CN102832597B - 一种记忆电池的充电保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请具体涉及一种具有记忆效应的电池的充电保护电路，所述记忆电池的充电保护电路，包括：迟滞电压比较器，所述迟滞电压比较器的正相输入端接电池电压，反相输入端接第一电压，输出端通过反馈支路与正相输入端相连；电压比较器，所述电压比较器的正相输入端接第二电压，反相输入端接电池电压；与非门，所述与非门的两个输入端分别连接迟滞电压比较器和电压比较器的输出端，所述与非门的输出端作为该充电保护电路的输出端。该充电保护电路结构简单、成本低、无需进行二次调试，且电路没有敏感元件，不易受到环境温度（60～80℃）的影响，可靠性高。

Description

一种记忆电池的充电保护电路

技术领域

本发明属于电池充电保护技术，具体涉及一种具有记忆效应的电池的充电保护电路。

背景技术

目前国家标准强制规定煤矿井下的备用电源不得使用铅酸电池，镍氢电池可作为后备电池之一。但是对镍氢电池长期充电会容易减少电池的使用寿命，而且镍氢电池具有记忆效应，长期浮充可能会造成电池无法充电或充电不足。在井上对镍氢电池的充电时间可以人为控制或使用单片机进行控制，但是对于煤矿井下隔爆电源镍氢电池充电采用人为控制显然不可行；采用单片机控制，一是增加成本，二是增加调试难度，三是在高温（60～80℃）环境下，单片机程序容易出现跑飞的现象，降低可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种记忆电池的充电保护电路，可以在煤矿井下对电池的充电时间进行控制，且本发明成本低、可靠性高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：所述记忆电池的充电保护电路，包括：

迟滞电压比较器，所述迟滞电压比较器的正相输入端接电池电压，反相输入端接第一电压，输出端通过反馈支路与正相输入端相连，所述迟滞电压比较器的上限阀值为电池充电曲线上的最高电压值，下限阀值为电池充电曲线上电池放电完毕需要重新充电时对应的电压值；

电压比较器，所述电压比较器的正相输入端接第二电压，反相输入端接电池电压，所述电压比较器的阀值为电池充电曲线上电池充电结束需要停止充电时对应的电压值；

与非门，所述与非门的两个输入端分别连接迟滞电压比较器和电压比较器的输出端，所述与非门的输出端作为该充电保护电路的输出端。

通过一个迟滞电压比较器和一个电压比较器来检测电池充电曲线上的最高电压点、需要停止充电的电压点和需要重新开始充电的电压点，进而可以判断何时电池充满，何时电池放电完毕。当电池充满时，立即停止充电；当电池放电完毕时，开始重新充电。这样可以做到在电池电量消耗完后才重新充电，避免了因为电池的记忆效应而减小电池容量的危害，从而保证了电池的使用寿命。

进一步的，所述电池电压通过第一分压电路与迟滞电压比较器的正相输入端相连，所述电池电压通过第二分压电路与电压比较器的负相输入端相连。即电池电压经过第一分压电路和第二分压电路降压后再输入迟滞电压比较器和电压比较器。

进一步的，所述与非门还与驱动电路相连，所述驱动电路的输出端作为该充电保护电路的输出端。这样可以通过驱动电路直接控制充电电路起充或者停充。

进一步的，所述第一分压电路包括串联的电阻R1和电阻R3,电阻R1的一端接电池电压，另一端接电阻R3，电阻R3的另一端接地，电阻R1和电阻R3的公共端与迟滞比较器的正相输入端相连；

所述第二分压电路包括串联的电阻R7和电阻R8,电阻R7的一端接电池电压，另一端接电阻R8，电阻R8的另一端接地，电阻R7和电阻R8的公共端与迟滞比较器的反相输入端相连；

所述电阻R1和电阻R7的阻值相同，所述电阻R3和电阻R8的阻值相同。

进一步的，所述充电保护电路还包括电源，所述电源通过电阻R2和稳压管D1接地，所述电阻R2和稳压管D1的公共端作为第一电压与迟滞比较器的反相输入端相连，所述稳压管D1的正极接地，负极作为第二电压与电压比较器的正相输入端相连。

进一步的，所述反馈支路包括电阻R4，电阻R4的一端接迟滞比较器的正相输入端，另一端接迟滞比较器的输出端。

进一步的，所述驱动电路包括三极管Q1和三极管Q2，所述三极管Q2的基极通过电阻R5与与非门的输出端相连，发射极接地，集电极通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极接电池电压，发射极作为所述充电保护电路的输出端。

该充电保护电路结构简单、成本低、无需进行二次调试，且电路没有敏感元件，不易受到环境温度（60～80℃）的影响，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是镍氢电池的充电曲线图；

图2是镍氢电池的充电过程曲线图；

图3是本申请一个实施例的原理框图；

图4是本申请的迟滞电压比较器的工作过程图；

图5是本申请一个实施例的原理框图；

图6是本申请一个实施例的原理框图；

图7是本申请一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

镍氢电池按0.3C（C为电池容量）或大于0.3C充电时，在电池电压达到最高值时只达到电池容量的80%左右，电池电压下降一定值时电池才达到100%容量，电池充满。当电池充满时，应该立即关闭充电电路，避免镍氢电池长期浮充而损坏。如图2所示，假设镍氢电池充电曲线上电池充满时对应的点为C点，电池达到最低电压需要重新充电时对应的点为D点，则如何找到C点和D点就成为本申请的关键，当到达C点时，停止充电，当达到D点时，开始充电。由于充电曲线上还存在与C点电压相同的A点，因此需要判断电池电压处于上升曲线还是下降曲线，进而需要判断是否经过了最高电压点B点，本申请采用了一个迟滞电压比较器和一个电压比较器来检测A、B、C、D点的电压值，具体方案如图3所示，本申请的记忆电池充电保护电路包括：

迟滞电压比较器U1A，所述迟滞电压比较器U1A的正相输入端接电池电压5，反相输入端接第一电压4，输出端通过反馈支路7与正相输入端相连，所述迟滞电压比较器U1A的上限阀值为电池充电曲线上的最高电压值即B点电压值，下限阀值为电池充电曲线上电池放电完毕需要重新充电时对应的电压值即D点电压值；

电压比较器U1B，所述电压比较器U1B的正相输入端接第二电压6，反相输入端接电池电压5，所述电压比较器U1B的阀值为电池充电曲线上电池充电结束需要停止充电时对应的电压值即C点电压值；

与非门U2A，所述与非门U2A的两个输入端分别连接迟滞电压比较器U1A和电压比较器U1B的输出端，所述与非门U2A的输出端作为该充电保护电路的输出端。

需要说明的是，所述迟滞电压比较器U1A的上限阀值和下限阀值并不限于B点和D点的电压值，为了更方便的控制，所述上限阀值和下限阀值可以在B点和D点附近上、下浮动一定的值；所述电压比较器U1B的阀值也不限于C点的电压值，为了更方便的控制，所述下限阀值可以在C点附近上、下浮动一定的值。

下面结合图2具体说明本实施例的工作原理。

设A、C点电压为V1，B点电压为V2，D点电压为V3，调整第一电压4和反馈支路7使迟滞电压比较器U1A在电池电压≥V2值时，输出状态跳变为1（输出状态保持），在电池电压≤V3值时，输出状态跳变为0，具体工作过程如图4所示。调整第二电压6使电压比较器U1B在电池电压＞V1值时，输出状态0，在电池电压≤V1值时，输出状态1。

电池充电曲线位于上升阶段时：

t1时间段：电源接通，电池开始充电，电池电压≤V1，迟滞电压比较器U1A输出0，电压比较器U1B输出1，经过与非门U2A后输出1，电池继续充电；

t2时间段：由A点到B点，V1＜电池电压＜V2，迟滞电压比较器U1A输出0，电压比较器U1B输出0，经过与非门U2A后输出1，电池继续充电；

t3时间段：由B点到C点，电池电压＞V1，且电池电压会出现一个≥V2的状态，迟滞电压比较器U1A输出1（输出状态一直保持到电池电压≤V3），电压比较器U1B输出0；经过与非门U2A后输出1，电池继续充电；

C点：电池电压≤V1，电压比较器U1B输出1，迟滞电压比较器U1A继续输出1（由迟滞电压比较器的特性决定），经过与非门U2A后输出为0，电池停止充电；

t4时间段：由C点到D点，电池开始自放电或对外供电，V3＜电池电压≤V1，电压比较器U1B输出1，迟滞电压比较器U1A继续输出1，经过与非门后U2A后输出0，电池停止充电；

D点：电池电压≤V3＜V1，迟滞电压比较器U1A输出0，电压比较器U1B输出1，经过与非门U2A后输出为1，电池重新开始充电，重复充电过程。

本申请通过一个迟滞电压比较器和一个电压比较器来检测电池充电曲线上的最高电压点、需要停止充电的电压点和需要重新开始充电的电压点，进而可以判断何时电池充满，何时电池放电完毕。当电池充满时，立即停止充电；当电池放电完毕时，开始重新充电。这样可以做到在电池电量消耗完后才重新充电，避免了因为电池的记忆效应而减小电池电量的危害，从而保证了电池的使用寿命。该充电保护电路结构简单、成本低、无需进行二次调试，且电路没有敏感元件，不易受到环境温度（60～80℃）的影响，可靠性高。

进一步的，在如图5所示的实施例中，所述电池电压通过第一分压电路5与迟滞电压比较器U1A的正相输入端相连，所述电池电压通过第二分压电路6与电压比较器U1B的负相输入端相连。即电池电压经过第一分压电路5和第二分压电路6降压后再输入迟滞电压比较器U1A和电压比较器U1B，这样可以降低迟滞电压比较器U1A和电压比较器U1B的输入电压，避免输入电压过高烧毁迟滞电压比较器U1A和电压比较器U1B。

进一步的，在如图6所示的实施例中，所述与非门U2A还与驱动电路7相连，所述驱动电路7的输出端作为该充电保护电路的输出端。这样可以通过驱动电路直接控制充电电路起充或者停充。在其他实施例中，与非门U2A的输出端还可以与控制器相连，由控制器控制充电电路起充或者停充。

优选的，如图7所示，所述第一分压电路5包括串联的电阻R1和电阻R3,电阻R1的一端接电池电压，另一端接电阻R3，电阻R3的另一端接地，电阻R1和电阻R3的公共端与迟滞电压比较器U1A的正相输入端相连；

所述第二分压电路6包括串联的电阻R7和电阻R8,电阻R7的一端接电池电压，另一端接电阻R8，电阻R8的另一端接地，电阻R7和电阻R8的公共端与电压比较器的反相输入端相连；

所述电阻R1和电阻R7的阻值相同，所述电阻R3和电阻R8的阻值相同。

优选的，如图7所示，所述充电保护电路还包括电源VCC，所述电源VCC通过电阻R2和稳压管D1接地，所述电阻R2和稳压管D1的公共端作为第一电压1与迟滞比较器U1A的反相输入端相连，所述稳压管D1的正极接地，负极作为第二电压3与电压比较器U1B的正相输入端相连。

优选的，所述反馈支路包括电阻R4，电阻R4的一端接迟滞比较器U1A的正相输入端，另一端接迟滞比较器U1A的输出端。

优选的，所述驱动电路7包括三极管Q1和三极管Q2，所述三极管Q2的基极通过电阻R5与与非门U2A的输出端相连，发射极接地，集电极通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极接电池电压，发射极作为所述充电保护电路的输出端。

需要说明的是，本申请尤其适用于煤矿井下防爆兼本安型直流稳压电源镍氢电池的场合，当然也可以适用于其他具有记忆效应的电池，例如镍镉电池等；本申请也当然的可以在井上或其他场合使用。

本申请中的电阻可以是由一个电阻构成的单独电阻，也可以是由数个电阻串联或者并联而成的复合电阻。

Claims (7)

1.一种记忆电池的充电保护电路，其特征在于，包括：

迟滞电压比较器，所述迟滞电压比较器的正相输入端接电池电压，反相输入端接第一电压，输出端通过反馈支路与正相输入端相连，所述迟滞电压比较器的上限阀值为电池充电曲线上的最高电压值，下限阀值为电池充电曲线上电池放电完毕需要重新充电时对应的电压值；

电压比较器，所述电压比较器的正相输入端接第二电压，反相输入端接电池电压，所述电压比较器的阀值为电池充电曲线上电池充电结束需要停止充电时对应的电压值；

与非门，所述与非门的两个输入端分别连接迟滞电压比较器和电压比较器的输出端，所述与非门的输出端作为该充电保护电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种记忆电池的充电保护电路，其特征在于，所述电池电压通过第一分压电路与迟滞电压比较器的正相输入端相连，所述电池电压通过第二分压电路与电压比较器的负相输入端相连。

3.根据权利要求1所述的一种记忆电池的充电保护电路，其特征在于，所述与非门还与驱动电路相连，所述驱动电路的输出端作为该充电保护电路的输出端。

4.根据权利要求2所述的一种记忆电池的充电保护电路，其特征在于，所述第一分压电路包括串联的电阻R1和电阻R3,电阻R1的一端接电池电压，另一端接电阻R3，电阻R3的另一端接地，电阻R1和电阻R3的公共端与迟滞电压比较器的正相输入端相连；

所述第二分压电路包括串联的电阻R7和电阻R8,电阻R7的一端接电池电压，另一端接电阻R8，电阻R8的另一端接地，电阻R7和电阻R8的公共端与电压比较器的反相输入端相连。

5.根据权利要求1-4的任意一项所述的一种记忆电池的充电保护电路，其特征在于，所述充电保护电路还包括电源，所述电源通过电阻R2和稳压管D1接地，所述电阻R2和稳压管D1的公共端作为第一电压与迟滞比较器的反相输入端相连，所述稳压管D1的正极接地，负极作为第二电压与电压比较器的正相输入端相连。

6.根据权利要求1-4的任意一项所述的一种记忆电池的充电保护电路，其特征在于，所述反馈支路包括电阻R4，电阻R4的一端接迟滞比较器的正相输入端，另一端接迟滞比较器的输出端。

7.根据权利要求3所述的一种记忆电池的充电保护电路，其特征在于，所述驱动电路包括三极管Q1和三极管Q2，所述三极管Q2的基极通过电阻R5与与非门的输出端相连，发射极接地，集电极通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极接电池电压，发射极作为所述充电保护电路的输出端。