專利名稱：電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及由具有高內(nèi)阻的電池或二次電池驅(qū)動的設(shè)備，并且特別涉及需要用電池或二次電池長時間工作的設(shè)備。
背景技術(shù)：
圖4中示出了常規(guī)的設(shè)備。在圖4中，作為具有高內(nèi)阻的電池或二次電池的例子示出了燃料電池401，以及作為電容器(electric condenser)的例子示出了二次電池402。如圖4中所示，該設(shè)備包括用于輸出電能(electric power)的燃料電池401；執(zhí)行所需功能的負(fù)載104；用于在其內(nèi)聚集燃料電池401電能的二次電池402；用于控制用燃料電池401的電能給二次電池402充電的操作的充電控制單元403；電力轉(zhuǎn)換器(electric power converter)405，該電力轉(zhuǎn)換器405用于將燃料電池401的電能和二次電池402中聚集的電能轉(zhuǎn)換成可以使負(fù)載104工作的電能；開關(guān)406，提供在二次電池402中聚集的電能提供到電力轉(zhuǎn)換器405所通過過的路線中間，以便控制二極管407防止反向電流從電力轉(zhuǎn)換器405流向二次電池402，和用于將二次電池402中聚集的電能提供給電力轉(zhuǎn)換器405的操作。
采用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)燃料電池401的電能的量超過驅(qū)動負(fù)載104所需的電能的量時，充電控制單元403就用燃料電池401多余的電能給二次電池402充電。另一方面，當(dāng)燃料電池401的電能的量小于驅(qū)動負(fù)載104所需的電能的量時，可以用二次電池402中聚集的電能補償不足的電能的量(例如，參考JP 2002-315224A(第2和3頁，以及圖3))。
注意到在許多情況下由于燃料電池401的電壓不同于二次電池402的電壓，所以DC-DC轉(zhuǎn)換器被用作充電控制單元403。
配置上述的常規(guī)設(shè)備以便從燃料電池例如具有高內(nèi)阻的電池獲得最大的電能，以及用最大的電能驅(qū)動負(fù)載和二次電池的充電。采用這種結(jié)構(gòu)時，從燃料電池中獲得的電流量也變大?，F(xiàn)在參照圖5描述如上所述的在從燃料電池獲得電流量變大的情況中的問題。圖5是示出在從電池例如具有高內(nèi)阻的燃料電池輸出電流和電池電壓以及能從電池獲得的電能積分值之間關(guān)系的圖示。如圖5中所示，隨著輸出電流的增加，由于輸出電流流過電池內(nèi)阻產(chǎn)生壓降，造成電池電壓減小，因此電能的積分值減小，并且由于電池內(nèi)阻的發(fā)熱增大了電能損耗。結(jié)果，對于上述常規(guī)設(shè)備，由于從燃料電池獲得的電流量大，所以由于電流流過燃料電池的內(nèi)阻，增大了電能損耗，結(jié)果減小了能從燃料電池獲得的電能的積分值。
就是說，對于用電池例如上述具有高內(nèi)阻的常規(guī)燃料電池驅(qū)動的設(shè)備的結(jié)構(gòu)，這就產(chǎn)生一個問題，即由于電池內(nèi)阻發(fā)熱造成電能的損耗增加，所以能從電池獲得電能的積分值減小，縮短了設(shè)備的工作時間。
最近，燃料電池由于它的小尺寸和大容量已引起特別的注意。因此，已積極地研制了使用燃料電池的電動汽車、移動設(shè)備以及類似設(shè)備。如果能解決上述問題，就大大地提高了由燃料電池驅(qū)動的電動汽車、移動設(shè)備以及類似設(shè)備的可實現(xiàn)性。
順便提及，當(dāng)從具有高內(nèi)阻的電池或二次電池獲得最大電能時，必須從該電池獲得電流，結(jié)果由于電池的內(nèi)阻壓降變?yōu)殡姵亻_路電壓(open voltage)的約一半。此時，約50％的電能以內(nèi)阻發(fā)熱的形式被消耗掉，并且因此從電池獲得的電能的積分值減小到約一半，此時幾乎不能從電池獲得電流。因此，上述常規(guī)設(shè)備的持續(xù)時間幾乎變?yōu)橐话搿?br> 另外，在燃料電池的直接甲醇系統(tǒng)(在下文中采用時簡稱“DMFC系統(tǒng)”)中，最近上述系統(tǒng)已被引起注意，由于沒有轉(zhuǎn)換成電能的甲醇交換(crossover)隨著時間消耗了一部分燃料。就是說，自-放電很多。圖6是示出在從電池獲得的輸出電流和電池電壓以及能夠從電池獲得的電能積分值之間關(guān)系的圖示，上述電池是例如具有大的自-放電以及高內(nèi)阻的DMFC系統(tǒng)的燃料電池或二次電池。如圖6中所示，當(dāng)從電池獲得的電流量小時，由于自-放電造成的損耗增大，而當(dāng)從電池獲得的電流量大時，由于電池的內(nèi)阻發(fā)熱造成的電能損耗增大。