构成供电单元4的各个电池的那些温度中的最小温度得以实现。
本领域技术人员可以理解，能够对上述实施例做出多种改变、添加、删除和替换而不背离由所附权利要求限定的本发明的保护范围。

Claims (51)

1.一种用于控制用于自行车电子器件(3)的可再充电电池供电单元(4)的充电的方法，包括以下步骤：
探测(6)供电单元(4)的至少一个温度(T)，并且
其特征在于以下步骤：
当探测温度(T)低于或等于位于所述供电单元(4)特有的封闭充电温度范围(T1-T2)中的下温度阀值(Tlow，Tref)时，向供电单元(4)供应(102，202，303)热能(5)，并且
执行向供电单元(4)供应热能(202)的步骤，直至探测温度(T)变得高于(203)上温度阀值(Thigh)为止。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括提供外部能源(P)并且向供电单元供应电能(91)的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于供应电能(91)的步骤仅当探测温度(T)被包括在所述封闭充电温度范围(T1-T2)中时发生。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括提供外部能源(P)并且从所述外部能源(P)向供电单元(4)供应所述热能的步骤。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于下温度阀值(Tlow)高于所述封闭充电温度范围(T1-T2)的下限(T1)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于下温度阀值(Tlow)比所述封闭充电温度范围(T1-T2)的下限(T1)高大约5℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于上温度阀值(Thigh)低于所述封闭充电温度范围(T1-T2)的上限(T2)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于上温度阀值(Thigh)比所述封闭充电温度范围(T1-T2)的上限(T2)低大约25℃。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于上温度阀值(Thigh)比所述封闭充电温度范围(T1-T2)的下限(T1)高大约15℃。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于通过向与供电单元(4)热耦合的电阻类型的加热元件(5)供给电压或电流而执行所述供应热能(102，202，303)的步骤。
11.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于探测(6)供电单元(4)的至少一个温度(T)的所述步骤包括探测用于控制供应电能(91)的所述步骤的执行的第一温度和用于控制供应热能(102，202，303)的所述步骤的执行的第二温度。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于探测(6)温度(T)、供应热能(102，202，303)和供应电能(91)的步骤中的至少一个对于所述可再充电电池供电单元(4)的多个电池的每一个独立地执行。
13.一种用于自行车电子器件(3)的供电系统，包括：
可再充电的电池供电单元(4)，
供电单元(2，2a)的温度(T)的至少一个传感器(6)，
其特征在于它还包括
至少一个能够被选择性地启动(8，11)的加热元件(5)，它能够与供电单元(4)热关联，和
加热控制器(8)，它在输入中接收所述至少一个温度传感器(6)的输出并且当探测温度(T)低于或等于位于所述供电单元(4)特有的封闭充电温度范围(T1-T2)中的下温度阀值(Tlow，Tref)时，启动所述加热元件(5)，并且
向供电单元(4)供应热能(202)，直至探测温度(T)变得高于(203)上温度阀值(Thigh)为止。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括用于从外部能源(P)接收能量并且用于向供电单元(4)选择性地供应(7)充电能量的电路(9，23)。
15.根据权利要求13-14中任一项所述的系统，其特征在于所述供电单元(4)包括至少两个电池，并且至少一个加热元件(5)与每一个电池热关联。
16.根据权利要求13-14中任一项所述的系统，其特征在于所述供电单元(4)包括至少两个电池，并且至少一个温度传感器(6)与每一个电池热关联。
17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于包括在该系统的供电线路(21)和所述加热元件(5)之间连接并且被所述加热控制器(8)驱动以选择性地启动所述至少一个加热元件(5)的功率调节器(11)。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于所述功率调节器(11)选自由继电器和固态元器件构成的组中的一种。
19.根据权利要求13-14中任一项所述的系统，其特征在于所述加热元件(5)包括施加到所述供电单元(4)的至少一个电池的至少一个电阻片。
20.根据权利要求13-14中任一项所述的系统，其特征在于所述至少一个温度传感器(6)包括电热调节器。
21.根据权利要求17所述的系统，其特征在于还包括充电控制器(7)，它在输入中接收所述至少一个温度传感器(6)的输出并且控制所述电路(9)从而仅当探测温度(T)位于所述封闭充电温度范围(T1-T2)中时启动充电能量的供给。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于所述至少一个温度传感器(6)包括连接到充电控制器(7)的至少一个第一温度传感器和连接到加热控制器(8)的至少一个第二温度传感器。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于所述电路(9，23)包括线性或开关类型的至少一个充电电路(9)。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于所述充电电路(9)被充电控制器(7)控制以用于执行在恒定电流下的第一暂时充电步骤和在恒定电压下的第二暂时充电步骤。
