CN108649289B - 一种电池快速充电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池快速充电系统及方法，属于电池充电技术领域。它解决了现有电池充电时间较长的问题。本快速充电系统包括如下几个模块：电池模块，电池组SMBUS用于实时监测电池组电压U2；电池阻抗模块；内部充电电路，用于输出工作电压U1对电池模块进行充电，工作电压U1阈值为0～U1max；控制器，用于计算恒流充电模式时电池阻抗模块的压降U0；用于设定启动恒压充电模式的电池组电压U2阈值为m*U1max；用于判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max是否成立，当成立时，控制器将U2+U0的值赋值给内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出。本系统具有充电时间短且控制智能化程度高的优点。
Description
技术领域
本发明属于电池充电技术领域，涉及一种电池快速充电系统及方法。
背景技术
目前电池充电多属于智能二段式或三段式充电模式。二段式充电模式是将充电过程分为恒流恒压、浮充两个充电阶段。三段式充电模式是将充电过程分为恒流、恒压、浮充三个充电阶段，目前三段式充电模式为多。
所谓恒流充电模式是充电装置工作在恒流状态，对与蓄电池端的电流进行采样，通过内部反馈环路保证对蓄电池充电电流的稳定。所谓恒压充电模式是当蓄电池经过恒流阶段充电将至饱和的时候，电池电压接近充电装置预设电压阀值时，充电装置从恒流工作状态进入恒压工作状态，直至电池充饱为止。所谓浮充充电模式即为涓流充电，在蓄电池过放导致电压过低以后，为了能让蓄电池正常充电，采用一段微小的电流充电直至电池电压升至过放电压阀值(此过放阀值有电池本身特性决定)，激活蓄电池然后再进入恒流充电。
目前电子产品为了携带方便，越来越往轻薄方向发展且性能更加卓越，同时要求电池续航能力持久，这就使得整体电子产品的功耗以及电池容量的上升。电池在充电过程中，当电池两端电压逐渐上升与线路上的压降一起与充电电源输出电压相当时，即从恒流充电模式进入到恒压充电模式，随着电池容量的上升，处于恒压充电模式的充电时间会加长，从而导致整体充电时间也变得更长，无法实现快速充电，从而影响了电子产品的使用效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种在电池充电时能够延长恒流充电模式时间，同时降低恒压充电模式时间从而降低整体充电时间以达到快速充电目的的电池快速充电系统及方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种电池快速充电系统，其特征在于,包括如下几个模块：电池模块，所述电池模块包括电池组和电池组SMBUS，电池组SMBUS用于实时监测电池组电压U2；电池阻抗模块，与上述电池模块连接；
内部充电电路，分别与外界电源和上述的电池阻抗模块连接，用于输出工作电压U1对上述电池模块进行充电，且能控制输出恒流充电模式或恒压充电模式，所述工作电压U1的阈值为0～U1max；
控制器，上述内部充电电路的输出端与控制器连接且能发送上述输出工作电压U1给控制器，上述电池组SMBUS与控制器连接且能反馈上述电池组电压U2给控制器；
其中，控制器用于计算恒流充电模式时所述电池阻抗模块的压降U0；用于设定启动恒压充电模式的电池组电压U2阈值为m*U1max；用于判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max是否成立，当上述成立时，所述控制器将U2+U0的值赋值给上述内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出。
在上述的一种电池快速充电系统中，所述的电池阻抗模块包括由线路相互串联连接的充电电流采样电阻、充电开关MOS和电池连接器，所述线路、充电电流采样电阻、充电开关MOS和电池连接器各自的电阻相互串联构成了压降电阻，电池连接器与电池组连接，上述内部充电电路的输出端与充电电流采样电阻连接。
在上述的一种电池快速充电系统中，所述的控制器包含有减法器，所述减法器用于当位于恒流充电模式时，将控制器接收到的工作电压U1和电池组电压U2相减得到上述的压降U0。
在上述的一种电池快速充电系统中，所述的控制器包含有处理模块，所述处理模块用于根据上述减法器计算得到的压降U0、上述工作电压U1和上述电池组SMBUS反馈的电池组电压U2进行分析处理，当判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max成立时，所述处理模块将U2+U0的值赋值给上述内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出；当判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max不成立时，所述处理模块不输出控制信号。
在上述的一种电池快速充电系统中，所述的m值为90％～98％。作为优选，m值为95％。
在上述的一种电池快速充电系统中，所述的控制器还包含有存储模块，存储模块用于事先储存上述的m值和U1max值。
一种电池快速充电方法，提供了一个电池模块、一个电池阻抗模块、一个内部充电电路和一个控制器，所述电池模块反馈电池组电压U2给控制器，所述内部充电电路输出工作电压U1且工作电压U1的阈值为0～U1max，其特征在于，所述控制器具有如下几个控制步骤：
提供一个存储模块，用于储存m值和上述的U1max值；
提供一个计算模块，用于计算恒流充电模式时所述电池阻抗模块的压降U0；
提供一个处理模块，用于判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max是否成立；
其中，当上述判断成立时，所述控制器将U2+U0的值赋值给上述内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出；当上述判断不成立时，所述处理模块不输出控制信号。
在上述的一种电池快速充电方法中，所述的计算模块为减法器，所述减法器用于当电池模块位于恒流充电模式时，将控制器接收到的工作电压U1和电池组电压U2相减得到上述电池阻抗模块的压降U0。
在上述的一种电池快速充电方法中，所述的m值为90％～98％。作为优选，m值为95％。
在上述的一种电池快速充电方法中，所述步骤提供一个存储模块前还具有步骤提供一个参数设定模块，所述参数设定模块用于输入设定上述的m值和U1max值。
与现有技术相比，本快速充电系统及方法在随着电池组电压U2充电慢慢升高进入到恒压充电模式后自动提高内部充电电路的输出电压U1从而使充电模式自动由恒压充电模式切换回恒流充电模式，以延长恒流充电模式时间，降低恒压充电模式时间，以此来实现电池的快速充电，从而减少充电时间，实现快充；同时，系统能够自动实时检测充电何时进入到恒压充电模式，自动化程度高，且控制精确。
附图说明
图1是本电池快速充电系统的原理框图。
图2是本电池快速充电方法中控制器的控制流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示，本电池快速充电系统包括一个电池模块，一个电池阻抗模块、一个内部充电电路和一个控制器，内部充电电路通过电源适配器与外界电源连接，外界电源提供充电电源，内部充电电路能够输出工作电压U1，且可以输出恒定电流、恒定电压以及脉冲电流等三种充电方式，这三种充电方式原理以及电源适配器结构为现有技术，在此不再详细阐述。
本电池快速充电系统可以适用于任何需要快速充电的电子产品中，尤其是目前的超薄且电池容量较大的笔记本，应用效果及市场经济效果尤为明显。本实施例以应用在笔记本上的电池快速充电系统为例进行阐述其结构原理。
其中，电池模块包括电池组和电池组SMBUS，电池组SMBUS用于实时监测电池组电压U2。由多个电池构成电池组，对电池组中的电池充电使其电压达到预定值即表明充电充满。电池组SMBUS为基于SMBUS协议的电池信息监测系统，可以监测及读取电池组的剩余电量，即可以实时监测电池组当前的电压U2值，并把监测到的电压U2值输出给控制器。电池阻抗模块包括由线路相互串联连接的充电电流采样电阻、充电开关MOS和电池连接器，线路、充电电流采样电阻、充电开关MOS和电池连接器各自的电阻相互串联构成了压降电阻，电池连接器与电池组连接。电池阻抗模块设计好后其压降电阻具体的阻值也就确定了。电池组、电池组SMBUS和电池阻抗模块均为现有模块，其结构和原理均为现有技术，在此不再详细阐述。
内部充电电路，通过电源适配器与外界电源(比如市电)连接，用于输出工作电压U1对电池模块进行充电，工作电压U1的阈值为0～U1max，即工作电压U1能够在0～U1max范围值内输出不同的电压值。电池组的电压U2是随着充电其电压值慢慢升高的，当电池组的电压U2等于U1max时，即表明电池组的电已充满。内部充电电路能够控制输出恒流充电模式和恒压充电模式，当处于恒流充电模式时，内部充电电路输出恒定的充电电流，输出工作电压U1随时间变化来保证输出充电电流恒定；当处于恒压充电模式时，内部充电电路输出恒定电压，即以U1max固定值作为工作电压U1输出，此时充电电流不断变小。内部充电电路输出工作电压U1对电池模块进行充电。
控制器，包含减法器、存储模块、处理模块和参数设定模块。减法器用于当位于恒流充电模式时，将控制器接收到的工作电压U1和电池组电压U2相减得到电池阻抗模块的压降U0值。由于恒流充电模式时，其内部充电电路输出的充电电流为恒定值，而由线路、充电电流采样电阻、充电开关MOS和电池连接器各自的电阻相互串联构成的压降电阻也是固定值，因此处于恒流充电模式时的电池阻抗模块两端电压即压降也是固定值，此时的工作电压U1输出值是随着电池组电压U2充电后电压值上升而上升的，就是说工作电压U1和电池组电压U2都在不断变大，而压降U0值是固定不变的，因此通过两者相减可以得到固定值压降U0。通过参数设定模块可以事先设定m值和U1max值，m值可以选择90％～98％，本实施例m为95％，U1max值为8.7V。即对电池组最终充满电的电池组电压U2要达到U1max的值8.7V。然后将设定好的m值95％和U1max值8.7V储存在存储单元中。
在充电过程中要依次经过涓流充电模式，恒流充电模式、恒压充电模式这三种模式。初充电时，为涓流充电模式，内部充电电路输出微小的电流，激活电池，其输出的工作电压U1在0～U1dl范围内慢慢上升；当电池电压升至过放电压阀值(此电压低于U1max，一般锂电池正常工作时2.8～4.2V，低于2.8V为过放阀值，高于4.2为过充阀值)进入恒流充电模式，内部充电电路输出恒定充电电流，其输出的工作电压U1在U1dl～U1max范围内慢慢上升，且输出的工作电压U1值反馈给控制器；电池阻抗模块的阻值固定，其电池阻抗模块的压降U0在恒流充电模式下也是固定不变的。电池组电压U2也是慢慢上升，电池组SMBUS检测该电池组电压U2值并反馈给控制器。此时，控制器中的减法器根据公式U0＝U1-U2，计算出恒流充电模式下的电池阻抗模块的压降U0值并储存在存储单元中。然后，控制器的处理模块实时判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max能够成立，用在本实施例上就是，处理模块根据所有接收并检测到的电压信息判断U2＜95％*8.7V且U2+U0≥8.7V是否成立，即我们通过控制系统来控制充电系统一直处于恒流充电模式直到充电达到满电的95％(现有实际中，由于压降U0的存在较早就进入到恒压充电模式，比如充电到70％即进入恒压充电模式)，剩下的5％由恒压充电模式来完成。这样，延长了恒流充电模式充电时间，降低恒压充电模式充电时间，以此来实现电池的快速充电，从而减少充电时间，实现快充。恒流充电模式中，工作电压U1会慢慢升高，同样电池组电压U2也会慢慢升高，当工作电压U1升高到阈值U1max值即8.7V输出时，接下来都会保持8.7V输出，而随着电池组电压U2的不断充电电压值还会继续上升，直至U2+U0会等于或大于U1max值8.7V，那么就进入到恒压充电模式。那么为了不让其这么快进入到恒压充电模式，使其继续保留在恒流充电模式中的话，就要想办法使输出的工作电压U1突破它的阈值U1max，即要高于U1max值输出。在满足U2＜95％*8.7V且U2+U0≥8.7V该条件下，即电还没充满到95％(如果已经到达95％了，就不去管它了，让它自动进入恒压充电模式，但现有充电模式中正常情况下都会在95％之前已经进入恒压充电模式)，而且U2+U0的值要大于8.7V，即当U2+U0的值等于8.7V时，即是由恒流充电模式进入到恒压充电模式的临界值，那么当U2+U0大于8.7V时，控制器将该U2+U0赋值给内部充电电路中的工作电压U1，使内部充电电路以U2+U0值作为新的工作电压U1值输出，从而使工作电压U1值高于U1max值输出，以维持整个系统继续以恒流充电模式进行工作，直至电池组电压U2达到95％*8.7V，即8.265V，到了8.265V后，控制器不再给内部充电电路赋值，内部充电电路以工作电压U1以8.7V恒定输出以恒压充电模式进行充电直至充满，然后涓流充电。当上述判断不成立时，处理模块对内部充电电路不输出任何控制信号。
实施例二
如图2所示，本电池快速充电方法，提供了一个电池模块、一个电池阻抗模块、一个内部充电电路和一个控制器，电池模块反馈电池组电压U2给控制器，内部充电电路输出工作电压U1且工作电压U1的阈值为0～U1max，控制器具有如下几个控制步骤：
S1、提供一个参数设定模块，所述参数设定模块用于输入设定上述的m值和U1max值；
S2、提供一个存储模块，用于储存m值和上述的U1max值；
S3、提供一个减法器，用于在恒流充电模式下将控制器接收到的工作电压U1和电池组电压U2相减得到电池阻抗模块的压降U0；
S4、提供一个处理模块，用于判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max是否成立；
其中，当上述判断成立时，控制器将U2+U0的值赋值给上述内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出；当上述判断不成立时，处理模块不输出控制信号。
进一步的，m值为90％～98％。作为优选，本实施例的m值为95％。
其他工作原理均与实施例一相同，在此不再赘述。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种电池快速充电系统，其特征在于,包括如下几个模块：
电池模块，所述电池模块包括电池组和电池组SMBUS，电池组SMBUS用于实时监测电池组电压U2；
电池阻抗模块，与上述电池模块连接；
内部充电电路，分别与外界电源和上述的电池阻抗模块连接，用于输出工作电压U1对上述电池模块进行充电，且能控制输出恒流充电模式或恒压充电模式，所述工作电压U1的阈值为0～U1max；
控制器，上述内部充电电路的输出端与控制器连接且能发送上述输出工作电压U1给控制器，上述电池组SMBUS与控制器连接且能反馈上述电池组电压U2给控制器；
其中，控制器用于计算恒流充电模式时所述电池阻抗模块的压降U0；用于设定启动恒压充电模式的电池组电压U2阈值为m*U1max；用于判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max是否成立，当上述成立时，所述控制器将U2+U0的值赋值给上述内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出，
其中，所述的m值为90％～98％，当电池组的电压U2等于U1max时，即表明电池组的电已充满。
2.根据权利要求1所述的一种电池快速充电系统，其特征在于，所述的电池阻抗模块包括由线路相互串联连接的充电电流采样电阻、充电开关MOS和电池连接器，所述线路、充电电流采样电阻、充电开关MOS和电池连接器各自的电阻相互串联构成了压降电阻，电池连接器与电池组连接，上述内部充电电路的输出端与充电电流采样电阻连接。
3.根据权利要求2所述的一种电池快速充电系统，其特征在于，所述的控制器包含有减法器，所述减法器用于当位于恒流充电模式时，将控制器接收到的工作电压U1和电池组电压U2相减得到上述的压降U0。
4.根据权利要求3所述的一种电池快速充电系统，其特征在于，所述的控制器包含有处理模块，所述处理模块用于根据上述减法器计算得到的压降U0、上述工作电压U1和上述电池组SMBUS反馈的电池组电压U2进行分析处理，当判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max成立时，所述处理模块将U2+U0的值赋值给上述内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出；当判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max不成立时，所述处理模块不输出控制信号。
5.根据权利要求1所述的一种电池快速充电系统，其特征在于，所述的控制器还包含有存储模块，存储模块用于事先储存上述的m值和U1max值。
6.一种电池快速充电方法，提供了一个电池模块、一个电池阻抗模块、一个内部充电电路和一个控制器，所述电池模块反馈电池组电压U2给控制器，所述内部充电电路输出工作电压U1且工作电压U1的阈值为0～U1max，其特征在于，所述控制器具有如下几个控制步骤：
提供一个存储模块，用于储存m值和上述的U1max值；
提供一个计算模块，用于计算恒流充电模式时所述电池阻抗模块的压降U0；
提供一个处理模块，用于判断U2＜m*U1max且U2+U0≥U1max是否成立；
其中，当上述判断成立时，所述控制器将U2+U0的值赋值给上述内部充电电路的工作电压U1并作为新的工作电压值输出；当上述判断不成立时，所述处理模块不输出控制信号，
其中，所述的m值为90％～98％，当电池组的电压U2等于U1max时，即表明电池组的电已充满。
7.根据权利要求6所述的一种电池快速充电方法，其特征在于，所述的计算模块为减法器，所述减法器用于当电池模块位于恒流充电模式时，将控制器接收到的工作电压U1和电池组电压U2相减得到上述电池阻抗模块的压降U0。
8.根据权利要求7所述的一种电池快速充电方法，其特征在于，所述的步骤提供一个存储模块前还具有步骤提供一个参数设定模块，所述参数设定模块用于输入设定上述的m值和U1max值。
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