CN1402901A - 蓄电池组 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电池组(10)，包括一DC－DC转换器(16)和具有至少一个原电池的原电池组(14)。该DC－DC转换器(16)可操作地耦合到该原电池组(14)。该原电池组(14)具有高于蓄电池组(10)的额定电压的一初始电压。该DC－DC转换器(16)将该电压转换成低于原电池组(14)的额定电压的一稳定的额定电压。通过将蓄电池电压调低到一恒定电压，原电池能放电到可从原电池组转换额外能量的每个原电池的最低电压水平。

Description

蓄电池组
技术领域：
本发明涉及蓄电池组。
背景技术：
目前蓄电池组使用可充电电池如锂离子或镍镉电池为电子设备，如可携式摄像机和便携式电话供电。其他类型的可充电电池包括镍氢电池。这些电池往往太贵且有时不方便。存在一些具有原电池(primary cell)的可充电的蓄电池组，即接受碱性电池且被用来为可携式摄像机和便携式电话供电。
发明内容：
根据本发明的一个方面，一蓄电池组包括一DC-DC转换器以及耦合到该DC-DC转换器的具有至少一个原电池的一组电池。
该蓄电池组具有一个降压DC-DC转换器。原电池组包括多个串联耦合的原电池。该DC-DC转换器包括一控制器和一外部耦合的开关晶体管。蓄电池组具有其一个输入端耦合到原电池组一端以及其一输出端形成蓄电池组一个端子的DC-DC转换器。该原电池组可以是可更换的或不可更换的。蓄电池组包括容纳DC-DC转换器和原电池组的外壳。该原电池可以并联组合的形式构成并和一升压转换器一起使用以提供较高的电压输出。
下述一个或多个优点可由本发明的一个或多个方面来提供。
本发明提供包括原电池如碱性电池和其他类型的原电池如二氧化锂锰(lithium manganese dioxide)的蓄电池组。原电池是不可充电的。该蓄电池组包括容纳在一外壳中的一原电池组以及一DC-DC转换器。
蓄电池组中的DC-DC转换器从原电池如碱性电池抽取额外的能量。该DC-DC转换器接受一输入电压并生成一不同的、通常更低的输出电压。通常，“降压转换器”被用来生成一较低的电压。对其他的应用来说，可以使用一升压或升压类型转换器。
附图说明：
图1是一电池组的方框图；
图2和3是用在图1的蓄电池组中的DC-DC转换器的示意图；
图4是另一可选择的蓄电池组的方框图；
图5是具有内置防充电电路的蓄电池组的方框图；
图5A示出了用于该防充电电路的一信号检测器电路的一个实施例。
图1示出了包括一蓄电池组外壳12以及并联或串联连接，或作为一串并联连接的组合的原电池集或组14的一蓄电池组10。蓄电池组外壳12用一盒子表示，但在实际的实施例中包括一个具有一间隔的外壳例如塑料外壳，该间隔用来容纳原电池组14和内部电极(未示出)，该内部电极用适当的方式将原电池组14连接到以16a、16b表示的蓄电池组外壳12的外部电极连接电路。原电池组14以可替换或不可替换的方式排列在蓄电池组外壳12中。
原电池组14包括阳极端和阴极端13a，13b。原电池组14的阳极端13a被连接到DC-DC转换器16的输入侧。DC-DC转换器16用作来自原电池组14的电压的电压调节器。该DC-DC转换器的输出具有两个端子，如连接到例如可携式摄像机或便携式电话等设备19的一正极和一负极输出。原电池通过DC-DC转换器放电。DC-DC转换器16提供一经调节的，例如相对恒定的输出电压给正在被供电的设备19，同时电池的电势从原电池的起始电压降到原电池的终结电压。
例如，设备19，如一便携式电话能在3.15伏到5.6伏范围内的额定电压3.6伏下操作。很难连接一组碱性电池以便在该电压范围内有效使用这些电池。例如，如果串联连接三个电池(额定的总起始电压为4.5伏)，因为在每个电池为1.05伏时电话将切断，因此便携式电话将不能使用电池的最大容量。在该电压水平，仍有显著的电能留在每一个原电池中。另一方面，以串联方式连接四个原电池，则电池的总电压(额定总的起始电压为6.0伏)将超过电话的限制电压5.6伏。
