CN1107619A - 自适应电池充电系统 - Google Patents

Abstract

一种能预测使用时间并能消除NICAD电池的 储电效应的电池充电设备(100)有一电源(101)可选取 存储在PROM(124)中的多个日历并往其中加入特 有的事件日期以制成综合日历。微处理器(120)保存 实时时钟日历、履行日历规则系统。并在出现复合日 历事件日期时产生启动电池充电的控制信号，显示状 况信息。信息的数据存储在PROM(124)中以产生 显示在监示器上的视频信号，从而显示在电视接收机 (400)上。存储器(121)存储电池充电完毕或该操作的 历史档案。

Description

本发明涉及电池充电的领域，特别涉及用微处理器控制的充电。

镍镉（NICAD）电池供电装置经过反复地不完全的放电/再充电循环时会使电池的可放电容量减小。这种可放电容量的减小叫做储电现象（memory），使可放电容量逐渐减小。实际情况是，例如使用NICAD电池供电的摄录机（camcorder）的人会感觉到工作时间缩短或低电压停机（low-voltage  cutoff）。若电池附在消耗大量电流的器件上存放的话，则不完全放电的现象更严重。例如，关掉摄录机时，摄录机中的微处理器从电池提取的可能比大多数电池固有的自放电作用大得多的电流而继续维持工作。铅蓄电池组是不会有储电效应的。但铅蓄电池组任其继续处在放电状态其容量就会减小。容量的这种减小可能是因为铅板表面形成硫酸盐，减小了铅板的面积，从而减小充电和放电容量。

镍镉电池中可放电容量的减小或储电效应，其本上可以在完全充电之后进行有效的放电加以消除。许多电池充电器采用某种形式的由使用者启动的放电/再充电循环。图1所示为一般采用的由微处理器控制的电池充电过程。在电源部分10中，交流电转换成直流电，由电源部分10提供电池充电用的大量电流，并给控制电路提供经调节的电源。充电电流经充电器输出部分40耦合到电池上。充电器输出部分40包括许多控制元件，例如充电用的串通晶体管，和“重新”充电用的旁路连接的控制负荷。集成电路（I.C.）控制器30，通常有一个PWM（脉宽调制）输出端，耦合到串通的晶体管上，供控制电池充电电流用。充电器由微处理器20控制，微处理器20监控交流供电、电池的连接和状况，例如电池的电位、充电电流、电池温度等。虽然这类充电器既能充电，又能给电池再充电，但这些功能必须用手启动。因此图1的一般充电器并未能完全解决电池储电现象的问题，因为使用者在电池容量明显减小之前不可避免地是不会应用“重新充电”循环的。此外，可再充电电池的供电设备其使用者可能会不遵守为保持电池始终处于巅峰状态而制定的一系列维护电池的防范措施。

此外还有其它一些可充电电池能持外保留放电储备，没有储电效应，而且还能快速再充电。但即使这类电池，如果不经过充电使其处于随时可以使用的状态，则使用者也达不到立即可以使用的愿望。

这里公开的本发明的电池充电器和摄录机耦合系统是将摄录机与耦合或连接器（docking  unit）的适当接插件配套使用的。接插件提供摄录机的直流电源和耦合到外部监示器的视频输出接线。连接器构由交流电源供电，由各种子系统组成，用来按照本发明给一个以上的电池充电和使其达到规定的要求。连接器还能在基带下经视频和声频输入端或在射频下经已调制射频的输出端与显示器相连接。该射频调制器与一个有源天线环通耦合，这种天线环通使其可与电视机天线始终连接着，而且便于摄录机取景而无需更换电视接收机处的天线电缆线路。本发明的电池充电系统可通过手动操动面板开关或通过遥控器加以控制。连接器的情况显示在一个显示板上，各控制功能主要从一个功能一览表上选取，即时显示出来。连接器的情况还作为基带视频信号提供给监示器显示出来，并作为经调制的射频信号提供给电视接收机使用。连接器和摄录机可以用手持式红外控制器通过直接连接接线控制，或者用形成连接器一部分的红外发射器控制各个元部件。电池充电设备包括一个电源和一个微处理器，电源供产生可控制电池充电电流，微处理器供履行一个具有至少一个预定的事件日期且在出现事件日期时产生控制电池充电电流的控制信号的日历规则系统（calendaralgorithm）。

图1为现有技术的用微处理器控制的电池充电系统。

图2是本发明方案的自适应电池充电系统的方框图。

图3A为本发明方案的电池充电和摄录机耦合系统。

图3B为本发明在图2中所示的电池充电和摄录机耦合装置。

图4A至4F为识别电池情况的方法的不同实例。

图5是本发明方法的流程图。

图2中所示的本发明的电池调节充电器100有一个电源101将交流电变换成各种直流电源，供电池充电、摄录机电源和内部电路电源用。直流充电电流和摄录机适配器的电力耦合到充电器适配器输出装置102。放电器适配器输出端装有一些诸如串通晶体管之类供提供充电电流的电流控制元件和一些消耗调节、更新或再生NICAD电池用的放电电流的受控负荷。这种充电器可以给各种不同电池化学机理的电池充电，并可以通过检测电池外壳上的标志自动检测出电池的类型。一个或多个同类型的电池可以从摄录机上卸下后插入接插件B1或B2中充电。适配器输出的直流也可以代替电池从与摄录机连接的接插件108获得。装备良好的摄录机可由适配器通过接口接插件110供电。接口接插件110可以给附有电池的摄录机提供充电电流。除提供直流外，接插件110还提供数据I/O（输入/输出）接线，该接线用以输入摄录机的控制指令并从装好的摄录机或电池提取电池用的数据，供微处理器120使用。接插件110还起声频和视频耦合的作用。

微处理器120用来控制和监示电池及其充电过程。微处理器120与电源、充电器输出装置、摄录机、存储器121、本机显示器115以及屏幕显示发生器125耦合。发光指示器和发声器107由微处理器的输出驱动。微处理器经手动控制器111、112、114接收使用者的控制指令，或经收信器106接收来自遥控器（例如红外遥控器300）的使用者的控制指令。这里配备了一个数据输入输出接插件129，使使用者可以将本发明的充电器与例如个人计算机、“膝上型”计算机或笔记本式计算机耦合以便存取数据（例如综合日历数据或电池使用寿命数据）或输入使用者的另外一些事件日期。

电池的充电可以由人工启动，但也根据所存储的事件配备了自动充电启动程序，由存储在存储器121中的自适应日历规则系统使用该程序。微处理器120拥有参照石英晶体振荡器Ⅺ的实时时钟日历功能。但大家都知道，实时时钟也可以通过接收适当的广播时间基准，例如，公众广播系统播放的时间基准使其同步化。

存储器121有一个由制造厂家编程的PROM    124，里面包含多个日历。使用者可以从该多个日历中进行选择，根据所选择的日历由合适的规则系统编制特制的日历。举例说，使用者可选取适合所在国的日历。该日历可以例如将其与外国的日历结合起来。这个结合的日历还可以进一步与特定的假期或宗教节日安排等结合起来，编制出一个日历。列出在该特制日历中发生的事件可以打上标记或加以注明，以产生特殊或独特的动作。举例说，若特制的日历已包括海外的日历，则可能无需例如自动启动电池的充电，并使其在海外的事件日期中不充电。但可以在任何时候选用手动操作，而且手动操作可以超越任何日历所产生的当日事件。

本发明在图5中作为流程图示出的控制方法应用于存储器121的程式存储器PROG    123中。该控制方法和实时时钟日历一起使用，产生与使用者的特制日历相适应的开始充电日期，例如，除夕，7月4日，11月5号，圣诞节等。这样，电池就根据从特制日历推导出的事件充电，因而摄录机也就准备好可以即刻使用。

此外，除制造厂家编程的日历外，还配备有在储空间USER    DATA126供存储使用者所输入的日历事件，例如生日，周年纪念日和特殊事件。这个方法的好处是将使用者的事件并入特制的日历中形成综合或复合日历。除履行根据复合日历推导出的事件外，本发明的方法还可以根据微处理器监示的实际使用电池的数据自适应地修改自动启动充电的时间。现在参看图5的流程图说明这个有益的方法。

充电器、电池和摄录机的工作状况由显示器115显示出来。显示器115由微处理器驱动，还可以显示出内部实时时钟日历或即将到来的事件日期的列表。发生某一事件时，无论是综合日历还是充电器的状况引起的，就有一个信息产生，供显示器115显示出来。指示器107起信息等待指示器的作用，还可以伴随有可加以消除的音频声。指示器107可以用第一种颜色指示出事件发生信息，用第二种颜色（例如红色）显示警告信息。

会导致在显示器115上产生资讯信息的事件发生还可以促使存储在PROM    124的信息，用视频格式由屏幕显示（OSD）发生器125读取并耦合。PROM可以存有多个资讯信息和警告语句。OSD在接插件103产生能显示在电视监示器上的信号，还给射频调制器130提供输入。射频调制器130产生能为电视接收的信号，其输出耦合到天线放大器和混频器135。这样可以从电视接收机400上看到充电器的状况等。