因此，在獲得的電流的某一個值處能從電池獲得的電能的積分值變?yōu)樽畲蟆?br> 就是說，在這種電池中，如果獲得使獲得的電能積分值最大的這種電流，就能最有效地利用電池的電能。然而，如上所述，在上述常規(guī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)中遇到以下問題，即由于電池內(nèi)阻發(fā)熱造成電能的損耗增大，從電池能夠獲得電能的積分值減小，結(jié)果縮短了設(shè)備的工作時間。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的上述問題制成了本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的是提供通過有效地利用電池的電能能長時間工作的電子設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供電子設(shè)備包括第一電池；電容器，其內(nèi)阻低于該第一電池的內(nèi)阻并且用于在其內(nèi)聚集第一電池的電能；充電控制電路，其控制由該第一電池的電能產(chǎn)生的充電電流并使該充電電流從該第一電池流向該電容器；以及負(fù)載，其由聚集在該電容器中的電能驅(qū)動，其中根據(jù)該第一電池的自-放電率充電控制電路控制充電電流。更具體地說，充電控制電路控制充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的5～20％的范圍內(nèi)，因此可以有效地利用來自具有高內(nèi)阻的第一電池的電能。
另外，充電控制電路控制充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的10～40％的范圍內(nèi)，因此即使當(dāng)采用具有大量的自-放電和高內(nèi)阻的電池例如DMFC系統(tǒng)的燃料電池作為第一電池時，也可以有效地利用來自第一電池的電能。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供電子設(shè)備，包括第一電池；電容器，其內(nèi)阻低于該第一電池的內(nèi)阻并且用于在其內(nèi)聚集第一電池的電能；充電控制電路，其控制由該第一電池的電能產(chǎn)生的充電電流并使該充電電流從第一電池流向電容器；負(fù)載，其由聚集在電容器中的電能驅(qū)動；其中以第一工作模式或第二工作模式驅(qū)動該負(fù)載，該第二工作模式比第一工作模式中消耗更多電流；充電控制電路以第一充電控制模式給電容器充入充電電流，該充電電流大于以第一工作模式驅(qū)動負(fù)載時消耗的電流，并且該充電電流小于以第二工作模式驅(qū)動負(fù)載時消耗的電流。結(jié)果，可以用小型的第一電池長時間的驅(qū)動負(fù)載。
此外，控制該充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的5～20％的范圍內(nèi)，因此可以用小型的第一電池更長時間的驅(qū)動負(fù)載。
同樣，控制該充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的10～40％的范圍內(nèi)，因此與第一方面的情況相比用小型的第一電池可以更長時間地驅(qū)動負(fù)載。
上述第一和第二方式的充電控制電路具有DC-DC轉(zhuǎn)換器，該DC-DC轉(zhuǎn)換器用于將第一電池輸入的電能轉(zhuǎn)換成具有不同電壓的轉(zhuǎn)換電能，其中控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換電能的量以控制充電電流。結(jié)果，可以容易地配置上述的充電控制電路。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，除上述第二方面的結(jié)構(gòu)之外，充電控制電路以第二充電控制模式給電容器充入充電電流，該充電電流等于或大于以第二工作模式驅(qū)動負(fù)載時消耗的電流，以及當(dāng)電容器聚集電能的量超過所需的電能的量時，以第一充電控制模式給電容器充電，以及當(dāng)電容器聚集電能的量等于或小于所需的電能的量時，以第二充電控制模式給電容器充電。結(jié)果，由于可以有效地利用具有高內(nèi)阻的第一電池的電能，所以可以利用具有高內(nèi)阻的第一電池驅(qū)動該設(shè)備長時間工作，同樣即使當(dāng)負(fù)載的耗散電流大于估計值時，也可以穩(wěn)定的工作而不需中止負(fù)載的工作。