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CN102315665B - 具有急速充电功能的电池组及其方法 - Google Patents

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CN102315665B CN201110153228.0A CN201110153228A CN102315665B CN 102315665 B CN102315665 B CN 102315665B CN 201110153228 A CN201110153228 A CN 201110153228A CN 102315665 B CN102315665 B CN 102315665B
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Abstract

本发明涉及具有急速充电功能的电池组及其方法。对包括至少一个单电池的电池组进行充电的方法包括：将单电池电压与第一电压进行比较；将所述单电池电压与高于所述第一电压的第二电压进行比较；以及如果所述单电池电压在所述第一电压和所述第二电压之间，则控制连接到所述至少一个单电池的电流放大单元放大从充电器到所述至少一个单电池的电流。

Description

具有急速充电功能的电池组及其方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年7月8目在美国专利和商标局提交的美国临时申请No.61/362543的优先权和权益，其公开内容通过引用整体合并于此。
技术领域
实施例涉及电池组。
背景技术
一般而言，一旦放电则不能再次使用的电池称为一次电池，而放电之后可以被重用的电池称为二次电池。
近来，随着诸如传统电话、智能电话、个人数字助理(PDA)电话和数码相机之类的便携式设备的供应的增加，对二次电池的需求日益快速增长。用于便携式设备的二次电池要求稳定性高、外型薄以方便携带以及在短的充电时间之后可以维持长的使用寿命。
恒流模式-恒压模式充电方法(CC-CV充电方法)通常被用作对用于便携式设备的二次电池进行充电的方法。在对二次电池进行充电时，CC-CV充电方法是以特定的恒定电流进行充电而后当达到接近完全充电电势的电压时以恒定电压对二次电池进行充电的方法。
正在进行对各种充电方法的研究，这些充电方法可以进行更精确的完全充电并以比CC-CV充电方法更快的充电速度进行充电。
此外，随着各种具有大功耗的便携式设备的供应的快速增加，对电池的关注度日益增长。相应地，需要更稳定且可以在更短时间量内完全充电的充电方法和充电装置。
发明内容
本发明的一方面提供了一种具有急速充电功能的电池组及其方法。
根据实施例的一种具有急速充电功能的电池组放大从现有便携式电话充电器、计算机USB电源或车辆的雪茄插座电源(在下文中被称为充电器)供应的充电电流，并且对其本身进行充电。
而且，根据实施例的急速充电方法包括：放大由充电器供应的充电电流以对单电池进行充电；并且以恒定电压对该单电池进行充电。在一个实施例中，可以基本上采用脉冲充电方案对单电池进行充电。
可以对单电池进行连续充电至单电池的完全充电电压。例如，完全充电电压可以被设置为大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平。在对单电池进行充电期间，放大的电流可以基本上随着时间的流逝而逐渐减小。放大的电流
可以被设置为由充电器供应的充电电流的大约110％至大约130％。
在一个实施例中，提供了一种对电池组进行充电的方法，所述电池组包括至少一个单电池。该方法包括：将单电池电压与第一电压进行比较；将所述单电池电压与高于所述第一电压的第二电压进行比较；以及如果所述单电池电压在所述第一电压和所述第二电压之间，则控制连接到所述至少一个单电池的电流放大单元放大从充电器到所述至少一个单电池的电流。
在一个实施例中，在与所述单电池电压进行比较时，所述第一电压在大约3.0V与大约4.2V之间，并且其中所述第二电压在大约4.1V与大约4.25V之间。进一步，放大所述电流可以包括使所述电流放大至大约110％与大约130％之间。
另外，在一个实施例中，控制所述电流放大单元包括提供来自控制单元的控制信号给所述电流放大单元。所述方法还可以包括：确定所述至少一个单电池的温度是否超过参考温度，并且如果所述至少一个单电池的温度超过所述参考温度，则终止对所述至少一个单电池的充电。
在一个实施例中，该方法还包括：如果所述单电池电压大于所述第二电压，则例如通过将来自所述充电器的电压转换成脉冲型电压并且将所述脉冲型电压供应给所述至少一个单电池，对所述至少一个单电池进行脉冲充电。所述方法还可以包括：如果所述至少一个单电池的电压低于所述第一电压，则对所述至少一个单电池进行预充电。
在一个实施例中，提供了一种电池组，包括：至少一个单电池；以及电流放大单元，连接到所述至少一个单电池，并且被配置为放大从充电器到所述至少一个单电池的电流。
所述电池组还可以包括：脉冲充电单元，连接至所述至少一个单电池，并且被配置为将来自所述充电器的电压转换成脉冲型电压；预充电单元，用于对所述至少一个单电池进行预充电；电压感应单元，用于感应所述至少一个单电池的电压；和/或温度感应单元，用于感应所述至少一个单电池的温度。另外，所述电池组可以包括：控制单元，用于根据所述至少一个单电池的电压向所述电流放大单元提供控制信号。
