无需采样即可实现电池预充电的充电控制方法及其系统

摘要

一种无需采样即可实现电池预充电的充电控制方法，应用于充电电源和系统工作电源共用一个电源，且系统工作电源与电池输出间通过一个充电控制开关相连接的系统，包括步骤：(a)系统检测到充电器已插上时，自动上电复位并开始工作，此时充电开关电路断开，电池输出与系统工作电源断开；(b)系统初始化时，将所述充电开关电路闭合，将充电回路导通，给电池充电；(c)如果此时电池电压低于系统正常工作电压，系统掉电关机，转入步骤(a)；如果电池电压已达到系统正常工作电压，转入步骤(d)；(d)电池的预充电过程完成，进入正常充电过程。本发明方法能实现电池充电过程的安全、可靠控制，且控制过程简单、装置成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池充电的控制方法。具体说是针对电池在过放电情况和充电结束后充电过程的一种控制方法及其系统。

背景技术

目前在对电池的充电控制中一般包括以下几个过程：电池预充电过程-快速充电过程-恒压或脉冲充电过程-充电结束。电池预充电过程主要是针对电池过放电，没有输出或输出过低而不能达到系统工作所需的最低要求时而进行的充电动作。很多情况下充电控制电路所用的电源和系统的主工作电源是同一个电源，而系统的工作电源又与电池输出有着直接的依赖关系，因而控制电路的工作电源就与电池的输出电压就有了直接联系，正常情况下这两个电源节点可以是同一个，而在电池过放电而没有输出或输出很低时，会由于工作电源受到电池电压的影响而低于系统的正常工作电压，影响充电控制电路工作电源的正常提供，从而使系统失控，甚至造成系统损坏。充电结束后为避免对电池的长时间充电而影响电池使用寿命，通常需要在充电结束后将电池输出和充电控制电路断开。这就需要针对在电池过放电或者损坏情况下的充电过程进行相应控制，增加相应的控制和保护电路。同时在电池充电结束后也要能对充电过程进行控制。

业界目前的充电方案中常用的做法：

A、直接将系统工作电源与电池输出连接，在系统中设置最低电压断电检测，尽量避免电池的过放电。

这种方法的电路和控制都比较简单，但有以下缺点：首先，一旦电池出现过放电或因为损坏而使输出为很低甚至为零，直接连接的方法就可能给系统造成致命的伤害。其次，当充电结束后如果继续长期插上充电器，会造成对电池的长期充电，从而影响电池的使用寿命。

B、电池输出端和充电控制电路的电源间直接用一个保护电路隔开，正常情况下该电路可通过一个开关控制使其与系统主电源(即充电控制电路电源)直接短接，通过充电控制电路的输出直接给电池充电。当检测到电池输出电压低于某个值，可能会影响到系统正常工作时，该保护电路中的开关器件断开，通过限流和升压电路(涓流充电电路)用小电流给电池充电。

这种方案既可保证在电池电压过低的情况下系统的正常工作，也保证了电池的正常充电，当电池电压很快上升到正常范围后闭合电路中的开关器件，开始对电池的快速充电过程。既便是在极端情况下，电池电压过低或者与地短路，也不会对系统造成伤害。同时也可以避免对电池的长时间充电造成的影响。

但是，这种方案中由于电池电源和系统工作电源在电路中没有直接连接，而系统需要实时掌握系统工作电源和电池输出电压的实际情况，从而根据实际情况采取相应的控制，相对第一种方案来讲就多了一个电压采样和判断电路，由于锂离子电池对充电电压要求比较苛刻，过充电压不能大于电池电压的1％，这样就对电池电压采样电路有了较高要求，控制过程也需要增加相应的换算、判断和控制。既增加了系统成本，也增加了控制电路和控制过程的复杂度，降低了控制过程的可靠性和精度，从而增加了系统的故障机率，增加了研发、测试和维护成本。

综上所述，需要一种实现电池充电控制的电路和方法，既能保证充电过程的完全控制和安全保护，保证控制的精度和可靠性，又能够不增加成本和系统复杂度，同时又不影响系统的可维护性和功能实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无需采样即可实现电池预充电的充电控制方法，能实现电池充电过程的安全、可靠控制，且控制过程简单、成本低。本发明还要提供一种可实现该方法的装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无需采样即可实现电池预充电的充电控制方法，应用于充电电源和系统工作电源共用一个电源，且系统工作电源与电池输出间通过一个充电控制开关相连接的系统，该方法包括以下步骤：

(a)系统检测到充电器已插上时，自动上电复位并开始工作，此时充电开关电路断开，电池输出与系统工作电源断开；

(b)系统初始化时，将所述充电开关电路闭合，将充电回路导通，给电池充电；

(c)如果此时电池电压低于系统正常工作电压，系统掉电关机，转入步骤(a)；如果电池电压已达到系统正常工作电压，转入步骤(d)；

(d)电池的预充电过程完成，进入正常充电过程。

进一步地，上述充电控制方法还可具有以下特点：所述步骤(d)中，当系统根据实际检测到的系统工作电压判断电池已充满时，断开所述充电开关电路，防止过充或反复充电。

进一步地，上述充电控制方法还可具有以下特点：所述步骤(c)中，当电池电压低于系统正常工作电压，系统是因为硬件本身特性而掉电的，由于器件速度和电路惯性的作用，在掉电前电池已经获得了一定能量。

本发明提供的无需采样即可实现电池预充电的充电控制系统包括充电电源接口、充电电路、充电及电源管理电路、主工作电路和用于断开和闭合电池和充电电路之间连接的充电开关电路，其中：

所述充电电路连接到所述充电及电源管理电路、充电开关电路，其输出同时作为系统主电源和充电电源；

所述主工作电路在初始化的过程中，输出开关控制信号到所述充电开关电路使其闭合；

所述充电开关电路在有充电器的情况下，掉电后的状态为断开。

进一步地，上述充电控制系统还可具有以下特点：所述充电及电源管理电路用于实现系统的电源管理，包括检测充电电源接口是否插上充电器，将主电源转换为系统工作电源，对系统工作电压采样；同时，负责充电过程的实时监控和状态判断，输出控制信号到所述充电电路，在电池电压低于系统的正常工作电压，电源管理电路会自动掉电。

进一步地，上述充电控制系统还可具有以下特点：所述充电电路接收充电电源接口输出的电源信号，向充电及电源管理电路输出主电源信号并作为电池的充电电源，同时接收所述充电及电源管理电路的控制信号，通过状态变化完成对电池充电的控制过程。

由上可知，本发明方法及系统与其它同类产品相比有如下优点：

A、电路简单。只需要在电池与工作电源间增加一个能够控制通断的开关电路就可以，无需特殊器件。电池电压和系统工作电源共用一组采样电路。

B、电路成本低。控制电路简单，工作电压与电池电压采样共用一组采样电路，减少了电路的材料成本。

C、控制过程实现简单、可靠。只需要根据需要对开关电路进行开关控制即可实现。系统工作电压跟电池电压采样电路共用一个，减少了测试环节，简化了控制流程。提高了控制可靠性。

本发明的系统可以用于手机、数码相机等各种可直接充电的终端。

附图说明

图1是本发明实施例的电路结构方框图。

图2是本发明实施例方法和控制过程。

具体实施方式

本发明是在电池和主电源输入端之间加隔离开关器件，通过控制该器件的通断实现过放电情况下对系统的保护和充电结束后对电池的保护。

图1示出了本发明实施例系统的电路结构方框图。包括：

充电电源接口101，与充电器或其他电源连接，供给系统工作和充电所需的电源。

充电电路102，接收充电电源接口输出的电源信号，输出充电及电源管理电路103所需的主电源信号并作为充电电源，接收充电及电源管理电路的控制信号，通过状态变化完成对电池充电的控制过程。

充电及电源管理电路103，用于实现系统的电源管理，如检测充电电源接口是否插上充电器，将主电源转换为系统工作电源，对系统工作电压采样等。同时，负责充电过程的实时监控和状态判断，输出控制信号到充电电路102。如果电池电压低于系统的正常工作电压，电源管理电路会自动掉电。

充电开关电路104，用于根据主工作电路的开关控制信号，闭合或断开电池106和充电电路102之间的连接，实现电池过放电情况下的预充电过程，并在充电结束后断开该连接。该开关电路在有充电器的情况下，掉电后的状态为断开。

主工作电路105，用于实现系统功能，本实施例中还通过软件配置，使它在初始化的过程中，输出开关控制信号使充电开关电路闭合。

电池106，是本发明最终服务的对象。

与背景技术中提到方案A相比，本发明在电池和充电电路中增加了一个充电开关电路，并在主工作电路中系统中增加了在初始化过程对该开关器件导通的控制。除预充电过程外，其它充电过程的控制与该方案相同。

基于上述系统，图2给出本实施例方法的控制流程图，包括以下步骤：

步骤201，系统检测到充电器已插上时，自动上电复位并开始工作，此时充电开关电路处于默认的断开状态，电池输出与系统主工作电源断开，系统由充电器供电；

在该过程中，充电及电源管理电路103检测到充电器的存在后，控制充电电路102的输出在正常的输入范围给充电及电源管理电路103上的电源管理主电源供电，该电路103将电源管理主电源转换为系统需要的各种系统电源。主工作电路105在为其提供了需要的电源后会上电复位，然后开始工作，而此时充电开关电路104处于断开状态，充电电路104与电池106间处于隔断状态，没有开始给电池106充电，这时既便是电池106电压过低也不会导致系统主电源电压过低而关机。上电时也不对电池电压进行采样和判断。

步骤202，系统初始化时，直接将充电开关电路闭合，使充电回路导通给电池充电；

该过程中，主工作电路105上电进行初始化时，将充电开关电路104闭合，使充电器提供的充电电源101通过充电电路102对电池106充电。

步骤203，如果此时电池电压低于系统正常工作电压，因系统硬件本身的特性会转入步骤204；如果电池电压已达到系统正常工作电压，则转入步骤205；

步骤204，系统掉电关机，转入步骤210；

如果电池处于过放电状态，当充电开关电路104闭合后，系统主电源会由于电池电压过低而被拉低，此时电源管理电路由于电压过低会掉电，保护系统免受损伤。但由于器件速度和电路惯性的作用，在系统掉电前电池已经获得了一定能量。由于充电器的存在又会自动上电开机，重复上面的动作。

由于电池在低电压情况下容量很小，几乎可以不记，所以从低电压充电到能保证系统正常工作的电压所用的充电量很小，而且目前所用的电池基本上都有低电压保护电路，在电池电压低于某个安全电压时会自动保护，断开给外部的供电，当再次唤醒后输出电压会直接从断开时的电压开始输出。所以通过前面反复的上电、充电、掉电的循环过程反复的给电池充电，过放电的电池会很快的实现预充达到系统需要的工作电压，替代了涓流充电电路，实现了涓流充电同样的功能。

步骤205，电池的预充电过程完成，进入正常充电过程，当系统根据实际检测到的系统电压判断电池已充满时，断开充电开关电路，防止过充或反复充电。

从上述流程可以看出，该过程中，在插上充电器开机后，需要控制的只是在初始化时将充电开关电路闭合给电池充电即可，不需要预先对电池电压进行检测来判断充电所应处的状态，而电池电压过低时是通过硬件本身特性导致的掉电、自动开机、预充电来完成对电池的预充电过程，从而简化了硬件电路和控制过程。综上所述，本发明所提出的充电池预充电的方法和装置实现装置简单、成本低廉，控制方法简单可靠。能够以最低的成本和最简单的控制方法实现对电池的过放电的预充电过程，与同类系统相比有明显的先进之处和优势。