CN1089499C - 用于识别和充电不同类型的电池的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开揭示了用于识别不同类型的电池的设备，其中每个电池包括正端头、负端头、和被连接到电池的两个单元之间的抽头的标志端头。该设备包括被放置以便接通电池的正端头的正接触点，被放置以便接通电池的负端头的负接触点，被放置以便接收来自电池标志端头的表示具体电池类型的抽头电压的标志接触点，以及连接到正的、负的、和标志的接触点的微计算机，其中微计算机根据抽头电压相对于多个特定电压范围所处在的位置，识别电池的具体类型。设备还可包括连接到微计算机、正接触点、负接触点、和标志接触点的电路，用于按照适合于具体电池类型的特定的充电算法提供充电电流给电池。

Description

用于识别和充电不同类型的电池的设备和方法
                    发明背景
1.发明领域
本发明总的涉及电池的充电，更具体地，涉及到用于识别电池类型和按照识别结果选用充电这样的电池的方式的识别和方法。
2.相关技术描述
把可充电电池使用到功率电子装置，是熟知的和所希望的，以便于使花费最小化与使资源使用最大化。例如，这样的电池尤其已广泛地使用于手持移动电话和其它无线通信设备。在力求使电池在充电之间能提供适当的功率的时间长度最大化的过程中，几种不同类型的可充电电池已经和正在继续被开发。这包括用不同材料制成的电池，例如镍镉、镍金属氢化物、以及锂。因为每种类型的可充电电池具有其被充电的最佳方式，所以希望为每一种电池定做一个充电器，而不是以同一种方式提供电流。这需要充电设备能够识别电池类型，并且以对于这类电池最好的方式提供充电电流。
现在有几种充电器来为不同尺寸、形状、和容量的电池提供充电(例如，授权给Chen的美国专利5,365,159；授权给Chen的美国专利5,357,185；授权给Faude等的美国专利5,280,229；授权给Yuen的美国专利5,245,226；授权给Wang的美国专利5,157,318；授权给Parks等的美国专利5,148,094；授权给Mischenko等的美国专利4,963,812；以及授权给Cook等的美国专利4,816,735。)。虽然这些充电器对于它们所打算的目的似乎是有用的，但是它们没有能力区分开由不同材料制成的几乎同样尺寸和形状的电池。
为了完成这个任务，已公开了其它充电识别，它们通过其中的接收来自电池的某种信息的传感电路来识别不同类型的电池。这种类型的充电器的例子在以下专利中被描述：授权给Toya等的美国专利5,350,993；授权给Lee的美国专利5,200,686；授权给Patino等的美国专利5,184,059；授权给Kudo的日本专利402237439。然而，这些充电器趋向于使处理过分复杂化，并且使得充电器与相关的电池都增加开销。
像以上的揭示用于确定电池类型的方法和设备的那样的另一个现有技术的参考文献是授权给Johnson等的欧洲专利申请0 394 074A2(相应于美国专利5,164,652)，其中该使用的和充电的设备的工作特性按照所检测的电池类型被修正。具体地，这个参考文献描述了具有电连接的接口的电池充电器，该接口用于接纳传感输入端，它根据由这样的电池中的传感电元件提供的预定电位或电特性检测电池类型。
虽然相关技术的描述是集中在电池充电器和它们识别不同类型电池的方式上，但是应当看到，这只是想要有电池识别的一个领域。在电子装置中的其它元件(和它们的功能)常常依赖于或影响特定电池类型的电特性，例如在通信装置中的电路涉及到发射机功率电平和发射长度。因此，本发明总的关系到电池类型的识别以及具体地关系到电池充电装置。在这方面，授权给Nguyen的美国专利5,355,073和授权给Brown等的美国专利4,061,956都公开了在电池的单元之间插入抽头的概括的方法用来监视电池电压以作为充电的辅助手段。然而这两篇参考文献都没有阐述为了识别目的把这些抽头设置在其电池中的不同点的使用法。
综合以上所述，本发明的主要目的是提供具有识别不同类型电池的能力的设备。
本发明的另一个目的是提供具有充电不同类型可充电电池的能力的设备。
本发明的再一个目的是提供具有按照特别适用于该电池的充电算法充电不同类型可充电电池的能力的设备。
本发明的又一个目的是提供具有充电不同容量的可充电电池的能力的设备。
本发明的再又一个目的是提供包括能够识别和充电不同类型可充电电池的设备的手持移动电话。
本发明的另一个目的是提供包括自动识别连接在其上的电池的类型的设备的手持移动电话。
本发明的再一个目的是提供具有识别和充电不同类型的可充电电池的能力的电池充电器配件。
