CN109923752A - 用于提供具有多终端星座的导电充电的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于对电池组进行充电的系统和方法。该系统和方法提供星座/点式导电充电，其具有多个终端星座，用于在脏的或非工作的触点的情况下提供冗余和提供用于处理更高电压和/或增加容量的电池组的电压/电流分压中的一个或两者。

Description

用于提供具有多终端星座的导电充电的系统和方法

相关申请的交叉引用/以参考方式加入

本申请在35U.S.C§119(e)的规定下要求2016年9月30日提交的临时申请序列号62/402,520和2016年11月18日提交的美国专利申请号15/355,551的优先权。上述引用的申请通过引用将其全部内容并于本文中。

技术领域

本发明的某些实施方式涉及电池组。更具体地，本发明的某些实施方式涉及实现星座/点式导电充电的电池组，其具有多个终端星座，用于在脏的或非工作的触点的情况下提供冗余并且提供用于处理更高电压和/或增加容量的电池组的电压/电流分压中的一个或两者。

背景技术

星座/点式导电充电(Constellation/dots style conductive charging)是一种充电技术，其依赖于电池上的小金属球尖与充电器上的带电金属条之间的接触。例如，现有的导电充电技术已经在手机、平板电脑和消费电子产品中实现。由于许多挑战，星座/点式导电充电尚未在电力上商业实施。例如，导电充电可能在电力所经受的车库、户外和施工现场环境中不能正常操作，因为充电器件的触点可能变脏。如果球尖变脏，则可能不会在两个元件之间产生足够的电接触。

作为另一实例，电力电池的电压和容量都在不断增加；然而，导电充电垫通常设定为在低电压下充电以降低用户受伤的风险。由于这种低电压垫表面要求，系统被迫做出许多妥协。首先，由于接触面积有限，较高电压/容量的电池可能需要比小球尖能够导电的更高的电压差或电流消耗。其次，在电池组内通常需要额外的电路以获得更高的电压以升高电压，从而可对电池充电。

通过将这些系统与本申请的其余部分中参考附图所阐述的本公开的一些方面进行比较，本领域技术人员将明白常规和传统方法的进一步限制和缺点。

发明内容

一种提供星座/点式导电充电的系统和/或方法，其具有多个终端星座，用于在脏的或非工作的触点的情况下提供冗余并且提供用于处理更高电压和/或增加容量的电池组的电压/电流分压中的一者或两者，基本上如结合至少一幅图所示和/或结合至少一幅图所描述的，如权利要求中更完整地阐述的。

从以下描述和附图将更全面地理解本发明的这些和其他优点、方面和新颖特征，以及其所示实施方式的细节。

附图说明

图1提供了根据本公开的代表性实施方式的电池充电系统的示例性充电垫的透视图。

图2是根据本公开的代表性实施方式的包括充电垫和具有多个终端星座的可再充电器件的示例性电池充电系统的框图。

图3是示出根据本公开的代表性实施方式的用于对具有多个终端星座的器件的电池充电的示例性方法的流程图。

图4是根据本公开的代表性实施方式的具有多个终端星座的示例性电池组的底部透视图。

图5示出了根据本公开的代表性实施方式的具有多个终端星座的示例性电池组的前透视图和后透视图。

图6是根据本公开的代表性实施方式的具有多个终端星座的示例性电力的透视图。

图7是根据本公开的代表性实施方式的具有两个用于分离充电电压的终端星座的示例性电池充电系统的框图。

图8是根据本公开的代表性实施方式的示例性电池充电系统的框图，该系统具有两个用于分离充电电压的终端星座和两个冗余终端星座。

图9是根据本公开的代表性实施方式的示例性电池充电系统的框图，该系统具有用于分离充电电压的两个终端星座和一个冗余终端星座。

图10是根据本公开的代表性实施方式的对具有串联连接的单元的电池组进行充电的示例性电池充电系统的框图。

具体实施方式

本公开的各方面涉及用于对电池组充电的系统和方法。更具体地，某些实施方式涉及提供星座/点式导电充电的系统和方法，其具有多个终端星座，用于在脏的或非工作的触点的情况下提供冗余和提供用于处理更高电压和/或增加容量的电池组的电压/电流分压中的一个或两者。

