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CN110365074B - 一种电池、终端以及充电系统 - Google Patents

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CN110365074B CN201910600500.1A CN201910600500A CN110365074B CN 110365074 B CN110365074 B CN 110365074B CN 201910600500 A CN201910600500 A CN 201910600500A CN 110365074 B CN110365074 B CN 110365074B
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Abstract

本发明技术方案提供了一种电池、终端以及充电系统。所述电池包括电池充电端口、电池放电端口、电池负极端口、过流保护元件、保护集成电路、控制开关以及电芯；其中，所述电池充电端口与所述电芯的正极连接；所述控制开关串联在所述电芯的负极和所述电池负极端口之间；其中，所述保护集成电路并联在所述电芯的两端；所述保护集成电路还与所述控制开关连接以便向所述控制开关发送控制信号；另外，所述过流保护元件串联在所述电池放电端口与所述电芯的正极之间。本发明提供的电池具备充电和放电双路径，可对电池进行大电流充电而不会引起过流保护元件的严重发热；进一步，对于放电也可以进行电流过载检测。

Description

一种电池、终端以及充电系统
技术领域
本发明涉及充电技术，尤其涉一种电池、终端以及充电系统。
背景技术
随着科技的发展，终端的功能变得越来越强大，用户可以通过终端进行 办公、娱乐，以至于终端已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。然而， 终端的续航能力是有限的，需要用户不断的给终端充电。
需要指出的是，目前终端通常配备的都是锂电子电池，锂电子电池使用 时都需要设置一个保护电路，用于对锂离子电池的充、放电状态有效监控并 在非安全条件下关断充放电回路，提前防止对锂离子电池发生损害。除了上 述锂离子电池结构设计、电池保护板的保护以外，锂离子电池的充放电电路 中还会采用二级安全保护元件(例如，过流保护元件)来加强锂离子电池的 充放电过程安全保护。
举例来说，当前的终端通常都采用不超出20W功率的充电方式，充电 电流范围为1-4A。终端充电时，充电电路上的二级保护元件的阻抗发热不 明显，对充电电压的损耗不大，且可满足充电过程的安全保护要求。但随着 电池能量密度的提升和电池配置的倍增，要实现快速充电就务必在锂电池充 电电路中引入更高的充电电流。
如图1所示，图1为现有技术中一种具体的充放电路径。当通过外部充 电器对电池进行充电时，电流会经过过流保护元件、控制开关等元件到达电 芯；当电池对终端的负载供电时，电流会经过控制开关、过流保护元件、功 率变换电路到达终端负载。从上可知，电池的充放电都会经过过流保护元件、 控制开关等元件。在大电流场景下，例如，当采用40W功率的快速充电方 式(例如，9V4.4A、5V8A)，充电电流超出4A甚至达到8A，如此大的电 流经过过流保护元件会引起很大的热损耗，从而导致该过流保护原件发热严 重，可能造成锂电池的安全问题，进而给用户带来不便。
发明内容
本发明实施例提供了一种电池、终端以及充电系统，能够安全的快速的 对终端进行充电，从而提升用户体验。
本发明第一方面提供了一种电池，所述电池包括电池充电端口、电池放 电端口、电池负极端口、过流保护元件、保护集成电路、控制开关以及电芯； 其中，所述电池充电端口与所述电池放电端口不是同一个端口；其中，需要 指出的是，保护集成电路可简称为保护IC；
其中，所述电池充电端口与所述电芯的正极连接；所述电芯的负极与所 述控制开关的第一端连接；所述控制开关的第二端与所述电池负极端口连 接；
其中，所述保护IC并联在所述电芯的正负极两端；所述保护IC还与所 述控制开关的第三端连接；
其中，所述电池放电端口与过流保护元件的第一端连接；所述过流保护 元件的第二端与所述电芯的正极连接。
结合第一方面，需要指出的是，当所述电池处于充电状态时：
电流通过所述电池充电端口进入所述电池，并流向所述所述电芯；
所述保护IC，用于检测充电电流的电流值和充电电压的电压值；当所述 电流值小于第一电流阈值且所述电压值小于第一电压阈值时，向控制开关发 送闭合指令；当所述电流电流值大于第一电流阈值或所述电压值大于第一电 压阈值时，向控制开关发送断开指令；
所述控制开关，用于当接收到所述保护IC发送的闭合指令时，进行开 关闭合以使得所述充电电流流向所述电芯；当接收到所述保护IC发送的断 开指令时，进行开关断开以切断充电路径。
结合第一方面，需要指出的是，当所述电池处于放电状态时：
电流从所述电芯流出，通过所述过流保护元件到达所述电池放电端口， 并从所述电池放电端口流出；
所述保护IC，用于检测放电电流的电流值和放电电压的电压值；当所述 电流电流值大于第二电流阈值或所述电压值大于第二电压阈值时，向控制开 关发送断开中断指令；
所述控制开关，用于当接收到所述保护IC发送的断开指令时，进行开 关断开以切断放电路径；
所述过流保护元件，用于检测所述放电电流的电流值是否超过第三电流 阈值；当所述放电电流的电流值超过第三电流阈值时，断开放电路径。
结合第一方面，需要指出的是，所述保护IC并联在所述电芯的两端， 可以测量所述电芯两端的电压；
进一步，为了准确测量所述电芯两端的电压，该所述保护IC与所述电 芯之间还连接有滤波电路；
所述滤波电路包括第一电阻和电容；
所述保护IC包括正电源输入端子和负电源输入端子；
其中，所述第一电阻的第一端连接所述电芯的正极，所述第一电阻的第 二端连接所述电容的第一端；所述电容的第二端连接所述电芯的负极；
