用于控制對電池供電單元充電的方法和系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：7232990閱讀：139來源：國知局

專利名稱：用于控制對電池供電單元充電的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制對電池供電單元充電的方法和系統(tǒng)，該單元尤其用于對安裝在自行車上的電子器件供電。
背景技術(shù)：
例如用于控制電子變速器和/或用于獲取、顯示和控制騎行參數(shù)以及各種功能的安裝在自行車上的電子器件需要使用供電單元。
該供電單元通常包括通常串聯(lián)的一個或多個電池，也稱為電池組。當用于這種電子器件的電池具有可再充電類型時，它們需要通過點煙器被外部能源例如電力網(wǎng)或汽車電池充電。
電池充電過程應(yīng)該考慮到電池自身的某些特征參數(shù)，這依賴于它的類型并且特別是它的化學組成。這種特征參數(shù)由電池制造商提供。
具體地，在給定封閉特征溫度范圍以外的溫度下對電池充電-不必與電池的封閉操作溫度范圍一致并且通常比它更為受限-能夠?qū)е?電池自身被損壞。
在本說明的其余部分并且在所附權(quán)利要求中，這種封閉范圍被表示為封閉充電溫度范圍。
EP1557926A1公開一種方法和系統(tǒng)，用于對用于自行車電子器件的電池供電單元充電，其中供電單元具有相關(guān)溫度傳感器并且在電池充電器中設(shè)置控制邏輯器，該邏輯器暫停電池充電，如果由傳感器探測到的溫度高于預定極限溫度，并且發(fā)出過熱信號。
在寒冷季節(jié)中，電池供電單元能夠達到低于前述封閉充電溫度范圍的下限的溫度數(shù)值。因此，對停放在戶外的或者在未被供暖的車庫中的自行車上的供電單元的充電不能進行；在從自行車移開的供電單元的加熱區(qū)域中充電也不能進行，直至供電單元的溫度上升到高于這種溫度下限。

發(fā)明內(nèi)容
作為本發(fā)明基礎(chǔ)的技術(shù)問題在于提供一種控制對電池進行充電的方法和對其充電的系統(tǒng)，以允許電池充電也能夠在惡劣溫度條件下進行。
在其第一方面，本發(fā)明考慮一種方法，用于控制對用于自行車電子器件的可再充電的電池供電單元的充電，包括以下步驟 -探測供電單元的至少一個溫度，并且其特征在于以下步驟
-當探測到的溫度低于或等于位于所述供電單元所特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值時，向供電單元供應(yīng)熱能。
在本說明并且在所附權(quán)利要求中，措辭"封閉溫度范圍"指的是包括極端數(shù)值的封閉溫度范圍。
通過加熱，當周邊溫度低于特征封閉充電溫度范圍的下限時，充電也能夠進行。
優(yōu)選地，還提供供給外部能源并且從外部能源向供電單元供應(yīng)電能的步驟。
優(yōu)選地，僅當探測到的溫度位于這種封閉充電溫度范圍中時，供應(yīng)電能的步驟發(fā)生，以此方式確保供電單元不被損壞。
當提供外部能源時，該方法可包括，可替代地或另外地，從所述外部能源向供電單元供應(yīng)所述熱能。
優(yōu)選地，下溫度閥值高于所述封閉充電溫度范圍的下限。在當供應(yīng)電能的步驟或充電步驟能夠發(fā)生，以及供應(yīng)熱能的步驟或加熱步驟能夠發(fā)生時之間所形成的重疊范圍保證了充電步驟在溫度探測不準確的情形中也可進行。應(yīng)該指出，在此情形中，加熱步驟能夠在充電步驟之前和/或與充電步驟的至少一部分同時進行。
下溫度閥值的數(shù)值優(yōu)選地通過試驗選擇以在溫度傳感器或者兩個溫度傳感器之間的探測不精確的情形中提供充分的安全裕度，第一個傳感器用于控制加熱步驟并且第二個用于控制充電步驟。更優(yōu)選地，下溫度閥值比所述封閉充電溫度范圍的下限高出幾度，更優(yōu)選地高出
大約5° C。
在一個實施例中，所述向供電單元供應(yīng)熱能的步驟被執(zhí)行，直至探測到的溫度變得高于上溫度閥值為止。通過設(shè)置雙閥值，能夠?qū)崿F(xiàn) 對供電單元更加連續(xù)的加熱，從而特別避免過于頻繁地開關(guān)用于加熱的元件以及當供電單元的溫度在下溫度閥值附近快速改變時系統(tǒng)發(fā)生故障的風險。
優(yōu)選地，上溫度閥值比所述封閉充電溫度范圍的上限低，更優(yōu)選
地低大約25。 C。
上溫度閥值的數(shù)值通過試驗確定，也考慮到能夠由用于加熱的元件提供的最大功率。優(yōu)選地，上溫度閥值比下溫度閥值高出幾度，更優(yōu)選地高大約15° C。
在一個實施例中，供應(yīng)熱能的所述步驟包括作為在下溫度閥值和
探測溫度之間的差值的函數(shù)而供應(yīng)熱動力，以此方式實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。
所述函數(shù)優(yōu)選地是比例、積分和/或求導類型的函數(shù)。
優(yōu)選地，供應(yīng)熱能的所述步驟通過向與電池供電單元熱耦合的電阻類型加熱元件供應(yīng)電壓或電流而進行。
在一個實施例中，探測供電單元的至少一個溫度的所述步驟包括探測用于控制執(zhí)行供應(yīng)電能的所述步驟的第一溫度和用于控制執(zhí)行供應(yīng)熱能的所述步驟的第二溫度。當供應(yīng)電能的步驟和供應(yīng)熱能的步驟由兩個本質(zhì)上不同的控制單元控制并且每一個均能夠自治地管理其自身的傳感器時，使用兩個傳感器是有利的。
在一個實施例中，探測溫度、供應(yīng)熱能和供應(yīng)電能的步驟中的至少一個對于所述電池供電單元的多個電池的每一個獨立地進行。以此方式，能夠分別地控制充電過程和每一個電池中的最終充電水平，降低損壞供電單元的風險并且延長它的使用壽命。
根據(jù)前述EP1557926A1的教示，在一個實施例中，供應(yīng)能量的所述步驟提供在恒定電流下的第一暫時充電步驟和在恒定電壓下的第二暫時充電步驟。
在其第二方面，本發(fā)明考慮一種用于自行車電子器件的供電系統(tǒng)，包括
-可再充電的電池供電單元， -該供電單元的溫度的至少一個傳感器，其特征在于，它還包括
-至少一個能夠選擇性地啟動的加熱元件，它能夠與供電單元熱關(guān) 聯(lián)，和 .
