CN101355258B - 充电系统以及充电方法 - Google Patents

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织田大原重文
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply

Abstract

提供一种在短时间内通过容量小的充电器对充电率大的蓄电池进行充电的充电系统。负载(13)从蓄电池(15)或直流电源装置(11)接受电力供给。直流电源装置将交流电压或直流电压转换为规定的直流电压。充电器(17)可以从直流电源装置接受电力供给,以设定电流对蓄电池进行充电。充电系统具备两个充电模式。在第1充电模式下,在直流电源装置一边对负载提供电力,一边对充电器提供电力的期间由充电器对蓄电池充电。在第2充电模式下,直流电源装置一边对负载提供电力,一边对蓄电池充电。根据负载的消耗功率的变化,第1充电模式和第2充电模式中的某一方有利。控制部判断哪一种充电模式有利,来切换开关SW1以及开关SW2。

Description

充电系统以及充电方法
技术领域
[0001] 本发明涉及缩短二次电池的充电时间的技术,更详细地说,涉及缩短与充电器的容量相比充电率较大的二次电池的充电时间的技术。
背景技术
[0002] 在作为便携式电子设备的一例的笔记本型个人计算机(以后称为笔记本PC)中, 一般使用锂离子蓄电池。对于锂离子蓄电池,一方面具有能量密度高的优点,但另一方面被指出了充电时间长的问题。近年来开发出在负极材料中采用了纳米微粒子的快速充电型锂离子蓄电池,并且已经在市场上销售。普通充电型锂离子蓄电池的充电率为0.7C左右,而在快速充电型的锂离子蓄电池中,充电率为2C左右,与普通充电型相比可以在短时间内充 H1^ ο
[0003] 如果使用具有用于对普通充电型锂离子蓄电池充电的容量的充电器对快速充电型锂离子蓄电池进行充电,由于容量不足所以无法充分发挥其性能。在一个例子中,在快速充电型锂离子蓄电池中,如果使用与充电率相适合的容量的充电器,则通过30分钟可以充电到满充电容量的80 %,但在使用普通充电型锂离子蓄电池用的充电器对快速充电型锂离子蓄电池进行充电时,为了充电到相同的容量需要75分钟。
[0004] 专利文献1记载的发明提供了充电时间短并且发热量小的恒流恒压的充电方法。 在该发明中,最初以较大的恒定电流值进行恒流充电,然后用比其小的恒定电流值进行恒流充电,最后进行恒压充电。专利文献2记载的发明公开了以下的方法:在充电电力提供电路和二次电池之间具备充电控制电路,并且可以通过电源提供旁通电路从充电电力提供电路直接对二次电池提供充电电流,来防止充电电路中的发热。检测二次电池的电压来决定是从充电电力提供电路直接充电,还是通过充电控制电路以更小的电流进行充电。专利文献3公开了以下的技术:在直流电源装置一边对电池进行充电一边对负载提供电力的情况下,通过不同的电流限制电路进行对负载提供峰值电流时的恒流控制、以及不要求峰值电流而提供电池充电所需要的电流时的恒流控制,由此防止在二次电池中流入过大的电流。
[0005]【专利文献1】特开2007-97397号公报
[0006]【专利文献2】特开2002-359936号公报
[0007]【专利文献3】特开2004-320865号公报
发明内容
[0008] 希望笔记本PC在移动环境中使用之后在尽可能短的时间内充电尽可能多的容量,来准备下次的移动使用。因此,今后打算在笔记本PC中逐渐采用快速充电型锂离子蓄电池。但是,当对应于快速充电型锂离子蓄电池而增大笔记本PC中配备的充电器的容量时,装置变得大型化,产生笔记本PC内部的空间的确保、发热量提高以及成本上升等问题。
[0009] 因此,本发明的目的在于提供在短时间内使用容量小的充电器对充电率大的蓄电池进行充电的充电系统。而且,本发明的目的在于提供配备有这种充电系统的信息处理装置以及这种充电系统实现的充电方法。
[0010] 本发明的设备具备蓄电池和从直流电源装置接受电力供给的负载,并且配备有蓄电池的充电系统。直流电源装置将交流电压或直流电压转换为规定的直流电压。充电器可以从直流电源装置接受电力供给,以设定电流对蓄电池进行充电。蓄电池以及直流电源装置被分别安装在设备的内部,或者由与设备不同的壳体构成,在使用时被安装在设备上,或者通过配线与设备相连来对设备提供电力。该充电系统具备2个充电模式。在第1充电模式下,在直流电源装置可以对负载提供电力的状态下,在对充电器提供电力的期间由充电器对蓄电池进行充电。在第2充电模式下,直流电源装置在可以对负载提供电力的状态下对蓄电池进行充电。在此,所谓直流电源装置可以对负载提供电力的状态是指与充电系统的动作无关地,如果负载需要电力便可实际从直流电源装置提供电力,如果负载不需要电力则实际上不提供电力。
[0011] 本发明的充电系统,在因为充电器的容量小所以无法以蓄电池的充电率进行充电的情况下,直流电源装置可以通过比充电器的充电电流大的充电电流进行充电。在第2充电模式下,因为是直流电源装置可以对负载提供电力的状态,所以有时直流电源装置在对蓄电池进行充电的同时还对负载实际提供电力。直流电源装置的输出被分配给负载和蓄电池,所以有时由于负载的消耗功率增大导致充电功率减小。此时,切换为第1充电模式可以通过较大的充电功率进行充电。控制部根据对各个充电模式下进行充电时的充电电流或充电功率的大小相互比较后的结果,来选择充电模式,所以可以始终通过优越的充电模式进行充电。
