CN1610180A - 电池驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池驱动装置(1)，其带有至少一个用于两节电池(9)或蓄电池的电池轴(2)，其还具有用于确定并显示插入在电池轴中的电池(9)或蓄电池的充电状态的电子装置调节组件(4)，其中，在电池轴(2)中设置中央触点(8)，其用来测量电池(9)或蓄电池的单独电压，由此，在使用含有电子调节组件(26)的电池组(10)的过程中，通过中央触点(8)发生与电池驱动装置(1)的数据转移。本发明的特征在于，除电池轴(2)外，所述装置还含有用于与带有充电器电子调节组件(6)的充电器(3)连接的附加连接单元(25)，此外，在其中，中央触点(8)通过称作中央连接(11)的线路和线路调节器(5)与该电子装置调节组件(4)相连，而且如果在电池驱动装置(1)和充电器(3)之间建立起连接，开关(SW1)就断开该中央连接(11)。

Description

电池驱动装置

技术领域

本发明涉及工作于至少两个普通电池或充电电池(蓄电池)的电池驱动装置，其用装置确定并最终显示和/或存储电池或充电电池的充电状态，并分别在它们的电池轴(battery shaft)中设置用来测量电池或蓄电池的单独电压的中央触点(center contact)，由此，在使用含有电子调节组件(regulation electronics)的电池组(battery pack)的过程中，通过中央触点与电池驱动装置进行数据转移。

背景技术

这种装置可以从EP 0 786 821A中获知，普通电池被置于盒中，该盒适合于与电池组相同的槽。这种装置必须解决的问题是，除了“智能”电池组外，还存在着两种不同的“普通电池”而且应该被该装置区别对待。没有公开任何其它的连接可能。

美国专利5 646 508 A中披露了一种不同的装置，该装置涉及含有一个处理器的电池组，其可以与上述EP-A的装置或根据本发明的装置一起使用。为了安全起见，电池组的蓄电池串接了保险丝。

这样的电源为许多设备提供电流。这些设备包括数码相机、便携式摄录一体机、录音机、无线麦克风等等。对这些设备中的大多数而言，重要的或非常基本的是，获知其电源提供的状态以估计该电源是否能够提供预期电力。因此，已经开发出各种装置和方法来实现这一目的。一种解决方法来自AT 408 280 B，相当于美国6,344,730A，它们的内容作为参考并入本申请。这种以对电压和电源充电之间关系的获知为基础的已知解决方法，在普通电池中起作用，但是，由于充电电池(也称作蓄电池)有相当不同的类型和质量，这种方法总是会引起问题，因为这种关系并非充分可靠地为人所知或者对于这样的电源而言是不可预测的。

除了电池，还有所谓的电池组，电池组与它们的名字相反，它们不含普通电池，而是含有至少一个，通常两个或多个充电电池，而且含有用于监测并存储各种工作参数的电子电路，在该电路中，这些数据可以受到电池组上和该装置上特殊触点的查询，也因此需要特别设计的电池轴。

对于这样的装置而言，在多数情况下还存在专门的充电装置，即所谓的充电器，其既可以连接到可以提供电池组中的蓄电池的电池驱动装置上，也可以插入到已从装置中取下的蓄电池或电池组中。有的装置中可以插入多个电池组或蓄电池(后文中，只有在必要的时候才进行区分)，而且有的充电器可以同时给插入它们之中的蓄电池和处于与充电器相连的装置中的蓄电池充电。在不同的方法中，在充电器和装置之间的充电器插入过程中或在已插好的状态下，发生与电池组等的状态有关的数据交换。最后，有的充电器可以充当被供电装置的线电压装置(line voltage device)。本发明也涉及所有这些类型的充电器。

对这些当前的电源和对它们的监测与充电的基本要求是，信息在电池组和充电器(任选地也包括能够提供电池组的装置)之间进行交换，这通常是通过附加的线路和使用不同的总线系统实现的。在整个系列应用中，尤其是用于无线麦克风中，现在对于这类装置的电磁干扰有特别严格的要求，无论是从立法、标准或消费者要求来看都是如此。所用的总线系统，由于其侧缘特性(flank characteristics)，具有相对较高的干扰辐射，而且如上所述，这在许多应用领域都会产生问题。另一问题是对电池组和该装置之间附加触点的需要，因为，由于电池脱落的危险和对过/欠电压的电保护(ESD)，如果可能，必须避免电池轴区域的开口(opening)；附加的线路不仅意味着额外的成本，而且由于电池轴中的附加触点和附加开口而不可避免地成为问题点。

只用两节电池或蓄电池的装置类型是现有技术中已知的；当然可以采用更多的电池或蓄电池，在该情况下，相应的中央触点只需要成对设置即可。本发明被设想成也可采用于这样的配置方式。

本发明寻求一种上述类型的装置，其即使在插有电池或电池组时也可以与充电器或外部电源连接，而且在这种情况下也可以交换数据。此外，在优选实施例中，它应该能够避免对干电池或充电电池的盒等的需要，而且不应该有上述问题并在各种工作条件下能够完成其任务。

按照本发明，除所述电池轴外，该装置还含有用于与带有充电器电子调节组件(charger regulation electronics)的充电器相连接的附加连接单元，此外，在其中，中央触点通过称作中央连接的线路和线路调节器(line regulation)与所述电子装置调节组件(device regulationelectronics)相连，而且如果在电池驱动装置和充电器之间建立起连接，就用开关断开该中央连接。

在该方法中，中央触点不仅用于在使用普通电池的情况下的电压测量，还可以用于在使用电池组时进行数据转移，为实现此目的只需要在电池驱动装置的电子电路中采取轻微的改变或添加，基于下述说明，这是显而易见的。考虑到这类装置中不同电源的可用性，以此获得的空间增益和对附加缆线和附加触点的避免是相当有利的。

在一个特定的实施例中，所述电池轴具有用于插入两节普通电池(干电池)或充电电池的几何形状和大小。与该装置一起使用的电池组具有相同的几何形状，而且可作为代用品装入电池槽。该电池组可以伸出该槽以获得更大的体积和存储容量。

后文中，只提及两节电池或蓄电池以及一个电池组或电池轴，但是配置多个当然也是可行的，而且根据相应的可用空间和相应的电力需求，了解本发明内容的本领域技术人员可以容易地对其进行设计。上述措辞仅仅出于更易于理解的目的而用于下述说明。

附图说明

下文将参照附图进一步描述本发明，这些图仅仅示意性地表示了本发明的实施例。

图1为概括框图。

图2至5示出了根据本发明的电池驱动装置的四种不同工作状态。

图6示出了插有电池组的充电器的情况。

在这些图中，用来传输模拟信号或电力的线路以虚线表示，用来传输数字信号的线路以点线表示，用来传输这两种信号的线路以实线表示。

具体实施方式

图1仅仅示意性地示出了根据本发明的电池驱动装置1的框图，该装置带有电池轴2并附装有充电器3。如上所述，通常将普通电池、蓄电池(充电电池)或所谓的电池组插入电池轴2。该装置1含有电子控制调节组件(control and regulation electronics)4，该器件4含有所谓的线路调节器(line regulation)5，但该调节器5被画成独立的部分。

充电器3含有电子控制调节电路6，它控制或调节电流源或电压源7。充电器3通常还含有一个电池缝(battery slit)2’，其自然地具有在几何上相应于该电池缝或轴2的插入尺寸。

充电器3通过任何接触连接可以或者已经连接到装置1上，通过该连接既可以向电池轴2供应充电电流，还可以在充电器3的电子调节组件6和装置1的电子调节组件4之间进行数据交换。如上所述的这种数据交换在现有技术的充电器中是已知的，但是没有与如根据本发明的电池组的中央触点结合使用。

装置1有其自己的电流消耗设备，为了清晰明了，在该示例中没有示出该消耗设备；其可以是照相机、麦克风、耳机、录音机等。电池驱动装置的用途很多，而且还在增加。

图1，同样仅仅示意性地示出了本发明基本的装置1和充电器3的线路和组件：从装置1的电池部件2开始，有一条接地的负极接线和一条从阳极向所述电子调节组件4传导电池能的接线。在图1所示的工作状态中，还有一条接线，其连到受控电流源7、充电器3的电子调节组件6以及充电器3的电池缝2’的阳极。还通过该接线监测电池、蓄电池或电池组的电压。在所述状态(充电器3与电池驱动装置1相连)中，向充电器的电池缝2’中插入电池组会受到机械闭锁装置的阻碍，反之亦是，从而不能同时接上须经区别处理的两个电池组。知晓本发明内容的本领域技术人员自然能够容易地想出其它解决方法。

在中央触点8和线路调节器5之间还有一条电连接——由于可能使用单独的电池或蓄电池，该中央触点8被显示为双触点，但是在电流方面相当于单触点；而线路调节器5受电子装置调节器件4的控制，但在空间上当然也可以是组件4的一部分。一条称作中央连接11的线路，根据主导工作条件，传输数字信号或模拟信号，因此以实线表示。

在线路调节器5、充电器电子调节组件6和充电器3的中央触点8’之间存在只传输数据的数字连接。最后，在表示优选变量的所述实施例中，在充电器电子调节组件6和电子装置调节组件4之间还有一条直接连接，称作指令连接12，或“装置启动(device start)”。这样，充电器调节组件6可以通知电子装置调节组件4该装置被插入充电器(或与其相连)，并且该装置随后与充电器接合或者装置1的工作类型是适合的。

在说明书和权利要求书中使用了术语“电子装置调节组件”和“充电器电子调节组件”，尽管至少在某些工作类型中，呈现的是控制模式而非调节模式；引入该措辞是为了更易于理解，而不代表技术的或其它形式的限制。

下文将简要解释独立的图2至6，但是稍后只关注每个构造的功能和相应的工作状态。

图2示出了——在某种程度上比图1详细，但仍然是示意性的——在电池轴2中有电池9(两节电池)的装置1。通过作为线路调节器5的一部分的开关SW1，经由线路17向电子装置调节组件4供应中央电压(center voltage)。同样是线路调节器5的一部分的开关SW2与电容器13相连，该电容器充当ADC的缓冲器。此外，将数据接口所需的上拉电阻14断开以避免ADC测量的失真。在该构造中，连接25到充电器3的触点自然地导通。

由于插入电池9(两节电池)，以获得位于0.5V至2V之间的中央电压而确认“电池工作(battery operation)”。

图3示出了插有电池组10的情况，电子装置调节组件4通过低于0.5V的低中央电压检测该电池组，并因此允许数字数据流通过中央线路(center line)11。充电-调节-ONE-电线-接口(charge-regulation-ONE-wire-interfaces)的数据信号位于中央触点上，该信号通过SW1开关并经线路17通过电子装置调节组件4。SW2控制上拉电阻14的开关，该电阻产生导通-集电极-总线系统(open-collector-bus system)的高电平。将充当ADC缓冲器的电容器13断开，这样不会延缓数据协议。在电池组10中安装一个下拉电阻16，这意味着由装置1测得的中央电压低于0.5V，而且意味着在电池组中该特定状态占主导地位。电池组10中的电子调节组件26在从动模式下运行，而且只对询问作出反应。通过保险丝29保护电池组10以避免短路的后果，该保险丝优选地位于电池组的两个蓄电池之间。

图4示出了插有电池组10而且挂有充电器3的情况，即如图3所示的构造，只是另外多连入了充电器3。装置1中的线路装置启动(linedevice start)12上的电压进入，是通过装置1中的下拉电阻15和充电器3中的上拉电阻27所产生的，该电压进入由充电器3确认，例如通过内部ADC，而且意味着通过电源单元(power unit)23利用主动源的高电平遥控启动装置1，这在下文将进一步描述。上拉电阻28在这种工作模式下没有任何作用，稍后将参照图6描述其作用。

图5示出了插入电池轴2中的电池9和作为“数据接口(datainterface)”的充电器3的工作，它是通过测量中央电压和线路装置启动12上的电压，由电子装置调节组件建立的。启动程序与前述图4中所示相同。通过SW1从充电器3的中央触点的数据线路17上切断中央电压。在装置1和充电器3之间，在线路上进行未受到干扰的数据交换。SW2接通上拉电阻14，使得导通-集电极-总线系统被转换到高电平。如上所述，电容器13充当ADC缓冲器，并被断开以避免其所产生的对数据协议的延缓。

图6示出了在电池轴2’中插有电池组10的充电器3。含有电子调节组件6的充电器通过线路“充电+(charge plus)”22’上的电压改变识别出电池组10的接触。由于没有接触到装置1，其上拉电阻14缺失，因此在数据线路17’上安装一个上拉电阻28，这在其它类型的工作中无需考虑。线路装置启动12’未接触。

在接合过程中通过装置1检查对本发明有意义的单独工作参数，并在随后周期性地对其进行检查，从而确定是否连接了充电器。按照现有技术以普通方法检查其它工作参数诸如：废弃电池9、空电池轴2等，无需进一步解释。在检查过程中，发生下列情况：

I)如果线路装置启动12在启动时为低，关闭开关SW1，并通过经由指令线路20和21收到的指令将开关SW2与电容器13连接，且所述装置测量中央电压线路11上的中央电压，并根据测量结果作出反应：

A)如果中央电压低于0.5V，那么指令线路21被设置为低，并确认为如图3所示的电池组的工作情况。然后开始“电池驱动装置”1和“电池组”10之间的数据协议。

B)如果中央电压高于0.5V，那么确认为电池工作于两节电池9，且指令线路21保持为高，如图2所示的情况。然后通过电池电压估计剩余时间，例如，根据专利AT 408 280 B(US 6,344,730A)。

II)如果线路装置启动12在启动时为高，经由指令线路20和21关闭开关SW1并将开关SW2与电容器13连接，该装置测量中央电压，并根据测量结果作出反应：

A)如果中央电压高于2V，开关SW2通过指令线路21与上拉电阻14连接，确认为如图4所示的有充电器的电池组的工作情况。然后充电器3接管支配功能，而“电池驱动装置”1转换到从动模式，并等待发自充电器3的指令。

B)如果中央电压低于2V，确认为电池工作于两节电池9和充电器3；开关SW2经由指令线路21与上拉电阻14连接，开关SW1经由指令线路20开启，这种情况如图5所示。因此，充电器和“电池驱动装置”之间的数据线路与中央触点分离，使得可以在两装置之间进行不受干扰的数据交换。充电器3接管支配功能，而且“电池驱动装置”转变为从动模式，并等待发自充电器的指令。

III)如果线路装置启动12在工作过程中达到高状态，根据工作类型，分别从(I-A)转换成(II-A)或从(I-B)转换成(II-B)。

通过规定的限制电压可以确认并考查上述各单独的情况，这些限制电压可以通过结合对电子调节组件4、6和泄漏电流的阈值的考查，对电阻进行相应的计算来确定或确立。在高于2ms/bit的传输速率下，应该选择值小于100kΩ的上拉电阻、值高于100kΩ的下拉电阻以及值低于10kΩ的总串联电阻。如果追求更快的数据传输，电阻须比规定的更低。

为了确认和执行这些工作类型，须存在下列线路定义。

在电池驱动装置1中：

线路22的端口须为ADC输入；它测量插入的电池-蓄电池-电池组的总电压。

中央电压线路17(图1)的端口必须可以在输出低、输入和ADC测量之间转换，因为它一方面用来测量中央电压，另一方面又作为到电池组10或到充电器3的接口。

指令线路21的端口必须可以在输出低和输出高间转换，而且因此必须在电池9工作和电池组10工作之间转换。

指令线路20的端口必须可以在输出低和输出高间转换，使得到电池中央触点8(图1)的线路是分立的，这样在插入电池时也可以实现装置1和充电器3之间的通信。

装置启动(指令连接)12的端口必须转换为输入，以确认可能的由充电器3进行的遥控启动。

在电池组10中：

电池组10中的线路数据(line DATA)24(图6)的端口必须可以在输出低和输入之间转换。

在充电器3中：

线路数据17的端口必须可以在输出低和输入之间转换。

线路装置启动(指令连接)12’的端口必须可以在输出高、输出低和ADC测量之间转换。

线路“充电+”(line“CHARGE PLUS”)22’的端口必须是ADC输入；它分别测量插入电池、蓄电池或电池组的总电压。

开关SW1是一个模拟工作的CMOS开关，用于在装置关机时防止电池放空——没有提供电子装置调节组件——通过电子装置调节组件的保护二极管。通过在关机状态下供应电池总电压，保护二极管不工作。在正常工作过程中，SW1的电源电压达到工作电压。

SW2是模拟CMOS多路转换器，其在电池模式下在电路中加入一个为在电子装置调节组件中的ADC所需的作为缓冲器的电容器13，以及在电池组模式下在电路中加入一个总线系统所需的上拉电阻14。

当充电器3使信号线路装置启动(signal line DEVICE START)置高时，开关电路(ON/OFF-CICUIT)开启装置1。这可以通过npn晶体管来实现，该晶体管通过P沟道MOSFET转换。

在图中没有示出的是几何限定，电池槽(battery slot)2具有使其能够插入两个不带任何盒或罩的电池(例如所谓的干电池)的几何形态(形状和大小)。这使得即使是在相当恶劣的条件下和在外国也能非常容易地使用该装置，因为这样的干电池是到处都能得到的。逻辑上，预计与该装置一起使用的电池组具有相同的几何形状和大小，至少插入电池槽的部分是如此。从装置中伸出的电池组可以用于许多用途，而且没有任何劣势。

附加的连接单元25，优选但不是必须地，具有与电池槽2相同的几何形态，这能减少在该装置、电池组和充电器的制造过程中使用的模具数量。

Claims (6)

1.电池驱动装置(1)，其带有至少一个用于两节电池(9)或蓄电池的电池轴(2)，其还具有用于确定并显示插入电池轴中的电池(9)或蓄电池的充电状态的电子装置调节组件(4)，其中，在电池轴(2)中设置中央触点(8)，其用来测量电池(9)或蓄电池的单独电压，由此，在使用含有电子调节组件(26)的电池组(10)的过程中，通过中央触点(8)发生与电池驱动装置(1)的数据转移，特征在于，除电池轴(2)外，所述装置还含有用于与带有充电器电子调节组件(6)的充电器(3)连接的附加连接单元(25)，此外，在其中，该中央触点(8)通过称作中央连接(11)的线路和线路调节器(5)与该电子装置调节组件(4)相连，而且如果在电池驱动装置(1)和充电器(3)之间建立起连接，开关(SW1)就断开该中央连接(11)。

2.根据权利要求1所述的电池驱动装置，其特征在于，所述附加连接单元(25)在所述充电器电子调节组件(6)和所述电子装置调节组件(4)之间产生指令连接(12)。

3.根据权利要求2所述的电池驱动装置，其特征在于，所述指令连接(12)具有电源单元(23)，所述装置(1)通过该电源单元(23)可以与所述充电器(3)接合。

4.根据上述任一权利要求所述的电池驱动装置，其特征在于，如果在电池驱动装置(1)和充电器(3)之间建立起连接，那么开关(SW2)使数据线路(17)与上拉电阻(14)相连。

5.根据上述任一权利要求所述的电池驱动装置，其特征在于，所述电池槽(2)具有可以插入两节不带任何盒或罩的电池(例如所谓的干电池)的形状和大小。

6.与上述任一权利要求所述的电池驱动装置一起使用的带有保险丝的电池组，其特征在于，该保险丝(29)被设置在所述电池组(10)的两个蓄电池之间。

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