專利名稱：具有自動裝載和卸載電池的機構的電池充電器的制作方法
具有自動裝載和卸載電池的機構的電池充電器
背景技術：
典型的電池充電器要求使用者手動插入和取出電池(例如，可再
充電電池諸如AA或AAA圓柱形可再充電電池)。使用者常常會對用 于此類充電器的正確的電池取向認識不清。然而，插入或取出電池需 要用力，所述力有時會導致對充電器的意外損害。此外，使用者通常 必須周期性地檢查充電器和電池之間的連接，以確保電池正在被正確 地充電。此外，如果充電器在充電操作期間被移動或受到碰撞，則充 電操作可能會被中斷或換句話講停止。
發明概述
在一個方面，用于裝載/卸載一個或多個可再充電電池的機構包 括 一個或多個充電隔室和第一致動器，所述隔室被構造成接納一個 或多個可再充電電池，所述第一致動器被構造成使一個或多個可再充 電電池從第一位置移動到第二位置。
在另一方面，用于裝載/卸載一個或多個可再充電電池的機構包 括 一個或多個充電隔室和致動器，所述隔室被構造成接納一個或多 個可再充電電池，所述致動器被構造成使一個或多個充電隔室的至少 一部分從允許將一個電池或多個電池插入或取出 一個或多個充電隔室 的第一位置移動到其中可起動充電操作的第二位置。
以下內容在此方面的范圍內。
該機構包括 一個或多個可移動觸點和第二致動器，所述觸點被 構造成在與一個或多個可再充電電池的接觸位置和與一個或多個可再 充電電池的非接觸位置之間移動，所述第二致動器被構造成使一個或 多個觸點在接觸位置和非接觸位置之間移動。第一致動器包括機械地 耦合到第一組一個或多個可移動臂上的第一凸輪，并且其中第二致動器包括耦合到第二組一個或多個可移動臂上的第二凸輪。 一個或多個 充電隔室與第一組一個或多個可移動臂機械連通，并且其中一個或多 個充電隔室被構造成響應第一組一個或多個可移動臂的移動而移動。 第一凸輪包括第一橢圓形盤。 一個或多個可移動觸點與第二組一個或 多個臂機械連通，并且其中一個或多個可移動觸點被構造成響應第二 組一個或多個可移動臂的移動而移動。第二凸輪包括環形盤和基本上 設置在由環形盤限定的空間中的第二橢圓形盤，環形盤和第二橢圓形 盤限定被構造成接納凸輪從動件的槽。該機構包括馬達、其上安裝有 第一凸輪和第二凸輪的正齒輪以及機械地連接到馬達上且與正齒輪機 械接觸的蝸輪，其中蝸輪被構造成在馬達帶動正齒輪時傳送源自馬達 的旋轉運動。
第一致動器和第二致動器被構造成執行有序序列的啟動操作。該
機構包括^L構造成將充電電流施加到一個或多個可移動觸點上的充電 模塊。該機構包括第一限位開關，所述第一限位開關被構造成在一個 或多個電池到達第二位置時使馬達停止啟動。該機構包括第二限位開 關，所述第二限位開關被構造成在一個或多個電池回到第一位置時使 馬達4亭止啟動。
在另一方面，被構造成對一個或多個可再充電電池進行充電的充 電器裝置包括包括一個或多個充電隔室的裝載/卸載機構、第一致動 器、控制器和電路，所述隔室被構造成接納一個或多個可再充電電池， 所述第 一致動器被構造成使一個或多個充電隔室的至少 一部分從允許 插入或取出一個電池或多個電池的第一位置移動到其中可起動充電操 作的第二位置，所述控制器被構造成確定要施加到 一個或多個可再充 電電池上的電流水平；所述電路用于將所確定的電流水平施加到一個
或多個可再充電電池上。
以下內容在此方面的范圍內。
該裝置包括 一個或多個可移動觸點和第二致動器，所述觸點被 構造成在與一個或多個可再充電電池的接觸位置和與一個或多個可再 充電電池的非接觸位置之間移動，所述第二致動器被構造成使一個或多個觸點在接觸位置和非接觸位置之間移動。第一致動器包括機械地 耦合到第 一組一個或多個可移動臂上的第 一 凸輪，并且其中第二致動 器包括耦合到第二組一個或多個可移動臂上的第二凸輪。 一個或多個 充電隔室與第一組一個或多個可移動臂機械連通，并且其中一個或多 個充電隔室被構造成響應第一組一個或多個可移動臂的移動而移動。 一個或多個可移動觸點與第二組一個或多個臂機械連通，并且其中一 個或多個可移動觸點被構造成響應第二組一個或多個可移動臂的移動 而移動。該裝置包括馬達、正齒輪、安裝在正齒輪上的第一凸輪和第 二凸輪以及機械地連接到馬達上且與正齒輪機械接觸的蝸輪，其中蝸 輪被構造成在馬達帶動正齒輪時傳送源自馬達的旋轉運動。第一致動 器和第二致動器被構造成執行有序序列的啟動操作。
在另一方面，用于裝載/卸載一個或多個可再充電電池的機構包
括 一個或多個充電隔室、 一個或多個可移動觸點、馬達和耦合到馬 達上的致動器，所述隔室被構造成接納一個或多個可再充電電池，所 述觸點被構造成在與一個或多個可再充電電池的接觸位置和與一個或 多個可再充電電池的非接觸位置之間移動，所述致動器被構造成使一 個或多個觸點在接觸位置和非接觸位置之間移動。 以下內容在此方面的范圍內。
該機構包括耦合到馬達上的第二致動器，第二致動器被構造成使 一個或多個充電隔室的至少一部分從允許插入或取出 一個電池或多個 電池的第一位置移動到其中起動充電操作的第二位置。
在另一方面，用于對一個或多個可再充電電池進行充電的方法包 括將一個或多個電池接納在對應的一個或多個充電隔室中使得一個 或多個電池設置在第一位置中；使一個或多個電池從第一位置移動到 第二位置；確定要施加到 一個或多個電池上的電流水平并且將具有基 本上所確定的電流水平的充電電流施加到電池上。
以下內容在此方面的范圍內。
使一個或多個電池移動包括使用笫一致動器來啟動與一個或多個 充電隔室機械連通的第一組可移動臂。該方法包括將被構造成電耦合
7到一個或多個可再充電電池的端子上的充電器觸點移動到基本上覆蓋一個或多個充電隔室的位置。移動包括使用第二致動器來啟動與充電器觸點機械連通的第二組可移動臂。
