CN113964914A - 一种手机电池电源管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了手机电池电源管理系统，包括电源输入端、电源转换模块、控制芯片、第一电池和第二电池，当控制芯片检测到电源输入端的第一电信号，并检测到第一电池输出端的第二电信号，以确定手机处于充放电状态，控制芯片控制第二电池给手机供电，且断开第一电池输出端与手机连接，将充电路径给第一电池充电，当控制芯片检测到第一电信号、第二电信号和第二电池输出端的电信号以确定手机的充电状态，将充电路径给第一电池充电，当控制芯片检测手机电池输出端状态为手机未使用时，通过第一电池给第二电池充电，当手机未处于充电状态时，控制芯片控制第一电池的输出端给手机供电。未占用手机内部体积，一定程度上也可以提高了手机充电效率。

Description

一种手机电池电源管理系统及方法

技术领域

本发明涉及手机领域，尤其涉及一种手机电池电源管理系统及方法。

背景技术

随着当今电源技术的发展，对于目前手机使用的锂电池来说，不存在所谓的“记忆功能”，唯一伤害锂电池的有高温，过充和过放，当一边充电一边玩手机时，手机会发热，如果手机散热不利，内部的高温则确实会对锂电池造成损害，严重的会产生诸如手机关机，爆炸等严重问题。

手机边充边玩为什么会发热？首先，实际上锂电池充电本身发出的热量不高，但手机充电时，特别是目前各大厂商都在使用的快充方案，即使最好的快充方案，能量转换率也不可能达到100％，也就是从电源过来的电能，必然会有一部分损失，不可能全部转换为电池电量。损失的这部分电能会以热量形式散发出去。如果在充电的时候玩手机，特别是在运行大游戏时，手机本身的CPU，存储等运算芯片也会发热，再加上充电时的热量，导致手机发热，此热量的积累对手机的电池会造成一定的损害。

目前各大厂商的解决方案不尽相同，比如从散热角度解决的方案，如液冷散热，石墨烯技术散热等，比如从充电角度解决的方案，如充电IC分离，一个IC发热后，使用另外一个IC充电，降低整体发热量。也有采用电芯分离的方案，即使用两块电池，但在手机上受限于空间问题，也没办法普及。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于各种场景下的手机发热问题、电路简单的手机电池电源管理系统及方法，来解决上述存在的技术问题，具体采用以下技术方案来实现。

第一方面，本发明提供了一种手机电池电源管理系统，包括：

包括电源输入端、电源转换模块、控制芯片、第一电池和第二电池，所述电源输入端与所述电源转换模块连接，所述电源转换模块与所述控制芯片、所述第一电池连接，所述控制芯片与所述第一电池和所述第二电池连接，所述第一电池与所述第二电池连接，所述第一电池的容量大于所述第二电池的容量；

当所述控制芯片检测到所述电源输入端的第一电信号，并检测到所述第一电池的输出端的第二电信号，以确定手机处于充放电状态，所述控制芯片控制所述第二电池给所述手机供电，且断开所述第一电池的输出端与所述手机的连接，将充电路径给所述第一电池充电；

当所述控制芯片检测到所述第一电信号、所述第二电信号和所述第二电池的输出端的电信号，以确定所述手机的充电状态，将充电路径给所述第一电池充电；

当所述控制芯片检测所述手机电池的输出端状态为手机未使用时，通过所述第一电池给所述第二电池充电；

当所述手机未处于充电状态时，所述控制芯片控制所述第一电池的输出端给所述手机供电。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电源转换模块为ACDC转换器，所述控制芯片包括五个端口，所述电源转换模块与所述控制芯片的第一端口之间连接有第一电阻、电容；

所述控制芯片的第二端口连接第一栅极驱动电阻、与所述第一栅极驱动电阻连接的第一开关管的栅极，所述第一开关管的漏极连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接所述电源转换模块，所述第一二极管的源极连接第二二极管的阳极、所述第一电池；

所述控制芯片的第三端口连接有第二栅极驱动电阻、与所述第二栅极驱动电阻连接的第二开关管的栅极，所述第二开关管的源极连接第三二极管的阳极，所述第二开关管的漏极连接所述第二二极管的阴极，所述第三二极管的阴极连接电感、与所述电感连接的第四二极管；

所述控制芯片的第四端口连接第三栅极驱动电阻、与所述第三栅极驱动电阻连接的第三开关管的栅极，所述第三开关管的源极连接至所述电感和所述第四二极管之间，所述第三开关管的漏极连接所述第二电池，所述第二电池和所述电源转换模块之间连接第二电阻，所述第一电池与所述电源转换模块之间连接第三电阻。

作为上述技术方案的进一步改进，所述控制芯片的第五端口连接通信模块、与所述通信模块连接的检测芯片，所述检测芯片用于检测电路输出端的负载以判断所述手机的工作状态。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管为MOS管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻为稳压电阻。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管为续流二极管，所述第四二极管为低压齐纳二极管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二电池的容量为所述第一电池的容量的10％。

第二方面，一种根据上述的手机电池电源管理系统的电源管理方法，包括以下步骤：

当用户在正常使用手机时，控制芯片通过第一端口的电容极板判断是否连接充电器，检测芯片检测电路输出端的负载并判断所述手机是否在正常使用，将信息通过通信模块反馈给控制芯片；

若未连接电源，但手机在使用时，则所述控制芯片控制第一开关管和第三开关管关闭并打开第二开关管，第一电池的输出端输出电能经第二二极管、第二开关管、第三二极管、电感给手机供电；

若手机未连接电源且未在使用时，所述控制芯片通过第一端口检测电源输入端，检测芯片检测负载，所述第一开关管关闭，所述第二开关管和所述第三开关管打开，所述控制芯片控制第二端口和第三端口连接的两个开关管的开启或关闭时间，所述第一电池的输出端通过所述第二开关管和所述第三开关管给第二电池充电；

当手机连接充电器且手机在使用时，所述控制芯片关闭所述第二开关管、打开所述第一开关管和所述第三开关管，外部电源通过第一二极管和第一开关管给所述第一电阻充电；

当手机连接充电器且手机未在使用时，所述控制芯片关闭第二开关管和所述第三开关管，外部电源通过所述第一开关管给所述第一电池充电。

本发明提供了一种手机电池电源管理系统及方法，相对于现有技术，具有以下的有益效果：

通过将控制芯片连接在电源转换模块、电源输入端、第一电池和第二电池，第一电池的容量大于第二电池，控制芯片检测电源输入端的第一电信号和第一电池的输出端的第二电信号以确定手机处于何种充放电状态，可以精准判断手机出现发热的原因，并提供相应的电路切换即改变充电路径，采用不同供电方案来降低发热。手机在各种应用场景下的电池过热问题可以通过配置电路，其中配置电路包括三个开关管、栅极驱动电阻、电容、电感、续流二极管等，在不同应用场景下可以实现不同程度的降低电池发热，灵活性高和电路简单，未占用手机内部体积，应用范围广，一定程度上也可以提高了手机充电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的手机电池电源管理系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的手机电池电源管理系统的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的手机电池电源管理方法的流程图。

主要元件符号说明如下：

10-电源输入端；11-电源装换模块；12-控制芯片；13-第一电池；14-第二电池；15-第一电阻；16-电容；17-第一栅极驱动电阻；18-第一开关管；19-第一二极管；20-第二二极管；21-第二栅极驱动电阻；22-第二开关管；23-第三二极管；24-电感；25-第四二极管；26-第三栅极驱动电阻；27-第三开关管；28-第二电阻；29-第三电阻；30-通信模块；31-检测芯片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1和图2，本发明提供了一种手机电池电源管理系统，包括：

包括电源输入端10、电源转换模块11、控制芯片12、第一电池13和第二电池14，所述电源输入端10与所述电源转换模块11连接，所述电源转换模块11与所述控制芯片12、所述第一电池13连接，所述控制芯片12与所述第一电池13和所述第二电池14连接，所述第一电池13与所述第二电池14连接，所述第一电池13的容量大于所述第二电池14的容量；

当所述控制芯片12检测到所述电源输入端10的第一电信号，并检测到所述第一电池13的输出端的第二电信号，以确定手机处于充放电状态，所述控制芯片12控制所述第二电池14给所述手机供电，且断开所述第一电池13的输出端与所述手机的连接，将充电路径给所述第一电池13充电；

当所述控制芯片12检测到所述第一电信号、所述第二电信号和所述第二电池14的输出端的电信号，以确定所述手机的充电状态，将充电路径给所述第一电池13充电；

当所述控制芯片12检测所述手机电池的输出端状态为手机未使用时，通过所述第一电池13给所述第二电池14充电；

当所述手机未处于充电状态时，所述控制芯片12控制所述第一电池13的输出端给所述手机供电。

本实施例中，电源输入端10输入的电压为交流电压，通常为220V电压，电源转换模块11为交流-直流转换器即ACDC转换器，控制芯片12可以是中央处理器CPU，也可以是微处理器MCU。手机内安装有主副电池，第一电池13为主电池，第二电池14为福电池，副电池的容量相对于主电池较小，容量通常为主电池的10％左右，第一电信号通常为电压或电流，第二信号为电流，电池充电时主要是电压输入，电池放电时主要是电流输出。手机的充电状态包括手机充电并使用、充电未使用、未充电并使用和未充电并未使用，充电路径指的是电源转换模块11转换的电压直接接入电池的通路。

需要说明的是，当手机处于边充边玩时，控制芯片12做两个检测，一是输入端电信号，二是主电池的输出端电信号，判断手机处于边充边玩状态时，控制芯片12会控制副电池为手机供电，同时断开主电池的输出端，打开充电路径，全速为主电池充电即给主电池实行快充的过程。由于输出端电能来自副电池，与充电路径互不干扰，可以降低手机发热。当手机只充电时，控制芯片12通过检测不同位置的电信号即第一电池13的输出端、第二电池14的输出端、电源输入端等，给主电池快速充电，无需额外为副电池充电。控制芯片12检测手机电池输出端状态，判断手机未使用时，通过主电池为副电池充电即直流-直流转换过程即DC-DC，确保副电池储存有电量。当手机未处于充电状态时，只需主电池给输出端供电，手机操作系统也会以主电池电量作为手机充电与否的电量标准。

应理解，现有技术中，无论单电池还是双电池，在手机充电时，实际上外部电源是经过了两个变换电路，第一，外部交流电经整流，直流变换电路，给电池充电；第二，外部交流电经整流，直流变换电路输出给手机，用以给手机充电。使用一个变换电路，外部交流电经整流，直流变换给主电池充电的一个路径，提高电能利用率，也可以节省电路体积，降低元件数量，同时也降低了发热。第一电池13和第二电池14可以是锂电池，两者充电的电性参数可以相同，也可以不同。对于手机不通的应用场景，不管手机处于何种充电状态，在电源充放电过程中均会产生热量，采用上述不通的供电方案，都可以降低发热的问题，也提高了电能的利用率。

可选地，所述电源转换模块11为ACDC转换器，所述控制芯片12包括五个端口，所述电源转换模块11与所述控制芯片12的第一端口之间连接有第一电阻15、电容16；

所述控制芯片12的第二端口连接第一栅极驱动电阻17、与所述第一栅极驱动电阻17连接的第一开关管18的栅极，所述第一开关管18的漏极连接第一二极管19的阴极，所述第一二极管19的阳极连接所述电源转换模块11，所述第一二极管19的源极连接第二二极管20的阳极、所述第一电池13；

所述控制芯片12的第三端口连接有第二栅极驱动电阻21、与所述第二栅极驱动电阻21连接的第二开关管22的栅极，所述第二开关管22的源极连接第三二极管23的阳极，所述第二开关管22的漏极连接所述第二二极管20的阴极，所述第三二极管23的阴极连接电感24、与所述电感24连接的第四二极管25；

所述控制芯片12的第四端口连接第三栅极驱动电阻26、与所述第三栅极驱动电阻26连接的第三开关管27的栅极，所述第三开关管27的源极连接至所述电感24和所述第四二极管25之间，所述第三开关管27的漏极连接所述第二电池14，所述第二电池14和所述电源转换模块11之间连接第二电阻28，所述第一电池13与所述电源转换模块11之间连接第三电阻29。

本实施例中，所述控制芯片12的第五端口连接通信模块30、与所述通信模块30连接的检测芯片31，所述检测芯片31用于检测电路输出端的负载以判断所述手机的工作状态。所述第一开关管18、所述第二开关管22和所述第三开关管27为MOS管，所述第一电阻15、所述第二电阻28和所述第三电阻29为稳压电阻，所述第一二极管19、所述第二二极管20和所述第三二极管23为续流二极管，所述第四二极管25为低压齐纳二极管。

本实施例中，当家庭电源接入(AC IN)后，经过充电头(图未示)的ACDC转换器，高压侧输入端先经过第一电阻15记为R1，电容16记为C1与控制芯片12的第一端口连接，输入端同时经第一二极管19记为D1与第一开关管18记为M1的漏极连接，M1的栅极连接第一栅极驱动电阻17记为Rg1与控制芯片12的第二端口连接，第一开关管18的源极与主电池的输出端连接，同时第一开关管18的源极经第二二极管20记为D2与第二开关管22记为M2的漏极连接，第二开关管22的栅极连接第二栅极驱动电阻21记为Rg2与控制芯片12的第三端口连接，第二开关管22的源极经过第三二极管23记为D3、电感24记为L1、第四二极管25即低压齐纳二极管记为D4与输出端(DC OUT)连接。电源输入端10的低压侧经第二电阻28记为R2与副电池的低压端连接，副电池的输出端与第三开关管27记为M3的漏极连接，第三开关管27的源极与输出端(DC OUT)连接。

在另一个可行的实施例中，当用户在正常使用手机时，检测芯片通过第一端口的C1电容极板，判断是否连接充电器，同时检测芯片会检测电路输出端负载，判断手机是否在正常使用，并将信息通过光耦通信反馈给控制芯片。如果未连接电源，但手机在使用，则控制芯片会控制M1和M3关闭，打开M2，主电池输出端电能，经续流二极管D2、开关管M2、续流二极管D3、电感L1为手机供电。如果手机未连接电源，也未在使用(控制芯片的第一端口检测输入端，检测芯片检测负载)，此时M1关闭，M2和M3打开，控制芯片控制第二端口和第三端口连接的两个开关管的开启或关闭时间，主电池输出端通过开关管M2和M3为副电池充电，由于低压齐纳二极管D4是反偏的，因此主电池为副电池充电时不会对DC OUT造成影响，此过程仅在手机未连接充电器，同时也未在使用的情况下出现，避免副电池出现断电的情况。

在另一个可行的实施例中，当手机连接充电器，同时手机也在使用时，控制芯片会关闭M2，打开M1和M3，此时，外部电源通过续流二极管D1和开关管M1为主电池充电。手机使用的电能则来自于副电池，副电池通过开关管M3为手机供电，采用这种方式将充电单元和供电单元分开，显著降低手机边使用边充电的发热情况。

在另一个可行的实施例中，当手机连接充电器，但未在使用，此时控制芯片关闭M2和M3，外部电源通过开关管M1为主电池充电，此处不在赘述。

参阅图3，本发明还提供了一种手机电池电源管理系统的电源管理方法，包括以下步骤：

S1：当用户在正常使用手机时，控制芯片通过第一端口的电容极板判断是否连接充电器，检测芯片检测电路输出端的负载并判断所述手机是否在正常使用，将信息通过通信模块反馈给控制芯片；

S2：若未连接电源，但手机在使用时，则所述控制芯片控制第一开关管和第三开关管关闭并打开第二开关管，第一电池的输出端输出电能经第二二极管、第二开关管、第三二极管、电感给手机供电；

S3：若手机未连接电源且未在使用时，所述控制芯片通过第一端口检测电源输入端，检测芯片检测负载，所述第一开关管关闭，所述第二开关管和所述第三开关管打开，所述控制芯片控制第二端口和第三端口连接的两个开关管的开启或关闭时间，所述第一电池的输出端通过所述第二开关管和所述第三开关管给第二电池充电；

S4：当手机连接充电器且手机在使用时，所述控制芯片关闭所述第二开关管、打开所述第一开关管和所述第三开关管，外部电源通过第一二极管和第一开关管给所述第一电阻充电；

S5：当手机连接充电器且手机未在使用时，所述控制芯片关闭第二开关管和所述第三开关管，外部电源通过所述第一开关管给所述第一电池充电。

本实施例中，接入至家庭电路中，检测芯片需要对电源输入端、电池输出端进行检测，可以判断手机所处的充电状态，根据充电状态提供合理的充电方案，可以显著降低手机由于充电和使用带来的温度升高、电量消耗的问题，将第一电池和第二电池分别作为主电池、副电池，主副电池相互配合可以有效解决手机各种应用场景下的发热问题，避免了手机锂电池过热造成高温损伤，电路简单，不会占用手机内部的额外体积，应用范围广，提高了手机电池电源管理的有效性和及时性。

本发明提供了一种手机电池电源管理系统及方法，通过将控制芯片连接在电源转换模块、电源输入端、第一电池和第二电池，第一电池的容量大于第二电池，控制芯片检测电源输入端的第一电信号和第一电池的输出端的第二电信号以确定手机处于何种充放电状态，可以精准判断手机出现发热的原因，并提供相应的电路切换即改变充电路径，采用不同供电方案来降低发热。手机在各种应用场景下的电池过热问题可以通过配置电路，其中配置电路包括三个开关管、栅极驱动电阻、电容、电感、续流二极管等，在不同应用场景下可以实现不同程度的降低电池发热，灵活性高和电路简单，未占用手机内部体积，应用范围广，一定程度上也可以提高了手机充电效率。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种手机电池电源管理系统，其特征在于，包括电源输入端、电源转换模块、控制芯片、第一电池和第二电池，所述电源输入端与所述电源转换模块连接，所述电源转换模块与所述控制芯片、所述第一电池连接，所述控制芯片与所述第一电池和所述第二电池连接，所述第一电池与所述第二电池连接，所述第一电池的容量大于所述第二电池的容量；

当所述控制芯片检测到所述电源输入端的第一电信号，并检测到所述第一电池的输出端的第二电信号，以确定手机处于充放电状态，所述控制芯片控制所述第二电池给所述手机供电，且断开所述第一电池的输出端与所述手机的连接，将充电路径给所述第一电池充电；

当所述控制芯片检测到所述第一电信号、所述第二电信号和所述第二电池的输出端的电信号，以确定所述手机的充电状态，将充电路径给所述第一电池充电；

当所述控制芯片检测所述手机电池的输出端状态为手机未使用时，通过所述第一电池给所述第二电池充电；

当所述手机未处于充电状态时，所述控制芯片控制所述第一电池的输出端给所述手机供电。

2.根据权利要求1所述的手机电池电源管理系统，其特征在于，所述电源转换模块为ACDC转换器，所述控制芯片包括五个端口，所述电源转换模块与所述控制芯片的第一端口之间连接有第一电阻、电容；

所述控制芯片的第二端口连接第一栅极驱动电阻、与所述第一栅极驱动电阻连接的第一开关管的栅极，所述第一开关管的漏极连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接所述电源转换模块，所述第一二极管的源极连接第二二极管的阳极、所述第一电池；

所述控制芯片的第三端口连接有第二栅极驱动电阻、与所述第二栅极驱动电阻连接的第二开关管的栅极，所述第二开关管的源极连接第三二极管的阳极，所述第二开关管的漏极连接所述第二二极管的阴极，所述第三二极管的阴极连接电感、与所述电感连接的第四二极管；

所述控制芯片的第四端口连接第三栅极驱动电阻、与所述第三栅极驱动电阻连接的第三开关管的栅极，所述第三开关管的源极连接至所述电感和所述第四二极管之间，所述第三开关管的漏极连接所述第二电池，所述第二电池和所述电源转换模块之间连接第二电阻，所述第一电池与所述电源转换模块之间连接第三电阻。

3.根据权利要求2所述的手机电池电源管理系统，其特征在于，所述控制芯片的第五端口连接通信模块、与所述通信模块连接的检测芯片，所述检测芯片用于检测电路输出端的负载以判断所述手机的工作状态。

4.根据权利要求2所述的手机电池电源管理系统，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管为MOS管。

5.根据权利要求2所述的手机电池电源管理系统，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻为稳压电阻。

6.根据权利要求2所述的手机电池电源管理系统，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管为续流二极管，所述第四二极管为低压齐纳二极管。

7.根据权利要求1所述的手机电池电源管理系统，其特征在于，所述第二电池的容量为所述第一电池的容量的10％。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的手机电池电源管理系统的电源管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

当用户在正常使用手机时，控制芯片通过第一端口的电容极板判断是否连接充电器，检测芯片检测电路输出端的负载并判断所述手机是否在正常使用，将信息通过通信模块反馈给控制芯片；

若未连接电源，但手机在使用时，则所述控制芯片控制第一开关管和第三开关管关闭并打开第二开关管，第一电池的输出端输出电能经第二二极管、第二开关管、第三二极管、电感给手机供电；

若手机未连接电源且未在使用时，所述控制芯片通过第一端口检测电源输入端，检测芯片检测负载，所述第一开关管关闭，所述第二开关管和所述第三开关管打开，所述控制芯片控制第二端口和第三端口连接的两个开关管的开启或关闭时间，所述第一电池的输出端通过所述第二开关管和所述第三开关管给第二电池充电；

当手机连接充电器且手机在使用时，所述控制芯片关闭所述第二开关管、打开所述第一开关管和所述第三开关管，外部电源通过第一二极管和第一开关管给所述第一电阻充电；

当手机连接充电器且手机未在使用时，所述控制芯片关闭第二开关管和所述第三开关管，外部电源通过所述第一开关管给所述第一电池充电。

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