TW533646B - Battery charging system and battery charging apparatus thereof - Google Patents

Description

533646 A7 _______B7____ 五、發明說明（/ ) (a )發明之領域 本發明係有關於可適用於各種行動終端設備之電池充 電系統及其電池充電裝置。特別是，本發明係有關於電池 充電系統及其電池充電裝置，其使用感應電壓對電池充電 ’而不需電池組與充電裝置間端子之實際接觸。 (b)相關先前技術之說明 由於通信及資料處理技術之提昇，個人終端設備皆爲 可攜式，例如，行動電話，數位相機，筆記型電腦等皆已 呈現增加趨勢，及具有強化功能之新型終端設備仍繼續推 出。 行動終端設備通常具有很小之內部或外部電池組，以 易於攜帶，及以可再充電式電池操作。此電池組及其充電 裝置製造時需配合個人終端設備之特性及外部型狀。 於傳統電池組設計，電池充電時其需要內部電池及其 充電裝置間端子作直接接觸，因此一充電裝置僅適合使用 於特定電池組之端子結構。因此，其不可能以一舊有之充 電裝置使用於具有不同端子結構之新型式電池組。所以， 使用者需購貝付合新手機型式電池組之額外不同充電裝置 。此外’無法使用之電池組及充電裝置，通常被丟棄或棄 、置，對整個國家與個人使用者而言爲一個很大之經濟損失 〇 發明槪要 本發明之目的爲克服上述問題，製成一電池充電系統 及其充電裝置，以適用於各種不同行動終端設備，及其使 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇x 297公釐) _ ---------------------訂---------^-9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 533646 五、發明說明（V) 用感應電壓充電，而不需電池組與充電裝置間作接觸。 爲達成本發明之目的，以製成一電池充電系統，其包 括一電池組與一電池充電裝置，及其中此電池充電系統使 用該電池組與電池充電裝置間之通信對電池充電。此電池 組包括：一電力接收器，用以將外部感應電壓轉換爲D C 電壓，該電力接收器包括一感應線圈，用以經一電磁場感 應外部電壓，及一平滑電路，將該感應電壓轉換爲D C電 壓；一由該電力接收器供給D C電壓充電之電池；一控制 器，包括一具有演繹法程式規劃之微控制器，用以監控供 給電池之電壓及電流、依電池之充電狀態產生控制信號、 以及供給電池適當充電之定電壓與定電流；及一信號產生 器，用以依輸入控制信號產生一信號。該電池充電裝置包 括：一濾波器，用以消除外部A C電源中之雜訊，及中斷 暫悲電流，一整流益，用以將經由灑波益供給之A C電源 轉換爲D C電源；一電源電壓產生器，用以利用經該整流 器供給之D C電源產生電源電壓；一交換式電源部份，用 以利用經該整流器供給之D C電源產生一交換式電源；一 電力傳送器，用以利用由該交換式電源部份供給之交換式 電源產生一感應電壓；一信號接收器，用以接收一外部信 .號；及一電力控制器，包括一具有演繹法程式規劃之微控 制器，用以依該信號接收器輸出之信號產生一控制信號至 該交換式電源部份，並進行適當充電。 依本發明之電池充電系統，該信號產生器及信號接收 器具有一光發射光感測器及一光接收光感測器、一光發射 5 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公愛1 ~ ---------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 533646 五、發明說明（i) 超音波感測器及一光接收超音波感測器、或一射頻發射電 路及一射頻接收電路。 依本發明之電池充電系統，該交換式電源部份包括一 交換式電源供應器。 圖式簡單說明 圖1爲一方塊圖，說明本發明之電池組； 圖2爲一方塊圖，說明本發明之充電裝置； 圖3爲一側視圖，說明附著於行動電話之本發明電池 組； 圖4爲一立體圖，說明本發明之充電裝置； 圖5爲一立體圖，說明本發明之電池組連結充電裝置 圖6爲一流程圖，說明圖2中之電力控制器； 圖7爲一流程圖，說明圖1中之控制器； 圖8 ( a )及8 ( b )爲一說明依本發明之二次側線 圈及其結構之圖式； 較佳實施例詳細說明 於此，本發明將參照圖式作詳細說明。 圖1爲一方塊圖，說明本發明之電池組。 由一電力接收器1而來之感應電壓供給至一電池2進 行充電，其包括例如鋰離子電池。一控制器3監測供給至 電池2之電壓與電流。該控制器3依電池2充電狀態輸出 一控制信號至一信號產生器4。該信號產生器4包括例如 光感測器之光發射構件，其接收控制信號後，依該控制信 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) "~" --------------------訂·-------- ^9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533646 A7 ____B7___ _ __ 五、發明說明（^ ) 號產生具有預設頻率之一光信號。 該電力接收器1包括一用以形成閉迴路之感應線圏’ 以由磁場感應電壓，及一平滑電路，以將感應電壓轉換爲 D C電壓。 該控制器3監測控供給至電池2之電壓與電流，以產 生以定電壓與定電流對電池充電之控制信號。爲達此目的 ，該控制器3可包括例如一微控制器。以內建演繹法程式 規劃對電池供給定電壓及定電流，以便適當地對電池充電 ，該微控制器依執行程式產生一控制信號，使得信號產生 器4產生一光信號。 對電池以定電壓或定電流充電爲必要的。例如，當電 池之電壓爲小於4.2 V時，以定電流流過充電。於4.2 V 時，當充電電流逐漸減少，以定電壓充電取代。該充電電 壓應爲4 ·2 土 0 ·0 5 V，充電電流約爲〇 . 3 5至1 .0 C Α。 於電池充電前，先量測開路電壓，且當電池因保護電 路而可放電時’進行快速充電。若不允許放電，該控制器 將流過少量電流以使電池爲可放電，及可量測電池電壓。 若該電壓超過1 ·5 V，控制器將於預設時間（例如，3 〇 .分鐘）流過電少量電流以開始充電，接著再量測電池之開 路電壓。當電池電壓爲可量測時便進行充電。當該電壓爲 不可量測時或小時1 · 5 V，或當無電流流入，該系統將確 定該電池爲不正常並停止充電。電池充電將依流入之電流 量而定。例如，當電池爲9 3 %至9 4 %充電時，流入電 7 Ϊ紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐) ' --------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533646 A7 _B7_ 五、發明說明（^ ) 流爲0 · 1 C A。 圖2爲一方塊圖，說明本發明之充電裝置，其中充電 裝置爲對圖1中電池組內建電池充電之裝置。 當9 0至2 3〇V或5 0/6 OHz之AC電源由外 部供給，一濾波器1 1將消除雜訊及抑制暫態電流。該經 濾波器1 1之A C電源於一整流器1 2被轉換爲D C電壓 ，及供給至一交換式電源部份1 3，其使用該D C電壓以 產生一充電所需之交換式電壓。此產生之交換式電壓供給 至一電力傳送器1 4，其將產生一感應電壓。 當由整流器1 2接收D C電源，一電源電壓產生器1 5產生一電源電壓V c c，以驅動交換式電源部份1 3及 一電力控制器1 6。 一信號接收器17接收由電池組信號產生器4而來之 光信號及送出該接收信號至電力控制器1 6。該電力控制 器1 6輸出一控制交換式電源部份1 3之信號，以依信號 接收器17所接收之信號對電池進行適當之充電。 於此，該濾波器1 1包括一雜訊濾波器，用以消除A C電源中之雜訊，及一保險絲用以中斷流過之暫態電流， 及整流器12包括例如一橋式二極体與電解質電容器。 該交換式電源部份1 3爲一產生充電所需交換式電源 之裝置，包括一返馳型交換式電源供應器（SMPS)， 及使用一電流放大器，以使交換式電源可應用至接收器側 之負載變動率。因此，交換式電源部份1 3由電力控制器 1 6接收脈波寬調變（PWM)型式之控制信號，及供給 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂--------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533646 A7 ______B7 ___ 五、發明說明（L ) 交換式電源（例如超過1 Ο OKHz )至電力傳送器1 4 〇 該電力傳送器14由交換式電源部份13之交換式電 源所產生之電磁場送出一感應電壓，及爲達此目的，而使 用一感應線圈。如此，該供給至電力傳送器1 4 一次側感 應線圈之交換式電源對該電池組之電力接收器1之二次側 線圏感應一電壓。 該信號接收器17包括例如光感測器之光接收構件’ 接收由信號產生器4產生之光信號。 該電力控制器1 6包括一微控制器，其具有一內建演 繹法程式規劃，以依信號接收器1 7所接收之信號進行適 當充電，亦即，由電池組控制器3所產生之一控制信號， 及其輸出一信號，用以依該可程式規劃演繹法控制交換式 電源部份1 3。 該電力控制器週期性地檢測電池之充電電流是否於3 50至l〇〇〇mA間，使其不致供應過多之功率。該電 力控制器亦維持於最低電流，及當該電力傳送位準達到可 傳送電力之8 0%以上時確定電池之存在，以便對電池可 以定電流而充電。 亦即，該電力控制器之微控制器週期性之監測電池之 充電狀態，以當電池充滿電後，將功率消耗減至最小之程 度。 該電池組以一磁鐵而附著至充電裝置，以確保充電期 間電池穩固性及電力傳送，及其當電池充滿電後由於電磁 9 本紙張尺度翻巾關家鮮（CNS)A4規格（210x 297公爱) '一 -- --------------------訂—--------^9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533646 A7 _________B7__ 五、發明說明（1 ) 力減少，而充分地與充電裝置分離。 