JP4602625B2 - 線形または非線形インタフェースを通じてバッテリーを効率的に充電するシステム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリー充電システムに関する。特に、本発明はセルラ電話バッテリーを線形或いは非線形特性を有するケーブルとインタフェースを通じて充電するシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ電話や一般消費者電子装置の需要が増大するにつれて、効率的なバッテリー、電源及びバッテリー充電メカニズムに対する必要性が増大する。
【０００３】
効率的な充電メカニズムは、そのバッテリーが多くの場合毎日充電されるセルラ電話で使用されるバッテリーには特に重要である。
【０００４】
セルラ電話のバッテリーは、多くの場合充電中でも電話の使用を可能にする付属品(accessory)を介して充電される。この付属品は、自動車の警笛や他の場所内の電源に接続されて、ケーブル経由セルラ電話内のバッテリーに電流を供給する充電器を含んでもよい。追加の電子インタフェースがケーブルと電話のバッテリーの間の電話の中によく配置される。バッテリー中の電圧降下が、充電器の出力端子から測定されるように、充電済のバッテリーを示す既定の電圧に達するまで、充電器は電流をバッテリーに供給する。しかしながら、多くの従来の充電電源はケーブルとすべての電子インタフェースに渡る電圧降下に対応できない。結果として、このような電源は一般的にバッテリーを十分に充電できない。
【０００５】
多くのより新しいバッテリー充電回路によって、ケーブルと電子インタフェースに渡る推定電圧降下を示す付加的な一定電圧ファクタを組み込むことにより、ケーブルと電子インタフェースに渡る電圧降下に対応しようと試みられている。例えば、推定電圧降下が０．２ボルトで、バッテリーが十分に充電されたときにバッテリーが４．０ボルトを示せば、充電回路は、充電回路端子間の電圧が約４．２ボルトになるまで、バッテリーを充電するであろう。しかしながら、推定電圧降下が実際の電圧降下よりも大きければ、この方法はバッテリーの過充電を招く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ケーブルとすべての付加的電子インタフェースに渡る電圧降下は多くの場合電流と温度の非線形作用である。結果として、電源からの電流が変化するので、或いはケーブルとインターフェースの温度が変化するので、推定電圧降下、即ち一定の電圧ファクタ、はすぐに不正確になる。これは電話のバッテリーの過充電や過少充電をもたらし得る。
【０００７】
代わりに、電源はバッテリーが十分に充電されるようにケーブルを通して流れる電流を減少させる制御回路を含み得る。ケーブルとすべての関連するインタフェースを通して流れる電流を減少させることによって、ケーブルとインターフェースに渡る電圧降下が減少させられ、これによって電圧降下によって生じる充電ミスを減少する。しかしながら、ケーブルとインタフェースを通して流れる電流が減少するに連れて、バッテリーを十分に充電するのに必要な時間が増大する。例えば、線形或いは非線形ケーブルや電話インターフェースを介してバッテリーを充電する比較可能な充電付属品が４時間要し得るのに対して、バッテリーと充電端子間にケーブルや電子インターフェースを有しない標準的な卓上充電器は、電話のバッテリーを十分に充電するのに２時間要し得る。追加の必要充電時間は不便で、なおバッテリーの過充電をもたらし得る。
【０００８】
これ故、充電器とバッテリー間の線形または非線形回路構成に渡るいかなる電圧降下にも対応しつつ、バッテリーを迅速かつ正確に充電するシステムおよび方法に対する必要性がこの技術分野に存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この技術分野における必要性は本発明の線形または非線形回路を通じたバッテリー充電システムにより対処される。例示的な実施例では、この発明のシステムはセルラ電話バッテリーへの使用に適用され、フィードバック信号を受信し、フィードバック信号がバッテリーが十分に充電されていないことを示すときには、充電信号を第１の電気路を通じてバッテリーに供給する第１のメカニズムを含む。第２のメカニズムは第２と第３の電気路を介してバッテリーの電圧状態を測定し、それに応じて電圧状態をフィードバック信号として第１のメカニズムに供給する。電圧状態は線形または非線形回路上で発生する電圧降下を示す。