DC-DC转换器16用于处理上限和下限电压问题。该DC-DC转换器能被用来调整来自例如串联连接的5个三倍A型电池的输出电压。DC-DC转换器16将该电压转换到稳定的3.6伏额定电压。该DC-DC转换器16防止在端子出现过高的电压，且通过调整蓄电池电压到恒定3.6伏，在DC-DC转换器切断前原电池组能放电到每个原电池约.7或.8伏的电压水平，因此使原电池能传送最大能量。蓄电池组能具有一个额外的电池并将原电池放电到一较低的电压。通过用原电池数量除该设备的切断电压，就得出每一原电池的切断电压。
碱性电池的放电效率受益于低功耗。即，与一高放电速率相比，在一低放电速率下能从放电的电池移出更多能量。因此，原电池组的高组电压产生每个原电池的低耗用电流和耗用功率。对给定功率要求，这提供更高的放电效率。与蓄电池组的额定值相比，DC-DC转换允许原电池组具有一起始高电压，同时允许DC-DC转换器慢慢地将原电池放电到一最小电压。通过以较高电压和较低耗用电流放电来提高每个原电池的放电效率。增加更多原电池可提高该效率。
图2示出一典型的DC-DC转换器电路16。该DC-DC转换器包括来自Linear Technology Corporation，Part No.LTC1474的一控制器设备U1。该控制器U1具有一内部开关(未示出)以及低静态电流。然而，控制器U1不具有足够高的电流转换能力以操作诸如便携式电话和可携式摄像机等设备。因此，对这些应用，DC-DC转换器还包括由外部晶体管Q1、Q2和Q3组成的一外部开关装置31。外部晶体管使DC-DC转换器转换更高的电流。对诸如给可携式摄像机或便携式电话供电的应用，蓄电池组典型地需要提供在额定电压下达到.7或.8安培的连续电流。
DC-DC转换器还包括一电感器L1和电容器C4及C5以提供一低通滤波器33。Vin端子从原电池组接收电压。在该实施例中，原电池组包括串联连接的5个AAA电池。这5个电池产生7.5伏的额定起始输出电压。用该DC-DC转换器，蓄电池组10能输出一恒定电压，如3.6伏。DC-DC转换器16的使用扩大了每一个原电池的可用电压。因此，原电池组14的使用寿命在下降到约4伏电压的情况下被延长。
DC-DC转换器16电路在L1端感应一电压。电感器L1结合电阻器R3、R4形成一分压器35。在转换器控制器U1中生成的参考电压与回馈到Vfb端的R4组合两端的电压比较，控制器U1在电阻器R3和R4的连接处保持一恒定的输出电压。输出电压在Vout处保持一恒定电压。控制器通过以周期性速率切断和接通(通过晶体管Q1和Q2的操作)的晶体管Q3来对该输入电压斩波。出现在L1左端的被斩波信号被施加到低通滤波器33以滤出信号的AC分量并在端子16a、16b提供一平滑的DC输出电压。
DC-DC转换器16是一降压转换器。当Q1接通时，它通过Q3启动充电电感器L1。电感器L1在电路中存储能量且当晶体管Q3断开时放出该能量。电感器L1经由二极管D2通过负载放电到Vout端。DC-DC转换器降低该输入电压到一较低的输出电压Vout，同时控制器U1保持正确的工作循环或工作循环与开关晶体管Q3的开关频率的组合以在Vout保持一恒定DC输出电压。晶体管Q1-Q3的CMOS配置用来减小静态电流。
图3示出了具有高效率、低噪音、好的瞬态响应但静态电流相对高的(如几百微安培)的另一DC-DC转换器电路16′。该DC-DC转换器电路16′不是最理想。理想的DC-DC转换器应当具有一趋于零的小的静态耗用电流。该DC-DC转换器电路16′能符合典型应用的功率转换要求。该DC-DC转换器电路16′也是一降压转换器。DC-DC转换器电路16′接受所施加的输入电压并通过晶体管Q1对其斩波并充电电感器L1。电感器L1和电容器C3、C7的组合充当一滤波器，滤出AC分量并提供一DC电压。
该DC-DC转换器电路16′具有同转换器电路16(图3)相似的从电阻器R2和R3间的连接回到控制器U2的反馈连接。转换器充当以可控方式使输入电压下降到成比率的开关调压器从而提供一调整的DC输出电压。控制器U2可是Sunnyvale，California的Maxim IntegratedProducts Inc.制造的编号为MAX1627的设备。
图4示出了耦合在阳极端13a和阴极端13b间的原电池组14。连接到电池阳极端的是一手动开关20。该开关的其他端连接到DC-DC转换器16。该DC-DC转换器16的输出提供用于蓄电池组的输出端16a。开关20能中断原电池组与DC-DC转换器16间的连接以消除当蓄电池组10不使用时将发生的原电池的消耗。开关20可要求由用户干涉，或它能以这种方式设计，即当蓄电池组10被施加到待供电的设备时该开关起作用。
