TW201513531A - 可充電電池之動態充電技術 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於可充電電池的充電之設備。該設備包含可充電電池、控制器和電路。該電路係配置用以提供電力到該可充電電池以及到其它電氣組件。該控制器係配置用以控制該電路以便增加電力到該可充電電池，以回應與該等其它電氣組件關聯的電力損耗之減小。

Description

可充電電池之動態充電技術

本發明係有關可充電電池之動態充電技術。

電子裝置可透過將它們連接至電源來進行充電。例如，電子裝置可透過將其連接至電腦或壁式插座來進行充電。通常，電源裝置，例如，電腦、膝上型電腦、等，具有特定的最大輸出電流限制。在一些例子中，電源連結亦提供另一功能，諸如資料傳輸。限制為使電池充電所引出之電流的量不利地衝擊電池充電的速度。

依據一個實施例，電子裝置的瞬時電力損耗被監視。相當於介在電子裝置的最大操作負載與電子裝置的瞬時電力損耗之間的差異之電流量可被用來使電池充電。因此，電池可較快地充電，同時可防止對電源的損害。

一種設備包含可充電電池、控制器和電路。 該電路係配置成提供電力到該可充電電池以及到其它電氣組件。該控制器係配置成控制該電路以便增加電力到該可充電電池，以回應與該等其它電氣組件相關聯的電力損耗之減小。

該設備可包括以上態樣，並且來自該電源的電力係可選擇成使用該控制器以透過該電源的保險絲來保持該電源中的電連接。該設備亦可包括監視電路，其係配置成監視與該等其它電氣組件相關聯的電力損耗。

從以下詳細說明的閱讀，這些和各種其它的特徵與優點將是顯而易見的。

100B‧‧‧系統

110A‧‧‧電源

110‧‧‧電源

120‧‧‧系統電力檢測單元

130A‧‧‧控制器

130‧‧‧控制器

140A‧‧‧電路

140‧‧‧電力管理單元

150A‧‧‧可充電電池

150‧‧‧電池

160‧‧‧電池電力檢測單元

170A‧‧‧電氣組件

170‧‧‧功能性電路

190A‧‧‧裝置

190‧‧‧電子裝置

200‧‧‧系統

220‧‧‧系統電力檢測單元

240‧‧‧電力管理單元

270‧‧‧功能性電路

300‧‧‧系統

320‧‧‧感測電阻器

350‧‧‧電池

360‧‧‧感測電阻器

370‧‧‧功能性電路

390‧‧‧裝置

400‧‧‧流程圖

410‧‧‧步驟

420‧‧‧步驟

430‧‧‧步驟

500‧‧‧流程圖

510‧‧‧步驟

520‧‧‧步驟

530‧‧‧步驟

610‧‧‧步驟

620‧‧‧步驟

630‧‧‧步驟

640‧‧‧步驟

710‧‧‧步驟

720‧‧‧步驟

實施例係經由實例而非限制，以進行解說於附圖的圖形中，其中，相同的數字指的是類似的元件。

圖1A顯示依據一個實施例配置用以使其電池充電之裝置。

圖1B顯示依據一個實施例能夠使其電池充電之示範性裝置。

圖2顯示依據不同實施例之快速充電裝置。

圖3顯示依據一個示範性實施例之快速充電裝置。

圖4顯示依據一個實施例使裝置快速充電之示範性流程圖。

圖5顯示依據一個實施例用於使裝置充電而 選擇電力位準之示範性流程圖。

圖6顯示依據一個實施例用以動態地選擇充電之示範性流程圖。

圖7顯示依據一個實施例使電池充電之示範性流程圖。

依據文中所述的實施例，使電子裝置的電池充電的速度增大，且同時其它功能並沒有利用到可用電力。此外，依據一個實施例，使電子裝置的電池充電的速度增大，且同時防止電源中斷供電到電子裝置。

一些電源裝置可以設有在超過最大輸出電流限制時暫時中斷電力之保險絲。然而，連續地中斷電力會破壞電子裝置的充電。為了保持電力，用以使電池充電所引出的電流量可以被限制在所有互連介面的最小的最大輸出電流限制與與電子裝置的最大負載關聯的電流之間的差異。例如，自USB介面引出以使電子裝置的電池充電之電流量可以被限制在與電子裝置的最大負載關聯的電流與最大輸出電流限制之間的差異。

