一种充电装置、充电管理系统及其充电方法与流程

一种充电装置、充电管理系统及其充电方法
【技术领域】
1.本发明涉及一种充电控制领域，特别涉及一种具有自动切换充电模式的充电装置、充电管理系统及其充电方法。


背景技术：

2.目前市场上的充电器大多分为快速充电和正常充电两种充电模式，正常充电时，电池包温度上升慢导致充电时间长；快速充电虽然大大缩短了充电时长，但却会导致电池包温度在短时间内急剧升高，为了解决这一问题，市场上的快充充电器大多配置一个散热风扇，然而，给充电器增加风扇则会导致充电器外形增大，同时也会增加充电器成本。
3.针对上述问题，中国发明授权专利第102457094号揭示一种充电器，其包括快充充电模式和正常充电模式两种充电模式，两种充电模式可以依据电池温度和电压值进行自动切换；充电器为快充充电模式时，电池包充电时允许的最高温度为40摄氏度；当充电器切换至正常充电模式时，电池包充电时允许的最高温度为55摄氏度，通过快充充电模式和正常充电模式两种充电模式的切换，提升充电效率。但是，随着电池包的应用场景越来越广泛，用户常常需要在户外对电池包进行充电以提升户外工作时长。当电池包完成放电后温度过高时进行充电，充电器依据此时电池包的温度选择正常充电模式进行充电，此时，如果外界环境温度过低，电池包充电时的温度不升反降，如果还以正常充电模式进行充电，则会大大降低电池包的充电效率，影响用户户外工作效率。
4.鉴于此，确有必要提供一种改进的充电装置，以克服现有技术存在的缺陷。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以自动切换充电模式的充电装置、充电管理系统及其充电方法。
6.本发明解决现有技术问题可采用如下技术方案：一种充电装置，用于对电池进行充电，所述充电装置包括：温度检测模块、控制模块及模式切换电路；所述温度检测模块，用于检测所述电池充电时的温度；所述控制模块，用于根据所述温度检测模块检测的温度生成控制信号；所述模式切换电路，用于根据所述控制模块生成的控制信号在至少两种充电模式中进行切换；当所述温度检测模块检测的第一电池温度大于第一温度阈值t1时，所述控制模块控制所述模式切换电路以第一充电模式对所述电池进行充电；当所述温度检测模块检测的第一电池温度小于等于所述第一温度阈值t1时，所述控制模块控制所述模式切换电路以第二充电模式对所述电池进行充电；当电池以第一充电模式进行充电时，且所述温度检测模块检测的第二电池温度小于第二温度阈值t2时，所述控制模块控制所述模式切换电路切换至所述第二充电模式，所述第二温度阈值t2小于所述第一温度阈值t1，所述第一充电模式的充电电流小于所述第二充电模式的充电电流。
7.进一步改进方案为：当所述温度检测模块检测的第三电池温度大于第三温度阈值t3时，所述控制模块控制所述充电装置停止充电，所述第三温度阈值t3大于所述第一温度
阈值t1。
8.进一步改进方案为：所述电池包括若干电芯，所述充电装置包括用于检测所述电芯电压的电压检测模块，在所述第一充电模式和所述第二充电模式中，所述电芯电压大于等于第一电压阈值v1且小于第二电压阈值v2。
9.进一步改进方案为：所述电压检测模块检测到的电压达到第二电压阈值v2时，所述控制模块控制所述模式切换电路以第三充电模式对所述电池进行充电，在所述第三充电模式中，所述电芯电压维持在所述第二电压阈值v2不变。
10.进一步改进方案为：所述充电装置还包括显示装置，在第三充电模式中，所述充电电流逐渐减小，若所述充电电流减小至第一预设电流i1并持续第一预设时间，所述控制模块控制所述显示装置显示充电完成。
11.进一步改进方案为：若所述充电电流减小至所述第一预设电流i1后，且在小于所述第一预设时间内减小至第二预设电流i2时，所述控制模块控制所述显示装置显示充电完成。
12.进一步改进方案为：在所述第一、第二、第三充电模式中，所述电芯电压之间的压差均小于等于1.5v。
13.进一步改进方案为：所述模式切换电路包括切换开关，所述控制模块依据所述温度检测模块检测的温度控制所述切换开关变更接通或断开时间，以在所述第一充电模式和所述第二充电模式之间进行切换。
14.本发明解决现有技术问题还可采用如下技术方案：一种充电管理系统，所述充电管理系统包括：电池和充电装置；所述充电装置包括控制模块；所述电池包括温度检测模块；所述充电装置用于对所述电池进行充电；温度检测模块，用于检测所述电池充电时的温度；控制模块，用于控制所述充电装置以至少两种充电模式对所述电池进行充电；当所述温度检测模块检测的第一电池温度大于第一温度阈值t1时，所述控制模块控制所述充电装置以第一充电模式对所述电池进行充电；当所述温度检测模块检测的第一电池温度小于等于所述第一温度阈值t1时，所述控制模块控制所述充电装置以第二充电模式对所述电池进行充电；当电池以所述第一充电模式进行充电时，且所述温度检测模块检测的第二电池温度小于第二温度阈值t2时，所述控制模块控制所述充电装置切换至所述第二充电模式，所述第二温度阈值t2小于所述第一温度阈值t1，所述第一充电模式的充电电流小于所述第二充电模式的充电电流。
15.本发明解决现有技术问题还可采用如下技术方案：一种充电方法，包括以下步骤：在充电装置给电池充电时，检测电池温度；判断所述电池温度是否大于第一温度阈值t1；当所述电池温度大于所述第一温度阈值t1时，所述充电装置采用第一充电模式对所述电池进行充电；当所述电池温度小于等于所述第一温度阈值t1时，所述充电装置采用第二充电模式对所述电池进行充电；当所述电池以所述第一充电模式进行充电时，判断所述电池温度是否小于第二温度阈值t2，如果是，则切换至所述第二充电模式对电池进行充电，如果不是，则维持所述第一充电模式对电池进行充电；其中，所述第二温度阈值t2小于所述第一温度阈值t1，所述第一充电模式的充电电流小于所述第二充电模式的充电电流。
16.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过控制模块控制充电装置在第一充电模式和第二充电模式之间自动切换，电池在不同温度时自动切换至合适的充电模式，
在有效管控电池温度的同时提升充电效率；进一步的，通过在第一充电模式中进一步设置第二温度阈值t2，电池温度低于第二温度阈值t2时则自动切换至第二充电模式，避免外界环境温度过低影响电池充电效率。
【附图说明】
17.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明:
18.图1是本发明充电装置的结构示意图；
19.图2是本发明电池的分解示意图；
20.图3是本发明充电装置的充电电路的模块图；
21.图4是图1所示充电装置恒流充电模式的流程示意图；
22.图5是图2所示电池充电温度与充电时间的关系图；
23.图6是图4所示充电装置恒流充电后的恒压充电模式的流程示意图。
24.充电装置
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壳体
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10
25.充电槽
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11
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充电接口
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12
26.支撑脚
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13
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检测模块
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14
27.电压检测模块
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141
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电流检测模块
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142
28.温度检测模块
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143
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控制模块
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15
29.模式切换电路
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16
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显示装置
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17
30.电源电路
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18
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电池
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21
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电芯
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22
32.下壳体
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23
【具体实施方式】
33.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。
34.在本发明中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。例如文中所述的“第一”、“第二”、“第三”等词语仅用于指示不同阶段/状态下的参数，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的参数必须具有特定的含义，因此不能理解为对本发明的限制。
35.请参阅图1和图2所示，本发明的实施方式涉及一种充电管理系统，包括电池2及用于给电池2充电的充电装置1。所述充电装置1包括壳体10、设置于所述壳体10的充电槽11、以及设置在所述充电槽11内的充电接口12。所述电池2插入所述充电槽11内与所述充电接口12电连接从而进行充电。所述壳体10的下方设有用于支撑所述充电装置1的支撑脚13，所述支撑脚13用于抬高所述壳体10以便于空气流通进行散热。所述壳体10的表面还设有用于显示电池2充电状态的显示装置17。
36.所述电池2包括上壳体21、下壳体23、以及由所述上壳体21和所述下壳体23围设形成的容纳空间，若干电芯22容纳在所述容纳空间内。
37.如图3所示为本发明的充电装置1优选的一种充电电路，包括：与所述电池2电连接的充电接口12、与外部电源连接的电源电路18、用于检测所述电池2充电时参数值的检测模块14、以及用于接收所述检测模块14检测的参数值的控制模块15。所述检测模块14包括电
压检测模块141、电流检测模块142、以及温度检测模块143。所述电压检测模块141用于检测所述电池2的电压或每节电芯22的电压。所述温度检测模块143用于检测所述电池2充电时的温度，该温度可以是电池2的内部温度或者是电池2的表面温度，也可以是电池2与充电装置1的连接处的温度。所述充电装置1还包括模式切换电路16，所述检测模块14将检测的电池参数传输给所述控制模块15，所述控制模块15依据所述检测模块14传输的电池参数并输出控制信号，所述模式切换电路16依据所述控制模块15传输的控制信号在多个充电模式中进行切换，以选择一种合适的充电模式。
38.以下将详细介绍本发明充电装置1的工作原理：
39.所述电池2插入所述充电槽11后，所述电压检测模块141检测单节电芯22的电压并传输给所述控制模块15，所述控制模块15将接收的电压与预设电压进行比较，若单节电芯电压大于4.1v时，所述控制模块15控制所述显示装置17显示电池为满电量，表示电池无需充电。当所述电压检测模块141检测单节电芯电压小于等于4.1v，所述充电装置1进入充电状态。此时，所述电压检测模块141检测所述电池2的电压，若电池的电压低于1v，所述控制模块15控制激活所述充电装置1，所述电压检测模块141持续检测所述电池电压，若10s后电池电压仍低于1v，所述控制装置15控制所述显示装置17报警，所述充电装置1停止充电。所述电压检测模块141还可以检测单节电芯电压，所述电压检测模块141检测到的电池电压大于1v且所述电池2单节电芯电压小于第一电压阈值v1(优选2.5v)时，所述控制模块15控制所述充电装置1进入预充电状态。当电芯电压达到第一电压阈值v1时，所述充电装置1进入充电模式选择状态。
40.图4示出了本发明充电装置1的一种充电模式切换的实施例，在该实施例中，所述充电装置1的工作模式包括第一充电模式(或称小电流充电模式)和第二充电模式(或称大电流充电模式)两种充电模式。通过所述温度检测模块143检测电池充电时的温度并将检测到的温度传输给所述控制模块15，所述控制模块15依据检测到的温度生成控制信号传输至所述模式切换电路16，所述模式切换电路16依据接收的控制信号，在第一充电模式和第二充电模式中进行自动切换。具体地，当充电装置1检测到有电池2插入时，通过温度检测模块143检测电池2的温度，当所述温度检测模块143检测到第一电池温度大于第一温度阈值t1时，所述控制模块15控制所述充电装置1以第一充电模式对电池进行充电；若检测到的第一电池温度小于第一温度阈值t1时，所述控制模块15控制所述充电装置1以第二充电模式对电池2进行充电。在本实施例中，所述第一充电模式和第二充电模式均为恒流充电模式，其中，所述第一充电模式的充电电流小于所述第二充电模式的充电电流。优选地，所述第一充电模式的充电电流为3a，所述第二充电模式的充电电流为6a。
41.在第二充电模式中，随着充电时间的增加，电池2的温度逐渐上升，当所述温度检测模块143检测到的电池2的第二温度达到第一温度阈值t1后，所述温度检测模块143将检测到的温度值传送至所述控制模块15，所述控制模块15调节pwm(脉冲宽度调制：pulse width modulation)值并传输至所述模式切换电路16，所述模式切换电路16依据调节后的pwm值切换至第一充电模式对所述电池2进行充电。
42.在第一充电模式中，若所述温度检测模块143检测到的第二电池温度达到第三温度阈值t3时，所述控制模块15控制所述充电装置1停止充电并通过所述充电装置1的显示装置17进行报错，其中，本实施例中的显示装置17为led灯，所述控制模块15控制led灯闪烁或
长亮红灯以报错。在其他实施例中，所述显示装置17也可以为用于显示信息的显示面板。在第一充电模式中，若所述温度检测模块143检测到的第二电池温度下降至第二温度阈值t2后，所述温度检测模块143将检测到的温度值传送至所述控制模块15，所述控制模块15改变pwm值并传输至所述模式切换电路16，所述切换模块16切换至第一充电模式。正常情况下，电池2的温度随着充电时间的增加而上升，但随着电池的使用场景越来越多样化，用户尝尝需要在户外对电池进行充电以延长户外的工作时长，这就导致电池的温度也会收到户外温度的影响。如若电池刚刚完成放电，电池插入充电器时的温度大于第一温度阈值t1，充电装置1以第一充电模式对电池进行充电，但由于外界环境温度过低，导致电池温度越来越低，这时，如果继续以第一充电模式进行充电，则会导致充电时间过长，甚至一直充不满电。因此，本发明在第一充电模式中设置最低温度阈值(第二温度阈值t2)，当电池温度由于外界温度的影响降低至最低温度阈值时，充电装置1自动切换至第二充电模式，这就避免了因外界环境对电池充电的影响，缩短了电池在不同使用场景的充电时间，提高了电池的充电效率。
43.在上述实施例中，所述第一温度阈值t1大于第二温度阈值t2，所述第一温度阈值t1小于所述第三温度阈值t3。优选地，所述第一温度阈值t1优选为45
°
，所述第二温度阈值t2优选为40
°
，所述第三温度阈值t3优选为50
°
。当然，第一温度阈值t1、第二温度阈值t2、第三温度阈值t3是可以随着电池容量、类型、充电环境等因素的变化而改变的，并不局限于上述优选值。
44.请参考图5所示，以下将详细介绍温度检测模块143及模式切换电路16的工作原理。所述温度检测模块143设有热敏电阻rt，所述热敏电阻rt的阻值随着电池2的温度的改变而改变。随着所述热敏电阻rt的阻值改变，采集点144的电压也随之改变。所述控制模块15采集所述采集点144的电压值并将该电压值与控制模块15预先设定的温度阈值(第一温度阈值t1、第二温度阈值t2、第三温度阈值t3)对应的电压值进行比较，若采集点144的电压值低于第一温度阈值t1对应的电压值，所述控制电路15输出一个pwm值传输至所述模式切换电路16。所述模式切换电路16包括mos管q3(切换开关)，当接收到所述控制电路15传输的pwm值时，mos管q3在单个周期内改变接通或断开时长以改变充电电流的大小，从而切换充电模式。例如，在第二充电模式中，mos管q3的接通时间为t1，mos管q3的断开时间为t2；在第一充电模式中，mos管q3的接通时间为t3，mos管q3的断开时间为t4，t1＞t3，t2＜t4。通过所述控制模块15控制改变mos管q3接通或断开的时间以实现模式切换，从而使得充电模式随着电池温度的改变而切换至合适的模式，避免因外界环境或电池温度过高而降低电池充电效率。
45.参考图6所示，所述充电装置1在图4所示的恒流充电模式(第一充电模式或第二充电模式)后，进一步包括第三充电模式(或称恒压充电模式)。所述电池2以恒流充电模式进行充电，所述电芯的电压随着充电时间的增加而持续上升，所述电压检测模块141实时检测所述电池2的单节电芯22的电压值，如若单节电芯22的电压值小于第二电压阈值v2，所述充电装置1维持恒流充电模式，即依据所述温度检测模块143检测到的电池温度，在第一充电模式和第二充电模式中进行选择；如若单节电芯22的电压值达到第二电压阈值v2时，所述控制模块15控制所述模式切换电路16切换至恒压充电模式。在所述恒压充电模式中，所述控制模块15调节pwm值以改变充电电流，使得单节电芯22的电压维持在所述第二电压阈值
v2。所述第二电压阈值v2优选为4.18v。在所述恒压充电模式中，所述电压检测模块141每检测到一次单节电芯电压达到第二减压阈值v2，则所述控制模块15调节pwm值以降低一次充电电流，从而将单节电芯电压维持在第二电压阈值v2进行充电。在所述恒流充电模式(第一充电模式和第二充电模式)中，所述电芯电压位于第一电压阈值v1(2.5v)和所述第二电压阈值v2(4.18v)之间。另外，在所述第一充电模式、第二充电模式、第三充电模式中，为了实现电池2的均衡充电，所述电芯电压之间的压差均控制在1.5v以内，若所述电芯电压之间的压差大于1.5v，则所述控制模块15控制所述显示装置17报警。
46.在所述恒压充电模式中，所述电流检测模块142实时检测所述充电装置1的充电电流，若充电电流降低至所述控制模块15设定的第一电流阈值i1时，且在一定时间(优选为10min)未降低至第二电流阈值i2时，所述控制模块15控制所述显示装置17显示绿灯，表示电池已充电完成；若充电电流在达到第一电流阈值i1后10min以内直接降低至第二电流阈值i2，所述控制模块15同样控制所述显示装置17显示绿灯，表示电池已充电完成。所述第一电流阈值i1优选设为0.5a，所述第二电流阈值i2优选设为0.3a。
47.请参考图4-6所示，以下将介绍电池2的充电方法，包括如下步骤：
48.s1：电池2插入充电装置1，充电装置1开始工作；
49.s2：检测电池2的单节电芯电压；
50.s3：判断单节电芯电压是否大于4.1v，如果是，则电池2为满电量，无需充电；如果不是，则执行充电；
51.s4：判断电池电压是否低于1v，如果是，则报警；如果不是，判断单节电芯电压是否小于第一电压阈值v1(优选2.5v)，如果单节电芯电压小于第一电压阈值v1，则进入预充电，如果大于等于第一电压阈值v1，则进入充电模式选择；
52.s5：判断电池温度是否大于第一温度阈值t1(优选45
°
)，如果是，则进入第一充电模式对电池2进行充电，如果不是，则进入第二充电模式对电池2进行充电，第一充电模式的充电电流为3a，第二充电模式的充电电流为6a；
53.s6：当电池2以第一充电模式进行充电时，判断电池温度是否处于第二温度阈值t2(优选40
°
)与第三温度阈值t3(优选50
°
)之间，如果是，则维持第一充电模式对电池2进行充电，如果低于第二温度阈值t2，则切换至第二充电模式对电池2进行充电，如果高于第三温度阈值t3，则停止充电并报警；
54.s7：判断单节电芯电压是否大于第二电压阈值v2(优选4.18v)，如果是，则切换至恒压充电模式进行充电，即电池2的单节电芯电压维持在第二电压阈值v2进行充电；如果不是，则返回s5；
55.s8：判断充电电流是否小于第一电流阈值i1(优选0.5a)，如果是，则进入s9，如果不是，则返回s7；
56.s9：判断充电电流是否小于第二电流阈值i2(优选0.3a)，如果是，则充电完成，如果不是，则进入s10；
57.s10：判断充电电流处于第一电流阈值i1与第二电流阈值i2之间的时间是否大于第一预设时间(优选10min)，如果是，则充电完成，如果不是，则返回s9。
58.需要说明的是，上述步骤中所述的详细参数指示本实施例中比较优选的方案，在其他实施例中，这些参数可随不同电池类型或不同工作情况的改变而改变，并不作为具体
限定。
59.在本发明的另一实施例中，充电装置1上不设置检测模块14，而将检测模块14设置在电池2内部，检测模块14检测到充电中的电池的参数值并通过链路传输至充电装置1的控制模块15，所述链路传输可以是有线通信也可以是无线通信。其他结构均与第一实施例相同，此处不作详细阐述。
60.本发明不局限于上述具体实施方式。本领域普通技术人员可以很容易地理解到，在不脱离本发明原理和范畴的前提下，本发明还有其他很多的替代方案。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。