本發(fā)明具體涉及一種鋰電池快速充電裝置及充電方法，屬于鋰電池充電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前鋰電產(chǎn)品在日常生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，鋰電能否快速、安全可靠地充電至關(guān)重要。

目前，鋰電池充電方式多采用先恒流充電和后恒壓的充電方式，這兩種充電方式實(shí)際中存在很大缺陷，恒壓充電不合理是因?yàn)榭沙潆婋姵貎?nèi)阻很小，恒壓充電初始電流很大,因而要降壓,到了充電后期則因電壓過低導(dǎo)致充電不足,長(zhǎng)期欠充會(huì)使充電電池內(nèi)部不能發(fā)生有效化學(xué)反應(yīng)，減低電池容量和壽命；恒流充電之所以不合理是因?yàn)槌潆婋姵爻潆娗€呈指數(shù)變化，恒流電流在充電初期小于充電電池可接受最大電流，延長(zhǎng)了充電周期,后期則超過充電電池可接受電流的能力,電能不能有效轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,多變?yōu)闊崮芟牡袅恕?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種鋰電池快速充電裝置。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種鋰電池快速充電方法。

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種鋰電池快速充電裝置，包括中央處理電路、控制電路、充電電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)及比較電路，

所述中央處理電路包括mcu中央處理器及供電電路、通信電路，電池經(jīng)低功耗電源芯片連接mcu處理器，mcu處理器的ad引腳接電流檢測(cè)及比較電路的ad_current信號(hào)；mcu處理器的ss引腳引出ss信號(hào)接控制電路，用于控制芯片的通斷控制；mcu處理器的電壓輸出引腳用于輸出恒定電壓信號(hào)，提供給電流檢測(cè)及比較電路；

所述電壓檢測(cè)電路包括相互并聯(lián)的電容c4和電阻r1，電壓檢測(cè)電路兩端分別連接mcu中央處理器的電壓檢測(cè)引腳及鋰電池，用于獲得電池電壓的ad_v_bat信號(hào)，ad_v_bat信號(hào)輸入mcu處理器的電壓檢測(cè)引腳；

所述控制電路包括主控芯片及同步整流降壓pwm控制器，主控芯片連接mcu中央處理器的主控芯片引腳；

pwm控制器包括輸出反饋引腳、芯片內(nèi)部誤差放大器輸出端和pwm比較器正相輸出端引腳、自舉腳、電源腳、軟啟動(dòng)和控制引腳、降壓穩(wěn)壓器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)引腳、驅(qū)動(dòng)充電電路高側(cè)mos管引腳、驅(qū)動(dòng)充電電路低側(cè)mos管引腳、內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出引腳；

所述充電電路為，輸入濾波電路連接mos管q1，mos管q1連接電感l(wèi)1，電感l(wèi)1連接對(duì)地輸出濾波電路，mos管q2一端接mos管q1，另一端接地，電容c12串聯(lián)電阻r12組成的吸收電路與mos管q1并聯(lián)，電容c13串聯(lián)電阻r13組成的吸收電路與mos管q2并聯(lián)，電阻r10與二極管d1并聯(lián)組成驅(qū)動(dòng)電路接控制電路mos管q1驅(qū)動(dòng)信號(hào)源，電阻r11與二極管d2并聯(lián)組成驅(qū)動(dòng)電路接控制電路mos管q1驅(qū)動(dòng)信號(hào)源；

所述電流檢測(cè)及比較電路包括依次連接的電阻r21和電阻r24連接運(yùn)放u1b的反相端，依次連接的電阻r22和電阻r25連接運(yùn)放u1b的同相端，運(yùn)放u1b的pi電路調(diào)節(jié)，運(yùn)放u1b的輸出端連接采樣電阻r14；運(yùn)放u1b的輸出端連接rc濾波電路，rc濾波電路連接運(yùn)放u1a的反相輸入端，mcu中央處理器的恒定電壓輸出引腳連接運(yùn)放u1a的同相輸入端，電阻r15、電容c22和電容c23組成運(yùn)放u1a的pi電路調(diào)節(jié)電路。

進(jìn)一步的，所述mcu中央處理器時(shí)鐘頻率為16mhz。

進(jìn)一步的，所述主控芯片為tps4000。

本發(fā)明的另一目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種鋰電池快速充電方法的實(shí)現(xiàn)包括恒流控制階段和脈沖控制階段，具體包含以下順序的步驟：

步驟1上電后，中央處理電路和各控制檢測(cè)電路得電，中央處理器根據(jù)電壓電流調(diào)理電路反饋的電池電壓閾值，決定電路進(jìn)入恒流控制階段或者脈沖控制階段；當(dāng)電池電壓閾值達(dá)到或超過閾值電壓門限時(shí)，充電電路直接進(jìn)入脈沖控制階段，否則，充電電路進(jìn)入恒流充電階段，此時(shí)充電進(jìn)入恒流區(qū)；

步驟2在恒流區(qū)，中央處理電路實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電壓，并根據(jù)濫測(cè)到地實(shí)時(shí)電流控制充電電路以恒定電流進(jìn)行恒流充電，當(dāng)電池電壓到達(dá)閾值電壓門限時(shí)，恒流充電階段結(jié)束，脈沖充電模式開始；

步驟3脈沖充電模式開始后，充電進(jìn)入脈沖區(qū)，當(dāng)電池電壓小于截止電壓門限時(shí)以恒定電流開始充電，當(dāng)電池電壓大于等于截止電壓門限時(shí)，則充電電路停止充電；充電電路間歇性地對(duì)電池以恒定電流充電，如此反復(fù)，

步驟4當(dāng)占空比低于5％至lo％之間的某一數(shù)值時(shí)，終止充電，整個(gè)工作過程結(jié)束。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1.充電速度：脈沖充電方法的充電時(shí)間基本上不受溫度變化的影響，由于加入了停充去極化措施，使得電池總是比較接近初始充電狀態(tài)，從而可以比常規(guī)充電方法大的電流對(duì)電池進(jìn)行充電，停充好像延緩了時(shí)間，但從充電整體過程而言，反倒加快了速度。而常規(guī)充電方法在同樣的溫度下，不但比脈沖充電方法充電時(shí)間長(zhǎng)，而且充電時(shí)受溫度影響較大。

2.充電發(fā)熱：1)脈沖充電方法通過充電器的合理控制，采用了間歇性的充電方式，充電電路總體發(fā)熱量比常規(guī)電路小；2)常規(guī)充電方法沒有停充去極化措施，充電過程中存在較為一定的極化現(xiàn)象，電池產(chǎn)生的熱量比脈沖充電方法大。

3.電池容量：由于脈沖充電過程停充去極化措施的引入，相同條件下比常規(guī)充電方法容量增大。

總之，由于脈沖充電方法通過停充去極化措施，較好吻合了鋰電池充電特性，取得了良好的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述一種鋰電池快速充電裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為中央處理電路的電路圖。

圖3為控制電路的電路圖。

圖4為充電電路的電路圖。

圖5為電流檢測(cè)及比較電路的電路圖。

圖6為本發(fā)明一種鋰電池充電方法效果圖。

圖7為本發(fā)明一種鋰電池充電方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明：

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

如圖1所示，一種鋰電池快速充電裝置，包括中央處理電路、控制電路、充電電路、電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)及比較電路。

中央處理電路如圖2所示，包括mcu中央處理器及供電、檢測(cè)、通信等電路。mcu中央處理器采用低功耗高性能處理器，時(shí)鐘頻率達(dá)16mhz，可實(shí)現(xiàn)快速采樣并處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制電路的高效控制。電池電壓經(jīng)低功耗電源芯片輸出3.3vdc電壓給mcu處理器供電，電池電壓經(jīng)過由c4和r1組成的rc電壓檢測(cè)電路得ad_v_bat信號(hào)，輸入mcu處理器的電壓檢測(cè)引腳20。處理器引腳14接電流調(diào)理電路ad_current信號(hào)；處理器引腳18引出ss信號(hào)接控制電路，控制控制芯片的通斷；處理器引腳12輸出恒定電壓信號(hào)，用于電流采樣調(diào)理電路的比較，由此精準(zhǔn)的控制充電電流的大小。

控制電路如圖3所示，采用tps4000系列主控芯片，一款帶同步整流的降壓pwm控制器，該控制器可驅(qū)動(dòng)外置大功率mos管，從而實(shí)現(xiàn)大功率充電。

電路中fb引腳為輸出反饋引腳，通過r5和r8電阻來調(diào)整電壓輸出反饋值，從而穩(wěn)定充電電路的電壓輸出。腳comp為芯片內(nèi)部誤差放大器輸出端和pwm比較器正相輸端。comp和fb共同補(bǔ)償控制器的電壓控制反饋回路，電阻r3,電阻r4,電阻r5電阻,電容c5,電容c6,電容c7共同組成了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。boot為自舉腳,該管腳通過電阻r6和電容c10給的充放電給mos管柵極提供驅(qū)動(dòng)電源。vdd為電源腳，接入去耦電容c9保持供電穩(wěn)定性。ss端為軟啟動(dòng)和控制引腳，對(duì)地電容c8的大小決定了軟啟動(dòng)時(shí)間，中央處理電路的mcu可通過控制ss接地來通斷充電電路工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充電的通斷。sw引腳為降壓穩(wěn)壓器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)，連接自舉電容c10。hdrv與ldrv引腳分別驅(qū)動(dòng)充電電路高側(cè)mos管和低側(cè)mos管。bp引腳為輸出旁路的內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出引腳，連接一個(gè)低esr旁路陶瓷電容器電容c11。

充電電路如圖4所示，采用同步buck變換電路,該電路采用導(dǎo)通內(nèi)阻更小的mosfet來替代肖特基二極管構(gòu)成續(xù)流回路，由于功率mosfet導(dǎo)通內(nèi)阻很低，大大降低了續(xù)流回路的損耗，功耗低，散熱小，可靠性高。具體如下：輸入直流電壓vin經(jīng)電容c14～c18組成的對(duì)地輸入濾波電路后，連接到mos管q1，q1連接電感l(wèi)1，經(jīng)電容c19～c21組成的對(duì)地輸出濾波電路給電池充電。mos管q2一端接mos管q1，另一端接地。電容c12串聯(lián)電阻r12組成的吸收電路與mos管q1并聯(lián)，電容c13加電阻r13組成的吸收電路與mos管q2并聯(lián)。電阻r10與二極管d1并聯(lián)組成驅(qū)動(dòng)電路接控制電路mos管q1驅(qū)動(dòng)信號(hào)hdv，電阻r11與二極管d2并聯(lián)組成驅(qū)動(dòng)電路接控制電路mos管q1驅(qū)動(dòng)信號(hào)ldv。

電流檢測(cè)及比較電路如圖5所示，包括充電電流檢測(cè)及差分處理電路和電流比較電路兩部分組成。檢測(cè)及差分處理電路包括依次連接的電阻r21和電阻r24,輸入運(yùn)放u1b的反相端，依次連接的電阻r22和電阻r25輸入運(yùn)放u1b的同相端，電阻r19、電阻r20和電容c27組成運(yùn)放u1b的pi電路調(diào)節(jié)，運(yùn)放u1b的輸出端經(jīng)運(yùn)入電流流經(jīng)采樣電阻r1獲得對(duì)應(yīng)采樣電壓，采樣電壓經(jīng)電阻r18和電容c26組成的rc濾波電路得電流采樣信號(hào)ad_current，該信號(hào)與mcu中央處理器產(chǎn)生的iref信號(hào)分別輸入運(yùn)放u1a的反相與同相輸入端進(jìn)行比較，得到運(yùn)入的輸出vil信號(hào)，參與到控制電路的運(yùn)算中，電阻r15、電容c22和電容c23組成運(yùn)放u1a的pi電路調(diào)節(jié)電路，完成電流比較電路的pi控制。

本發(fā)明的另一目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

如圖6、圖7所示，一種鋰電池快速充電方法的實(shí)現(xiàn)包括恒流控制階段和脈沖控制階段，具體包含以下順序的步驟：

s1.上電后，中央處理電路和各控制檢測(cè)電路得電，中央處理器根據(jù)電壓電流調(diào)理電路反饋回來的電池電壓閾值，決定電路進(jìn)入恒流控制階段或者脈沖控制階段；當(dāng)電池電壓閾值達(dá)到或超過閾值電壓門限(u1)時(shí)，充電電路直接進(jìn)入脈沖控制階段，否則，充電電路進(jìn)入恒流充電階段，此時(shí)充電進(jìn)入恒流區(qū)；

s2.在恒流區(qū)，中央處理電路實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電壓，并根據(jù)濫測(cè)到地實(shí)時(shí)電流控制充電電路以恒定電流(i1)進(jìn)行恒流充電，當(dāng)電池電壓到達(dá)閾值電壓門限(u1)時(shí)，恒流充電階段結(jié)束，脈沖充電模式開始；

s3.脈沖充電模式開始后，充電進(jìn)入脈沖區(qū)，當(dāng)電池電壓小于截止電壓門限(u2)時(shí)以恒定電流(i2)開始充電，當(dāng)電池電壓大于等于截止電壓門限(u2)時(shí)，則充電電路停止充電；充電電路間歇性地對(duì)電池以恒定電流充電，如此反復(fù)。

s4.隨著電池容量越來越滿，脈沖充電階段的每次充停時(shí)間里，充電時(shí)間越來越短，停充時(shí)間越來越長(zhǎng)，即脈沖周期越來越長(zhǎng)，占空比越來越小。當(dāng)占空比低于5％至lo％之間的某一數(shù)值時(shí)，終止充電，整個(gè)工作過程結(jié)束。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。