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，除上述第三方面的結(jié)構(gòu)之外，充電控制電路包括具有控制轉(zhuǎn)換電能的電壓控制功能的DC-DC轉(zhuǎn)換器，以便電容器的電壓等于預(yù)定電壓，其中電壓控制功能以第二充電控制模式工作。結(jié)果，可以容易地且低成本地配置上述第三方面的充電控制電路。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，除上述第三方面的結(jié)構(gòu)之外，充電控制電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器包括第一DC-DC轉(zhuǎn)換器和第二DC-DC轉(zhuǎn)換器，該第一DC-DC轉(zhuǎn)換器用于控制充電電流以便第一電池兩端的電池壓降變?yōu)轭A(yù)定量，該第二DC-DC轉(zhuǎn)換器用于控制充電電流以便電容器的電壓等于預(yù)定電壓，其中在第一充電控制模式下，利用第一DC-DC轉(zhuǎn)換器給電容器充電，以及在第二充電控制模式下，利用第二DC-DC轉(zhuǎn)換器給電容器充電。結(jié)果，可以容易地配置第三方式的充電控制電路，而且與使用第四方面的充電控制電路的情況相比，使用具有高內(nèi)阻的第一電池的電子設(shè)備同樣可以較長時間工作。
根據(jù)本發(fā)明，在由具有高內(nèi)阻的電池或二次電池的電能驅(qū)動的設(shè)備中，可以用具有高內(nèi)阻的電池或二次電池的電能有效地驅(qū)動該設(shè)備。因此，該設(shè)備可以長時間工作。


在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例模式的設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例模式在設(shè)備中充電控制電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實施例1的示意性電路圖；
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例模式在設(shè)備中充電控制電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實施例2的示意性電路圖；圖4是示出常規(guī)設(shè)備的示意性電路結(jié)構(gòu)的方框圖；圖5是示出在具有高內(nèi)阻的電池或二次電池的輸出電流和電池電壓以及獲得的電能積分值之間關(guān)系的圖示；以及圖6是示出在具有高內(nèi)阻和大量自-放電的電池或二次電池的輸出電流，和電池電壓以及獲得的電能積分值之間關(guān)系的圖示。
具體實施例方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例模式的設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)方框圖。該設(shè)備包括第一電池101，例如具有高內(nèi)阻的電池或二次電池；電容器102，用于在其內(nèi)聚集第一電池101的電能；充電控制電路103，用于控制用第一電池101的電能給電容器102充電；以及負(fù)載104，適合用電容器102中聚集的電能驅(qū)動。
作為第一電池101，可以采用燃料電池、鋰聚合物二次電池、鋰二次電池、鎳-鎘二次電池、錳電池、堿性電池、空氣電池、鉛二次電池等。作為電容器102，可以采用Ni-MH二次電池、鋰聚合物二次電池、鋰二次電池、鎳-鎘二次電池、鉛二次電池、陶瓷電容器、電雙層電容器(electrical double layer capacitor)、Ta電容器、Al電解電容器等。在這種情況下，對于電容器102有必要采用其內(nèi)阻低于采用的第一電池101的電池內(nèi)阻二次電池或電容器。特別的是，燃料電池具有稍高的內(nèi)阻并且它的電荷密度很高，因此燃料電池用作第一電池101。另一方面，Ni-MH二次電池或鋰二次電池的內(nèi)阻相對低并且電荷密度高，因此Ni-MH二次電池或鋰二次電池用作電容器102。在這種情況下，可以實現(xiàn)能長時間工作的非常小型的設(shè)備。
作為負(fù)載104，采用負(fù)載例如移動電話的發(fā)送/接收電路、電動汽車的發(fā)動機、或家用電器和設(shè)備，上述負(fù)載具有第一工作模式和第二工作模式，其中第二工作模式消耗的電流多于第一工作模式消耗的電流。注意到對于第一工作模式和第二工作模式，以移動電話的發(fā)送/接收電路為例，第一工作模式對應(yīng)于備用狀態(tài)或電源處于關(guān)閉狀態(tài)，以及第二工作模式對應(yīng)于發(fā)送/接收狀態(tài)，以及以電動汽車的發(fā)動機為例，第一工作模式對應(yīng)于中止?fàn)顟B(tài)，以及第二工作模式對應(yīng)于驅(qū)動狀態(tài)。
