CN111277026B - 一种充放电电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充放电电路系统，包括：USB小板、充电芯片、电池、电源管理芯片和CPU；USB小板与充电芯片连接，充电芯片通过电池分出的充电端口给电池充电，同时电池通过电池分出的放电端口给电源管理芯片和CPU构成的单元供电。电池分出的充电端口和放电端口，是电池从电池内部的电池保护板分出的；且分出的充电端口连接至充电芯片，分出的放电端口连接至电源管理芯片。通过多端口设计可以分散系统的发热器件，提高系统充电速度，同时通过让充电和放电端口共享充电保护板的措施，降低了电池成本，节省了电池体积。

Description

一种充放电电路系统

技术领域

本发明涉及电池充电技术领域，特别涉及一种充放电电路系统。

背景技术

随着智能设备的不断发展，人们生活节奏的加快，对智能设备充电速度的要求越来越严格。为了满足人们快速充电的需求，设备厂商不断地开发出各种快充技术。

但是，伴随快充需求而来的，是充电电流的逐步增大，由于充电路径不可避免的存在线路阻抗，导致充电时设备发热。常规的电子产品，设备表面温度一般限制在40度以下，当设备温度达到39.9时，就需要降低充电电流，因此大功率充电持续时间往往只能持续几分钟，因此如何在提高充电速度的同时，有效地地降低设备表面温度，成为目前手机充电设计的焦点。

而且，目前现有技术如下：

现有技术方案1：传统的充电方案，如下图1所示。USB端口的充电电流经过一段走线（FPC或者PCB板），进入充电IC中，在充电IC中完成电压变换后输出一路低压电源，该路电源分为两部分，一部分给系统供电，一部分给电池进行充电，其中，a1为电池保护板及端口，a2为充电电流路径，a3为放电电流路径。

现有技术方案1的缺点：技术方案1中，充电和放电路径重叠，由于考虑到充电路径阻抗，电池连接器需要放置在充电IC附近，同时由于考虑到放电路径，充电IC又需要放置在PMU和CPU附近，而这些器件都是发热器件，集中放置很容易导致设备表面出现局部温度高点，从而限制充电速度。

现有技术方案2：参考专利（CN201610879386.7 双端口充电电池及其充电系统），通过在电池上放置两个电池端口，实现充电端口和放电端口的的分离，从而分散了热源，提高了充电效率，系统示意图如下图2所示：

现有技术方案2的缺点：在目前的大功率充电环境下，由于进入电池的电流很大，因此电池的保护板电路价格很贵，并且很大。而随着5G时代的到来，大电池容量成为刚性需求，电池容量已有4G时代的3000maH发展到5G时代的4500maH靠上。但是，由于技术方案2的电池有两个端口，需要放置两个电池保护板，这样就会导致电池容量变小，电池成本变大。

因此，本发明提出可一种充放电电路系统,解决现有技术方案1的发热器件集中，容易出现局部热点的问题,还解决了现有技术方案2的电池成本高，电池容量降低的问题。

发明内容

本发明提供一种充放电电路系统，通过多端口设计可以分散系统的发热器件，提高系统充电速度，同时通过让充电和放电端口共享充电保护板的措施，降低了电池成本，节省了电池体积。

本发明提供一种充放电电路系统，包括：USB小板、充电芯片、电池、电源管理芯片和CPU；

所述USB小板与所述充电芯片连接，所述充电芯片通过电池分出的充电端口给电池充电，同时所述电池通过电池分出的放电端口给电源管理芯片和CPU构成的单元供电。

在一种可能实现的方式中，

所述电池分出的充电端口和放电端口，是所述电池从电池内部的电池保护板分出的；

且分出的充电端口连接至所述充电芯片，分出的放电端口连接至所述电源管理芯片。

在一种可能实现的方式中，

所述USB小板上设置有USB端口；

其中，所述的充放电电路系统还与外设设备连接，所述外设设备包括：充电器和USB线缆；

其中，所述充电器通过USB线缆把充电电源接到USB端口上，所述USB端口连接充电芯片；

所述充电芯片把USB端口送来的USB电源，经过BUCK电路转换后，输出VSYS；

所述VSYS给所述电源管理芯片供电的同时，还给所述电池充电。

在一种可能实现的方式中，

所述电源管理芯片把接收到的VSYS电源，通过BUCK电路和LDO电路输出到CPU及系统负载。

在一种可能实现的方式中，

所述电池的GND网络分叉之前，串联连接有电阻R1。

在一种可能实现的方式中，

还包括：电量计模块；

所述电量计模块，用于检测电阻R1两端的电压，判断流过所述电阻R1的电流，通过积分方式，计算所述电池的当前电量。

在一种可能实现的方式中，

所述电量计模块设置在所述分离电路中或集成设置在电池包中。

在一种可能实现的方式中，

所述电源管理芯片还分别通过信号线与电量计模块、充电芯片和CPU连接；

且所述信号线，用来传输电源管理芯片发送的通信控制信号，并控制电量计模块、充电芯片和CPU执行相应操作。

在一种可能实现的方式中，

所述电池分出的充电端口为两个或多个。

在一种可能实现的方式中，

所述USB小板的接地端依次与所述充电芯片、所述电源管理芯片和CPU的接地端连接。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明传统充电方案示意图；

图2为本发明双端口充电电池及其充电系统的示意图；

图3为本发明一种充放电电路系统的第一电路图；

图4为本发明一种充放电电路系统的第二电路图；

图5为本发明一种充放电电路系统的热量转移结构图；

图6为本发明充电频率获取装置的结构图；

图示：100、充电器；200、USB线缆；300、USB小板；400、充电芯片；500、电源管理芯片；600、CPU；700、电池；800、电量计模块；900、电阻R1；1、放电端口；2、充电端口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

目前采用的充电方法的现有技术如下：

现有技术方案1：传统的充电方案，如下图1所示。USB端口的充电电流经过一段走线（FPC或者PCB板），进入充电IC中，在充电IC中完成电压变换后输出一路低压电源，该路电源分为两部分，一部分给系统供电，一部分给电池进行充电，其中，a1为电池保护板及端口，a2为充电电流路径，a3为放电电流路径。

现有技术方案1的缺点：技术方案1中，充电和放电路径重叠，由于考虑到充电路径阻抗，电池连接器需要放置在充电IC附近，同时由于考虑到放电路径，充电IC又需要放置在PMU和CPU附近，而这些器件都是发热器件，集中放置很容易导致设备表面出现局部温度高点，从而限制充电速度。

现有技术方案2：参考专利（CN201610879386.7 双端口充电电池及其充电系统），通过在电池上放置两个电池端口，实现充电端口和放电端口的的分离，从而分散了热源，提高了充电效率，系统示意图如下图2所示：

现有技术方案2的缺点：在目前的大功率充电环境下，由于进入电池的电流很大，因此电池的保护板电路价格很贵，并且很大。而随着5G时代的到来，大电池容量成为刚性需求，电池容量已有4G时代的3000maH发展到5G时代的4500maH靠上。但是，由于技术方案2的电池有两个端口，需要放置两个电池保护板，这样就会导致电池容量变小，电池成本变大。

因此，本发明提出可一种充放电电路系统,解决现有技术方案1的发热器件集中，容易出现局部热点的问题,还解决了现有技术方案2的电池成本高，电池容量降低的问题。

实施例一：

本发明提供一种充放电电路系统，如图3所示，包括：USB小板300、充电芯片400、电池700、电源管理芯片500和CPU600；

所述USB小板300与所述充电芯片400连接，所述充电芯片400通过电池分出的充电端口2给电池700充电，同时所述电池700通过电池分出的放电端口1给电源管理芯片500和CPU600构成的单元供电。

其中，优选地，所述电池分出的充电端口2为两个或多个。

其中，优选地，所述电池分出的充电端口2和放电端口1，是所述电池700从电池内部的电池保护板分出的；

且分出的充电端口2连接至所述充电芯片400，分出的放电端口1连接至所述电源管理芯片500。

上述技术方案的有益效果是：

1、相比已公开的专利，本技术方案的多个端口公用电池内部的一个电池保护板，节省了电池成本，同时也节省了电池体积。

2、相比传统的单端口方案，本技术方案实现了充电端口和放电端口的分离，分散了发热器件的布局，可以提高充电系统高电流充电阶段的持续时间，进而达到提高充电速度的目的。

实施例二：

在基于实施例一的基础上，本发明提供一种充放电电路系统，如图4所示，所述USB小板300上设置有USB端口；

其中，所述的充放电电路系统还与外设设备连接，所述外设设备包括：充电器100和USB线缆200；

其中，所述充电器100通过USB线缆200把充电电源接到USB端口上，所述USB端口连接充电芯片400；

所述充电芯片400把USB端口送来的USB电源，经过BUCK电路转换后，输出VSYS；

所述VSYS给所述电源管理芯片500供电的同时，还给所述电池700充电。

其中，优选地，所述电源管理芯片500把接收到的VSYS电源，通过BUCK电路和LDO电路输出到CPU600及系统负载。

该实施例中，BUCK电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输出电压Ud；

LDO电路可以是线性稳压电路。

上述技术方案的有益效果是：便于给电池充电的同时，还方便给电源管理芯片、CPU及系统负载供电。

实施例三：

在基于实施例一或二的基础上，本发明提供一种充放电电路系统，如图4所示，所述电池700的GND网络分叉之前，串联连接有电阻R1900。

其中，优选地，还包括：电量计模块800；

所述电量计模块800，用于检测电阻R1900两端的电压，判断流过所述电阻R1900的电流，通过积分方式，计算所述电池700的当前电量。

其中，优选地，所述电量计模块800设置在所述分离电路中或集成设置在电池包中。

该实施例中，流过电阻R19的电流，是指的进入或离开电池的电流。

该实施例中，采集积分方式计算获得电池的当前电量，其是通过对电池的充放电流进行积分，计算得到剩余电量。

上述技术方案的有益效果是：通过电量计检测电阻R1两端的电压，便于获得电池的电量。

实施例四：

在基于实施例一或二的基础上，本发明提供一种充放电电路系统，如图4所示，所述电源管理芯片500还分别通过信号线与电量计模块800、充电芯片400和CPU600连接；

且所述信号线，用来传输电源管理芯片500发送的通信控制信号，并控制电量计模块800、充电芯片400和CPU600执行相应操作。

上述技术方案的有益效果是：通过接地，便于对各个器件起到保护作用，提高其的使用寿命，同时，通过控制信号，可以有效的对各个器件进行有效控制。

实施例五：

在基于实施例一或二的基础上，本发明提供一种充放电电路系统，如图5所示，还包括：

监测模块，用于确定电池内部的发热器件的数量，同时，根据历史数据库，监测获取每个所述发热器件的历史发热记录；

处理模块，用于根据所述历史发热记录，拟合每个所述发热器件的发热函数

，且k表示获取的实时监测热量参数；

确定模块，用于确定每个所述发热器件处于所述电池内部的当前位置

，并根据所述当前位置，确定每个所述发热器件当前所处的电池区间；

所述处理模块，还用于确定每个电池区间的区间热量；

；

其中，n表示所述电池区间的发热器件的数量；

当当前电池区间的总热量超过预设热量时，寻找总热量低于预设热量，且总热量与预设热量的差值绝对值大于预设值得调度电池区间，同时，对所述调度电池区间进行秩排序；

按照公式（1）-（4）对所述当前电池区间的发热器件进行从小到大的排序，

（1）；

（2）；

（3）；

（4）；

其中，S表示当前电池区间中的第i个发热器件的综合评估值；

表示第i个发热 器件的贡献值；

表示第i个发热器件的第一发热预测值；

表示第i个发热器件的第 二发热预测值；

表示第i个发热器件的发热函数；

表示第i个发热器件的发热方差 值；

表示第i个发热器件在第j个监测时间点的发热值；

表示第i个发热器件在h个监 测时间点的平均发热值；

表示第一发热预测函数；

表示第二发热预测函数；

所述处理模块，还用于判断计算得到的所述综合评估值中是否存在小于预设评估值的评估值；

若存在，选取评估值最小的调度发热器件，同时，基于热量调度机制和秩排序结果，选取与所述调度发热器件相匹配的调度电池区间，并将所述调度发热器件调度到所述调度电池区间；

同时，并继续执行所述处理模块确定每个电池区间的区间热量的后续步骤，直到调度完成；

其中，当当前电池区间的总热量超过预设热量时，且不能继续调度之后，确定总热量还高于预设热量的待分电池区间；

根据所述待分电池区间的区间热量，确定对应的待分充电端口。

上述技术方案的有益效果是：通过确定发热器件处于的电池区间以及发热器间的发热函数，确定每个电池区间的区间热量，通过计算区间热量高的电池区间中的发热器件的综合评估值，选取合适的发热器件对其进行调度，并将其调取到其他区域，便于有效的降低该区间的热量，实现热量转移，避免某个区域热量过高，对整体电池造成损坏，提高电池的使用寿命和充电效；在不能调度之后，通过给待分电池区间分配充电端口，可以有效的分散发热器件的布局，进而有效的提高充电效率，提高电池使用寿命。

实施例六：

以采用电量计模块检测所述电池的当前电量为基础来获取电池的最佳充电频率，其中，是通过充电频率获取装置实现的，如图6所示，具体的可实施方案如下：

所述充电频率获取装置，包括：

第一电量计模块，用于基于平均时间间隔，检测所述电池在m个检测点的剩余电量

，同时，记录模块，用于记录每个检测点的第一检测时间

，并将所述第一检测时间和第一剩余电量一一对应，建立第一电量表；

其中，

，

为平均时间间隔；

第二电量计模块，还用于按照指数分布函数的时间间隔检测所述电池在m个监测 点的剩余电量

，同时，所述记录模块，用于记录每个检测点的第二检测 时间

，并将所述第二检测时间和第二剩余电量一一对应，建立第二电量 表；

其中，

，其中，t表示时间变量，且t取m个随机值；

第三电量计模块，还用于按照傅里叶抽取函数的时间间隔检测所述电池在m个监 测点的第三剩余电量

，同时，所述记录模块，用于记录每个检测点的第 三检测时间

，并将所述第三检测时间和第三剩余电量一一对应，建立第 三电量表；

其中，

，其中，

表示傅里叶函数；t1和t2表示抽取的时间段；m-1表示 周期倍数；pi表示周期函数；

计算模块，用于基于所述第一电量表，计算相邻检测点的第一剩余电量差值，并迭 代计算第一相邻剩余电量差值的迭代量

；

并，基于所述第二电量表，计算相邻检测点的第二剩余电量差值，并迭代计算第二 相邻剩余电量差值的迭代量

；

并，基于所述第三电量表，计算相邻检测点的第三剩余电量差值，并迭代计算第二 相邻剩余电量差值的迭代量

；

同时，根据所述迭代量，计算所述电池的迭代效率

；

处理模块，用于根据所述迭代效率，并基于迭代数据库，确定对所述电池进行充电的最佳充电频率，并按照所述最佳充电频率对所述电池进行充电。

上述技术方案的有益效果是：电量计模块通过采用平均时间间隔、指数分布函数和傅里叶抽取函数三种检测方式，对电池的剩余电量进行检测，通过初次确定相邻剩余电量的电量差值，并再次确定相邻电量差值的迭代值，便于通过采用上述三种方式，综合确定电池的迭代效率，智能获取最佳充电频率，并按照最佳充电频率对所述电池进行充电，不仅可以提高充电效率，同时，还有效的避免电池产生过高的热量，有效提高电池的使用寿命。

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 (10)

1.一种充放电电路系统，其特征在于，包括：USB小板(300)、充电芯片(400)、电池(700)、电源管理芯片(500)和CPU(600)；

所述USB小板(300)与所述充电芯片(400)连接，所述充电芯片(400)通过电池(700)分出的充电端口(2)给电池(700)充电，同时所述电池(700)通过电池(700)分出的放电端口(1)给电源管理芯片(500)和CPU(600)构成的单元供电；

所述的充放电电路系统，还包括：

监测模块，用于确定电池内部的发热器件的数量，同时，根据历史数据库，监测获取每个所述发热器件的历史发热记录；

处理模块，用于根据所述历史发热记录，拟合每个所述发热器件的发热函数

，且k表示获取的实时监测热量参数；

确定模块，用于确定每个所述发热器件处于所述电池内部的当前位置

，并根据所述当前位置，确定每个所述发热器件当前所处的电池区间；

所述处理模块，还用于确定每个电池区间的区间热量；

；

其中，n表示所述电池区间的发热器件的数量；

当当前电池区间的总热量超过预设热量时，寻找总热量低于预设热量，且总热量与预设热量的差值绝对值大于预设值的 调度电池区间，同时，对所述调度电池区间进行秩排序；

按照公式（1）-（4）对所述当前电池区间的发热器件进行从小到大的排序，

（1）；

（2）；

（3）；

（4）；

其中，S表示当前电池区间中的第i个发热器件的综合评估值；

表示第i个发热器件的贡献值；

表示第i个发热器件的第一发热预测值；

表示第i个发热器件的第二发热预测值；

表示第i个发热器件的发热函数；

表示第i个发热器件的发热方差值；

表示第i个发热器件在第j个监测时间点的发热值；

表示第i个发热器件在h个监测时间点的平均发热值；

表示第一发热预测函数；

表示第二发热预测函数；

所述处理模块，还用于判断计算得到的所述综合评估值中是否存在小于预设评估值的评估值；

若存在，选取评估值最小的调度发热器件，同时，基于热量调度机制和秩排序结果，选取与所述调度发热器件相匹配的调度电池区间，并将所述调度发热器件调度到所述调度电池区间；

同时，并继续执行所述处理模块确定每个电池区间的区间热量的后续步骤，直到调度完成；

其中，当当前电池区间的总热量超过预设热量时，且不能继续调度之后，确定总热量还高于预设热量的待分电池区间；

根据所述待分电池区间的区间热量，确定对应的待分充电端口。

2.如权利要求1所述的充放电电路系统，其特征在于，所述电池(700)分出的充电端口(2)和放电端口(1)，是所述电池(700)从电池(700)内部的电池保护板分出的；

且分出的充电端口(2)连接至所述充电芯片(400)，分出的放电端口(1)连接至所述电源管理芯片(500)。

3.如权利要求1所述的充放电电路系统，其特征在于，所述USB小板(300)上设置有USB端口；

其中，所述的充放电电路系统还与外设设备连接，所述外设设备包括：充电器（100）和USB线缆（200）；

其中，所述充电器(100)通过USB线缆(200)把充电电源接到USB端口上，所述USB端口连接充电芯片(400)；

所述充电芯片(400)把USB端口送来的USB电源，经过BUCK电路转换后，输出VSYS；

所述VSYS给所述电源管理芯片(500)供电的同时，还给所述电池(700)充电。

4.如权利要求3所述的充放电电路系统，其特征在于，所述电源管理芯片(500)把接收到的VSYS电源，通过BUCK电路和LDO电路输出到CPU(600)及系统负载。

5.如权利要求1所述的充放电电路系统，其特征在于，所述电池(700)的GND网络分叉之前，串联连接有电阻R1(900)。

6.如权利要求5所述的充放电电路系统，其特征在于，还包括：电量计模块(800)；

所述电量计模块(800)，用于检测电阻R1(900)两端的电压，判断流过所述电阻R1(900)的电流，通过积分方式，计算所述电池(700)的当前电量。

7.如权利要求6所述的充放电电路系统，其特征在于，所述电量计模块(800)设置在分离电路中或集成设置在电池包中。

8.如权利要求1所述的充放电电路系统，其特征在于，

所述电源管理芯片(500)还分别通过信号线与电量计模块(800)、充电芯片(400)和CPU(600)连接；

且所述信号线，用来传输电源管理芯片(500)发送的通信控制信号，并控制电量计模块(800)、充电芯片(400)和CPU(600)执行相应操作。

9.如权利要求1或2所述的充放电电路系统，其特征在于，所述电池分出的充电端口(2)为两个或多个。

10.如权利要求1所述的充放电电路系统，其特征在于，所述USB小板(300)的接地端依次与所述充电芯片(400)、所述电源管理芯片(500)和CPU(600)的接地端连接。

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