CN101971454B - 用于向手腕设备馈电的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于向手腕设备馈电的方法和设备，所述手腕设备例如移动电话、GPS设备、心率监视器等，其中电池单元(11、12、13、14)被相互电连接和机械连接。每个电池单元(11、12、13、14)由与该电池单元连接并负责该电池单元的单独充电的单元特定电子单元(21、22、23、24)充电。每个电池单元(11、12、13、14)通过能量馈给总线(31)被充电和放电，电池单元通过电池单元特定开关(212)而连接到所述能量馈给总线。单独电池单元(11、12、13、14)的功能状态通过电池单元特定开关(212)来控制。

Description

用于向手腕设备馈电的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于向手腕设备馈电(feed power)的方法和设备，所述手腕设备例如移动电话、GPS设备、心率监视器等。借助本发明的不同实施例，相对高功耗的手腕设备也能被实现，不过这些设备具有小巧的外部尺寸，并且是轻型的。
背景技术
通常已知多种不同的保持在手腕的设备，这些设备具有相对高的功耗。尤其是手腕计算机和手表电话必须被配备有可再充电电池，根据高功耗选择它们适当的物理尺寸。虽然提高了电池的效率-重量比，但是将电池作为一个零件(asone piece)安装在设备中是困难的。一个大电池的尺寸将大幅增加实际设备的外部尺寸和重量，并且产品尺寸很容易变得很笨拙。
在理论上一些电池可被安装在设备的手腕带中。在这种情况下以便利的方式将电池相互电连接成为问题。如果仅是从电池的接线端将电池连接起来，那么电池的端电压中的微小差异会造成电池之间的可逆电流(reciprocal current)。低压电池会使整组电池无用。在电池尤其是高效电池的串联连接中存在问题，例如锂离子和锂聚合物电池，它们的充电电压必须准确地保持在正确的范围。以一个调整电路来调整串联连接的电池的充电电压是不可能的。
例如将老式铅电池直接并联地相互连接不会产生很多缺陷。在许多现代电池类型中，例如锂离子和锂聚合物电池，存在相当小的内阻，这是因为它们的直接并联连接引起电池之间更强的可逆电流和因而引起功率损失。因为设备变得更小并且操作时间更长，所以必须确保来自电池的能量能够全部被利用。好的示例是保持在手腕的设备，其中在手腕带中电池的分散布置使设备的尺寸更小。
电池处的手腕带是刚性的(rigid)，并且所需要的柔性是利用柔性材料或通过接合件(joint)将电池相互接合(join)来实现的。通过使用多个电池，能够使电池的个体尺寸减小，从而手腕带能被制造得更有柔性和更薄。关于电池的电连接，希望在该结构中使用的电池数目越大，就越困难。如果在实际设备中单独的导线(conductor)从每个电池单元通向充电控制，那么需要很大数目的导线。然后通过柔性机构(例如导线或柔性电路板)连接手腕带中的电池，增加了绝缘量并且同时横截面测度很容易成为问题。由于大量导线的缘故，应该是柔性的部分变得更刚性，并且设备布置的可靠性越来越难达到足够高的水平。
发明内容
本发明设备的目的是实现一种方法和设备，通过该方法和设备能够消除以上提及的一些缺点，并且通过在手腕带中安装电池来解决手腕设备的实现。于是实际设备具有更小的尺寸，并且手腕带也变得与实际设备相称。以不显眼的方式来实现设备中电池的充足容量是可能的。
根据本发明的用于将电池单元相互连接的方法和设备在使用性和制造两个方面实现手腕带的更加灵活且有利的结构。不同数量的电池单元能够被连接并且根据需要可以改变电池单元的尺寸。少量导线实现了电池单元之间的移动且可靠的接触面。根据应用，需要两个或三个接触件(contact)，这取决于充电电压是否分别通向电池单元。本发明基于：自身电子单元、开关组件和保护电路与每个电池单元相连地(inconnection with)放置。电子单元负责电池的单独充电，开关组件将电池单元连接到实际设备的电压馈给(feed)，并且保护电路限制短路电流和防止故障情况下出现损害，例如过电压或低电压。
利用本发明以上提及的一些问题被解决，并且现有技术的一些缺点被消除，并且放置于手腕带等中的电池设备可以实现，所述电池设备具有更好的可靠性和使用性，能够在不同情况下以不同方式使用并且比现有技术具有实质上更小的尺寸。利用本发明的方法和设备能够达到上述好处，其中方法和设备是由权利要求所限定的。
附图说明
接下来借助一些有利的示例性实施例并且参考附图来详细描述本发明，其由
图1示出了一种由两根导线-正和负，来实现能量馈给总线的方法。
图2示出了一种由三根导线-正、负和充电电压来实现能量馈给总线的方法。
图3示出了一种由两根导线来实现与其充电电路单元的连接的方法。
图4示出了一种由三根导线来实现与其充电电路单元的连接的方法。