-加熱控制器，它在輸入中接收所述至少一個溫度傳感器的輸出，并且當探測溫度低于或等于位于所述供電單元特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值時，啟動所述加熱元件。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括用于從外部能源接收能量并且用于向供電單元選擇性地供應(yīng)充電能量的電路。
由于上述原因，優(yōu)選地，下溫度閥值比所述封閉充電溫度范圍的下限更高，更優(yōu)選地高出大約5。 C。
在一個實施例中，當探測溫度高于上溫度閥值時，所述至少一個加熱元件能夠被禁用。
優(yōu)選地，上溫度閥值低于所述封閉充電溫度范圍的上限，并且更
優(yōu)選地大約為15° C。
在一個實施例中，所述供電單元包括至少兩個電池并且至少一個加熱元件與每一個電池熱關(guān)聯(lián)。
可替代地或另外地，所述供電單元包括至少兩個電池并且至少一個溫度傳感器與每一個電池熱關(guān)聯(lián)。
例如，溫度傳感器和/或加熱元件能夠被設(shè)置在供電單元的兩個鄰近電池之間。
所述探測溫度因此可以是構(gòu)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，或者如果也設(shè)置多個加熱元件，則上述本發(fā) 明方法的各個實施例能夠關(guān)于各個溫度進行。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)包括在系統(tǒng)供電線路和加熱元件之間連接的功率
調(diào)節(jié)器，它由加熱控制器驅(qū)動以選擇性地啟動所述至少一個加熱元件。
該功率調(diào)節(jié)器也可簡單地是ON/OFF開關(guān)。更優(yōu)選地，所述功率調(diào)節(jié) 器選自包括繼電器和固態(tài)器件優(yōu)選地為MOSFET和晶體管的組。
在一個實施例中，所述加熱控制器啟動所述至少一個加熱元件以作為下溫度閥值和與探測溫度成比例的溫度之間差值的函數(shù)而供給熱動力，因此實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。該函數(shù)優(yōu)選地是比例、積分和/或求導類型。
更特別地，所述加熱控制器可包括所述至少一個溫度傳感器的輸出信號的放大器，用于從下溫度閥值減去放大器輸出并且用于獲得誤差信號的減法器，和P丄D.類型的調(diào)節(jié)器模塊-換言之，具有比例、積分和/或求導類型的轉(zhuǎn)換函數(shù)-作用在所述誤差信號上以輸出用于所述功率調(diào)節(jié)器的驅(qū)動信號，驅(qū)動所述功率調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)所述加熱元件兩
端處的電壓或者通過所述加熱元件的電流。
在一個實施例中，所述至少一個加熱元件是電阻類型的并且所述 P.I.D.調(diào)節(jié)器模塊產(chǎn)生所述加熱元件兩端處的電壓數(shù)值或者流經(jīng)它的電流數(shù)值，當誤差信號增加時該數(shù)值增加。
在一個實施例中，所述至少一個加熱元件是電阻類型的并且所述 P丄D.調(diào)節(jié)器模塊產(chǎn)生所述加熱元件端部處的調(diào)制電壓，或通過所述加熱元件的調(diào)制電流，當誤差信號增加時，其工作周期增加。
優(yōu)選地，所述加熱元件是電阻類型的，更優(yōu)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，并且更優(yōu) 選地，所述至少一個電阻片被置于所述供電單元的兩個鄰近電池之間。
優(yōu)選地，所述至少一個溫度傳感器包括電熱調(diào)節(jié)器，更優(yōu)選地負溫度系數(shù)(NTC)電熱調(diào)節(jié)器。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括充電控制器，它在輸入中接收所述至少一個溫度傳感器的輸出并且控制所述電路從而僅當探測溫度位于所述封閉充電溫度范圍時，啟動充電能量的供應(yīng)。
在一個實施例中，所述至少一個溫度傳感器包括連接到充電控制器的至少一個第一溫度傳感器，和連接到加熱控制器的至少一個第二溫度傳感器。
優(yōu)選地，所述電路包括線性或開關(guān)類型的至少一個充電電路。
所述充電電路能夠被充電控制器控制以執(zhí)行在恒定電流下的第一暫時充電步驟和在恒定電壓下的第二暫時充電步驟。
所述充電控制器和所述加熱控制器能夠在公共的微處理器中實現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括供電和調(diào)節(jié)器電路，它能夠被連接到所述外部能源從而為所述系統(tǒng)提供被調(diào)節(jié)的供電。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括至少一個用戶接口器件。以此方式，能夠設(shè)定用于所述封閉特征溫度范圍和/或用于所述下溫度閥值和/或用于所述上溫度閥值的適當數(shù)值。
該系統(tǒng)還可包括至少一個電子器件以用于控制電子變速器和/或用于獲取、顯示和控制自行車騎行參數(shù)和其它功能。
該系統(tǒng)的構(gòu)件能夠被容納在單獨外殼中，該外殼可被固定到自行車框架。在其它實施例中，充電電路被容納在第--外殼中并且供電單元被容納在第二外殼中，第一和第二外殼能夠以機械和電子方式可移除地連接。以此方式，在使用自行車時，能夠通過將第一外殼或電池充電器從包括供電單元或電池組以及可能的電子器件的第二外殼分離而降低自行車重量。
優(yōu)選地，充電控制器容納在第一外殼中。通過使得控制器成為電池充電器的一部分，供電器件更輕，并且更加成本有效，當提供兩個或更多個可互換的可移除供電器件時，這是有利的方面。
由于類似的原因，優(yōu)選地，接口器件(多個)容納在第一外殼中。
優(yōu)選地，所述至少一個溫度傳感器容納在第二外殼中。
可替代地，所述至少一個溫度傳感器能夠容納在所述第一外殼中并且當?shù)谝煌鈿ず偷诙鈿みB接時，即在充電期間與所述供電單元形成熱接觸。
優(yōu)選地，所述至少一個加熱元件被容納在所述第二外殼中。
可替代地，所述至少一個加熱元件能夠被容納在所述第一外殼中并且當?shù)谝煌鈿ず偷诙鈿は噙B接時，即在充電期間與所述供電單元形成熱接觸。
所述至少一個電子器件能夠被容納在第二外殼中。
可替代地，所述至少一個電子器件能夠被容納在第三外殼中，第二外殼能夠以機械和電子方式連接到第三外殼。以此方式，在充電期間，供電單元或電池組能夠被從自行車移除，可能被雙電池組替換以允許延長電子器件的操作。
所述加熱控制器能夠被容納在第一外殼中、第二外殼中或者第三外殼中。
所述功率調(diào)節(jié)器能夠被容納在第一外殼中、第二外殼中或者第三外殼中。
當加熱控制器和電子器件被容納在相同外殼中時，加熱控制器可包括安裝在電子器件的印刷電路上的電路，或者它能夠在電子器件的微處理器中實現(xiàn)。
在其另一方面，本發(fā)明考慮一種用于自行車電子器件的供電器件，包括
-包括至少一個可再充電電池的供電單元，
-用于與電池充電器可移除電力和數(shù)據(jù)連接的連接器，
-與所述供電單元熱耦合的至少一個溫度傳感器，
-與所述供電單元熱耦合的至少一個能夠選擇性地啟動的加熱元
件，
其中當所述供電器件連接到所述電池充電器時，并且當由所述傳感器探測的溫度低于或者等于位于所述供電單元特有的封閉充電溫度范圍的下溫度閥值時，所述加熱元件被選擇性地啟動。
該供電器件還可包括用于選擇性啟動所述加熱元件的功率調(diào)節(jié) 器，所述功率調(diào)節(jié)器由所述電池充電器控制。
可替代地，該供電器件還可包括用于與電子器件可移除電力和數(shù)
據(jù)連接的連接器以用于控制電子變速器和/或用于獲取、顯示和控制自行車騎行參數(shù)和其它功能，以及用于選擇性地啟動所述加熱元件的功
率調(diào)節(jié)器，所述功率調(diào)節(jié)器由所述電子器件控制。
在其另一方面，本發(fā)明考慮一種用于自行車電子器件的電池充電器，包括-
-用于與所述電子器件的供電單元可移除電力和數(shù)據(jù)連接的連接
器，
-用于從外部能源接收能量并且用于向供電單元選擇性地供應(yīng)充電能量的電路，
-加熱控制器，它在輸入中接收示意所述供電單元的探測溫度的信號并且當探測溫度低于或等于位于所述供電單元特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值時，提供用于啟動所述供電單元的加熱元件的信號。
在其另一方面，本發(fā)明考慮一種自行車電子器件，包括 -用于與供電單元可移除電力和數(shù)據(jù)連接的連接器， -加熱控制器，它在輸入中接收示意所述供電單元的探測溫度的信號并且當探測溫度低于或等于位于所述供電單元特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值時，提供用于啟動所述供電單元的加熱元件的信號。

現(xiàn)在參考其某些實施例更好地描述本發(fā)明，該實施例僅作為非限制實例在附圖中示意，其中
圖1是連接到外部能源的本發(fā)明系統(tǒng)第一實施例的框圖；圖2是連接到外部能源的本發(fā)明系統(tǒng)第二實施例的框圖；圖3是連接到外部能源的本發(fā)明系統(tǒng)第三實施例的框圖；圖4是連接到外部能源的本發(fā)明系統(tǒng)第四實施例的框圖；圖5是本發(fā)明方法第一實施例的框圖；圖6是本發(fā)明方法第二實施例的框圖；圖7是本發(fā)明方法第三實施例的框圖；圖8更加詳細示意圖7的調(diào)節(jié)模塊；和
圖9和IO示出本發(fā)明加熱器的供電信號的兩個優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明系統(tǒng)第一實施例的框圖示于圖1。
在該實施例中，可確定三個功能模塊，即電池充電器l、可再充電供電器件2和自行車電子器件3，它在本發(fā)明系統(tǒng)最普通的實施例中是位于系統(tǒng)自身外部的器件。
自行車電子器件3和可再充電供電器件2實際上能夠被容納在能
夠以機械和電子方式可移除地相互連接的單獨的外殼中，在后面用相
同參考數(shù)字2和3表示。可替代地，自行車電子器件3和供電器件2 能夠被容納在相同外殼2a中。
電池充電器1和供電器件2也能夠被容納在能夠以機械和電子方式可移除地相互連接的單獨外殼中，在后面用相同參考數(shù)字1和2表示?？商娲?，電池充電器1和供電器件2能夠被容納在相同外殼13 中。
仍然可替代地，電池充電器1、供電器件2和自行車電子器件3 能夠容納在相同外殼14中。
電池充電器1以本質(zhì)上己知的方式通過連接到外部能源P例如電力網(wǎng)，例如在220V或110V，或者汽車點煙器而被供電。電池充電器l 通過線路18向供電器件2供電并且供電器件2通過線路22向自行車電子器件3供電。也應(yīng)該理解，除了那里示出的連接，也存在為簡潔起見沒有被示出的接地連接。
在圖1中，在電池充電器1、供電器件2和自行車電子器件3之間的被描述的電力連接18、22和其它電力和數(shù)據(jù)連接示意為是可移除的，通過兩對多極連接器CN1、 CN2制成?？梢岳斫?，在僅僅提供一個或
兩個外殼的情形中，一對或者兩對連接器CN1、 CN2可被省略。
可再充電供電器件2包括供電單元4、加熱元件5和溫度傳感器6。在實際實施例中，供電單元4可以包括很多例如串聯(lián)的電池元件，以獲得用于對自行車電子器件3供電的足夠電壓。供電單元4具有可再充電類型，例如具有聚合電解質(zhì)的鋰離子類型。
加熱元件5優(yōu)選地包括放置成接觸供電單元4外表面的電阻片。溫度傳感器6布置成靠近供電單元4，也優(yōu)選地接觸供電單元4的外表面，并且它優(yōu)選地包括無源元件例如NTC (負溫度系數(shù))電熱調(diào)節(jié)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(diào)節(jié) 器、有源(模擬或數(shù)字)傳感器等。
可替代地，加熱元件5和/或溫度傳感器6能夠是電池充電器1的一部分并且當連接到電池充電器1時，即在充電期間與供電單元4形成熱接觸。
電池充電器1包括已知類型的第一充電控制邏輯單元或充電控制器7，和第二加熱控制邏輯單元或加熱控制器8。第一和第二邏輯單元 7和8有利地位于相同微處理器單元中。
