快速充电移动电源及适配器的制作方法

本实用新型涉及一种充电设备，尤其涉及一种快速充电移动电源及相应的充电适配器。

背景技术：

移动电源是聚集供电和充电为一体的便携式充电器，其中移动电源可以给手机、平板电脑等电子产品随时充电提供电能，基于移动电源对数码设备进行充电的便利性，移动电源的应用极为广泛。在实际工作过程中当移动电源缺电时可以将其与电源适配器相连接进行补充电能。但是现有技术中的移动电源主要使用2a或者2a以下电流对电芯进行充电，如果是10000mah的电芯，充满需要5-6小时。

在大电流充电的过程中，存在较早结束充电的问题，因此会出现实际电芯的电量没有充满的现象。并且移动电源的端口利用率不高，充电端口只能充电不能放电，放电电流在2a以下，大多数移动电源由于输出功率不够以及输出接口电性能受到限制，不能给笔记本电脑充电。并且由于移动终端设备快充协议众多，当前主流移动电源仅支持某些快充协议。并且现有的移动电源充电适配器输入功率较小，主流的适配器为18w/45w，并且不支持多路输出。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型公开了一种快速充电移动电源，包括：

直流充电接口，与外部电源输入连接；

充电管理单元，根据电芯在不同电压下对应的充电时长，切换恒流充电阶段和恒压充电阶段。

作为可选的实施方式，充电初始阶段，所述的充电管理单元采用恒流充电；当移动电源在所述恒流充电过程中，达到电压截止阈值时，转换为恒压充电，直至移动电源充满电为止。

作为可选的实施方式，恒流充电过程中，充电管理单元控制充电电流不超过电流设定的电流阈值。

作为可选的实施方式，充电保护单元，充电状态下，调节移动电源内部电路元器件散热，调控移动电源电芯温度。

作为可选的实施方式，所述充电保护电路至少包括：

开关功率mos管、电流传感器、升降压mos管和功率电感；

充电过程中，充电电流经过开关功率mos管进入电流主路径，通过电流传感器、再经过升降压mos管与功率电感，再流经电池端电流传感器后到达电池组正极，完成对电池组的大电流充电过程。

作为可选的实施方式，该移动电源还包括：

与待充电的终端设备相连接的端口，该端口为双向usbtype-c端口，所述双向usbtype-c端口支持输出和输入。

作为可选的实施方式，与输出端口相连接的控制单元。

作为可选的实施方式，所述控制单元，对终端设备进行属性识别进而选择对应的充电协议并调整该移动电源的输出电压和输出电流。

作为可选的实施方式，所述的控制单元至少可识别安卓qc4.0及兼容快充协议、苹果2.4a及兼容快充协议和fcp快充协议。

一种快速充电移动电源适配器，与电源相连接为待充电设备充电，其特征在于包括：所述电源适配器包括如前所述的快速充电移动电源。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的一种快速充电移动电源及充电适配器，能够有效解决大电流充电的过程中，较早结束充电，而实际并未充满的问题，因此会出现实际电芯的电量没有充满的现象。而且由于该移动电源的输出端口采用双向usbtype-c端口支持正反插入因此可以进行快速充电，并且控制单元能够识别qc4.0快充协议、apple2.4a以及华为fcp快充协议，因此该移动电源可以为多种设备充电，充电过程中采用恒流恒压充电方式，解决了电芯在大电流充电情况下未能完全充满就结束充电的技术问题，并且达到了快速充电的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型快速充电移动电源的电路原理图；

图2为本实用新型电源适配器的电路结构原理图；

图3为本实用新型实施例中充电保护电路的电路原理图；

图4为本实用新型实施例中充电保护电路的电路原理图；

图5为本实用新型实施例中快充识别电路的电路原理图；

图6为本实用新型实施例中快充识别电路的主控芯片的电路原理图；

图7为本实用新型实施例中充电管理单元的工作原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种快速充电移动电源，包括：直流充电接口、充电保护电路、充电管理单元和控制单元，其中直流充电接口使用直流dc接口与电源端相连、接收电源端输出的电能进行大电流充电。由于移动电源在被充电过程中内部电路结构温度升高，因此充电保护电路使用耐高压、低内阻器件组成、对充电过程进行热量发散、并且对电芯的温度进行调节和控制保证电芯的温度在一个安全的范围内工作。由于电芯在大电流充电情况下未能完全充满，因此采用充电管理单元对电芯在充电过程进行恒流和恒压控制，具体工作原理是针对恒流充电阶段，为实现大电流安全可靠的给电芯充电，软件控制参数通过大量的实验计算，计算电芯在各种电压值下，充电平均需要多长时间才能将电芯电压充至电压截止阈值，达到高效率快速充电的结果。当移动电源给待充电终端设备充电时所述控制单元首先判断该终端设备的属性，然后选择对应的充电协议并调整该移动电源的输出电压和输出电流的数值从而进行该移动电源的放电过程。

移动电源的一个端口可以完成双向传输，既能充电又可以放电，支持市面上主流的快充协议，可以为众多的移动终端提供快速充电，移动电源输出功率最高60w，笔记本电脑的充电需求也能满足。其中直流充电接口使用10a5.5-2.5mm接口，表层大电流走线宽度为196mil，充电路径走线为“几”字形，总长度30mm，设计最大通过电源15a(考虑实际应用场景，随着电压值得升高，电路温度会随之大幅上升，故可优选实际通电电流为8a)。充电保护电路至少包括开关功率mos管管、电流传感器、升降压mos管和功率电感，其中开关功率mos管、功率电感、电流传感器放置在移动电源端头，远离电芯，使得在大电流充电过程中，热量分散，保证电芯的温度控制在可安全工作范围内。

如图3和图4所示，大电流经过dc口acin通过入口mos管q6及mos管q9，再进入电流主路径vbus，vbus通过电流传感器r31、再经过升降压mos管q1与功率电感l1，再流经电池端电流传感器r32后到达电池组正极b4，完成对电池组的大电流充电过程。

进一步的，输出端口使用双向usbtype-c端口，该端口支持正反插入方式，同时该端口既是输出端口、也是输入端口。在给移动设备充电时，pcb板上的type-c端口的管理芯片即控制单元识别终端设备供电需求，确认使用的快速充电协议，然后控制单元调整移动电源的输出电压和输出电流值，实现对终端设备的快速充电。本实用新型在电路设计上使用双路22mil表层走线，支持最高6a电流(实际快充电流需求为3a)。

进一步的，控制单元原理图如图5和图6所示，j2口为双向usbtype-c端口通过d+d-与型号为cypd3171的主控芯片u1相连接，d+管脚与阻值为5.1k的电阻相连接实现上拉电路和下拉电阻功能。其中主控芯片u能够识别qc4.0快充协议、apple2.4a以及华为fcp快充协议。

进一步的，对于充电管理单元的具体设计，根据电芯在不同电压值下的充电时长对充电过程进行恒流和恒压控制，充电电流与电芯电压随时间变化的关系如图7所示，本实用新型使用4节18650电芯首尾相连接，每一节电芯标称电压4.2v，充电环节分为恒流和恒压两个阶段，恒流充电至16.4v时，转为恒压充电，直至充满时电压为16.8v停止。

为了保护电芯不被高压充电损坏，大电流充电的电压不能高于16.4v，所以在整个充电过程中，需要实时监控充电电压，同时又要使充电电流足够大。因此本实用新型采用南芯sc8815升降压控制芯片，该芯片充电截至条件为充电电流小于最大充电电流1/10且电芯电压大于16.4v时，判断充电截至。

为了保证快速充电的效率，需要在电芯电压达到16.4v前，将最大充电电流调整至2a以下。在大电流充电过程中，读取电芯电压准确数值，需要停止充电过程才能读取到准确的电压值，这样的过程将影响充电效率。经过实际电路反复测试，空电芯组充电至16.4v时，平均需要1350秒。在软件控制恒流阶段充电上，本发面采用下列方式，4节电芯当前电压值v与恒流时间t之间的关系：t(秒)＝(16.4-v(伏))*1000/4。由于电路受温度升高的影响，即电芯温度过高将导致过温检测电路关断充电路径，其中本实用新型最大充电电流设为8a。

本实用新型采用控制恒流充电的时间来控制整个充电过程。解决了电芯在大电流充电情况下未能完全充满就结束充电的问题。

对于10000mah的移动电源(4串186504.2v电芯)，从12v(放电截至电压3.0v)充至满电16.8v的时间为35分钟。双向usbtype-c端口可支持最大3a充放电，输出电压高达20v，输出功率最高60w。

综上所述，本实用新型公开的移动电源在选择合适的快充协议下可以进行大功率的充电，缩短了充电时间。

进一步的，在本实用新型中，还提供了一种快速充电移动电源适配器，可为与电源相连接的待充电设备进行充电，并且，该适配器包括如前所述的快速充电移动电源。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的一种快速充电移动电源及充电适配器，能够有效解决大电流充电的过程中，较早结束充电，而实际并未充满的问题，因此会出现实际电芯的电量没有充满的现象。而且由于该移动电源的输出端口采用双向usbtype-c端口支持正反插入因此可以进行快速充电，并且控制单元能够识别qc4.0快充协议、apple2.4a以及华为fcp快充协议，因此该移动电源可以为多种设备充电，充电过程中采用恒流恒压充电方式，解决了电芯在大电流充电情况下未能完全充满就结束充电的技术问题，并且达到了快速充电的技术效果。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。