CN115800476B - 一种电池阶段式充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池阶段式充电电路，涉及电池领域，该电池阶段式充电电路包括：供电模块，用于为变速充电模块、匀速充电模块供电；电池模块，用于存储电能；模式切换模块，用于根据电池电压信息，驱动变速充电模块或匀速充电模块工作；变速充电模块，用于变速为电池充电，本发明的有益效果是：本发明在电池充电过程中，变速充电模块和匀速充电模块切换对电池阶段式充电，既保证了电池的充电速度，也防止了快速充电造成的电池热量过高；设置有尖峰放电模块，防止电池记忆效应累积，造成电池容量减小；设置有温度检测模块，在变速充电模块中电池初始时快速充电造成电池温度过高，间歇式充电，避免温度高影响电池寿命。

Description

一种电池阶段式充电电路

技术领域

本发明涉及电池领域，具体是一种电池阶段式充电电路。

背景技术

电池作为能量来源，具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，携带方便，充放电操作简便易行，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。

现有的电池充电往往都设置有快充模式，电池充电速度快，其缺点在于，在夏天的时候，环境温度较高，快速充电造成电池温度上升，电池和外界环境温差较小（相较于其他季节），散热慢，长时间处于高温状态影响电池寿命，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池阶段式充电电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电池阶段式充电电路，包括：

供电模块，用于为变速充电模块、匀速充电模块供电；

电池模块，用于存储电能；

模式切换模块，用于根据电池电压信息，驱动变速充电模块或匀速充电模块工作；

变速充电模块，用于变速为电池充电，电池电压越高，充电速度越慢；

匀速充电模块，用于匀速为电池充电；

温度检测模块，用于检测电池温度，在达到温度阈值时，控制供电模块停止供电；

尖峰放电模块，用于在电池电量充满后，控制电池往复放电、充电；

供电模块的输出端连接变速充电模块的第一输入端、匀速充电模块的第一输入端，变速充电模块的输出端连接电池模块的第一输入端，匀速充电模块的输出端连接电池模块的第二输入端，电池模块的输出端连接模式切换模块的输入端、温度检测模块的输入端、尖峰放电模块的输入端，模式切换模块的输出端连接变速充电模块的第二输入端、匀速充电模块的第二输入端，温度检测模块的输出端连接供电模块的输入端，尖峰放电模块的输出端连接电池模块的第三输入端。

作为本发明再进一步的方案：电池模块包括电池、第一二极管、第二二极管、第二MOS管，电池的负极接地，电池的正极连接第一二极管的负极、第二二极管的负极、模式切换模块的输入端、温度检测模块的输入端、尖峰放电模块的输入端，第二二极管的正极连接变速充电模块的输出端，第一二极管的正极连接第二MOS管的S极、第二MOS管的D极连接匀速充电模块的输出端，第二MOS管的G极连接尖峰放电模块的输出端。

作为本发明再进一步的方案：模式切换模块包括第三二极管、第一电阻、第三MOS管、第一电容，第三二极管的负极连接电池模块的输出端、第三MOS管的D极，第三二极管的正极连接第一电阻的一端、第三MOS管的G极、第一电容的一端，第一电阻的另一端接地、第一电容的另一端接地，第三MOS管的S极连接变速充电模块的第二输入端、匀速充电模块的第二输入端。

作为本发明再进一步的方案：变速充电模块包括第四MOS管、稳压器、第二电阻、第一电位器、第二电容，第四MOS管的S极连接供电模块的输出端，第四MOS管的G极连接模式切换模块的输出端，第四MOS管的D极连接稳压器的输入端，稳压器的接地端连接第二电阻的一端、第一电位器的一端，第一电位器的另一端接地，稳压器的输出端连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、电池模块的第一输入端，第二电容的另一端接地。

作为本发明再进一步的方案：匀速充电模块包括第五MOS管、第三电阻、第六三极管、第七三极管、第四电阻、第四电容，第五MOS管的D极连接供电模块的输出端，第五MOS管的G极连接模式切换模块的输出端，第五MOS管的S极连接第三电阻的一端、第六三极管的集电极，第三电阻的另一端连接第六三极管的基极、第七三极管的集电极，第六三极管的发射极连接第七三极管的基极、第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第四电容的一端、第七三极管的发射极、电池模块的第二输入端，第四电容的另一端接地。