第一充電控制邏輯單元7包括連接到供電器件2的溫度傳感器6 的輸入19，并且被連接到電池充電器1的例如線性或開關(guān)類型的充電電路9。如果供電單元4包括電池元件，它能夠被設(shè)置成使用例如與在引用文獻EP1557926A1中描述的一樣多的能夠被適當?shù)剡B接到電池元件的充電電路9。
第二加熱控制邏輯單元8包括通過數(shù)據(jù)線路20連接到供電器件2 的溫度傳感器6的輸入，和用于加熱元件5的功率的調(diào)節(jié)器11的驅(qū)動輸出12。功率調(diào)節(jié)器ll也可以是簡單的ON/OFF開關(guān)。
功率調(diào)節(jié)器ll優(yōu)選地包括MOSFET，但是在不同實施例中，這種功率調(diào)節(jié)器可以例如包括晶體管或者甚至是繼電器。
在其它實施例中，而且，能夠使用兩個專用溫度傳感器，一個用于第一充電控制邏輯單元7，并且一個用于第二加熱控制邏輯單元8。
通過插入己知類型的供電/調(diào)節(jié)器電路23，第一和第二邏輯單元7 和8和充電電路9通過供電線路21被外部能源P供電。
功率調(diào)節(jié)器11在一側(cè)上連接到供電線路21并在另一側(cè)上通過線路25連接到加熱元件5。
電池充電器1能夠有利地設(shè)有一個或多個接口器件10,例如輸入鍵盤或鍵區(qū)和顯示器。
圖1系統(tǒng)的操作將在后面參考圖5-8描述。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實施例示意于圖2中。
圖2實施例與圖l實施例不同之處在于，在供電器件2中，功率調(diào)節(jié)器11與加熱元件5關(guān)聯(lián)。在此情形中，因此，功率調(diào)節(jié)器11的控制輸出12來自電池充電器1并且通過當在提供時的該對多極連接器 CN1達到供電器件2。
當功率調(diào)節(jié)器11是固態(tài)類型例如MOSFET類型時，這種實施例是特別有利的，因為在它的啟動和禁用期間，它經(jīng)歷由于開關(guān)損耗引起的加熱。由于這種損耗引起的熱能有利的被加以利用以加熱電池4 (除了由加熱元件6產(chǎn)生的加熱，這將在下面更好地描述)。
根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的第三實施例示意于圖3中。
圖3實施例與圖1實施例不同之處在于，第二加熱控制單元8和功率調(diào)節(jié)器11容納在電子器件3的外殼中。在此情形中，供電線路21 源自電池充電器l,朝向電子器件3，通過當設(shè)置時的該對多極連接器 CN1和CN2，以向第二加熱控制邏輯單元8供電。加熱器5的供電線路25和溫度傳感器6和溫度控制器8之間的數(shù)據(jù)線路20通過當設(shè)置時的該對多極連接器CN2。
在這種實施例中，而且，第二加熱控制單元8可包括安裝在相同印刷電路上的電路，在該印刷電路上布置電子器件3的電路。
可替代地，加熱控制單元8可屬于用于例如管理自動或半自動變速器的其它自行車控制功能的電子器件3的微處理器。
根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的第四實施例示意于圖4中。
圖4實施例與圖3實施例不同之處在于，在供電器件2的外殼中，功率調(diào)節(jié)器11與加熱元件5關(guān)聯(lián)。調(diào)節(jié)器11的控制線路12源自電子器件3，朝向供電器件2，通過當設(shè)置時的該對多極連接器CN2。
根據(jù)本發(fā)明方法的第一實施例將參考圖5和上述一個實施例的系統(tǒng)進行描述。
根據(jù)按照本發(fā)明方法的這個第一實施例使用不同的參數(shù)，該參數(shù) 可能由使用者通過接口器件10或者通過電子器件3的接口器件或計算機循環(huán)設(shè)定。
這種參數(shù)包括
Tl-下限充電溫度，通?；谟芍圃焐虨樗褂玫碾姵毓╇妴卧?的類型提供的數(shù)值設(shè)定的數(shù)值；例如對具有聚合電解質(zhì)的鋰離子電池 T1=0° C;
T2-上限充電溫度，通?；谟芍圃焐虨樗褂玫碾姵毓╇妴卧? 的類型提供的數(shù)值設(shè)定的數(shù)值；例如對具有聚合電解質(zhì)的鋰離子電池 T2=40° C;
Tlow-下溫度閥值，基于試驗基礎(chǔ)并且基于所使用的電池供電單元 4的類型選擇的數(shù)值；該下溫度閥值是在此處或者比它高時希望保持供
電單元4的溫度的溫度，并且優(yōu)選地，它被選擇成比下限充電溫度T1 的數(shù)值高出幾度；例如對具有聚合電解質(zhì)的鋰離子電池Tlow-5。 C。
當使用下限充電溫度T1的數(shù)值時，參數(shù)Tlow能夠被省略。
Tl和T2之間的溫度范圍在本說明和所附權(quán)利要求中被表示成封閉充電溫度范圍。
Tl和T2的數(shù)值被存儲在第一充電控制邏輯單元7中，而Tlow的數(shù)值被存儲在第二加熱控制邏輯單元8中。
當需要對供電單元4充電時，電池充電器1連接到外部能源P，并且如果必要，通過該對連接器CN1連接到供電器件2。
第一充電控制邏輯單元7在框90中通過傳感器6探測供電單元4 的溫度數(shù)值T。如果探測數(shù)值T位于封閉充電溫度范圍中，即 T1<=T<=T2，則第一充電控制邏輯單元7在框91中使得充電電路9對供電單元4進行充電。如果探測數(shù)值T位于封閉充電溫度范圍外側(cè)，即T<T1或T>T2，則第一充電控制邏輯單元7保持在非工作狀態(tài)中并且禁用充電電路9或者在其已經(jīng)在先被啟用的情形中禁用充電電路9。通過充電電路9進行充電的方式可以是任何類型，例如在前述文獻 EP1557926A1中所描述地，其中充電提供在恒定電流下的第一充電步驟和在恒定電壓下的第二充電步驟。
與所述第一充電控制邏輯單元7的操作平行，第二加熱控制邏輯
單元8操作用于獨立于第一充電控制邏輯單元7的操作執(zhí)行供電單元4 的"溫度調(diào)節(jié)"。
