微软专利分享为AR/VR头显提供电池组快充技术

　　为了实现快充技术，电源适配器通常监测输入充电电压，并将电压设置为略高于电池当前电压水平的电平。当电池充电时，电源适配器会定期检查电压水平，并随着电池电压的增加而增加输入充电电压水平。

　　快充是非常有益的，因为电池供电的设备现在可以在一小时内充满电，甚至可以在大约15到30分钟内充满电。

　　但快充存在一定的缺点。例如，电池供电的设备在充电时变得非常热。如果设备是可穿戴设备，则用户经常会因为设备的温度变得不舒服而停止佩戴设备。关于快充的另一个缺点是快充需要一个定制的充电适配器。

　　快充传统上只用于单电池设备。尽管单个电池可以使用快充技术快速充电，但由于仅使用单个电池，设备的运行时间甚至计算能力可能会受到限制。所以，我们需要一种改进的快充技术。

　　在名为“Flash charging parallel battery packs separated by a high resistance interconnect”的专利申请中，微软就介绍了这样一种技术。

　　在一个实施例中，专利描述的装置包括第一线性充电器、第一电池单元、第二线性充电器和第二电池单元。第二电池单元在电池操作装置的外壳内与第一电池单元分离。

　　实施例同时包括包含充电电压调节器的快充。快速充电器可插入电网，以提供快速充电电压，对第一电池单元和第二电池单元进行快速充电。闪光充电器，包括充电电压调节器，位于相对于外壳的外部。

　　所述实施例同时包括可从电池供电设备拆卸的高阻导线，而当其连接到所述电池供电设备时，它可以耦合到第一线性充电器、第二线性充电器和充电稳压器。快速充电电压由位于外部的充电稳压器通过高阻线传递给第一线性充电器和第二线性充电器。

　　在一个实施例，发明配置为对电池操作的设备快速充电。这样的实施例确定位于相对于外壳的外部的充电电压调节器连接到电池操作的装置。所述高阻导线将所述充电稳压器耦合至所述第一线性充电器和所述第二线性充电器。

　　第一电池单元和第二电池单元都设置在电池操作装置的外壳内，但彼此相对分布。为了确定第一电池单元的充电状态SOC与第二电池单元的SOC之间的差异超过阈值，实施例确定第一电池单元比第二电池单元充电少。

　　所述实施例同时协商将用于对所述第一电池单元充电的第一充电电压。其中，第一充电电压通过充电控制器指示充电电压调节器通过所述高阻线向所述第一线性充电器提供所述第一充电电压，所述第一线性充电器随后向所述第一电池单元提供所述第一充电电压。

　　然后，实施例使用第一充电电压对第一电池单元充电，直到第一电池单元的SOC与第二电池单元的SOC之间的差异不再超过阈值。

　　另一方面，为了确定第一电池单元的SOC和第二电池单元的SOC之间的差异不超过阈值，使得第一电池单元的SOC和第二电池单元的SOC基本上平衡，实施例协商将用于给第一电池单元和第二电池单元充电的第二充电电压。

　　在使用第二充电电压对第一电池单元和第二电池单元充电一段确定的时间后，所述实施例检查正在传递给第一电池单元和第二电池单元的充电电流。

　　作为对检查充电电流的响应，所述实施例使所述充电控制器与所述充电电压调节器重新协商以选择第三充电电压，其中所述第三充电电压是基于在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间较低的充电电流来选择。所述实施例使用第三充电电压对所述第一电池单元和所述第二电池单元并联充电。

　　图1示出头显100A和头显100B。图2显示的头显200代表了图1中的头显，但角度不同。注意，头显200包括一个外壳205和一个充电端口210。

　　图3示出壳体300，它代表图2中的壳体205。图3所示的透视是从头显的背面。位于外壳300内的是一组两个或多个电池单元，如电池单元305和电池单元310所示。电池单元的放置或位置可以变化，并且不需要在图3中所示的特定位置。

　　注意，所述电池单元305与所述电池单元310是分离且不同的。另外，两个电池单元彼此相隔一定距离。因此，电池单元305和310可以认为在头显的外壳300内相对“分布”。发明所示的原理主要可在以下情况下操作：设备包括多个电池单元，并且电池单元在设备外壳内彼此分离或相对分布。

　　图4显示了头显400，它是迄今为止讨论的头显的代表。头显400包括包含多个分布式电池单元的外壳405。如前所述，外壳405包括充电端口，并可用于插入充电连接器410。

　　充电连接器410耦合到高阻线420上，高阻线420也耦合到快速充电器425。这里的耦合是指在两个或多个元件之间存在闭合回路或连接。耦合并不一定意味着元件之间存在直接连接或接触。例如，当一根未断线的一端连接到电池，而另一端连接到LED时，电池就“耦合”到LED。虽然电池不直接与LED接触，但电线使电池和LED彼此“耦合”。

　　快速充电器425能够使用快充技术为头显400快速充电。值得注意的是，充电连接器410和快速充电器425可以与头显400分离。

　　正如后面所描述，即使用户正在使用头显400, 头显400都可以进行充电。另一方面，传统的头戴式显示器在充电时对用户来说会变得太热。温度升高是由于充电组件的硬件配置造成。

　　然而，微软描述的发明可以确保头显的温度分布即使在充电期间都可保持相对恒定。因此，当头显400使用快速充电器425充电时，用户依然可以佩戴头显400。

　　换句话说，通过使用相对于头显外壳外部的单元来调节充电电压，温度曲线可以保持相对恒定。作为相对于电池操作设备的外壳外部调节快速充电电压的结果，与不同或传统设备的温度分布相比，电池操作设备的温度分布具有较小的温度梯度。

　　图5示出了一种多电池快充系统500，其中包括一个快充500A。快充500A代表图4中的快充425。快充器500可连接到电网505。所述快速充电器500包括USB供电PD控制器510、充电电压调节器515和快速充电器微控制器单元20。

　　注意，充电稳压器515位于相对于设备外壳的外部。充电电压调节器515将从电网505接收到的电压调节到选定的水平，以便对设备充电，从而产生所谓的“快速充电电压”。在这样做时，充电稳压器515在产生快速充电电压时通常具有约5%至25%的效率损失，并且损失导致温度升高。

　　高阻线525代表了图4中的高阻线420，将快速充电器500连接到电池供电的设备530，这代表了迄今为止讨论的任何头显。

　　根据发明的原理，电池操作的设备530包括与第一电池单元540并耦合到第一电池单元540的第一线性充电器535。电池操作的设备530还包括与第二电池单元550并置并耦合到第二电池单元550的第二线性充电器545。电池供电的设备530可以包括任意数量的线性充电器和相应的电池单元，分别由省略号555和560所示。

　　注意，高阻线525将闪光充电器500中的充电稳压器515耦合到电池供电设备530中的线性充电器535和545。如前所述，线性充电器通过调制通道装置的电阻来调节提供给电池的充电电压和/或电流。

　　电池操作的设备530同时包括充电控制器565。充电控制器565可以与快充器MCU 520通信，或可以与线性充电器535和545通信。

　　充电控制器565一般控制快充器500与电池供电设备530之间的充电速率和充电条件。充电控制器565可以确定何时进行充电，何时停止充电，对哪些电池单元进行充电，提供的充电电压等等。充电控制器565能够连续监测输入充电电压，并基于在高阻导线上发生的损耗和基于在电池单元上发生的条件来调整电压。

　　电池驱动的设备530可以进一步包括任意数量的传感器570，以监测电池单元540和550的状况。传感器570可以监测电池单元540和550的温度水平、电压水平以及电流水平。另外，可以根据使用传感器570获得的信息确定电池单元540和电池单元550的温度分布575。

　　任选地，可以修改电池供电设备530的充电速率，以确保温度曲线575不超过温度阈值或不经历温度的快速变化。

　　因此，在一些实施例中，多电池快充系统可包括第一组传感器，以监测第一电池单元的第一电压、第一电池单元的第一电流和第一电池单元的第一温度。

　　所述多电池快充系统同时可包括第二组传感器，以监测所述第二电池单元的第二电压、所述第二电池单元的第二电流和所述第二电池单元的第二温度。

　　图6示出使用高阻导线作为通信接口的另一实施例。具体而言，图6示出了包括USB PD控制器605和充电稳压器610的快充器600。高阻线615将快速充电器600连接到电池供电的设备620。

　　电池操作的设备620包括第一线性充电器625、第一电池单元630、第二线性充电器635和第二电池单元640。电池操作的设备620同时包括充电控制器645。

　　在示例配置中，充电控制器645使用高阻线615来控制并与充电稳压器610通信，而不是使用单独的线进行通信。使用图6所示的配置，实施例在使用高电阻线615给电池操作的设备620充电和使用高电阻线615作为充电控制器645和快速充电器600之间的通信接口之间周期性交替。

　　因此，图中描述的多电池快充系统可以配置为在包括多个分布式电池的电池供电设备处减少电力充电损失。方法是通过在相对于电池操作设备外壳的外部的充电稳压器上产生或调节充电电压，并通过将充电电压通过将充电稳压器耦合到电池操作设备的高阻导线传输来实现电池操作设备的充电损耗减少。

　　名为“Flash charging parallel battery packs separated by a high resistance interconnect”的微软专利申请最初在2022年3月提交，并在日前由美国专利商标局公布。