TWI439002B

TWI439002B - 由電池功率供應組件供以電能的方法與系統

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Publication number: TWI439002B
Application number: TW096124362A
Authority: TW
Inventors: Miglioranza Federico
Original assignee: Campagnolo Srl
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2014-05-21
Also published as: CN101102053B; EP1876511A2; ITMI20061295A1; CN101102053A; TW200826405A; US20080124616A1; JP2008071740A; JP5123582B2; US9634518B2; EP1876511A3

Description

由電池功率供應組件供以電能的方法與系統

本發明涉及一種方法和系統，用於以溫度受控模式從電池供電單元向電子裝置特別是安裝在單車上的電子裝置供應電能。

例如用於控制電子變速器和/或用於獲取、顯示和控制騎行參數以及各種功能的安裝在單車上的電子裝置提供了供電單元的用途。

該供電單元通常包括通常串聯的一個或多個電池，也稱為電池組。用於這種電子裝置的電池通常具有可再充電類型。

電池額定電壓和容量與隨著電池溫度變化而變化的關係相關。第22圖示出示例特徵曲線，其中電池的用V表示的額定電壓和用mAh表示的容量的演化在溫度為－20℃、－10℃、0℃、室溫和60℃處示出。

如可從第22圖的特徵曲線看出，當溫度降低時，電壓和容量數值降低，即曲線朝向零點移動。在如可能在冬季中特別是安裝在單車上的電子裝置的電池供電單元所經歷的特定寒冷條件中，電池儘管被充電，因此不能供給負載所需電流，或者保持所需電壓。這因此引起系統性能降低。為了最好地利用電池，因此有利的是不在低溫下使用它。

作為本發明基礎的技術問題在於允許供電單元也能夠在低的大氣溫度下使用。

在其第一態樣，本發明涉及一種方法，用於以溫度受控模式從電池供電單元向單車電子裝置供應電能。該方法包括以下步驟：－探測供電單元的至少一個溫度，－控制電池供電單元的操作條件，包括檢查探測溫度是否低於或等於下溫度閥值，並且，如果所述檢查步驟具有肯定的結果，－從供電單元向與所述供電單元熱耦合的至少一個加熱元件供應電能。

透過供電單元的自加熱，它的溫度升高到一定溫度數值，此時供電單元的性能令人滿意。

下溫度閥值的數值被有利的選擇成保證供電單元的容量為供電單元最大額定容量的至少5%，優選地40%。在使用具有聚合電解質的鋰離子電池時，Tlow的數值有利的選擇成等於－4℃。

有利地，該檢查步驟可包括檢查探測溫度是否低於上溫度閥值。透過設置雙閥值，能夠獲得供電單元更加連續的加熱，特別是避免過於頻繁地開關用於加熱的元件，以及當供電單元溫度圍繞下溫度閥值快速變化時系統發生不穩定性的風險。

上溫度閥值的數值被選擇從而在供電單元性能和它的電荷損耗之間獲得良好的平衡，並且優選地被選擇成能夠保證供電單元的容量是供電單元最大額定容量的至少75%。

更優選地，上溫度閥值為4℃。在一個實施例中，從供電單元到所述至少一個加熱元件的電能供給是下溫度閥值和與探測溫度成比例的溫度之間的差值的函數，以此模式實現閉環回饋控制。

所述函數優選地是比例、積分和/或微分類型的函數。

探測至少一個溫度的步驟可包括探測所述電池供電單元的多個電池的每一個的溫度，例如採用平均值或者最小溫度作為檢查基準。

可替代地或者另外地，檢查步驟可包括檢查下溫度閥值和探測溫度之間的差值是否小於或等於最大溫度差值。

在下溫度閥值和探測溫度之間的最大溫度差值被如此選擇，使得超過該差值時供電單元不能充分地自加熱，即直至它達到或者超過下溫度閥值數值，同時保持充分的剩餘電荷使得電子裝置操作足夠的時間。

優選地，△Tmax=15℃，特別是對於具有聚合電解質的鋰離子電池。

為了儘可能簡化檢查，最大溫度差值可被選擇為恆定數值，基於試驗並且基於所用供電單元和加熱元件的類型選擇，例如為15℃。

可替代地，能夠更加考慮供電單元自加熱的實際可能性，選擇最大溫度差值作為供電單元剩餘電荷的非下降函數。

為了相同目的，根據本發明方法可包括探測供電單元剩餘電荷的步驟，並且檢查步驟可包括檢查剩餘電荷是否大於最小剩餘電荷。

在一個實施例中，最小剩餘電荷是恆定的百分比數值，例如供電單元最大電荷的75%。

恆定百分比數值能夠例如被如此選擇，使得當下溫度閥值和探測溫度之間的差值等於最大溫度差值時，超過該差值供電單元不能自加熱以達到或者超過下溫度閥值數值，能夠保證至少在幾個小時內對供電單元的加熱和電子裝置具有令人滿意的性能，例如至少三個小時。

為了更加考慮供電單元自加熱和提供令人滿意性能的實際可能性，最小剩餘電荷可以是溫度差值的非下降函數。

優選地最小剩餘電荷是在0°和最大溫度差值之間的溫度差值範圍中的溫度差值的增加函數，對於等於0°的溫度差值等於剩餘儲備電荷，並且對於高於或者等於最大溫度差值的溫度差值等於供電單元的最大電荷(100%)。

