TWI445277B - A charging system, a charging method, and an information processing device - Google Patents

Description

充電系統、充電方法以及資訊處理裝置

本發明涉及縮短二次電池的充電時間的技術，更詳細地說，涉及縮短與充電器的容量相比充電率較大的二次電池的充電時間的技術。

在作為可攜式電子設備的一例的筆記本型個人電腦(以後稱為筆記型電腦)中，一般使用鋰離子蓄電池。對於鋰離子蓄電池，一方面具有能量密度高的優點，但另一方面被指出了充電時間長的問題。近年來開發出在負極材料中採用了奈米微粒子的快速充電型鋰離子蓄電池，並且已經在市場上銷售。普通充電型鋰離子蓄電池的充電率為0.7C左右，而在快速充電型的鋰離子蓄電池中，充電率為2C左右，與普通充電型相比，明顯可在較短時間內充電。

如果使用具有用於對普通充電型鋰離子蓄電池充電容量的充電器對快速充電型鋰離子蓄電池進行充電，會由於容量不足而無法充分發揮其性能。例如，在快速充電型鋰離子蓄電池中，如果使用與充電率相適合容量的充電器，則經過30分鐘可以充電到滿充電容量的80%，但在使用普通充電型鋰離子蓄電池用的充電器對快速充電型鋰離子蓄電池進行充電時，充電到相同的容量需要75分鐘。

日本特開2007－97397號公報記載的發明提供了充電時間短並且發熱量小的恆流恆壓的充電方法。在該發明中，最初以較大的恆定電流值進行恆流充電，然後用比其小的恆定電流值進行恆流充電，最後進行恆壓充電。日本特開2002－359936號公報記載的發明公開了以下的方法：在充電電力提供電路和二次電池之間具備充電控制電路，並且可以通過電源提供旁通電路從充電電力提供電路直接對二次電池提供充電電流，來防止充電電路中的發熱。檢測二次電池的電壓來决定是從充電電力提供電路直接充電，還是通過充電控制電路以更小的電流進行充電。日本特開2004－320865號公報公開了以下的技術：在直流電源裝置一邊對電池進行充電一邊對負載提供 電力的情况下，通過不同的電流限制電路進行對負載提供峰值電流時的恆流控制、以及不要求峰值電流而提供電池充電所需要的電流時的恆流控制，由此防止在二次電池中流入過大的電流。

為了筆記型電腦在移動環境中使用之後在盡可能短的時間內充電盡可能多的容量，來準備下次的移動使用。因此，要在筆記型電腦中逐漸採用快速充電型鋰離子蓄電池。但是，當對應於快速充電型鋰離子蓄電池而增大筆記型電腦中配備的充電器的容量時，裝置變得大型化，產生筆記型電腦內部的空間的不足、發熱量提高以及成本上升等問題。

因此，本發明的目的在於提供在短時間內使用容量小的充電器對充電率大的蓄電池進行充電的充電系統。而且，本發明的目的在於提供配備有這種充電系統的資訊處理裝置以及實現這種充電系統的充電方法。

本發明的設備具備蓄電池和從直流電源裝置接受電力供給的負載，並且配備有蓄電池的充電系統。直流電源裝置將交流電壓或直流電壓轉換為規定的直流電壓。充電器可以從直流電源裝置接受電力供給，以設定電流對蓄電池進行充電。蓄電池以及直流電源裝置被分別安裝在設備的內部，或者由與設備不同的殼體構成，在使用時被安裝在設備上，或者通過配線與設備相連來對設備提供電力。該充電系統具備2個充電模式。在第1充電模式下，在直流電源裝置可以對負載提供電力的狀態下，在對充電器提供電力的期間由充電器對蓄電池進行充電；在第2充電模式下，直流電源裝置在可以對負載提供電力的狀態下對蓄電池進行充電。在此，所謂直流電源裝置可以對負載提供電力的狀態是指與充電系統的動作無關地，如果負載需要電力便可實際從直流電源裝置提供電力，如果負載不需要電力則實際上不提供電力。

本發明的充電系統，在因為充電器的容量小所以無法以蓄電池的充電率進行充電的情况下，直流電源裝置可以通過比充電器的充電電流大的充電電流進行充電。在第2充電模式下，因為是直流電源裝置可以對負載提供電力的狀態，所以有時直流電源裝置在對蓄電池進行充電的同時還對負 載實際提供電力。直流電源裝置的輸出被分配給負載和蓄電池，所以有時由於負載的消耗功率增大導致充電功率减小。此時，切換為第1充電模式可以通過較大的充電功率進行充電。控制部根據對各個充電模式下進行充電時的充電電流或充電功率的大小相互比較後的結果，來選擇充電模式，所以可以始終通過優越的充電模式進行充電。

在蓄電池的恆壓充電期間，充電器在自身的恆壓區域對蓄電池進行充電，所以即使對恆壓充電期間的充電電壓的精度以及管理受到嚴格要求的鋰離子蓄電池進行充電的情况下，也不會出現安全上的問題。另一方面，在鋰離子蓄電池中，如果恆流充電期間的充電電流在充電率以下，雖然充電時間變長但不會出現安全上的問題，所以可以通過直流電源裝置進行充電。

因此，在蓄電池是快速充電型蓄電池的情况下，在蓄電池的恆流充電期間如果第2充電模式下的直流電源裝置的充電電流的值在蓄電池的充電率以下，則可以安全地進行充電。具體地說，直流電源裝置具備恆流特性或恆定功率特性，在蓄電池的恆流充電期間，如果利用恆流特性或恆定功率特性進行充電，則可以將充電電流控制在蓄電池的充電率以下，所以可安全地進行充電。

