CN109713750A - 一种温度可调的充放电电池保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度可调的充放电电池保护电路，包括处理器、温度传感器、充电管理芯片和供电开关管，温度传感器的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与充电管理芯片的输入端和供电开关管的输入端连接，供电开关管的输出端用于连接负载。本发明通过设置处理器、温度传感器、充电管理芯片和供电开关管组成电池充放电保护电路，温度传感器感应电池表面的温度值并发送至处理器，利用处理器控制电池输出回路及充电输入回路的开与关，可实现电池在充电及放电过程中的全程温度保护，并可利用处理器对高低温保护设定值进行任意调节，很好满足了用户的需要，全面提高了带充电电池的电子产品在整个使用过程中的安全性，具有很重要的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及电池保护电路领域，尤其是涉及一种温度可调的充放电电池保护电路。
背景技术
随着科学技术的发展，电子产品越来越多。许多电子产品都用到了锂电池，因此锂电池充放电性能的合理性及安全性至关重要，对电子产品的品质有重要影响。锂电池在高温或低温下都不宜充电，需要对其进行高温、低温充电保护。一方面，锂电池在低温环境下，化学反应活性降低，同时锂离子迁移变慢，因而很难充进去电，而且负极表面的锂离子可能在充电过程中会在负极表面还原沉淀析出金属锂结晶，造成电池内部短路影响电池寿命和性能，严重的可能爆炸。不同材质锂电池要求的低温充电保护温度也不同。另一方面，锂电池如果在充电或使用过程中持续升温，会引起锂电池性能及容量的大幅度下降，甚至有爆炸、起火危险。为了防止电池温度过高或过低对电池造成的损害，有必要对锂电池的充放电过程进行全程高低温保护。
现有技术中，一般采用充电管理芯片实现对锂电池的恒流充电及过充保护，电池的高低温保护是通过测量充电管理芯片的TEMP脚电压(由紧贴电池表面的NTC温度传感器和一个电阻构成串联分压网络获得)来实现的。但是由于充电管理芯片的硬件是固化的，无法修改TEMP脚的上下门槛电压设定值，而NTC热敏电阻所串联的分压电阻又是固定的，一旦高温(或低温)保护的温度值定下来了，NTC热敏电阻及所串联的分压电阻也就固定下来了，其低温(或高温)保护的温度值受此限制也就无法修改了，不能同时各自独立调节。实际上由于锂电池材质、产品结构及用户要求的不同，锂电池的高低温保护温度往往需要根据用户需要予以灵活调节，传统的充电管理芯片TEMP脚的温度检测及保护方法已经不能满足这种需要。另一方面，传统的充电管理芯片只能在充电过程中进行温度保护，无法在电池放电过程中也进行过温检测及保护。如果在电池工作过程中，因为各种意外原因(如电池过载或器件、加热负载的热传导及碰触)导致的异常发热等情况发生时，对锂电池都是相当危险的，所以有必要在锂电池发生高温危险前及时切断供电电路，但目前采用专用充电管理芯片给锂电池充电的电子产品没有带可以对充电及放电全程都进行电池温度保护的技术措施。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种温度可调的充放电电池保护电路。
本发明所采用的技术方案是：一种温度可调的充放电电池保护电路，包括：处理器、温度传感器、充电管理芯片和供电开关管；
所述温度传感器用于感应电池表面的温度值；
所述温度传感器的输出端与所述处理器的输入端连接以将所述温度值发送至所述处理器；
所述处理器的输出端与所述充电管理芯片的输入端连接，所述处理器读取所述温度值并判断所述温度值是否大于预设第一阈值或小于第二阈值，若是则控制所述充电管理芯片停止充电，若否则继续充电；
所述处理器还用于对所述第一阈值和所述第二阈值进行调整；
所述处理器的输出端与所述供电开关管的输入端连接以控制所述供电开关管导通/截止；
所述供电开关管的输出端用于连接负载。
优选地，所述处理器为单片机。
优选地，所述温度传感器设置在电池外表面，所述温度传感器外表面包裹有高温胶带。
所述温度传感器为NTC温度传感器。
优选地，所述温度可调的充放电电池保护电路还包括指示灯，所述处理器的输出端与所述指示灯的输入端连接，所述指示灯用于指示充电状态。
优选地，所述充电管理芯片的型号为TP4056。
优选地，所述温度可调的充放电电池保护电路还包括电池管理芯片，所述电池的输出端与所述电池管理芯片的输入端连接，所述电池管理芯片的输出端与所述供电开关管的输入端连接。
优选地，所述电池管理芯片的型号为DW01。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置处理器、温度传感器、充电管理芯片和供电开关管组成电池充放电保护电路，温度传感器感应电池表面的温度值并发送至处理器，进而利用处理器控制电池输出回路及充电输入回路的开与关，可实现电池在充电及放电过程中的全程温度保护，并可利用处理器对高低温保护设定值进行任意调节，很好满足了用户的需要，全面提高了带充电电池的电子产品在整个使用过程中的安全性，具有很重要的实际意义。
本发明的温度可调的充放电电池保护电路可广泛应用于带充电电池的电子产品。
附图说明
图1是本发明中一种温度可调的充放电电池保护电路的一具体实施例的结构示意图；
图2是本发明中一种温度可调的充放电电池保护电路的另一具体实施例的电路示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种温度可调的充放电电池保护电路，包括：处理器、温度传感器、充电管理芯片、供电开关管；
温度传感器用于感应电池表面的温度值；
温度传感器的输出端与处理器的输入端连接以将温度值发送至处理器；
处理器的输出端与充电管理芯片的输入端连接，处理器读取温度值并判断温度是否大于预设第一阈值或小于第二阈值，若是则控制充电管理芯片停止充电，若否则继续充电；
处理器还用于对第一阈值和所述第二阈值进行调整；
处理器的输出端与供电开关管的输入端连接以控制供电开关管导通/截止；
供电开关管的输出端用于连接负载。
本实施例中，处理器为单片机，优势在于单片机可以灵活地修改程序，根据电池的材质及耐高低温特性，结合用户对实际高低温度保护值的需求，对高温、低温所对应的温度保护值(第一阈值和第二阈值)进行单独的设定及输出控制，互不干涉牵连，解决了专用充电管理芯片的高温、低温保护值不能各自单独设定(会相互牵连)的问题，具有高低温保护值独立可调的优点。
作为该技术方案的改进，温度传感器设置在电池的外表面以实时检测电池表面的温度。为了确保电池温度检测的灵敏与准确以及温度传感器不被高温损坏，温度传感器外表面包裹有高温胶带并与电池表面紧贴。
本实施例中，充电管理芯片的型号为TP4056，也可以采用其他品牌的4056电池充电管理芯片或与之相同功能的其他型号，实现对电池的恒流充电。
作为该技术方案的改进，该充放电电池保护电路还包括电池管理芯片。电池的输出端与该电池管理芯片的输入端连接，该电池管理芯片的输出端与供电开关管的输入端连接。
如图2所示，是本发明中一种温度可调的充放电电池保护电路的一具体实施例的电路示意图。本实施例中，电池为3.7V锂电池，RT1为温度传感器，充电管理芯片为U1，供电开关管为Q4。
其中，电阻R13、电阻R14、三极管Q6构成充电头来电检测电路，CHR(+5V)为充电供电输入端。当有充电头供电输入时，经电阻R13、电阻R14分压，驱动三极管Q6导通。由于处理器CPU的USB_DECT口设定为内置上拉，当三极管Q6导通时，USB_DECT口输入低电平给处理器CPU检测。当处理器CPU检测到USB_DECT口为低电平时，判断有充电头供电，处理器CPU的充电控制脚CHR_CTRL输出低电平，控制充电管理芯片U1开始对锂电池进行充电；当处理器CPU检测到USB_DECT口为高电平时，判断没有充电头供电，处理器CPU的充电控制脚CHR_CTRL输出高电平，控制充电管理芯片U1关断对锂电池的充电。
其中，电阻R1、三极管Q1、电阻R2、三极管Q2、电阻R3、电阻R4、充电管理芯片U1、电阻R5构成充电控制电路。平时不充电时，处理器CPU的充电控制脚CHR_CTRL输出高电平，经电阻R1驱动三极管Q1导通，此时电阻R2相当于接地，所以三极管Q2也导通。充电供电输入端CHR(+5V)的高电平经三极管Q2连接到充电管理芯片U1的TEMP脚，充电管理芯片U1的TEMP脚为5V高电平，充电管理芯片U1处于充电关断状态。当处理器CPU的充电控制脚CHR_CTRL输出低电平时，三极管Q1、三极管Q2截止，充电管理芯片U1的TEMP脚经电阻R3接地，充电管理芯片U1的TEMP脚为0V低电平，充电管理芯片U1处于开启充电状态。电阻R4用于设定充电电流的大小，电阻R5为充电状态输出脚CHG的上拉电阻。
为了指示锂电池的充电状态，该充放电电池保护电路还包括LED指示灯，处理器的输出端与该LED指示灯的输入端连接。当锂电池处于充电状态时，充电状态输出脚CHG输出高电平，锂电池充满电后充电状态输出脚CHG输出低电平。处理器CPU检测到充电状态输出脚CHG的电平变化后，控制LED指示灯的显示状态变化，以方便用户随时掌握锂电池的当前充电状态。
本实施例中，充放电电池保护电路还包括电池管理芯片，电池的输出端与电池管理芯片的输入端连接，电池管理芯片的输出端与供电开关管的输入端连接。
其中，电阻R8、电容C3、锂电池电源管理芯片U2、电阻R9、锂电池开关管Q3构成锂电池的过充过放管理电路。锂电池电源管理芯片U2负责监控锂电池的过充过放电压，锂电池开关管Q3为内置控制锂电池充电、放电开与关的双MOS管，同时对锂电池的过充过放电流进行安全保护。当锂电池的充电电压大于锂电池电源管理芯片U2的最高设定值或放电电压低于锂电池电源管理芯片U2的最低设定值时，锂电池电源管理芯片U2控制锂电池开关管Q3切断锂电池对外供电，保护锂电池不至于因过充或过放而导致电池性能受损。
温度传感器RT1与锂电池形成一个整体，通过4脚排线与插座连接。温度传感器RT1一端接地，另一端接上拉电阻R6，构成串联分压。电阻R6、温度传感器RT1、电阻R7、电容C1与处理器CPU构成温度检测系统。电阻R6与温度传感器RT1的电压分压值经电阻R7限流、电容C1滤波后，传输至处理器CPU的A/D口进行检测。当处理器CPU的A/D口检测到任意时刻(充电或放电使用过程中)锂电池表面的温度传感器RT1的温度值超过设定值时，处理器CPU的PWR脚输出低电平或充电控制脚CHR_CTRL输出高电平，关断锂电池的放电或充电回路。
其中，电阻R10、电阻R11、电阻R12、供电开关管Q4、三极管Q5构成放电开关控制电路。当处理器CPU的PWR脚输出低电平时，经电阻R12驱动，三极管Q5截止，进而导致供电开关管Q4因失去基极导通电流而截止，从而切断充电电池向后面负载电路的供电，达到安全保护的目的。
对于上述器件的选择，三极管Q1、三极管Q5和三极管Q6可选用3904、8050、9014等普通NPN三极管。三极管Q2可选用8550、9015等普通PNP三极管。供电开关管Q4可以根据负载特性及负载电流大小进行选择，对于负载电流小于2A的非马达类负载，可选用耐电流大于4A的AO3401A、NCE2305等低内阻的P沟道MOS管。锂电池开关管Q3可选用DP8205A(内置双MOS管)。电容C1、电容C3可选用100nF/50V的电容。供电旁路电容C2可选用10uF/16V～22uF/16V的电容。电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R12可选用4.7K的电阻。电阻R7和电阻R9可选用1K的电阻。电阻R8和电阻R11可选用100Ω的电阻。电阻R10可选用10K～100K的电阻。电阻R6为误差±1％的精密电阻，其取值应与温度传感器RT1的取值匹配，通常电阻R6与温度传感器RT1取相等阻值，以让温度传感器RT1在所要控制的温度范围内所分压的电压值变化较大，便于识别及判断。温度传感器RT1可选用带引线的MF52系列环氧树脂封装NTC热敏电阻(水滴型头部)或MF58系列玻璃管封装的NTC热敏电阻，其电阻值精度为±1％。
具体的，根据NTC温度传感器的电阻/温度(R/T)特性表，查询温度传感器RT1在所设定的高温、低温保护温度值时所对应的电阻值(如：高温保护温度时对应的阻值为A，低温保护温度时对应的阻值为B)。计算高温保护温度时对应的处理器CPU的A/D口输入电压设定值C＝CPU供电电压×A/(A+R6)，计算低温保护温度时对应的处理器CPU的A/D口输入电压设定值D＝CPU供电电压×B/(B+R6)。
当处理器CPU检测到USB_DECT脚为低电平时，视为锂电池处于充电模式。当处理器CPU的PWR脚输出高电平时，视为锂电池处于正常放电模式。只要锂电池处于充电或正常放电模式，处理器CPU会全程实时检测其A/D口的输入电压。
当处理器CPU的A/D口所读到的实际电压值处于电压设定值C与D之间时，判断为锂电池表面温度正常，此时处理器CPU的充电控制脚CHR_CTRL输出低电平，充电管理芯片U1维持原来的充电工作状态，同时处理器CPU的PWR脚维持原来输出电平状态不变，如锂电池原来处于放电工作状态，则继续正常放电工作。
当处理器CPU的A/D口所读到的实际电压值大于电压设定值D时，判断为锂电池表面温度已低于所设定的低温保护温度，此时处理器CPU的充电控制脚CHR_CTRL输出高电平，关断充电管理芯片U1对锂电池的充电，而处理器CPU的PWR脚可根据用户的具体需求，决定温度低于多少时再输出低电平以切断锂电池对后面负载回路的放电。
当处理器CPU的A/D口所读到的实际电压值小于电压设定值C时，判断为锂电池表面温度已高于所设定的高温保护温度，此时处理器CPU的充电控制脚CHR_CTRL输出高电平，关断充电管理芯片U1对锂电池的充电，同时处理器CPU的PWR脚输出低电平时切断锂电池对后面负载回路的放电，以确保锂电池的充放电安全。
本发明提供的一种温度可调的充放电电池保护电路，利用单片机可以灵活地通过修改程序对高温、低温所对应的温度保护值进行单独的设定及输出控制，互不干涉牵连的优点，解决了现有技术中专用的充电管理芯片会受到高温、低温保护点不能各自单独设定(会相互牵连)的问题，具有高低温保护值独立可调的优点，而且还可以对正常放电过程中的电池温度进行过温保护，当检测到电池表面温度异常时可通过处理器关断供电开关管以及时切断锂电池的输出。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，包括：处理器、温度传感器、充电管理芯片和供电开关管；
所述温度传感器用于感应电池表面的温度值；
所述温度传感器的输出端与所述处理器的输入端连接以将所述温度值发送至所述处理器；
所述处理器的输出端与所述充电管理芯片的输入端连接，所述处理器读取所述温度值并判断所述温度值是否大于预设第一阈值或小于第二阈值，若是则控制所述充电管理芯片停止充电，若否则继续充电；
所述处理器还用于对所述第一阈值和所述第二阈值进行调整；
所述处理器的输出端与所述供电开关管的输入端连接以控制所述供电开关管导通/截止；
所述供电开关管的输出端用于连接负载。
2.根据权利要求1所述的一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，所述处理器为单片机。
3.根据权利要求1所述的一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，所述温度传感器设置在电池外表面，所述温度传感器外表面包裹有高温胶带。
4.根据权利要求1所述的一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，所述温度传感器为NTC温度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，还包括指示灯，所述处理器的输出端与所述指示灯的输入端连接，所述指示灯用于指示充电状态。
6.根据权利要求1所述的一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，所述充电管理芯片的型号为TP4056。
7.根据权利要求1所述的一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，还包括电池管理芯片，所述电池的输出端与所述电池管理芯片的输入端连接，所述电池管理芯片的输出端与所述供电开关管的输入端连接。
8.根据权利要求6所述的一种温度可调的充放电电池保护电路，其特征在于，所述电池管理芯片的型号为DW01。
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