本發明公開了用于裝載和卸載電池諸如可再充電電池的機構。本發明還公開了 一種充電器裝置，所述裝置包括這種用于裝載和卸載電池的機構，這種系統有時稱為裝載/彈出機構。在一些實施方案中，這種充電器裝置被構造成用于快速充電、大電流再充電應用。本發明所公開的機構和裝置可自動地將電池裝載進機構的充電隔室中、開始充電操作并且在充電操作完成時卸載電池。當將電池尤其是以相對高的
充電速率充電的電池諸如Li-Fe-P電池再充電時，該^L構可為使用者添加一層保護。在此類高充電速率的情況下，充電安培數是很高的。通過使用自動裝載/彈出機構IO，可顯著減小使用者接觸承載高水平充電電流的觸點的可能性。該機構可被構造成處理多種電池類型和構型，并且可讓該機構的消費者或使用者方便地使用。該機械裝載/卸載機構可獨立于充電器電路的整體部分。
本發明一個或多個實施方案的細節闡述于附圖和以下說明中。通過閱讀說明書、附圖以及權利要求書，本發明的其它特征、目的和優點將變得顯而易見。
附圖概述
圖l為自動裝載/卸載機構的一個示例性實施方案的前透視圖。圖2為被構造成控制電池的移動的圖l的機構的第一致動器的局部透視圖。
圖3為
圖1的機構的后透視圖。
圖4為被構造成控制充電器觸點的移動的第二致動器的局部透視圖。
圖5A至B為操作中的圖1的機構的前透視圖和后透視圖，其顯示將電池從頂部放置進充電器中。
圖6A至B為操作中的圖1的機構的前透視圖和后透視圖，其顯示將電池移動進充電器的充電隔室中并且將充電器的觸點滑動覆蓋充電隔室。
圖7A至B為操作中的圖1的機構的前透視圖和后透視圖，其顯示將電池朝向觸點移動。
圖8A至B為操作中的圖1的機構的前透視圖和后透視圖，其顯示觸點向內回縮以暴露出充電隔室的開口。
圖9A至B為操作中的圖1的機構的前透視圖和后透視圖，其顯示充電隔室和設置在其中的電池向上移動至"卸載"位置。
圖IOA為包括圖1的機構的充電器裝置的透視圖，所述機構連接到容納充電電路的外殼上。
圖IOB為包封圖IOA的充電器裝置的充電器殼體的一個示例性實施方案的透碎見圖。
圖11為設置在圖10A的外殼中的充電電路的一個示例性實施方案的方框示意圖。
圖12為圖11的充電電路的電路示意圖。
圖13為在充電循環期間使用圖10A的充電器裝置執行的各操作的一個示例性實施方案的流程圖。
發明詳述
電化學電池可為一次電池或二次電池。 一次電化學電池意味著僅放電(例如至耗盡) 一次，然后被廢棄。 一次電池不打算再充電。一次電池描述于例i口 David Linden 的 Handbook of Batteries(McGraw-Hill,第2版，1995)中。另一方面，二次電化學電池，在下文中也稱為可再充電電池或電池，可再充電許多次，例如，五十次， 一百次等等。二次電池描述在例如Falk & Salkind的"AlkalineStorage Batteries，，(John Wiley & Sons, Inc. 1969);美國專利345,124;和法國專利164,681中，這些專利均據此以引用方式并入本文。
圖1顯示自動裝載/卸載機構10，其被構造成將可再充電電池自動地裝載進充電隔室中，將位于充電隔室中的電池再充電，并且在充電操作完成時卸載電池使得電池可從機構10中取出。
如圖所示，機構10包括被構造成接納可再充電電池的充電隔室12a和12b。在一些實施方案中，包括自動裝載/卸栽機構諸如機構10的裝置可包括僅一個充電隔室，或其可包括兩個以上的充電隔室。
在本文所述的實施方案中，充電隔室12a和12b具有圓柱形結構，所述結構^f皮構造成接納圓形可再充電AA和/或AAA型電池包括例如基于磷酸鐵鋰電化學電池的電池，所述電池在一些實施方案中適于在5分鐘至15分鐘內再充電至至少90%充電容量。也可使用基于其它電池化學物質的其它電池，包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳金屬氫化物電池、鎳鎘電池、鎳鋅電池、和《艮鋅電池等等。充電隔室12a和12b可被結構化成能接納包括例如棱柱電池、紐扣電池電池等等在內的電池的其它機械構型。
當將電池尤其是以相對高的充電速率充電的電池i者如Li-Fe-P電池再充電時，機構IO可為使用者添加一層保護。在此類高充電速率的情況下，充電安培數是很高的。通過使用自動裝載/彈出機構10，可基本上減小使用者接觸承載高水平充電電流的觸點的可能性。
裝載/卸載^L構10包括電動馬達14，所述馬達通過抗反向驅動蝸輪組機械地耦合到第一致動器16上，所述蝸輪組包括通過蝸輪20機械地耦合到電動馬達14上的盤形正齒輪18。電動馬達使用可提供額定的例如96V-220V和50Hz至60Hz的功率或其它地區性合適額定功率的外部AC電源、DC電源諸如可提供12VDC功率的汽車DC電源、和/或電池。可使用其它驅動機構例如曲柄或彈簧支承機構來替代馬達。蝸輪20被構造成在馬達14運行時圍繞其中心縱向軸線旋轉，從而使正齒輪18圍繞其中心旋轉。此類型的布置被構造成具有高減速比，因此導致高扭矩。此布置也被構造成阻抗反向驅動運動以致減少或消除當馬達不運行時無益運動的發生。
如圖所示，第一致動器16被構造成移動電池并且包括凸輪傳動件，所述傳動件具有固定到正齒輪18上的可旋轉的長圓形板22以及兩個臂24a和24b，所迷臂固定到充電器外殼或機罩上并且具有單自由度，即在相應的樞轉點26a和26b處上下轉動。當正齒輪18旋轉時，橢圓形盤22遵循正齒輪18的旋轉運動，同時臂24a和24b圍繞樞轉點26a和26b樞轉。臂24a和24b的另外兩端與第一和第二可移動平臺28a和28b機械連通，充電隔室12a和12b分別設置在所述兩平臺上。可移動平臺28a安裝在導桿29a和29b上，所述導桿穿過限定在可移動平臺28a上的孔。可移動平臺28b類似地安裝在導桿29c和29d上(更清楚地示于圖3中)，所述導桿穿過限定在可移動平臺28b上的對應的孑L。
如在下文中所顯而易見，蝸輪18和橢圓形盤22的旋轉可向臂24a和24b賦予運動，例如豎直運動，從而使平臺28a和28b沿它們所安裝在其上的相應的導桿豎直地移動，因此可改變被接納在充電隔室12a和12b中的電池的豎直位置(在一些實施方案中，臂24a和24b也經歷某種水平移動)。
如圖l所示，有利于平臺28a和28b的豎直移動的臂24a和24b具有大致水平的取向。雖然圖1顯示的是其中第一致動器16導致豎直移動的實施方案，但在一些實施方案中，第一致動器可導致電池在其它方向上的移動。例如，在一些實施方案中，可將可再充電電池從側部插入，使得電池的縱向軸線(當被接納在充電隔室中時)取向在基本上水平的方向上。在那些情況下，第一致動器可導致可再充電電池60a和60b的水平移動。對于水平取向，可將磁體定位在平臺28a和28b的孔的底部中，以防止當電池被暴露時電池由于重力或充電器的左右擺動而從隔室中掉出。
參見圖2，其顯示了被構造成移動電池的凸輪傳動件的局部后視圖，靠近樞轉點26a的臂24a的臂端部30a包括輪胎狀凸輪從動件32,所述從動件與橢圓形盤22機械連通(為清晰起見，已從圖2所示的視圖中移除了正齒輪18)。當橢圓形盤旋轉時，凸輪從動件32遵循橢圓形盤22的外邊緣。由于橢圓形盤22具有從其中心樞轉點23 (橢圓形盤在所述樞轉點處固定到正齒輪18上)測量的非均勻半徑，因此當凸輪從動件32遵循旋轉著的橢圓形盤22的外邊緣時，其豎直位置將改變，從而可使其上下移動，這取決于凸輪從動件32接觸橢圓形盤22 的外邊緣上的哪個點。因此，當橢圓形盤22旋轉使得其漸細端25(所 述端具有從盤22的樞轉點23算起的最長半徑)到達其最高位置，即 大約位于盤的旋轉路徑上的所謂的"12點鐘位置"時，其將使凸輪從動 件32和臂24a的端部30a移動到它們的最高位置。
還如圖2所示，連接到臂24a的另一端上的是滾軋界面，所述界 面包括與平臺28a的底部表面才幾械連通的滾柱軸承34a。滾柱軸承34a 被構造成沿可移動平臺28a的底部表面移動。在一些實施方案中，滾 軋界面可包括其它類型的滑動機構。當盤22旋轉時，連接到臂24a 的端部30a上的凸輪從動件32被移動，從而使臂24a在豎直方向和水 平方向上均移動。例如，當盤22旋轉使得盤22的漸細端25朝向其最 頂部位置移動時，其可使臂24a升高。當臂24a升高時，其通過連接 到臂22a上的滾柱軸承34a向上推壓可移動平臺28a。由于臂24a圍 繞樞轉點26a樞轉，因此臂24a的升高使臂24a也水平地向內移動。 連接到臂24a上的滾柱軸承34a因此可沿可移動平臺28a的底部表面 滑動。
再參見圖1，連接到臂24a的端部30a上的是月牙形或C形齒輪 36a。該C形齒輪與連接到臂24b的端部30b上的對稱互補的C形齒 輪36b機械連通，4吏得齒輪36a和36b的相應的開口端面向相對的方 向。當臂24a的端部30a在大致徑向路徑上移動時，固定到其上的C 形齒輪36a在相同的方向上移動。因此，C形齒輪36a的運動可4吏C 形齒輪36b在大致對稱相對的徑向路徑上移動。例如，當C形齒輪36a 在大致順時針方向上移動時，其啟動C形齒輪36b在大致逆時針方向 上移動。
C形齒輪36b固定到臂24b上。連接到可移動平臺28b下面的臂 24b的端部上的是滾軋界面，所述界面包括類似于滾柱軸承34a的滾 柱軸承34b。滾柱軸承34b被構造成在臂24b移動時沿可移動平臺28b 的底部表面移動。因此，當臂24a通過凸輪從動件32啟動而豎直地移 動時，其通過C形齒輪36a和36b之間的交互作用啟動臂24b使其類似地豎直移動，所述齒輪連接到臂24a和24b的相應端部30a和30b 上。因此，當臂24b被豎直地移動時，其通過滾柱軸承34b豎直地移 動可移動平臺28b。
參見圖3，裝載/卸載機構10包括笫二致動器40，所述第二致動 器被構造成控制充電器觸點42a、 42b的移動，所述觸點電耦合到被接 納在充電隔室12a和12b內的電池的端子上。充電器觸點也被電耦合 到充電電路上，所述電路提供通過電觸點施加到電池上的充電電流。 在圖3所示的實施方案中，第二致動器水平地移動充電器觸點42a和 42b以允許將電池插入到充電隔室中。第二致動器40設置在正齒輪18 的與其上設置有第一致動器16的一側相對的一側上。充電器觸點42a 和42b安裝在導桿43a和43b上(顯示于圖1中)，所述導桿穿過靠 近充電器觸點42a和42b的側面定位的縱向孔。充電器觸點42a和42b 因此被構造成沿導桿43a和43b可滑動地移動。充電器觸點42a和42b 可包括例如可商購獲得的鍍鎳冷軋鋼彈簧觸點。充電器觸點42a和42b 的水平位置使用定位成大致豎直取向的兩個臂44a和44b來控制，所 述臂連接到充電器觸點42a和42b上。
應當理解，在所述的用于圓柱形電池的實施方案中，充電器觸點 42a和42b分別接觸例如電池60a和60b的正端子，而那些電池的負 端子接觸設置在充電隔室的底部的觸點(未示出)。另一方面，對于棱 柱電池，觸點42a和42b將同時承載正觸點和負觸點(未示出)并且 接觸棱柱電池上的對應的端子。如同圓柱形電池一樣在電池的各末端 具有觸點的其它類型的棱柱電池可以與圓柱形電池類似的方式容納。