作为本发明再进一步的方案：温度检测模块包括第六电阻、温敏电阻、第四二极管，供电模块包括供电电压、第一MOS管，第六电阻的一端连接电池模块的输出端，第六电阻的另一端连接温敏电阻的一端、第四二极管的正极，温敏电阻的另一端接地，第四二极管的负极连接第一MOS管的G极、第一MOS管的S极连接供电电压，第一MOS管的D极连接变速充电模块的第一输入端、匀速充电模块的第一输入端。

作为本发明再进一步的方案：尖峰放电模块包括第五二极管、第六二极管、第六电阻、第七二极管、第八MOS管、第五电容、第七电阻、第六电容、第九三极管、反相器，第五二极管的负极连接第八MOS管的D极、电池模块的输出端、第九三极管的集电极，第五二极管的正极连接第六二极管的负极，第六二极管的正极连接第六电阻的一端、第五电容的一端、第八MOS管的G极，第六电阻的另一端连接第七二极管的正极，第七二极管的负极接地，第五电容的另一端接地，第八MOS管的S极连接第七电阻的一端，第七电阻的另一端连接第六电容的一端、第九三极管的基极，第六电容的另一端接地，第九三极管的发射极连接反相器的输入端，反相器的输出端连接电池模块的第三输入端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在电池充电过程中，变速充电模块和匀速充电模块切换对电池阶段式充电，既保证了电池的充电速度，也防止了快速充电造成的电池热量过高；设置有尖峰放电模块，防止电池记忆效应累积，造成电池容量减小；设置有温度检测模块，在变速充电模块中电池初始时快速充电造成电池温度过高，间歇式充电，避免温度高影响电池寿命。

附图说明

图1为一种电池阶段式充电电路的原理图。

图2为一种电池阶段式充电电路的电路图。

图3为模式切换模块的电路图。

图4为温度检测模块的电路图。

图5为尖峰放电模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种电池阶段式充电电路，包括：

供电模块1，用于为变速充电模块4、匀速充电模块5供电；

电池模块2，用于存储电能；

模式切换模块3，用于根据电池E1电压信息，驱动变速充电模块4或匀速充电模块5工作；

变速充电模块4，用于变速为电池E1充电，电池E1电压越高，充电速度越慢；

匀速充电模块5，用于匀速为电池E1充电；

温度检测模块6，用于检测电池E1温度，在达到温度阈值时，控制供电模块1停止供电；

尖峰放电模块7，用于在电池E1电量充满后，控制电池E1往复放电、充电；

供电模块1的输出端连接变速充电模块4的第一输入端、匀速充电模块5的第一输入端，变速充电模块4的输出端连接电池模块2的第一输入端，匀速充电模块5的输出端连接电池模块2的第二输入端，电池模块2的输出端连接模式切换模块3的输入端、温度检测模块6的输入端、尖峰放电模块7的输入端，模式切换模块3的输出端连接变速充电模块4的第二输入端、匀速充电模块5的第二输入端，温度检测模块6的输出端连接供电模块1的输入端，尖峰放电模块7的输出端连接电池模块2的第三输入端。

在本实施例中：请参阅图2，电池模块2包括电池E1、第一二极管D1、第二二极管D2、第二MOS管V2，电池E1的负极接地，电池E1的正极连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、模式切换模块3的输入端、温度检测模块6的输入端、尖峰放电模块7的输入端，第二二极管D2的正极连接变速充电模块4的输出端，第一二极管D1的正极连接第二MOS管V2的S极、第二MOS管V2的D极连接匀速充电模块5的输出端，第二MOS管V2的G极连接尖峰放电模块7的输出端。

以电池E1满电压4.3V，4.1V为切换电压为例，电池E1电量在4.1V以下时，这时模式切换模块3驱动变速充电模块4工作为电池E1充电；电池E1电量达到4.1V时，这时模式切换模块3驱动匀速充电模块5工作为电池E1充电。

在另一个实施例中：可将第一二极管D1、第二二极管D2换成发光二极管，可以起到额外的充电模式指示作用。

在本实施例中：请参阅图3，模式切换模块3包括第三二极管D3、第一电阻R1、第三MOS管V3、第一电容C1，第三二极管D3的负极连接电池模块2的输出端、第三MOS管V3的D极，第三二极管D3的正极连接第一电阻R1的一端、第三MOS管V3的G极、第一电容C1的一端，第一电阻R1的另一端接地、第一电容C1的另一端接地，第三MOS管V3的S极连接变速充电模块4的第二输入端、匀速充电模块5的第二输入端。

第三二极管D3为稳压二极管，型号可为HZ4C1，稳压4.1V，电池E1电压未达到4.1V时，第三二极管D3不导通，第三MOS管V3输出低电平，驱动变速充电模块4工作；电池E1电压达到4.1V时，第三二极管D3导通，第三MOS管V3输出高电平，驱动匀速充电模块5工作。

在另一个实施例中：可略去第一电容C1，第一电容C1用于保证第三二极管D3导通后第三MOS管V3G极处电压平稳。

在本实施例中：请参阅图2，变速充电模块4包括第四MOS管V4、稳压器U1、第二电阻R2、第一电位器RP1、第二电容C2，第四MOS管V4的S极连接供电模块1的输出端，第四MOS管V4的G极连接模式切换模块3的输出端，第四MOS管V4的D极连接稳压器U1的输入端，稳压器U1的接地端连接第二电阻R2的一端、第一电位器RP1的一端，第一电位器RP1的另一端接地，稳压器U1的输出端连接第二电阻R2的另一端、第二电容C2的一端、电池模块2的第一输入端，第二电容C2的另一端接地。

第三MOS管V3输出低电平，第四MOS管V4（PMOS管）导通，引入供电模块1输出电压，经过稳压器U1输出稳定电压，供给电池模块2。随着电池E1充电，使得电池E1和变速充电模块4之间的电压差减小，电池E1充电速度变慢。

在另一个实施例中：可将第一电位器RP1换成电阻，换成电阻后，无法在测试时调节变速充电模块4的输出电压。

在本实施例中：请参阅图2，匀速充电模块5包括第五MOS管V5、第三电阻R3、第六三极管V6、第七三极管V7、第四电阻R4、第四电容C4，第五MOS管V5的D极连接供电模块1的输出端，第五MOS管V5的G极连接模式切换模块3的输出端，第五MOS管V5的S极连接第三电阻R3的一端、第六三极管V6的集电极，第三电阻R3的另一端连接第六三极管V6的基极、第七三极管V7的集电极，第六三极管V6的发射极连接第七三极管V7的基极、第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第四电容C4的一端、第七三极管V7的发射极、电池模块2的第二输入端，第四电容C4的另一端接地。

第三MOS管V3输出高电平，第五MOS管V5（NMOS管）导通，这时第六三极管V6、第七三极管V7完全导通，为电池E1充电；第七三极管V7导通后其基极和发射极之间电压恒定，因此经过第四电阻R4的电流恒定，使得输出给电池模块2的电流恒定，因此为电池模块2供给恒流充电。

在另一个实施例中：可将第四电阻R4换成电位器，以此来调节输出给电池模块2的电流大小。

在本实施例中：请参阅图4和图2，温度检测模块6包括第六电阻R6、温敏电阻RE、第四二极管D4，供电模块1包括供电电压VCC、第一MOS管V1，第六电阻R6的一端连接电池模块2的输出端，第六电阻R6的另一端连接温敏电阻RE的一端、第四二极管D4的正极，温敏电阻RE的另一端接地，第四二极管D4的负极连接第一MOS管V1的G极、第一MOS管V1的S极连接供电电压VCC，第一MOS管V1的D极连接变速充电模块4的第一输入端、匀速充电模块5的第一输入端。

