CN1415132A - 经过线性或非线性接口对电池有效充电的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统包括第一机构，所述第一机构接收反馈信号，并当反馈信号表示电池未充足电时，经过第一电气路径把充电信号提供给电池。第二机构经过第二和第三电气路径测量电池的电压状态，并响应其把电压状态作为反馈信号提供给第一机构。在特定实施例中，第一机构是可控制的电源，而第二机构是传感电路。传感电路包括减法器电路，所述减法器电路从第三电气路径上的电压减去第二电气路径上的电压，并响应其提供反馈信号。第二电气路径包括连接在减法器电路的第一端子和电池的正端子之间的导线。

Description

经过线性或非线性接口对电池有效充电的系统和方法

发明背景

发明领域

本发明涉及电池充电系统。尤其，本发明涉及经过具有线性或非线性特性的电缆和接口对蜂窝电话电池进行充电的系统和方法。

现有技术的描述

当对蜂窝电话和一般消费电子产品的需求增长时，对有效的电池、电源和电池充电机构的需求也增长。对于在蜂窝电话中使用的电池，有效的充电机构特别重要，在蜂窝电话中，经常每天要对电池进行充电。

经常通过一种附件对蜂窝电话的电池进行充电，所述附件使在充电的同时使用电话成为可能。附件可以包括充电器，所述充电器连接到在汽车喇叭或其它位置处的电源，并通过电缆把电流提供给蜂窝电话中的电池。通常把另外的电子接口置于电缆和电话电池之间的电话中。充电器向电池提供电流，直到从充电器的输出端子处测量到的跨越电池的电压降达到充电电池指出的预定电压。然而，许多传统的充电电源都未能计算跨越电缆和任何电子接口的电压降。结果，这种电源一般不能使电池充足电。

许多较新的电池充电电路试图通过结合另外的恒定电压因子来计算跨越电缆和电子接口的电压降，所述恒定的电压因子表示跨越电缆和电子接口的估计电压降。例如，如果估计电压降是0.2伏，电池充足电时读出4.0伏，则充电电路将对电池充电，直到充电电路端子之间的电压接近4.2伏。然而，如果估计电压降大于实际电压降，则可能导致电池的过度充电。

通常，跨越电缆和任何附加电子接口的电压降是电流和温度的非线性函数。结果，当来自电源的电流改变时，或当电缆和接口的温度改变时，估计电压降，即恒定电压因子，很快地变成不正确。这可能导致电话电池的过度充电或充电不足。

另一方面，电源可以包括控制电路，当电池充足电时，该控制电路可以降低流过电缆的电流。通过降低流过电缆和任何相关联接口的电流，降低了跨越电缆和接口的电压降，这降低了由电压降引起的充电误差。然而，当流过电缆和接口的电流减少时，使电池充足电所需要的时间增加。例如，在电池和充电端子之间没有电缆或电子接口的标准台式充电器可能要两小时使电话电池充足电，而通过线性或非线性电缆或电话接口对电池充电的对比充电附件可能要四小时。所需要的附加充电时间是不方便的，而且仍可能导致电池的过度充电。

因此，在技术领域中存在对于系统和方法的需求，所述系统和方法用于快速和正确地对电池充电，而同时计算跨越充电器和电池之间的线性或非线性电路的任何电压降。

发明概要

本技术领域中的需求针对经过本发明的线性或非线性电路对电池充电的系统。在示例实施例中，本发明系统适用于与蜂窝电话电池一起使用，并包括第一机构，所述第一机构用于接收反馈信号和当反馈信号表示电池未充足电时，通过第一电气路径把充电信号提供给电池。第二机构通过第二和第三电气路径测量电池的电压状态，并响应它把电压状态作为反馈信号提供给第一机构。电压状态计算经过线性或非线性电路发生的电压降。

