跟蹤并存檔電池性能數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】描述一種智能可充電電池組，其具有用于監(jiān)測(cè)并控制電池組的充電和放電的電池管理系統(tǒng)。所述電池管理系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)與所述電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且所述電池管理系統(tǒng)還被配置為將所述與電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌幚砥鬟M(jìn)行分析。
【專利說明】 跟蹤并存檔電池性能數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年8月10日提出申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/522，204和于2011年4月28日提出申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/480，286的優(yōu)先權(quán)利益。
[0003]本申請(qǐng)關(guān)聯(lián)以下申請(qǐng):序列號(hào)為—，標(biāo)題為〃Latch Mechanism For BatteryRetention",于—提出申請(qǐng)的美國(guó)申請(qǐng)；序列號(hào)為—，標(biāo)題為"Battery ManagementSystem With MOSFET Boost System〃，于—提出申請(qǐng)的美國(guó)申請(qǐng)；序列號(hào)為—，標(biāo)題為"System and Method For Automatic Detection Of Battery Insertion〃，于 _ 提出申請(qǐng)的美國(guó)申請(qǐng)；序列號(hào)為—，標(biāo)題為〃Battery Management System For Control Of LithiumPower Cells〃，于—提出申請(qǐng)的美國(guó)申請(qǐng)；序列號(hào)為—，標(biāo)題為〃Viral Distribution ofData, Operating Parameters and Software Using A Battery As A Carrier〃，于—提出申請(qǐng)的美國(guó)申請(qǐng)；以上申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容包括在此處以供參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及一種向設(shè)備供電的電池組。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有存儲(chǔ)與電池的性能相關(guān)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的電池組和電池管理系統(tǒng)。內(nèi)部和外部處理器都可以訪問存儲(chǔ)器用于檢索并分析數(shù)據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0005]心肺復(fù)蘇(CPR)是一種知名的且有價(jià)值的急救方法，用于搶救遭受心臟驟停的人。CPR要求反復(fù)按壓胸部以擠壓心臟和胸腔帶動(dòng)血液流經(jīng)身體。人工呼吸，如嘴對(duì)嘴呼吸或通氣袋-面罩設(shè)備，用于向肺供應(yīng)空氣。當(dāng)急救者有效地進(jìn)行人工胸部按壓時(shí)，在身體里流動(dòng)的血流量約為正常血流量的25%到30%。然而，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)護(hù)人員也不能維持長(zhǎng)時(shí)間的充足的胸部按壓。參見 Hightower 等人，Decay In Quality Of Chest CompressionsOver Time, Ann.Emerg.Med.第26卷,第3期,第300頁。因此，CRP常常不能成功地維持或者使病人復(fù)蘇。然而，如果能夠保持充足的胸部按壓，則心臟驟停的受害者可以長(zhǎng)時(shí)間維持。偶爾報(bào)道CPR效果(45到90分鐘)被延長(zhǎng)，且受害者最終獲救于冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)。參見 Tovar 等人，Successful Myocardial Revascularization and Neurologic Recovery,Texas Heart J.271 第 22 卷(1995)。
[0006]為了提供更好的血流量并加強(qiáng)旁觀者努力復(fù)蘇的效果，提出了各種用于執(zhí)行CPR的醫(yī)療設(shè)備。在這種設(shè)備的一個(gè)變化中，在病人胸部周圍放置一個(gè)皮帶，且自動(dòng)胸部按壓設(shè)備拉緊皮帶以實(shí)現(xiàn)胸部按壓。參見我們自己的專利，Mollenauer等人，Resuscitationdevice having a motor driven belt to constrict/compress the chest,美國(guó)專利N0.6，142，962(2000 年 11 月 7 日);Bystrom 等人，Resuscitation and alert system,美國(guó)專利 N0.6，090，056 (2000 年 7 月 18 日);Sherman 等人,Modular CPR assist device,美國(guó)專利 N0.6，066，106(2000 年 5 月 23 日)；以及 Shennan 等人，Modular CPR assist device,美國(guó)專利N0.6,398,745 (2002年6月4日)；以及我們?cè)?001年5月25日提出申請(qǐng)的序列號(hào)為N0.09/866，377的申請(qǐng)，2002年7月10日提出申請(qǐng)的序列號(hào)為N0.10/192，771的申請(qǐng)和在2010年3月17日提出申請(qǐng)的申請(qǐng)序列號(hào)為N0.12/726，262的申請(qǐng)，該申請(qǐng)描述使用皮帶按壓病人胸部的胸部按壓設(shè)備。所有這些專利或申請(qǐng)的內(nèi)容包括在此處以供參考。
[0007]由于急救期間分秒必爭(zhēng)，CPR設(shè)備應(yīng)當(dāng)使用簡(jiǎn)單且便于快速部署在病人身上。我們自己的設(shè)備易于快速部署并且能夠顯著增加病人的生存機(jī)會(huì)。
[0008]這種設(shè)備的一個(gè)重要的方面是需要體積小、功能強(qiáng)大且穩(wěn)定的電源為設(shè)備供電。CPR至少執(zhí)行30分鐘并不尋常。因此，電源必須能夠向驅(qū)動(dòng)按壓設(shè)備的電機(jī)供應(yīng)至少該時(shí)間長(zhǎng)度的充足的能量。另外，電源的重量必須是相對(duì)較輕的，以便提高胸部按壓設(shè)備的可移動(dòng)性，然而設(shè)備必須在沒有顯著的電壓或電流下降的情況下延長(zhǎng)供應(yīng)功率的時(shí)間段以保證在治療期間連續(xù)進(jìn)行按壓。
[0009]現(xiàn)有的電池通常不能存儲(chǔ)與電池的所有使用歷史和性能相關(guān)的數(shù)據(jù)或信息。這種數(shù)據(jù)將會(huì)是有用的，因?yàn)樗试S分析電池的性能并可能提供與充電和放電周期、電池的位置以及電池出現(xiàn)各種問題或故障的頻率相關(guān)的趨勢(shì)信息。
[0010]當(dāng)這種電池結(jié)合設(shè)備(如通常被急救者(如消防部門或緊急醫(yī)療技術(shù)人員)使用的機(jī)械CPR設(shè)備)使用時(shí)，，電池往往要在使用者之間交換。在這種情況下，當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)分配到一個(gè)消防局或救護(hù)組的電池可能被另一個(gè)消防局或救護(hù)組不經(jīng)意地取走。通常，以前的電池缺少感測(cè)其位置的能力，因此在電池需要更新或調(diào)回維護(hù)或替換時(shí)不能跟蹤到電池的位置。
[0011]可以想象，一般在這種緊急情況下，電池不能粗率地處理。然而直到現(xiàn)在電池還是缺乏感測(cè)與粗率處理相關(guān)的參數(shù)的能力，并且因此不能記錄未來的分析來確定粗率處理影響電池的壽命和性能的程度。
[0012]即使電池能夠感測(cè)并記錄上述的事件類型，通常電池不能輕易地將存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)、服務(wù)器或其他處理器進(jìn)行分析。如果電池存儲(chǔ)器存在，最好是僅在電池返回維護(hù)或替換時(shí)查詢。