本发明的一个目的是提供在手持移动电话和允许使用不同电池的电池组之间的接口。
本发明的再又一个目的是提供在手持移动电话和自动识别在其中的电池的类型的电池组之间的接口，这样该电池可按照适合于它的特定的充电算法而被充电。
本发明的另一个目的是提供识别要被充电的电池的类型和根据电池类型对电池充电方式进行自适应的方法。
当结合以下附图参照以下说明时，将更容易明白本发明的这些目的和其它特性。
                    发明概要
按照本发明的一个方面，公开揭示了一个设备，具有分别接通要被识别的电池的正端头、负端头、和标志端头的正接触点、负接触点、和标志接触点。该设备还包括连接到正的、负的、和标志接触点的微计算机，其中微计算机根据抽头电压相对于多个特定电压范围所处在的位置，识别电池的具体类型。设备具有位于电池的两个单元之间的抽头，标志端头被连接到抽头，以使得标志接触点接收来自电池的标志端头表示具体电池类型的抽头电压。
按照本发明的第二方面，公开揭示了用于手持移动电话的电池组，每个所述电池组包括外壳，位于外壳内具有多个单元的电池，以及接口，用于把电池电耦合到手持移动电话。接口还包括在第一端连接到电池的正端头和在第二端连接到电池的负端头。每个电池组也包括位于电池中的一对单元之间的抽头，对于每种电池类型，抽头位于相对于包括电池的多个单元的截然不同的位置，以及连接到抽头的标志端头，其中位于外壳内的电池的类型是通过由标志端头提供的抽头电压来区分的。
按照本发明的第三方面，公开揭示了手持移动电话，包括主机壳，位于主机壳内的信号处理电路，用于在特定通信模式下操纵手持移动电话，附在主机壳上的电池组，用于给手持移动电话供电，接口，用于把电池组与信号处理电路进行电耦合，其中接口包括用于接收来自电池组的表示具体电池类型的抽头电压的标志接触点，以及与信号处理电路有关的电路，用于根据抽头电压识别电池组的具体类型。手持移动电话还可以包括放置在电池的两个单元之间的一个抽头，用标志接触点接收在抽头处的电压。手持移动电话也可以包括与信号处理电路有关的电路，用于按照适用于电池组的电特性的特定充电算法对电池组进行充电。
按照本发明的第四方面，公开揭示了识别不同类型电池的方法。该方法包括以下步骤：在每个电池的相邻单元之间放置一个抽头，把标志端头连接到该抽头，以便在该端头上提供表示具体电池类型的抽头电压，通过正端头、负端头、和标志端头把电池电耦合到微计算机，把抽头电压与存储在微计算机中的多个特定电压范围进行比较，以及根据抽头电压所处在的特定电压范围识别电池的具体类型。该方法还包括按照适用于具体类型的电池的充电算法提供充电电流给电池的步骤。
                    附图概述
虽然技术条件是用具体指出本发明和严格地主张本发明的权利要求来作结论的，但是可以相信，从结合附图所作的说明将更好地理解本发明，其中：
图1是包括按照本发明的电池识别与充电设备的手持移动电话的前向透视图；
图2是图1所描绘的手持移动电话的局部后向透视图，其中为清晰起见，电池组已被除去；
图3是包括按照本发明的电池识别与充电设备的电池充电器配件的局部透视图；
图4是描绘按照本发明的可被利用于图1-3所示的手持移动电话和电池充电器配件的电池识别与充电设备的第一实施例的示意图；
图5A是可被容纳于图1-2的手持移动电话中的电池组和包括第一类型电池的图3的电池充电器配件的的示意图；
图5B是可被容纳于图1-2的手持移动电话和图3的电池充电器配件的包括第二类型电池的电池组的示意图。
                    发明详细描述
现在详细参照附图，其中相同的数字在所有图中表示同样的元件，图1描绘了手持移动电话10，包括按照本发明的电池充电设备和电池组接口。具体地，将会看到，手持移动电话10包括主机壳12，在其中它的顶面14提供接入到在盖子16后面的键盘(未示出)，显示器18，和扬声器20。虽然未示出，但手持移动电话10还包括在主机壳内的信号处理电路，用于以指定的通信模式操纵它。
如在图2中最清楚地看到的，主机壳12的后背面24具有一个空腔26，形状和尺寸兼容的电池组28可被放置在其中，以便为手持移动电话10供电。电池组28在图2未示出，以便于看到位于空腔26内的接口30，它被提供来将电池组28与手持移动电话10进行电耦合。更具体地，接口30包括第一接触点32、第二接触点34、和第三接触点36。第一接触点32优选地是放置成接通电池组28的正端头的正接触点。虽然并不需要，但每个电池组28A和28B可以区分地放置正端头，这些正端头需要分开的第一接触点32A和32B。在图4中将会看到，这样的接触点32A和32B将被并联，以便给手持移动电话10供电。