在直流電源裝置具備恆壓特性時，在第1充電模式下，可以在恆壓區域對充電器提供電力。結果，充電器通過從直流電源裝置提供的規定的輸入電壓進行動作，以設定電流對蓄電池進行充電，所以在負載的消耗功率較大的情况下，可以在恆流充電期間通過比直流電源裝置大的充電電流進行充電。控制部可以根據與第2充電模式下進行充電時的充電電流或充電功率的大小相關聯的事件，比較在第1充電模式下進行充電時的充電電流或充電功率的大小和在第2充電模式下進行充電時的充電電流或充電功率的大小。該事件可以根據在第2充電模式下由直流電源裝置進行充電時的充電功率或充電電流直接產生。此時，通過從第1充電模式暫時切換為第2充電模式，可以在第1充電模式下進行充電時測定在第2充電模式下進行充電時的充電電流或充電功率。

此外，可以根據第1充電模式或所述第2充電模式下的負載的電流或 消耗功率來產生事件。負載的電流或消耗功率既可以在第1充電模式下也可以在第2充電模式下測定，所以與直接測定充電電流或充電功率的情况相比，無需從第1充電模式向第2充電模式的切換操作，所以比較方便。並且，還可以根據與負載的電流或消耗功率相關聯的設備的動作模式來產生事件。此時，因為不需要測定消耗功率所以事件的產生變得簡單。本發明的充電系統可以應用於電動工具這樣的設備或者電腦、行動電話或PDA等資訊處理裝置。

在用於電腦時，可以根據電腦的一般狀態、閒置(suspend)狀態、待機(standby)狀態、休眠(hibernation)狀態以及電源關閉狀態等產生事件。在電池組為智慧電池時，可以把從電池組發送給充電系統的、來自蓄電池的放電功率值作為負載的消耗功率來使用。此外，可以把從電池組發送給充電系統的、針對蓄電池的充電功率值的資訊作為在第2充電模式下進行充電時的充電功率來使用。在第1充電模式下進行充電時，可以根據暫時將切換部切換為第2充電模式後測定到的充電功率值，產生用於控制切換部的事件。在電腦具備用於與AC/DC變壓器相連的交流電源的峰值飄移電路時，控制器可以根據在第1充電模式或第2充電模式下操作峰值飄移電路測定到的放電功率值，產生用於控制切換部的事件。

根據本發明，可以提供通過容量小的充電器在短時間內對充電率大的蓄電池進行充電的充電系統。而且，根據本發明可以提供配備有這種充電系統的資訊處理裝置以及這種充電系統實現的充電方法。

圖1(A)是表示本發明實施方式的充電系統的基本結構的方塊圖，圖1(B)表示充電器17以及直流電源裝置11的電壓電流特性。該充電系統具備基於充電器17的充電模式和基於直流電源裝置11的充電模式這兩個充電模式。在圖1(A)中，直流電源裝置11是將交流電壓或直流電壓轉換為規定值的直流電壓的電壓轉換裝置。直流電源裝置11可以在對系統負載13提供電力的同時，斷開開關SW2閉合開關SW1對充電器17提供電力。直流電源裝置11可以在對系統負載13提供電力的同時，斷開開關SW1 閉合開關SW2直接對蓄電池15進行充電。

直流電源裝置11具備在恆壓區域21和恆流區域23進行動作的恆流恆壓特性。即，直流電源裝置11在連接有輸出電流Io超過額定電流Ia的較大的負載時、或者在輸出一側發生短路事故或過電流事故時，控制輸出電壓Vo以便在恆流區域23進行動作，來使輸出電流Io與額定電流Ia相一致；在輸出電流Io不滿額定電流Ia的狀態下時進行控制，以便在恆壓區域21進行動作使輸出電壓Vo與額定電壓Va相一致。該直流電源裝置11的額定輸出Pa為Va×Ia。直流電源裝置11的恆流區域23的額定電流Ia大於充電器17的設定電流Ichg，並且在蓄電池15的充電率以下。

蓄電池15由快速充電型鋰離子蓄電池構成，以恆流恆壓充電方式進行充電。在恆流恆壓充電方式下，在通常恆流充電期間以蓄電池的充電率規定的恆定的電流進行充電，當充電電壓上升到一定的值時轉移到恆壓充電期間。然後，在恆壓充電期間，通過恆定的電壓進行充電直到充電電流降低到設定的值為止。在以恆流恆壓充電方式進行充電時，原本為了降低蓄電池的惡化和縮短充電時間，總是將恆流充電期間的充電電流設定為蓄電池的充電率來進行充電，但事實上是可以通過小於充電率的電流來進行充電的。而且，如果維持充電電流小於充電率，則隨著充電的進展充電電流可以變化。但是，當充電電流變小時，充電時間也會相對變長。與此相對，恆壓充電期間的充電電壓存在安全上的問題，需要更嚴格地進行管理。

蓄電池15是快速充電型蓄電池，所以充電率高達2C，與普通型蓄電池相比增大了恆流充電器間的充電電流，具有可以在短時間內充電的性能。在此，充電率的C意味著與容量相同數值的電流值，例如，1000mAh的容量的蓄電池的充電率為1C時充電電流為1A；為2C時充電電流為2A。蓄電池15在直流電源裝置11停止時可以對系統負載13提供電力。此外，在圖1(A)中，省略了從蓄電池15到系統負載13的放電路徑。

