一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块及其工作方法技术

本发明专利技术公开一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块及其工作方法，电池模块包括多块完全相同的电池合成的电池组、电池板和对外接口，通过电池板上的电源管理电路进行电池模块的供电输出管理、充电管理、电量检测、电池开关的控制以及充供电路径的切换；前期高电压充电时各电池串联连接，减小了各电池的充电电流，极大地减少电池的热功耗，从而减少电池的发热，解决快速充电和发热之间矛盾，从而提高电池模块的充电速度，改善终端设备的用户体验，电池模块支持多种电压的输出，使电池的使用更加灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块及其工作方法
本专利技术涉及电子设备充电技术，尤其涉及一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块及其工作方法。
技术介绍
目前终端设备的功能越来越丰富，对电池容量的需要越来越高，因而对终端设备充电速度的要求也变得越来越高，否则会导致充电时间过长，严重影响用户体验。现有终端设备的快速充电方法基本都是采用高压充电、大电流直冲的等方式，但是都面临严重的充电发热问题。因为电池有一定的内阻存在，而快速充电时进入电池的电流比较大，内阻消耗的功耗也会比较大，导致充电效率低、电池温度上升比较快，从而引起设备的发热。为了减少设备的发热问题，对电池进行大电流充电一段时间后，必须降低充电电流，对发热进行控制，导致快速充电的持续时间有限，不能完全发挥出快速充电的优势。现有的终端设备的理电池，大部分电池的输出电压都在3～5V之间，并且输出电压单一，只能输出一种电压值，应用的灵活性不够。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块及其工作方法，提高终端设备的充电速度和效率，减少终端设备的充电时间和充电带来的设备发热问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术申请：一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块，包括由若干个电池组成的电池组，电池板和设置在电池板上的对外接口；所述电池组内部各电池的电流、输出电压和内阻一样，各电池通过电池板上的电源管理电路连接；所述电池板上的电源管理电路用于电池模块的电量检测、供电输出管理、充电管理、以及充供电路径的切换；对外接口包括电池模块输出正极、充电输入正极、电池负极、电池ID管脚、电池温度检测管脚；供电时电池板上的电源管理电路通过检测各电池电量，选择电量高的一个电池或通过切换供电路径将多个电池串联给外围系统供电；充电时通过判断各个电池的电量，优先给电量少的电池进行充电，待各个电池电量一致后切换充电路径，开启高压串联充电模式开始恒流充电过程，待完成恒流充电后，电池电量接近充满时，再切换到单路充电模式，完成各电池最后的恒压充电过程。进一步，所述电源管理电路包括电压检测模块、AD转换模块和开关控制模块；电压检测模块分别与电池组内部各电池连接，用于实时检测各电池的电压值及各电池之间的压差；AD转换模块将电压检测模块检测到的电压值转换成数字信号，并发送给开关控制模块；开关控制模块包括与电池组中单个电池数量匹配的多路开关，每个电池正极和负极分别串联有一路开关，与各电池正极串联的开关均与电池模块的输出正极和充电输入正极连接，与各电池负极串联的开关均与电池模块的电池负极连接；开关控制模块收到AD模块发送的信号后，先进行逻辑判断，然后通过控制各路开关的状态完成充供电路径的切换，实现供电输出管理和充电管理。进一步，所述对外接口中充电输入正极与电池模块输出正极共用管脚。进一步，所述电池组由2-3块电池封装在一起组成。电池模块的工作方法，充电时，检测到充电接口有输入电压后，电池板首先判断各个电池的电量是否一致，优先给电量少的电池进行充电；当各个电池电量一致后，通过切换充电路径将各电池串联连接，开启高压串联充电模式，开始快速的恒流充电过程；当完成恒流充电后，各电池电量接近充满时，切换充电路径将各电池并联连接，进入单路充电模式，完成各个电池最后的恒压充电过程；供电输出时，要求输出电压为单个电池电压时，电路板根据各个电池的电量切换供电路径选择电量最多的电池进行输出供电，供电过程中电路板对各电池电量进行判断，重新确认电量最多的电池，切换到目前电量最多的电池继续供电；要求输出电压为多个电池电压之和时，电路板通过切换供电路径将两路或者多路电池串联在一起进行供电。本专利技术具有以下有益效果：电池模块包括多块完全相同的电池合成的电池组、电池板和对外接口，通过电池板上的电源管理电路进行电池模块的供电输出管理、充电管理、电量检测、电池开关的控制以及充供电路径的切换；对电池模块进行充电时，通过电池板检测电池电量并切换电池模块充电路径，先将各电池串联连接采用高电压的方式进行充电，只需要一个较小的电流，即可获得很大的充电功率，电池电量接近充满时，再切充电路径将各电池并联进行单路充电模式，完成各电池最后的恒压充电过程；前期高电压充电时各电池串联连接，减小了各电池的充电电流，极大地减少电池的热功耗，从而减少电池的发热，充电过程中不再需要为了降低温度而降低充电电流，可以将快速充电持续更长的时间，从而提高电池模块的充电速度，解决快速充电和发热之间矛盾，改善终端设备的用户体验。供电过程中，通过电池板实时对每个电池的电量进行检测，及时进行电池切换，尽可能将各个电池的电量保持一致，避免过度放电对电池造成损害；同时通过电池板切换供电路径可以将多个电池串联向外供电，可以支持多种电压的输出，使电池的使用更加灵活。对于有OTG需求的终端设备，采用这种电池可以直接输出一个高电压，不需要外部的升压电路，极大提升OTG高压输出的效率。附图说明图1电池组内部结构图图2电池组供电过程图图3电池组充电过程图图4电池板功能结构图具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术的电池模块包括由若干个电池组成的电池组，电池板和设置在电池板上的对外接口；以锂电池模块为例，在一个锂电池模块内部含有完全相同的多块锂电池，每个内部电池的输出电压与终端设备所需电压保持一致，建议采用2-3块电池合成在一个封装内组成电池组，电池组内部各个电池的电流、输出电压和内阻完全一致，各电池对外接口统一为一组。对外接口包含电池输出正极、电池负极、电池ID管脚、电池温度检测管脚，可以单独一个充电输入正极管脚，也可以与电池输出正极共用管脚。如图2所示，电池板上的电源管理电路用来实现供电输出管理、充电管理、电量检测、电池开关的控制以及充供电路径的切换。供电时，电池板上的电源管理电路通过电量选择一个电池给外围系统供电，可以用开关完成电路的开启或关断，尽量保证各个电池的电量比较接近。电路板还可以选择其中的几个电池串联在一起进行输出，这样可以灵活地提供多种供电电压，可供外围设备选择。如图3所示，检测到充电接口有输入电压后，电池板首先判断各个电池的电量是否一致，如果某个或某几个电池的电量偏少，优先给电量少的电池进行充电。当各个电池电量一致后，开启高压串联充电模式，开始快速的恒流充电过程。当完成恒流充电后，电池电量接近充满时，再切换到单路充电模式，完成各个电池最后的恒压充电过程。如图4所示，电池板中的电源管理电路包含电压检测模块、AD转换模块和开关控制模块。电压检测模块分别与电池组内部各电池连接，即可以检测到各个内部电池的电压值，也可以检测到三组电池之间的压差。电压检测模块实时检测这几个电压值，并实时发送给AD转换模块。AD转换模块将电压检测模块检测到的电压值转换成数字信号，并发送给开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块，其特征在于：包括由若干个电池组成的电池组，电池板和设置在电池板上的对外接口；/n所述电池组内部各电池的电流、输出电压和内阻一样，各电池通过电池板上的电源管理电路连接；所述电池板上的电源管理电路用于电池模块的电量检测、供电输出管理、充电管理、以及充供电路径的切换；/n对外接口包括电池模块输出正极、充电输入正极、电池负极、电池ID管脚、电池温度检测管脚；/n供电时电池板上的电源管理电路通过检测各电池电量，选择电量高的一个电池或通过切换供电路径将多个电池串联给外围系统供电；充电时通过判断各个电池的电量，优先给电量少的电池进行充电，待各个电池电量一致后切换充电路径，开启高压串联充电模式开始恒流充电过程，待完成恒流充电后，电池电量接近充满时，再切换到单路充电模式，完成各电池最后的恒压充电过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种提升终端设备充电速率和效率的电池模块，其特征在于：包括由若干个电池组成的电池组，电池板和设置在电池板上的对外接口；
所述电池组内部各电池的电流、输出电压和内阻一样，各电池通过电池板上的电源管理电路连接；所述电池板上的电源管理电路用于电池模块的电量检测、供电输出管理、充电管理、以及充供电路径的切换；
对外接口包括电池模块输出正极、充电输入正极、电池负极、电池ID管脚、电池温度检测管脚；
供电时电池板上的电源管理电路通过检测各电池电量，选择电量高的一个电池或通过切换供电路径将多个电池串联给外围系统供电；充电时通过判断各个电池的电量，优先给电量少的电池进行充电，待各个电池电量一致后切换充电路径，开启高压串联充电模式开始恒流充电过程，待完成恒流充电后，电池电量接近充满时，再切换到单路充电模式，完成各电池最后的恒压充电过程。


2.根据权利要求1所述的提升终端设备充电速率和效率的电池模块，其特征在于：所述电源管理电路包括电压检测模块、AD转换模块和开关控制模块；
电压检测模块分别与电池组内部各电池连接，用于实时检测各电池的电压值及各电池之间的压差；AD转换模块将电压检测模块检测到的电压值转换成数字信号，并发送给开关控制模块；开关控制模块包括与电池组中单个电池数量匹配的多路开关，每个电池正极和负极分别串联有一路开关，与各电池正极串联的开关均与电池模块的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓艺，梁晓祯，戴扬，张云尧，张涵，闫军锋，赵武，张志勇，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61