CN102916456B - 一种锂电池充放电管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂电池充放电管理系统，所述锂电池为单节锂电池，所述系统包括锂电池充放电管理模块、锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块及升压模块。相应地，本发明还提供了一种锂电池充放电管理方法。本发明提供的锂电池充放电管理系统及方法，实现了单节锂电池的应用管理，克服了现有技术中多节锂电池串联造成各锂电池之间的差异性；本发明采用锂电池充放电管理模块管理锂电池的充放电流程，大大增强了锂电池的寿命，同时，通过锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块对系统进行保护，使系统无需增加锂电池保护板，因此具有安全可靠、实现简单、成本低廉、易于推广应用的优点。

Description

一种锂电池充放电管理系统及方法

技术领域

本发明涉及锂电池应用领域，尤其涉及一种锂电池充放电管理系统及方法。

背景技术

锂电池广泛应用在移动通信设备中，如直放站、网络信号监测仪等设备的监控系统，这些设备监控系统的供电电压通常为9V或以上，而单节锂电池的电压通常为4.2V，供电最低电压为3.6V左右，无法达到设备监控系统的供电要求。为此，通常的做法是采用多节锂电池串联的方式来达到设备监控系统的供电电压要求，如有2节、4节、6节等不同的串联方式，由于电池的差异性，随着充放电次数的增加，串联中的每节锂电池的差异将越来越大，造成了电池组中各电池的充电时间不一致，导致电池浮充、过充或过放，最终造成电池损坏，甚至造成电池爆炸的恶性事故。

为解决电池组充电的差异性问题，现有技术中引入了电池组充放电保护板，可以避免电池组中电池的差异性造成的过充、过放问题。但该方案仍无法彻底解决电池的差异性问题，因为电池组中部分电池无法充满，从而降低了电池组的供电容量，同时也增加了电池管理系统的成本。除此之外，上述锂电池的充放电管理系统和方法实现复杂、成本高，给实际应用带来困难。

发明内容

本发明实施例提供了一种锂电池充放电管理系统及一种锂电池充放电管理方法，该系统和方法可解决现有电池充放电系统安全性低、系统复杂、成本昂贵等问题。

一种锂电池充放电管理系统包括：

锂电池充放电管理模块，用于根据监测的锂电池和外部充电电源的电压值，启动锂电池进行充电或放电；

锂电池电压过放保护模块，监测锂电池放电电压大小，当锂电池放电电压低于锂电池的最低放电电压门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电压高于锂电池的最低放电电压门限为止；

锂电池放电过流保护模块，用于监测锂电池放电电流大小，当锂电池放电电流超出锂电池最大放电电流门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电流低于锂电池最大放电电流门限为止；

其中，所述锂电池充放电管理模块的输入端接外部充电电源，第一输出端接锂电池，所述锂电池充放电管理模块的第二输出端、锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块依次相连。

相应地，本发明实施例还提供了一种应用于所述锂电池充放电管理系统的锂电池充放电管理方法，所述方法包括：

锂电池充放电管理模块根据监测的锂电池和外部充电电源的电压值，启动锂电池进行充电或放电；

锂电池电压过放保护模块监测锂电池放电电压大小，当锂电池放电电压低于锂电池的最低放电电压门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电压高于锂电池的最低放电电压门限为止；

锂电池放电过流保护模块监测锂电池放电电流大小，当锂电池放电电流超出最大放电电流门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电流低于锂电池最大放电电流门限为止。

实现本发明的有益效果如下：

本发明提供的锂电池充放电管理系统及方法，实现了单节锂电池的应用管理，克服了现有技术中多节锂电池串联造成各锂电池之间的差异性，本发明采用锂电池充放电管理模块管理锂电池的充放电流程，大大增强了锂电池的寿命，同时，通过锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块对系统进行保护，使系统无需增加锂电池保护板，因此具有安全可靠、实现简单、成本低廉、易于推广应用的优点。

附图说明

图1是本发明实施例锂电池充放电管理系统原理框架示意图；

图2是本发明实施例锂电池充放电管理方法第一流程示意图；

图3是本发明实施例锂电池充放电管理方法第二流程示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例锂电池充放电管理系统原理框架示意图，如图所示，所述系统包括：

锂电池11；

锂电池充放电管理模块12，用于根据监测的锂电池11和外部充电电源16的电压值，启动锂电池11进行充电或放电；

所述锂电池充放电管理模块12具体用于：

监测外部充电电源16的电压，并判断外部充电电源16是否供电正常；

当判断结果为所述外部充电电源16供电异常时，启动锂电池11进行放电；

当判断结果为所述外部充电电源16供电正常时，根据监测的锂电池11电压，再判断锂电池11是否处于充满电状态；

当判断结果为所述锂电池11处于未充满电状态时，则根据预先设置的锂电池充电曲线，启动外部充电电源16对锂电池11进行充电。当监测到锂电池11电压等于锂电池11最高电压，且充电电流很小时，表明锂电池11充电完成，则停止锂电池11充电过程，断开充电回路，避免浮充。

当判断结果为所述锂电池11处于充满电状态下，若监测到锂电池11电压低于锂电池11充电电压门限时，重新启动锂电池11充电过程。这是因为当电池充满时，若不继续充电，锂电池11会存在自放电现象，时间长了，电池电压会降低，此时实时检测的目的是当其电压低时，重启锂电池11充电过程，以保证电池电量处于充满的状态。

锂电池电压过放保护模块13，用于监测锂电池11放电电压大小，当锂电池11放电电压低于锂电池11的最低放电电压门限时，断开放电回路，直到锂电池11放电电压高于锂电池11的最低放电电压门限为止；以避免锂电池11因过度放电而损坏。其中，锂电池11的最低放电电压门限由锂电池11的工作电压特性和锂电池电压过放保护模块13的最低工作电压确定，当锂电池电压过放保护模块13的最低工作电压高于锂电池允许放电的最低电压时，最低放电电压门限等于锂电池电压过放保护模块13的最低工作电压，否则，最低放电电压门限等于锂电池11允许放电的最低电压。

锂电池放电过流保护模块14，用于监测锂电池11放电电流大小，当锂电池11放电电流超出锂电池11最大放电电流门限时，断开放电回路，直到锂电池11放电电流低于锂电池11最大放电电流门限为止；以避免锂电池11因放电电流过大而损坏。所述锂电池11最大放电电流门限由锂电池11的电流特性和应用系统17的最大工作电流确定。这是因为每一种锂电池都有一个合理的放电电流大小，若放电电流过大时，由于锂电池有内阻，会导致锂电池过热，容易导致锂电池损坏；通常应用系统17的工作电流都比较恒定，若此时锂电池11放电电流大小超出应用系统17的最大工作电流很多时，则表明应用系统17存在短路或其他导致电流不正常的故障；从上述两个方面出发，此时需断开锂电池11供电，以保护锂电池11不被损坏。

其中，所述锂电池充放电管理模块12的输入端接外部充电电源16，第一输出端接锂电池11，所述锂电池充放电管理模块12的第二输出端、锂电池电压过放保护模块13、锂电池放电过流保护模块14依次相连。

具体实施中，因锂电池的电压通常为4.2V，供电最低电压为3.6V，当外部应用系统17供电电压超出锂电池11的供电电压时，所述系统还包括：

升压模块15，用于在经过所述锂电池电压过放保护模块13的电压过放保护和所述锂电池放电过流保护模块14的放电过流保护后，对经过所述锂电池充放电管理模块12的输出电压进行升压稳压，以使输出电压达到应用系统17要求的电压值；从而确保为应用系统17提供稳定且适合的电压值。

所述升压模块15输入端接所述锂电池放电过流保护模块14，输出端接所述应用系统17。

本发明提供的锂电池充放电管理系统，实现了单节锂电池的应用管理，克服了现有技术中多节锂电池串联造成各锂电池之间的差异性，本发明采用锂电池充放电管理模块管理锂电池的充放电流程，大大增强了锂电池的寿命，同时，通过锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块对系统进行保护，使系统无需增加锂电池保护板，因此具有安全可靠、实现简单、成本低廉、易于推广应用的优点。

参见图2，是本发明实施例锂电池充放电管理方法第一流程示意图，如图所示，所述方法包括：

S201、锂电池充放电管理模块根据监测的锂电池和外部充电电源的电压值，启动锂电池进行充电或放电；

所述锂电池充放电管理模块根据监测的锂电池和外部充电电源的电压值，启动锂电池进行充电或放电的步骤包括：

锂电池充放电管理模块监测外部充电电源的电压，并判断外部充电电源是否供电正常；

当判断结果为所述外部充电电源供电异常时，启动锂电池进行放电；

当判断结果为所述外部充电电源供电正常时，根据监测的锂电池电压，再判断锂电池是否处于充满电状态；

当判断结果为所述锂电池处于未充满电状态时，则根据预先设置的锂电池充电曲线，启动外部充电电源对锂电池进行充电。当监测到锂电池电压等于锂电池最高电压，且充电电流很小时，表明锂电池充电完成，则停止锂电池充电过程，断开充电回路，避免浮充。