25.根据权利要求21-22中任一项所述的系统，其特征在于所述充电控制器(7)和所述加热控制器(8)在公共微处理器中实现。
26.根据权利要求14所述的系统，还包括能够连接到所述外部能源(P)以向所述系统提供调节电源(21)的供电和调节器电路(23)。
27.根据权利要求23所述的系统，还包括至少一个用户接口器件(10)。
28.根据权利要求27所述的系统，还包括用于控制电子变速器和/或用于获取、显示和控制自行车骑行参数和其它功能的至少一个电子器件(3)。
29.根据权利要求13-14中任一项所述的系统，其特征在于它的构件被容纳在固定到自行车框架的单独外壳(14)中。
30.根据权利要求28所述的系统，其特征在于充电电路(9，23)被容纳在第一外壳(1)中，并且供电单元(4)被容纳在第二外壳(2，2a)中，第一外壳(1)和第二外壳(2，2a)能够以机械和电子方式可移除地连接。
31.根据权利要求30所述的系统，其特征在于充电控制器(7)容纳在第一外壳(1)中。
32.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述至少一个接口器件(10)容纳在第一外壳(1)中。
33.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述至少一个温度传感器(6)容纳在第二外壳(2，2a)中。
34.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述至少一个加热元件(5)容纳在所述第二外壳(2，2a)中。
35.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述加热控制器(8)容纳在第一外壳(1)中。
36.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述加热控制器(8)容纳在第二外壳(1)中。
37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于所述至少一个电子器件(3)容纳在第二外壳(2a)中。
38.根据权利要求37所述的系统，其特征在于加热控制器(8)包括安装在电子器件(3)的印刷电路上的电路。
39.根据权利要求37所述的系统，其特征在于加热控制器(8)在电子器件(3)的微处理器中实现。
40.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述功率调节器(11)容纳在第一外壳(1)中。
41.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述功率调节器(11)容纳在第二外壳(2，2a)中。
42.根据权利要求30所述的系统，其特征在于所述至少一个电子器件(3)容纳在第三外壳(3)中，第二外壳(2，2a)能够以机械和电子方式连接到第三外壳(3)。
43.根据权利要求42所述的系统，其特征在于所述加热控制器(8)容纳在第三外壳(3)中。
44.根据权利要求43所述的系统，其特征在于加热控制器(8)包括安装在电子器件(3)的印刷电路上的电路。
45.根据权利要求44所述的系统，其特征在于加热控制器(8)在电子器件(3)的微处理器中实现。
46.根据权利要求42所述的系统，其特征在于所述功率调节器(11)容纳在第三外壳(3)中。
47.一种用于自行车电子器件的供电器件(2，2a)，包括：
包括至少一个可再充电电池的供电单元(4)，
用以与电池充电器可移除电力和数据连接的连接器(CN1)，
与所述供电单元(4)热耦合的至少一个温度传感器(6)，
至少一个能够被选择性地启动的加热元件(5)，与所述供电单元(4)热耦合，
其中当所述供电器件(2，2a)连接到所述电池充电器(1)时，并且当由所述传感器探测的温度(T)低于或等于位于所述供电单元(4)特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值(Tlow，Tref)时，所述加热元件(5)被选择性地启动，并且
向供电单元(4)供应热能(202)，直至探测温度(T)变得高于(203)上温度阀值(Thigh)为止。
48.根据权利要求47所述的供电器件(2，2a)，还包括用于选择性启动所述加热元件(5)的功率调节器(11)，所述功率调节器(11)被所述电池充电器(1)控制。
49.根据权利要求47所述的供电器件(2，2a)，还包括用以与用于控制电子变速器和/或用于获取、显示和控制自行车骑行参数和其它功能的电子器件(3)可移除电力和数据连接的连接器(CN2)，以及用于选择性启动所述加热元件(5)的功率调节器(11)，所述功率调节器(11)被所述电子器件(3)控制。
50.一种用于自行车电子器件(3)的电池充电器(1)，包括：
用以与所述电子器件(3)的供电单元(4)可移除电力和数据连接的连接器(CN1)，
用于从外部能源(P)接收能量并且用于向供电单元(4)选择性地供应(7)充电能量的电路(9，23)，
加热控制器(8)，它在输入中接收示意所述供电单元(4)的探测温度(T)的信号(6)并且当探测温度(T)低于或等于位于所述供电单元(4)特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值(Tlow，Tref)时，提供用于启动所述供电单元(4)的加热元件(5)的信号，并且
向供电单元(4)供应热能(202)，直至探测温度(T)变得高于(203)上温度阀值(Thigh)为止。
51.一种自行车电子器件，包括：
用以与供电单元(4)可移除电力和数据连接的连接器(CN2)，
加热控制器(8)，它在输入中接收示意所述供电单元(4)的探测温度(T)的信号(6)并且当探测温度(T)低于或等于位于所述供电单元(4)特有的封闭充电温度范围中的下温度阀值(Tlow，Tref)时，提供用于启动所述供电单元(4)的加热元件(5)的信号，并且
向供电单元(4)供应热能(202)，直至探测温度(T)变得高于(203)上温度阀值(Thigh)为止。
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