參見圖4，致動器40為閉型凸輪傳動件，該傳動件包括環形盤部 分46和基本上設置在環形盤部分46的中部的橢圓形盤部分48 (為清 晰起見，在圖4的局部視圖中未顯示裝載/卸載機構10的各種元件諸 如正齒輪18)。橢圓形盤部分48固定到正齒輪18上，使得當正齒輪 旋轉時橢圓形盤部分圍繞樞轉點49旋轉。橢圓形盤部分48在樞轉點 49處固定到正齒輪18上。
可將盤部分48和環形盤部分46提供為一體件。盤部分48開始時為一實體。然后，將圓柱形和長圓形"跑道"凹槽加工到一個側面中。
其在圖4中被顯示為切除，以示出從動件并且因此在圖中顯現為兩個 部分。將環形盤部分46和橢圓形盤部分48 (下文稱為環形盤46和橢 圓形盤48)實施為一體件，并且將它們接合到正齒輪18上并圍繞樞 轉點49旋轉。
環形盤46和設置在其中的橢圓形盤48將限定"跑道"槽50。設置 在跑道槽50內的是輪胎狀凸輪從動件52，所述從動件被構造成在橢 圓形盤48旋轉時在槽50內遵循橢圓形盤48。還如圖4所示，凸輪從 動件52固定到臂44a上，使得當凸輪從動件52通過旋轉橢圓形盤48 而移動時，臂44a被水平地移動。臂44a包括尖端54a，所述尖端被 接納在從充電器觸點42a的底部表面延伸的孔56a中。當臂44a通過 橢圓形盤48作用于凸輪從動件52而啟動時，臂44a被水平地移動(臂 44a也經歷某種豎直移動)，并且因此可使充電器觸點42a沿導桿43a 和43b水平地滑動。
再參見圖3，臂44a和44b通過推拉桿57彼此連接。因此，通過 由橢圓形盤48作用于凸輪從動件52導致的啟動而產生的臂44a的移 動可使臂44b移動。例如，當臂44a被啟動而水平地向外移動時，臂 44b ,皮通過推拉桿57啟動以在相對的方向上水平地向外移動。
如在下文中所顯而易見，在一些實施方案中，第一和第二致動器 被構造成實施機械定時機構，所述機構導致耦合到致動器上的相應的 臂以特定順序產生移動。具體地講，在一些實施方案中，第二致動器 40被構造成使得例如臂44a和44b不移動進入覆蓋被接納的電池的關 閉位置，直到第一致動器16已使臂24a和24b將可移動平臺28a和 28b移動到它們的低位置。換句話講，致動器16和40使它們所啟動 的相應的臂的移動發生在不同的時間，因此可產生有序序列的操作(其 中電池被放低，然后充電器觸點42a和42b被移動覆蓋放低的電池。 在充電操作完成之后，第二致動器40使充電器觸點打開，并且第一致 動器16后續地升高可移動平臺28a和28b,以便取出如此充電的電池。
在一些實施方案中，此類型的有序序列的操作可以如下方式實施對齊致動器16和40的相應的橢圓形盤使得它們的漸細端位于不同的 徑向位置(即，它們相對于彼此不同相)。因此，當正齒輪18(橢圓 形盤22和48均固定到其上)開始旋轉時， 一個橢圓形盤例如盤22 將導致臂24a和24b啟動，而同時另 一個旋轉著的橢圓形盤48在其路 徑的徑向截面中行進，其中它不會導致其所作用的臂產生顯著移動。 布置致動器16和40以實施機械定時機構可減小由于例如由致動器16 和40啟動的相應的臂的纏結而發生的意外臂故障的可能性。 圖5至9顯示操作中的裝載/卸載機構10。
參見圖5A和5B，將兩個電池60a和60b分別插入到充電隔室12a 和12b中。在電池裝栽位置，橢圓形盤22 (顯示于圖5A中)被取向 成使得漸細端25基本上位于其旋轉路徑的最頂部位置。因此，由盤 22通過固定到臂端30a上的凸輪從動件32以及C形齒輪36a和36b 啟動的臂24a和24b凈皮延伸4吏得平臺28a和28b位于它們的最頂部位 置。
如圖5B所示，致動器40的橢圓形盤48被取向成使得盤48的漸 細端基本上位于其旋轉路徑的"IO點鐘"位置，使得固定到電池蓋42a 和42b上的臂44a和44b的端部位于它們的最向內位置，因此允許蓋 基本上會聚在軌道43a和43b的中部，因此打開了充電隔室以接納電 池60a和60b。如圖所示，橢圓形盤22和48的相應的漸細端沿盤所 遵循的旋轉路徑位于不同的徑向位置，這可使機構10實施有序啟動序 列，如將變得顯而易見的那樣。
參見圖6A和6B，在起動充電循環時(例如，通過使用者按壓定 位在例如其中設置了裝載/卸載機構的充電器裝置的外部殼體上的"起 動"按鈕來起動，或通過控制器模塊響應傳感器指示電池已被接納在充 電隔室中來起動)，電動馬達14開始運行從而使蝸輪20和正齒輪18 旋轉。正齒輪順時針旋轉(如由前視6A所觀察到的)，而固定到 正齒輪18上的橢圓形盤22旋轉至其中盤22的漸細端25大約與其徑 向路徑的最底部位置成45。的徑向位置(即，漸細端位于其徑向路徑 的近似"4點鐘，，位置)。在該位置，連接到臂 的臂端部30上的凸輪從動件32將已被啟動至如下位置其中其將與靠近盤22的寬端的 盤22的一部分機械接觸。與從盤的漸細端25測量的半徑相比，在或 靠近橢圓形盤22的寬端的點具有較短的從盤22的樞轉點23算起的半 徑。因此，凸輪從動件32將基本上位于其可達到的最底部位置，并且 因此臂24a將具已被啟動至其最低豎直位置。此外，連接到臂24a上 的C形齒輪36a將已順時針旋轉，因此使連接到臂24b上的C形齒輪 36b逆時針旋轉，因此將臂24b啟動至其最低豎直位置。因此，平臺 28a和28b將已被移動到它們的最低豎直位置，因此使接納在充電隔 室12a和12b內的電池60a和60b被放低。
參見圖6B，其顯示了圖6A所示的裝載/卸載機構的后視圖，凸輪 傳動件40 (其包括由橢圓形盤48和環形盤46限定的"跑道"槽50 )被 取向成使得橢圓形盤48和槽50的漸細端基本上位于橢圓形盤48的旋 轉路徑的"3點鐘"位置。在該位置，連接到臂44a上的凸輪從動件52 將位于其與樞轉點23相距的最遠位置，并且因此將已將臂44a啟動至 其最外水平位置。因此，充電器觸點42a將位于其最外水平位置，在 那里其被基本上放置在充電隔室12a的上方。將臂44a啟動至其最外 水平位置將會通過推拉桿57將臂44b啟動至其最外水平位置，并且因 此充電器觸點42b將位于基本上在充電隔室12b上方的位置。