当判断结果为所述锂电池处于充满电状态下，若监测到锂电池电压低于锂电池充电电压门限时，重新启动锂电池充电过程。

S202、锂电池电压过放保护模块监测锂电池放电电压大小，当锂电池放电电压低于锂电池的最低放电电压门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电压高于锂电池的最低放电电压门限为止；所述锂电池的最低放电电压门限由锂电池的工作电压特性和锂电池电压过放保护模块的最低工作电压确定，当锂电池电压过放保护模块的最低工作电压高于锂电池允许放电的最低电压时，最低放电电压门限等于锂电池电压过放保护模块的最低工作电压，否则，最低放电电压门限等于锂电池允许放电的最低电压。

S203、锂电池放电过流保护模块监测锂电池放电电流大小，当锂电池放电电流超出最大放电电流门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电流低于锂电池最大放电电流门限为止。所述锂电池最大放电电流门限由锂电池的电流特性和应用系统的最大工作电流确定。

需要说明的是，步骤S202、S203是可以同时进行的。

具体地，所述方法还包括：

S204、在经过电压过放保护和放电过流保护后，升压模块对经过锂电池充放电管理模块的输出电压进行升压稳压，以使输出电压达到应用系统要求的电压值。

本发明提供的锂电池充放电管理方法，实现了单节锂电池的应用管理，克服了现有技术中多节锂电池串联造成各锂电池之间的差异性，本发明采用锂电池充放电管理模块管理锂电池的充放电流程，大大增强了锂电池的寿命，同时，通过锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块对系统进行保护，使系统无需增加锂电池保护板，因此具有安全可靠、实现简单、成本低廉、易于推广应用的优点。

下面以具体实例，对以上实施例进行详细说明，参见图3，是本发明实施例锂电池充放电管理方法第二流程示意图。

S301、根据锂电池充放电管理流程，由锂电池充放电管理模块监测外部充电电源是否正常。

S302、假设外部充电电源正常电压为5V。锂电池充放电管理模块监测到外部充电电源电压为5V，则表示外部电源电压正常，锂电池充放电管理模块将该电压转换为锂电池充电电压，约4.3V。锂电池充放电管理模块监测判断锂电池的电压是否等于其最大电压值；

S303a、若步骤S302的判断结果为否，则启动锂电池的充电过程；

此处需要说明的是，若监测到锂电池电压处于完全放空的状态，则对锂电池进行先预充、再恒流充、当电池电压充电达到4.2V时，再进行恒压充电，最后进行涓流充电，直至充电电流为0A左右，充电完成，断开充电回路。此时应用系统供电由外部充电电源提供，锂电池不参与应用系统供电。

S303b、若步骤S302的判断结果为是，则再判断锂电池是否处于非充电或充电完毕状态；

S304、若步骤S303b的判断结果为是，则断开锂电池充电回路；若判断结果为否，则执行步骤S303a，继续给锂电池进行充电。

S311、假设外部充电电源产生掉电，此时，锂电池充放电管理模块监测到外部充电电源电压为0V。锂电池充放电管理模块内部放电回路立即启动锂电池放电过程，此时应用系统供电由锂电池提供。

S312、无论是外部充电电源供电还是锂电池供电，锂电池电压过放保护模块时刻监测锂电池充放电管理模块输出端电压大小，判断锂电池电压是否高于最低放电电压门限。

S313a、在锂电池供电的情况下，当监测到锂电池电压低于锂电池允许放电的最低电压时，本实例中为3.6V，锂电池放电回路自动断开，此时应用系统将无法工作，若此时外部充电电源恢复供电，锂电池电压过放保护模块应监测到锂电池充放电管理模块输出端电压在4.3V左右，系统放电回路恢复，外部充电电源一方面给锂电池充电，一方面给应用系统供电。

S313b、无论是外部充电电源还是锂电池供电，锂电池放电过流保护模块时刻监测锂电池充放电管理模块输出端当前电流大小，判断锂电池放电电流是否小于最大放电电流门限。

当监测到供电回路中电流值小于最大放电电流门限时，执行步骤S301；当监测到供电回路中电流值高于系统允许的最大放电电流门限时，表明应用系统工作异常，执行步骤S313a，立即断开整个应用系统供电回路，此时应用系统将不工作；当应用系统恢复正常时，放电回路中电流大小恢复正常，则应用系统供电回路也恢复正常。

在锂电池放电过流保护模块、锂电池电压过放保护模块等均工作正常的情况下，升压模块负责锂电池充放电管理模块的输出端电压升压，本实例中输出端电压为3.6V～4.3V，升压模块将上述电压进行升压稳压至系统应用电压值，给应用系统进行稳定供电。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种锂电池充放电管理系统，其特征在于，所述锂电池为单节锂电池，所述系统包括：