依據一個實施例，電子裝置的瞬時電力損耗被監視。因此，可以決定與電力損耗相關聯的電流量。領會到的是，監視瞬時電力損耗可透過量測電子裝置所使用的電流量而達成。

與電源相關聯的最大輸出電流限制被接收或 決定。電子裝置的瞬時電力損耗可與最大輸出電流限制一起使用，如電源所指定的，用以調整用來使電池充電之電流量。依據一個實施例，用來使電池充電之電流量可以被動態地調整到最大輸出電流限制與與瞬時電力損耗關聯的電流之間的差異。

換言之，用來使電池充電之電流量可以在電 子裝置的低電力損耗期間增大，而用來使電池充電之電流量可以在電子裝置的較高電力損耗期間減小。因此，使電池充電之速度增大，且同時防止電源受損。再者，防止了自電源至電子裝置的供電之中斷，例如，透過防止保險絲而使電路短路。

現在參照圖1A，顯示依據一個實施例配置成 使其電池充電之裝置。電源110A係耦合到裝置190A。裝置190A可使用電源110A來進行充電。裝置190A可以是可攜式電子裝置，諸如手機、行動電話、智慧型手機、數位相機、可攜式儲存裝置、諸如硬碟或固態裝置的儲存裝置、Wi-Fi賦能儲存裝置、平板電腦、膝上型電腦、可攜式媒體播放器、等。裝置190A包括電路(circuitry)140A、控制器130A、可充電電池150A、和其它電氣組件170A。

電路140A可自電源110A接收電力。再者， 電路140A可提供電力到裝置的可充電電池150A和其它電氣組件170A。控制器130A係配置成監視與裝置190A相關聯的瞬時電力損耗。領會到的是，所監視的電力損耗 可能與控制器130A的電力損耗、其它電氣組件170A的電力損耗或其任何組合相關聯。在一個例子中，電力損耗可能與裝置190A而不是充電電池150A的任何功能性和電路相關聯。

依據一個實施例，為回應監視裝置的電力損耗，電路140A調整提供到可充電電池150A之電力量。例如，控制器130A可致使自電路140A提供到可充電電池150A之電流量增大以回應裝置的電力損耗量的減小。相反的是，控制器130A可致使自電路140A提供到可充電電池150A之電流量減小以回應裝置的電力損耗量的增大。

現在參照圖1B，顯示依據一個實施例能夠使其電池快速充電且同時保護電源110之示範的電子裝置190。系統100B包括電源110和正在充電的電子裝置190。電子裝置190可以是可攜式電子裝置，諸如手機、行動電話、智慧型手機、數位相機、可攜式儲存裝置、諸如硬碟或固態裝置的儲存裝置、Wi-Fi賦能儲存裝置、平板電腦、膝上型電腦、可攜式媒體播放器、等。

裝置190包括系統電力檢測單元120、控制器130、電力管理單元140、電池150、電池電力檢測單元160、和功能性電路170。系統電力檢測單元120係配置成監視與裝置190相關聯的瞬時電力損耗。在一個實施例中，電池150可以是可充電鋰離子電池。在另一實施例中，電池150可以是可充電鎳鎘電池或任何其它類型的可 充電電池。

領會到的是，在一個實施例中，所監視的電 力損耗可能與控制器130和功能性電路170的電力損耗相關聯。領會到的是，在一個例子中，電力損耗可能與裝置190而不是電池150的任何功能性和電路相關聯。在一個示範性實施例中，電力損耗可能與功能性電路170的電力損耗量相關聯。領會到的是，功能性電路170指的是裝置的電路，而不是與電池功能性相關聯的電路。例如，功能性電路170可包括儲存功能性、資料傳輸功能性、Wi-Fi功能性、處理功能性、控制器功能性、媒體播放或串流、等。

