配備有電源電壓管理電路的智能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及配備有電源電壓管理電路的智能電池。智能電池(1)包括與電池(2)相連的用于管理電源電壓的電子電路(10)。所述電子電路包括電池壽命終止檢測器(3)、管理單元(7)、振蕩級(4)、在所述電池(2)的電源電壓接近或等于電池壽命終止閾值時(shí)被通電的DC-DC轉(zhuǎn)換器(6)、以及數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)。所述數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)是與所述智能電池的正極電源電壓端子相連的單線接口，用于通過電源電壓端子中的一者發(fā)送經(jīng)調(diào)制的數(shù)據(jù)或指令信號。所述接口發(fā)送的調(diào)制信號可包括電池壽命終止信息。
【專利說明】配備有電源電壓管理電路的智能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配備有用于管理電源電壓的電子電路的智能電池。所述電子電路包括電池壽命終止(EOL)檢測器、振蕩級、電力管理單元和通信接口。所述電子電路也可包括在電源電壓一接近或等于電池EOL閾值時(shí)就被通電(power on)的DC-DC轉(zhuǎn)換器。這樣,可通過持續(xù)提供高于最小限度的電壓并提取電池的殘余電力，來延長使用電池的產(chǎn)品的壽命。電池提供的最大電流也可由管理單元限制，同樣是為了延長電池的壽命，從而延長產(chǎn)品的壽命。該電池可以是一次電池，也可以是可再充電電池。

【背景技術(shù)】
[0002]電池單體(cell)或電池可通過公知的方式包括集成在電池單體或電池的結(jié)構(gòu)內(nèi)的管理電路，尤其是電力管理電路。在此方面，可引用編號為6，198，250B1的美國專利，該專利公開了此類包括控制電路的智能電池單體或電池。控制電路與電池單體電源端子或電池電源端子相連?？刂齐娐房裳娱L電池壽命。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，控制電路包括DC-DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器由振蕩器進(jìn)行鐘控(clock)以將電池單體電壓或電池電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，該輸出電壓可高于截止電壓或電池壽命終止電壓。該轉(zhuǎn)換器可在電池電壓一達(dá)到電池壽命終止電壓閾值時(shí)就被通電，以便延長電池壽命。
[0003]在編號為6，198，250B1的美國專利的智能電池單體或電池中，不在控制電路中設(shè)置任何用于將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到由智能電池供電的電子器件的裝置。沒有任何有關(guān)電池壽命終止或電池類型的信息被發(fā)送到智能電池單體或電池的外部以確保電子器件在更換電池之前正確地操作，這是一個(gè)缺陷。
[0004]也可引用編號為2005/081787A1的WO專利申請，該申請公開了配備有電子電路的電池。電池的電子電路包括非易失性存儲器、熱敏電阻、電壓識別單元、與熱敏電阻串聯(lián)的采用FET晶體管形式的開關(guān)、以及良好的電池?cái)?shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)接口端子與非易失性存儲器相連，該非易失性存儲器與可再充電電池的端子相連。開關(guān)由電壓識別單元控制。如果電池電平低，開關(guān)打開，這表示無法經(jīng)由熱敏電阻執(zhí)行測量，但是可通過與存儲器關(guān)聯(lián)的時(shí)鐘端子在充電器與電池電路之間建立通信。然而，如果電壓電平充足，則由充電器執(zhí)行熱敏電阻測量，以確定電池電路的溫度。
[0005]必須針對包含編號為2005/081787A1的WO專利申請中的電子電路的電池設(shè)置多個(gè)用于電壓提供和數(shù)據(jù)通信的端子。因此，這樣使得所述電池的制造過程變復(fù)雜，并且無法正確地優(yōu)化面向電池外部的電力提供和數(shù)據(jù)供應(yīng)，這是一個(gè)缺陷。