[0012] 在蓄电池的恒压充电期间,充电器在自身的恒压区域对蓄电池进行充电,所以即使对恒压充电期间的充电电压的精度以及管理受到严格要求的锂离子蓄电池进行充电的情况下,也不会出现安全上的问题。另一方面,在锂离子蓄电池中,如果恒流充电期间的充电电流在充电率以下,虽然充电时间变长但不会出现安全上的问题,所以可以通过直流电源装置进行充电。
[0013] 因此,在蓄电池是快速充电型蓄电池的情况下,在蓄电池的恒流充电期间如果第 2充电模式下的直流电源装置的充电电流的值在蓄电池的充电率以下,则可以安全地进行充电。具体地说,直流电源装置具备恒流特性或恒定功率特性,在蓄电池的恒流充电期间, 如果利用恒流特性或恒定功率特性进行充电,则可以将充电电流控制在蓄电池的充电率以下,所以可安全地进行充电。
[0014] 在直流电源装置具备恒压特性时,在第1充电模式下,可以在恒压区域对充电器提供电力。结果,充电器通过从直流电源装置提供的规定的输入电压进行动作,以设定电流对蓄电池进行充电,所以在负载的消耗功率较大的情况下,可以在恒流充电期间通过比直流电源装置大的充电电流进行充电。控制部可以根据与第2充电模式下进行充电时的充电电流或充电功率的大小相关联的事件,比较在第1充电模式下进行充电时的充电电流或充电功率的大小和在第2充电模式下进行充电时的充电电流或充电功率的大小。该事件可以根据在第2充电模式下由直流电源装置进行充电时的充电功率或充电电流直接生成。此时,通过从第1充电模式暂时切换为第2充电模式,可以在第1充电模式下进行充电时测定在第2充电模式下进行充电时的充电电流或充电功率。
[0015] 此外,可以根据第1充电模式或所述第2充电模式下的负载的电流或消耗功率来生成事件。负载的电流或消耗功率既可以在第1充电模式下也可以在第2充电模式下测定, 所以与直接测定充电电流或充电功率的情况相比,无需从第1充电模式向第2充电模式的切换操作,所以比较方便。并且,还可以根据与负载的电流或消耗功率相关联的设备的动作模式来生成事件。此时,因为不需要测定消耗功率所以事件的生成变得简单。本发明的充电系统可以应用于电动工具这样的设备或者计算机、移动电话或PDA等信息处理装置。
[0016] 在用于计算机时,可以根据计算机的通常状态、挂起(suspend)状态、待机 (standby)状态、休眠(hibernation)状态以及电源关闭状态等生成事件。在电池组为智能电池时,可以把从电池组发送给充电系统的、来自蓄电池的放电功率值作为负载的消耗功率来使用。此外,可以把从电池组发送给充电系统的、针对蓄电池的充电功率值的信息作为在第2充电模式下进行充电时的充电功率来使用。在第1充电模式下进行充电时,可以根据暂时将切换部切换为第2充电模式后测定到的充电功率值,生成用于控制切换部的事件。在计算机具备用于与AC/DC适配器相连的交流电源的峰值漂移电路时,控制器可以根据在第1充电模式或第2充电模式下操作峰值漂移电路测定到的放电功率值,生成用于控制切换部的事件。
[0017] 根据本发明,可以提供通过容量小的充电器在短时间内对充电率大的蓄电池进行充电的充电系统。而且,根据本发明可以提供配备有这种充电系统的信息处理装置以及这种充电系统实现的充电方法。
附图说明
[0018] 图1用于说明本发明实施方式的充电系统的基本结构。
[0019] 图2用于说明直流电源装置的恒定功率特性。
[0020] 图3说明笔记本PC中配备的本发明实施方式的充电系统的结构。
[0021] 图4是用于说明在图3所示的充电系统中对蓄电池进行充电的步骤的流程图。
[0022] 图5说明图3所示的充电系统对蓄电池进行充电时的充电时间。
[0023] 符号说明
[0024] Pl负载的最大消耗功率fsys负载的消耗功率;Isys负载电流;Vchg充电器的设定电压;Ichg充电器的设定电流;Pchg充电器的额定输出;Vx充电器中充电过程中的充电电压;Ix充电器中充电过程中的充电电流;Px充电器中充电过程中的充电功率;Va直流电源装置的额定电压;Ia直流电源装置的额定电流;1¾直流电源装置的额定输出;Vo直流电源装置的输出电压;Io直流电源装置的输出电流;Po直流电源装置的输出;P2充电过程中的直流电源装置的最大输出;Vy直流电源装置中充电过程中的充电电压;Iy直流电源装置中充电过程中的充电电流;Py直流电源装置中充电过程中的充电功率;Vbl充电开始电压; 21直流电源装置的恒压区域;23直流电源装置的恒流区域直流电源装置的恒定功率区域;25充电器的恒压区域;27充电器的恒流区域
具体实施方式
[0025] 图KA)是表示本发明实施方式的充电系统的基本结构的方框图,图I(B)表示充电器17以及直流电源装置11的电压电流特性。该充电系统具备基于充电器17的充电模式和基于直流电源装置11的充电模式这两个充电模式。在图I(A)中,直流电源装置11是将交流电压或直流电压转换为规定值的直流电压的电压转换装置。直流电源装置11可以在对系统负载13提供电力的同时,断开开关SW2闭合开关SWl对充电器17提供电力。直流电源装置11可以在对系统负载13提供电力的同时,断开开关SWl闭合开关SW2直接对蓄电池15进行充电。