图5示出了以金属手腕带的形式实现电池组的本发明的一个应用，以及
图6示出了根据本发明如何实现将电池/电池单元组连接到能量馈给总线的方法的一个应用。
具体实施方式
图1-6示出了根据本发明的方法的应用，其中包括开关和充电电路21、22、23、24，电池单元11、12、13、14和能量馈给总线31。
开关和充电电路21包括其间存在连接的电子组件。这里所描述的功能也能够由一个电子组件或混合电路来实现。充电电路211测量电池单元的电压并且以针对电池类型所定义的方式为电池供电。充电电路211也负责电池不要过充电并且使电池电压仅仅上升到所允许的值。在开关电路212的帮助下，电池单元以可控的方式被连接到能量馈给总线。当电池电压低于能量馈给总线中的电压时，电池单元将不被连接，也不参与系统中的能量馈给。当能量馈给总线中的电压降低以至于电压至多与电池单元电压相同时，电池单元或电池单元组将开始通过连接电路向能量馈给总线馈电并且通过向与其连接的设备馈电。当需要时，如果对于该电池类型被建议，那么该电子部件也包括电池保护电路213。如果它识别到例如电池电压升得太高或降得太低，电池单元和能量馈给总线之间的电流变得太高或电池单元或周围物将处于危险的其他情况，则保护电路断开电池单元的连接。
如果能量馈给总线具有两个导线，而不是三个导线，则开关和充电电路更为复杂。于是电子部件必须能够防止具有较高电池电压的电池单元/电池单元组没有开始向在使用状态下的具有较低电池电压的电池单元或电池单元组充电-当不意在向电池充电时。电池或电池单元中的较低电压可能由以下事实引起：它很自然地仅比其它电池或电池单元更空或它被损害。
关于能量馈给总线，通过增加导线或者调制相同导线上的信息，可以得到其它功能，例如温度测量，电压测量，或能够连接与每个应用相关的传感器。
电池单元11-14之间的间隙被实现为有柔性或者它们具有机械枢轴接合点。电池单元也能够被连接到柔性材料或者在它们之间能够存在柔性材料。在一些实施例中电池单元能够被刚性地互相固定。附图示出了四个单独电池单元与能量馈给总线的连接，但是根据应用和能量需求它们的数量可以是任意的。同样地，此处给出的电池单元本身已经可以是由多个电池单元形成的单元，其如同一个单元一样被充电或放电。
电池单元之间的能量馈给总线31以电池11-14之间的滑动接触件(未示出)的实施例来实现。手腕带的电导体可用作总线的一个导线/多个导线。柔性电路板或者其它导电材料也可用作导线来代替实际电缆。
当单独电池损坏时，未损坏的电池向能量馈给总线31馈给能量并且通过它向所连接的设备馈给能量。充电电路识别坏的电池单元或电池单元组并且不以满容量对它充电。
能量馈给总线31能够在两个方向上从手腕设备延伸，所述能量馈给总线能够同时具有一个或多个电池单元11-14。在有利应用中，仅有一个能量馈给总线31从手腕设备延伸，由此例如更容易密封设备。
用于向线状(string-like)设置于手腕带、腰带或类似功能的电池单元11-14充电和放电的方法如下。电池单元通过能量馈给总线31被充电，从而每个电池的开关和充电电路21-24调整每个电池的充电电压。充电电路控制充电电流的幅值，检测电池的端电压的水平以及电流幅值。由于调整的缘故，每个电池被尽可能地充满电。当使用电池所包含的电能时，电路21-24控制电池的放电，使得它们尽可能均匀地放电。然后所存储的电能能够被广泛地使用。根据该方法的电池布置实现对电池容量的最大程度使用，当考虑小型电池时这是特别重要的。配备了有效控制的电池组能够在体积和重量上小型化，从而电池的相对充电容量增加。
图5示出了本发明的一个应用，电池组52被实现为金属手腕带，其中电池单元之间具有机械接合点，并且电池组为设备50馈电，在这个例子中是手表电话。在该附图中从设备的两侧延伸出电池组52，但是其它可选实施方式是能量馈给总线仅在一个方向上从设备延伸。于是获得以下优点：能量馈给总线不需要从实际设备向多个方向上延伸，这将造成引入或以其它连接类型与设备连接，这实现起来更为昂贵或就密封而言会产生问题。在手腕带中其它合适的材料可被使用来代替金属。
图6示出了关于在根据本发明的方法中如何实现将电池/电池单元连接到能量馈给总线的一个应用。能量馈给总线以最小数量的两个导线实现。当机械结构允许时，其它机械结构也可被用作导线(一个或多个)，例如主体结构(未图示)。图中示出了能量馈给总线的导线311和312，所述导线已经通过焊接或一些其它手段被电连接到包括充电、开关和保护项目210的电子单元215。电子单元通过导电连接连接41和42与电池或电池单元组电连接。能量馈给总线能够采用柔性材料实现，例如电缆或柔性电路板。结构就使用空间而言能够机械地变动，例如电池或电池单元组与电子单元并排存在，从而获得更扁平的实现。