在框101中，加熱控制邏輯單元8通過溫度傳感器6探測供電單元4的溫度數(shù)值T。如果探測數(shù)值T低于或等于下限溫度數(shù)值Tlow，即T《Tlow，則加熱控制邏輯單元8在框102中通過控制輸出12，啟動加熱元件5，驅(qū)動ON/OFF開關(guān)類型的功率調(diào)節(jié)器11關(guān)閉。如果，在另一方面，探測數(shù)值T高于下限溫度數(shù)值Tlow，即T>Tlow，則繼續(xù)進行框103，其中加熱控制邏輯單元8再次通過控制輸出12,停用加熱元件5，驅(qū)動功率調(diào)節(jié)器或ON/OFF開關(guān)ll打開。
如此實現(xiàn)的調(diào)節(jié)循環(huán)因此是在閥值Tlow上執(zhí)行的溫度控制。
Tl、 T2和Tlow的數(shù)值被適當?shù)剡x擇以允許正確操作該設(shè)備。具體地，應(yīng)該是T^-Tlow。在使用具有聚合電解質(zhì)的鋰離子電池的情形中，Tlow的數(shù)值被有利的選擇成比下限充電溫度Tl高出幾度，例如 Tlow=5° C。以此方式，在其上進行溫度控制的下溫度閥值Tlow處于安全數(shù)值以保證第一充電控制邏輯單元7的充電步驟考慮到傳感器6 的溫度探測中的一些不準確性，或者在使用兩個專用溫度傳感器的情形中由于任何原因?qū)е碌膬蓚€邏輯單元7和8的不同讀數(shù)。
如果在初始充電步驟中，供電單元4的溫度T低于下限溫度Tl，則加熱102包括相對于充電操作的初步操作，當供電單元4的溫度達到數(shù)值T1時，該操作應(yīng)該開始。
在另一方面，如果在初始充電步驟中，供電單元4的溫度T被包括在Tl和Tlow之間，在其中Tl>Tlow的情形中是明顯的-例如在上述情形中當Tl-0。 C和Tlow二5。 C時T-3。 C-加熱和充電步驟應(yīng)該同
時開始。
在根據(jù)本發(fā)明方法的第二實施例中，除了上述參數(shù)Tl、T2和Tlow，
使用第四參數(shù)
Thigh-上溫度閥值，基于試驗基礎(chǔ)并且基于使用的電池供電單元4
的類型以及加熱器5的功率選擇的數(shù)值；該上溫度閥值是這樣的溫度，在該溫度下或者比它高時希望中斷對供電單元4的加熱；優(yōu)選地，上
溫度閥值被選擇成比下溫度閥值高出幾度，更優(yōu)選地高出大約15° C, 并且比所述封閉充電溫度范圍的上限低，更優(yōu)選地低大約25。 C，；例如對具有聚合電解質(zhì)的鋰離子電池Thigh-15。 C。
Thigh的數(shù)值存儲在第二加熱控制邏輯單元8中。
參考圖6，平行于上述充電框90、 91，在框201中，加熱控制邏輯單元8通過溫度傳感器6探測供電單元4的溫度數(shù)值T。如果探測數(shù) 值T低于或者等于下限溫度數(shù)值Tlow，即TR-Tlow,在框202中，加熱控制邏輯單元8通過驅(qū)動輸出12，啟動加熱元件5關(guān)閉再次為 ON/OFF開關(guān)類型的功率調(diào)節(jié)器11。如果，在另一方面，探測數(shù)值T 高于下限溫度數(shù)值Tlow，即TVTlow，則繼續(xù)進行框203，此時探測溫度數(shù)值T與上溫度閥值Thigh相比較。如果探測數(shù)值T高于上溫度閥值Thigh，即TVThigh，則在框204中加熱控制邏輯單元8停用加熱元件5打開功率調(diào)節(jié)器11或ON/OFF開關(guān)。如此實現(xiàn)的調(diào)節(jié)循環(huán)因此是在兩個閥值Thigh和Tlow上執(zhí)行的溫度控制。
相對于利用單獨的閥值Tlow的控制，在兩個闊值Thigh和Tlow 上執(zhí)行的溫度控制是優(yōu)選的，因為它允許功率調(diào)節(jié)器11的啟動和禁用的次數(shù)被降低，并且開關(guān)損耗降低，特別當這種功率調(diào)節(jié)器為固態(tài)功率調(diào)節(jié)器(例如MOSFET)時。而且，在兩個閥值Thigh和Tlow上進行的這個控制允許系統(tǒng)可能的不穩(wěn)定性得以避免，如果供電單元4的溫度T圍繞溫度Tlow快速變化，在僅根據(jù)圖5在下溫度閥值Tlow上
執(zhí)行控制的情形中，這可涉及連續(xù)開關(guān)功率調(diào)節(jié)器ll。
在根據(jù)本發(fā)明方法的第三實施例中，使用上述參數(shù)T1和T2，充
電溫度范圍的極限，以及下溫度閥值，這里用Tref表示。
參考圖7，平行于上述充電框90、 91，在框301中，加熱控制單元8通過溫度傳感器6探測供電單元4的溫度數(shù)值T。如果探測數(shù)值T 高于下溫度閥值或基準溫度Tref，則加熱控制單元8保持在非工作狀態(tài)中，即加熱元件5被停用-框302。如果探測數(shù)值T低于或等于基準溫度Tref，則加熱控制單元8在框303中通過控制輸出和調(diào)節(jié)器11，通過利用本質(zhì)上已知的在圖8中概略示出的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)獲得的信號啟動加熱元件5。
當處理由本質(zhì)上已知的P丄D.調(diào)節(jié)器模塊適當濾波的誤差信號時，獲得用于加熱元件5的驅(qū)動信號。
更特別地，由供電單元4的溫度傳感器6探測的溫度數(shù)值T在放大器26中被增益數(shù)值GAIN放大，它也可以是單位的。在放大器輸出處的信號GAIN*T在減法器節(jié)點27中被從數(shù)值Tref減去。減法器節(jié)點 27的輸出被表示成誤差信號e =Tref-GAIN*T。
誤差信號s被送至P.I.D.類型的調(diào)節(jié)器模塊28，該模塊具有比例 P、求導D和/或積分I類型的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
調(diào)節(jié)器模塊28的輸出信號S ( s )被用于驅(qū)動功率調(diào)節(jié)器11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，驅(qū)動信號S ( e )可以是當為電阻類型時在加熱元件5端部處引起電壓數(shù)值V(t)的信號，當誤差信號e增加時，該數(shù)值增加，
如示意于圖9的圖表中。
作為另一例子，驅(qū)動信號S ( e )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(shù)值V (t)，或者通過加熱元件5的電流數(shù)值I (t)的信號，脈沖寬度被調(diào)制(PWM信號)，其中當誤差信號 e增加時，調(diào)制信號的工作周期增加，如示意于圖10中。
在上述的各種實施例中，在供電單元4包括很多電池的情形中，多個溫度傳感器6能夠被提供以探測相應(yīng)溫度。上述本發(fā)明方法的各種實施例能夠在此情形中相對于各個溫度得以實現(xiàn)，如果也提供多個加熱元件5，或者相對于平均溫度或者構(gòu)成供電單元4的各個電池的那些溫度中的最小溫度得以實現(xiàn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，能夠?qū)ι鲜鰧嵤├龀龆喾N改變、添加、刪除和替換而不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于控制用于自行車電子器件(3)的可再充電電池供電單元(4)的充電的方法，包括以下步驟探測(6)供電單元(4)的至少一個溫度(T)，并且其特征在于以下步驟當探測溫度(T)低于或等于位于所述供電單元(4)特有的封閉充電溫度范圍(T1-T2)中的下溫度閥值(Tlow，Tref)時，向供電單元(4)供應(yīng)(102，202，303)熱能(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括提供外部能源(P)并且向供電單元供應(yīng)電能(91)的步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于供應(yīng)電能(91)的步驟僅當探測溫度(T)被包括在所述封閉充電溫度范圍(Tl-T2)中時發(fā)生。
4. 根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的方法，還包括提供外部能源(P)并且從所述外部能源(P)向供電單元(4)供應(yīng)所述熱能的步驟。
5. 根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的方法，其特征在于下溫度閥值 (Tlow)高于所述封閉充電溫度范圍(Tl-T2)的下限(Tl)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于下溫度閥值(Tlow)比所述封閉充電溫度范圍(Tl-T2)的下限(Tl)高大約5。 C。
7. 根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的方法，其特征在于執(zhí)行向供電單元 (4)供應(yīng)熱能(202)的所述步驟，直至探測溫度(T)變得高于(203)上溫度閥值(Thigh)為止。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于上溫度閥值(Thigh)低于所述封閉充電溫度范圍(Tl-T2)的上限(T2)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于上溫度閥值(Thigh)比所述封閉充電溫度范圍(Tl-T2)的上限(T2)低大約25° C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項的方法，其特征在于上溫度閥值 (Thigh)比所述封閉充電溫度范圍(Tl-T2)的下限(Tl)高大約15° C。
11. 根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的方法，其特征在于所述供應(yīng)熱能 (303)的步驟包括作為下溫度閥值(Tref)和與探測溫度(T)成比例的溫度之間的差值(s )的函數(shù)提供熱動力。
12. 根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的方法，其特征在于通過向與供電單元(4)熱耦合的電阻類型的加熱元件(5)供給電壓或電流而執(zhí)行所述供應(yīng)熱能(102， 202， 303)的步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2-12中任一項的方法，其特征在于探測(6)供電單元(4)的至少一個溫度(T)的所述步驟包括探測用于控制供應(yīng) 電能(91)的所述步驟的執(zhí)行的第一溫度和用于控制供應(yīng)熱能(102， 202， 303)的所述步驟的執(zhí)行的第二溫度。
14. 根據(jù)前面任一項權(quán)利要求的方法，其特征在于探測(6)溫度 (T)、供應(yīng)熱能(102， 202， 303)和供應(yīng)電能(91)的步驟中的至少一個對于所述可再充電電池供電單元(4)的多個電池的每一個獨立地執(zhí)行。
15. —種用于自行車電子器件(3)的供電系統(tǒng)，包括可再充電的電池供電單元(4)，供電單元(2， 2a)的溫度(T)的至少一個傳感器(6)，其特征在于它還包括至少一個能夠被選擇性地啟動(8， 11)的加熱元件(5)，它能夠與供電單元(4)熱關(guān)聯(lián)，和加熱控制器(8)，它在輸入中接收所述至少一個溫度傳感器(6) 的輸出并且當探測溫度(T)低于或等于位于所述供電單元(4)特有的封閉充電溫度范圍(Tl-T2)中的下溫度閥值(Tlow, Tref)時，啟動所述加熱元件(5)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，還包括用于從外部能源(P)接收能量并且用于向供電單元(4)選擇性地供應(yīng)(7)充電能量的電路(9， 23)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15-16中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述供電單元(4)包括至少兩個電池，并且至少一個加熱元件(5)與每一個電池熱關(guān)聯(lián)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述供電單元(4)包括至少兩個電池，并且至少一個溫度傳感器(6)與每一個電池熱關(guān)聯(lián)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15-18中任一項的系統(tǒng)，其特征在于包括在該系統(tǒng)的供電線路(21)和所述加熱元件(5)之間連接并且被所述加熱控制器(8)驅(qū)動以選擇性地啟動所述至少一個加熱元件(5)的功率調(diào) 節(jié)器(11)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于所述功率調(diào)節(jié)器(11) 選自由繼電器和固態(tài)元器件構(gòu)成的組中的一種。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15-20中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述加熱控制器(8)包括所述至少一個溫度傳感器(6)的輸出信號(T)的放大器(26)、用于將放大器輸出(GAIN*T)從下溫度閥值(Tref)減去并且用于獲得誤差信號(e )的減法器(27),和作用在所述誤差信號(e )上以輸出用于所述功率調(diào)節(jié)器(11)的驅(qū)動信號(S ( e )) 的P.I.D.類型的調(diào)節(jié)器模塊(28)，驅(qū)動所述功率調(diào)節(jié)器(11)調(diào)節(jié)所述加熱元件(5)端部處的電壓或者通過所述加熱元件(5)的電流。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個加熱元件 (5)是電阻類型的，并且所述P.I.D.調(diào)節(jié)器模塊(28)產(chǎn)生當誤差信號(e )增加時增加的在所述加熱元件(5)的端部處的電壓數(shù)值或者通過所述加熱元件(5)的電流。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個加熱元件 (5)是電阻類型的并且所述P.I.D.調(diào)節(jié)器模塊(28)在所述加熱元件 (5)端部處產(chǎn)生調(diào)制電壓(V (t))，或者通過所述加熱元件(5)的調(diào)制電流(I (t))，當誤差信號(s )增加時其工作周期增加。
24. 根據(jù)權(quán)利要求15-23中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述加熱元件(5)包括施加到所述供電單元(4)的至少一個電池的至少一個電阻片。
25. 根據(jù)權(quán)利要求15-24中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個溫度傳感器(6)包括電熱調(diào)節(jié)器。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16-25中任一項的系統(tǒng)，其特征在于還包括充電控制器(7),它在輸入中接收所述至少一個溫度傳感器(6)的輸出并且控制所述電路(9)從而僅當探測溫度(T)位于所述封閉充電溫度范圍(Tl-T2)中時啟動充電能量的供給。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個溫度傳感器(6)包括連接到充電控制器(7)的至少一個第一溫度傳感器和連接到加熱控制器(8)的至少一個第二溫度傳感器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求16-27中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述電路(9， 23)包括線性或開關(guān)類型的至少一個充電電路(9)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其特征在于所述充電電路(9)被充電控制器(7)控制以用于執(zhí)行在恒定電流下的第一暫時充電步驟和在恒定電壓下的第二暫時充電步驟。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26-29中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述充電控制器(7)和所述加熱控制器(8)在公共微處理器中實現(xiàn)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求16-30中任一項的系統(tǒng)，還包括能夠連接到所述外部能源(P)以向所述系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)電源(21)的供電和調(diào)節(jié)器電路(23)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求15-31中任一項的系統(tǒng)，還包括至少一個用戶接口器件(10)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求15-32中任一項的系統(tǒng)，還包括用于控制電子變速器和/或用于獲取、顯示和控制自行車騎行參數(shù)和其它功能的至少一個電子器件(3)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求15-33中任一項的系統(tǒng)，其特征在于它的構(gòu)件被容納在固定到自行車框架的單獨外殼(14)中。
35. 根據(jù)權(quán)利要求16-33中任一項的系統(tǒng)，其特征在于充電電路(9， 23)被容納在第一外殼(1)中，并且供電單元(4)被容納在第二外殼(2， 2a)中，第一外殼(1)和第二外殼(2， 2a)能夠以機械和電子方式可移除地連接。
36. 根據(jù)權(quán)利要求26和35的系統(tǒng)，其特征在于充電控制器(7) 容納在第一外殼(1)中。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32和35的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個接口器件(10)容納在第一外殼(1)中。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35-37中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個溫度傳感器(6)容納在第二外殼(2， 2a)中。
39. 根據(jù)權(quán)利要求35-38中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個加熱元件(5)容納在所述第二外殼(2， 2a)中。
40. 根據(jù)權(quán)利要求35-39中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述加熱控制器(8)容納在第一外殼(1)中。
41. 根據(jù)權(quán)利要求35-39中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述加熱控制器(8)容納在第二外殼(1)中。
42. 根據(jù)權(quán)利要求33和35的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個電子器件(3)容納在第二外殼(2a)中。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41和42的系統(tǒng)，其特征在于加熱控制器(8) 包括安裝在電子器件(3)的印刷電路上的電路。
44. 根據(jù)權(quán)利要求41和42的系統(tǒng)，其特征在于加熱控制器(8) 在電子器件(3)的微處理器中實現(xiàn)。
45. 根據(jù)權(quán)利要求19和35的系統(tǒng)，其特征在于所述功率調(diào)節(jié)器 (11)容納在第一外殼(1)中。
46. 根據(jù)權(quán)利要求19和35的系統(tǒng)，其特征在于所述功率調(diào)節(jié)器 (11)容納在第二外殼(2， 2a)中。
47. 根據(jù)權(quán)利要求35-46中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個電子器件(3)容納在第三外殼(3)中，第二外殼(2， 2a)能夠以機械和電子方式連接到第三外殼(3)。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其特征在于所述加熱控制器(8)容納在第三外殼(3)中。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48的系統(tǒng)，其特征在于加熱控制器(8)包括安裝在電子器件(3)的印刷電路上的電路。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49的系統(tǒng)，其特征在于加熱控制器(8)在電子器件(3)的微處理器中實現(xiàn)。
51. 根據(jù)權(quán)利要求47-50中任一項的系統(tǒng)，其特征在于所述功率調(diào) 節(jié)器(11)容納在第三外殼(3)中。
52. —種用于自行車電子器件的供電器件(2， 2a)，包括包括至少一個可再充電電池的供電單元(4)，用以與電池充電器可移除電力和數(shù)據(jù)連接的連接器(CN1), 與所述供電單元(4)熱耦合的至少一個溫度傳感器(6)，至少一個能夠被選擇性地啟動的加熱元件(5)，與所述供電單元(4)熱耦合，其中當所述供電器件(2， 2a)連接到所述電池充電器(1)時，并且當由所述傳感器探測的溫度(T)低于或等于位于所述供電單元(4) 特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值(Tlow， Tref)時，所述加熱元件(5)被選擇性地啟動。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52的供電器件(2， 2a)，還包括用于選擇性啟動所述加熱元件(5)的功率調(diào)節(jié)器(11)，所述功率調(diào)節(jié)器(11)被所述電池充電器(1)控制。
54. 根據(jù)權(quán)利要求52的供電器件(2， 2a)，還包括用以與用于控制電子變速器和/或用于獲取、顯示和控制自行車騎行參數(shù)和其它功能的電子器件(3)可移除電力和數(shù)據(jù)連接的連接器(CN2)，以及用于選擇性啟動所述加熱元件(5)的功率調(diào)節(jié)器(11)，所述功率調(diào)節(jié)器 (11)被所述電子器件(3)控制。
55. —種用于自行車電子器件(3)的電池充電器(1)，包括用以與所述電子器件(3)的供電單元(4)可移除電力和數(shù)據(jù)連接的連接器(CN1)，用于從外部能源(P)接收能量并且用于向供電單元(4)選擇性地供應(yīng)(7)充電能量的電路(9， 23)，加熱控制器(8)，它在輸入中接收示意所述供電單元(4)的探測溫度(T)的信號(6)并且當探測溫度(T)低于或等于位于所述供電單元(4)特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值(Tlow， Tref) 時，提供用于啟動所述供電單元(4)的加熱元件(5)的信號。
56. —種自行車電子器件，包括用以與供電單元(4)可移除電力和數(shù)據(jù)連接的連接器(CN2)，加熱控制器(8)，它在輸入中接收示意所述供電單元(4)的探測溫度(T)的信號(6)并且當探測溫度(T)低于或等于位于所述供電單元(4)特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值(Tlow， Tref) 時，提供用于啟動所述供電單元(4)的加熱元件(5)的信號。
全文摘要
為了允許對用于自行車電子器件(3)的電池供電單元(4)的充電即使在惡劣溫度條件下進行，當它的溫度低于或等于位于所述供電單元(4)特有的封閉充電溫度范圍中的下溫度閥值時，向供電單元(4)提供熱能。
文檔編號H01M10/44GK101102054SQ200710127150
公開日2008年1月9日申請日期2007年7月4日優(yōu)先權(quán)日2006年7月4日
發(fā)明者費代里科·米廖蘭扎申請人:坎培諾洛有限公司

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