可穿戴设备充电控制方法和可穿戴设备与流程

本发明属于电子设备技术领域，特别涉及一种可穿戴设备充电控制方法，以及一种采用此种充电控制方法的可穿戴设备。

背景技术：

传统电子设备的充电保护，通常是根据电池温度来配置充电电压和充电电流:当电池的温度处于不同范围内时，充电电压和充电电流均不能超过设定阈值，从而达到保护电池的目的。现有技术中基于此种原理开发了充电芯片（chargeric），将充电保护和电池温度检测集成在同一芯片中。

在各类电子设备中，可穿戴设备的设计者面临着独特的挑战，以提供长电池寿命和直观的用户界面，所有这些都集成在足够小的外形中。虽然充电芯片（chargeric）可以有效地起到充电保护的作用，但是其一定程度上增加了可穿戴设备硬件模块的总体体积和成本，而且，现有电子设备中的中央处理单元或电源管理单元同样也具有温度检测能力，再设置具有电池温度检测的充电芯片（chargeric）即存在设计能力的冗余和浪费。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中采用充电芯片（chargeric）对可穿戴设备进行充电保护时存在设计能力的冗余和浪费，且增加了硬件模块的总体体积和成本问题，设计了一种可穿戴设备充电控制方法。

一种可穿戴设备充电控制方法，包括以下步骤：采样主芯片实时运行温度；判断主芯片实时运行温度是否满足允许充电条件；如果满足所述允许充电条件，根据主芯片实时运行温度导通电池与充电器之间的至少一条充电支路以形成充电路径；其中，所述主芯片实时运行温度越高，选通的充电路径的阻值越小。

进一步的，若满足所述允许充电条件，充电控制方法还包括以下步骤：根据所述主芯片实时运行温度判断当前充电保护阶段;根据所述当前充电保护阶段切换导通并联设置的充电支路以形成充电路径，其中，任一充电支路上均串联设置有至少一个限流电阻。

进一步的，根据所述主芯片实时运行温度判断当前充电保护阶段，并根据所述当前充电保护阶段切换导通并联设置的充电支路以形成充电路径包括以下步骤：判断所述主芯片实时运行温度是否属于第一充电保护温度区间，如果属于第一充电保护温度区间，则进入第一充电保护阶段，切换断开第一充电支路和第二充电支路，保持第三充电支路导通；判断所述主芯片实时运行温度是否属于第二充电保护温度区间，如果属于第二充电保护温度区间，则进入第二充电保护阶段，切换断开第一充电支路，切换导通第二充电支路，保持第三充电支路导通；和判断所述主芯片实时运行温度是否属于第三充电保护温度区间，如果属于第三充电保护温度区间，则进入第三充电保护阶段，切换导通第一充电支路和第二充电支路，保持第三充电支路导通；其中，所述第一充电保护温度区间的上限温度阈值小于所述第二充电保护温度区间的下限温度阈值，所述第二充电保护温度区间的上限温度阈值小于所述第三充电保护温度区间的下限温度阈值；所述第一充电支路、第二充电支路和第三充电支路并联设置；所述第一充电支路上设置有第一限流电阻，所述第二充电支路上设置有第二限流电阻，所述第三充电支路上设置有第三限流电阻，其中，所述第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻的阻值递增。

进一步的，所述第一充电支路上设置有第一开关元件，所述第一开关元件的开关通路与所述第一限流电阻串联，所述第一开关元件的控制端连接所述主芯片；所述第二充电支路上设置有第二开关元件，所述第二开关元件的开关通路与所述第二限流电阻串联，所述第二开关元件的控制端连接所述主芯片；如果属于第一充电保护温度区间，所述第一开关元件和第二开关元件的开关通路断开；如果属于第二充电保护温度区间，所述第一开关元件的开关通路断开，所述第二开关元件的开关通路闭合；如果属于第三充电保护温度区间，所述第一开关元件的开关通路闭合，所述第二开关元件和开关通路闭合。

优选的，所述第一充电保护温度区间的上限温度阈值和下限温度阈值之差与所述第二充电保护温度区间的上限温度阈值和下限温度阈值之差相等。

优选的，所述第三充电保护温度区间的上限温度阈值与下限温度阈值之差大于所述第二充电保护温度区间的上限温度阈值和下限温度阈值之差。

为了避免出现反复停充-复充的现象，所述方法还包括以下步骤：如果不满足所述允许充电条件且主芯片实时运行温度高于充电保护上限阈值，则中止充电；设置过温停充标志；按照设定周期采样主芯片实时运行温度；判断主芯片实时运行温度是否低于充电保护上限阈值且高于复充保护阈值；如果主芯片实时运行温度低于充电保护上限阈值且高于复充保护阈值,则读取过温停充标志；如果读取到所述过温停充标志，则保持充电中止，直至主芯片实时运行温度低于所述复充保护阈值后恢复充电，并清除所述过温停充标志；如果未读取到所述过温停充标志，则恢复充电。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：如果不满足所述充电允许条件且主芯片实时运行温度低于充电保护下限阈值，则中止充电。

为了优化用户的使用体验，所述方法还包括以下步骤：采样电池非充电状态下的满电电压；根据所述满电电压生成校正复充电压，所述校正复充电压大于所述满电电压；通过所述充电路径为电池充电，当实时电池电压高于所述校正复充电压时，中止充电。

本发明的另一个方面还提供一种可穿戴设备，采用如下的充电控制方法，充电控制方法包括以下步骤：采样主芯片实时运行温度；判断主芯片实时运行温度是否满足允许充电条件；如果满足所述允许充电条件，根据主芯片实时运行温度导通电池与充电器之间的至少一条充电支路以形成充电路径；其中，所述主芯片实时运行温度越高，选通的充电路径的阻值越小。

本发明所提供的可穿戴设备充电控制方法中，利用主芯片实时运行温度判断电池的允许充电条件，并在满足允许充电条件时，根据主芯片实时运行温度导通电池与充电器之间的至少一条充电支路形成充电路径，形成在安全充电温度下，主芯片实时运行温度越高，充电电流越大的控制方式，充分发挥处于完全工作温度区间下的电池的工作性能并对低温充电条件下的电池进行保护，实现快速充电的同时延长电池的寿命，整个硬件设计中不再应用chargeric,节约了硬件成本并释放更多的设计空间。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明所提供的可穿戴设备充电控制方法第一种实施例的流程图；

图2是本发明所提供的可穿戴设备充电控制方法第二种实施例的流程图；

图3是本发明所提供的可穿戴设备充电控制方法第三种实施例的流程图；

图4为图3所示的控制方法中多条并联设置的充电支路的电路图；

图5是本发明所提供的可穿戴设备充电控制方法中不满足充电条件时的控制流程图；

图6是本发明所提供的可穿戴设备充电控制方法中满电状态的控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，代表覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中“实施例”代表结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中，各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本发明中所提及的可穿戴设备是指可穿戴于身上出外进行活动的微型电子设备。此种电子设备由轻巧的结构构成，在计算机和用户之间保持稳定交互。目前可穿戴设备已经相继开发出手表型、腕带型、眼镜型、挂件型、戒指型和服装型等各种类型产品。可穿戴设备的硬件架构包括主芯片（即微处理器）、内存、显示模块、传感模块、通信模块和电池等组件。为了对可穿戴设备中的电池进行保护，在如图1所示的可穿戴设备充电控制方法中，不再设置充电芯片（chargeric）。

具体如图1所示，可穿戴设备充电控制方法包括以下步骤：

采样主芯片实时运行温度。具体来说，主芯片实时运行温度是指用户意图充电时，正在运行状态中的微处理器的温度。主芯片实时运行温度主要受到三个因素的影响，其一是主芯片的运行功率，其二是所处环境的环境温度，其三是可穿戴设备的散热量。可以认为，当主芯片实时运行温度处于理想的温度范围内时，即说明整个可穿戴设备的运行状态稳定，运行功率正常，发热量和散热量达到平衡状态。通常可穿戴设备的主板中均集成有主芯片实时运行温度的检测软件，以实现对主芯片运行状态的监测。主芯片实时运行温度可以随时调用，例如，按照设定周期调用主芯片实时运行温度。

进一步判断主芯片实时运行温度是否满足允许充电条件，即是否处于可以保证正常充电温度范围内。当主芯片实时运行温度满足允许充电条件时，说明可穿戴设备的电池目前所处的充电环境的环境温度在正常充电温度范围内，不会由于在过高的环境温度内充电导致电池出现热失控，产生起火或爆炸的事故，也不会由于在过低的环境温度内充电造成电池内电解液凝滞内阻降低，并在阴极形成锂凝结，不可逆的影响电池寿命。

如果满足允许充电条件，则根据主芯片实时运行温度导通电池与充电器之间的至少一条充电支路以形成充电路径。在本实施例中，为进一步对充电状态下的电池进行保护，充电路径通过选通不同的充电支路形成。在满足允许充电条件的环境温度下，如果主芯片的运行温度较低，则选通的充电路径的阻值较大，充电电流较小，考虑到电池处于低温环境时电解液粘度变大，锂离子的移动受阻，对低温充电条件下的电池进行保护，避免电量损失；如果主芯片的运行温度较高，符合电池性能完全的工作温度区间，则选通的充电路径的阻值较小，充电电流较大，在保持电池性能的同时实现快速充电。

在本实施例中，允许充电条件的上限温度阈值可以设置为45摄氏度，允许充电条件的下限温度阈值可以设置为0摄氏度。超出上述温度范围时，中止充电。

在上述可穿戴设备充电控制方法中，利用主芯片实时运行温度判断电池的允许充电条件，并在满足允许充电条件时，根据主芯片实时运行温度导通电池与充电器之间的至少一条充电支路形成充电路径，形成在安全充电温度下，主芯片实时运行温度越高，充电电流越大的控制方式，充分发挥处于完全工作温度区间下的电池的工作性能并对低温充电条件下的电池进行保护，实现快速充电的同时延长电池的寿命，整个硬件设计中不再应用chargeric,节约了硬件成本并释放更多的设计空间。

如图2所示，在一种优选的实施方式中，若满足允许充电条件，充电控制方法还特别设计有以下步骤：

根据每一个设定周期采样的主芯片实时运行温度判断当前充电保护阶段。由于主芯片的运行功率、所处环境的环境温度以及散热量会随时间变化而波动，因此，优选可以在每一个设定周期内采样一次主芯片实时运行温度，设定周期可以设定以分钟或者小时为单位。本领域技术人员可以毫无疑义的了解，设定周期可以根据主芯片的信号以及电池的容量进行调整，在此不再对其进行进一步限定。

根据当前充电保护阶段切换导通并联设置的充电支路以形成充电路径，其中任一充电支路上均串联设置有至少一个限流电阻。在本实施例中，优选通过并联设置的充电支路实现对选通充电路径的阻值选择，并进一步对充电电流进行调节。并联设置的充电支路便于对电子元件的控制，保持充电支路彼此硬件独立。充电支路的数量可以根据电池的温度曲线进行设置。

在如图2所示的可穿戴设备充电控制方法中，通过根据主芯片实时运行温度划分的充电保护阶段，以及与充电保护阶段对应的，由并联的充电支路组成的充电路径，即可以建立实时运行温度和充电电流之间的一一对应关系。当主芯片实时运行温度处于不同的区间时，动态地自动选通不同的充电路径，以形成不同的充电电流，在不设置充电芯片的条件下，自动对充电电流进行调节，形成对电池的保护。

以下结合图3对一种优选的，根据每一个设定周期采样的主芯片实时运行温度判断当前充电保护阶段，并根据所述当前充电保护阶段切换导通多条并联设置的充电支路以形成充电路径的步骤进行详细介绍。在本实施例中，优选如图4所示，设计并联设置的第一充电支路、第二充电支路和第三充电支路。其中，第一充电支路上设置有第一限流电阻r8，第二充电支路上设置有第二限流电阻r9，第三充电支路上设置有第三限流电阻r31，其中，第一限流电阻r8、第二限流电阻r9和第三限流电阻r31的阻值递增。在一个设定周期内采样到一个主芯片实时运行温度时，并行执行以下步骤：

判断主芯片实时运行温度是否属于第一充电保护温度区间，如果属于第一充电保护温度区间，则进入第一充电保护阶段，切换断开第一充电支路和第二充电支路，保持第三充电支路导通；或者判断主芯片实时运行温度是否属于第二充电保护温度区间，如果属于第二充电保护温度区间，则进入第二充电保护阶段，切换断开第一充电支路，切换导通第二充电支路，保持第三充电支路导通；或者判断所述主芯片实时运行温度是否属于第三充电保护温度区间，如果属于第三充电保护温度区间，则进入第三充电保护阶段，切换导通第一充电支路和第二充电支路，保持第三充电支路导通。

其中，所述第一充电保护温度区间的上限温度阈值小于所述第二充电保护温度区间的下限温度阈值，所述第二充电保护温度区间的上限温度阈值小于所述第三充电保护温度区间的下限温度阈值。即第一充电保护温度区间为温度最低的区间，第三充电保护温度区间为电池性能完全的工作温度区间，第二充电保护温度区间为缓冲保护温度区间。优选设定第一充电保护温度区间的上限温度阈值为10摄氏度，第二充电保护温度区间的上限温度阈值为20摄氏度，第三充电保护温度区间的上限温度阈值为45摄氏度。即当检测到的主芯片实时运行温度属于（0℃，10℃）时，在充电路径中仅有第三限流电阻r31有效，充电路径的电阻值最大，充电电流最小，对低温状态下的电池的性能进行保护；当检测到主芯片实时温度属于（10℃，20℃）时，切换导通第二充电支路，保持第三充电支路导通，在充电路径中第二限流电阻r9和第三限流电阻r31并联，充电路径中的电阻值变小，充电电流梯度增大，在电池性能和充电效率之间达到平衡状态；当检测到主芯片实时温度属于（20℃，45℃）时，切换导通第一充电支路和第二充电支路，保持第三充电支路导通，在充电路径中第一限流电阻r8、第二限流电阻r9和第三限流电阻r31并联，充电路径中的电阻值最小，充电电流最大，在电池性能完全的工作温度区间内保证最大的充电电流，提高充电效率。

第一充电支路和第二充电支路的切换导通优选通过第一开关元件q7和第二开关元件q6实现。具体来说，在第一充电支路上设置有第一开关元件q7，第一开关元件q7的开关通路与第一限流电阻r8串联，第一开关元件q7的控制端ctl_2连接主芯片。第二充电支路上设置有第二开关元件q6，第二开关元件q6的开关通路与第二限流电阻r9串联，第二开关元件q6的控制端ctl_1连接主芯片。如果属于第一充电保护温度区间，第一开关元件q7和第二开关元件q6的开关通路断开；如果属于第二充电保护温度区间，第一开关元件q7的开关通路断开，第二开关元件q6的开关通路闭合；如果属于第三充电保护温度区间，第一开关元件q7的开关通路闭合，第二开关元件q6和开关通路闭合。第一开关元件q7和第二开关元件q6优选由mos管实现。

以锂电池为例，在实验条件下电池的参考测试温度通常设置在23±5℃度的范围内，高于或低于这个测试温度范围后，从原理上说，锂电池本身的电池性能就会开始发生偏移，例如低于这个温度时，锂离子的迁移速度即会变慢，虽然以较大的电流放电，放出的电量却会相对减少。而高于这个温度，则同样会由于副反应发生容量损失。但是，在用户的使用过程中，无法确保充电环境与参考测试温度相同，因此，考虑到用户充电时的充电体验，在划分第一充电保护温度区间、第二充电保护温度区间和第三充电保护温度区间时赋予了较大充电电流的控制方式更大的权重，即优选设定第一充电保护温度区间的上限温度阈值和下限温度阈值之差与所述第二充电保护温度区间的上限温度阈值和下限温度阈值之差相等，设定第三充电保护温度区间的上限温度阈值与下限温度阈值之差大于所述第二充电保护温度区间的上限温度阈值和下限温度阈值之差，即使得电阻阻值最大，充电电流最小的控制方式的出现概率更小，而电阻阻值最小，充电电流最大的控制方式出现概率更大，确保在绝大多数的环境温度条件下，可穿戴设备均可以有相对较大的充电电流，用户的体验更好。

如果不满足允许充电条件，即主芯片实时运行温度高于充电保护上限阈值（例如45℃）或者低于充电保护下限阈值（例如0℃）时，则进行主动干预中止充电，达到保护电池的功能。但此时还会出现一种情况，即主芯片实时运行温度高于充电保护上限阈值时，充电中止，此时在可穿戴设备的屏幕上将显示停止充电的标志。如果在随后的一段时间内，主芯片实时运行温度下降低于充电保护上限阈值，此时即会重新开始充电，此时在可穿戴设备的屏幕上将显示开始充电的标志，充电状态下，主芯片实时运行温度会复升并可能再一次超过充电保护上限阈值，再次进入充电中止。此种状态下可穿戴设备反复出现中止-开始-中止的充电状态，用户体验较差。为避免出现这一情况，如图5所示，在一种优选的方法中，还特别设计有以下步骤：

如果不满足充电允许条件且主芯片实时运行温度高于充电保护上限阈值，则中止充电。

中止充电时设置过温停充标志，例如在存储单元中的过温停充标志位写入过温停充标志true。

进一步按照设定周期采样主芯片实时运行温度。

判断主芯片实时运行温度是否低于充电保护上限阈值且高于复充保护阈值。在一种优选的方案中，即判断主芯片的实时运行温度是否低于45摄氏度且高于42摄氏度。

如果主芯片实时运行温度低于充电保护上限阈值且高于复充保护阈值，则读取过温停充标志。

如果读取到过温停充标志，则保持充电中止。直至主芯片实时运行温度低于复充保护阈值后恢复充电。恢复充电时清除过温停充标志，例如在存储单元中的过温停充标志位写入过温停充标志false。

如果未读取到过温停充标志，则恢复充电。

通过上述方式，当发生主芯片实时运行温度高于充电保护上限阈值且中止充电时，只有在主芯片实时运行温度低于复充保护阈值后再恢复充电，这样可以避免环境温度不变的情况下，可穿戴设备出现反复停充反复复充的现象，提高用户体验。

在可穿戴设备的使用过程中，还容易发生的一种影响用户体验的问题是，电量充满后，用户还是保持可穿戴设备和充电器的连接状态，在很长的一段时间内，均显示100%的电量。但是，如果用户将可穿戴设备与充电器分离，电池电量很快即会显示低于100%，给用户带来不好的体验。为了解决这一问题，如图6所示，在一种优选的控制方式中还设计了以下步骤：

采样电池非充电状态下的满电电压。

根据满电电压生成校正复充电压。校正复充电压基于满电电压生成，校正复充电压大于满电电压。

通过选通的充电路径为电池充电，当实时电池电压高于校正复充电压时，中止充电。

这样，确保在显示充电至100%的状态时，虽然将可穿戴设备与充电器分离，此时的实际电压高于电池的标准满电电压。在之后的一段较长的时间内，可穿戴设备所显示的电量还是100%的电量，不会造成不好的使用体验。

本发明的另一个方面提供一种可穿戴设备，采用如上述实施例所详细描述的充电控制方法。充电控制方法的详细步骤请参见上述实施例的详细描述和说明书附图的详细记载，在此不再赘述。采用上述充电控制方法的可穿戴设备可以实现同样的技术效果。

在上述实施例中，对各个实施例的描述均各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个物理空间，或者也可以分布到多个网络单元上，可以根据实际需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。