專利名稱:無(wú)需采樣即可實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充電的充電控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池充電的控制方法。具體說(shuō)是針對(duì)電池在過(guò)放電情況和充電結(jié)束后充電過(guò)程的一種控制方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在對(duì)電池的充電控制中一般包括以下幾個(gè)過(guò)程電池預(yù)充電過(guò)程-快速充電過(guò)程-恒壓或脈沖充電過(guò)程-充電結(jié)束。電池預(yù)充電過(guò)程主要是針對(duì)電池過(guò)放電，沒(méi)有輸出或輸出過(guò)低而不能達(dá)到系統(tǒng)工作所需的最低要求時(shí)而進(jìn)行的充電動(dòng)作。很多情況下充電控制電路所用的電源和系統(tǒng)的主工作電源是同一個(gè)電源，而系統(tǒng)的工作電源又與電池輸出有著直接的依賴關(guān)系，因而控制電路的工作電源就與電池的輸出電壓就有了直接聯(lián)系，正常情況下這兩個(gè)電源節(jié)點(diǎn)可以是同一個(gè)，而在電池過(guò)放電而沒(méi)有輸出或輸出很低時(shí)，會(huì)由于工作電源受到電池電壓的影響而低于系統(tǒng)的正常工作電壓，影響充電控制電路工作電源的正常提供，從而使系統(tǒng)失控，甚至造成系統(tǒng)損壞。充電結(jié)束后為避免對(duì)電池的長(zhǎng)時(shí)間充電而影響電池使用壽命，通常需要在充電結(jié)束后將電池輸出和充電控制電路斷開(kāi)。這就需要針對(duì)在電池過(guò)放電或者損壞情況下的充電過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)控制，增加相應(yīng)的控制和保護(hù)電路。同時(shí)在電池充電結(jié)束后也要能對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行控制。
業(yè)界目前的充電方案中常用的做法A、直接將系統(tǒng)工作電源與電池輸出連接，在系統(tǒng)中設(shè)置最低電壓斷電檢測(cè)，盡量避免電池的過(guò)放電。
這種方法的電路和控制都比較簡(jiǎn)單，但有以下缺點(diǎn)首先，一旦電池出現(xiàn)過(guò)放電或因?yàn)閾p壞而使輸出為很低甚至為零，直接連接的方法就可能給系統(tǒng)造成致命的傷害。其次，當(dāng)充電結(jié)束后如果繼續(xù)長(zhǎng)期插上充電器，會(huì)造成對(duì)電池的長(zhǎng)期充電，從而影響電池的使用壽命。
B、電池輸出端和充電控制電路的電源間直接用一個(gè)保護(hù)電路隔開(kāi)，正常情況下該電路可通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)控制使其與系統(tǒng)主電源(即充電控制電路電源)直接短接，通過(guò)充電控制電路的輸出直接給電池充電。當(dāng)檢測(cè)到電池輸出電壓低于某個(gè)值，可能會(huì)影響到系統(tǒng)正常工作時(shí)，該保護(hù)電路中的開(kāi)關(guān)器件斷開(kāi)，通過(guò)限流和升壓電路(涓流充電電路)用小電流給電池充電。
這種方案既可保證在電池電壓過(guò)低的情況下系統(tǒng)的正常工作，也保證了電池的正常充電，當(dāng)電池電壓很快上升到正常范圍后閉合電路中的開(kāi)關(guān)器件，開(kāi)始對(duì)電池的快速充電過(guò)程。既便是在極端情況下，電池電壓過(guò)低或者與地短路，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成傷害。同時(shí)也可以避免對(duì)電池的長(zhǎng)時(shí)間充電造成的影響。
但是，這種方案中由于電池電源和系統(tǒng)工作電源在電路中沒(méi)有直接連接，而系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)工作電源和電池輸出電壓的實(shí)際情況，從而根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的控制，相對(duì)第一種方案來(lái)講就多了一個(gè)電壓采樣和判斷電路，由于鋰離子電池對(duì)充電電壓要求比較苛刻，過(guò)充電壓不能大于電池電壓的1％，這樣就對(duì)電池電壓采樣電路有了較高要求，控制過(guò)程也需要增加相應(yīng)的換算、判斷和控制。既增加了系統(tǒng)成本，也增加了控制電路和控制過(guò)程的復(fù)雜度，降低了控制過(guò)程的可靠性和精度，從而增加了系統(tǒng)的故障機(jī)率，增加了研發(fā)、測(cè)試和維護(hù)成本。