[0006]編號為1892791A1的EP專利申請公開了電池組，該電池組包括與電子電源電壓管理電路相連的電池。電子電路包括操作狀態(tài)檢測裝置，用于檢測電流、電壓和溫度。這些檢測裝置與控制單元相連。還設(shè)置與控制單元相連的通信接口，以便通過調(diào)制信號(modulated signal)與電子儀器通信。但是，電子電路未被設(shè)置為適應(yīng)特定的操作參數(shù)，這是一個(gè)缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種配備有用于管理電源電壓的電子電路的智能電池，該電子電路能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到由智能電池供電的電子器件并且克服本領(lǐng)域技術(shù)中的上述缺陷。
[0008]為此，本發(fā)明涉及配備有用于管理電源電壓的電子電路的智能電池，該智能電池包括獨(dú)立權(quán)利要求1中定義的特征。
[0009]智能電池的具體實(shí)施例在從屬權(quán)利要求2至12中定義。
[0010]智能電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)在智能電池的電源端子之一的同一連接線上傳送。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)在智能電池的高電位端子的連接線上傳送。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可取決于要發(fā)送的每個(gè)位的狀態(tài)，通過不同時(shí)長的時(shí)間窗口，或者可能借助相位或頻率調(diào)制，在電源上發(fā)送。要發(fā)送的調(diào)制數(shù)據(jù)可以是數(shù)字電池壽命終止信號。
[0011]有利地，由電子電源電壓管理電路的管理單元控制的單線接口通過智能電池的正極端子提供調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或指令信號。由于管理單元通過來自時(shí)鐘振蕩級的時(shí)鐘信號進(jìn)行鐘控，因此，單線接口能夠提供與包括智能電池的電子裝置的上位秒信號相關(guān)的調(diào)制數(shù)據(jù)信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]通過下面基于附圖所示的非限制性簡化實(shí)施例的描述，配備有電子電源電壓管理電路的智能電池的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加清楚，其中:
[0013]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的配備有電子電源電壓管理電路的智能電池的組件的簡化圖，以及
[0014]圖2示出與傳統(tǒng)電池提供的電源電壓的演進(jìn)相比，根據(jù)本發(fā)明的智能電池提供的電源電壓的演進(jìn)的圖形。

【具體實(shí)施方式】
[0015]在下面的描述中，僅以簡化的方式描述電子電池電路中本【技術(shù)領(lǐng)域】的的技術(shù)人員極為了解的所有那些電子組件。
[0016]圖1示出智能電池I的所有組件的示意性總圖。該電池可采取紐扣電池的形式，該紐扣電池能夠被置于諸如手表之類的電子裝置的電池殼體內(nèi)，作為電子裝置中電子元件的電源。
[0017]智能電池I包括電子電源電壓管理電路10，該電子電源電壓管理電路與電池2的兩個(gè)正極和負(fù)極電源端子相連。當(dāng)電池2的電壓接近電池壽命終止閾值時(shí)，電子電路10首先允許在指示電池壽命終止的同時(shí)以最優(yōu)的方式控制電池放電。電子電路10可集成在電池2的結(jié)構(gòu)內(nèi)，或者被設(shè)置在電池結(jié)構(gòu)的外表面。
[0018]該電子電路10包括電池壽命終止檢測器3、指定的E0L、其振蕩器可與傳統(tǒng)的石英諧振器5相連的振蕩級4、DC-DC轉(zhuǎn)換器6、管理單元7、用于發(fā)送或接收數(shù)據(jù)或指令信號的單線(Ι-wire)接口 8、以及由管理單元控制的開關(guān)9。管理單元7也與電池壽命終止檢測器3、振蕩級4、DC-DC轉(zhuǎn)換器6以及單線接口 8相連。因此，管理單元7根據(jù)電池壽命終止檢測器3檢測到的電池2的電壓電平，控制DC-DC轉(zhuǎn)換器6、單線接口 8和開關(guān)9的操作。
[0019]電池壽命終止檢測器3與電池2的正極端子相連，以便確定電池2所提供的電壓值達(dá)到確定的電池壽命終止閾值的時(shí)間。在紐扣電池實(shí)例中，電池壽命終止閾值例如可被設(shè)定為1.2伏特，但是也可被設(shè)為較低值。為了能夠執(zhí)行電池壽命終止檢測，檢測器3可包括比較器，該比較器的第一輸入端與根據(jù)已定義的電池壽命終止閾值設(shè)定的參考電壓相連，該比較器的第二輸入端與連接在電池2的正極與負(fù)極端子之間的電容分壓器的節(jié)點(diǎn)相連。一旦電池電壓電平達(dá)到電池壽命終止閾值，比較器便將輸出信號提供給管理單元7，該管理單元控制DC-DC轉(zhuǎn)換器6的通電。
[0020]電子電路的開關(guān)9采取電源選擇器的形式。該開關(guān)9的第一輸入端優(yōu)選地與電池2的正極端子相連，第二輸入端與DC-DC轉(zhuǎn)換器6的輸出端相連，以便在其操作期間從轉(zhuǎn)換器接收輸出電壓16。開關(guān)9的輸出端優(yōu)選地與電子電池I的外部正極端子相連，以在電池2的電壓電平高于檢測器3檢測到的電池壽命終止閾值時(shí)提供電池2的電壓。但是，在電池2的電壓電平等于或低于電池壽命終止閾值時(shí)，開關(guān)9的輸出端提供來自DC-DC轉(zhuǎn)換器6的輸出電壓16。在這種情況下，管理單元7將指令信號17提供給開關(guān)9以將DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到智能電池I的外部正極端子。因此，可通過為DC-DC轉(zhuǎn)換器6通電，延長電池的壽命終止持續(xù)時(shí)間，該轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地為升壓轉(zhuǎn)換器。該升壓轉(zhuǎn)換器可在電池2達(dá)到電池壽命終止閾值時(shí)升高智能電池I的外部端子上存在的電壓。
[0021]振蕩級4用于對DC-DC轉(zhuǎn)換器6、管理單元7和單線接口 8中的操作進(jìn)行鐘控。該振蕩級4可優(yōu)選地由振蕩器和串聯(lián)的分頻器形成，該振蕩器與時(shí)鐘石英諧振器5相連以提供頻率約為32，768Hz的振蕩信號，所述分頻器用于分割振蕩信號頻率。一分二分頻器(divider-by-two)的數(shù)量例如可以等于15,從而允許分割振蕩信號頻率以提供IHz的時(shí)鐘信號來對電子電路10的元件進(jìn)行鐘控。
[0022]還需要指出，振蕩級4可以由RC振蕩器和上述分頻器形成。此類RC振蕩器可以完全集成在電子集成電路內(nèi)，它不是石英諧振器。但是，RC振蕩器所提供的振蕩信號與石英諧振振蕩器所產(chǎn)生的振蕩信號相比，精確度更小。
[0023]單線接口 8直接與管理單元相連并且用于通過智能電池I的外部端子中的一者傳輸信息。優(yōu)選地，單線接口與智能電池I的外部正極端子相連，以允許通過單線總線將調(diào)制數(shù)據(jù)或指令信號18發(fā)送到包括該智能電池的電子裝置。該單線接口可以是Dallas型接口并且可根據(jù)Atmel公司的AVR318電路中描述的那樣創(chuàng)建。單線Dallas接口協(xié)議允許異步雙向通信。在數(shù)字化的調(diào)制數(shù)據(jù)或指令信號中，每已定義的時(shí)間窗口由單線接口 8的總線發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)位。為了在“I”狀態(tài)下發(fā)送數(shù)據(jù)位，該接口在第一時(shí)間段消耗電流或降低電壓，而為了在“O”狀態(tài)下發(fā)送數(shù)據(jù)位，該接口在第二時(shí)間段消耗電流或降低電源上的電壓，該第二時(shí)間段大于第一時(shí)間段，如AVR 318中介紹的那樣。
[0024]由通過振蕩級4的時(shí)鐘信號鐘控的管理單元7控制的單線接口 8使得可以優(yōu)選地通過智能電池I的外部正極端子發(fā)送調(diào)制數(shù)據(jù)信號。該調(diào)制數(shù)據(jù)信號包括有關(guān)電池壽命終止、電池類型、剩余電池自主性(autonomy)的信息或要發(fā)送到電子裝置的其它任何類型的信息。該單線接口還可發(fā)送作為上位秒信號(top second signal)的調(diào)制數(shù)據(jù)信號，該信號表示每秒發(fā)送的預(yù)定義代碼。
[0025]當(dāng)然，單線接口 8也可從電子裝置接收調(diào)制數(shù)據(jù)或指令信號18。單線接口 8接收的調(diào)制信號例如可涉及電池壽命終止電壓閾值的設(shè)定或者其它指令或數(shù)據(jù)，在該閾值的設(shè)定之后，DC-DC轉(zhuǎn)換器6必須被通電。單線接口 8接收的該電池壽命終止閾值必須例如存儲在管理單元7的非易失性存儲器中。管理單元7可通過修改參考電壓或電容分壓器來調(diào)整(adapt)檢測器3的電池壽命終止閾值。如果智能電池被置于手表內(nèi)，單線接口 8也可接收調(diào)制信號，尤其是用于經(jīng)由配備有處理器的管理單元7來校準(zhǔn)振蕩級4的調(diào)制信號。
[0026]需要指出，電子電源電壓管理電路10也可與可再充電電池2相連以定義智能電池I。在這種情況下，也可設(shè)置電流計(jì)以計(jì)量消耗的電池能量，以及提供給所述電池的能量。
[0027]圖2示出表示與傳統(tǒng)電池提供的電源電壓的演進(jìn)相比，根據(jù)本發(fā)明的智能電池提供的電源電壓的演進(jìn)的圖形。只要電池電壓Vbat接近電池壽命終止電壓閾值V.，電子管理單元就使DC-DC轉(zhuǎn)換器通電。因此，經(jīng)由轉(zhuǎn)換器提供從智能電池獲取的能量，這樣可在更換包含所述電池的電子裝置的智能電池之前，延長與電子電路相連的內(nèi)置電池的壽命。根據(jù)智能電池的放電，也可以構(gòu)想限制所提供的最大電流以進(jìn)一步延長所述電池的壽命。
[0028]還需要指出，也可以限制電子電源電壓管理電路10特別對電池壽命的能量影響。可以構(gòu)想引入定義周期比(cyclical rat1)或占空比的通電和斷電周期，以允許根據(jù)電池狀態(tài)以較長或較短的時(shí)間間隔測量電池2的電壓，尤其是由檢測器3測量。一般而言，至少管理單元7和振蕩級4可被持續(xù)通電，從而以確定的周期比接通和關(guān)斷檢測器3。
[0029]在開始使用電池時(shí)設(shè)置第一長測量時(shí)間間隔，此時(shí)電壓Vbat遠(yuǎn)高于電池壽命終止限度?？稍陔娮与娐分性O(shè)置第二電壓閾值以判定電壓Vbat是否遠(yuǎn)高于該第二電壓閾值。當(dāng)電壓Vbat接近低于第二閾值的臨界電池壽命終止閾值時(shí)，設(shè)置第二短測量時(shí)間間隔。
[0030]此類周期可在內(nèi)部控制，其中只有電子電路的一小部分根據(jù)上述方式執(zhí)行操作，并且能夠在必要時(shí)喚醒電路的其它組件。這樣需要消耗幾十毫微安的電力。此類周期也可由電子裝置的電子電路或包含智能電池的產(chǎn)品的電子電路控制。
[0031]根據(jù)剛剛給出的描述，在不偏離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可構(gòu)想配備有電子電源電壓管理電路的智能電池的多個(gè)變形。電池壽命終止檢測器可在比較器輸入端上包括電阻分壓器而非電容分壓器。DC-DC轉(zhuǎn)換器可以是降壓升壓轉(zhuǎn)換器?？赏ㄟ^選擇每個(gè)一分二分頻器的輸出端中的一者，經(jīng)由管理單元來控制振蕩級所提供的時(shí)鐘信號頻率的變化。
【權(quán)利要求】
1.智能電池(I)，其包括與電池⑵相連的電子電源電壓管理電路(10)，所述電子電路包括電池壽命終止檢測器(3)、管理單元(7)、振蕩級(4)、以及數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)， 其特征在于，所述數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)與所述智能電池的電源電壓端子中的一者相連，以通過所述電源電壓端子中的一者發(fā)送和接收調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或指令信號，以及 所述數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)被設(shè)置為從所述智能電池供電的電子裝置接收調(diào)制信號，所述接口接收的所述調(diào)制信號包括用于設(shè)定電池壽命終止閾值的指令，在設(shè)定該閾值之后，所述電子電路(10)的DC-DC轉(zhuǎn)換器(6)被所述管理單元(7)通電以提供所述智能電池的電源電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的智能電池(I)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)由與所述電池壽命終止檢測器(3)相連的所述管理單元(7)控制，以便發(fā)送至少包括電池壽命終止信息的調(diào)制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的智能電池(I)，其特征在于，所述電子電路(10)包括DC-DC轉(zhuǎn)換器(6)，所述轉(zhuǎn)換器在所述電池(2)的電源電壓接近或等于電池壽命終止閾值時(shí)被通電，以便所述轉(zhuǎn)換器提供所述智能電池的電源電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的智能電池(I)，其特征在于，所述管理單元(7)與所述電池壽命終止檢測器(3)、振蕩級(4)、DC-DC轉(zhuǎn)換器(6)以及數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)相連，以及當(dāng)所述電池(2)的電源電壓接近或等于電池壽命終止閾值時(shí)，所述電池壽命終止檢測器(3) —將輸出信號提供給所述管理單元時(shí)，所述管理單元(7)就操作所述DC-DC轉(zhuǎn)換器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的智能電池，其特征在于，所述數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)與所述智能電池的外部正極電源電壓端子相連，以傳輸所述調(diào)制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的智能電池(I)，其特征在于，電池(2)的正極端子與所述電子電路(10)的開關(guān)(9)的第一輸入端相連,而所述開關(guān)(9)的第二輸入端與DC-DC轉(zhuǎn)換器(6)的輸出端相連，所述轉(zhuǎn)換器在所述電池(2)的電源電壓接近或等于電池壽命終止閾值時(shí)被通電；所述開關(guān)(9)的輸出端與所述智能電池的外部正極端子相連；以及所述開關(guān)(9)通過來自所述管理單元(7)的指令信號(17)來控制，從而在所述電池電壓高于所述電池壽命終止閾值時(shí)將所述電池(2)的電壓提供給所述外部正極端子，在所述電池電壓等于或低于所述電池壽命終止閾值時(shí)提供所述DC-DC轉(zhuǎn)換器(6)的輸出電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的智能電池(I)，其特征在于，所述振蕩級(4)包括與石英諧振器(5)相連以提供振蕩信號的振蕩器，以及一連串的分頻器，所述分頻器用于分割振蕩信號頻率以提供時(shí)鐘信號來對所述管理單元(7)的操作進(jìn)行鐘控。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的智能電池(I)，其特征在于，所述石英諧振器是時(shí)鐘石英諧振器，以便所述振蕩器提供頻率約為32，768Hz的振蕩信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的智能電池(I)，其特征在于所述分頻器為一分二分頻器，這些分頻器的數(shù)量為十五個(gè)，以便分割振蕩信號頻率來提供IHz時(shí)鐘信號，從而允許數(shù)據(jù)或指令通信接口(8)每秒發(fā)送作為上位秒信號的調(diào)制數(shù)據(jù)信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的智能電池(I)，其特征在于，所述管理單元(7)包括非易失性存儲器，所述存儲器存儲電池壽命終止電壓閾值，以便調(diào)整所述電池壽命終止檢測器(3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的智能電池(I)，其特征在于，電池壽命終止檢測器⑶能夠以根據(jù)所述管理單元(7)確定的周期比或占空比而設(shè)定的時(shí)間間隔被通電和斷電，以測量所述電池(2)的電壓電平，所述管理單元由所述振蕩級(4)進(jìn)行鐘控。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的智能電池(I)，其特征在于，如果所述電池(2)的所述電壓電平高于第二電壓閾值，所述檢測器(3)能夠以第一時(shí)間間隔被通電和斷電，其中，該第二電壓閾值高于第一電池壽命終止閾值；以及如果所述電池(2)的電壓電平低于所述第二電壓閾值，所述檢測器⑶能夠以短于所述第一時(shí)間間隔的第二時(shí)間間隔被通電和斷電。
【文檔編號】H02J7/00GK104426215SQ201410458020
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】M·維勒明, M·德格勞韋, S·羅塔 申請人:斯沃奇集團(tuán)研究和開發(fā)有限公司