換言之，根據本發明的自加熱僅當供電單元在非常高的溫度差值的情形中被完全充電時進行，當供電單元幾乎為空時從不進行，從而確保電子裝置的操作，並且在這種極端條件之間，在保存供電單元的用於電子裝置的能量的需要和加熱供電單元的需要之間達成平衡。

在特別簡單的實施例中，在0°和最大溫度差值之間的溫度差值範圍中的溫度差值的增加函數是線性的。

對於小於0°的溫度差值，最小剩餘電荷也可被選擇成等於剩餘儲備電荷。

剩餘儲備電荷優選地被選擇成等於供電單元最大電荷的30%。

優選地，在與檢查各個前述實施例中的剩餘電荷結合使用的下溫度閥值和探測溫度之間的溫度差值中，大氣溫度被用作探測溫度。

有利地，檢查步驟包括預先檢查電子裝置是否在工作中。

工作系統指的是該系統並非處於暫停中，當例如單車長時間停止時系統進入該狀態。在啟動按鈕、傳感器、電池充電等之後，該系統能夠在最小時間中工作。在另一方面，當單車移動或者在當其電子部件被使用時的任何情形中被控制時，該系統總是工作的。最後，當週期性喚醒操作發生時，該系統可以工作特定時間段，這是必要的，以控制需要被加以考慮的緩慢變化的幅度，即時當系統暫停時。

在所述供電單元包括多個電池的情形中，優選地能量部分從供電單元被供給到與每一個電池熱耦合的多個加熱元件。以此模式，能夠單獨地控制每一個電池的溫度，改進它們的性能。

上述方法還可包括向電子裝置供應電能的步驟。

有利地，可以使得向電子裝置供應電能的步驟僅當探測溫度高於下溫度閥值時發生。以此模式，在非最佳條件中操作的供電單元的電能被專門用於自加熱。

在其第二態樣中，本發明涉及一種用於單車電子裝置的供電系統，包括：－電池供電單元，－示意供電單元溫度的溫度的至少一個傳感器，－與供電單元熱關聯的至少一個加熱元件，－可被選擇性地啟動的從供電單元到加熱元件的電連接，和－檢查系統操作狀態，並且如果檢查具有肯定結果，則啟動所述電連接以從供電單元向所述加熱元件供給電能的控制單元，其中操作狀態包括探測溫度是否低於或等於下溫度閥值。

單車電子裝置通常被設置用於控制電子變速器和/或用於獲取、顯示和控制單車騎行參數和其它供能並且能夠位於系統外部或者是它的一部分。

對於下溫度閥值，參考本發明方法的上述內容仍然有效。

操作狀態還可包括探測溫度是否低於上溫度閥值。

對於上溫度閥值，參考本發明方法的上述內容仍然有效。

優選地，控制單元透過選自包括繼電器和固態開關的組的功率調節器啟動所述電連接。

在一個實施例中，控制單元驅動所述功率調節器以向供電單元供給熱動力，它是下溫度閥值和與探測溫度成比例的溫度之間差值的函數。

該函數優選地選自包括比例函數、積分函數、微分函數及其組合的群組。

更具體地，所述加熱元件是電阻類型的，並且所述控制單元包括所述至少一個溫度傳感器的輸出信號的放大器，用於從下溫度閥值減去放大器輸出並且用於獲得誤差信號的減法器，和P.I.D.類型的功率調節器模塊，該模塊作用在所述誤差信號上以輸出用於所述功率調節器的驅動信號，優選地為電流或電壓驅動信號。

在一個實施例中，所述P.I.D.功率調節器模塊產生所述加熱元件兩端處的電壓數值或者流經所述加熱元件的電流數值，當誤差信號增加時該數值增加。

在一個實施例中，所述P.I.D.功率調節器模塊產生所述加熱元件端部處的調變電壓，或透過所述加熱元件的調變電流，當誤差信號增加時，其工作週期增加。

優選地，所述至少一個溫度傳感器包括與所述供電單元熱耦合的至少一個溫度傳感器。

當所述供電單元包括至少兩個電池時，優選地至少一個溫度傳感器與每一個電池熱關聯，從而更好地控制每一個電池的實際溫度。用於根據上述實施例中的一個的方法中的溫度例如可以是探測溫度中的最小或者平均值。

優選地，所述至少一個溫度傳感器包括電熱調節器，更優選地負溫度係數電熱調節器或NTC。

控制單元檢查的操作狀態還可包括下溫度閥值和探測溫度之間的差值是否低於或等於最大溫度差值。

類似於參考本發明方法所述，最大溫度差值可以是恆定數值，例如等於15℃，或者相應傳感器探測到的供電單元剩餘電荷的非下降函數。

當該系統包括供電單元剩餘電荷的至少一個傳感器時，控制單元檢查的操作狀態可以包括剩餘電荷是否高於最小剩餘電荷，關於這一點，參考本發明方法所述仍然有效。

在此情形中，該系統優選地包括大氣溫度傳感器以提供用於評估溫度差值的探測溫度。

類似於參考本發明方法所述，操作狀態可包括電子裝置是否在工作。為此，該系統優選地包括在控制單元和電子裝置之間的輔助連接。

優選地，所述加熱元件是電阻類型，更優選地所述加熱元件包括施加到所述供電單元的至少一個電池的至少一個電阻片，並且甚至更優選地，所述至少一個電阻片被置於所述供電單元的兩個鄰近電池之間。