綜上所述，需要一種實(shí)現(xiàn)電池充電控制的電路和方法，既能保證充電過(guò)程的完全控制和安全保護(hù)，保證控制的精度和可靠性，又能夠不增加成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，同時(shí)又不影響系統(tǒng)的可維護(hù)性和功能實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)需采樣即可實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充電的充電控制方法，能實(shí)現(xiàn)電池充電過(guò)程的安全、可靠控制，且控制過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低。本發(fā)明還要提供一種可實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)需采樣即可實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充電的充電控制方法，應(yīng)用于充電電源和系統(tǒng)工作電源共用一個(gè)電源，且系統(tǒng)工作電源與電池輸出間通過(guò)一個(gè)充電控制開(kāi)關(guān)相連接的系統(tǒng)，該方法包括以下步驟(a)系統(tǒng)檢測(cè)到充電器已插上時(shí)，自動(dòng)上電復(fù)位并開(kāi)始工作，此時(shí)充電開(kāi)關(guān)電路斷開(kāi)，電池輸出與系統(tǒng)工作電源斷開(kāi)；(b)系統(tǒng)初始化時(shí)，將所述充電開(kāi)關(guān)電路閉合，將充電回路導(dǎo)通，給電池充電；(c)如果此時(shí)電池電壓低于系統(tǒng)正常工作電壓，系統(tǒng)掉電關(guān)機(jī)，轉(zhuǎn)入步驟(a)；如果電池電壓已達(dá)到系統(tǒng)正常工作電壓，轉(zhuǎn)入步驟(d)；(d)電池的預(yù)充電過(guò)程完成，進(jìn)入正常充電過(guò)程。
進(jìn)一步地，上述充電控制方法還可具有以下特點(diǎn)所述步驟(d)中，當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的系統(tǒng)工作電壓判斷電池已充滿時(shí)，斷開(kāi)所述充電開(kāi)關(guān)電路，防止過(guò)充或反復(fù)充電。
進(jìn)一步地，上述充電控制方法還可具有以下特點(diǎn)所述步驟(c)中，當(dāng)電池電壓低于系統(tǒng)正常工作電壓，系統(tǒng)是因?yàn)橛布旧硖匦远綦姷模捎谄骷俣群碗娐窇T性的作用，在掉電前電池已經(jīng)獲得了一定能量。
本發(fā)明提供的無(wú)需采樣即可實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充電的充電控制系統(tǒng)包括充電電源接口、充電電路、充電及電源管理電路、主工作電路和用于斷開(kāi)和閉合電池和充電電路之間連接的充電開(kāi)關(guān)電路，其中所述充電電路連接到所述充電及電源管理電路、充電開(kāi)關(guān)電路，其輸出同時(shí)作為系統(tǒng)主電源和充電電源；所述主工作電路在初始化的過(guò)程中，輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)到所述充電開(kāi)關(guān)電路使其閉合；所述充電開(kāi)關(guān)電路在有充電器的情況下，掉電后的狀態(tài)為斷開(kāi)。
進(jìn)一步地，上述充電控制系統(tǒng)還可具有以下特點(diǎn)所述充電及電源管理電路用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電源管理，包括檢測(cè)充電電源接口是否插上充電器，將主電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電源，對(duì)系統(tǒng)工作電壓采樣；同時(shí)，負(fù)責(zé)充電過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和狀態(tài)判斷，輸出控制信號(hào)到所述充電電路，在電池電壓低于系統(tǒng)的正常工作電壓，電源管理電路會(huì)自動(dòng)掉電。
進(jìn)一步地，上述充電控制系統(tǒng)還可具有以下特點(diǎn)所述充電電路接收充電電源接口輸出的電源信號(hào)，向充電及電源管理電路輸出主電源信號(hào)并作為電池的充電電源，同時(shí)接收所述充電及電源管理電路的控制信號(hào)，通過(guò)狀態(tài)變化完成對(duì)電池充電的控制過(guò)程。
由上可知，本發(fā)明方法及系統(tǒng)與其它同類產(chǎn)品相比有如下優(yōu)點(diǎn)A、電路簡(jiǎn)單。只需要在電池與工作電源間增加一個(gè)能夠控制通斷的開(kāi)關(guān)電路就可以，無(wú)需特殊器件。電池電壓和系統(tǒng)工作電源共用一組采樣電路。