其中，所述正电源输入端子与所述电容的第一端连接，所述负电源输入 端子与所述电容的第二端连接。
进一步，需要指出的是，所述保护IC还包括电流检测端子；所述电流 检测端子通过第二电阻与所述电池负极端口连接。
结合第一方面，需要指出的是，所述保护IC包括充电控制端子和放电 控制端子；所述控制开关包括第一MOS管和第二MOS管；
所述充电控制端子，用于向第一MOS管发送控制信号以控制所述第一 MOS管的闭合和断开；
所述放电控制端子，用于向第二MOS管发送控制信号以控制所述第二 MOS管的闭合和断开；
具体的，所述第一MOS管的第一端连接所述电芯的负极；所述第一 MOS管的第二端连接所述第二MOS管的第一端；所述第一MOS管的第三 端连接所述充电控制端子；
其中，所述第二MOS管的第二端连接所述电池负极端口；所述第二MOS管的第三端连接所述放电控制端子。
本发明第二方面公开了另一种电池，所述电池包括电池充电端口、电池 放电端口、电池负极端口、过流保护元件、保护IC、第一控制开关、第二控 制开关以及电芯；其中，所述电池充电端口与所述电池放电端口是相互独立 的端口；
其中，所述电池充电端口与所述第一控制开关的第一端连接；所述第一 控制开关的第二端与所述电芯的正极连接；所述第一控制开关的第三端与所 述保护IC连接；
所述电芯的负极与所述电池负极端口连接；
其中，所述保护IC并联在所述电芯的两端；
其中，所述电池放电端口与过流保护元件的第一端连接；所述过流保护 元件的第二端与所述第二控制开关的第一端连接；所述第二控制开关的第二 端与所述电芯的正极连接；所述第二控制开关的第三端与所述保护IC连接。
结合第二方面，需要指出的是，当所述电池处于充电状态时:
电流通过所述电池充电端口进入所述电池，在通过第一控制开关流向所 述所述电芯；
所述保护IC，用于检测充电电流的电流值和充电电压的电压值；当所述 电流值小于第一电流阈值且所述电压值小于第一电压阈值时，向所述第一控 制开关发送闭合指令；当所述电流电流值大于第一电流阈值或所述电压值大 于第一电压阈值时，向所述第一控制开关发送断开指令；
所述第一控制开关，用于当接收到所述保护IC发送的闭合指令时，进 行开关闭合以使得所述充电电流流向所述电芯；当接收到所述保护IC发送 的断开指令时，进行开关断开以切断充电路径。
结合第二方面，需要指出的是，当所述电池处于放电状态时：
电流从所述电芯流出，通过所述第二控制开关、过流保护元件到达所述 电池放电端口，并从所述电池放电端口流出；
所述保护IC，用于检测放电电流的电流值和放电电压的电压值；当所述 电流电流值大于第二电流阈值或所述电压值大于第二电压阈值时，向所述第 二控制开关发送断开中断指令；
所述第二控制开关，用于当接收到所述保护IC发送的断开指令时，进 行开关断开以切断放电路径；
所述过流保护元件，用于检测所述放电电流的电流值是否超过第三电流 阈值；当所述放电电流的电流值超过第三电流阈值时，断开放电路径。
结合第二方面，需要指出的是，所述保护IC包括充电控制端子和放电 控制端子；
所述第一控制开关的第三端与所述充电控制端子连接；所述第二控制开 关的第三端与所述放电控制端子连接。
结合第二方面，需要指出的是，所述保护IC与所述电芯之间还连接有 滤波电路；
所述滤波电路包括第一电阻和电容；
所述保护IC包括正电源输入端子和负电源输入端子；
其中，所述电感的第一端连接所述电芯的正极，所述电感的第二端连接 所述电容的第一端；所述电容的第二端连接所述电芯的负极；
其中，所述正电源输入端子与所述电容的第一端连接，所述负电源输入 端子与所述电容的第二端连接。
结合第二方面，需要指出的是，第一控制开关可以是MOS管，第二控 制开关也可以是MOS管。
结合第二方面，需要指出的是，所述保护IC还包括电流检测端子；所 述电流检测端子通过第二电阻与所述电池负极端口连接。所述保护IC可以 通过电流检测端子检测充电电流的大小和放电电流的大小。
本发明第三方面公开了另一种一种电池，所述电池包括电池充电端口、 电池放电端口、电池负极端口、过流保护元件、保护IC、控制开关以及电芯； 其中，所述电池充电端口与所述电池放电端口是相互独立的端口；
其中，所述电池充电端口与所述控制开关的第一端连接；所述控制开关 的第二端与所述电芯的正极连接；
所述电芯的负极与所述电池负极端口连接；
其中，所述保护IC并联在所述电芯的两端；所述保护IC还与所述控制 开关的第三端连接；
其中，所述电池放电端口与过流保护元件的第一端连接；所述过流保护 元件的第二端与所述控制开关的第一端连接。
结合第三方面，需要指出的是，当所述电池处于充电状态时:
电流通过所述电池充电端口进入所述电池，在通过控制开关流向所述所 述电芯；
所述保护IC，用于检测充电电流的电流值和充电电压的电压值；当所述 电流值小于第一电流阈值且所述电压值小于第一电压阈值时，向所述控制开 关发送闭合指令；当所述电流电流值大于第一电流阈值或所述电压值大于第 一电压阈值时，向所述控制开关发送断开指令；
所述控制开关，用于当接收到所述保护IC发送的闭合指令时，进行开 关闭合以使得所述充电电流流向所述电芯；当接收到所述保护IC发送的断 开指令时，进行开关断开以切断充电路径。
结合第三方面，需要指出的是，当所述电池处于放电状态时：
电流从所述电芯流出，通过所述控制开关、过流保护元件到达所述电池 放电端口，并从所述电池放电端口流出；
所述保护IC，用于检测放电电流的电流值和放电电压的电压值；当所述 电流电流值大于第二电流阈值或所述电压值大于第二电压阈值时，向所述控 制开关发送断开中断指令；
所述控制开关，用于当接收到所述保护IC发送的断开指令时，进行开 关断开以切断放电路径；
所述过流保护元件，用于检测所述放电电流的电流值是否超过第三电流 阈值；当所述放电电流的电流值超过第三电流阈值时，断开放电路径。
结合第三方面，需要指出的是，所述控制开关包括第一金属氯化物半导 体场效应晶体管MOS管和第二MOS管；
所述保护IC包括充电控制端子和放电控制端子；