依據一個實施例，系統電力檢測單元120可 監視並檢測為了決定電力損耗量所引出的電流量。例如，系統電力檢測單元120可監視並檢測功能性電路170所引出的電流量。

系統電力檢測單元120可以被耦合到控制器130和電力管理單元140。控制器130可控制電力管理單元的操作以及控制電子裝置190的其它操作(未顯示)。領會到的是，電力管理單元140可包括用以供電到電池150和功能性電路170之充電電路。進一步領會到的是，電力管理單元140亦可包括用以供應適當電力量到電池150和功能性電路170每一者之電力路徑管理器。注意到的是，本揭露中對電力管理單元之參照可能指的是充電電路、電力路徑管理單元、或其任何組合。

系統電力檢測單元120可提供接收自電源110 之電力到電力管理單元140。系統電力檢測單元120亦可提供所檢測的電力損耗到控制器130。

控制器130亦可接收與電源110相關聯的最 大輸出電流限制。領會到的是，電源110製造者可以指定最大輸出電流限制。最大輸出電流限制係可自電源110安全地引出之電流量。

領會到的是，在一些實施例中，最大輸出電 流限制可透過另一組件(未顯示)來予以決定並傳遞到控制器130。替代的是，例如，最大輸出電流限制可經由電源110而被傳遞到控制器130。在不同的實施例中，與不同的互連介面之一些最大輸出電流限制可以被儲存於控制器130可存取的記憶體組件(未顯示)中。因此，在檢測互連介面的類型之後，例如，USB 2.0、USB 3.0、SATA、霹靂(Thunderbolt)、火線(Firewire)、等，控制器130可擷取儲存於記憶體組件中適當的最大輸出電流限制。

控制器130可使用與用以將裝置190耦合到 電源110之特定互連介面關聯的最大輸出電流限制，以及與裝置190的電力損耗相關聯的電流，用以決定可被轉移並用以使電池150充電之電流量，且同時防止電源110受損或防止電源110由於其保險絲噴熔而中斷對電子裝置的電力供應。依據一個實施例，用以使電池150充電之電流量可被設定為與特定互連介面關聯的最大輸出電流限制和 與裝置190的電力損耗相關聯的電流之間的差異。

控制器130可將用以使電池150充電之電流 量傳遞到電力管理單元140。電力管理單元140基於它的瞬時電力損耗而提供足夠的電力，從而電流到功能性電路170。電力管理單元140亦經由電池電力檢測單元160提供所決定的電流量用以使電池150充電，如同由控制器130所決定的。依據不同的實施例，電力管理單元140可以是場效電晶體(FET)、電容器、感應器、和/或電阻器的組合。

在一個實施例中，電池電力檢測單元160監 視電池的電流和/或電壓量。電池電力檢測單元160亦可監視並決定流入/流自電池150之電流方向。換言之，電池電力檢測單元160可決定電池是否正在充電或放電。電流和/或電壓量以及電池150是否正在充電或放電可自電池電力檢測單元160傳遞到控制器130。

在一個實施例中，為了回應接收來自電池電 力檢測單元160之資訊，如果電池充電在一定臨界值以下，例如，在90%、80%、75%、50%充電以下，則控制器130可控制電力管理單元140以例如提供固定的電流到電池150。領會到的是，在另一例子中，為了回應接收關於電流和/或電壓量以及電池150是否正在充電或放電之資訊，如果電池充電在一定臨界值以上，例如，在90%、80%、75%、50%充電以上，則控制器130可控制電力管理單元140以提供固定的電壓到電池150。

現在參照圖2，顯示依據一個實施例在保護電 源時之快速充電裝置。領會到的是，系統200實質上作用類似於圖1的裝置，除了用來監視裝置的電力損耗之佈局是不同的。在這個實施例中，系統電力檢測單元220係耦合在電力管理單元240與功能性電路270之間。然而，系統電力檢測單元220實質上作用類似於系統電力檢測單元120的作用。

現在參照圖3，顯示依據一個實施例在保護電 源時之快速充電裝置。系統300實質上作用類似於圖1的裝置，其中，系統電力檢測單元120和160分別是感測電阻器320和360。感測電阻器被使用來量測並監視通過的電流量。例如，感測電阻器320可以被使用來監視裝置390的功能性電路370所損耗的電力量。類似的是，感測電阻器360可以被使用來監視至/自電池350的電流量。 換言之，感測電阻器可以被使用來監視裝置390的電路和/或電池350所損耗的電力量。領會到的是，電力可經由其它機構來進行監視。例如，電力監視可使用電感性元件來予以達成。如果使用電感性元件，磁場可被量測以及通過電感性元件之電流量可被導出。

現在參照圖4，顯示依據一個實施例用以使裝 置快速充電之示範性流程圖400。在步驟410，接收到電力。例如，電源可提供電力到電子裝置。領會到的是，電子裝置可選擇電力量且基於如電源所指定之最大輸出電流限制。進一步領會到的是，最大輸出電流限制可以基於互 連介面的類型，例如，USB 2.0、USB 3.0、SATA、霹靂、火線、等，其係用以使電子裝置充電。

在步驟420，第一電力位準在第一操作模式期 間，例如，處理資料、睡眠模式、運轉應用程式、儲存資料、擷取資料、等，被提供到裝置的可充電電池。裝置需要一定量的電力以便作用並保持在它的第一操作模式中。 因此，電力保持的量，從而最大輸出電流限制與用以提供電力到第一操作模式的電流之間的差異，可被用來使可充電電池充電。因此，電池在最大速度進行充電且同時防止電源受損或防止電源例如由於保險絲噴熔而中斷對電子裝置的電力供應。

在步驟430，第二電力位準在第二操作模式期 間，例如，資料傳輸、Wi-Fi模式、等，被提供到裝置的可充電電池。電子裝置需要一定量的電力以便作用並保持在它的第二操作模式中。因此，電力保持的量，從而最大輸出電流限制與用以提供電力到第二操作模式的電流之間的差異，可被用來使可充電電池充電。在一個實施例中，如果第二操作模式使用相較於第一操作模式更大的電力，則更小的電流量正用以使電池充電。相反的是，如果第二操作模式使用相較於第一操作模式更小的電力，則更大的電流量正用以使電池充電。因此，電池在最大的允許速度進行充電而不會使電源受損或不會例如由於它的保險絲噴熔而中斷對電子裝置的電力供應。在一個示範性實施例中，第二電力位準係大於第一電力位準，且在一些實施例 中，它可以是第一電力位準的1.1、1.2、1.5、2或3倍。

現在參照圖5，顯示依據一個實施例用以選擇 使電池充電的電力位準之示範性流程圖500。在步驟510，可監視並量測裝置的瞬時電力損耗。領會到的是，裝置的瞬時電力損耗可以是除了使電池充電以外之裝置的電力損耗。

在步驟520，用以使可充電電池充電的電力位 準可基於裝置的電力損耗而進行調整。如果裝置的電力損耗減小，則用以使電池充電的電力位準可增大相同量。相反的是，如果裝置的電力損耗增大，則用以使電池充電的電力位準可減小相同量。依據一個實施例，電力位準係透過調整供應到電池的電流量來進行調整。領會到的是，供應到電子裝置的電力量可基於最大輸出電流限制來進行選擇，如上所述。

在步驟530，除了可充電電池之裝置的功能性 電路可進行電力供應以使它們保持操作。例如，可供應所需的電力量到功能性電路，以便能夠使裝置完成它的任務，除了使電池充電以外。

現在參照圖6，顯示依據一個實施例用以動態 地選擇電池充電之示範性流程圖。在步驟610，可決定電池的充電狀態。例如，決定充電狀態可表示電池是85%滿。在步驟620，電池正在充電/放電之比率可以選擇性地決定。在步驟630，如果電池充電狀態在一定的臨界值以下，例如，在80%以下，電池可在恆定電流進行充電。然 而，在步驟640，如果電池充電狀態在一定的臨界值以上，例如，在80%以上，電池可在恆定電壓進行充電。