[0026] 直流电源装置11具备在恒压区域21和恒流区域23进行动作的恒流恒压特性。 即,直流电源装置11在连接有输出电流I0超过额定电流Ia的较大的负载时、或者在输出一侧发生短路事故或过电流事故时,控制输出电压Vo以便在恒流区域23进行动作,来使输出电流Io与额定电流Ia相一致;在输出电流Io不满额定电流Ia的状态下时进行控制,以便在恒压区域21进行动作使输出电压Vo与额定电压Va相一致。该直流电源装置11的额定输出1¾为VaX la。直流电源装置11的恒流区域23的额定电流Ia大于充电器17的设定电压Ichg,并且在蓄电池15的充电率以下。
[0027] 蓄电池15由快速充电型锂离子蓄电池构成,以恒流恒压充电方式进行充电。在恒流恒压充电方式下,在通常恒流充电期间以蓄电池的充电率规定的恒定的电流进行充电, 当充电电压上升到一定的值时转移到恒压充电期间。然后,在恒压充电期间,通过恒定的电压进行充电直到充电电流降低到规定的值为止。在以恒流恒压充电方式进行充电时,从蓄电池的恶化和充电时间的观点出发,希望将恒流充电期间的充电电流设定为蓄电池的充电率来进行充电,但是也可以通过小于充电率的电流进行充电。而且,如果维持充电电流小于充电率,则随着充电的进展充电电流可以变化。但是,当充电电流变小时充电时间变长。与此相对,恒压充电期间的充电电压存在安全上的问题,需要严格地进行管理。
[0028] 蓄电池15是快速充电型蓄电池,所以充电率高达2C,与普通型蓄电池相比增大了恒流充电器间的充电电流,具有可以在短时间内充电的性能。在此,充电率的C意味着与容量相同数值的电流值,例如,IOOOmAh的容量的蓄电池的充电率为IC时充电电流为IA ;为 2C时充电电流为2A。蓄电池15在直流电源装置11停止时可以对系统负载13提供电力。 此外,在图KA)中,省略了从蓄电池15到系统负载13的放电路径。
[0029] 普通充电型锂离子蓄电池的充电率为0.7C左右,所以快速充电型蓄电池15在恒流充电期间与相同容量的普通充电型蓄电池相比,可以用约3倍的充电电流进行充电。为了充分发挥快速充电型蓄电池的性能在短时间内进行充电,需要充电器具有以蓄电池15 的充电率进行充电的能力,但充电器17是为了对普通充电型蓄电池进行充电而构成的,不具备以2C的充电率对快速充电型蓄电池15进行充电的能力。
[0030] 因此,当在恒流充电期间采用基于充电器17的充电模式时,由于无法对蓄电池15 提供足够的充电电流所以不能发挥快速充电的性能。充电器17具备在恒压区域25和恒流区域27进行动作的恒流恒压特性。即,充电器17在充电电流Ix较大时,在恒流区域27中控制充电电压Vx以使充电电流Ix与设定电流Ichg—致,当充电进展、充电电压Vx变高时, 在恒压区域25中进行控制以使充电电压Vx与设定电压Vchg —致。
[0031] 当直流电源装置11在恒压区域21中进行动作来对充电器17提供额定电压Va时, 充电器17对蓄电池15进行充电的最大的功率、即额定输出Pchg为VchgX Ichg。当充电器 17开始对充分放电后的蓄电池15进行充电时,在充电器17中流过根据蓄电池15的充电率而设定的设定电流Ichg,蓄电池15的充电电压Vx在恒流区域27中从充电开始电压Vbl 开始缓缓上升,最终达到充电器的设定电压Vchg。恒流区域27中的充电电流Ix与设定电流Ichg相等,所以充电器17对蓄电池15进行充电时的充电功率I3X为VxX Ichg,Px随着充电时间的经过而上升。
[0032] 充电开始电压Vbl是在不会促使蓄电池15恶化的同时开始进行恒流充电时的蓄电池15的最低的电压,在电池电压为充电开始电压Vbl以下时,预先使充电器17在恒压区域25中动作来进行涓流(trickle)充电,恢复电池电压。在涓流充电期间,直流电源装置 11在恒压区域21中进行动作。
[0033] 负载13是从直流电源装置11接受电力供给来进行动作的电气设备或电子设备。 在该充电系统中,当直流电源装置11在恒压区域21中进行动作时,负载13的最大消耗功率P1、充电器17的额定输出Pchg以及直流电源装置11的额定输出1¾的关系被选定为 Pa-Pl > Pchgo此外,因为充电器17的效率一般为95%以上,所以为了便于说明认为效率为100%。S卩,直流电源装置11可以在充电器17以额定输出Pchg对蓄电池15进行充电时在恒压区域21中进行动作,对负载13提供最大消耗功率P1。在该充电系统中,负载13的消耗功率I3Sys与充电系统的动作无关,在0〜Pl之间自由变化。
[0034] 然后,对该充电系统的动作进行说明。在该充电系统中,在蓄电池15的恒流充电期间,当负载13的消耗功率为0或者为规定值以下时,断开开关SWl闭合开关SW2来通过直流电源装置11直接对蓄电池15进行充电。蓄电池15的充电率较高,所以当开始从直流电源装置11对蓄电池15进行充电时,直流电源装置11在恒流区域23中进行动作,蓄电池 15的充电电压Vy从充电开始电压Vbl开始缓缓上升最终达到设定电压Vchg。
