CN104701911A - 一种锂芯电池 - Google Patents
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Abstract
一种锂芯电池，包括锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路和DC-DC升压电路，所述锂芯容量指示电路包括电压监控芯片，通过测试所述电池放电的时间电压特性曲线，选取整个放电过程的四个位点电压；所述电芯保护电路主要由HAT2027、R5402和自恢复保险丝组成；所述充电管理电路包括CN3066和继电器，将电路分为预充电管理电路部分、恒流充电管理电路部分、恒压充电管理电路部分及维护充电管理电路部分；所述DC-DC升压电路主要由MAX1771构成。本发明解决了现有技术中户外电源安全性低及功耗高的问题，达到了户外电源安全性高和储备能量大的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及户外电源技术领域，特别涉及一种高效、低功耗、安全的户外锂芯电池组。
背景技术
众所周知，用于向户外电力产品提供电能的户外电源，需要电力稳定和安全，目前用的较多的是一种户外锂芯电池组，当给这些电池充电时，有时会因人们忘记，导致锂芯电池过充，锂电池自身温度升高，造成对锂电池的损害，降低其使用寿命，甚至由于锂电池长时间处于高温，会引发爆炸，造成人身损伤；有时因人们未给锂电池组及时充电，导致其过放，同样造成对电池的损害。
因此，业界需要一种高效、低功耗、安全的户外锂芯电池组，能够对多种户外电用设备进行供电，以满足户外需求。
发明内容
本发明旨在提供一种高效、低功耗、安全的户外锂芯电池组。
为达成上述目的，本发明提供了一种锂芯电池组，包括锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路和DC-DC升压电路，所述锂芯容量指示电路包括电压监控芯片，通过测试所述电池放电的时间电压特性曲线，选取整个放电过程的四个位点电压，用电压来估算电池的容量；所述电芯保护电路主要由HAT2027、R5402和自恢复保险丝组成，所述HAT2027内置有二极管，所述电芯保护电路包括过充保护电路部分，过放电路保护部分和过温电路保护部分；所述充电管理电路包括CN3066和继电器，当有外部充电器对电池充电时，所述继电器令所述CN3066开始工作，所述充电管理电路分为预充电管理电路部分、恒流充电管理电路部分、恒压充电管理电路部分及维护充电管理电路部分；所述DC-DC升压电路主要由MAX1771构成。
本发明的优点在于大幅度提高了户外锂芯电池组的安全性，且能够使随身电源最大程度地储备能量，同时由于采用MAX1771集成芯片，可将锂芯容量在安全范围内最大程度释放，达到对多种数码设备供电的目的。
结合附图，根据下文的通过示例说明本发明主旨，通过描述可清楚本发明的其他方面和优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明锂芯保护电路图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明而不用于限制本发明的保护范围。本发明优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。
现详细说明根据本发明实施例的一种户外锂芯电池组。
本发明主要有四部分组成：锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路、DC-DC升压电路。锂芯容量指示电路由XC61CC系列的电压监控芯片组成。电芯保护电路由过充保护、过放保护、过温保护三部分组成，HAT2027、R5402自恢复保险丝构建了三重保护，使锂芯安全性大大增强。充电管理电路采用了CN3066，将充电过程分为涓流充电、恒流充电、恒压充电和维护充电四个部分，使移动随身电源能够最大程度地储备能量。DC-DC升压电路采用了MAX1771集成芯片，可将锂芯容量在安全范围内最大程度释放，达到对多种数码设备供电的目的。
如图1所示，电芯保护电路主要由R5402和HAT2027共同组成。除此之外，自恢复保险丝起到了最后一层保护的作用。
充电时，电池电压从低到高上升，当电池电压大于4.25V时，充电状态被锁存，引脚Cout就会从高电平跳为低电平，HAT2027内置二极管发挥单向导通作用。电流方向只能从1脚到3脚，充电电源无法继续给锂芯充电。如果充电电源继续加载在锂芯电池组两端，即使锂芯电压在4.25V以下R5402具有的过充锁存状态也不会被释放。这样就保证了电池组在连续充电饱和之后，能锁存在过充状态，隔离充电电源对高能量电池组持续充电。只有当过充时，断开充电电源，过充锁存状态才会被释放，Cout重新变为高电平，HAT2027的1/3引脚此时双向导通，锂芯才能正常工作。放电时，电池电压下降，当小于2.3V时，放电状态被锁存，引脚Dout的输出从高电平跳为低电平，HAT2027内置二极管发挥单项导通作用。电流方向只能从3脚到1脚，锂芯电池组无法继续给负载放电。如果没有接上充电电源，即使锂芯电压高于过放电电压的最大值，放电锁存状态也不会被释放，这就保证了电池组在经过长时间放电，电压下降到2.3V之后，能锁存在过放状态，隔离低能量电池组持续放电。只有当过放时，接上充电电源，锂芯电压才开始高于过放电压时，过放锁存状态才会被释放，同时引脚Dout的电压重新变为高电平，HAT2027的1、3引脚双向导通，锂芯既能工作在放电状态，又能工作在充电状态。当锂芯短路时，Dout跳到低电平。此时，锂芯受HAT2027控制无法放电，起到保护锂芯作用。与此同时，自恢复保险丝由于短路的大电流，会受热膨胀，电路切断，起到最后一层保护的作用。当短路故障排除， R5402检电器释放，Dout重新恢复高电平。
本系统中，DC-DC升压电路主要由MAX1771构成，该控制器采用独特的控制方案，提供一个高效、较宽电压调节范围的电源。前者具有较小的静态电流，负载小的情况下效率较高，但波纹较大。后者在负载大的情况下具有较高的效率，噪声小。该控制其采用的是一种改进型的限流PFM控制方式，控制电路限制电感充电电流，使其不超过某一峰值电流。既保持了传统PFM的低静态电流，同时在较大负载的情况下，也具有很高的效率。而且由于限制了峰值电流，采用很小体积的外围元件就可获得满意的输出纹波，这样便于降低电路成本及尺寸。
本系统电路采用锂芯容量指示电路，即通过测试锂芯电池放电的时间电压特性曲线，选取整个放电过程的四个位点电压，用电压来估算电池的容量。当按下电压容量指示的功能按键，锂芯的电池电压会加到XC61系列芯片的VIN与VSS引脚上。当电压高于4.1V，四个芯片同时工作，电池与限流电阻、LED发光管形成四个回路。此时四个发光管同时发亮，表示电池容量饱和。当电池电压在4.1V~3.8V之间，只有三个芯片工作4102不工作，此时形成的三个回路，三个发光管发亮，表示电池容量有所下降。同理可知其他的两种情况。
充电管理单路由CN3066和继电器构成。当随身电源检测到有充电器对其充电时，继电器令CN3066开始工作，CN3066将整个充电管理过程分为四个部分，即预充电、恒流充电、恒压充电以及维护充电。
当CN3066开始工作时，CN3066会检测电池电压是否较低，如果是，则采用涓流充电，即一个比较小的恒定电流对电池进行充电，直至电池电压上升到一个安全值。之后，充电电流保持较大值不变，通常是涓流充电电流的10倍或更大。1000mAh的电池采用700mA电流充电，这可以避免大电流充电对锂芯的损坏。在环流充电和涓流充电状态下，充电管理芯片连续监控电池的电压，当单节锂电池的电压达到4.2V，恒流充电状态结束，转入恒压充电状态。在该状态下，充电电压恒定在4.2V。当锂芯的电流下降为原来的1/10之后，恒压充电状态结束。在维护充电状态，电池充足电之后，若移动电源仍插在充电器上，电池会由自放电而损失电量。CN3066以非常小的电流对锂芯充电或监测电池电位，以备对锂芯再充电，这种状态称为维护充电状态。
Claims (10)
1.一种锂芯电池，其特征在于包括锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路和DC-DC升压电路，所述锂芯容量指示电路包括电压监控芯片，通过测试所述电池放电的时间电压特性曲线，选取整个放电过程的四个位点电压，用电压来估算电池的容量；所述电芯保护电路主要由HAT2027、R5402和自恢复保险丝组成，所述HAT2027内置有二极管，所述电芯保护电路包括过充保护电路部分，过放电路保护部分和过温电路保护部分；所述充电管理电路包括CN3066和继电器，当有外部充电器对电池充电时，所述继电器令所述CN3066开始工作，所述充电管理电路分为预充电管理电路部分、恒流充电管理电路部分、恒压充电管理电路部分及维护充电管理电路部分；所述DC-DC升压电路主要由MAX1771构成。
2.根据权利要求1所述的锂芯电池，其特征在于所述电芯保护电路的过充保护电路部分为当所述电池电压大于4.25V时，充电状态被锁存，所述电芯保护电路的引脚Cout从高电平跳为低电平，所述HAT2027内置的二极管单向导通，电流方向只能从所述电芯保护电路的1脚到3脚；当充电状态被锁存，外部充电电源继续加载在所述锂芯电池的两端，所述电芯电压在4.25V以下，所述R5402具有的过充锁存状态不会被释放；过充时，断开外部充电电源，过充锁存状态被释放，所述电芯保护电路的引脚Cout重新变为高电平，所述HAT2027的1和3引脚双向导通。
3.根据权利要求1所述的锂芯电池，其特征在于所述电芯保护电路的过放保护电路部分为放电时，当电池电压小于2.3V时，放电状态被锁存，所述电芯保护电路引脚Dout的输出从高电平跳为低电平，所述HAT2027内置二极管单项导通，电流方向只能从3脚到1脚；当没有接上外部充电电源，即使电芯电压高于过放电电压的最大值，放电锁存状态也不会被释放；当过放时，接上外部充电电源，所述电芯电压开始高于过放电压，过放锁存状态被释放，同时所述电芯保护电路引脚Dout的电压重新变为高电平，HAT2027的1和3引脚双向导通。
4.根据权利要求1所述的锂芯电池，其特征在于所述电芯保护电路的过温保护电路部分为当电芯短路时，所述电芯保护电路的引脚Dout跳到低电平，电芯受所述HAT2027控制无法放电；同时，所述自恢复保险丝受热膨胀，电路被切断；当短路故障排除， 所述R5402检电器释放，所述电芯保护电路的引脚Dout重新恢复高电平。
5.根据权利要求1所述的锂芯电池，其特征在于所述锂芯容量指示电路包括与所述电池外接的限流电阻和LED发光管，所述电压监控芯片采用XC61CC系列芯片，共有四片；当所述电池电压加到所述芯片的VIN与VSS引脚上，所述电压高于4.1V时，所述四个芯片同时工作，所述电池和与其外接的限流电阻、LED发光管形成四个回路，四个发光管同时发亮，表示电池容量饱和；当电池电压在4.1V~3.8V之间，只有三个芯片工作，和与其外接的限流电阻、LED发光管形成三个回路，三个发光管发亮，表示电池容量有所下降。
6.根据权利要求1所述的锂芯电池，其特征在于所述预充电管理电路部分为CN3066检测所述锂芯电池电压，若电压低于电压安全值，则采用涓流充电，直至电池电压上升到电压安全值。
7.根据权利要求6所述的锂芯电池，其特征在于所述恒流充电管理电路部分为当所述锂芯电池电压达到安全值后，充电电流恒定在所述涓流充电电流的10倍，CN3066连续监控所述锂芯电池电压，当单节锂电池的电压达到4.2V，恒流充电状态结束。
8.根据权利要求7所述的锂芯电池，其特征在于1000mAh的电池采用700mA恒定电流充电。
9.根据权利要求7所述的锂芯电池，其特征在于所述恒压充电管理电路部分为当恒流充电状态结束，转入恒压充电状态，此时充电电压恒定在4.2V，当所述电芯的电流下降为原来的1/10之后，恒压充电状态结束。
10.根据权利要求9所述的锂芯电池，其特征在于所述维护充电管理电路部分为当所述锂芯电池充足电池后，若外部电源仍插在充电器上，所述电池会自由放电，所述CN3066继续对电芯充电或监测所述电池电位。
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