CN108110824A - 一种电池低温充电控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池低温充电控制电路，其包括电芯温度检测电路、温度判断电路、充电电路、加热电路、电芯和加热电阻。电芯温度检测电路用于检测电芯的温度，产生并输出电芯的检测温度给温度判断电路；温度判断电路用于将接收到的检测温度与预设的低温阈值进行比较，当电芯的检测温度大于预设的低温阈值时，温度判断电路控制充电电路导通，且控制加热电路关断；当电芯的检测温度小于预设的低温阈值时，温度判断电路控制充电电路关断，且控制加热电路导通，以允许加热电路通过加热电阻对电芯进行加热。与现有技术相比，本发明在电池附近设置加热电阻，当电池的温度过低时，由加热电阻对电池加热，从而在低温环境下也可以实现对电池进行安全充电。
Description
【技术领域】
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种电池低温充电控制电路。
【背景技术】
各种电池一般要求温度太低时禁止充电，例如，许多锂电池禁止在低于0摄氏度的温度下充电，低温下充电会导致电池损坏或者导致电池爆炸。以锂电池为例，在低温环境下，化学反应活性降低，同时锂离子迁移变慢，在负极表面的锂离子还没有嵌入到负极中已经先还原成金属锂并在负极表面沉淀析出形成锂枝晶，即所谓的“析锂”，锂结晶沉积会刺穿隔膜造成电池内短路进而引起电池鼓包，所以常规的锂电池最好不要在低温下充电。
现有技术中，通常会设定一个较低温度阈值(例如0摄氏度)，当电池温度低于此温度阈值时，禁止对电池进行充电。但是禁止电池在低温下充电带来了一些使用不方便的问题，例如在较冷的地方，可能无法进行充电。
因此，有必要提供一种新技术方案来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种电池低温充电控制电路，其在低温下也可以实现对电池进行安全充电。
为了解决上述问题，本发明提供一种电池低温充电控制电路，其包括电芯温度检测电路、温度判断电路、充电电路、加热电路、电芯和加热电阻。所述电芯温度检测电路用于检测电芯的温度，产生并输出所述电芯的检测温度给所述温度判断电路；所述温度判断电路用于将接收到的所述电芯的检测温度与预设的低温阈值进行比较，当所述电芯的检测温度大于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述充电电路导通，以允许充电电路对所述电芯进行充电，且所述温度判断电路控制所述加热电路关断，以禁止所述加热电路通过所述加热电阻对电芯进行加热；当所述电芯的检测温度小于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述充电电路关断，以禁止所述充电电路对所述电芯进行充电，且所述温度判断电路控制所述加热电路导通，以允许所述加热电路通过所述加热电阻对电芯进行加热。
进一步的，所述加热电路包括加热功率控制电路和加热开关，所述加热功率控制电路的输出端经依次串联的加热开关和加热电阻接地，当所述电芯的检测温度大于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述加热开关关断，以禁止加热功率控制电路对所述加热电阻供电；当所述电芯的检测温度小于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述加热开关导通，以允许所述加热功率控制电路对所述加热电阻供电。
进一步的，所述加热功率控制电路基于不同的电芯材料产生相应的加热功率；或所述加热功率控制电路基于不同充电电源的输出能力产生相应的加热功率。
进一步的，所述加热功率控制电路包括MOS管和运算放大器，其中MOS管的第一连接端与充电电源相连，其第二连接端经依次串联的加热开关和加热电阻接地，其控制端与所述运算放大器的输出端相连；所述运算放大器的第一输入端与第一参考电压相连，所述运算放大器的第二输入端与所述MOS管的第二连接端相连。
进一步的，所述MOS管为PMOS晶体管，所述MOS管的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极；所述运算放大器的第一输入端和第二输入端分别为所述运算放大器的反相输入端和同相输入端。
进一步的，所述加热功率控制电路还包括第一参考电压产生电路，所述第一参考电压产生电路基于不同的电芯材料产生相应的第一参考电压；或所述第一参考电压产生电路基于不同充电电源的输出能力相应的产生第一参考电压。
进一步的，所述电芯温度检测电路包括电流源和温敏电阻，所述温敏电阻为负温度系数的温敏电阻，其电阻值随所述电芯温度的变化而变化；所述电流源的输入端与充电电源相连，其输出端经所述温敏电阻接地，所述电流源和温敏电阻之间的连接节点上的电压为所述电芯温度检测电路输出的温度检测电压，所述温度检测电压与所述电芯的温度对应，所述温度判断电路的第一输入端与所述温度检测电压相连，其第二输入端与第二参考电压相连，所述第二参考电压与所述预设的低温阈值相对应，所述温度判断电路用于将接收到的温度检测电压与第二参考电压进行比较，当所述温度检测电压小于第二参考电压时，所述温度判断电路的第一输出端输出的充电使能信号控制所述充电电路导通，且所述温度判断电路的第二输出端输出的加热使能信号控制加热电路关断；当所述温度检测电压大于第二参考电压时，所述温度判断电路的第一输出端输出的充电使能信号控制所述充电电路关断，且所述温度判断电路的第二输出端输出的加热使能信号控制加热电路导通。
进一步的，所述温度判断电路包括迟滞比较器和反相器，所述迟滞比较器的第一输入端与所述电芯温度检测电路的输出端相连，其第二输入端与第二参考电压相连，其输出端与反相器的输入端相连，所述反相器的输出端与所述温度判断电路的第二输出端相连，所述迟滞比较器的输出端与所述温度判断电路的第一输出端相连。
进一步的，所述加热电阻为网状电阻丝结构，且所述加热电阻分布于所述电芯的附近。
与现有技术相比，本发明在电池附近设置加热电阻，当电池的温度过低时，由加热电阻对电池加热，以使得电池的温度达到安全充电温度后，再对电池充电，从而在低温环境下也可以实现对电池进行安全充电。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明在一个实施例中的电池低温充电控制电路的电路示意图；
图2为本发明在另一个实施例中的电池低温充电控制电路的电路示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的电池低温充电控制电路的电路示意图。图1所示的电池低温充电控制电路包括电芯温度检测电路110、温度判断电路120、充电电路Charger130、加热电路140、电芯BAT和加热电阻Rh。
所述电芯温度检测电路110用于检测电芯BAT的温度，产生并输出所述电芯BAT的检测温度给所述温度判断电路120。
所述温度判断电路120用于将接收到的所述电芯BAT的检测温度与预设的低温阈值(例如0摄氏度)进行比较，当所述电芯BAT的检测温度大于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路120控制所述充电电路Charger130导通，以允许充电电路Charger130对所述电芯BAT进行充电，且所述温度判断电路120控制所述加热电路140关断，以禁止所述加热电路140通过所述加热电阻Rh对电芯BAT进行加热；当所述电芯BAT的检测温度小于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路120控制所述充电电路130关断，以禁止所述充电电路130对所述电芯BAT进行充电，且所述温度判断电路120控制所述加热电路140导通，以允许所述加热电路140通过所述加热电阻Rh对电芯BAT进行加热。
所述加热电路140包括加热功率控制电路142和加热开关SW1，所述加热功率控制电路142的输出端经依次串联的加热开关SW1和加热电阻Rh接地。当所述电芯BAT的检测温度大于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路120控制所述加热开关SW1关断，以禁止加热功率控制电路142对所述加热电阻Rh供电，即禁止所述加热电路140通过所述加热电阻Rh对电芯BAT进行加热；当所述电芯BAT的检测温度小于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路120控制所述加热开关SW1导通，以允许所述加热功率控制电路142对所述加热电阻Rh供电，即允许所述加热电路140通过所述加热电阻Rh对电芯BAT进行加热。
在一个实施例中，所述加热功率控制电路142基于不同的电芯材料产生相应的加热功率，以保证对电池(或电芯)寿命更佳的加热功率方式；或所述加热功率控制电路142基于不同充电电源的输出能力产生相应的加热功率，以保证充电电源不会过载。
在图1所示的具体实施例中，所述加热功率控制电路142包括MOS管MPC和运算放大器OP1，其中MOS管MPC的第一连接端与充电电源VCHG相连，其第二连接端经依次串联的加热开关SW1和加热电阻Rh接地，其控制端与所述运算放大器OP1的输出端相连；所述运算放大器OP1的第一输入端与第一参考电压相连，所述运算放大器OP1的第二输入端与所述MOS管MPC的第二连接端相连。其中，所述MOS管MPC为PMOS晶体管，所述MOS管MPC的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极；所述运算放大器OP1的第一输入端和第二输入端分别为所述运算放大器OP1的反相输入端和同相输入端。
当加热开关SW1导通时，加热电阻Rh的发热功率为(VR1)2/Rh，其中VR1为图1中的第一参考电压VR1的电压值，Rh为加热电阻Rh的电阻值。可见，VR1越大，发热功率越大；Rh越小，发热功率越大；发热功率越大，加热速度越快。在一个实施例中，所述第一参考电压VR1的电压值可以由处理器CPU或其他数字控制电路或系统运行的软件进行动态控制，例如软件根据不同的电芯材料，采用不同的加热功率，保证对电池寿命更佳的方式，或者软件根据不同充电电源输出能力，来设定加热功率，保证充电电源不会过载。也就是说，所述加热功率控制电路142还可以包括第一参考电压产生电路(未图示出)，所述第一参考电压产生电路基于不同的电芯材料产生相应的第一参考电压VR1，以使所述加热功率控制电路142产生相应的加热功率，保证对电池寿命更佳的加热功率方式；或所述第一参考电压产生电路基于不同充电电源VCHG的输出能力相应的产生第一参考电压VR1，以使所述加热功率控制电路142产生相应的加热功率，保证充电电源VCHG不会过载。
在图1所示的实施例中，所述电芯温度检测电路110包括电流源I1和温敏电阻Rntc，所述温敏电阻Rntc为负温度系数的温敏电阻，负温度系数的电阻Rntc为温度采样元件，其放置在电芯附近，感知电芯的温度，即所述温敏电阻Rntc的电阻值随所述电芯BAT温度的变化而变化；所述电流源I1的输入端与充电电源VCHG相连，其输出端经所述温敏电阻Rntc接地，所述电流源I1和温敏电阻Rntc之间的连接节点O作为所述电芯温度检测电路110的输出端，该连接节点O上的电压即为所述电芯温度检测电路110的输出端输出的温度检测电压，所述温度检测电压与所述电芯BAT的温度对应。对应的，所述温度判断电路120的第一输入端与所述电芯温度检测电路110的输出端相连，其第二输入端与第二参考电压VR2相连，所述第二参考电压VR2与所述预设的低温阈值相对应，所述温度判断电路120用于将接收到的温度检测电压与第二参考电压VR2进行比较，当所述温度检测电压小于第二参考电压VR2时(其表示所述电芯BAT的检测温度大于所述预设的低温阈值)，所述温度判断电路120的第一输出端1输出的充电使能信号Chg_EN控制所述充电电路130导通，允许充电电路130对所述电芯BAT进行充电，且所述温度判断电路120的第二输出端2输出的加热使能信号Heat_EN控制所述加热开关SW1关断，以禁止所述加热电路140通过所述加热电阻Rh对所述电芯BAT进行加热；当所述温度检测电压大于第二参考电压VR2时(其表示所述电芯BAT的检测温度小于所述预设的低温阈值)，所述温度判断电路120的第一输出端1输出的充电使能信号Chg_EN控制所述充电电路130关断，以禁止充电电路130对所述电芯BAT进行充电，且所述温度判断电路120的第二输出端2输出的加热使能信号Heat_EN控制所述加热开关SW1导通，以允许所述加热电路140通过所述加热电阻Rh对所述电芯BAT进行加热。
在图1所示的具体实施例中，所述温度判断电路120包括迟滞比较器comhy和反相器inva，所述迟滞比较器comhy的反相输入端与所述电芯温度检测电路110的输出端相连，其同相输入端与第二参考电压VR2相连，其输出端与反相器inva的输入端相连，所述反相器inva的输出端与所述温度判断电路120的第二输出端2相连，所述迟滞比较器comhy的输出端与所述温度判断电路120的第一输出端1相连。
在图1所示的具体实施例中，如果电芯BAT温度过低，导致温敏电阻Rntc的电阻值偏大，如果恒流源I1输出的电流在温敏电阻Rntc上的电压超过第二参考电压VR2(其表示所述温度检测电压大于第二参考电压VR2)，则迟滞比较器comhy输出的充电使能信号Chg_EN为低电平，其禁止充电电路Charger130输出充电电流，即禁止充电电路Charger130对电芯BAT进行充电，此时经过反相器inva输出的加热使能信号Heat_EN为高电平，其控制所述加热开关SW1导通，这样，加热控制电路142可以通过加热电阻Rh对电芯BAT进行加热。如果电芯BAT温度较高，导致温敏电阻Rntc的电阻值偏小，如果恒流源I1输出的电流在温敏电阻Rntc上的电压低于第二参考电压VR2(其表示所述温度检测电压小于第二参考电压VR2)，则迟滞比较器comhy输出的充电使能信号Chg_EN为高电平，其允许充电电路Charger130输出充电电流，即允许充电电路Charger130对电芯BAT进行充电，此时经过反相器inva的输出的加热使能信号Heat_EN为低电平，其控制所述加热开关SW1关断，这样禁止加热控制电路142工作。
需要特别说明的是，在一个实施例中，图1中的温敏电阻Rntc也可以为正温度系数的温敏电阻，对应的需要调整所述温度判断电路120内的逻辑关系，比如，使所述迟滞比较器comhy的正相输入端与所述电芯温度检测电路110的输出端相连，其反相输入端与第二参考电压VR2相连。在另一个实施例中，也可以将图1中的电流源I1替换为恒定电阻，恒定电阻的阻值不随温度的变化而变化，即所述电芯温度检测电路包括依次串联的恒定电阻和温敏电阻Rntc，所述恒定电阻和温敏电阻Rntc之间的连接节点作为所述电芯温度检测电路的输出端，该连接节点上的电压即为所述电芯温度检测电路的输出端输出的温度检测电压，所述温度检测电压与所述电芯BAT的温度对应。也就是说，所述温度判断电路120可以输出反映所述电芯BAT温度的温度检测电压即可，其具体电路结构并不唯一。
在一个优选的实施例中，所述加热电阻Rh为网状电阻丝结构，且所述加热电阻Rh均匀分布于所述电芯BAT的附近，以便可以实现均匀的加热效果。
请参考图2所示，其为本发明在另一个实施例中的电池低温充电控制电路的电路示意图。图2与图1相比的主要区别在于，图2中的加热电路240中没有加热控制电路，加热电路240仅包括直接连接在加热电阻Rh与充电电源VCHG之间的加热开关SW1。即所述加热电路240包括加热开关SW1，加热开关SW1的一端与充电电源VCHG相连，其另一端经加热电阻Rh接地。这样所述加热电路240无法对加热功率进行控制，而是以充电电源VCHG的功率对加热电阻Rh进行加热。
在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (9)
1.一种电池低温充电控制电路，其特征在于，其包括电芯温度检测电路、温度判断电路、充电电路、加热电路、电芯和加热电阻，
所述电芯温度检测电路用于检测电芯的温度，产生并输出所述电芯的检测温度给所述温度判断电路；
所述温度判断电路用于将接收到的所述电芯的检测温度与预设的低温阈值进行比较，当所述电芯的检测温度大于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述充电电路导通，以允许充电电路对所述电芯进行充电，且所述温度判断电路控制所述加热电路关断，以禁止所述加热电路通过所述加热电阻对电芯进行加热；当所述电芯的检测温度小于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述充电电路关断，以禁止所述充电电路对所述电芯进行充电，且所述温度判断电路控制所述加热电路导通，以允许所述加热电路通过所述加热电阻对电芯进行加热。
2.根据权利要求1所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，
所述加热电路包括加热功率控制电路和加热开关，所述加热功率控制电路的输出端经依次串联的加热开关和加热电阻接地，
当所述电芯的检测温度大于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述加热开关关断，以禁止加热功率控制电路对所述加热电阻供电；当所述电芯的检测温度小于所述预设的低温阈值时，所述温度判断电路控制所述加热开关导通，以允许所述加热功率控制电路对所述加热电阻供电。
3.根据权利要求2所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，
所述加热功率控制电路基于不同的电芯材料产生相应的加热功率；或
所述加热功率控制电路基于不同充电电源的输出能力产生相应的加热功率。
4.根据权利要求2所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，
所述加热功率控制电路包括MOS管和运算放大器，其中MOS管的第一连接端与充电电源相连，其第二连接端经依次串联的加热开关和加热电阻接地，其控制端与所述运算放大器的输出端相连；所述运算放大器的第一输入端与第一参考电压相连，所述运算放大器的第二输入端与所述MOS管的第二连接端相连。
5.根据权利要求4所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，
所述MOS管为PMOS晶体管，所述MOS管的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极；所述运算放大器的第一输入端和第二输入端分别为所述运算放大器的反相输入端和同相输入端。
6.根据权利要求4所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，所述加热功率控制电路还包括第一参考电压产生电路，
所述第一参考电压产生电路基于不同的电芯材料产生相应的第一参考电压；或
所述第一参考电压产生电路基于不同充电电源的输出能力相应的产生第一参考电压。
7.根据权利要求1所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，所述电芯温度检测电路包括电流源和温敏电阻，
所述温敏电阻为负温度系数的温敏电阻，其电阻值随所述电芯温度的变化而变化；所述电流源的输入端与充电电源相连，其输出端经所述温敏电阻接地，所述电流源和温敏电阻之间的连接节点上的电压为所述电芯温度检测电路输出的温度检测电压，所述温度检测电压与所述电芯的温度对应，
所述温度判断电路的第一输入端与所述温度检测电压相连，其第二输入端与第二参考电压相连，所述第二参考电压与所述预设的低温阈值相对应，所述温度判断电路用于将接收到的温度检测电压与第二参考电压进行比较，当所述温度检测电压小于第二参考电压时，所述温度判断电路的第一输出端输出的充电使能信号控制所述充电电路导通，且所述温度判断电路的第二输出端输出的加热使能信号控制加热电路关断；当所述温度检测电压大于第二参考电压时，所述温度判断电路的第一输出端输出的充电使能信号控制所述充电电路关断，且所述温度判断电路的第二输出端输出的加热使能信号控制加热电路导通。
8.根据权利要求7所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，所述温度判断电路包括迟滞比较器和反相器，
所述迟滞比较器的第一输入端与所述电芯温度检测电路的输出端相连，其第二输入端与第二参考电压相连，其输出端与反相器的输入端相连，所述反相器的输出端与所述温度判断电路的第二输出端相连，所述迟滞比较器的输出端与所述温度判断电路的第一输出端相连。
9.根据权利要求1所述的电池低温充电控制电路，其特征在于，
所述加热电阻为网状电阻丝结构，且所述加热电阻分布于所述电芯的附近。
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