图5示出了连接到一防充电电路21的原电池集合以防止对原电池14的不想要的充电。该防充电电路21包括一开关20′，其由一信号调节电路24来激活。该信号调节电路24检测通过该碱性电池的反向电流的存在。如果检测到这种情况，则该信号调节电路24打开原电池与DC-DC转换器之间的连接。开关20′的目的是为了安全。在许多使用可充电电池的应用中，可能将原电池组接到具有用于充电可充电电池的充电电路的设备上。原电池如碱性电池是不可充电的，试图为它们充电是危险的。该信号调节电路24可具有一手动复位27(如图所示)或当充电电流消失时被触发的一自动复位。
防充电电路21感应电阻器26两端的电压。该电压能被放大且用来断开为开关20′提供驱动器的比较器29(图5A)。该信号调节电路24和开关20′可算作DC-DC转换器的一部分。理想地，所有的集成电路均基于低功率消耗的CMOS技术。
在要求由DC-DC转换器转换的功率水平，如约2-3瓦特的条件下，开关晶体管能从控制器分离出来。而且，用于存储能量的电容和电感能由分散的电容器和电感装置实现。
应理解，当本发明结合其详细的说明描述时，前述的说明是用来说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围是由附后的权利要求的范围来定义的。其他的方面、优点和改变落在下述权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一蓄电池组，包括：
一DC-DC转换器；以及
耦合到该DC-DC转换器的具有至少一个原电池的一组电池。
2.如权利要求1所述的蓄电池组，其中所述原电池组包括：
至少两个电池，且其中所述DC-DC转换器是一降压转换器。
3.如权利要求2所述的蓄电池组，其中原电池组包括：
串联耦合的多个电池。
4.如权利要求1所述的蓄电池组，其中DC-DC转换器包括一控制器和一外部耦合的开关晶体管。
5.如权利要求1所述的蓄电池组，其中DC-DC转换器具有耦合到具有至少一个原电池的原电池组一端的一个输入端和形成蓄电池组的一个端子的一输出端。
6.如权利要求1所述的蓄电池组，其中具有至少一个原电池的一组电池是可替换的。
7.如权利要求1所述的蓄电池组，其中具有至少一个原电池的一组电池是不可替换的。
8.如权利要求1所述的蓄电池组，还包括：
一外壳，其容纳DC-DC转换器和具有至少一个原电池的该组电池。
9.如权利要求1所述的蓄电池组，其中具有至少一个原电池的一组电池包括：
至少两个原电池；以及
其中DC-DC转换器是升压转换器。
10.如权利要求2所述的蓄电池组，其中原电池组包括多个并联耦合的电池。
11.如权利要求10所述的蓄电池组，其中原电池组具有一初始额定电压，且该蓄电池组具有高于原电池组的额定电压的一初始额定电压。
12、一蓄电池组，包括：
一DC-DC转换器；以及
具有至少两个原电池的一组电池，其中该DC-DC转换器操作性地耦合到该原电池组，且该原电池组具有高于该蓄电池组额定电压的一初始电压。
13.如权利要求12所述的蓄电池组，其中DC-DC转换器将原电池组的电压转换成低于原电池组额定电压的调整的额定电压。
14.如权利要求12所述的蓄电池组，其中DC-DC转换器防止在电池组端子出现过高电压。
15.如权利要求12所述的蓄电池组，其中通过将蓄电池电压向下调节到一恒定电压以使原电池能放电到每个原电池的最低电压水平。
16.如权利要求15所述的蓄电池组，其中在每个原电池的最低电压水平该DC-DC转换器将切断。
17.如权利要求16所述的蓄电池组，其中放电到每个原电池的最低电压水平使得可从原电池组转换额外的能量。
18.如权利要求17所述的蓄电池组，其中原电池组包括一阳极端和一阴极端，原电池组的阳极端连接到DC-DC转换器的输入端。
19.如权利要求18所述的蓄电池组，还包括：
一外壳，用于容纳DC-DC转换器和原电池组；以及
耦合到DC-DC转换器并支撑在该外壳上的一对外部蓄电池端子。
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