當為供電單元的每一個電池提供溫度傳感器和加熱元件時，能夠有利地對於每一個電池執行本發明方法。

系統構件能夠被容納在單獨外殼中，該外殼能夠被固定到單車框架。

在其它實施例中，供電單元被容納在第一外殼中並且電子裝置被容納在第二外殼中，第一和第二外殼能夠以機械和電子模式可移除地連接。以此模式能夠從單車拆卸供電單元，以對其充電和/或利用已被充電的對其更換。

控制單元能夠被容納在第一外殼中。在此情形中單車電子裝置可以是標準的，特別是位於系統外部。該系統因此僅由供電裝置製成並且易於安裝以升級現有單車電子裝置。

可替代地，控制單元容納在第二外殼中。供電裝置因此更加成本有效，當設置兩個或多個可互換的可移除的可再充電供電裝置時，這是有利的方面。

用於選擇性啟動從供電單元到加熱器的所述電連接的功率調節器能夠被容納在第一外殼中。當功率調節器是固態類型例如MOSFET類型時，這是有利的，因為它經受在其啟動和禁用期間由於開關損耗而引起的加熱。除了由加熱元件產生的加熱，由這種損耗引起的熱量被有利地利用以加熱供電單元。

可替代地，用於選擇性啟動所述電連接的功率調節器能夠被容納在第二外殼中，例如進一步降低兩個或更多個可互換供電裝置的成本。

能夠被選擇性地啟動的電連接能夠從來自供電單元電連接被轉向電子裝置。當供電裝置和電子裝置能夠透過一對連接器被可移除地連接時，這種架構是有利的，因為觸點的數目特別小。

優選地，供電單元剩餘電荷的傳感器被容納在第一外殼中。因為它與供電單元關聯，電荷傳感器能夠有利的利用由供電單元供給的電流隨時間的積分計算。

可替代地，電荷傳感器能夠被容納在第二外殼中。

可能的大氣溫度傳感器優選地容納在第二外殼中，但是它也能夠被容納在第一外殼中或者單車的任何其它位置處。

通常，電池供電單元具有可再充電類型。

在其第三態樣，本發明涉及一種用於所述系統的單車電子裝置，包括：－用於從包括至少一個加熱元件的供電單元接收電能的連接器，和－在輸入中接收示意所述供電單元溫度的信號並且當探測溫度低於或者等於下溫度閥值時，向加熱元件提供用於開關所述供電單元的部分電能的信號的控制單元。

優選地，該裝置還包括由控制單元提供的所述信號驅動的用於調節開關所述部分電能的功率調節器。

優選地，該裝置還包括溫度傳感器，其輸出被供給到所述控制單元。

現下參考其某些實施例更好地描述本發明，該實施例僅作為非限制實例在附圖中示意，其中：本發明系統第一實施例1的框圖示於第1圖。

在這種實施例中，可確定兩個函數模塊，即供電裝置2和單車電子裝置3，該裝置例如用於控制電子變速器和/或用於獲取、顯示和控制單車騎行參數和其它功能。

為了簡化起見，僅僅電子裝置3的電路被概略示意，用3a表示。應該理解，這種電子裝置3能夠在實際中還包括用戶界面裝置，以及變速器致動器的驅動單元，並且通常它應該被連接到其它裝置例如傳感器、傾斜計等。

單車電子裝置3和供電裝置2能夠被容納在分離的外殼中，在後面用相同參考數字2和3表示，它們能夠以機械和電子模式可移除地連接，例如透過插入一對多極連接器CN。可替代地，單車電子裝置3和供電裝置2能夠被容納在相同外殼中，在後面用相同參考數字1表示。

供電裝置2包括供電單元4、與供電單元4熱耦合的加熱元件5、與供電單元4熱耦合以探測它的溫度Tbatt的溫度傳感器6，和控制邏輯單元或控制單元8。

在實際實施例中，供電單元4可以包括例如串聯的很多電池元件以獲得足夠的電壓用於向單車電子裝置3供電。供電單元4具有可再充電類型，例如具有聚合電解質的鋰離子類型。

加熱元件5優選地包括放置成接觸供電單元4的外表面的電阻片。

加熱元件5透過其中設置功率調節器SW的電連接7電連接到供電單元4，它由控制單元8驅動，如由箭頭或者數據連接9概略示意地。功率調節器SW也可以是簡單的ON/OFF開關。

功率調節器SW優選地包括MOSFET，但是在不同實施例中，這種功率調節器可以例如由晶體管或者甚至繼電器構成。

溫度傳感器6被設置成靠近供電單元4，也優選地接觸供電單元4的外表面，並且它優選地包括無源元件例如NTC(負溫度係數)電熱調節器。在不同實施例中，這種傳感器可以具有不同類型，例如PTC電熱調節器、有源(類比或數字)傳感器等。溫度傳感器6的輸出在輸入中被提供到控制單元8，如箭頭或數據連接10所示意。

供電單元4透過供電線路11向控制單元8供電並且透過供電線路12向電子裝置3特別是它的電路3a供電。可以理解，除了所示連接，也存在為了簡潔起見沒有示出的接地連接。

在控制單元8和電子裝置3之間還可設置輔助通訊線路13。

應該指出，在第1圖實施例的情形中，其中控制單元8是供電裝置2的一部分，單車電子裝置3可以是標準的並且特別是位於系統1外部。系統1因此由供電裝置2製成並且易於安裝以升級現有單車電子裝置3。

第1圖系統的操作將參考第5－8圖在以後描述。

根據本發明系統的第二實施例示意於第2圖。第2圖實施例與第1圖實施例不同之處在於控制單元8是電子裝置3的一部分。控制單元8能夠在此情形中有利地由安裝在相同印刷電路上的電路構成，在該印刷電路上設置電子裝置3的電路3a。

