CN102468654A - 电池充电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池充电装置及方法，本发明在现有的锂电池充电电路的基础上略加改动，增加了一个能够提供小电流的支路，配合相应的硬件控制电路和软件控制程序，使之既能完成锂电池的最后一个充电过程即恒压充电过程，又能够完成镍氢电池的最后一个充电过程即小电流恒流充电过程，从而实现了利用一种充电电路完成锂电池充电过程和镍氢电池充电过程，从而降低了硬件成本。

Description

电池充电装置及方法

技术领域

本发明涉及手持产品电池充电技术领域，具体涉及一种电池充电装置及方法。

背景技术

随着手持产品的不断发展，锂电池和镍氢电池是目前手持产品中应用最广泛的两种电池。

锂电池和镍氢电池的充电具有不同的充电过程，锂电池充电过程可分为3个阶段：预充电阶段、大电流恒流充电阶段、恒压充电阶段，如图1坐标系中较粗的曲线所示；镍氢电池充电过程也可分为3个阶段：预充电阶段、大电流恒流充电阶段、补充恒流充电阶段(小电流恒流阶段)，如下图1坐标系中较细的曲线所示。由于锂电池和镍氢电池充电过程的不同，目前手持产品大多都只支持锂电池充电，或者只支持镍氢电池充电。

现有技术中一种实现即可对锂电池充电，又可对镍氢电池充电的方法，是在手持产品中同时安装锂电池充电芯片和镍氢电池充电芯片。但是，该方法大大增加了手持产品的硬件成本。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种电池充电装置及方法，以解决现有技术存在的硬件成本高的问题，技术方案如下：

一种电池充电装置，包括相互连接的适配器、充电电路、充电控制电路和电池，其中：

所述充电电路包括一个P沟道MOS管、一个NPN型三极管、一个PNP型三极管、第一电阻和第二电阻，其中，所述P沟道MOS管的源极与所述PNP型三极管的发射极相连，所述PNP型三极管的基极与所述第一电阻的一端相连，所述PNP型三极管的集电极与所述P沟道MOS管的漏极相连且共同与所述电池相连，所述第一电阻的另一端与所述NPN型三极管的集电极相连，所述NPN型三极管的基极与所述第二电阻的一端相连，所述NPN型三极管的发射极接地；

所述充电控制电路包括数字基带处理器、转换电路、电压探测器和温度探测器，其中，所述转换电路包括适配器检测装置、寄存器、寄存器控制端口、数字模拟转换器和模拟数字转换器，所述寄存器控制端口通过总线分别与所述数字基带处理器、适配器检测装置、寄存器、数字模拟转换器和模拟数字转换器相连，所述数字模拟转换器连接所述P沟道MOS管的栅极，所述电压探测器和所述温度探测器连接在所述模拟数字转换器和所述电池之间，所述数字基带处理器单独提供一个默认状态是低电平的通用输入/输出接口，该接口与所述第二电阻的另一端相连；

所述适配器分别连接所述适配器检测装置、所述P沟道MOS管的源极和所述PNP型三极管的发射极。

优选的，上述电池充电装置中，所述温度探测器为与所述电池并联的热敏电阻。

优选的，上述电池充电装置中，所述PNP型三极管的放大系数为100，所述第一电阻的阻值为60Kohm，所述第二电阻的阻值为100Kohm。

一种电池充电方法，应用于上述的电池充电装置中，包括：

对电池进行预充电；

判断所述电池的类型；

根据所述电池类型选择相应的后续充电过程。

优选的，上述电池充电方法中，所述根据电池类型选择相应的后续充电过程包括：

当所述电池为锂电池时，首先进行大电流恒流充电，当电池电压大于第一预设门限电压时，结束所述大电流恒流充电，然后进行恒压充电，当充电电流小于预设充电结束门限电流时，充电完成；

当所述电池为镍氢电池时，首先进行大电流恒流充电，当满足预设条件时，结束所述大电流恒流充电，然后将数字基带处理器单独提供的通用输入/输出接口(gpio)置成高电平，使PNP型三极管和NPN型三极管导通，进行小电流恒流充电，当所述小电流恒流充电的时间到达预设门限时，充电完成。