图3A说明本发明的电池充电器和摄录机耦合系统。可以看到摄录机200与耦合器或连接器适当的接插件相连接。各接插件分别给摄录机、声频和视频输出接头103、104和105提供直流供电，以耦合到声频和视频监示器上。连接器是由交流电源供电的，它包括参照图2所述的各种子系统。连接器100还可用来按本发明的方法给多个电池（例如两个电池）充电并使其达到规定要求。连接器还能在基带下经视频和声频输入端或在射频下经已调制射频的输出端与显示器相连接。射频调制器130与天线放大器135耦合形成天线环通，因而使其可与电视天线始终连接着，从而便于摄录机取景而无需更换电视接收机400的天线电缆布线。本发明示于图3A中的系统可通过手动操作面板开关111、112和114或通过遥控器300（例如手持式红外控制器）加以控制。连接器的状态显示在显示板115上，各控制功能主要从一个功能一览表上选取，即时显示出来。连接器的情况还作为基带视频信号提供给监示器显示出来，并作为经调制的射频信号提供给电视机使用。连接器和摄录机可以用手持式红外控制器300通过直接连接接线控制，或者用形成连接器一部分的红外发射器117控制各个元部件。

图3B示出了自适应电池充电器的摄录机耦合系统100的控制板的一个例子。这种控制板可用手动操作的诸开关控制，用这些开关可以通过卷动显示器115所显示的各种功能一览表控制工作方式的选择过程。举例说，开关111和112可以是借弹簧偏移的中部断开状态的摇杆开关。按适当的箭头方向按压，可以使显示光标移动或使显示面在所选择的方向卷动。按压按钮114即可选取所要求的功能。同样，可以用通过红外接收器106耦合的红外遥控器300存取、卷动和选择显示出来的任选控制项目一览表。显示器115上显示出的信息也可显示在电视监示器或电视接收机400上。接插件109连接摄录机耦合到监示器视频输出端103和声频输出端104和105的声频信号和视频信号的接线。这些信号也耦合到射频调制器130以便显示在电视接收机上。显示器的信息可以不显示出来，但电池和充电器的警告语句则不能消除。

综合日历，包括并有使用者特殊日期的使用者特制日历，是用上述规则系统监示的。该规则系统根据综合日历事件的发生产生开始充电的指令。但万一在充电过程中检测出电池失灵，因而给使用者一定的时间采取补救行动有好处。因此充电是借助于控制方法或规则系统中提前执行的特点在事件日期之前几天开始进行的，这样做有好处。

大家知道，和各种充电电流控制方法一起确定电池充电量或电池容量的方法有各种各样。此外，还可以从电池上记载的数据确定电池的化学机理和某种类型电池所要求的充电方法。然而，通过处理用的规则系统，可以用微处理器存放这种电池评价方法得出的数据，从而根据电池的实际情况自适应地确定充电的各项要求。举例说，电池可能已充满电而只需要涓流充电或注满充电，另一方面，充满电的情况可能要求快速充电，部分放电的电池可能通过再生或更新和再充电循环而得益。在无日历事件和不大量使用电池期间，可以在例如每第四个星期将电池充满或对电池进行再生或更新。

对电池需要加以识别，这样充电器就可以确定所使用的电池的化学机理，即NICAD，氢化镍、铅酸蓄电池组等，而且可以识别电池类型。识别电池的方法有各式各样，举例说，可以给电池配备微处理器、存储器和数据通信能力。这叫做灵巧电池。然而，在消费者产品的环境中，较理想的方法应该是虽然增加了附件，但解决办法的费用低，这样，费用是花在充电设备上而不是花在电池上。由于电池的数目比电池充电器多，因而灵巧电池充电器比灵巧电池更实惠。考虑到使用者多项操作的可靠性，采用非接触式的检测方法也较理想。此外，非接触式检测方法在电池与充电器之间的机械对准方面要求并不那么严格。图4A、4B、4C和4D所示为非接触式识别电池的一些实例，图中是无源标记（passsive  indicia）的检测过程。图4A为位于电池500周边501的外推孔H、S、S、S的应用情况。电池500的周边501可以安置在光耦合器520的光照通路中，如图4B中所示。因此光照可通过孔H，510耦合到光接收器上，或为实体S所阻挡。用四个外推孔可例如检测出15个不同的电池识别码，在这种场合下没有给新的原供应的电池预留第16个组合，即没有预留孔。图4C中示出了识别电池的另一种非接触式检测法，该方法采用了粘附在电池外壳上的条形码图形540。条形码图形可以在例如透明性或反射性方面有所不同，从而可以用图4B或4D中所示的方法读取。条形码标记可形成10个或以上的字符，可用来识别电池类型和识别号或文字组合。图4D示出了另一种非接触式检测法，其中电池外壳或周边501上粘附有一系列反光插线540，例如反光带。反光插线535将光发射器530发出的光反射回光传感器531中。图4E示出了另一种方法的实例，该方法采用了与装在电池的导电垫560接触的机械传感触点550。图4F示出了安置无源反光或导电标记的实例。应用在摄录机中时，随摄录机一起供应的电池可能没有标记，而对其进行检测时可能会导致产生独特的标记。作为备用件或替换件供应的电池可能制成带有标准化安装和机械痕迹的形式。因此，采用上述编码方式，灵巧充电器就可以确定具体类型电池的正确充电参数，同时使使用者可以给多个电池编号并识别它们。

图5示出了本发明能使使用者编制个人日历的方法的各部分的流程图。使用者可以输入一系列特殊事件的日期，这些日期最好与特制的日历结合起来以产生综合或复合日历。综合日历与实时时钟（RTC）相比较，两者一致时就产生“及时”或事件发生信号。本发明方法的好处是可以预测综合日历事件的发生。预测或预期时间是预先确定的，且可以通过计算提供，经计算产生经修改的或早期的实时时钟，也可通过类似的计算提供，经计算产生综合日历的早期形式。图5示出了通过产生经修改的或早期实时时钟的事件预测过程。与早期的实时时钟（ERTC）一致时，测试预测事件，以确定耦合好准备充电的电池是否已充电。若电池未充电，则在预测到即将发生的事件时开始进行充电。

在图5的流程图中，使用者从步骤800开始，可以进行种种选择，并输入特殊时间日期。在步骤805，可以从编程和存储在非易失性存储器中的已命名的事件的第一日历进行选择。同样，在频810，使用者可以从第二编程事件日历选择事件。此外还可以配备其它经编程事件的日历供使用者使用，为简明起见，图中没有示出。这些使用者所选取的日历及其各部分在步骤815按日期顺序结合起来，在步骤820产生使用者的特制日历。

在步骤825，使用者可以输入某一日期命名的特定日历，该日历在步骤830与特制日历合并。步骤830的结果在步骤835产生综合日历。因此综合日历是使用者从预编程日历作出的各种选择与使用者自己的特殊事件的混合日历。

步骤835的综合日历在步骤845经受测试，看其是否与来自步骤840的实时时钟（RTC）相等或一致。若步骤845测试的结果是否定的，则意味着综合日历的事件没有发生过，于是测试状况就返回到步骤840，在RTC的下一个增量下测试一致性的情况。实时时钟可以选择得使其在不同的时间间隔，例如每5分钟、15分钟、1小时或每日增加输出时间。为使流程图简明起见，在步骤845只示出一次测试的程序，但实际上可以利用多次测试过程与各种增量的RTC输出结合起来。综合日历与RTC一致时，在步骤845就产生“是”的结果，从而表示“及时”发生了一次事件。

这里有这样的好处，即在步骤850有一个事件预测或“预见”工序，由此产生早期的实时时钟ERTC。预期时间是例如为电池自动充电预先设定的，以7天的预期时间为宜。综合日历在步骤855经受测试，看其是否与来自步骤850的ERTC一致。若步骤855的测试结果是“否定”的，则表明预期的事件未发生过，于是测试状况返回到步骤850，在ERTC下一个增量下测试一致性。若在步骤855的测试结果是“肯定”的，则表示预期的事件已发生。从而使电池在步骤865经受充电情况的测试。若电池已充电，则步骤865的测试结果是“肯定”的，于是测试状况返回到步骤855，等待下一个预期的综合日历事件。因此步骤865的“肯定”结果容许或禁止日历产生的开始充电，防止电池进行不必要的充电。

若步骤865的测试结果是“否定”的，则电池不充电，于是在步骤870产生控制信号。控制信号可用来启动电池的充电过程。产生控制信号之后，在步骤875进行已充电池情况的测试，并测试充电器或电池有无误操作。若步骤875测试的结果是“否定”的，则测试过程返回到步骤875的输入端。但若步骤875测试的结果是“肯定”的，则存储各种数据，例如与电池类型和识别有关的数据，与电池充电情况和充电器情况有关的数据。除与电池及充电器情况有关的数据外，还存储和更新累积的充电和再生的总次数。这样就建立了各充电电池的历史档案。电池充电的历史档案可以显示在充电器显示面上，电视屏幕上，或由外部个人计算机通过数据端口加以存取。这样，使用者或维修技术人员可获得电池寿命的记录资料。

步骤860引起的计时功能进一步适应了日历产生的充电过程。步骤855的测试结果是“肯定”时，计时器就在步骤860起动，计时的时间为例如4个星期的持续时间。在上例4个星期的时间满期时，计时器就给步骤865的测试过程产生一个输入。因此在无预期事件活动期间，计时器通过步骤865和870启动充电过程，校正电池中的自放电效应。发生预期事件，即步骤855的结果是肯定时，促使计时器复位，重新开始计时。

本发明的方法使使用者能编制特制的日历，这种特制日历的好处是可与使用者的有关日期结合起来。这种控制方法的好处是可以预测日历事件并启动电池的充电过程。但电池计划外的自发应用，例如人工充电，则按规则系统进行，该规则系统可根据电池的实际情况修改或不理会日历启动的充电过程。

Claims (24)

1、一种电池流电设备，包括：

电源(101)，用以产生电池充电电流，

耦合装置(102)，用以根据控制信号将所述充电电流耦合到电池上；其特征在于：

存储器(121)，用以存储日历、按日历定的日期的事件和控制规则系统；和

微处理器(120)，用以执行所述规则系统，并根据所述按日历的日期的事件产生所述控制信号。

2、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，所述电池充电电流具有根据所述控制信号使所述电池充电和放电的相反极性。

3、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，所述微处理器（120）履行所述规则系统时，在所述日历定的日期的事件之前的预定时间产生所述控制信号。

4、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，所述微处理器（120）有一个时钟发生器，供产生实时时钟日历之用。

5、如权利要求4所述的电池充电设备，其特征在于，实时时钟日历与所述按日历定的日期的事件一致时，所述微处理器（120）产生所述控制信号。

6、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，所述控制信号是根据待充电电池的状况产生的。

7、如权利要求6所述的电池充电设备，其特征在于，所述电池状况表明电池处于已充电状况时，就禁止产生所述控制信号。

8、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，发生所述按日历定日期的事件时，所述微处理器（120）产生等待信息的指示。

9、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，发生所述按日历定的日斯的事件时，所述微处理器（120）产生显示信息的信号。

10、如权利要求9所述的电池充电设备，其特征在于，所述显示信息是由存储在存储器（121）中的多个信息产生的。

11、如权利要求9所述的电池充电设备，其特征在于，所述显示信息的信号是个视频显示信号。

12、如权利要求11所述的电池充电设备，其特征在于，所述视频显示信号耦合到射频调制器（130）上，供产生在电视接收机（400）上显示的信号。

13、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，所述规则系统在电池充电完毕之后在所述存储器（121）中记录与所述充电设备的状况有关的资料。

14、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，所述电池充电完毕之后，所述规则系统在所述存储器（121）中记录与所述电池有关的资料。

15、如权利要求14所述的电池充电设备，其特征在于，所述资料包括识别所述电池的代码。

16、如权利要求15所述的电池充电设备，其特征在于，所述识别代码表示所述电池类型。

17、如权利要求15所述的电池充电设备，其特征在于，所述识别代码表示所述电池的号数。

18、如权利要求14所述的电池充电设备，其特征在于，所述资料包括所述电池的充电数据。

19、如权利要求18所述的电池充电设备，其特征在于，所述充电数据包括充电操作的累计总次数。

20、如权利要求18所述的电池充电设备，其特征在于，所述充电数据包括再生操作的累计总次数。

21、如权利要求1所述的电池充电设备，其特征在于，所述按日历定的日期的事件是根据将从编程事件日历选取的事件与使用者推导出的事件日期结合起来的规则系统产生的。

22、一种供电便携式设备的电池，包括：

电池外壳（131），其中装有至少一个供电电池，其特征在于：

配置在所述外壳的标记，供外部检测装置检测用，所述标记表示能自动选择电池充电参数的数据。

23、如权利要求22所述的电池，其特征在于，所述标记还包括预防给非再充电式的电池充电的数据。

24、一种电池充电设备，包括：

一个电源，用以根据控制信号产生至少一个电池类型的充电电流;其特征在于：

无源标记（510，535，540，560），配置在所述电池表面，供表示所述电池类型用;

检测装置（520，530，531，550），供检测所述标记，并产生表示所述电池类型的数据;和

微处理器（120），耦合到所述检测装置（520，530，531，550）上，并根据所述检测装置（520，530，531，550）产生的所述数据产生所述控制信号。

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