現在參照圖7，顯示依據一個實施例用以使電 池充電之示範性流程圖。在步驟710，可決定或接收相當於最大電流量之值，該最大電流量可由電源安全地提供到電子裝置。例如，最大輸出電流限制可透過自電源傳輸該資訊至電子裝置而決定，或替代地，不同的最大輸出電流限制可儲存於電子裝置中的目錄。因此，當互連介面將電子裝置連接到電源時，介面的類型被決定以及最大輸出電流限制可使用該目錄而決定。

在步驟720，可以動態地選擇用以使電池充電 之電力位準。領會到的是，用以使電池充電之電力位準可基於除了使電池充電之裝置的電力損耗，且進一步基於如電源所指定的最大輸出電流限制可儲存於電子裝置中的目錄。因此，當互連介面將電子裝置連接到電源，進行選擇。例如，用以使電池充電之電力位準可以是與裝置的電力損耗相關聯的電流和最大輸出電流限制之間的差異。因此，電池係在最大允許速度進行充電而不會損害電源或不會例如由於保險絲噴熔而使電源中斷對電子裝置的電力供應。

依據一些實施例用以使電池充電之示範性電 腦系統包括匯流排或用以傳遞資訊的其它通訊機構、和與用以處理資訊的匯流排耦合之處理器。電腦系統可執行用以使電池充電之方法，如圖4-7中所示。匯流排除了賦能 其它功能，還可提供電力到裝置。

如文中所使用的術語“電腦可讀取媒體”指的 是參與提供指令給處理器用以執行之任何媒體。種種媒體可採用許多形式，包括但不限於，非揮發性媒體、揮發性媒體、和傳輸媒體。非揮發性媒體包括例如，光碟或磁碟。揮發性媒體動態記憶體，諸如主記憶體。傳輸媒體包括同軸纜線、銅線和光纖。傳輸媒體亦可採用音波或光波的形式，諸如在無線電波和紅外線資料通訊期間所產生的。

電腦可讀取媒體的一般形式包括，例如，磁 片、硬碟、硬碟機、磁帶，或任何其它磁性媒體，CD-ROM，任何其它光學媒體，RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM，任何其它記憶體晶片或匣，如以下所述的載波，或電腦可讀取之任何其它媒體。

在一些實施例中，本發明係與可攜式硬碟一 起使用，當不需要資源來達成資料轉移時，該可攜式硬碟能夠使電池快速充電。磁碟機可被包括用作上述之功能性電路的一部分。功能性電路亦可包括無線電路。

沿著磁碟機的外部之介面或驅動連接器可用 以提供磁碟機的電路與下一個集成位準之間的連接性，諸如中介器(interposer)、電路板、纜線連接器、主機或電子組合。

實施例已詳細地進行參照，附圖中解說其實 例。雖然實施例和圖式一起進行描述，了解的是，它們不 會限制實施例。相反的是，實施例打算涵蓋更改、修正和等效物。再者，在詳細說明中，提出許多特定細節以便提供徹底了解。然而，熟悉此項技術者認知到，實施例可進行實作而不需這些特定細節。在其它例子中，熟知的方法、過程、組件和電路已被詳述以致不會不必要地混淆實施例的態樣。

為了解釋的目的，以上說明已參照特定實施例來進行描述。然而，以上的解說性討論不會是徹底的或將本發明限制於所揭示的精確形式。考慮到以上教示，許多修正和變化係可能的。上述的實作和其它實作係在以下申請專利範圍的範疇之內。

100B‧‧‧系統

110‧‧‧電源

120‧‧‧系統電力檢測單元

130‧‧‧控制器

140‧‧‧電力管理單元

150‧‧‧電池

160‧‧‧電池電力檢測單元

170‧‧‧功能性電路

190‧‧‧電子裝置

Claims (23)