可替代地，控制單元8能夠在用於其它單車控制功能例如管理自動或半自動變速器的電子裝置3的微處理器中實現。

透過使得控制單元8成為電子裝置3的一部分，供電裝置2更加成本有效，當提供可再充電類型的兩個或更多個可互換的可移除供電裝置2時，這是有利的方面。當功率調節器SW是例如MOSFET類型的固態裝置時，使得功率調節器SW保持作為供電裝置2的一部分是有利的，因為在其啟動和停止期間，它經歷由於開關損耗引起的加熱。除了由加熱元件5產生的加熱，由這種損耗引起的熱量有利的被用來加熱供電單元4，如在後面更好地描述地。

然而能夠例如進一步降低兩個或更多個可互換供電裝置4的成本，以使得功率調節器SW成為電子裝置3的一部分，如示意在示於第3圖的根據本發明系統的第三實施例中。第3圖實施例在其它態樣與第2圖實施例相同。

根據本發明系統的第四實施例示意於第4圖中。

第4圖實施例與第3圖實施例不同之處在於，控制單元8的和電子裝置3的電路3a的供電線路11、12，以及設有功率調節器SW的加熱元件5的電連接7，在供電單元4一側，包括單獨供電線路14。當供電裝置2和電子裝置3能夠透過一對連接器CN可移除地連接時，這種構造是有利的，因為觸點的數目特別小。

根據本發明方法的第一實施例將參考系統上述實施例中的一個進行描述。

根據按照本發明方法的這種第一實施例，使用下面的參數：Tlow＝下溫度閥值，基於試驗基礎並且基於所使用的電池供電單元4的類型選擇的數值；該下溫度閥值是在此處或者比它高時希望實現或者保持供電單元4的溫度從而它令人滿意地進行操作的溫度。

下溫度閥值Tlow的數值被有利的選擇成使得它能夠保證供電單元4的容量是供電單元4最大額定容量的至少5%，並且優選地40%。

Tlow的數值被存儲在控制單元8中並且能夠透過電子裝置3的用戶界面被設定。

在使用具有聚合電解質的鋰離子電池時，Tlow的數值有利的被選擇成等於－4℃。

在根據本發明方法的第一實施例中，也能夠使用存儲在控制單元8中並且可能透過電子裝置3的界面被設定的參數：△Tmax＝最大溫度差值，基於試驗並且基於使用的供電單元4和加熱元件5的類型選擇，在其之上，認為供電單元4不能充分地自加熱，即直至至少下溫度閥值數值Tlow，或者不能自加熱並且同時保持足夠的剩餘電荷用於電子裝置3操作足夠的時間；例如對於具有聚合電解質的鋰離子電池△Tmax＝15℃。

參考第5圖，在可選框101中，透過來自輔助通訊線路13的信號，控制單元8檢查系統是否在工作。

工作系統指的是該系統未被暫停，當例如單車長時間靜止時系統進入該狀態。在啟動按鈕、傳感器、對供電單元充電等之後，該系統能夠在最小時間中工作。在另一方面，當單車移動或者被控制或者在任何情形中當它的電子部件被使用時，該系統總是工作的。最後，當週期性喚醒操作發生時，該系統能夠工作特定時期，這是必要的，以檢查即使當系統暫停時也需要被加以考慮的緩慢變化的幅度。

在檢查系統是否工作(框101)已經給出肯定結果的情形中，在框102中，控制單元8透過溫度傳感器6探測電池4的溫度數值Tbatt。

如果探測數值Tbatt低於或等於預選的下溫度閥值數值Tlow，即Tbatt<＝Tlow，則控制單元8在框103中啟動加熱元件5，透過線路9，驅動ON/OFF開關類型的功率調節器SW關閉。電能因此從供電單元4供給到加熱元件5。供電單元4因此自加熱。

如果，在另一方面，框102的檢查給出否定結果，即如果探測數值Tbatt高於預選的下限溫度數值Tlow，即T>Tlow，則繼續進行框104，其中控制邏輯單元8禁用加熱元件5，驅動功率調節器ON/OFF開關SW打開。

根據該實施例執行的自加熱因此提供在一個閥值Tlow上進行的溫度檢查。

應該指出，對於系統是否工作的可選檢查101允許防止隨後的檢查並且尤其是供電單元4的自加熱對於暫停系統執行，此時不必要從電池4向電子裝置3供給能量並且因此也不必對其加熱。

在根據本發明方法的第二實施例中，除了參數Tlow以及上述的可能的參數△T，使用下面的參數：Thigh＝上溫度閥值，該數值基於所用電池供電單元4的類型以及加熱器5的功率透過試驗選擇；該上溫度閥值是這樣的溫度，在該溫度或者高於該溫度時，希望中斷對供電單元4的加熱以在供電單元4的性能和它的電荷消耗之間實現良好的平衡。

上溫度閥值Thigh的數值被有利地選擇使得仍然保證供電單元4的容量為供電單元4的最大額定容量的大約75%。

在使用具有聚合電解質的鋰離子電池時，Thigh的數值有利地選擇成等於+4℃。Thigh的數值存儲在控制單元8中並且能夠透過電子裝置3的用戶界面被設定。

參考第6圖，在可選框201中，控制邏輯單元8檢查系統是否工作，如上所述。

在肯定情形中，在框202中，控制單元8透過溫度傳感器6探測供電單元4的溫度數值Tbatt。

如果探測數值Tbatt低於或者等於下溫度閥值數值Tlow，即Tbatt<=Tlow，則控制單元8在框203中啟動加熱元件5，透過線路9，驅動ON/OFF開關類型的功率調節器SW關閉。電能因此從供電單元4被供給到加熱元件5。供電單元4因此自加熱。

應該指出，供電單元4能夠同時地向電子裝置3供電，如可選框90所示。

也可使得供電單元4不向電子裝置3(框90)供電，直至供電單元4自身處於低於下溫度閥值Tlow的溫度Tbatt。以此模式，在非最佳條件中操作的供電單元4的電能被專門用於自加熱。

如果，在另一方面，在框202中，探測數值Tbatt高於預選的下溫度閥值數值Tlow，即Tbatt>Tlow，則繼續進行框204，其中探測溫度數值Tbatt與上溫度閥值Thigh相比較。如果探測數值Tbatt高於上溫度閥值Thigh，即Tbatt>Thigh，則繼續進行框205，其中控制邏輯單元8禁用加熱元件5，驅動功率調節器或開關SW打開。

根據該實施例進行的自加熱因此提供在兩個閥值Thigh和Tlow上進行的溫度控制。

在兩個閥值Thigh和Tlow上進行的溫度控制相對於僅在一個閥值Tlow上進行的控制是優選的，因為它允許降低功率調節器或開關SW的啟動和禁用的次數，以降低開關損耗，特別當這種功率調節器是固態裝置例如MOSFET時。而且，在兩個閥值Thigh和Tlow上進行的這種控制允許避免當供電單元4的溫度Tbatt圍繞溫度Tlow快速改變時系統可能產生的不穩定性，在根據第5圖僅在下溫度閥值Tlow上執行控制的情形中，這可能涉及連續切換開關SW。

在根據本發明方法的第三實施例中，可能除了前述參數△Tmax、最大溫度差值，使用下溫度閥值，在這裡用Tref表示。

參考第7圖，在可選框301中，控制邏輯單元8檢查系統是否工作，如上所述。

在肯定情形中，在框302中，控制單元8透過溫度傳感器6探測供電單元4的溫度數值Tbatt。如果探測數值Tbatt高於下溫度閥值數值或者基準溫度Tref，則加熱元件5被停用框303。如果探測數值Tbatt低於或等於基準溫度Tref，則能夠提供框305的進一步檢查，即檢查供電單元4的溫度Tbatt和下溫度閥值Tlow之間的差值是否不高於前述最大溫度差值△Tmax。換言之，在框305中，檢查是否Tbatt>=Tlow-△Tmax並且供電單元4的自加熱僅在肯定情形中執行，從而不浪費供電單元4的電荷。

如果框302的檢查和可能的框305的檢查給出肯定的結果，則在框304中，透過本質上已知的利用第8圖所示的閉環回饋控制系統獲得的信號，控制單元8透過線路9啟動加熱元件5。

當處理被本質上已知的P.I.D.調節器模塊適當濾波的誤差信號時，獲得用於加熱元件5的驅動信號。

更特別地，被供電單元4的溫度傳感器6探測的溫度數值T在放大器26中被增益數值GAIN放大，該數值也可是單位。來自放大器的輸出信號GAIN*T在減法器節點27中從數值Tref中被減去。減法器節點27的輸出被表示成誤差信號ε=Tref-GAIN*T。

誤差信號ε被送至P.I.D.類型的調節器模塊28，該模塊具有比例P、微分D和/或積分I類型的轉移函數。

調節器模塊28的輸出信號S(ε)被用於驅動功率調節器SW從而在加熱元件5端部處的電壓V(t)或在加熱元件5中流動的電流I(t)具有理想的演化以提供所需的熱功率。

例如，當為電阻類型時，驅動信號S(ε)可以是在加熱元件5端部處引起電壓數值V(t)或者透過加熱元件5的電流數值I(t)的信號，當誤差信號ε增加時，該數值增加，如示意於第9圖的特徵曲線中。

作為另一例子，驅動信號S(ε)可以是當為電阻類型時，在加熱元件5的端部處引起電壓數值V(t)或者透過加熱元件5的電流數值I(t)的信號，脈波寬度被調變(PWM信號)，其中當誤差信號ε增加時，調變信號的工作週期增加，如示意於第10圖中。

顯然的是，可能倚賴於檢查供電單元4的溫度Tbatt是否低於或者等於較低閥值或者基準溫度Tlow，Tref的對電子裝置3供電，同時供電單元4的自加熱的可選框90也能夠被提供在本發明方法的第一和第三實施例中。

類似地，可能的框305的檢查，即供電單元4的溫度Tbatt和下溫度閥值Tlow之間的差值是否不高於最大溫度差值△Tmax，也能夠被提供在本發明方法的第一和第二實施例中。

本發明系統1的第五實施例示意於第11圖中。這種實施例與第一實施例不同之處在於供電裝置2還包括供電單元4的剩餘電荷Ch的電荷傳感器15，其輸出透過線路16被供給到控制單元8，和大氣溫度Tatm傳感器17，其輸出透過線路18被供給到控制單元8。

電荷傳感器15優選地基於由供電單元4供給的電流隨時間的積分計算。

大氣溫度Tatm傳感器17可以具有與供電單元4的溫度傳感器6相同的類型。大氣溫度Tatm傳感器17在供電裝置4的外殼2中優選地容納在優選地遠離加熱元件5的位置處。可替代地，大氣溫度Tatm傳感器17能夠在供電裝置4的外殼2的外側被被設置在單車的任何位置處。