B、電路成本低?？刂齐娐泛?jiǎn)單，工作電壓與電池電壓采樣共用一組采樣電路，減少了電路的材料成本。
C、控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠。只需要根據(jù)需要對(duì)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制即可實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)工作電壓跟電池電壓采樣電路共用一個(gè)，減少了測(cè)試環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了控制流程。提高了控制可靠性。
本發(fā)明的系統(tǒng)可以用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等各種可直接充電的終端。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例方法和控制過(guò)程。
具體實(shí)施方式本發(fā)明是在電池和主電源輸入端之間加隔離開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)控制該器件的通斷實(shí)現(xiàn)過(guò)放電情況下對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)和充電結(jié)束后對(duì)電池的保護(hù)。
圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)方框圖。包括
充電電源接口101，與充電器或其他電源連接，供給系統(tǒng)工作和充電所需的電源。
充電電路102，接收充電電源接口輸出的電源信號(hào)，輸出充電及電源管理電路103所需的主電源信號(hào)并作為充電電源，接收充電及電源管理電路的控制信號(hào)，通過(guò)狀態(tài)變化完成對(duì)電池充電的控制過(guò)程。
充電及電源管理電路103，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電源管理，如檢測(cè)充電電源接口是否插上充電器，將主電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電源，對(duì)系統(tǒng)工作電壓采樣等。同時(shí)，負(fù)責(zé)充電過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和狀態(tài)判斷，輸出控制信號(hào)到充電電路102。如果電池電壓低于系統(tǒng)的正常工作電壓，電源管理電路會(huì)自動(dòng)掉電。
充電開(kāi)關(guān)電路104，用于根據(jù)主工作電路的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，閉合或斷開(kāi)電池106和充電電路102之間的連接，實(shí)現(xiàn)電池過(guò)放電情況下的預(yù)充電過(guò)程，并在充電結(jié)束后斷開(kāi)該連接。該開(kāi)關(guān)電路在有充電器的情況下，掉電后的狀態(tài)為斷開(kāi)。
主工作電路105，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，本實(shí)施例中還通過(guò)軟件配置，使它在初始化的過(guò)程中，輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)使充電開(kāi)關(guān)電路閉合。
電池106，是本發(fā)明最終服務(wù)的對(duì)象。
與背景技術(shù)中提到方案A相比，本發(fā)明在電池和充電電路中增加了一個(gè)充電開(kāi)關(guān)電路，并在主工作電路中系統(tǒng)中增加了在初始化過(guò)程對(duì)該開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的控制。除預(yù)充電過(guò)程外，其它充電過(guò)程的控制與該方案相同。
基于上述系統(tǒng)，圖2給出本實(shí)施例方法的控制流程圖，包括以下步驟步驟201，系統(tǒng)檢測(cè)到充電器已插上時(shí)，自動(dòng)上電復(fù)位并開(kāi)始工作，此時(shí)充電開(kāi)關(guān)電路處于默認(rèn)的斷開(kāi)狀態(tài)，電池輸出與系統(tǒng)主工作電源斷開(kāi)，系統(tǒng)由充電器供電；在該過(guò)程中，充電及電源管理電路103檢測(cè)到充電器的存在后，控制充電電路102的輸出在正常的輸入范圍給充電及電源管理電路103上的電源管理主電源供電，該電路103將電源管理主電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的各種系統(tǒng)電源。主工作電路105在為其提供了需要的電源后會(huì)上電復(fù)位，然后開(kāi)始工作，而此時(shí)充電開(kāi)關(guān)電路104處于斷開(kāi)狀態(tài)，充電電路104與電池106間處于隔斷狀態(tài)，沒(méi)有開(kāi)始給電池106充電，這時(shí)既便是電池106電壓過(guò)低也不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)主電源電壓過(guò)低而關(guān)機(jī)。上電時(shí)也不對(duì)電池電壓進(jìn)行采樣和判斷。
步驟202，系統(tǒng)初始化時(shí)，直接將充電開(kāi)關(guān)電路閉合，使充電回路導(dǎo)通給電池充電；該過(guò)程中，主工作電路105上電進(jìn)行初始化時(shí)，將充電開(kāi)關(guān)電路104閉合，使充電器提供的充電電源101通過(guò)充電電路102對(duì)電池106充電。
步驟203，如果此時(shí)電池電壓低于系統(tǒng)正常工作電壓，因系統(tǒng)硬件本身的特性會(huì)轉(zhuǎn)入步驟204；如果電池電壓已達(dá)到系統(tǒng)正常工作電壓，則轉(zhuǎn)入步驟205；步驟204，系統(tǒng)掉電關(guān)機(jī)，轉(zhuǎn)入步驟210；如果電池處于過(guò)放電狀態(tài)，當(dāng)充電開(kāi)關(guān)電路104閉合后，系統(tǒng)主電源會(huì)由于電池電壓過(guò)低而被拉低，此時(shí)電源管理電路由于電壓過(guò)低會(huì)掉電，保護(hù)系統(tǒng)免受損傷。但由于器件速度和電路慣性的作用，在系統(tǒng)掉電前電池已經(jīng)獲得了一定能量。由于充電器的存在又會(huì)自動(dòng)上電開(kāi)機(jī)，重復(fù)上面的動(dòng)作。
由于電池在低電壓情況下容量很小，幾乎可以不記，所以從低電壓充電到能保證系統(tǒng)正常工作的電壓所用的充電量很小，而且目前所用的電池基本上都有低電壓保護(hù)電路，在電池電壓低于某個(gè)安全電壓時(shí)會(huì)自動(dòng)保護(hù)，斷開(kāi)給外部的供電，當(dāng)再次喚醒后輸出電壓會(huì)直接從斷開(kāi)時(shí)的電壓開(kāi)始輸出。所以通過(guò)前面反復(fù)的上電、充電、掉電的循環(huán)過(guò)程反復(fù)的給電池充電，過(guò)放電的電池會(huì)很快的實(shí)現(xiàn)預(yù)充達(dá)到系統(tǒng)需要的工作電壓，替代了涓流充電電路，實(shí)現(xiàn)了涓流充電同樣的功能。
步驟205，電池的預(yù)充電過(guò)程完成，進(jìn)入正常充電過(guò)程，當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的系統(tǒng)電壓判斷電池已充滿時(shí)，斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)電路，防止過(guò)充或反復(fù)充電。
從上述流程可以看出，該過(guò)程中，在插上充電器開(kāi)機(jī)后，需要控制的只是在初始化時(shí)將充電開(kāi)關(guān)電路閉合給電池充電即可，不需要預(yù)先對(duì)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)來(lái)判斷充電所應(yīng)處的狀態(tài)，而電池電壓過(guò)低時(shí)是通過(guò)硬件本身特性導(dǎo)致的掉電、自動(dòng)開(kāi)機(jī)、預(yù)充電來(lái)完成對(duì)電池的預(yù)充電過(guò)程，從而簡(jiǎn)化了硬件電路和控制過(guò)程。綜上所述，本發(fā)明所提出的充電池預(yù)充電的方法和裝置實(shí)現(xiàn)裝置簡(jiǎn)單、成本低廉，控制方法簡(jiǎn)單可靠。能夠以最低的成本和最簡(jiǎn)單的控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的過(guò)放電的預(yù)充電過(guò)程，與同類系統(tǒng)相比有明顯的先進(jìn)之處和優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)需采樣即可實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充電的充電控制方法，應(yīng)用于充電電源和系統(tǒng)工作電源共用一個(gè)電源，且系統(tǒng)工作電源與電池輸出間通過(guò)一個(gè)充電控制開(kāi)關(guān)相連接的系統(tǒng)，該方法包括以下步驟(a)系統(tǒng)檢測(cè)到充電器已插上時(shí)，自動(dòng)上電復(fù)位并開(kāi)始工作，此時(shí)充電開(kāi)關(guān)電路斷開(kāi)，電池輸出與系統(tǒng)工作電源斷開(kāi)；(b)系統(tǒng)初始化時(shí)，將所述充電開(kāi)關(guān)電路閉合，將充電回路導(dǎo)通，給電池充電；(c)如果此時(shí)電池電壓低于系統(tǒng)正常工作電壓，系統(tǒng)掉電關(guān)機(jī)，轉(zhuǎn)入步驟(a)；如果電池電壓已達(dá)到系統(tǒng)正常工作電壓，轉(zhuǎn)入步驟(d)；(d)電池的預(yù)充電過(guò)程完成，進(jìn)入正常充電過(guò)程。
2.如權(quán)利要求
1所述的充電控制方法，其特征在于，所述步驟(d)中，當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的系統(tǒng)工作電壓判斷電池已充滿時(shí)，斷開(kāi)所述充電開(kāi)關(guān)電路，防止過(guò)充或反復(fù)充電。
3.如權(quán)利要求
1所述的充電控制方法，其特征在于，所述步驟(c)中，當(dāng)電池電壓低于系統(tǒng)正常工作電壓，系統(tǒng)是因?yàn)橛布旧硖匦远綦姷?，由于器件速度和電路慣性的作用，在掉電前電池已經(jīng)獲得了一定能量。
4.一種無(wú)需采樣即可實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充電的充電控制系統(tǒng)，包括充電電源接口、充電電路、充電及電源管理電路和主工作電路，其特征在于，還包括一個(gè)用于斷開(kāi)和閉合電池和充電電路之間連接的充電開(kāi)關(guān)電路，其中所述充電電路連接到所述充電及電源管理電路、充電開(kāi)關(guān)電路，其輸出同時(shí)作為系統(tǒng)主電源和充電電源；所述主工作電路在初始化的過(guò)程中，輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)到所述充電開(kāi)關(guān)電路使其閉合；所述充電開(kāi)關(guān)電路在有充電器的情況下，掉電后的狀態(tài)為斷開(kāi)。
5.如權(quán)利要求
1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述充電及電源管理電路用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電源管理，包括檢測(cè)充電電源接口是否插上充電器，將主電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電源，對(duì)系統(tǒng)工作電壓采樣；同時(shí)，負(fù)責(zé)充電過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和狀態(tài)判斷，輸出控制信號(hào)到所述充電電路，在電池電壓低于系統(tǒng)的正常工作電壓，電源管理電路會(huì)自動(dòng)掉電。
6.如權(quán)利要求
1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述充電電路接收充電電源接口輸出的電源信號(hào)，向充電及電源管理電路輸出主電源信號(hào)并作為電池的充電電源，同時(shí)接收所述充電及電源管理電路的控制信號(hào)，通過(guò)狀態(tài)變化完成對(duì)電池充電的控制過(guò)程。
專利摘要
一種無(wú)需采樣即可實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充電的充電控制方法，應(yīng)用于充電電源和系統(tǒng)工作電源共用一個(gè)電源，且系統(tǒng)工作電源與電池輸出間通過(guò)一個(gè)充電控制開(kāi)關(guān)相連接的系統(tǒng)，包括步驟(a)系統(tǒng)檢測(cè)到充電器已插上時(shí)，自動(dòng)上電復(fù)位并開(kāi)始工作，此時(shí)充電開(kāi)關(guān)電路斷開(kāi)，電池輸出與系統(tǒng)工作電源斷開(kāi)；(b)系統(tǒng)初始化時(shí)，將所述充電開(kāi)關(guān)電路閉合，將充電回路導(dǎo)通，給電池充電；(c)如果此時(shí)電池電壓低于系統(tǒng)正常工作電壓，系統(tǒng)掉電關(guān)機(jī)，轉(zhuǎn)入步驟(a)；如果電池電壓已達(dá)到系統(tǒng)正常工作電壓，轉(zhuǎn)入步驟(d)；(d)電池的預(yù)充電過(guò)程完成，進(jìn)入正常充電過(guò)程。本發(fā)明方法能實(shí)現(xiàn)電池充電過(guò)程的安全、可靠控制，且控制過(guò)程簡(jiǎn)單、裝置成本低。
文檔編號(hào)H02J7/04GK1992466SQ200510136585
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日
發(fā)明者左向民, 張金, 郭青 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan