CN1107988C - 具有识别电路、实时时钟及鉴别能力的充电电池组 - Google Patents

Abstract

一种用于识别特定电池组(10)的装置包括至少一个具有特定电阻值的电阻(R1，R2……Rn)，以及一个监测单元(12)用于读出至少一个电阻(R1，R2……Rn)的特定电阻值，从而确定电池(10)的特殊标识。

Description

具有识别电路、实时时钟及鉴别能力的充电电池组

                        背景技术

本发明涉及电池装置，特别是涉及这样一种电池装置，它具有用于识别特定电池的装置、实时时钟，以及用于鉴别电池的装置。

与普通使用的电池相比，充电电池有许多优点。例如，充电电池在大多数应用中具有较低的寿命消耗。

然而，充电电池也有一些缺点。例如，每当电池被使用或充电时，在电池内部会发生材料的物质转换。尽管设计者都希望电池内所含材料的分布不随时间而变，但在实际中不可能设计出这种电池。充电循环次数的增加会使电池内部的材料出现不均匀的分布，从而带来故障的风险，例如会导致电池内部的短路。减少电池故障的风险是很重要的，因为任何这种风险都是对电池附近的人员和物质的一种潜在的威胁。

当今，电池制造商试图通过过压排气孔，防爆密封等手段来降低风险。一种降低故障风险的方式是在充电电池的寿命范围之内仅允许有限次数的充电循环。换句话说，电池的寿命可以用充电循环次数或最大充电时间来限定。在使用这类电池时，需要考虑环境因素，例如可以用热量来计算可以使用的充电循环次数。

Eaves的美国专利第5,136,620号公开了一种用于累加计算电池充电循环的电子计数装置。然而，该计数装置由一个向用户输出计数值的显示器构成。用户必须知道计数值对电池寿命的意义，但没有能使电池所连接的应用电路或充电设备接收这一信息的机构。

电池与充电电路的其他现有技术组合是用简单的方式来识别电池的特定等级或系列(参见Patino等人的美国专利5,184,059号和Lee的美国专利5,200,686号)，或是用电池组内部的复杂构造来确保以最佳的方式处理具体的一个电池组(参见Koenck的美国专利第4,553,081号，Soklia的美国专利第5,057,083号，Bauer等人的美国专利第4,965,738号，以及Lemelson的美国专利第4,289,836号)。然而，这些装置没有为每个电池组提供易于产生和识别的高度概率性特征，以便让充电的和/或用电装置有可能识别一个特定的电池。

现有充电电池的另一个问题是由非专业厂商制造的电池在市场上的销售而造成的。特别是那些由充电电池供电的便携设备的制造商想要向市场提供他们自己的电池。这是从商业和技术两方面考虑的结果。如果用户从非专业厂家购买电池，由于这种电池不适合原有的电池充电器，有可能不够安全。

例如，在美国专利4,593,409号由Miller公开了一种报警和保护电路装置，适合与双向便携式收发信机组合使用，收发信机上设有一个可拆卸的电池组/天线，它包括一个容纳天线设备的电池壳。在电池壳内部封装了一个电路，用于提供指示天线或电池的某些预定参数的信息。收发信机在电池组/天线使用不当的情况下可以用这种信息向用户发出警告。然而，这样做需要提供独立的电路，因而会增加电池组的尺寸和费用。

在Burke的美国专利5,248,929号中公开了一种包括电池时间监视器的蜂窝电话，监视器上具有实时时钟。该专利的说明书中使用电池时间监视器向用户提供可视的反馈，指示出蜂窝电话的剩余工作时间量，以便使用户在电池放完电之前能确定下次通话能持续多长时间。然而，这就需要在蜂窝电话内用独立的电路监视电池。另外，由于时钟是由蜂窝电话电路提供的，如果电池完全被放完电了，实时时钟就有可能丧失精确计时的能力。

                        发明内容

本发明克服了上述的缺点。

本发明的目的是实现对电池组的瞬时识别，并用这种识别来控制对电池的再充电。

本发明涉及一种电池组，它可以随时识别电池组，并且通过这种识别来控制电池的充电。按照本发明，为每个电池组提供一个易于产生和识别的具有高度概率性的特征，使得充电器和/或用电池供电的装置能识别特定的电池。在电池组内还提供了实时时钟。另外，本发明还提供了一种电池识别系统，它可以很容易地识别出伪造的电池组。