1. 一種設備，包含：可充電電池；電路，係可操作成自電源接收電力，該電路係配置成將電力提供到該可充電電池以及提供到其它電氣組件；及控制器，係配置成控制該電路，以回應與該等其它電氣組件相關聯的電力損耗之減小而增加電力到該可充電電池。
2. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，來自該電源的電力係可選擇成使用該控制器而透過該電源的保險絲來保持該電源中的電連接。
3. 如申請專利範圍第1項的設備，進一步包含：監視電路，係配置成監視與該等其它電氣組件關聯的電力損耗。
4. 如申請專利範圍第1項的設備，進一步包含：監視電路，係配置成決定與該可充電電池相關聯的充電狀態，其中，該控制器係進一步配置成如果與該可充電電池相關聯的充電位準是在臨界值以下，則致使該電路將實質上恆定的電流提供到該可充電電池，且其中，該控制器係進一步配置成如果與該可充電電池相關聯的該充電位準是在該臨界值以上，則致使該電路將實質上恆定的電壓提供到該可充電電池。
5. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該設備是可攜式儲存裝置。
6. 如申請專利範圍第5項的設備，其中，該可攜式儲存裝置包含硬碟機或固態硬碟機。
7. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該設備是選自由行動電話、智慧型手機、數位相機、可攜式媒體播放器、和平板電腦組成的群組中之可攜式電子裝置。
8. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該等其它電氣組件進行資料傳輸操作。
9. 如申請專利範圍第1項的設備，其中，該電路包含選自由通用序列匯流排(USB)、霹靂(Thunderbolt)、火線(Firewire)、和序列ATA(SATA)組成的群組中之介面。
10. 一種方法，包含：自裝置用電源接收電力；在該裝置的第一操作模式期間，將第一電力位準提供到該裝置的可充電電池；及在第二操作模式期間，將高於該第一電力位準之第二電力位準提供到該可充電電池。
11. 如申請專利範圍第10項的方法，進一步包含：監視與該裝置相關聯的電力損耗；及選擇使該可充電電池充電之電力位準，以保持該電源的保險絲中之電連接。
12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，該可充電電池充電之該電力位準為介於來自該電源的該電力與和該裝置相關聯的該電力損耗之間的差異。
13. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，該第一操作模式包含將資料傳輸至該裝置或自該裝置將資料傳輸出。
14. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，電力係經由符合通用序列匯流排(USB)、霹靂(Thunderbolt)、火線(Firewire)、或序列ATA(SATA)之介面來予以接收。
15. 如申請專利範圍第10項的方法，進一步包含：回應該裝置的電力損耗之變化而動態地調整該第一電力位準和該第二電力位準。
16. 如申請專利範圍第10項的方法，進一步包含：決定與可充電電池相關聯的充電狀態；如果與該可充電電池相關聯的充電位準是在臨界值以下，則將實質上恆定的電流提供到該可充電電池；及如果與該可充電電池相關聯的該充電位準是在該臨界值以上，則將實質上恆定的電壓提供到該可充電電池。
17. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，該裝置是可攜式儲存裝置或智慧型手機。
18. 如申請專利範圍第10項的方法，其中，該第二電力位準是該第一電力位準的至少1.1倍。
19. 一種裝置，包含：可充電電池；介面，係可操作成自電源接收電力以及將電力提供到該可充電電池且提供到該裝置的其它電氣組件；及 控制器，係配置成動態地控制接收自該電源的電力量，該控制器係進一步配置成相較於當該等其它電氣組件操作在最大電力負載時，當該等其它電氣組件操作在小於該最大電力負載時，致使該介面使該可充電電池以更快的速率充電，
20. 如申請專利範圍第19項的設備，其中，該控制器係配置成回應與資料傳輸作業的完成相關聯之電力損耗的降低，致使該介面將較高的電力提供到該可充電電池。
21. 如申請專利範圍第19項的設備，進一步包含：監視電路，係配置成監視與該裝置的該等其它電氣組件相關聯的電力損耗。
22. 一種控制器，包括儲存指令於其中的電腦可讀取媒體，而該等指令在被執行時實施一方法，該方法包含：自裝置用電源接收電力；在該裝置的第一操作模式期間，自該電源而將第一電力位準提供到該裝置的可充電電池電路；及在該裝置的第二操作模式期間，自該電源而將高於該第一電力位準之第二電力位準提供到該可充電電池電路。
23. 如申請專利範圍第22項的控制器，其中，該方法進一步包含：監視與該裝置相關聯的電力損耗；及選擇用以使該可充電電池電路充電之該電力位準，其中，該電力被選擇成保持該電源的保險絲中的電連接。