CN116937736A - 电池、充电器及电池的管理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池、充电器及电池的管理电路，其中电池的管理电路包括：充电电路、放电电路和控制电路。充电电路一端连接电池的充电端，以接收充电信号，另一端连接电池的电芯的正极，以向电芯提供充电电压；放电电路一端连接电芯的正极，以接收放电信号，另一端连接电池的供电端，以提供供电电压；控制电路，连接电池的选择端，根据选择端的电压控制充电电路和放电电路的状态。

Description

电池、充电器及电池的管理电路

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池、充电器及电池的管理电路。

背景技术

电池大致分为一次电池与二次电池。一次电池是不可充电的抛弃式电池，例如包括：碳锌电池、碱性电池等；二次电池又可以称为充电电池，可以反复充电进行使用，例如包括：镍氢电池、锂离子(Li-ion)电池与锂聚合物(Li-polymer)电池等。目前，充电电池因为能满足多元的使用需求已逐渐成为主流，同时电池的充放电管理也变得日益重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电池、充电器及电池的管理电路，以较低成本实现对电池的充放电管理。

具体的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种电池的管理电路，包括：

充电电路(210)，一端连接所述电池的充电端，以接收充电信号，另一端连接所述电池的电芯正极，以向所述电芯提供充电电压；

放电电路(220)，一端连接所述电芯的正极，以接收放电信号，另一端用于连接所述电池的供电端，以提供供电电压；

控制电路(230)，连接所述电池的选择端，根据所述选择端的电压控制所述充电电路(210)和所述放电电路(220)的状态。

本实施方法提供了新增选择端的电池通过选择端上接收到的信号切换二次电池的充电状态和放电状态。

在一些电池的管理电路的实施方法，所述控制电路(230)包括：

第一电压检测器(U1),所述第一电压检测器(U1)的输入端连接所述电池的选择端，且在所述选择端的电压大于或等于所述第一电压检测器(U1)的阈值电压时，所述第一电压检测器(U1)的输出端输出第一电压；

第一开关电路(S1,Q1)，与所述第一电压检测器(U1)的输出端连接，在所述第一电压检测器(U1)的输出端输出所述第一电压时，所述第一开关电路(S1,Q1)导通，其中，所述第一开关电路(S1,Q1)与所述充电电路(210)连接，在所述第一开关电路(S1,Q1)导通时，所述充电电路(210)导通。

本实施方法提供了控制电路(230)的元器件组成结构和控制电路(230)使用这部分元器件控制充电电路(210)通断的判断逻辑。

在一些电池的管理电路的实施方法，所述第一电压检测器(U1)的阈值电压大于所述电池的最大供电电压。

本实施方法提供了第一电压检测器(U1)的阈值电压。

在一些电池的管理电路的实施方法，所述控制电路(230)还包括：

第二电压检测器(U2),所述第二电压检测器(U2)的输入端连接所述电池的充电端，且在所述充电端的电压大于或等于所述第二电压检测器(U2)的阈值电压时，所述第二电压检测器(U2)的输出端输出第二电压；

第二开关电路(S2,Q2)，与所述第二电压检测器(U2)的输出端连接，在所述第二电压检测器(U2)的输出端输出所述第二电压时，所述第二开关电路(S2,Q2)导通，其中，所述第二开关电路(S2,Q2)与所述放电电路(220)连接，在所述第二开关电路(S2,Q2)导通时，所述放电电路(220)导通。

本实施方法提供了控制电路(230)的元器件组成结构和控制电路(230)使用这部分元器件组成结构控制放电电路(220)通断的判断逻辑。

在一些电池的管理电路的实施方法，还包括：

负温度系数热敏电阻(RT)，一端连接所述电池的选择端，另一端接地。

本实施方法提供了热敏电阻的安装位置。

在一些电池的管理电路的实施方法，所述放电电路(220)包括：

调整子电路(221)，用于调整所述放电电路(220)的输出电压，其中，所述电芯的放电信号在第一范围时，所述调整子电路(221)调整所述放电电路(220)输出具有第一值的所述供电电压，所述电芯的放电信号在第二范围时，所述调整子电路(221)调整所述放电电路(220)输出具有第二值的所述供电电压，所述第一值小于所述第二值。

本实施方法提供了调整子电路(221)通过监控电芯的放电信号大小，调整输出电压。

在一些电池的管理电路的实施方法，所述调整子电路(221)包括：

双电压比较器(U3)，包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中：

所述第一输入端连接所述电芯的正极；

所述第二输入端通过第一电阻与所述电芯的正极连接；

所述第三输入端通过所述第一电阻和第二电阻与所述电芯的正极连接，且通过第三电阻接地；

第三开关电路(S3,Q3)，与所述双电压比较器(U3)的输出端连接，在所述输出端的输出电压控制下导通或断开，其中，所述第三开关电路(S3,Q3)导通时，所述放电电路(220)输出具有第一值的所述供电电压，且所述第三开关电路(S3,Q3)断开时，所述放电电路(220)输出具有第二值的所述供电电压。

本实施方法提供了调整子电路(221)的元器件连接结构和通过双电压比较器(U3)控制供电电压的元器件。

在一些电池的管理电路的实施方法，所述放电电路(220)还包括：

降压转换器(U4)，包括输入端、使能端、反馈端、和输出端，其中：

所述输入端连接所述电芯的正极；

所述使能端在所述充电电路(210)导通时去使能所述降压转换器(U4)，且在所述放电电路(220)导通时，使能所述降压转换器(U4)；

所述反馈端和所述输出端之间并联第四电阻(R4)和第五电阻(R5)，且通过第六电阻(R6)接地，所述第五电阻(R5)与所述第三开关电路(S3,Q3)串联。

本实施方法提供了降压转换器(U4)的端口组成和使能控制逻辑。

在一些电池的管理电路的实施方法中，所述使能端通过二极管(D1)连接所述控制电路，且通过第七电阻(R7)连接所述电芯的正极。

在一些电池的管理电路的实施方法中，所述降压转换器(U4)还包括输出状态指示端，且所述放电电路还包括：

第四开关电路(Q4)，位于所述放电电路的输出路径上，与所述降压转换器(U4)的输出状态指示端连接。

第二方面，本发明提供了一种电池，包括电芯和如权利要求1-8任一项所述的电池管理电路。

在一些电池的实施方法中，还包括:

壳体(110)，所述电芯(120)和所述电池管理电路设置于所述壳体(110)内，且所述电池的充电端和选择端为所述壳体(110)上的第一金属电极(111)和第二金属电极(112)。

第三方面，本发明提供了一种充电器，包括：

充电主体，具有容纳区，用于容纳电池；

第一金属电极和第二金属电极，设置于所述容纳区，所述第一金属电极用于向所述电池的充电端提供充电信号，所述第二金属电极用于向所述电池的选择端提供电压。

以上方案在电池中引入选择端和控制电路(230)，且控制电路(230)利用选择端的电压来控制充电电路(210)或放电电路(220)的状态，从而导通充电电路(210)或放电电路(220)，以较低的复杂度实现对电池充放电的管理，降低了电池的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例提供的一种电池的结构图；

图2是本发明实施例提供的一种电池管理电路的架构图；

图3是本发明实施例提供的一种电池管理电路的电路图；

图4是本发明实施例提供的一种双电压比较器的芯片的示意图；

图5是图4所示双电压比较器的输入和输出曲线的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种放电电路的调整子电路的工作过程的示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种电池管理电路的电路图。

附图标号说明：110--壳体；111--第一电极；112--选择极；120--电芯；121--电芯的正极；130--电路板；200--管理电路；210--充电电路；220--放电电路；221--调整子电路；230--控制电路；240--保护电路；400--双电压比较器。

具体实施方式

为了更清楚地描述本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图描述本发明的具体实施方式。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各附图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些附图中具有相同结构或功能的元件或部件，仅示意性地绘示了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介(例如，其他元件)间接相连。

另外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于区分描述关联对象，而不能理解为指示或暗示关联对象之间的相对重要性或顺序，也不代表关联对象的数量。

电池作为一种能量供给装置，在人们的生活中获得了广泛的应用，可以将电芯进行组装为不同的设备进行供电，例如为小型家用电器、便携电子设备供电，再如，将电芯组装为电池包为电动车等大型设备供电。

充电电池因其可以反复充电进行使用，可以从整体上提高电池的利用率，降低成本，且具有环保性，因而获得了广泛的应用。本发明考虑到充电电池的充放电管理，提出了一种电池的管理电路，以较低的复杂度对电池进行充放电管理，以降低电池的成本。

下面结合附图进行描述：

在一个实施例中，参考说明书附图1，本发明实施例提供的一种电池，该电池包括壳体110、电芯120、以及电路板130，电路板130上设置有电池的管理电路，用于对电池进行充放电管理，即对电池的电芯120进行充放电管理。

在一个实施例中，电池的壳体110上设置有第一金属电极111和第二金属电极112(以下简称第一电极和第二电极)。第一电极111为电池的正极(V+)，充电时接收充电信号，且经过管理电路的处理向电芯120的正极(B+)121提供充电电压；放电时向该电池的负载提供供电电压。第二电极112为电池的选择极(简称Sel极)，Sel极上的电压作为选择电压，用于控制该电池(或电芯)的充放电状态。

电芯120设置在壳体110内，电芯120的正极121与电池的正极111，通过管理电路进行连接，在电池处于充电状态时，电芯120通过电池的正极111接收充电信号，进而进行充电；在电池处于放电状态时，电芯120输出放电信号，并通过电池的正极111提供供电电压。

该电池中，电池的充电端和供电端相同，为电池的正极111，且电池的管理电路位于电池的壳体110内，如此对于小型设备供电具有较低的复杂度与成本，且便于更换电池。在其他实施例中，电池的充电端和供电端也可以不同；电池的管理电路也可以位于电芯所在壳体的外部。

下面对电路板120上的管理电路进行描述，请参考说明书附图2，图中V+和V-分别代表了电池的正极和负极，B+和B-分别代表了电池的电芯的正极和负极。充电时，电池的正极V+可以为电池的充电端；放电时，电池的正极可以为电池的供电端，在此为了便于描述，电池的充电端和供电端都用电池的正极V+表示，在其他实施例中，它们也可以为不同的端口。图中Sel代表电池的选择端，例如在一个实施例中，可以为图1所示的选择极。该管理电路200包括充电电路210、放电电路220、以及控制电路230。充电电路210的一端连接电池的充电端V+，以接收充电信号，另一端连接电芯的正极B+，以向电芯提供充电电压；放电电路220的一端连接电芯的正极B+，以接收放电信号，另一端连接电池的供电端V+，以提供供电电压；控制电路230连接电池的选择端Sel，根据选择端Sel的电压控制充电电路210或放电电路220的状态，例如控制充电电路210导通，放电电路220截止；或者控制放电电路220导通，充电电路210截止。