其中，所述第一MOS管的第一端连接所述过流保护元件的第二端；所 述第一MOS管的第一端还连接所述电池充电端口；
所述第一MOS管的第二端连接所述第二MOS管的第一端；所述第一 MOS管的第三端连接所述充电控制端子；
其中，所述第二MOS管的第二端连接所述电芯的正极；所述第二MOS 管的第三端连接所述放电控制端子。
结合第三方面，需要指出的是，所述保护IC与所述电芯之间还连接有 滤波电路；
所述滤波电路包括第一电阻和电容；
所述保护IC包括正电源输入端子和负电源输入端子；
其中，所述第一电阻的第一端连接所述电芯的正极，所述第一电阻的第 二端连接所述电容的第一端；所述电容的第二端连接所述电芯的负极；
其中，所述正电源输入端子与所述电容的第一端连接，所述负电源输入 端子与所述电容的第二端连接。
结合第三方面，需要指出的是，所述保护IC还包括电流检测端子；所 述电流检测端子通过第二电阻与所述电池负极端口连接。所述保护IC可以 通过电流检测端子检测充电电流的大小和放电电流的大小。
本发明第四方面公开了一种终端，所述终端包括所述终端的充电端口、 负载、充放电电路以及上述第一至第三方面任一方面所述的电池；
其中，所述充放电电路包括检测电路、保护电路和功率变换电路；
其中，所述检测电路与所述终端的充电端口连接；所述检测电路还与所 述保护电路连接；所述保护电路还与所述电池充电端口连接；
其中，所述功率变换电路与所述负载连接；所述功率变换电路还与所述 电池放电端口连接；
其中，当所述终端处于充电状态时，充电电流通过所述终端的充电端口 进入所述终端，通过所述检测电路、保护电路、控制开关进入所述电芯；
其中，当所述终端处于放电状态时，放电电路从所述电芯流出，通过控 制开关、过流保护元件、功率变换电路流向所述负载。
结合第四方面，需要指出的是，
当所述终端处于充电状态时：
所述检测电路，用于检测充电电流的电流值和充电电流的电压值，并向 所述保护电路发送所述充电电流的电流值和充电电流的电压值；
所述保护电路，用于判断所述充电电流的电流值是否大于第一保护阈值 和所述充电电流的电压值是否大于第二保护阈值；当所述充电电流的电流值 大于第一保护阈值或所述充电电流的电压值大于第二保护阈值时，切断充电 路径。
结合第四方面，需要指出的是，
当所述终端处于放电状态时：
所述功率变换电路，用于接收所述电池提供的放电电流和放电电压；按 照预设比例将所述放电电流和放电电压进行转换以向所述负载提供所述转 换后的电压和电流。
本发明第五方面公开了一种充电系统，所述充电系统包括充电器、连接 线以及第四方面所述的终端；其中，所述充电器通过所述连接线与所述终端 连接。
从上可知，本发明技术方案提供了一种电池、终端以及充电系统。所述 电池包括电池充电端口、电池放电端口、电池负极端口、过流保护元件、保 护IC、控制开关以及电芯；其中，所述电池充电端口与所述电池放电端口是 相互独立的端口；其中，所述电池充电端口与所述电芯的正极连接；所述电 芯的负极与所述控制开关的第一端连接；所述控制开关的第二端与所述电池 负极端口连接；其中，所述保护IC并联在所述电芯的两端；所述保护IC还 与所述控制开关的第三端连接；其中，所述电池放电端口与过流保护元件的 第一端连接；所述过流保护元件的第二端与所述电芯的正极连接。本发明提 供的电池具备充电和放电双路径，通过充电路径的能够安全的快速的对终端 进行大电流充电而不会引起过流保护元件的严重发热，从而提升用户体验； 进一步，当电池处于放电状态时，放电路径能够检测电流是否过载，当电流 过载时进行放电电路切断从而保证保证电池处于安全状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中 所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本 发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的充放电路径示意图；
图2是本发明实施例提供的一种快速系统的示意图；
图2a是本发明实施例提供的一种双路径的电池；
图2b是本发明实施例提供的双路径电池的连接线示意图；
图3是本发明一实施例提供的电池结构示意图；
图3a是本发明另一实施例提供的电池结构电路图；
图4是本发明另一实施例提供的电池结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的电池结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不 是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
随着科技的发展，终端(例如智能手机、穿戴式设备、平板电脑等电子 设备)的功能变得越来越强大，用户可以通过终端进行办公、娱乐，以至于 终端已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。然而，终端的续航能力是 有限的，需要用户不断的给终端充电。
需要指出的是，目前终端通常配备的都是锂电子电池，锂电子电池使用 时都需要设置一个保护电路，用于对锂离子电池的充、放电状态有效监控并 在非安全条件下关断充放电回路，提前防止对锂离子电池发生损害。除了上 述锂离子电池结构设计、电池保护板的保护以外，锂离子电池的充放电电路 中还会采用二级安全保护元件(例如，过流保护元件)来加强锂离子电池的 充放电过程安全保护。
各个终端厂家为了提升用户体验，在出厂的终端上都配置了快充功能， 当前的终端通常都采用不超出20W功率的方式进行快充，充电电流范围为 1-4A。终端充电时，充电电路上的二级保护元件的阻抗发热不明显，对充电 电压的损耗不大，且可满足充电过程的安全保护要求。但随着电池能量密度 的提升和电池配置的倍增，要实现快速充电就务必在锂电池充电电路中引入 更高的充电电流。
如图1所示，图1为现有技术中一种具体的充放电路径。当通过外部充 电器对电池进行充电时，电流会经过过流保护元件、控制开关等元件到达电 芯；当电池对终端的负载供电时，电流会经过控制开关、过流保护元件、功 率变换电路到达终端负载。从上可知，电池的充放电都会经过过流保护元件、 控制开关等元件。在大电流场景下，例如，当采用40W功率的快速充电方 式(例如，9V4.4A、5V8A)，充电电流超出4A甚至达到8A，如此大的电 流经过过流保护元件会引起很大的热损耗，发热严重，可能威胁电池的安全 进而给用户带来不便。
本发明提供了一种快速充电系统(简称快充系统)，该快充系统能够实 现快速的安全的充电。具体的快充系统示意图请见图2。所述系统包括终端、 充电器和连接线；终端通过连接线与充电器连接；
其中，终端可以是智能手机、平板电脑、智能穿戴式设备，计算机等电 子设备。
如图2所示，终端包括终端的充电端口、负载、充放电电路以及电池；
需要指出的是，负载由电池通过充放电电路实现对其供电。实质上，负 载可以为除了电池和充放电电路之外的所有用电模块，例如中央处理器、触 控显示屏、麦克风、存储器、通讯模块、各类传感器(陀螺仪、加速度计、 接近传感器等)等，此处不再一一例举。
其中，电池包括包括电池充电端口、电池放电端口、电池负极端口、过 流保护元件、保护IC、控制开关以及电芯；其中，电池充电端口与电池放电 端口是相互独立的端口；
其中，需要指出的是，控制开关通常选用多个MOSFET开关管(简称： MOS管)组合，由保护IC控制MOSFET开关管(可简称为MOS管)的导 通与关断实现安全保护，过流保护元件可为电流保险丝、温度保险丝或正温 度系数热敏电阻PTC起到过流保护作用。
其中，需要指出的是，当前终端中的电池的电芯大多数采用锂离子电池 或锂电池，也可以为空气电池、燃料电池等，此处不做限定。
当采用为锂离子电池时，由于锂电池工作电压在2.5～4.4V范围，且本身 的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此通常 都会对锂离子电芯配置对应的保护IC。其中，保护IC为保护集成电路的简 称，行业中保护IC又可称为锂离子电池保护板。保护IC可用于过度充电保 护、过度放电保护、过电流/短路保护。
具体的，针对过度充电保护：当外部充电器对锂电池充电时，为防止因 温度上升所导致的内压上升，需终止充电状况，此时保护IC需检测电池电 压，当到达4.25V时(假设电池过充点为4.25V)及激活过充电保护，向控制 开关发送断开命令，进而截止充电。
具体的，针对过度放电保护：在过度放电的情形下，电解液因分解而导 致电池特性劣化，并造成充电次数的降低，锂电池保护IC用以保护其过放 电的状况发生，以达成保护动作。为了防止锂电池过度放电之状态，假设锂 电池接上负载，当锂电池电压低于其过放电电压检测点(假设设定为2.3V)， 将激活过放电保护，向控制开关发送断开指令，进而截止放电，达成保护以 避免电池过放电现象发生，并将电池保持在低静态电流的状态，此时耗电为 0.1uA。当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过放电电压时，过放 电保护功能方可解除。
具体的，针对过电流及过电流及短路电流保护：因为不明原因(放电时 或正负极遭金属物误触)造成过电流或短路电流发生，为确保安全，使其停 止放电。
如图2所示，充放电电路与电池连接，还与负载连接。
其中，充放电电路包括检测电路、保护电路和功率变换电路；
需要指出的是，检测电路用于实时监测流经充放电路径上的电流、电压 参数，同时还可获取电池单元中温度、压力等电池物理参数；检测电路具体 可为电流检测电路、电压检测电路、电流传感器、电压传感器、温度传感器、 压力传感器等，此处不做累述。
保护电路通常为开关器件、开关管；当检测电路所获取的电压、电流、 温度或压力等参数超出或低于一定阈值时，保护电路会进行断开以切断充放 电路径，终止电池的充电过程。例如，在下表中列举了保护电路的保护阈值 参数的取值范围。
阈值上限 阈值下限
电压/V 4.4 2.5
电流/A 10 无
温度/℃ 45 -10
需要指出的是，当电池对外供电时，由于电池端的输出电压为变化值， 充放电电路中设置功率变换电路，通过该功率变换电路将电池输出电压变换 至负载所需的实际供电电压。
如图2所示，终端中包括充电电路和放电电路。
具体的，充电电路的连接方式为：终端的充电端口与检测电路连接；检 测电路还与保护电路连接；保护电路还与电池充电端口连接；
具体的，放电电路的连接方式为：电池放电端口与功率变换电路连接； 功率变换电路与负载连接；
可以理解的是，当终端处于充电状态时，充电电流从终端的充电接口流 入终端，经过检测电路、保护电路、电池充电端口、控制开关到达电芯；
其中，需要指出的是，当终端处于充电状态时：检测电路，用于检测充 电电流的电流值和充电电流的电压值，并向保护电路发送所述充电电流的电 流值和充电电流的电压值；保护电路，用于判断所述充电电流的电流值是否 大于电流保护阈值和所述充电电压值是否大于电压保护阈值；当所述充电电 流的电流值大于电流保护阈值或所述充电电压值大于电压保护阈值时，切断 充电路径。其中，保护电路可以是个开关，当充电电流的电流值大于电流保 护阈值或所述充电电压的电压值大于电压保护阈值时，断开开关即可。
需要指出的是，电流保护阈值和电压保护阈值可以是终端生产厂家设置 的，也可以是该充放电电路厂家设置的。
可以理解的是，当终端处于放电状态时，放电电流从电池流出，通过功 率变换电路到达负载。
其中，需要指出的是，当所述终端处于放电状态时，功率变换电路用于 接收电池提供的放电电流和放电电压；按照预设比例将所述放电电流和放电 电压进行转换以向所述负载提供所述转换后的电压和电流。
其中，常见的负载包括显示屏、中央处理器、存储器、收发器、无线保 真(Wi-Fi，Wireless Fidelity)等器件。
本发明实施例提供了一种充电的方法，该方法可应用于图2所示的终端。 当终端进行充电时，该方法可提供双重充电保护：
(1)第一重保护是充放电电路对充电电流和充电电压进行检测以判断 是否过压或过流，若过压或者过流，则向所保护电路发送开关断开指令以使 得所述保护电路断开充电路径；
(2)第二重保护是电池中的保护IC对充电电流和充电电压进行检测以 判断是否过压或者过流；若过压或者过流，保护IC向所控制开关发送开关 断开指令以使得所述控制开关断开充电路径。
本发明实施例提供了一种放电的方法，该方法可应用于图2所示的终端。 当终端进行放电时，该方法可提供双重放电保护：
(1)第一重保护是保护IC对电芯输出的电压和电流进行检测以判断是 否过压或过流；若过压或过流，所述保护IC向所控制开关发送开关断开指 令以使得所述控制开关断开充电路径；
(2)第二重保护是过流保护元件检测放电电流的电流值以判断是否过 流；若检测到放电电流出现过流现象，则断开放电路径。
对于本领域技术人员来说，可以理解的是任何一重保护都可以实现对充 电或者放电的过压或过流保护，然而处于最优的情况是利用双重保护以防止 其中一重保护失效。
如图2a所示，图2a公开了一种双路径的电池。电池具体包含电芯 Battery、保护IC、MOSFET开关管、Fuse及滤波电阻R1，滤波电容C1、 测量电阻R2。
电池提供三个端口，即为充电端口、放电端口和负极端口。
保护IC至少包含五个引脚，即VDD(保护IC正极端)、VSS(保护IC 负极端)、VM(测量端)、Dout(放电控制端)和Cout(充电控制端)；其 中，可通过VM端获取电路中各类保护参数，并通过精确的比较器件来生成 保护控制信号，控制与之连接的MOSFET开关管(也可称为：MOS管)的 通断实现安全保护功能。保护IC可以选择当前业界成熟的现有器件即可， 本发明不做限制。
MOSFET开关管，具体包含至少两个串联连接MOSFET管；当驱动控 制单元(Cout或者Dout)施加的驱动控制电平大于MOSFET开关管的开启 电压时，MOSFET开关管导通，电芯与负极端口间电路导通实现电芯的充放 电；当驱动控制单元施加的驱动控制电平小于MOSFET开关管的开启电压 时，过MOSFET开关管断开，电芯与负极端口间电路切断终止电芯的充放 电。该MOSFET开关管所起到的开关控制用，还可以使用其他开关器件， 例如三极管等。
进一步需要指出的是，MOS管具备三个端口，该三个端口分别为G极、 S极以及D极。其中，第一端可以是S极、第二端可以是D极、第三端可 以是G极。可替换的，第一端可以是D极、第二端可以是S极、第三端可 以是G极；其中，可通过改变GS两端的电压来改变MOS管的阻抗。
Fuse元件，典型使用为正温度系数热敏电阻PTC，其工作原理为利用 PTC材料阻值的正温度系数特性和居里点突变的特性，在过流等原因引起的 温度上升都会导致材料电阻上升，一旦升到居里点时电阻会变得足够大，从 而使充放电电流关断达到安全保护得功能。Fuse元件还可以采用电流保险 丝、温度保险丝等保护元件，此处不做限定。
电阻R1和电感C1组成一个滤波电路，可用于将流入到电芯中或从电 芯中流出的电压滤波处理，电阻2则用于电路中的电压和电流测量。
如图2b所示，图2b提供了双路径电池的连接线的示意图。该连接线设 计与电池的双端口设计相对应，采用双连接线方式，例如，充电端口采用10A 规格的充电连接线连接，放电端口采用4A规格的放电连接线连接。
需要指出的是，充电时充放电电路与电池的充电端口连接；充电电流不 经过过流保护元件而直接通过保护IC和控制开关进入到电芯中进行充电。 可以理解的是，为了支持更宽的充电电流范围，该充电路径的连接线会进行 加宽、加厚设计来降低线路阻抗；在该充电路径设计中，由于充电电流不会 流经过流保护元件，因此不会由于过流保护元件的阻抗带来电压损耗和阻抗 发热，该充电路径的设计更适于实现大功率的低压大电流快速充电。
充放电电路连接线通常采用铜材质，其尺寸选择依据为保证连接线的损 耗不超出充放电电路的电压损耗和热损耗的设计要求，例如假设热损耗不能 超出0.225W，则充电连接线的尺寸参数可如下表所示。
Figure BDA0002119133640000151
如图3所示，图3公开了电池的一种具体的实现方式。该电池10为双 路径电池，充电电路和放电电路不是同一条链路。
具体的，电池10包括电池充电端口101、电池放电端口102、电池负极 端口103、过流保护元件104、保护IC105、控制开关106以及电芯107；其 中，电池充电端口101与电池放电端口102是相互独立的端口；
其中，电芯107的正极与电池充电端口101连接；电芯107的负极与控 制开关106的第一端连接；控制开关106的第二端与电池负极端口103连接；
其中，保护IC105并联在电芯107的两端；保护IC105还与控制开关106 的第三端连接；
其中，电池放电端口102与过流保护元件104的第一端连接；过流保护 元件104的第二端与电芯107的正极连接。
根据上述电池内部的连接关系可知，电池10的充电路径为：电流从电 池充电端口101流入电池，通过控制开关106到达电芯107。
可以理解的是，如果电池10处于充电状态，控制开关106是闭合的， 闭合的控制开关可以视为一段导线，那么电池的充电路径为：电流就可以直 接从电池充电端口101到达电芯107。
具体充电电路的连接方式为：电芯107的正极与电池充电端口101连接； 电芯107的负极与控制开关106的第一端连接；控制开关106的第二端与所 述电池负极端口107连接；
其中，保护IC105并联在电芯107的两端；保护IC105还与控制开关106 的第三端连接；可以理解的是，保护IC可以检测电压和电流，根据电压和 电流的大小向控制开关106发送指令，以使得控制开关106根据所述指令进 行闭合或者断开。
其中，需要指出的是，电池的放电路径为：电流从电芯107流出，通过 控制开关106、过流保护元件10达到电池放电端口102，然后从电池放电端 口102流出。
其中，可以理解的是，如果电池10处于放电状态，控制开关106是闭 合的，闭合的控制开关可以视为一段导线，那么电池的放电路径为：电流从 电芯107流出，通过过流保护元件10达到电池放电端口，然后从电池放电 端口流出。
其中，具体的放电电路的连接方式为：电池放电端口102与过流保护元 件104的第一端连接；过流保护元件104的第二端与电芯107的正极连接。
可选的，如图3a所示，保护IC105为了能够准确获取电芯107两侧的 电压，因此在电芯107和保护IC105之间还连接有一个滤波电路。具体的， 所述滤波电路包括第一电阻和电容；保护IC105包括正电源输入端子VDD 和负电源输入端子VSS；
该滤波电路与电芯107之间的连接方式为：第一电阻的第一端连接所述 电芯的正极，所述第一电阻的第二端连接所述电容的第一端；所述电容的第 二端连接所述电芯的负极；
该保护IC与滤波电路之间的连接方式为：所述正电源输入端子与所述 电容的第一端连接，所述负电源输入端子与所述电容的第二端连接。
可选的，该保护IC105还包括电流检测端子。所述电流检测端子通过第 二电阻与所述电池负极端口连接。该保护IC105通过电流检测端子检测充电 电流和放电电流。
可选的，保护IC105可用于检测电路的电压和电流，根据电压的大小和 电流的大小向控制开关106发送指令。
具体的，如图3a所示，保护IC105包括充电控制端子CO和放电控制 端子DO；控制开关106包括第一金属氯化物半导体场效应晶体管MOS管 和第二MOS管；
其中，保护IC105与控制开关106的具体连接方式为：所述第一MOS 管的第一端连接所述电芯的负极；所述第一MOS管的第二端连接所述第二 MOS管的第一端；所述第一MOS管的第三端连接所述充电控制端子；所述 第二MOS管的第二端连接所述电池负极端口；所述第二MOS管的第三端 连接所述放电控制端子。
具体的，当电池10处于充电状态时：
保护IC105，用于检测充电电流的电流值和充电电压的电压值；当所述 电流值小于第一电流阈值且所述电压值小于第一电压阈值时，向控制开关 106发送闭合指令；当所述电流电流值大于第一电流阈值或所述电压值大于 第一电压阈值时，向控制开关106发送断开指令；
所控制开关106，用于当接收到保护IC105发送的闭合指令时，进行开 关闭合以使得所述充电电流流向电芯107；当接收到保护IC105发送的断开 指令时，进行开关断开以切断充电路径。
具体的，当电池10处于放电状态时：
保护IC105，用于检测放电电流的电流值和放电电压的电压值；当所述 电流电流值大于第二电流阈值或所述电压值大于第二电压阈值时，向控制开 关发106送断开中断指令；
控制开关106，用于当接收到保护IC105发送的断开指令时，进行开关 断开以切断放电路径；
过流保护元件104，用于检测所述放电电流的电流值是否超过第三电流 阈值；当所述放电电流的电流值超过第三电流阈值时，断开放电路径。
从上可知，本发明实施例提供的电池具被充电路径和放电路径，且该充 电路径和放电路径是不同的，该双路径电池既能够保证大电流快速充电而不 会引起过流保护元件的严重发热，又能够对放路径电进行双重保护，从而保 证了电池的快充性能和安全性能。
其中，需要指出的是，在图3提供的电池的基础上，可对电池内部构造 进行改进，比如将控制开关放置在正极，具体如图4和图5所示的电池。
如图所示4，图4是电池的一种实现方式。电池20包括电池充电端口 201、电池放电端口202、电池负极端口203、过流保护元件20、保护IC205、 第一控制开关206、第二控制开关207以及电芯208；其中，电池充电端口 201与电池放电端口202是相互独立的端口；电池20为双路径电池，充电电 路和放电电路不是同一条链路。
其中，第一控制开关206可以是MOS管，第二控制开关207也可以是 MOS管。
该电池20内部具体的连接方式为：电池充电端口201与第一控制开关 206的第一端连接；第一控制开关206的第二端与电芯208的正极连接；第 一控制开关206的第三端述保护IC205连接；电芯的负极与电池负极端口203 连接；
其中，保护IC205并联在电芯的两端；
其中，电池放电端口202与过流保护元件204的第一端连接；过流保护 元件204的第二端与第二控制开关207的第一端连接；第二控制开关207的 第二端与电芯的正极连接；第二控制开关207的第三端与保护IC连接。
其中，电池的充电路径为：电流从电池充电端口201流入电池20，通过 第一控制开关206到达电芯208。
可以理解的是，如果电池10处于充电状态，控制开关106是闭合的， 闭合的控制开关可以等同于一段导线，那么电池的充电路径为：电流就可以 直接从电池充电端口201到达电芯208。
具体充电电路的连接方式为：电芯208的正极与控制开关206连接；控 制开关206与电池充电端口201连接；电芯208的负极与电池负极端口203 连接；
其中，保护IC205并联在电芯207的两端；保护IC205与第一控制开关206的连接；保护IC205可以检测充电电压和充电电流的大小，根据充电电 电压和充电电流的大小向可以第一控制开关206发送指令，以使得第一控制 开关206根据所述指令进行闭合或者断开。
其中，需要指出的是，电池的放电路径为：电流从电芯208流出，通过 第二控制开关208、过流保护元件204达到电池放电端口202，然后从电池 放电端口202流出。
其中，可以理解的是，如果电池20处于充电状态，第二控制开关207 是闭合的，闭合的控制开关可以等同为一段导线，那么电池的放电路径为： 电流从电芯208流出，通过过流保护元件204达到电池放电端口202，然后 从电池放电端口202流出。
其中，具体的放电电路的连接方式为：电池放电端口202与过流保护元 件204的第一端连接；过流保护元件204的第二端与电芯208的正极连接。
其中，保护IC205与第二控制开关207的连接；保护IC205可以检测放 电电压和放电电流的大小，根据放电电压和放电电流的大小向可以第二控制 开关207发送指令，以使得第二控制开关207根据所述指令进行闭合或者断 开。
可以理解的是，保护IC205为了能够准确获取电芯208两侧的电压，因 此，在电芯207和保护IC205之间还连接有一个滤波电路。
具体的，该滤波电路包括第一电阻和电容；保护IC205包括正电源输入 端子和负电源输入端子；
该滤波电路与电芯208之间的连接方式为：第一电阻的第一端连接电芯 的正极，第一电阻的第二端连接电容的第一端；电容的第二端连接电芯的负 极；
该保护IC205与滤波电路之间的连接方式为：正电源输入端子与电容的 第一端连接，负电源输入端子与电容的第二端连接。
可以理解的是，该保护IC205还包括电流检测端子。电流检测端子通过 第二电阻与电池负极端口连接。该保护IC通过电流检测端子检测充电电流 和放电电流。
可选的，保护IC检测电路的电压和电流，根据电压的大小和电流的大 小向控制开关发送指令。
具体的，保护IC包括充电控制端子和放电控制端子；第一控制开关包 是第一MOS管，第二控制开关为第二MOS管；
其中，第一MOS管的第三端连接充电控制端子；第二MOS管的第三 端连接放电控制端子。
具体的，当电池处于充电状态时：
保护IC205，用于检测充电电流的电流值和充电电压的电压值；当电流 值小于第一电流阈值且电压值小于第一电压阈值时，向第一控制开关206发 送闭合指令；当充电电流值大于第一电流阈值或电压值大于第一电压阈值 时，向第一控制开关206发送断开指令；
第一控制开关206，用于当接收到保护IC205发送的闭合指令时，进行 开关闭合以使得充电电流流向电芯；当接收到保护IC发送的断开指令时， 进行开关断开以切断充电路径。
具体的，当电池处于放电状态时：
保护IC205，用于检测放电电流的电流值和放电电压的电压值；当放电 电流值大于第二电流阈值或电压值大于第二电压阈值时，向第二控制开关 207发送断开中断指令；
第二控制开关207，用于当接收到保护IC发送的断开指令时，进行开关 断开以切断放电路径；
过流保护元件204，用于检测放电电流的电流值是否超过第三电流阈值； 当放电电流的电流值超过第三电流阈值时，断开放电路径。
从上可知，本发明实施例提供的电池包含了充放电双路径，且过流保护 元件位于放电路径上，因此，进行电流充电时，不会造成过流保护元件过流 关断，而且保护IC可以控制电池进行安全充电；由于过流保护元件在放电 路径上，因此电池放电时，保护IC和过流保护元件可以对放电电路进行双 重保护。通过使用本发明提供的双路径电池，既能够保证大电流快速充电而 不会引起过流保护元件严重发热，又能够对放路径电进行双重保护，从而保 证了电池的快充性能和安全性能。
如图5所示，图5公开了电池的一种具体的实现方式。该电池40为双 路径电池，充电电路和放电电路不是同一条链路。
具体的，电池30包括电池充电端口301、电池放电端口302、电池负极 端口303、过流保护元件304、保护IC305、控制开关306以及电芯307；其 中，电池充电端口303与电池放电端口302是相互独立的端口；
其中，电池充电端口301与控制开关306的第一端连接；控制开关306 的第二端与电芯307的正极连接；
电芯307的负极与电池负极端口303连接；
其中，保护IC305并联在电芯307的两端；保护IC305还与控制开关306 的第三端连接；
其中，电池放电端口302与过流保护元件304的第一端连接；过流保护 元件304的第二端与控制开关306的第一端连接。
根据上述电池30的内部连接关系可知，电池30的充电路径为：电流从 电池充电端口303流入电池，通过控制开关306到达电芯307。
可以理解的是，如果电池30处于充电状态，控制开关306是闭合的， 闭合的控制开关可以视为一段导线，那么电池的充电路径为：电流就可以直 接从电池充电端口303到达电芯307。
具体充电电路的连接方式为：电芯307的正极与控制开关306连接；控 制开关306与电池充电端口301连接；电芯307的负极与电池负极端口303 连接；
其中，保护IC305并联在电芯307的两端；保护IC305还与控制开关306 的第三端连接；可以理解的是，保护IC305可以检测电压和电流，根据电压 和电流的大小向控制开关306发送指令，以使得控制开关306根据所述指令 进行闭合或者断开。
其中，需要指出的是，电池的放电路径为：电流从电芯307流出，通过 控制开关306、过流保护元件30达到电池放电端口302，然后从电池放电端 口302流出。
其中，可以理解的是，如果电池30处于放电状态，控制开关306是闭 合的，闭合的控制开关可以等同于一段导线，那么电池30的放电路径为： 电流从电芯307流出，通过过流保护元件30达到电池放电端口，然后从电 池放电端口流出。
可以理解的是，具体的放电电路的连接方式为：电池放电端口302与过 流保护元件304连接；过流保护元件304与控制开关306连接；控制开关306 与电芯307的正极连接；电芯307的负极与电池负极端口303连接。
可选的，保护IC305为了能够准确获取电芯307两侧的电压，因此在电 芯307和保护IC305之间还连接有一个滤波电路。具体的，所述滤波电路包 括第一电阻和电容；保护IC305包括正电源输入端子和负电源输入端子；
该滤波电路与电芯307之间的连接方式为：第一电阻的第一端连接所述 电芯的正极，所述第一电阻的第二端连接所述电容的第一端；所述电容的第 二端连接所述电芯的负极；
该保护IC与滤波电路之间的连接方式为：所述正电源输入端子与所述 电容的第一端连接，所述负电源输入端子与所述电容的第二端连接。
可选的，该保护IC305还包括电流检测端子。所述电流检测端子通过第 二电阻与所述电池负极端口连接。该保护IC305通过电流检测端子检测充电 电流和放电电流。
可选的，保护IC305可用于检测电路的电压和电流，根据电压的大小和 电流的大小向控制开关306发送指令。
具体的，保护IC305包括充电控制端子和放电控制端子；控制开关306 包括第一金属氯化物半导体场效应晶体管MOS管和第二MOS管；
其中，保护IC305与控制开关306的具体连接方式为：所述第一MOS 管的第一端连接所述电芯的负极；所述第一MOS管的第二端连接所述第二 MOS管的第一端；所述第一MOS管的第三端连接所述充电控制端子；所述 第二MOS管的第二端连接所述电池负极端口；所述第二MOS管的第三端 连接所述放电控制端子。
具体的，当电池30处于充电状态时：
保护IC305，用于检测充电电流的电流值和充电电压的电压值；当所述 电流值小于第一电流阈值且所述电压值小于第一电压阈值时，向控制开关 306发送闭合指令；当所述电流电流值大于第一电流阈值或所述电压值大于 第一电压阈值时，向控制开关306发送断开指令；
所控制开关306，用于当接收到保护IC305发送的闭合指令时，进行开 关闭合以使得所述充电电流流向电芯307；当接收到保护IC305发送的断开 指令时，进行开关断开以切断充电路径。
具体的，当电池30处于放电状态时：
保护IC305，用于检测放电电流的电流值和放电电压的电压值；当所述 电流电流值大于第二电流阈值或所述电压值大于第二电压阈值时，向控制开 关发306送断开中断指令；
控制开关306，用于当接收到保护IC305发送的断开指令时，进行开关 断开以切断放电路径；
过流保护元件304，用于检测所述放电电流的电流值是否超过第三电流 阈值；当所述放电电流的电流值超过第三电流阈值时，断开放电路径。
从上可知，本发明实施例提供的电池具被充电路径和放电路径，且该充 电路径和放电路径是不同的，该双路径电池既能够保证大电流快速充电，又 能够对放路径电进行双重保护，从而保证了电池的快充性能和安全性能。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各 示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结 合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特 定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方 法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描 述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应 过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和 方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示 意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可 以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个 系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间 的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些端口，装置或单元的间接耦合 或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作 为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或 者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元 中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一 个单元中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于终端内的电池的充放电双端口结构，用于连接电池中的电芯并对所述电芯进行充放电，包括电池充电端口以及电池放电端口，其中所述电池充电端口和所述电池放电端口分别用于连接电芯的电极，所述电池充电端口用于对电芯进行充电，所述放电端口用于对电芯进行放电，其特征在于，所述电池充电端口与所述电池放电端口是相互独立的端口，而且所述电池充电端口与所述电池放电端口采用不同的导电规格的连接线以使得所述电池充电端口回路电流大于所述电池放电端口回路电流，同时支持更宽的充电电流范围。
2.根据权利要求1所述的充放电双端口结构，其特征在于，充电时充放电电路与电池的充电端口连接，其中所述充放电电路中的充电路径的连接线会进行加宽、加厚设计来降低线路阻抗。
3.根据权利要求1-2 中任一项所述的充放电双端口结构，其特征在于，所述电池充电端口回路阻抗小于所述电池放电端口回路阻抗。
4.根据权利要求1所述的充放电双端口结构，其特征在于，所述电池充电端口采用的充电连接线规格大于所述电池放电端口采用的放电连接线规格。
5.根据权利要求1所述的充放电双端口结构，所述电池充电端口采用10A规格的充电连接线连接，所述电池放电端口采用4A规格的放电连接线连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于终端内的电池的充放电双端口结构，其特征在于，所述电池充电端口回路电流不流经过流保护元件。
7.一种用于终端内的电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-6任意所述的用于终端内的电池的充放电双端口结构。
8.一种终端，其特征在于，所述终端包括所述终端的充放电电路，负载，以及权利要求7中的用于终端内的电池。
9.一种充电系统，其特征在于，所述充电系统包括充电器、连接线以及权利要求8所述的终端；
其中，所述充电器通过所述连接线与所述终端连接。
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