專利名稱：用于管理便攜式設(shè)備中的電池組件的電能的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于管理其中安裝有至少一個電池組件的便攜式設(shè)備中的電池電能的裝置和方法，并且更特別的是，涉及用于管理便攜式設(shè)備中的電池組件的電能的裝置和方法，其中根據(jù)電連接到便攜式設(shè)備的每個電池組件的充電電流值選擇性控制充放電順序，從而提高電池組件的電能使用效率。
背景技術(shù)：
隨著電子通訊技術(shù)的發(fā)展，像個人電腦(下文中，稱作“PC”)這樣的設(shè)備已經(jīng)制造成便攜式的。例如，便攜式電子設(shè)備，像筆記本PC，個人數(shù)字助理(PDA)，由于移動環(huán)境而具有小的尺寸或者輕的重量，即，在戶外使用具有便攜性。
筆記本PC的特點在于“電池驅(qū)動型”，也就是說，筆記本PC由內(nèi)置電池驅(qū)動，還由采用交流適配器的商用交流電源進行驅(qū)動。這使得筆記本PC可以在像戶外以及出差途中這樣的商用交流電源不可用的任何地方進行使用。一般而言，內(nèi)置電池是組裝有多個電池單元的電池組件的形式。典型的電池單元是可充電電池，比如鋰離子電池或者NiMH電池。
內(nèi)置或者連接到筆記本PC的電池的容量有限。一次完全充電的電池的持續(xù)時間取決于電池的數(shù)量，而系統(tǒng)規(guī)格只有約三到四小時。因此，研究人員已經(jīng)研究通過電池來擴展便攜式設(shè)備的持續(xù)時間。
所謂的“電能管理”相關(guān)的技術(shù)是擴展電池持續(xù)時間的最好例子。我們知道，可通過增加電池組件中的電池數(shù)量或者使用像鋰離子電池這樣的能量密度高的電池來擴展持續(xù)時間。然而，如果電池組件中的電池數(shù)量增加，電池組件的重量和大小也將相對增加，這樣就不能允許僅僅增加電池組件中電池的數(shù)量。
近些年來，已經(jīng)開發(fā)并制造了其中兩個電池組件內(nèi)置或者連接到筆記本PC上的“雙電池”型筆記本PC。例如，在“國際商業(yè)機器公司”申請的日本未審專利公開No.HEI 8-54967中公開了雙電池型的計算機系統(tǒng)。此外，LG電子公司出售的“XNOTE TX系列”(XNOTE是LG電子公司的商標)中的筆記本PC“TX4210K”的結(jié)構(gòu)是可選電池組件可拆卸地連接到計算機的背板上。
除了筆記本PC之外，還發(fā)行了具有稱作補充或者可選電池的電池組的便攜式設(shè)備，其中補充或者可選電池用于為可拆卸地連接到便攜式設(shè)備上的軟磁盤機(FDD)，光盤驅(qū)動器(ODD)等進行交換。具有兩個電池組件的便攜式設(shè)備與具有一個電池組件的便攜式設(shè)備相比具有雙倍的持續(xù)時間。當然，持續(xù)時間取決于除基本電池組件以外的添加到便攜式設(shè)備上的可選電池的數(shù)量。
具有雙電池組件的筆記本PC包括電能管理單元，用于設(shè)定基本和可選電池組件的放電/充電順序，以便有效管理來自雙電池組件的電能。筆記本PC的電能管理單元優(yōu)先使內(nèi)置或者安裝的可選電池組件進行放電來驅(qū)動該計算機，然后在可選電池組件基本完全放電時使基本電池放電。當電池組件由通過交流適配器提供的外部電源充電時，筆記本PC的電能管理單元控制計算機系統(tǒng)早于可選電池組件對基本電池組件電壓進行充電。當檢測到基本電池組件完全充電時，電能管理單元控制計算機系統(tǒng)對可選電池組件電壓進行充電。
由于可選電池作為外部設(shè)備安裝到便攜式設(shè)備或者連接到便攜式設(shè)備拆卸FDD，ODD等的位置，被充電的可選電池組件優(yōu)先放電，基本電池組件優(yōu)先充電，從而即使當可選電池從便攜式設(shè)備分離時該便攜式設(shè)備仍然能由內(nèi)置電池進行驅(qū)動。
然而，對于管理雙電池型的便攜式設(shè)備中的電池組件的電能的常規(guī)方法，將充電和放電順序設(shè)定成使可選電池組件優(yōu)先進行放電并且對基本電池組件優(yōu)先進行充電，由于以基本電池組件和可選電池組件的預(yù)定順序進行放電和充電操作而不考慮電池組件的充電容量，這將花費太多的時間對電池組件進行充電。
我們知道，通用電池組件的充電時間與電池使用比率(相對總?cè)萘康氖褂萌萘?成正比。例如，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在通用筆記本PC中，如果在相同情況下使具有不同容量的兩個電池組件進行放電然后充電，充電容量較小的電池的充電時間比充電容量較大的電池的時間更長。這是因為筆記本PC的充電控制電路為電池組件的電壓端提供了其電流容量調(diào)節(jié)成電池組件的充電電流的充電電壓。
在筆記本PC中，將充電控制電路設(shè)計成輸出具有相對高電流容量的充電電壓，并根據(jù)電池組件的充電電流調(diào)節(jié)提供給電池組件電壓端的充電電壓的電流容量。由于具有這種操作，筆記本PC的充電控制電路通過系統(tǒng)管理(SM)總線從將要被充電的電池組件獲取充電電流容量的信息，并且為電池組件的電壓端提供與為對電池單元進行充電的對應(yīng)電池組件的充電電流對應(yīng)的充電電壓。
因此，我們可以看到，筆記本PC的電池組件的充電時間并不與電池的放電量成正比，而與相對于電池的總?cè)萘康氖褂萌萘?，即，電池使用率成正比。當基本電池組件的容量高于可選電池組件的容量時，用于管理筆記本PC的電池電能的常規(guī)方法優(yōu)先使可選電池組件放電而不管電池容量。這種情況下，與電池容量更高的電池組件優(yōu)先放電和充電的情況相比，需要花費更多的時間來對電池組件進行充電。當基本電池組件的容量小于可選電池組件的容量時，管理電池電能的常規(guī)方法對電池容量較小的基本電池組件優(yōu)先充電，這樣，與其中充電容量較大的電池優(yōu)先充電相比的情況相比，消耗的充電時間相同而充電效率降低。
如上所述，在控制雙電池組件的充電和放電的常規(guī)方法中，根據(jù)預(yù)定的順序而不管電池組件的充放電特性，可選電池組件早于基本電池組件放電，并且在提供外部交流電源時基本電池早于可選電池進行充電。因此，出現(xiàn)的問題是在可選電池的容量小于基本電池的容量時花費太多的時間對電池組件進行充電。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在能接收至少兩個電池組件的便攜式設(shè)備中管理電池組件的電能的裝置和方法，其中通過根據(jù)電連接到便攜式設(shè)備上的電池組件的充電容量自動確定放電和充電順序而提高電池組件的電能使用效率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于管理電池組件的電能的裝置和方法，其中根據(jù)是否施加外部交流電源，以及電池組件的放電和充電順序是否已經(jīng)確定，而檢測電連接到便攜式設(shè)備的所有電池組件的識別碼，剩余容量，充電狀態(tài)以及充電電流，并由此控制電池組件的放電和充電。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種用于管理電池組件的電能的裝置和方法，其中檢測電連接到便攜式設(shè)備上的電池組件的充電電流并且優(yōu)先使充電電流較高的電池組件優(yōu)先進行放電和充電。
根據(jù)實現(xiàn)這些目的的本發(fā)明的一個方面，提供一種用于管理便攜式設(shè)備中的電池組件的電能的裝置，包括第一和第二電池組件，每個電池組件包括通過電壓端進行充電和放電的電池以及用于檢測電池的剩余容量和充電電流并響應(yīng)電池狀態(tài)信息請求信號輸出剩余容量以及充電電流的電池監(jiān)視器(CEWD)；用于將通過外部電壓輸入端輸入的外部電壓轉(zhuǎn)換成充電電流對應(yīng)于充電控制信號(CCS)的充電電壓(CV)并輸出該充電電壓的充電電壓發(fā)生器；用于外部電壓通過外部電壓輸入端輸入并被檢測到時產(chǎn)生外部電壓檢測信號(EVDS)的外部電壓檢測器(EVD)；用于響應(yīng)外部電壓檢測信號輸出充電模式信號并且從第一和第二電池組件獲取剩余容量和充電電流信息以產(chǎn)生對充電電流較高的電池組件充電或放電的電池選擇信號(SEL)并產(chǎn)生對應(yīng)于剩余容量和充電電流的充電控制信號的充電/放電控制單元；以及連接在充電電壓發(fā)生器的輸出端，第一和第二電池組件的電壓端以及系統(tǒng)負載的電源輸入端之間，根據(jù)充電模式信號以及選擇信號將充電電壓發(fā)生器輸出的充電電壓提供給第一或第二電池組件或?qū)⒌谝换虻诙姵亟M件的輸出電壓提供給便攜式設(shè)備中的系統(tǒng)負載的充電/放電路徑設(shè)定單元。
充電/放電路徑設(shè)定單元包括分別連接在充電電壓發(fā)生器的輸出端和第一和第二電池組件的輸出端之間并根據(jù)選擇信號獨立導(dǎo)通的第一和第二模擬開關(guān)；以及連接在第一和第二模擬開關(guān)的公共連接節(jié)點和系統(tǒng)負載之間并根據(jù)充電模式信號導(dǎo)通或關(guān)斷的第三模擬開關(guān)。
優(yōu)選的是，該裝置還包括電壓路徑控制器，用于僅在一個路徑方向上提供外部電壓給系統(tǒng)負載，該電壓路徑控制器連接在外部電壓輸入端和第三模擬開關(guān)的輸出節(jié)點之間。
該電壓路徑控制器可包括二極管。
優(yōu)選的是，該裝置還包括直流-直流變換器，用于將外部電壓或者從第一和第二電池組件提供的直流電壓降壓并穩(wěn)壓到一個電壓電平，該電壓電平適合于驅(qū)動系統(tǒng)負載并將所得的電壓分布到系統(tǒng)負載的各個部分，該直流-直流變換器連接在電壓路徑控制器和便攜式設(shè)備的系統(tǒng)負載的電壓輸入端之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于管理便攜式設(shè)備中的電池組件的電能的方法，包括如下步驟檢測電連接到該便攜式設(shè)備上的所有電池組件的剩余容量和充電電流；以及按從所檢測的充電電流中充電電流較高的電池組件到其充電電流較低的電池組件來確定電池組件的充電/放電順序，以及以根據(jù)是否提供外部電壓確定的充電/放電順序?qū)﹄姵亟M件進行充電或放電。