圖3爲說明適用於一般行動電話手機之本發明電池組 1〇0，其中該電力接收器1可位於例如” A”部份之位 置。 圖4爲說明本發明之充電裝置2 〇 〇，其中該電力傳 送器1 4係位於例如” 部份之位置，以將電池組之電 力接收器1固定於該接觸區，及依電池之大小設置一調整 構件2 0 1，以便利電池組固定於充電裝置2 〇 〇上。此 外，一顯示器2 0 2包括例如發光二極体（l E D )，可 設置於該充電裝置2 0 0上，以顯示該電池之充電狀態。 圖5爲說明本發明之電池組連結充電裝置，其中之電 池組之端子並未與充電裝置之端子接觸，因爲該裝置係以 感應線圏產生感應電壓對電池充電，而不是以端子間之接 觸充電，因此，無論用何種型式之行動終端設備，其電池 皆可充電。 圖6爲一流程圖，說明圖2中之電力控制器。 於步驟1 0 1 ’當以電源啓動該系統後，於步驟1 〇 2該電力控制器檢查是否電池組已安裝。於步驟1 〇 8， 若電池組未安裝，該電力控制器進入省電模式。於決定步 ‘驟1 0 2確定電池組已安裝後，於步驟1 〇 3，該電力控 制器準備就緒傳送電力。接著，於步驟1 〇 4，該電力控 制器檢測由電池組之光信號，於步驟1 〇 5，計算欲傳送 之電力’及於步驟1 0 6檢查是否傳送之電力爲〇。若該 經計算後之傳送電力爲〇，則於步驟1 〇 9該電力控制器 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱)"" --------^---------^9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533646 A7 _______B7_____ 五、發明說明（^ ) 中止輸出電力控制信號，以停止電力傳送，及於步驟10 8進入省電模式。若該傳送電力不爲0，則於步驟1 〇 7 該電力控制器輸出一電力控制信號，以進行電力傳送’及 返回至步驟1 0 4，以檢測該光信號。該傳送電力量係依 電池組輸出之光信號而定。 圖7爲一流程圖，說明圖1中之控制器。 於步驟2 0 1，充電裝置之安裝啓動該系統、於步驟 2 0 2，該控制器檢查電池組之狀態、及於步驟2 0 3確 定是否電池於可充電之狀態。若電池於不可充電之狀態， 於步驟2 1 0，該控制器將測試電池之可充電性，及於步 驟2 1 1檢查電池是否爲故障。若電池爲故障，於決定步 驟2 1 3控制器將確定電池爲於一禁止充電之狀態，而停 止充電。否則，於步驟2 0 2，該控制器檢查電池組之狀 態’及於步驟2 0 4量測電池之電壓。若該量測値例如若 小於4.2 V，於步驟2 0 6，該控制器將以定電流對該電 池充電、送出一光信號以表示電流値、及繼續以定電流對 電池充電，直到電池達到4.2 V爲止。若該電池之電壓等 於或大於4·2 V，於步驟2 0 7，該控制器將以定電壓對 電池充電。於步驟2 0 8量測該充電電流値，及於步驟2 .〇9檢查是否充電電流小於〇 . 1 c A。若所量測之充電電 流等於或大於〇 · 1 C A，於步驟2 0 7，該控制器將繼續 以定電壓對電池充電。否則，將停止充電程序。於此，該 控制器送出以定電流對電池充電相同情況之光信號。 特別是，本發明可於充電裝置及電池組間進行通信， 11 本紙張尺度適用—中關家標準（CNS)A4規格⑵Qx 297公爱) 一 (請先閱讀背面之注意事項再填冩本頁) --------訂 *---- S. 533646 A7 五、發明說明（ 此於充電裝置及電池組之通信，可以光感測器達成，及其 將於下面說明。 ^ 利用於電池組中內建之光發射光感測器及於充電裝置 中之光接收光感測器，電池組內建之微處理器經光發射光 感測器將資料送至充電裝置。該充電裝置送出一光信號， 由光接收光感測器接收後，經濾波與放大電路至其內建微 處理器。有關通信資料之形式，傳送資料可以數位化形式 通信（亦即依紅外線發射決定” 〇 ”或” 1 ”信號）。此 外’該傳送資料可以預設頻率調變之資料型式發送，及經 濾波與解調電路送入充電裝置。光感測器之例子包括I R (紅外線）感測器，可見光感測器，雷射感測器等。 本發明亦可藉由超音波感測器於充電裝置與電池組間 進行通信，其將於下列說明。 利用於電池組中內建之光發射超音波感測器及於充電 裝置中之光接收超音波感測器，電池組內建之微處理器經 光發射超音波感測器將資料送至充電裝置。該充電裝置送 出一 I R信號，由光接收超音波感測器接收後，經濾波與 放大電路至其內建微處理器。有關通信資料之形式，傳送 資料可以數位化形式通信，亦即依超音波發射決定” 〇，’ ‘或” 1 ”信號。 本發明亦提供電池組與充電裝置間之射頻（R F )通 信。 