仍然可替代地，可以省略大氣溫度Tatm的傳感器17。實際上，如果在使用中系統1並且特別是供電裝置2被安裝在單車上，當供電單元4被打開時，大氣溫度Tatm並不顯著有別於供電單元4的溫度Tbatt，並且在任何情形中，在大氣溫度Tatm上執行的檢查如以後所討論地能夠反之在由傳感器6探測的供電單元4的初始溫度Tbatt上執行。

第11圖系統的操作將參考第15-20圖在以後描述。

根據本發明系統的第六實施例示意於第12圖中。第12圖的實施例與第11圖實施例不同之處在於，控制單元8和可能的大氣溫度Tatm傳感器17是電子裝置3的一部分。類似於第2-4圖的實施例，控制單元8能夠在這種情形中有利地包括安裝在其中設置電子裝置3的電路的相同印刷電路上的電路，或者它能夠在電子裝置2的微處理器中實現。

透過使得控制單元8成為電子裝置3的一部分，供電裝置2更加成本有效，當預見可再充電類型的兩個或多個可互換的可移除供電裝置2時，這是有利的方面。當功率調節器SW是例如MOSFET類型的固態裝置時，使得功率調節器SW在任何情形中成為供電裝置2的一部分是有利的，因為在其啟動和停止期間，它經歷由於開關損耗引起的加熱。除了由加熱元件6產生的加熱，由這種損耗引起的熱量被有利地利用以加熱供電單元4。

而且，在設置兩個或多個可互換的可移除供電裝置2時，單獨的大氣溫度Tatm傳感器17是足夠的。

然而也能夠使得功率調節器SW是電子裝置3的一部分，如在示於第13圖的根據本發明系統的第七實施例中示意。第13圖的實施例在其它態樣與第12圖的實施例相同。

根據本發明系統的第八實施例示意於第14圖中。

第14圖的實施例與第13圖實施例不同之處在於用於控制單元8的和用於電子裝置3的電路3a的供電線路11和12，以及設有功率調節器SW的到加熱元件5的電連接7，在供電單元4一側包括單獨的供電線路14。當供電裝置2和電子裝置3能夠透過一對連接器CN可移除地連接時，這種架構是有利的，因為觸點數目特別小。

雖然沒有示出，在第11到14圖的實施例中，電荷傳感器15能夠可替代地為電子裝置3的一部分，特別當設置兩個或更多個可互換的可移除供電裝置2時，即使在此情形中需要即時探測電荷，因為不能跟隨所供給的電流。

在能夠利用第11－14圖的實施例中的一個系統執行的根據本發明方法的第四實施例中，除了在上面定義的下溫度閥值Tlow和最大溫度差值△Tmax參數，使用下面的參數，它存儲在控制單元8中並且可能透過電子裝置3的界面而被設定： Chmin=電池的最小電荷數值，根據試驗並且基於所用供電單元4的類型選擇，以保證在充分的時間例如至少三個小時中在惡劣的操作大氣條件中即當△T等於△Tmax時，系統被加熱和具有可接受的性能，；例如Chmin被表示成供電單元4的最大電荷的百分比並且優選地等於供電單元4的最大電荷的75%。

也使用利用控制單元8計算的下面的變量：△T=在較低閥值數值Tlow和由大氣溫度Tatm傳感器17探測的大氣溫度Tatm數值之間的溫度差值，△T=Tlow-Tatm。

參考第15圖，在可選框401中，控制邏輯單元或控制單元8檢查系統是否工作，類似於上述方法第一實施例的框101。

如果在框401中，系統工作，則能夠提供可選框405，其中檢查探測數值Tbatt是否低於或者等於下溫度閥值數值Tlow或Tref。在否定情形中，隨後的檢查得以避免，因為供電單元4不需被加熱。

在系統工作並且框405的可能的檢查具有肯定結果時，繼續進行框402，其中對數值△T和數值△Tmax進行比較。如果數值△T大於△Tmax，則認為系統並且特別是供電單元4不能充分地自加熱，並且因此在循環中不繼續下一步。

如果，在另一方面，△T低於或者等於△Tmax，則執行框403，其中對由電荷傳感器15探測的剩餘電荷數值Ch和最小電荷數值Chmin進行比較。如果剩餘電荷數值Ch小於Chmin，則認為該系統並且特別是供電單元4不能充分地自加熱，並且因此在循環中不繼續下一步。

如果，在另一方面，剩餘電荷數值Ch大於或等於Chmin，則執行框404，其中對供電單元4的溫度執行調節。根據參考第5到8圖描述的一個方法，例如，能夠執行在框404中進行的供電單元4的溫度調節。當使用這種方法中的一個時，第5、6和7圖分別的框101、201和301的對系統是否工作的檢查能夠被省略，因為這種檢查在框401中預先執行。

在能夠利用第11-14圖中的一個的系統執行的根據本發明方法的第五實施例中，使用在上面定義的下溫度閥值Tlow參數和溫度差值△T變量。也使用存儲在控制單元8中並且可能透過電子裝置3的界面設置的參數函數：

Chmin(△T)=電池的最小剩餘電荷數值，根據試驗並且基於所用供電單元4的類型選擇，作為較低閥值數值Tlow和由溫度傳感器17探測的大氣溫度數值Tatm之間的溫度差值△T的函數，T=Tlow-Tatm，它保證系統加熱和可接受的性能。

參數函數Chmin(△T)的優選演化示意於第17圖中，並且包括：-具有從儲備電荷數值Chris開始的線性演化的區域A，例如對於包括在0℃和最大數值△Tmax例如15℃之間的溫度差值數值△T，供電單元4最大電荷的30%，到最終100%的數值或供電單元4的最大電荷；儲備電荷數值Chris被選擇以設定最小電荷閥值，在該數值之下，在任何情形中不允許供電單元自加熱，但是可替代地，這種數值也可為零；-具有Chmin(△T)的恆定演化的區域B，對於高於最大溫度差值△Tmax的溫度差值數值△T，等於供電單元4的最大電荷的100%。

仍然可替代地，儲備電荷數值Chris可以是能夠基於例如在對供電單元4充電之前單車的預計使用時間透過電子裝置3的界面由用戶設定的參數。

應該指出，在上面定義的參數Tlow和參數△Tmax也被隱含地使用。參數Tlow實際上被用於計算參數△T，並且參數△Tmax被用在參數函數Chmin(△T)中。可替代地，這種參數可以被明顯地使用並且例如透過電子裝置3的界面能夠被用戶設定。函數Chmin(△T)的區域A在此情形中能夠被計算作為Chmin(△T)=Chris+(100%-Chris)*△T/△Tmax。

參考第16圖，在可選框501中，控制邏輯單元8檢查系統是否工作，類似於上述方法第一實施例的框101。

如果在框501中，系統在工作，則可以提供可選框505，其中檢查探測數值Tbatt是否低於或者等於下溫度閥值數值Tlow或Tref。在否定情形中，隨後的檢查得以避免，因為供電單元4不需要被加熱。

在系統工作並且框505的可能的檢查給出肯定的結果的情形中，繼續進行框502，其中檢查△T的數值是否高於或等於零。

在否定情形中，系統1不需要自加熱，因為大氣溫度Tatm高於預選下溫度閥值Tlow。

如果該檢查具有肯定的結果，即如果△T高於或等於零，則繼續進行框503，其中在由電荷傳感器15探測的剩餘電荷數值Ch和相應於溫度差值數值△T的最小電荷數值Chmin(△T)之間進行比較。如果剩餘電荷數值Ch小於相應於溫度差值數值△T的最小電荷數值Chmin(△T)，則認為該系統並且特別是供電單元4不能自加熱，並且因此在該循環中不進行下一步驟。

如果，在另一方面，剩餘電荷數值Ch高於或等於相應於溫度差值數值△T的最小電荷數值Chmin(△T)，則執行框504，其中對供電單元4的溫度執行調節。在框504中執行的對供電單元4的溫度調節能夠例如根據參考第5到8圖描述的一種方法而被執行。當使用這種方法中的一個時，第5、6和7圖的分別的框101、201和301的對系統是否工作的檢查能夠被省略，因為這種檢查預先在框501中執行。

當系統處於第17圖的陰影區域中時，因此能夠執行框504的對供電單元4的溫度調節。

在能夠利用第11－14圖的實施例中的一個的系統執行的根據本發明方法的第六實施例中，使用在上面定義的參數△T和參數函數Chmin(△T)。

不同於上述方法的第五實施例，示意於第19圖中的參數函數Chmin(△T)的優選演化還包括：－具有Chmin(△T)的恆定演化的區域C，對於小於0℃的溫度差值數值△T，等於儲備電荷數值Chris，例如等於供電單元4的最大電荷的30%。

同樣在此情形中，儲備電荷數值Chris可以是基於例如在對供電單元4充電之前單車預計使用時間能夠由用戶透過電子裝置3的界面設定的參數。

應該指出，同樣在此情形中，在上面定義的參數Tlow和參數△Tmax也被隱含地使用。參數Tlow實際上被用於計算參數△T，並且參數△Tmax被用在參數函數Chmin(△T)中。可替代地，這種參數可以被明顯地使用並且能夠由用戶例如透過電子裝置3的界面而設定。函數Chmin(△T)的區域A在此情形中可以被計算作為Chmin(△T)＝Chris＋(100%－Chris)*△T/△Tmax。

參考第18圖，在可選框601中，控制邏輯單元8檢查系統是否工作，類似於上述方法的第一實施例的框101。

如果在框601中，系統工作，則可提供可選的框604，其中檢查探測數值Tbatt是否低於或等於下溫度閥值數值T1ow或Tref。在否定情形中，隨後的檢查得以避免，因為供電單元4不需要被加熱。

在系統工作並且框604的可能的檢查具有肯定結果時，繼續執行框602，其中檢查剩餘電荷數值Ch是否高於或等於相應於溫度差值數值△T的最小剩餘電荷Chmin(△T)。

如果剩餘電荷數值Ch小於相應於溫度差值數值△T的最小電荷數值Chmin(△T)，則認為系統並且特別是供電單元4不能充分地自加熱，並且因此在該循環中不繼續下一步。

如果，在另一方面，剩餘電荷數值Ch高於或等於相應於溫度差值數值△T的最小電荷數值Chmin(△T)，則繼續執行框603，其中執行對供電單元4的溫度的調節。在框603中執行的供電單元4的溫度調節能夠例如根據參考第5到8圖描述的方法中的一個執行。當使用這種方法中的一個時，第5、6和7圖的分別的框101、201和301的對系統是否工作的檢查能夠被省略，因為這種檢查預先在框601中執行。

當系統處於第19圖的陰影區域中時，因此能夠執行框603的對供電單元4的溫度調節。

在能夠利用第11－14圖的實施例中的一個的系統執行的根據本發明方法的第七實施例中，使用在上面定義的下溫度閥值Tlow參數和溫度差值△T變量。也使用參數函數，它被存儲在控制單元8中並且可能透過電子裝置3的界面而被設定：△Tmax(Ch)＝最大溫度差值數值，根據試驗並且基於所用供電單元4的類型選擇，在該數值，作為由電荷傳感器15探測的剩餘電荷Ch的函數，系統加熱和可接受的性能得以保證。

示意於第21圖中的參數函數△Tmax(Ch)的優選演化基本為第19圖實施例的參數函數Chmin(△T)的演化的鏡象，並且對於包括在儲備電荷數值Chris例如供電單元4的最大電荷的30%和100%的最終數值或者供電單元4的最大電荷之間的剩餘電荷數值，它是線性的並且從0℃增加到最大數值△Tmax，例如15℃；儲備電荷數值Chris被選擇從而設定最小電荷閥值，在該數值之下，在任何情形中不允許供電單元的自加熱，但是可替代地這種數值也可以是零。

當然，在100%的最終數值或者供電單元4的最大電荷以上，參數函數△Tmax(Ch)未被定義。在儲備電荷Chris，參數函數△Tmax(Ch)被設定為無限。

同樣在此情形中，儲備電荷數值Chris可以是基於例如在對供電單元4充電之前單車的預計使用時間能夠由用戶透過電子裝置3的界面設置的參數。

參考第20圖，在可選框701中，控制邏輯單元8檢查系統是否工作，類似於上述方法第一實施例的框101。

如果在框701中，系統工作，則可以提供可選的框704，其中檢查探測數值Tbatt是否低於或等於下溫度閥值數值Tlow或Tref。在否定情形中，隨後的檢查得以避免，因為供電單元4不需要被加熱。

在系統工作並且框704的可能的檢查具有肯定結果時，繼續執行框702，其中檢查△T的數值是否小於或等於相應於由電荷傳感器15探測的剩餘電荷數值Ch的最大溫度差值數值，即是否△T<＝△Tmax(Ch)。

在否定情形中，認為系統並且特別是供電單元4不能自加熱，並且因此在該循環中不繼續進行。

在肯定情形中，繼續執行框704，其中執行對供電單元4的溫度調節。在框704中執行的對供電單元4的溫度調節能夠例如根據參考第5到8圖描述的方法中的一種執行。當使用這種方法中的一種時，第5、6和7圖分別的框101、201和301的對系統是否工作的檢查能夠被省略，因為這種檢查預先在框701中執行。

當系統處於第21圖中的陰影區域中時，因此能夠執行框704的供電單元4的溫度調節。

在上述系統的各種實施例中，在供電單元包括多個電池的情形中，可以提供多個溫度傳感器以探測各個溫度。如果也提供多個加熱元件，則上述本發明方法的各種實施例能夠在此情形中相對於各個溫度而得以實現，或者相對於構成供電單元的各個電池的那些溫度的平均溫度或者最小溫度實現。

在本發明方法的第四、第五、第六和第七實施例的情形中，由傳感器6探測的供電單元溫度數值Tbatt能夠替代由傳感器17探測的大氣溫度數值Tatm使用，在此情形中它能夠被省略。在此情形中，假定在這種單獨溫度數值上執行檢查時，即在框404、504、603和703中在執行供電單元自加熱之前，供電單元4基本處於大氣溫度。在較短的暫停時間的情形中，這可能是事實，因為供電單元4可能還沒有冷卻到空氣溫度。在任何情形中，最為相關的是供電單元4自身的溫度並且在任何情形中對大氣溫度Tatm執行根據本發明方法的各種檢查指的是至多執行供電單元4的無意義的自加熱。

就本發明方法第六實施例的框603的供電單元4的溫度調節而言，當傳感器6探測的供電單元4的溫度Tbatt被直接地代替傳感器17探測的大氣溫度Tatm使用時，根據第5-8圖的實施例的框102、202和302，在負溫度差值數值△T的區域中的調節實際上應該被在調節自身期間執行的檢查阻止。

本領域技術人員可以理解，能夠對上述實施例做出多種改變、添加、刪除和替換而不背離由所附權利要求限定的本發明的保護範圍。具體地，在各種所述實施例中執行的各種檢查的順序和重複能夠相對於所示內容而改變。

2．．．供電裝置

3．．．電子裝置

4．．．供電單元

5．．．加熱元件

6．．．Tbatt的溫度傳感器

8．．．控制邏輯單元

3a．．．電子電路

第1圖是本發明系統第一實施例的框圖；第2圖是本發明系統第二實施例的框圖；第3圖是本發明系統第三實施例的框圖；第4圖是本發明系統第四實施例的框圖；第5圖是本發明方法第一實施例的框圖；第6圖是本發明方法第二實施例的框圖；第7圖是本發明方法第三實施例的框圖；第8圖更加詳細示出第7圖的調節模塊；第9和10圖示出本發明加熱器的供電信號的兩個優選實施例；第11圖是本發明系統第五實施例的框圖；第12圖是本發明系統第六實施例的框圖；第13圖是本發明系統第七實施例的框圖；第14圖是本發明系統第八實施例的框圖；第15圖是本發明方法第四實施例的框圖；第16圖是本發明方法第五實施例的框圖；第17圖示意用於本發明方法第五實施例中的函數；第18圖是本發明方法第六實施例的框圖；第19圖示意用於本發明方法第六實施例中的函數；第20圖是本發明方法第七實施例的框圖；第21圖示意用於本發明方法第七實施例中的函數；和第22圖示出電池供電單元的特徵曲線。