本公开的代表性实施方式在电池、电力或其他器件上提供多组球尖星座。球尖星座可在较脏的接触的情况下提供冗余和/或在较大的电池组的情况下提供电压/电流分压。例如，通过复制点设置减少了由于故障、脏污或损坏的点星座而导致器件在充电垫上不充电的风险。作为另一实例，通过添加额外的点组，可将电流除以点组的数量，从而将其减小到合理的范围而不增加所需的充电时间。另外和/或可替代地，将多个星座添加到器件提供用于将器件定位或放置在充电垫上的选项。例如，器件的顶表面和底表面上的点/星座使得器件能够放置在充电垫上而不考虑哪个表面接触垫，因为两个表面都具有星座。在各种实施方式中，电池组可在较低串联和电压下分解成较小的单元组，以使充电垫电压保持低于多单元电池组的总串联和电压。分解后的电池组解决了在充电垫上保留低压表面的安全问题，并且无需将电压调节到为较高串联和电池电压充电所需的电压。

如本文所使用的，术语“示例性”或“示例”意味着用作非限制性实例，例子或说明。如本文所使用的，术语“例如”引入一个或多个非限制性实例，例子或说明的列表。

图1提供了根据本公开的代表性实施方式的电池充电系统10的示例性充电垫20的透视图。图2是根据本公开的代表性实施方式的示例性电池充电系统10的框图，该电池充电系统10包括充电垫20和具有多个终端星座60、62的可再充电器件22。参见图1和图2，系统10包括充电垫20和可再充电器件22。充电垫20可包括AC电源30、感测电路40和充电垫表面50。可再充电器件22可包括多个终端星座60、62、开关64、微控制器单元(MCU)65、整流器68、调节器69和一个或多个可再充电电池单元70。电源30可经由电源线32从AC墙壁插座接收电力。此外，电源30可容纳在充电垫20的壳体或外壳23内。将电源30封装在壳体23内可帮助保护电源免受恶劣环境的影响。此外，这种封装可增加可用性和便利性，因为这种充电系统10的用户不需要处理和维护外部电源。

感测电路40可调节由电源30提供的电力并且将这种调节的电力提供给充电垫表面50的电极52、54。电极52、54可包括充电垫表面50上的金属条带，其分别耦合到感测电路40的正和负终端42、44。可再充电器件22的多个终端星座60、62可各自具有连接或接触点66的模式，例如小金属球尖或任何合适的接触点。具体而言，电极52、54和星座60、62的接触点66在几何上布置成使得每个星座60、62的至少一个接触点66接触充电垫表面50的正电极52并且每个星座60、62的至少一个接触点66接触充电垫表面50的负电极54，而不管每个星座60、62放置在充电垫表面50上的何处。以这种方式，当放置在充电垫表面50上时，每个终端星座60、62的接触点66与电极52、54直接电连接。

在各种实施方式中，多个终端星座60、62可在可再充电器件22内部连接在一起。另外和/或可替代地，开关64可选择终端星座60、62，从该终端星座60、62对可再充电器件22进行充电。微控制器单元65可包括处理器和与处理器进行通信的存储器。处理器可执行存储在存储器中的指令以确定连接策略并控制开关64。开关64可将从多个终端星座60、62中的一个或多个接收的充电信号提供给整流器68，例如四路桥式整流器。因为不可能知道每个星座60、62的哪个(哪些)接触点66将接触正电极52以及每个星座60、62的哪个(哪些)接触点66将接触负电极54，整流器68可用于从具有未知极性的接触点66接收电力信号，并向调节器69提供所需极性的电力信号。调节器69可调节从整流器68接收的电力并将经调节的输出提供给可再充电电池单元70。

图3是示出根据本公开的代表性实施方式的用于对具有多个终端星座60、62的可再充电器件22的电池单元70充电的示例性方法300的流程图。图3的方法300的动作310-360可使用图1和2中所示的系统10的元件来执行，包括例如电源30、感测电路40、充电垫表面50、多个终端星座60、62、开关64、微控制器单元65、整流器68、调节器69和可再充电电池单元70。例如，系统10可布置成提供冗余。某些实施方式可省略一个或多个动作，和/或以与列出的顺序不同的顺序执行动作，和/或组合下面讨论的某些动作。例如，在本公开的某些实施方式中可不执行一些动作。作为另一实例，某些动作可以以不同的时间顺序执行，包括同时执行，而不是下面列出的。