注意，充電/放電包括充電和放電兩種情形。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于管理雙電池組件的電能的方法，其有效應(yīng)用于包括至少兩個靈敏電池組件的便攜式設(shè)備，每個電池組件具有進行充電和放電的電池以及用于存儲這些電池的總?cè)萘康男畔⒑瓦@些電池的充電電流以及電池狀態(tài)信息的CEWD，其中電池狀態(tài)信息包括通過測量電池電荷而得到的剩余容量，這些電池組件通過數(shù)據(jù)通訊輸出電池狀態(tài)信息。該方法包括步驟通過帶有電池組件的數(shù)據(jù)通訊檢測每個電池組件的充電電流；確定按從檢測的充電電流中充電電流較高的電池組件到充電電流較低的電池組件的電池組件充電/放電順序；以及按根據(jù)外部電壓的供給確定的充電/放電順序?qū)﹄姵亟M件進行充電或放電。
如上所述，采用根據(jù)本發(fā)明的這些實施方式的用于管理便攜式設(shè)備中的雙電池組件的電能的裝置和方法，檢測了電連接到便攜式設(shè)備上的第一和第二電池組件的每個電池組件中的電池的總充電電流，按從所檢測的充電電流中充電電流較高的電池組件到充電電流較低的電池組件設(shè)定電池組件的充電/放電順序，并且按根據(jù)是否提供了外部電壓而設(shè)定的充電/放電順序?qū)@些電池組件進行充電或放電，從而縮短了電池組件的充電時間并且通過電池電壓延長了便攜式設(shè)備的持續(xù)時間。


本發(fā)明的上述和其他目的，特點和優(yōu)點將從結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實施例的下列描述中更加清楚，其中圖1是示出便攜式設(shè)備的后視圖，該便攜式設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以安裝兩個電池，其中交流-直流適配器連接到該便攜式設(shè)備上；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于管理便攜式設(shè)備的電池組件的電能的裝置的框圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的充電容量不同的電池組件的充電和放電順序的流程圖，其中示出了圖1的控制單元的操作流程程序；以及圖4是示出本發(fā)明實施例的雙電池組件的信息表，其中該表示出了圖1所示的第一和第二電池組件的CEWD信息。
具體實施例方式
下面參考附圖詳細描述用于管理便攜式設(shè)備中的電池組件的電能的裝置和方法。
圖1示出了具有兩個或多個電池組件電連接到其上的便攜式設(shè)備10的背面。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于管理便攜式設(shè)備的電池組件的電能的裝置的框圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具有不同充電容量的電池組件的充電和放電順序的流程圖。圖4示出了雙電池組件的信息表，用于演示本發(fā)明的實施例，包括每個電池的容量，每個電池的充電電流，電池數(shù)量，電池組件的總充電電流，使用容量，以及圖1所示的第一電池組件20a和第二電池組件20b的剩余容量。第一電池組件20a表示主要安裝在便攜式設(shè)備10中的基本電池組件，第二電池組件20b表示便攜式設(shè)備10可選擇提供的可選電池組件或者輔助電池組件。
盡管圖1示出了第二電池組件20b安裝在第一電池組件20a的外部，但是應(yīng)該注意第二電池組件20b可安裝在ODD 15通過FDD或縮進式連接器拆卸或連接的位置上。
如圖1所示，便攜式設(shè)備10，如，筆記本PC，包括作為除交流電源以外的電源的兩個電池組件20a和20b。第一和第二電池組件20a和20b的每個電池組件包括多個電池，以及電池監(jiān)視器(CEWD)，其中寄存器存儲每個電池的可充電量，每個電池的充電電流，電池數(shù)量以及總的充電電流，檢測所有電池的總剩余容量并存儲在寄存器中。電池組件20a和20b也稱作靈敏電池。電池組件20a和20b連接到便攜式設(shè)備10的SM總線上，響應(yīng)通過SM總線輸入的電池狀態(tài)信息要求信號將信息與它們的識別碼發(fā)送到相應(yīng)的控制器上。
便攜式設(shè)備10的交流電通過交流適配器80轉(zhuǎn)換成直流電，然后輸入到連接到外部電壓輸入端(EVIP)的二極管91上。二極管91用于防止反向電壓和電流，即，防止反向施加的內(nèi)部電池電壓。將外部電壓通過二極管91的陰極在一個路徑方向上輸入到便攜式設(shè)備10中的直流-直流變換器90上。此外，第一和第二電池組件20a和20b的輸出端與交流適配器80的輸出一起并聯(lián)連接到直流-直流變換器90上。交流適配器80可從便攜式設(shè)備10的本體上分開，第一和第二電池組件20a和20b也可從便攜式設(shè)備10的本體上分開并且可以互換。
直流-直流變換器90將交流適配器80或者第一和第二電池組件20a和20b提供的直流電壓降壓為適用于驅(qū)動便攜式設(shè)備10的系統(tǒng)負載50的電壓電平，將該電壓穩(wěn)壓，并且將該電壓分布到系統(tǒng)負載的各個部分。這里，負載包括CPU 51或者外圍控制器芯片52，液晶顯示器(LCD)背后照明單元53，硬盤驅(qū)動器(HDD)54，光盤驅(qū)動器(ODD)55，主存儲器56，以及充電/放電控制單元60。
CPU 51是在操作系統(tǒng)(OS)控制下用于控制便攜式設(shè)備10的整個操作的主控制器。主存儲器56是用于加載每個程序或者作為CPU 51的工作區(qū)的儲存器單元。外圍控制器52包括用于在顯示器53上顯示圖像的視頻控制器，以及多個用于控制串行/并行數(shù)據(jù)的輸入和輸出的芯片。HDD 54和ODD 55是外部存儲單元。充電/放電控制單元60包括用于控制第一和第二電池組件20a和20b的充電和放電的控制邏輯。該充電/放電控制單元60連接到SM總線上，以便將數(shù)據(jù)發(fā)送到第一和第二電池組件20a和20b并且從第一和第二電池組件20a和20b接收數(shù)據(jù)。充電和放電控制單元60具有用于響應(yīng)交流適配器80的外部電壓的檢測而接收從EVD 40輸出的外部電壓檢測信號EVDS的端子，以及用于控制第一和第二電池組件20a和20b的充電/放電模式和順序的三個輸出端。
在本發(fā)明的實施例中，EVD 40示出為連接在外部電壓輸入端和充電/放電控制單元60之間。然而，注意，盡管二極管91的陽極直接連接到充電/放電控制單元60的輸入端，但是可進行相同的操作，并且然后交流適配器80的輸出出現(xiàn)與否都可以由充電/放電控制單元60直接檢測到。
每個都包括P溝道FET的第一和第二模擬開關(guān)72和74分別串聯(lián)連接到第一和第二電池組件20a和20b的輸出線上。反相器76的輸出端連接到第一模擬開關(guān)72的柵極。第一模擬開關(guān)74的柵極和反相器76的輸入端連接到充電/放電控制單元60的選擇信號(SEL)輸出端。此外，第一和第二模擬開關(guān)72和74的公共連接節(jié)點連接到充電電壓發(fā)生器30的充電電壓(CV)輸出端，其根據(jù)充電/放電控制單元60的充電控制信號CCS來調(diào)節(jié)和輸出交流適配器80的輸出電壓的電流-電壓。包括N溝道FET的第三模擬開關(guān)78，其由用于設(shè)定充電/放電模式的充電模式信號(ICMOD)進行切換，連接在公共連接節(jié)點和直流-直流變換器90之間。這里，第一，第二和第三模擬開關(guān)72，74和78響應(yīng)選擇信號SEL和充電模式信號(ICMOD)進行切換，這樣，第一和第二電池組件20a和20b的充電/放電模式和路徑就形成了。
優(yōu)選地，具有相對大地電容值的電容器并聯(lián)連接到位于便攜式設(shè)備10中的直流-直流變換器90的內(nèi)部輸出節(jié)點上，這樣即使從第一電池組件20a切換到第二電池組件20b的時刻便攜式設(shè)備10仍能穩(wěn)定工作。
此外，如圖2所示，在像筆記本PC這樣的便攜式設(shè)備10中，將充電/放電控制單元60設(shè)立為輸出邏輯“高”狀態(tài)的選擇信號SEL和充電模式信號(ICMOD)，這樣，在電能開關(guān)(未示出)在交流適配器80未連接的狀態(tài)中導(dǎo)通時將第一電池20a的驅(qū)動電壓通過第一和第三模擬開關(guān)72和78提供給直流-直流變換器90。
電池組件的充電模式如圖2所示，當兩個電池組件，即，第一電池20a和第二電池20b電連接到便攜式設(shè)備10并且便攜式設(shè)備10由用戶開啟時，圖2的充電/放電控制單元60在圖3的步驟S12中檢測從EVD 40輸出的外部電壓檢測信號EVDS的電平，以檢測交流適配器80是否連接到便攜式設(shè)備10的外部電壓輸入端EVIP。
假定交流適配器80連接到外部電壓輸入端EVIP，交流適配器80輸出的直流電壓施加到二極管91的陽極，EVD 40和充電電壓發(fā)生器30上。EVD40檢測外部電壓輸入端EVIP的電壓并輸出邏輯“高”狀態(tài)的外部電壓檢測信號EVDS，和充電1放電控制單元60其檢測到外部電壓檢測信號EVDS啟動為邏輯“高”狀態(tài)，確定在圖3的步驟S12中連接了交流適配器80。這種情況下，直流-直流變換器90將通過二極管91輸入的外部直流電壓進行降壓和穩(wěn)壓，并將它作為工作電壓提供給系統(tǒng)負載50。
