CN107742907B - 一种自适应充电电压的锂电保护板和锂电池充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自适应充电电压的锂电保护板和锂电池充电方法。一种自适应充电电压的锂电保护板，包括保险丝，程序管理MCU芯片U2，充放电专用芯片U3，用于电流检测的电阻、放电开关、充电开关和涓流充电线路，所述涓流充电线路用于在锂电池充电后期模拟恒压涓流充电使锂电池电量充满；一种的锂电池的充电方法，电池电压达到设定值时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，涓流充电电流经PACK+,保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,涓流充电线路,PACK‑给电池充电，当检测到电池电压达到充满电压值时，表示电池充满，关断涓流充电线路。本发明可以适应各种充电压，这种线路在充电后期自动模拟恒压涓流充电，与充电电压无关，也可以保证电池充满。

Description

一种自适应充电电压的锂电保护板和锂电池充电方法
技术领域
本发明涉及锂电池充电领域，尤其涉及一种自适应充电电压的锂电保护板和锂电池充电方法。
背景技术
锂电池充电控制方式：先恒流，在电池接近充满时再恒压，恒压充电是一种小电流涓流充电的方式，是电池充满的必要条件，当充电器输出电压过低时，电池包充不到所需要的电压点，当充电器输出电压过高时，电池包保护板会过压保护，没有恒压充电阶段，以上两种方式都会造成电池充不满，所以对充电器的电压精度要求高，一般都在mv级。
充电电压精度控制一直是充电器生产过程的重中之重，需要投入大量资源来保证，即便如此，这个电压精度问题还是客户投诉的第一大项。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种自适应充电电压的锂电保护板和锂电池充电方法，只要保证充电器输出电压可以让电池充满的下限即可，对上限没有严格要求，可以适应各种充电压，这种线路在充电后期自动模拟恒压涓流充电，与充电电压无关，也可以保证电池充满。
为解决以上问题，本发明的解决方案是一种自适应充电电压的锂电保护板，包括保险丝，程序管理MCU芯片U2，充放电专用芯片U3，用于电流检测的电阻、放电开关、充电开关和涓流充电线路，所述涓流充电线路用于在锂电池充电后期模拟恒压涓流充电使锂电池电量充满，所述充放电专用芯片U3用于检测锂电池电压、电流和温度，并将电压、电流和温度数据发送给程序管理MCU芯片U2，所述程序管理MCU芯片U2根据得到的电压、电流和温度数据进行充电，放电，预充等各种控制；
锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在锂电池预设充电电压的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过锂电池预设充电电压值时，MCU给出指令，断开充电开关。
作为改进，所述涓流充电线路包括三个电阻，四个三极管，一个二极管，所述三个电阻用R21、R32、R57表示，所述四个三极管用Q25，Q26，Q14，Q15表示，所述一个二极管用D2来表示，所述三极管Q25的基极B与程序管理MCU芯片U2连接，三极管Q25的集电极C与VDD连接，三极管Q25的发射极E分别与二极管D2的正极和电阻R21的一端连接，所述二极管D2的负极分别与电阻R57的一端和三极管Q14的发射极E连接，电阻R57的另一端分别与三极管Q14的基极B和三极管Q15的发射极E连接,三极管Q14的集电极C分别与三极管Q15的基极B和电阻R32的一端连接，三极管Q15的集电极C与三极管Q26的发射极E连接，三极管Q26的集电极C与电阻R32的另一端连接，三极管Q26的基极B与电阻R21的另一端连接；
电池电压达到锂电池预设充电电压0.01-0.03V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU给Q25高电位，开通Q25，Q26、Q14、Q15，所述R57，Q14，Q15，R32，Q26组成小电流恒流线路，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,[Q15],[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压超过锂电池预设充电电压0.04V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电控制三极管Q25。
作为改进，所述锂电池预设充电电压为2.5—4.15V/每节，超过锂电池预设充电电压0.01-0.03V即锂电池充电电压为4.16-4.18V/每节。
作为改进，当检测到电池电压超过锂电池预设充电电压0.04V/每节时，即检测到电池电压在4.2V/每节时，电池充满。
作为进一步的改进，所述充电开关由三极管组成。
作为进一步的改进，所述放电开关由三极管组成。
一种的锂电池的充电方法，使用上述的自适应充电电压的锂电保护板，所述充电方法包括以下步骤：
步骤一、锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在2.5—4.15V的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过设定值时，MCU给出指令，断开充电开关。
步骤二、电池电压达到4.16V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU控制涓流充电线路开通，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,涓流充电线路,[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压在4.2V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电线路。
一种的锂电池的充电方法，使用上述的自适应充电电压的锂电保护板，所述充电方法包括以下步骤：
步骤一、锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在2.5—4.15V的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过设定值时，MCU给出指令，断开充电开关。
步骤二、电池电压达到4.16V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU给Q25高电位，开通Q25，Q26、Q14、Q15，所述R57，Q14，Q15，R32，Q26组成小电流恒流线路，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,[Q15],[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压在4.2V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电控制三极管Q25。
从以上描述可以看出，本发明具有以下优点：
锂电充电器对输出电压精度高一直是困扰充电器的一个瓶颈，工厂需要投入大量的人力，物力。本发明可以大幅降低充电器的不良率，降低成本，提高效率，同时也降低了电池包的充电风险。
本发明是一种自适应充电电压的锂电保护板，只要保证充电电压可以让电池充满的下限即可，对上限没有严格要求，可以适应各种充电压，这种线路在充电后期自动模拟恒压涓流充电，与充电电压无关，也可以保证电池充满。
附图说明
图1是本发明的模块示意图；
图2是本发明的具体实施电路图；
图3是本发明涓流充电线路图；
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的第一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图1所示，一种自适应充电电压的锂电保护板，包括保险丝，程序管理MCU芯片U2，充放电专用芯片U3，用于电流检测的电阻、放电开关、充电开关和涓流充电线路，所述涓流充电线路用于在锂电池充电后期模拟恒压涓流充电使锂电池电量充满，所述充放电专用芯片U3用于检测锂电池电压、电流和温度，并将电压、电流和温度数据发送给程序管理MCU芯片U2，所述程序管理MCU芯片U2根据得到的电压、电流和温度数据进行充电，放电，预充等各种控制；
锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在2.5—4.15V的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过设定值时，MCU给出指令，断开充电开关。
更具体地，所述涓流充电线路包括三个电阻，四个三极管，一个二极管，所述三个电阻用R21、R32、R57表示，所述四个三极管用Q25，Q26，Q14，Q15表示，所述一个二极管用D2来表示，所述三极管Q25的基极B与程序管理MCU芯片U2连接，三极管Q25的集电极C与VDD连接，三极管Q25的发射极E分别与二极管D2的正极和电阻R21的一端连接，所述二极管D2的负极分别与电阻R57的一端和三极管Q14的发射极E连接，电阻R57的另一端分别与三极管Q14的基极B和三极管Q15的发射极E连接,三极管Q14的集电极C分别与三极管Q15的基极B和电阻R32的一端连接，三极管Q15的集电极C与三极管Q26的发射极E连接，三极管Q26的集电极C与电阻R32的另一端连接，三极管Q26的基极B与电阻R21的另一端连接；
电池电压达到4.16V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU给Q25高电位，开通Q25，Q26、Q14、Q15，所述R57，Q14，Q15，R32，Q26组成小电流恒流线路，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,[Q15],[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压在4.2V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电控制三极管Q25。
更具体地，所述锂电池预设充电电压为2.5—4.15V，超过锂电池预设充电电压0.01-0.03V即锂电池充电电压为4.16-4.18V
更具体地，所述保险丝用F1表示。
更具体地，所述充电开关由三极管组成，具体由Q16，Q17，Q18，Q19组成。
更具体地，所述放电开关由三极管组成，具体由Q20，Q21，Q22，Q23组成。
一种的锂电池的充电方法，使用上述的自适应充电电压的锂电保护板，所述充电方法包括以下步骤：