而且，将会看到，第二接触点34优选地是放置成接通电池组28的负端头的负接触点，因为电池组28A和28B的负端头优选地放置在同样位置。因此，在图4中将会看到，第一接触点32A和32B将被利用来分别接收来自电池组28A和28B的功率，而第二接触点34被用作为地(虽然这些接触点的各自的功能可以倒过来)。
按照本发明，第三接触点36被利用作为标志接触点。优选地，第三接触点36被放置成靠近第二接触点34，以便不干扰第一接触点32A和32B的接通(虽然第三接触点36可被放置在沿接口30的任何位置)。
将会明白，在电池组28中可利用不同类型的可充电电池，包括由镍金属氢化物，如用电池组28A表示，和锂(例如液态锂离子和塑胶态锂离子)，如用电池组28B表示，等制成的那些电池。虽然镍金属氢化物和锂电池类型是可充电的，但每种电池都有其最佳用法的充电的优选方式。而且，这样的电池可被配置成具有不同的电压容量。在手持移动电话的环境下，无论如何，电池通常将提供在大约三到四伏的范围内的电压。
特别希望的是，手持移动电话10包括电路，通常以图4中的数字38表示，它使得电池组28在被放置在空腔内时能被充电。特别是，充电电路38优选地是和信号处理电路有关，并提供电流给电池组28，用于按照适合于在其中的具体的电池类型和其电特性的特定的充电算法进行充电。虽然充电电路38可以提供在电池组28和电流源40之间的直接路径(例如，从普通的墙壁插座连接到手持移动电话10中的补充插槽41的AC/DC转接器)，但优选的是，开关器件42(例如场效应管)被放置在电流源40和第一接触点32A与32B的接合点之间，以便更好地改变充电过程。
在手持移动电话10中的微计算机44或其它类似印刷电路模块包含用于不同电池类型的各种不同充电算法，所以能在本实施例中负责断开和闭合开关器件42。微计算机44也被利用来识别电池组28中的具体电池类型，如下面更详细地描述的。
对于本发明，从图4和5A-5B将会明白，充电电路38读出在第三接触点36处接收到的电压VT，以确定电池类型。电压VT是通过在电池组28上的连接到电池54的抽头64的分开的标志端头62，在输入端43被提供给微计算机44的。将会看到，电池54具有多个单元66，以及抽头64被放置在两个相邻单元66A与66B之间。这样，只有总的电池电压的一部分被提供作为抽头电压VT。优选地，单元66A和66B是靠近负端头60的那些单元，这样抽头64相对于每种电池类型是一致地布置的。因此，由四单元电池(例如图5A中的镍金属氢化物类型)提供的抽头电压VT大约是总的电池电压的四分之一，而二单元电池(例如图5B中的锂类型)则是总的电池电压的一半。当然，抽头64可以被设置在任意两个相邻的单元66之间，只要它提供对于每种电池类型54能区分的抽头电压。这样，微计算机44能够通过确定抽头电压VT所处在的那个电压范围来识别具体电池类型，这样可在其间利用能适用的充电算法。可被识别的电池的最大数目是特定电压范围数目和可供每种具体电池类型使用的独特的抽头电压VT的函数。例如，抽头电压VT对于镍金属氢化物电池是小于2伏，而对于锂电池是大于2伏。
对于图5A和5B的可充电电池，将会明白，开关器件42被微计算机44以特定的频率调制，以提供为所想要的快速充电或涓流充电(trickle charge)所需要的充电电流水平，以箭头Ic表示。充电电流Ic被微计算机44监视，以便验证它是按照特定的充电算法来利用的。这是通过读出在以电阻形式的负载46(优选地取0.10欧姆)上的电压降来完成的。负载46的上游点的电压(即在开关器件42和负载46之间)被表示为VA，以及负载46的下游点的电压(即在负载46和第一与第二接触点32A与32B的接合点之间)是电压VB。应当指出，差分放大器48优选地位于充电电路38内，并在其输入端接收电压VA和VB，以便加上增益，这样被发送到微计算机44的输入端47的在其间的差值(由差分放大器48的输出49表示)是处在允许
监视充电对流Ic的水平。
电压调整器50优选地被提供在到微计算机44的输入端51和第一接触点32A与32B并联的接合点之间，以便提供调整的电压VR作为给微计算机44的电源。当电池电压VB达到规定的电平时，电压调整器50也被利用来中断充电电池组28。微计算机44优选地包括有在每个输入端43、45、和47处的模拟-数字转换器，以便转换分别代表抽头电压VT、电压VB、以及电压VA和VB的差值的信号。
对于电池组28，在图5A-B上将会看到，它包括外壳52、位于外壳52内的电池54、和接口，用于把电池电连接到手持移动电话10。接口包括在第一端连接到电池54的正端头58，和在第二端连接到电池54的负端头60。位于外壳52内的电池54的类型通过经由被放置成接通标志接触点36的标志端头62提供的抽头电压VT来被区分。