在示例实施例中，第一机构是电源，所述电源具有调节输出电压的机构，而第二机构是传感电路。传感电路具有减法器电路，用于从第三电气路径上的电压减去第二电气路径上的电压，并响应其提供反馈信号。第二电气路径包括连接在减法器电路第一端子和电池正端子之间的导线。第二电气路径还包括连接在电源输出端和减法器电路第一端子之间的第一电阻器。第一电阻器的电阻值比线性或非线性电路的电阻值大几个数量级，而比减法器电路的输入阻抗小几个数量级。第三电气路径包括连接在减法器电路第二端子和电池负端子之间的导线。第三电气路径包括连接在地和减法器电路第二端子之间的第二电阻器。第二电阻器的电阻值比线性或非线性电路的电阻值大几个数量级，而比减法器电路的输入阻抗小几个数量级。

使用第一和第二电阻器促进了本发明的新颖设计，所述第一和第二电阻器便于确定跨越线性或非线性电路发生的电压降。在减法器电路的输入处计算这个电压降，所述减法器把电池的电压状态的正确测量作为输出提供给电源。

附图简述

图1是适于与香烟插座电源适配器和蜂窝电话一起使用的传统电池充电附件的图；

图2是本发明的对电池充电的系统的图。

本发明的描述

虽然这里参考特定应用的示例实施例描述本发明，但是应该理解本发明不限于这些。本技术领域中具有一般技能的技术人员和接触这里所提供学说的人员会理解，另外的修改、应用和实施例在本发明的范围内，并且本发明在另外的领域中可以有重大的作用。

以下对传统充电电源的工作的回顾试图促进对本发明的理解。

图1是传统电池充电附件10的图，所述充电附件10具有香烟电源适配器12和充电器14。附件10可以适于与蜂窝电话16一起使用。通过双线电缆20和非线性电路22把充电器14连接到在蜂窝电话16中的电池18。双线电缆20包括连接到第一非线性电路26的正导线24，第一非线性电路26依次连接到电池18的正端子。双线电缆20还包括连接到第二非线性电路30的负导线28，第二非线性电路依次连接到电池18的负端子。

在操作中，充电器14经过双线电缆20和非线性电路22把功率提供给电池18。一旦在充电器14的端子处测量到的电池18端子之间的电压达到预定电压时，就认为电池充好电。

充电附件10不能计算双线电缆20和非线性电路22引起的电压降。当充电电流从充电器14流到电池18时，跨越双线电缆20和非线性电路22产生电压降。电压降是流过双线电缆20和非线性电路22的电流以及双线电缆20和非线性电路22的阻抗的函数。电流可以随电池18的充电状态而变化，而阻抗可以随温度而变化，使得难以预测和补偿电压降。结果，附件10可以使电池18充电不足或过度充电。此外，由于充电器14没有能力测量由双线电缆20和非线性电路22引起的电压降或功率消耗，所以充电器14对电池18的充电可能需要附加的时间。

图2是根据本发明学说构成的系统40的图，所述系统用于对电池18进行充电。系统40包括通过四线电缆44连接到蜂窝电话16的附件42。附件42包括充电电源46、减法器电路48、第一电阻器R1和第二电阻器R2。通过第一电缆导线50把充电电源46的输出端并联地连接到第一电阻器R1的一端和第一非线性电路26。把第一电阻器R1的另一端连接到第二电缆导线52和减法器电路48的第一输入端54。第二电缆导线52把减法器电路48的第一输入端54连接到电池18的正端子，该正端子还连接到第一非线性电路26的输出端。把减法器电路48的第二输入端56连接到第三电缆导线58和第二电阻器R2的一端。第三电缆导线58把减法器电路48的第二输入端56连接到电池18的负端子，该负端子还连接到第二非线性电路30的输入端。把第二电阻器R2的另一端并联地连接到充电电源46、减法器电路48的公共地，以及第四电缆导线60，第四电缆导线还连接到第二非线性电路30的输出端。因此，通过第四电缆导线60把第二非线性电路30的输出端连接到地。减法器电路48的输出端向充电电源46提供输入。

在操作中，充电电源46通过第一电缆导线50和第一非线性电路26把充电电流提供给电池18的正端子。选择第一电阻器R1，使它的值比第一电缆导线50和第一非线性电路26的组合电阻大几个数量级。结果，几乎没有电流流过第一电阻器R1，而是流过第一电缆导线50和第一非线性电路26。跨越电阻器R1的电压降提供了第一电缆导线50和第一非线性电路26上所发生电压降的测量值。把关于这个测量值的信号提供给减法器54的第一输入端，所述减法器电路的输入阻抗比第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻值大几个数量级。在本特定实施例中，第一电阻器R1的电阻值约为500欧姆，而减法器电路48的输入阻抗约为两兆欧。

相似地，选择第二电阻器R2，使之相对于第四电缆导线60和第二非线性电路30的组合电阻是较大的，并且选择第二电阻器R2，使之相对于减法器电路48的输入阻抗是较小的。结果，几乎没有电流流过第二电阻器R2。跨越第二电阻器R2的电压降表示跨越第四电缆导线60和第二非线性电路30的电压降。

第二电缆导线52和第三电缆导线58是传感导线62，几乎没有电流流过导线62。作为低电流流动的结果，几乎没有电压降跨越第二电缆导线52或第三电缆导线58，并且减法器电路48向充电电源46提供的，第二电缆导线52和第三电缆导线58之间的电压差表示电池18的电压状态的实际测量值。充电电源46通过将电流导向第一电缆导线50并穿过第一非线性电路26继续对电池18进行充电，直到电池18的电压与预定的电压电平相匹配，即，表示电池充足电的状态，如通过减法器电路48的输出所指示。预定电压是专用的并依赖于被充电电池的类型。

因此，小的传感电流从充电电源46的输出端通过第一电阻器R1流到电池18的正端子。跨越第一电阻器R1的电压降表示跨越第一电缆导线50和第一非线性电路26的电压降以及蜂窝电话16中不管是如何产生的任何其它有关的电压降。把这个电压降信息提供给减法器电路48的第一输入端54。

相似地，小的传感电流流过包括第三电缆导线58和第二电阻器R2的返回路径。跨越第二电阻器的电压降表示跨越第四电缆导线60和第二非线性电路30的电压降。把这个电压降信息提供给减法器电路48的第二输入端56。减法器电路48的输出是电池18的电压状态的正确测量值，把它反馈回充电电源46。

经过第一电缆导线50和第一非线性电路26把功率提供给电池18，直到减法器电路48的输出端表示的电池18电压状态已达到预定的充电状态。通过正确地计算第一电缆导线50和第一非线性电路26上产生的电压降，以及第四电缆导线60和第二非线性电路30上产生的电压降，系统40允许对电池18进行正确和有效的充电。结果，可以使电池18快速和有效地充电而没有过度充电和充电不足的危险。

如果附加传感电缆导线62之一断开，即第二电缆导线52或第三电缆导线58断开，则根据哪个电缆导线断开，系统40将计算跨越第一电缆导线50和第一非线性电路26产生的电压降，或跨越第四电缆导线60和第二非线性电路30产生的电压降。如果两根传感导线62都断开，则系统40以相似于图1的传统系统10的方式操作。

熟悉本技术领域的人员会理解，可以用诸如直铜导线之类的不同类型的电路来代替非线性电路，而不偏离本发明的范围。此外，电池18可以是蜂窝电话电池之外的不同类型的电池。

在本技术领域中众知诸如充电电源46之类的开关充电电源，并得到广泛的使用。充电电源46可以通过香烟电源适配器、墙壁插座或其它电源得到功率。通过差分运算放大器可以容易地实施减法器电路48，这为本技术领域所公知，并得到广泛的使用。

在本特定实施例中，实施充电电源46作为开关充电电源，通过来自减法器电路48的反馈可以选择地控制它的输出电压。熟悉本技术领域的人员会理解，可以使用其它类型的充电电源而不偏离本发明的范围。例如，实际上可以使用提供可调节电压输出的任何类型的充电电源。

因此，这里已经参考特定应用的特定实施例描述了本发明。本技术领域中具有一般技能的技术人员和接触这里所提供的学说的人员会理解本发明范围内的另外修改、应用和实施例。

因此，打算通过所附的权利要求书覆盖本发明范围内的任何和所有这种应用、修改和实施例。

Claims (28)

1.一种经过线性或非线性电路对电池进行充电的系统，其特征在于，包括：

第一装置，用于接收反馈信号，并当所述反馈信号表示所述电池未充足电时，经过第一电气路径把充电信号提供给所述电池；以及

第二装置，用于通过第二和第三电气路径测量所述电池的电压状态，并响应其把所述电压状态作为所述反馈信号提供给所述第一装置，所述电压状态计算所述电路上发生的电压降。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一装置是电源，而所述第二装置是传感电路。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电源包括一种提供可调节的输出电压的装置。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感电路包括减法器电路，用于从所述第三电气路径上的电压减去所述第二电气路径上的电压，并响应其提供所述反馈信号。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二电气路径包括连接在所述减法器电路第一端子和所述电池正端子之间的导线。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二电气路径包括连接在所述电源输出端和所述减法器电路的所述第一端子之间的第一电阻器，所述第一电阻器的电阻值比所述电路的电阻值大几个数量级，而比所述减法器电路的输入阻抗小几个数量级。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第三电气路径包括连接在所述减法器电路第二端子和所述电池负端子之间的导线。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第三电气路径包括连接在地和所述减法器电路的所述第二端子之间的第二电阻器，所述第二电阻器的电阻值比所述电路的电阻值大几个数量级，而比所述减法器电路的输入阻抗小几个数量级。

9.一种用于对电池充电到预定电压的系统，其特征在于，包括：

用于响应输入信号提供输出电流的电源；

用于把所述输出电流从所述电源导向所述电池的电路；

用于确定跨越所述电路的电压降的装置；

用于提供表示所述电池状态的信号的装置，所述信号是所述电压降的函数，并作为所述输入信号提供给所述电源。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电源包括一种用于提供可调输出电压的装置。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述电源具有输出端子。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述电路包括具有第一电气传感路径的电缆，所述电源电气传感路径连接在所述正输出端子和电池正端子之间。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一电气传感路径包括第一传感电阻器。

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述电缆进一步包括连接在所述正输出端子和所述电池正端子之间的正充电路径。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述正充电路径包括第一非线性电路。

16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述电路包括具有第二电气传感路径的电缆，所述第二电气传感路径连接在所述负输出端子和电池负端子之间。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述第二电气传感路径包括第二传感电阻器。

18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述电缆进一步包括连接在所述正输出端子和所述电池正端子之间的负充电路径。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述负充电路径包括第二非线性电路。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，把所述电池的正端子连接到减法器电路的第一端子。

21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，把所述电池的所述负端子连接到所述减法器电路的第二端子。

22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述减法器电路的输出端对应于所述电源的所述输入信号。

23.一种把电池充电到预定电压的系统，其特征在于，包括：

用于响应输入信号提供输出电流的电源；

用于把所述输出电流从所述电源导向所述电池的电路；

用于确定跨越所述电路的电压降的传感电路；以及

减法器电路，用于从所述电池的输出电压状态减去所述电压降，并响应其提供表示所述电池状态的信号，将所述信号作为所述输入信号提供给所述电源。

24.一种把电池充电到预定电压的系统，其特征在于，包括：

第一装置，用于提供充电信号；

第二装置，用于把所述第一装置连接到所述电池，所述第二装置引入所述充电信号的替换；

第三装置，用于测量所述替换信号，并响应其提供表示所述电池输出状态的信号；

第五装置，用于将所述输出状态和所述预定电压进行比较，并响应其提供控制信号；

第六装置，用于响应所述控制信号选择地调节所述第一装置，以选择地改变所述充电信号。

25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，通过电源实施所述第一、第五和第六装置，所述电源具有一种用于提供可调输出电压的装置。

26.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述充电信号是预定电流。

27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第二装置包括电缆，而所述替换是降低所述预定电流，所述替换对应于所述第一装置和所述电池之间的电压降。

28.一种经过线性或非线性电路对电池进行充电的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

接收反馈信号，并且当所述反馈信号表示所述电池未充足电时，经过第一电气路径把充电信号提供给所述电池；以及

通过第二和第三电气路径测量所述电池的电压状态，并响应其把所述电压状态作为所述反馈信号提供给所述第一装置，所述电压状态计算所述电路上产生的电压降。

Images