[0035] 直流电源装置11对蓄电池15进行充电时的充电电压Vy、充电功率Py以及充电电流Iy可以通过未图示充电系统的公知方法来测定。直流电源装置11在恒流区域23中对蓄电池15进行充电时的充电电流Iy等于额定电流Ia,所以充电功率Py为Py = VyXIa0 当直流电源装置11没有在恒流区域23中进行动作来对负载13提供电力时,以充电功率Py = VyX Ia对蓄电池15进行充电。此时充电电流Iy在蓄电池15的充电率以下,所以可以利用直流电源装置安全地进行充电。
[0036] 如上所述,充电器17对蓄电池15进行充电时的充电功率I3X为VxX Ichg。在此, 可以认为充电器17对于蓄电池15的充电电压Vx与直流电源装置11对于蓄电池15的充电电压Vy相等,此外,因为Ia > Ichg所以Py彡1^。由此,与通过充电器17进行充电相比,通过直流电源装置11对蓄电池15进行充电可以缩短恒流充电期间的充电时间。虽然锂离子蓄电池需要精密地进行恒压充电期间的电压控制,但本发明的充电系统在充电电压 Vy达到设定电压Vchg时,使开关SW2断开使开关SWl闭合,充电器17在恒压区域25中对蓄电池15进行充电,由此在剩余的充电期间可以安全地对蓄电池15进行充电。
[0037] 直流电源装置11在恒流区域23中对蓄电池15进行充电的期间,还需要对负载13 提供负载功率Psys。此时,对负载13提供充电电压Vy。在该充电系统中,当蓄电池15的充电电压Vy上升而达到Vchg时,断开开关SW2闭合开关SWl,进行控制以使充电电压Vy不超过充电器17的设定电压Vchg,所以在恒流区域23中直流电源装置11对蓄电池15进行充电时的直流电源装置11的最大输出P2为VchgX la。达到设定电压Vchg之前的直流电源装置11的输出Po被分配为负载13的消耗功率I^sys以及蓄电池15的充电功率Py,Po =Psys+Py < P2。
[0038] 消耗功率I^sys和充电功率Py的比例,与从直流电源装置11的输出端子看去的负载13和蓄电池15的等价电阻成反比。因此,当消耗功率I^sys增大、负载13的等价电阻降低时,直流电源装置11的输出Po被较多地分配给系统负载13,所以充电电压Py降低,最后与通过直流电源装置11进行充电相比,通过充电器17进行充电可以用更大的充电功率进行充电。其原因在于,在通过充电器17进行充电时,Pa > Pl+Pchg,所以直流电源装置11 在恒压区域21中进行动作,输出电压Vo成为额定电压Va,充电器17可以提供比直流电源装置11更大的充电功率I^x。
[0039] 在蓄电池15的恒流充电期间,为了简单地判断与基于直流电源装置11的充电模式和基于充电器17的充电模式的充电时间相关的优越性来决定充电模式,在式(1)的条件成立时通过充电器进行充电,在式O)的条件成立时通过直流电源装置11进行充电。
[0040] Py < Px (1)
[0041] Py ^ Px (2)
[0042] 在通过充电器17进行充电时,为了测定通过直流电源装置11进行充电时的充电功率Py,可以操作开关SWl以及SW2在短时间内切换为从直流电源装置11充电。式(1)、 式(2)因为需要始终监视充电功率I^,Py来判断优越性,所以电路稍微复杂,所以可以通过以下的方法简单地进行判断。
[0043] 在本发明的实施中,可认为通过充电器17进行充电时的充电功率等于充电器 17的额定输出Pchg,所以式(1)、式⑵可以分别变形为式(3)、式0)。
[0044] Py < Pchg (3)
[0045] Py 彡 Pchg (4)
[0046] 因此,在通过直流电源装置11进行充电时的充电功率Py小于充电器的额定输出 Pchg时,通过充电器17进行充电,在相反的情况下通过直流电源装置11进行充电。
[0047] 此外,因为可以认为充电过程中的直流电源装置11的输出Po等于充电过程中的直流电源装置11的最大输出P2,所以通过充电器17进行充电时的条件式C3)可以如同式 (7)那样变形。
[0048] Po = Psys+Py (5)
[0049] Po-Psys < Pchg (6)
[0050] P2-Pchg < Psys (7)
[0051] 而且,可以根据式(7),如同式(8)那样求出通过直流电源装置11进行充电时的条件。
[0052] P2-Pchg 彡 Psys (8)
[0053] 根据式(7)以及式(8),P2 = VchgXIa,所以可以将根据预先决定的充电器17的设定电压Vchg、直流电源装置11的额定电流Ia以及充电器17的额定输出Pchg求出的阈值和负载的消耗功率I3Sys进行比较,来判断优越性,所以可以简单地构成用于判断充电模式的电路。此外,在式⑶以及式⑷中,为了在通过充电器17进行充电的期间测定假设通过直流电源装置11进行充电时的充电功率Py,需要对开关SWl以及开关SW2进行切换操作,但是由于负载13的消耗功率I^sys无论在哪个充电模式下都可以测定,所以根据式(7) 和式(8)不需要进行这种切换操作。
[0054] 在充电功率Py为Py < 时,当断开开关SW2闭合开关SWl时,充电器17在恒流区域27中进行动作,通过设定电流Ichg开始对蓄电池15进行充电。如上所述,在该充电系统中,充电器17的额定输出Pchg、负载13的最大消耗功率Pl以及直流电源装置11的额定输出1¾的关系被选定为1¾ > Pchg+Pl,所以直流电源装置11从恒流区域23转移为在恒压区域21中进行动作,来对充电器17提供额定电压Va。充电器17在从直流电源装置11被输入了额定电压Va时,可以通过充电功率I3X对蓄电池15进行充电,所以只要Py < Px,直流电源装置11便可以与通过充电功率Py进行充电相比,增大充电功率。在充电电压Vx达到了设定电压Vchg时,充电器17转移至恒压区域25的动作,继续对蓄电池15进行充电。
