CN101399448A - 电池充电管理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种关机状态下的电池充电管理装置及方法，包括关机状态下充电开始管理步骤和在充满电后的充电结束管理步骤，所述充电开始管理步骤包括以下步骤：A1.在每次充满电且电源切换电路切换到断开状态后开始计时；B1.当计时时间到第一时间时，电源管理电路控制电源切换电路切换到接通状态，以将电池模块和电源接通。本发明还公开了一种电池充电管理方法。本发明使关机情况下电池充电管理变得简单，并实现关机情况下的低功耗设计。
Description
【技术领域】
本发明涉及可充电池的充电管理，尤其涉及一种在关机状态下的电池充电管理装置及方法。
【背景技术】
目前，很多设备都支持可充电池供电，例如便携超声***。可充电池在电量不足时需要自动充电，充电完成后需要自动断开充电，这就需要对电池模块配备充电管理模块。通常情况下，电池模块包括电池和电池参数输出单元，电池参数输出单元通常具有两个输出口，一个是I2C接口，可使***的CPU通过该I2C接口读取电池的电量；另一个输出口输出的是充电电流指示信号，该输出口在充电电流不为零(即电池正在充电)的情况下输出低电平，在充电电流为零(即电池已充满)的情况下输出高电平。在开机状态下，充电管理模块根据读取的电池的电量决定是否对电池进行充电。而在关机状态下，仍能根据电池的电量对充电进行管理。关机情况下充电管理的内容一般较简单，即电池电量充满后需要关闭充电，以增加电池的寿命。电池电量掉到一定值后再打开充电，以便对电池电量进行及时的补充。目前关机情况下充电管理的通常的做法是另外设置一个单片机通过电池模块7的I2C总线读取电池的电量，从而判断什么时候该打开充电，什么时候该关闭充电。
但充电管理本身有低功耗的要求，以便在关机的情况下，电池电量不会被很快的耗完。目前关机情况下充电管理通过I2C总线读取电池的电量，实现起来较复杂，一般要配合MCU(微控制单元)的软件实现，增加了硬件成本，实现起来功耗也较大。
【发明内容】
本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种电池的充电管理装置及方法，使得关机情况下不需要根据电池电量的下降量来确定充电，使电池充电管理变得简单，从而更容易实现关机情况下的低功耗设计。
为实现上述目的，本发明提供一种电池充电管理方法，包括关机状态下充电开始管理步骤和充电结束管理步骤，所述充电开始管理步骤包括以下步骤：
A1、在每次电池充满电且电源切换电路切换到断开状态后开始计时；
B1、当计时时间到第一时间时，电源管理电路控制用于连通电池模块和电源或使电池模块和电源连接断开的电源切换电路切换到接通状态，当适配器在位时，即可以充电，当适配器不在位时，使电池处于可充电状态，一旦适配器接上，即可充电。
其中，在所述步骤A1之后和步骤B1之前还进一步包括以下步骤：
检测适配器是否在位，当适配器在位时，则暂停计时；当适配器不在位时，则继续上次暂停的时间进行计时。
本发明的进一步改进是所述电池模块包括电池和用于输出电池参数的电池参数输出单元，在所述充电结束管理步骤中，所述电源管理电路根据充电电流指示信号确定是否控制电源切换电路切换到断开状态。
其中，所述充电结束管理步骤包括以下步骤：
A2、检测电池模块的电池参数输出单元输出的充电电流指示信号；
B2、检测适配器是否在位，如果适配器不在位则控制电源切换电路保持接通状态，如果适配器在位则执行步骤C2；
C2、电源管理电路根据充电电流指示信号确定是否控制电源切换电路切换到断开状态。
为实现上述目的，本发明还提供一种电池充电管理装置，包括电源管理电路和用于连通电池模块和电源或使电池模块和电源连接断开的电源切换电路，所述电源管理电路包括关机状态下充电开始管理单元和充电结束管理单元，所述充电开始管理单元和充电结束管理单元的输出端耦合到电源切换电路，所述电池充电管理装置还包括计时器，所述计时器用于在每次充满电后开始计时，并当计时时间到第一时间时向充电开始管理单元输出通知信号；所述充电开始管理单元用于在接收到计时器输出的通知信号时向电源切换电路输出第一控制信号，控制电源切换电路处于接通状态。
所述第一时间为预设固定时间；或所述第一时间为电池满电量与充电门限电量的差值除以关机状态时的单位时间耗电量所得的值，所述电池充电管理装置还包括第一时间生成单元，其用于计算所述第一时间。
其中，所述电源管理电路还包括适配器在位检测单元，其用于检测适配器是否在位，当适配器在位时，则计时器暂停计时；当适配器不在位时，则计时器继续上次暂停的时间进行计时。
本发明的有益效果是：
本发明通过在每次充电完毕后即计时，当计时到某个设定时间时即控制电源切换电路接通电源和电池以使电池开始充电。这样，本发明在关机状态下是根据耗电时间来控制是否充电，不需要再通过检测电池的电量来实现充电打开的管理，因此也就不需要另外设置处理单元(如单片机)在关机后通过电池模块的I2C总线读取电池的电量，不需要用于配合控制器件的软件，从而降低了充电管理的硬软件的复杂度和成本，使得关机情况下的电池充电管理变得简单，同时还满足了的低功耗设计的要求。
优选的方式下，第一时间可以通过计算电池在充满电后耗电至充电门限电量的时间获得。并且通过设置用于设定充电门限的设定单元，可根据用户的需要调整电池充电门限，适当减少充电次数，增加电池的寿命；通过在开机状态时读取电池的实时满电量，对电池的满电量值做出修正，可使本发明充电管理中第一时间的计算结果更加符合电池的实际使用状况。
【附图说明】
图1为本发明一种实施例的充电管理流程图；
图2为本发明另一种实施例的充电管理流程图；
图3为本发明又一种实施例的充电管理流程图；
图4为本发明实施例的充电管理装置结构框图；
图5为本发明的又一种实施例的结构框图。
【具体实施方式】
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
实施例一：
本实施例适用于对处于关机状态下的电池模块进行充电管理，电池模块包括电池和电池参数输出单元。在现有技术中，该电池模块也称为智能电池，电池参数输出单元通常采用芯片实现，负责采集并计算电池的电量、电池充电电流等电池参数，并输出高低电平信号来指示电池充电电流的有无。
请参考图4，电池充电管理装置包括电源管理电路和电源切换电路6，电源管理电路包括充电开始管理单元4、充电结束管理单元5、关机时刻充电管理单元8、设定单元1、第一时间生成单元2和计时器3，设定单元1的输出端耦合到第一时间生成单元2的输入端，第一时间生成单元2的输出端耦合到计时器3的输入端，计数器的输出端耦合到充电开始管理单元4的输入端，电池模块7的电量检测信号输出端耦合到关机时刻充电管理单元8的输入端，电池模块7的充电电流指示信号输出端耦合到充电结束管理单元5的输入端，充电开始管理单元4、充电结束管理单元5和关机时刻充电管理单元8的输出端耦合到电源切换电路6，电源切换电路6负责接通充电电源与电池模块7中的电池。
设定单元1用于预先设定电池充电门限百分比，即相比电池满容量的最大可充电量的百分值；可以是直接设定充电门限百分比，也可以是通过设定充电门限电量转换为对充电门限百分比的设定。
第一时间生成单元2用于计算第一时间n，该第一时间n＝(1—P％)N，其中，N＝Q/q，Q为电池被充满时的满电量，q为电池关机情况下电源管理电路单位时间所消耗的电量，P％为预先设定的充电门限百分比。第一时间可以根据实际情况而选择合适的单位，例如第一时间的单位可以是“天”，也可以是“小时”。
计时器3用于在每次充电完毕后开始计时，并当计时时间到第一时间n时输出通知信号至充电开始管理单元4。
关机时刻充电管理单元8用于在响应到关机信号后，输出控制信号至电源切换电路6，使电源和电池接通，电池开始充电。
充电开始管理单元4用于在接收到计时器3输出的信号时输出第一控制信号至电源切换电路6，控制电源切换电路6接通电源和电池以使电池开始充电。
充电结束管理单元5包括充电电流指示信号获取模块和第二控制信号输出模块，充电电流指示信号获取模块接收电池模块7输出的充电电流指示信号，第二控制信号输出模块用于根据充电电流指示信号确定是否输出第二控制信号至电源切换电路6，使电源切换电路6切换到断开状态，以控制电源与电池的电连接断开。
本实施例电池充电管理装置的充电管理流程请参考图1。
关机后立即充电。关机时，关机时刻充电管理单元对关机信号做出响应，输出控制信号使电源切换电路接通，即使电源和电池接通，如果适配器在位，即使电池开始充电，直到电池充满。
进入充电状态以后，充电结束管理单元中的充电电流指示信号获取模块接收由电池模块的电池参数输出单元输出的充电电流指示信号。当检测到充电电流指示信号为高电平时，判断此时充电电流为零，表示电池已充满，即向电源切换电路发送第二控制信号，控制电源切换电路切换到断开状态，以断开充电电源与电池的电连接，结束此次充电。当检测到充电电流指示信号为低电平时，表示电池还在充电，第二控制信号输出模块不输出第二控制信号。
当充满电且电源切换电路切换到断开状态后，计时器即根据时钟信号开始计时。由于电池在关机状态下会有少量的电量损失，例如供电给电源管理电路，所以电量不断下降。计时的上限是根据满电量和充电门限电量计算出的第一时间n，即电池在关机状态下工作时，电池由满电量跌至充电门限电量所耗的时间(为符合电池的使用情况，第一时间以天为单位)。当计时时间到达第一时间n时，计时器输出通知信号至电源管理电路，电源管理电路响应该信号，输出第一控制信号至电源切换电路，控制电源切换电路切换到接通状态，以接通电源和电池，电池再次进入充电状态。
电池模块在电源管理电路的控制作用下，依次处于充电、放电状态。
由于第一时间n天的定时是由计时器实现的，所以这个时间是可以设定的，即电池电量掉多少就打开充电是可以设定的。进一步地，可以让用户自己设置P的数值或者给出几个不同的数值让用户选择，以便让用户根据自己的需要来进行充电管理。用户也可以直接设定充电门限电量。例如，用户可能长时间不使用此***，就可以将P的数值设置的较小，这样可以减少用户不使用此***时的充电次数，延长电池的寿命；若用户可能要频繁使用此***，那么就应当将P的数值设置的大一些。
另外，第一时间也可以是一个预设的固定时间，可由用户根据经验设定。每次充完电后开始计时，计时到该预设的固定时间后即控制电源切换电路接通，如果适配器在位，即开始对电池进行充电。当所述第一时间为预设的固定时间时，本发明装置实施例可以不需要第一时间生成单元，本发明方法实施例中可以没有计算时间的步骤。
电源切换电路可以是电子开关、多路开关或由MOS管、三极管构成的开关器件。
实施例二：
实施例一中计时器计时时没有考虑适配器是否在位，当计时器计时到设定时间，即控制电源切换电路接通，此时如果适配器不在位，无法对电池充电，但一旦适配器插上，即可以对电池进行充电。
本实施例的充电管理装置与实施例一相比较，不同之处在于在充电开始步骤中考虑了适配器的存在，增加了适配器在位检测单元，适配器在位检测单元用于检测适配器是否在位，并向计时器输出相应的控制信号。其充电管理流程图如图2所示，当计时器计时时，检测适配器是否在位，当适配器在位时，则控制计时器暂停计时，当适配器不在位时，则控制计时器继续上次暂停的时间进行计时。在充电结束步骤中也考虑适配器的存在，当充电电流指示信号指示充电电流为零时，检测适配器是否在位，当适配器在位时，则控制电源切换电路切换到断开状态，使电池结束充电；当适配器不在位时，这种情况下，有可能是电池并未充满电，但由于适配器拔出而使充电电流指示信号指示充电电流为零，此时则控制电源切换电路仍然保持接通状态，以使适配器一旦接上时，即可继续充电。
实施例三：
本实施例的充电管理装置与实施例一、二相比较，不同之处在于关机时刻的充电管理，增加了关机时刻充电管理单元8。本实施例中的关机时刻充电管理单元8包括电池电量获取模块、判断模块和计算模块。其中，电池电量获取模块用于获取关机时电池的关机时刻电量Qs；判断模块用于将关机时刻电量Qs和预先设定的充电门限电量QCT相比较，在关机时刻电量高于充电门限电量时，输出第三控制信号，在关机时刻电量低于充电门限电量，输出第四控制信号至充电开始管理单元4；计算模块用于响应第三控制信号，计算关机时刻电量Qs下降到充电门限电量QCT的第二时间NC，所述NC＝(QS-QCT)/q；计时器3响应第三控制信号，在关机后开始计时，当计时时间达到第二时间NC时，输出通知信号至充电开始管理单元4。
相应的，与实施例一、二相比较，本实施例的充电管理方法的区别在于关机时刻的充电管理步骤。本实施例的充电管理流程请参考图3。
在关机时，关机时刻充电管理单元8响应关机信号开始工作，首先读取电池的关机时刻电量Qs；
接下来，将读取到的关机时刻电量Qs与预先设定的充电门限电量QCT相比较，判断关机时刻电量Qs与充电门限电量QCT的高低。
如果关机时刻电量低于充电门限电量，则电源管理电路控制电池开始充电，直到充满，此后按照实施例一的方式继续电池模块7充电、放电的管理。
如果关机时刻电量高于充电门限电量，进一步计算出关机时刻电量Qs下降到充电门限电量QCT的第二时间NC，NC＝(QS-QCT)/q；关机后不充电，电池模块7处于放电工作状态，计时器3同时计时，当计时时间到第二时间NC时，电源管理电路控制电池结束放电，开始充电，直到充满，此后按照实施例一的方式继续电池模块7充电、放电的管理。充电门限电量QCT同样可以根据用户的需要通过设定单元1来调整。
本实施例中的第二时间NCT还可通过查表获得，事先设计好差值-时间对照表，计算出关机时刻电量Qs和充电门限电量QCT的差值，该差值在对照表中所对应的时间即为第二时间。
本实施例中的关机时刻的充电管理步骤也可以考虑适配器的存在，即当计时器计时时，检测适配器是否在位，当适配器在位时，则控制计时器暂停计时，当适配器不在位时，则控制计时器继续计时。
本发明中，由于电池用久后电池总电量Q会下降，而关机时电源管理电路每天消耗的电量q是不变的，故对第一时间n计算第一时间n时所要用到的电池总电量参数Q进行适当的修正，将能达到更佳的效果。如电池总电量下降到Q’，则满电池关机时可以维持放电工作Q’/q＝N’天。如果设定P％为充电门限百分比，则有n’＝(1—P％)N’，从而可以计算出n’，即对打开充电的第一时间n进行了调整，更加符合电池的使用状态。
具体地，可以在执行关机充电管理之前按照如下步骤来修正：
a.在开机状态下，当电池充满电后读取电池的实时满电量；
b.根据实时满电量计算所述第一时间n。
如图5所示是本实施例电路框图，优选低功耗CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)来实现电源管理电路。其中设备中的时钟可作为计时器，由于本发明的充电管理中计时器3计时的时间较长，一般以天来计时，所以在满足其它功能的情况下，CPLD时序逻辑所用的时钟优选尽可能慢速的时钟，这样计时即可以节约CPLD的资源，又对降低功耗有利。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (17)
1.电池充电管理装置，包括电源管理电路和用于连通电池模块和电源或使电池模块和电源连接断开的电源切换电路(6)，所述电源管理电路包括关机状态下充电开始管理单元(4)和充电结束管理单元(5)，所述充电开始管理单元(4)和充电结束管理单元(5)的输出端耦合到电源切换电路(6)，其特征在于：所述电池充电管理装置还包括计时器(3)，所述计时器(3)用于在每次充满电后开始计时，并当计时时间到第一时间时向充电开始管理单元(4)输出通知信号；所述充电开始管理单元(4)用于在接收到计时器(3)输出的通知信号时向电源切换电路(6)输出第一控制信号，控制电源切换电路(6)处于接通状态。
2.如权利要求1所述的电池充电管理装置，其特征在于：所述第一时间为预设固定时间；或所述第一时间为电池满电量与充电门限电量的差值除以关机状态时的单位时间耗电量所得的值，所述电池充电管理装置还包括第一时间生成单元，其用于计算所述第一时间。
3.如权利要求2所述的电池充电管理装置，其特征在于：所述电源管理电路还包括适配器在位检测单元，其用于检测适配器是否在位，当适配器在位时，则计时器暂停计时；当适配器不在位时，则计时器继续上次暂停的时间进行计时。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电池充电管理装置，其特征在于：还包括关机时刻充电管理单元(8)，所述关机时刻充电管理单元(8)的输出端耦合到电源切换电路(6)，用于在响应到关机信号后，向电源切换电路(6)输出用于控制电源切换电路(6)处于接通状态的控制信号。
5.如权利要求1至3中任一项所述的电池充电管理装置，其特征在于：还包括关机时刻充电管理单元(8)，所述关机时刻充电管理单元(8)包括：
电池电量获取模块，用于获取关机时电池模块的关机时刻电量；
判断模块，用于将关机时刻电量和预先设定的充电门限电量相比较，在关机时刻电量高于充电门限电量时，输出第三控制信号；在关机时刻电量低于充电门限电量，向充电开始管理单元(4)输出第四控制信号，使充电开始管理单元(4)输出第一控制信号，控制电源切换电路(6)处于接通状态；
计算模块，用于响应第三控制信号，计算关机时刻电量下降到充电门限电量的第二时间，所述第二时间为关机时刻电量与充电门限电量的差值除以关机状态时的单位时间耗电量所得的值；
所述计时器(3)响应第三控制信号，在关机后开始计时，当计时时间达到第二时间时，输出通知信号至充电开始管理单元(4)，所述充电开始管理单元(4)在接收到计时器(3)输出的通知信号时向电源切换电路(6)输出第一控制信号，控制电源切换电路(6)处于接通状态。
6.电池充电管理方法，包括关机状态下充电开始管理步骤和充电结束管理步骤，其特征在于：所述充电开始管理步骤包括以下步骤：
A1、在每次电池充满电且电源切换电路切换到断开状态后开始计时；
B1、当计时时间到第一时间时，电源管理电路控制用于连通电池模块和电源或使电池模块和电源连接断开的电源切换电路切换到接通状态。
7.如权利要求6所述的电池充电管理方法，其特征在于：所述第一时间为预设固定时间。
8.如权利要求6所述的电池充电管理方法，其特征在于：所述第一时间的单位是天。
9.如权利要求6所述的电池充电管理方法，其特征在于：所述第一时间由用户预先选择的充电门限电量计算得到，具体为电池满电量与充电门限电量的差值除以关机状态时的单位时间耗电量所得的值。
10.如权利要求9所述的电池充电管理方法，其特征在于：所述电池满电量选自于电池的额定满电量、用户预设的满电量和在开机状态下获取的电池的实际满电量中的任一个。
11.如权利要求6所述的电池充电管理方法，其特征在于：在所述步骤A1之后和步骤B1之前还包括以下步骤：
检测适配器是否在位，当适配器在位时，则暂停计时；当适配器不在位时，则继续上次暂停的时间进行计时。
12.如权利要求6至11中任一项所述的电池充电管理方法，其特征在于：所述电池模块包括电池和用于输出电池参数的电池参数输出单元，在所述充电结束管理步骤中，所述电源管理电路根据充电电流指示信号确定是否控制电源切换电路切换到断开状态。
13.如权利要求12所述的电池充电管理方法，其特征在于：所述充电结束管理步骤包括以下步骤：
A2、检测电池模块的电池参数输出单元输出的充电电流指示信号；
B2、检测适配器是否在位，如果适配器不在位则控制电源切换电路保持接通状态，如果适配器在位则执行步骤C2；
C2、电源管理电路根据充电电流指示信号确定是否控制电源切换电路切换到断开状态。
14.如权利要求6至13中任一项所述的电池充电管理方法，其特征在于：还包括以下步骤：在每次关机时电源管理电路控制电源切换电路切换到接通状态。
15.如权利要求6至13中任一项所述的电池充电管理方法，其特征在于在每次关机时还包括以下步骤：
A3、在关机时读取电池模块的关机时刻电量；
B3、电源管理电路将关机时刻电量和预先设定的充电门限电量相比较，如果关机时刻电量高于充电门限电量，则控制电源切换电路处于断开状态，且执行步骤C3；如果关机时刻电量低于充电门限电量，则电源管理电路控制电源切换电路处于接通状态；
C3、计算关机时刻电量下降到充电门限电量的第二时间，所述第二时间由关机时刻电量和充电门限电量的差值确定；
D3、计时器在关机后开始计时；
E3、当计时时间到第二时间时，电源管理电路控制电源切换电路切换到接通状态。
16.如权利要求15所述的电池充电管理方法，其特征在于：所述第二时间为关机时刻电量与充电门限电量的差值除以关机状态时的单位时间耗电量所得的值；或所述第二时间为关机时刻电量与充电门限电量的差值在差值-时间对照表中所对应的时间。
17.如权利要求15所述的电池充电管理方法，其特征在于：在所述步骤D3之后和步骤E3之前还包括以下步骤：
检测适配器是否在位，当适配器在位时，则暂停计时；当适配器不在位时，则继续上次暂停的时间进行计时。
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