最初，可充电器件22的多个终端星座60、62可放置在充电垫表面50上，以在多个终端星座60、62的接触点66与垫电极52、54之间形成直接电连接。多终端星座60、62可包括主终端星座组和辅冗余终端星座组。开关64可由微控制器单元65控制从主终端星座组接收充电信号。

接下来，在310处，开关64可将所接收的充电信号提供给整流器68。在320处，微控制器单元65可监控整流器68以确定主终端星座组的接触点66是否是可操作的。如果主终端星座组的接触点66是可操作的，则在330处，整流器68可复正所接收的充电信号的极性，并且可将正和负电力信号提供给调节器69。调节器69在335处然后可用其调节的输出对可再充电电池单元70进行充电。

如果主终端星座组的接触点66是不可操作的，则在340处，微控制器单元65可控制开关64从辅冗余终端星座组接收充电信号。然后，开关64可将来自辅冗余终端星座组的充电信号提供给整流器68。微控制器单元65在350处可监视整流器68以确定辅冗余终端星座组的接触点66是否可操作。如果辅冗余终端星座组的接触点66是可操作的，则在330处，整流器68可复正充电信号的极性，并且可将正和负电力信号提供给调节器69。调节器69在335处随后可用其经调节的输出对可再充电电池单元70进行充电。如果辅冗余终端星座组的接触点66是不可操作的，则微控制器单元65在360处可提供通知。例如，微控制器单元65可照亮错误灯，可发出警报，或者可显示消息等，以便通知用户充电系统10是不可操作的。

图4是根据本公开的代表性实施方式的具有多个终端星座60、62的示例性电池组120的底部透视图。如图4中所示，为方便起见，提供了第一和第二点星座组60、62。

图5示出了根据本公开的代表性实施方式的具有多个终端星座60、62的示例性电池组130的前透视图和后透视图。参考图5，例如，可在电池组130的前部和后部提供一个或多个终端星座60、62。在各种实施方式中，根据电池组130的几何形状，额外的点组可提供在电池组130的不同面使得电池组130的每个不同面能够以将各个接触点66电连接到充电垫表面50的电极52、54的方式放置在充电垫表面50上。

图6是根据本发明的代表性实施方式的具有多个终端星座60的示例性电力140的透视图。如图6所示，一个或多个终端星座60可放置在器件本身上，诸如电力140或任何合适的器件。在电池上提供一个或多个终端星座的优点是在充电时不必从工具140移除电池。然而，取决于工具140的几何形状，当仍然连接到工具140时，例如图6中所示的往复锯，将电池向下放置在充电垫表面50上可能是困难或不方便的。在这种情况下，各种实施方式在工具主体的表面上提供一组或多组接触点66，这可能更方便。如上面参考图1和图2所述，附加的点组可直接连接到可再充电器件22中的主要组，或者通过开关64连接，开关64根据情况选择适当的星座组，并且连接策略可由微控制器单元65使用替代逻辑控制。

在各种实施方式中，多个终端星座可以以多种方式在较高电压电池上实现，这些都提供了在多个终端星座中的每一个的每个接触点处具有较低电压或电流强度的优点。在示例性实施方式中，电池组内的电池单元可分成充电组。例如，包含四个单元(例如，每个～4v，串联连接以产生～16V)的电池组可具有两个充电组，每个充电组具有两个单元(例如，每两个单元总共约8v)。每个充电组可具有专用点组，其将连接到充电垫。在电池正在充电时，电池组内部可能存在开关以使充电组彼此解耦，并且连接策略可由微处理器使用替代逻辑件进行控制，因为单元通常在内部串联连接。因为有两个充电组，并且与具有单点组的系统相比，创建了更有效和安全的充电系统，因此以这种方式串联和电压除以2v到4v分区。在某些实施方式中，具有一个点组的系统可在多个充电组之间进行切换。例如，对于上面的两个充电组实例，可有两个点组连接到两个电池组。点组将在充电过程中在两个充电组之间切换。

图7是根据本发明的代表性实施方式的具有两个终端星座以分离充电电压的示例性电池充电系统的框图。参考图7，可使用两组点来分离充电电压。可基于充电与放电模式来切换电池组中的微控制器单元(MCU)以及电池管理系统(BMS)。

图8是根据本发明的代表性实施方式的示例性电池充电系统的框图，该系统具有两个用于分离充电电压的终端星座和两个冗余终端星座。参考图8，可使用前两组点来分离充电电压，并且前两组点中的每一组可具有单独的冗余点组以用于可靠性。

图9是根据本发明的代表性实施方式的示例性电池充电系统的框图，该系统具有两个用于分离充电电压的终端星座和一个冗余终端星座。如图9所示，前两组点可用于分离充电电压，并且另外一组冗余点可在桥式整流器之后基于开关逻辑有效地浮动到需要的位置。

图10是根据本发明的代表性实施方式的对具有串联连接的单元的电池组充电的示例性电池充电系统的框图。参考图10，基于串联充电的电池组的单元，一组点以基本上一半的充电速率时间执行充电。

尽管某些实施方式可描述在动力工具的背景下提供具有多个终端星座的导电充电，例如，除非如此要求保护，否则本发明的各个方面的范围不应限于电力并且可另外和/或者可选地适用于任何合适的器件。例如，某些实施方式为膝上型计算机、电动汽车或任何合适的器件提供星座/点式导电充电的高电压和/或高容量使用。

各种实施方式使用多个终端星座(也称为多点组)为单个电池和/或器件，诸如电力，充电。在某些实施方式中，多个点组可从接触立足点来创建冗余。如果一个点组(例如，4个接触点或多个接触点)没有完全接触并向四路桥式整流器或多个桥式整流器提供输入，则微控制器单元可切换到冗余的一组点。

本发明的各方面提供了一种通过例如在16V电池组将电压分成具有两组点的两半的情况下将电压基本上分成两半来最小化接触点处的电压的方法。该方法可使用更高电压的电池组(例如，60V电池组等)。

在某些实施方式中，通过分离电压使接触点处的电压最小化，并且可实现已经分离电压的每对点的一个或多个附加冗余点组。

在示例性实施方式中，可利用逻辑开关确定一组额外的冗余点，关于哪个分离的电压点组需要冗余。

在各种实施方式中，16V或任何合适的电压电池组可以以一半(例如，8V)或甚至更低的速率充电。尽管这种解决方案不那么复杂，但由于限制充电速率，充电时间基本上会加倍。虽然充电速率正在降低，但电池组的放电速率不受影响。

尽管可结合优选实施方式描述根据本发明的器件、方法和系统，但是并不意图限于这里阐述的特定形式，而是相反，意图是包括这样的替代、修改和等同物，可合理地包括在由本公开和附图限定的本发明的范围内。

尽管已经参考某些实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并且可替换等同物。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的具体实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (19)

1.一种电池充电系统，包括：

垫，具有多个电极；和

器件，包括：

多个终端星座，所述多个终端星座包括主终端星座组和辅冗余终端星座组，所述多个终端星座中的每一个包括接触点的一种模式；

开关，被配置为选择从其接收充电信号的多个终端星座中的一个；

整流器，被配置为接收所述充电信号并产生电力信号输出；

微控制器单元，耦合到所述开关和所述整流器，所述微控制器单元被配置为确定在整流器处接收的与所述主终端星座组和所述辅冗余星座组中的一个对应的所述充电信号是否是可操作的，其中，如果由所述主终端星座组提供的所述充电信号是不可操作的，则所述微控制器单元控制所述开关从所述辅冗余终端星座接收所述充电信号；和

一个或多个可再充电电池单元，被配置为响应于接收所述电力信号输出而进行充电。

2.根据权利要求1所述的电池充电系统，包括电源，其中，所述垫被配置为从所述电源接收电力。

3.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，所述整流器被配置为接收具有未知极性的所述充电信号，并且产生具有期望极性的所述电力信号输出。

4.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，所述整流器是四路桥式整流器。

5.根据权利要求1所述的电池充电系统，包括调节器，所述调节器被配置为调节提供给所述一个或多个可再充电电池单元的所述电力信号输出。

6.根据权利要求1所述的电池充电系统，其中，如果所述多个终端星座放置在所述垫的充电表面上，则所述多个终端星座中的一个或多个的所述接触点的所述模式的至少一部分提供到所述垫的所述电极的一部分的直接电连接。

7.权利要求1所述的电池充电系统，其中，如果由所述主终端星座组和所述辅终端星座组提供的所述充电信号是不可操作的，则所述微控制器单元提供错误指示，其中，所述错误指示是以下中的一个或多个：

错误灯的照明，

提供警报声，以及

显示错误消息。

8.一种对一个或多个可再充电电池单元进行充电的方法，所述方法包括：

由可再充电器件的开关选择从其接收充电信号的可再充电器件的多个终端星座中的一个，其中，所述多个终端星座包括主终端星座组和辅冗余终端星座组，所述多个终端星座中的每个包括接触点的一种模式；

由整流器接收所述充电信号；

由耦合到所述开关和所述整流器的微控制器单元确定在所述整流器处接收的与所述主终端星座组和所述辅冗余星座组中的一个对应的所述充电信号是否是可操作的，

如果由所述主终端星座组提供的所述充电信号是不可操作的，则由所述微控制器控制开关从所述辅冗余终端星座接收所述充电信号；

通过所述整流器产生来自所述充电信号的电力信号输出；并且

通过所述电力信号输出对所述一个或多个可再充电电池单元进行充电。

9.根据权利要求8所述的方法，包括在具有多个电极的所述垫处从电源接收电力。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：如果所述多个终端星座放置在所述垫的充电表面上，则在所述多个终端星座中的一个或多个的所述接触点的所述模式的至少一部分与所述垫的所述电极的一部分之间提供直接电连接。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，接收所述充电信号和产生来自所述充电信号的所述电力信号输出包括：接收具有未知极性的所述充电信号并产生具有所需极性的所述电力信号输出。

12.根据权利要求8所述的方法，包括由调节器调节提供给所述一个或多个可再充电电池单元的所述电力信号输出。

13.根据权利要求8所述的方法，包括：如果由所述主终端星座组和辅终端星座组提供的所述充电信号是不可操作的，则由所述微控制器单元提供错误指示，其中，所述错误指示是以下中的一个或多个：

错误灯的照亮，

提供警报声，以及

显示错误消息。

14.一种电池充电系统，包括：

器件，所述器件包括：

电池，具有分成多组单元的多个单元；

多个终端星座，其中，所述多个终端星座中的每一个与所述电池的所述多组单元中的一个对应，所述多个终端星座中的每一个包括接触点的一种模式；

开关，被配置为如果所述电池处于充电模式则解耦所述电池的所述多组单元，并且如果所述电池处于放电模式则耦合所述电池的所述多组单元；以及

微控制器单元，被配置为控制所述开关在所述充电模式和所述放电模式之间的切换。

15.根据权利要求14所述的电池充电系统，包括：

电源，和

垫，具有多个电极，其中，所述垫被配置为从所述电源接收电力。

16.根据权利要求15所述的电池充电系统，其中，如果所述多个终端星座放置在所述垫的充电表面上，使得所述多个终端星座中的每一个提供充电信号，则所述多个终端星座中的一个或多个的接触点的所述模式的至少一部分提供到所述垫的所述电极的一部分的直接电连接。

17.根据权利要求16所述的电池充电系统，包括整流器，所述整流器被配置为从所述多个终端星座中的每一个接收具有未知极性的所述充电信号，以产生具有期望极性的对应的电力信号输出。

18.根据权利要求17所述的电池充电系统，其中，所述整流器是四路桥式整流器。

19.根据权利要求17所述的电池充电系统，包括调节器，所述调节器被配置为调节从所述整流器接收的每个所述电力信号输出，并向所述电池的所述多组单元中的每一个提供调节后的输出。