电池E1电量偏低时，电路启动后，变速充电模块4会先启动，由于变速充电模块4初始时输出电压和电池E1之间的电压差较大，电池E1充电速度快，产生热量大，在夏季或者温度较高的环境下，随着充电的进行，电池E1温度上升至温度阈值时，温敏电阻RE的阻值急剧增大，经过第四二极管D4为第一MOS管V1（PMOS管）通过一个高电平，第一MOS管V1截止，供电模块1停止为后续电路供电，电池E1停止充电。第六电阻R6选用较大阻值，因此在温敏电阻RE阻值未急剧增大时，第一MOS管V1保持导通。

在另一个实施例中：可将第四二极管D4略去，第四二极管D4为发光二极管，起温度指示作用，略去后，无法指示，且由于第四二极管D4存在0.7V的压差，可避免在温敏电阻RE阻值未急剧增大时，温度上升降低第一MOS管V1的导通程度。

在本实施例中：请参阅图5，尖峰放电模块7包括第五二极管D5、第六二极管D6、第六电阻R6、第七二极管D7、第八MOS管V8、第五电容C5、第七电阻R7、第六电容C6、第九三极管V9、反相器U2，第五二极管D5的负极连接第八MOS管V8的D极、电池模块2的输出端、第九三极管V9的集电极，第五二极管D5的正极连接第六二极管D6的负极，第六二极管D6的正极连接第六电阻R6的一端、第五电容C5的一端、第八MOS管V8的G极，第六电阻R6的另一端连接第七二极管D7的正极，第七二极管D7的负极接地，第五电容C5的另一端接地，第八MOS管V8的S极连接第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端连接第六电容C6的一端、第九三极管V9的基极，第六电容C6的另一端接地，第九三极管V9的发射极连接反相器U2的输入端，反相器U2的输出端连接电池模块2的第三输入端。

随着电池E1的充电，电量充满达到4.3V时，这时第五二极管D5、第六二极管D6（稳压二极管）导通，第八MOS管V8导通，电池E1电压通过第七电阻R7、为第六电容C6充电，随着第六电容C6充电，第九三极管V9导通为反相器U2通过高电平，反相器U2输出低电平，使得第二MOS管V2（NMOS）截止，停止匀速充电模块5为电池模块2充电，电池E1通过模式切换模块3、温度检测模块6、尖峰放电模块7放电，避免记忆效应逐渐累积，使电池E1的实际使用容量大幅下降（放电减轻记忆效应所带来的负作用），由于存在第六电容C6存储电能，因此在电池E1电量低于4.3V时，依旧会放电一段时间，防止第二MOS管V2处反复开启、截止。

在另一个实施例中：可略去第七二极管D7，第七二极管D7作为发光二极管，可指示电量充满。

电池E1电量低于4.1V时，变速充电模块4为电池模块2充电，在充电过程中，如果外界环境较高，这时温度检测模块6启动，自动断电，等电池E1温度下降后再继续充电，由于初始时电池E1温度低，且通过变速充电模块4充电，因此，断电时电池E1电量已达到较高值，满足负载使用；温度下降后，继续充电，间歇式充电直至电池E1电量达到4.1V，这时通过模式切换模块3自动切换为匀速充电模块5为电池E1充电，由于此时恒电流充电，只需控制电流大小，不会造成电池E1温度过高，恒流充电至电池E14.3V，满电量，这时通过尖峰放电模块7放电，避免电池E1容量下降。

本发明的工作原理是：供电模块1为变速充电模块4、匀速充电模块5供电；电池模块2存储电能；模式切换模块3根据电池E1电压信息，驱动变速充电模块4或匀速充电模块5工作；变速充电模块4变速为电池E1充电，电池E1电压越高，充电速度越慢；匀速充电模块5匀速为电池E1充电；温度检测模块6检测电池E1温度，在达到温度阈值时，控制供电模块1停止供电；尖峰放电模块7在电池E1电量充满后，控制电池E1往复放电、充电。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种电池阶段式充电电路，其特征在于：

该电池阶段式充电电路包括：

供电模块，用于为变速充电模块、匀速充电模块供电；

电池模块，用于存储电能；

模式切换模块，用于根据电池电压信息，驱动变速充电模块或匀速充电模块工作；

变速充电模块，用于变速为电池充电，电池电压越高，充电速度越慢；

匀速充电模块，用于匀速为电池充电；

温度检测模块，用于检测电池温度，在达到温度阈值时，控制供电模块停止供电；

尖峰放电模块，用于在电池电量充满后，控制电池往复放电、充电；

供电模块的输出端连接变速充电模块的第一输入端、匀速充电模块的第一输入端，变速充电模块的输出端连接电池模块的第一输入端，匀速充电模块的输出端连接电池模块的第二输入端，电池模块的输出端连接模式切换模块的输入端、温度检测模块的输入端、尖峰放电模块的输入端，模式切换模块的输出端连接变速充电模块的第二输入端、匀速充电模块的第二输入端，温度检测模块的输出端连接供电模块的输入端，尖峰放电模块的输出端连接电池模块的第三输入端；

匀速充电模块包括第五MOS管、第三电阻、第六三极管、第七三极管、第四电阻、第四电容，第五MOS管的D极连接供电模块的输出端，第五MOS管的G极连接模式切换模块的输出端，第五MOS管的S极连接第三电阻的一端、第六三极管的集电极，第三电阻的另一端连接第六三极管的基极、第七三极管的集电极，第六三极管的发射极连接第七三极管的基极、第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第四电容的一端、第七三极管的发射极、电池模块的第二输入端，第四电容的另一端接地；

温度检测模块包括第六电阻、温敏电阻、第四二极管，供电模块包括供电电压、第一MOS管，第六电阻的一端连接电池模块的输出端，第六电阻的另一端连接温敏电阻的一端、第四二极管的正极，温敏电阻的另一端接地，第四二极管的负极连接第一MOS管的G极、第一MOS管的S极连接供电电压，第一MOS管的D极连接变速充电模块的第一输入端、匀速充电模块的第一输入端。

2.根据权利要求1所述的电池阶段式充电电路，其特征在于，电池模块包括电池、第一二极管、第二二极管、第二MOS管，电池的负极接地，电池的正极连接第一二极管的负极、第二二极管的负极、模式切换模块的输入端、温度检测模块的输入端、尖峰放电模块的输入端，第二二极管的正极连接变速充电模块的输出端，第一二极管的正极连接第二MOS管的S极、第二MOS管的D极连接匀速充电模块的输出端，第二MOS管的G极连接尖峰放电模块的输出端。

3.根据权利要求1所述的电池阶段式充电电路，其特征在于，模式切换模块包括第三二极管、第一电阻、第三MOS管、第一电容，第三二极管的负极连接电池模块的输出端、第三MOS管的D极，第三二极管的正极连接第一电阻的一端、第三MOS管的G极、第一电容的一端，第一电阻的另一端接地、第一电容的另一端接地，第三MOS管的S极连接变速充电模块的第二输入端、匀速充电模块的第二输入端。

4.根据权利要求1所述的电池阶段式充电电路，其特征在于，变速充电模块包括第四MOS管、稳压器、第二电阻、第一电位器、第二电容，第四MOS管的S极连接供电模块的输出端，第四MOS管的G极连接模式切换模块的输出端，第四MOS管的D极连接稳压器的输入端，稳压器的接地端连接第二电阻的一端、第一电位器的一端，第一电位器的另一端接地，稳压器的输出端连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、电池模块的第一输入端，第二电容的另一端接地。

5.根据权利要求1或2所述的电池阶段式充电电路，其特征在于，尖峰放电模块包括第五二极管、第六二极管、第六电阻、第七二极管、第八MOS管、第五电容、第七电阻、第六电容、第九三极管、反相器，第五二极管的负极连接第八MOS管的D极、电池模块的输出端、第九三极管的集电极，第五二极管的正极连接第六二极管的负极，第六二极管的正极连接第六电阻的一端、第五电容的一端、第八MOS管的G极，第六电阻的另一端连接第七二极管的正极，第七二极管的负极接地，第五电容的另一端接地，第八MOS管的S极连接第七电阻的一端，第七电阻的另一端连接第六电容的一端、第九三极管的基极，第六电容的另一端接地，第九三极管的发射极连接反相器的输入端，反相器的输出端连接电池模块的第三输入端。

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