电池充电装置及电池充电方法与流程

本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种电池充电装置及电池充电方法。

背景技术：

近年来，各种便携式的电子产品成为市场上的热门，如手机、数位相机、个人数字助理(pda)，笔记型电脑等产品均朝向无线化、可便携式方向发展，对于产品的各元件也往轻、薄、短、小、高性能的目标迈进，因此对于体积小、重量轻、能量密度高的二次电池需求相当迫切。

小型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池及锂电池，在防止镉污染的环保需求下，镍镉电池慢慢被取代已成趋势。镍氢电池虽无环保问题，但是能量密度低，高温特性差及少许记忆效应等缺点，在电子产品应用上，已经逐渐被锂离子电池所取代，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、重量轻、寿命长及环保等特点，已成为二次电池中的主流产品。

常用的锂电池通常采用锂离子和脱嵌碳材料代替纯锂作为负极，正极采用锂化合物，电解质由混合电解液制成。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极，而作为负极的碳材料呈层状结构，具有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中。

如图1所示，为现有的一种电池充电系统，包括：充电器101、与所述充电器101通过充电信号线103连接的锂电池102，充电信号线103传输电压及电流到锂电池中，所述充电器101一般采用恒定电压和恒定电流的方式对锂电池102进行充电，无法根据锂电池102当前电量大小对充电器101的输出电压和输出电流实时调整，因而无法在锂电池102电量较低时快速对其进行充电，同时在锂电池102电量较高时由于仍采用同样的电压和电流进行充电造成电能的浪费，且会降低锂电池102的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池充电装置，使充电器根据电池的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池快速充电机延长电池使用寿命的目的。

本发明的目的还在于提供一种电池充电方法，使充电器根据电池的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池快速充电及延长电池使用寿命的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种电池充电装置，用于对电池充电，所述电池充电装置包括：与所述电池电性连接的充电器、与所述电池电性连接的电压及电量侦测模块、及与所述电压及电量侦测模块及充电器均电性连接的pwm信号产生器；

所述电压及电量侦测模块用于侦测电池的电压及电量，并将侦测结果传输至pwm信号产生器；

所述pwm信号产生器用于根据电池的电压及电量产生对应的控制信号输出至充电器；

所述充电器用于根据pwm信号产生器传输的控制信号调整输出电压及输出电流对电池进行充电。

所述pwm信号产生器在电池的电量小于第一电量时，产生高电平信号并输出至充电器，所述充电器根据该高电平信号输出最大充电电压及最大充电电流对电池充电；

所述pwm信号产生器在电池的电量大于第二电量且电池的电压等于电池的最大电压时，产生频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器，所述充电器根据该频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号输出电压值恒定的输出电压、及电流值逐渐减小的输出电流；

所述pwm信号产生器在电池电量大于等于第一电量，且电池电量小于等于第二电量或电池电压小于电池的最大电压时，产生占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器，所述充电器根据该占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号输出电流值恒定的输出电流、及电压值逐渐减小的输出电压；

其中，所述第一电量小于第二电量，所述第二电量小于电池的最大电量。

所述pwm信号产生器在电池电量大于等于第一电量，且电池电量小于等于第二电量或电池电压小于电池的最大电压时，产生占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号并输出至充电器，所述充电器根据该占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号，输出第一电流，且输出第一电压并逐渐变化至第二电压；

所述第一占空比小于1；所述第一电流小于充电器的最大充电电流；所述第二频率小于第一频率，所述第二电压小于第一电压；

所述pwm信号产生器在电池的电量大于第二电量且电池的电压等于电池的最大电压时，产生频率保持为第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号并输出至充电器，所述充电器根据该频率保持为第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号，输出第二电压，且输出第一电流并逐渐变化至第二电流；

所述第二占空比小于第一占空比，所述第二电流小于第一电流。

所述第一电流与充电器的最大充电电流的比例为1:2；所述第二电流与充电器的最大充电电流的比例为1:10；

所述第一频率为20khz，所述第二频率为10khz；

所述第一电压与充电器的最大充电电压的比例为1:1；第二电压与充电器的最大充电电压的比例为1:2；

所述第二电量与电池最大电量的比例为9:10；所述第一电量与电池最大电量的比例范围为1:10-1:2。

所述充电器具有与pwm信号产生器电性连接的输出电压控制模块、及输出电流控制模块；

所述电池为锂电池。

本发明还提供一种电池充电方法，应用上述电池充电装置，包括如下步骤：

步骤s1、电压及电量侦测模块对电池的电压及电量进行侦测，并将侦测结果传输至pwm信号产生器；

步骤s2、所述pwm信号产生器根据电池的电压及电量产生对应的控制信号并输出至充电器；

步骤s3、所述充电器根据pwm信号产生器传输的控制信号调整输出电压及输出电流对电池进行充电。

所述步骤s2具体包括：

步骤s21、定义电池的第一电量、及第二电量，所述第二电量小于电池的最大电量，所述第一电量小于第二电量且大于0；

步骤s22、若电池的电量小于第一电量则进入步骤s23，若电池的电量大于第二电量且电池的电压等于电池的最大电压时进入步骤s25，否则进入步骤s24；

步骤s23、进入第一充电模式，所述pwm信号产生器产生高电平信号输入至充电器，所述充电器对应输出最大充电电压及最大充电电流对电池进行充电，所述电压及电量侦测模块同步对电池的电压及电量进行侦测，当电池的电量大于等于第一电量时进入步骤s24；

步骤s24、进入第二充电模式，所述pwm信号产生器产生占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器，所述充电器根据该占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号输出电流值恒定的输出电流、及电压值逐渐减小的输出电压对电池进行充电，所述电压及电量侦测模块同步对电池的电压及电量进行侦测，当电池的电量大于第二电量且电池的电压等于电池的最大电压时进入步骤s25；

步骤s25、进入第三充电模式，所述pwm信号产生器产生频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器，所述充电器根据该频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号输出电压值恒定的输出电压、及电流值逐渐减小的输出电流对电池进行充电。

所述步骤s24具体为：所述pwm信号产生器产生占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号并传输至充电器，所述充电器根据该占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号，输出第一电流，且输出第一电压并逐渐变化至第二电压，对所述电池进行充电；

所述第一占空比小于1；所述第一电流小于充电器的最大充电电流；所述第二频率小于第一频率，所述第二电压小于第一电压；

所述步骤s25具体为：所述pwm信号产生器产生频率保持为第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号并传输至充电器，所述充电器根据该频率保持第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号，输出第二电压，且输出第一电流并逐渐变化至第二电流，对电池进行充电；

所述第二占空比小于第一占空比，所述第二电流小于第一电流。

本发明的有益效果：本发明的电池充电装置，该电池充电装置包括与电池电性连接的充电器、与电池电性连接的电压及电量侦测模块、及与电压及电量侦测模块及充电器均电性连接的pwm信号产生器，在对电池进行充电时，电压及电量侦测模块侦测电池的电压及电量，并将侦测结果传输至pwm信号产生器，pwm信号产生器根据电池的电压及电量产生对应的控制信号输出至充电器，充电器根据pwm信号产生器传输的控制信号调整输出电压及输出电流对电池进行充电，使充电器根据电池的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池快速充电及延长电池使用寿命的目的。本发明的电池充电方法，能够使充电器根据电池的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池快速充电及延长电池使用寿命的目的。

附图说明

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图中，

图1为现有的电池充电系统的示意图；

图2为本发明的电池充电方法的流程图；

图3为本发明的电池充电装置的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图3，本发明提供一种电池充电装置，用于为电池2充电，所述电池充电装置包括：与所述电池2电性连接的充电器1、与所述电池2电性连接的电压及电量侦测模块3、及与所述电压及电量侦测模块3及充电器1均电性连接的脉冲宽频调制(pwm)信号产生器4；

所述电压及电量侦测模块3用于侦测电池2的电压及电量，并将侦测结果传输至pwm信号产生器4；

所述pwm信号产生器4用于根据电池2的电压及电量产生对应的控制信号输出至充电器1；

所述充电器1用于根据pwm信号产生器4传输的控制信号调整输出电压及输出电流对电池2进行充电。

具体地，所述充电器1具有与pwm信号产生器4电性连接的输出电压控制模块11、及输出电流控制模块12。

具体地，所述电池2为锂电池。

需要说明的是，本发明中pwm信号产生器4根据电池2的电压及电量的大小，产生对应的控制信号，充电器1根据pwm信号产生器4传输的控制信号的频率(frequency)及占空比(duty)的具体数值对应改变其输出的输出电压和输出电流，因此可通过对电池2的电压及电量进行侦测，使pwm信号产生器4对应产生控制信号输出至充电器1，充电器1根据电池2的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池2快速充电及延长电池2使用寿命的目的。

具体地，定义电池2的第一电量、及第二电量，所述第二电量小于电池2的最大电量，所述第一电量小于第二电量且大于0；

在电池2的电量小于第一电量时，此时电池2的电量较小，需要进行快速充电，通过使所述pwm信号产生器4产生高电平信号并输出至充电器1，所述充电器1根据该高电平信号输出最大充电电压及最大充电电流为电池2充电，达到对电池2快速充电的目的；

在电池2的电量大于第二电量且电池2的电压等于电池2的最大电压时，此时电池2的电压无法再增大，而电池2的电量并没有充满，通过使所述pwm信号产生器4产生频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器1，所述充电器1根据该频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号输出电压值恒定的输出电压、及电流值逐渐减小的输出电流，利用小电流为电池2进行充电，可延长电池2使用寿命；

在电池2的电量大于等于第一电量，且电池2电量小于等于第二电量或电池电压小于电池的最大电压时，通过使pwm信号产生器4产生占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器1，所述充电器1根据该占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号输出电流值恒定的输出电流、及电压值逐渐减小的输出电压对电池2进行充电。

进一步地，所述pwm信号产生器4在电池2电量大于等于第一电量，且电池2电量小于等于第二电量或电池2电压小于电池的最大电压时，产生占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号并输出至充电器1，所述充电器1根据该占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号，输出第一电流，且输出第一电压并逐渐变化至第二电压；

所述第一占空比小于1；所述第一电流小于充电器1的最大充电电流；所述第二频率小于第一频率，第二电压小于第一电压；

所述pwm信号产生器4在电池2的电量大于第二电量且电池2的电压等于电池2的最大电压时，产生频率保持为第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号并输出至充电器1，所述充电器1根据该频率保持为第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号，输出第二电压，且输出第一电流并逐渐变化至第二电流；

所述第二占空比小于第一占空比，所述第二电流小于第一电流。

优选地，所述第一电流与充电器1的最大充电电流的比例为1:2；所述第二电流与充电器1的最大充电电流的比例为1:10；

所述第一频率为20khz，所述第二频率为10khz；

所述第一电压与充电器1的最大充电电压的比例为1:1；第二电压与充电器1的最大充电电压的比例为1:2；

具体地，所述第二电量与电池2最大电量的比例为9:10；所述第一电量与电池2最大电量的比例范围为1:10-1:2。

请参阅图2，本发明还提供一种应用上述电池充电装置的电池充电方法，包括如下步骤：

步骤s1、电压及电量侦测模块3对电池2的电压及电量进行侦测，并将侦测结果传输至pwm信号产生器4。

步骤s2、所述pwm信号产生器4根据电池2的电压及电量产生对应的控制信号并输出至充电器1。

步骤s3、所述充电器1根据pwm信号产生器4传输的控制信号调整输出电压及输出电流对电池2进行充电。

需要说明的是，本发明中pwm信号产生器4根据电池2的电压及电量的大小，产生对应的控制信号，充电器1根据pwm信号产生器4传输的控制信号的频率(frequency)及占空比(duty)的具体数值对应改变其输出的输出电压和输出电流，因此可通过对电池2的电压及电量进行侦测，使pwm信号产生器4对应产生控制信号输出至充电器1，充电器1根据电池2的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池2快速充电及延长电池2使用寿命的目的。

具体地，所述步骤s2具体包括：

步骤s21、定义电池2的第一电量、及第二电量，所述第二电量小于电池2的最大电量，所述第一电量小于第二电量且大于0。

具体地，所述第二电量与电池2最大电量的比例为9:10；所述第一电量与电池2最大电量的比例范围为1:10-1:2。

步骤s22、若电池2的电量小于第一电量则进入步骤s23，若电池2的电量大于第二电量且电池2的电压等于电池2的最大电压时进入步骤s25，否则进入步骤s24。

步骤s23、进入第一充电模式，所述pwm信号产生器4产生高电平信号输入至充电器1，所述充电器1对应输出最大充电电压及最大充电电流对电池2进行充电，所述电压及电量侦测模块3同步对电池2的电压及电量进行侦测，当电池2的电量大于等于第一电量时进入步骤s24。

需要说明的是，上述第一充电模式为一高电压大电流的充电模式，在此模式中，充电器1输出最大充电电压及最大充电电流至电池2，目的是在电池2电量较低时快速对其进行充电，以提高电池2整个充电过程的充电速度。

步骤s24、进入第二充电模式，该第二充电模式为一恒定电流的充电模块式，所述pwm信号产生器4产生占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器1，所述充电器1根据该占空比一定、频率逐渐减小的脉冲信号输出电流值恒定的输出电流、及电压值逐渐减小的输出电压对电池2进行充电，所述电压及电量侦测模块3同步对电池2的电压及电量进行侦测，当电池2的电量大于第二电量且电池2的电压等于电池2的最大电压时进入步骤s25。

具体地，所述步骤s24具体为：所述pwm信号产生器4产生占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号并传输至充电器1，所述充电器1根据该占空比保持为第一占空比、频率从第一频率逐渐变化至第二频率的脉冲信号，输出一与第一占空比对应的第一电流，且输出一与第一频率对应的第一电压并逐渐变化至一与第二频率对应的第二电压，对所述电池2进行充电；

所述第一占空比小于1；所述第一电流小于充电器1的最大充电电流；所述第二频率小于第一频率，所述第二电压小于第一电压。

具体地，所述第一占空比的范围为0.4-0.6。

优选地，所述第一占空比为0.5，对应地，所述第一电流与充电器1的最大充电电流的比例为1:2。

优选地，所述第一频率为20khz，对应地，所述第一电压为充电器1最大充电电压。

优选地，所述第二频率为10khz，对应地，所述第二电压与充电器1的最大充电电压的比例为1:2。

步骤s25、进入第三充电模式，所述pwm信号产生器4产生频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号并输出至充电器1，所述充电器1根据该频率一定、占空比逐渐减小的脉冲信号输出电压值恒定的输出电压、及电流值逐渐减小的输出电流对电池2进行充电。

需要说明的是，上述第三充电模式为一恒定电压的充电模式，在电池2的电压达到电池2的最大电压，而电量仍没有充满时，采用固定且电压值较小的电压及电流值较小且逐渐降低且的电流对电池2进行充电可对电池2进行保护，防止过充导致的电池寿命下降。

具体地，所述步骤s25具体为：所述pwm信号产生器4产生频率保持为第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号并传输至充电器1，所述充电器1根据该频率保持第二频率、占空比从第一占空比逐渐变化至第二占空比的脉冲信号，输出第二电压，且输出第一电流并逐渐变化至一与第二占空比对应的第二电流，对电池2进行充电；

所述第二占空比小于第一占空比，所述第二电流小于第一电流。

具体地，所述第二占空比的范围为0.05-0.15。

优选地，所述第二占空比为0.1，对应地，所述第二电流与充电器1的最大充电电流的比例为1:10。

综上所述，本发明的电池充电装置，包括与电池电性连接的充电器、与电池电性连接的电压及电量侦测模块、及与电压及电量侦测模块及充电器均电性连接的pwm信号产生器，在对电池进行充电时，电压及电量侦测模块侦测电池的电压及电量，并将侦测结果传输至pwm信号产生器，pwm信号产生器根据电池的电压及电量产生对应的控制信号输出至充电器，充电器根据pwm信号产生器传输的控制信号调整输出电压及输出电流对电池进行充电，使充电器根据电池的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池快速充电及延长电池使用寿命的目的。本发明的电池充电方法，能够使充电器根据电池的电压及电量大小实时调整输出电压和输出电流，从而达到对电池快速充电及延长电池使用寿命的目的。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。