利用於電池組中內建之射頻（R F )傳送電路及於充 電裝置中之射頻（R F )接收電路，電池組內建之微處理 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)a4規格（210 X 297公釐） 裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- S. 533646 A7 ___ B7___ 五、發明說明（（D) 器將資料送至R F電路，其將資料以射頻（R F )形式調 變及放大，及將該射頻（R F )信號送至充電裝置。該充 電裝置送出該R F信號，由射頻（R F )接收電路接收後 ，經濾波、放大及解調電路至其內建微處理器。此於該資 料通信所使用之調變/解調變方法可爲傳統數位及射頻（ R F )信號間之一種方法，例如移頻鍵控法（F S K)等。 接著，下面將說明本發明電池組辨認之方法。 利用光發射光感測器及光接收光感測器而用以辨認電 池組一種方法中，用於I R通信之光發射光感測器與光接 收光感測器係設置於充電裝置中。該光發射光感測器於充 電裝置之微處理器之控制下，週期性地輸出光信號。接著 ，該光接收光感測器接收由電池組反射之光信號，以辨認 該電池組接近充電裝置。或者，光發射光感測器係設置於 充電裝置中，及光接收光感測器係設置於電池組中。於此 情況，非常少量之電力流至充電裝置之一次側線圏上，使 得當其接近該充電裝置時，電池組感知電力之接收。接著 ，此於電池組中之光發射光感測器經由光通信通知充電裝 置中內建之微處理器該電池組已接近。 於利用光發射超音波感測器及光接收超音波感測器而 .用以辨認電池組一種方法中，用於超音波通信之光發射超 音波感測器與光接收超音波感測器皆設置於充電裝置中。 該光發射超音波感測器於充電裝置之微處理器之控制下， 週期性地輸出超音波信號。接著，該光接收超音波感測器 接收由電池組反射之超音波信號，以確認該電池組接近充 13 ΐ紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ' ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533646 A7 五、發明說明（1 \ ) 電裝置。或者，光發射超音波感測器係設置於充電裝置中 ’及光接收超音波感測器係設置於電池組中。於此情況， 非常少量之電力流至充電裝置之一次側線圏上，使得當其 接近該充電裝置時，電池組感知電力之接收。接著，此於 電池組中之光發射超音波感測器經超音波通信通知充電裝 置中內建之微處理器電池組已接近。 利用射頻（R F )傳送電路與射頻（R F )接收電路 而用於電池組辨認之一種方法中，射頻（r F )傳送電路 係設置於電池組中，以致於充電裝置之一次側線圏流過非 常少電力。如此，當充電裝置接近後，該電池組即可感測 到接收電力，及電池組之射頻（R F )傳送電路經由超音 波通信通知充電裝置內建之微處理器電池組已接近。 利用電磁開關而用於電池組辨認之一種方法中，一磁 鐵及一電磁開關係設置於充電裝置與電池組上，或分別設 置於電池組及充電裝置上。當電池組接近充電裝置，該電 磁開關感知電池組接近，及藉由電池組中之發光I R感測 器，發光超音波感測器或射頻電路，以I R，超音波或射 頻（R F )通信通知充電裝置內之微控制器。 圖8 ( a )及8 ( b )爲說明依本發明二次側線圏及 .其結構，其中（a )表示一般漆包銅線線，及（b )表示 軟性印刷電路板（F P C B )線。 傳統使用變壓器或感應電動力傳送電力之二次側線圏 ，典型爲具有”C”或”E”形狀磁心。但本發明之二次側線圏 具有薄片I型之磁心。不同於傳統二次側線圈之直接繞線 14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐) 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---- 蠢. 533646 A7 ---------B7—_ 五、發明說明（ 及接著疊繞於”c”或，Έ”形狀磁心上，本發明之二次側線圈 ，右由漆包線組成，其將繞製於平面上，及接合至薄片型 磁心上。本發明之二次側線圏，若使用軟性印刷電路板（ F P C Β )，其將直接於f P C β上製成，再接合至薄片 型磁心上。 亦即’當具有薄片I形磁心（T F T C )，二次側線 圈爲以漆包線及直接於F P C Β平面上製成，再接合至磁 心。此可使電池組中磁心及線圏所需面積減至最小。此外 ’可於F P C Β型線圈之F P C Β上設置電池組中其他電 子電路，以減少電池組整個体積。 如上所述，本發明對電池充電不需使電池組與充電裝 置接觸，及無論用何種型式之行動終端設備，其電池皆可 充電。因此，使用者具有不同型式手機及其新型電池組時 ，將不需購買不同充電裝置，及因此不致將舊有充電裝置 丟棄而產生經濟損失。當設置於公共場所（例如，車站、 機場、辦公處所等）或於自動販賣機，本發明之充電裝置 可給予行動終端設備使用者相當方便。 本發明之充電裝置設計爲可即時控制與傳送所需電力 至電池組，及其可應用至於電池組中具有正確電路之任何 行動終端設備之電池充電系統。因此可對任何可攜式電器 產品充電，例如行動通信設備、P D A、可攜式音響設備 等，而其僅需一組充電裝置。此外，於電池組中之微控制 器記憶電池之型式、特性及充電方法，使得充電裝置可應 用至任何輔助電池，包括鋰離子，鋰聚合物及相關類別之 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533646 A7 _ B7 五、發明說明（1、） 電池。