本发明提供了一种特定电池组的识别和再充电装置，它包括：至少一个一定电阻值的电阻器；监测部分，接至少一个电阻器，供读取至少一个电阻器的一定阻值，从而确定电池组的特定标志；控制部分，根据检测部分控制电池组的再充电操作，具有电池组剩余使用寿命测定器，供根据经监测部分识别过的电池组上进行的充电循环次数据和电池组在各放电循环的放电电平确定电池组剩余的使用寿命；电路部分，接电池组，以便可以对电池组进行再充电；和短接部分，供根据测定部分短接电路部分以防电池组再进入充电状态。

本发明还提供了一种日期和时间信息提供装置，用以给使用电池组的应用电路提供日期和时间信息，它包括：一个实时时钟，设在电池组上；和时钟信息提供部分，用以将实时时钟来的实时时钟信息提供给接电池组的应用电路。

按照本发明的一个实施例，提供了一种对特定电池组的充电进行控制的装置，该装置包括用于识别特殊电池组的装置，以及监测装置，用于响应上述识别装置，有选择地允许和禁止特定电池组的充电。

按照本发明的一个实施例，提供了一种能向使用电池组的应用电路提供数据和时间信息的装置，该装置包括设在电池组内的实时时钟，以及用于从实时时钟向电池组所连接的应用电路提供实时时钟信息的装置。

按照本发明的一个实施例，提供了一种用于控制应用电路操作状态的装置，该装置包括用于验证已连接到应用电路的那个电池组的可靠性的装置，该验证装置包括用于存储电池组和应用电路所具有的预定数学公式的装置；产生随机数字的装置；使用随机数字按照电池组的数学公式计算第一结果的装置；使用随机数字按照应用电路的数学公式计算第二结果的装置；以及用于比较第一结果和第二结果，并且输出一验证信号的装置，该装置还包括一个响应上述验证装置的装置，当验证信号指示出第一结果不等于第二结果时用于把应用电路置于非操作状态。

熟悉本领域的人员根据以下结合附图对本发明实施例结构的详细描述可以更清楚地认识到本发明的其他目的、特征和意图。

                    附图的简要说明

以下将参照附图用举例的方式对设备的最佳实施例做出详细描述，从中可以看出本发明的用途。

图1示出了按照本发明一个最佳实施例的电池组的示意性结构；

图2示出了用于实施本发明一个实施例的流程图；

图3A示出了本发明另一实施例的实施方案；

图3B是沿着图3A中3-3线方向的截面图；

图4是本发明的又一个实施例；

图5是本发明再一实施例的示意图；以及

图6是用于实施本发明一个最佳实施例的流程图。

                        详细的说明

按照本发明，在充电电池的寿命期间只允许有限次数的充电循环。如图1所示，按照本发明的一个最佳实施例，在充电装置(例如一个未示出的独立充电器)或用电池供电的设备(例如一个未示出的蜂窝电话、寻呼机或是摄像机)中设置监测单元。该监测单元能够识别特定的电池。在识别出一个特殊的电池个体之后，充电装置或用电池供电的装置仅接受有限次数的充电循环。有效循环的次数是根据制造商或独立的实验室做出的测试来确定的。在各种电池型号的循环次数中要考虑到安全系数，这种安全系数可以通过实验数据来选择。为不同电池型号设定有效循环次数的方式是普通技术人员很容易做到的。

这种监测电路12的实例之一如图1所示。在每个电池组10中装设N个电阻，N的最小值为1。电阻的范围从0到∞欧姆。如图1所示，电阻R1和R2被连接在电池装置10表面上可以接触到的连接器C1、C2和C3之间。一或多个连接器可以连接到一个以上的电阻或电池的任一其他部分，例如“+”极。这样，一或多个电阻的阻值就可被用做识别特定的个体电池的“指纹”，并且可被用做允许对特定电池组再充电的钥匙。

例如，若在E-12系列中选择两个电阻，就可以有3,000种具有不同电阻值的组合。这样就提供了明显的特征，使充电电路能利用很小的区别来识别特定的电池。

在选择电阻数量N时需要考虑几个因素。这些因素包括实际经验以及电池用电装置的使用者没有得到具有各组电阻值的两个以上电池的所需概率。各个电阻值的最佳范围是0到100KΩ以及开路电阻。

按照本发明的一个最佳实施例，监测电路12包括一个连接到电阻以及电池装置的端子单元或连接器C1、C2及C3的模-数(A/D)转换器14。A/D转换器14的输出把电阻值的数字等效值提供给中央处理单元

(CPU)16。CPU16被连接到用于存储与特定电池有关的再充电信息的存储单元18。存储单元18可以是非易失性存储器，或是由电池组或独立的外部电源供电的易失性存储器。按照一个实施例，存储单元18是一个易失性存储器，它需要相对小的电流，无论电池组的充电状态如何，都可以用电池组本身为其供电。

参考电阻值R_ref和参考电流I_ref的用处是使监测单元12能读出R1和R2的值，以便识别特定的电池。具体地说，电流I_ref流过R_ref、R1和R2，并且用A/D转换器14测量这些电阻两端的电压降。由R_ref产生的电压被输入A/D转换器14，用于允许监测单元12读出R1和R2的值，与电池的供电量无关。

报警单元20被连接到CPU16，以便通知使用者该电池组已经达到了其使用寿命的终点。报警装置20可以是声音报警、显示器、LED、振动报警或是任何其他适用的装置。

图2示出了用于实施本发明的流程图，该程序是由CPU16执行的。具体地说，把电池插入充电装置或是用电池供电的设备(步201)。采用I_ref测量R1和R2的电阻值(步203)，用I_ref在串联连接的电阻对R1、R2以及作为分压电路的电阻R_ref中的R1两端产生一个可以测量的电位差(电压降)。

在步205确定用电阻R1和R2作标志的个体是不是先前识别过的或是已知的电池。如果不是，就在步206记录该电池并将其标识存入存储单元18，并使存储器18增1以便对充电循环计数。或者是可以用存储器18来跟踪特定电池组经历的总充电时间。如果在步205中认定了特定的电池，步207就判断该特定电池是否还有有效的循环。如果有，就在与特定电池相关的存储单元18中增加1个循环计数(步209)。如果没有有效的循环，步208就发出报警或采用其他方式通知用户该特定电池的寿命已到。

参见图1，存储器18通过跟踪电池组经历的充电循环次数或是总充电时间来存储特定电池组的充电状态。设有向存储器报告充电状态的装置。如上所述，可以通过对电池组经历的充电循环次数计数或是跟踪该电池组经历的总充电时间来监视充电状态。信号装置22可以如图1所示设备在电池组的监测电路中，或是设在电池充电电路(未示出)中。如果把信号装置设在电池充电电路中，信号可以由局部独立总线或普通的放电线路来传送。每当电池组被连接到电池充电电路时，信号装置22就报告电池状态的变化。或是可以用信号装置22根据在每次充电周期中供给电池组的总电荷量来报告充电状态的变化。具体地说，每当电池组被充电时就监视总充电时间与电池输入电流的乘积，并且将点数发送给存储器18与先前存储的充电时间相加。当总充电时间达到预定的最大值时，就禁止继续充电，或是按上述方式向用户报警。

按照最佳的实施例，在步208可以用多种方式为用户指出电池的使用寿命时间还剩下几个循环，或是指出电池组的使用寿命已结束。具体地说，当电池组已达到了该电池组允许的预定放电循环次数时，或是当电池组的总充电时间已被接近或超过时，就发出一种指示。另一种方式是在显示器(未示出)上向用户提供信息，指示出电池的寿命已经接近终点，从安全角度考虑应该丢弃。这种信息可以用显示器上的发光信号、声音(蜂鸣声或语音)或是其他任何通常用来发出信息的方式来提供。还有一种方式是拒绝接受特定的电池个体，并用上一种方式向用户提供信息。第三种变更是可以破坏电池组中的某一电路元件，使特定的电池不能再被使用。如果需要，可以把这一结果的信息提供给用户。

按照第三种变更，可以用一个晶体管在电池的“+”和“-”端之间形成短路，使电池组内的熔丝熔断。以下要详细说明这一实施例。

图3A和3B示出了本发明的另一实施例。不使用第一实施例的电阻，而是把电阻印剂印在电池表面上的专用图形上。在电池组10外侧可以设置接触弹簧30，它接触电池组表面上的特殊点。按照图2所示的软件程序，可以用弹簧之间的电阻来识别和控制特定电池的充电过程。按照这一实施例，可以用一种条码或电阻条码来识别具体的电池组。

本发明的又一实施例没有用附图表示，它具有特殊的标记，例如磁性标记，设在靠近电池组表面的位置。可以用任何磁敏感元件来读出磁性标记，例如用霍尔元件或是这种元件的阵列向监测电路反馈所需的信息。

按照本发明的再一实施例，可以用近乎在触点图形中带有半导体芯片的那种智能卡那样的小型系列的“灵巧卡”来识别特定的电池组，例如用爱立信蜂窝电话中使用的那种“SIM”卡。在本例中，至少有两个连接器连接到电池组内侧的芯片，其中一个是供电连接器。芯片可以是最简单的结构，例如一个存储器，最好是一个非易失性的ROM，或是一个内部有序号的RAM。

图4示出了本发明的又一实施例，其中的电池组10′包括一个电路，该电路在达到或接近预定充电循环次数或是接近或达到预定的点充电时间时可以禁止对电池组进一步充电，或是用其他方式从安全角度来考虑禁止继续充电。如图4所示，该电路包括一个用于检测电池组10′充电过程的充电检测电路43、中央处理单元(CPU)47、存储器44以及一个备用电池或电容46。充电检测电路43可以由施密特触发器或模-数转换器构成。存储器44可以是易失性或非易失性存储器。如果使用非易失性存储器，就可以省去备用电池/电容46。在充电检测电路43和电池10′之间连接一个开关40，开关40可以采用FET晶体管42和二极管41。在一个变更例中可以省去二极管41。当CPU47判断出特定的电池已经达到了其充电容量时，就发出信号关断开关40，开关40使电池短路，从而禁止继续充电。

不难理解，上述实施方案可以通过把记录电池的充电状态改为记录其放电状态的方式来实现。根据本发明的示例，用放电控制方法实现本发明属于普通技术人员熟知的范围。

按照本发明，如果有必要对特定的电池保持跟踪，例如由于制造问题需要对产自某一特定厂家的所有电池组进行检查，该电路就能够指示出这些电池组。例如可以在应用设备的显示器或单独的电池组显示器上向用户显示由电阻提供的识别号码。

另外，按照另一实施例，受到热应力作用后的电池组比适当条件下使用的电池组的再充电循环次数低，经过较低的循环次数后就需要更换。在电池组内可设置一个温度传感器用于检测是否出现了热应力，并且可以指示给CPU。CPU就可以根据这种应力来控制特定个体电池所容许的有效再充电循环次数。

本发明的又一实施例如图5所示，其中在电池组内设有一实时时钟。该电路可以把实时数据提供给应用设备，例如是一个蜂窝电话。可以通过在电池组和应用设备上设置外部插头来提供实时数据。如果电池组是可充电型的，电池有可能已完全放尽了。这样就会使实时电路丢失实时信息。在这种情况下，不可能从应用设备输入数据和时间信息。

包括微处理器50、显示器52以及电压调节器54的蜂窝电话或其他应用设备向电路元件提供一个恒压源。晶体元件向实时时钟提供32KHz的信号。图5所示的电池组包括一实时时钟45、报警器58、32KHz晶体、以及一个算法及逻辑单元(ALU)59，可以用微处理器替代ALU59。

显示器52可以显示通过连接到应用电路的微处理器50的数据线从实时时钟获得的时间和数据。数据线连接到电池组内所设的第一插头，电池组连接到设在应用电路中的第二插头(在图5中用一个“圆点·”表示)。设在电池组内的一个内置报警器58例如是一个振动器或蜂鸣器，它可以根据实时时钟信息在预定时间被启动。该预定时间可以由电池组上的控制板48来设定(图4)，或是由电池充电器或应用设备中常用的控制板56来设定(图5)。

实时时钟还可被用于按照预定的方式启动或关断由电池供电的应用设备。关断时间的预定可以由电池组上的控制板或是应用设备常用的控制板来完成。应用设备中的微处理器50在实时时钟达到预定时间时将应用电路置于非操作模式，也就是关断应用设备。

按照一个实施例，可以用实时时钟控制电池组的再充电。具体地说，实时时钟可以按上述方式提供一种手段，以便对电池组经历的总充电时间计数。

为电池组本身增加时钟可以使本发明带来一个优点，由于时钟一直具有电能使时间在充电期间保持准确，就可以省去备用电池或电容。如果在电池组和电话或应用设备之间设有一或多个外部连接器，应用设备中的微处理器就可以与时钟电路相联系，从而有可能查询当前时间、设定报警器、以及设定时间。这种连接还可以在报警时通过时钟电路提醒微处理器。

在图6的流程图中示出了本发明的再一实施例。按照这一实施例，如图4所示的电池组的存储器和CPU可以与应用电路(未示出)中的存储器和CPU结合使用，以便使电池供电的应用设备或电池充电器能够从其他某些厂家制造的电池中间辨别出正确的电池。为了防止非专业厂商复制这种电子电路，存储单元44包含有数学公式，这种公式也是应用电路所知的，并且也存储在应用电路的存储器中(未示出)。

当应用电路接通时，它就从应用设备的存储器中提取存储的数学公式(步60)。同时，电池组10′从电池存储单元44提取存储的数学公式。由应用设备产生一随机码(步62)。该随机码被用做存储在电池组及应用设备中的数学公式的输入。在电池组中使用在步62中产生的随机码计算数学公式的第一结果(步64)。在应用设备中使用步62产生的随机码计算数学公式的第二结果(步66)。两个计算结果被提供给应用设备进行比较(步68)。如果第一结果不等于第二结果，就表示该电池组是一个伪造的电池组，并将应用设备置于非操作状态(步70)。当应用设备被置于非操作状态时，其原因可以通过显示或报警报告给用户。如果第一结果等于第二结果，就在步72允许应用设备操作。当应用设备被置于非操作状态时，其原因可以通过显示或报警报告给用户。

按照又一个实施例，对隐含在电池组中的一个数采用二进制加法来确定电池组的真伪。按照这一实施例，充电器或应用设备以串行方式向电池组发送一个数。电池组的CPU用二进制加法加上一个数并把结果送回监测单元、电池充电器、或是应用设备。经过二进制加法运算之后，由监测单元检查电池组的隐含数是不是可接受的一组数中的一个数。

上述的特殊实施例可以充分地反映本发明的主要特征，其他人很容易利用现有的知识在不脱离本发明基本原理的条件下对上述实施例进行修改并且/或是用于各种其他用途，因此，这种修改和应用应该被认为是属于与上述实施例等效的意义和范围之内。本文中采用的措词应被理解为说明的方式而不是为了加以限制。

Claims (34)

1.一种特定电池组的再充电控制装置，包括：

用于识别特定电池组的装置；

响应上述识别装置的监测装置，用于有选择地允许和阻止对上述特定电池组的再充电，上述监测装置包括确定装置，用于根据由上述监测装置识别的对上述电池组的充电循环次数和上述电池组在每次放电循环中的放电电平来确定上述电池组的剩余使用寿命；

连接到上述电池组的电路装置，用于使上述电池组再充电；以及

用于短路上述电路装置的装置，它响应上述确定装置，用于阻止对上述电池组再充电。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于上述识别装置包括：

