CN102405576A - 智能电池供电的充电系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于从AC源向电子设备供电的充电器，其配有用于在没有可用AC源时提供备用功率的电池。该充电器使用第一电压转换器和第二充电器，第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在每个AC周期期间存在时间段，在所述时间段期间，第一电压转换器从其最大值大幅下降，第二电压转换器以第二DC电压输出功率至电子设备。包括至少一个单体电池的电池连接至第一转换器的输出处，从而使得所述电池能够从第一转换器接收电流，并且所述电池将电流提供至第二转换器。使用了控制器，其被配置为在AC周期的不同部分期间，从第一转换器充电，或者从所述电池向第二充电器提供电流以便输出至所述设备。
Description
技术领域
本发明涉及用于便携式电子设备的AC供电电源领域，特别是那些结合了具有受控充放电特性的一个或多个单体电池(cell)的AC供电电源。
背景技术
存在用于向便携式电子设备供应电流的AC壁式充电器，其还配有内建置的电池(battery)，以便即使是在没有可用的壁式电源时也可以继续为便携式电子设备供电或充电。此外，这种配有电池的壁式充电器能够被设计为，使得如果所述电池是可充电的，则与壁式插座的连接将使得电池能够被充电，从而使得电池始终可以向便携式电子设备供电。在被公布为国际公布号WO 2008/075358的题为“Battery Powered Charger”的PCT申请中已经描述了这种壁式充电器，该申请与本申请具有共同的发明人。
已经描述了使用常规AC/DC电源单元的这种现有技术的壁式充电器，所述常规AC/DC电源单元可能是笨重且低能效的。此外，已经总体地描述了使用仅单个配备电池的这种现有技术的壁式充电器，该单个配备电池在其充放电特性方面被视为单个电压源，而不管其单体电池容量(content)如何。另外，这种现有技术的壁式充电器经常不描述用于控制进入该一个或多个内置电池中的充电电流的任何方法。
因此，存在对于克服现有技术系统和方法的至少一些缺点的壁式充电器的需要。
由此，在本部分以及说明书其它部分中所述的每个公开文献的公开内容分别以其整体通过引用方式并入本文。
发明内容
本公开内容描述了用于从诸如壁式插座之类的AC电源向诸如膝上型计算机或电话之类的电子设备供电的新系统。该电源系统具有在没有可用的外部电源时借助于一个或多个电池来持续供电的能力，其中所述一个或多个电池优选为可充电的，它们或者内置在系统中，或者容纳在电池腔或夹具中以便在必要时更换。这些电池在将电源从AC电源拔出时供电。为电子设备提供的功率能够用于操作该设备或对其内部电池进行充电，或者两者皆有。该系统不同于现有技术的系统之处在于，其使用包括两个独立功率转换器的电路结构(topography)，这能够实现该系统的操作中的高效和灵活性。该结构类似于在被公布为WO 2009/113062的题为“EnvironmentallyFriendly Power Supply”的共同未决PCT国际申请中所描述的结构，该申请与本申请具有共同的发明人，并以其整体通过引用方式并入本文。该结构包括输入AC/DC转换器和控制器，其中，一个或多个内部电池连接至该AC/DC转换器的输出处，控制器管理流入以及流出电池的电流。该AC/DC转换器的输出可以用于对该充电器的该一个或多个内部电池进行充电，并且用于传递至DC/DC转换器以便以便携式设备所需的电压电平输出至该便携式设备。
AC/DC转换器的主要平滑(smoothing)功能可以有利地借助于在其输出处的相对较小的电容器来实现，从而使得在AC/DC转换器的输出电压会下降至低于电池电压的那些时间段期间，在AC功率的每半个周期期间输出电压显著下降，从而使得在这些时间段期间经整流的DC输出电流不流入电池。(在整个本申请中，假设在AC/DC模块中使用了全周期整流，从而使得所述的周期性现象在每个AC周期期间发生两次，虽然要理解本发明并不旨在限于此模式。)
然而，在AC/DC输出“短时下降”(“dip”)的时间段期间，当AC/DC模块不能经由DC/DC转换器为负载供电时，可以从电池的电荷中为负载提供电流。这是本公开内容所述的充电器不同于现有技术的具有内部电池的充电器的一个主要方面。类似于这种现有技术的充电器，在本发明的充电器中，为负载提供的功率或者从壁式电源经由AC/DC转换器汲取，或者来自电池。然而，与现有技术的充电器不同的是，在本发明的充电器中，输出功率的来源能够在每半个周期期间，根据该半个周期的每一点处AC/DC转换器的输出而动态地且顺序地交替。在每半个周期期间，当AC/DC输出电压足够高时，AC/DC输出电压变为针对DC/DC转换器和负载的输出的来源。另一方面，当AC/DC输出电压下降且不能产生至DC/DC转换器和负载的输出电流时，内部电池可以接替其作为输出功率的来源。在前一时间段期间，AC/DC输出还可用于对电池进行充电，以便将电池保持为补电状态(topped up condition)。电池由此在该充电系统中充当了准电容器的角色，从而支持在AC/DC转换器的输出处的电容器，这是因为当AC/DC输出电压足够高时电池可以由AC/DC转换器充电，并且当AC/DC输出电压不够高以至于无法实现此功能时电池向输出设备提供负载电流，其中，这种功能交替在AC功率的每个周期期间发生两次。通过不对AC/DC转换器提供任何显著平滑作用，能够进一步进行这种将电池作为准电容器的模拟。在此极端情况中，在AC/DC转换器的短时下降期间，仅使用可充电电池来将该可充电电池的电流提供给DC/DC转换器并且由此提供给输出负载，在此情况下，其持续时间将会比使用电容器时长。
然而，即使是除了该周期性功能划分之外，本发明的充电器的另一方面在于，由于能够将AC/DC转换器的输出用来对内部电池进行充电以及驱动输出设备，因此能够配备控制系统以便根据电池的需要来判断使用AC/DC转换器的输出的哪个部分来对电池进行充电，以及将哪个部分用于输出负载电流。该控制系统被配置为确定电池的状态，诸如电池是否处于良好状态且完全充电(be fully charged)，或者电池是否处于良好状态中但已耗尽并由此需要大量充电，电池是否是能够被充电的二次单体电池，或者电池是否是一次单体电池，等等，其中，在一次单体电池的情况下，完全禁止充电电流。如果指示了充电，则控制系统能够对AC/DC输出进行编程，以便根据用于针对充电水平以及电池的状态而提供最佳充电的充电算法来提供充电电流。
本系统用以实现这些功能的主要手段之一是，根据电池状态来控制允许在AC/DC转换器的输出处的电容器上产生的输出电压。在该输出电容器上的电压对于在该电容器中存储的电能水平具有实质影响，因为所存储的电能正比于在该电容器上的电压的平方。因此，控制器可以在每半个周期的AC/DC输出短时下降期间使用AC/DC输出电压电平来判断是由电容器电荷还是由电池电荷来为输出负载提供其所需要的电流，并且该决定可以由控制器等根据电池的状态来确定。因此，当电池处于低充电状态时，或者如果根本没有安装电池，则控制器被配置为检测该状态，并升高AC/DC输出电压，从而使得电容器存储基本上更大的电荷并由此能够在无需依靠电池帮助的情况下为负载供电。另一方面，如果电池处于良好状态且被良好充电，则电容器会被充电至与电池基本上相同的电压，从而使得在AC/DC转换器短时下降期间电池会提供负载电流的相当大的一部分，并且反之，在AC/DC转换器的稳定输出水平期间，AC/DC转换器将会对电池补电。由此，在AC功率的每半个周期期间电池会经历交替的充电和放电时间段，并且由此保持了净充电水平。
