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一种锂电池管理电路

专利查询4月前  25

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1.本实用新型属于锂电池管理和应用技术领域,具体涉及一种锂电池管理电路。


背景技术:

2.锂电池具有相对较高的安全性、使用寿命、储能密度、输出能力,以及较快的充电速度,这些优点使其成为便携式电子设备、后备电源、户外电子设施、电子玩具,甚至于无人机、电动汽车等动力装置普遍采用的一类储能器件。然而锂电池缺点也是显而易见的,过长时间的浮充易造成锂电池鼓包甚至爆炸,过长时间的闲置匮电易使其失效,频繁的充放电又容易加速其老化,这就使得用户在使用锂电池时势必要遵循锂电池的特性养成良好的使用习惯,充电一定时间后要及时拔掉电源、闲置过长时间后要记得及时补充电能、插电使用时要准备好面对反复充放电老化加速的现实,这些要求都使得用户在使用锂电池供电的应用系统时不能过于随性,当应用锂电池的设备较多时,管理维护上的麻烦也必将成为用户的一种负担。
3.一些具有动态电源路径管理功能的电池电源管理芯片已能部分或全部解决上述问题,然而较为昂贵的价格使其主要在价值相对较高的设备中得以应用,如笔记本电脑、手机等,而在手电、蓝牙耳机、刮胡刀等此类低价值装置中,限于成本上的约束,往往仅以保护功能相对简单的充电芯片为核心构成电源电路,这就在很大程度上牺牲了用户使用的自由度。因此,设计一种成本低廉,适合长期插电使用、能够有效防止锂电池长时间浮充、避免锂电池反复充放电,并能及时补充电能,随时取用都可提供足够电量、随时插拔电源都不影响负载工作状态的锂电池管理电路,将极大增加用户使用上的自由度和随意性,带来更好的使用体验,具有较高的实用价值和经济价值。


技术实现要素:

4.发明目的:本实用新型的目的在于为应用锂电池的设备提供一种成本低廉、适合长期插电使用、能够有效防止锂电池长时间浮充、避免锂电池反复充放电,并能及时补充电能,随时取用都可提供足够电量、随时插拔电源都不影响负载工作状态的锂电池管理电路。
5.技术方案:为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:一种锂电池管理电路,包括:
6.直流电源、优先导通电路、单向导通电路、升/降压电路、降压电路、滞回比较电路、电子开关电路和锂电池充电电路;
7.所述单向导通电路、降压电路、电子开关电路分别与直流电源连接;所述单向导通电路、升/降压电路分别与优先导通电路连接;所述优先导通电路、滞回比较电路、锂电池充电电路分别与锂电池连接;所述滞回比较电路、锂电池充电电路分别与电子开关电路连接;所述滞回比较电路与降压电路连接;所述升/降压电路直接连接负载;
8.所述直流电源为所述锂电池管理电路及负载工作时的能量消耗、锂电池的储能提供电能;
9.所述单向导通电路隔离直流电源与锂电池;
10.所述升/降压电路为负载提供所需幅度的直流电压;
11.所述优先导通电路控制锂电池供电,当存在直流电源输入时,优先导通电路断开锂电池与升/降压电路的连接,使直流电源优先为负载提供电能;
12.所述滞回比较电路实时监控锂电池电压,所述电子开关电路控制锂电池充电;当监测到锂电池电压高于滞回比较电路的上限阈值电压时给出停止充电控制信号,所述电子开关电路控制锂电池充电电路断开;当监测到锂电池电压低于滞回比较电路下限阈值电压时给出恢复充电控制信号,所述电子开关电路控制锂电池充电电路连接;
13.所述锂电池充电电路为锂电池充电,同时控制充电电流。
14.优选的,当锂电池不包含内置的放电保护电路时,所述锂电池管理电路需在锂电池与优选导通电路之间串接放电保护电路。
15.优选的,所述直流电源的电压介于所述锂电池管理电路所需最小工作电压和允许的最大工作电压之间;
16.所述直流电源的输出功率大于负载功率、锂电池充电功率和所述锂电池管理电路工作所需功率之和;
17.所述直流电源根据系统实际需求,增加防雷、浪涌抑制和emi滤波电路的一种或多种。
18.优选的,所述优先导通电路以低导通电阻的pmos管为核心构成。
19.优选的,所述单向导通电路以低导通电阻的pmos管或低压差肖特基二极管为核心构成。
20.优选的,所述升/降压电路根据实际负载用电需求、系统节能需求、成本需求选用升压电路、降压电路或升降压电路;
21.所述升/降压电路与优先导通电路之间串接电子开关电路或机械开关电路。
22.优选的,所述降压电路以小功率低压差线性稳压芯片为核心构成;降压电路的输出精度在1%以内。
23.优选的,所述滞回比较电路以轨到轨、高输入阻抗的低功耗集成运放为核心构成;
24.所述滞回比较电路的上限阈值电压等于滞回比较电路的工作电压;
25.所述滞回比较电路的下限阈值电压,由滞回比较电路的工作电压和反馈电阻网络共同决定;
26.所述滞回比较电路的工作电压、参考电压等于降压电路的输出电压。
27.优选的,所述电子开关电路以低导通电阻的pmos管为核心构成。
28.优选的,所述锂电池充电电路以具有充电电流功能配置的锂电池充电芯片为核心构成。
29.有益效果:与现有技术相比,本实用新型技术方案具有以下有益技术效果:
30.本实用新型提出了一种锂电池管理电路,在低成本锂电池充电电路的基础上增加少量电路,以较低的成本实现了发明目的;同时本实用新型使用的滞回比较电路的参考电压源和工作电源由同一电源统一提供,上下限阈值电压计算直观、控制精准;此外,本实用新型未外接直流电源时,降压电路、滞回比较电路、电子开关电路、锂电池充电电路均处于断电状态,不造成额外的电能消耗。经试验验证,本实用新型锂电池管理电路能够有效减少
锂电池的人力维护成本,满足用户使用的随意性要求,所述电路工作稳定、可靠。
31.同时,本实用新型提供的一种锂电池管理电路,适用于采用锂电池供电的系统或设备,在本实用新型技术方案及构思的基础上,对构成电路进行少量裁剪、改变或替换,也可应用于锂电池充电器、锂电池后备电源、锂电池维护设备等;应用本实用新型的设备对用户使用体验的提升表现在如下方面:
32.1)设备闲置时只需长期连接外部电源,其间无需人工干预;锂电池管理电路将使得锂电池避免处于长期浮充和长期匮电状态;
33.2)设备长期连接外部电源工作将不会出现反复充放电导致的锂电池老化加速;
34.3)连接或断开外部电源,设备的工作状态不受影响,外部电源供电和锂电池供电之间可无缝切换;
35.4)长期闲置后任意时刻取用设备,锂电池均保有较多电能,可满足大多数情况下的即取即用。
附图说明
36.图1是本实用新型所述锂电池管理电路的系统框图;
37.图2是本实用新型的一种实施例的电路图。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
39.本发明所述的一种锂电池管理电路,参考图1,包括直流电源、优先导通电路、单向导通电路、升/降压电路、降压电路、滞回比较电路、电子开关电路和锂电池充电电路;
40.所述单向导通电路、降压电路、电子开关电路分别与直流电源连接;所述单向导通电路、升/降压电路分别与优先导通电路连接;所述优先导通电路、滞回比较电路、锂电池充电电路分别与锂电池连接;所述滞回比较电路、锂电池充电电路分别与电子开关电路连接;所述滞回比较电路与降压电路连接;所述升/降压电路直接连接负载;
41.所述直流电源为所述锂电池管理电路及负载工作时的能量消耗、锂电池的储能提供根本的电能来源;
42.优选的,所述直流电源的电压介于所述锂电池管理电路所需最小工作电压和允许的最大工作电压之间;
43.所述直流电源的输出功率大于负载功率、锂电池充电功率和所述锂电池管理电路工作所需功率之和;
44.可选的,所述直流电源可由外部直流电源直接提供,也可由外部直流电源升/降压后得到,或由外部交流电压经ac-dc转换后得到;
45.所述直流电源可根据系统实际需要,增加防雷、浪涌抑制、emi滤波等电路;
46.所述锂电池包含了内置的放电保护电路,如不包含,所述锂电池管理电路在锂电池与优选导通电路之间串接放电保护电路;
47.优先导通电路控制锂电池供电,当存在直流电源输入时,优先导通电路断开锂电池与升/降压电路的连接,优先使用直流电源为负载供电;
48.优选的,所述优先导通电路以低导通电阻的pmos管为核心构成;
49.单向导通电路隔离直流电源与锂电池回路,避免锂电池与优先导通电路、降压电路、锂电池充电电路等构成自循环放电回路;
50.优选的,所述单向导通电路以低导通电阻的pmos管或低压差肖特基二极管为核心构成;
51.升/降压电路为负载提供所需幅度的直流电压,根据负载电路实际需求不同,升/降压电路可以是升压电路、降压电路或升降压电路;
52.优选的,所述升/降压电路根据负载用电需求、系统节能需求、成本等因素权衡选用;
53.所述升/降压电路与优先导通电路之间可串接电子开关电路或机械开关电路,以减小系统闲置时的功率消耗;
54.降压电路为滞回比较电路提供工作电压和参考电压,降压电路输出电压的大小决定了滞回比较电路的上限阈值电压,降压电路输出电压的大小与电阻反馈网络共同决定了滞回比较电路的下限阈值电压,进而决定了锂电池的停止充电电压阈值和恢复充电电压阈值。
55.优选的,降压电路以小功率低压差线性稳压芯片为核心构成;
56.降压电路的输出精度在1%以内;
57.滞回比较电路实时监控锂电池电压,高于上限阈值电压时给出停止充电控制信号,低于下限阈值电压时给出恢复充电控制信号。
58.优选的,滞回比较电路以轨到轨、高输入阻抗的低功耗集成运放为核心构成;
59.所述滞回比较电路的上限阈值电压等于滞回比较电路的电源电压决定;
60.所述滞回比较电路的下限阈值电压,在滞回比较电路的电源电压一定时,取决于反馈电阻网络的电阻元件参数;
61.所述滞回比较电路的工作电源、参考电压源均由降压电路直接提供;
62.电子开关电路根据滞回比较电路的比较结果确定是否为锂电池充电电路连通电源。
63.优选的,所述电子开关电路以低导通电阻的pmos管为核心构成;
64.锂电池充电电路为锂电池充电并控制充电电流。
65.优选的,所述锂电池充电电路以具有充电电流配置功能的低成本锂电池充电芯片为核心构成。
66.参考图2,具体为锂电池管理电路的一种优选实施例的电路图,包括:usb电源输入接口、锂电池、低压差线性稳压芯片ams1117-3.3和xc6206p402mr、集成运放rs8031xf、锂电池充电芯片ltc4054、pmos管q1和q2、二极管d1、电阻r1~r6、电容c1~c6;
67.usb电源输入接口通过usb充电线连接usb充电器,直接为锂电池管理电路提供5v直流电源。
68.pmos管q1和电阻r1构成优先导通电路,usb电源输入接口未外接电源时,pmos管q1的栅极通过电阻r1下拉至参考地,栅源电压小于零,pmos管q1导通,由锂电池为后级电路供电;usb电源输入接口连接外部电源时,栅源电压大于零,pmos管q1截止,优先连通外接电源为后级电路供电。
69.低压差的肖特基二极管d1构成单向导通电路,避免了无外接电源时锂电池通过优
先导通电路、降压电路、锂电池充电电路构成自循环放电回路。
70.电容c1、c2和低压差线性稳压芯片ams1117-3.3构成为负载供电的降压电路,此处假定了负载所需电源电压为3.3v,在负载所需电压较低或较高时,开关直流变换电路更可能成为优选电路。
71.电容c3、c4和低压差线性稳压芯片xc6206p402mr构成为滞回比较电路供电的降压电路,降压电路的输出电压为4v,精度为1%,通过滞回比较电路可将锂电池充电停止电压设定在4v。
72.电阻r5和pmos管q2构成电子开关电路,由滞回比较电路的输出信号控制其导通和断开状态,导通时锂电池充电电路的电源连通,断开时锂电池充电电路的电源切断。
73.电阻r2~r4和轨到轨微功耗集成运放rs8031xf构成滞回比较电路,滞回比较电路的上限阈值电压ut+等于集成运放rs8031xf的电源电压vcc,即稳压芯片xc6206p402mr的输出电压,滞回比较电路的下限阈值电压ut-=r2/(r2+r3)
×
vcc,vcc大小确定时电阻r2、r3的取值唯一确定了下限阈值电压的大小。当锂电池电压充电至高于ut+时,滞回比较电路输出高电平,使电子开关电路截止从而断开锂电池充电电路的电源并停止充电;当锂电池电压放电至低于ut-时,滞回比较电路输出低电平,使电子开关电路导通从而连通锂电池充电电路的电源并恢复充电。电阻r4为输入匹配电阻,r4≈r2//r3。
74.电阻r6、电容c5和c6、锂电池充电芯片ltc4054构成锂电池充电电路,充电电流的大小通过电阻r6进行配置。
75.本实施例表达了本实用新型的优选实施方式,对本领域普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案及其构思加以裁剪、替换或改变,将其应用于锂电池供电的系统、锂电池充电器、锂电池后备电源、锂电池维护设备等,这些都属于本发明所附权利要求的保护范围。

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