CN100433496C - 电池的充电控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池的充电控制装置及方法，是可调节电池的满充电容量，使电池的充电状态最佳化的电池充电控制装置及方法。本发明的方法包括：读取电池的满充电容量和设计容量，把现在满充电容量和设计容量进行比较的容量比较步骤；若现在满充电容量小于设计容量，则调整现在的充电电压及充电电流的调整步骤；用所述调整步骤的充电电流及充电电压控制电池充电的充电控制步骤。本发明确认电池的充电状态，若电池的当前满充电容量低于设计容量，则通过降低充电电流和提高充电电压来调整充电电流及充电电压，以调整后的充电电流及充电电压控制电池的充电。因此，本发明可恰到好处地调节电池的满充电容量，提高电池的充电效率。

Description

电池的充电控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电池的充电控制装置及方法，尤其涉及往低调整中断电流，最大限度控制电池满充电容量的一种电池的充电控制装置及方法。

背景技术

笔记本电脑、PDA等便携式设备利用适配器接入商用交流电源或利用电池给产品提供必要的电源。此种便携式设备移动频繁，因需随身携带，所以其本身的重量、体积和电池管理是至关重要的。

上述便携式设备使用的电池是可以充电的二次电池。近来，便携式无线电子产品的开发正在增加。为实现此种产品的小型化和轻量化，高能量密度的二次电池变得越来越重要。另外，随着环境保护意识的提高，人们越来越关注环保产品。

锂离子二次电池满足了人们上述的关注和要求。上述锂离子电池具有很多优点：不但能量密度高，工作电压高，而且寿命长，存储能力优秀。因此锂离子二次电池广泛用于个人电脑、便携式摄像机、便携式电话、CD播放机和PDA等便携式设备。

下面对现有技术的电池的充电方法进行说明。

在现有技术中，不论电池的设计容量如何，只要确定充电方式，即可按确定的方式进行充电，检测电池的满充电容量(FCC)，补充电池充电时的电压及电流调节充电量。

下面参照图1对现有技术的电池的充电控制装置进行说明。

电池由电池组13内部的电池阵列构成。给上述电池组13内部的电池充电的充电器部17连接在为电池组13供应充电电源的电源输入部1和电池组13之间。上述充电器部17包括以下装置：将通过上述电源输入部1输入的电源适当调整成符合电池充电电源的电压和电流并予以输出的DC/DC转换部3、通过电流传感器5检测上述电池组13的充电电流的电流检测部11、检测上述电池组13电压的电压检测部9、从上述电流检测部11和电压检测部9获得电池的电流和电压数据，若电池电压未达到4.2V/cell(电池)电压时，用设定的一定电流值进行恒电流充电，若上述电池电压达到4.2V/cell(电池)电压，则将上述充电器部17的输出电压定为4.2V/cell电压，进行恒电压充电的充电控制部7。上述充电控制部7的充电控制特性图如图2所示。

另外，在上述充电器部17和电池组13之间有连接上述充电器部17和电池组13的连接器15。

另外，如图3所示，上述电池组13还包括将电池信息提供给上述充电器部17的控制部25。另外，还包括给电池充电的蓄电池组电池27和提供上述蓄电池组电池27充电和放电通道的充放电转换元件-场效应晶体管21、23以及保险丝19等。上述充放电转换元件21、23受上述控制部25的控制。

上述构成的现有技术的电池充电控制装置通过如图4所示的控制过程进行充电控制。

步骤500，即，电池组13内部的控制部25要求电池27充电时，判断满充电状态是否到(Fcbit＝hiqh)。

步骤510，如果电池不是处于满充电状态(Full Charge简称FC)时，充电器部17根据如图2所示的特点图用已设定的充电电压和充电电流进行充电。

步骤520，在上述步骤510的充电过程中，若电池充电的电压和电流达到已设定的充电电压和充电电流，那么向电池组13内部的控制部25设定(set)满充电位(FC bit)，同时终止充电(步骤520)。

上述步骤520的满充电状态是在满足下面两个条件时：

锥度电流(taper current)＜设定值(约150mA)

电池电压＞设定电压-锥度电压(约100mV)

上述锥度电流是指在电池完全放电后又处于满充电状态时检测的满充电电流(2.8A)为基准，因随着电池的使用而比上述基准值逐渐减小的电流值。因此在上述电池充电时检测出的锥度电流小于设定的电流值之前，实现电池充电动作的电流控制。

上述锥度电压是指电池完全放电后又处于满充电状态时检测出的满充电电压为基准时，因随着电池的使用而比上述标准值逐渐减小的电压值。因此电池充电时检测出的电池电压大于设定电压值减去锥度电压值时，实现电池充电动作的电压控制。

另外，一般情况下，电池若要充电，会向电池组13内部的控制部25发出充电请求。即，即使用户将适配器电源连接到笔记本电脑上，如果电池组13内部的控制部25不发出充电请求，蓄电池组电池27也不会进行充电。

另外，为避免电池组13内部的控制部25因频繁充电引起负面效应(sideeffect)，电池发生一定程度(根据产品已设定的放电量)的放电前，不请求充电。

然而，现有技术的笔记本电脑等便携式设备中使用的电池随着不断使用，电池的性能逐渐降低，最后无论怎样充电，满充电容量都无法达到设计容量。因此，即使用户已将电池充满电，实际上电池的利用效率在降低。

因为这种特性，电池总是很难保持在满充电状态。另外，受其自身放电的影响，电池也只是勉强维持在满充电的临近状态，很难保持在100％满充电状态。

因此，虽然用户说是使用了满充电状态的电池，但实际上电池的使用时间被缩短，因此会因对产品性能不满意产生一系列问题。

发明内容

因此，本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种为延长电池使用时间，根据充电状态调节控制满充电容量的电池的充电控制装置及方法。

为了实现本发明的上述目的，依据本发明的电池充电控制装置包括以下几个部分：蓄电池组电池，在电池组内部充电；充电部，调整蓄电池组电池现在的中断电流及充电电压；嵌入式控制器，判断上述蓄电池组电池的满充电容量状态，根据充电电压和中断电流形成电压和电流的组合关系并决定向充电部传送的控制信号，其中，若蓄电池组电池的满充电容量小于设计容量，则加大充电电压，降低中断电流；若蓄电池组电池的满充电容量大于等于设计容量，维持现在的充电电压和中断电流。

本发明上述嵌入式控制器内部还包括根据现在的充电电压和中断电流的状态形成电压和电流组合关系并设定组合信号的满充电位输出装置。

另外，为了实现上述目的，本发明的电池充电控制方法包括以下步骤：读取电池的满充电容量和设计容量，把满充电容量和设计容量进行比较的容量比较步骤；若满充电容量小于设计容量，则调整现在的充电电压及现在的中断电流的调整步骤，其中，所述调整步骤包括加大充电电压，降低中断电流；若满充电容量大于等于设计容量，维持现在的充电电压和中断电流；用所述经过调整后的中断电流及充电电压控制电池充电的充电控制步骤。

所述调整步骤根据现在的充电电压和中断电流，形成电压和电流的组合关系。

本发明上述容量比较步骤的特征是：若现在满充电容量大于设计容量，维持现在的充电方法。

现在使用的智慧型电池内部具有设计满充电容量及现在的满充电容量(FCC：Full Charge Capacity)。就电池来说，如果初期用现有充电方式进行充电，满充电容量是按设计容量进行充电的，所以满充电容量与设计容量相同或稍高于设计容量。然而，随着电池的不断使用，电池的性能逐渐降低，无论如何充电，现在的满充电容量也无法达到设计容量。

一般充电方式为固定式，为电池提供一定量的能量。另外，电池内部的活性逐渐降低，自身的容量会不断变小。因此本发明的目的在于增加向电池提供的能量的数量，反复使用电池也可最大限度维持电池的设计容量，减少容量的变小。

给电池增加能量的数量的方法，可加大充电电压，减小终止充电的中断电流的规格。最普遍用于电池充电的中断电流为150-200mA左右。

本发明的效果：

依据本发明的电池的充电控制装置及方法具有以下效果：

长时间使用现有技术的电池，电池的满充电容量就会从初始状态逐渐降低。因此，即使初始的电池显示的满充电状态与使用一定时间后电池显示的满充电状态相同，实际上在电池的满充电容量上是有差异的。即，使用一定时间后的电池满充电容量小于初始的电池满充电容量。

因此，本发明确认电池的充电状态，若电池的现在满充电容量小于设计容量，则调整充电电流及充电电压，降低充电电流，加大充电电压。因此，可恰到好处地调整电池的满充电容量，提高电池的充电效率。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1是现有技术的充电控制装置的构成图；

图2是表示现有技术的充电器部的输出电压与蓄电池组电池充电电压之间差异的输出波形图；

图3是电池组详细构成图；

图4是现有技术的电池充电控制工作流程图；

图5是本发明的电池充电控制电路；

图6是表示分配给本发明的电池充电控制电路中嵌入式控制器的电压和电流的组合关系的状态图；

图7是表示本发明的电池充电控制方法的动作控制流程图。

附图中主要部分的符号说明：

100：嵌入式控制器    110：寄存器传感器

120：电池            130：微处理器

140：满充电位        160：充电部

具体实施方式

下面将对本发明的电池的充电控制装置及方法的实施方式进行详细说明。

本发明中的电池的充电控制基本上从电池的满充电容量(FCC：Full ChargeCapacity)标准开始低于设计容量的时刻开始。在本发明中，就充电电压来说，当电流与设计容量不相符时，增大恒定为4.2V的充电电压。

另外，作为本发明的充电电流(中断电流)的实施例，现在电流定为150mA时，本发明用输入低于该数值的电流来给电池增加能量的数量。

图5是依据本发明的电池的充电控制电路方块图。图6是依据本发明的分配到电池的充电控制电路内控制器的电压和电流的组合关系状态图。

电池组125内部由进行电池充电的蓄电池组电池120和掌握蓄电池组电池120的设计容量及现在充电状态进行充电控制的嵌入式控制器100构成。

本发明的嵌入式控制器100是控制电池充放电的装置。上述嵌入式控制器100向控制电池充电的充电部160输入控制信号。为此，嵌入式控制器100读取电池进行充电时的设计容量及现在的满充电容量。此时，嵌入式控制器100在检测出设计容量及现在满充电容量值的同时，也检测出电池充电的充电电流及电压。另外，嵌入式控制器100在满充电位(bit)140上设置的电压及电流的组合分配状态基础上，向充电部160输出控制信号。

本发明检测电池充电的充电电流和电压，提供给上述嵌入式控制器100，实现电池充电控制。上述嵌入式控制器100与充电部160连接，向充电部160输出调整充电的控制信号。

即，充电部160接收发自嵌入式控制器100的电压及电流的组合分配状态信号，控制向电池组125的蓄电池组电池120传输的充电电压及充电电流(中断电流)。

寄存器传感器110感应从充电部160向蓄电池组电池120传输的电流值。

如图6所示，中断电流(充电电流)和充电电压可进行多种设置。例如，满充电位140中，可设定为150mA的中断电流(充电电流)、100mA的中断电流(充电电流)和50mA的中断电流(充电电流)等。另外，充电电压可设定为12.6V、12.65V、12.7V等多种。

另外，本发明组合上述充电电流及充电电压，调整嵌入式控制器100的满充电位140的输出状态。即，利用各个电流值和电压值的组合，决定分配到嵌入式控制器100的比特数。例如，如果是满充电位140A的中断电流(150mA)和D的电压(12.6V)组合，那么分配到嵌入式控制器100的位为“000”。另外，如果是满充电位140B的中断电流(100mA)和D的电压(12.6V)组合，那么分配到嵌入式控制器100的位为“001”。另外，如果满充电位140是C的中断电流(50mA)和D的电压(12.6V)组合，那么分配到嵌入式控制器100的位为“010”。另外，如果满充电位140是C的中断电流(50mA)和E的电压12.65V)组合，那么分配到嵌入式控制器100的位为“011”。另外，如果满充电位140是C的中断电流(50mA)和F的电压(12.7V)组合，那么分配到嵌入式控制器100的位为“100”。

下面对上述控制电路的工作过程进行说明。

首先，将电池125安在充电装置上，检测电池125的充电电流及充电电压。为此，嵌入式控制器100感应电池组125的设计容量及满充电容量。感应上述设计容量及现在的满充电容量时，若电池125的现在满充电容量低于设计容量，则调整给电池125充电的满充电容量。

电池组125的微处理器130感应给蓄电池组电池120充电的满充电容量，向嵌入式控制器100输出设计容量及现在满充电容量。嵌入式控制器100读取微处理器130传达的设计容量及现在满充电容量，根据现在电压值及电流值检测如图6所示的在满充电位140设置的状态值。

另外，在嵌入式控制器100检测的满充电位140的分配状态值上加“1”，调整电压及电流值。然后，嵌入式控制器100将上述“满充电位+1”的状态值的电压及电流值输入充电部160，使电池125的充电控制过程调整为“满充电位+1”的状态值。

例如，参照图6所示的状态图可以看出，电压及电流的组合若为A、D组合的状态值，则电压及电流调整后用B、D组合的状态值进行控制。另外，电压及电流的组合若为C、E组合的状态值，则电压及电流调整后用C、F组合的状态值进行控制。这样，若满充电容量未达到设计容量值，那么可使充电电压值加大或使电流值降低。

充电部160根据嵌入式控制器100的传送值，用现在充电电压及充电电流(中断电流)给电池125充电。此时，寄存器传感器110感应充电部125输出的电流值。另外，通过反馈充电部160输出的电流值，充电部160得以确认现在输出的电流值是否为正常输出。

图7是依据本发明的电池充电控制方法的动作控制流程图。

一般情况下，若电池125反复充电，与初始状态相比，电池的充电效率会降低·本发明基本上是从电池的满充电容量(FCC.Full Charge Capacity)水平开始低于设计容量的时刻开始的。这样，用调整电压及电流来增加满充电容量，控制其达到设计容量。

即，电池125安装在充电装置上，微处理器会感应蓄电池组电池120的满充电容量。微处理器130将感应的满充电容量和设计容量向嵌入式控制器100传送。

步骤300，上述嵌入式控制器100读取微处理器130传送的满充电容量和设计容量值，另外，嵌入式控制器100将现在蓄电池组电池的满充电容量和设计容量进行比较，判断现在满充电容量是否大于设计容量。

步骤310、步骤340，在步骤300的比较步骤中，若现在满充电容量大于设计容量，则维持现在的充电方法，并用现在的充电方法进行充电。

步骤320，另外，在步骤300的比较步骤中，若现在蓄电池组电池120中充电的满充电容量小于设计容量，则判断为蓄电池组电池120的充电效率降低。另外，加大充电电压，使之大于现在的满充电容量，调整满充电位的分配状态值，降低充电电流。即，在现在满充电位分配值基础上另外加“1”，加大满充电位分配值。

例如，在步骤300中，如图6所示的表格中的电压及电流的组合为A、D状态，若现在满充电容量小于设计容量，在满充电位分配值上加“1”。因此，从电压及电流的组合为A和D、满充电位分配值为“000”调整至电压及电流的组合为B和D、满充电位分配值为“001”。另外，此后控制动作在变更的满充电位分配值“001”的基础上进行调整。

步骤330，所以，在上述步骤320中调整的满充电位分配值的基础上，嵌入式控制器100调整充电电压及充电电流值(中断电流)。

步骤340，另外，上述步骤330中调整的充电电压及充电电流值向充电部160传送。充电部160根据充电电压及充电电流值控制电池进行充电。

如上所述，本发明的基本技术思想是：若现在满充电容量小于设计容量，为提高现在满充电容量的效率，通过控制来强制调整电流及电压。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (4)

1、一种电池的充电控制方法，其特征在于包括以下步骤：

读取电池的满充电容量和设计容量，把满充电容量和设计容量进行比较的容量比较步骤；

若满充电容量小于设计容量，则调整现在的充电电压及现在的中断电流的调整步骤，其中，所述调整步骤包括加大充电电压，降低中断电流；

若满充电容量大于等于设计容量，维持现在的充电电压和中断电流；

用所述经过调整后的中断电流及充电电压控制电池充电的充电控制步骤.

2、如权利要求1所述的电池的充电控制方法，其特征在于：

所述调整步骤根据现在的充电电压和中断电流，形成电压和电流的组合关系.

3、一种电池充电控制装置，其特征在于包括以下几个部分：

蓄电池组电池，在电池组内部充电；

充电部，调整蓄电池组电池现在的中断电流及充电电压；

嵌入式控制器，判断上述蓄电池组电池的满充电容量状态，根据充电电压和中断电流形成电压和电流的组合关系并决定向充电部传送的控制信号，其中，若蓄电池组电池的满充电容量小于设计容量，则加大充电电压，降低中断电流；若蓄电池组电池的满充电容量大于等于设计容量，维持现在的充电电压和中断电流.

4、如权利要求3所述的电池充电控制装置，其特征在于：

所述嵌入式控制器内部还包括根据现在的充电电压和中断电流的状态形成电压和电流组合关系并设定组合信号的满充电位输出装置.

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