步骤一、锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在2.5—4.15V的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过设定值时，MCU给出指令，断开充电开关。
步骤二、电池电压达到4.16V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU控制涓流充电线路开通，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,涓流充电线路,[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压在4.2V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电线路。
一种的锂电池的充电方法，使用上述的自适应充电电压的锂电保护板，所述充电方法包括以下步骤：
步骤一、锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在2.5—4.15V的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过设定值时，MCU给出指令，断开充电开关。
步骤二、电池电压达到4.16V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU给Q25高电位，开通Q25，Q26、Q14、Q15，所述R57，Q14，Q15，R32，Q26组成小电流恒流线路，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,[Q15],[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压在4.2V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电控制三极管Q25。
如图1所示：U3是充放电专用芯片，负责检测电池电压，电流，温度，并将上述数据发送给程序管理MCU芯片U2，U2根据得到的数据进行充电，放电，预充等各种控制。
需要充电时，电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，U3会检测电池包的各节电池，当检测到电池包各节电池在2.5—4.15V的范围内时，MCU控制将充电开关(Q16，Q17，Q18，Q19)闭合，在充电状态下放电开关(Q20，Q21，Q22，Q23)始终是闭合的，充电电流经[PACK+],[F1],[BAT4，BAT3，BAT2，BAT1],[R63],[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过设定值时，MCU给出指定，断开充电开关[Q16，Q17，Q18，Q19]。
恒压充电：传统的充电器输出电压精度高符合要求，在电池电压充到[4.12—4.15V/每节]范围时，充电器会自动进入恒压模式，充电电流逐渐减少，当检测到电池电压在[4.2V/每节]时,表示电池充满，断开充电开关[Q16，Q17，Q18，Q19]。
如图2所示是本发明实际电路，在充电器输出电压过高时，通过模拟涓流充电的方式，同样可以将电池包充满，具体原理：当检测到电池在[4.12—4.16V/每节]时充电电流还没有开始减少，认为充电器输出电压过高，继续充电并实时检测电池电压，当电池电压达到[4.16V/每节]时，断开充电开关[Q16，Q17，Q18，Q19]。进入模拟涓流充电状态，此时MCU给[Q25]高电位，开通[Q25]，[Q26，Q14，Q15]管子也会开通，其中[R57，Q14，Q15，R32，Q26]组成小电流恒流线路，(恒流原理如图3)，此时涓流充电电流经[PACK+],[F1],[BAT4，BAT3，BAT2，BAT1],[R57],[Q15],[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压在[4.2V/每节]时，表示电池充满，关断涓流充电控制管Q25。
如图3所示：进入涓流状态，Q25，Q26，Q14，Q15都导通，涓流电流的大小取决于Q14(b-e)结电压及R57阻值，如图3参数，Q14(b-e)结电压0.7V,R5＝2R,电流恒定值I＝0.7V/2R,I＝0.35A。
恒流原理：如果涓流电流大于0.35A,Q14(b-e)结电压大于0.7V,Q14导通，Q15(b-e)结电压等于Q14(e-c)导通后的电压，大约0.3V,Q15会截止，如此可以将电流恒定0.35A
综上所述，本发明具有以下优点：
1、锂电充电器对输出电压精度高一直是困扰充电器的一个瓶颈，工厂需要投入大量的人力，物力。本产品的出现可以大幅降低充电器的不良率，降低成本，提高效率，同时也降低了电池包的充电风险。
