CN111095720B - 充电方法和充电装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种充电方法和装置。该充电方法包括:对电池进行分段恒流充电,且恒流充电的恒流充电截止电压大于标准恒流充电截止电压;对电池进行恒压充电,其中恒压充电的充电截止电流大于标准恒压充电截止电流。本申请通过设置更高的恒流充电截止电压和恒压充电截至电流,并采用分段恒流的方式进行恒流充电,提高了电池的充电速度。
Description
技术领域
本申请涉及充电技术领域,并且更为具体地,涉及一种充电方法和充电装置。
背景技术
电池单元通常采用恒流恒压的方式进行充电。即先采用恒流方式对电池单元进行充电,当电池单元两端的电压达到标准恒流充电截止电压时,进入恒压充电阶段。恒压充电阶段采用高压(标准恒流充电截止电压)对电池单元进行充电,随着充电过程的进行,电池单元的充电电流逐渐减小,当电池单元的充电电流达到标准恒压充电截止电流时,结束充电。
上述充电过程中,恒压充电阶段通常耗时较长,从而导致电池单元的充电速度较慢。
发明内容
本申请提供一种充电方法和充电装置,能够提高电池单元的充电速度。
第一方面,提供一种充电方法,包括:对电池进行恒流充电,所述恒流充电的过程包括多个充电阶段,每个所述充电阶段对应一个充电电流,且相邻所述充电阶段的前一充电阶段对应的充电电流大于后一充电阶段对应的充电电流,每个所述充电阶段使用其对应的充电电流将所述电池中的电池单元两端的电压充电至目标恒流充电截止电压,所述目标恒流充电截止电压大于所述电池单元的标准恒流充电截止电压;对所述电池进行恒压充电,直到所述电池中的电池单元的充电电流达到目标恒压充电截止电流,其中所述目标恒压充电截止电流大于所述电池单元的标准恒压充电截止电流。
第二方面,提供一种充电装置,包括:功率提供电路,用于提供充电功率;充电控制电路,用于根据所述功率提供电路提供的充电功率对电池进行恒流充电,其中所述恒流充电的过程包括多个充电阶段,每个所述充电阶段对应一个充电电流,且相邻所述充电阶段的前一充电阶段对应的充电电流大于后一充电阶段对应的充电电流,每个所述充电阶段使用其对应的充电电流将所述电池中的电池单元两端的电压充电至目标恒流充电截止电压,所述目标恒流充电截止电压大于所述电池单元的标准恒流充电截止电压;根据所述功率提供电路提供的充电功率对所述电池进行恒压充电,直到所述电池中的电池单元的充电电流达到目标恒压充电截止电流,其中所述目标恒压充电截止电流大于所述电池单元的标准恒压充电截止电流。
本申请通过设置更高的恒流充电截止电压和恒压充电截至电流,并采用分段恒流的方式进行恒流充电,提高了电池单元的充电速度。
附图说明
图1是本申请实施例提供的充电方法的示意性流程图。
图2是本申请实施例提供的充电方法的一个示例图。
图3是本申请实施例提供的充电方法的各充电阶段的示例图。
图4是本申请实施例提供的充电方法的另一示例图。
图5是本申请实施例提供的充电装置的示意性结构图。
图6是充电装置在有线充电架构下的应用方式的示例图。
图7是充电装置在有线充电架构下的应用方式的又一示例图。
图8是充电装置在无线充电架构下的应用方式的示例图。
图9是充电装置在无线充电架构下的应用方式的又一示例图。
具体实施方式
本申请提及的电池可以指锂电池。该锂电池可以是普通的锂离子电池,也可以是聚合物锂离子电池。
本申请提及的电池可以包括一个电池单元,也可以包括多个电池单元。电池单元有时也可称为电池包(cell)或电芯。
本申请提及的标准恒流充电截止电压也可称为推荐恒流充电限制电压或公知恒流充电限制电压。标准恒流充电截止电压的取值与电池单元的类型有关,本申请实施例对此并不限定。
作为一个示例,电池单元的阳极为石墨、软碳和硬碳中的一种,阴极为钴酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂和镍钴锰酸锂中的一种,则该电池单元的标准恒流充电截止电压可以为4.2~5.0V。
比如,电池单元的阳极为石墨,阴极为钴酸锂,则该电池单元的标准恒流充电截止电压可以为4.40V或4.45V。
作为另一个示例,电池单元的阳极为石墨,阴极为磷酸铁锂,则该电池单元的标准恒流充电截止电压可以为3.6~3.8V,例如可以为3.7V。
本申请提及的标准恒压充电截止电流也可称为推荐恒压充电限制电流或公知恒压充电限制电流。该标准恒压充电截止电流的大小例如可以是0.01~0.1C。
电池单元一般采用恒流恒压的方式进行充电。具体地,可以先对电池单元进行恒流充电,将电池单元两端的电压充电至标准恒流充电截止电压。然后改以标准恒流充电截止电压为充电电压进行恒压充电,随着充电过程的进行,电池单元的充电电流逐渐减小,当电池单元的充电电流达到标准恒压充电截止电流时,结束充电。
在恒流充电阶段,电池单元两端的电压通常包括两部分。第一部分是电池单元正负极间的稳定电压,另一部分是由电池单元的内阻和/或极化现象引起的电压。在恒压充电阶段,充电电流逐渐减小,内阻和/或极化现象引起的电压也逐渐减小,当电池单元的充电电流减小到标准恒压充电截止电流时,内阻和/或极化现象引起的电压小到可以忽略的程度,电池单元两端的电压近似达到标准恒流充电截止电压。
但是,上述充电方式的恒压充电阶段的充电时间较长,导致电池单元的充电速度慢。此外,在恒压充电阶段,电池一致处于高压状态,这样会降低电池的使用寿命。如果舍弃恒压充电阶段,仅保留恒流充电阶段,则难以控制电池单元充满。因此,亟需对传统恒压恒流充电方式进行改进,以提高恒压恒流充电方式的充电速度。
图1是本申请实施例提供的充电方法的示意性流程图。图1所示的充电方法包括步骤12至步骤14。下面对图1的各个步骤进行详细描述。
在步骤12中,对电池进行恒流充电。该恒流充电的过程可以包括多个充电阶段,每个充电阶段对应一个充电电流(或称充电倍率),且相邻充电阶段的前一充电阶段对应的充电电流(或称充电倍率)大于后一充电阶段对应的充电电流(或称充电倍率)。每个充电阶段可以使用其对应的充电电流将电池中的电池单元两端的电压充电至目标恒流充电截止电压。该目标恒流充电截止电压大于电池单元的标准恒流充电截止电压。
在步骤14中,对电池进行恒压充电,直到电池中的电池单元的充电电流达到目标恒压充电截止电流。该目标恒压充电截止电流大于电池单元的标准恒压充电截止电流。该恒压充电的电压例如可以是上述恒流充电截止电压,即恒流充电截止电压可以直接作为恒压充电阶段的充电电压。以电池单元的阳极为石墨、软碳和硬碳中的一种,阴极为钴酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂和镍钴锰酸锂中的一种为例,则该电池单元的标准恒流充电截止电压可以为4.2~5.0V;以电池单元的阳极为石墨,阴极为钴酸锂,则该电池单元的标准恒流充电截止电压可以为4.40V或4.45V;以电池单元的阳极为石墨,阴极为磷酸铁锂,则该电池单元的标准恒流充电截止电压可以为3.6~3.8V,例如可以为3.7V。当然,在某些实施例中,根据实际需要,恒压充电阶段的电压也可以比恒流充电截止电压高一些或低一些,只要大于恒流充电阶段结束时电池两端的电压(不包括电池的极化电压)即可,本申请实施例对此并不限定。
本申请实施例提升了恒流充电的恒流充电截止电压以及恒压充电的恒压充电截止电流,这样可以延长恒流充电阶段、缩短恒压充电阶段,使得电池的充电速度得以提升。其次,本申请实施例采用分段恒流的方式进行恒流充电,与采用单一电流进行恒流充电的方式相比,分段恒流的充电方式可以进一步延长恒流充电阶段、缩短恒压充电阶段,从而进一步提升了电池的充电速度。综上,本申请实施例提供的充电方法可能达到如下效果:在不降低电池充电电量的情况下,降低了恒压充电阶段的充电时间,提升了充电速度;此外,恒压充电阶段的缩短意味着高压充电时间的缩短,这样可以提高电池的使用寿命。
本申请实施例对目标恒流充电截止电压的大小不做具体限定,可以根据电池的类型,期望的充电速度等因素进行配置。例如,目标恒流充电截止电压可以配置为:目标恒流充电截止电压与标准恒流充电截止电压之差ΔV满足0<ΔV<0.2V。
本申请实施例对目标恒压充电截止电流的大小不做具体限定,可以根据电池的类型,期望的充电速度,期望的满充电量等因素进行配置。例如,可以对目标恒压充电截止电流进行配置,使得恒压充电结束之后,电池单元的电量达到电池单元的电池容量。
术语“达到”表达的是“近似相等”的意思,并非要求电池单元的电量与电池单元的电池容量完全相等。以电池单元的标准容量等于Q0为例,则可以对目标恒压充电截止电流进行配置:使得恒压充电阶段结束时,电池的实际容量Qz满足0.98Q0<Qz<1.02Q0。
作为一个示例,目标恒压充电截止电流可以配置为与标准恒压充电截止电流之商N满足1<N<40,其中N可以为整数,或者,N也可以为小数。
图1实施例中的电池可以包括一节电池单元,也可以包括多节电池单元,如相互串联的多节电池单元。如果电池包括多节电池单元,则图1实施例中提及的电池单元可以是该多节电池单元中的任意一节电池单元。
判断电池中的电池单元两端的电压是否达到目标恒流充电截止电压的方式可以有多种。例如,可以通过充电时间来预测电池单元两端的电压是否达到目标恒流充电截止电压;又如,可以采用监测电路不断监测电池中的电池单元两端的电压,从而判断电池单元两端的电压是否达到目标恒流充电截止电压。
同理,判断电池中的电池单元的充电电流是否达到目标恒压充电截止电流的方式可以有多种。例如,可以通过充电时间来预测电池单元的充电电流是否达到目标恒压充电截止电流;又如,可以采用监测电路不断监测电池单元的充电电流,从而判断电池单元的充电电流是否达到目标恒压充电截止电流。
下面结合图2至图4,对本申请实施例提供的充电方法进行更为详细的举例说明。
图2是本申请实施例提供的充电方法的一个示例图。在图2的示例中,电池包括1节电池单元。此外,在图2的示例中,预先为电池设定了用于恒流充电的充电电流I0、I1、I2……In,其中,I0>I1>I2>……>In。图2所示的充电方法包括步骤22至步骤28,下面对这些步骤进行描述。
在步骤22中,使用充电电流I0将电池充电至电压为Vtr(Vtr表示目标恒流充电截止电压),并将充电电流降为I1。
在步骤24中,使用充电电流I1将电池充电至电压为Vtr,并将充电电流降为I2。
在步骤26中,依次类推,使用充电电流In将电池充电至电压为Vtr,转入恒压充电阶段。
在步骤28中,以Vtr为充电电压进行恒压充电,当充电电流降为Itr(Itr表示恒压充电截止电流)时,结束充电。
在图2的示例中,从步骤22至步骤28,电池的充电电流阶梯式下降,使得恒流阶段能够采用分段恒流的方式进行充电,从而尽可能延长恒流充电过程。以n的取值等于2为例,整个充电过程的电流变换如图3所示。
图4是本申请实施例提供的充电方法的另一示例图。图4示出的充电方法与图2类似,不同之处在于,在图4的示例中,电池包括多节串联的电池单元。图4的方法包括步骤42至步骤48,下面分别对这些步骤进行描述。
在步骤42中,使用充电电流I0对电池充电,期间监测每节电池单元的电压,当任一电池单元的电压达到Vtr时,将充电电流降为I1。
在步骤44中,使用充电电流I1对电池充电,期间监测每节电池单元的电压,当任一电池单元的电压达到Vtr时,将充电电流降为I2。
在步骤46中,依次类推,使用充电电流In对电池充电,期间监测每节电池单元的电压,当任一电池单元的电压达到Vtr时,转入恒压充电阶段。
在步骤48中,以Vtr为充电电压进行恒压充电,期间监测任一(或每节)电池单元的充电电流,当任一(或每节)电池单元的充电电流达到Itr时,结束充电。
需要说明的是,本申请实施例对图1所示的充电方法的应用场景不做具体限定,可应用于有线充电架构,也可应用于无线充电架构。例如,图1所示的充电方法可应用于有线充电架构,并由有线充电架构中的电源提供设备(如电源适配器)执行;又如,图1所示的充电方法可应用于无线充电架构,并由无线充电架构中的无线发射设备(如无线充电底座)或待充电设备执行。下面结合具体的实施例对图1所示的充电方法在不同充电架构下的实现形式进行详细地举例说明。
可选地,作为一种可能的实现方式,可以将图1所示的充电方法应用于有线充电架构。在有线充电架构中,电源提供设备与待充电设备可以通过充电接口相连。本申请对充电接口的类型不作具体限定,例如,可以是通用串行总线(universal serial bus,USB)接口或lightning接口。所述USB接口可以是标准USB接口,也可以是micro USB接口,还可以是Type-C接口。
在有线充电架构中,图1所示的充电方法可以由电源提供设备执行,也可由待充电设备执行。
以图1所示的充电方法由电源提供设备执行为例,则步骤14可包括:在恒流充电的过程中,电源提供设备通过充电接口与待充电设备进行通信,并根据待充电设备的反馈信息调整电源提供设备的输出电流,使得电源提供设备的输出电流与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
本申请实施例对电源提供设备与待充电设备之间的通信方式、通信内容或通信的主从关系不做具体限定。例如,电源提供设备可以通过充电接口中的数据线进行通信,如通过USB接口中的D+和/或D-线进行通信。电源提供设备可以与待充电设备进行单向通信,也可以与待充电设备进行双向通信(如采用请求和应答的方式进行通信)。电源提供设备和待充电设备之间的通信内容(即上述反馈信息)例如可以是电池的状态信息(如电池的电压信息或电量信息),也可以是指示电源提供设备升高或降低输出电流的信息。
上述实现方式中,电源提供设备根据待充电设备的反馈信息对输出电流主动进行调整,使得电源提供设备的输出电流与当前充电阶段的充电电流相匹配,这样一来,电源提供设备的输出电流可以直接加载在电池的两端,为电池进行直充,无需由待充电设备对电池的充电电流进行恒流控制,这样可以降低待充电设备的发热量。
应理解,电源提供设备的输出电流可以是恒定的直流电,也可以波形变化的电流,如脉动直流电或交流电。以电源提供设备的输出电流为波形变化的电流为例,则电源提供设备的输出电流与当前充电阶段的充电电流相匹配可以指电源提供设备的输出电流的峰值或均值与当前充电阶段的充电电流相匹配。采用波形变化的电流为电池充电,可以减少电池的极化现象,提高电池的使用寿命。
将电源提供设备的输出电流设置为波形变换的电流的方式可以有多种,下面给出一个示例。
电源提供设备通常包括开关单元及变压器、位于变压器初级侧的初级电路、以及位于变压器次级侧的次级电路。初级电路通常包括整流电路和滤波电路,为了使得电源提供设备的输出电流为波形变换的电流,可以将初级电路中的滤波电路去掉,使得整流电路输出的脉动波形的电压注入至开关单元及变压器,并通过开关单元及变压器将能量从初级传递至次级。
如果采用上述实现方式,则图1描述的充电方法还可包括如下步骤:对输入的交流电进行整流以输出脉动波形的电压;将脉动波形的电压从变压器的初级耦合至次级;根据变压器的输出电压,生成电源提供设备的输出电流。
上述根据待充电设备的反馈信息调整电源提供设备的输出电流,使得电源提供设备的输出电流与当前充电阶段对应的充电电流相匹配可以包括:根据待充电设备的反馈信息调整电源提供设备的输出电流,使得电源提供设备的输出电流的峰值或均值与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
初级侧的滤波电路一般采用液态铝质电解电容进行滤波,液态铝质电解电容的体积较大且容易爆浆。去掉初级侧的滤波电路,直接将整流之后形成的脉动波形的电压注入至开关单元及变压器,从而减小了电源提供设备的体积。此外,初级侧的液态铝质电解电容的使用寿命较短,且容易爆浆,去掉初级侧的液态铝质电解电容可以很大程度提高电源提供设备的使用寿命和安全性。
可选地,作为另一种可能的实现方式,可以将图1所示的充电方法应用于利用无线发射设备进行无线充电的无线充电架构。
在该实现方式中,图1所示的充电方法可以由无线发射设备执行,也可由待充电设备执行。
以图1所示的充电方法由无线发射设备执行为例,则步骤14可包括:在恒流充电的过程中,无线发射设备与待充电设备进行无线通信,并根据待充电设备的反馈信息调整无线发射设备的发射功率,使得无线发射设备的发射功率与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
本申请实施例对无线发射设备与待充电设备之间的通信方式、通信内容或主从关系不做具体限定。
例如,无线发射设备和待充电设备可以基于蓝牙(bluetooth)、无线保真(wireless fidelity,Wi-Fi)或反向散射(backscatter)调制方式(或功率负载调制方式)进行无线通信。
无线发射设备和待充电设备进行单向通信,也可以与待充电设备进行双向通信(如采用请求和应答的方式进行通信)。无线发射设备和待充电设备之间的通信内容(即上述反馈信息)例如可以是电池的状态信息(如电池的电压信息或电量信息),也可以是指示无线发射设备升高或降低发射功率的信息。
无线发射设备对发射功率的调整方式可以有多种。例如,无线发射设备可以与电源提供设备相连,并基于电源提供设备提供的输入电压发射无线充电信号,此时,无线发射设备可以与电源提供设备进行通信,指示电源提供设备调整输入电压,从而调整无线充电信号的发射功率。又如,无线发射设备可以包括功率调整装置,并通过更改功率调整装置发出的控制信号的占空比和/或频率的方式调整无线充电信号的发射功率。
以图1所示的充电方法由待充电设备执行为例,则图1的方法还可包括:利用无线接收电路将接收到的无线充电信号转换成无线接收电路与电池之间的充电线路的输入电压。步骤14可包括:利用降压电路对充电线路上的电压进行降压处理,并利用充电管理电路对输入至电池两端的电流进行恒流控制。
本申请实施例对降压电路在充电线路上的位置不做具体限定,例如可以位于充电管理电路和电池之间,也可以位于无线接收电路和充电管理电路之间。
本申请实施例在待充电设备内部设置降压电路,这样一来,无线发射设备和待充电设备之间可以采用高压方式进行无线充电信号的传输,这样有利于降低无线接收电路处的电流,进而降低待充电设备的发热量。
该降压电路可以是降压转换效率高于充电管理电路的降压效率的降压电路,例如可以是电荷泵。
此外,为了进一步降低待充电设备的发热量,图1的充电方法还可包括:根据充电管理电路的输入电压和输出电压之间的压差,与无线发射设备进行无线通信,指示无线发射设备对无线充电信号进行调整,以降低压差。充电管理电路的转换效率与其输入电压和输出电压之间的压差正相关,降低该压差可以提高充电管理电路的转换效率,进而进一步降低待充电设备的发热量。
上文结合图1至图4,详细描述了本申请的方法实施例,下面结合图5,详细描述本申请的装置实施例。应理解,方法实施例的描述与装置实施例的描述相互对应,因此,未详细描述的部分可以参见前面方法实施例。
图5是本申请实施例提供的充电装置的示意性结构图。图5的充电装置50包括功率提供电路52和充电控制电路54。
功率提供电路52可用于提供充电功率。
充电控制电路54可用于根据所述功率提供电路52提供的充电功率对电池进行恒流充电,其中所述恒流充电的过程包括多个充电阶段,每个所述充电阶段对应一个充电电流,且相邻所述充电阶段的前一充电阶段对应的充电电流大于后一充电阶段对应的充电电流,每个所述充电阶段使用其对应的充电电流将所述电池中的电池单元两端的电压充电至目标恒流充电截止电压,所述目标恒流充电截止电压大于所述电池单元的标准恒流充电截止电压;根据所述功率提供电路52提供的充电功率对所述电池进行恒压充电,直到所述电池中的电池单元的充电电流达到目标恒压充电截止电流,其中所述目标恒压充电截止电流大于所述电池单元的标准恒压充电截止电流。
可选地,所述电池包括相互串联的多个电池单元,所述充电管理电路还用于在所述恒流充电阶段,监控所述电池单元两端的电压。
可选地,所述目标恒流充电截止电压与所述标准恒流充电截止电压之差ΔV满足:0<ΔV<0.2V。
可选地,所述目标恒压充电截止电流与所述标准恒压充电截止电流之商N满足:1<N<40。
可选地,所述目标恒压充电截止电流的配置使得所述恒压充电结束之后,所述电池单元的电量达到所述电池单元的电池容量。
需要说明的是,本申请实施例对充电装置50的应用场景不做具体限定,可应用于有线充电架构,也可应用于无线充电架构。例如,充电装置50可以是有线充电架构中的电源提供设备(如电源适配器);又如,充电装置50可以是无线充电架构中的无线发射设备(如无线充电底座)或待充电设备。下面结合图6-9,对充电装置50在不同充电架构下的实现形式进行详细地举例说明。
可选地,作为一种可能的实现方式,如图6所示,充电装置50可以为电源提供设备(如电源适配器),该充电装置50可以通过充电接口56与待充电设备60相连。本申请对充电接口56的类型不作具体限定,例如,可以是USB接口或lightning接口。所述USB接口可以是标准USB接口,也可以是micro USB接口,还可以是Type-C接口。
继续参见图6,充电控制电路54可以包括通信控制电路542和功率调整电路544。在恒流充电的过程中,通信控制电路542可以通过充电接口56与待充电设备60进行通信,并根据待充电设备60的反馈信息,通过功率调整电路544,调整充电装置50的输出电流,使得充电装置50的输出电流与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
充电装置50中的功率提供电路52可以通过充电接口56中的电源线为待充电设备60提供充电功率。以USB接口为例,电源线可以是USB接口中的VBUS线。功率提供电路52的具体形式可以按照传统方式设置,本申请实施例对此并不限定。例如,功率提供电路52可以包括变压器,位于变压器的初级的整流电路和滤波电路,以及位于变压器的次级的整流电路和滤波电路等。
功率调整电路544例如可以包括脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制器,电压反馈电路和/或电流反馈电路等。
通信控制电路542例如可以是MCU或其他具有控制功能的电路单元。通信控制电路542调整充电装置50的输出电流的方式可以有多种,例如可以调整功率调整电路544的电路反馈电路和/或电流反馈电路的参考电压和/或参考电流,从而改变功率调整电路544中的PWM控制器的占空比或频率,进而调整充电装置50的输出电流。
本申请实施例对通信控制电路542与待充电设备60之间的通信方式、通信内容或主从关系不做具体限定。例如,通信控制电路542可以通过充电接口56中的数据线进行通信,如通过USB接口中的D+和/或D-线进行通信。通信控制电路542可以与待充电设备60进行单向通信,也可以与待充电设备60进行双向通信(如采用请求和应答的方式进行通信)。通信控制电路542和待充电设备60之间的通信内容(即上述反馈信息)例如可以是电池的状态信息(如电池的电压信息或电量信息),也可以是指示充电装置50升高或降低输出电流的信息。
上述实现方式中,充电装置50根据待充电设备60的反馈信息对输出电流主动进行调整,使得充电装置50的输出电流与当前充电阶段的充电电流相匹配,这样一来,充电装置50的输出电流可以直接加载在电池的两端,为电池进行直充,无需由待充电设备60对电池的充电电流进行恒流控制,这样可以降低待充电设备的发热量。
应理解,充电装置50的输出电流可以是恒定的直流电,也可以波形变化的电流,如脉动直流电或交流电。以充电装置50的输出电流为波形变化的电流为例,则充电装置50的输出电流与当前充电阶段的充电电流相匹配可以指充电装置50的输出电流的峰值或均值与当前充电阶段的充电电流相匹配。采用波形变化的电流为电池充电,可以减少电池的极化现象,提高电池的使用寿命。
将充电装置50的输出电流设置为波形变换的电流的方式可以有多种,下面给出一个示例。
充电装置50中的功率提供电路52通常可以包括开关单元和变压器、位于变压器初级侧的初级电路、以及位于变压器次级侧的次级电路。初级电路通常包括整流电路和滤波电路,为了使得充电装置50的输出电流为波形变换的电流,可以将初级电路中的滤波电路去掉,使得整流电路输出的脉动波形的电压注入至开关单元及变压器,并通过开关单元及变压器传递至次级。
具体地,如图7所示,功率提供电路52可以包括:整流电路522,用于对输入的交流电进行整流以输出脉动波形的电压;开关单元(如MOS管)及变压器524,用于将脉动波形的电压从初级耦合至次级;次级电路528(例如可以包括次级整流电路和次级滤波电路),用于根据变压器528的输出电压,生成充电装置50的输出电流;通信控制电路542用于根据待充电设备60的反馈信息,通过功率调整电路544(如通过功率调整电路544调整开关单元的导通和关断时间),调整充电装置50的输出电流,使得充电装置50的输出电流的峰值或均值与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
初级侧的滤波电路一般采用液态铝质电解电容进行滤波,液态铝质电解电容的体积较大且容易爆浆。去掉初级侧的滤波电路,直接将整流之后形成的脉动波形的电压注入至开关单元及变压器,从而减小了电源提供设备的体积。此外,初级侧的液态铝质电解电容的使用寿命较短,且容易爆浆,去掉初级侧的液态铝质电解电容可以很大程度提高电源提供设备的使用寿命和安全性。
可选地,作为另一种可能的实现方式,可以将充电装置50应用于无线充电架构。在无线充电架构中,充电装置50可以作为无线发射设备,也可作为待充电设备。
以充电装置50为无线发射设备中例,如图8所示,充电装置50还可以包括无线发射电路57,在恒流充电的过程中,充电控制电路54可以与待充电设备80进行无线通信,并根据待充电设备80的反馈信息,调整无线发射电路57的发射功率,使得无线发射电路57的发射功率与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
功率提供电路52的实现形式可以有多种,例如,功率提供电路52可以包括整流电路和滤波电路,用于将交流电转换成无线发射电路57的输入电压。或者,充电装置50可以通过接口与电源提供设备(如电源适配器,图中未示出)相连,并将电源提供设备通过该接口输入的功率提供给无线发射电路,在这种情况下,该功率提供电路52可以是充电装置50中的用于与电源提供设备相连的接口对应的接口电路。
充电控制电路54的实现方式,以及充电控制电路54对无线发射电路57的发射功率的调整方式可以有多种。例如,充电控制电路54可以仅包括具有通信功能的电路,充电控制电路54用于接收待充电设备80发送的反馈信息,并根据该反馈信息与电源提供设备进行通信,指示电源提供设备调整输出电压和/或输出电流,从而达到调整无线发射电路57的发射功率的目的。又如,充电控制电路64可以包括通信控制电路和功率调整电路(图中未示出),通信控制电路可以根据待充电设备80发送的反馈信息,调整功率调整电路发出的控制信号的占空比或频率,进而达到调整无线发射电路57的发射功率的目的。
本申请实施例对充电控制电路54与待充电设备80之间的通信方式、通信内容或主从关系不做具体限定。
例如,充电控制电路54和待充电设备80可以基于蓝牙、Wi-Fi或反向散射调制方式(或功率负载调制方式)进行无线通信。
充电控制电路54和待充电设备80进行单向通信,也可以与待充电设备80进行双向通信(如采用请求和应答的方式进行通信)。充电控制电路54和待充电设备80之间的通信内容(即上述反馈信息)例如可以是电池的状态信息(如电池的电压信息或电量信息),也可以是指示无线发射设备升高或降低发射功率的信息。
以充电装置50为待充电设备为例,如图9所示,功率提供电路可以包括无线接收电路523,充电控制电路可以包括充电管理电路543,无线接收电路523可用于将接收到的无线充电信号转换成无线接收电路523与电池之间的充电线路58的输入电压;充电装置50还可包括降压电路59,可用于对充电线路58上的电压进行降压处理;充电管理电路543可用于对输入至电池两端的电流进行恒流控制。
本申请实施例在充电装置内部设置降压电路,这样一来,无线发射设备和充电装置之间可以采用高压方式进行无线充电信号的传输,这样有利于降低无线接收电路处的电流,进而降低待充电设备的发热量。
降压电路59可以位于无线接收电路523和充电管理电路543之间,也可位于充电管理电路543和电池之间。
该降压电路59可以是降压转换效率高于充电管理电路543的降压效率的降压电路,例如可以是电荷泵。
此外,为了进一步降低待充电设备的发热量,充电装置50还可包括:通信控制电路53,用于根据充电管理电路543的输入电压和输出电压之间的压差,与无线发射设备90进行无线通信,指示无线发射设备90对无线充电信号进行调整,以降低压差。
充电管理电路543的转换效率与其输入电压和输出电压之间的压差正相关,降低该压差可以提高充电管理电路543的转换效率,进而进一步降低待充电设备的发热量。
本申请提及的待充电设备包括但不限于:被设置成经由有线线路连接(如经由公共交换电话网络(public switched telephone network,PSTN)、数字用户线路(digitalsubscriber line,DSL)、数字电缆、直接电缆连接,以及/或另一数据连接/网络)和/或经由(例如,针对蜂窝网络、无线局域网(wireless local area network,WLAN)、诸如手持数字视频广播(digital video broadcasting handheld,DVB-H)网络的数字电视网络、卫星网络、调幅-调频(amplitude modulation-frequency modulation,AM-FM)广播发送器,以及/或另一通信终端的)无线接口接收/发送通信信号的装置。被设置成通过无线接口通信的终端可以被称为“无线通信终端”、“无线终端”以及/或“移动终端”。移动终端的示例包括,但不限于卫星或蜂窝电话;可以组合蜂窝无线电电话与数据处理、传真以及数据通信能力的个人通信系统(personal communication system,PCS)终端;可以包括无线电电话、寻呼机、因特网/内联网接入、Web浏览器、记事簿、日历以及/或全球定位系统(globalpositioning system,GPS)接收器的个人数字助理(personal digital assistant,PDA);以及常规膝上型和/或掌上型接收器或包括无线电电话收发器的其它电子装置。在某些实施例中,待充电设备可指移动终端是设备或手持终端设备,如手机、pad等。在某些实施例中,本申请实施例提及的待充电设备可以是指芯片系统,在该实施例中,待充电设备的电池可以属于或也可以不属于该芯片系统。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其他任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line,DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc,DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk,SSD))等。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (14)
1.一种充电方法,其特征在于,包括:
对电池进行恒流充电,所述恒流充电的过程包括多个充电阶段,每个所述充电阶段对应一个充电电流,且相邻所述充电阶段的前一充电阶段对应的充电电流大于后一充电阶段对应的充电电流,每个所述充电阶段使用其对应的充电电流将所述电池中的电池单元两端的电压充电至目标恒流充电截止电压,所述目标恒流充电截止电压大于所述电池单元的标准恒流充电截止电压;
对所述电池进行恒压充电,直到所述电池中的电池单元的充电电流达到目标恒压充电截止电流,其中所述目标恒压充电截止电流大于所述电池单元的标准恒压充电截止电流;
其中,所述充电方法由待充电设备执行时,所述充电方法还包括:
利用无线接收电路将接收到的无线充电信号转换成所述无线接收电路与电池之间的充电线路的输入电压;
所述对电池进行恒流充电包括:
利用降压电路对所述充电线路上的电压进行降压处理,并利用充电管理电路对输入至所述电池两端的电流进行恒流控制;
其中,所述充电方法由待充电设备执行时,所述充电方法还包括:
根据所述充电管理电路的输入电压和输出电压之间的压差,与无线发射设备进行无线通信,指示所述无线发射设备对所述无线充电信号进行调整,以降低所述压差。
2.根据权利要求1所述的充电方法,其特征在于,所述电池包括相互串联的多个电池单元,所述充电方法还包括:
在所述恒流充电阶段,监控所述电池单元两端的电压。
3.根据权利要求1所述的充电方法,其特征在于,所述目标恒流充电截止电压与所述标准恒流充电截止电压之差ΔV满足:0<ΔV<0.2V。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的充电方法,其特征在于,所述目标恒压充电截止电流与所述标准恒压充电截止电流之商N满足:1<N<40。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的充电方法,其特征在于,所述目标恒压充电截止电流的配置使得所述恒压充电结束之后,所述电池单元的电量达到所述电池单元的电池容量。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的充电方法,其特征在于,所述充电方法由无线发射设备执行时,
所述对电池进行恒流充电,包括:
在所述恒流充电的过程中,所述无线发射设备与待充电设备进行无线通信,并根据所述待充电设备的反馈信息调整所述无线发射设备的发射功率,使得所述无线发射设备的发射功率与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的充电方法,其特征在于,所述充电方法由电源提供设备执行时,所述对电池进行恒流充电,包括:在所述恒流充电的过程中,所述电源提供设备通过充电接口与待充电设备进行通信,并根据所述待充电设备的反馈信息调整所述电源提供设备的输出电流,使得所述电源提供设备的输出电流与当前充电阶段对应的充电电流相匹配;
其中,所述充电方法由电源提供设备执行时,所述充电方法还包括:
对输入的交流电进行整流以输出脉动波形的电压;
将所述脉动波形的电压从变压器的初级耦合至次级;
根据所述变压器的输出电压,生成所述电源提供设备的输出电流;
所述根据所述待充电设备的反馈信息调整所述电源提供设备的输出电流,使得所述电源提供设备的输出电流与当前充电阶段对应的充电电流相匹配,包括:
根据所述待充电设备的反馈信息调整所述电源提供设备的输出电流,使得所述电源提供设备的输出电流的峰值或均值与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
8.一种充电装置,其特征在于,包括:
功率提供电路,用于提供充电功率;
充电控制电路,用于:
根据所述功率提供电路提供的充电功率对电池进行恒流充电,其中所述恒流充电的过程包括多个充电阶段,每个所述充电阶段对应一个充电电流,且相邻所述充电阶段的前一充电阶段对应的充电电流大于后一充电阶段对应的充电电流,每个所述充电阶段使用其对应的充电电流将所述电池中的电池单元两端的电压充电至目标恒流充电截止电压,所述目标恒流充电截止电压大于所述电池单元的标准恒流充电截止电压;
根据所述功率提供电路提供的充电功率对所述电池进行恒压充电,直到所述电池中的电池单元的充电电流达到目标恒压充电截止电流,其中所述目标恒压充电截止电流大于所述电池单元的标准恒压充电截止电流;
其中,所述充电装置为待充电设备时,所述功率提供电路包括无线接收电路,所述充电控制电路包括充电管理电路,所述充电装置还包括降压电路,
所述无线接收电路用于将接收到无线充电信号转换成所述无线接收电路与电池之间的充电线路的输入电压;
所述降压电路用于对所述充电线路上的电压进行降压处理;
所述充电管理电路用于对输入至所述电池两端的电流进行恒流控制;
其中,所述充电装置为待充电设备时,所述充电装置还包括:
通信控制电路,用于根据所述充电管理电路的输入电压和输出电压之间的压差,与无线发射设备进行无线通信,指示所述无线发射设备对所述无线充电信号进行调整,以降低所述压差。
9.根据权利要求8所述的充电装置,其特征在于,所述电池包括相互串联的多个电池单元,所述充电控制电路还用于在所述恒流充电阶段,监控所述电池单元两端的电压。
10.根据权利要求8所述的充电装置,其特征在于,所述目标恒流充电截止电压与所述标准恒流充电截止电压之差ΔV满足:0<ΔV<0.2V。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的充电装置,其特征在于,所述目标恒压充电截止电流与所述标准恒压充电截止电流之商N满足:1<N<40。
12.根据权利要求8-10中任一项所述的充电装置,其特征在于,所述目标恒压充电截止电流的配置使得所述恒压充电结束之后,所述电池单元的电量达到所述电池单元的电池容量。
13.根据权利要求8-10中任一项所述的充电装置,其特征在于,所述充电装置为无线发射设备时,所述充电装置还包括无线发射电路,
在所述恒流充电的过程中,所述充电控制电路与待充电设备进行无线通信,并根据所述待充电设备的反馈信息,调整所述无线发射电路的发射功率,使得所述无线发射电路的发射功率与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
14.根据权利要求8-10中任一项所述的充电装置,其特征在于,所述充电装置为通过充电接口与待充电设备相连的电源提供设备时,所述充电控制电路包括通信控制电路和功率调整电路,其中,在所述恒流充电的过程中,所述通信控制电路通过所述充电接口与所述待充电设备进行通信,并根据所述待充电设备的反馈信息,通过所述功率调整电路,调整所述充电装置的输出电流,使得所述充电装置的输出电流与当前充电阶段对应的充电电流相匹配;
其中,所述功率提供电路包括:
整流电路,用于对输入的交流电进行整流以输出脉动波形的电压;
开关单元及变压器,用于将所述脉动波形的电压从初级耦合至次级;
次级电路,用于根据所述变压器的输出电压,生成所述充电装置的输出电流;
所述通信控制电路用于根据所述待充电设备的反馈信息,通过所述功率调整电路,调整所述充电装置的输出电流,使得所述充电装置的输出电流的峰值或均值与当前充电阶段对应的充电电流相匹配。
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