[0055] 如上所述,在本实施方式中,在使用普通充电型充电器17对快速充电型蓄电池15 进行充电时,在蓄电池15的恒流充电期间,根据负载13的负载功率I^sys的大小通过直流电源装置11或充电器17中的某一方进行充电,在恒压充电期间通过充电器17进行充电。 此外,为了选择充电模式,到目前为止说明了测定负载13的消耗功率I^sys以及直流电源装置11的充电功率Py的方法,但本发明还可以通过在负载13中流动的负载电流或直流电源装置11进行充电时的充电电流Iy来判断优越性。
[0056] 本发明的直流电源装置11,只要可以在蓄电池15的恒流充电期间,通过比充电器 17的恒流区域大并且在蓄电池15的充电率以下的电流对蓄电池15进行充电即可。因此, 直流电源装置11可以具备恒定功率特性来代替恒流特性。图2表示具备恒定功率特性的直流电源装置的特性。在图2与图I(B)的不同点仅为直流电源装置11在与额定电流Ia 相比流过更多电流的区域具备恒定功率区域对。
[0057] 在恒定功率区域M中,充电器进行动作以使输出Po成为额定输出1^。因此,充电电压Vy越降低,充电电流Iy越大。如果充电电压Vy降低到最低时的充电电流Iy在蓄电池15的充电率以下,则可以安全地进行蓄电池15的充电。充电系统中的恒定功率区域M 的使用方法与之前说明的恒流区域23的使用方法相同。在恒定功率区域M中,直流电源装置的输出Po成为1¾,充电过程中的直流电源装置11的最大输出P3变得大于恒压特性时的最大输出P2,所以与具备恒流特性23的直流电源装置11相比可以在更短时间内进行充 电。
[0058] 图3是表示在笔记本PC100中实现图1中说明的充电系统时的结构的方框图。在笔记本PC100的电源端子上可以连接AC/DC适配器101,而且可以在电池槽中安装主电池组 103以及辅助电池组105。AC/DC适配器101是将交流电压转换为规定的直流电压的直流电源装置。AC/DC适配器101具备与图1中说明的直流电源装置11相同的恒流恒压特性。
[0059] 主电池组103以及辅助电池组105各自容纳了在图1中说明的快速充电型锂离子蓄电池15,并且配备有微处理器(MPU),该微处理器计算电池电压、充电电流、充电功率以及放电功率等,并且定期地发送给笔记本PC100。主电池组103以及辅助电池组105是基于美国英特尔antel)公司和美国金霸王(Duracell)公司所倡导的、被称为智能电池系统 (Smart Battery System,以下称为SBS)的标准的智能电池。主电池组103以及辅助电池组105在充电时以及放电时仅使用所选择的某一方,不进行并行充电以及并行放电。在以后的说明中,在不需要区别主电池组103和辅助电池组105时,简单地表现为电池组103、 105。
[0060] 笔记本PC100的电源管理功能以嵌入式控制器(EC) 113为中心,由充电器107以及DC/DC变换器109等构成。EC113是除了电源之外,还对构成笔记本PC100的多个硬件要素进行控制的集成电路。EC113可以通过与MPU的通信,取得电池组生成的电池电压、充电电流、充电功率、放电功率以及在充电器中设定的设定电压以及设定电流等信息。
[0061] 充电器107与图1所示的充电器17同样地具备恒流恒压特性。此外,与充电器17 同样地不对应于充电率为2C的快速充电型蓄电池的充电,而对应于充电率为0. 7的普通充电型蓄电池的充电。充电器107具备:通过PWM方式控制FETl四以及FET131的开关电路; 由电感器133和电容器134构成的平滑电路。充电器107通过平滑电路降低驱动开关电路而生成的直流电流的脉动,把从AC/DC适配器101输入的直流电压转换为与电池组在恒流区域或恒压区域中的充电相适应的直流电压并进行输出。
[0062] 充电器 107 通过恒流恒压方式(CC-CV =Constant Current Constant Voltage)对电池组进行充电。在充电器107的电流设定值输入Iset以及电压设定值输入Vset,输入来自对笔记本PC100内部生成的恒定电压进行分压而得的基准电压源111的电压。基准电压源111根据来自ECl 13的指示在电压设定值输入Vset输入设定电压Vchg,并且在电流设定值输入Iset输入设定电流Ichg。对充电器107的电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入 FB-I分别连接来自分压电阻137、139和感应电阻135的输出,分别输入与充电器107的充电电压Vx以及充电电流Ix对应的电压。
[0063] DC/DC变换器109对笔记本PC100中收容的设备提供规定电压的电力,相当于消耗图1的消耗功率I3Sys的负载。DC/DC变换器109把从AC/DC适配器101取得的直流电压或从电池组103、105取得的直流电压转换为规定的电压来提供给笔记本PC100内的设备。 DC/DC变换器109的消耗功率根据笔记本PC100的动作状态而发生变化。FET-A117以及 FET-Bl 19是用于控制针对主电池组103的充放电的开关,与主电池组103的充放电电路相连接。FET-C121以及FET-D123是用于控制针对辅助电池组105的充放电的开关,与辅助电池组105的充放电电路相连接。
[0064] FET-E125被连接在电池组103、105和DC/DC变换器109之间,是用于选择使充电模式为基于充电器107的充电模式和基于AC/DC适配器101的充电模式中的哪一种模式的开关。FET-E125还在从电池组103、105对DC/DC变换器109提供电力时使用。FET-F127 与从AC/DC适配器101对DC/DC适配器109提供电力的电路相连接,其是在从AC/DC适配器101对DC/DC适配器109提供电力时,为了停止从交流电源取得电力进行使交流电源的峰值缓和的所谓峰值漂移(peak shift),而暂时从电池组对DC/DC变换器109提供电力的开关。
[0065] 在智能电池中,在内部测定充电功率或放电功率,并且定期地发送给EC113。因此, 在充电器107或AC/DC适配器101进行充电时,在为了使用式(7)、式(8)而测定系统的消耗功率I3Sys时,可以操作由FET-F127、FET-E125以及EC113构成的峰值漂移电路,通过测定从电池组103、105对DC/DC变换器109放电的功率来测定系统的消耗功率I^sys。FET驱动电路115根据来自ECl 13的指示控制FET-Al 17〜FET-F。
[0066] 此外,图1为了说明本实施方式,仅简要地记载了主要的硬件结构以及连接关系。 例如,为了构成笔记本PC100使用磁盘、光盘、键盘等很多的电路以及装置,但这些对于本领域的技术人员来说是公知的,所以省略记载不进行详细的记述。将图中记载的多个方框构成为1个集成电路,或者相反将1个框分割为多个集成电路也在本领域技术人员可以任意选择的范围内,包含在本发明的范围中。
[0067] 图4是说明图3所示的充电系统的动作的流程图。在方框201中,进行开始对主电池组103充电的准备。对于辅助电池组105的充电,同样可以参照图3的流程图来理解。 FET-Al 17、FET-Bl 19、FET-F127 闭合,FET-C121、FET-D123 以及 FET-E125 断开。
[0068] DC-DC变换器109的输入电压的允许变化范围大,其在实现本发明的基础上,在变化的AC/DC适配器101的输出电压Vo的范围内适当地进行动作。消耗功率I^sys根据笔记本PC100的使用状态而变化。有时根据笔记本PC的状态,消耗功率I^sys为0。在充电器 107的电压设定值输入Vset以及电流设定值输入Iset全部设定0,充电器107停止动作, FET129以及FET131 —起断开。
[0069] 在方框203中,主电池组103请求ECl 13发送充电器107的设定电压Vchg以及设定电流Ichg来开始充电。EC113如果确认成为了 FET-F127闭合、AC/DC适配器101可以一边对DC/DC变换器109提供电力一边进行充电的状态,则对FET驱动电路115发送用于闭合FET-E125的信号,来取代使充电器107动作。当FET驱动电路115根据ECl 13的指示闭合了 FET-E125时,AC/DC适配器101在恒流区域23中对电池组103进行充电。EC113定期地从电池组103取得充电功率Py的值。
[0070] 在方框205中,ECl 13判断充电电压Vy是否达到了充电器107的设定电压Vchg。 从主电池组103定期地对ECl 13发送充电电压Vy的值。在充电电压Vy达到了充电器107 的设定电压Vchg时,转移到方框215,ECl 13经由基准电压源111在电压设定值输入Vset 输入设定电压,并且在电流设定值输入Iset输入设定电流来使充电器107进行动作。充电器107在恒压区域25动作来开始充电。ECl 13定期地从主电池组103取得充电电流Ix的值,在充电电流Ix降低到规定值时转移到方框217,在电压设定值输入Vset以及电流设定值输入Iset设定0,使充电器107停止来结束充电。
[0071 ] 在方框205中,在充电电压Vy低于设定电压Vchg时,转移到方框207,ECl 13判断式(3)的条件是否成立。在式(3)的条件不成立时,返回方框203继续通过AC/DC适配器 101进行充电。在式(3)的条件成立时转移到方框209,EC113在电压设定值输入Vset输入设定电压Vchg的值,在电流设定值输入Iset输入设定电流Ichg的值来使充电器107进行动作。而且,EC113指示FET驱动电路115断开FET-E125。结果,电池组103通过充电器 107进行充电。充电器107在恒流区域27中对电池组103进行充电,虽然系统负载的消耗功率I^sys增大但只要满足式(3)的条件,就可以通过比AC/DC适配器101更大的充电电流进行充电。
[0072] 在方框211中,EC113判断充电电压Vx是否达到了充电器107的设定电压Vchg。 充电电压Vx的值被定期地从主电池组103发送给ECl 13。在充电电压Vx达到了充电器107 的设定电压Vchg时,转移到方框215,充电器107转移为恒压区域25中的充电。在方框211 中,在充电电压Vx低于设定电压Vchg时,转移至方框213,EC113判断式(4)的条件是否成立。
[0073] 作为判断式(4)的条件所需的、通过AC/DC适配器101进行充电时的充电功率Py, ECl 13暂时停止充电器107的动作并且闭合FET-E125,从AC/DC适配器101进行充电,使用此时电池组103测定到的充电功率Py。在方框213中,在式(4)的条件不成立时,返回方框 209继续由充电器107进行充电。在方框213中式的条件成立时,返回方框203,EC113 停止充电器107的动作,并且闭合FET-E125,使AC/DC适配器101对电池组103进行充电。
[0074] 在方框207、方框213中利用式(3)、式(4)的条件决定了充电模式,但是也可以操作峰值漂移电路来测定DC/DC变换器109的消耗功率I^sys,利用式(7)、式(8)来决定充电模式。在以上的步骤中,在方框203中说明了最初从AC/DC适配器101开始充电,但通过判断充电模式优越性的方框207、方框213,一边通过某一种充电模式进行充电一边始终评价另一充电模式的优越性,所以也可以从充电器107开始充电。此外,在笔记本PC100中根据工作状态,DC/DC变换器109的消耗功率I^sys频繁地上下变化。因此,希望在从方框207向方框209转移时以及从方框213向方框203转移时的阈值中设置差。而且,希望在通过其中一种动作模式开始充电后,在经过规定时间之前,即使在方框207、213中变更动作模式的条件成立,也不进行变更。
[0075] 在图2中,以智能电池的电池组103、105为例进行了说明,但本发明也可用于在内部没有配备处理器的电池组的充电。此时,充电功率或充电电压通过笔记本PC100自身来测定。在本发明中,在变更充电模式时,不仅使用电流值、功率值,还通过与负载的消耗功率相关联的特有的动作模式进行判断。例如,在笔记本PClOO中实现了按照被称为 ACPI (Advanced Configuration andPower Interface)的规定来定义的通常状态、挂起状态、待机状态、休眠状态以及电源关闭状态这样的动作模式。在电源关闭状态下,不对之后启动笔记本PC100的电源、或控制基于AC/DC适配器101的充电所需要的最小限度的电路以外的负载提供电力。
[0076] 在休眠状态下,在电源停止之前将正在工作的RAM或寄存器的内容写入磁盘装置中,电源几乎与电源关闭状态相同。在待机状态下,关闭显示器的VGA信号,并且降低处理器的频率或者使其进行过热保护降频(throttling)来降低处理器的消耗功率。在挂起状态下,因为需要维持已写入工作状态的存储器的存储,所以仅对用于维持存储器的存储和再启动的电路提供电源。最后,在通常动作状态下,构成为对所有的系统负载提供电力,系统负载的实际的消耗功率根据工作状态而变化。
[0077] 笔记本PC100可以根据与用户的操作、未进行访问的时间的长短、无线LAN的电波的检测等相关联的时间信息,在这些动作模式之间进行转移来节约消耗功率以及维持便利性。在挂起状态、待机状态、休眠状态以及电源关闭状态下,可知负载的消耗功率I3Sys小, 通过AC/DC适配器101进行充电的方式可以提高充电率,所以EC113在从处理器取得进入到这些动作状态的事件时,可以控制充电系统以便通过AC/DC适配器101进行充电,在取得进入到通常动作状态的事件信息时,可以控制充电系统以便通过充电器进行充电。ECl 13用于执行图4所示的步骤的程序,可以存储在EC113内部所设置的闪速存储器中。
[0078] 图5说明图3的充电系统对主电池组103进行充电时的充电特性。线301、302、 303表示使满充电容量为100%时的充电时间和充电容量的变化。线305对应于线301,表示只使用充电器107从恒流充电期间过渡到恒压充电期间对已完全放电的蓄电池15进行充电时的充电电流Ix。此时,对蓄电池15充电的能量、即充电容量达到满充电容量的80% 的时间为t2。线307对应于线302,表示在DC/DC变换器109的消耗功率为0的状态下,在恒流充电期间通过AC/DC适配器101进行充电,在充电电压Vy达到设定电压VChg之后的恒压充电期间通过充电器107进行充电时的充电电流Iy,Ix。
[0079] 因为DC/DC变换器109的消耗功率为0,所以AC/DC适配器101将额定电流Ia全部提供给蓄电池15。此时,对蓄电池15充电的能量、即充电容量达到满充电容量的80%的时间为tl,时间tl可以将充电时间缩短时间t2的30%。线309对应于线303,表示在DC/DC变换器109消耗规定功率的状态下,在恒流充电期间通过AC/DC适配器101进行充电,在充电电压Vy达到设定电压VChg之后的恒压充电期间通过充电器107进行充电时的充电电流 Iy, Ix0
[0080] 在线309上,因为在DC/DC变换器109中流过负载电流Isys,所以在蓄电池15中流过Iy = Ia-Isys的充电电流。在该状态下,DC/DC变换器109的消耗功率大,Iy < Ichg (Py < Pchg)的条件成立,所以对蓄电池15充电的能量、即充电容量达到满充电容量的80%的时间为t3(t3彡t2)。因此,在DC/DC变换器109的消耗功率增大到超过了某个一定值时, 在恒流充电期间通过充电器107进行充电可以缩短充电时间。