【００１０】
特定の実施例では、第１のメカニズムは出力電圧を調節するメカニズムを有する電源であり、第２のメカニズムは検知回路である。検知回路は第２の電気路上の電圧を第３の電気路上の電圧から減算し、それに応じてフィードバック信号を供給する減算器回路を含む。第２の電気路は減算器回路の第１の端子とバッテリーの正の端子との間に接続された電線を含む。第２の電気路はまた電源の出力と減算器回路の第１の端子との間に接続された第１の抵抗器を含む。第１の抵抗器は線形または非線形回路の抵抗よりも大きな大きさの順でかつ減算器回路の入力インピーダンスより小さな大きさの順の抵抗を有する。第３の電気路は減算器回路の第２の端子とバッテリーの負の端子との間に接続された電線を含む。第３の電気路は接地と減算器回路の第２の端子との間に接続された第２の抵抗器を含む。第２の抵抗器は線形または非線形回路の抵抗よりも大きい大きさの順でかつ減算器回路の入力インピーダンスより小さな大きさの順の抵抗を有する。
【００１１】
本発明の新規な着想は線形または非線形回路に渡り発生する電圧降下の判断を容易にする第１と第２の抵抗器の使用により促進される。この電圧降下は減算器回路の入力で許容され、出力されるように、バッテリーの電圧状態の正確な測定値を電源に与える。電圧状態が既定のレベルに達すれば電源はバッテリーの充電を中止する。これによりバッテリーは過充電や過少充電のリスクなしに正確かつ迅速に充電される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は特定の適用に関する例示的実施例に関連してここで記載されるが、本発明がそれに限定されないと理解されるべきである。この技術分野で一般的な知識を有し、ここで提供される教授にアクセスする者は本発明が非常に有益である範囲と付加的な分野内で付加的な修正、適用、及び実施例を認識するであろう。
【００１３】
以下の従来の充電供給動作の再考は、本発明の理解を容易にするように意図される。
【００１４】
図１はタバコ電源アダプタ１２と充電器１４を有する従来のバッテリー充電付属品１０の図である。付属品１０はセルラ電話１６への使用に適用される。充電器１４はセルラ電話１６の中で２線ケーブル２０と非線形回路２２を介してバッテリー１８に接続される。２線ケーブル２０は第１の非線形回路２６に接続され、次にバッテリー１８の正の端子に接続された正の電線２４を含む。２線ケーブル２０はまた第２の非線形回路３０に接続され、次にバッテリー１８の負の端子に接続された負の電線２８を含む。
【００１５】
動作時、充電器１４は２線ケーブル２０と非線形回路２２を通じてバッテリー１８に電力を供給する。一旦バッテリー１８の端子間の電圧が充電器１４の端子で測定されるように既定の電圧に達すれば、バッテリーは充電されたと解される。
【００１６】
充電付属品１０は２線ケーブル２０と非線形回路２２によって誘導される電圧降下に対応できない。充電電流が充電器１４からバッテリー１８に流れれば、電圧降下が２線ケーブル２０と非線形回路２２に渡り発生する。電圧降下は２線ケーブル２０を通じて非線形回路２２を通して流れる電流と２線ケーブル２０と非線形回路２２のインピーダンスの作用である。電流はバッテリー１８の充電された状態によって変わり得り、インピーダンスは温度によって変わり得り、電圧降下の予言や補正を困難にする。結果として、付属品１０はバッテリー１８を過少充電或いは過充電し得る。さらに、２線ケーブル２０と非線形回路２２によってもたらされる電圧降下や電力消費を測定できないことによって、充電器１４はバッテリー１８を充電するのに追加時間を必要とし得る。
【００１７】
図２は、バッテリー１８を充電し、本発明の教授に従って構成されたシステム４０の図である。システム４０は４線ケーブル４４を介してセルラ電話１６に接続される付属品４２を含む。付属品４２は充電源４６、減算器回路４８、第１の抵抗器Ｒ１と第２の抵抗器Ｒ２を含む。充電源４６の出力は、第１の抵抗器Ｒ１の一端と、第１のケーブル電線５０を介して第１の非線形回路２６とに、並列に接続される。第１の抵抗器Ｒ１の他端は、第２のケーブル電線５２と、減算器回路４８の第１の入力５４に接続される。第２のケーブル電線５２は減算器回路４８の第１の入力５４をバッテリー１８の正端子に接続し、バッテリー１８の正端子はまた第１の非線形回路２６の出力に接続される。減算器回路４８の第２の入力は第３のケーブル電線５８に接続され、第２の抵抗器Ｒ２の一端に接続される。第３のケーブル電線５８は減算器回路４８の第２の入力５６をバッテリー１８の負端子に接続し、バッテリー１８の負端子はまた第２の非線形回路３０の入力に接続される。第２の抵抗器Ｒ２の他端は、充電源４６と減算器回路４８に共通なアースと、第２の非線形回路３０の出力に接続される第４のケーブル電線６０とに、並列に、接続される。これ故、第２の非線形回路３０の出力は、第４のケーブル電線６０を介して接地される。減算器回路４８の出力は充電源４６に入力を与える。
【００１８】
動作時、充電源４６は第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６を介して充電電流をバッテリー１８の正端子に供給する。第１の抵抗器Ｒ１は
第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６の合成抵抗よりも大きな大きさの順序になるように選択される。結果として、電流は第1の抵抗器Ｒ１を通してほとんど流れないが、代わりに第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６を通して流れる。抵抗器Ｒ１中の電圧降下は第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６を通じて発生する電圧降下の測定値を与える。この測定値に関連する信号が減算器回路５４の第１の入力に提供され、減算器回路５４は第１の抵抗器Ｒ１と第２の抵抗器Ｒ２の抵抗よりも大きな大きさの入力インペーダンスの順序を有する。この特定の実施例では、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗はおよそ５００オームであり、減算器回路４８の入力インピーダンスはおよそ２メガオームである。
【００１９】
同様に、第２の抵抗器Ｒ２は第４のケーブル電線６０と第２の非線形回路３０の合成抵抗に関して大きくなるように選択され、減算器回路４８の入力インピーダンスに関して小さくなるように選択される。結果として、第２の抵抗器Ｒ２を通してほとんど電流は流れない。第２の抵抗器Ｒ２中の電圧降下は第４のケーブル電線６０と第２の非線形回路３０に渡る電圧降下を表す。
【００２０】
第２のケーブル電線５２と第３のケーブル電線５８は、ほとんど電流の流れない検知（sensing）電線６２である。その低電流の結果、第２のケーブル電線５２または第３のケーブル電線５８を通してほとんど電圧は降下しないし、第２のケーブル電線５２と第３のケーブル電線５８間の電圧差は、減算器回路４８によって充電源４６に供給されるように、バッテリー１８の電圧状態の正確な測定値を表す。減算器回路４８の出力を介して示されるように、バッテリー１８の電圧が既定の電圧レベル、即ち、十分に充電されたバッテリーを示す状態になるまで、充電源４６は、第１のケーブル電線５０を通して第１の非線形回路２６を介して電流を流すことにより、バッテリー１８を充電し続ける。既定の電圧レベルは特定の適用であり、充電されているバッテリーのタイプによる。
【００２１】
それ故、小さな検知電流が、充電源４６の出力から第１の抵抗器Ｒ１を通してバッテリー１８の正端子に流れる。第１の抵抗器Ｒ１中の電圧降下は、第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６に渡る電圧降下及びセルラ電話１６内の他のすべての関連する電圧降下、それらがどのように生じるかにかかわらず、を表す。この電圧降下情報は減算器回路４８の第１の入力５４に与えられる。
【００２２】
同様に、小さな検知電流が第３のケーブル電線５８と第２の抵抗器Ｒ２からなる帰路上を流れる。第２の抵抗器中で降下した電圧は第４のケーブル電線６０と第２の非線形回路３０に渡って降下した電圧を表す。この電圧降下情報は減算器回路４８の第２の入力５６で与えられる。減算器回路４８の出力はバッテリー１８の電圧状態の正確な測定値であり、充電源４６にフィードバックされる。
【００２３】