附图和与之相应的描述仅意在说明本发明。在细节上，本发明能够在所附权利要求的限制内以及在本发明描述中给出的发明思路内变化。对于本领域技术人员来说很明显的是，尺寸和详细解决方案可以根据应用而变化。进而对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明的实施例可以在使用条件、客户需要、系列产品的方法和在大批量生产中引入的生产解决方案所限定的范围内变化。

Claims (17)

1.用于向手腕设备馈电的方法，在所述方法中：
-电池单元(11、12、13、14)已经被相互电连接和机械连接，并且
-每个电池单元(11、12、13、14)由与电池单元相连地存在的电子单元(21、22、23、24)充电，所述电子单元负责电池单元的单独充电；
其特征在于：
-并联连接的电池单元中的每一个通过能量馈给总线(31)被充电和放电，电池单元通过电池单元特定开关(212)而连接到能量馈给总线，以及
-单独电池单元的功能状态通过电池单元特定开关(212)来控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于每个电子单元(21、22、23、24)被配备有电池特定保护电路(213)，其限制短路电流并防止在故障情况下出现损害。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于电池单元(11、12、13、14)通过柔性元件被接合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在电池单元(11、12、13、14)之间使用枢轴机械接合件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于电池单元(11、12、13、14)被固定于柔性材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在电池(11、12、13、14)之间存在一个或多个滑动接触件，在其帮助下在电池单元之间的能量馈给总线(31)部分或整体地实现。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于具有两个导线的能量馈给总线(31)被实现，使得手腕带的电导体可用作总线的第二导线。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，柔性电路板或其它导电材料可用作导线，来代替实际电缆。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如果单独电池单元(11、12、13、14)被损坏，则未损坏的电池单元向能量馈给总线(31)馈给能量并且通过能量馈给总线向与之连接的设备馈给能量，并且充电电路(211)识别弱电池单元/电池单元组并且将不以满容量向弱电池充电。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于能量馈给总线(31)从手腕设备向两个方向延伸，在能量馈给总线的两个方向上存在一个或多个电池单元(11、12、13、14)。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于电池单元(11、12、13、14)相互之间刚性连接。
12.用于向手腕设备馈电的设备(21、22、23、24)，其特征在于它包括：
电池单元(11、12、13、14)，其已经被相互并联电连接和机械连接，
与电池单元相连地存在的电子单元(21、22、23、24)，以及所述电子单元负责电池单元的单独充电；
能量馈给总线(31)，通过该能量馈给总线(31)，并联连接的电池单元的每个被充电和放电；
电池单元特定开关(212)，电池单元通过电池单元特定开关(212)而连接到所述能量馈给总线；
以及电池单元的功能状态通过电池单元特定开关(212)来控制。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于电池单元特定开关和电子电路(21、22、23、24)包括充电电路(211)、连接电路(212)和保护电路(213)。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于能量馈给总线(31)包括两个或三个导线。
15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，关于能量馈给总线(31)，通过附加的导线或者通过调制相同导线上的信息，实现温度测量、电压测量或连接到传感器。
16.根据权利要求12所述的设备，其特征在于一个或多个能量馈给总线(31)从手腕设备(50)延伸。
17.根据权利要求12所述的设备，其特征在于作为手腕带实现的电池组(52)包括在电池单元之间的机械接合件，并且手腕带中的电池组为手腕设备(50)馈电。
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