可见，在以上实施例中，控制电路利用电池的选择端的电压来控制充电电路和放电电路的状态，从而导通充电电路或放电电路，以较低的复杂度实现对电池充放电的管理，降低了电池的成本。

在本发明的一实施例中，如图1所示，在电池上增设选择极112，并将控制电路230与选择极112连接，根据选择极112上的电压来导通充电电路210或放电电路220。进一步的，可以在电池的充电器上也设置选择极，当电池置于充电器上充电时，充电器的选择极与电池的选择极112连接，为电池的选择极112提供选择电压V_sel，从而导通充电电路210。

在本发明的另一实施例中，如图2中虚线框所示，将控制电路230与电池的正极V+通过电阻R连接，充电电压经过电阻R形成压降，得到选择电压V_sel提供给控制电路230，以导通充电电路210，此时，选择端可以不做电极引出,在充电器上也无需增加选择极，即可以实现对电池充放电的管理。

以上控制电路230可以采用比较器与开关电路来实现，其中比较器用于将选择端的电压与参考电压比较，当选择端电压高于参考电压时，则输出高电平或低电平，该高电平或低电平用于导通开关电路，该开关电路用于导通充电电路210，此时参考电压大于电池放电时的供电电压范围，即大于最大供电电压。该控制电路还可以包括其它元件，例如电阻、晶体管等，配合比较器，使得控制电路获得更好的性能。

在一些实施例中，控制电路230采用了电压检测器(voltage detector)和开关电路来实现对充电电路210的导通或关断。下面结合附图进行描述：

如图3所示，在一种实施例中，控制电路230包括电压检测器U1(可以称为第一电压检测器)和开关电路S1(可以称为第一开关电路)。其中，电压检测器U1的输入端V_in连接电池的选择端Sel，且在选择端Sel的电压大于或等于电压检测器U1的阈值电压时，电压检测器U1的输出端V_OUT输出第一电压；开关电路S1，与电压检测器U1的输出端V_OUT连接，在电压检测器U1的输出端V_OUT输出第一电压时，开关电路S1导通，其中，开关电路S1与充电电路210连接，在开关电路S1导通时，充电电路210导通。第一电压可以为高电平或者低电平，相应的，开关电路S1可以为高电平导通或者为低电平导通。

电压检测器的阈值电压又可以称为临界电压。该阈值电压可以根据需要进行设置，且该阈值电压大于电池放电时的供电电压范围，即大于最大供电电压。例如，当电池的供电电压范围在1V-1.5V，该阈值电压大于1.5V，例如，可以为1.8V。在一种实施例中，当电池和充电器增设选择极时，充电器选择极提供的电压可以在1.8V至3.6V之间，充电时，充电器向电池的选择极提供1.8V至3.6V之间的选择电压；放电或不连接充电器时，电池的选择极浮接(floating)或空接。

电压检测器工作时，当电压检测器的输入电压(V_in)高于检测电压(-V_DET)时，输入电压等于输出电压(V_OUT)。当输入电压(V_in)低于检测电压(-V_DET)时，输出电压等于地电位。输入电压从地电位上升时，当输入电压(V_in)低于最低工作电压(V_min)时，输出电压不确定。当输入电压(V_in)超过最低工作电压(V_min)时，输出电压将维持在低电位。当输入电压上升到释放电压(+V_DET)后，输出电压等于输入电压。释放电压(+V_DET)和检测电压(-V_DET)之间的电压差为滞后电压。当输入电压(V_in)从地电位上升时，电压检测器中的延时电容将产生一定的延迟时间。输入电压(V_in)超过释放电压(+V_DET)后，要经过一定的延迟时间，输出电压(V_OUT)才等于输入电压(V_in)。

以上阈值电压包括检测电压或释放电压，检测电压具有一典型值(typ),最大值(max)，和最小值(min)。以上选择端的电压大于电压检测器的阈值电压，可以包括大于该检测电压的从最小值到最大值范围(包括边界)内的任一电压值，或大于该释放电压(+V_DET)。

在本发明的一实施例中，控制电路230还可以包括电压检测器U2(可以称为第二电压检测器)和开关电路S2(可以称为第二开关电路)，用于控制放电电路220的导通与截止。类似的，电压检测器U2的输入端连接电池的充电端V+，且在充电端V+的电压大于或等于电压检测器U2的阈值电压时，电压检测器U2的输出端输出第二电压；开关电路S2与电压检测器U2的输出端连接，在电压检测器U2的输出端输出第二电压时，开关电路S2导通；其中，开关电路S2与放电电路220连接，在开关电路S2导通时，放电电路220导通。

关于电压检测器U2的描述参照电压检测器U1，且电压检测器U2的阈值电压高于电池的最大供电电压，且可以与电压检测器U1的阈值电压相同或不同，但开关电路S2与开关电路S1具有不同的导通逻辑。例如，开关电路S1为高电平导通时，开关电路S2为低电平导通；开关电路S1为低电平导通时，开关电路S2为高电平导通。

以充电电压为4.2V，电压检测器U1和U2的阈值电压均为1.8V，开关电路S1为高电平导通时，开关电路S2为低电平导通为例：充电时，充电器为电池的正极提供充电信号，电压检测器U2检测到该充电信号，且电压值高于电压检测器U2的阈值电压，则输出第二电压(假设为高电平)，则开关电路S2关断，放电电路220截止；相应的，电压检测器U1检测到选择电压，且选择电压高于电压检测器U1的阈值电压，则输出第一电压(假设为高电平)，则开关电路S1导通，充电电路210导通。

