CN206077015U - 一种锂电池充电管理电路 - Google Patents

Abstract

一种锂电池充电管理电路，包括单片机模块，充电电源、充电电路，充电电路与充电电源之间串接有电流检测电路，电流检测电路与单片机模块连接，充电电路的一个端口上连接有电流预设电位器，电流预设电位器连接单片机模块。所述单片机模块分别连接充电电流设置按钮、报警电路、温度检测电路、电压检测电路、显示模块。本实用新型一种锂电池充电管理电路，可以通过显示屏对锂电池充电过程的关键数据进行实时监测和控制，如：实时显示锂电池的充电电压、充电电流、已充入的电量、电池的温度等。充电过程中，当数据出现异常时，电路会发出报警声，提醒人们检查原因，排除故障。

Description

一种锂电池充电管理电路

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体是一种锂电池充电管理电路。

背景技术

随着便携式电器设备的普及，锂电池的使用已随处可见。从手机到平板，从各种便携式仪器仪表到学生的各种科技活动，使用的电源都逐步被锂电池代替。但是，使用锂电池就离不开充电器，一个好的、功能完备的充电器对正确安全使用锂电池极其重要。在对锂电池充电时，经常因为电池或充电器的原因，充电充了很长时间，取下电池使用时，电池还是没电；有的电池，在充电过程中，电池发热甚至发生爆炸事故。因此，在充电过程中，对电池的充电情况进行实时监测管理，出现问题时能及时发现极为重要。在充电过程中，有必要确保充电过程有效、安全的进行。

发明内容

本实用新型提供一种锂电池充电管理电路，可以通过显示屏对锂电池充电过程的关键数据进行实时监测和控制，如：实时显示锂电池的充电电压、充电电流、已充入的电量、电池的温度等。充电过程中，当数据出现异常时，电路会发出“笛…笛…笛…”的报警声，提醒人们检查原因，排除故障。为适应不同容量电池的充电，本实用新型还设计了一个充电电流设置按钮，通过其对充电电流进行预设，实现对多种容量的锂电池安全充电，设置的充电电流值，可以通过显示屏查看。

本实用新型采取的技术方案为：

一种锂电池充电管理电路，包括单片机模块，充电电源、充电电路，充电电路与充电电源之间串接有电流检测电路，电流检测电路与单片机模块连接，通过单片机模块实现对充电电流和充电电量的检测；充电电路的一个端口上连接有电流预设电位器，电流预设电位器连接单片机模块，通过单片机模块的控制，改变电流预设电位器输出口与地端的电阻值，从而改变充电电路的充电电流大小。

所述单片机模块分别连接充电电流设置按钮、报警电路、温度检测电路、电压检测电路、显示模块。

所述电流检测电路包括集成电路IC4，集成电路IC4的2#、3#脚为电流输入脚，其由电源适配器，经电源输入端子CN1接入5V直流充电电源；

集成电路IC4的6#、7#脚为电流输出脚，两者之间内置有一个电流采样电阻；

集成电路IC4的8#脚与地之间，连接了一只电流电压转换电阻R4；

集成电路IC4的8#脚连接单片机模块的P1.1口连接。

所述充电电路包括集成电路IC6，集成电路IC6的电源输入端8#脚连接在集成电路IC4的电流输出口6#、7#脚上。

所述电流预设电位器为采用数字电位器IC5，数字电位器IC5的#5引脚为可变电阻输出脚，数字电位器IC5的#5引脚与集成电路IC6的2#脚连接；

数字电位器IC5的1#,2#,7#脚为数字电位器的控制端口，分别与单片机模块的P1.3、P1.4、P5.4口连接；

在单片机的P3.0口上连接一个按钮开关S1，通过按钮开关S1，来实现单片机对数字电位器IC5的控制。

所述电压检测电路包括电阻R2，单片机模块的P1.2口通过电阻R2连接充电电源的正极，实现对充电电源电压的检测；

单片机模块P1.5口连接到锂电池充电端口正极，来实现对锂电池充电电压的检测。

所述温度检测电路包括集成电路IC2，集成电路IC2的2#脚是其温度数据I/O口，其与单片机模块的P3.7脚连接，实现对充电温度的检测。

所述报警电路包括三极管VT、驱动蜂鸣器BZ，三极管VT、驱动蜂鸣器BZ连接单片机模块。

所述显示模块为OLED12864点阵的显示屏，采用SPI通讯方式与单片机模块连接，占用单片机4个端口；或者采用IIC的通讯方式，只需占用单片机模块的两个接口。

该电路还包括稳压集成电路IC1，稳压集成电路IC1采用一只高精度的稳压稳压电源L431，其1#、3#脚通过一只电阻接电源正极，同时与单片机模块的P1.0口连接。

所述单片机模块采用STC15W408AS单片机IC3。

本实用新型一种锂电池充电管理电路，有益效果如下：

1：锂电池的使用已非常普遍，但，至今为止，锂电池充电的过程还存在着一些问题甚至危险，本实用新型通过显示屏把充电过程变得可视，可知，可控。当充电发生异常时，能够及时发出报警信号，提醒人们及时排查，使充电过程更加有效，可靠，安全。由于本实用新型可以根据电池的容量设置充电电流的大小，也大大提高了充电电路的适用范围。

2：以电流检测集成电路作为锂电池充电电流电量检测电路，简化了电路结构，提高了电路工作可靠性。

3：采用数字电位器替代固定电阻，配合单片机控制，实现锂电池充电电流的设置，以适应各种容量锂电池的充电。

4：采用具有AD转换功能的16脚单片机作为控制芯片，实现对锂电池充电电流、电压的检测和充电异常报警，提高了电路工作的可靠性，并进一步简化了电路结构，降低了电路成本。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种锂电池充电管理电路，包括单片机模块1，充电电源2、充电电路3，充电电路3与充电电源2之间串接有电流检测电路4，电流检测电路4与单片机模块1连接，通过单片机模块1实现对充电电流和充电电量的检测。充电电路3的一个端口上连接有电流预设电位器5，电流预设电位器5连接单片机模块1，通过单片机模块1的控制，改变电流预设电位器5输出口与地端的电阻值，从而改变充电电路3的充电电流大小。

所述单片机模块1分别连接充电电流设置按钮6、报警电路7、温度检测电路8、电压检测电路、显示模块9。实现对充电电流的预设、充电电源电压、锂电池端电压、充电电流、电量的实时检测，显示，并在出现异常时发出报警信号。

图2是本实用新型电路原理图。电路中，IC3是一只具有AD转换功能的16脚单片机，IC1是一只稳压集成电路，电路中的这种连接方式使其产生一个标准的2.50V基准电压，这个电压连接到单片机的P1.0口，为电路提供一个电压基准，以提高检测数据的精度。

1、充电电流电量的检测：

电路中，电流检测电路4由一片专用的电流检测集成电路IC4来实现，完成对锂电池10充电电流、电量的检测。电流检测集成电路IC4的2#,3#脚为电流输入脚，其由电源适配器经电源输入端子CN1接入5V直流电源，集成电路IC4的6#,7#脚为电流输出脚，两者之间内置有一个小电阻值的电流采样电阻，经过其内部运算电路，将通过小电阻的电流大小成比例的由其8#脚输出，在其8#脚与地之间，连接了一只电流电压转换电阻R4，同时，8脚还与单片机P1.1口连接，这样，通过检测8脚上的电压值，就可以知道其电流大小。

电路中，充电电路3由一片专用的锂电池充电集成电路IC6来实现，由它完成对锂电池10的充电功能。在电路连接中，将该电路的电源输入端8#脚连接在IC4的电流输出口6#、7#脚上，这样，在对锂电池充电的过程中，由IC4检测到的电流，就是通过IC6对锂电池10的充电电流，这个电流与充电时间的乘积，就是充入锂电池的电量。由于充电电流是变化的，对电量的计算需要分段进行，如每分钟计算一次电量，不断累加计算结果，就可以得到实时的充电电量值和充电结束时的电量值。

2、实现对充电电流的设置：

锂电池充电集成电路在对锂电池10充电时，都采用恒流恒压方式进行的，先对锂电池10进行恒流充电，当锂电池10的端电压上升接近锂电池10的上限电压4.2V时，充电电流逐步减小，电路进入恒压充电模式继续对锂电池10充电，直至充电电流减少至阈值电流时，充电结束。在对锂电池10充电时，不同容量的锂电池，需要不同的恒流充电电流，特别对于小容量的锂电池，如果采用较大的恒流充电电流进行充电，容易导致锂电池充电温度过热，轻则影响锂电池的使用寿命，重则可能使锂电池发生爆炸。所以，对小容量的锂电池，要采用相应的小的恒流电流进行充电。上述锂电池充电集成电路IC6的充电恒流电流的大小，由其2#脚对地连接的电阻的大小决定，这里采用一个数字电位器代替固定电阻，通过单片机对数字电位器进行控制来改变数字电位器的电阻值，这样就改变了IC6的充电电流值，实现了对充电电流的设置。电路中，IC5为一只数字电位器，其5#脚为可变电阻输出脚，把这个脚与IC6的2#脚连接，同时， IC5的1#,2#,7#脚为数字电位器的控制端口，分别与单片机的P1.3，P1.4，P5.4口连接，在单片机的P3.0口上连接一个按钮开关S1，通过S1，来实现单片机对IC5的控制，从而实现对充电电流值的设置。

3、充电电压的检测：

在对锂电池充电时，需要对两方面的电压进行检测，一是充电电源电压，二是正在充电的锂电池端电压。在充电中，如果选用的充电适配器质量较差，当采用较大电流对锂电池充电时，可能会因为充电适配器容量不够，而导致电源电压大幅度降落，当这个电压低于充电IC的最低工作电压时，充电IC是不能正常工作的，这样会导致长时间充电但实际上锂电池并没有被充上电，白白浪费了充电时间，有时还会因为充电的锂电池不能用上而误事。另外，如果充电中意外出现充电IC损坏的情况，对充电终止电压失去控制，当锂电池端电压超过4.2V时，还继续施加电源电压，可能会导致电池过压而损坏甚至爆炸的危险。

对电压的检测，因为采用了具有A/D转换功能的单片机，因而实现起来是比较方便，这里，将单片机的P1.2口通过电阻R2连接电源正极，实现对电源电压的检测，单片机P1.5口连接到锂电池充电端口正极来实现对锂电池充电电压的检测，电路的AD转换运算则通过单片机来实现。

4、充电温度检测：

在锂电池充电过程中，或因为充电电流过大，或因为电源电压超过锂电池的上限电压，都有可能导致锂电池内部温度异常升高，而温度异常升高的后果，极易造成锂电池的损坏和爆炸。电路中IC2是一只温度检测集成电路，其2#脚是其温度数据IO口，这里将其与单片机的P3.7脚连接，实现对充电温度的检测。

5、实现充电异常情况报警：

充电异常的情况主要有，充电温度异常，充电电压异常等。在上述充电电压和温度的检测中，当监测到的温度值超过设定的正常温度范围时，让单片机的P5.5口输出报警的脉冲信号，通过与之连接的三极管VT，驱动蜂鸣器BZ发出报警声音，同样，当监测到锂电池端口的充电电压超过4.2V时，也让蜂鸣器发出报警声，以此提醒我们及时发现问题，排除故障。还有两种情况也应该引起注意，用于充电的5V充电适配器，市面上和网络上有很多假冒产品，输出的充电电流很小，甚至因为接入电路后，充电电源的端电压跌落太大，低于充电器正常的工作电压，使充电器根本不能启动工作，这种情况如果不能及时发现，就会白白浪费很多时间。这种情况，可以通过OLED显示屏观察各端电压情况，发现异常时及时更换电源适配器。

实施例：

单片机IC3采用一只STC15W408AS单片机作为电路的控制芯片，该单片机的P1口都具有10位精度的AD转换功能，采用的显示模块为一片0.96吋的OLED12864点阵的显示屏，这个显示屏采用SPI通讯方式与单片机连接，占用单片机4个端口，也可以采用IIC的通讯方式，这样只需占用单片机的两个接口，可进一步节省单片机端口资源。稳压集成电路IC1选用一只高精度的稳压稳压电源L431，其1#、3#脚通过一只电阻接电源正极，同时与单片机IC3的P1.0口连接，这种连接方式，可以使单片机P1.0口获得一个较高精度的2.50V基准电压，为本电路各种电流，电压量的检测奠定了基础。单片机IC3的P1.2口通过一只电阻与电源连接，实现对电源电压的检测。电路中的温度检测集成电路IC2，这里采用一只型号为DS18B20的专用温度检测集成电路，其2#脚与单片机IC3的P3.7脚连接。DS18B20体积小，结构简单，不需要调试，检测的温度数据直接从2#脚输出，由单片机读出数据即可，简化了电路设计和电路结构。电流检测集成电路IC4选用的是一片MAX471专用的电流检测集成电路，其最大检测电流为3A，用于充电电流检测，已经足够了。这里，将其2#、3#脚接电源正极，作为电流的流入端，6#、7#脚作为电流的输出端，与充电集成电路IC6的电源正极连接，IC4的8#脚是检测电流输出端，将其与地之间连接一只电阻R4，并与单片机的P1.1口连接，这样，通过检测R4上的对地电压，就可以检测出充电电流的大小，并计算出充电的电量值。充电集成电路IC6选用一片最大充电电流为1.2A的TP4056集成电路，其电源输入端4#脚与IC4的电流输出端6#、7#脚连接，充电电流输出脚5#脚通过连接端子CN2与锂电池连接，同时，端子的正极连还要与单片机P1.5口连接，以此实现对锂电池电压的检测。在IC6的7#脚与电源正极之间，还通过一个限流电阻R5连接了一只发光二极管LED，充电时，IC6的7#脚为低电平，LED被点亮，当电池充电结束时，IC6的7#脚变为高电平，LED熄灭。电路中的数字电位器IC5选用的型号为X9313W，其为一片32阶数控电位器，最大电阻值为10K，IC5的5#脚是该电路的可变电阻输出脚，将该脚与充电集成电路IC6的2#脚连接，通过改变2#脚的对地电阻值，可以改变充电集成电路IC6的充电电流大小，实现充电电流的预设功能。电路中，数字电位器IC5的3个控制端1#、2#、6#脚分别与单片机IC3的P1.3，P1.4，P5.4口连接，控制按钮S1接在单片机P3.0口，通过S1的控制，实现对单片机P1.3，P1.4，P4.5三脚输出状态的控制，这样实现了对IC5输出电阻大小的控制。因为选用的充电集成电路IC6最大充电电流为1.2A，这里将其分为6个充电电流挡位进行设置，分别为0.9A，0.5A，0.4A，0.3A，0.2A，0.1A，这样，本电路既可以对较大容量的锂电池进行充电，也可以对小容量的锂电池进行充电，比如容量只有几十毫安时的可充电纽扣锂电池进行充电。

电路中的VT1选用S8550 PNP型三极管，BZ选用5V16欧无源电磁式蜂鸣器。

Claims (10)

1.一种锂电池充电管理电路，包括单片机模块（1），充电电源（2）、充电电路（3），其特征在于：充电电路（3）与充电电源（2）之间串接有电流检测电路（4），电流检测电路（4）与单片机模块（1）连接，通过单片机模块（1）实现对充电电流和充电电量的检测；充电电路（3）的一个端口上连接有电流预设电位器（5），电流预设电位器（5）连接单片机模块（1）；所述单片机模块（1）分别连接充电电流设置按钮（6）、报警电路（7）、温度检测电路（8）、电压检测电路、显示模块（9）。

2.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述电流检测电路（4）包括集成电路IC4，集成电路IC4的2#、3#脚为电流输入脚，其由电源适配器，经电源输入端子CN1接入5V直流充电电源；

集成电路IC4的6#、7#脚为电流输出脚，两者之间内置有一个电流采样电阻；

集成电路IC4的8#脚与地之间，连接了一只电流电压转换电阻R4；

集成电路IC4的8#脚连接单片机模块（1）的P1.1口连接。

3.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述充电电路（3）包括集成电路IC6，集成电路IC6的电源输入端8#脚连接在集成电路IC4的电流输出口6#、7#脚上。

4.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述电流预设电位器（5）为采用数字电位器IC5，数字电位器IC5的#5引脚为可变电阻输出脚，数字电位器IC5的#5引脚与集成电路IC6的2#脚连接；

数字电位器IC5的1#,2#,7#脚为数字电位器的控制端口，分别与单片机模块（1）的P1.3、P1.4、P5.4口连接；

在单片机的P3.0口上连接一个按钮开关S1，通过按钮开关S1，来实现单片机对数字电位器IC5的控制。

5.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述电压检测电路包括电阻R2，单片机模块（1）的P1.2口通过电阻R2连接充电电源（2）的正极，实现对充电电源（2）电压的检测；

单片机模块（1）的P1.5口连接到锂电池（10）充电端口正极，来实现对锂电池（10）充电电压的检测。

6.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述温度检测电路（8）包括集成电路IC2，集成电路IC2的2#脚是其温度数据I/O口，其与单片机模块（1）的P3.7脚连接，实现对充电温度的检测。

7.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述报警电路（7）包括三极管VT、驱动蜂鸣器BZ，三极管VT、驱动蜂鸣器BZ连接单片机模块（1）。

8.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述显示模块（9）为OLED12864点阵的显示屏，采用SPI通讯方式与单片机模块（1）连接，占用单片机4个端口；或者采用IIC的通讯方式，只需占用单片机模块（1）的两个接口。

9.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：该电路还包括稳压集成电路IC1，稳压集成电路IC1采用一只高精度的稳压稳压电源L431，其1#、3#脚通过一只电阻接电源正极，同时与单片机模块（1）的P1.0口连接。

10.根据权利要求1或2或4或5或6或7或8或9所述一种锂电池充电管理电路，其特征在于：所述单片机模块（1）采用STC15W408AS单片机IC3。