普通充電型鋰離子蓄電池的充電率為0.7C左右，所以快速充電型蓄電池15在恆流充電期間與相同容量的普通充電型蓄電池相比，可以用約3倍的充電電流進行充電。為了充分發揮快速充電型蓄電池的性能在短時間內進行充電，需要充電器具有以蓄電池15的充電率進行充電的能力，但充電 器17是為了對普通充電型蓄電池進行充電而構成的，不具備以2C的充電率對快速充電型蓄電池15進行充電的能力。

因此，當在恆流充電期間採用基於充電器17的充電模式時，由於無法對蓄電池15提供足夠的充電電流所以不能發揮快速充電的性能。充電器17具備在恆壓區域25和恆流區域27進行動作的恆流恆壓特性。即，充電器17在充電電流Ix較大時，在恆流區域27中控制充電電壓Vx以使充電電流Ix與設定電流Ichg一致，當充電進行、充電電壓Vx變高時，在恆壓區域25中進行控制以使充電電壓Vx與設定電壓Vchg一致。

當直流電源裝置11在恆壓區域21中進行動作來對充電器17提供額定電壓Va時，充電器17對蓄電池15進行充電的最大的功率、即額定輸出Pchg為Vchg×Ichg。當充電器17開始對充分放電後的蓄電池15進行充電時，在充電器17中流過根據蓄電池15的充電率而設定的設定電流Ichg，蓄電池15的充電電壓Vx在恆流區域27中從充電開始電壓Vbl開始緩緩上升，最終達到充電器的設定電壓Vchg。恆流區域27中的充電電流Ix與設定電流Ichg相等，所以充電器17對蓄電池15進行充電時的充電功率Px為Vx×Ichg，Px隨著充電時間的經過而上升。

充電開始電壓Vbl是在不會惡化蓄電池15的同時開始進行恆流充電時的蓄電池15的最低的電壓，在電池電壓為充電開始電壓Vbl以下時，預先使充電器17在恆壓區域25中動作來進行涓流(trickle)充電，恢復電池電壓。在涓流充電期間，直流電源裝置11在恆壓區域21中進行動作。

負載13是從直流電源裝置11接受電力供給來進行動作的電氣設備或電子設備。在該充電系統中，當直流電源裝置11在恆壓區域21中進行動作時，負載13的最大消耗功率P1、充電器17的額定輸出Pchg以及直流電源裝置11的額定輸出Pa的關係被選定為Pa－P1>Pchg。此外，因為充電器17的效率一般為95%以上，所以為了便於說明認為效率為100%。即，直流電源裝置11可以在充電器17以額定輸出Pchg對蓄電池15進行充電時在恆壓區域21中進行動作，對負載13提供最大消耗功率P1。在該充電系統中，負載13的消耗功率Psys與充電系統的動作無關，在0~P1之間自由變化。

然後，對該充電系統的動作進行說明。在該充電系統中，在蓄電池15的恆流充電期間，當負載13的消耗功率為0或者為規定值以下時，斷開開關SW1閉合開關SW2來通過直流電源裝置11直接對蓄電池15進行充電。蓄電池15的充電率較高，所以當開始從直流電源裝置11對蓄電池15進行充電時，直流電源裝置11在恆流區域23中進行動作，蓄電池15的充電電壓Vy從充電開始電壓Vbl開始緩緩上升最終達到設定電壓Vchg。

直流電源裝置11對蓄電池15進行充電時的充電電壓Vy、充電功率Py以及充電電流ly可以通過未圖示充電系統的公知方法來測定。直流電源裝置11在恆流區域23中對蓄電池15進行充電時的充電電流Iy等於額定電流Ia，所以充電功率Py為Py＝Vy×Ia。當直流電源裝置11沒有在恆流區域23中進行動作來對負載13提供電力時，以充電功率Py＝Vy×Ia對蓄電池15進行充電。此時充電電流Iy在蓄電池15的充電率以下，所以可以利用直流電源裝置安全地進行充電。

如上所述，充電器17對蓄電池15進行充電時的充電功率Px為Vx×Ichg。在此，可以認為充電器17對於蓄電池15的充電電壓Vx與直流電源裝置11對於蓄電池15的充電電壓Vy相等，此外，因為Ia>Ichg所以Py≧Px。由此，與通過充電器17進行充電相比，通過直流電源裝置11對蓄電池15進行充電可以縮短恆流充電期間的充電時間。雖然鋰離子蓄電池需要精密地進行恆壓充電期間的電壓控制，但本發明的充電系統在充電電壓Vy達到設定電壓Vchg時，使開關SW2斷開使開關SW1閉合，充電器17在恆壓區域25中對蓄電池15進行充電，由此在剩餘的充電期間可以安全地對蓄電池15進行充電。

直流電源裝置11在恆流區域23中對蓄電池15進行充電的期間，還需要對負載13提供負載功率Psys。此時，對負載13提供充電電壓Vy。在該充電系統中，當蓄電池15的充電電壓Vy上升而達到Vchg時，斷開開關SW2閉合開關SW1，進行控制以使充電電壓Vy不超過充電器17的設定電壓Vchg，所以在恆流區域23中直流電源裝置11對蓄電池15進行充電時的直流電源裝置11的最大輸出P2為Vchg×Ia。達到設定電壓Vchg之前的直流電源裝置11的輸出Po被分配為負載13的消耗功率Psys以及蓄電池15 的充電功率Py，Po＝Psys＋Py<P2。

消耗功率Psys和充電功率Py的比例，與從直流電源裝置11的輸出端子看去的負載13和蓄電池15的等價電限成反比。因此，當消耗功率PSys增大、負載13的等價電阻降低時，直流電源裝置11的輸出Po被較多地分配給系統負載13，所以充電電壓Py降低，最後與通過直流電源裝置11進行充電相比，通過充電器17進行充電可以用更大的充電功率進行充電。其原因在於，在通過充電器17進行充電時，Pa>P1＋Pchg，所以直流電源裝置11在恆壓區域21中進行動作，輸出電壓Vo成為額定電壓Va，充電器17可以提供比直流電源裝置11更大的充電功率Px。

在蓄電池15的恆流充電期間，為了簡單地判斷與基於直流電源裝置11的充電模式和基於充電器17的充電模式的充電時間相關的優越性來决定充電模式，在式(1)的條件成立時通過充電器進行充電，在式(2)的條件成立時通過直流電源裝置11進行充電。

Py<Px (1) Py≧Px (2)

在通過充電器17進行充電時，為了測定通過直流電源裝置11進行充電時的充電功率Py，可以操作開關SW1以及SW2在短時間內切換為從直流電源裝置11充電。式(1)、式(2)因為需要始終監視充電功率Px、Py來判斷優越性，所以電路稍微複雜，所以可以通過以下的方法簡單地進行判斷。

在本發明的實施中，可認為通過充電器17進行充電時的充電功率Px等於充電器17的額定輸出Pchg，所以式(1)、式(2)可以分別變形為式(3)、式(4)。

Py<Pchg (3) Py≧Pchg (4)

因此，在通過直流電源裝置11進行充電時的充電功率Py小於充電器的額定輸出Pchg時，通過充電器17進行充電，在相反的情况下通過直流電源裝置11進行充電。

此外，因為可以認為充電過程中的直流電源裝置11的輸出Po等於充 電過程中的直流電源裝置11的最大輸出P2，所以通過充電器17進行充電時的條件式(3)可以如同式(7)那樣變形。

Po＝Psys＋Py (5) Po－Psys<Pchg (6) P2－Pchg<Psys (7)

而且，可以根據式(7)，如同式(8)那樣求出通過直流電源裝置11進行充電時的條件。

P2－Pchg≧Psys (8)

根據式(7)以及式(8)，P2＝Vchg×Ia，所以可以將根據預先决定的充電器17的設定電壓Vchg、直流電源裝置11的額定電流Ia以及充電器17的額定輸出Pchg求出的閾值和負載的消耗功率Psys進行比較，來判斷優越性，所以可以簡單地構成用於判斷充電模式的電路。此外，在式(3)以及式(4)中，為了在通過充電器17進行充電的期間測定假設通過直流電源裝置11進行充電時的充電功率Py，需要對開關SW1以及開關SW2進行切換操作，但是由於負載13的消耗功率Psys無論在哪個充電模式下都可以測定，所以根據式(7)和式(8)不需要進行這種切換操作。

在充電功率Py為Py<Px時，當斷開開關SW2閉合開關SW1時，充電器17在恆流區域27中進行動作，通過設定電流Ichg開始對蓄電池15進行充電。如上所述，在該充電系統中，充電器17的額定輸出Pchg、負載13的最大消耗功率P1以及直流電源裝置11的額定輸出Pa的關係被選定為Pa>Pchg＋P1，所以直流電源裝置11從恆流區域23轉移為在恆壓區域21中進行動作，來對充電器17提供額定電壓Va。充電器17在從直流電源裝置11被輸入了額定電壓Va時，可以通過充電功率Px對蓄電池15進行充電，所以只要Py<Px，直流電源裝置11便可以與通過充電功率Py進行充電相比，增大充電功率。在充電電壓Vx達到了設定電壓Vchg時，充電器17轉移至恆壓區域25的動作，繼續對蓄電池15進行充電。

如上所述，在本實施方式中，在使用普通充電型充電器17對快速充電型蓄電池15進行充電時，在蓄電池15的恆流充電期間，根據負載13的負載功率Psys的大小通過直流電源裝置11或充電器17中的某一方進行充 電，在恆壓充電期間通過充電器17進行充電。此外，為了選擇充電模式，到目前為止說明了測定負載13的消耗功率Psys以及直流電源裝置11的充電功率Py的方法，但本發明還可以通過在負載13中流動的負載電流或直流電源裝置11進行充電時的充電電流Iy來判斷優越性。

本發明的直流電源裝置11，只要可以在蓄電池15的恆流充電期間，通過比充電器17的恆流區域大並且在蓄電池15的充電率以下的電流對蓄電池15進行充電即可。因此，直流電源裝置11可以具備恆定功率特性來代替恆流特性。圖2表示具備恆定功率特性的直流電源裝置的特性。在圖2與圖1(B)的不同點僅為直流電源裝置11在與額定電流Ia相比流過更多電流的區域具備恆定功率區域24。

在恆定功率區域24中，充電器進行動作以使輸出Po成為額定輸出Pa。因此，充電電壓Vy越降低，充電電流Iy越大。如果充電電壓Vy降低到最低時的充電電流Iy在蓄電池15的充電率以下，則可以安全地進行蓄電池15的充電。充電系統中的恆定功率區域24的使用方法與之前說明的恆流區域23的使用方法相同。在恆定功率區域24中，直流電源裝置的輸出Po成為Pa，充電過程中的直流電源裝置11的最大輸出P3變得大於恆壓特性時的最大輸出P2，所以與具備恆流特性23的直流電源裝置11相比可以在更短時間內進行充電。

圖3是表示在筆記型電腦100中實現圖1中說明的充電系統時的結構的方塊圖。在筆記型電腦100的電源端子上可以連接AC/DC變壓器101，而且可以在電池槽中安裝主電池組103以及輔助電池組105。AC/DC變壓器101是將交流電壓轉換為規定的直流電壓的直流電源裝置。AC/DC變壓器101具備與圖1中說明的直流電源裝置11相同的恆流恆壓特性。

主電池組103以及輔助電池組105各自容納了在圖1中說明的快速充電型鋰離子蓄電池15，並且配備有微處理器(MPU)，該微處理器計算電池電壓、充電電流、充電功率以及放電功率等，並且定期地發送給筆記型電腦100。主電池組103以及輔助電池組105是基於美國英代爾(Intel)公司和美國金頂電池(Duracell)公司所倡導的、被稱為智慧電池系統(Smart Battery System，以下稱為SBS)的標準的智慧電池。主電池組103以及輔 助電池組105在充電時以及放電時僅使用所選擇的某一方，不進行並行充電以及並行放電。在以後的說明中，在不需要區別主電池組103和輔助電池組105時，簡單地表現為電池組103、105。

筆記型電腦100的電源管理功能以嵌入式控制器(EC)113為中心，由充電器107以及DC/DC變換器109等構成。EC113是除了電源之外，還是對構成筆記型電腦100的多個硬體要素進行控制的積體電路。EC113可以通過與MPU的通信，取得電池組產生的電池電壓、充電電流、充電功率、放電功率以及在充電器中設定的設定電壓以及設定電流等資訊。

充電器107與圖1所示的充電器17同樣地具備恆流恆壓特性。此外，與充電器17同樣地不對應於充電率為2C的快速充電型蓄電池的充電，而對應於充電率為0.7的普通充電型蓄電池的充電。充電器107具備：通過PWM方式控制FET129以及FET131的開關電路；由電感器133和電容器134構成的平滑電路。充電器107通過平滑電路降低驅動開關電路而產生的直流電流的脉動，把從AC/DC變壓器101輸入的直流電壓轉換為與電池組在恆流區域或恆壓區域中的充電相適應的直流電壓並進行輸出。

充電器107通過恆流恆壓方式(CC－CV：Constant Current Constant Voltage)對電池組進行充電。在充電器107的電流設定值輸入Iset以及電壓設定值輸入Vset，輸入來自對筆記型電腦100內部產生的恆定電壓進行分壓而得的基準電壓源111的電壓。基準電壓源111根據來自EC113的指示在電壓設定值輸入Vset輸入設定電壓Vchg，並且在電流設定值輸入Iset輸入設定電流Ichg。對充電器107的電壓反饋輸入FB－V以及電流反饋輸入FB－I分別連接來自分壓電阻137、139和感應電阻135的輸出，分別輸入與充電器107的充電電壓Vx以及充電電流Ix對應的電壓。

DC/DC變換器109對筆記型電腦100中收容的設備提供規定電壓的電力，相當於消耗圖1的消·耗功率Psys的負載。DC/DC變換器109把從AC/DC變壓器101取得的直流電壓或從電池組103、105取得的直流電壓轉換為規定的電壓來提供給筆記型電腦100內的設備。DC/DC變換器109的消耗功率根據筆記型電腦100的動作狀態而發生變化。FET－A117以及FET－B119是用於控制針對主電池組103的充放電的開關，與主電池組103的充放電 電路相連接。FET－C121以及FET－D123是用於控制針對輔助電池組105的充放電的開關，與輔助電池組105的充放電電路相連接。

FET－E125被連接在電池組103、105和DC/DC變換器109之間，是用於選擇使充電模式為基於充電器107的充電模式和基於AC/DC變壓器101的充電模式中的哪一種模式的開關。FET－E125還在從電池組103、105對DC/DC變換器109提供電力時使用。FET－F127與從AC/DC變壓器101對DC/DC變壓器109提供電力的電路相連接，其是在從AC/DC變壓器101對DC/DC變壓器109提供電力時，為了停止從交流電源取得電力進行使交流電源的峰值緩和的所謂峰值飄移(peak shift)，而暫時從電池組對DC/DC變換器109提供電力的開關。

在智慧電池中，在內部測定充電功率或放電功率，並且定期地發送給EC113。因此，在充電器107或AC/DC變壓器101進行充電時，在為了使用式(7)、式(8)而測定系統的消耗功率Psys時，可以操作由FET－F127、FET－E125以及EC113構成的峰值飄移電路，通過測定從電池組103、105對DC/DC變換器109放電的功率來測定系統的消耗功率Psys。FET驅動電路115根據來自EC113的指示控制FET－A117~FET－F。

此外，圖1為了說明本實施方式，僅簡要地記載了主要的硬體結構以及連接關係。例如，為了構成筆記型電腦100使用磁片、光碟、鍵盤等很多的電路以及裝置，但這些對於本領域的技術人員來說是公知的，所以省略記載不進行詳細的記述。將圖中記載的多個步驟構成為1個積體電路，或者相反將1個框分割為多個積體電路也在本領域技術人員可以任意選擇的範圍內，包含在本發明的範圍中。

圖4是說明圖3所示的充電系統的動作的流程圖。在步驟201中，進行開始對主電池組103充電的準備。對於輔助電池組105的充電，同樣可以參照圖3的流程圖來理解。FET－A117、FET－B119、FET－F127閉合，FET－C121、FET－D123以及FET－E125斷開。

DC－DC變換器109的輸入電壓的允許變化範圍大，其在實現本發明的基礎上，在變化的AC/DC變壓器101的輸出電壓Vo的範圍內適當地進行動作。消耗功率Psys根據筆記型電腦100的使用狀態而變化。有時根據筆 記型電腦的狀態，消耗功率Psys為0。在充電器107的電壓設定值輸入Vset以及電流設定值輸入Iset全部設定0，充電器107停止動作，FET129以及FET131一起斷開。

在步驟203中，主電池組103請求EC113發送充電器107的設定電壓Vchg以及設定電流Ichg來開始充電。EC113如果確認成為了FET－F127閉合、AC/DC變壓器101可以一邊對DC/DC變換器109提供電力一邊進行充電的狀態，則對FET驅動電路115發送用於閉合FET－E125的信號，來取代使充電器107動作。當FET驅動電路115根據EC113的指示閉合了FET－E125時，AC/DC變壓器101在恆流區域23中對電池組103進行充電。EC113定期地從電池組103取得充電功率Py的值。

在步驟205中，EC113判斷充電電壓Vy是否達到了充電器107的設定電壓Vchg。從主電池組103定期地對EC113發送充電電壓Vy的值。在充電電壓Vy達到了充電器107的設定電壓Vchg時，轉移到步驟215，EC113經由基準電壓源111在電壓設定值輸入Vset輸入設定電壓，並且在電流設定值輸入Iset輸入設定電流來使充電器107進行動作。充電器107在恆壓區域25動作來開始充電。EC113定期地從主電池組103取得充電電流Ix的值，在充電電流Ix降低到規定值時轉移到步驟217，在電壓設定值輸入Vset以及電流設定值輸入Iset設定0，使充電器107停止來結束充電。

在步驟205中，在充電電壓Vy低於設定電壓Vchg時，轉移到步驟207，EC113判斷式(3)的條件是否成立。在式(3)的條件不成立時，返回步驟203繼續通過AC/DC變壓器101進行充電。在式(3)的條件成立時轉移到步驟209，EC113在電壓設定值輸入Vset輸入設定電壓Vchg的值，在電流設定值輸入Iset輸入設定電流Ichg的值來使充電器107進行動作。而且，EC113指示FET驅動電路115斷開FET－E125。結果，電池組103通過充電器107進行充電。充電器107在恆流區域27中對電池組103進行充電，雖然系統負載的消耗功率Psys增大但只要滿足式(3)的條件，就可以通過比AC/DC變壓器101更大的充電電流進行充電。

在步驟211中，EC113判斷充電電壓Vx是否達到了充電器107的設定電壓Vchg。充電電壓Vx的值被定期地從主電池組103發送給EC113。在 充電電壓Vx達到了充電器107的設定電壓Vchg時，轉移到步驟215，充電器107轉移為恆壓區域25中的充電。在步驟211中，在充電電壓Vx低於設定電壓Vchg時，轉移至步驟213，EC113判斷式(4)的條件是否成立。

作為判斷式(4)的條件所需的、通過AC/DC變壓器101進行充電時的充電功率Py，EC113暫時停止充電器107的動作並且閉合FET－E125，從AC/DC變壓器101進行充電，使用此時電池組103測定到的充電功率Py。在步驟213中，在式(4)的條件不成立時，返回步驟209繼續由充電器107進行充電。在步驟213中式(4)的條件成立時，返回步驟203，EC113停止充電器107的動作，並且閉合FET－E125，使AC/DC變壓器101對電池組103進行充電。

在步驟207、步驟213中利用式(3)、式(4)的條件决定了充電模式，但是也可以操作峰值飄移電路來測定DC/DC變換器109的消耗功率Psys，利用式(7)、式(8)來决定充電模式。在以上的步驟中，在步驟203中說明了最初從AC/DC變壓器101開始充電，但通過判斷充電模式優越性的步驟207、步驟213，一邊通過某一種充電模式進行充電一邊始終評估另一充電模式的優越性，所以也可以從充電器107開始充電。此外，在筆記型電腦100中根據工作狀態，DC/DC變換器109的消耗功率Psys頻繁地上下變化。因此，希望在從步驟207向步驟209轉移時以及從步驟213向步驟203轉移時設置閥值的差異。而且，希望在通過其中一種動作模式開始充電後，在經過規定時間之前，即使在步驟207、213中變更動作模式的條件成立，也不進行變更。

在圖2中，以智慧電池的電池組103、105為例進行了說明，但本發明也可用於在內部沒有配備處理器的電池組的充電。此時，充電功率或充電電壓通過筆記型電腦100自身來測定。在本發明中，在變更充電模式時，不僅使用電流值、功率值，還通過與負載的消耗功率相關聯的特有的動作模式進行判斷。例如，在筆記型電腦100中實現了按照被稱為ACPI(Advanced Configuration and Power Interface)的規定來定義的一般狀態、閒置狀態、待機狀態、休眠狀態以及電源關閉狀態這樣的動作模式。在電 源關閉狀態下，不對之後啟動筆記型電腦100的電源、或控制基於AC/DC變壓器101的充電所需要的最小限度的電路以外的負載提供電力。

在休眠狀態下，在電源停止之前將正在工作的RAM或寄存器的內容寫入磁片裝置中，電源幾乎與電源關閉狀態相同。在待機狀態下，關閉顯示器的VGA信號，並且降低處理器的頻率或者使其進行過熱保護降頻(throttling)來降低處理器的消耗功率。在閒置狀態下，因為需要維持已寫入工作狀態的記憶體的儲存，所以僅對用於維持記憶體的儲存和再啟動的電路提供電源。最後，在通常動作狀態下，構成為對所有的系統負載提供電力，系統負載的實際的消耗功率根據工作狀態而變化。

筆記型電腦100可以根據與用戶的操作、未進行訪問的時間的長短、無線LAN的電波的檢測等相關聯的時間資訊，在這些動作模式之間進行轉移來節約消耗功率以及維持便利性。在閒置狀態、待機狀態、休眠狀態以及電源關閉狀態下，可知負載的消耗功率Psys小，通過AC/DC變壓器101進行充電的方式可以提高充電率，所以EC113在從處理器取得進入到這些動作狀態的事件時，可以控制充電系統以便通過AC/DC變壓器101進行充電，在取得進入到通常動作狀態的事件資訊時，可以控制充電系統以便通過充電器進行充電。EC113用於執行圖4所示的步驟的程式，可以儲存在EC113內部所設置的閃速記憶體中。

圖5說明圖3的充電系統對主電池組103進行充電時的充電特性。線301、302、303表示使滿充電容量為100%時的充電時間和充電容量的變化。線305對應於線301，表示只使用充電器107從恆流充電期間過渡到恆壓充電期間對已完全放電的蓄電池15進行充電時的充電電流Ix。此時，對蓄電池15充電的能量、即充電容量達到滿充電容量的80%的時間為t2。線307對應於線302，表示在DC/DC變換器109的消耗功率為0的狀態下，在恆流充電期間通過AC/DC變壓器101進行充電，在充電電壓Vy達到設定電壓VChg之後的恆壓充電期間通過充電器107進行充電時的充電電流Iy，Ix。

因為DC/DC變換器109的消耗功率為0，所以AC/DC變壓器101將額定電流Ia全部提供給蓄電池15。此時，對蓄電池15充電的能量、即充電容量達到滿充電容量的80%的時間為t1，時間t1可以將充電時間縮短時間 t2的30%。線309對應於線303，表示在DC/DC變換器109消耗規定功率的狀態下，在恆流充電期間通過AC/DC變壓器101進行充電，在充電電壓Vy達到設定電壓VChg之後的恆壓充電期間通過充電器107進行充電時的充電電流Iy，Ix。

在線309上，因為在DC/DC變換器109中流過負載電流Isys，所以在蓄電池15中流過Iy＝Ia－Isys的充電電流。在該狀態下，DC/DC變換器109的消耗功率大，Iy<Ichg(Py<Pchg)的條件成立，所以對蓄電池15充電的能量、即充電容量達到滿充電容量的80%的時間為t3(t3≧t2)。因此，在DC/DC變換器109的消耗功率增大到超過了某個一定值時，在恆流充電期間通過充電器107進行充電可以縮短充電時間。

綜上所述，本發明可以用於通過充電率較小的充電器對充電率高的蓄電池進行充電的設備。

本領域普通技術人員將明白多種變化、修改和替換。本領域的技術人員現在可從以上描述中意識到本發明的寬泛指導指導可按多種形式實現。因此，雖然本發明包括特定的例子，但是本發明的範圍不應當局限於此，因為本領域的技術人員在研究附圖、說明書和所附申請專利範圍之後，可以明白其他修改形式。

11‧‧‧直流電源裝置

13‧‧‧負載

15‧‧‧蓄電池

17‧‧‧充電器

21‧‧‧恆壓區域

23‧‧‧恆流區域

24‧‧‧功率區域

25‧‧‧恆壓區域

27‧‧‧恆流區域

100‧‧‧筆記型電腦

101‧‧‧AC/DC變壓器

103‧‧‧主電池組

105‧‧‧輔助電池組

107‧‧‧充電器

109‧‧‧DC/DC變換器

111‧‧‧基準電壓源

115‧‧‧FET驅動電路

117、119、121、123、125、127、129、131‧‧‧FET開關

133‧‧‧電感器

134‧‧‧電容器

135‧‧‧感應電阻

137、139‧‧‧分壓電阻

201~217‧‧‧步驟

301、303、305、307、309‧‧‧線

P1‧‧‧負載的最大消耗功率

Psys‧‧‧負載的消耗功率

Isys‧‧‧負載電流

Vchg‧‧‧設定電壓

Ichg‧‧‧設定電流

Pchg‧‧‧額定輸出

Vx‧‧‧充電電壓

Ix‧‧‧充電電流

Px‧‧‧充電功率

Va‧‧‧額定電壓

Ia‧‧‧額定電流

Pa‧‧‧額定輸出

Vo‧‧‧輸出電壓

Io‧‧‧輸出電流

Po‧‧‧輸出

P2‧‧‧最大輸出

Vy‧‧‧充電電壓

Iy‧‧‧充電電流

Py‧‧‧充電功率

Vbl‧‧‧充電開始電壓

SW1－2‧‧‧開關

圖1(A)、(B)係用於說明本發明實施方式的充電系統的基本結構；圖2係用於說明直流電源裝置的恆定功率特性；圖3係說明筆記型電腦中配備的本發明實施方式的充電系統的結構；圖4係用於說明在圖3所示的充電系統中對蓄電池進行充電的步驟的流程圖；以及圖5係說明圖3所示的充電系統對蓄電池進行充電時的充電時間。

11‧‧‧直流電源裝置

13‧‧‧負載

15‧‧‧蓄電池

17‧‧‧充電器

21‧‧‧恆壓區域

23‧‧‧恆流區域

25‧‧‧充電器的恆壓區域

27‧‧‧充電器的恆流區域

P1‧‧‧負載的最大消耗功率

Psys‧‧‧負載的消耗功率

Isys‧‧‧負載電流

Vchg‧‧‧設定電壓

Ichg‧‧‧設定電流

Pchg‧‧‧額定輸出

Vx‧‧‧充電電壓

Ix‧‧‧充電電流

Px‧‧‧充電功率

Va‧‧‧額定電壓

Ia‧‧‧額定電流

Pa‧‧‧額定輸出

Vo‧‧‧輸出電壓

Io‧‧‧輸出電流

Po‧‧‧輸出

P2‧‧‧最大輸出

Vy‧‧‧充電電壓

Iy‧‧‧充電電流

Py‧‧‧充電功率

Vbl‧‧‧充電開始電壓

SW1－2‧‧‧開關

Claims (14)

1. 一種充電系統，其被安裝在具備從蓄電池或直流電源裝置接受電力供給的負載的設備中，其特徵在於具有：充電器，其從所述直流電源裝置接受電力供給，可以根據設定電流對所述蓄電池進行充電；切換部，其對第1充電模式和第2充電模式進行切換，所述第1充電模式是在所述直流電源裝置可以對所述負載提供電力的狀態下，在對所述充電器提供電力的期間由所述充電器在恆流區域對所述蓄電池進行充電的模式，所述第2充電模式是所述直流電源裝置在可以對所述負載提供電力的狀態下在恆流區域對所述蓄電池進行充電的模式；以及控制部，其根據對所述第1充電模式下的充電電流或充電功率的大小和所述第2充電模式下的充電電流或充電功率的大小進行比較後的結果，控制所述切換部，以便在充電電流或充電功率較大的充電模式下進行充電。
2. 如專利申請範圍第1項所述的充電系統，其中，所述控制部在所述蓄電池的恆壓充電期間對所述切換部進行控制，以使所述充電器在恆壓區域對所述蓄電池進行充電。
3. 如專利申請範圍第1項所述的充電系統，其中，所述蓄電池為快速充電型蓄電池，在所述蓄電池的恆流充電期間，所述第2充電模式下的充電電流的值在所述蓄電池的充電率以下。
4. 如專利申請範圍第1至3項任意一項所述的充電系統，其中，所述直流電源裝置具備恆定功率特性，在所述第2充電模式下在恆定功率區域對所述蓄電池進行充電。
5. 如專利申請範圍第1至3項任意一項所述的充電系統，其中，所述直流電源裝置具備恆壓特性，在所述第1充電模式下，在所述恆壓區域對所述充電器提供電力。
6. 如專利申請範圍第1至3項任意一項所述的充電系統，其中，所述控制部根據與在所述第2充電模式下進行充電時的充電電流或充電功率的大小有關的事件，控制所述切換部。
7. 如專利申請範圍第6項所述的充電系統，其中，根據在所述第2充電模式下由所述直流電源裝置對所述蓄電池進行充電時的充電電流或充電功率產生所述事件。
8. 如專利申請範圍第6項所述的充電系統，其中，根據所述負載的電流或消耗功率產生所述事件。
9. 如專利申請範圍第6項所述的充電系統，其中，根據與所述負載的電流或消耗功率相關聯的所述設備的動作模式產生所述事件。
10. 一種資訊處理裝置，其配備有系統負載，該系統負載從安裝了蓄電池的電池組或AC/DC變壓器接受電力供給，該資訊處理裝置的特徵在於具有：充電器，其從所述AC/DC變壓器接受電力供給，可以根據設定電流對所述蓄電池進行充電；切換部，其對第1充電模式和第2充電模式進行切換，所述第1充電式是在所述AC/DC變壓器可以對所述系統負載提供電力的狀態下，在對所述充電器提供電力的期間由所述充電器在恆流區域對所述蓄電池進行充電的模式，所述第2充電模式是所述AC/DC變壓器在可以對所述系統負載提供電力的狀態下在恆流區域對所述蓄電 池進行充電的模式；以及控制器，其根據對所述第1充電模式下的充電電流或充電功率的大小和所述第2充電模式下的充電電流或充電功率的大小進行比較後的結果，控制所述切換部，以便在充電電流或充電功率較大的充電模式下進行充電。
11. 如專利申請範圍第10項所述的資訊處理裝置，其中，所述控制器，根據從所述資訊處理裝置的一般狀態、閒置狀態、待機狀態、休眠狀態以及電源關閉狀態構成的組中選擇出的至少某一個要素，產生用於控制所述切換部的事件。
12. 如專利申請範圍第10項所述的資訊處理裝置，其中，所述控制器，根據在所述第1充電模式下進行充電時暫時一邊在所述第2充電模式下進行充電一邊測定到的充電電流值或充電功率值，產生用於控制所述切換部的事件。
13. 如專利申請範圍第12項所述的資訊處理裝置，其中，具有用於與所述AC/DC變壓器相連的交流電源的峰值飄移電路，所述控制器根據在所述第1充電模式或所述第2充電模式下操作所述峰值飄移電路測定到的放電電流值或放電功率值，來產生用於控制所述切換部的事件。
14. 一種充電方法，其在具有從蓄電池或直流電源裝置接受電力供給的負載的充電系統中，對所述蓄電池進行充電，其特徵在於具有以下步驟：在所述直流電源裝置可以對所述負載提供電力的狀態下，在對所述充電器提供電力的期間由所述充電器在恆流區域對所述蓄電池進行充電，即在第1充電模式下進行充電的步驟；所述直流電源裝置在可以對所述負載提供電力的狀態下在恆流區域對所述蓄電池進行充電，即在第2充電模式下進行充電的步驟； 對所述第1充電模式下的充電電流或充電功率的大小和所述第2充電模式下的充電電流或充電功率的大小進行比較的步驟；以及對進行所述比較的步驟進行回應，以充電電流或充電功率較大的充電模式進行充電的步驟。