2、本发明是一种自适应充电电压的锂电保护板，只要保证充电电压可以让电池充满的下限即可，对上限没有严格要求，可以适应各种充电压，这种线路在充电后期自动模拟恒压涓流充电，与充电电压无关，也可以保证电池充满。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果，但都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自适应充电电压的锂电保护板，包括保险丝，程序管理MCU芯片U2，充放电专用芯片U3，其特征在于：还包括用于电流检测的电阻、放电开关、充电开关和涓流充电线路，所述涓流充电线路用于在锂电池充电后期模拟恒压涓流充电使锂电池电量充满，所述充放电专用芯片U3用于检测锂电池电压、电流和温度，并将电压、电流和温度数据发送给程序管理MCU芯片U2，所述程序管理MCU芯片U2根据得到的电压、电流和温度数据进行充电，放电，预充控制；锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在锂电池预设充电电压的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过锂电池预设充电电压值时，MCU给出指令，断开充电开关；所述涓流充电线路包括三个电阻，四个三极管，一个二极管，所述三个电阻用R21、R32、R57表示，所述四个三极管用Q25，Q26，Q14，Q15表示，所述一个二极管用D2来表示，所述三极管Q25的基极B与程序管理MCU芯片U2连接，三极管Q25的集电极C与VDD连接，三极管Q25的发射极E分别与二极管D2的正极和电阻R21的一端连接，所述二极管D2的负极分别与电阻R57的一端和三极管Q14的发射极E连接，电阻R57的另一端分别与三极管Q14的基极B和三极管Q15的发射极E连接,三极管Q14的集电极C分别与三极管Q15的基极B和电阻R32的一端连接，三极管Q15的集电极C与三极管Q26的发射极E连接，三极管Q26的集电极C与电阻R32的另一端连接，三极管Q26的基极B与电阻R21的另一端连接；电池电压超过锂电池预设充电电压0.01-0.03V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU给Q25高电位，开通Q25，Q26、Q14、Q15，所述R57，Q14，Q15，R32，Q26组成小电流恒流线路，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,[Q15],[PACK-]给电池充电，当涓流电流大于电流恒定值，Q14导通，Q15结电压等于Q14导通后的电压，Q15截止，如此可以将电流恒定在电流恒定值，当检测到电池电压超过锂电池预设充电电压0.04V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电控制三极管Q25。
2.一种锂电池的充电方法，其特征在于，使用权利要求1所述的自适应充电电压的锂电保护板，所述充电方法包括以下步骤：步骤一、锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在锂电池预设充电电压的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过锂电池预设充电电压值时，MCU给出指令，断开充电开关。步骤二、电池电压达到锂电池预设充电电压0.01-0.03V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU控制涓流充电线路开通，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,涓流充电线路,[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压锂电池预设充电电压0.04V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电线路。
3.一种锂电池的充电方法，其特征在于，使用权利要求1所述的自适应充电电压的锂电保护板，所述充电方法包括以下步骤：
步骤一、锂电池包的[PACK+],[PACK-]分别接充电器的正，负两端，所述充放电专用芯片U3检测锂电池包的各节电池，当检测到锂电池包各节电池在锂电池预设充电电压的范围内时，MCU控制将充电开关闭合，在充电状态下放电开关始终是闭合的，充电电流经[PACK+],保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,[放电开关],[充电开关],[PACK-]给电池充电，充电过程中充放电专用芯片U3实时检测电池电压，温度，电流数据，当数据超过锂电池预设充电电压值时，MCU给出指令，断开充电开关；
步骤二、电池电压达到锂电池预设充电电压0.01-0.03V/每节时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，此时MCU给Q25高电位，开通Q25，Q26、Q14、Q15，所述R57，Q14，Q15，R32，Q26组成小电流恒流线路，此时涓流充电电流经[PACK+],[保险丝],各节电池,用于电流检测的电阻,[Q15],[PACK-]给电池充电，当检测到电池电压超过锂电池预设充电电压0.04V/每节时，表示电池充满，关断涓流充电控制三极管Q25。
4.根据权利要求1所述的自适应充电电压的锂电保护板，其特征在于：所述锂电池预设充电电压为2.5—4.15V。
5.根据权利要求1所述的自适应充电电压的锂电保护板，其特征在于：所述充电开关由三极管组成。
6.根据权利要求1所述的自适应充电电压的锂电保护板，其特征在于：所述放电开关由三极管组成。
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