[0013]現(xiàn)在需要的，且至今無法提供的，是一種輕量穩(wěn)定的，并具有存儲(chǔ)各種有利于分析電池的性能、位置和壽命的事件記錄的存儲(chǔ)器的智能電池組。這種存儲(chǔ)器能夠通過外部系統(tǒng)(如服務(wù)器、或者通過其他計(jì)算機(jī)或處理器)從包括在電池內(nèi)部的通信系統(tǒng)查詢，或經(jīng)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，因特拉網(wǎng)或因特網(wǎng)查詢。這種可訪問的存儲(chǔ)器允許跟蹤電池的位置，在電池需要更新或替換時(shí)尤其有利。本發(fā)明滿足這些，以及其他需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]在一個(gè)最一般的方面，本發(fā)明提供一種能夠在較長(zhǎng)的時(shí)間段提供高功率和電流發(fā)動(dòng)設(shè)備的高性能電池組。另外，電池組包括電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)并控制電池操作的所有方面，包括電池的充電和放電。電池管理系統(tǒng)也能夠記錄在電池組充電和放電期間發(fā)生的事件，并傳輸這些事件供隨后分析。電池管理系統(tǒng)也能夠通過增強(qiáng)或改進(jìn)的操作參數(shù)進(jìn)行更新，并且能夠管理各種電池化學(xué)從而提供向前和向后的兼容性。
[0015]在進(jìn)一步的方面，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)處理器用于監(jiān)測(cè)并控制電池管理系統(tǒng)的各個(gè)功能。在另一方面，一個(gè)或多個(gè)處理器可被配置為與內(nèi)部和/或外部存儲(chǔ)器或設(shè)備通信以提供電池組在其壽命過程中發(fā)生的事件的存儲(chǔ)。在又一方面，處理器不僅可被配置為與內(nèi)部或外部存儲(chǔ)介質(zhì)或設(shè)備通信，還可被配置為經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與其他處理器、存儲(chǔ)介質(zhì)或設(shè)備、或者甚至其他電池或電池充電器通信。網(wǎng)絡(luò)是有線的或無線的。
[0016]在另一方面，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)包括可以存儲(chǔ)與電池的性能相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息的存儲(chǔ)器。在一個(gè)可選的方面，電池管理系統(tǒng)也可包括定位系統(tǒng)，例如，基于全球衛(wèi)星定位(GPS)技術(shù)的系統(tǒng)，并且存儲(chǔ)器可被配置為存儲(chǔ)與電池的位置相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息。
[0017]在另一方面，電池可包括傳感器，如加速計(jì)用于感測(cè)電池在使用，存儲(chǔ)和運(yùn)輸期間的處理，并且存儲(chǔ)器被配置為存儲(chǔ)與電池的處理相關(guān)的信息以便可以檢索并分析此信息和數(shù)據(jù)。
[0018]在進(jìn)一步的方面，本發(fā)明包括具有用作載體，向其他電池或由電池供電的設(shè)備提供病毒式的、或快速的分布數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)和/或軟件更新的存儲(chǔ)器的電池。在一方面，電池從電池充電器的存儲(chǔ)器中獲取更新的數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)和/或軟件更新，該電池充電器用于對(duì)已經(jīng)放電的電池進(jìn)行充電。在另一方面，充好電的電池?cái)y帶更新的數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)和/或軟件到達(dá)一臺(tái)使用電池供電的設(shè)備，并且一旦連接到設(shè)備會(huì)向設(shè)備的存儲(chǔ)器和/或處理器提供更新的數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)和軟件的分布。在又一方面，電池檢查充電器的存儲(chǔ)器或充電電路，或設(shè)備的存儲(chǔ)器或放電電路來在電池和設(shè)備中確定與數(shù)據(jù)，運(yùn)行參數(shù)和/或軟件相關(guān)的日期，提供更新的數(shù)據(jù)、操作參數(shù)和/或軟件到設(shè)備或者從設(shè)備中檢索最新的數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)和/或軟件來更新電池的存儲(chǔ)器和/或進(jìn)一步將更新的數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)和/或軟件分配到其他電池或設(shè)備。
[0019]而在另一方面，本發(fā)明包括向設(shè)備供電的電池組，該電池組包括具有正端和負(fù)端的可充電電池；用于監(jiān)測(cè)與可充電電池的操作相關(guān)的參數(shù)的傳感器；用于存儲(chǔ)與可充電電池相關(guān)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，以及與傳感器和存儲(chǔ)器電通信的處理器，該處理器被配置為接收來自傳感器的信號(hào)并在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)從傳感器的信號(hào)中提取的與可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)，處理器還被配置為從存儲(chǔ)器中檢索存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姵亟M外部的處理器。在一個(gè)可選的方面，存儲(chǔ)器是事件存檔。
[0020]在一個(gè)可選的方面，電池外部的處理器是位于電池充電器中的處理器。在另一方面，處理器還被配置為與由電池組供電的設(shè)備中的處理器通信，并且其中由電池組供電的設(shè)備中的處理器將與電池組供電的設(shè)備的操作參數(shù)相關(guān)的信息傳輸?shù)教幚砥饔糜谠诖鎯?chǔ)器中存儲(chǔ)。在又一方面，與可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)包括與可充電電池的操作相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)。且在又一方面，與可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)包括運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)。
[0021]在另一方面，與可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)包括選自以下成分的數(shù)據(jù):電池充電或放電的次數(shù)，最高或最低壽命負(fù)載測(cè)試電壓，最高或最低壽命負(fù)載測(cè)試電流，最高或最低壽命負(fù)載測(cè)試功率，最大壽命峰值充電溫度，溫度傳感器ID，最低壽命峰值充電溫度，最高壽命峰值放電溫度，壽命滿充電周期計(jì)數(shù)，壽命狀態(tài)周期計(jì)數(shù)，壽命低功率計(jì)數(shù)，壽命喚醒計(jì)數(shù)，壽命重設(shè)計(jì)數(shù)，壽命總故障計(jì)數(shù)，壽命電池欠壓故障計(jì)數(shù)，壽命過電流故障計(jì)數(shù)和最后狀態(tài)周期時(shí)間。
[0022]而在另一方面，數(shù)據(jù)包括與可充電電池的識(shí)別相關(guān)的數(shù)據(jù)，且在一個(gè)可選方面，與可充電電池的識(shí)別相關(guān)的數(shù)據(jù)是序列號(hào)。在另一方面，與可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中識(shí)別數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間的時(shí)間戳。
[0023]在另一方面，位于充電器中的處理器經(jīng)編程請(qǐng)求可充電電池的處理器將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠潆娖髦械奶幚砥?，并且其中充電器中的處理器在存?chǔ)器中存儲(chǔ)與充電器內(nèi)的處理器相關(guān)的接收的數(shù)據(jù)。而在另一方面，位于充電器中的處理器被配置為將存儲(chǔ)在與充電器中的處理器相關(guān)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)從充電器傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器。
[0024]在進(jìn)一步的方面，電池組進(jìn)一步包括:用于從電池組中的接收器接收的信號(hào)確定電池組的位置的電路；并且其中處理器存儲(chǔ)存儲(chǔ)器中的電池組位置。在另一方面，處理器在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)由電池組供電的設(shè)備的位置。
[0025]而在另一方面，傳感器是加速計(jì)，并且處理器被配置為確定與電池組承受的力相關(guān)的數(shù)據(jù)，還被配置為在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)與電池組承受的力相關(guān)的數(shù)據(jù)。在另一方面，處理器被配置為從存儲(chǔ)器中檢索存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)響應(yīng)從電池組外部的處理器接收的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。而在另一方面，處理器被配置為從存儲(chǔ)器中檢索存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姵亟M外部的處理器以響應(yīng)于處理器感測(cè)的事件發(fā)生，該事件導(dǎo)致處理器執(zhí)行編程命令代碼。
[0026]在另一方面，本發(fā)明包括一種向設(shè)備供電的電池組，其包括:具有正端和負(fù)端的可充電電池；與可充電電池電通信的電池管理系統(tǒng)，包括:用于監(jiān)測(cè)與所述可充電電池的操作相關(guān)的性能參數(shù)的傳感器，用于存儲(chǔ)與所述可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，以及與傳感器和存儲(chǔ)器電通信的處理器，處理器被配置為接收來自傳感器的信號(hào)并將從傳感器的信號(hào)提取的與可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，處理器還被配置為從存儲(chǔ)器中檢索存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)響應(yīng)從電池組外部的處理器接收數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。
[0027]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)將從以下詳細(xì)描述中顯而易見，結(jié)合以示例的形式示出本發(fā)明的特征的附圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1示出通過使用機(jī)械胸部按壓設(shè)備對(duì)病人實(shí)施胸部按壓的方法。
[0029]圖2是圖1的機(jī)械胸部按壓設(shè)備的透視圖，示出設(shè)備的底部和前側(cè)。
[0030]圖3是圖1的機(jī)械胸部按壓設(shè)備的透視圖，示出底部和拆除的后蓋板。
[0031 ]圖4A是依照本發(fā)明的電池組的透視圖，示出部署在電池組前側(cè)的電池閂鎖。
[0032]圖4B是圖4A的電池組的透視圖，示出部署在電池組后側(cè)的連接器，指示燈和按鈕。
[0033]圖5是示出本發(fā)明的一個(gè)電池組實(shí)施例的各個(gè)組件的分解透視圖。
[0034]圖6是依照本發(fā)明的原理的電池管理系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖。
[0035]圖7是依照本發(fā)明的原理檢索存儲(chǔ)在電池的事件存檔中的信息的系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖。
[0036]圖8是使用本發(fā)明的電池實(shí)施例作為載體的病毒傳播數(shù)據(jù)，信息和/或軟件程序或命令的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例旨在提供可再充電的電池用于向移動(dòng)設(shè)備，尤其是醫(yī)療設(shè)備供電。本發(fā)明的實(shí)施例在電池需要在可預(yù)見時(shí)間段提供較大的電流量時(shí)尤其有利。另外，本發(fā)明的實(shí)施例包括電池管理系統(tǒng)控制電池操作的所有方面，也包括存儲(chǔ)器存儲(chǔ)在電池使用壽命期間發(fā)生的與其相關(guān)的事件。另外，電池管理系統(tǒng)的實(shí)施例包括使用不同電池化學(xué)的電池適應(yīng)能力，并且也能夠通過通信端口進(jìn)行更新。
[0038]盡管本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例參照機(jī)械按壓設(shè)備進(jìn)行描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚地理解這些實(shí)施例不限制于為這樣的設(shè)備供電。實(shí)際上，這種用途僅僅是示范性的，并且依照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的電池可以用于為任意設(shè)備供電，尤其是醫(yī)療設(shè)備，其中電池的功能滿足設(shè)備的設(shè)計(jì)要求。
[0039]當(dāng)依照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的電池在機(jī)械按壓設(shè)備中使用時(shí)，電池必須能夠在足夠長(zhǎng)的時(shí)間向機(jī)械按壓設(shè)備供電以便不僅可以在場(chǎng)地治療病人，也可以在將病人從場(chǎng)地運(yùn)輸?shù)阶o(hù)理中心的期間治療病人。然而經(jīng)驗(yàn)表明，決定電池在治療期間的電流消耗的因素是病人的體積和重量。因此，治療體積大于普通病人的病人導(dǎo)致更大的電池電流消耗。
[0040]例如，研究表明影響電池向機(jī)械按壓設(shè)備供電的電流消耗量的因素是胸深，胸寬，胸圓長(zhǎng)。其他研究觀察到普通成年男性人類的平均胸深是9.4英寸，平均胸寬是12.2英寸及平均胸周長(zhǎng)是 39.7 英寸。參見 Young, JW, RF Chandler, CC Snow, KM Robinette, GFZehner, MS Lofberg, Anthropometric and Mass Distribution Characteristicsof the Adult Female,美國(guó)聯(lián)邦航空局民用航空醫(yī)學(xué)研究所，Okalhoma city, 0K,報(bào)告號(hào) FAA-AM-83-16,1983 年；Anthropometry and Mass Distribution for HumanAnalogues:第一卷:Military Male Aviators,報(bào)告號(hào) N0.USAFSAM-TR-88-6,1988年 3 月；Haslegrave, CM, "Characterizing the anthropometric extremes of thepopulation", Ergonomics,第 29 卷第 2 款，第 281-301 頁，1986 年；Diffrient, N, ARTilley, JC Bardagy, Human Scale 1/2/3, The MIT Press, Cambridge, MA, 1974 ；以及PeopleSize Pro Software, Open Ergonomics Ltd., 34Bakewell Road, Loughborough, Leicestershire, LE115QY, United Kingdom,以上內(nèi)容包括在此處以供參考。能夠?yàn)槠骄w積的病人維持所述機(jī)械按壓設(shè)備的操作至少30分鐘以及為大于平均體積的病人維持至少20分鐘操作的電池是有益的。
[0041]現(xiàn)在詳細(xì)地參考附圖，其中相同的參考數(shù)字表示幾個(gè)圖中相同的或?qū)?yīng)的元素，圖1中示出胸部按壓皮帶扣在病人I身上。胸部按壓設(shè)備2借助皮帶3實(shí)施按壓，皮帶3具有右邊皮帶部分3R和左邊皮帶部分3L。胸部按壓設(shè)備2包括皮帶傳動(dòng)臺(tái)4和按壓皮帶盒5 (其含有皮帶)。皮帶傳動(dòng)臺(tái)4包括:機(jī)架6供(病人在上邊休息)、拉緊皮帶的設(shè)備、部署在機(jī)架上的處理器和使用者界面。皮帶包括拉肩帶18和19以及位于皮帶兩端的寬負(fù)載分配部分16和17。拉緊皮帶的設(shè)備包括連接到驅(qū)動(dòng)軸的電機(jī)，皮帶在使用時(shí)纏繞在驅(qū)動(dòng)軸上并拉緊。如在這里示出的，胸部按壓設(shè)備的設(shè)計(jì)允許輕量電-機(jī)胸部按壓設(shè)備。完全組裝的胸部按壓設(shè)備僅重29磅，并且因此可以長(zhǎng)距離手提。設(shè)備自身的重量約為22.0到23.0磅，在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，電池的重量在2到5.0磅之間，優(yōu)選約為3磅。皮帶盒約重0.8磅，固定病人的肩帶約重1.6磅。
[0042]圖2示出從上方觀察到的胸部按壓設(shè)備的后側(cè)23。在圖2的透視圖中，平均體積的病人臀部和大腿后側(cè)將會(huì)延伸穿過下面的減震物40。設(shè)備構(gòu)造在堅(jiān)固的槽鋼41周圍，槽鋼41相對(duì)機(jī)架是橫向的。槽鋼支撐設(shè)備承受按壓期間產(chǎn)生的力。槽鋼也充當(dāng)連接皮帶盒的結(jié)構(gòu)。
[0043]槽鋼41形成一個(gè)槽延伸穿過設(shè)備的橫向?qū)挾取Ｔ诎磯浩陂g，皮帶部署在槽內(nèi)并沿著槽前進(jìn)。皮帶連接到跨越槽的驅(qū)動(dòng)軸42。[0044]圖3示出胸部按壓設(shè)備2的內(nèi)部組件。電動(dòng)機(jī)79可操作經(jīng)過離合器80和齒輪箱81提供扭轉(zhuǎn)力到驅(qū)動(dòng)軸42。制動(dòng)器82連接到電動(dòng)機(jī)的上側(cè)，可操作停止驅(qū)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)。制動(dòng)轂直接連接到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸。
[0045]電動(dòng)機(jī)79和制動(dòng)器82由處理器單元83、電動(dòng)機(jī)控制器84和配電控制器控制，以上全部安裝在前蓋板60的內(nèi)部。處理器單元包括計(jì)算機(jī)處理器、非易失性存儲(chǔ)設(shè)備和顯示器。
[0046]處理器單元提供有用于控制電源控制器和電動(dòng)機(jī)控制器的軟件。處理器單元、電源控制器和電動(dòng)機(jī)控制器在一起組成一個(gè)能夠精確控制電動(dòng)機(jī)的操作的控制系統(tǒng)。因此，可以自動(dòng)并精確地控制按壓不同體積的病人的時(shí)間和力度。
[0047]圖2和3還示出靠近病人頭部的電池倉121的位置。電池組和電池倉的位置和設(shè)計(jì)允許快速更換電池。除非電池組完全并正確地插入倉中，在倉的后部的彈簧將電池組推出。位于電池組一端的閂鎖使得在電池組插入電池倉時(shí)電池倉121中的接收件能夠在電池倉內(nèi)托住電池組。凹陷部分120指示彈簧在電池倉121內(nèi)的位置。位于電池倉尾端的塑料架122固定凹陷部分。
[0048]圖4A和4B是電池組200的透視圖，分別示出電池組的前側(cè)和后側(cè)205和210。電池組的前側(cè)205朝外并且在電池組插入電池倉121 (圖3)時(shí)可以被使用者看見。如圖4A所示，前側(cè)205包括閂鎖215使得電池倉121內(nèi)的接收件能夠在電池倉內(nèi)托住電池組200。圖4A中也示出一對(duì)部署在電池組前端的頂側(cè)的凸臺(tái)217。這些凸臺(tái)配合閂鎖，通過防止電池頂部在電池插入期間向上滑出，推動(dòng)閂鎖與電池閂鎖接收件或電池倉邊緣正確地咬合，確保電池正確地固定在電池倉中。
[0049]如圖4B所示，電池組的后側(cè)210包括接頭220，其連接電池倉121內(nèi)的連接器從而使得機(jī)械按壓設(shè)備的控制器或處理器能夠與電池組200進(jìn)行電通信。該連接器不僅允許從電池組流出的電流向機(jī)械按壓設(shè)備提供電力，還在電池組和控制機(jī)械按壓設(shè)備操作的處理器或計(jì)算機(jī)之間提供數(shù)據(jù)流、編程指令和其他信息，如電池充電狀態(tài)、放電率、放電持續(xù)時(shí)間等。類似地，連接器220可被配置為連接到電池充電器內(nèi)的連接器以便對(duì)電池組的電池進(jìn)行充電，也可以在充電器和電池組之間提供數(shù)據(jù)流、軟件程序或指令和/或其他信息。還可以設(shè)想連接器220可用于將電池組連接到通信網(wǎng)絡(luò)，這將允許在電池組和同樣連接到網(wǎng)絡(luò)的其他計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、處理器或設(shè)備之間流動(dòng)信息。應(yīng)當(dāng)理解，網(wǎng)絡(luò)可以是有線網(wǎng)絡(luò)，如艾瑟網(wǎng)或者可以是無線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)可以是本地網(wǎng)絡(luò)或者是廣域網(wǎng)，如WLAN或因特網(wǎng)。
[0050]狀態(tài)指示燈225 (例如可以是一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)或類似的設(shè)備)同樣布置在電池組200的后端210提供例如電池組充電/放電狀態(tài)的視覺指示、會(huì)影響電池組的操作的任何存在的故障或者其他對(duì)電池的使用者有用的信息。也包括按鈕230 ;按鈕230，例如，可用于啟動(dòng)電池組重設(shè)。或者，按鈕230可用于啟動(dòng)診斷測(cè)試，其結(jié)果通過狀態(tài)指示燈225指示。在其他實(shí)施例中，按下按鈕230可以啟動(dòng)電池組內(nèi)的處理器的其他動(dòng)能，包括但不限制于，例如確定電池的剩余容量，通過使用狀態(tài)指示燈225顯示故障代碼等。
[0051 ] 圖5是電池組200的分解透視圖。在該分解圖中的電池組200是圖4A和4B的倒置。電池組具有底部外殼234和頂部外殼232。具有電池円鎖236、杠桿支座238和杠桿閂鎖240的電池閂鎖組件安裝在電池組插入電池倉時(shí)朝外的一側(cè)，并通過底部和頂部外殼固定。杠桿閂鎖240具有翼241，其插入在電池閂鎖236表面形成的凹槽或槽中，并且杠桿支座238安裝在底部外殼上從而在外殼中可樞轉(zhuǎn)地托住杠桿R鎖240。壓縮彈簧254布置在電池閂鎖236的底端和頂部外殼232之間。凸出部分255部署在電池閂鎖238的頂端，并且配置成穿過槽251，槽251延伸穿過底部外殼234的厚度。通過這種方式，電池閂鎖236可以由使用者操作使凸起部分255咬合或脫離機(jī)械按壓設(shè)備內(nèi)的閂鎖接收件從而將電池組插入電池倉和從電池倉121釋放。
[0052]部署在電池組的后端210的是電池輸入板242，其安裝連接器220、指示燈225和按鈕230(圖4B)。使用一個(gè)或多個(gè)螺釘250將輸入板256安裝在底部外殼232。也可使用一個(gè)或多個(gè)螺釘256將輸入板固定到頂部外殼252。在有些實(shí)施例中，防水墊片262可用于防止液體流入電池組內(nèi)。另外，標(biāo)簽260可用于向使用者提供與指示燈225提供的各種指不相關(guān)的?目息。 [0053]安裝處理器、存儲(chǔ)器和電路的電池管理板244用于管理電池的各種操作(將在下文詳細(xì)描述)，使用螺釘或其他緊固件258將電池管理板244安裝在電池組件246上。電池組件246包括一個(gè)或多個(gè)電池248。電池248可以是利用各種電池化學(xué)的電池，如鎳金屬氫化物、氫化鋰、鋰離子等。電池管理板244和電池組件246也可包括一對(duì)飛濺防板266安裝在電池組件246的左側(cè)和右側(cè)防止單獨(dú)的電池248的端子與組件的其他部分意外接觸，因此提供阻止電池短路的防板。
[0054]電池組200也包括至少一個(gè)部署在頂部外殼中的排氣孔264，如圖所示，其允許保持電池組的通風(fēng)，防止在電池組充電或放電期間電池248產(chǎn)生的潛在易燃或爆炸性氣體的累積。盡管示出部署在頂部外殼中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解排氣孔可以部署在電池組的任意壁面或側(cè)面。排氣孔264可以是延伸穿過電池組的壁面或側(cè)面的簡(jiǎn)單的孔?；蛘?，排氣孔264可包括過濾設(shè)備265，如網(wǎng)屏或疏水膜以防止顆粒或液體或水分流入電池組。這種排氣孔的一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)是在電池組的內(nèi)部和外部提供均衡的氣壓，如在電池組運(yùn)輸?shù)礁呋蚋偷暮０螘r(shí)實(shí)現(xiàn)。
[0055]上述機(jī)械按壓設(shè)備的操作需要穩(wěn)定的電源。要求設(shè)備在緊急的情況下使用30分鐘或更久為病人提供復(fù)蘇是不尋常的。機(jī)械按壓設(shè)備的電動(dòng)機(jī)的扭轉(zhuǎn)力和功率需求在進(jìn)行按壓期間需要達(dá)到最大值為70安培的電流。如果不能通過電池向控制按壓的電動(dòng)機(jī)供應(yīng)充足的電流，則電壓降低并且電動(dòng)機(jī)不能產(chǎn)生充足的扭轉(zhuǎn)力確保完成按壓病人的胸部。
[0056]本發(fā)明的
【發(fā)明者】意識(shí)到當(dāng)電池在恒定的功率消耗運(yùn)行時(shí)確保更久的和穩(wěn)定的電池操作的關(guān)鍵是具有非常低的內(nèi)部總電阻。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的這種在需要高功率的設(shè)備中有用的電池化學(xué)是使用鋰離子化學(xué)的電池，如在注冊(cè)的Α123系統(tǒng)中的可用模型ANR26650M1ANR26650M1-B 芯鋰離子電池。
[0057]圖6是示出依照本發(fā)明的一個(gè)電池組300實(shí)施例的示意圖。電池組300包括11個(gè)鋰離子化學(xué)電池，如上述的模型ANR26650M1ANR26650M1-B芯鋰離子電池。每個(gè)電池提供
3.3伏的電壓，并且11個(gè)電池串聯(lián)提供36.3伏的總電壓。使用這種電池，可以制造依照本發(fā)明的原理的一個(gè)電池組實(shí)施例，重約3磅。觀察表明這種電提供1550瓦到2000瓦的功率，并且優(yōu)選地提供1800瓦的最大功率。這樣便提供預(yù)期的重量功率比。另外，已發(fā)現(xiàn)該實(shí)施例能夠供應(yīng)略小于100瓦/時(shí)的能量。盡管在這個(gè)示范性實(shí)施例中使用11個(gè)電池，根據(jù)將要充電的設(shè)備的需求可以使用更多或更少的電池。
[0058]為了提供按壓設(shè)備的電動(dòng)機(jī)操作所需的電流量，
【發(fā)明者】發(fā)現(xiàn)將電池組的內(nèi)部電阻減到最小是相當(dāng)重要的。因此，使用的鋰離子(L1-1on)電池應(yīng)該具有較低的內(nèi)部DC電阻，優(yōu)選每個(gè)電池低于15毫歐，并且更優(yōu)選地低于12.5毫歐。
[0059]盡管鋰離子電池能夠提供在延長(zhǎng)的時(shí)間段操作機(jī)械按壓設(shè)備所需的電壓和電流，必須小心電池的充電階段和放電階段以確保電池在其預(yù)期壽命內(nèi)工作。眾所周知鋰電子電池不應(yīng)該過充電，也不應(yīng)該過放電。因此，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例包括同時(shí)監(jiān)測(cè)并控制電池的放電和再充電周期的能力。這些實(shí)施例將在下文詳細(xì)描述。
[0060]如前面的描述，11個(gè)鋰離子電池310通過主電源總線320串聯(lián)?？偩€320同時(shí)具有正極側(cè)和負(fù)極或接地側(cè)，這是典型的DC電路?？偩€320通過接口 330將電池提供的直流電提供到負(fù)載(此例中的機(jī)械按壓設(shè)備)。如圖6所示，接口 330是具有7個(gè)連接針腳的針連接器?；蛘呖梢允褂貌遄?，或者針腳與插座的組合，使用多于或少于7個(gè)針腳或插座。
[0061]總線320的正極側(cè)連接到接口 330的針腳7。類似地，總線320的負(fù)極側(cè)連接到接口 330的針腳6。針腳1-5用于傳輸電池組監(jiān)測(cè)和控制中的各種信號(hào)，也傳輸?shù)焦╇姷脑O(shè)備，使得在電池組和供電設(shè)備之間能夠交換信息和控制信號(hào)。在下文中將對(duì)包括這些特征的本發(fā)明的各個(gè)示范性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0062]再次回到圖6，總線320的正極側(cè)包括保險(xiǎn)絲342，保護(hù)電路不受到過流情況。保險(xiǎn)絲342可以是，例如，一個(gè)30安培的保險(xiǎn)絲。在這種情況下，保險(xiǎn)絲342持續(xù)經(jīng)過大于30安培的電流導(dǎo)致保險(xiǎn)絲斷開，總線320產(chǎn)生的電路斷路并且電流停止從電池流出。盡管未示出，也有保險(xiǎn)絲熔斷檢測(cè)電路來監(jiān)測(cè)保險(xiǎn)絲，并且，如果保險(xiǎn)絲熔斷，向組控制器提供保險(xiǎn)絲熔斷的信號(hào)。組控制器然后提供指示電池不可用的信號(hào)。這種信號(hào)，例如，可以是LED顏色變化，或者一些其他狀態(tài)指示燈激活或去激活?；蛘?，組控制可以向電池供電的設(shè)備提供信號(hào)，然后設(shè)備向使用者提供電池沒有準(zhǔn)備好投入使用的指示。
[0063]主總線320的正極側(cè)也包括一些η-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(n_FET) 340,350和360。這些n-FET提供電路的開關(guān)和控制。使用n-FET是因?yàn)樗鼈兲峁╇娮璺浅５偷拈_關(guān)，符合將電池的內(nèi)部總電阻減到最小的設(shè)計(jì)要求。n-FET另一個(gè)獨(dú)特的性能是它們能夠進(jìn)行高電流負(fù)載，不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞，也不會(huì)產(chǎn)生過量的熱量。已發(fā)現(xiàn)的適合用在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中的n-FET的一個(gè)示例是Dig1-Key公司提供的模型IRLS3036。
[0064]在典型的設(shè)計(jì)中，p-FET設(shè)備可用作開關(guān)放置在主總線的高壓側(cè)。然而，P-FET的電阻是n-FET設(shè)備的電阻的兩倍或多倍。因此，為了處理和n-FET設(shè)備一樣的電流，將需要數(shù)個(gè)并聯(lián)的P-FET設(shè)備。另外，數(shù)個(gè)p-FET的使用也需要使用散熱器驅(qū)散p-FET導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的熱量。這在電池組的有限空間內(nèi)是不利的。
[0065]類似地，n-FET設(shè)備通常用在主總線的低壓側(cè)，打開或關(guān)閉總線中的電流。然而，在這種情況下使用n-FET會(huì)斷開電池的接地，導(dǎo)致電路中產(chǎn)生噪聲并干涉電池管理系統(tǒng)電路的各個(gè)元件之間的通信。因此，本發(fā)明將n-FET開關(guān)放置在主線的高壓側(cè)，這樣便提供有效的主線開關(guān)而避免在使用P-FET時(shí)產(chǎn)生過量的熱量。將n-FET開關(guān)放置在主線的高壓側(cè)也會(huì)消除電路接地?cái)嚅_的問題。
[0066]在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電阻器，如電阻器370和380，可插入主總線電路的負(fù)極側(cè)或低壓側(cè)。這些電阻器提供與主總線抽頭連接的功能以便監(jiān)控流經(jīng)電路的電流的各個(gè)方面。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，電阻器370跨電池平衡輸入和一級(jí)保護(hù)電路(將在下文中詳細(xì)討論)的輸入線而連接。電阻器370的普通值是，例如，2.5毫歐。[0067]在另一個(gè)實(shí)施例中，電阻器380可以跨充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)器(也稱作“氣體壓力計(jì)”)而連接。在這個(gè)實(shí)施例中，電阻器380的值可以是，例如，5毫歐。
[0068]每個(gè)電池310在充電和放電期間都是單獨(dú)監(jiān)控的，從而分別控制充電率和放電率。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，如圖6所示，單獨(dú)的電池接通線路390連接到每個(gè)電池和電池監(jiān)控和平衡電路400。
[0069]一級(jí)保護(hù)
[0070]在充電期間，獨(dú)立監(jiān)控每個(gè)電池的電壓以防止電池過充電。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，微芯片上的監(jiān)控系統(tǒng)(例如可以是電池組保護(hù)和監(jiān)控集成電路(IC) 410，如02Micro的0Z890)用于控制各個(gè)電池的充電。在這種設(shè)置中，電池監(jiān)控線路390提供正信號(hào)到IC410的代表引腳輸入。例如，使用IC410的輸入線BCl監(jiān)控電池1，并因此前進(jìn)到電池11，由IC410的輸入線BCll監(jiān)控。
[0071]如果IC410的控制電路檢測(cè)出電池中的不平衡，則IC410在對(duì)應(yīng)的外部放流控制線路CBl-CBll提供信號(hào)。如圖6所示，當(dāng)對(duì)應(yīng)的外部放流控制線路CBl-CBll的信號(hào)施加至IJn-FET420的柵極時(shí)，允許電流通過n-FET420的源極和漏極，然后經(jīng)過電阻器430，導(dǎo)致繞過電池并且暫停電池充電。從圖6可以看出，每個(gè)電池有其專用的電阻器和n-FET組合與IC410電通信用于監(jiān)控每個(gè)電池并防止每個(gè)單獨(dú)的電池過充電。
[0072]電池平衡和一級(jí)保護(hù)IC410也可用在一些實(shí)施例中監(jiān)控電池組的總電壓。例如，當(dāng)所有電池都達(dá)到其最大電壓時(shí)，IC410可以發(fā)動(dòng)低信號(hào)到n-FET350的柵極斷開n-FET350的源極和漏極之間的溝道，并因此斷開主總線電路320。這樣導(dǎo)致充電電流停止經(jīng)過電池，并因此暫停充電過程。
[0073]類似地，IC410監(jiān)控在電池放電期間電池兩端的電壓。當(dāng)電池兩端的電壓下降到小于閾值水平(例如21伏)時(shí)，IC410將線路450的信號(hào)驅(qū)動(dòng)為低信號(hào)，反過來斷開干擾主總線電路的n-FET360。這會(huì)防止電池由于去除太多電荷受到損壞，導(dǎo)致電池壽命減短。
[0074]IC410也可包括并控制溫度測(cè)量性能，該性能設(shè)計(jì)成監(jiān)控電池組和/或單獨(dú)的電池的溫度以防止過熱。在這個(gè)實(shí)施例中，使用一個(gè)或多個(gè)熱敏電阻460提供溫度信號(hào)到連接IC410的線路470。如果IC410確定電池的溫度不是太高也不是太低，則IC410驅(qū)動(dòng)n-FET350或360或兩者均為低電平，打開主總線320并隔離電池組。應(yīng)當(dāng)注意，盡管為了清晰起見僅示出單獨(dú)的線路470，線路470包括對(duì)應(yīng)數(shù)量的導(dǎo)體來監(jiān)控所有用在與IC410通信的溫度監(jiān)控電路中的熱敏電阻的功能。
[0075]IC410可通過在線路480提供故障信號(hào)然后用于點(diǎn)亮LED490，來額外提供故障狀態(tài)的視覺指示。這種由一級(jí)保護(hù)電路感測(cè)的故障狀態(tài)的視覺信號(hào)指示電池組由IC410呈現(xiàn)出非功能性，并且需要修復(fù)或維持電池組。
[0076]二級(jí)保護(hù)
[0077]本發(fā)明的一些實(shí)施例也可包括針對(duì)災(zāi)難性故障或過電壓保護(hù)的二級(jí)保護(hù)。通過多個(gè)設(shè)計(jì)成監(jiān)控電池組的電壓和/或經(jīng)過主總線的電流的電路并在超過電流或電壓的一定閾值時(shí)采取措施可以提供這種二級(jí)保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過集成電路500，例如，02Micro的0Z8800來提供這種保護(hù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解,根據(jù)電池組中使用的電池?cái)?shù)量，需要多于I個(gè)IC500。例如，0Z8800 二級(jí)電池保護(hù)集成電路可監(jiān)控3到7個(gè)單獨(dú)的電池。因此，當(dāng)使用11個(gè)電池時(shí)需要2個(gè)0Z8800。[0078]IC500通過監(jiān)控線路312監(jiān)控每個(gè)電池的電壓。在一些實(shí)施例中，采用時(shí)間延遲提供臨時(shí)過電壓狀態(tài)。當(dāng)由于電壓未回落到可接受范圍導(dǎo)致超過時(shí)間閾值時(shí)，IC500通過故障線路510發(fā)送低信號(hào)到n-FET340以斷開n_FET340。每個(gè)電池由類似的電路監(jiān)控。
[0079]從圖6中可以明顯看出上述n-FET處于正常斷開狀態(tài)，除非向n_FET的柵極施加正電壓。因此，導(dǎo)致柵極電壓減小到低于n-FET的閾值以下的水平的任何故障都會(huì)引起n-FET斷開，因此提供電池和電池管理電路的額外保護(hù)。
[0080]氣體壓力計(jì)
[0081]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括“氣體壓力計(jì)”功能，監(jiān)控電池組中剩余的可用電量。這種氣體壓力計(jì)功能可以使用經(jīng)設(shè)計(jì)成執(zhí)行不同的任務(wù)(如根據(jù)電池的使用時(shí)間、放電率和溫度計(jì)算可用的剩余電池容量和待機(jī)狀態(tài))的集成電路來提供。這種電路也可確定從接近滿充電到接近滿放電的放電循環(huán)過程中的真正電池容量。
[0082]圖6示出這種氣體壓力計(jì)電路600的一個(gè)示例。使用集成電路610 GBTexasInstruments公司的bq2060A)實(shí)現(xiàn)電池組的監(jiān)控。IC610與外部EEPR0M620協(xié)同工作。EEPR0M620存儲(chǔ)IC610的配置信息、如電池中使用的化學(xué)、電池的自放電率、各種率補(bǔ)償因素、測(cè)量校準(zhǔn)、以及電池設(shè)計(jì)電壓和容量。所有的這些設(shè)置都可以改變從而允許系統(tǒng)在各種電池類型中使用。另外，IC610可通過后側(cè)總線電路630與中央處理器和存儲(chǔ)器通信。如此，可使用來自中央處理器的控制信號(hào)將IC610和EEPR0M620配置成適應(yīng)不同類型的電池，其中電池由系統(tǒng)內(nèi)的其他電路檢測(cè)并識(shí)別，或者由使用者手動(dòng)識(shí)別。在可選實(shí)施例中，IC610也可配合組控制器增加氣體壓力計(jì)在低電流消耗狀態(tài)下的報(bào)告精度，其中使用對(duì)應(yīng)的嵌入到控制組控制器和氣體壓力計(jì)的操作的軟件中的來執(zhí)行實(shí)施該功能需要的算法。
[0083]通常，通過結(jié)合使用IC610和IC800來實(shí)施氣體壓力計(jì)功能，以便通過監(jiān)控電池中輸入或移出的電荷量確定滿充電的電池容量和任意時(shí)刻的剩余容量。另外，IC610跨電阻器380進(jìn)行檢測(cè)同時(shí)測(cè)量電池電壓、電池溫度和電流。在有些實(shí)施例中，IC610也可估量電池的自放電率，同時(shí)監(jiān)控電池的低壓閾值。如上所述，IC610通過監(jiān)控電阻器380兩端的電壓測(cè)量電池的充電量和放電量，其中電阻器380位于(一系列連接的電池中的)第一電池310的負(fù)極端和電池組的負(fù)極端之間。通過這個(gè)測(cè)量的電壓可以確定可用電池電荷并校正環(huán)境和操作狀態(tài)的測(cè)量。
[0084]IC610也可測(cè)量電池組的溫度從而實(shí)施上述估量和調(diào)整。在一個(gè)實(shí)施例中，熱敏電阻640與電池組的一個(gè)電池或多個(gè)電池相鄰安裝，安裝方式是使得能夠測(cè)量電池組的一個(gè)電池或多個(gè)電池的溫度。IC610在測(cè)量電池溫度的同時(shí)，通過向線路660提供對(duì)應(yīng)的信號(hào)將n-FET650的柵極驅(qū)動(dòng)為高電平以便將偏置電壓源連接到熱敏電阻640。一旦測(cè)量結(jié)束，IC610將n-FET650的柵極驅(qū)動(dòng)為低電平，斷開n_FET并因此使熱敏電阻640從偏壓源斷開。
[0085]IC610可以在每次電池充電時(shí)重設(shè)以便所報(bào)告的電池剩余電荷量是精確的。電池組監(jiān)控電路或組控制器800 (在下文中更詳細(xì)地描述)通過重設(shè)線路670提供信號(hào)將n-FET680的柵極驅(qū)動(dòng)為高電平。這樣導(dǎo)致電流經(jīng)過n_FET680，導(dǎo)致重設(shè)信號(hào)被提供到IC610從而從新設(shè)置IC610的電池容量計(jì)數(shù)器。
[0086]在另一個(gè)實(shí)施例中，IC610包括封閉/解封功能，防止未經(jīng)授權(quán)地訪問存儲(chǔ)在IC610或EEPR0M620中的參數(shù)。組控制器800可以通過線路680發(fā)送信號(hào)將n_FET690的柵極驅(qū)動(dòng)為高電平，其閉合n-FET690允許在IC610與EEPR0M630之間流動(dòng)指令和數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可包括，例如，更新的校準(zhǔn)信息等。在可選實(shí)施例中，可以僅使用來自組控制器的軟件指令來控制IC610和EEPR0M630之間的數(shù)據(jù)流，以便控制IC610和EPR0M630而不需要使用η---Τ690。
[0087]鉬控制器
[0088]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，電池管理系統(tǒng)包括組控制器800，其充當(dāng)電池管理系統(tǒng)實(shí)施的各個(gè)功能的整體監(jiān)控器。通常組控制器800是集成電路，盡管可以使用實(shí)施相同功能的分立電路，取決于電池組內(nèi)的可用空間量。
[0089]例如，組控制器800可以是低或超低功率微控制器,如TexasInstruments公司的MSP430F2418混合信號(hào)控制器。這種控制器可包括存儲(chǔ)器，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或閃存，從而提供快速且高效地執(zhí)行電池管理系統(tǒng)的各個(gè)功能。組控制器800也包括通過一條或多條通信總線(如后側(cè)總線630和前側(cè)總線810)與外圍設(shè)備、電路或存儲(chǔ)器通信的性能。通信總線通常使用通信協(xié)議，例如I2C總線(Philips公司的商標(biāo))或系統(tǒng)管理總線(SMBus)。在下文中對(duì)SMBus更詳細(xì)地描述。
[0090]相應(yīng)的軟件指令用于對(duì)組控制器800的功能編程。這種軟件包括配置通信協(xié)議接口的指令，例如，SMBus接口。該軟件也可配置組控制器來監(jiān)控關(guān)鍵電池組參數(shù)，通過通信線路810，820, 822，后側(cè)總線830，前側(cè)總線810和檢測(cè)線路824，以及其他未示出的通信線路或?qū)⒃谝院筇砑拥木€路實(shí)施所述監(jiān)控。
[0091]相應(yīng)編程之后，組控制器800也和一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備(例如事件檔案EEPR0M900)進(jìn)行通信。這種檔案具有，例如，盡管不限制于此，64千字節(jié)的存儲(chǔ)器，可用于存儲(chǔ)在電池組的充電和放電周期中發(fā)生的各種事件的歷史，例如總充電量、總放電能量、電池溫度、任何發(fā)生的故障或者其他與獨(dú)立電池和/或用于管理并控制電池的操作各種電路相關(guān)的信息。
[0092]組控制器800也可通過編程從而與存儲(chǔ)器和/或處理器通信，例如，EEPR0M1000。在圖6示出的示范性實(shí)施例中，EEPR0M1000位于由電池組供電的機(jī)械按壓設(shè)備中，或者納入電池組并且被配置為可以通過由電池供電的設(shè)備訪問。在這個(gè)示例中，組控制器800通過前側(cè)總線810與機(jī)械按壓設(shè)備中的EEPR0M1000和/或處理器通信，所述前側(cè)總線810通過連接器330訪問機(jī)械按壓設(shè)備中的相似總線。如此,在電池組和由電池組供電的設(shè)備之間建立雙向通信連接允許在電池組和所供電的設(shè)備之間交換信息。例如，更新的操作參數(shù)或指令(包括更新的軟件)在電池組與所供電的設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)可以從所供電的設(shè)備加載到電池組。類似地，包含在事件檔案EEPR0M900中的信息可以傳輸?shù)紼EPR0M1000，或者任意其他配置用于通過后側(cè)總線810從電池組中存在的任意存儲(chǔ)器通信的存儲(chǔ)器(如便攜式存儲(chǔ)設(shè)備)。
[0093]應(yīng)當(dāng)理解這種通信性能也允許電池和由電池供電的設(shè)備旁邊的其他設(shè)備通信。例如,通常電池組從所供電的設(shè)備中取出進(jìn)行再充電。當(dāng)電池組連接到電池充電器時(shí)，電池充電器可用于從電池組的存儲(chǔ)器檢索信息，和/或通過前側(cè)總線810發(fā)送更新后的數(shù)據(jù)、信息、編程指令或軟件至所述電池。這種通信過程通常使用通信協(xié)議中規(guī)定的各種握手和通信對(duì)話來管理以便實(shí)現(xiàn)通信(例如SMBus協(xié)議)，所述通信在充電器或其他設(shè)備中的處理器與電池組的組控制器800之間交換。在有些實(shí)施例中，電池插入所供電的設(shè)備中時(shí)也可以進(jìn)行涓流充電，其中所充電的設(shè)備也連接到外部電源。[0094]本發(fā)明的另一些實(shí)施例可包括在電池組插入電池充電器或所供電的設(shè)備(例如機(jī)械按壓設(shè)備)時(shí)的識(shí)別性能(由組控制器800管理)。例如，組控制器800可被配置為使用相應(yīng)的軟件和/或硬件指令提供信號(hào)到IC410和IC500從而提供高信號(hào)到n-FET340，350和360的柵極閉合這些開關(guān)并因此僅在檢測(cè)電路1100通過線路824發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)到組控制器800指示電池組正確安裝在所供電的設(shè)備中時(shí)在連接器330的正和負(fù)引腳提供全電池電壓。
[0095]在一個(gè)實(shí)施例中，組控制器800監(jiān)控連接到機(jī)械開關(guān)或連鎖的線路，當(dāng)電池正確插入充電器或所供電的設(shè)備中時(shí)機(jī)械開關(guān)或連鎖被強(qiáng)制關(guān)閉。在另一個(gè)實(shí)施例中，組控制器800監(jiān)控連接到電池連接器的一個(gè)或多個(gè)引腳的信號(hào)線。當(dāng)通過這條信號(hào)線接收相應(yīng)的信號(hào)時(shí)，組控制器800確定電池正確地插入充電器或所供電的設(shè)備中，并提供高信號(hào)到上述n-FET340，350和360的柵極。該實(shí)施例在組控制器800經(jīng)編程以便僅當(dāng)接收到特殊信號(hào)時(shí)響應(yīng)特別有利，確保電池插入特定類型或者將充電器或所供電的設(shè)備設(shè)計(jì)成在向n-FET340, 350和360的柵極提供高信號(hào)之前容納電池。
[0096]這些實(shí)施例在阻止所述連接器330正負(fù)兩端之間意外短路導(dǎo)致電池的放電方面是具有優(yōu)勢(shì)。已知存儲(chǔ)在電池組的電池中的能量，這樣的放電可能是災(zāi)難性的。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，電池組的連接器330的正負(fù)端之間沒有電壓，除非電池組正確安裝在被配置為提供相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)電路1100的設(shè)備中，因此在電池組未連接充電器或所供電的設(shè)備(如上述機(jī)械按壓設(shè)備)時(shí)提供了安全的電池組處理、存儲(chǔ)和運(yùn)輸。
[0097]組控制器800也可經(jīng)編程提供密碼訪問，允許改變存儲(chǔ)在EEPR0M900和620中的設(shè)置和參數(shù)，并在發(fā)生故障時(shí)提供相應(yīng)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)LED490。也可包括額外的性能(配置為使用相應(yīng)的軟件和/或硬件指令)向電池管理系統(tǒng)提供額外的功能。例如，這類功能可包括驅(qū)動(dòng)顯示器指示電池中的總剩余電量等。對(duì)可納入組控制器800的各種性能的一個(gè)更全面的描述(尤其當(dāng)組控制器是MSP430F2418 (或這種控制器系列的其他元件)時(shí))包含在 Texas Instruments 公司的一篇標(biāo)題為〃MSP430F241x, MSP430F261x Mixed SignalMicrocontroller//SLAS541F-2007年6月-2009年10月修訂的文獻(xiàn)中，以上內(nèi)容包括在此處以供參考。
[0098]智能總線通信
[0099]顯然，包含在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中的各處理器和集成電路以及邏輯系統(tǒng)由于可以通過前側(cè)總線320和后側(cè)總線630相互通信，使得它們能夠作為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)運(yùn)作。在有些實(shí)施例中，使用系統(tǒng)管理總線(SMBus)說明書實(shí)施通過這些總線進(jìn)行的通信。SMBus是雙線接口，通過該接口在其他電路中的各種系統(tǒng)組件芯片(如IC410、IC610、二級(jí)保護(hù)系統(tǒng)500、事件檔案900、EEPR0M1000和組控制器800)可以相互通信且與系統(tǒng)的剩余部分通信。與SMBus說明書相關(guān)的進(jìn)一步的信息包含在“SystemManagement Bus (SMBus)Specification Version2.0”，SBS Implementers Forum, 2000 年 8 月 3 日，以上內(nèi)容包括在此處以供參考。
[0100]升壓電路
[0101]
【發(fā)明者】觀察到，在本發(fā)明的有些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)n-FET閉合所需的電壓超過電池組的可用電壓。例如，使用偏置電壓為10伏的n-FET，n-FET需要的偏置電壓加上電池電壓的驅(qū)動(dòng)電壓以便充分驅(qū)動(dòng)n-FET從而允許相應(yīng)的電壓經(jīng)過n-FET對(duì)電池充電或放電。因此，包括升壓電路以便將供應(yīng)到n-FET的柵極的電壓升高從而驅(qū)動(dòng)n-FET以便傳導(dǎo)電池供應(yīng)的電流。
[0102]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解在本發(fā)明中使用n-FET導(dǎo)致需要復(fù)雜的電路，如升壓電路。這種復(fù)雜性可以通過使用P-FET消除。然而，經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用p-FET是不利的，因?yàn)橛梢粋€(gè)單獨(dú)的n-FET處理的電流將需要數(shù)個(gè)p-FET處理。另外，使用多個(gè)p_FET產(chǎn)生的熱量需要額外的一個(gè)或多個(gè)散熱器來驅(qū)散，這需要在緊湊型電池中具有更多可用空間。另外，眾所周知p-FET的電阻至少是n-FET電阻的兩倍，這會(huì)增加電池組的整體內(nèi)部電阻。
[0103]存檔存儲(chǔ)器
[0104]再次回到圖6，組控制器800與事件存檔EEPR0M900通信。在一個(gè)實(shí)施例中，事件存檔EEPR0M900是非易失性存儲(chǔ)設(shè)備(如閃存)，具有例如64kb的存儲(chǔ)容量。如前面的描述，組控制器800可在事件存檔900中存儲(chǔ)與電池組的使用、操作和性能有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息用于隨后檢索和分析。
[0105]表I是與組控制器800在電池的壽命過程中感測(cè)或收集，然后在事件存檔900中存儲(chǔ)的與電池長(zhǎng)期歷史記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)或信息的示范性列表。應(yīng)當(dāng)理解盡管示出某些字段，僅根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可以使用其他數(shù)據(jù)字段。
[0106]表I
[0107]
【權(quán)利要求】
1.一種向設(shè)備供電的電池組，其包括: 可充電電池，其具有正極端和負(fù)極端； 傳感器，其用于監(jiān)測(cè)與所述可充電電池的操作相關(guān)的參數(shù)； 存儲(chǔ)器，其用于存儲(chǔ)與所述可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及 與所述傳感器和存儲(chǔ)器電通信的處理器，所述處理器被配置為接收來自所述傳感器的信號(hào)并在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)從來自所述傳感器的所述信號(hào)中提取的與所述可充電電池的操作相關(guān)的所述數(shù)據(jù)，所述處理器還被配置為從所述存儲(chǔ)器中檢索所述存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并將所述存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲭姵亟M外部的處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述存儲(chǔ)器是事件存檔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述電池外部的處理器是位于電池充電器中的處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述處理器還被配置為與由所述電池組供電的設(shè)備中的處理器通信，并且其中由所述電池組供電的所述設(shè)備中的處理器將與由所述電池組供電的所述設(shè)備的操作參數(shù)相關(guān)的信息傳輸?shù)剿鎏幚砥饔糜谠谒龃鎯?chǔ)器中存儲(chǔ)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中與所述可充電電池的所述操作相關(guān)的所述數(shù)據(jù)包括與所述可充電電池的所述操作相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中與所述可充電電池的所述操作相關(guān)的所述數(shù)據(jù)包括運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述`的電池組，其中與所述可充電電池的所述操作相關(guān)的所述數(shù)據(jù)包括選自以下各項(xiàng)組成的組的數(shù)據(jù):電池充電或放電的次數(shù)、最高或最低壽命負(fù)載測(cè)試電壓、最高或最低壽命負(fù)載測(cè)試電流、最高或最低壽命負(fù)載測(cè)試功率、最高壽命峰值充電溫度、溫度傳感器ID、最低壽命峰值充電溫度、最高壽命峰值放電溫度、壽命滿充電周期計(jì)數(shù)、壽命狀態(tài)周期計(jì)數(shù)、壽命低功率計(jì)數(shù)、壽命喚醒計(jì)數(shù)、壽命重設(shè)計(jì)數(shù)、壽命總故障計(jì)數(shù)、壽命電池欠壓故障計(jì)數(shù)、壽命過電流故障計(jì)數(shù)和最后狀態(tài)周期時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述數(shù)據(jù)包括與所述可充電電池的標(biāo)識(shí)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組，其中與所述可充電電池的標(biāo)識(shí)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)是序列號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中與所述可充電電池的操作相關(guān)的所述數(shù)據(jù)包括時(shí)間戳以便識(shí)別數(shù)據(jù)和將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器的時(shí)間。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組，其中位于所述充電器中的所述處理器經(jīng)編程請(qǐng)求所述可充電電池的所述處理器將存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龀潆娖髦械乃鎏幚砥鳎⑶移渲兴龀潆娖髦械乃鎏幚砥鲗⑺鼋邮盏降臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)在與所述充電器內(nèi)的所述處理器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池組，其中位于所述充電器中的所述處理器被配置為將存儲(chǔ)在與所述充電器中的所述處理器相關(guān)聯(lián)的所述存儲(chǔ)器中的所述數(shù)據(jù)從所述充電器傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其進(jìn)一步包括: 用于從所述電池組中的接收器接收的定位信號(hào)確定所述電池組的位置的電路；并且其中所述處理器將所述電池組的所述位置存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池組，其中所述處理器在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)由所述電池組供電的設(shè)備的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中所述傳感器是加速計(jì)，并且所述處理器被配置為確定與所述電池組承受的力相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且還被配置為在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)與所述電池組承受的所述力相關(guān)的所述數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中響應(yīng)于從所述電池組外部的處理器接收的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，所述處理器被配置為從存儲(chǔ)器中檢索所述存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中，響應(yīng)于由所述處理器感應(yīng)的導(dǎo)致所述處理器執(zhí)行編程命令代碼的事件的發(fā)生，所述處理器被配置為從存儲(chǔ)器中檢索所述存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并將所述存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲭姵亟M外部的處理器。
18.一種向設(shè)備供電的電池組，其包括: 可充電電池，其具有正極端和負(fù)極端； 與所述可充電電池電通信的電池管理系統(tǒng)，其包括: 傳感器，其用于監(jiān)測(cè)與所述可充電電池的操作相關(guān)的性能參數(shù)， 存儲(chǔ)器，其用于存儲(chǔ)與所述可充電電池的操作相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及 與所述傳感器和存儲(chǔ)器電通信的處理器，所述處理器被配置為接收來自所述傳感器的信號(hào)并將從來自所述傳感器的所述信號(hào)提取的與所述可充電電池的操作相關(guān)的所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，所述處理器還被配置為響應(yīng)于從所述電池組外部的處理器接收的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，從所述存儲(chǔ)器中檢索所`述存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】H02J7/04GK103797681SQ201280031060
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】肖恩·伊普, 大衛(wèi)·馬克 申請(qǐng)人:佐爾循環(huán)公司