CN112332477A - 一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统及其方法。它包括可充电电池、手机充电接口、充电控制芯片和充电电池触点，所述的可充电电池、手机充电接口和充电电池触点均与充电控制芯片连接，所述的充电控制芯片内设有充电协议。本发明的有益效果是：大大提高充电电池充电的便携性，提高充电电池的利用率，也同时大大减少各种装置制造，运输上的资源耗损，不仅减少了各种充电装置的设计开发生产的费用，也更利于经济环保的充电电池进一步发展。
Description
技术领域
本发明涉及电池相关技术领域，尤其是指一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统及其方法。
背景技术
便携电子设备已经成为了人们生活中不可或缺的组成部分，而作为各种便携电子设备必要部件——电池，也经历了长久的发展，向轻量化，便携化，高效能方向发展，如今电子设备所使用的电池，也普遍是可以重复充放电的充电电池为主。通常不同电子设备由于使用场景不同，以及使用上的差异，以及对外观要求，自身的大小等各种原因，导致不同品牌，不同型号的电子设备的充电电池，往往不仅外观都各不相同，使用的额定电压，额定电流都会有所差异，针对这些电子设备的各不相同的充电电池，往往需要配合各式各样的充电装置才能给这些充电电池充电。
另一个方面，智能手机的普及，导致手机充电的需求更加普遍，随处可见的可以租借充电装置，甚至于智能手机配套的充电装置，这些装置必然携带充电接口，相对于随处可见的充电装置，现有充电电池的充电方式只能使用厂家提供配套专用充电装置，每次充电都需要适用配套的专用充电装置，没有这些设备就无法充电，同时，对于各式各样的充电电池都要使用对应不同的充电装置。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种便携性好且利用率高的可充电电池使用手机充电接口直充充电系统及其方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统，包括可充电电池、手机充电接口、充电控制芯片和充电电池触点，所述的可充电电池、手机充电接口和充电电池触点均与充电控制芯片连接，所述的充电控制芯片内设有充电协议。
本发明的目的，就是对于不同样式规格的充电电池，不再需要通过使用匹配各式各样的充电装置，直接使用手机充电接口对充电电池充电，不仅大大提高充电电池充电的便携性，提高充电电池的利用率，也同时大大减少各种装置制造，运输上的资源耗损。另一个方面，智能手机的普及，导致手机充电的需求更加普遍，随处可见的可以租借充电装置，甚至于智能手机配套的充电装置，这些装置必然携带手机充电接口，对于随处可见的可充电装置，完全适用于发明中所描述的充电电池。对于这些支持使用手机充电接口的充电电池，可以直接使用这些租借充电装置，直接给充电电池充电，大大提高了充电电池利用率，解决了现有的充电方式中只能使用厂家提供配套专用充电装置，每次充电都需要适用配套的专用充电装置，没有这些设备就无法充电的尴尬局面，同时，对于各式各样的充电电池都要使用对应的充电装置，使用此方案后，不仅减少了各种充电装置的设计开发生产的费用，也更利于经济环保的充电电池进一步发展。
作为优选，所述的手机充电接口为USB Type-C接口。其中：手机充电接口包括但不限于USB Type-C接口，以手机通用充电接口为基准。
作为优选，所述的充电控制芯片内包括短路检测电路、输入过压/过流检测电路、单片机、输出过压/过流检测电路、温度检测电路和过充过放电路，所述的手机充电接口依次连接短路检测电路、输入过压/过流检测电路、单片机、输出过压/过流检测电路后与可充电电池连接，所述的温度检测电路、过充过放电路和充电电池触点均与单片机连接。其中：充电控制芯片内包括但不限于短路检测电路、输入过压/过流检测电路、单片机、输出过压/过流检测电路、温度检测电路和过充过放电路。
作为优选，所述的单片机内设有充电协议，所述的充电协议为PD、AFC、FCP、QC5.0、QC4.0、QC3.0、QC2.0、BC1.2、APPLE中的一种或多种。其中：充电协议包括但不限于PD、AFC、FCP、QC5.0、QC4.0、QC3.0、QC2.0、BC1.2、APPLE中的一种或多种。
本发明还提供了一种可充电电池使用手机充电接口直充充电方法，以USB Type-C接口为手机充电接口，以PD快充协议为充电协议，通过USB Type-C接口使用PD快充协议，经过充电控制芯片调整电压电流给可充电电池充电，之后将可充电电池放入匹配电子设备，电子设备通过充电电池触点使用可充电电池，具体包括如下步骤：
（1）USBOTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTGID脚是1K下拉电阻，就说明该电缆是支持USB PD的；
（2）USBOTG做正常BCSV1.2规范的充电器探测并且启动USB PD设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号，并且解码消息得出是CapabilitiesSource消息，就根据USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对；
（3）手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上；
（4）充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机，同时调整PowerSupply的直流电压和电流输出；
（5）手机收到Accept消息，调整ChargerIC的充电电压和电流；
（6）手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电的过程。
由符合充电协议的充电控制芯片控制电压电流适配，以保证支持18W、30W、65W等充电器经由充电线接入到充电控制芯片后，自动适配合适的电压电流给电池充电。今后的趋势应该是芯片体积的小型化，功能的密集化，充电电池电芯本身的高性能化，将外部附带的辅助充电装置内嵌到充电电池内部，使充电电池本身适应不同的供电设备。
本发明的有益效果是：大大提高充电电池充电的便携性，提高充电电池的利用率，也同时大大减少各种装置制造，运输上的资源耗损，不仅减少了各种充电装置的设计开发生产的费用，也更利于经济环保的充电电池进一步发展。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的电路原理框图；
图3是本发明的方法原理图。
图中：1. 手机充电接口，2. 充电控制芯片，3. 可充电电池，4. 充电电池触点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所述的实施例中，一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统，包括可充电电池3、手机充电接口1、充电控制芯片2和充电电池触点4，可充电电池3、手机充电接口1和充电电池触点4均与充电控制芯片2连接，充电控制芯片2内设有充电协议。手机充电接口1为USB Type-C接口。如图2所示，充电控制芯片2内包括短路检测电路、输入过压/过流检测电路、单片机、输出过压/过流检测电路、温度检测电路和过充过放电路，手机充电接口1依次连接短路检测电路、输入过压/过流检测电路、单片机、输出过压/过流检测电路后与可充电电池3连接，温度检测电路、过充过放电路和充电电池触点4均与单片机连接。单片机内设有充电协议，充电协议为PD、AFC、FCP、QC5.0、QC4.0、QC3.0、QC2.0、BC1.2、APPLE中的一种或多种。
如图3所示，本发明还提供了一种可充电电池使用手机充电接口直充充电方法，以USB Type-C接口为手机充电接口1，以PD快充协议为充电协议，通过USB Type-C接口使用PD快充协议，经过充电控制芯片2调整电压电流给可充电电池3充电，之后将可充电电池3放入匹配电子设备，电子设备通过充电电池触点4使用可充电电池3，具体包括如下步骤：
（1）USBOTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTGID脚是1K下拉电阻，就说明该电缆是支持USB PD的；
（2）USBOTG做正常BCSV1.2规范的充电器探测并且启动USB PD设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号，并且解码消息得出是CapabilitiesSource消息，就根据USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对；
（3）手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上；
（4）充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机，同时调整PowerSupply的直流电压和电流输出；
（5）手机收到Accept消息，调整ChargerIC的充电电压和电流；
（6）手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电的过程。
由符合充电协议的充电控制芯片控制电压电流适配，以保证支持18W、30W、65W等充电器经由充电线接入到充电控制芯片后，自动适配合适的电压电流给电池充电。今后的趋势应该是芯片体积的小型化，功能的密集化，充电电池电芯本身的高性能化，将外部附带的辅助充电装置内嵌到充电电池内部，使充电电池本身适应不同的供电设备。
由于电子设备的充电电池外观，使用的额定电压，额定电流都会有所差异，针对不同的设备的充电电池，往往只能使用匹配的充电装置。对于不同样式规格的充电电池，如果可以使用通用的标准充电接口直接对充电电池充电，将大大提高充电电池充电的便携性。
对于现有的充电电池增加支持手机充电接口方式充电，只需要在目前的充电电池中，附加额外的充电接口部件及充电控制模块，就可以实现通过通用的标准接口对充电电池直接充电，而不需要再依赖各种配套的充电装置。同时，支持PD协议快充，则可以大大减少充电电池充电时间，提高充电效率。
使用生活中已经推广普及的硬件充电接口，将大大利于使用手机充电接口的充电电池的推广和使用。生活中推广普及充电接口，特别是便携小巧的类型，一般意义上来说，其实就是智能手机上常用充电接口。目前的手机充电接口主要是USB Type-C接口、苹果的雷电接口以及micro USB接口，而从便携性上来说，支持正反面插口都可以使用的USBType-C接口以及苹果的雷电接口，都优于micro USB接口，后文所推荐的充电接口，也以USBType-C接口为主。
以现在最常用USB Type-C接口为例，Type-C接口本身尺寸大小约为8.3mm×2.5mm，对于便携充电电池表面增加充电的接口，对充电电池本身并不会造成使用的不便。另一方面，电子芯片制造能力已经可以将复杂的功能电子电路控制在较小的尺寸之内，将充电控制芯片内置到电池本身内部已经成为可能。
USB Type-C是一种全新的USB接口形式（USB接口还有Type-A和Type-B），它伴随最新的USB 3.1标准横空出世。由USB-IF组织于2014年8月份发布，是USB标准化组织为了解决USB接口长期以来物理接口规范不统一，电能只能单向传输等弊端而制定的全新接口，它集充电，显示，数据传输等功能于一身。
Type-C接口最大的特点是支持正反2个方向插入，正式解决了“USB永远插不准”的世界性难题，正反面随便插。
USB Type-C接口默认的5V供电向后兼容之前的USB接口。不仅如此，全新的USBType-C接口包含4个引脚分别专门用于供电和接地。“USB供电规范（USB PowerDelivery Specification）”可使USB Type-C接口最高可支持20V的电压以及5A的电流。支持双向功率传输，送电和受电均可。
USB-PowerDelivery（USB PD）是目前主流的快充协议之一。是由USB-IF组织制定的一种快速充电规范。USB PD透过USB电缆和连接器增加电力输送，扩展USB应用中的电缆总线供电能力。该规范可实现更高的电压和电流，输送的功率最高可达100瓦，并可以自由的改变电力的输送方向。PD是PowerDelivery，关注的是两个或者多个设备，甚至是一个基于USB接口的智能电网的电能传输过程，电能传输可以是双方向的，甚至是组网的，可以具备系统级供电策略。
USB PD和Type-C其实是两码事，USB PD是一种快速充电协议，而Type-C则是一种新的接口规范。Type-C接口默认最大支持5V/3A，但在实现了USB PD协议以后，能够使输出功率最大支持到前文提到的100W。所以现在许多实用Type-C接口的设备都会支持USB PD协议。
USB Type-C标准因为能实现纤薄的工业设计、具有易用的连接器和线缆-允许正反插的插头、同一条线缆可支持USB2.0、USB3.0、PCIe、Display Port和Thunderbolt等多种信号、以及超高数据传输效率-10Gbps、大功率电源传送-15W-100W和最高8K超高清视频传输，正在迅速获得顶级PC厂商和电子设备厂商的支持。与USB 3.0不同，作为唯一连接手机和PC两大市场的接口，USB Type-C不仅很快会应用于智能手机、电脑、平板电脑、平板电视和显示器这些主流数码产品市场，包括运动相机、投影仪、移动硬盘、移动电源、扩展坞-Docking station等外设市场，也会将USB Type-C作为产品新加卖点。其中，协商供电-USB-PD功能将成为最大亮点。
目前在智能手机/平板电脑中，USB Type-C主要用于充电接口，支持USB-PD和快充，通常仅一个插槽支持超高速数据；在USB-PD/充电/超高速/音频方案中支持USB-PD和Type-C，具有高电流充电、10GHz超高速数据通道、高保真音频；在计算机方案中具有多个双角色端口，可实现超高速数据和作为宽范围的电源输入/输出端口；而在旅行适配器/壁式插座上仅有源和可编程的电源-PPS，无超高速数据。
本发明的目的，就是对于不同样式规格的充电电池，不再需要通过使用匹配各式各样的充电装置，直接使用通用标准接口对充电电池充电，不仅大大提高充电电池充电的便携性，提高充电电池的利用率，也同时大大减少各种装置制造，运输上的资源耗损。使用相同的硬件接口，内部元件支持PD协议（PD/AFC/FCP/ QC5/QC3.0/QC2.0/BC1.2/APPLE等，包含不限于）快充方式，使不同额定电压，不同额定电流的充电电池使用同一种硬件接口快速充电成为了可能。做一个能用充电器给电池充电的一个装置，例如：目前市面上的摄像机是自配充电器的，假如能用充电器给摄像机的电池充电，电池加了芯片能自动适配充电器的电压，这样就避免了出门需要携带多个充电器，就比如佳能摄像机，每个摄像机的电池都有不一样的充电装置，如果能用手机或者一个充电器给所有电池去充电，只要电池有适配的接口。
另一个方面，智能手机的普及，导致手机充电的需求更加普遍，随处可见的可以租借充电装置，甚至于智能手机配套的充电装置，这些装置必然携带手机充电接口，对于随处可见的充电装置，完全适用于发明中所描述的充电电池。对于这些支持使用手机充电接口的充电电池，可以直接使用这些租借充电装置，直接给充电电池充电，大大提高了充电电池利用率，解决了现有的充电方式中只能使用厂家提供配套专用充电装置，每次充电都需要适用配套的专用充电装置，没有这些设备就无法充电的尴尬局面，同时，对于各式各样的充电电池都要使用对应的充电装置，使用此方案后，不仅减少了各种充电装置的设计开发生产的费用，也更利于经济环保的充电电池进一步发展。
Claims (5)
1.一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统，其特征是，包括可充电电池（3）、手机充电接口（1）、充电控制芯片（2）和充电电池触点（4），所述的可充电电池（3）、手机充电接口（1）和充电电池触点（4）均与充电控制芯片（2）连接，所述的充电控制芯片（2）内设有充电协议。
2.根据权利要求1所述的一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统，其特征是，所述的手机充电接口（1）为USB Type-C接口。
3.根据权利要求1或2所述的一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统，其特征是，所述的充电控制芯片（2）内包括短路检测电路、输入过压/过流检测电路、单片机、输出过压/过流检测电路、温度检测电路和过充过放电路，所述的手机充电接口（1）依次连接短路检测电路、输入过压/过流检测电路、单片机、输出过压/过流检测电路后与可充电电池（3）连接，所述的温度检测电路、过充过放电路和充电电池触点（4）均与单片机连接。
4.根据权利要求3所述的一种可充电电池使用手机充电接口直充充电系统，其特征是，所述的单片机内设有充电协议，所述的充电协议为PD、AFC、FCP、QC5.0、QC4.0、QC3.0、QC2.0、BC1.2、APPLE中的一种或多种。
5.一种可充电电池使用手机充电接口直充充电方法，其特征是，以USB Type-C接口为手机充电接口（1），以PD快充协议为充电协议，通过USB Type-C接口使用PD快充协议，经过充电控制芯片（2）调整电压电流给可充电电池（3）充电，之后将可充电电池（3）放入匹配电子设备，电子设备通过充电电池触点（4）使用可充电电池（3），具体包括如下步骤：
（1）USBOTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTGID脚是1K下拉电阻，就说明该电缆是支持USB PD的；
（2）USBOTG做正常BCSV1.2规范的充电器探测并且启动USB PD设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号，并且解码消息得出是CapabilitiesSource消息，就根据USB PD规范解析该消息得出USB PD充电器所支持的所有电压和电流列表对；
（3）手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上；
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（5）手机收到Accept消息，调整ChargerIC的充电电压和电流；
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