當電池60a和60b已被放低至它們的最低位置時，它們一般將不 可見。
在一些實施方案中，裝載/卸載機構10被構造成避免電池/接觸界 面的過度的側面裝載。具體地講，在充電器觸點42a和42b已被移動 到充電隔室12a和12b上方的位置之后，用于控制平臺28a和28b的 豎直移動的致動器將啟動臂24a和24b以略微將平臺28a和28b向上 移動。
參見圖7A，橢圓形盤22在順時針方向上進一步旋轉至如下位置 其中盤22的漸細端25基本上位于其最低位置(即，基本上位于"6點 鐘"位置)。在該位置，凸輪從動件32將已被啟動至豎直位置，所述豎 直位置略微高于當橢圓形盤22的漸細端25基本上位于"4點鐘"位置時所達到的豎直位置，并且臂24a也將同樣被啟動至高于當漸細端25 位于"4點鐘"位置時其所達到的豎直位置。
參見圖7B，控制充電器觸點42a和42b的水平移動的凸輪傳動件 40的旋轉將導致蓋42a和42b的水平移動的微小改變，但電池蓋一般 將基本上保持在充電隔室12a和12b的上方。當電池向上移動以產生 接觸時，蓋42a和42b在電池上方靜止不動。
當電池上升以與觸點42a和42b產生電接觸和機械接觸時，充電 隔室12b的輪緣將接觸"充電位置"機電式限位開關58b，所述開關固 定到從電池蓋42b的側面延伸的突出部59b上(也見圖1)。上升的充 電隔室12b和限位開關58b之間的機械接觸將使限位開關58b產生信 號，所述信號直接提供給馬達14，或提供給控制器80 (顯示于圖11 中)，所述控制器被構造成控制馬達14，包括使馬達14停止其運行， 并且因此中止對平臺28a和28b以及充電器觸點42a和42b的啟動。 當馬達14中止了其運行時，就可開始下文所更詳述的充電規程。
參見圖8A,在完成了充電規程之后，馬達14被重新起動，例如 通過讓控制器80發送控制信號以使馬達14恢復其運行。橢圓形盤22 恢復其旋轉因而啟動凸輪從動件32，并且因此啟動臂24a，以使平臺 28a和28b略微豎直地向下移動。
橢圓形盤22旋轉至如下位置其中其漸細端25位于"9點鐘"和 "10點鐘"徑向位置之間，其中凸輪從動件32停留在豎直位置，所述 豎直位置低于當盤22的漸細端25位于"6點鐘"位置時凸輪從動件32 所處的豎直位置。因此，平臺28和28b以及電池60a和60b將被移 動至與當執行充電時相比較低的豎直位置，如箭頭61a和61b所示。 通過放低平臺28a和28b，并且因此放低電池60a和60b，電池端子 與觸點42a和42b脫離，因此可4吏觸點42a和42b從它們的覆蓋充電 隔室12和12b的位置回縮而不會受到損害。
參見圖8B，恢復馬達14的運行也使凸輪傳動件40恢復其旋轉， 因此通過固定到其上的凸輪從動件50a使臂44a和44b啟動至向內的 水平位置。在臂44a和44b的啟動期間，隨著盤22行進穿過其徑向路徑的一 部分，凸輪從動件32遵循橢圓形盤22的邊緣，這不會導致凸輪從動 件32的顯著豎直移動，并且因此不會導致平臺28a和28b的顯著豎直 移動。因此，在充電器觸點42a和42n已基本上回縮至大約導桿43a 和43b的中心之后，平臺28a和28b將經歷它們的向上豎直移動的大 部分。
參見圖9A和9B，當充電器觸點42a和42b已基本上完全回縮至 導桿43a和43b的中心時，電池60a和60b #皮啟動而向上移動至取出 位置。如圖所示，橢圓形盤22完成其徑向路徑并且回到如下位置其 中盤22的漸細端25位于其最頂部位置(即，基本上位于"12點鐘"位 置)。因此，凸輪從動件32將基本上位于與橢圓形盤22的樞轉點29 相距最遠的點，并且因此臂24a和24b將已被啟動至它們的最向上豎 直移動，從而使平臺28a和28b4皮升高，因而電池60a和60b被暴露。 當橢圓形盤22到達其中漸細端25位于"12點鐘"位置的徑向位置時， "卸載"限位開關58a被接通，因而馬達被停止。
如圖9A所示，當在圖9A中觀察時，卸載開關58a安裝在機構的 右上角。板59a將"彈出"開關固定到觸點42a上。將螺桿59b安裝到 平臺28a的底部上，當電池到達彈出位置時，所述螺桿壓下(啟動) 開關58a。當觸點42a和42b位于置中位置并且電池平臺28a和28b 位于"彈出，，或"卸載"位置時，桿59b和開關58a彼此接近。
參見圖10A和IOB，其顯示了包括自動裝載/卸載機構10的電池 充電器裝置70。充電器70包括外殼72，其中設置了充電電路(未示 出于圖10A至B中)。充電電路電耦合到觸點42a和42b上。當可移 動蓋42a和42b被啟動至充電隔室12a和12b上方的位置并且與^皮接 納在充電隔室12a和12b內的電池60a和60b的端子電氣連通時，充 電電路使充電操作開始。
如圖10B所示，電池充電器裝置70包封在充電器殼體71中。殼 體71包括分別通向充電隔室12a和12b內的開口 73a和73b。使用者 通過開口 73a和73b方文置電池諸如電池60a和60b。
18在一些實施方案中，充電器70被構造成在小于15分鐘的時間內 將可再充電電池充電至電池的充電容量的至少90%。在一些實施方案 中，充電器70可在大約五(5)分鐘的時間內達到至少90%的充電 量。其它充電特征也是可能的。
圖11描述充電電路72的一個示例性實施方案。充電電路72被構 造成初始地將恒定充電電流施加到可再充電電池諸如被接納在裝載/ 卸載機構10的充電隔室12a中的一個中的電池60a和60b上。在其中 將恒定電流遞送給電池期間(在此期間充電器據稱以恒定電流或CC 模式運行)，電池60a的電壓會增大。當電池的電壓達到例如3.8V的 預定上限電壓時(此上限電壓有時稱為跨越電壓)，充電電路72被構 造成在充電時間的其余部分中向電池60a施加具有此值的電壓。在將 基本上等于預定跨越值的恒定電壓施加到電池60a上期間，充電電路 72據稱以恒定電壓或CV模式運行。
充電電路72耦合到功率轉換模塊74上。功率轉換模塊74包括 AC/DC轉換器76，所述轉換器在充電器的外部電耦合到AC電源諸如 以額定的85V - 265V和50Hz至60Hz提供功率的電源上，并且可將 該AC功率轉換為l氐DC電壓(例如，5V至24V),并且例如可將此 低DC電壓輸入給例如DC-DC轉換器78以提供適用于將可再充電電 池充電的水平(例如，用于具有磷酸鐵鋰電化學電池的可再充電電池 的大約介于3.7V至4.2V之間的DC電壓水平。其它類型的電池可具 有不同的電壓水平。)
充電電路72包括控制器80，所述控制器被構造成確定要施加到 電池60a和60b上的充電電流，向電池60a和60b施加基本上等于所 確定的充電電流的電流，并且在經過了指定的或預定的時間段之后終 止充電電流。控制器80也可被構造成一旦達到了預定的電池電壓或充 電水平即終止充電電流。在一些實施方案中，控制器80調節降壓轉換 器90以施加恒定的12C充電速率(即，1C的充電速率對應于在一個 小時內將電池充電完畢所需的電流，因此12C為在大約一小時的1/12 即五分鐘內將特定電池充電完畢所需的充電速率)。施加這種12C的充電速率直到達到預定的最大充電電壓，或經過了五(5)分鐘的時間。 一旦達到了最大充電電壓，控制器80即改變控制模式并且向電池60a 和60b施加恒定電壓，直到經過了預定的充電時間，例如5分鐘。
在一些實施方案中，對要施加到電池60a和60b上的充電電流的 確定可至少部分地基于使用者指定的輸入，所述輸入通過設置在例如 充電器70的殼體71上的使用者界面來提供。這種使用者界面可包括 例如開關、按鈕和/或旋鈕，使用者可通過它們指示例如有待再充電的 電池的容量。此外，在一些實施方案中，該界面可被構造成讓使用者 指定與充電過程密切相關的其它參數，例如充電時間(在其中需要較 長充電時間例如15分鐘至1小時的情形中)。為了確定所要使用的具 體充電電流，可查閱可指示對應于使用者所指定的參數的合適的充電 電流的查找表。
在一些實施方案中，對充電電流的確定可以如下方式來進行使 用例如可提供代表電池容量和/或電池類型的數據的識別機構來識別 放置在充電器70的充電隔室中的電池的容量。 一種包括使用基于ID 電阻器(具有代表電池容量的電阻)的識別機構的示例性充電器裝置 的發明詳述提供于同時提交的題目為"Ultra Fast Battery Charger with Battery Sensing"的專利申請中，該專利申請的內容據此全文以引 用方式并入本文。在一些實施方案中，對充電電流的確定可以如下方 式來進行測量可指示電池的容量和/或類型的電池的電特性中的至少 一種(例如，電池的充電電阻)。 一種可基于電池的實測特性自適應地 確定充電電流的示例性充電器裝置的發明詳述提供于同時提交的題目 為"Adaptive Charger Device and Method"的專矛J中請中，i亥專利中請 的內容據此全文以引用方式并入。
控制器80包括處理器裝置82，所述裝置被構造成控制對電池60a 和60b進行的充電操作。處理器裝置82可為任何類型的計算和/或處 理裝置，諸如源自Microchip Technology Inc.的PIC18F1320微控制 器。用于控制器80的具體實施的處理器裝置82包括被構造成存儲軟 件的易失和/或非易失存儲元件，所述軟件包含用于實現處理器基裝置的 一般操作的計算機指令、以及用于對耦合到充電器70上的電池60a 和60b執行充電操作的具體實施程序，所述充電操作包括在小于十五 (15)分鐘的時間內達到至少90%充電容量的充電操作。處理器裝置 82包括模-數(A/D)轉換器84，所述轉換器帶有多個模數輸入和輸出 線。控制器80也包括數-模(D/A )轉換器裝置86和/或脈沖寬度調制 器(PWM) 88，所述裝置和/或調制器可接收由處理器裝置82生成的 數字信號并且相應地生成電信號，所述電信號可調節充電電路72的開 關電路，諸如降壓轉換器90的工作循環。
圖12顯示降壓轉換器90,該轉換器包括兩個例如雙極結晶體管 (BJT) 92和94以及電感器96，所述電感器在功率轉換模塊74與降 壓轉換器90電氣連通時存儲能量，并且在功率轉換模塊74與降壓轉 換器90電隔離期間以電流形式釋放出該能量(為簡單起見，電路示意 圖僅顯示了電池60a)。圖12所示的降壓轉換器卯也包括電容器98， 所述電容器也用作能量存儲元件。電感器96和電容器98也用作輸出 濾波器，以減小降壓轉換器90的輸出處的開關電流和電壓脈動。降壓 轉換器諸如圖12所示的降壓轉換器90的運行更具體地描述于例如同 時提交的專利申請"Fast Battery Charger Device and Method"中，該 專利申請的內容據此全文以引用方式并入。
將晶體管的接通時間或工作循環初始地從0%工作循環升高，同 時控制器或反饋回路測量輸出電流和電壓。 一旦達到了所確定的充電 電流，反饋控制回路就使用閉回路線性反饋方案來管理晶體管工作循 環，例如使用比例積分微分或PID機理。 一旦充電器電壓輸出、或電 池端子電壓達到了跨越電壓，類似的控制機構可用于控制晶體管的工 作循環。
