CN108462230A - 一种锂电池充电管理电路及管理方法 - Google Patents

一种锂电池充电管理电路及管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂电池充电管理电路及管理方法，涉及锂电池充电管理技术领域，其中一种锂电池充电管理电路包括充电电流设定电路、充电电压控制电路和电流输出电路，充电电流设定电路包括第一参考电压、第一运算放大器和外部电阻，第一运算放大器分别与第一参考电压和外部电阻电连接，充电电压控制电路包括第二参考电压和与第二参考电压电连接的比较器，比较器与第一参考电压电连接，电流输出电路包括第二运算放大器和与第二运算放大器电连接的MOS管。本发明一种锂电池充电管理电路及管理方法设计简单，充电效果更佳，提高了负载兼容性，能有效降低充电成本，且能适用于各类高低端充电需求的设备。

Description

一种锂电池充电管理电路及管理方法
技术领域
本发明涉及锂电池充电管理技术领域，
尤其是，本发明涉及一种锂电池充电管理电路及管理方法。
背景技术
随着锂电池的普及，对锂电池充电管理的需求也越来越旺盛。锂电池充电需要符合涓流、恒流、恒压三段式充电规范。即在电池电压小于2.9V时，进行小电流涓流充电；在电压高于2.9V后，进行大电流恒流快速充电；在电压达到、接近4.2V(视电池材质不同而不同)时，进行恒压充电，电流逐渐降低直至充满。以此来保证充电安全，同时保护电池使用寿命。
传统的充电管理芯片，在电池接近充满时都会进入恒压(CV)充电阶段，确保电池电压不被过充的同时，将更多的电量充进电池内。在恒压充电的过程中，充电电流逐渐下降，当电流下降到一定值时，通常为恒流(CC)充电电流的1/10，芯片检测到该电流值后进入充满状态。
恒压充电阶段需要构建一个环路，实时修正充电输出电压，有环路就有稳定性问题，为了使得环路可靠稳定，芯片内部需要大量补偿电容，占据较多面积和成本；即便如此，仍然对外部输出负载有要求，无法在各种负载条件下都保持稳定。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种设计简单，无需构建环路，对外部负载不敏感，充电效果更佳，能有效降低充电成本，且能适用于各类高低端充电需求的设备的锂电池充电管理电路。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案得以实现的：
一种锂电池充电管理电路，包括充电电流设定电路、充电电压控制电路和电流输出电路，所述充电电流设定电路包括第一参考电压、第一运算放大器和外部电阻，所述第一运算放大器分别与所述第一参考电压和外部电阻电连接，所述充电电压控制电路包括第二参考电压和与所述第二参考电压电连接的比较器，所述比较器与所述第一参考电压电连接，所述电流输出电路包括第二运算放大器和与所述第二运算放大器电连接的MOS管。
优选地，所述第一参考电压的数量至少为1个。
优选地，所述充电电流设定电路包括用于指示充电电流变化的指示计数器，所述指示计数器与所述比较器电连接。
优选地，所述指示计数器上设置有用于输入计数值的计数输入端口。
优选地，所述MOS管的数量至少为1个。
优选地，所述MOS管包括第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管，所述第一MOS管与所述第一参考电压的正极相连，所述第二MOS管和所述第二运算放大器的正极相连，所述第三MOS管和所述第二运算放大器的负极相连。
本发明的另一目的在于扩大上述一种锂电池充电管理电路的保护范围，提出一种锂电池充电管理方法，采用一种锂电池充电管理电路，该锂电池充电管理电路包括充电电流设定电路、充电电压控制电路和电流输出电路，方法包括如下步骤：
S1：电流输出电路对电池进行恒流充电；
S2：充电电压控制电路判断电池电压是否达到第一充满阈值，若达到，则执行步骤S3；否则返回步骤S1；
S3：充电电流设定电路对电池进行电流降低充电；
S4：充电电压控制电路判断电池电压是否达到第二充满阈值，若达到，则执行步骤S5；否则继续以当前电流充电；
S5：对电流降低次数进行计数，且判断降低次数是否达到计数预设值，若达到则充电结束；否则返回步骤S3。
优选地，在执行步骤S2之前，设置第一充满阈值。
优选地，在执行步骤S4之前，设置第二充满阈值，且所述第二充满阈值不低于所述第一充满阈值。
优选地，在执行步骤S5之前，设置计数预设值。
优选地，执行步骤S5时，计数预设值越大，电池充满过程越精细，越接近恒压充电。
本发明一种锂电池充电管理电路及管理方法有益效果在于：设计简单，充电效果更佳，提高了负载兼容性，能有效降低充电成本，且能适用于各类高低端充电需求的设备。
附图说明
图1为本发明一个电路示意图；
图2为本发明一个管理方法流程图；
图中：1、第一参考电压，2、第一运算放大器，3、外部电阻，4、第二参考电压，5、比较器，6、第二运算放大器，7、MOS管，71、第一MOS管，72、第二MOS管，73、第三MOS管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
传统的充电管理芯片中恒压充电阶段需要构建一个环路，实时修正充电输出电压，有环路就有稳定性问题，为了使得环路可靠稳定，芯片内部需要大量补偿电容，占据较多面积和成本；即便如此，仍然对外部输出负载有要求，无法在各种负载条件下都保持稳定。但是传统恒压控制需要借助运算放大器和配套补偿电路来完成环路控制，同时需要比较器来完成充满检测，这样既需要较高的成本，而且存在稳定性补偿的需求，也对外部负载敏感。
实施例一：如图1所示，仅为本发明的其中一个实施例，为解决上述问题，本发明采用如下技术方案得以实现的：一种锂电池充电管理电路，其特征在于：包括充电电流设定电路、充电电压控制电路和电流输出电路，所述充电电流设定电路包括第一参考电压1、第一运算放大器2和外部电阻3，所述第一运算放大器2分别与所述第一参考电压1和外部电阻3电连接，所述充电电压控制电路包括第二参考电压4和与所述第二参考电压4电连接的比较器5，所述比较器5与所述第一参考电压1电连接，所述电流输出电路包括第二运算放大器6和与所述第二运算放大器6电连接的MOS管7。
这里的重点是用比较器5取代了运算放大器及其配套补偿电路，同时去除了传统技巧中的充满检测比较器。
需要注意的是，所述第一参考电压1的数量至少为1个，也就是多个参考电压组成了参考电压组，在第一运算放大器1的配合作用下作为参考值更加精确更加稳定。
充电电流设定电路中的比较器5以所述第二参考电压4的电压为基准，实时检测输出电压，一旦输出电压高于设定值(例如4.2V)，比较器5给出一个指示信号，传递给充电电流设定电路，用于改变电流，由于电流变化会引起输出电压变化，因此充电过程中比较器5会多次触发给出指示信号，且每触发一次，电压便更逼近设定的充满电压，因而称为多次逼近充满控制。
所述充电电流设定电路包括用于指示充电电流变化的指示计数器，所述指示计数器与所述比较器5电连接。这个指示计数器接受比较器5会多次触发给出的指示信号，并进行计数。
电流输出电路接收来自比较器5的指示信号，改变第一运算放大器2的参考电压，来改变充电电流；还有对指示信号进行计数，当指示信号的个数达到设定的个数后，停止充电，进入充满待机状态。
那么，所述指示计数器上设置有用于输入计数值的计数输入端口。这个计数输入端口用于输入设定的计数个数。
通过计数n个数的形式，来终止充电，无需高精度电流检测比较器。计数n的个数根据规格需求，可多可少，n越多充满过程越精细，越接近恒压充电；n越少，充满过程越简单，那么可以针对各种高端或低端的设备进行有效充电，适用面广，稳定性高。
还有一个细节，所述MOS管7的数量至少为1个。
实际上，所述MOS管7应该有三个，所述MOS管7包括第一MOS管71、第二MOS管72和第三MOS管73，所述第一MOS管71与所述第一参考电压1的正极相连，所述第二MOS管72和所述第二运算放大器6的正极相连，所述第三MOS73管和所述第二运算放大器7的负极相连。那么起到很好的绝缘性和起到很好电路安全控制。
本发明相比传统的锂电池充电架构，省去了一个运算放大器，和成本更高的配套补偿网络；另外高精度的电流比较器，简化为普通电压比较器。通过全新的系统架构，在满足电池充电规范要求的同时，降低了系统成本，提高了负载兼容性。
实施例二：如图2所示，仅为本发明的其中一个实施例，本发明的另一目的在于扩大上述一种锂电池充电管理电路的保护范围，提出一种锂电池充电管理方法，采用一种锂电池充电管理电路，该锂电池充电管理电路包括充电电流设定电路、充电电压控制电路和电流输出电路，方法包括如下步骤：
S1：电流输出电路对电池进行恒流充电；
S2：充电电压控制电路判断电池电压是否达到第一充满阈值，若达到，则执行步骤S3；否则返回步骤S1；
前两个步骤由充电电压控制电路进行控制，依旧采取恒流充电，当恒流充电完成之后，进行下一阶段。
S3：充电电流设定电路对电池进行电流降低充电；
S4：充电电压控制电路判断电池电压是否达到第二充满阈值，若达到，则执行步骤S5；否则继续以当前电流充电；
S5：对电流降低次数进行计数，且判断降低次数是否达到计数预设值，若达到则充电结束；否则返回步骤S3。
后三步则是降低电流进行充电，这里主要有充电电流设定电路进行控制，比较器实时检测输出电压，一旦输出电压高于设定值，比较器给出一个指示信号，传递给充电电流设定电路，用于改变电流，降低了充电电流之后，再次进行充电，充电过程中比较器会多次触发给出指示信号，且每触发一次，电压便更逼近设定的充满电压，在此多次逼近充满控制下进行精度充电。
而且，在执行步骤S2之前，设置第一充满阈值。在执行步骤S4之前，设置第二充满阈值。
这里，所述第二充满阈值不低于所述第一充满阈值。
第一充满阈值可以等于第二充满阈值，也可以低于第二充满阈值。若第一充满阈值低于第二充满阈值，则可以保证恒压充电时的安全更有保障。
最后，在执行步骤S5之前，设置计数预设值。
这里需要注意的是，计数预设值越大，电池充满过程越精细，越接近恒压充电。针对不同的充电需求的设备进行充电。
本发明一种锂电池充电管理电路及管理方法设计简单，充电效果更佳，提高了负载兼容性，能有效降低充电成本，且能适用于各类高低端充电需求的设备。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂电池充电管理电路，其特征在于：包括充电电流设定电路、充电电压控制电路和电流输出电路，所述充电电流设定电路包括第一参考电压（1）、第一运算放大器（2）和外部电阻（3），所述第一运算放大器（2）分别与所述第一参考电压（1）和外部电阻（3）电连接，所述充电电压控制电路包括第二参考电压（4）和与所述第二参考电压（4）电连接的比较器（5），所述比较器（5）与所述第一参考电压（1）电连接，所述电流输出电路包括第二运算放大器（6）和与所述第二运算放大器（6）电连接的MOS管（7）。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述第一参考电压（1）的数量至少为1个。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述充电电流设定电路包括用于指示充电电流变化的指示计数器，所述指示计数器与所述比较器（5）电连接。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述MOS管（7）的数量至少为1个。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述MOS管（7）包括第一MOS管（71）、第二MOS管（72）和第三MOS管（73），所述第一MOS管（71）与所述第一参考电压（1）的正极相连，所述第二MOS管（72）和所述第二运算放大器（6）的正极相连，所述第三MOS管（73）和所述第二运算放大器（6）的负极相连。
6.一种锂电池充电管理方法，采用一种锂电池充电管理电路，该锂电池充电管理电路包括充电电流设定电路、充电电压控制电路和电流输出电路，方法包括如下步骤：
S1：电流输出电路对电池进行恒流充电；
S2：充电电压控制电路判断电池电压是否达到第一充满阈值，若达到，则执行步骤S3；否则返回步骤S1；
S3：充电电流设定电路对电池进行电流降低充电；
S4：充电电压控制电路判断电池电压是否达到第二充满阈值，若达到，则执行步骤S5；否则继续以当前电流充电；
S5：对电流降低次数进行计数，且判断降低次数是否达到计数预设值，若达到则充电结束；否则返回步骤S3。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池充电管理方法，其特征在于：在执行步骤S2之前，设置第一充满阈值。
8.根据权利要求7所述的一种锂电池充电管理方法，其特征在于：在执行步骤S4之前，设置第二充满阈值，且所述第二充满阈值不低于所述第一充满阈值。
9.根据权利要求6所述的一种锂电池充电管理方法，其特征在于：在执行步骤S5之前，设置计数预设值。
10.根据权利要求9所述的一种锂电池充电管理方法，其特征在于：执行步骤S5时，计数预设值越大，电池充满过程越精细，越接近恒压充电。
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