充電控制電路103具有第一充電控制模式和第二充電控制模式，其中第二充電控制模式的充電電能高于第一充電控制模式的充電電能，并監(jiān)控電容器102中聚集的電能。當(dāng)監(jiān)控結(jié)果表明聚集的電能的量超過所需的量時，就以第一充電控制模式給電容器102充電。另一方面，監(jiān)控結(jié)果表明聚集的電能的量等于或低于所需的量時，就以第二充電控制模式給電容器102充電。
第一充電控制模式是一種充電控制模式，其中給電容器102充電的電能大于負(fù)載104以第一充電控制模式消耗的電能，并且當(dāng)?shù)谝浑姵?01幾乎沒有自-放電時，給電容器102充電，此時由于第一電池101的內(nèi)阻，壓降保持在第一電池101開路電壓的5～20％的范圍內(nèi)，并且當(dāng)?shù)谝浑姵?01是DMFC系統(tǒng)的燃料電池或類似電池時，它的自-放電率是如此之高以致于等于或大于10％，給電容器102充電，此時由于第一電池101的內(nèi)阻，壓降保持在第一電池101開路電壓的10～40％的范圍內(nèi)。另一方面，第二充電控制模式是這樣一種充電控制模式，其中給電容器102充電的電能等于或多于負(fù)載104以第二充電控制模式消耗的電能。
如果由于第一電池101的內(nèi)阻造成的壓降變得低于5％，那么充電控制電路103中的電能損耗占給電容器102充電的電能的比例就變大，并且因此當(dāng)?shù)谝浑姵?01的電能被傳送到電容器102時，電能損耗變大。為此，下限設(shè)為5％的值。
注意到，由于第一電池的內(nèi)阻值較小可以更有效地利用第一電池101的電能，通常當(dāng)?shù)谝浑姵?01有小內(nèi)阻時，第一電池101的利用率按比例增加。因此，對于第一電池101，當(dāng)負(fù)載104以第二工作模式工作時假定進行一段時間，并且在上述內(nèi)阻中選擇具有最高內(nèi)阻的第一電池101，在假定的時間段內(nèi)電容器102中聚集的電能的量不會等于或小于所需的量。結(jié)果，可以有效地利用上述的本發(fā)明實施例模式的結(jié)構(gòu)，此外第一電池101可以小型化。因此可以使具有本發(fā)明實施例模式結(jié)構(gòu)的設(shè)備更加小型化。
如上所述，在本發(fā)明的實施例模式中，當(dāng)負(fù)載104以第二工作模式工作的時間等于或短于假定的時間時，電容器102中聚集的電能的量超過所需的量。因此，在第一充電控制模式下，充電控制電路103以具有低內(nèi)阻的電容器102中聚集的電能的形式可以有效地傳送和改變具有高內(nèi)阻的第一電池101的電能，并且用具有低內(nèi)阻的電容器102聚集的電能驅(qū)動負(fù)載104。結(jié)果，以其中由電容器102的內(nèi)阻造成的電能損耗小的狀態(tài)驅(qū)動負(fù)載104。因此，由于能有效地利用用于驅(qū)動負(fù)載104的具有高內(nèi)阻的第一電池101的電能，所以可以實現(xiàn)用具有高內(nèi)阻的第一電池101的電能驅(qū)動的設(shè)備長時間工作。
另外，當(dāng)負(fù)載104以第二工作模式工作的時間超過假定時間時，電容器102聚集的電能等于或小于所需的電能，充電控制電路103以第二充電控制模式給電容器102充入第一電池101的電能。結(jié)果，可以防止電容器102聚集的電能小于用于驅(qū)動負(fù)載104的電能。因此，可以用具有高內(nèi)阻的第一電池101的電能驅(qū)動設(shè)備穩(wěn)定地工作。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例模式設(shè)備中充電控制電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實施例1的示意性電路圖。圖2中，由于圖1中示出的電容器102的聚集電壓高于圖1中示出的第一電池101的電池電壓，所以示出使用升壓(boosting)型DC-DC轉(zhuǎn)換器的情況。
充電控制電路103配置如下濾波電容器204的第一端子和升壓線圈(boosting coil)203的第一端子連接到輸入端子20 1；二極管2 11的第一端子和N-溝道MOSFET 205的漏極端子連接到升壓線圈203的第二端子；旁漏電阻208的輸入端子和輸出端子202連接到二極管211的第二端子；旁漏電阻208的輸出端子連接到誤差信號放大器207的正側(cè)輸入端子；參考電壓產(chǎn)生電路209的參考電壓輸出端子連接到誤差信號放大器207的負(fù)側(cè)輸入端子；電壓限制電路210的限制端子和PWM控制電路206的信號輸入端子連接到誤差信號放大器207的輸出端子；N-溝道MOSFET 205的柵極連接到PWM控制電路206的脈沖輸出端子；以及濾波電容器204的第二端子、N-溝道MOSFET 205的源極端子、電壓限制電路210的GND連接端子、參考電壓產(chǎn)生電路209的GND連接端子，以及旁漏電阻208的GND連接端子連接到GND端子。
輸入端子201是圖1中所示的第一電池101的電能通過其輸入的端子，以及輸出端子202是圖1中所示的充電電能通過其輸出到電容器102的端子。另外，當(dāng)出現(xiàn)在二極管211的第一端子上的電壓高于出現(xiàn)在第二端子上的電壓時，在正向上產(chǎn)生的電流流過二極管205。
接著，下文將描述工作情況。N-溝道MOSFET 205保持在導(dǎo)通狀態(tài)時聚集在線圈203中的電能通過N-溝道MOSFET保持在關(guān)閉狀態(tài)時的二極管211提供給輸出端202。誤差信號放大器207輸出電壓到輸出端子，上述輸出的電壓是通過放大出現(xiàn)在旁漏電阻208輸出端子的電壓和出現(xiàn)在參考電壓產(chǎn)生電路209的參考電壓輸出端子的電壓之間的壓差獲得的。然后，當(dāng)出現(xiàn)在誤差信號放大器207的輸出端子處的電壓升高時，PWM控制電路206縮短了輸出端子的輸出脈沖保持在高電平的時間，以及當(dāng)出現(xiàn)在誤差信號放大器207的輸出端子處的電壓下降時，PWM控制電路206延長了輸出端子的輸出脈沖保持在高電平的時間。就是說，如果當(dāng)出現(xiàn)在輸出端子202的電壓設(shè)定為所需的電壓時，如此設(shè)置以便旁漏電阻208輸出端子的電壓等于參考電壓產(chǎn)生電路的參考電壓輸出端子處的電壓，當(dāng)輸出端子202的電壓低于所需的電壓時，延長了N-溝道MOSFET 205保持在導(dǎo)通狀態(tài)時的時間以增大線圈203中聚集的電能的量。因此，充電控制電路執(zhí)行控制以便增大輸出端子202處的電壓。另一方面，當(dāng)在輸出端子202處的電壓變得高于所需電壓時，縮短了N-溝道MOSFET205保持在導(dǎo)通狀態(tài)的時間以降低線圈203中聚集的電能的量。因此，充電控制電路執(zhí)行控制以便增大輸出端子202處的電壓。結(jié)果，可以實現(xiàn)將出現(xiàn)在輸出端子202的電壓設(shè)置為所需電壓的電壓控制功能。
此外，電壓控制電路103有以下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在誤差信號放大器207的輸出端子處提供限制電路210，該限制電路210用于限制出現(xiàn)在誤差信號放大器207的輸出端子電壓。誤差信號放大器207的輸出端子處的電壓被限制電路210限制的情況對應(yīng)于第一充電控制模式，然而誤差信號放大器207輸出端子處電壓沒有被限制電路210限制的情況對應(yīng)于電壓控制功能元件的第二充電控制模式。
就是說，誤差信號放大器207輸出端子處電壓沒有被限制電路210限制的情況，第二充電控制模式對應(yīng)于其中充電控制電路103工作以便將輸出端子202處的電壓設(shè)置為所需電壓的工作模式。另外，誤差信號放大器207輸出端子的電壓被限制電路210限制的情況，經(jīng)過PWM控制電路206輸出端子輸出的脈沖保持在高電平的時間不等于或短于確定的時間段，并且N-溝道MOSFET 205的導(dǎo)通時間同樣不短于該確定的時間段。換句話說，即使輸出端子202處的電壓超過預(yù)期的電壓，N-溝道MOSFET 205的導(dǎo)通時間也不再縮短，因此對于該導(dǎo)通期間聚集在線圈203中的電能通常被提供給輸出端子。為此，當(dāng)沒有增加負(fù)載104的耗散電流時，輸出端子202處的電壓很快升高以致于超過所需電壓。也就是說，工作模式變成第一充電控制模式，其中電壓控制功能沒有起作用。當(dāng)然，如此設(shè)定限制電壓目的是當(dāng)誤差信號放大器207輸出端子處的電壓等于該限制電壓時，連接到輸入端子的電池兩端的壓降在電池開路電壓的5～20％的范圍內(nèi)或開路電壓10～40％的范圍內(nèi)。
如上所述，僅添加限制電路210到誤差信號放大器207輸出端子就可以使圖2中示出的充電控制電路103獲得第一和第二充電控制模式。換句話說，在某種程度上提高了利用線圈的常規(guī)升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此幾乎沒有導(dǎo)致任何的成本增加就能容易地獲得具有上述功能的充電控制電路。
此外，根據(jù)本發(fā)明在如上所述配置的充電控制電路中，作為例子已描述了PWM系統(tǒng)的輸出電壓控制，其中N-溝道MOSFET的導(dǎo)通負(fù)載(ON-duty)不等于或小于確定值。然而，可以采用PWM系統(tǒng)的輸出控制電壓，其中N-溝道MOSFET的開關(guān)頻率不等于或低于確定頻率?；蛘撸词乖赑FM系統(tǒng)和普通的PWM系統(tǒng)互相對調(diào)類型的輸出電壓控制的情況中，僅需要防止輸出電能等于或低于確定值。
另外，在根據(jù)本發(fā)明如上所述配置的充電控制電路中，監(jiān)控在輸出端子處的電壓從而監(jiān)控聚集在電容器中的電能的量。然而，應(yīng)理解的是，當(dāng)在電壓和電容器聚集的電能之間沒有相互關(guān)系時，使用包含以給該電容器充電的電能的量為基礎(chǔ)計算電容器的聚集電能的量以及計算負(fù)載損耗的電能的量的監(jiān)控方法。
此外，在根據(jù)本發(fā)明如上所述配置的充電控制電路中，已被作為例子描述了具有的輸出電能不等于或低于確定值的升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。然而，圖1中所示的電容器102聚集的電壓低于圖1中所示的第一電池101的電池電壓，可使用具有的輸出電壓不等于或高于確定值的減壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。
此外，根據(jù)本發(fā)明在如上所述配置的充電控制電路中，已作為例子描述了采用線圈的DC-DC轉(zhuǎn)換器。然而，使用了采用電容器的DC-DC轉(zhuǎn)換器。在使用采用電容器的DC-DC轉(zhuǎn)換器的情況中，用于轉(zhuǎn)換電容器的開關(guān)頻率僅僅用以避免等于或低于確定的頻率，或升壓/降壓的放大倍率僅用以防止等于或小于確定的放大倍率。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例模式在設(shè)備中的充電控制電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實施例2的示意性電路圖。因為對于圖1中所示的電池101的電池電壓和圖1中所示的電容器102的聚集電壓之間的關(guān)系類似于圖2的情況，電容器102的聚集電壓高于第一電池101的電池電壓，因此實施例2示出了使用升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的情況。
第一升壓電路300有以下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中限制電路210和濾波電容器204被從圖2中所示的電路中去除。連接中的不同點如下。輸入端子301連接到旁漏電阻308的輸入端子，參考電壓產(chǎn)生電路309的輸出端子連接到誤差信號放大器307的正側(cè)輸入端子，并且旁漏電阻308的輸出端子連接到誤差信號放大器307的負(fù)側(cè)輸入端子。
第二升壓電路310有以下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中限制電路210和濾波電容器204被從圖2中所示的電路中去除。
在該結(jié)構(gòu)中，第一升壓電路300的輸入端子301和第二升壓電路310的輸入端子311連接到輸入端子201，第一升壓電路300的輸出端子302和第二升壓電路310的輸出端子312連接到輸出端子202，以及對輸入端子201處的電壓濾波的濾波電容器204連接在輸入端子201和GND之間。
圖1中所示的第一電池101的電能輸入到輸入端子201，以及用于圖1中所示的電容器102充電的電能通過到輸出端子202輸出。
接著，下文中描述了工作情況。由于第二升壓電路310的工作情況與當(dāng)具有圖2中所示結(jié)構(gòu)的誤差信號放大器的輸出信號沒有被限制時一樣，為了簡化起見這里省略了它的相關(guān)描述。
控制第一升壓電路300的輸入端子301以便使電池電壓的壓降在圖1中所示的第一電池101開路電壓的5～20％的范圍內(nèi)，或在第一電池101開路電壓的10～40％的范圍內(nèi)?？刂频诙龎弘娐?10的輸出端子312以便使出現(xiàn)在輸出端子202的電壓等于所需的電壓。
因此，當(dāng)輸出端子202的電壓等于或低于所需的電壓時，使第二升壓電路310工作用于控制輸出端子312以使輸出端子202的電壓等于所需的電壓。這時，由于在輸入端子201處的電壓低于第一升壓電路300的控制電壓，所以中止了第一升壓電路300的工作。
此外，由于在輸出端子的電壓超過所需的電壓，所以中止了第二升壓電路310的工作，在輸入端子201處的電壓等于或高于第一升壓電路300的控制電壓，以及使第一升壓電路300工作以給輸出端子202提供電能。也就是說，當(dāng)?shù)谝簧龎弘娐?00工作時，第二升壓電路310的工作自動停止，以及當(dāng)?shù)诙龎弘娐?10工作時，第一升壓電路300的工作自動停止。因此，不需要利用外部信號等來中止第一升壓電路300或第二升壓電路310的機構(gòu)。
注意到，第一升壓電路300工作的狀態(tài)對應(yīng)于第一充電控制模式，而第二升壓電路310工作的狀態(tài)對應(yīng)于第二充電控制模式。
如上所述，圖3中所示的本發(fā)明的充電控制電路分別地包括第一升壓電路和第二升壓電路，對于第一充電控制模式，上述第一升壓電路用第一電池的電能給電容器充電，同時控制第一升壓電路的輸入端子以便第一電池開路電池電壓的壓降在5～20％的范圍內(nèi)，對于第二充電控制模式，上述第二升壓電路用于控制第二升壓電路的輸出端子以便使充電控制電路輸出端子處的電壓等于所需的電壓，該所需的電壓允許電容器聚集的電能被保持在用于第二充電控制模式所需的電能。結(jié)果，由于第一升壓電路可以設(shè)計得專用于第一充電控制模式，以及第二升壓電路可以專用于第二充電控制模式，所以在第一和第二充電控制模式中的充電損耗可以保持在最小值。因此，與圖2中所示的本發(fā)明充電控制電路的情況相比較，由于能夠更有效地利用用于驅(qū)動負(fù)載104的具有高內(nèi)阻的第一電池101的電能，所以可以實現(xiàn)用具有高內(nèi)阻的第一電池101的電能驅(qū)動的設(shè)備工作更長時間。
此外，在如上所述配置的本發(fā)明的充電控制電路中，通過以PWM系統(tǒng)的電壓控制為例描述了第一和第二升壓電路。然而，可以采用PFM系統(tǒng)的電壓控制，或可采用PWM系統(tǒng)和PFM系統(tǒng)相互轉(zhuǎn)換方式的電壓控制?；蛘?，對于第一升壓電路可以采用PWM系統(tǒng)以及對于第二升壓電路采用PFM系統(tǒng)，或者對于第一升壓電路可以采用PFM系統(tǒng)以及對于第二升壓電路采用PWM系統(tǒng)。
另外，在如上所述配置的本發(fā)明的充電控制電路中，監(jiān)控出現(xiàn)在輸出端子處的電壓從而監(jiān)控電容器聚集的電能的量。然而，在電壓和電容器聚集的電能之間沒有相互關(guān)系的情況下，也可以采用包含以給電容器充電的電能的量為基礎(chǔ)計算電容器聚集的電能的量和計算負(fù)載損耗的電能的量的監(jiān)控方法。
此外，在如上所述配置的本發(fā)明的充電控制電路中，作為例子已描述了升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。然而，在電容器聚集的電壓低于第一電池的電池電壓的情況下，可以使用減壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。
此外，在如上所述配置的本發(fā)明的充電控制電路中，作為例子已描述了利用線圈的DC-DC轉(zhuǎn)換器。然而，也可以使用利用電容的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種電子設(shè)備，包括第一電池；電容器，其內(nèi)阻低于該第一電池的內(nèi)阻并且用于在其內(nèi)聚集第一電池的電能；充電控制電路，其控制由該第一電池的電能產(chǎn)生的充電電流并使該充電電流從該第一電池流向該電容器；以及負(fù)載，其由聚集在該電容器中的電能驅(qū)動；其中，根據(jù)該第一電池的自-放電率充電控制電路控制充電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子設(shè)備，其中充電控制電路控制充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的5～20％的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子設(shè)備，其中充電控制電路控制充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的10～40％的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子設(shè)備，其中充電控制電路具有DC-DC轉(zhuǎn)換器，該DC-DC轉(zhuǎn)換器用于將第一電池的電能轉(zhuǎn)換為具有不同電壓的轉(zhuǎn)換電能，以及其中控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換電能的量以控制充電電流。