6 1X (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂.---- 華 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 533646 韶 C8 D8 六、申請專利範圍 1 ·〜種電池充電系統，包括一電池組及一電池充電 裝置，該電池組包括： (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 一電力接收器，用以將一外部感應電壓轉換爲一D C 電壓，該電力接收器包括一感應線圏，用以經一電磁場感 應電壓’及一平滑電路，將該感應電壓轉換爲一D C電壓 一以由該電力接收器供給之D C電壓充電之電池； 一控制器，包括一具有演繹法程式規劃之微控制器， 用以監測供給該電池之電壓及電流，及依該電池之充電狀 態產生一控制信號，以及供給該電池適當充電之一定電壓 與一定電流；以及 一信號產生器，用以依輸入控制信號產生一信號。該 電池充電裝置包括： 一濾波器，用以消除外部A C電源中之雜訊，及中斷 暫態電流； 一整流器，用以將經由該濾波器供給之A C電源轉換 爲D C電源； 一電源電壓產生器，用以利用經該整流器供給之D C 電源產生一電源電壓； ，一交換式電源部份，用以利用經該整流器供給之D C 電源產生一交換式電源； —電力傳送器，用以利用由該交換式電源部份供給之 交換式電源產生一感應電壓； 一信號接收器，用以接收一外部信號；及 __1 — __ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐） 533646 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 一電力控制器，包括一具有演繹法程式規劃之微控制 器，用以依該信號接收器輸出之一信號產生一控制信號至 該交換式電源部份，並進行適當充電； 其中該電池充電系統係使用該電池組與該電池充電裝 置間之通信對該電池充電。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之電池充電系統，其 中，該電池爲一鋰離子或一鋰聚合物電池。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之電池充電系統，其 中’該信號產生器及該信號接收器包括一光發射光感測器 及一光接收光感測器。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之電池充電系統，其 中，該信號產生器及該信號接收器包括一光發射超音波感 測器及一光接收超音波感測器。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之電池充電系統，其 中’該信號產生器及該信號接收器包括一射頻傳送電路及 一射頻接收電路。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之電池充電系統，其 中’該交換式電源部份包括一交換式電源供應器。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之電池充電系統，其 中’該電力傳送器及該電力接收器使用一感應線圏。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之電池充電系統，其 中，該感應線圏具有薄片型狀之I型磁心，且一二次側線 圈繞製成平面形式及附著至該薄片型磁心。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之電池充電系統，其 (請先閲讀背面之注意事項、再塡寫本頁> 、-σ

   533646 頜 C8 D8 六、申請專利範圍 中，該感應線圈係直接形成於一軟性印刷電路板（P C B )上，及附著至該薄片型磁心。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 1〇·如申請專利範圍第1項所述之電池充電系統， 其中，該電池充電裝置具有一可移動構件，可於一空間之 左端與右端間滑動，以便裝設電池，使無論該電池大小尺 寸皆可對電池充電。 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐)