CN105356561A - 双电池充放电系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种双电池充放电系统及方法，系统包括：依次串联的交流转直流电源模块、第一电源管理单元、第二电源管理单元，及第一、第二滞回比较器；第一电源管理单元与第一滞回比较器、第一电池连接，第二电源管理单元与第二滞回比较器、第二电池及负载连接；第一滞回比较器对第一电池的电量进行检测，并向第一电源管理单元输出控制信号，第一电源管理单元根据该控制信号、交流转直流电源模块的输入电源控制第一电池的充放电状态，第二滞回比较器对第二电池的电量进行检测，并向第二电源管理单元输出控制信号，第二电源管理单元根据该控制信号、第一电源管理单元输出的输入电源控制第二电池的充放电状态。本发明实现了对电子设备的快速充电，提高充电效率。

Description

双电池充放电系统及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种双电池充放电系统以及一种双电池充放电方法。

背景技术

在日常生活和生产当中，电子设备尤其是移动电子设备的大部分时间都处于工作状态，只有少部分时间可以充电。为了提高电子设备的续航能力，通常需要配备大容量电池，而且需要实现快速充电。在移动电子设备中，典型的充电方式是由一个电源管理芯片对电池充电，同时对电池的放电管理也通过该芯片实现。然而，电源管理芯片的充电能力是有上限的，单个管理芯片并不能满足短时间内完成大容量电池充电的需求。

发明内容

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种双电池充放电系统及双电池充放电方法，其可以实现对电子设备的快速充电，提高充电效率，延长电子设备的续航能力。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种双电池充放电系统，包括：交流转直流电源模块、第一电源管理单元、第二电源管理单元、第一滞回比较器和第二滞回比较器；

所述交流转直流电源模块、所述第一电源管理单元、所述第二电源管理单元依次串联，所述第一电源管理单元还与所述第一滞回比较器、第一电池连接，所述第二电源管理单元还与所述第二滞回比较器、第二电池以及负载连接；

所述第一滞回比较器检测第一电池的电量，根据检测结果向第一电源管理单元输出第一控制信号，所述第一电源管理单元根据所述第一控制信号、所述交流转直流电源模块的输入电源控制第一电池的充放电状态，所述第二滞回比较器检测第二电池的电量，根据检测结果向第二电源管理单元输出第二控制信号，所述第二电源管理单元根据所述第二控制信号、所述第一电源管理单元输出的输入电源控制第二电池的充放电状态。

一种双电池充放电方法，包括步骤：

检测交流转直流输入电源，并检测第一电池、第二电池是否满足供电条件；

在检测到有交流转直流输入电源时，控制该输入电源直通输出给负载供电，并控制通过该输入电源对第一电池和第二电池充电；

在检测到无交流转直流输入电源、且第一电池满足供电条件时，控制第一电池放电，并将第一电池的放电电源直通输出给负载供电，通过第一电池的放电电源对所述第二电池充电；

在检测到无交流转直流输入电源、第一电池不满足供电条件、且第二电池满足供电条件时，控制第二电池放电给负载供电；

在检测到无交流转直流输入电源、第一电池不满足供电条件、且第二电池不满足供电条件时，控制第一电池、第二电池不放电。根据如上所述的本发明实施例的方案，其是基于双电池的设置，利用两个电源管理芯片和两个电池的组合，通过并行充电、顺序放电的高效能优势，实现了对电子设备的快速充电，提高充电效率，延长了电子设备的续航能力。

附图说明

图1是一个实施例中本发明的双电池充放电系统的结构示意图；

图2是一个具体示例中的电源管理单元的结构示意图；

图3是一个具体示例中的系统控制逻辑示意图；

图4是一个具体示例中的滞回比较器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出了一个实施例中本发明的双电池充放电系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中的双电池充放电系统100包括：交流转直流电源模块101、第一电源管理单元102、第二电源管理单元103、第一滞回比较器104和第二滞回比较器105。在一个具体示例中，如图1所示，本实施例中的双电池充放电系统100还可以包括图1中所示的第一电池106、第二电池107。

其中，所述交流转直流电源模块101、所述第一电源管理单元102、所述第二电源管理单元103依次串联，所述第一电源管理单元102还与所述第一滞回比较器104、第一电池106连接，所述第二电源管理单元103还与所述第二滞回比较器105、第二电池107以及负载200连接。所述第一滞回比较器104检测第一电池106的电量，根据检测结果向第一电源管理单元102输出第一控制信号，所述第一电源管理单元102根据所述第一控制信号、所述交流转直流电源模块101的输入电源控制第一电池106的充放电状态，所述第二滞回比较器105检测第二电池107的电量，根据检测结果向第二电源管理单元103输出第二控制信号，所述第二电源管理单元103根据所述第二控制信号、所述第一电源管理单元102输出的输入电源控制第二电池107的充放电状态。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其是基于双电池的设置，利用两个电源管理芯片和两个电池的组合，通过并行充电、顺序放电的高效能优势，实现了对电子设备的快速充电，提高充电效率，延长了电子设备的续航能力

其中，所述第一电源管理单元102根据所述第一控制信号、所述交流转直流电源模块101的输入电源控制第一电池106的充放电状态时，基于不同的技术状态，可以有不同的控制方式，以下结合其中几种方式进行举例说明。

在所述交流转直流电源模块101有输入电源时，所述第一电源管理单元102可以通过所述交流转直流电源模块101的输入电源对所述第一电池106充电，并将所述交流转直流电源模块101的输入电源直通输出到第二电源管理单元103。

在所述交流转直流电源模块101无输入电源、且所述第一控制信号为允许放电时，则所述第一电源管理单元102可以控制所述第一电池106放电并输出至所述第二电源管理单元103。

在所述交流转直流电源模块101无输入电源、且所述第一控制信号为不允许放电时，则所述第一电源管理单元可以处于休眠状态，无输出电源。

类似地，所述第二电源管理单元103根据所述第二控制信号、所述第一电源管理单元102输出的输入电源控制第二电池107的充放电状态时，基于不同的技术状态，可以有不同的控制方式，以下结合其中几种方式进行举例说明。

在所述第一电源管理单元102有输出的输入电源时，所述第二电源管理单元103可以通过所述第一电源管理单元102输出的输入电源对第二电池107充电，并将该输入电源直通输出给所述负载200供电。

在所述第一电源管理单元102无输出的输入电源、且所述第二控制信号为允许放电时，所述第二电源管理单元103可以控制所述第二电池107放电给所述负载200供电。

在所述第一电源管理单元102无输出的输入电源、且所述第二控制信号为不允许放电时，所述第二电源管理单元103可以处于休眠状态，无输出电源。

结合上述内容，可以得知，第一电源管理单元102、第二电源管理单元103在工作过程中，只要其有外部电源输入，都会用该外部电源为自身连接的电池充电，并将该外部电源直通输出。在没有外部电源输入的情况下，如果自身连接的电池允许放电，则控制自身连接的电池放电，输出电源，如果自身连接的电池不允许放电，则处于休眠状态，自身连接的电池不放电，不输出电源。

据此，本发明实施例的基于双电池、双电源管理芯片以及滞回比较器的双电池充放电系统，充分利用了并行充电的时间优势、顺序放电的高效能优势，实现对电子设备快速充电和延长续航时间。特别地，当电子设备在一个充放电周期内允许充电的时间远少于放电时间、需要的充电电流已经达到甚至超过单个常规电源管理芯片的能力时，能明显的提高充电速率。

基于此，图2示出了一个具体示例中的电源管理单元的结构示意图，第一电源管理单元、第二电源管理单元的结构可以相同，因此，图2所示中，是以其中一个电源管理单元的结构进行举例说明。

如图2所示，在该具体示例中，第一电源管理单元/所述第二电源管理单元包括：充电电路、升压电路、选择开关以及控制电路。其中，所述充电电路的输入端、选择开关的输入端均与电源输入端连接，所述充电电路的输出端、所述升压电路的输入端与所述第一电池/所述第二电池连接，所述选择开关连接在电源输入端、电源输出端和所述升压电路之间，所述控制电路与所述充电电路、所述升压电路、所述选择开关连接，所述控制电路根据所述第一控制信号/所述第二控制信号、所述电源输入端的输入电源控制所述充电电路、所述升压电路、所述选择开关的工作状态。

结合图2所示的电源管理单元的结构，图3中示出了一个具体示例中的系统控制逻辑示意图，在该控制逻辑示意图中，出于简示的目的，第一电源管理单元表示为PMU(powermanagementunit)1，第二电源管理单元表示为PMU2。

如图3所示，本实施例系统的控制逻辑可以是如下所述：

(1)当外部有正常的AC输入，即交流转直流电源模块101有接入交流电源时，经过AC/DC(交流转直流)转换，DC电源输入到PMU1内部。PMU1对第一电池充电，同时经过输入输出直通开关，输出到PMU2的输入端。PMU2的输入电源对第二电池充电，同时经过输入输出直通开关，输出电源给负载供电。PMU1、PMU2均处于charge模式。

(2)如果外部没有正常AC输入，即交流转直流电源模块101没有接入交流电源时，或者是有接入交流电源但是没有电源供应，且第一滞回比较器104的检测结果为允许第一电池对外放电，则PMU1处于boost模式，第一电池升压从PMU1输出给PMU2供电。PMU2处于charge模式，对第二电池充电，通过输入输出直通开关输出电能为负载供电。

(3)如果外部没有正常AC输入，即交流转直流电源模块101没有接入交流电源时，或者是有接入交流电源但是没有电源供应，且第一滞回比较器104的检测结果为不允许第一电池106对外放电，第二滞回比较器105的检测结果为允许第二电池107对外放电，则PMU1处于sleep模式，PMU2处于boost模式。第一电池106不对外放电，第二电池107升压从PMU2输出给负载供电。

(4)如果外部没有正常AC输入，即交流转直流电源模块101没有接入交流电源时，或者是有接入交流电源但是没有电源供应，且第一滞回比较器104的检测结果为不允许第一电池对外放电，第二滞回比较器105的检测结果也不允许第二电池107对外放电，则PMU1、PMU2均处于sleep模式。没有电源给负载供电。直至有外部AC电源为系统供电，系统重新正常工作。

据此，可以得知，PMU1、PMU2均有3种工作模式，charge模式、boost模式和sleep模式：

charge模式：当有正常电压输入时，PMU进入charge模式。充电电路开启，对电池充电，升压电路关闭，选择开关切换至直通档，输入输出直通。

boost模式：当输入端无正常电压输入，且外部控制线为允许电池对外放电(例如高电平)，则进入boost模式，选择开关切换至升压档，电池通过升压电路对外输出电能；

sleep模式：当输入端无正常电压输入，且外部控制线为不允许电池对外放电(例如低电平)，则进入sleep模式。

如上所述，在PMU1、PMU2及其包含的控制电路的组合作用下，有AC/DC输入时，第一电池和第二电池能同时充电，能快速充满电。当无AC/DC输入时，第一电池先对PMU2供电，即优先使用第一电池中的电能为后级电路和负载供电。直到第一电池中的电能耗尽，才使用第二电池对负载供电。正常情况下，基本不会进入第一电池升压对第二电池大电流充电的状态。从而，相比常见的双电池交叉充放电的方式，这种顺序放电设定可以减少因两个电池互充电过程中增加的损耗，从而提高电能的利用效率，进一步增加续航时间。

图4中示出了一个具体示例中的滞回比较器的结构示意图。在本实施例方案中，第一滞回比较器、第二滞回比较器的结构可以相同，因此，图4所示中，是以其中一个滞回比较器的结构进行举例说明。

如图4所示，在该具体示例中，所述第一滞回比较器/第二滞回比较器包括：第一比较器、第二比较器以及单片机。其中，所述第一比较器、所述第二比较器的第一输入端与所述第一电池/第二电池连接，第二输入端分别接入第一参考门限电压、第二参考门限电压，输出端与所述单片机连接，所述单片机的输出端输出所述第一控制信号/所述第二控制信号。其中，所述第一参考门限电压、所述第二参考门限电压不相同，且在一个具体示例中，二者的差值应当大于所述第一电池/所述第二电池空载和带负载情况下由于内阻造成的电压差，以确保第一电池/第二电池的性能。

其中，结合图4所示，第一比较器的比较结果输出至单片机的输入端I/O1，第二比较器的比较结果输出至单片机的输入端I/O2，单片机通过读取I/O1、I/O2的状态获得第一比较器和第二比较器的比较结果，从而得知电池的状态，进而确定输出端I/O3的输出状态。

以所述第一参考门限电压大于所述第二参考门限电压为例，一个具体示例中的方式可以是如下所述：

在第一比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压大于所述第一参考门限电压(例如I/O1为高电平)、所述第二比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压大于所述第二参考门限电压时(例如I/O2为高电平)，说明电池电压较高，所述单片机输出允许放电的第一控制信号/第二控制信号(例如I/O3为高电平)，指示允许电池放电；

在第一比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压小于所述第一参考门限电压(例如I/O1为低电平)、所述第二比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压小于所述第二参考门限电压时(例如I/O2为低电平)，说明电池比较低，所述单片机输出不允许放电的第一控制信号/第二控制信号(例如I/O3为低电平)，指示不允许电池放电；

在所述第一比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压小于所述第一参考门限电压(例如I/O1为低电平)、所述第二比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压大于所述第二参考门限电压时(例如I/O2为高电平)，则所述单片机保持当前的输出状态不变。即如果单片机当前输出状态为高电平，代表电池在放电状态，应该保持输出高电平。如果单片机当前输出状态为低电平，代表电池不对外放电，应该保持输出低电平。

另一方面，单片机还可以基于抖动机制进行处理，具体可以是：单片机采用轮询或中断的方式对第一比较器、第二比较器的输出结果进行采样，在检测到第一比较器的输出结果(I/O1)和/或第二比较器的输出结果(I/O2)的采样结果发生变化时，延时第一预设时间段(例如t1)后，以第二预设时间段(例如t2)的时间间隔连续采样预定数目次数(例如n1次)后，若预定数目次数的采样结果一致，认为采样结果有效，若不一致，认为此时比较器输出不稳定，放弃该采样结果。

此外，在一个具体示例中，单片机还可以判断采样结果发生变化的两次采样结果的采样时间间隔是否小于第三预设时间段(例如t3)，若是，则认为动作无效，保持当前的输出状态不变，即不改变输出状态。其中，第三预设时间段的具体数值可以基于实际需要进行设定。

据此，在本发明实施例方案中，结合硬件上两个门限电压较大的比较器和单片机软件的去抖动处理，滞回比较器能有效的防止电池在输出和不输出两种状态件来回切换，克服了乒乓效应。

基于如上所述的本发明实施例的双电池充放电系统，本发明实施例还提供一种双电池充放电方法，该方法包括步骤：

检测交流转直流输入电源，并检测第一电池、第二电池是否满足供电条件；

在检测到有交流转直流输入电源时，控制该输入电源直通输出给负载供电，并控制通过该输入电源对第一电池和第二电池充电；

在检测到无交流转直流输入电源、且第一电池满足供电条件时，控制第一电池放电，并将第一电池的放电电源直通输出给负载供电，通过第一电池的放电电源对所述第二电池充电；

在检测到无交流转直流输入电源、第一电池不满足供电条件、且第二电池满足供电条件时，控制第二电池放电给负载供电；

在检测到无交流转直流输入电源、第一电池不满足供电条件、且第二电池不满足供电条件时，控制第一电池、第二电池不放电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双电池充放电系统，其特征在于，包括：交流转直流电源模块、第一电源管理单元、第二电源管理单元、第一滞回比较器和第二滞回比较器；

所述交流转直流电源模块、所述第一电源管理单元、所述第二电源管理单元依次串联，所述第一电源管理单元还与所述第一滞回比较器、第一电池连接，所述第二电源管理单元还与所述第二滞回比较器、第二电池以及负载连接；

所述第一滞回比较器检测第一电池的电量，根据检测结果向第一电源管理单元输出第一控制信号，所述第一电源管理单元根据所述第一控制信号、所述交流转直流电源模块的输入电源控制第一电池的充放电状态，所述第二滞回比较器检测第二电池的电量，根据检测结果向第二电源管理单元输出第二控制信号，所述第二电源管理单元根据所述第二控制信号、所述第一电源管理单元输出的输入电源控制第二电池的充放电状态。

2.根据权利要求1所述的双电池充放电系统，其特征在于，所述第一电源管理单元根据所述第一控制信号、所述交流转直流电源模块的输入电源控制第一电池的充放电状态的方式包括下述方式中的任何一种：

在所述交流转直流电源模块有输入电源时，所述第一电源管理单元通过所述交流转直流电源模块的输入电源对所述第一电池充电，并将所述交流转直流电源模块的输入电源直通输出到第二电源管理单元；

在所述交流转直流电源模块无输入电源、且所述第一控制信号为允许放电时，所述第一电源管理单元控制所述第一电池放电并输出至所述第二电源管理单元；

在所述交流转直流电源模块无输入电源、且所述第一控制信号为不允许放电时，所述第一电源管理单元处于休眠状态，无输出电源。

3.根据权利要求1所述的双电池充放电系统，其特征在于，所述第二电源管理单元根据所述第二控制信号、所述第一电源管理单元输出的输入电源控制第二电池的充放电状态的方式包括下述方式中的任何一种：

在所述第一电源管理单元有输出的输入电源时，所述第二电源管理单元通过所述第一电源管理单元输出的输入电源对第二电池充电，并将该输入电源直通输出给所述负载供电；

在所述第一电源管理单元无输出的输入电源、且所述第二控制信号为允许放电时，所述第二电源管理单元控制所述第二电池放电给所述负载供电；

在所述第一电源管理单元无输出的输入电源、且所述第二控制信号为不允许放电时，所述第二电源管理单元处于休眠状态，无输出电源。

4.根据权利要求2或3所述的双电池充放电系统，其特征在于，所述第一电源管理单元/所述第二电源管理单元包括充电电路、升压电路、选择开关以及控制电路，所述充电电路的输入端、选择开关的输入端均与电源输入端连接，所述充电电路的输出端、所述升压电路的输入端与所述第一电池/所述第二电池连接，所述选择开关连接在电源输入端、电源输出端和所述升压电路之间，所述控制电路与所述充电电路、所述升压电路、所述选择开关连接，所述控制电路根据所述第一控制信号/所述第二控制信号、所述电源输入端的输入电源控制所述充电电路、所述升压电路、所述选择开关的工作状态。

5.根据权利要求1或2或3所述的双电池充放电系统，其特征在于，所述第一滞回比较器/第二滞回比较器包括第一比较器、第二比较器以及单片机，所述第一比较器、所述第二比较器的第一输入端与所述第一电池/第二电池连接，第二输入端分别接入第一参考门限电压、第二参考门限电压，输出端与所述单片机连接，所述单片机的输出端输出所述第一控制信号/所述第二控制信号。

6.根据权利要求5所述的双电池充放电系统，其特征在于，所述第一参考门限电压、所述第二参考门限电压的差值大于所述第一电池/所述第二电池空载和带负载情况下由于内阻造成的电压差。

7.根据权利要求5所述的双电池充放电系统，其特征在于，所述第一参考门限电压大于所述第二参考门限电压：

所述单片机在所述第一比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压大于所述第一参考门限电压、所述第二比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压大于所述第二参考门限电压时，输出允许放电的第一控制信号/第二控制信号；

所述单片机在所述第一比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压小于所述第一参考门限电压、所述第二比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压小于所述第二参考门限电压时，输出不允许放电的第一控制信号/第二控制信号；

所述单片机在所述第一比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压小于所述第一参考门限电压、所述第二比较器的输出结果为所述第一电池/第二电池的电压大于所述第二参考门限电压时，保持当前的输出状态不变。

8.根据权利要求5所述的双电池充放电系统，其特征在于：所述单片机采用轮询或中断的方式对第一比较器、第二比较器的输出结果进行采样，在检测到第一比较器和/或第二比较器的输出结果的采样结果发生变化时，延时第一预设时间段后，以第二预设时间段的时间间隔连续采样预定数目次数后，若预定数目次数的采样结果一致，认为采样结果有效，若不一致，放弃该采样结果。

9.根据权利要求8所述的双电池充放电系统，其特征在于，所述单片机还判断采样结果发生变化的两次采样结果的采样时间间隔是否小于第三预设时间段，若是，保持当前的输出状态不变。

10.一种双电池充放电方法，其特征在于，包括步骤：

检测交流转直流输入电源，并检测第一电池、第二电池是否满足供电条件；

在检测到有交流转直流输入电源时，控制该输入电源直通输出给负载供电，并控制通过该输入电源对第一电池和第二电池充电；

在检测到无交流转直流输入电源、且第一电池满足供电条件时，控制第一电池放电，并将第一电池的放电电源直通输出给负载供电，通过第一电池的放电电源对所述第二电池充电；

在检测到无交流转直流输入电源、第一电池不满足供电条件、且第二电池满足供电条件时，控制第二电池放电给负载供电；

在检测到无交流转直流输入电源、第一电池不满足供电条件、且第二电池不满足供电条件时，控制第一电池、第二电池不放电。