在本发明的一实施例中，以上放电电路220为降压电路，即放电电路220的输出电压低于输入电压。电芯正极B+提供的放电信号，经放电电路220后，得到降压电压；放电电路220将降压电压提供给电池的供电端进行放电。

传统的一次电池(例如：碳锌电池、碱性电池等)和镍氢电池的输出电压通常在1.0V至1.5V左右，而锂电池的输出电压往往在2.5V至4.2V左右。通过以上降压电路，可以使得锂电芯降压供电，即兼具了锂电池的优点，又满足了传统小型家用电器的使用需求。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，以上电池还可以包括热敏电阻RT，该热敏电阻RT为负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)热敏电阻，一端连接电池的选择端Sel，另一端接地或连接电芯(或电池)的负极。NTC热敏电阻是一类电阻值随温度增大而减小的一种传感器电阻，如此，利用NTC热敏电阻在电池充电过程中，监控电池的温度，随着温度升高，热敏电阻所在支路的电流增大，配合该热敏电阻所在支路的上拉电阻，选择端Sel的电压降低，当降低到控制电路230的阈值电压(例如，电压检测器U1的阈值电压)以下时，控制电路230关闭充电电路210，从而停止对电芯的充电。

以上热敏电阻可以设置于电池中，也可以设置于充电器中。例如，当电池设置有选择极Sel时，可以在选择极Sel与热敏电阻RT之间设置电阻；或者在充电器的选择极所在支路设置电阻，当电池的选择极Sel与充电器的选择极连接时，热敏电阻RT与充电器内设置的电阻串联，形成电流流经的支路；再如，当采用如图2中虚框所示的方案时，电阻R1和电阻RT串联于电池正极和负极(或者接地端)之间。

本发明实施例可以在电池内(例如，电芯的附近)设置有与选择端Sel连接的NTC热敏电阻，该热敏电阻用于监控电池(或电芯)的温度，并随着电池(或电芯)温度升高，该热敏电阻的阻值降低，所在支路的电流增大，使得选择端Sel的电压降低。当电池(或电芯)的温度超过预设温度(对应控制电路230的阈值电压)，控制电路230会停止对电芯的充电，从而降低了电芯过热导致电池损坏的现象发生。该实现方式以简单低成本的设计实现了对电芯充电过程的安全保护。此时，选择端Sel又可以称为热敏电阻端。

在本发明的另一些实施例中，还可以将热敏电阻连接于其它位置，只要可以实现在电芯温度过高时，关闭充电电路210即可。例如在充电电路210内设置开关电路，热敏电阻通过至少一个电阻与电池正极连接，且热敏电阻两端的压降或者说热敏电阻靠近电池正极的一端的电压用于控制充电电路210内开关电路的导通与断开。

在本发明的一实施例中，放电电路220还可以包括调整子电路221，用于调整放电电路220的输出电压V_out。具体，在电芯的放电信号在第一范围时，调整子电路221调整放电电路220输出具有第一值的供电电压；且电芯的放电信号在第二范围时，调整子电路221调整放电电路220输出具有第二值的供电电压，且第一值小于第二值。也就是说，调整子电路220可以根据电芯的放电信号，进一步降低放电电路220的输出电压V_out。

如此，可以引入一种电池能量并未达到耗尽标准时“提前把电压拉低”的机制。该机制可以理解为一种缓冲机制，通过这种方式可以提前通知使用者或者电池后端的负载装置，电池电量已经偏低，且即将耗尽，如此使用者可以提前采取措施，例如保存资料、更换电池、进行充电、或关机等，以降低丢失数据或负载装置损坏的风险。例如，一些小家电的电源灯或指示灯开始闪烁，提醒使用者电池电量低；再如，负载装置自动进行资料保存，且可以进一步执行以上提醒操作，且以上提醒还可以替换为语音提醒、视觉提醒等其他提醒模式。

而传统的电池中，降压转换器将电芯电压降压输出，中间并没有缓冲机制，当电芯电压小于降压转换器的最低允许输入电压或者电芯保护器的锁定电压时，降压转换器的输出会立刻变为“0”，即电池的供电电压会迅速降为“0”，负载装置可能无预警的断电，资料保存不及时，数据丢失，长此以往甚至造成负载装置的损坏。

在一种实施例中，以上调整子电路221利用双电压比较器(dual voltagecomparator)来实现。具体的，如图3所示，该调整子电路221包括双电压比较器U3和开关电路S3(又可以称为第三开关电路)，双电压比较器U1包括第一输入端VDD、第二输入端LTH、第三输入端HTH，输出端V_OUT。第一输入端VDD又可以称为电源输入(power supply)端,连接电芯的正极B+；第二输入端又可以称为低电压阈值(low voltage threshold)端，用于通过电阻R1(或称为第一电阻)与电芯的正极连接B+；第三输入端HTH又可以称为高电压阈值(highvoltage threshold)端，通过电阻R1和电阻R2(或称为第二电阻)与电芯的正极B+连接，且通过电阻R3(或称为第三电阻)与电芯的负极B-连接或接地(GND)。开关电路S3与双电压比较器U3的输出端V_OUT连接，在输出端V_OUT的输出电压控制下导通或断开，其中，开关电路S3导通时，放电电路220输出具有第一值的供电电压，且开关电路S3断开时，放电电路220输出具有第二值的供电电压。

下面结合附图描述双电压比较器的工作原理。请参考图4，其为一种双电压比较器的芯片的示意图。该双电压比较400器包括第一输入端(供电端)VDD、第二输入端(低电压阈值端)LTH、第三输入端(高电压阈值端)HTH、输出端OUT和接地端GND，输出端连接上拉电阻R_PU，耦接上拉电压V_PULL-UP。双电压比较器400可以通过外接电阻R41、R42和R43来将输入信号V_IN转换为两个电压阈值(voltage threshold)V_HI和V_LO，分别称为上缘电压和下缘电压。通过这两个电压可以比较及检测一定范围内的电压。其中，上缘电压又称为高电压阈值，下缘电压又称为低电压阈值，计算如下公式(1)和(2)：

其中，V_REF为参考电压，具有预设值；例如，在某一双电压比较器的芯片中，其为1.24V。

如图5所示，当检测到的电压触及到上缘电压V_HI时，输出端OUT会输出高电平，当检测到的电压触及到下缘电压V_LO时，输出端OUT会输出低电平，其中图5中的突刺(短暂的瞬态变化)会被芯片忽略。双电压比较器用于数字电路时，可以将逻辑信号做一个磁滞延迟(hysteresis)的处理；而用于本实施例中，双电压比较器通过三颗外接的电阻，可以调整两个电压阈值V_HI和V_LO來监视V_IN，形成磁滞曲线的特性，进而通过该特性，改变输出电压。具体而言，在电芯输出电压变化时，输入端LTH和输入端HTH的电压随之改变，当触及上缘电压V_HI时，输出端OUT会输出高电平，当触及到下缘电压V_LO时，输出端OUT会输出低电平，如此可以改变与之连接的开关电路S3的状态，进而改变接入放电电路220的阻值，使得输出电压发生变化。

继续参考图3，放电电路220可以通过降压转换器U4实现降压输出。该降压转换器U4包括输入端Vin、使能端EN、反馈端FB和输出端SW。输入端Vin用于连接电芯的正极B+；使能端EN用于使能或去使能降压转换器U4，且在充电电路210导通时，使能端EN去使能该降压转换器U4，在放电电路(220)导通时，使能降压转换器U4；反馈端FB和输出端SW之间并联电阻R4(又称为第四电阻)和电阻R5(又称第五电阻)，且通过电阻R6(或称为第六电阻)接地。电阻R5与调整子电路221的开关电路S3串联，在开关电路S3导通时，电阻R5与电阻R4并联接入降压转换器U4的反馈端FB和输出端SW；在开关电路S3断开时，电阻R4接入降压转换器U4的反馈端FB和输出端SW。降压转换器可以通过脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)的方式将一个比较高的输入电压，稳定降低为一个比较低的输出电压。

如此，结合以上调整子电路221，通过反馈(或称为回授)机制来调整输出电压。如图3所示，电阻R4和R6串联于降压转换器U4的输出端SW，通过分压机制调整输出电压。如上所述，电阻R5与电阻R4并联，双电压比较器U4控制开关电路S3，进而控制与之串联的电阻R5所在的支路是否导通。当开关电路S3关断时，上面的等效分压电阻为电阻R4；当开关电路S3导通时，上面的等效分压电阻为电阻R5和电阻R4的并联，阻值相对变小；如此，利用该分压机制可以控制降压转换器U4的输出电压，计算公式如下：

其中，V_out为降压转换器的输出电压；V_ref为降压转换器的参考电压，具有预设值，例如，在某一降压转换器的芯片中，其为0.6V；Ru为分压支路的上端电阻，Rd为分压支路的下端电阻，其中，在R5未接入时，Ru等于R4,在R5接入时，Ru等于R4和R5的并联等效电阻；Rd为R6。

以锂电池为例，假设电池正常供电时，期望的输出电压为1.5V；当电池电量较低时，期望的输出电压为1.0V。锂电池的满电压输出为4.2V，如图6所示，当锂电池从满电压开始放电时，电芯的输出电压大于或等于3.6V，双电压比较器U4的输入端HTH被触发，即上缘电压V_HI被触发，输出端输出高电平(例如2.5V)，该高电平关断开关电路S3，电阻R4参与分压，电阻R5未参与分压，通过分压公式(3)计算得到降压转换器U4的输出电压1.5V。而后，电芯的输出电压慢慢下降到3.1V，双电压比较器U4的输入端LTH被触发，即下缘电压V_LO被触发，输出端输出低电平，该低电平导通开关电路S3，电阻R4和R5参与分压，通过以上分压公式(3)计算得到降压转换器的输出电压1.0V。

如此，就可以通过监测电芯的放电电压形成一个保护机制，在电芯电压偏低(例如，以上低于3.1V的场景)时，让电池的供电电压提早进行降压到1.0V，减少过度放电时，电池的放电电压突降为0V的情况出现，给使用者以提前反应的时间。

例如，使用者对电池进行充电，充电时，电池的电芯的电压会上升，当上升到一定程度，例如上升到3.6V时，会触发双电压比较器关断开关电路S3，此时，电阻R5退出分压，降压转换器的回授电阻值会回复到原来的R4，但是由于当前处于充电状态，降压电路未被导通的情况下，电池的供电电压会在后续放电过程中调整回1.5V。

进一步的，降压转换器U4还包括输出状态指示端PG，又称为良好供电(powergood)指示端，用于通过开关电路S4(又称为第四开关电路)，控制放电电路200的导通与截止。具体，开关电路Q4降压转换器U4的输出状态指示端连接，且位于放电电路的输出路径上。当降压转换器的输出电压达到目标值的95％时，状态指示端PG会输出高电平，使得开关电路S4导通；当降压转换器的输出电压超过目标值的±10％时，状态指示端PG会输出低电平，使得开关电路S4断开，如此可以提供电池供电的稳定性。

在以上实施例中，当电池充电时，会连接充电器，电池的选择端Sel会产生选择电压(例如，1.8V-3.6V)，电压检测器U1根据该选择电压，导通开关电路S1，进而导通充电电路210，充电电路210工作，为电芯充电(如图3中，虚心箭头所示的充电路径)。当电池放电时，电池的选择端空接或者电压为低电平，电压检测器U1根据该选择电压，断开开关电路S1，进而关闭充电电路210，充电电路210不工作，放电电路220工作；放电电路220可以有前端的导通/关闭机制，例如充电电路210导通时，通过降压转换器U4的使能端EN去使能降压转换器U4，充电电路220断开时，电芯的放电电压使能降压转换器U4；放电电路220还可以有后端的导通/关闭机制，例如电压检测器U2在放电时导通开关电路S2，充电时，断开开关电路S2，如此可以实现双重保护，且防止电流回流；如此电池放电时，充电电路210截止，放电电路220导通，电芯通过放电电路220进行放电(如图3中，实线箭头所示的放电路径)。

继续参考图3，在本发明的一实施例中，电池的管理电路还可以包括保护电路，用于对电池的电芯进行保护，例如，过放电或过充电的保护，过放锁住电压例如为2.5V，过放释放电压例如为3.0V；过充锁住电压例如为4.2V，过充释放电压例如为4.1V。

以上各个开关电路可以为晶体管，例如金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管，MOS晶体管可分为N沟道与P沟道两大类，本发明可以根据需要进行选择。例如，开关电路可以为P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管或N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。

下面结合附图7，给出电池的管理电路的一种实施例，本领域技术人员可以据此得到其他方式，例如，开关电路中晶体管的替换，本发明不以此为限。

如图7所示，开关电路S1包括NMOS晶体管Q1；相应的，控制电路230包括：电压检测器U1和NMOS晶体管Q1。其中，电压检测器U1的输入端V_in与选择端Sel连接，输出端V_OUT与NMOS晶体管Q1的栅极连接，接地端GND接地；NMOS晶体管Q1的源极接地，漏极连接充电电路210。

电压检测器U1在输入端V_in的输入电压大于电压检测器U1的阈值电压时，即在检测到选择端Sel的电压大于电压检测器U1的阈值电压时，电压检测器U1的输出端V_OUT向NMOS晶体管Q1的栅极输出高电平，导通NMOS晶体管Q1；相应的，电压检测器U1在输入端V_in的输入电压小于电压检测器U1的阈值电压时，即在检测到选择端Sel的电压小于电压检测器U1的阈值电压时，电压检测器U1的输出端V_OUT向NMOS晶体管Q1的栅极输出低电平，关断NMOS晶体管Q1。NMOS晶体管Q1与充电电路连接，进一步在导通状态下控制充电电路导通或关断。对于电压检测器U1的输入端V_in的输入电压等于阈值电压的场景，输出端V_OUT可以输出高电平或者低电平。

以在电池上设置选择极Sel，且该选择极Sel在充电时电压在1.8V-3.6V为例，且以电压检测器U1的阈值电压为1.8V为例：放电时选择极Sel悬空，电压检测器U1输入端电压小于阈值电压，输出低电平，充电电路210不工作；连接充电器充电时，电压检测器在检测到选择极Sel电压大于1.8V时，向NMOS晶体管Q1的栅极提供高电平，以导通NMOS晶体管Q1，充电电路210工作。

在一种实施例中，充电电路210包括：PMOS晶体管Q5，PMOS晶体管Q6，电阻R8，电容C1，和电容C2；PMOS晶体管Q5的源极、PMOS晶体管Q6的源极、电阻R8的第一端和电容C1的第一端连接，PMOS晶体管Q5的栅极、PMOS晶体管Q6的栅极、电阻R8的第二端和电容C1的第二端连接，且与NMOS晶体管Q1的漏极连接，PMOS晶体管Q6的漏极、电容C2的第一端和电池的正极连接，PMOS晶体管Q5的漏极和电芯的正极连接，电容C2的第二端接地。

在充电时，NMOS晶体管Q1导通，PMOS晶体管Q5和PMOS晶体管Q6的栅极接收低电平，在低电平下导通；充电电路210工作，充电信号经过充电电路为电芯充电。在放电时，NMOS晶体管Q1关断，则PMOS晶体管Q5和PMOS晶体管Q6的栅、源极电压相等，PMOS晶体管Q5和PMOS晶体管Q6不导通，充电电路210断开。在一种实施例中，PMOS晶体管Q5和PMOS晶体管Q6以背对背的方式连接，控制充电电路210通断，进一步防止充电电路210在放电时导通。

在一实施例中，放电电路220，包括：降压转换器(或称为压降变换器)U4、电容C3、电容C4、电感L1、电阻R4、电阻R6、和NMOS晶体管Q4。

降压转换器U4的输入端V_in通过电容C3接地，且与电芯的正极连接；降压转换器U4的输出端SW与电感L1的第一端连接，电感L1的第二端、电容C4的第一端、电阻R4的第一端、NMOS晶体管Q4的源极连接；降压转换器U4的反馈端FB与电阻R4的第二端、电阻R6的第一端连接；降压转换器U4的输出状态指示端PG与NMOS晶体管Q4的栅极连接，NMOS晶体管Q4的漏极作为放电电路220的输出端，可以与电池的正极连接。

以上管理电路还可以包括电阻R7(又称为第七电阻)和二极管D1。电阻R7和二极管D1可以作为放电电路210的一部分，也可以作为充电电路220的一部分，或者作为独立的部分。电阻R7的第一端与PMOS晶体管Q5的漏极连接，第二端与降压转换器U4的使能端EN连接；二极管D1的正极(或阳极)与电阻R7的第二端以及降压转换器U4的使能端EN连接，负极(或阴极)与PMOS晶体管Q5的栅极连接，且进一步与NMOS晶体管Q1的漏极连接。

充电时，NMOS晶体管Q1导通，二极管D1的负极通过NMOS晶体管Q1接地，使二极管D1导通，向降压转换器U4的使能端EN提供低电平，降压转换器U4去使能。放电时，二极管D1截止，电芯的正极B+经过电阻R7向降压转换器U4的使能端提供高电平；降压转换器U4工作，输出端SW，根据电阻R4的第一端提供的反馈电压信号，向NMOS晶体管Q4的源极降压输出电压；在输出电压稳定在预设电压范围内时，降压转换器U4的输出状态指示端PG导通NMOS晶体管Q4，使放电电路220导通。

本实施例在充电电路210导通时，放电电路220由于二极管D1导通，使降压转换器U4的使能端EN接收低电位而去使能降压转换器U4，放电电路220断开；在充电电路210断开时，电芯开始放电，二极管D1由于NMOS晶体管Q1关断而截止，降压转换器U4的使能端EN接收到电芯经过电阻R7提供的使能信号，开始工作；降压转换器U4根据输入端V_in接收到的输入电压信号及反馈端FB接收到的反馈电压信号，通过输出端SW进行降压输出；降压转换器U4的输出状态指示端PG在输出电压在预设电压范围内时，通过向NMOS晶体管Q4提供栅极电压，导通NMOS晶体管Q4，使放电电路220导通，在预设电压范围外，则关断NMOS晶体管Q4，使得输出电压不符合预期时，使放电电路220断开。

进一步的，放电电路220还包括调整子电路221；调整子电路221同以上描述，包括双电压比较器U3和开关电路S3，其中开关电路S3包括PMOS晶体管Q3；且双电压比较器U3的输出端V_OUT连接PMOS晶体管Q3的栅极以及电阻R9的第一端，电阻R9的第二端与放电电路220的输出端连接，即双电压比较器U3的输出端V_OUT通过电阻R9与电阻R5的第一端、电阻R4的第一端与电感L1的第二端连接。

在双电压比较器U3的输出端V_OUT高电平输出时，PMOS晶体管Q3关断，R4参与分压，降压转换器U4进行第一降压输出。在双电压比较器U3的输出端V_OUT低电平输出时，PMOS晶体管Q3导通，电阻R5并联电阻R4共同分压，使电阻R6获得更大分压，增加降压转换器U4的反馈端FB接收到反馈信号的电压值；根据降压转换器U4的反馈机制，降压转换器U4的反馈端FB改变输出端SW输出的电压，进行第二降压输出，如以上实施例所述，第二降压输出具有更小的电压值。

在一种实施例中，放电电路220的后端也进行导通和截止控制，例如，控制电路230还包括电压检测器U2和第二开关电路S2，其中第二开关电路S2包括PMOS晶体管Q2；电压检测器U2的输入端V_in、PMOS晶体管Q2的源极和电池的正极连接，电压检测器U2的输出端V_OUT与PMOS晶体管Q2的栅极连接，PMOS晶体管Q2的漏极与放电电路220的输出端连接；

放电时，电压检测器U2的阈值电压(例如1.8V)大于电池的最大输出电压(例如1.5V)，放电时，电压检测器U2的输入端V_in电压小于电压检测器U2的阈值电压，电压检测器U2的输出端V_OUT向PMOS晶体管Q2的栅极输出低电平，导通PMOS晶体管Q2；放电电路220的输出端经过PMOS晶体管Q2向电池的正极提供供电电压。充电时，电池的正极连接充电器，充电器提供的充电电压(例如4.2V)大于电压检测器U2的阈值电压时，电压检测器U2的输出端V_OUT向PMOS晶体管Q2的栅极输出高电平，断开PMOS晶体管Q2，防止正极接到过高电压的电源时，放电电路220反向导通，导致降压转换器U4损坏。

本发明的一实施例中，保护电路240包括电阻R10、电容C5、电芯保护器U5、电阻R11；电阻R10的第一端与电芯的正极B+连接，电阻R10的第二端与电芯保护器U5的正输入端VDD连接，且与电容C5的第一端连接；电容C5的第二端与电芯的负极B-连接；电芯保护器U5的负输入端VSS和第一源端S1与电芯的负极B-连接，电芯保护器U5的第二源端S2与电池的负极V-连接，电芯保护器U5的充电器负极输入端VM通过电阻R11连接第二源端S2；第一源端S1是放电MOS管的源极，用于连接电芯的负极，第二源端S2是充电MOS管的源极，用于充电时连接负极输入。

保护电路240在电芯的充放电过程中对电芯提供过充或过放保护。

综上所述，以上实施例在电池中引入选择端和控制电路，且控制电路利用选择端的电压来控制充电电路或放电电路的状态，从而导通充电电路或放电电路，以较低的复杂度实现对电池充放电的管理，降低了电池的成本。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的部分实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电池的管理电路，其特征在于，包括：

充电电路(210)，一端连接所述电池的充电端，以接收充电信号，另一端连接所述电池的电芯正极，以向所述电芯提供充电电压；

放电电路(220)，一端连接所述电芯的正极，以接收放电信号，另一端连接所述电池的供电端，以提供供电电压；

控制电路(230)，连接所述电池的选择端，根据所述选择端的电压控制所述充电电路(210)和所述放电电路(220)的状态。

2.根据权利要求1所述的电池的管理电路，其特征在于，所述控制电路(230)包括：

第一电压检测器(U1),所述第一电压检测器(U1)的输入端连接所述电池的选择端，且在所述选择端的电压大于或等于所述第一电压检测器(U1)的阈值电压时，所述第一电压检测器(U1)的输出端输出第一电压；

第一开关电路(S1,Q1)，与所述第一电压检测器(U1)的输出端连接，在所述第一电压检测器(U1)的输出端输出所述第一电压时，所述第一开关电路(S1,Q1)导通，其中，所述第一开关电路(S1,Q1)与所述充电电路(210)连接，在所述第一开关电路(S1,Q1)导通时，所述充电电路(210)导通。

3.根据权利要求2所述的电池的管理电路，其特征在于，所述第一电压检测器(U1)的阈值电压大于所述电池的最大供电电压。

4.根据权利要求2或3所述的电池的管理电路，其特征在于，所述控制电路(230)还包括：

第二电压检测器(U2),所述第二电压检测器(U2)的输入端连接所述电池的充电端，且在所述充电端的电压大于或等于所述第二电压检测器(U2)的阈值电压时，所述第二电压检测器(U2)的输出端输出第二电压；

第二开关电路(S2,Q2)，与所述第二电压检测器(U2)的输出端连接，在所述第二电压检测器(U2)的输出端输出所述第二电压时，所述第二开关电路(S2,Q2)导通，其中，所述第二开关电路(S2,Q2)与所述放电电路(220)连接，在所述第二开关电路(S2,Q2)导通时，所述放电电路(220)导通。

5.根据权利要求1所述的电池的管理电路，其特征在于，还包括：

负温度系数热敏电阻(RT)，一端连接所述电池的选择端，另一端接地。

6.根据权利要求1所述的电池的管理电路，其特征在于，所述放电电路(220)包括：

调整子电路(221)，用于调整所述放电电路(220)的输出电压，其中，所述电芯的放电信号在第一范围时，所述调整子电路(221)调整所述放电电路(220)输出具有第一值的所述供电电压，所述电芯的放电信号在第二范围时，所述调整子电路(221)调整所述放电电路(220)输出具有第二值的所述供电电压，所述第一值小于所述第二值。

7.根据权利要求6所述的电池的管理电路，其特征在于，所述调整子电路(221)包括：

双电压比较器(U3)，包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中：

所述第一输入端连接所述电芯的正极；

所述第二输入端通过第一电阻与所述电芯的正极连接；

所述第三输入端通过所述第一电阻和第二电阻与所述电芯的正极连接，且通过第三电阻接地；

第三开关电路(S3,Q3)，与所述双电压比较器(U3)的输出端连接，在所述输出端的输出电压控制下导通或断开，其中，所述第三开关电路(S3,Q3)导通时，所述放电电路(220)输出具有第一值的所述供电电压，且所述第三开关电路(S3,Q3)断开时，所述放电电路(220)输出具有第二值的所述供电电压。

8.根据权利要求7所述的电池的管理电路，其特征在于，所述放电电路(220)还包括：

降压转换器(U4)，包括输入端、使能端、反馈端、和输出端，其中：

所述输入端连接所述电芯的正极；

所述使能端在所述充电电路(210)导通时去使能所述降压转换器(U4)，且在所述放电电路(220)导通时，使能所述降压转换器(U4)；

所述反馈端和所述输出端之间并联第四电阻(R4)和第五电阻(R5)，且通过第六电阻(R6)接地，所述第五电阻(R5)与所述第三开关电路(S3,Q3)串联。

9.根据权利要求8所述的电池的管理电路，其特征在于，所述使能端通过二极管(D1)连接所述控制电路，且通过第七电阻(R7)连接所述电芯的正极。

10.根据权利要求8所述的电池的管理电路，其特征在于，所述降压转换器(U4)还包括输出状态指示端，且所述放电电路还包括：

第四开关电路(Q4)，位于所述放电电路的输出路径上，与所述降压转换器(U4)的输出状态指示端连接。

11.一种电池，其特征在于，包括电芯和如权利要求1-10任一项所述的电池管理电路。

12.根据权利要求11所述的电池，其特征在于，还包括:

壳体(110)，所述电芯(120)和所述电池管理电路设置于所述壳体(110)内，且所述电池的充电端和选择端为所述壳体(110)上的第一金属电极(111)和第二金属电极(112)。

13.一种充电器，其特征在于，包括：

充电主体，具有容纳区，用于容纳电池；

第一金属电极和第二金属电极，设置于所述容纳区，所述第一金属电极用于向所述电池的充电端提供充电信号，所述第二金属电极用于向所述电池的选择端提供电压。