优选的，上述电池充电装置中，所述预设条件包括：

电池温度大于预设门限温度、电池电压大于第二预设门限电压、电池温度变化率不小于第一预设值或电池电压变化不小于第二预设值。

从以上技术方案可以看出，本发明通过在锂电池充电电路的基础略加修改，增加了一个能够提供小电流的支路，配合相应的硬件控制电路和软件控制程序，使之既能完成锂电池的最后一个充电过程即恒压充电过程，又能够完成镍氢电池的最后一个充电过程即小电流恒流充电过程，实现了利用一种充电电路完成锂电池充电过程和镍氢电池充电过程，从而降低了硬件成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为锂电池和镍氢电池的充电曲线示意图；

图2为锂电池的充电电路的结构示意图；

图3为本发明提供的电池充电电路的结构示意图；

图4为本发明提供的电池充电方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例针对现有技术同时支持锂电池和镍氢电池充电，硬件成本高的问题，提出了一种新的电池充电装置及方法。具体的，本发明在锂电池充电芯片的基础上，对原电路略加修改，配合相应的硬件电路和软件，实现了既可对锂电池充电又可对镍氢电池充电的功能，降低了硬件成本。

参见图2所示，为目前手持产品中锂电池的充电电路，具体的实施过程如下：数字基带处理器通过总线管理整个充电电路，包括配置各充电阶段的电压门限值，读取电池温度、电池电压，控制充电功能的使能；充电电路在充电功能使能的情况下，当检测到电池电压是欠压时，控制PMOS管进行预充电；当电池电压达到恒流充电开启电压门限时，自动结束预充电，进行恒流充电；当电池电压到达恒流充电终止电压门限时，自动结束恒流充电，进行恒压充电，当充电电流小于或等于充电结束电流门限时，关闭PMOS管，结束整个充电，表示电池电量充满；在充电的过程中，当检测到电池温度大于电池保护温度时，自动关闭充电或基带处理器通过总线配置关闭充电。

参见背景技术中的描述可知，锂电池和镍氢电池的充电过程只有最后一个阶段不同，即锂电池充电的最后一个过程为恒压充电，镍氢电池充电的最后一种小电流恒流充电。从上段中锂电池充电过程的描述，不难理解的是，利用锂电池的充电电路，也可以完成镍氢电池的前两个充电过程。

因此，一种可行的方案是，在锂电池充电电路的基础进行修改，使之既能完成锂电池的最后一个充电过程即恒压充电过程，又能够完成镍氢电池的最后一个充电过程即小电流恒流充电过程。

基于这样的一种设计思路，本发明提出了一种电池充电装置，参见图3所示，本发明实施例提供的电池充电装置可以包括：

包括相互连接的适配器100、充电电路200、充电控制电路300和电池400，其特征在于：

所述充电电路200包括一个P沟道MOS管(PMOS)、一个NPN型三极管(Q1)、一个PNP型三极管(Q2)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，其中，所述P沟道MOS管(PMOS)的源极与所述PNP型三极管(Q2)的发射极相连，所述PNP型三极管(Q2)的基极与所述第一电阻(R1)的一端相连，所述PNP型三极管(Q2)的集电极与所述P沟道MOS管(PMOS)的漏极相连且共同与所述电池400相连，所述第一电阻(R1)的另一端与所述NPN型三极管(Q1)的集电极相连，所述NPN型三极管(Q1)的基极与所述第二电阻(R2)的一端相连，所述NPN型三极管(Q1)的发射极接地；

所述充电控制电路300包括数字基带处理器301、转换电路302、电压探测器303和温度探测器304，其中，所述转换电路302包括适配器检测装置302a、寄存器302b、寄存器控制端口302c、数字模拟转换器(DAC)和模拟数字转换器(ADC)，所述寄存器控制端口302c通过总线分别与所述数字基带处理器301、适配器检测装置302a、寄存器302b、数字模拟转换器(DAC)和模拟数字转换器(ADC)相连，所述数字模拟转换器(DAC)连接所述P沟道MOS管(PMOS)的栅极，所述电压探测器303和所述温度探测器304连接在所述模拟数字转换器(ADC)和所述电池400之间，所述数字基带处理器301单独提供一个默认状态是低电平的通用输入/输出接口(gpio)，该接口与所述第二电阻(R2)的另一端相连；

所述适配器100分别连接所述适配器检测装置302a、所述P沟道MOS管(PMOS)的源极和所述PNP型三极管(Q2)的发射极。

本发明实施例的充电电路较传统电路从器件上增加了Q1和Q2两个三极管和R1和R2两个电阻，其中，Q1是一个NPN型三极管、Q2是一个PNP型三极管；本发明实施例的充电电路还需要基带处理器301提供一个gpio管脚来控制小电流的恒流充电，gpio的默认状态是低电平。

本发明实施例提供的电池充电电路的工作原理如下：

当进行锂电池充电时，适配器检测装置302a检测到适配器100的接入时，数字基带处理器301通过转换电路302控制PMOS进行充电，充电电流I3(t)＝I(t)+I1(t)，由于配置GPIO状态一直为低，Q1和Q2截至，I1(t)＝0，所以I3(t)＝I(t)，锂电池充电电流由数字基带处理器301通过转换电路302控制，当电压探测器303检测到的电池电压大于恒流充电终止电压时，控制PMOS进行恒压充电。

当进行镍氢电池充电时，适配器检测装置302a检测到适配器100的接入时，数字基带处理器301通过转换电路控制PMOS进行充电，充电电流I3(t)＝I(t)+I1(t)，同时配置GPIO状态一直为低，Q1和Q2截至，I1(t)＝0，所以I3(t)＝I(t)，当数字基带处理器301通过转换电路302，控制电压探测器303和/或温度探测器304，对电池进行电压和/或温度进行检测的检测结果满足镍氢电池恒流充电结束条件时，基带处理器301通过转换电路302关闭PMOS，结束大电流恒流充电，使I(t)＝0；然后配置GPIO为高电平，Q1、Q2导通，I3(t)＝I1(t)，进行小电流恒流充电。

从以上实施例可以看出，本发明实施例通过在锂电池充电电路的基础略加修改，增加了一个能够提供小电流的支路，配合相应的硬件控制电路和软件控制程序，使之既能完成锂电池的最后一个充电过程即恒压充电过程，又能够完成镍氢电池的最后一个充电过程即小电流恒流充电过程，实现了利用一种充电电路完成锂电池充电过程和镍氢电池充电过程，从而降低了硬件成本。

此外需要说明的是，如图3所示，用于检测电池温度的温度探测器304为一个与所述电池并联的热敏电阻(R_t)。

在本发明的一个实施例中，所述PNP型三极管(Q2)的放大系数为100，所述第一电阻(R1)的阻值为60Kohm，所述第二电阻(R2)的阻值为100Kohm。

第一电阻(R1)的阻值选择与小电流恒流充电电流I1(t)，Q2三极管放大系数有关，一般情况下，镍氢充电的小电流恒流充电电流I1(t)要求为70mA左右，Q2三极管的放大系数选择100，那么第一电阻(R1)的阻值一般就要选用60Kohm左右。

此外，第二电阻(R2)的阻值一般选用100Kohm。

本发明还公开了一种电池充电方法，应用在上文所公布的电池充电装置中。

参见图4所示，本发明实施例提供的电池充电方法，可以包括以下步骤：

S401，对电池进行预充电。

锂电池和镍氢电池的第一个充电过程都为预充电，因此在对电池进行充电时，可以先进行预充电，而无需判断电池的类型。

S402，判断所述电池的类型。

虽然锂电池和镍氢电池的第二个充电过程都为恒流充电，但是两者恒流充电结束的判决条件不同，因此在对电池进行恒流充电前，先要判断电池的类型。

S403，根据所述电池类型选择相应的后续充电过程。

判断出电池的类型后，根据电池类型的不同，选择相应的后续充电过程，即根据电池类型选择恒流充电的结束条件，以及决定恒流充电过程结束后进行恒压充电还是小电流恒流充电。

在本发明的一个实施例中，如图4所示的实施例的S403，即根据所述电池类型选择相应的后续充电过程可以包括：

当所述电池为锂电池时，首先进行大电流恒流充电，当电池电压大于第一预设门限电压时，结束所述大电流恒流充电，然后进行恒压充电，当充电电流小于预设充电结束门限电流时，充电完成。

当所述电池为镍氢电池时，首先进行大电流恒流充电，当满足预设条件时，结束所述大电流恒流充电，然后将数字基带处理器301单独提供的通用输入/输出接口(gpio)置成高电平，使PNP型三极管(Q2)和NPN型三极管(Q1)导通，进行小电流恒流充电，当所述小电流恒流充电的时间到达预设门限时，充电完成。

需要说明的是，实际应用中，所述第一预设门限电压为4.2V，所述预设充电结束门限电流可以根据电池性能的不同选择，本发明对此不作限定。

在本发明的一个实施例中，上一实施例中所述的预设条件可以包括：

电池温度大于预设门限温度、电池电压大于第二预设门限电压、电池温度变化率不小于第一预设值或电池电压变化不小于第二预设值。

当电池为镍氢电池时，恒流充电过程中，满足上述的任意一个条件时，都将切换到小电流恒流充电过程。

需要说明的是，实际应用中，所述预设门限温度为45℃，所述第二预设门限电压为4.5V，所述第一预设值为1℃/秒，所述第二预设值为-5mV。

从上述实施例中可以看出，本发明实施例提供的电池充电方法，利用本发明公开的电池充电装置，可以根据电池类型的不同选择不同的充电过程，实现了在同一充电电路中完成锂电池和镍氢电池的充电过程，从而避免了额外的硬件成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，在没有超过本发明的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本发明的目的。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电池充电装置，包括相互连接的适配器、充电电路、充电控制电路和电池，其特征在于：

所述充电电路包括一个P沟道MOS管(PMOS)、一个NPN型三极管(Q1)、一个PNP型三极管(Q2)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，其中，所述P沟道MOS管(PMOS)的源极与所述PNP型三极管(Q2)的发射极相连，所述PNP型三极管(Q2)的基极与所述第一电阻(R1)的一端相连，所述PNP型三极管(Q2)的集电极与所述P沟道MOS管(PMOS)的漏极相连且共同与所述电池相连，所述第一电阻(R1)的另一端与所述NPN型三极管(Q1)的集电极相连，所述NPN型三极管(Q1)的基极与所述第二电阻(R2)的一端相连，所述NPN型三极管(Q1)的发射极接地；

所述充电控制电路包括数字基带处理器、转换电路、电压探测器和温度探测器，其中，所述转换电路包括适配器检测装置、寄存器、寄存器控制端口、数字模拟转换器(DAC)和模拟数字转换器(ADC)，所述寄存器控制端口通过总线分别与所述数字基带处理器、适配器检测装置、寄存器、数字模拟转换器(DAC)和模拟数字转换器(ADC)相连，所述数字模拟转换器(DAC)连接所述P沟道MOS管(PMOS)的栅极，所述电压探测器和所述温度探测器连接在所述模拟数字转换器(ADC)和所述电池之间，所述数字基带处理器单独提供一个默认状态是低电平的通用输入/输出接口(gpio)，该接口与所述第二电阻(R2)的另一端相连；

所述适配器分别连接所述适配器检测装置、所述P沟道MOS管(PMOS)的源极和所述PNP型三极管(Q2)的发射极。

2.根据权利要求1所述的电池充电装置，其特征在于，所述温度探测器为与所述电池并联的热敏电阻(R_t)。

3.根据权利要求2所述的电池充电装置，其特征在于，所述PNP型三极管(Q2)的放大系数为100，所述第一电阻(R1)的阻值为60Kohm，所述第二电阻(R2)的阻值为100Kohm。

4.一种电池充电方法，应用于如权利要求1-3任意一项所述的电池充电装置中，其特征在于，包括：

对电池进行预充电；

判断所述电池的类型；

根据所述电池类型选择相应的后续充电过程。

5.根据权利要求4所述的电池充电方法，其特征在于，所述根据电池类型选择相应的后续充电过程包括：

当所述电池为锂电池时，首先进行大电流恒流充电，当电池电压大于第一预设门限电压时，结束所述大电流恒流充电，然后进行恒压充电，当充电电流小于预设充电结束门限电流时，充电完成；

当所述电池为镍氢电池时，首先进行大电流恒流充电，当满足预设条件时，结束所述大电流恒流充电，然后将数字基带处理器单独提供的通用输入/输出接口(gpio)置成高电平，使PNP型三极管和NPN型三极管导通，进行小电流恒流充电，当所述小电流恒流充电的时间到达预设门限时，充电完成。

6.根据权利要求5所述的电池充电方法，其特征在于，所述预设条件包括：

电池温度大于预设门限温度、电池电压大于第二预设门限电压、电池温度变化率不小于第一预设值或电池电压变化不小于第二预设值。

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