快速充电设备及方法
【专利摘要】本发明主要解决的技术问题是提供一种快速充电设备及方法，该快速充电设备包括处理芯片、充电芯片以及电池，处理芯片用于：在恒流充电阶段控制充电芯片以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压对电池进行充电，并在恒压充电阶段控制充电芯片以逐级递减的第三充电电压对电池进行充电，且在第三充电压递减至满充电压时，控制充电芯片维持以满充电压对电池进行充电，直至电池充满。通过以上技术方案，能够避免电池在充电过程中过早的进入恒压充电阶段，并使得恒压充电阶段充电电压尽可能地接近满充电压，从而缩短充电时间。
【专利说明】
快速充电设备及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种快速充电设备及方法。
【背景技术】
[0002]随着智能手机的普及和用户对手机使用续航时间需求的提高，在受限于锂离子电池技术无法取得突破，不能做到具有大能量密度的情况下，智能手机电池快速充电技术得以迅速普及。
[0003]快充技术大致有三种，即高通的Quick Charge(快速充电)版(如QC2.0、QC3.0)，MTK的Pump Express和Pump Express plus，0ΡΡ0的VOOC闪充技术。
[0004]这三种快充技术本质上都是提高恒流充电阶段的充电电流，由于充电电流较大，充电路径上的线损也较大，导致充电较早的进入恒压充电阶段，恒压充电时间较长，但是充入的电量较少。
[0005]具体可参见图1，图1为现有技术的电池充电过程不意图，在图1中，横坐标代表时间轴，纵坐标代表充电芯片输出的充电电压和充电电流，较粗的实线段表示充电电流，较细的实线段表示充电电压，在现有技术中，假设Vbat为电池的实时电压，且电池的满充电压是V3 = 4.2V，由充电芯片对电池进行充电，由于电池本身特性所致，电池充电一般分为图1所示的三个阶段:
[0006]预充阶段Tl: Vbat〈3.2V，充电芯片输出至电池的充电电流Il为0.1C，输出至电池充电电压Vl = 3.2?3.6V。
[0007]恒流充电阶段Τ2:3.2V〈Vbat〈4.2￥，充电电流12为0.4(:?1.5(:(取其中一固定值)，充电电压V2逐渐增大至满充电压V3，恒流充电阶段的持续时间较短，约占总充电时间的百分之二十至百分之三十，且充入的电量较多。
[0008]恒压充电阶段T3:充电电压为满充电压V3 = 4.2V，充电电流13逐渐减少，当充电电流13达到0.05C?0.1C(取其中一固定值)时，电池充满，恒压充电阶段持续时间较长，约占总充电时间的百分之七十至百分之八十，充入的电量较少。
[0009]但在现有技术中，由于恒流充电阶段的充电电流12最大，包括电池内阻及充电线路的充电路径本身存在有内阻，因此根据等式U=I*R(U为充电路径的压降，I为充电电流，R为内阻)可知，整个充电路径损耗的压降U较大，此时充电芯片在恒流充电阶段输出的充电电压V2中有很大一部分是作为U被充电路径所损耗，因此电池实际获得的充电电压是V2-U。
[0010]因此，由于压降U的存在，充电芯片在恒流充电阶段实际输出的充电电压未到达满充电压V3 = 4.2V时即进入恒流充电阶段，从而使得充电过程较早的进入恒压充电阶段，在恒压充电阶段中，充电器充电电压实质上等于V3-U’，充电电流逐渐减少，其中U’为内阻R与充电电流相乘的结果，直至电池充满。
[0011]在现有技术中，由于线损U导致充电过程过早进入恒压充电阶段，且恒压充电阶段的输入电压并不是满充电压，导致恒压充电阶段所需时间变得更长，因此，由于以上原因，在现有技术中，总的充电时间与理想充电状态相比会变长。
[0012]综上所述，有必要提供一种快速充电设备及方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0013]本发明主要解决的技术问题是提供一种快速充电设备及方法，能够避免电池在充电过程中过早的进入恒压充电阶段，并使得恒压充电阶段充电电压尽可能地接近满充电压，从而缩短充电时间。
[0014]为解决上述技术问题，本发明提供一种快速充电设备，包括处理芯片、充电芯片以及电池，处理芯片与充电芯片连接，充电芯片与电池连接，并且充电芯片从外部充电器获取充电电压并转换成对应的充电电压和充电电流以对电池进行充电，处理芯片，用于:在恒流充电阶段控制充电芯片以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压对电池进行充电，其中第二充电电压在恒流充电阶段逐渐增大至大于电池的满充电压一预定电压值，并在恒压充电阶段控制充电芯片以逐级递减的第三充电电压对电池进行充电，且在第三充电压递减至满充电压时，控制充电芯片维持以满充电压对电池进行充电，直至电池充满，其中第二充电电压的最大值与第三充电电压的最小值相等。
[0015]其中，处理芯片在预充阶段控制充电芯片以具有第一固定电流值的第一充电电流和线性变化且逐渐增大的第一充电电压对电池进行充电，其中第一充电电压的最大值与第二充电电压的最小值相等。
[0016]其中，处理芯片在恒流充电阶段同步控制充电芯片以具有第二固定电流值的第二充电电流对电池进行充电，其中第二固定电流值大于第一固定电流值。
[0017]其中，预定电压值为充电线路的内阻与第二充电电流相乘所得结果。
[0018]其中，第三充电电压以相等或不等的电压值逐级递减。
[0019]本发明进一步提供一种快速充电方法，包括:在恒流充电阶段控制充电芯片以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压对电池进行充电，其中第二充电电压在恒流充电阶段逐渐增大至大于电池的满充电压一预定电压值;在恒压充电阶段控制充电芯片以逐级递减的第三充电电压对电池进行充电；在第三充电压递减至满充电压时，控制充电芯片维持以满充电压对电池进行充电，直至电池充满，其中第二充电电压的最大值与第三充电电压的最小值相等。
[0020]其中，在恒流充电阶段控制充电芯片以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压对电池进行充电的步骤之前，该方法还包括:在预充阶段控制充电芯片以具有第一固定电流值的第一充电电流和线性变化且逐渐增大的第一充电电压对电池进行充电，其中第一充电电压的最大值与第二充电电压的最小值相等。
[0021]其中，在恒压充电阶段控制充电芯片以逐级递减的第三充电电压对电池进行充电的步骤还包括:在恒流充电阶段同步控制充电芯片以具有第二固定电流值的第二充电电流对电池进行充电，其中第二固定电流值大于第一固定电流值。
[0022]其中，预定电压值为充电线路的内阻与第二充电电流相乘所得结果。
[0023]其中，第三充电电压以相等或不等的电压值逐级递减。
[0024]本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明的快速充电设备及方法通过在恒流充电阶段对线损的压降值进行补偿，并在恒压充电阶段将充电电压分级递减至满充电压，能够避免电池在充电过程中过早的进入恒压充电阶段，并使得恒压充电阶段除去线损电压外的充电电压尽可能地接近满充电压，从而缩短充电时间。
【附图说明】
[0025]图1为现有技术的电池充电过程示意图；
[0026]图2是根据本发明实施例的快速充电设备的装置结构示意图；
[0027]图3是根据本发明实施例的充电芯片对电池进行充电的充电过程示意图；
[0028]图4是现有技术与本发明的充电过程对照图；
[0029]图5是根据本发明实施例的快速充电方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
[0031]首先请参见图2，图2是根据本发明实施例的快速充电设备的装置结构示意图，如图2所示，本发明所揭示的快速充电设备I包括处理芯片30、充电芯片20以及电池40，处理芯片30与充电芯片20连接，充电芯片20与电池40连接，并且充电芯片20从外部充电器10获取充电电压并转换成对应的充电电压和充电电流以对电池40进行充电，处理芯片30可控制充电芯片20对电池40进行充电。
[0032]具体地，可结合图3进行参考，图3是根据本发明实施例的充电芯片对电池进行充电的充电过程示意图。与图1类似，在图3中，横坐标代表时间轴，纵坐标同时代表充电芯片输出的充电电压和充电电流，较粗的实线段表示充电电流，较细的实线段表示充电电压。
[0033]如图3所示，处理芯片30可在预充阶段Tl控制充电芯片20以具有第一固定电流值的第一充电电流Il和线性变化且逐渐增大的第一充电电压Vl对电池40进行充电，
[0034]处理芯片30可在恒流充电阶段T2控制充电芯片20以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压V2，对电池40进行充电，其中第二充电电压V2，在恒流充电阶段T2逐渐增大至大于电池40的满充电压V3—预定电压值，第一充电电压Vl的最大值与第二充电电压V2’的最小值相等;处理芯片30同步控制充电芯片20以具有第二固定电流值的第二充电电流12对电池40进行充电，其中第二固定电流值大于第一固定电流值。
[0035]优选地，预定电压值为充电线路的内阻与第二充电电流12相乘所得结果。
[0036]然而，在实际应用中，充电线路的内阻若不能获得，可以适当地将预定电压值设置为满充电压V3的2%至15%之间(根据实际需要选取)，虽然不能精确地体现充电线路的内阻在恒流充电过程中产生线路损耗压降，但也能在一定程度上对线路损耗压降进行补偿，从而达到类似的技术效果。
[0037]处理芯片30可在恒压充电阶段控制充电芯片20以逐级递减的第三充电电压V3’对电池40进行充电，且在第三充电电压V3’递减至满充电压V3时，控制充电芯片20维持以满充电压V3对电池40进行充电，直至电池40充满，其中第二充电电压V2’的最大值与第三充电电压V3’的最小值相等。
[0038]具体而言，第三充电电压V3’可以相等或不等的电压值逐级递减。由于在恒压充电过程中，基于电池特性，第三充电电流13’是递减的，因此充电线路的内阻在恒压充电过程中产生的线路损耗压降受第三充电电流13’影响也不是一个固定值，故本发明实施例利用充电芯片20对电池40输入逐级递减第三充电电压V3’直至与满充电压V3相等，从而在恒压充电阶段针对线路损耗压降进行动态补偿，使得在恒压充电阶段充电芯片20输出的第三充电电压V3’在经过线路损耗之后也可以与满充电压V3动态接近，从而令恒压充电阶段相对于现有技术(如图1所示)所花费的充电时间更短。
[0039]为了便于理解，请进一步参见图4，图4是现有技术与本发明的充电过程对照图，如图4所示，由于在恒流充电阶段T2和恒压充电阶段均对线路损耗进行电压补偿，因此使得本发明的恒流充电阶段T2相对于现有技术得以延长，且使得本发明的恒压充电阶段相对于现有技术得以缩短，由于电池40本身特性所致，恒压充电阶段会占总充电时间的百分之七十至八十，恒流充电阶段T2会占总充电时间的百分之二十至三十(图4为了清楚起见，并没有体现该比例关系，但在图4中，T3应该远大于T2，且T3’应远大于T2’)。故采用本发明技术方案之后，能够使得充入电量较多的恒流充电阶段T2得以延长，并使得充入电量较少的恒压充电阶段得以缩短，从而提高充电效率，缩短充电时间。
[0040]因此，基于以上公开的技术方案，本发明的快速充电设备I通过在恒流充电阶段T2对线损的压降值进行补偿，并在恒压充电阶段将充电电压分级递减至满充电压V3，能够避免电池40在充电过程中过早的进入恒压充电阶段，并使得恒压充电阶段除去线损电压外的充电电压尽可能地接近满充电压V3，从而缩短充电时间。
[0041]以下请参见图5，本发明实施例进一步提供一种快速充电方法，图5是根据本发明实施例的快速充电方法的流程图，如图4所示，该方法包括:
[0042]步骤SlOl:在预充阶段Tl控制充电芯片20以具有第一固定电流值的第一充电电流Il和线性变化且逐渐增大的第一充电电压Vl对电池40进行充电，其中第一充电电压Vl的最大值与第二充电电压V2’的最小值相等。
[0043]步骤S102:在恒流充电阶段T2控制充电芯片20以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压V2’对电池40进行充电，其中第二充电电压V2’在恒流充电阶段T2逐渐增大至大于电池40的满充电压V3—预定电压值。
[0044]优选地，预定电压值为充电线路的内阻与第二充电电流12相乘所得结果。
[0045]步骤S103:在恒压充电阶段控制充电芯片20以逐级递减的第三充电电压V3’对电池40进行充电，并同步控制充电芯片20以具有第二固定电流值的第二充电电流12对电池40进行充电，其中第二固定电流值大于第一固定电流值。
[0046]步骤S104:在第三充电压递减至满充电压V3时，控制充电芯片20维持以满充电压V3对电池40进行充电，直至电池40充满，其中第二充电电压V2’的最大值与第三充电电压V3’的最小值相等。
[0047]优选地，第三充电电压V3’可以相等或不等的电压值逐级递减。
[0048]因此，基于以上公开的技术方案，本发明的快速充电方法通过在恒流充电阶段T2对线损的压降值进行补偿，并在恒压充电阶段将充电电压分级递减至满充电压V3，能够避免电池40在充电过程中过早的进入恒压充电阶段，并使得恒压充电阶段除去线损电压外的充电电压尽可能地接近满充电压V3，从而缩短充电时间。
[0049]值得注意的是上述的电池优选为锂离子电池，当然也可以为锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、或铅酸电池。
[0050]以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种快速充电设备，其特征在于，包括处理芯片、充电芯片以及电池，所述处理芯片与所述充电芯片连接，所述充电芯片与所述电池连接，并且所述充电芯片从外部充电器获取充电电压并转换成对应的充电电压和充电电流以对所述电池进行充电，所述处理芯片，用于: 在恒流充电阶段控制所述充电芯片以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压对电池进行充电，其中所述第二充电电压在所述恒流充电阶段逐渐增大至大于所述电池的满充电压一预定电压值，并在恒压充电阶段控制所述充电芯片以逐级递减的第三充电电压对所述电池进行充电，且在所述第三充电压递减至所述满充电压时，控制所述充电芯片维持以所述满充电压对所述电池进行充电，直至所述电池充满，其中所述第二充电电压的最大值与所述第三充电电压的最小值相等。2.根据权利要求1所述的快速充电设备，其特征在于，所述处理芯片在预充阶段控制所述充电芯片以具有第一固定电流值的第一充电电流和线性变化且逐渐增大的第一充电电压对所述电池进行充电，其中所述第一充电电压的最大值与所述第二充电电压的最小值相等。3.根据权利要求2所述的快速充电设备，其特征在于，所述处理芯片在所述恒流充电阶段同步控制所述充电芯片以具有第二固定电流值的第二充电电流对所述电池进行充电，其中所述第二固定电流值大于所述第一固定电流值。4.根据权利要求3所述的快速充电设备，其特征在于，所述预定电压值为充电线路的内阻与所述第二充电电流相乘所得结果。5.根据权利要求1所述的快速充电设备，其特征在于，所述第三充电电压以相等或不等的电压值逐级递减。6.一种快速充电方法，其特征在于，包括: 在恒流充电阶段控制所述充电芯片以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压对电池进行充电，其中所述第二充电电压在所述恒流充电阶段逐渐增大至大于所述电池的满充电压一预定电压值； 在恒压充电阶段控制所述充电芯片以逐级递减的第三充电电压对所述电池进行充电； 在所述第三充电压递减至所述满充电压时，控制所述充电芯片维持以所述满充电压对所述电池进行充电，直至所述电池充满，其中所述第二充电电压的最大值与所述第三充电电压的最小值相等。7.根据权利要求6所述的快速充电方法，其特征在于，所述在恒流充电阶段控制所述充电芯片以曲线变化且逐渐增大的第二充电电压对电池进行充电的步骤之前，所述方法还包括: 在预充阶段控制所述充电芯片以具有第一固定电流值的第一充电电流和线性变化且逐渐增大的第一充电电压对所述电池进行充电，其中所述第一充电电压的最大值与所述第二充电电压的最小值相等。8.根据权利要求7所述的快速充电方法，其特征在于，所述在恒压充电阶段控制所述充电芯片以逐级递减的第三充电电压对所述电池进行充电的步骤还包括: 在所述恒流充电阶段同步控制所述充电芯片以具有第二固定电流值的第二充电电流对所述电池进行充电，其中所述第二固定电流值大于所述第一固定电流值。9.根据权利要求8所述的快速充电方法，其特征在于，所述预定电压值为充电线路的内阻与所述第二充电电流相乘所得结果。10.根据权利要求6所述的快速充电方法，其特征在于，所述第三充电电压以相等或不等的电压值逐级递减。
【文档编号】H01M10/44GK106026269SQ201610482369
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】李新, 王晨, 倪漫利
【申请人】深圳天珑无线科技有限公司