锂电池充放电管理模块，用于根据监测的锂电池和外部充电电源的电压值，启动锂电池进行充电或放电，具体为：

监测外部充电电源的电压，并判断外部充电电源是否供电正常，设外部充电电源正常电压为5V；

当判断结果为所述外部充电电源供电异常时，即监测到外部充电电源电压不为5V时，启动锂电池进行放电；

当判断结果为所述外部充电电源供电正常时，即监测到外部充电电源电压为5V时，根据监测的锂电池电压，再判断锂电池是否处于充满电状态，即监测判断锂电池的电压是否等于其最大电压值，若否，锂电池处于未充满电状态，若是，锂电池处于充满电状态；

当判断结果为所述锂电池处于未充满电状态时，则根据预先设置的锂电池充电曲线，启动外部充电电源对锂电池进行充电：若监测到锂电池电压处于完全放空的状态，则对锂电池进行先预充、再恒流充、当电池电压充电达到4.2V时，再进行恒压充电，最后进行涓流充电，直至充电电流为0A左右，充电完成，断开充电回路；

当判断结果为所述锂电池处于充满电状态下，若监测到锂电池电压低于锂电池充电电压门限时，重新启动锂电池充电过程；

锂电池电压过放保护模块，用于监测锂电池放电电压大小，当锂电池放电电压低于锂电池的最低放电电压门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电压高于锂电池的最低放电电压门限为止；

锂电池放电过流保护模块，用于监测锂电池放电电流大小，当锂电池放电电流超出锂电池最大放电电流门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电流低于锂电池最大放电电流门限为止；

升压模块，用于在经过所述锂电池电压过放保护模块的电压过放保护和所述锂电池放电过流保护模块的放电过流保护后，对经过所述锂电池充放电管理模块的输出电压进行升压稳压，以使输出电压达到应用系统要求的电压值；

其中，所述锂电池充放电管理模块的输入端接外部充电电源，第一输出端接锂电池，所述锂电池充放电管理模块的第二输出端、锂电池电压过放保护模块、锂电池放电过流保护模块依次相连；所述升压模块输入端接所述锂电池放电过流保护模块，输出端外接应用系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锂电池的最低放电电压门限由锂电池的工作电压特性和锂电池电压过放保护模块的最低工作电压确定，当锂电池电压过放保护模块的最低工作电压高于锂电池允许放电的最低电压时，最低放电电压门限等于锂电池电压过放保护模块的最低工作电压，否则，最低放电电压门限等于锂电池允许放电的最低电压。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锂电池最大放电电流门限由锂电池的电流特性和应用系统的最大工作电流确定。

4.一种应用于权利要求1所述的锂电池充放电管理系统的锂电池充放电管理方法，其特征在于，所述方法包括：

锂电池充放电管理模块根据监测的锂电池和外部充电电源的电压值，启动锂电池进行充电或放电，具体步骤包括：

锂电池充放电管理模块监测外部充电电源的电压，并判断外部充电电源是否供电正常；

当判断结果为所述外部充电电源供电异常时，启动锂电池进行放电，设外部充电电源正常电压为5V；

当判断结果为所述外部充电电源供电正常时，即监测到外部充电电源电压为5V时，根据监测的锂电池电压，再判断锂电池是否处于充满电状态，即监测判断锂电池的电压是否等于其最大电压值，若否，锂电池处于未充满电状态，若是，锂电池处于充满电状态；

当判断结果为所述锂电池处于未充满电状态时，则根据预先设置的锂电池充电曲线，启动外部充电电源对锂电池进行充电：若监测到锂电池电压处于完全放空的状态，则对锂电池进行先预充、再恒流充、当电池电压充电达到4.2V时，再进行恒压充电，最后进行涓流充电，直至充电电流为0A左右，充电完成，断开充电回路；

当判断结果为所述锂电池处于充满电状态下，若监测到锂电池电压低于锂电池充电电压门限时，重新启动锂电池充电过程；

锂电池电压过放保护模块监测锂电池放电电压大小，当锂电池放电电压低于锂电池的最低放电电压门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电压高于锂电池的最低放电电压门限为止；

锂电池放电过流保护模块监测锂电池放电电流大小，当锂电池放电电流超出最大放电电流门限时，断开放电回路，直到锂电池放电电流低于锂电池最大放电电流门限为止；

在经过电压过放保护和放电过流保护后，升压模块对经过锂电池充放电管理模块的输出电压进行升压稳压，以使输出电压达到应用系统要求的电压值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述锂电池的最低放电电压门限由锂电池的工作电压特性和锂电池电压过放保护模块的最低工作电压确定，当锂电池电压过放保护模块的最低工作电压高于锂电池允许放电的最低电压时，最低放电电压门限等于锂电池电压过放保护模块的最低工作电压，否则，最低放电电压门限等于锂电池允许放电的最低电压。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述锂电池最大放电电流门限由锂电池的电流特性和应用系统的最大工作电流确定。