[0081] 本发明可以用于通过充电率较小的充电器对充电率高的蓄电池进行充电的设备。

Claims (14)

1. 一种充电系统,其被安装在具备从以恒流恒压充电方式充电的蓄电池或具备恒流特性的直流电源装置接受电力供给的负载的设备中,其特征在于,具有:充电器,其从所述直流电源装置接受电力供给,可以根据设定电压以及设定电流以恒流恒压充电方式对所述蓄电池进行充电;切换部,其对第1充电模式和第2充电模式进行切换,所述第1充电模式是在所述直流电源装置可以对所述负载提供电力的状态下,在对所述充电器提供电力的期间由所述充电器在恒流区域对所述蓄电池进行充电的模式,所述第2充电模式是所述直流电源装置在可以对所述负载提供电力的状态下在恒流区域对所述蓄电池进行充电的模式;以及控制部,其在所述第1充电模式或所述第2充电模式下进行充电的期间,根据对所述第 1充电模式下的充电电流或充电功率的大小和所述第2充电模式下的充电电流或充电功率的大小进行比较后的结果,控制所述切换部,以便在充电电流或充电功率较大的充电模式下进行充电。
2.根据权利要求1所述的充电系统,其特征在于,所述控制部在所述蓄电池的恒压充电期间对所述切换部进行控制,以使所述充电器在恒压区域对所述蓄电池进行充电。
3.根据权利要求1所述的充电系统,其特征在于,所述蓄电池为快速充电型蓄电池,在所述蓄电池的恒流充电期间,所述第2充电模式下的充电电流的值在所述蓄电池的充电率以下。
4.根据权利要求1〜3的任意一项所述的充电系统,其特征在于,所述直流电源装置具备恒定功率特性,在所述第2充电模式下在恒定功率区域对所述蓄电池进行充电。
5.根据权利要求1〜3的任意一项所述的充电系统,其特征在于,所述直流电源装置具备恒压特性,在所述第1充电模式下,在所述恒压区域对所述充电器提供电力。
6.根据权利要求1〜3的任意一项所述的充电系统,其特征在于,所述控制部根据与在所述第2充电模式下进行充电时的充电电流或充电功率的大小有关的事件,控制所述切换部。
7.根据权利要求6所述的充电系统,其特征在于,根据在所述第2充电模式下由所述直流电源装置对所述蓄电池进行充电时的充电电流或充电功率生成所述事件。
8.根据权利要求6所述的充电系统,其特征在于,根据所述负载的电流或消耗功率生成所述事件。
9.根据权利要求6所述的充电系统,其特征在于,根据与所述负载的电流或消耗功率相关联的所述设备的动作模式生成所述事件。
10. 一种信息处理装置,其配备有系统负载,该系统负载从安装了以恒流恒压充电方式充电的蓄电池的电池组或具备恒流特性的AC/DC适配器接受电力供给,该信息处理装置的特征在于,具有:充电器,其从所述AC/DC适配器接受电力供给,可以根据设定电压以及设定电流以恒流恒压充电方式对所述蓄电池进行充电;切换部,其对第1充电模式和第2充电模式进行切换,所述第1充电模式是在所述AC/ DC适配器可以对所述系统负载提供电力的状态下,在对所述充电器提供电力的期间由所述充电器在恒流区域对所述蓄电池进行充电的模式,所述第2充电模式是所述AC/DC适配器在可以对所述系统负载提供电力的状态下在恒流区域对所述蓄电池进行充电的模式;以及控制器,其在所述第1充电模式或所述第2充电模式下进行充电的期间,根据对所述第 1充电模式下的充电电流或充电功率的大小和所述第2充电模式下的充电电流或充电功率的大小进行比较后的结果,控制所述切换部,以便在充电电流或充电功率较大的充电模式下进行充电。
11.根据权利要求10所述的信息处理装置,其特征在于,所述控制器,根据从所述信息处理装置的通常状态、挂起状态、待机状态、休眠状态以及电源关闭状态构成的组中选择出的至少某一个要素,生成用于控制所述切换部的事件。
12.根据权利要求10所述的信息处理装置,其特征在于,所述控制器,根据在所述第1充电模式下进行充电时暂时一边在所述第2充电模式下进行充电一边测定到的充电电流值或充电功率值,生成用于控制所述切换部的事件。
13.根据权利要求10所述的信息处理装置,其特征在于,具有用于与所述AC/DC适配器相连的交流电源的峰值漂移电路,所述控制器根据在所述第1充电模式或所述第2充电模式下操作所述峰值漂移电路测定到的放电电流值或放电功率值,来生成用于控制所述切换部的事件。
14. 一种充电方法,其在具有从以恒流恒压充电方式充电的蓄电池或具备恒流特性的直流电源装置接受电力供给的负载的充电系统中,对所述蓄电池进行充电,其特征在于,具有以下步骤:在所述直流电源装置可以对所述负载提供电力的状态下,在对所述充电器提供电力的期间由所述充电器在恒流区域对所述蓄电池进行充电,即在第1充电模式下进行充电的步骤;所述直流电源装置在可以对所述负载提供电力的状态下在恒流区域对所述蓄电池进行充电,即在第2充电模式下进行充电的步骤;在所述第1充电模式或所述第2充电模式下进行充电的期间,对所述第1充电模式下的充电电流或充电功率的大小和所述第2充电模式下的充电电流或充电功率的大小进行比较的步骤;以及对进行所述比较的步骤进行响应,以充电电流或充电功率较大的充电模式进行充电的步骤。
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