CN112820960A - 一种智能充电方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池充电领域，具体涉及一种基于电池的智能充电方法、装置及系统。一种智能充电方法包括步骤：步骤S11、检测电池的实时电压，确认为普通锂电池，采用第一模式对普通锂电池充电；步骤S12、对电池预充并检测电池的实时电压，确定为1.5V锂电池采用第二模式对1.5V锂电池充电；步骤S13、继续对电池预充一预设时间，再检测电池的实时电压，确定为镍氢电池，采用第三模式对镍氢电池充电。本发明通过设计一种基于电池的智能充电方法、装置及系统，可实现对电池的类型智能区分，并按照对应电池类型调整充电管理方法，解决无法兼容不同规格的电池的问题，进一步解决针对1.5V锂电池充电的难以兼容镍氢与常规锂电池的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池充电领域，具体涉及一种基于电池的智能充电方法、装置及系统。
背景技术
不同电池的充电方法不同，因此不同类型的电池需要配置专门的电池充电器。现有电池充电器，多数只能对单一种类电池充电，无法兼容不同规格的电池，用户如果有多个类型电池则需要好几台不同的电池充电器。特别是，对放置错误类型的电池进行充电，可能导致电池或设备损坏，甚至引起起火爆炸等安全问题。
以及，以主流干电池与镍氢电池生产厂商，均陆续推出了一种新型二次电池：1.5V锂电池。此电池的原理是以普通3.7V锂电池作为电池电芯再增加一块集成电压转换、充电管理和电池保护的PCBA，最终封装成一个完整电芯。此电芯的特点是同等体积下完全替代了现有的镍氢镍铬电池，且能量密度远超现有镍氢镍铬电池，可以达到2倍之多，同时由于电芯又是3.7V电芯，因此充电是“高压充电、低压放电”，相比镍氢电池的充电时间又要节省一半以上。且因为是通过内置的转换电路输出1.5V电压，不会有常规镍氢电池随着放电时间加长，电池电压逐渐降低的问题。
然而目前针对1.5V锂电池的充电器都是厂家出厂配置好，此充电器直接输出5V电压，与常规锂电池、镍氢电池均不兼容，错误的放置常规锂电池、镍氢电池轻则导致锂电池、镍氢电池过充，重则充电器或电池损坏甚至导致电池起火爆炸。
同样的，若将1.5V锂电池放置入常规锂电池充电器或镍氢电池充电器，则会导致电池充不饱或直接拒充。
下表为不同充电器放入不同电池结果。
| 1.5V锂电专用充电器 | 镍氢与常规锂电池兼容电池 | |
| 1.5V锂电池 | 正常充电 | 充不饱 |
| 镍氢电池 | 过充或拒充(有安全隐患) | 正常充电 |
| 常规锂电池 | 过充或拒充(有安全隐患) | 正常充电 |
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于电池的智能充电方法、装置及系统，解决无法兼容不同规格的电池的问题，进一步解决针对1.5V锂电池充电的难以兼容镍氢与常规锂电池的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能充电方法，包括步骤：
步骤S11、检测电池的实时电压，若实时电压大于第一预设电压值时确认为普通锂电池，采用第一模式对普通锂电池充电，反则进入步骤S12；
步骤S12、对电池预充并检测电池的实时电压，若实时电压大于第二预设电压值时确定为1.5V锂电池，采用第二模式对1.5V锂电池充电，反则进入步骤S13；
步骤S13、继续对电池预充一预设时间，再检测电池的实时电压，若实时电压小于第三预设电压值时确定为镍氢电池，采用第三模式对镍氢电池充电。
其中，较佳方案是，还包括步骤：
步骤S14、若步骤S13中的实时电压大于第三预设电压值时，确定为过放锂电池，采用第一模式对过放锂电池充电。
其中，较佳方案是，所述对电池预充的步骤包括：采用小电流恒流的充电方式进行充电。
其中，较佳方案是，所述第一模式的充电方式是：在电池电压小于第四预设电压时使用恒流充电，在电池电压大于第四预设电压时使用恒压充电，直到充电电流小于第一预设电流值后截止；
以及，所述第二模式的充电方式是：使用固定的第五预设电压进行充电，直到充电电流小于第二预设电流值后截止；
以及，所述第三模式的充电方式是：使用恒流或脉冲恒流进行充电，直到检测到负电压、高温或者到达充电截止时间截止；
其中，所述第四预设电压为4-4.4V，所述第五预设电压为4.8-5.2V。
其中，较佳方案是：所述第一预设电压值为1.8-2.2V，所述第二预设电压值为2.8-3.2V，所述第三预设电压值为1.8-2.2V。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能充电装置，包括：
BUCK降压电路，转换电源电压并为接入的电池充电；
电压检测电路，与BUCK降压电路的正极输入端连接，并获取电池电压；
电流检测电路，与BUCK降压电路的负极连接，并获取充电电流；
控制芯片，分别与BUCK降压电路的开关MOS管、电压检测电路和电流检测电路连接，并实现所述的智能充电方法；
其中，控制芯片根据接收的电池电压和充电电流，调整传输至开关MOS管的PWM信号，以进行第一模式、第二模式和第三模式的充电。
其中，较佳方案是：所述BUCK降压电路还包括输入端、电感、稳压二极管、第一电容和输出端，所述开关MOS管的源极和漏极分别与输入端的正极和电感连接，其栅极与控制芯片的PWM信号输出口连接，所述电感的另一端与输出端的正极连接，所述输出端与接入电池充电连接，所述稳压二极管接地并联直至开关MOS管和电感之间的节点，所述第一电容接地并联至电感和输出端之间的节点；以及，所述BUCK降压电路还包括并联至输入端的正极和输出端之间的第一电阻；以及，所述BUCK降压电路还包括接地并联至输入端的正极的第二电容。
其中，较佳方案是：所述电压检测电路包括并联至电感和输出端之间的节点的第二电阻，以及与第二电阻连接的第三电阻，所述第三电阻接地，所述第二电阻和第三电阻之间的节点与控制芯片连接。
其中，较佳方案是：所述电流检测电路包括串联至输出端负极的第五电阻，以及并联至输出端和第五电阻之间的第四电阻，所述第四电阻与控制芯片连接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能充电系统，包括：
电源插头，插入电源中；
电池仓，为放入的电池充电；
电路板，分别与电源插头和电池仓的两电极连接，所述电路板包括所述的智能充电装置。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种基于电池的智能充电方法、装置及系统，先对接入充电电路的电池进行判断，以识别其类型，再通过对应类型电池的充电模式对所述电池进行充电，可实现对电池的类型智能区分，并按照对应电池类型调整充电管理方法，解决无法兼容不同规格的电池的问题，进一步解决针对1.5V锂电池充电的难以兼容镍氢与常规锂电池的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明智能充电方法的结构示意图；
图2是本发明智能充电装置的结构示意图；
图3是本发明智能充电系统的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供智能充电方法的优选实施例。
一种智能充电方法，包括步骤：
步骤S11、检测电池的实时电压，若实时电压大于第一预设电压值时确认为普通锂电池，采用第一模式对普通锂电池充电，反则进入步骤S12；
步骤S12、对电池预充并检测电池的实时电压，若实时电压大于第二预设电压值时确定为1.5V锂电池，采用第二模式对1.5V锂电池充电，反则进入步骤S13；
步骤S13、继续对电池预充一预设时间，再检测电池的实时电压，若实时电压小于第三预设电压值时确定为镍氢电池，采用第三模式对镍氢电池充电；
步骤S14、若步骤S13中的实时电压大于第三预设电压值时，确定为过放锂电池，采用第一模式对过放锂电池充电。
更具体地，步骤S111、检测电池的实时电压；步骤S112，比较实时电压与第一预设电压值；步骤S113、若实时电压大于第一预设电压值时确认为普通锂电池，采用第一模式对普通锂电池充电，反则进入步骤121。以及，步骤121、对电池预充并检测电池的实时电压；步骤S122，比较实时电压与第二预设电压值；步骤123、若实时电压大于第二预设电压值时确定为1.5V锂电池，采用第二模式对1.5V锂电池充电，反则进入步骤131。以及，步骤131、继续对电池预充一预设时间，再检测电池的实时电压；步骤S122，比较实时电压与第三预设电压值；步骤123、若实时电压小于第三预设电压值时确定为镍氢电池，采用第三模式对镍氢电池充电，反则进入步骤124，步骤124、确定为过放锂电池，采用第一模式对过放锂电池充电。
充电原理是：充电过程中，先对接入充电电路的电池进行判断，以识别其类型，再通过对应类型电池的充电模式对所述电池进行充电，可实现对电池的类型智能区分，并按照对应电池类型调整充电管理方法，解决无法兼容不同规格的电池的问题，进一步解决针对1.5V锂电池充电的难以兼容镍氢与常规锂电池的问题。
判断过程是，先对接入的电池进行电压检测，获取电池的电压值，若电压值较大，即实时电压大于第一预设电压值时确认为普通锂电池，如常规的3.7V锂电池，若电压较小，即实时电压小于第一预设电压值时，进行下一步检测；先进行预充，并同时检测预充过程的电压，若电压较大，即实时电压大于第二预设电压值时确定为1.5V锂电池，若电压较小，即实时电压小于第二预设电压值时，再进行下一步检测；继续对电池预充一预设时间，再检测预充过程的电压，若电压较大，即实时电压小于第三预设电压值时确定为镍氢电池，若电压较小，即实时电压大于第三预设电压值时，确定为过放锂电池，即过放状态的普通锂电池。其中，所述小于、大于，可以理解根据对应的预设数值作为数值大小区分，当然，在等于时，可通过相关设置，列为对应区间中，即可设置不小于或不大于。
判断完后的操作是，若判断为普通锂电池采用第一模式对普通锂电池充电，若判断为1.5V锂电池采用第二模式对1.5V锂电池充电，若判断为镍氢电池采用第三模式对镍氢电池充电，若判断为过放锂电池采用第一模式对过放锂电池充电。
在本实施例中，关于预设数值，所述第一预设电压值为1.8-2.2V，所述第二预设电压值为2.8-3.2V，所述第三预设电压值为1.8-2.2V，优选地，所述第一预设电压值为2V，所述第二预设电压值为3V，所述第三预设电压值为2V，这是因为普通锂电池与1.5V锂电池在不充电时的电压存在差异，以及1.5V锂电池和镍氢电池在预充时的电压存在差异，以及镍氢电池与过放锂电池在预充一段时间后的电压存在差异。
以及，关于工作模式的充电方式，首先，对电池预充的方式为采用小电流恒流的充电方式进行充电，进行预充，从而可根据电压数值判断电池类型。其次，所述第一模式的充电方式是：在电池电压小于第四预设电压时使用恒流充电，在电池电压大于第四预设电压时使用恒压充电，直到充电电流小于第一预设电流值后截止；所述第二模式的充电方式是：使用固定的第五预设电压进行充电，直到充电电流小于第二预设电流值后截止；所述第三模式的充电方式是：使用恒流或脉冲恒流进行充电，直到检测到负电压、高温或者到达充电截止时间截止。其中，所述第四预设电压为4-4.4V，所述第五预设电压为4.8-5.2V；优选地，所述第四预设电压为4.2V，所述第五预设电压为5V。
如图2所示，本发明提供一种智能充电装置的较佳实施例。
一种智能充电装置，包括BUCK降压电路110、电压检测电路120、电流检测电路130和控制芯片140，BUCK降压电路110分别与电源和接入的电池10连接，转换电源电压并为接入的电池10充电，电压检测电路120与BUCK降压电路110的正极输入端Vin连接，并获取电池10电压，电流检测电路130与BUCK降压电路110的负极连接，并获取充电电流，控制芯片140分别与BUCK降压电路110的开关MOS管Q1、电压检测电路120和电流检测电路130连接，并实现所述的智能充电方法。
具体的，电源输入的电能经过BUCK降压电路110进行转换，为电池10供电，在供电过程或刚接入电池10时，电压检测电路120将获取的电池10电压传输至控制芯片140中，控制芯片140根据电压值检测电池10的种类，在刚接入电池10时，若实时电压大于第一预设电压值时，控制芯片140确认为普通锂电池，控制芯片140通过开关MOS管Q1的控制，控制BUCK降压电路110采用第一模式对普通锂电池充电；以及，若实时电压小于第一预设电压值时，控制芯片140先控制BUCK降压电路110为对电池10预充，并再获取电压检测电路120的检测电压值，若实时电压大于第二预设电压值时，控制芯片140确定为1.5V锂电池，控制芯片140通过开关MOS管Q1的控制，控制BUCK降压电路110采用第二模式对1.5V锂电池充电；以及，若实时电压小于第二预设电压值时，控制芯片140先控制BUCK降压电路110继续对电池10预充一预设时间，并再获取电压检测电路120的检测电压值，若实时电压大于第三预设电压值时，控制芯片140确定为镍氢电池，控制芯片140通过开关MOS管Q1的控制，控制BUCK降压电路110采用第三模式对镍氢电池充电；以及，若实时电压小于第三预设电压值时，控制芯片140确定为过放锂电池，控制芯片140通过开关MOS管Q1的控制，控制BUCK降压电路110采用第一模式对过放锂电池充电。
所述BUCK降压电路110还包括输入端Vin、电感L1、稳压二极管D1、第一电容C2和输出端，所述开关MOS管Q1的源极和漏极分别与输入端Vin的正极和电感L1连接，其栅极与控制芯片140的PWM信号输出口连接，所述电感L1的另一端与输出端的正极连接，所述输出端与接入电池10充电连接，所述稳压二极管D1接地并联直至开关MOS管Q1和电感L1之间的节点，所述第一电容C2接地并联至电感L1和输出端之间的节点；以及，所述BUCK降压电路110还包括并联至输入端Vin的正极和输出端之间的第一电阻R1；以及，所述BUCK降压电路110还包括接地并联至输入端Vin的正极的第二电容C1。其中，开关MOS管Q1优选为PMOS管，工作原理是：
1、其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压，输入电流为脉动的，输出电流为连续的。
2、当开关MOS管Q1驱动为高电平时，开关MOS管Q1导通，储能电感L1被充磁，流经电感L1的电流线性增加，同时给第一电容C2充电，同时通过输出端为电池10提供能量。
3、当开关MOS管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过稳压二极管D1放电，电感L1电流线性减少，输出电压靠输出滤波第一电容C2放电以及减小的电感L1电流维持，为电池10提供能量。
以及，第一电阻R1是为了在电池10刚接入BUCK降压电路110时，电压检测电路120可通过第一电阻R1形成检测回路，直接检测电池10的电压；第二电容C1实现电能的滤波，抑制了电路工作杂波的污染。
在本实施例中，所述电压检测电路120包括并联至电感L1和输出端之间的节点的第二电阻R2，以及与第二电阻R2连接的第三电阻R3，所述第三电阻R3接地，第二电阻R2和第三电阻R3的节点与控制芯片140的VB引脚连接，且，并联接地第三电容C3。
以及，所述电流检测电路130包括串联至输出端负极的第五电阻R5，以及并联至输出端和第五电阻R5之间的第四电阻R4，第四电阻R4与控制芯片140的Ichg引脚连接，且，并联接地第四电容C4。
如图3所示，本发明提供智能充电系统的优选实施例。
一种智能充电系统，包括电源插头230、电池仓210和电路板220，电源插头230插入电源300中，电池10可放入电池仓210，并为放入的电池10充电，电路板220分别与电源插头230和电池仓210的两电极连接，所述电路板220包括所述的智能充电装置。
具体的，电源插头230将电能经过电路板220为电池仓210的电池10充电，并实现对应的智能充电方法。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
Claims (10)
1.一种智能充电方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S11、检测电池的实时电压，若实时电压大于第一预设电压值时确认为普通锂电池，采用第一模式对普通锂电池充电，反则进入步骤S12；
步骤S12、对电池预充并检测电池的实时电压，若实时电压大于第二预设电压值时确定为1.5V锂电池，采用第二模式对1.5V锂电池充电，反则进入步骤S13；
步骤S13、继续对电池预充一预设时间，再检测电池的实时电压，若实时电压小于第三预设电压值时确定为镍氢电池，采用第三模式对镍氢电池充电。
2.根据权利要求1所述的智能充电方法，其特征在于，还包括步骤：
步骤S14、若步骤S13中的实时电压大于第三预设电压值时，确定为过放锂电池，采用第一模式对过放锂电池充电。
3.根据权利要求1所述的智能充电方法，其特征在于，所述对电池预充的步骤包括：采用小电流恒流的充电方式进行充电。
4.根据权利要求1至3任一所述的智能充电方法，其特征在于，所述第一模式的充电方式是：在电池电压小于第四预设电压时使用恒流充电，在电池电压大于第四预设电压时使用恒压充电，直到充电电流小于第一预设电流值后截止；
以及，所述第二模式的充电方式是：使用固定的第五预设电压进行充电，直到充电电流小于第二预设电流值后截止；
以及，所述第三模式的充电方式是：使用恒流或脉冲恒流进行充电，直到检测到负电压、高温或者到达充电截止时间截止；
其中，所述第四预设电压为4-4.4V，所述第五预设电压为4.8-5.2V。
5.根据权利要求1或2所述的智能充电方法，其特征在于：所述第一预设电压值为1.8-2.2V，所述第二预设电压值为2.8-3.2V，所述第三预设电压值为1.8-2.2V。
6.一种智能充电装置，其特征在于，包括：
BUCK降压电路，转换电源电压并为接入的电池充电；
电压检测电路，与BUCK降压电路的正极输入端连接，并获取电池电压；
电流检测电路，与BUCK降压电路的负极连接，并获取充电电流；
控制芯片，分别与BUCK降压电路的开关MOS管、电压检测电路和电流检测电路连接，并实现如权利要求1-5任一所述的智能充电方法；
其中，控制芯片根据接收的电池电压和充电电流，调整传输至开关MOS管的PWM信号，以进行第一模式、第二模式和第三模式的充电。
7.根据权利要求6所述的智能充电装置，其特征在于：所述BUCK降压电路还包括输入端、电感、稳压二极管、第一电容和输出端，所述开关MOS管的源极和漏极分别与输入端的正极和电感连接，其栅极与控制芯片的PWM信号输出口连接，所述电感的另一端与输出端的正极连接，所述输出端与接入电池充电连接，所述稳压二极管接地并联直至开关MOS管和电感之间的节点，所述第一电容接地并联至电感和输出端之间的节点；以及，所述BUCK降压电路还包括并联至输入端的正极和输出端之间的第一电阻；以及，所述BUCK降压电路还包括接地并联至输入端的正极的第二电容。
8.根据权利要求7所述的智能充电装置，其特征在于：所述电压检测电路包括并联至电感和输出端之间的节点的第二电阻，以及与第二电阻连接的第三电阻，所述第三电阻接地，所述第二电阻和第三电阻之间的节点与控制芯片连接。
9.根据权利要求7所述的智能充电装置，其特征在于：所述电流检测电路包括串联至输出端负极的第五电阻，以及并联至输出端和第五电阻之间的第四电阻，所述第四电阻与控制芯片连接。
10.一种智能充电系统，其特征在于，包括：
电源插头，插入电源中；
电池仓，为放入的电池充电；
电路板，分别与电源插头和电池仓的两电极连接，所述电路板包括如权利要求6-9任一所述的智能充电装置。
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