CN203554005U - 可自动上电式零功耗锂电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可自动上电式零功耗锂电池管理系统，包括外置充电器，其输入端接220V市电，其输出端依次通过光电继电器电路、DC-DC电路与运算处理器CPU的输入端相连，运算处理器CPU的输出端与I/0开关控制电路的输入端相连，I/0开关控制电路的输出端与光电继电器电路的输入端相连。本实用新型通过外置充电器的自动市电加载，触发光电继电器电路导通，通过DC-DC电路的转换，给运算处理器CPU供电，实现了自动上电功能；同时，当锂电池电芯电压下降至危险阈值时，运算处理器CPU控制I/O开关控制电路关断光电继电器电路，从而DC-DC电路的输入端电压为0V，DC-DC电路的输出端电压也为OV，实现系统自动掉电，停止系统工作实现待机零功耗功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可自动上电式零功耗锂电池管理系统。
背景技术
全球多年来一直使用的是铅酸电池，铅酸电池虽然价格便宜，然而体积大、循环次数少的缺陷表现明显。近来，随着新材料科学的快速发展，研制出了一种新型化学材料电池——锂电池。锂电池由于锂离子的特殊化学性能表现活性很强，需要配套的锂电池管理系统才可以安全使用。
对于锂电池管理系统的一个非常重要指标就是自身功耗参数，目前厂商做的功耗指标基本停留在待机1mA左右，特别优秀的极限在700uA左右。当锂电池容量较小的时候，锂电池管理系统自身功耗所占比例很高，严重影响了锂电池的使用时问，尤其当锂电池长期搁置时，会导致锂电池过放而损坏报废。有厂商采用添加外置电源开关方式关机实现零功耗，但是在使用过程中操作者容易忘记关机而导致电池报废，在特殊环境下，比如深山老林里使用也无法实现频繁的人控开/关机。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种无需人工看守可实现自动上电、实现待机零功耗的可自动上电式零功耗锂电池管理系统。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种可自动上电式零功耗锂电池管理系统，包括外置充电器，其输入端接220V市电，其输出端依次通过光电继电器电路、DC-DC电路与运算处理器CPU的输入端相连，运算处理器CPU的输出端与I/O开关控制电路的输入端相连，I/O开关控制电路的输出端与光电继电器电路的输入端相连。
所述光电继电器电路采用光耦U3，光耦U3采用TLP521芯片，所述外置充电器的输入端接220VAC，外置充电器的输出端接光耦U3的第1、2输入引脚，光耦U3的第4输出引脚接锂电池的正极，光耦U3的第3引脚与DC-DC电路的输入端相连。
所述DC-DC电路采用芯片U2，芯片U2为LM5007芯片，其第8输入引脚与光电继电器电路的输出端相连，其6脚通过电阻R7接其第8输入引脚，其7脚通过电容C2接地，其3脚通过电阻R8接其4脚后接地，其2脚通过电容C3与其第1输出引脚相连，其第1输出引脚通过电感L1接运算处理器CPU的输入端，电感L1依次通过电阻R9、R10接地，芯片U2的5脚接在电阻R9、R10之间。
所述运算处理器CPU采用芯片U1，芯片U1为PIC18F46K80芯片，其第7输入引脚接DC-DC电路的输出端，其28脚与其第7输入引脚相连，其23脚通过电容C1与其6、29脚相连后接地，其第5输出引脚接I/O开关控制电路的输入端。
所述I/O开关控制电路包括三极管Q1，其基极通过电阻R3接运算处理器CPU的输出端，其发射极接地，运算处理器CPU的输出端通过电阻R2接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端分别与电阻R5、MOS管Q2的栅极相连，电阻R5的另一端分别与锂电池的正极、MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q2的源极与DC-DC电路的输入端相连。
由上述技术方案可知，本实用新型通过外置充电器的自动市电加载，触发光电继电器电路导通，通过DC-DC电路的转换，给运算处理器CPU供电，实现了自动上电功能；同时，当锂电池电芯电压下降至危险阈值时，运算处理器CPU控制I/O开关控制电路关断光电继电器电路，从而DC-DC电路的输入端电压为OV，DC-DC电路的输出端电压也为OV，实现系统自动掉电，停止系统工作实现待机零功耗功能。本实用新型的运行完全无需人工参与，全部自动完成，成本较低，解决了目前市场上所有锂电池管理系统一直未解决的关键问题，市场推广价值极大。
附图说明
图1、2分别为本实用新型的电路框图、电路原理图。
具体实施方式
一种可自动上电式零功耗锂电池管理系统，包括外置充电器5，其输入端接220V市电，其输出端依次通过光电继电器电路3、DC-DC电路2与运算处理器CPU1的输入端相连，运算处理器CPU1的输出端与I/O开关控制电路4的输入端相连，I/O开关控制电路4的输出端与光电继电器电路3的输入端相连。外置充电器5控制光电继电器电路3工作的开启，实现无人看守可自动上电功能；运算处理器CPU1控制I/O开关控制电路4，实现对于光电继电器电路3的开关状态切换；光电继电器电路3控制DC-DC电路2的输入，DC-DC电路2输出产生满足运算处理器CPU1正常工作的电压信号条件，通过光电继电器电路3的工作/停止状态切换，实现DC-DC电路2的输入电压开/关，从而控制运算处理器CPU1的工作/停止。
如图2所示，所述光电继电器电路3采用光耦U3，光耦U3采用TLP521芯片，所述外置充电器5的输入端接220VAC，外置充电器5的输出端接光耦U3的第1、2输入引脚，光耦U3的第4输出引脚接锂电池的正极，光耦U3的第3引脚与DC-DC电路2的输入端相连。所述DC-DC电路2采用芯片U2，芯片U2为LM5007芯片，其第8输入引脚与光电继电器电路3的输出端相连，其6脚通过电阻R7接其第8输入引脚，其7脚通过电容C2接地，其3脚通过电阻R8接其4脚后接地，其2脚通过电容C3与其第1输出引脚相连，其第1输出引脚通过电感L1接运算处理器CPU1的输入端，电感L1依次通过电阻R9、R10接地，芯片U2的5脚接在电阻R9、R10之间。
如图2所示，所述运算处理器CPU1采用芯片U1，芯片U1为PIC18F46K80芯片，其第7输入引脚接DC-DC电路2的输出端，其28脚与其第7输入引脚相连，其23脚通过电容C1与其6、29脚相连后接地，其第5输出引脚接I/O开关控制电路4的输入端。所述I/O开关控制电路4包括三极管Q1，其基极通过电阻R3接运算处理器CPU1的输出端，其发射极接地，运算处理器CPU1的输出端通过电阻R2接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端分别与电阻R5、MOS管Q2的栅极相连，电阻R5的另一端分别与锂电池的正极、MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q2的源极与DC-DC电路2的输入端相连。
以下结合图1、2对本实用新型作进一步的说明。
外置充电器3相当于一个交流转直流的电源装置，当其输入接入市电220VAC时，输出48V的直流电源，因此外置充电器3当有市电接入时，其输出48V的直流电压，光电继电器电路3中的光耦U3的输入端发光二极管通过电流发光，激发光耦U3的输出端的三极管导通，即光耦U3的第3、4引脚连通。由于光耦U3的第4引脚电压接锂电池正极，锂电池的电压为标准的48V电压，所以器4引脚电压为电池正极电压——标准48V，导通时光耦U3的3引脚电压也为电池正极电压——标准48V。
DC-DC电路2中芯片U2是个DC-DC转换芯片，其第8引脚为输入端，第1引脚为输出端，芯片U2的第8引脚连接光耦U3的第3引脚。当光耦U3导通时，光耦U3的第3引脚电压为电池正极电压——标准48V，因此，芯片U2的第8引脚电压也为电池正极电压——标准48V，芯片U2工作，其第1引脚输出电压5V，该电压为运算处理器CPU1工作的必须条件电压。
DC-DC电路2的输出为5V，运算处理器CPU1满足工作条件，开始工作，运算处理器CPU1保持其I/O信号为逻辑“1”高电平，三极管Q1导通，其2、3引脚连接，其2脚接地，即OV电压，因此三极管Q1的3脚电压也为OV，2和3脚之间的阻抗接近O欧母。由于电阻R5和R4的分压，在电阻R5两端得到约48*(20/(20+100+0))=3V左右电压，该电压可以保持MOS管Q2导通，于是MOS管Q2的2和3脚连通，于是MOS管Q2的3脚的电压等同于2脚的电压，为电池正极电压——标准48V。因此，芯片U2的8脚电压为电池正极电压——标准48V。可见，光耦U3导通或者MOS管Q2导通都可以保持芯片U2的8脚电压为电池正极电压——标准48V。此时，即使外置充电器5断电，即撤除充电的输入端的市电220V交流电压，光耦U3关断，由于MOS管Q2导通，仍旧保持芯片U2的8脚电压为电池正极电压——标准48V，其输出5V电压，满足运算处理器CPU 1工作，保持系统正常工作，实现自动上电功能。
当锂电池电芯电压下降至非常危险的低阈值时，运算处理器CPU 1保持其I/O信号为逻辑“0”低电平，三极管Q1关闭，其2和3脚之间阻抗接近无穷大，由于电阻R5、R4和三极管Q1的阻抗的分压，在电阻R5两端得到约48*(20/(20+100+无穷))=OV左右电压，该电压可以导致MOS管Q2关断，因此MOS管Q2的2和3脚不导通，MOS管Q2的3脚电压为OV。由于光耦U3的3脚和MOS管Q2的3脚输出同时连接到DC-DC电路2的输入端，即芯片U2的8脚，此时如果外置充电器5断电，由于运算处理器CPU1保持其I/O信号为逻辑“0”低电平，导致MOS管Q2关断，因此DC-DC电路2的输入端，即芯片U2的8脚电压为OV，DC-DC电路2的输出端，即芯片U2的1脚电压也为OV，运算处理器CPU 1工作条件不满足，系统电源关闭，实现系统自动掉电，功耗降为零。
综上所述，本实用新型通过外置充电器5的自动市电加载，触发光电继电器电路3导通，通过DC-DC电路2的转换，给运算处理器CPU1供电，实现了自动上电功能；同时，当锂电池电芯电压下降至危险阈值时，运算处理器CPU1控制I/O开关控制电路4关断光电继电器电路3，从而DC-DC电路2的输入端电压为OV，DC-DC电路2的输出端电压也为OV，实现系统自动掉电，停止系统工作实现待机零功耗功能。
Claims (5)
1.一种可自动上电式零功耗锂电池管理系统，其特征在于：包括外置充电器(5)，其输入端接220V市电，其输出端依次通过光电继电器电路(3)、DC-DC电路(2)与运算处理器CPU(1)的输入端相连，运算处理器CPU(1)的输出端与I/O开关控制电路(4)的输入端相连，I/O开关控制电路(4)的输出端与光电继电器电路(3)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的可自动上电式零功耗锂电池管理系统，其特征在于：所述光电继电器电路(3)采用光耦U3，光耦U3采用TLP521芯片，所述外置充电器(5)的输入端接220VAC，外置充电器(5)的输出端接光耦U3的第1、2输入引脚，光耦U3的第4输出引脚接锂电池的正极，光耦U3的第3引脚与DC-DC电路(2)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的可自动上电式零功耗锂电池管理系统，其特征在于：所述DC-DC电路(2)采用芯片U2，芯片U2采用LM5007芯片，其第8输入引脚与光电继电器电路(3)的输出端相连，其6脚通过电阻R7接其第8输入引脚，其7脚通过电容C2接地，其3脚通过电阻R8接其4脚后接地，其2脚通过电容C3与其第1输出引脚相连，其第1输出引脚通过电感L1接运算处理器CPU(1)的输入端，电感L1依次通过电阻R9、R10接地，芯片U2的5脚接在电阻R9、R10之间。
4.根据权利要求1所述的可自动上电式零功耗锂电池管理系统，其特征在于：所述运算处理器CPU(1)采用芯片U1，芯片U1为PIC18F46K80芯片，其第7输入引脚接DC-DC电路(2)的输出端，其28脚与其第7输入引脚相连，其23脚通过电容C1与其6、29脚相连后接地，其第5输出引脚接I/O开关控制电路(4)的输入端。
5.根据权利要求1所述的可自动上电式零功耗锂电池管理系统，其特征在于：所述I/O开关控制电路(4)包括三极管Q1，其基极通过电阻R3接运算处理器CPU(1)的输出端，其发射极接地，运算处理器CPU(1)的输出端通过电阻R2接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端分别与电阻R5、MOS管Q2的栅极相连，电阻R5的另一端分别与锂电池的正极、MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q2的源极与DC-DC电路(2)的输入端相连。
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Addressee: ANHUI SUNRISE PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Document name: Notification of Termination of Patent Right |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140416 Termination date: 20141019 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |