CN113178927A - 一种自动调节充电模式的充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源保护电路技术领域，尤其涉及一种自动调节充电模式的充电系统，包括：充电切换电路，充电切换电路的输入端连接充电输入插座，充电切换电路的输出端连接电池保护电路的第二输入端；控制器，控制器的通信端通过充电输入插座与充电器通讯连接，控制器的输入端连接电池保护电路的输出端，控制器的输出端连接充电切换电路的输入端，用于控制充电切换电路的启停。本发明的有益效果：控制器可以根据电池当前的状态参数对充电模式进行调整，既能提升充电效率，又能延长电池的使用寿命，此外，本发明的充电系统成本也较低。

Description

一种自动调节充电模式的充电系统及方法

技术领域

本发明涉及电池充电和保护电路技术领域，尤其涉及一种自动调节充电模式的充电系统及方法。

背景技术

越来越多的电子产品使用电池，对电池的充电要求也越来越高。希望获得更快的充电速度，同时产品又要物美价廉。传统的充电方式，充电速度由电池和充电管理电路，以及外部充电器共同决定。电池需要支持大电流充电，充电管理电路和外部充电器均需要更大的功率，这样成本就增加很多。比如汽车应急启动电源这个产品，本身电池采用高倍率电池，电池可以支持大电流充电和放电，要实现快充，就需要增大充电管理电路的功率和外部充电器的功率。同时成本增加不少，产品在市场上的竞争力变弱。

由于成本的原因，充电装置基本上都会选择一个成本相对合理的充电功率，因此，充电系统的成本差异主要体现在充电器和充电管理电路，充电器和充电管理电路输出的功率越大，则成本越高。如图1所示，目前市面上充电系统通常包括充电输入插座1、充电管理电路2、电池保护电路3、电池4、外部充电器，充电速度由充电管理电路的功率大小决定，比如：如果充电管理电路的输出电压是12.6V，输出电流是2A，最大充电功率25.2W。充电功率越大，则充电管理电路的成本越高，所要求外部充电器的输出功率也更大，如果充电管理电路输出的功率太大，成本就会更高，如果充电管理电路输出的功率太小，则会导致充电速度慢。因此，现亟需一种低成本又能提高充电效率的充电系统。本发明在于用最低的成本实现更快速的充电。充电管理电路的功率采用普通充电功率，通常是电池容量的0.2C充电，充满电约5～6小时。另外增加一套快速充电切换电路，当用户用更大功率的充电器(比如PD60W的充电器)充电时，内部的MCU会根据电池当前的状态和充电器的状态来做出选择，实现快速充电。汽车应急启动电源的电池都支持1C以上倍率充电，这样可以实现在1小时甚至更短的时间内把电池充满。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种自动调节充电模式的充电系统及方法。

具体技术方案如下：

本发明包括一种自动调节充电模式的充电系统，包括一充电器、一充电输入插座、一充电管理电路以及一电池保护电路，所述充电输入插座分别连接所述充电器的输出端以及所述充电管理电路的输入端，所述充电管理电路输出端连接所述电池保护电路的第一输入端，所述电池保护电路的输入输出端连接一电池；还包括：

一充电切换电路，所述充电切换电路的输入端连接所述充电输入插座，所述充电切换电路的输出端连接所述电池保护电路的第二输入端；

一控制器，所述控制器的通信端通过所述充电输入插座与所述充电器通讯连接，所述控制器的输入端连接所述电池保护电路的输出端，所述控制器的输出端连接所述充电切换电路的输入端，用于控制所述充电切换电路的启停。

优选的，所述充电切换电路包括一电子开关，当所述电子开关导通时，所述充电器输出的电压直接通过所述充电切换电路进入所述电池保护电路的输入端，再经过所述电池保护电路输出到所述电池；

当所述电子开关关断时，所述充电器输出的电压通过所述充电管理电路进入所述电池保护电路的输入端，再经过所述电池保护电路输出到所述电池。

优选的，在所述充电切换电路启动时，所述控制器持续对所述电池的状态进行监测并根据所述电池的状态参数来控制所述充电器的输出电压和输出电流。

优选的，所述充电管理电路的输出的功率不大于一第一预设功率；

所述充电器的输出功率不大于一第二预设功率；

且所述第一预设功率小于所述第二预设功率。

优选的，所述控制器为微控制芯片。

本发明还包括一种自动调节充电模式的充电方法，包括以下步骤：

步骤S1，在所述充电器连接所述充电输入插座后，所述控制器与所述充电器建立双向通讯连接；

步骤S2，所述控制器判断当前接入的所述充电器是否支持快充模式：

若是，则转向步骤S3；

若否，所述控制器开启所述充电管理电路，关闭所述充电切换电路，以使所述充电管理电路以一第一预设功率向所述电池充电；

步骤S3，所述控制器根据所述电池当前的状态来判断是否适合进入所述快充模式：

若是，则所述控制器开启一充电切换电路，关闭所述充电管理电路，以使所述充电切换电路以一第二预设功率向所述电池充电，所述电池进入所述快充模式；

若否，则所述控制器开启所述充电管理电路，并关闭所述充电切换电路，以使所述充电管理电路以所述第一预设功率向所述电池充电。

优选的，在所述步骤S3中，在所述电池进入所述快充模式后，所述控制器持续对所述电池的状态进行监测并判断所述电池是否适合继续所述快充模式，并在判断所述电池不适合所述快充模式时，所述控制器开启所述充电管理电路，关闭所述充电切换电路，以使所述充电管理电路以所述第一预设功率向所述电池充电。

优选的，所述第一预设功率小于所述第二预设功率。

优选的，在所述电池处于所述快充模式时，所述控制器持续对所述电池的状态进行监测并根据所述电池的状态参数来控制所述充电器的输出电压和输出电流。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种自动调节充电模式的充电系统及方法，控制器可以对电池的状态参数进行实时监测，并根据电池当前的状态参数对充电模式进行调整，在电池满足快充条件的情况下进行快充模式，提高充电效率，并且在电池不满足条件的情况下切换至普通充电模式，避免因为快充损坏电池，既能提升充电效率，又能延长电池的使用寿命，此外，本发明的充电系统成本也较低。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为现有技术中的充电系统的原理框图；

图2为本发明实施例中的充电系统的原理框图；

图3为本发明实施例中的充电方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种自动调节充电模式的充电系统，如图2所示，包括充电器5、充电输入插座1、充电管理电路2以及电池保护电路3，充电输入插座1分别连接充电器5的输出端以及充电管理电路2的输入端，充电管理电路2输出端连接电池保护电路3的第一输入端，电池保护电路3的输入输出端连接一电池4；充电系统还包括：

充电切换电路6，充电切换电路6的输入端连接充电输入插座1，充电切换电路6的输出端连接电池保护电路3的第二输入端；

控制器7，控制器7的通信端通过充电输入插座1与充电器5通讯连接，控制器7的输入端连接电池保护电路3的输出端，控制器7的输出端连接充电切换电路6的输入端，用于控制充电切换电路6的启停。本实施例中的控制器7优选为微控制单元(Micro-controllerUnit；MCU)。

具体地，在本实施例中，充电输入插座1内包含正极电源传输线、负极电源传输线以及至少一条通讯信号线，通讯信号线用于控制器7和外部的充电器5之间传输通讯数据。此外，充电器5优选为可调电源，可根据控制器的控制指令调节输出电压和输出电流。充电管理电路2，用于实现对电池的充电管理。电池保护电路3，用于提供过充保护、过放保护、过流保护、短路保护、温度保护等。充电切换电路6，用于开启或关闭快速充电回路，如图2所示，充电切换电路6与充电管理电路2并联于充电系统，为了降低成本，充电管理电路2的输出功率较外部的充电器5的输出功率更低，这样会导致充电速度慢，而本实施例中设置了充电切换电路6后，在充电切换电路6导通时，充电器5输出的电压直接通过充电切换电路6进入电池4，此时由于充电器5的输出功率大，使得充电系统进入快充模式。但是并非所有的情况下电池都能接受快充模式，当电池处于低压状态或电池温度过高、过低或者电池电量接近满电时，不适合大电流的快速充电，否则会缩短电池寿命，因此，控制器7会在充电过程中实时监测电池是否满足快充条件，如果不满足，则开启充电管理电路2，关闭充电切换电路6，以确保电池不会因快充受到损坏。

通过上述技术方案，充电管理电路2可以设计成小功率的，例如额定电压12.6V，额定电路2A，额定功率25.2W充电，这样可以降低充电管理电路2的成本。当用户使用更大功率的充电器5时(比如65W的PD充电器)，当这个大功率的充电器接入充电系统时，内部的充电切换电路6会导通，充电系统自动切换到快速充电模式。由控制器根据当前电池的状态来输出控制指令给充电器5，实时调节外部电源的输出电压和电流参数，以及实现更大的充电功率，比如，外部的充电器5直接采用额定电压12.5V，额定电流5A，额定功率62.5W的充电器充电。62.5W的充电器相比充电管理电路2的25.2W的输出功率，充电速度更加快速。需要说明的是，在快速充电时，控制器7根据电池状态参数来控制充电器5的输出电压和电流，从而控制充电电压和电流。在快速充电时，不经过充电管理电路2，可以减少电路转换损耗，充电系统具有更高的充电效率，减少发热和能源损耗。本发明能够以低成本的方式实现慢速和快速充电兼容。需要说明的是，可实现快速充电的外部充电器包括支持PD、QC等协议的充电器，车载充电器等。如果是PD充电器，通讯可直接采用USB-C(TYPEC)插座中的CC线传输通讯协议。

作为优选的实施方式，充电切换电路6可以是一个电子开关，当电子开关导通时，充电器5输出的电压直接通过充电切换电路6输出，经过电池保护电路3进入电池4的输入端，无需经过充电管理电路2，可以减少电路转换损耗，充电系统具有更高的充电效率，减少发热和能源损耗；当电子开关关断时，充电器5输出的电压通过充电管理电路2进入电池4的输入端，充电管理电路能够对电池4的输入功率进行管理，在电池处于低压状态或是超温范围或接近满电状态等情况下，对电池进行小电流的充电模式，以防止电池损坏。

在一种较优的实施例中，在充电切换电路6启动时，控制器7持续对电池的状态进行监测并根据电池的状态参数来控制充电器5的输出电压和输出电流，例如，当电池的电量接近满电时，控制充电器5输出更小的输出电压和输出电流，以对电池进行充电，提升电池的使用寿命。

在一种较优的实施例中，充电管理电路2的输出的功率不大于一第一预设功率，充电器的输出功率不大于一第二预设功率，并且第一预设功率小于第二预设功率。通过上述技术方案充电管理电路2采用较小功率，可以降低充电系统的成本。

本发明还包括一种自动调节充电模式的充电方法，应用于上述充电系统，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S1，在充电器连接充电输入插座后，控制器与充电器建立双向通讯连接；

步骤S2，控制器判断当前接入的充电器是否支持快充模式：

若是，则转向步骤S3；

若否，控制器开启充电管理电路，关闭充电切换电路，以使充电管理电路以一第一预设功率向电池充电；

步骤S3，控制器根据电池当前的状态来判断是否适合进入快充模式：

若是，则控制器开启一充电切换电路，关闭充电管理电路，以使充电切换电路以一第二预设功率向电池充电，电池进入快充模式；

若否，则控制器开启充电管理电路，并关闭充电切换电路，以使充电管理电路以第一预设功率向电池充电。

具体地，在本实施例中，如图2所示，当充电器5插入时，MCU通过通讯信号线与充电器5进行握手通讯，以判断插入的是普通充电器还是支持快速模式的充电器：如果是普通的充电器，则开启内部的充电管理电路2，关闭充电切换电路6，此时充电系统以普通充电模式(慢充模式)工作；如果是支持快速充电的充电器，MCU根据电池当前的状态参数(电池温度和/或电池电压等)来判断充电系统是否应该进入快速充电模式，如果满足快充条件，则MCU控制充电管理电路2关闭，开启充电切换电路6，从而充电系统进入快速充电模式。

进一步地，在快速充电的过程中，MCU会持续监控电池的状态，如果出现不适合快速充电的状态，则会及时退出快速充电，切换成普通充电模式，或者停止充电；当快速充电到接近电池满电时，退出快速充电模式，切换成内部充电管理，继续充电直至完全充满。这样设计的目的在于，充电管理电路2更能精确管理电池的充电状态，例如具有更高的电压电流检测精度，以及充电管理电路可以进行涓流充电模式、浮充模式等。简而言之，快速充电模式是大功率的充电，突出的是快速充电，而充电管理电路2更能精细化完成充电，本发明根据电池的状态对充电模式进行合理地自动切换，实现既能快速充电，又不伤害电池。

作为优选的实施方式，在步骤S3中，在电池进入快充模式后，控制器7持续对电池4的状态进行监测并判断电池4是否适合继续快充模式，并在判断电池不适合快充模式时，控制器7开启充电管理电路，关闭充电切换电路6，以使充电管理电路2以第一预设功率向电池4充电。充电管理电路2的输出的功率最大不超过第一预设功率，充电器的输出功率最大不超过第二预设功率，并且第一预设功率小于第二预设功率。通过上述技术方案充电管理电路2采用较小功率，可以降低充电系统的成本。

作为优选的实施方式，在电池处于快充模式时，控制器7持续对电池4的状态进行监测并根据电池4的状态参数来控制充电器5的输出电压和输出电流。在充电切换电路6启动时，控制器7持续对电池的状态进行监测并根据电池的状态参数来控制充电器5的输出电压和输出电流，例如，当电池的电量接近满电时，控制充电器5输出更小的输出电压和输出电流，以对电池进行充电，提升电池的使用寿命。

本发明实施例的有益效果：提供一种自动调节充电模式的充电系统及方法，控制器可以对电池的状态参数进行实时监测，并根据电池当前的状态参数对充电模式进行调整，在电池满足快充条件的情况下进行快充模式，提高充电效率，并且在电池不满足条件的情况下切换至普通充电模式，避免因为快充损坏电池，既能提升充电效率，又能延长电池的使用寿命，此外，本发明的充电系统成本也较低。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自动调节充电模式的充电系统，包括一充电器、一充电输入插座、一充电管理电路以及一电池保护电路，所述充电输入插座分别连接所述充电器的输出端以及所述充电管理电路的输入端，所述充电管理电路输出端连接所述电池保护电路的第一输入端，所述电池保护电路的输入输出端连接一电池；其特征在于，还包括：

一充电切换电路，所述充电切换电路的输入端连接所述充电输入插座，所述充电切换电路的输出端连接所述电池保护电路的第二输入端；

一控制器，所述控制器的通信端通过所述充电输入插座与所述充电器通讯连接，所述控制器的输入端连接所述电池保护电路的输出端，所述控制器的输出端连接所述充电切换电路的输入端，用于控制所述充电切换电路的启停。

2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述充电切换电路包括一电子开关，当所述电子开关导通时，所述充电器输出的电压直接通过所述充电切换电路进入所述电池保护电路的输入端，再经过所述电池保护电路输出到所述电池；

当所述电子开关关断时，所述充电器输出的电压通过所述充电管理电路进入所述电池保护电路的输入端，再经过所述电池保护电路输出到所述电池。

3.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，在所述充电切换电路启动时，所述控制器持续对所述电池的状态进行监测并根据所述电池的状态参数来控制所述充电器的输出电压和输出电流。

4.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述充电管理电路的输出的功率不大于一第一预设功率；

所述充电器的输出功率不大于一第二预设功率；

且所述第一预设功率小于所述第二预设功率。

5.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述控制器为微控制芯片。

6.一种自动调节充电模式的充电方法，其特征在于应用于如权利要求1-5中任意一项所述的充电系统，包括以下步骤：

步骤S1，在所述充电器连接所述充电输入插座后，所述控制器与所述充电器建立双向通讯连接；

步骤S2，所述控制器判断当前接入的所述充电器是否支持快充模式：

若是，则转向步骤S3；

若否，所述控制器开启所述充电管理电路，关闭所述充电切换电路，以使所述充电管理电路以一第一预设功率向所述电池充电；

步骤S3，所述控制器根据所述电池当前的状态来判断是否适合进入所述快充模式：

若是，则所述控制器开启一充电切换电路，关闭所述充电管理电路，以使所述充电切换电路以一第二预设功率向所述电池充电，所述电池进入所述快充模式；

若否，则所述控制器开启所述充电管理电路，并关闭所述充电切换电路，以使所述充电管理电路以所述第一预设功率向所述电池充电。

7.根据权利要求6所述的充电方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在所述电池进入所述快充模式后，所述控制器持续对所述电池的状态进行监测并判断所述电池是否适合继续所述快充模式，并在判断所述电池不适合所述快充模式时，所述控制器开启所述充电管理电路，关闭所述充电切换电路，以使所述充电管理电路以所述第一预设功率向所述电池充电。

8.根据权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述第一预设功率小于所述第二预设功率。

9.根据权利要求6所述的充电方法，其特征在于，在所述电池处于所述快充模式时，所述控制器持续对所述电池的状态进行监测并根据所述电池的状态参数来控制所述充电器的输出电压和输出电流。

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