因此，在晶體管92的接通期間由功率轉換模塊74提供的電流、 以及在晶體管92的關斷期間由電感器96和/或電容器98提供的電流 應當導致基本上等于所需的充電電流的有效電流。
在一些實施方案中，控制器80周期性地接收(例如，每隔0.1秒) 流過電池60a和60b的電流的測量值。所述電流例如通過電流傳感器來測量。所述傳感器通過控制器80的端子80c (標記為ISENSE)傳 達這一個或兩個電池中的實測值。基于此接收到的實測電流，控制器 80調節工作循環以導致對流過電池60a和60b的電流的調節，以<更該 電流收斂至基本上等于充電電流水平的值。降壓轉換器90因此被構造 成以可調節的工作循環來運行，所述循環導致被提供給電池60a和60b 的可調節的電流水平。
除了電壓傳感器和/或電流傳感器以外，充電器70還可包括被構 造成測量電池60a和60b和/或充電器70的其它屬性的其它傳感器。 例如，在其中需要熱控制充電器70 (例如，對于具有15分鐘以上的 充電時間的充電器)的實施方案中，充電器70可包括耦合到電池60a 和60b和/或電路板上的溫度傳感器(例如，熱敏電阻器)，在所述電 路板上可設置充電電路72。
圖13描述用于再充電可再充電電池60a和60b的示例性充電規程 100。電池60a和60b通過殼體71上的開口 73a和73b放置，所述殼 體包封機構10和電路外殼72。使用者然后可通過按壓設置在殼體71 上的"起動"按鈕來起動充電循環。在一些實施方案中，傳感機構可檢 測電池已被放置在充電隔室中，因此可自動地起動充電循環。
充電循環起動后，馬達14開始運行，因而導致控制平臺28a和 28b的移動的致動器的啟動，以將電池60a和60b從第一位置(即， 接納位置)移動102至其中要施加充電電流的第二位置(即，充電位 置)。在本文所述的示例性實施方案中，馬達14導致包括橢圓形盤22 的凸輪傳動件16的旋轉，所述旋轉繼而通過凸輪從動件32啟動臂24a 和24b以將平臺28a和28b移動到機構IO的內部中。馬達14的運行 也導致第二致動器40的旋轉以啟動臂44a和44b，從而將充電器觸點 42a和42b移動覆蓋電池60a和60a，使得觸點42a和42b接觸電池 60a和60b的端子。
在電池60a和60b已被移動到它們的充電位置之后，"充電位置" 限位開關58a使馬達14的運行中止，因此停止平臺28a和28b以及充 電器觸點42a和42b的移動。電池現在位于它們的充電位置，并且電池的端子也與觸點42a和 42b的電觸點電氣連通，充電過程可繼續進行下去。任選地，在開始 充電規程之前，充電器70確定是否存在某些故障狀況。例如，充電器 70分別測量104電池60a和60b的電壓Va和Vb。充電器70確定106 實測電壓是否位于預定范圍內(例如，介于2V至3.8V之間)。在其 中已確定電池60a和60b中的任一個的實測電壓Va和Vb不在預定的 容許范圍內因此使得當前條件下的充電操作不安全的情形中，充電器 不會繼續進行充電操作，因而充電過程可終止。在這些情況下，電池 ,皮如本文所述地卸載120。
充電器70基于與充電過程密切相關的信息包括電池的類型、充電 時間、電池的容量等來確定108要用于將電池60a和60b充電的充電 電流和/或充電時間。例如，充電器70可^:構造成確定用于在小于15 分鐘的時間內將電池60a和60b充電至至少90%充電容量的充電電 流。在一些實施方案中，可確定適用于較長充電時間(例如，1小時 至4小時)、不同的電池容量、以及不同的充電水平的充電電流。
用于確定充電電流的信息可通過設置在例如充電器70的殼體71 上的使用者界面來提供。除此之外和/或作為另外一種選擇，此類信息 還可通過識別機構來提供，例如，電池可通過所述機構向充電器傳達 代表它們的特性的信息(例如，容量、類型)。在一些實施方案中，對 要施加的充電電流的確定可基于以如下方式獲得的信息測量電池的 電特性(例如，充電電阻)，并且基于此類測量值確定電池60a和60b 的類型和/或容量。如果充電器70被構造成接納具有特定類型容量的 特定類型的電池，則充電器70使用適用于該特定電池和容量的預定充 電電流。對充電電流的確定可通過查閱將充電電流與不同的電池容量、 電池類型、充電時間等相關聯的查找表來進行。
在確定了要施加到電池60a和60b上的充電電流之后，起動110 定時器，所述定時器被構造成測量預指定的充電操作時間段。定時器 可為例如處理器84的專用定時器模塊，或其可為以由處理器84的內 部或外部時鐘測量的規則時間間隔遞增的計數器。
23控制112電流/電壓調節電路例如圖12所示的降壓轉換器90，以使基本上等于所確定的電流的恒定電流被施加到可再充電電池60a和60b上。如所述的那樣，所確定的充電電流用于生成施加到例如降壓轉換器90的晶體管92上的工作循環信號，以使基本上等于充電電流的電流被施加到電池12上。因此，控制器的輸出信號被施加到例如降壓轉換器90的晶體管92上，以使源自功率轉換模塊74的電壓被施加到電池60a和60b上。在特定工作循環的關斷期間，功率轉換模塊74與電池60a和60b截止，并且存儲在電感器96和/或電容器98中的能量以電流形式釋放給電池。由功率轉換模塊74施加的電流、以及從電感器96和/或電容器98中釋放出的電流組合起來可導致基本上等于所確定的充電電流的有效電流。
在一些實施方案中，充電器70實施CC/CV充電過程。因此，在此類實施方案中，周期性地測量114 (例如，每隔0.1秒)電池60a和60b的端子處的電壓，以確定何時達到預定的電壓上限(即，交變電壓)。當電池60a和60b的端子處的電壓達到了預定的電壓上限例如4.2V時，控制116 (例如，通過晶體管92和94的電啟動來控制)電流/電壓調節電路，以在電池60a和60b的端子處保持基本上等于跨越電壓水平的恒定電壓水平。