至少一个具有特定电阻值的电阻；以及

上述监测装置读出上述至少一个电阻的特定电阻值，从而确定该电池组的标识，并且根据上述标识和上述被识别的电池组的剩余使用寿命有选择地允许或禁止再充电。

3.按照权利要求1的装置，其特征在于上述识别装置包括：

印在上述电池组表面上的特殊图形；以及

上述监测装置读出印在上述电池组上的特殊图形，从而确定该电池组的标识，并且根据上述标识和上述被识别电池组的剩余使用寿命有选择地允许或禁止再充电。

4.按照权利要求3的装置，其特征在于上述图形是用电阻印剂印刷的。

5.按照权利要求1的装置，还包括响应上述确定装置的装置，用于向用户报告上述电池组的使用寿命已接近或达到了终点。

6.按照权利要求5的装置，其特征在于上述报告装置包括发光信号、显示或是声音信号。

7.按照权利要求1的装置，其特征在于还包括响应上述确定装置的装置，当上述电池组的使用寿命接近或达到终点时，用于阻止被识别电池的进一步再充电循环。

8.按照权利要求1的装置，其特征在于还包括指示装置，它响应上述被短路的电路装置，向用户指示上述电池组的使用寿命已接近或达到了终点。

9.按照权利要求1的装置，其特征在于上述监测装置包括：

用于存储上述电池组的充电状态的存储装置；

用于向上述存储装置发出上述充电状态信号的装置。

10.按照权利要求9的装置，其特征在于上述发出信号的装置设在上述电池组内。

11.按照权利要求9的装置，其特征在于上述发出信号的装置设在充电电路内。

12.按照权利要求9的装置，其特征在于上述发出信号的装置每当上述电池组被连接到充电电路时就发出上述充电状态的变化信号。

13.按照权利要求9的装置，其特征在于上述发出信号的装置在每个充电周期中发出为提供给上述电池组的总电荷量的函数的上述充电状态的变化信号。

14.按照权利要求13的装置，其特征在于上述函数是电流乘以时间。

15.按照权利要求9的装置，其特征在于上述存储装置包括一个非易失性存储器。

16.按照权利要求9的装置，其特征在于上述存储器包括一个需要少量电流的易失性存储器，无论上述电池组的充电状态如何，上述电池组都可以为上述存储装置供电。

17.按照权利要求9的装置，其特征在于上述存储器包括一个连接到外部电源的易失性存储器。

18.按照权利要求13的装置，其特征在于上述存储装置包括一个连接到外部电源的易失性存储器。

19.按照权利要求9的装置，其特征在于上述发出信号的装置每当上述电池组被连接到放电电路时就发出上述充电状态的变化信号。

20.按照权利要求1的装置，其特征在于还包括：

设在上述电池组内的实时时钟；以及

从上述实时时钟向上述电池组所连接的应用电路提供实时时钟信息的装置。

21.按照权利要求20的装置，其特征在于上述提供装置包括：

设在上述电池组上的第一插头装置；以及

设在上述应用电路上并适合连接上述第一插头装置的第二插头装置。

22.按照权利要求20的装置，其特征在于还包括向上述实时时钟输入时间和数据信息的装置。

23.按照权利要求20的装置，其特征在于还包括设在上述应用电路中的装置，用于响应上述实时时钟去关断上述应用电路。

24.按照权利要求20的装置，其特征在于上述监测装置包括用上述实时时钟控制对上述电池组的再充电的装置。

25.按照权利要求20的装置，其特征在于还包括设在上述电池组上的显示器，用于显示时间和数据信息。

26.按照权利要求20的装置，其特征在于还包括设在上述电池组内的报警电路装置，用于在预定的时间关闭报警。

27.按照权利要求20的装置，其特征在于还包括用于把上述预定时间输入上述报警电路装置的控制板。

28.按照权利要求27的装置，其特征在于上述控制板设在上述电池组内。

29.按照权利要求27的装置，其特征在于上述控制板设在上述应用电路内。

30.按照权利要求26的装置，其特征在于上述报警电路装置是从声音报警、振动报警及视觉报警中选出的一种。

31.按照权利要求1的装置，其特征在于还包括：

用于检验连接到应用电路的电池组的可靠性的装置；以及

响应上述检验装置，用于把上述应用电路设置于非操作状态的装置。

32.按照权利要求31的装置，其特征在于上检验装置包括：

设在上述电池组和上述应用电路之内，用于存储预定数学公式的装置；

产生随机码的装置；

在上述电池组内用上述随机码计算上述数学公式的第一结果的装置；

在上述应用电路内用上述随机码计算上述数学公式的第二结果的装置；

用于比较上述第一结果和上述第二结果，并且输出检验信号的装置；以及

其中当上述检验信号指示出上述第一结果不等于上述第二结果时，上述设置装置就把上述应用电路设置到非操作状态。

33.按照权利要求32的装置，其特征在于还包括指示装置，用于在上述检验信号指示出上述第一结果不等于上述第二结果时指示出上述电池组是不可靠的。

34.按照权利要求33的装置，其特征在于上述应用电路是一个充电电路。