5.一種電子設(shè)備，包括第一電池；電容器，其內(nèi)阻低于該第一電池的內(nèi)阻并且用于在其內(nèi)聚集第一電池的電能；充電控制電路，其控制由該第一電池的電能產(chǎn)生的充電電流并使該充電電流從該第一電池流向該電容器；以及負(fù)載，其由聚集在該電容器中的電能驅(qū)動，其中以第一工作模式或第二工作模式驅(qū)動該負(fù)載，該第二工作模式比第一工作模式中消耗更多的電流，以及其中，該充電控制電路以第一充電控制模式給該電容器充入充電電流，該充電電流大于以第一工作模式驅(qū)動負(fù)載時消耗的電流，以及該充電電流小于以第二工作模式驅(qū)動負(fù)載時消耗的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電子設(shè)備，其中控制該充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的5～20％的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電子設(shè)備，其中第一電池的自-放電率是高于10％，以及其中控制該充電電流以便第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降在電池電壓的10～40％的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的電子設(shè)備，其中充電控制電路具有DC-DC轉(zhuǎn)換器，該DC-DC轉(zhuǎn)換器用于將輸入的第一電池的電能轉(zhuǎn)換為具有不同電壓的轉(zhuǎn)換電能，以及其中控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換電能的量以控制充電電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的電子設(shè)備，其中該充電控制電路以第二充電控制模式給該電容器充入充電電流，該充電電流等于或大于負(fù)載以第二工作模式驅(qū)動時消耗的電流，以及其中當(dāng)電容器聚集的電能的量超過所需的電能的量時，以第一充電控制模式給電容器充電，以及當(dāng)電容器聚集的電能的量等于或小于所需的電能的量時，以第二充電控制模式給電容器充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電子設(shè)備，其中電容器的電壓等于預(yù)定的電壓以便電容器聚集的電能的量等于所需的電能的量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電子設(shè)備，其中充電控制電路具有DC-DC轉(zhuǎn)換器，該DC-DC轉(zhuǎn)換器用于將第一電池的電能轉(zhuǎn)換為具有不同電壓的轉(zhuǎn)換電能，以及其中控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換電能的量以控制充電電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中該DC-DC轉(zhuǎn)換器包括控制該轉(zhuǎn)換電能的電壓控制功能以便該電容器的電壓等于預(yù)定的電壓，以及其中該電壓控制功能以第二充電控制模式工作。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的電子設(shè)備，其中該DC-DC轉(zhuǎn)換器包括第一DC-DC轉(zhuǎn)換器和第二DC-DC轉(zhuǎn)換器，該第一DC-DC轉(zhuǎn)換器用于控制充電電流以便第一電池兩端產(chǎn)生的電池壓降變?yōu)轭A(yù)定量，該第二DC-DC轉(zhuǎn)換器用于控制充電電流以便電容器的電壓等于預(yù)定電壓，以及其中在第一充電控制模式下，用該第一DC-DC轉(zhuǎn)換器給電容器充電，以及在第二充電控制模式下，用該第二DC-DC轉(zhuǎn)換器給電容器充電。
全文摘要
提供一種電子設(shè)備，其中可以有效地利用具有高內(nèi)阻的電池或二次電池的電能。該電子設(shè)備包括第一電池，例如具有高內(nèi)阻的電池或二次電池；具有的內(nèi)阻低于第一電池內(nèi)阻的電容器，該電容器用于在其內(nèi)聚集第一電池的電能；用于控制充電電流的充電控制電路，對于電容器，該充電電流由第一電池的電能產(chǎn)生；以及由該電容器聚集的電能驅(qū)動的負(fù)載。在由第一電池的電能給電容器充電的情況下，該充電控制電路控制充電電流以便當(dāng)?shù)谝浑姵氐淖裕烹娸^小時，第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池的電池壓降在電池電壓的5～20％的范圍內(nèi)，以及當(dāng)?shù)谝浑姵氐淖裕烹姷扔诨虼笥?0％時，第一電池處于開路狀態(tài)時第一電池的電池壓降在電池電壓的10～40％的范圍內(nèi)。
文檔編號H01M10/44GK1551448SQ200410043049
公開日2004年12月1日 申請日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者宇都宮文靖, 古田一吉, 巖崎文晴, 玉地恒昭, 皿田孝史, 柳瀨考應(yīng), 史, 吉, 應(yīng), 昭, 晴 申請人:精工電子有限公司