在確定118經過了基本上等于充電時間段的時間段之后，或在達到了某個充電水平或電壓水平之后(如可通過對電池60a和60b的周期性測量來確定)，終止施加到電池60a和60b上的充電電流(例如，中止晶體管92的電啟動以使由功率轉換模塊74遞送的功率終止)。
可通過恢復馬達14的運行將電池60a和60b從充電器中取出120。馬達14的運行使正齒輪18恢復旋轉，因此使凸輪傳動件16和40啟動它們所作用的相應的臂。在由這兩個致動器實施的有序序列的操作中，包括旋轉著的橢圓形盤22的凸輪傳動件16啟動臂24a和24b以略微移動電池，從而使充電器觸點42a和42b可從覆蓋充電隔室12a和12b的位置開始回縮而不會受到損害。包括在一起限定跑道槽50的橢圓形盤48和環形盤46的凸輪傳動件40啟動臂44a和44b以將充電器觸點42a和42b回縮至基本上導桿43a和43b的中心。旋轉著的橢圓形盤22啟動臂24a和24b以移動平臺28a和28b，并且因此將電池60a和60b移動至它們的卸載位置。在該點，"卸載"限位開關被接通，并且馬達14的運行中止，因而電池60a和60可由使用者取出。
充電電路和充電規程的附加示例性實施方案描述于例如同時提交的題目為"Fast Battery Charger Device and Method"和"Lithium IronPhosphate Ultra Fast Battery Charger"的專利申請中，這些專利申請的內容均據此全文以引用方式并入本文。
其它實施方案
現在已描述了本發明的一些實施方案。例如，充電隔室可包括活動的基座部分和固定的例如圓筒形側壁，其中活動的基座部分由機構10啟動以在第一和第二位置之間移動電池，同時充電隔室的側壁保持靜止不動。但是應當理解，在不背離本發明精神和范圍的條件下可以進行各種修改。因此，其它實施方案也在以下權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種用于裝載/卸載一個或多個可再充電電池的機構，所述機構包括一個或多個充電隔室，所述充電隔室被構造成接納一個或多個可再充電電池；第一致動器，所述第一致動器被構造成使所述一個或多個可再充電電池從第一位置移動到第二位置。
2. —種用于裝載/卸載一個或多個可再充電電池的機構，所述機 構包括一個或多個充電隔室，所述充電隔室被構造成接納一個或多個可 再充電電池；致動器，所述致動器被構造成使所述一個或多個充電隔室的至少 一部分從允許將一個電池或多個電池插入所述一個或多個充電隔室或 從中取出的第一位置移動到其中可起動充電操作的第二位置。
3. 如4又利要求2所述的才幾構，所述才幾構還包括 一個或多個可移動觸點，所述觸點被構造成在與所述一個或多個可再充電電池的接觸位置和與所述一個或多個可再充電電池的非接觸 位置之間移動；和第二致動器，所述第二致動器被構造成使所述一個或多個觸點在 所述接觸位置和所述非接觸位置之間移動。
4. 如權利要求3所述的機構，其中所述第一致動器包括機械地耦 合到第一組一個或多個可移動臂上的笫一凸輪，并且其中所述第二致 動器包括耦合到第二組一個或多個可移動臂上的第二凸輪。
5. 如權利要求4所述的機構，其中所述一個或多個充電隔室與所 述第一組一個或多個可移動臂機械連通，并且其中所述一個或多個充 電隔室被構造成響應所述第一組一個或多個可移動臂的移動而移動。
6. 如權利要求4所述的才幾構，所述才幾構還包括馬達；正齒輪，所述第一凸輪和所述笫二凸輪安裝在所述正齒輪上；和 蝸輪，所述蝸輪機械地連接到所述馬達上并且與所述正齒輪機械接觸，其中所述蝸輪被構造成在所述馬達帶動所述正齒輪時傳送源自所述馬達的旋轉運動。
7. 如權利要求3所述的才幾構，所述才幾構還包括充電模塊，所述充電模塊被構造成將充電電流施加到所述一個或 多個可移動觸點上。
8. 如權利要求6所述的機構，所述機構還包括 第一限位開關和/或第二限位開關，所述第一限位開關被構造成在所述一個或多個電池到達所述第二位置時使所述馬達停止啟動，所述 第二限位開關被構造成在所述一個或多個電池回到所述第一位置時使所述馬達停止啟動。
9. 一種被構造成對一個或多個可再充電電池進行充電的充電器裝 置，所述裝置包括裝載/卸載機構，所述機構包括一個或多個充電隔室，所述充電隔室被構造成接納一個或多 個可再充電電池；和第一致動器，所述第一致動器被構造成使所述一個或多個充 電隔室的至少一部分從允許插入或取出一個電池或多個電池的第一位 置移動到其中可起動充電操作的第二位置；和 控制器，所述控制器被構造成確定要施加到所述一個或多個可再充電電池上的電流水平；和用于將所確定的所述電流水平施加到所述一個或多個可再充 電電池上的電路。
10. —種用于對一個或多個可再充電電池進行充電的方法，所述 方法包括將所述一個或多個電池接納在對應的一個或多個充電隔室中，使 得所述一個或多個電池位于第一位置；使所述一個或多個電池從所述第一位置移動到第二位置； 確定要施加到所述一個或多個電池上的電流水平；以及 將具有基本上所確定的電流水平的充電電流施加到所述電池上。
全文摘要
本發明公開了用于裝載/卸載一個或多個可再充電電池的機構。該機構包括被構造成接納一個或多個可再充電電池的一個或多個充電隔室和被構造成使一個或多個可再充電電池從第一位置移動到第二位置的第一致動器。
文檔編號H02J7/00GK101641851SQ200880009822
公開日2010年2月3日 申請日期2008年3月20日 優先權日2007年3月26日
發明者L·J·平內爾, M·R·斯通 申請人:吉列公司