用于线性充电的负载线损补偿方法及装置与流程

1.本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种用于线性充电的负载线损补偿方法及装置。


背景技术：

2.线性充电是锂电池充电控制的一种方法，在锂电池技术发展的早期是主流的控制方法，相应的控制芯片产品(代表产品如凌特公司的ltc4054)具有广泛的应用场景。线性充电方案具有外围电路简单、成本低廉的优势，但同时又有效率低下、热功耗高的缺陷。因此，在大容量、大电流充电的应用场景中，具有更高效率的开关充电方案取代了线性充电方案，但在小容量和小电流充电应用中，线性充电方案依然占据主流地位。
3.如图1所示是锂电池线性充电控制的典型充电控制曲线。充电电压(即充电器输出电压)曲线由曲线段110、111和112三段组成，这是充电器本身所能检测到的电压；对应的，电池电压曲线由曲线段120、121和122三段组成，这是锂电池上实际的电压。与电压曲线相对应的，充电电流曲线由曲线段130、131和132三段组成。
4.充电器的输出端与电池阳极之间存在着串联电阻，该串联电阻是充电器内部引线电阻、电路板引线电阻、电池内部等效串联电阻的总和。因为串联电阻的存在，当充电电流不等于零时，充电电压与电池电压之间存在着差值，该差值等于串联电阻与充电电流之积，以下叙述中，将该差值称为“负载线损”。
5.在充电的起始阶段，电池电压120较低，使得充电电压110也低，为了保证电池的安全，此时充电电流130为一个较小值i
trk
，该阶段称为“涓流充电”。
6.当电池电压逐渐上升，直到充电电压达到涓流充电阈值v
th_trk
，进入“恒流充电”阶段，充电电流增大预设的最大值i
cc
；该阶段的充电电压曲线如111，电池电压曲线如121，充电电流曲线如131。
7.当充电电压上升到充电控制电压v
term
，充电器转入“恒压充电”阶段恒压。充电电压保持恒定，此时的充电器等价于一个标准线性稳压器，如曲线112；电池电压逐渐上升，曲线如122；充电电流则逐渐下降，曲线如132。
8.当充电电流下降到一个很小的终止阈值i
term
，充电过程结束，充电电流关断，此时电池电压同样达到充电控制电压v
term
。
9.上述的充电过程存在一个缺陷，即由于负载线损的存在，当充电控制进入恒压充电阶段时，电池电压低于充电控制电压v
term
，而随着电池电压接近充电控制电压v
term
，充电电流会不断下降，使得充电速度变慢。在实际的产品中，恒压充电阶段可能被拖长到数个小时，不利于应用。
10.因负载线损造成的恒压充电时间过长，是一个需要改进的问题。


技术实现要素：

11.鉴于以上技术问题，本发明提供了一种用于线性充电的负载线损补偿方法及装
置，以提供一种解决因负载线损造成的恒压充电时间过长的问题的技术方案。
12.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
13.根据本发明的一方面，一种用于线性充电的负载线损补偿方法，其特征在于，所述方法包括：对锂电池进行充电；在锂电池充电进入恒压充电阶段后，监测充电电流；将所述充电电流分别与预设的线损补偿开启阈值电流、预设的线损补充转折阈值电流、充电终止阈值电流对比：在所述充电电流小于所述线损补偿开启阈值电流时，开启线损补偿，以使得充电电压提高；在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，降低所述充电电压；在所述充电电流小于所述充电终止阈值电流时，停止充电。
14.进一步的，所述将所述充电电流分别与预设的线损补偿开启阈值电流、预设的线损补充转折阈值电流、充电终止阈值电流对比，包括：分别将所述充电电流、所述线损补偿开启阈值电流、所述线损补充转折阈值电流和所述充电终止阈值电流转化为相应的电压信号；利用转化后的所述充电电流的电压信号分别与所述线损补偿开启阈值电流、所述线损补充转折阈值电流和所述充电终止阈值电流转化后的电压信号进行对比。
15.进一步的，所述在所述充电电流小于所述线损补偿开启阈值电流时，开启线损补偿，以使得充电电压提高，包括：随着所述充电电流下降，逐渐增加所述线损补偿，以使得所述充电电压线性提高。
16.进一步的，所述在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，降低所述充电电压，包括：随着所述充电电流下降，逐渐减少所述线损补偿，以使得所述充电电压线性降低。
17.进一步的，所述充电电流降至终止阀值时，所述线损补偿降为零。
18.进一步的，补充转折阈值电流时，降低所述充电电压，包括：关闭所述线损补偿，以使得所述充电电压降低。
19.根据本公开的第二方面，提供一种用于线性充电的负载线损补偿装置，包括：充电模块，用于对锂电池进行充电；补偿模块，用于在锂电池充电进入恒压充电阶段后，监测充电电流；将所述充电电流分别与预设的线损补偿开启阈值电流、预设的线损补充转折阈值电流、充电终止阈值电流对比；在所述充电电流小于所述线损补偿开启阈值电流时，开启线损补偿，以使得充电电压提高；在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，降低所述充电电压；在所述充电电流小于所述充电终止阈值电流时，停止充电。
20.进一步的，通过所述补偿模块，在所述充电电流小于所述线损补偿开启阈值电流时，逐渐增加所述线损补偿，以使得所述充电模块的所述充电电压线性提高。
21.进一步的，通过所述补偿模块，在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，随着所述充电电流下降，逐渐减少所述线损补偿，以使得所述充电模块的所述充电电压线性降低。
22.进一步的，通过所述补偿模块，在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，关闭所述线损补偿，以使得所述充电电压降低。
23.本公开的技术方案具有以下有益效果：
24.相对于标准充电控制过程，采用本发明的方法可以避免因负载线损造成的恒压充电时间过长，大大提升恒压充电阶段的充电速度，减少充电时间。本发明所述的控制方法的
补偿电路结构简单，无需增加充电器芯片的外围电路元器件，也不会显著增加控制器芯片的电路规模和复杂度。
附图说明
25.图1为本说明书背景技术中的锂电池线性充电控制的标准充电控制曲线图；
26.图2为本说明书实施例中用于线性充电的负载线损补偿方法的流程图；
27.图3为本说明书实施例中的第一充电控制曲线图；
28.图4为本说明书实施例中的第二充电控制曲线图；
29.图5为本说明书实施例中的用于线性充电的负载线损补偿装置的模块结构图；
30.图6为本说明书实施例中的补偿电路的示意图。
具体实施例
31.体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”是指本发明为实现其技术目的使相关元件按其固有特性和方案逻辑关系而进行的电连接，可以是直接相连而构成的电连接关系，也可以通过中间媒介间接电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解本技术文件中各术语在本发明中的具体含义。
34.如图2所示，本说明书实施例提供一种用于线性充电的负载线损补偿方法，该方法具体可以包括以下步骤s101～s106：
35.在步骤s101中，对锂电池进行充电。
36.其中，将充电设备的一端作为电压输入端接电，一端作为充电输出端与待充电的锂电池相连，通过充电设备为锂电池充电。
37.在步骤s102中，在锂电池充电进入恒压充电阶段后，监测充电电流。
38.其中，通过电流采样装置实时获取用电输出端的输出电流。
39.在步骤s103中，将所述充电电流分别与预设的线损补偿开启阈值电流、预设的线损补充转折阈值电流、充电终止阈值电流对比。
40.其中，将充电电流与预设的线损补偿开启阈值电流、预设的线损补充转折阈值电流、充电终止阈值电流一一对比，判断充电流程相对应的阶段，以便于开启相对应的补偿机制。
41.在步骤s104中，在所述充电电流小于所述线损补偿开启阈值电流时，开启线损补偿，以使得充电电压提高。
42.在步骤s105中，在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，降低所述充电电压。
43.在步骤s106中，在所述充电电流小于所述充电终止阈值电流时，停止充电。
44.在本发明实施例中，如图3所示的第一充电控制曲线图，充电电压曲线由线段110、111、212、213、214构成，电池电压曲线由曲线段120、121、222、223、224构成，对应的充电电流曲线由线段130、131、232、233、234构成。
45.对比图1所示的标准充电控制曲线图，在充电过程的前两个阶段，即涓流充电和恒流充电阶段，本实施例与标准充电过程相同，其充电控制曲线分别为110、111，120、121和130、131。
46.其中，当充电过程进入恒压充电阶段后，开始阶段与标准充电控制相同，如曲线段212、222和232所示，曲线段212代表的充电电压保持恒压，随着曲线段222代表的电池电压上升，曲线段232代表的充电电流下降。
47.当充电电流下降到线损补偿开启阈值电流i
comp_on
时，线损补偿开启。首先进入补偿增加阶段，补偿量随着充电电流的下降逐渐增加，使得充电电压升高，直到达到最大值v
chg_max
，如曲线段213所示。充电电压提高，减缓了充电电流的下降幅度，从而提升了电池电压的上升速度，如曲线段223和233所示。这一过程有效地提高了恒压阶段的充电速度，减少了充电时间。
48.当充电电流继续下降到线损补偿转折阈值电流i
comp_turn
时，线损补偿关闭，补偿量降为零，充电电压恢复为控制电压v
term
，即充电电压下降。如曲线段214、224和234所示，本阶段中，充电电流变化恢复为图1所示的标准充电控制曲线，电池电压变化同样如此，直到充电终止。
49.为了防止电池电压超出控制电压v
term
，线损补偿转折阈值电流i
comp_turn
需合理设置，不可过低。但同时，如果i
comp_turn
设置得过高，又会使得实际充电曲线过于贴近标准充电控制曲线，负载线损补偿作用被过度削减，恒压充电阶段时间减少有限。
50.在一种可选的实施例中，在步骤s103中，分别将所述充电电流、所述线损补偿开启阈值电流、所述线损补充转折阈值电流和所述充电终止阈值电流转化为相应的电压信号，利用转化后的所述充电电流的电压信号分别与所述线损补偿开启阈值电流、所述线损补充转折阈值电流和所述充电终止阈值电流转化后的电压信号进行对比。
51.其中，在电路设计中，因为电流信号不易处理，因此通常将其转换为电压信号后进行处理。
52.在一种可选的实施例中，在步骤s104中，具体执行：随着所述充电电流下降，逐渐增加所述线损补偿，以使得所述充电电压线性提高。
53.其中，线损补偿是连续变化的，示范性的，线损补偿是线性增加的，可以随着充电电流下降而逐渐增加，减缓了充电电流的下降幅度，从而提升了电池电压的上升速度，减少了充电时间。
54.在一种可选的实施例中，在步骤s105中，具体执行：关闭所述电压补偿，以使得所述充电电压降低低。避免电池电压超出控制电压而损坏电池。
55.在一种可选的实施例中，在步骤s105中，还可以执行：随着所述充电电流下降，逐渐减少所述线损补偿，以使得所述充电电压线性降低，在所述充电电流降至终止阀值时，所述线损补偿降为零。
56.其中，线损补偿是连续变化的，示范性的，线损补偿是线性减少的。
57.如图4所示的第二充电控制曲线图，本发明实施例中，充电电压曲线由曲线段110、111、212、213、314构成，电池电压曲线由曲线段120、121、222、223、324构成，对应的充电电流曲线由曲线段130、131、232、233、334构成。
58.对比图1所示的标准充电控制曲线，在充电过程的前两个阶段，即涓流充电和恒流充电阶段，本实施例与标准充电过程相同，其充电控制曲线分别为110、111，120、121和130、131。
59.本实施例中，当充电过程进入恒压充电阶段后，开始阶段与标准充电控制相同，如曲线段212、222和232所示，充电电压212保持恒压，随着电池电压222上升，充电电流232下降。
60.对比图3所示的充电控制曲线图，本发明实施例的充电控制曲线在负载线损补偿启动和补偿增加阶段均与上述实施例相同。线损补偿开启后，进入补偿增加阶段，补偿量随充电电流下降逐渐增加，充电电压升高，直到达到最大值v
chg_max
，如曲线段213所示。充电电压提高，减缓了充电电流的下降幅度，从而提升了电池电压的上升速度，如曲线段223和233所示。这一过程有效地提高了恒压阶段的充电速度，减少了充电时间。
61.当充电电流继续下降到线损补偿转折阈值电流i
comp_turn
时，线损补偿不关闭，而是转入补偿降低阶段，即补偿量随充电电流下降逐渐减少，充电电压降低。如曲线段314、324和334所示，当充电电流降到充电终止电流i
term
时，补偿量降为零，充电电压恢复为控制电压v
term
，充电过程同时终止。
62.基于同样的思路，本公开的示例性实施例还提供了一种用于线性充电的负载线损补偿装置500，如图5所示，包括：充电模块501，用于对锂电池502进行充电；补偿模块503，用于在锂电池充电进入恒压充电阶段后，监测充电电流；将所述充电电流分别与预设的线损补偿开启阈值电流、预设的线损补充转折阈值电流、充电终止阈值电流对比；在所述充电电流小于所述线损补偿开启阈值电流时，开启线损补偿，以使得充电电压提高；在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，降低所述充电电压；在所述充电电流小于所述充电终止阈值电流时，停止充电。
63.在一种可选的实施例中，通过所述补偿模块503，在所述充电电流小于所述线损补偿开启阈值电流时，逐渐增加所述线损补偿，以使得所述充电模块的所述充电电压线性提高。
64.在一种可选的实施例中，通过所述补偿模块503，在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，关闭所述线损补偿，以使得所述充电电压降低。
65.在一种可选的实施例中，通过所述补偿模块503，在所述充电电流小于所述线损补充转折阈值电流时，随着所述充电电流下降，逐渐减少所述线损补偿，以使得所述充电模块的所述充电电压线性降低。
66.以下将配合图6提供本发明一实施例中的补偿模块503的具体细节，然而本发明不以下述实施例为限。
67.如图6所示的补偿模块503的补偿电路框图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，包括：第一放大器601、第二放大器602、电压比较器603、二选一模拟信号多路选择器604、模拟减法器605，其中电路采用单电源供电，也就是说，第一放大器601、第二放大器602、电压比较器603、模拟减法器605的输出最低电压为0v，不会出现负电压。
68.电路输入信号有5个，其中v
fb
是对充电电压采样得到的反馈信号，v
fb
＝k1v
chg
，其中v
chg
表示充电电压，系数k1是反馈采样比，k1是一个无量纲量，且k1<1。
69.v
cs
是对充电电流采样后再转换为电压的信号，v
cs
＝k2i
chg
，其中i
chg
表示充电电流，系数k2是从电流到电压信号的采样跨阻，k2具有电阻量纲。在电路设计中，因为电流信号不易处理，因此通常将其转换为电压信号后进行处理。
70.与v
cs
相对应，线损补偿开启阈值电压v
icomp_on
、线损补偿转折阈值电压v
icomp_turn
和充电终止阈值电压v
iterm
分别为线损补偿开启阈值电流i
comp_on
、线损补偿转折阈值电流i
comp_turn
和充电终止阈值电流i
term
按采样跨阻k2折算的电压信号，即v
icomp_on
＝k2i
comp_on
，v
icomp_turn
＝k2i
comp_turn
，v
iterm
＝k2i
term
。
71.第一放大器601接收信号v
icomp_on
作为同相输入，信号v
cs
作为反相输入，增益为a1，其输出信号dv
fb1
＝a1(v
icomp_on
‑
v
cs
)；但是如前所述，因为采用单电源供电，因此当v
cs
≥v
icomp_on
时，dv
fb1
＝0，不会出现负电压。
72.第二放大器602接收信号v
cs
作为同相输入，信号v
iterm
作为反相输入，增益为a2，其输出信号dv
fb2
＝a2(v
cs
‑
v
iterm
)。同样的，因为采用单电源供电，因此当v
cs
≤v
iterm
时，dv
fb2
＝0，不会出现负电压。
73.比较器603接收信号v
cs
作为同相输入，信号v
icomp_turn
作为反向输入。其输出信号为compsw，v
cs
>v
icomp_turn
时，compsw＝1(即高电平)；v
cs
<v
icomp_turn
时，compsw＝0(即低电平)。
74.二选一模拟信号多路选择器604接收信号dv
fb1
和dv
fb2
作为输入，信号compsw作为选择控制信号，输出信号为dv
fb
。compsw＝1时，dv
fb
＝dv
fb1
；compsw＝0时，dv
fb
＝dv
fb2
。
75.模拟减法器605接收信号v
fb
和dv
fb
作为输入，输出信号v
fb_comp
＝v
fb
‑
dv
fb
。
76.如前述背景技术中所述，当线性充电器处于恒压充电阶段时，等价于一个标准线性稳压器。根据线性稳压器的工作原理，本电路调整充电模块输出电压(即充电电压v
chg
)，使采样信号v
fb
＝v
r
，其中v
r
是一个内置的预设参考电压值，因此，在稳定工作状态下，v
chg
＝v
r
/k1。
77.在本实施例中，充电模块501接入补偿电路后，其作用是使v
fb_comp
＝v
fb
‑
dv
fb
＝v
r
，由此可得v
′
chg
＝v
r
/k1+dv
fb
/k1，补偿量为dv
fb
/k1。
78.此外，还需调整第一放大器601的增益a1和第二放大器602的增益a2，以保证补偿量为连续变化。所需的值为：
79.a1/a2＝(v
icomp_turn
‑
v
iterm
)/(v
icomp_on
‑
v
icomp_turn
)。
80.在本实施例中，将负载线损补偿分为两个阶段，合理地设置转折阈值电压v
icomp_turn
，保证电池电压不超出控制电压v
term
。同时相比上述实施例，通过补偿量减少阶段的引入，提升了充电结尾阶段的充电速度，从而减少充电时间
81.本说明书实施例提供一种用于线性充电的负载线损补偿装置，相对于标准充电控制过程，采用本发明实施例可以避免因负载线损造成的恒压充电时间过长，大大提升恒压充电阶段的充电速度，减少充电时间。本发明所实施例的补偿电路结构简单，无需增加充电器芯片的外围电路元器件，也不会显著增加控制器芯片的电路规模和复杂度。
82.上述装置中各模块的具体细节在方法部分实施例中已经详细说明，未披露的细节内容可以参见方法部分的实施例内容，因而不再赘述。
83.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的若干模块，但是这种划
分并非强制性的。实际上，根据本公开的示例性实施例，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
84.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
85.虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。