同時，充電/放電控制單元60，其檢測到連接了交流適配器80，在步驟S14中使充電模式信號(ICMOD)為邏輯“低”，從而阻斷了第一和第二電池組件20a和20b的放電路徑，然后，通過SM總線從第一和第二電池組件20a和20b讀取CEWD信息。此時，CEWD信息表示電池組件的識別碼，每個電池的充電容量，每個電池的充電電流，電池數(shù)量，總充電電流，已使用的容量，剩余容量等等。CEWD信息由靈敏電池廣泛提供。當然，在輸出電池組件的CEWD信息時，相應(yīng)電池組件的識別碼附著到標題上并進行發(fā)送，以使得該電池組件能被識別。
在步驟S14中通過SM總線從第一和第二電池組件20a和20b讀取CEWD信息后，充電/放電控制單元60分析被讀取的CEWD信息，以在步驟S16中確定是否所有的電池組件完全被充電。在步驟S16中確定所有的電池組件都完全充電之后，充電控制單元60中斷充電控制信號CCS以及因此中斷充電電壓發(fā)生器30的輸出，從而使得第一和第二電池組件20a和20b不被充電。
然而，當步驟S16中確定所有的電池組件并未完全充電時，充電控制單元60在步驟S18中基于從第一和第二電池組件20a和20b讀取的CEWD信息中包含的充電電流的大小確定充電順序。
例如，如果第一和第二電池組件20a和20b都沒有完全充電并且第一電池組件20a的充電電流高于第二電池組件20b的充電電流，在步驟S18中充電控制單元60確定充電順序為第一電池組件20a早于第二電池組件20b進行充電。然后充電控制單元60在圖3的步驟S20中輸出邏輯“高”狀態(tài)的選擇信號SEL，同時維持充電模式信號(ICMOD)的邏輯“低”狀態(tài)，并輸出充電控制信號CCD，用于產(chǎn)生對應(yīng)于第一電池組件20a的充電電流的充電電壓CV。即，假定第一電池組件20a的總充電電流是600mA，充電/放電控制單元60輸出電流為600mA的用于產(chǎn)生充電電壓CV的充電控制信號CCS。
圖2所示的充電電壓發(fā)生器30產(chǎn)生具有電流對應(yīng)于充電/放電控制單元60的充電控制信號CCS的充電電壓CV。從充電電壓發(fā)生器30輸出的充電電壓CV通過第一模擬開關(guān)72提供給第一電池組件20a的電壓端，其中第一模擬開關(guān)由邏輯“高”狀態(tài)的選擇信號導(dǎo)通。此時，第二模擬開關(guān)74由處于邏輯“高”狀態(tài)中的選擇信號SEL而維持關(guān)斷狀態(tài)，這樣僅有第一電池組件20a由從充電電壓發(fā)生器30輸出的充電電壓CV進行充電。
在步驟S22中，執(zhí)行步驟S20的充電/放電控制單元60通過SM總線從第一電池組件20a讀取CEWD信息，以確定電池組件是否完全充電。步驟S20和S22重復(fù)進行直到電池組件完全充電，從而使得電池組件最終被充電。
如果在步驟S22中確定第一電池組件20a完全充電，執(zhí)行步驟S16，S18和S20，這樣輸出邏輯“低”狀態(tài)的選擇信號SEL以對第二電池組件20b進行充電，并輸出充電控制信號CCS以便產(chǎn)生電流-電壓對應(yīng)于第二電池組件20b的充電電流的充電電壓CV。也就是說，在步驟S20中，假定第一電池組件20b的總充電電流是300mA，充電/放電控制單元60輸出用于產(chǎn)生具有電流為300mA的充電電壓CV的充電控制信號CCS。
此時，第一模擬開關(guān)72關(guān)斷，第二模擬開關(guān)74導(dǎo)通，從而建立了充電路徑，使得從充電電壓發(fā)生器30輸出的充電電壓CV通過充電路徑提供給第二電池組件20b的電壓端。此外，充電電壓發(fā)生器30響應(yīng)從充電/放電控制單元60輸出的充電控制信號CCS產(chǎn)生電流-電壓對應(yīng)于充電電流的充電電壓CV，由此對第二電池組件20b進行充電，其電流-電壓調(diào)節(jié)成充電電流。
在第一和第二電池組件20a和20b根據(jù)上述操作完全充電并且電池組件的CEWD信息表示完全充電狀態(tài)時，通過SM總線從第一和第二電池組件20a和20b讀取CEWD信息的充電/放電控制單元60確定所有的電池組件完全充電，并且禁止充電控制信號CCS，從而使得從充電電壓發(fā)生器30輸出的充電電壓CV為0V。
如果電池組件的充電操作停止，圖2的便攜式設(shè)備10的系統(tǒng)負載50由直流-直流變換器90提供的直流電能進行驅(qū)動，該變換器90對將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的交流適配器80的輸出進行降壓和穩(wěn)壓。
盡管在本發(fā)明的實施例中描述了第一電池組件20a的充電電流大于第二電池組件20b的充電電流，但在第一電池組件20a的充電電流小于第二電池組件20b的充電電流時，第二電池組件20b優(yōu)先充電，然后第一電池組件20a充電，由此實現(xiàn)了相同的效果。
電池組件的放電模式當用戶想要在沒有交流電源的地方使用便攜式設(shè)備10時，交流適配器80未連接到外部電壓輸入端EVIP。此時，EVD 40檢測到外部電壓輸入端EVIP上沒有直流電能，這樣，連接到充電/放電控制單元60的外部電壓檢測信號EVDS輸出為邏輯“低”狀態(tài)。
用戶通過操作電源開關(guān)而導(dǎo)通便攜式設(shè)備10時，充電/放電控制單元60通過默認輸出處于邏輯“低”狀態(tài)的選擇信號SEL以及處于邏輯“高”狀態(tài)的充電模式信號(ICMOD)，從而導(dǎo)通第一模擬開關(guān)72和第三模擬開關(guān)74。直流-直流變換器90將來自第一電池組件20a的電壓進行降壓和穩(wěn)壓，從而驅(qū)動系統(tǒng)負載50。
在圖3的步驟S12中，充電/放電控制單元60檢測EVD 40的輸出電平，以確定是否連接有交流適配器80。當沒有連接交流適配器80時，EVD 40的輸出為邏輯“低”狀態(tài)。因此，在圖3的步驟S24中，充電/放電控制單元60基于EVD 40的輸出確定未連接交流適配器80，并通過SM總線從第一和第二電池組件20a和20b讀取CEWD信息。
在圖3的步驟S26中，基于從第一和第二電池組件20a和20b讀取的CEWD信息確定是否所有的電池組件被完全充電。在步驟S28中，當確定第一和第二電池組件20a和20b未被完全充電時，充電/放電控制單元60從兩個電池組件中分析包含在CEWD信息中的總充電電流，并確定放電順序為充電電流較高的電池組件電壓優(yōu)先放電。
例如，在圖3的步驟S28中，當?shù)谝浑姵亟M件20a的充電電流是600mA，第二電池組件20b的充電電流是300mA時，充電/放電控制單元60確定放電順序是第一電池組件20a早于第二電池組件20b放電。
然后，在步驟S30中，充電/放電控制單元60輸出對應(yīng)于設(shè)定的放電順序的電池組件的選擇信號SEL。例如，當?shù)谝浑姵亟M件20a的放電優(yōu)先權(quán)設(shè)定為高于第二電池組件20b的放電優(yōu)先權(quán)時，充電/放電控制單元60輸出處于邏輯“高”狀態(tài)的選擇信號SEL。響應(yīng)邏輯“高”狀態(tài)的選擇信號SEL，第一模擬開關(guān)72導(dǎo)通，從而形成第一電池組件20a的放電路徑，第二模擬開關(guān)74關(guān)斷，從而中斷第二電池組件20b的放電路徑。
根據(jù)這個操作，將充電電流相對較高的第一電池組件20a的充電電壓施加到直流-直流變換器90，將第一電池組件20a的電壓施加到系統(tǒng)負載50，從而驅(qū)動便攜式設(shè)備10。
在第一電池組件20a通過設(shè)定的放電路徑進行放電時，充電/放電控制單元60重復(fù)執(zhí)行步驟S26，從而通過直流-直流變換器90提供第一電池組件20a的電壓到其上而驅(qū)動便攜式設(shè)備10，直到第一電池組件20a的充電電壓充分放電為止。
根據(jù)這個操作，在第一電池組件20a充分放電時，第一電池組件20a的CEWD信息中的剩余容量信息表示放電狀態(tài)，充電/放電控制單元60基于步驟S28中設(shè)定的放電順序輸出選擇信號SEL。在本發(fā)明的實施例中，由于僅示出了兩個電池組件，因此選擇信號SEL輸出為邏輯“低”狀態(tài)。
響應(yīng)從充電/放電控制單元60輸出的邏輯“低”狀態(tài)的選擇信號SEL，第一模擬開關(guān)72關(guān)斷，第二模擬開關(guān)74導(dǎo)通，這樣，第二電池組件20b的充電電壓通過第二模擬開關(guān)74和第三模擬開關(guān)78輸入到直流-直流變換器90。此時，在幾十納秒的時間內(nèi)形成了第一電池組件20a到第二電池組件20b的切換。具有相對大的電容值的電容器并聯(lián)連接到直流-直流變換器90的輸出端，這樣，從直流-直流變換器90提供給系統(tǒng)負載50的電壓中基本沒有變化。
充電和放電效果比較根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在檢測電池組件的充電電流并且優(yōu)先對充電電流較高的電池組件進行放電和充電的便攜式設(shè)備10中，用對應(yīng)于相應(yīng)的電池組件的使用容量的充電電流對充電電流較高的電池組件優(yōu)先充電，從而極大地縮短了充電時間。
例如，如圖4的表所示，假定第一電池組件(基本電池組件)20a和第二電池組件(可選電池組件)20b分別由六個電池和三個電池組成，兩個電池組件20a和20b的每個電池的容量是2000mA，充電電流為100mA，我們可以看出基本電池組件的總充電電流為600mA，可選電池組件的總充電電流為300mA。這里，在包括兩個電連接到其上的電池組件20a和20b的便攜式設(shè)備10中，總共3000mA從兩個完全充電狀態(tài)的電池組件20a和20b的電池被放掉。
根據(jù)管理電池組件能量的常規(guī)方法，作為可選電池的第二電池組件20b放電。因此，第二電池組件20b的剩余容量為50％，作為基本電池的第一電池組件20a的剩余容量為100％。以這種放電狀態(tài)進行充電時，便攜式設(shè)備的充電單元產(chǎn)生充電電流為300mA的充電電壓，從而對第二電池組件20b進行充電。這暗示著以使用容量相對第二電池組件20b的總?cè)萘?，即使用比率，成正比而對該電池組件進行充電。
然而，如果采用根據(jù)本發(fā)明實施例的管理電池組件能量的裝置和方法對電池組件進行放電，第一電池組件20a的剩余容量為75％，第二電池組件20b的剩余容量為100％。以這種放電狀態(tài)進行充電時，便攜式設(shè)備10的充電電壓發(fā)生器30響應(yīng)從充電/放電控制單元60輸出的充電控制信號CCS產(chǎn)生充電電流為600mA的充電電壓CV，以對第一電池組件20a進行充電。這暗示著以使用容量相對于第一電池組件20a的總?cè)萘?，即使用比率成正比而進行充電操作。
由于采用了根據(jù)本發(fā)明實施例的管理電池組件的能量的設(shè)備和方法，優(yōu)先對充電電流較高的電池組件進行放電和充電，因此在兩個電池組件部分放電時極大地縮短了充電時間。
盡管在本發(fā)明的實施例中描述為在第一和第二電池組件20a和20b以及充電/放電控制單元60之間采用SM總線進行數(shù)據(jù)通訊，但也可采用互聯(lián)集成電路總線(I2C)這樣的串行通訊總線。
如上所述，由于采用了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于管理便攜式設(shè)備中的雙電池組件的電能的裝置和方法，在檢測到充電容量不同的電池組件的充電電流之后，充電電流較高的電池組件優(yōu)先進行放電和充電，因此在充電電池組件與電池使用比率成正比的便攜式設(shè)備中極大縮短了充電時間。
盡管已經(jīng)參考其特定示意性實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不脫離如附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可進行各種形式和細節(jié)上的變化。例如，本發(fā)明可應(yīng)用到雙電池類型的各種電子設(shè)備中，如包括無線移動終端的無線設(shè)備，無線電話，電子手冊以及攝影機。也就是說，本發(fā)明并不局限于所示出的附圖。為了理解本發(fā)明的主題應(yīng)當參考所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于管理便攜式設(shè)備中的電能的裝置，包括充電電壓模塊，被構(gòu)造成將外部電壓轉(zhuǎn)換成充電電壓，所述充電電壓具有對應(yīng)于充電控制信號電流容量；控制模塊，被構(gòu)造成確定連接到便攜式設(shè)備的第一電池組件和第二電池組件的每一個的剩余容量和充電電流，基于充電電流，確定對第一和第二電池組件充電和放電的順序，基于所確定的順序，輸出選擇第一電池組件和第二電池組件之一的電池選擇信號，基于外部電壓的出現(xiàn)，輸出表示充電模式和放電模式之一的充電模式信號，以及產(chǎn)生對應(yīng)于被選的電池組件的剩余容量和充電電流的充電控制信號；以及路徑設(shè)定模塊，連接到充電電壓發(fā)生器、第一和第二電池組件、及便攜式設(shè)備中的系統(tǒng)負載上，所述路徑設(shè)定模塊被構(gòu)造成，根據(jù)充電模式信號以及電池選擇信號，從充電電壓模塊向被選的電池組件提供充電電壓，或者從被選的電池組件向系統(tǒng)負載提供輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所確定的順序表示在第一電池組件的充電電流超過第二電池組件的充電電流時，第一電池組件的充電和放電早于第二電池組件。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，路徑設(shè)定模塊被構(gòu)造成從第一電池組件向系統(tǒng)負載提供輸出電壓，直到由控制模塊檢測到第一電池組件的預(yù)定剩余容量為止，接著從第二電池組件向系統(tǒng)負載提供輸出電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一和第二電池組件的每一個包括被充電和放電的電池以及電池監(jiān)視器CEWD，該電池監(jiān)視器用于檢測電池的剩余容量和充電電流，并且響應(yīng)電池狀態(tài)信息要求信號輸出剩余容量和充電電流。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括外部電壓檢測器，所述外部電壓檢測器被構(gòu)造成檢測交流適配器輸出的外部電壓，該外部電壓檢測器插在充電電壓模塊的外部電壓輸入端和控制模塊的外部電壓檢測端之間。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述路徑設(shè)定模塊包括第一和第二模擬開關(guān)，分別連接在充電電壓模塊的輸出端和第一和第二電池組件的輸出端之間，并且根據(jù)電池選擇信號獨立動作；以及第三模擬開關(guān)，連接在第一和第二模擬開關(guān)的公共連接節(jié)點和系統(tǒng)負載之間，并根據(jù)充電模式信號動作。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，進一步包括電壓路徑控制器，被構(gòu)造成在一個路徑方向上向系統(tǒng)負載提供外部電壓，所述電壓路徑控制器插在充電電壓模塊的外部電壓輸入端和第三模擬開關(guān)的輸出節(jié)點之間。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，電壓路徑控制器包括二極管。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，進一步包括直流-直流變換器，用于把外部電壓或第一和第二電池組件提供的直流電壓降壓和穩(wěn)壓為適合于驅(qū)動系統(tǒng)負載的合成電壓電平，并且將所述合成電壓分配給系統(tǒng)負載的各個部分，所述直流-直流變換器插在電壓路徑控制器和便攜式設(shè)備的系統(tǒng)負載的電壓輸入端之間。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括直流-直流變換器，用于把外部電壓或第一和第二電池組件提供的直流電壓降壓和穩(wěn)壓為適合于驅(qū)動系統(tǒng)負載的合成電壓電平，并且將所述合成電壓分配給系統(tǒng)負載的各個部分。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，進一步包括電容器，并聯(lián)連接到直流-直流變換器的輸出端上。
12.一種用于管理電能的方法，包括檢測電連接到計算設(shè)備的電池組件的剩余容量和充電電流；基于所檢測的剩余容量和充電電流，確定對電池組件進行充電和放電的順序；在外部電壓提供給計算設(shè)備時，采用電流對應(yīng)于所檢測的充電電流的充電電壓，以預(yù)定順序?qū)﹄姵亟M件充電；以及在外部電壓未提供給計算設(shè)備時，基于所檢測的剩余容量，通過以預(yù)定順序從電池組件向系統(tǒng)負載提供輸出電壓，使電池組件放電。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，確定順序包括通過比較所檢測的充電電流的電平來確定充電和放電的順序。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，確定順序包括當被檢測的第一電池組件的充電電流超過被檢測的第二電池組件的充電電流時，確定第一電池組件早于第二電池組件充電或放電。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，對電池組件放電包括使第一電池組件放電直到檢測到第一電池組件的預(yù)定剩余容量為止，并接著使第二電池組件放電。
16.一種用于管理至少兩個靈敏電池組件的電能的方法，每個電池組件具有被充電和放電的電池，并且每個電池組件存儲至少表示電池的充電電流和電池的剩余容量的電池狀態(tài)信息，該方法包括通過與電池組件的數(shù)據(jù)通訊，檢測每個電池組件的充電電流；預(yù)定從較高充電電流到較低充電電流的電池組件的順序；以及基于是否檢測到外部電壓，根據(jù)預(yù)定的順序和電池狀態(tài)信息對電池組件進行充電或放電。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，充電或放電包括當檢測到外部電壓時，對電池組件進行充電。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，對電池組件進行充電包括根據(jù)預(yù)定的順序向電池組件提供充電電壓，所述充電電壓具有對應(yīng)于被檢測的充電電流的電流。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，充電和放電包括使第一電池組件進行放電，直到檢測到第一電池組件的預(yù)定剩余容量為止，并接著根據(jù)預(yù)定的順序使第二電池組件放電。
20.一種電池管理模塊，包括用于檢測電連接到計算設(shè)備上的電池組件的充電電流的裝置；基于所檢測的充電電流確定對電池組件進行充電和放電的順序的裝置；基于是否檢測到外部電壓設(shè)定充電模式和放電模式之一的裝置；根據(jù)所確定的順序在充電模式中向電池組件提供充電電壓的裝置，每個充電電壓的電流容量對應(yīng)于所檢測的提供充電電壓的電池組件的充電電流；以及根據(jù)所確定的順序在放電模式中從電池組件向系統(tǒng)負載提供輸出電壓的裝置。
全文摘要
為了管理電池組件的電能，可檢測電池組件的充電電流和剩余容量?；诔潆婋娏鞔_定對電池組件進行充電和放電的順序?；谑欠駲z測到外部電壓以所確定的順序?qū)﹄姵亟M件進行充電或放電。使用具有與檢測到的充電電流相對應(yīng)的相關(guān)電流的充電電壓對電池組件進行充電。
文檔編號H02J9/06GK101043146SQ20071010169
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者金良勛 申請人:Lg電子株式會社