減算器回路４８の出力によって示されるように、バッテリー１８の電圧状態が既定の充電状態に達するまで、電力は第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６を通してバッテリー１８に供給される。第４のケーブル電線６０と第２の非線形回路３０を通して発生する電圧降下だけでなく、第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６を通して発生する電圧降下にも正確に対応することによって、システム４０はバッテリー１８の正確かつ効率的な充電を可能にする。結果として、バッテリー１８は過充電や過少充電のリスク無しに迅速にかつ効率的に充電され得る。
【００２４】
追加の検知ケーブル電線６２の１つ、即ち第２のケーブル電線５２または第３のケーブル電線５８が切れたならば、どちらのケーブル電線が切れたかによって、システム４０は、第１のケーブル電線５０と第１の非線形回路２６に渡って発生する電圧降下或いは第４のケーブル電線６０と第２の非線形回路３０に渡って発生する電圧降下に対応するであろう。もし両方の検知電線が切れれば、システム４０は図１の従来のシステム１０と同様の方法で動作する。
【００２５】
当業者は本発明の目的から離れることなく非線形回路が直線的な銅線のような異なるタイプの回路で置き換えられ得ることを認識するであろう。さらに、バッテリー１８はセルラ電話バッテリー以外の異なるタイプのバッテリーであってもよい。
【００２６】
充電源４６のような交換充電源がこの技術分野で知られかつ広く利用できる。充電源４６はタバコ電源アダプタ、壁のコンセント、或いは別の電源を介して電力を得てもよい。減算器回路４８は差動操作増幅器(differential operational amplifier)を介して容易に実行され、この技術分野で知られかつ広く利用できる。
【００２７】
本特定の実施例では、充電源４６は減算器回路４８からのフィードバックを介して出力電圧が選択的に制御可能な交換充電源として実現される。当業者は本発明の目的から離れることなく他のタイプの充電供給が採用され得ることを認識するであろう。例えば，調整可能な電圧出力を供給するどんなタイプの充電源も実質的に採用され得る。
【００２８】
こうして、本発明は特定の適用に関する特定の実施例を参照してここにおいて記載されている。この技術分野で通常の知識を有し本教授にアクセスする者は、その範囲内で追加の修正、適用及び実施例を認識するであろう。
【００２９】
それ故に、本発明の目的内でどんなそしてすべてのこのような適用、修正及び実施例を網羅することが添付のクレームによって意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 タバコのソケット電源アダプタとセルラ電話への使用に適合した従来のバッテリー充電付属品の図である。
【図２】 本発明のバッテリー充電システムの図である。
【符号の説明】
１０…従来のバッテリー充電付属品、１８…バッテリー、４０…システム、４２…付属品、４６…充電源、４８…減算器回路

Claims (20)

1. 線形或いは非線形回路を通じてバッテリーを充電するシステムであって、
   フィードバック信号を受信し、前記バッテリーが十分に充電されていないことを前記フィードバック信号が示すときには、充電信号を第１の電気路を通して前記バッテリーに供給する電源と、
   第２と第３の電気路を介して前記バッテリーの電圧状態を測定し、それに応じて前記電圧状態を前記フィードバック信号として前記電源に供給する検知回路であって、前記第３の電気路の電圧から前記第２の電気路の電圧を減算し、それに応じて前記フィードバック信号を供給する減算器回路を含む検知回路と、を具備し、
   前記電圧状態は前記線形或いは非線形回路上で発生する電圧降下を示し、
   前記第２の電気路は、前記減算器回路の第１の端子と前記バッテリーの正の端子の間に接続された電線と、前記電源の出力と前記減算器回路の第１の端子間に接続された第１の抵抗器とを含み、前記第１の抵抗器は前記線形或いは非線形回路の抵抗よりも大きな大きさの順序と、前記減算器回路の入力インピーダンスよりも小さな大きさの順序を有する、
   システム。
2. 前記電源は調整可能な出力電圧を供給する手段を含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記第３の電気路は前記減算器回路の第２の端子と前記バッテリーの負の端子間に接続された電線を含む請求項１に記載のシステム。
4. 前記第３の電気路は接地と前記減算器回路の前記第２の端子間に接続された第２の抵抗器を含み、前記第２の抵抗器は前記線形或いは非線形回路の抵抗よりも大きな大きさの抵抗順序と前記減算器回路の入力インピーダンスより小さな大きさの順序を有する、請求項３に記載のシステム。
5. バッテリーを既定の電圧に充電するシステムであって、
   入力信号に応じて出力電流を供給する電源であって、調整可能な出力電圧を供給する手段と出力端子とを有する電源と、
   前記電源からの前記出力電流を前記バッテリーに流す回路であって、正の出力端子と正のバッテリー端子との間に接続された第１の電気検知路を有するケーブルを含む回路と、
   前記回路中の電圧降下を判断する手段と、
   前記バッテリーの状態を示す信号を供給する手段とを具備し、
   前記信号は前記電圧降下を知らせる機能を有し前記電源への前記入力信号として供給され、
   前記第１の電気検知路は第１の検知抵抗器を含み、前記第１の抵抗器は前記回路の抵抗よりも大きな大きさの順序を有する、システム。
6. 前記ケーブルは前記正の出力端子と前記正のバッテリー端子との間に接続された正の充電路をさらに含む請求項５に記載のシステム。
7. 前記正の充電路は第１の非線形回路を含む請求項６に記載のシステム。
8. 前記回路は前記負の出力端子と負のバッテリー端子との間に接続された第２の電気検知路を有するケーブルを含む請求項５に記載のシステム。
9. 前記第２の電気検知路は第２の検知抵抗器を含む請求項８に記載のシステム。
10. 前記ケーブルは前記負の出力端子と前記負のバッテリー端子との間に接続された負の充電路をさらに含む請求項８に記載のシステム。
11. 前記負の充電路は第２の非線形回路を含む請求項１０に記載のシステム。
12. 前記バッテリーの正の端子は減算器回路の第１の端子に接続される請求項１０に記載のシステム。
13. 前記バッテリーの前記負の端子は前記減算器回路の第２の端子に接続される請求項１２に記載のシステム。
14. 前記減算器回路の出力は前記電源への前記入力信号に対応する請求項１３に記載のシステム。
15. バッテリーを既定の電圧に充電するシステムであって、
    入力信号に応じて出力電流を供給する電源と、
    前記出力電流を前記電源から前記バッテリーへ送信する回路と、
    前記回路を通した電圧降下を判断する検知回路であって、前記回路の抵抗よりも大きな大きさの順序を有する検知抵抗器を含む検知回路と、
    前記電圧降下を前記バッテリーの出力電圧状態から減算し、それに応じて前記バッテリーの状態を示す信号を供給する減算器回路とを具備し、
    前記信号は前記電源への前記入力信号として供給される、システム。
16. バッテリーを既定の電圧に充電するシステムであって、
    充電信号を供給する第１の手段と、
    前記第１の手段を前記バッテリーに連結する第２の手段であって、前記第２の手段の抵抗よりも大きな大きさの順序を有する検知抵抗器を含む検知回路を含み、変化を前記充電信号にもたらす、第２の手段と、
    前記変化を測定し、それに応じて前記バッテリーの出力状態を示す信号を供給する第３の手段と、
    前記出力状態を前記既定の電圧と比較し、それに応じて制御信号を供給する第４の手段と、
    前記充電信号を選択的に変化させる前記制御信号に反応して前記第１の手段を選択的に調節する第５の手段とを具備するシステム。
17. 前記第１、第４及び第５の手段は調節可能な出力電圧を供給する手段を有する電源を介して実行される請求項１６に記載のシステム。
18. 前記充電信号は既定の電流である請求項１６に記載のシステム。
19. 前記第２の手段はケーブルを含み、前記変化は前記既定の電流内での低下であり、前記変化は前記第１の手段と前記バッテリーとの間の電圧降下に対応する、請求項１８に記載のシステム。
20. 線形または非線形回路を通じてバッテリーを充電する方法であって、
    フィードバック信号を受信し、前記フィードバック信号が前記バッテリーが十分に充電されていないことを示すときには、充電信号を第１の電気路を通して前記バッテリーに供給することと、
    前記線形または非線形回路の抵抗よりも大きな大きさの順序を有する検知抵抗器を含む第２の電気路と第３の電気路とを介して前記バッテリーの電圧状態を測定し、それに応じて前記電圧状態を前記フィードバック信号として第一の手段に供給することとを具備し、
    前記電圧状態は前記線形または非線形回路上で発生する電圧降下を示す、方法。

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