CN102270855B - 一种充电控制电路及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电控制电路及其充电方法。充电控制电路主要具有恒流恒压电路、恒压控制电路、饱和检测电路和最小电流限制电路。其中，恒流恒压电路设置成利用其输出先以恒压模式给电池充电，并通过恒压控制电路的控制转换成利用其输出以恒流模式给电池充电。当电池电量接近充满时，最小电流限制电路限制恒流恒压电路输出最小电压以最小电流充电模式给电池充电。本发明通过最小电流限制电路控制充电控制电路的最小充电电流，能达到减少充电时间的效果。

Description

一种充电控制电路及其充电方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种充电控制电路及其充电方法。

背景技术

对于某些类型的电池如锂电池，在电池电压较低时，即低电量时，电池的容量大，可以以较大的电流充电，电池电量接近全容量时，电池吸收电流的能力将小，如果继续施加大电流充电将出现问题，可能导致电池损害，所以当电池容量接近全电容时一般采用恒压模式给电池充电。因此，采用恒流恒压的充电方式以为业界所认同。

所谓恒流恒压的充电方式，及即先施加恒流给电充电，再施加恒压方式给电池充电。例如申请号为CN200410076618.2的中国专利公开了一种恒流恒压的充电电路，如图1所示，它首先利用放大器120已恒流模式给电池105充电，当电池105接近饱和阈值电压Vchg时，电压保持电路140提供可变电流从而使得充电电路以恒压模式施加逐渐减小的电流给电池105充电。但由于充电时，电池与充电器之间有接触电阻、电路的输出端到电池亦存在导线引起的串联电阻，充电时电池本身也存在内阻等等，这些因素累计的充电回路电阻导致的额外压降导致停充电压的偏离真实值，即存在电池两端实际测得的电压比Vchg偏小的缺陷。且该公开专利也没用揭露如何停止给电池充电的填充时间，因而可能导致充电时间过长的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少充电时间的充电控制电路及其充电方法。

本发明提供一种充电控制电路，具有恒流恒压电路，所述恒流恒压电路设置成利用其输出以控制耦接到其上的压控电流源以给电池提供恒定的电流以恒流模式给电池充电和设置成利用其输出以控制所述压控电流源以给电池提供可变的电流以恒压模式给电池充电，其特征在于，所述充电控制电路还具有与所述恒流恒压电路相连接的最小电流限制电路，所述最小电流限制电路用于控制所述恒流恒压电路输出最小电压以控制所述压控电流源以给电池提供最小的电流给电池充电。

进一步的，上述最小电流限制电路具有比较放大器，所述比较放大器依据其预设的最小限制电压控制所述恒流恒压电路输出最小电压。

进一步的，上述恒流恒压电路以恒流模式充电时的初始电压为V1，最小电流限制电路预设的最小电压为V2，V2与V1之间的比值关系为N％，所述N％由用户依据充电需要设置。其中，N％的取值范围较佳的为5％～20％。

进一步的，上述充电控制电路还具有饱和检测电路，所述饱和检测电路用于检测所述充电控制电路开路时电池两端的电压。

进一步的，上述充电控制电路还具有开关电路，所述饱和检测电路通过开关电路控制所述恒流恒压电路停止对电池充电。

进一步的，上述饱和检测电路还具有时钟电路，所述时钟电路用于产生时间间隔，所述饱和检测电路依据所述时间间隔检测电池两端电压。且该时间间隔为固定的时间间隔或逐渐减小的时间间隔。

本发明还提供一种给电池充电的方法，具体包括步骤：从利用恒流恒压电路输出控制压控电流源以给电池提供恒定电流以恒流模式给电池充电，转换到用所述恒流恒压电路输出控制所述压控电流源以给电池提供变化的电流以恒压模式给电池充电，最后转换成利用最小电流限制电路控制所述恒流恒压电路输出最小电压以控制所述压控电流源以给电池提供最小的电流给电池充电。

本发明通过最小电流限制电路控制充电控制电路输出最小限制电流给电池充电，并结合饱和检测电路检测充电控制电路开路时电池的电压，从而取得缩短给电池充电时间，并有效充满电池电量的效果。

附图说明

图1为一种现有技术的充电控制电路的示意图；

图2为本发明一种充电控制电路的结构示意图；

图3为本发明另一种充电控制电路的结构示意图；

图4为图2中的一种具体充电控制电路的电路示意图；

图5为图3中的一种具体充电控制电路的电路示意图。

具体实施方式

针对传统的充电电路给电池充电的充电时间过长及实际充得的电压偏小的缺陷，本发明提供一种充电控制电路。

图2描述了依据本发明的一个实施例的充电控制电路。充电控制电路具有响应施加电压产生电流I11和I12的压控电流源，且压控电流源分别响应施加到各自身上的同样电压从而产生基本相等的电流I11和I12，即压控电流源能依据所施加电压起到产生相等电流的镜像电流源的作用。

如图2所示，充电控制电路主要包含开关电路、恒流恒压电路、恒压控制电路、最小电流限制电路和饱和检测电路。恒流恒压电路通过开关电路输出电压到压控电流源，因而恒流恒压电路由于提供不同电压能以恒流模式和恒压模式两种模式控制压控电流源产生电流I11和I12，电流I11和I12则分别提供到电池和负载电阻。起始给电池充电时，恒流恒压电路以恒流模式给提供压控电流源电压使得产生较稳定的电流I11给电池充电；当电池电压接近其饱和电压时，恒流恒压电路以恒压模式提供不断降低的电压到压控电流源使得产生不断减小的电流I11给电池充电。其中，电池的饱和电压是指电池的电量已饱和时电池两端的电压。

随着恒压模式持续的给电池充电，压控电流源产生的电流也随之不断减小。电流若减少到特别小时，则充电时间会不断加长。为了有效减少充电时间，本发明还提供最小电流限制电路用以限制电池充电时的最小充电电流。如图2所示，随着I11、I12的不断减小，负载电阻上的电压也随之减小，当电阻上的电压减小到最小电流限制电路预设的阈值电压时，最小电流限制电路则会限制恒流恒压电流提供电压的进一步减小，并使得恒流恒压电路稳定在最小限制电压。从而，施加到压控电流源最小限制电压使得产生最小限制限制电流I11给电池充电。需要特别指出的是，本发明的最小电流限制电路的作用在于使得恒流恒压电路输出最小的电压，因而提供最小的充电电流给电池充电，而不至于使得充电电流过小，导致充电时间过长。本发明的最小电流限制电路可以通过比较放大器、电流检测计等各种电路来实现。

随着最小限制电流以恒压模式持续的给电池充电，电池两端的电压开始达到饱和电压时，将触发饱和检测对电池两端电压进行检测。如图2所示，当电池两端的电压达到饱和电压时，即恒压控制电路测得电池两端的电压达到饱和电压时，将触发饱和检测电路对电池两端电压进行检测。也可以直接在饱和检测电路内置比较放大器，当电池两端的电压达到饱和电压时，触发饱和检测电路对电池两端电压进行检测，如图3所示。在饱和检测电路欲对电池两端电压进行检测时，首先开关电路控制停止恒流恒压电路输出电压到压控电流源给电池充电，即充电电流I11、I12变为0，饱和检测电路检测充电控制电路开路时电池两端的电压。由于I11变为0后，充电回路电阻所产生的电压为0，饱和检测电路若实际电池电量未充满时，饱和检测电路测得的电池两端电压减小，即小于电池的饱和电压。因而，若测得电池两端的实际电压小于饱和电压，则通过开关电路接通恒流恒压电路继续给电池充电；若测得电池两端的实际电压或等于饱和电压，则电池已充满电，开关电路控制终止给电池充电。

若测得电池的实际电压小于饱和电压且时，则充电控制电路继续给电池充电时。此时，充电控制电路仍以最小限制电流对电池进行充电直到下一次触发饱和检测电路对电池电压进行检测。同理，若测得的实际电压仍小于饱和电压，则进行下一个充电检测循环；若测得的实际电压等于饱和电压，则终止充电控制电路继续给电池充电。

触发饱和检测电路对电池电压进行检测后，如图2所示，也可以通过一个时钟电路控制一个充电的时钟间隔之后再检测电池电压。需要特别指出的是，该时钟间隔可以是一个固定的时间间隔，也可以是一个逐渐减小的时间间隔或其它变化的时间间隔。饱和检测电路每隔一个时间间隔便检测充电回路开路时的电池电压，若电池电压小于饱和电压，则以最小限制电流继续给电池充电直到下一个时间间隔，并且不断循环直到电池电量充满；若测得充电回路开路时的电池电压等于饱和电压，则终止充电。具体的时钟电路可内置于饱和检测电路内，或放置于饱和检测电路外。

如图4所示，本发明还提供一个实现图2充电控制电路功能的具体的实际充电控制电路，它具体通过比较放大器电路41、比较放大器电路43及比较放大器电路45分别来实现恒流恒压电路、最小电流限制电路及恒压控制电路。

刚开始给电池充电时，通过比较放大器电路41施加初始电压V1到压控电流源以恒流模式给电池充电。随着恒流阶段给电池充电，电池两端的电压不断升高。当电池两端的电压接近饱和电压，即接近比较放大器电路45预设的恒压限制电压V3时，比较放大器电路45输出恒压控制信号到比较放大器电路41，从而使得比较放大器电路41提供不断减小的电压到压控电流源，使得产生变化的电流以恒压模式给电池充电。其中，恒压限制电压V3等于电池的饱和电压，而当电池的电压约低于电池的饱和电压时，恒压控制电路输出控制信号使得充电控制电路进入恒压模式给电池充电。我们可以预设当电池的电压低于饱和电压100毫伏时，充电控制电路进入恒压模式。如电池的饱和电压为3伏特时，其进入恒压模式的电压为2.9伏特，如电池的饱和电压为4.2伏特时，其进入恒压模式的电压为4.1伏特。

随着恒压阶段不断的给电池充电，给电池充电的电流也越来越小。而充电电流越小，则充电时间越长。为了有效的减少充电时间，如图4所示，本具体实施例提供最小电流限制电路。最小电流限制电路具有比较放大器43，当比较放大器电路41输出的电压越来越小，达到比较放大器43的预设最小限制电压V2时，比较放大器电路41则施加最小限制电压V2到压控电流源使得产生最小限制电流以最小电流充电模式给电池充电。需要特别指出的是，本具体实施方式仅列出比较放大器43预设的最小限制电压来控制比较放大器41输出最小的充电电压。电路控制实现时，比较放大器电路41输出的初始电压V1和比较放大器43预设的最小限制电压V2呈比例关系，从而使得恒流模式时的初始充电电流和最小电流充电模式时的最小电流也对应呈比例关系。如初始充电电压V1的初始电流为I1，最小限制电压V2为V1/10，则最小电流充电模式时的最小电流I2也对应为I1/10。最小限制电压V2和初始电压V1之间的比值N％可根据用户需要自行设置。其中，N％的取值范围较佳的为5％～20％。经过不断的电路实验，若N％取值太小如小于5％，则会造成充电电流较小导致充电时间过长的缺陷；若N％取值较大如大于20％，则会造成充电电流过大，由于电池此时电量已接近充满，电流过大易造成电池损坏。本发明的最小电流限制电路主要使得恒流恒压电路输出最小电压，可以通过各种电路来实现，而不局限于本发明的比价放大器电路43。如实际上也可以通过电流检测计或其它各种电路来实现本发明的最小电流限制电路。当电流检测计检测到充电电流达到最小限制电流(即最小限制电流为初始电流的1/10或用户预设的N％)时，电流检测计便输出控制信号到比较放大器41使其稳定输出最小充电电压到压控电流源并使得产生稳定的最小充电电流给电池充电。其中，本具体实施例的最小限制电压及最小充电电流均通过大量的实际电路实验得到，能使得充电控制电路充电时间不会过长。

随着最小充电电流阶段持续的给电池充电，电池的电量逐渐达到饱和，电池两端的电压逐渐达到饱和电压，也即达到比较放大器45的预设电压V3。如图4所示，当电池两端的电压达到饱和电压时，比较放大器45便输出电压检测信号到饱和检测电路，从而触发饱和检测电路开始检测电池两端电压。饱和检测电路首先透过开关电路停止比较放大器41输出电压到压控电流源，使得充电控制电路开路。当充电控制电路开路后，饱和检测电路才检测电池两端的电压。此时，若电池两端的电压达到饱和电压，则电池电量已充满，充电控制电路停止充电；若电池两端的电压小于饱和电压，则饱和检测电路透过开关电路继续使得比较放大器41输出最小限制电压到压控电流源，使得充电控制电路仍以最小限制电流给电池充电直到电池电压再次达到饱和电压。当然，饱和检测电路也可以内设比较放大器，当检测到电池电压达到其预设电压(等于电池的饱和电压)时，触发饱和检测，如图5所示。

若饱和检测电路检测到电池两端的电压小于饱和电压时，饱和检测电路可以通过预设的一个时间间隔后再检测电池电压。如图4所示，饱和检测电路可以内置一个时钟电路，利用时钟电路产生的时间间隔后检测电池两端电压。当然，时钟电路也可以放置于饱和检测电路外。由于触发饱和检测后，电池很有可能电量并未充满，且一个时间间隔后电池电量仍可能还未充满。因而，饱和检测电路可能会重复多次检测电池两端电压。由于每个时间间隔，充电控制电路仍以稳定的最小充电电路对电池充电，为了防止电池电量过于充满而损坏电池，时间间隔应当不断减小。时钟电路产生的时间间隔为固定的时间间隔或逐渐减小的时间间隔，使得饱和检测电路实时的检测电池电压，防止电池充电后电量过于充满或者充电时间过长。

针对图2所示的充电控制电路，本发明还提供一种对应的充电方法，具体步骤为：首先利用恒流恒压电路输出控制压控电流源以给电池提供恒定电流以恒流模式给电池充电，再转换到用恒流恒压电路输出控制该压控电流源以给电池提供变化的电流以恒压模式给电池充电，最后转换成利用最小电流限制电路控制恒流恒压电路输出最小电压以控制压控电流源以给电池提供最小的电流给电池充电。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种充电控制电路，具有恒流恒压电路，所述恒流恒压电路设置成利用其输出以控制耦接到其上的压控电流源以给电池提供恒定的电流以恒流模式给电池充电和设置成利用其输出以控制所述压控电流源以给电池提供可变的电流以恒压模式给电池充电，其特征在于，

所述充电控制电路还具有与所述恒流恒压电路相连接的最小电流限制电路，所述最小电流限制电路用于控制所述恒流恒压电路输出最小电压以控制所述压控电流源以给电池提供最小的电流给电池充电，所述最小电流限制电路具有比较放大器，所述比较放大器依据其预设的最小限制电压控制所述恒流恒压电路输出最小电压，所述恒流恒压电路以恒流模式充电时的初始电压为V1，最小电流限制电路预设的最小电压为V2，V2与V1之间的比值关系为N%，所述N%由用户依据充电需要设置，所述N%的取值范围为5%～20%。

2.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述充电控制电路还具有与所述恒流恒压电路相连接的恒压控制电路，所述恒压控制电路依据其预设的恒压限制电压控制所述恒流恒压电路利用其输出以控制所述压控电流源以给电池提供可变的电流以恒压模式给电池充电。

3.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述充电控制电路还具有饱和检测电路，所述饱和检测电路用于检测所述充电控制电路开路时电池两端的电压。

4.如权利要求3所述的充电控制电路，其特征在于，所述充电控制电路还具有开关电路，所述饱和检测电路通过开关电路控制所述恒流恒压电路停止对电池充电。

5.如权利要求4所述的充电控制电路，其特征在于，所述饱和检测电路还具有时钟电路，所述时钟电路用于产生时间间隔，所述饱和检测电路依据所述时间间隔检测电池两端电压。

6.如权利要求4所述的充电控制电路，其特征在于，所述充电控制电路还具有与所述饱和检测电路相连接的时钟电路，所述时钟电路用于产生时间间隔，所述饱和检测电路依据所述时间间隔检测电池两端电压。

7.如权利要求5或6所述的充电控制电路，其特征在于，所述时间间隔为固定的时间间隔或逐渐减小的时间间隔。

8.如权利要求3所述的充电控制电路，其特征在于，当电池两端的电压达到电池的饱和电压时，所述饱和检测电路开始检测电池两端的电压。

9.一种给电池充电的方法，其特征在于，包括：

从利用恒流恒压电路输出控制压控电流源以给电池提供恒定电流以恒流模式给电池充电，转换到用所述恒流恒压电路输出控制所述压控电流源以给电池提供变化的电流以恒压模式给电池充电，最后转换成利用最小电流限制电路控制所述恒流恒压电路输出最小电压以控制所述压控电流源以给电池提供最小的电流给电池充电；

所述最小电流限制电路具有比较放大器，所述比较放大器依据其预设的最小限制电压控制所述恒流恒压电路输出最小电压，所述恒流恒压电路以恒流模式充电时的初始电压为V1，最小电流限制电路预设的最小电压为V2，V2与V1之间的比值关系为N%，所述N%由用户依据充电需要设置，所述N%的取值范围为5%～20%。

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