为了在充电期间防止过量的电流流到电池，保险丝可被放置在电池54与负端头60之间。另外，保护电路70可被放置在保险丝68与负端头60之间(见图5B中的锂类型电池组)，以便阻止电池54B达到太高或太低的温度和/或电压。
将会明白，微计算机44、接触点32、34、与36、和电池组28被设计成提供一种识别放置在电池组28中的不同类型的电池54的方法。这种方法的步骤包括：在每个电池54的相邻单元66之间设置抽头64，把标志端头62连接到抽头64，以使得把表示具体电池类型的抽头电压VT提供给它，通过正端头58、负端头60与标志端头62把电池54电耦合到微计算机44，把抽头电压VT与存储在微计算机44中的多个特定电压范围进行比较，以及根据抽头电压所处在特定电压范围识别电池54的具体类型。该方法也包括按照对于具体电池类型适用的在微计算机中的充电算法提供充电电流Ic给电池54。
已经显示和描述了本发明的优选实施例，用于识别和充电不同类型的电池的设备和方法的进一步的调整，可通过由本领域技术人员作出的不超出本发明的范围的适当的修正，而被完成。例如，这里描述的电路可以被引入手持移动电话10中，或引入电池充电器配件100，诸如图2所描绘的桌上充电器中。

Claims (31)

1.用于识别不同类型的电池的设备，其中每个所述电池包括正端头(58)、负端头(60)、和标志端头(62)的正接触点(32)、负接触点(34)和标志接触点(36)，所述设备包括：连接到所述正接触点(32)、负负接触点(34)、和标志接触点(36)的微计算机(44)的装置，其中所述微计算机(44)根据在所述标志接触点(36)处的电压相对于多个特定电压范围所处在的位置，识别所述电池(54)的具体类型，其特征在于，一个抽头(64)被设置在所述电池(54)的两个单元(66)之间以及标志端头(62)被连接到所述抽头(64)，以使得标志接触点(36)接收来自所述电池(54)的所述标志端头(62)的表示具体电池类型的抽头电压(VT)。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，其中要被识别的所述电池(54)的类型是在包括镍镉、镍金属氢化物、和锂的一组中间。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，还包括至少一个小于约2伏的第一特定电压范围和一个大于约2伏的第二特定电压范围。
4.根据权利要求1的设备，其特征在于，其中可由微计算机(44)识别的电池类型的最大数目是特定电压范围的数目的函数。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，还包括至少一个第二正接触点(32B)。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，其中所述正接触点(32)以并联关系连接到所述微计算机(44)。
7.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述电池(54)具有的总电压是在大约三到大约四伏的范围。
8.根据权利要求1的设备，其特征在于，还包括连接到所述微计算机(44)、所述正接触点(32)、所述负接触点(34)、和所述标志接触点(36)的电路(38)，用于按照适合于具体电池类型的特定的充电算法提供充电电流(Ic)给所述电池(54)。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，其中所述微计算机(44)包含所述充电算法，用于控制到所述电池(54)的充电电流(Ic)。
10.根据权利要求8的设备，其特征在于，其中所述电路提供在电流源(40)与所述电池(54)之间的直接充电路径。
11.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述电路(38)还包括：
(a)连接到所述负接触点(34)和所述正接触点(32)的电流源(40)；以及
(b)放置在所述电流源(40)和所述负接触点(32)之间的开关器件(42)。
12.根据权利要求11的设备，其特征在于，所述微计算机(44)根据所述充电算法控制所述开关器件(42)的断开和接通。
13.根据权利要求11的设备，其特征在于，所述电路(38)还包括被放置在所述开关器件(42)和所述正接触点(32)之间的负载(46)，其中第一电压(VA)被定义在所述负载(46)的上游点以及第二电压(VB)被定义在所述负载(46)的下游点，所述充电电流(Ic)是所述第一和第二电压(VA，VB)之间的差值的函数。
14.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述电路(38)还包括被放置在所述正接触点(32)和所述微计算机(44)之间的电压调整器(50)。
15.包括如权利要求1所述的设备的手持移动电话(10)。
16.包括如权利要求1所述的设备的电池充电器配件(100)。
17.根据权利要求1的设备，其特征在于，还包括支撑装置(26)，用于接纳基本上相同尺寸和形状的电池(54)。
18.用于手持移动电话(10)的电池组(28)，每个所述电池组(28)包括外壳(52)，放置在所述外壳(52)内的具有多个单元(66)的电池(54)，以及接口，用于把所述电池(54)电耦合到手持移动电话(10)，所述接口还包括在第一端连接到所述电池(54)的正端头(58)和在第二端连接到所述电池(54)的负端头(60)，每个所述电池组(28)的特征在于：
(a)一个被设置在所述电池(54)中的一对单元(66)之间的抽头(64)，对于每种电池类型，所述抽头(64)位于相对于包括电池(54)的多个单元的截然不同的位置；以及
(b)连接到所述抽头(64)的标志端头(62)；
其中被放置在所述外壳(52)内的电池(54)的类型是通过由标志端头(62)提供的抽头电压(VT)来区分的。
19.根据权利要求18的电池组(28)，其特征在于，其中所述抽头(64)位于靠近所述负端头(60)的两个单元(66)之间。
20.根据权利要求19的电池组(28)，其特征在于，其中由四单元电池的所述标志端头(62)提供的电压是大约所述电池(54)的电压的四分之一。
21.根据权利要求19的电池组(28)，其特征在于，其中由二单元电池的所述标志端头(62)提供的电压是大约所述电池(54)的电压的一半。
22.根据权利要求18的电池组(28)，其特征在于，其中所述电池(54)具有的总电压在大约三伏到大约四伏范围内。
23.根据权利要求18的电池组(28)，其特征在于，还包括被放置在所述电池第二端与所述负端头(60)之间的保险丝(68)。
24.根据权利要求23的电池组(28)，其特征在于，还包括位于所述保险丝(68)与所述负端头(60)之间的保护电路(70)，以防止所述电池(54)超过规定的温度和电压。
25.根据权利要求18的电池组(28)，其特征在于，其中所述电池(54)是可充电的。
26.根据权利要求25的电池组(28)，其特征在于，其中所述电池(54)是在包括镍镉、镍金属氢化物、和锂的一组中间。
27.根据权利要求18的电池组(28)，其特征在于，其中对于所述电池(54)的每个具体类型，每个所述电池组(28)的所述正端头(58)是相对于所述外壳(52)独特地放置的。
28.手持移动电话(10)，包括主机壳(12)，位于所述主机壳(12)内的信号处理电路，用于在特定通信模式下操纵手持移动电话(10)，附在所述主机壳(12)上的电池组(28)，用于给所述手持移动电话(10)供电，一个接口(30)，用于把所述电池组(28)与所述信号处理电路进行电耦合，所述接口(30)包括一个用于接收来自所述电池组(28)的表示具体电池类型的抽头电压(VT)的标志接触点(36)，以及与所述信号处理电路有关的电路，用于从所述的抽头电压(VT)识别在所述电池组(28)中的电池(54)的具体类型，所述手持移动电话(10)的特征在于，一个抽头(64)被放置在所述电池(54)的两个单元(66)之间，以及所述标志接触点(36)接收在所述抽头(64)处的电压(VT)。
29.根据权利要求28的手持移动电话(10)，其特征在于，还包括与所述信号处理电路有关的电路(38)，用于按照适用于所述电池(54)的电特性的所述特定充电算法对所述电池组(28)进行充电。
30.识别不同类型电池(54)的方法，所述方法包括以下步骤：
通过正端头(58)、负端头(60)、和标志端头(62)把电池(54)电耦合到微计算机(44)，把在所述标志端头(62)处的电压与存储在所述微计算机(44)中的多个特定电压范围进行比较，以及根据在所述标志端头(62)处的所述电压(VT)所处在的特定电压范围识别所述电池(54)的具体类型，其特征在于，
在电池(54)的相邻单元之间放置一个抽头(64)；以及
把标志端头(62)连接到所述抽头(64)，由此所述端头上提供表示具体电池类型的抽头电压(VT)；
31.根据权利要求30的方法，其特征在于，还包括按照适用于所述具体电池类型的在微计算机(44)中的所述特定充电算法提供充电电流(Ic)给所述电池(54)的步骤。
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