上述电源结构使用比在这种整流器电源中通常使用的电容器相对较小的电容器来执行AC/DC转换器的平滑，其结果是，允许输出电压在AC输出的零水平交叉期间下降至低水平。借助于在AC/DC转换器的相对较低的电压输出处的电容器来提供此平滑时，有显著的空间、成本和可靠性方面的优点，如在WO 2009/113062中完整描述的。然而，要理解，在本申请的示例性的电源电路和方法中不依赖于对电容器充电所达到的电压电平的那些电源电路和方法是可行的，即使将减小的值的平滑电容器设置在常规位置处、在针对AC/DC转换器的输入端处的整流器桥的输出处，并且本发明并不意味排除此类配置，即使此类配置从商业角度上来说优势较小。
被提供来为一个或多个内部电池充电的电流的水平由AC/DC转换器的电流/电压特性或者与电池串联的电流控制器来确定，所述电流控制器例如为门控开关，诸如MOSFET。该充电器的内部电池可以由单个单体电池组成，或者可以由多个并联连接的单体电池构成，其中由MOSFET来独立地控制流经该多个单体电池中每个单体电池的电流。此举的优点在于，每个单体电池可以根据其充电状况或其状态而被充电，从而能够对可用充电电池进行最佳的使用。另外，电池化学特性检测电路能够实现对混合单体电池配置的使用，其中避免对一次单体电池充电。
电源的正确操作是借助于控制器来确保的，所述控制器通常为微处理器或微控制器，其管理电源内的电流。微处理器确保DC/DC转换器接收到为设备供电所需的电能，不管是从内部电池模块接收还是从AC/DC转换器接收，并且确保仅在允许及要求电池充电时AC/DC转换器才向电池提供充电功率。电池模块可以具有与其串联的MOSFET，从而使得能够根据施加至该MOSFET的栅极电压来将电池与电路连接或断开。施加至栅极的该电压可以由控制器来产生，控制器可以使用来自该电路中不同点处的多个输入作为其控制输入。其可以具有来自电池的输入，从而使得微处理器能够对电池上的瞬时电压进行采样。该特征对于在没有负载连接至DC/DC输出的情况下对电池模块进行充电时的使用是很重要的。控制器还可以具有来自AC/DC模块或沿AC/DC模块的输出的某个点的输入，从而使得控制器能够判断是否正在发生电流短时下降，以便正确地对MOSFET栅极信号定时。在这些短时下降期间，控制器可以通过向MOSFET的栅极施加控制电压以使得在控制器正在对电池进行测量时将电池与电路断开，来测量电池上的电压。还可以用电流传感器来测量通过电池的电流。控制器还向AC/DC转换器提供控制输入，以便根据围绕电池所测量的参数来控制该转换器的输出电压。
除了使用具有较小电容器平滑的电路结构的尺寸和成本方面的优势之外，该充电系统的另一特征在于，由于所使用的相对较差水平的平滑，在每个AC周期期间允许来自转换器的DC输出电压两次下降至对一个或多个内部电池进行充电所需的电平以下，在此时，AC/DC转换器由此停止向内部电池提供输出电流。在这些电流短时下降期间，输出甚至能够下降至低于DC/DC转换器向便携式设备供电所需的电平。在这些没有充电电流的时间段期间，可以测量其中一个或多个单体电池的属性，诸如电池化学特性、端子电压、温度、充电饱和度(charge fill)、或与该一个或多个单体电池自身相关的任何其它属性。根据其它配置，与各个单体电池串联的MOSFET可以用于将单体电池与充电电路以及其它单体电池隔离，以便无障碍地执行这些测量，而不论充电电流是否由于输出短时下降而中止。此外，可以以线性模式来使用MOSFET，以便根据所期望的电流来控制通过任何单体电池的电流，而不管电池电压如何，从而使得弱的或部分充电的单体电池能够以其期望的速率进行充电。
一种示例性实施方式涉及一种充电器，其包括：
(i)第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
(ii)第二电压转换器，其串联连接至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
(iii)腔，用于容纳包含至少一个单体电池的电池，所述电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且使得所述电池能够将所述电流提供至所述第二电压转换器；以及
(iv)控制器，其被配置为使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的至少一部分期间，所述控制器调节从所述电池流到所述第二电压转换器的电流，并且在所述周期的其它部分期间，所述控制器调节从所述第一电压转换器流入所述电池的电流。
这种充电器可以进一步包括平滑电容器，其与所述第一电压转换器相关联，所述电容器具有足够低的值来产生所述平滑特性。在此情况中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。可替换地，所述平滑特性可以源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
在任何上述充电器中，在调节流入或流出所述电池的电流时，所述控制器可以使用以下至少一项：
(i)对电池的存在性的确认；
(ii)所述第一DC电压的电平；
(iii)流入或流出所述电池的电流；
(iv)所述电池的端子电压；以及
(v)所述电池的内部电阻。
如果，根据选项(i)而并未确认已安装电池的存在，则所述控制器被配置为使得所述第一DC电压上升至比在安装了电池的情况下将会产生的额定电压输出更高的电压。
其它实施方式可以涉及如前所述的一种充电器，其中，所述控制器根据所述电池的充电水平来调节流入所述电池的充电电流。在该示例性情况下，所述控制器根据预定的充电程序来调节流入所述电池的充电电流，所述预定的充电程序适于根据所述电池的状态来对所述电池充电。
此外，任意上述系统可以进一步涉及一种充电器，其中，所述控制器根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段期间调节从所述电池汲取的电流。另外，所述控制器可以执行用于判断所述电池是一次电池还是二次电池的预定例程，在此情况下，如果所述电池是一次电池，则所述控制器应该禁止电流流入所述电池。
任意上述系统的可替换实施方式可以进一步涉及一种充电器，其进一步包括与所述电池串联的门控开关，并且其中，所述控制器借助于所述门控开关来调节流入或流出所述电池的电流。有利的是，所述门控开关可以是场效应晶体管。可以通过以定时开关模式或线性模式操作所述门控开关来调节流入或流出所述电池的所述电流。
在任意上述充电器中，所述控制器可以被配置为在任意周期期间防止从所述电池汲取比输入至所述电池的电能更多的电能。
另一种示例性实施方式可以涉及一种充电器，其包括：
(i)第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
(ii)第二电压转换器，其串联至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
(iii)腔，用于容纳并联连接的多个单体电池，所述单体电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述单体电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且使得所述单体电池能够将所述电流提供至所述第二电压转换器；
(iv)电子开关，其与所述单体电池之中的每个单体电池串联设置，从而使得所述电子开关控制流入或流出所述单体电池之中的每个单体电池的电流；以及
(v)控制器，其被配置为使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的至少一部分期间，所述控制器调节从所述单体电池之中的选定单体电池流到所述第二电压转换器的电流，并且在所述周期的其它部分期间，所述控制器调节从所述第一电压转换器流入所述单体电池之中的所述选定单体电池的电流。
这种充电器可以进一步包括平滑电容器，其与所述第一电压转换器相关联，所述电容器具有足够低的值来产生所述平滑特性。在此情况中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。可替换地，所述平滑特性可以源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述单体电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
在配有并联单体电池的任意上述充电器中，在调节流入或流出所述单体电池的电流时，所述控制器可以使用以下至少一项：
(i)对单体电池存在性的确认；
(ii)所述第一DC电压的电平；
(iii)流入或流出所述单体电池的电流；
(iv)所述单体电池的端子电压；以及
(v)所述单体电池的内部电阻。
如果，根据选项(i)而并未确认任何特定的已安装单体电池的存在，则所述控制器被配置为使得所述第一DC电压上升至比在安装了单体电池情况下将会产生的额定电压输出更高的电压。
其它实施方式可以涉及如前所述的一种配有并联单体电池的充电器，其中，所述控制器根据所述单体电池之中的任一单体电池的充电水平来调节流入该单体电池的充电电流。在该示例性情况中，所述控制器可以根据预定的充电程序来调节流入该单体电池的充电电流，所述预定的充电程序适于根据该单体电池的状态来对该单体电池充电。
此外，任意上述系统可以进一步涉及一种配有并联单体电池的充电器，其中，所述控制器根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段期间调节从所述单体电池汲取的电流。另外，所述控制器可以执行用于判断所述单体电池是一次单体电池还是二次单体电池的预定例程，在此情况下，如果一单体电池是一次单体电池，则所述控制器应该禁止电流流入该单体电池。
有利的是，在这些充电器中所述的电子开关可以是场效应晶体管。可以通过以定时开关模式或线性模式操作这些电子开关来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
再另一实施方式可以涉及一种充电器，包括：
(i)第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
(ii)第二电压转换器，其串联连接至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
(iii)腔，用于容纳包含至少一个单体电池的电池，所述电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且使得所述电池能够将所述电流提供至所述第二电压转换器；以及
(iv)控制器，其被配置为根据所述电池的充电状态来调节流入或流出所述电池的电流的流动。
这种充电器可以进一步包括平滑电容器，其与所述第一电压转换器相关联，所述电容器具有足够低的值来产生所述平滑特性。在此情况中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。可替换地，所述平滑特性可以源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
在任意上述充电器中，在调节流入或流出所述电池的电流时，所述控制器可以使用以下至少一项：
(i)对电池的存在性的确认；
(ii)所述第一DC电压的电平；
(iii)流入或流出所述电池的电流；
(iv)所述电池的端子电压；以及
(v)所述电池的内部电阻。
如果，根据选项(i)而并未确认已安装电池的存在，则所述控制器被配置为使得所述第一DC电压上升至比在安装了电池的情况下将会产生的额定电压输出更高的电压。
其它实施方式可以涉及如前所述的一种充电器，其中所述控制器根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的时间段期间调节从所述电池汲取的电流。根据更多实施方式，所述充电器也可以执行用于判断所述电池是一次电池还是二次电池的预定例程，在此情况下，如果所述电池是一次电池，则所述控制器应该禁止电流流入所述电池。
上述系统的可替换实施方式可以进一步涉及一种充电器，其进一步包括与所述电池串联的门控开关，并且其中，所述控制器借助于所述门控开关来调节流入或流出所述电池的电流。有利的是，所述门控开关可以是场效应晶体管。可以通过以定时开关模式或线性模式操作所述门控开关来调节流入或流出所述电池的所述电流。
在任意上述充电器中，所述控制器可以被配置为在任意周期期间防止从所述电池汲取比输入至所述电池的电能更多的电能。
另一示例性实施方式可以涉及一种充电器，包括：
(i)第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
(ii)第二电压转换器，其串联连接至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
(iii)腔，用于容纳并联连接的多个单体电池，所述单体电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述单体电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且使得所述单体电池能够将所述电流提供至所述第二电压转换器；
(iv)电子开关，其与所述单体电池之中的每个单体电池串联设置，从而使得所述电子开关控制流入或流出所述单体电池之中的每个单体电池的电流；以及
(v)控制器，其被配置为根据所述单体电池的充电状态，来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
这种充电器可以进一步包括平滑电容器，该平滑电容器与所述第一电压转换器相关联，所述电容器具有足够低的值来产生所述平滑特性。在此情况中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。可替换地，所述平滑特性可以源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述单体电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
在配有并联单体电池的任意上述充电器中，在调节流入或流出所述单体电池的电流时，所述控制器可以使用以下至少一项：
(i)对单体电池的存在性的确认；
(ii)所述第一DC电压的电平；
(iii)流入或流出所述单体电池的电流；
(iv)所述单体电池的端子电压；以及
(v)所述单体电池的内部电阻。
如果，根据选项(i)而并未确认任意特定的已安装单体电池的存在，则所述控制器被配置为使得所述第一DC电压上升至比在安装了单体电池的情况下将会产生的额定电压输出更高的电压。
在这种充电器中，所述控制器根据所述单体电池之中的任一单体电池的充电水平来调节流入该单体电池的充电电流。在该示例性情况中，所述控制器可以根据预定的充电程序来调节流入所述单体电池之中的任一单体电池的充电电流，所述预定的充电程序适于根据该单体电池的状态来对该单体电池充电。此外，在这种充电器中，所述控制器可以根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段期间调节从所述单体电池汲取的电流。所述充电器还可以执行用于判断所述单体电池是一次单体电池还是二次单体电池的预定例程，在此情况下，如果单体电池是一次单体电池，则所述控制器应该禁止电流流入单体电池。
有利的是，在这些充电器中所述的电子开关可以是场效应晶体管。可以通过以定时开关模式或线性模式操作这些电子开关来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
术语“电池”在本领域应该被严格地用来表示多个电化学单体电池的组合。然而，术语“电池”在其广泛使用的意义上经常被理解为电化学电源，不管其是由一个单体电池还是几个单体电池组成。要理解的是，在本申请中，术语电池可以以其普遍意义来使用并且可以被要求权利。
此外，要理解的是，本公开内容可应用于电源，而不管电池是如何配置在供电电路中的。因为电池腔是实现此目的的最常用方法，因此以一般性方式使用了该术语，并由此对其要求了权利，并且电池腔旨在包含配置电池的任何方式，不管是电池腔还是电池夹具，或者是线连(wired-in)电池，或者甚至是外部连接的电池。
附图说明
依据以下结合附图给出的详细描述，将会更为全面地理解和认识本发明，在附图中：
图1示意性地示出了在本公开内容中所述的示例性壁式充电单元的电路图，其用于从AC壁式插座向便携式电子设备提供DC电流；
图2示出了当在系统中安装了已充电的电池时，从AC/DC转换器模块输出的电流的形式；
图3示出了当在系统中未安装电池或安装了非常弱的电池时，从AC/DC转换器模块输出的电流的形式；
图4示意性地示出了在图1的单元中所使用的AC/DC转换器的所期望的电压-电流输出特征；以及
图5示意性地示出了示例性壁式充电单元的电路图，其类似于图1中所示的电路图，但是其电池是由并联连接的多个单体电池构成的。
具体实施方式
首先参考图1，其示意性地示出了用于从AC壁式插座或其它AC源12向便携式电子设备11提供DC电流的示例性壁式充电器电源单元的电路图。该壁式充电器配有一个或多个可充电单体电池13，用于在没有可用的AC源或没有连接AC源时向设备11供电。当在该设备中使用一次单体电池来替代可充电单体电池时，此类电路的优势的特定方面也是有效的。以下将进一步讨论此情况，但是主要的描述是针对使用一个或多个可充电单体电池的情况进行的。
对该电源单元的AC输入进行转换，有利的是使用AC/DC切换模式电源14，其可以是脉冲宽度调制类型的，其输出通常高达几伏特的DC的大致平滑的DC电压。该电压被输入至第二转换器15，该第二转换器15是DC/DC转换器，其能够对较宽范围的DC输入进行转换，并提供良好平滑的DC输出以便向便携式设备11供电。另外，来自AC/DC转换器的输出提供至电池模块13的正端子。该双阶段电源类似于在上述共同未决的公布的国际申请WO 2009/113062中所述的电源。在该示例性电路中，在用以向转换器输入AC功率的整流器桥的输出处未使用平滑电容器，并且可以在AC/DC转换器的输出处使用相对较小的电容器C1，如在该申请中所述的，从而减小了充电器的尺寸和成本。一般而言，对于选择该电容器的值来提供此结构的优点的一个可能的准则会是，确保该电容器存储的大部分电能在AC的每半个周期期间被排放掉。使用具有这种小值的输出电容器C1意味着AC/DC转换器的输出纹波可能相对较高，以使得输出电压可以随着线电压的下降而每个周期两次显著地短时下降至低于提供额定输出电压的电平。然而，如以下将会解释的，输出中的这种下降并不会显著影响电路的两个主要功能，即：(1)对任意一个或多个内置电池13进行充电，以及(ii)经由DC/DC转换器15向便携式设备11提供输出功率。此外，由此较差的平滑所导致的输出中的短时下降能够实现本发明充电系统的多个新颖特征。因此，可能由于使用具有比现有技术的电源通常使用的输出电容器电容低很多的输出电容器而产生相对较差的平滑，该相对较差的平滑可以被认为是当前所述的电源系统的重要特征之一。
为了进行该系统的操作，参考图2，图2示出了从AC/DC转换器模块输出的电流的形式。对于在使用优选全波整流时转换为100Hz的电流周期的50Hz的主输入而言，输出电压除了在10毫秒间隔处存在短时下降之外在其额定电平处恒定，在该10毫秒间隔中，来自整流器桥的输入电压下降至低于维持输出电容器的稳定电压(plateau voltage)所需要的电平，如在以上以及在上述WO2009/113062中所解释的。这些短时下降的宽度通常可以是在10毫秒重复时间内的2毫秒量级，这取决于AC/DC转换器的标准属性以及汲取的负载电流。对于周期时间的大部分，AC/DC转换器由此提供电流以便对电池模块13进行充电，或者经由输出DC/DC转换器进行输出。另一方面，在电池模块的正端子上的电压在电池模块13的输出电压处近似恒定。
电池模块的正输出被导向DC/DC转换器15，DC/DC转换器15的输出是用于操作与该充电器相连的移动设备11的稳定化DC电压。该输出可以具有公知的电压/电流源特性，提供相当恒定的电压，直至达到能够供应的最大电流，超过该最大电流，电压迅速下降至0。
只要AC/DC模块的输出处于其正常操作电平，其就经由DC/DC转换器模块15向负载提供电流。当由于AC输入电压中的周期性下降使得输出下降至低于电池模块13的端子电压时，就可以从电池模块13补足对负载的电流不足(shortfall)。AC/DC模块14在周期中其输出其额定电压电平的部分期间，对电池模块进行充电。在电压短时下降期间，当AC/DC模块不再能够为设备负载11提供电流时，电池13为负载11供应电流。由于电流供应时间比该电流短时下降的长度长得多，如果单体电池需要被充电时，还可以存在对单体电池的整体充电效应。此方案的一个优点在于，在AC/DC模块的输入处不需要大平滑电容器，因为在所供应的电流中导致的短时下降不会干扰充电器的操作。在该电压短时下降期间，系统持续从电池供应电流，并且即使是未安装电池，由于DC/DC转换器的缓冲效应，在合理限制内的短时下降深度也不影响负载的操作。此外，已知的是，电池的周期性放电对于电池寿命和电荷容量而言是有利的，从而使得在AC/DC转换器短时下降期间从电池模块中汲取电流也对电池本身有着有利影响。
借助于控制器来确保该电源的适当操作，所述控制器诸如微处理器或微控制器17，其管理该电源内的电流。微处理器确保DC/DC转换器接收到为该设备供电所需要的电能，不管是从电池模块13接收还是从AC/DC转换器14接收，并且确保AC/DC转换器仅在可能进行电池充电时向电池提供足够的充电功率。电池模块13可以具有与其串联的门控开关，诸如MOSFET 16，以使得能够根据施加至MOSFET上的栅极电压来将电池与电路连接或断开。施加至栅极上的电压Vgate可以由微处理器17产生，微处理器17可以将来自电路中不同点的多个输出用于其控制输入。其可以具有来自电池的输入Vbat-和I-，在该处可以测量Vbat+，从而使得微处理器可以对电池上的瞬间电压进行采样。该特征对于在没有负载连接至DC/DC输出上的情况下对电池模块进行充电时的使用来说是重要的。微处理器还可以具有来自AC/DC模块的输入(在图1中被标记为“线”)或具有来自AC/DC模块的输出的输入，以使得其能够判断何时发生电流短时下降，以便对MOSFET栅极信号进行准确定时。在这些短时下降期间，微处理器可以通过向MOSFET的栅极施加控制电压Vgate以便在微处理器对电池进行测量时将电池与电路断开，来测量电池上的电压。还可以通过测量横跨小电流感测电阻器R的电压并在引脚I+、I-处输入微处理器，来测量流过电池的电流。MOSFET可以位于电池的负极侧上，或者位于电池的正极侧上并在电池与来自AC/DC转换器的电流输入之间。微处理器还可以向AC/DC转换器提供控制输入AC/DCcont，以便根据在电池周围测量的参数来控制该转换器的输出电压。
当没有安装电池时，该系统必须持续以正常方式操作，从AC主电源12向负载11提供电流。如上所述，当存在电池时，在电容器C1和AC/DC模块的输出上的电压固定在电池电压处。当不存在电池时，或存在耗尽的电池时，允许在电容器上的电压上升至一电平，该电平由AC/DC转换器模块的输出特性确定，或由AC/DC模块从微处理器17接收到的控制信号确定，或由二者的组合确定。预先确定所述AC/DC特性，以便允许电容器电压上升至一个数倍于电池电压的电平。对于在DC/DC输出处输出5V的系统而言，典型的值可以是8至12V量级的。在电容器上产生的这个相对较高的电压是重要的，因为其使得电容器能够存储比在安装了电池时通常需要存储的电能多很多的电能。在没有安装电池的情况下，正是使用该电容器的电能来在电流短时下降期间为负载提供其电流。可以使用具有比在常规电源中所使用的电容器的值小很多的值的电容器，这是因为允许在该点处的输出电压显著下降，在将电流施加至负载之前存在DC/DC转换器15的另一转换阶段，从而使得这些短时下降的影响有限。
现在参考图3，可以看到电容器电压的特性类似于AC/DC模块的电流供应输出特性，当AC输入电压不再能够供应所需输出电压时，电容器电压在AC周期的短时下降处下降。这个下降甚至被允许是显著的下降，例如下降一半，甚至小于稳定的最大值，其中缺失的相应输出电流由存储在电容器中的电能供应给负载。
该充电系统有5种不同的主要操作模式：
(1)当电池被完全或几乎完全充电并处于良好的状态中时，主要使用来自AC/DC转换器的电流来直接经由DC/DC转换器对设备11供电，并且该电流的一部分被引导来对电池13充电以便将电池维持于完全充电状态。在这些条件下，电容器电压保持接近电池端子电压，以使得其不会存储较大的电能储备。当来自AC/DC转换器的电流在每半个周期处短时下降至低于负载所需的水平时，主要为负载提供来自电池13的电流，其中，在后续电流期间，电池电荷的较小水平的放电由AC/DC转换器再次充满。因此，电池充当储备电容，仅在AC/DC输出电压短时下降期间提供电能脉冲。在电容器C本身中存储的电能的放电对于该操作模式而言相对不重要。如果电池处于良好状态但是仅处于部分充电状态中，则与电池处于完全充电的情况相比，在电流时间段期间，AC/DC转换器的输出电流应该较高并被有差异地划分，输出电流的更多地被转换成对电池进行充电。
(ii)当在该系统中未安装电池时，允许AC/DC转换器的输出升高至一个比在安装有电池时所获得的电平更高的电平。该情况可以由微处理器检测到，或者是由于AC/DC转换器的特性，或者是由于使用输入电池的电流的缺乏来向AC/DC模块输入信号，以允许其输出电压上升，诸如上升至4V，如图3的实例所示。因此在电容器中存储多很多的电能，因为在电容器中存储的电能与其上的电压的平方成正比。在此情况下，仅借助于电容器C中的电能的放电来提供在AC/DC转换器输出中的周期性短时下降期间的负载电流，电容器C由于其较高的存储电能而能够向设备提供该电能不足。
(iii)当电池较弱或者处于较差充电状态时(如在AC/DC转换器输出中的短时下降期间执行的测量所确定的，其随后被输入至微处理器)，应该使用特殊的充电过程来确保电池的最佳充电。首先，应该以比较强或完全充电的电池更慢的速度来对电池进行充电，并且通常使用比为负载供电所需的电流更小的电流。上述过程已经在被公布为WO 2008/072232的题为“Charging Methods for Battery Powered Devices”的共同未决PCT专利申请PCT/IL2007/001532中作为预充电过程进行了描述，该申请以其整体通过引用方式并入本文。第二，为了保持其累积的电荷，应该不允许电池向DC/DC转换器放电以便输出至负载设备。因此，负载设备应该在AC/DC输出功率短时下降期间仅从电容器接收其输入功率。因此，对于此情况而言，微控制器17应该使得AC/DC输出电压能够上升，以使得有更多电能存储在电容器中以便在AC/DC输出短时下降期间为负载提供其所需的电流。另外，在输出电压的稳定时间段期间，应该按照弱的或部分充电的电池所要求的，以更慢的速度对电池进行充电。可以通过使用串联的MOSFET 16以线性方式来控制充电电流，而不是以ON-OFF开关来控制，从而使得其充当线性电流源，根据微处理器17所提供的控制输入信号来持续地控制该充电电流。以下将对其进行更为详细的描述。微处理器可以通过使用横跨感测电阻器R产生的电压或者通过以充电时间来测试电池电压的上升，来感测电池充电电流，所述测试实质上测量电池的内部电阻，如上述WO 2008/072232中所描述的。
(iv)如果在该充电系统中安装了一次电池，则该情况可以由在MOSFET 13将电池与电路断开时激发的电池化学特性检测系统检测到。上述WO 2008/072232包含了对这种电池化学特性检测过程的描述。这种一次电池在AC/DC输出短时下降期间仍能够向负载提供电流，尽管在AC/DC输出较高的时间段期间MOSFET 16应该保持在打开状态以防止将充电电流导向该一次电池。可替换地，控制器可以被编程为，使得当检测到一次电池时，仅在该电源从AC功率源断开的情况下，由其MOSFET将电池连接至电路并允许其放电，从而使得内部电池变为唯一的功率源。以此方式，能够禁止对一次电池的充电。
(v)当该电源未连接至AC功率源时，则电池模块13直接向DC/DC转换器15提供电流以便为负载设备11供电。
如上所述的，AC/DC转换器14还可以被设计为提供适合于所需工作状况的输出，而并非必然需要来自微处理器17的控制输入。现在参考图4，图4示意性地示出了AC/DC转换器的所期望的电压-电流输出特征，该特性使得该转换器能够自适应于充电系统所需的状况。如图所示，该转换器充当电流/电压源。只要有充足的电流被汲取，该转换器的特性就接近于纯电流源，其中，电压下降以自适应于汲取的电流。另一方面，如果从AC/DC转换器汲取的电流下降至低于一预定值，诸如在不存在需要充电的电池时会发生的情况，则输出电压会上升，直至AC/DC转换器实质上充当纯电压源，如图4所示的。这是在上述(ii)至(iv)情况下会存在的状况，并且对于在此使用的1.5伏单体电池的实例，可以允许输出电压上升至约4V量级，其是该实例的AC/DC转换器的开路输出。
除了源自于AC/DC转换器特性的控制之外，还能够借助于串联的MOSFET 16来持续地控制从该转换器流出的电流，如以上在情况(iii)中所述的。因此，即使是当AC/DC转换器正在以其4V的满输出电压输出小或中等电流时，通过以线性方式控制MOSFET，也可以控制从AC/DC模块汲取的平均电流。虽然为了控制该电流，通常优选地使用AC/DC转换器特性而非MOSFET的该线性模式，但是，由于FET开关涉及到功率浪费、发热和较低的效率，因此在需要在AC/DC转换器特性无法涉及到的点处控制电池电流的情况中可以使用FET开关。例如，如在以上情况(iii)中，如果在电路中有弱或充电相对较低的电池，并且需要控制电池输入电流以便例如测试电池化学特性、或通过测量作为横跨电池的电压增量的函数的、通过电池的电流改变来检查电池的内部电阻、或执行预充电过程以便增加其电荷容量，并且AC/DC转换器的输出电压在其4V的最大电平处，则可以以串联的FET的线性模式来使用该串联的FET以便控制该电流执行所需功能。
一种更为高效的操作模式是以时间切换模式来使用MOSFET，仅根据电池的状态或电池的充电状态来允许电流流入电池。该控制确保了施加至电池的平均电流不会超过适合于此类型的电池的平均充电电流。
可替换地，可以使用基于微处理器所测量的电路参数而从微处理器获得的针对AC/DC转换器的控制输入，来直接控制AC/DC转换器的输出电流。此举由此完全消除了对MOSFET的需求。可以直接对该输出电流进行控制，或者，可以对AC/DC转换器的输出电压进行控制，从而通过该系统的电流/电压特性获得期望的输出电流。
通过使用动态算法来确定如何根据电流和电压的测量值以及负载所需的电流来驱动AC/DC转换器，提供了能够使用微处理器17控制系统操作的另一实例。可以使用该方法来代替使用在电压短时下降期间测量的特性或使用MOSFET开关功能。该算法实质上确定电池的状态以及负载需求，并且由此确定如何驱动AC/DC转换器。使用电流感测电阻器R，获知了流入或流出电池的电流并将其值输入至微处理器17，并且还测量电池的端子电压并将其输入至微处理器17。高电池电流放电与低端子电压的同时出现表明了电池处于耗尽状态，并且该算法由此提供适当的输出命令至AC/DC转换器，使其在主要对电池进行充电的模式中操作。相反，低电池放电电流与高端子电压的同时出现表明了电池处于完全充电状态，并且该算法由此提供适当的输出命令至AC/DC转换器，使其在主要向负载引导电流的模式中操作。该算法可在AC周期的任何时间点处操作。
已经针对配有单个电池的壁式充电器描述了上述实施方式，而没有提及在电池中的单体电池的数量。已经将电池视为一种产生EMF的两端子型器件而不管其内容如何。然而，还可以在充电器中使用多个单个的单体电池，并且可以分别控制流入每个单体电池的充电电流或者分别控制从这些单体电池中的每一个单体电池汲取的负载电流。这种实施方式具有的优势在于，提供了根据每个单个单体电池的类型、其当前充电状态以及其总储电量等来对每个单个单体电池进行充电的能力。
现在参考图5，图5示意性地示出了这种示例性壁式充电单元的电路图，其配有多个并联连接的可充电单体电池，诸如，可以用于在没有可用的AC源时或没有连接AC源时为设备供电的可充电单体电池。该实例的中心特征是该多个并联连接的可充电单体电池，每个单体电池具有与之串联的MOSFET，从而使得每个单体电池皆能够根据施加至MOSFET的栅极电压而连接至系统或与系统断开。施加至每个栅极的电压皆由微处理器产生，该微处理器使用与每个单体电池的性能有关的多个测量值以及每个单体电池所提出的要求作为控制输入。因此，在该电池单元中的各个单体电池可以根据其需要以及其要求而被独立地充电。
与上述示例性的单电池系统相同，在本系统中，该充电单元的AC输入52由AC/DC开关模式电源54有利地进行转换，AC/DC开关模式电源54通常是脉冲宽度调制类型的，其输出高达几伏DC的大致平滑的DC电压。该电压被输入至第二转换器55，即DC/DC转换器，从该第二转换器55输出低纹波的DC输出来为便携式设备51供电。可以在AC/DC转换器的输出处使用相对较小的电容器C5。
来自AC/DC转换器54的输出被导入该多单体电池型电池模块的正极总线。该模块包含多个分开的单体电池58、59、60、61……，其每一个皆连接在正极总线与系统的地之间。MOSFET 68、69、70、71……与每个单体电池串联，或者连接在单体电池与系统的地之间，或者连接在单体电池与正极总线之间。由此，能够根据施加至MOSFET上的栅极电压而将每个单体电池与电路连接或断开。如从上述图2和3中明显可知的，对于AC周期的大部分而言，AC/DC模块向该多单体电池型电池模块的正极总线提供电流。在正极总线上的电压由该多单体电池型电池模块所提供的电平上(通常为1.5V)近似恒定。
该多单体电池型电池模块的正极总线被输出至DC/DC转换器55，该DC/DC转换器55的输出是非常平滑的DC电压，以便操作与该充电器相连的移动设备。
只要AC/DC模块54的输出处于其稳定电平，其就经由DC/DC转换器模块55向负载51提供电流，并且在由于AC输入电压的周期性下降导致输出下降时，对负载的电流不足被由多单体电池型电池模块补足。如果这些单体电池中有任何单体电池的放电比其他单体电池的放电更多且需要补电，则针对来自AC/DC转换器54的充电电流而将同一逻辑施加至单体电池58、59……。只要AC/DC模块输出其额定电流水平，AC/DC模块就对单体电池进行充电，并且在电流短时下降处，单体电池放电以便为负载供电。由于在稳定电压处的电流供应时间比电流短时下降的宽度长很多，因此对这些单体电池有整体充电效果。该方案的优点之一在于，不需要良好程度的平滑，诸如借助于在AC/DC模块的输入处的大电容器实现的良好程度的平滑，这是因为在所供应的电流中的短时下降不会干扰该充电器的操作。在电流短时下降期间，系统继续从电池提供电流，并且在合理限制内的短时下降的深度不会影响负载的操作。
每个单体电池通常具有与之串联的MOSFET，从而使得能够根据施加至MOSFET上的栅极电压而将单体电池与电路连接或断开。施加至栅极的电压由微处理器或微控制器57产生，微处理器或微控制器57将来自电路中不同点处的多个输入用于其控制输入。其具有来自单体电池自身的输入，从而使得在每个单体电池上的瞬间电压能够由微处理器57进行采样。还可以提供从感测电阻器R获得的电流感测输入，以确定流过每个单体电池的瞬间电流。该感测功能可以是在从AC/DC转换器的输出总线至该多单元电池模块的导线上的单个电阻器，如图5所示，在此情况下，电流读出将取决于哪个MOSFET正在使能其单体电池至总线的连接；或者，该感测功能可以是能够与每个单体电池串联设置的感测电阻器，从而使得能够连续地确定流过每个单体电池的瞬间电流。微处理器还可以具有来自AC/DC模块的输入，从而使得其能够判断何时发生电流短时下降，以便正确地对MOSFET栅极信号进行定时。在这些短时下降期间，微处理器可以通过向MOSFET的栅极施加控制电压以便在微处理器正在对相关单体电池进行测量时将该相关单体电池与电路断开，来测量在每个单体电池上的电压。微处理器57还可以具有至AC/DC转换器的输出，以便根据与每个单体电池相关的已测量参数来控制该转换器的输出电压。
使用并联连接的多个单个单体电池可以是使用单体电池的最高效的方式，因为单个弱单体电池将不会限制整个电池模块的放电能力。此外，通过正确地开关适当的MOSFET，可以使用较低充电电流和预充电过程来适当地对这种单个弱单体电池进行充电。因此，例如，如果电池具有并联的一些强单体电池和一些弱单体电池，则所述开关和电源控制可以被编程为：根据AC/DC转换器的控制，使得强单体电池以其全速率进行充电，并且充当电容器，在AC/DC输出较低时向负载供电。另一方面，弱单体电池可以如上所述地进行适当处理，以较低充电电流进行充电并在AC/DC电流短时下降期间与负载断开，同时允许电容器在AC/DC输出短时下降期间产生较高电压以便持续地为负载供电。随后，可以使用其串联的MOSFET的线性控制模式来实现对流入弱单体电池的电流的控制。因此，通过在AC输入的连续周期中的顺序测量和控制，可以独立地控制该电池中每个单体电池的适当电流特性。在每个周期期间，或者更准确地说，在每半个周期期间，在电流短时下降期间测量一不同的单体电池，以便确定其状态，并由此确定如何对其充电或者如何在即将到来的半个周期期间使用其电荷。作为顺序测量和充电的可替换方案，可以同时对其中几个或全部单体电池执行该过程。
还可以以其他方法连接电池模块中的单体电池，诸如串联方式或串联并联组合方式。对于每个特定组合，微处理器应该对MOSFET的开关进行编程，以使得每个单体电池被正确地以该速率进行充电并且被充电至所需电压。
此外，该多单体电池型并联电池组允许在电池模块中使用混合单体电池，并且当电池化学特性检测适合于该系统时，将对每个单体电池进行充电或者并不根据其类型进行充电。在这点上，线性模式的MOSFET的使用使得能够容易地执行电池化学特性的确定，因为其使得能够独立于单体电池的电压本身来紧密控制通过单体电池的电流，诸如电池化学特性检测的预充电过程所要求的，其中，仅要求100或200mA的电流来进行测试。因此，在本申请中描述的电源足够灵活，以使得其能够处理电池内的不同单体电池组合，根据每个单体电池的特定类型和状况、其周围的环境状况以及电池所连接的负载来对其进行充放电，其中，针对每个单体电池的决定是由控制器在AC输入功率的每个连续周期处实时地做出的。
本领域技术人员应该认识到，本发明并不受到以上具体示出并描述的内容的限制。相反，本发明的范围包括以上所述的各个特征的组合和子组合及其变体和修改，在本领域技术人员阅读了上述描述后会想到这些组合和子组合及其变体和修改，并且它们也并非现有技术。
Claims (51)
1.一种充电器，包括：
第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
第二电压转换器，其串联至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
腔，用于容纳包含至少一个单体电池的电池，所述电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且所述电池将所述电流提供至所述第二电压转换器；以及
控制器，其被配置为使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的至少一部分期间，所述控制器调节从所述电池至所述第二电压转换器的电流，并且在所述周期的其它部分期间，所述控制器调节从所述第一电压转换器流入所述电池的电流。
2.如权利要求1所述的充电器，进一步包括：平滑电容器，其与所述第一电压转换器相关联，并且其中，所述电容器具有足够低的值来产生所述平滑特性。
3.如权利要求2所述的充电器，其中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。
4.如权利要求1所述的充电器，其中，所述平滑特性源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
5.如上述任一权利要求所述的充电器，其中，在调节流入或流出所述电池的电流时，所述控制器使用以下至少一项：
对电池的存在性的确认；
所述第一DC电压的电平；
流入或流出所述电池的电流；
所述电池的端子电压；以及
所述电池的内部电阻。
6.如上述任一权利要求所述的充电器，其中，所述控制器根据所述电池的充电水平来调节流入所述电池的充电电流。
7.如权利要求6所述的充电器，其中，所述控制器根据预定的充电程序来调节流入所述电池的充电电流，所述预定的充电程序适于根据所述电池的状态来对所述电池进行充电。
8.如上述任一权利要求所述的充电器，其中，所述控制器根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段期间调节从所述电池汲取的电流。
9.如权利要求1所述的充电器，其中，所述控制器执行用于判断所述电池是一次电池还是二次电池的预定例程，并且其中，如果所述电池是一次电池，则所述控制器禁止电流流入所述电池。
10.如上述任一权利要求所述的充电器，进一步包括：门控开关，其与所述电池串联，并且其中，所述控制器借助于所述门控开关来调节流入或流出所述电池的电流。
11.如权利要求10所述的充电器，其中，所述门控开关是场效应晶体管。
12.如权利要求10所述的充电器，其中，通过以定时开关模式操作所述门控开关来调节流入或流出所述电池的所述电流。
13.如权利要求10所述的充电器，其中，通过以线性模式操作所述门控开关来调节流入或流出所述电池的所述电流。
14.如权利要求5所述的充电器，其中，如果在所述腔中检测到没有安装电池或者是安装了一次电池，则所述控制器被配置为使得所述第一DC电压能够上升至比在安装了电池的情况下将会产生的额定电压输出更高的电压。
15.如上述任一权利要求所述的充电器，其中，所述控制器被配置为在所述周期中的任意周期期间防止从所述电池汲取比输入所述电池的电能更多的电能。
16.一种充电器，包括：
第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
第二电压转换器，其串联连接至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
腔，用于容纳并联连接的多个单体电池，所述单体电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述单体电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且使得所述单体电池能够将所述电流提供至所述第二电压转换器；
电子开关，其与所述单体电池之中的每个单体电池串联设置，从而使得所述电子开关控制流入或流出所述单体电池之中的每个单体电池的电流；以及
控制器，其被配置为使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的至少一部分期间，所述控制器调节从所述单体电池之中的选定单体电池流到所述第二电压转换器的电流，并且在所述周期的其它部分期间，所述控制器调节从所述第一电压转换器流入所述单体电池之中的所述选定单体电池的电流。
17.如权利要求16所述的充电器，进一步包括：平滑电容器，其与所述第一电压转换器相关联，并且其中，所述电容器具有足够低的值以产生所述平滑特性。
18.如权利要求17所述的充电器，其中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。
19.如权利要求16所述的充电器，其中，所述平滑特性源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述单体电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
20.如权利要求16至19中任一项所述的充电器，其中，在调节流入或流出所述单体电池之中的任一单体电池的电流时，所述控制器使用以下至少一项：
对单体电池的存在性的确认；
所述AC/DC转换器的输出处的所述第一DC电压；
流入或流出所述单体电池的电流；
所述单体电池的端子电压；以及
所述电池的内部电阻。
21.如权利要求16至20中任一项所述的充电器，其中，所述控制器根据所述单体电池之中的任一单体电池的充电水平来调节流入该单体电池的充电电流。
22.如权利要求21所述的充电器，其中，所述控制器根据预定的充电程序来调节流入所述单体电池之中的任一单体电池的充电电流，所述充电程序适于根据所述电池的状态来对所述电池进行充电。
23.如权利要求16至22中任一项所述的充电器，其中，所述控制器根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段期间调节从所述单体电池汲取的电流。
24.如权利要求16所述的充电器，进一步包括：被执行来判断所述单体电池是一次单体电池还是二次单体电池的例程，并且其中，如果一单体电池是一次单体电池，则所述控制器禁止电流流入该单体电池。
25.如权利要求16所述的充电器，其中，所述电子开关中的至少一些电子开关是场效应晶体管。
26.如权利要求16所述的充电器，其中，通过以定时开关模式操作所述电子开关来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
27.如权利要求16所述的充电器，其中，通过以线性模式操作所述电子开关来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
28.一种充电器，包括：
第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
第二电压转换器，其串联连接至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
腔，用于容纳包含至少一个单体电池的电池，所述电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且使得所述电池能够将电流提供至所述第二电压转换器；以及
控制器，其被配置为根据所述电池的充电状态和化学特性中至少一项，来调节流入或流出所述电池的电流的流动。
29.如权利要求28所述的充电器，进一步包括：平滑电容器，其与所述第一电压转换器相关联，并且其中，所述电容器具有足够低的值来产生所述平滑特性。
30.如权利要求29所述的充电器，其中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。
31.如权利要求28所述的充电器，其中，所述平滑特性源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
32.如权利要求28至31中任一项所述的充电器，其中，所述控制器使用以下至少一项来调节流入或流出所述电池的所述电流的流动：
对电池的存在性的确认；
在所述AC/DC转换器的输出处的所述第一DC电压；
流入或流出所述电池的电流；
所述电池的端子电压；以及
所述电池的内部电阻。
33.如权利要求28至32中任一项所述的充电器，其中，所述控制器根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的时间段期间调节从所述电池汲取的电流。
34.如权利要求28至33中任一项所述的充电器，其中，所述控制器执行用于判断所述电池是一次电池还是二次电池的预定例程，并且其中，如果所述电池是一次电池，则所述控制器禁止电流流入所述电池。
35.如权利要求28至34中任一项所述的充电器，进一步包括：门控开关，其与所述电池串联，并且其中，所述控制器借助于所述门控开关来调节流入或流出所述电池的电流。
36.如权利要求35所述的充电器，其中，所述门控开关是场效应晶体管。
37.如权利要求35所述的充电器，其中，通过以定时开关模式操作所述门控开关来调节流入或流出所述电池的所述电流。
38.如权利要求35所述的充电器，其中，通过以线性模式操作所述门控开关来调节流入或流出所述电池的所述电流。
39.如权利要求28至38中任一项所述的充电器，其中，所述控制器被配置为在所述周期中的任意周期期间防止从所述电池汲取比输入所述电池的电能更多的电能。
40.一种充电器，包括：
第一电压转换器，其输入AC功率并以第一DC电压输出DC电流，所述第一电压转换器具有平滑特性，从而使得在所述AC功率的每个周期期间存在时间段，在所述时间段期间，所述DC电流从其最大值大幅下降；
第二电压转换器，其串联连接至所述第一电压转换器，并且以第二DC电压输出功率，以便为电子设备供电；
腔，用于容纳并联连接的多个单体电池，所述单体电池连接至所述第一电压转换器的所述输出处，从而使得所述单体电池能够从所述第一电压转换器接收电流，并且使得所述单体电池能够将所述电流提供至所述第二电压转换器；
电子开关，其与所述单体电池之中的每个单体电池串联设置，从而使得所述电子开关控制流入或流出所述单体电池之中的每个单体电池的电流；以及
控制器，其被配置为根据所述单体电池的充电状态和化学特性中的至少一项，来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
41.如权利要求40所述的充电器，进一步包括：平滑电容器，其与所述第一电压转换器相关联，并且其中，所述电容器具有足够低的值来产生所述平滑特性。
42.如权利要求41所述的充电器，其中，所述平滑电容器位于所述第一电压转换器的所述输出处。
43.如权利要求40所述的充电器，其中，所述平滑特性源自于缺少平滑电容器，从而使得在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段的多个部分期间，来自所述单体电池的所述电流基本上是输入所述第二电压转换器以便为所述电子设备供电的唯一电流。
44.如权利要求40至43中任一项所述的充电器，其中，在调节流入或流出所述单体电池之中的任一单体电池的电流时，所述控制器使用以下至少一项：
对单体电池的存在性的确认；
所述AC/DC转换器的输出处的所述第一DC电压；
流入或流出所述单体电池的电流；
所述单体电池的端子电压；以及
所述电池的内部电阻。
45.如权利要求40至44中任一项所述的充电器，其中，所述控制器根据所述单体电池的充电水平来调节流入所述单体电池之中的任一单体电池的充电电流。
46.如权利要求45所述的充电器，其中，所述控制器根据预定的充电程序来调节流入所述单体电池之中的任一单体电池的充电电流，所述预定的充电程序适于根据所述单体电池的状态来对所述单体电池进行充电。
47.如权利要求40至46中任一项所述的充电器，其中，所述控制器根据所述电子设备的电流要求，在所述DC电流从其最大值大幅下降的所述时间段期间调节从所述单体电池汲取的电流。
48.如权利要求40所述的充电器，进一步包括：被执行来判断所述单体电池是一次单体电池还是二次单体电池的例程，并且其中，如果一单体电池是一次单体电池，则所述控制器禁止电流流入该单体电池。
49.如权利要求40所述的充电器，其中，所述电子开关中的至少一些电子开关是场效应晶体管。
50.如权利要求40所述的充电器，其中，通过以定时开关模式操作所述电子开关来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
51.如权利要求40所述的充电器，其中，通过以线性模式操作所述电子开关来调节流入或流出所述单体电池的所述电流。
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