在一个实施例中，所述电流放大单元包括：第一晶体管Q21，包括控制电极、第一电极和第二电极，所述控制电极用于接收控制信号，所述第一电极连接到接地参考；第二晶体管Q22，包括连接至所述第一晶体管Q21的第二电极的控制电极、连接至所述充电器的第一电极和连接至所述至少一个单电池的第二电极；以及电容器，连接在所述第一晶体管的控制电极与第二电极之间。在一个实施例中，所述电流放大单元还可以包括噪声滤波器。
在另一实施例中，所述电流放大单元可以包括：第一晶体管Q31，包括连接至所述充电器的第一电极、第二电极和用于接收控制信号的控制电极；第二晶体管Q32，包括第一电极、第二电极和控制电极，所述第一电极连接至所述第一晶体管Q31的第二电极，所述第二电极连接至所述至少一个单电池；以及电压调节器，包括连接至所述第一晶体管的第二电极的输入端子和连接至所述第二晶体管的控制电极的输出端子。
在又一实施例中，所述电流放大单元包括：第一晶体管Q41，包括连接至所述充电器的第一电极、第二电极和用于接收控制信号的控制电极；第二晶体管Q42，包括连接至所述第一晶体管的第二电极的第一电极、连接至所述至少一个单电池的第二电极、控制电极；以及电压调节器，包括连接至所述第二晶体管的控制电极的输入端子和连接至所述第二晶体管的第二电极的输出端子。
根据实施例的电池组及其方法通过利用电流放大-脉冲充电方案显著缩短了所述电池组的充电时间。举例来说，现有的充电时间花费大约3至4小时，但根据实施例，充电时间花费大约1.5小时或者更短。
根据实施例的电池组及其方法向电池组供应小量的电流以允许单电池被充电至初始电荷，并且感应单电池的电压。当单电池的电压升高时，电池组及其方法确定没有错误，并且根据电流放大-脉冲充电方案进行充电。当单电池的电压没有进一步升高时，电池组及其方法确定单电池中发生轻微的短路或者单电池已经完全放电，并且停止充电，从而提高了电池组的稳定性。
而且，根据实施例的电池组及其方法在对电池组进行充电的同时感应单电池的温度，并且当单电池的温度超过参考温度时停止充电或减小充电电流，从而增强了电池组的稳定性。
附图说明
图1图示说明根据实施例的具有急速充电功能的电池组的框图；
图2图示说明根据实施例的具有急速充电功能的电池组的电流放大单元和噪声滤波器的电路图；
图3图示说明根据另一实施例的具有急速充电功能的电池组的电流放大单元和噪声滤波器的电路图；
图4图示说明根据又一实施例的具有急速充电功能的电池组的电流放大单元和噪声滤波器的电路图；
图5图示说明根据实施例的具有急速充电功能的电池组的预充电单元的电路图；
图6图示说明根据实施例的具有急速充电功能的电池组的脉冲充电单元的电路图；
图7图示说明根据实施例的急速充电方法的示意性流程图；
图8图示说明根据另一实施例的急速充电方法的示意性流程图；
图9图示说明根据实施例的急速充电方法的流程图；以及
图10是示出根据实施例的在急速充电期间的电流、单电池电压、容量以及充电时间之间的关系的曲线图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述示例性实施例；然而，它们可以以不同的形式被体现并且不应被解释为限于这里所记载的实施例。相反地，这些实施例被提供使得本公开将充分完整，并且充分地向本领域技术人员传达本公开的范围。
以下在本公开中，相同的附图标记始终用于指示相同或类似的元件或操作。而且，当一个部件(或元件、设备等等)被称为“连接”或“耦合”到另一部件(或元件、设备等等)时，应该理解的是，前者可以被“直接连接”到后者，或者可以经由中间部件(或元件、设备等等)“电连接”到后者，或者两者。
图1图示说明根据实施例的具有急速充电能力的电池组的框图。
参见图1，根据实施例的具有急速充电功能的电池组100包括至少一个单电池110、电流放大单元120、预充电单元130和脉冲充电单元140。电流放大单元120连接在单电池110和充电器190之间并且放大来自充电器190的电流以对单电池110进行快速充电。预充电单元130连接在单电池110和充电器190之间并且降低来自充电器190的电压以对单电池110进行预充电。脉冲充电单元140连接在单电池110和充电器190之间并且将来自充电器190的电压转换成脉冲型电压以对单电池110进行脉冲充电。
另外，根据实施例的电池组100可以包括电压感应单元150和温度感应单元160。而且，电池组100可以进一步包括控制单元170，其接收电压感应单元150的信号和温度感应单元160的信号以根据算法控制电流放大单元120、预充电单元130以及脉冲充电单元140。此外，电池组100包括组正端子P+和组负端子P-，并且组正端子P+和组负端子P-被配置为连接到外部充电器190或外部负载。
单电池110可以是具有单电池正端子B+和单电池负端子B-并且可以被再充电的二次电池。例如，单电池110可以是从锂离子电池、锂聚合物电池、锂离子聚合物电池及其等同材料中选择的任一种，但是实施例并不限于此。同样，单电池110可以是从圆柱型电池、棱柱型电池、袋型电池及其等同材料之中选择的任一种，但是实施例并不限于此。
电流放大单元120连接在组正端子P+和单电池正端子B+之间。电流放大单元120根据控制单元170的控制信号Tb操作，并且放大从充电器190供应的电流以将放大的电流供应给单电池110。在这里，当由电压感应单元150感应的单电池110的电压例如被确定为大约3.0V与大约4.2V的电压电平时，控制单元170基本上向电流放大单元120输出用于操控电流放大单元120的控制信号Tb。此外，在一个实施例中，电流放大单元120不放大从充电器190供应的电压，而是仅仅放大电流，以将放大后的电流供应给单电池110。例如，电流放大单元120将从充电器190供应的电流放大至大约110％到大约130％之间(在一个实施例中，大约125％)，并且向单电池110供应放大的电流。当电流放大率小于大约110％时，单电池110的充电时间不会大大缩短。在这里，单电池110的完全充电时间通常为大约3到4小时。而且，当电流放大率超过大约130％时，单电池110可能会退化。也就是说，单电池110的使用寿命可能会缩短。
在电流放大单元120和单电池110之间还可以连接噪声滤波器121。噪声滤波器121滤除由电流放大单元120生成的各种电噪声。
预充电单元130连接在组正端子P+和单电池正端子B+之间。预充电单元130根据控制单元170的控制信号Ml g进行操作，并且降低从充电器190供应的电压以向单电池110供应降低的电压。在一个实施例中，当由电压感应单元150感应的单电池110的电压例如被确定为低于大约3.0V时，控制单元170基本上向电流放大单元120输出用于操控预充电单元130的控制信号M1g。预充电单元130例如将由充电器190供应的电压的大约10％至大约40％供应给单电池110。例如，当由充电器190供应的电压是大约4.2V时，预充电单元130向单电池110供应大约4.2*(1/10)V至4.2*(4/10)V。如果预充电电压低于大约10％，则预充电要进行很长时间。同样，如果预充电电压超过大约40％，则单电池110可能会退化。
在预充电期间，在特定量的时间流逝之后，控制单元170确定单电池110中是否发生轻微的短路或者单电池110是否被完全放电，并且当单电池110的电压低于大约3.0V时停止对单电池110进行充电。
脉冲充电单元140连接在组正端子P+和单电池正端子B+之间。脉冲充电单元140根据控制单元170的控制信号M2g进行操作，并且将由充电器190供应的电压转换成脉冲型电压以将脉冲型电压供应给单电池110。在这里，当由电压感应单元150感应的单电池110的电压例如被确定为超过大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平(在一个实施例中，大约4.2V)时，控制单元170基本上输出用于操控脉冲充电单元140的控制信号M2g。如果该电压低于大约4.1V，则对单电池110完全充电要进行很长时间。同样，如果该电压超过大约4.25V，则单电池110可能会退化。
在一个实施例中，电流放大单元120在单电池110的电压为大约3.0V与大约4.2V之间的电压电平时进行操作，而脉冲充电单元140在单电池110的电压为大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平时进行操作。因此，单电池110的电压范围看起来彼此重叠。
然而，事实上，并不存在重叠的电压范围。例如，在一个实施例中，电流放大单元120在单电池110的电压为大约3.0V与大约4.1V之间的电压电平时进行操作，而脉冲充电单元140在单电池110的电压超过大约4.1V时进行操作。在另一实例中，电流放大单元120在单电池110的电压为大约3.0V与大约4.2V的电压电平时进行操作，而脉冲充电单元140在单电池110的电压超过大约4.2V时进行操作。换句话说，电流放大单元在比脉冲充电单元进行操作所在的电压范围小的第一电压范围进行操作，但并不存在重叠。单电池110的电压范围可以根据该电池组的容量或用途而变化，而不限于此。
电压感应单元150与单电池110并联连接并且感应单电池110的电压。此外，电压感应单元150将感应到的单电池110的模拟电压值转换成数字电压值并且将该数字电压值提供给控制单元170。
温度感应单元160压在单电池110上或者位于单电池110的周边，并且感应单电池110的温度。温度感应单元160将感应到的单电池110的模拟温度值转换成数字温度值并且将该数字温度值提供给控制单元170。
控制单元170接收电压感应单元150的信号和温度感应单元160的信号，并且根据算法将相应的控制信号输出到电流放大单元120、预充电单元130和脉冲充电单元140。例如，当由电压感应单元150感应的单电池110的电压为大约3.0V与大约4.2V的电压电平时，控制单元170通过向电流放大单元120输出控制信号Tb，允许电流放大单元120放大来自充电器190的电流并且将放大的电流供应给单电池110。当由电压感应单元150感应的单电池110的电压低于大约3.0V时，控制单元170通过向预充电单元130输出控制信号M1g，允许预充电单元130降低来自充电器190的电压并且向单电池110供应降低的电压。当由电压感应单元150感应的单电池110的电压超过大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平或大约4.2V的电压电平时，通过向脉冲充电单元140输出控制信号M2g，控制单元170允许脉冲充电单元140将来自充电器190的电压转换成脉冲型电压并且将该脉冲型电压供应给单电池110。而且，当由温度感应单元160感应的单电池110的温度超过大约55℃与大约60℃之间的值时，控制单元170停止对单电池110的充电。也就是说，控制单元170停止电流放大单元120、预充电单元130或者脉冲充电单元140的操作，因此单电池110的温度不再升高。随着单电池110的温度的升高，控制单元170减小电流放大率、预充电电压或脉冲宽度，从而抑制单电池110的温度升高。
充电器190并联连接在组正端子P+和组负端子P-之间，并且向单电池110供应充电电流和充电电压。例如，充电器190可以是用于供应大约4.2V的输出电压和大约600mA至800mA的电流的便携式电话充电器190(标准充电器)，或者具有大约5V的输出电压和大约500mA的电流的计算机USB电源。在这里，便携式电话充电器190和计算机USB电源的输出电压和电流是国际标准化的。此外，充电器190可以是具有大约12V的输出电压和大约500mA的电流的车辆的雪茄插座(cigar jack)电源。
图2图示说明根据实施例的具有急速充电功能的电池组的电流放大单元和噪声滤波器的电路图。
参见图2，电流放大单元120a包括：第一电阻器R21、第一晶体管Q21、第一电容器C21、第二电阻器R22和第二晶体管Q22。
第一电阻器R21连接在第一晶体管Q21和控制单元170之间。也就是说，第一电阻器R21的第一电极连接到控制单元170，并且第一电阻器R21的第二电极连接到第一晶体管Q21。相应地，控制单元170的控制信号Tb通过第一电阻器R21施加到第一晶体管Q21。
第一晶体管Q21包括控制电极、第一电极和第二电极。第一电阻器R21的第二电极连接到第一晶体管Q21的控制电极。第一电容器C21和第二晶体管Q22连接到第一晶体管Q21的第一电极。第二电阻器R22连接到第一晶体管Q21的第二电极。在这里，第一晶体管Q21可以是NPN功率晶体管。
第一电容器C21连接在第一晶体管Q21的第一电极和控制电极之间。也就是说，第一电容器C21的第一电极连接到第一晶体管Q21的第一电极，并且电容器C21的第二电极连接到第一晶体管Q21的控制电极。
第二电阻器R22连接在第一晶体管Q21的第二电极和接地端子之间。也就是说，第二电阻器R22的第一电极连接到第一晶体管Q21的第二电极，并且第二电阻器R22的第二电极接地。
第二晶体管Q22包括控制电极、第一电极和第二电极。第一电容器C21的第一电极和第一晶体管Q21的第一电极连接到第二晶体管Q22的控制电极。同样，组正端子P+连接到第二晶体管Q22的第一电极。相应地，来自充电器190的电流被供应给第二晶体管Q22的第一电极。而且，单电池正端子B+电连接到第二晶体管Q22的第二电极。因此，单电池110通过第二晶体管Q22的第二电极接收放大的电流。在这里，第二晶体管Q22可以是PNP功率晶体管。
噪声滤波器121可以基本上连接在第二晶体管Q22的第二电极和单电池正端子B+之间。在这里，噪声滤波器121可以是电感器L。
因此，电流放大单元120a可以是级联的一对功率晶体管，其增大来自充电器190的电流并且向单电池110供应增大的电流。
下面的描述将与电流放大单元120a相关。
首先，控制单元170向第一电阻器R21提供大约0.7V或更高的控制信号Tb。然后，电流Ibe(从基极到发射极的电流)流过第一电阻器R21、第一晶体管Q21的控制电极和第二电极以及第二电阻器R22。
第一晶体管Q21和第二晶体管Q22是功率晶体管，增益为大约50倍。也就是说，从第一晶体管Q21的第一电极流向第一晶体管Q21的第二电极的电流Ice可以为电流Ibe的大约50倍。
在这里，流过第一晶体管Q21的第一电极和第二电极的电流Ice从第二晶体管Q22的控制电极供应。同样，流过第二晶体管Q22的第一电极和第二电极的电流被放大为流过第二晶体管Q22的控制电极的电流的大约50倍。
结果，通过组正端子P+供应的充电电流被第二晶体管Q22放大并且被供应到单电池正端子B+。举例来说，从充电器190供应的大约500mA的电流可以被放大到大约1至1.5A的电流并且被供应给单电池110。在电流放大单元120a中，第一晶体管Q21的增益和第二晶体管Q22的增益被适当控制，因此，如上所述，从充电器190供应的电流可以被放大至大约110％至130％并且可以被供应给单电池110。
此外，可能会在放大电流中出现的电噪声被串联连接到第二晶体管Q22和单电池正端子B+的噪声滤波器121滤除。
而且，当充电器190是便携式电话充电器或计算机USB电源时，电流放大单元120a是合适的，因为由电流放大单元120a通过组正端子P+供应的电压类似于由电流放大单元120a供应给单电池正端子B+的电压，并且电流被放大。
图3图示说明根据另一实施例的具有急速充电功能的电池组的电流放大单元和噪声滤波器的电路图。
参见图3，根据另一实施例的电流放大单元120b包括第一晶体管Q31、电压调节器VR、第二晶体管Q32以及二极管D31。
第一晶体管Q31包括控制电极、第一电极和第二电极。第一晶体管Q31的控制电极连接到控制单元170，从而从控制单元170接收控制信号Tb。第一晶体管Q31的第一电极连接到组正端子P+，并且第一晶体管Q31的第二电极连接到电压调节器VR和第二晶体管Q32。
电压调节器VR包括输入端子I、输出端子O以及接地端子G。电压调节器VR的输入端子I连接到第一晶体管Q31的第二电极和第二晶体管Q32。电压调节器VR的输出端子O连接到第二晶体管Q32。电压调节器VR的接地端子G连接到二极管D31。
第二晶体管Q32包括控制电极、第一电极和第二电极。第二晶体管Q32的控制电极连接到电压调节器VR的输出端子O。第二晶体管Q32的第一电极连接到第一晶体管Q31的第二电极和电压调节器VR的输入端子I。第二晶体管Q32的第二电极连接到单电池正端子B+。
二极管D31连接在电压调节器VR的接地端子G和接地端子之间。也就是说，二极管D31的第一电极连接到电压调节器VR的接地端子G，并且二极管D31的第二端子连接到接地端子。二极管D31补偿第二晶体管Q32的控制电极和第二电极之间的电压降。
噪声滤波器121可以基本上电连接在第二晶体管Q32的第二电极和单电池正端子B+之间。在这里，噪声滤波器121可以是电感器L。
当控制单元170向第一晶体管Q31的控制电极提供控制信号Tb时，第一晶体管Q31导通，因此电流放大单元120b操作。这样，当第一晶体管Q31导通时，来自组正端子P+的电源被供应给电压调节器VR的输入端子I和第二晶体管Q32的第一电极。
电压调节器VR的接地端子G和输出端子O之间的电压通常具有恒定的特征。相应地，通过第二晶体管Q32的第二电极供应给单电池正端子B+的电流被放大。也就是说，来自组正端子P+的电流被放大并且被供应给单电池正端子B+。另举例来说，来自充电器190的电流被放大并且被供应给单电池110。
当充电器190是车辆的雪茄插座电源时，电流放大单元120b是合适的，因为通过组正端子P+供应的电压高于供应给单电池组正端子B+的电压，或者因为输入到电压调节器VR的输入端子的电压高于通过电压调节器VR的输出端子输出的电压。
图4图示说明根据另一实施例的具有急速充电功能的电池组的电流放大单元和噪声滤波器的电路图。
参见图4，根据另一实施例的电流放大单元120c包括第一晶体管Q41、第二晶体管Q42、电阻器R41以及电压调节器VR。
第一晶体管Q41包括控制电极、第一电极和第二电极。第一晶体管Q41的控制电极连接到控制单元170，从而从控制单元170接收控制信号Tb。第一晶体管Q41的第一电极连接到组正端子P+，并且第一晶体管Q41的第二电极连接到第二晶体管Q42和电阻器R41。
第二晶体管Q42包括控制电极、第一电极和第二电极。第二晶体管Q42的控制电极连接到电阻器R41和电压调节器VR。第二晶体管Q42的第一电极连接到第一晶体管Q41的第二电极和电阻器R41。第二晶体管Q42的第二电极连接到电压调节器VR和单电池正端子B+。
电阻器R41连接在第一晶体管Q41、第二晶体管Q42和电压调节器VR之间。也就是说，电阻器R41的第一电极连接到第一晶体管Q41的第二电极和第二晶体管Q42的第一电极。电阻器R41的第二电极连接到第二晶体管Q42的控制电极和电压调节器VR的输入端子I。
电压调节器VR包括输入端子I、输出端子O以及接地端子G。电压调节器VR的输入端子I连接到电阻器R41的第二电极和第二晶体管Q42的控制电极。电压调节器VR的输出端子O连接到第二晶体管Q42的第二电极和单电池正端子B+。电压调节器VR的接地端子G接地。
噪声滤波器121可以基本上电连接在第二晶体管Q42的第二电极和单电池正端子B+之间。在这里，噪声滤波器121可以是电感器L。
基本上，由于图3的电流放大单元120b使用NPN型的第二晶体管Q32，因此电压调节器VR的输出电压低于原始输出电压。然而，由于图4的电流放大单元120c使用PNP型的第二晶体管Q42(即功率晶体管)，因此可以维持电压调节器VR的原始输出电压。
在这里，由于图4的电流放大单元120c的操作基本上类似于图3的电流放大单元的操作，所以任何进一步的描述将被省略。
此外，当充电器190是车辆的雪茄插座电源时，电流放大单元120c是合适的，因为通过组正端子P+供应的电压高于供应给单电池正端子B+的电压。
图5图示说明根据实施例的具有急速充电功能的电池组的预充电单元的电路图。
参见图5，预充电单元130包括电阻器R1和晶体管M1。电阻器R1的第一电极连接到组正端子P+，并且电阻器R1的第二电极连接到晶体管M1。晶体管M1包括控制电极、第一电极和第二电极。控制电极从控制单元170接收控制信号M1g。晶体管M1的第一电极连接到电阻器R1的第二电极。晶体管M1的第二电极连接到单电池正端子B+。在这里，晶体管M1可以是具有本体二极管的P沟道MOSFET。
当控制单元170向晶体管M1的控制电极施加控制信号M1g时，预充电单元130操作，并且由于特定电压被施加到电阻器R1，所以从组正端子P+供应的电压与所施加的电压成比例地降低并且被供应给单电池正端子B+。也就是说，从充电器190供应的电压被降低，并且被供应给单电池110。
这样，预充电单元130可以向单电池110供应从充电器190供应的电压的大约10％至大约40％。
图6图示说明根据实施例的具有急速充电功能的电池组的脉冲充电单元的电路图。
参见图6，脉冲充电单元140包括晶体管M1。晶体管M1包括控制电极、第一电极和第二电极。控制电极从控制单元170接收控制信号M2g。晶体管M1的第一电极连接到组正端子P+。晶体管M1的第二电极连接到单电池正端子B+。在这里，晶体管M2可以是具有本体二极管的P沟道MOSFET。
当控制单元170将控制信号M2g施加给晶体管M2的控制电极时，脉冲充电单元140操作。在这里，控制信号M2g以大约3ms至大约3s的间隔被供应，从组正端子P+供应的电压被转换成脉冲型电压并且被供应给单电池正端子B+。也就是说，从充电器190供应的电压被转换成脉冲型电压，并且被供应给单电池110。
图7图示说明根据实施例的急速充电方法的示意性流程图。
参见图7，根据实施例的急速充电方法包括：放大从充电器供应的电流以进行充电的电流放大充电操作S11，以及将从该充电器供应的电压转换成脉冲型以进行充电的脉冲充电操作S12。在一个实施例中，该充电器可以是按照国际标准的便携式电话充电器、计算机USB电源或车辆的雪茄插座。
电流放大充电操作S11将从该充电器供应的电流放大至大约110％至大约130％(在一个实施例中，大约125％)，并且将放大的电流供应给单电池，从而允许该单电池以放大的电流进行充电。
脉冲充电操作S12将从该充电器供应的直流(DC)电压转换成脉冲型电压，并将脉冲型电压供应给该单电池，从而允许该单电池以脉冲型电压进行充电。
图8图示说明根据另一实施例的急速充电方法的示意性流程图。
参见图8，根据另一实施例的急速充电方法包括：在操作S21中确定单电池电压是否超过第一电压；在操作S22中确定单电池电压是否超过第二电压；在操作S23中将从充电器供应的电流放大以进行充电；在操作S24中确定单电池电压是否超过第二电压；以及在操作S25中进行脉冲充电。
在确定单电池电压是否超过第一电压的操作S21中，确定该单电池电压是否超过第一电压。在一个实施例中，确定该单电池的电压是否超过大约3.0V。
在确定单电池电压是否超过第二电压的操作S22中，确定该单电池电压是否超过第二电压。在一个实施例中，确定该单电池的电压是否超过大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平或大约4.2V的电压电平。
在将从充电器供应的电流放大以进行充电的操作S23中，当该单电池的电压在大约3.0V至4.2V之间时，将从该充电器供应的电流放大并且对该单电池进行充电。
在确定该单电池电压是否超过第二电压的操作S24中，确定该单电池的电压是否超过大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平或大约4.2V的电压电平。
在进行脉冲充电的操作S25中，当该单电池的电压超过大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平或4.2V的电压电平时，将从该充电器供应的DC电压转换成脉冲型电压并且对单电池进行充电。
图9图示说明根据实施例的急速充电方法的流程图。图10是示出根据实施例的在急速充电期间电流、单电池电压、容量和充电时间之间关系的曲线图。
下面将参照图1、9和10，描述根据实施例的急速充电方法。在这里，由图1的控制单元170控制根据实施例的急速充电方法。
参见图9，根据实施例的急速充电方法包括：在操作S31中确定单电池的电压是否超过第一电压；在操作S32中确定单电池的电压是否超过第二电压；在操作S33中将电流放大以进行充电；在操作S35中确定单电池的电压是否超过第二电压；并且在操作S36中进行脉冲充电。
根据实施例的急速充电方法可以进一步包括在操作S34中确定单电池的温度是否超过参考温度。
根据实施例的急速充电方法可以进一步包括：在操作S37中进行预充电；以及在操作S38中确定单电池的电压是否超过第一电压。
以下将更详细地描述根据实施例的急速充电方法。
在确定单电池的电压是否超过第一电压的操作S31中，控制单元170用电压感应单元150确定单电池110的电压是否超过第一电压。在一个实施例中，第一电压可以被设置为大约3.0V，但它并不限于此。
当确定的结果是单电池110的电压超过第一电压时，控制单元170执行操作S32。当确定的结果是单电池110的电压低于第一电压时，控制单元170执行操作S37。以下将再描述操作S37。
在确定单电池的电压是否超过第二电压的操作S32中，控制单元170用电压感应单元150确定单电池110的电压是否超过第二电压。在一个实施例中，第二电压可以被设置为大约4.1V与大约4.25V之间的电压电平或大约4.2V的电压电平，但它并不限于此。
当确定的结果是单电池110的电压超过第二电压时，控制单元170执行操作S36。当确定的结果是单电池110的电压低于第二电压时，控制单元170执行操作S33。以下将再描述操作S36。
在将电流放大以进行充电的操作S33中，控制单元170提供控制信号Tb给电流放大单元120，从而允许电流放大单元120进行操作。电流放大单元120将从组正端子P+供应的电流放大至大约110％至大约130％(在一个实施例中，大约125％)并且将放大的电流供应给单电池正端子B+。也就是说，电流放大单元120将从充电器190供应的原始充电电流放大至大约110％至大约130％(在一个实施例中，大约125％)并且将放大的电流供应给单电池110。在这里，当电流放大率小于大约110％时，单电池110的充电会进行相对长的时间。而且，当电流放大率超过大约130％时，单电池110会快速退化，因此单电池110的寿命可能会缩短。
例如，如图10所示，当假设从充电器190供应的电流为大约1A时，电流被电流放大单元120放大到大约1.1A至1.3A。虽然利用放大的电流的充电时间随单电池110的容量而变化，但用于便携式电话的单电池110通常花费大约一个小时，并且在这一点上，单电池110基本上被充电至大约93％至96％的容量。在相关技术领域的CC-CV充电方法中，通过进行充电大约一个小时，单电池110被充电到大约83％至大约86％的容量。因此，根据实施例，与现有的充电器相比，在相同的时间量中可以获得大约10％的充电量增加。
如图10所示，由电流放大单元120放大的电流随时间缓慢降低。这种情况的出现是因为单电池110的电压升高。通过更精确地设计电流放大单元120的电路，无论流逝多少时间始终可以一致地输出放大的电流。
在确定单电池的温度是否超过参考温度的操作S34中，控制单元170用温度感应单元160确定单电池110的温度是否超过大约55℃与大约60℃之间的值。当确定的结果是单电池110的温度超过大约55℃与大约60℃之间的值时，控制单元170为了单电池110的稳定性而停止对单电池110进行充电。当确定的结果是单电池110的温度等于或小于大约55℃与大约60℃之间的值时，控制单元170进行操作S35。
如在这里所描述的，操作S34可以在根据实施例的急速充电方法的任一阶段执行，而不必在操作S33和操作S35之间执行。也就是说，在实施例中，一旦单电池110的温度超过大约55℃与大约60℃之间的值，控制单元170停止电流放大单元120、预充电单元130以及脉冲充电单元140的所有操作，从而确保单电池110的稳定性。在另一实施例中，当单电池110的温度超过大约55℃与大约60℃之间的值，控制单元170根据更复杂的算法，在不停止充电的情况下减小电流放大率，降低预充电电压或收窄脉冲充电宽度，从而确保单电池110的稳定性。
在确定单电池的电压是否超过第二电压的操作S35中，控制单元170用电压感应单元150确定单电池110的电压是否超过第二电压。在这里，第二电压可以被设置为大约4.1V与4.25V之间的电压电平或大约4.2V的电压电平，但它并不限于此。
当确定的结果是单电池110的电压超过第二电压时，控制单元170执行操作S36。当确定的结果是单电池110的电压等于或低于第二电压时，控制单元170执行操作S33。也就是说，控制单元170将来自充电器190的电流放大以对单电池110进行充电直到单电池110的电压达到第二电压。在这里，以上已经描述了单电池110的电压达到第二电压要经过大约一个小时。
当确定的结果是单电池110的电压超过第二电压时，通过停止控制信号Tb的输出，控制单元170允许电流放大单元120停止操作。
在执行脉冲充电的操作S36中，通过提供控制信号M2g给脉冲充电单元140，控制单元170允许脉冲充电单元140进行操作。如上所述，脉冲充电单元140将来自组正端子P+的电压转换成脉冲型电压并且将脉冲型电压供应给单电池正端子B+。也就是说，脉冲充电单元140将来自充电器190的DC电压转换成脉冲型电压并将脉冲型电压供应给单电池110。为了提供更详细的描述，脉冲充电单元140将来自充电器190的电压转换成具有大约3ms至大约3s的间隔的脉冲型电压并且将脉冲型电压供应给单电池110。例如，如图10所述，脉冲充电单元140将来自充电器190的电压转换成脉冲型电压并且将脉冲型电压供应给单电池110历时大约3ms至3s，接下来，脉冲充电单元140在大约3ms至大约3s内不向单电池110供应来自充电器190的电压。脉冲充电单元140重复这种操作大约0.4至0.6小时，之后停止该操作。也就是说，控制单元170在该时间后停止控制信号M2g的输出，从而停止脉冲充电单元140的操作。
在控制单元170确定单电池110的电压是否超过第一电压的操作S31中，当单电池110的电压被确定为低于第一电压时，根据实施例的急速充电方法执行预充电操作S37。
也就是说，通过提供控制信号M1g给预充电单元130，控制单元170允许预充电单元130进行操作。如上所述，预充电单元130降低从组正端子P+供应的电压，并且将来自组正端子P+的电压的大约10％至大约40％供应给单电池正端子B+。也就是说，预充电单元130降低从充电器190供应的电压，并且将来自充电器190的电压的大约10％至大约40％供应给单电池110。当该预充电电压低于大约10％时，预充电被执行很长的时间。而且，当该预充电电压超过大约40％时，单电池110可能会退化。
控制单元170对单电池110进行预充电历时特定的时间，并且执行通过电压感应单元150确定单电池110的电压是否超过第一电压的操作S38。当确定的结果是单电池110的电压超过大约3.0V时，控制单元170执行操作S32。然而，当确定的结果是单电池110的电压仍然等于或低于大约3.0V时，控制单元170确定在单电池110中发生了轻微的短路或者单电池110已经完全放电，并且停止对单电池110进行充电。此外，在预充电操作S37结束时，控制单元170停止控制信号M1g的输出，从而允许停止预充电单元130的操作。
这里已经公开了示例性实施例，并且尽管采用了下位概念，但仅仅是以上位和描述的意义上使用并解释它们，而非用于限定的目的。因此，本领域普通技术人员会理解，可以在不超过所附权利要求记载的本公开的精神和范围的情况下，进行各种形式上和细节上的改变。
附图标记的描述
100；根据实施例的具有急速充电功能的电池组
110；单电池
120；电流放大单元
121；噪声滤波器
130；预充电单元
140；脉冲充电单元
150；电压感应单元
160；温度感应单元
170；控制单元
P+；组正端子
P-；组负端子
B+；单电池正端子
B-；单电池负端子
190；充电器

Claims (15)

1.一种对电池组进行充电的方法，所述电池组包括至少一个单电池，所述方法包括：
将单电池电压与第一电压进行比较；
将所述单电池电压与高于所述第一电压的第二电压进行比较；以及
如果所述单电池电压在所述第一电压和所述第二电压之间，则控制连接到所述至少一个单电池的电流放大单元将从充电器到所述至少一个单电池的原始充电电流放大至110％至130％，并且
如果所述单电池电压高于所述第二电压，则控制连接至所述至少一个单电池的脉冲充电单元对所述至少一个单电池进行脉冲充电，
其中在执行所述脉冲充电时，所述电流放大单元不进行操作，并且
其中所述电流放大单元包括：
第一晶体管，包括控制电极、第一电极和第二电极，所述控制电极用于接收控制信号，所述第一电极接地；
第二晶体管，包括连接至所述第一晶体管的第二电极的控制电极、连接至所述充电器的第一电极和连接至所述至少一个单电池的第二电极；以及
电容器，连接在所述第一晶体管的控制电极与第二电极之间。
2.如权利要求1所述的对电池组进行充电的方法，其中在比较所述单电池电压时，所述第一电压在3.0V与4.2V之间，并且其中所述第二电压在4.1V与4.25V之间。
3.如权利要求1所述的对电池组进行充电的方法，其中控制所述电流放大单元包括将来自控制单元的控制信号提供给所述电流放大单元。
4.如权利要求1所述的对电池组进行充电的方法，进一步包括：确定所述至少一个单电池的温度是否超过参考温度，并且如果所述至少一个单电池的温度超过所述参考温度，则终止对所述至少一个单电池的充电。
5.如权利要求1所述的对电池组进行充电的方法，其中对所述至少一个单电池进行脉冲充电包括：将来自所述充电器的电压转换成脉冲型电压并且将所述脉冲型电压供应给所述至少一个单电池。
6.如权利要求1所述的对电池组进行充电的方法，进一步包括：如果所述单电池电压低于所述第一电压，则对所述至少一个单电池进行预充电。
7.一种电池组，包括：
至少一个单电池；
电流放大单元，连接到所述至少一个单电池并且配置为将从充电器到所述至少一个单电池的原始充电电流放大至110％至130％；以及
脉冲充电单元，连接到所述至少一个单电池，并且被配置为将来自所述充电器的电压转换成脉冲型电压，
其中，所述电流放大单元和所述脉冲充电单元彼此分离，并且
其中所述电流放大单元包括：
第一晶体管，包括控制电极、第一电极和第二电极，所述控制电极用于接收控制信号，所述第一电极接地；
第二晶体管，包括连接至所述第一晶体管的第二电极的控制电极、连接至所述充电器的第一电极和连接至所述至少一个单电池的第二电极；以及
电容器，连接在所述第一晶体管的控制电极与第二电极之间。
8.如权利要求7所述的电池组，进一步包括：预充电单元，用于对所述至少一个单电池进行预充电。
9.如权利要求7所述的电池组，进一步包括：电压感应单元，用于感应所述至少一个单电池的电压；以及温度感应单元，用于感应所述至少一个单电池的温度。
10.如权利要求7所述的电池组，进一步包括：控制单元，用于根据所述至少一个单电池的电压向所述电流放大单元提供控制信号。
11.如权利要求7所述的电池组，其中所述电流放大单元被配置为当所述至少一个单电池的电压处于第一电压时进行操作，并且其中所述脉冲充电单元被配置为在所述至少一个单电池的电压处于比所述第一电压高的第二电压时进行操作。
12.如权利要求11所述的电池组，其中所述第一电压在3.0V与4.2V之间，并且其中所述第二电压在4.1V与4.25V之间。
13.如权利要求7所述的电池组，其中所述电流放大单元进一步包括噪声滤波器。
14.一种电池组，包括：
至少一个单电池；
电流放大单元，连接到所述至少一个单电池并且配置为将从充电器到所述至少一个单电池的原始充电电流放大至110％至130％；以及
脉冲充电单元，连接到所述至少一个单电池，并且被配置为将来自所述充电器的电压转换成脉冲型电压，
其中，所述电流放大单元和所述脉冲充电单元彼此分离，并且
其中所述电流放大单元包括：
第一晶体管，包括连接至所述充电器的第一电极、第二电极和用于接收控制信号的控制电极；
第二晶体管，包括第一电极、第二电极和控制电极，所述第一电极连接至所述第一晶体管的第二电极，所述第二电极连接至所述至少一个单电池；以及
电压调节器，包括连接至所述第一晶体管的第二电极的输入端子和连接至所述第二晶体管的控制电极的输出端子。
15.一种电池组，包括：
至少一个单电池；
电流放大单元，连接到所述至少一个单电池并且配置为将从充电器到所述至少一个单电池的原始充电电流放大至110％至130％；以及
脉冲充电单元，连接到所述至少一个单电池，并且被配置为将来自所述充电器的电压转换成脉冲型电压，
其中，所述电流放大单元和所述脉冲充电单元彼此分离，并且
其中所述电流放大单元包括：
第一晶体管，包括连接至所述充电器的第一电极、第二电极和用于接收控制信号的控制电极；
第二晶体管，包括第一电极、第二电极和控制电极，所述第一电极连接至所述第一晶体管的第二电极，所述第二电极连接至所述至少一个单电池；以及
电压调节器，包括连接至所述第二晶体管的控制电极的输入端子和连接至所述第二晶体管的第二电极的输出端子。
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