CN207426729U - 一种车载镍氢电池充电管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载镍氢电池充电管理电路，连接到供电电源和镍氢电池组，该充电管理电路包括单片机、连接供电电源的VCC端、充电模式切换模块、充电管理芯片、电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块；充电模式切换模块连接VCC端，并据单片机发送的切换信号来切换充电模式；充电管理芯片与充电模式切换模块连接；电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块分别将各自采集到的AD值发送给单片机。本实用新型提供的充电管理电路解决了传统镍氢充电方案无法实现涓流间隙充电的不足，通过单片机及充电管理IC的配合实现了安全可靠的镍氢充电方案。

Description

一种车载镍氢电池充电管理电路

技术领域

本实用新型涉及电路领域，特别是一种车载镍氢电池充电管理电路。

背景技术

镍氢电池作为一种高储能绿色电池，凭借其能量密度高、可快速充放电、循环寿命长以及无污染等优势在多个领域得到了广泛应用，尤其在性能要求较高的车载领域，往往对其整机的寿命要求达到5到10年之久，因而为镍氢电池设计可靠的充电管理电路就显得格外重要。在以上条件下，电池厂家一般推荐选择采用涓流间隙充电的方式为镍氢电池充电。

现有的充电技术利用充电管理芯片CN3085芯片本身的电池充电管理进行三段式充电 (涓流充电、恒流充电及维持充电)，这种方式虽然可以实现简单的充电功能，但是充电方式并非电池厂家推荐的最优充电策略，在对电池寿命要求较高的领域并不适用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种安全可靠的车载镍氢电池充电管理电路，延长镍氢电池使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种车载镍氢电池充电管理电路，连接到供电电源和镍氢电池组，该充电管理电路包括单片机、连接供电电源的VCC端、充电模式切换模块、充电管理芯片、电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块；

所述VCC端通过充电模式切换模块和充电管理芯片连接所述镍氢电池组；其中，所述充电模式切换模块用于控制充电电路的开闭，所述充电管理芯片用于控制充电电流；

所述电压检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测电池组电压，并将采集到的AD值发送到单片机的V_SENSE端；电流检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测充电电流，并将采集到的AD值发送到单片机的I_SENSE端；温度检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测电池温度，并将采集到的AD 值发送到单片机的TEMP_SENSE端；

所述单片机分别通过其CHARGE_PWM端和TRICKLE_EN端信号连接充电模式切换模块和充电管理芯片；单片机内预设有电压阈值，并据所述V_SENSE端的检测值与该电压阈值的比对，控制充电模式切换模块和充电管理芯片两者配合以切换镍氢电池组的充电模式；

所述单片机还依据所述I_SENSE端和TEMP_SENSE端的检测值，通过所述充电模式切换模块控制充电电路的开闭。

一实施例中：所述充电模式切换模块包括电阻R4、电阻R8、电容C2、肖特基二极管D1、P沟道场效应管Q1、NPN三极管Q2；所述VCC端引出两个连接端，其中一连接端通过电阻R4连到电阻R8的一端，另一连接端连接P沟道场效应管Q1的源极，Q1的漏极连接肖特基二极管D1的正极，D1的负极接入充电管理芯片的4脚，电阻R4和电阻R8的连接点处引线连接Q1的栅极并通过电容C2连接到地，电阻R8的另一端连接NPN三级管Q2的集电极，单片机的CHARGE_PWM端信号连接到Q2的基极，Q2的发射极连接到地。

一实施例中：所述充电管理芯片包括充电管理IC U1、电阻R2、电阻R3、电阻R12、电阻R13、电容C3、电解电容CE1、发光二极管LED1、NPN三级管Q3；所述充电管理IC U1 的1脚连接到地，2脚引出两个连接端，其中一个连接端通过电阻R13连接到地，另一个连接端通过电阻R12连接NPN三极管Q3的集电极，Q3的发射极连接到地，Q3的基极信号连接单片机TRICKLE_EN端；U1的3脚和9脚接地，4脚连接充电模式切换模块的肖特基二极管D1的负极，并通过电容C3连接到地，6脚连接电阻R2的一端，R2的另一端与U1 的4脚连接，7脚连接发光二极管LED1的负极，其正极通过电阻R3与4脚连接，U1的5 脚和8脚接入充电电压检测模块,其9脚连接电解电容CE1的正极，电解电容CE1的负极连接到地。

一实施例中：所述电压检测模块包括运算放大器U2，电阻R7，电阻R14，电阻R15，电容C5；所述运算放大器U2的1脚信号连接单片机的V_SENSE端，2脚引出两个连接端，其中一个连接端通过电阻R15信号连接到单片机的V_SENSE端，另一个连接端通过电容C5 信号连接到单片机的V_SENSE端，3脚连接充电管理芯片U1的8脚，U1的8脚和U2的3 脚连接点处分别连接电阻R7的一端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地，电阻R7 的另一端连接U1的5脚，以及电流检测模块，运算放大器U2的4脚连接到地。

一实施例中：所述电流检测模块包括电阻R1，电阻R5，电阻R6，电阻R9，电阻R11；芯片U2的6脚引出两个连线端，一个连线端通过所述电阻R9连接到地，另一个连线端通过电阻R6连接到镍氢电池的正极，芯片U2的5脚引出两个接线端，一个接线端通过所述电阻R11信号连接到单片机的I_SENSE端，另一个接线端通过所述电阻R5连接到电阻R1 的一端，电阻R1的另一端连接到镍氢电池的正极。

一实施例中：所述温度检测模块包括热敏电阻RT1，电阻R10；所述热敏电阻RT1的一端接地，另一端引出两个连线端，一个连线端经过电阻R10连接到单片机的BU_3.3V端，另一个连线端信号连接到单片机的TEMP_SENSE端。

相较于现有技术，本实用新型所提供的充电管理电路具有以下优势：

通过单片机读取到的AD值计算出电池电压并与内部预设的电压阈值比较，控制CHARGE_PWM端及TRICKLE_EN端发送不同的电平信号并使充电模式切换模块进入不同的充电模式。同时实时监测充电电压、电流、温度，分别实现电池过充保护、过流保护、温度保护等功能。本实用新型解决了传统镍氢充电方案无法实现涓流间隙充电的不足，通过单片机及充电管理IC的配合实现了安全可靠的镍氢充电方案。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图；

图2为图1中A部分的放大示意图，其示出了充电模式切换模块的结构；

图3为图1中B部分的放大示意图，其示出了充电管理芯片及其外围器件；

图4为图1中C部分的放大示意图，其示出了电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块的结构及连接关系；

图5为本实用新型处于涓流间隙充电时的电流-时间对应图。

具体实施方式

请参照图1-4，一种车载镍氢电池充电管理电路，连接到供电电源和镍氢电池组，该充电管理电路包括单片机、连接供电电源的VCC端、充电模式切换模块、充电管理芯片、电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块。

所述VCC端通过充电模式切换模块和充电管理芯片连接所述镍氢电池组；其中，所述充电模式切换模块用于控制充电电路的开闭，所述充电管理芯片用于控制充电电流。

所述电压检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测电池组电压，并将采集到的AD值发送到单片机的V_SENSE端；电流检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测充电电流，并将采集到的AD值发送到单片机的I_SENSE端；温度检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测电池温度，并将采集到的AD 值发送到单片机的TEMP_SENSE端。

所述单片机分别通过其CHARGE_PWM端和TRICKLE_EN端信号连接充电模式切换模块和充电管理芯片；单片机内预设有电压阈值，并据所述V_SENSE端的检测值与该电压阈值的比对，控制充电模式切换模块和充电管理芯片两者配合以切换镍氢电池组的充电模式。

所述单片机还依据所述I_SENSE端和TEMP_SENSE端的检测值，通过所述充电模式切换模块控制充电电路的开闭。

具体的，所述充电模式切换模块包括：电阻R4、电阻R8、电容C2、肖特基二极管D1、P沟道场效应管Q1、NPN三极管Q2。所述VCC端引出两个连接端，其中一连接端通过电阻 R4连到电阻R8的一端，另一连接端连接P沟道场效应管Q1的源极，Q1的漏极连接肖特基二极管D1的正极，D1的负极接入充电管理芯片的4脚，电阻R4和电阻R8的连接点处引线连接Q1的栅极并通过电容C2连接到地，电阻R8的另一端连接NPN三级管Q2的集电极，单片机的CHARGE_PWM端信号连接到Q2的基极，Q2的发射极连接到地。

所述充电管理芯片包括：充电管理IC U1、电阻R2、电阻R3、电阻R12、电阻R13、电容C3、电解电容CE1、发光二极管LED1、NPN三级管Q3。所述充电管理IC U1可采用 CN3085芯片，其1脚连接到地，2脚引出两个连接端，其中一个连接端通过电阻R13连接到地，另一个连接端通过电阻R12连接NPN三极管Q3的集电极，Q3的发射极连接到地， Q3的基极信号连接单片机TRICKLE_EN端。U1的3脚和9脚接地，4脚连接充电模式切换模块的肖特基二极管D1的负极，并通过电容C3连接到地，6脚连接电阻R2的一端，R2 的另一端与U1的4脚连接，7脚连接发光二极管LED1的负极，其正极通过电阻R3与4脚连接，U1的5脚和8脚接入充电电压检测模块,其9脚连接电解电容CE1的正极，电解电容CE1的负极连接到地。

所述电压检测模块包括:运算放大器U2，电阻R7，电阻R14，电阻R15，电容C5。所述运算放大器U2的1脚信号连接单片机的V_SENSE端，2脚引出两个连接端，其中一个连接端通过电阻R15信号连接到单片机的V_SENSE端，另一个连接端通过电容C5信号连接到单片机的V_SENSE端，3脚连接充电管理芯片U1的8脚，U1的8脚和U2的3脚连接点处分别连接电阻R7的一端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地，电阻R7的另一端连接U1的5脚，以及电流检测模块，运算放大器U2的4脚连接到地。

所述电流检测模块包括：电阻R1，电阻R5，电阻R6，电阻R9，电阻R11。芯片U2的 6脚引出两个连线端，一个连线端通过所述电阻R9连接到地，另一个连线端通过电阻R6 连接到镍氢电池的正极，芯片U2的5脚引出两个接线端，一个接线端通过所述电阻R11 信号连接到单片机的I_SENSE端，另一个接线端通过所述电阻R5连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接到镍氢电池的正极。

所述温度检测模块包括：热敏电阻RT1，电阻R10。所述热敏电阻RT1的一端接地，另一端引出两个连线端，一个连线端经过电阻R10连接到BU_3.3V，另一个连线端信号连接到单片机的TEMP_SENSE端。

以下结合具体实施例来解释本实用新型的工作原理。

假设镍氢电池组为3节1200mAH的镍氢电池串联，VCC端可接入5V的供电电压。当待充电的电池刚接入时，单片机读取V_SENSE端的电压，计算出BAT+的电压，参照如下表1 (表1为本实用新型实施例单片机的控制逻辑表)，与单片机内部预设的电压阈值比较：

若BAT+小于3.119V，单片机控制CHARGE_PWM端输出L，代表电池欠压，Q1关断，电路无法进行充电；

若BAT+大于3.119V且小于4.007V，单片机控制CHARGE_PWM端输出为H，Q1导通，电路进行充电，同时将TRICKLE_EN端置为L，此时充电管理IC U1的2脚外部电阻等效于 R13，为12.1KΩ，控制充电电流为0.01C，并进入预充电模式；

若BAT+大于4.007V且小于4.458V，单片机控制CHARGE_PWM端输出为H，Q1导通，电路进行充电，同时将TRICKLE_EN端置为H，充电管理IC U1的2脚外部电阻等效于R13 与R12并联，相当于7.2KΩ，控制充电电流为0.1C，代表进入涓流充电模式；

若BAT+大于4.458V，单片机控制CHARGE_PWM端输出PWM电平，该PWM电平为H1.2s，L58.8s的连续脉冲波形，电平为H时，Q1导通，电路进行充电，同时将TRICKLE_EN端置为H，此时充电管理IC U1的2脚外部电阻等效于R13与R12并联，相当于7.2KΩ，控制充电电流为0.1C，波形如图5所示，此时代表进入涓流间隙充电模式；

通过实时监测充电电压，当单节电池电压达到1.6V，即BAT+达到4.8V时，单片机将CHARGE_PWM端置为L，实现电池过充保护；

通过实时监测充电电流，一旦电池负载出现异常，导致电流过流时，单片机将CHARGE_PWM端置为L，实现电池过流保护；

通过实时监测电池温度，当电池温度超过限定值时，单片机将CHARGE_PWM端置为L，实现电池温度保护。

本实用新型解决了传统镍氢充电方案无法实现涓流间隙充电的不足，通过单片机及充电管理IC的配合实现了安全可靠的镍氢充电方案。

表1

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种车载镍氢电池充电管理电路，连接到供电电源和镍氢电池组，其特征在于：该充电管理电路包括单片机、连接供电电源的VCC端、充电模式切换模块、充电管理芯片、电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块；

所述VCC端通过充电模式切换模块和充电管理芯片连接所述镍氢电池组；其中，所述充电模式切换模块用于控制充电电路的开闭，所述充电管理芯片用于控制充电电流；

所述电压检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测电池组电压，并将采集到的AD值发送到单片机的V_SENSE端；电流检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测充电电流，并将采集到的AD值发送到单片机的I_SENSE端；温度检测模块连接于充电管理芯片与镍氢电池组之间，用于检测电池温度，并将采集到的AD值发送到单片机的TEMP_SENSE端；

所述单片机分别通过其CHARGE_PWM端和TRICKLE_EN端信号连接充电模式切换模块和充电管理芯片；单片机内预设有电压阈值，并据所述V_SENSE端的检测值与该电压阈值的比对，控制充电模式切换模块和充电管理芯片两者配合以切换镍氢电池组的充电模式；

所述单片机还依据所述I_SENSE端和TEMP_SENSE端的检测值，通过所述充电模式切换模块控制充电电路的开闭。

2.如权利要求1所述的一种车载镍氢电池充电管理电路，其特征在于：所述充电模式切换模块包括电阻R4、电阻R8、电容C2、肖特基二极管D1、P沟道场效应管Q1、NPN三极管Q2；所述VCC端引出两个连接端，其中一连接端通过电阻R4连到电阻R8的一端，另一连接端连接P沟道场效应管Q1的源极，Q1的漏极连接肖特基二极管D1的正极，D1的负极接入充电管理芯片的4脚，电阻R4和电阻R8的连接点处引线连接Q1的栅极并通过电容C2连接到地，电阻R8的另一端连接NPN三级管Q2的集电极，单片机的CHARGE_PWM端信号连接到Q2的基极，Q2的发射极连接到地。

3.如权利要求2所述的一种车载镍氢电池充电管理电路，其特征在于：所述充电管理芯片包括充电管理IC U1、电阻R2、电阻R3、电阻R12、电阻R13、电容C3、电解电容CE1、发光二极管LED1、NPN三级管Q3；所述充电管理IC U1的1脚连接到地，2脚引出两个连接端，其中一个连接端通过电阻R13连接到地，另一个连接端通过电阻R12连接NPN三极管Q3的集电极，Q3的发射极连接到地，Q3的基极信号连接单片机TRICKLE_EN端；U1的3脚和9脚接地，4脚连接充电模式切换模块的肖特基二极管D1的负极，并通过电容C3连接到地，6脚连接电阻R2的一端，R2的另一端与U1的4脚连接，7脚连接发光二极管LED1的负极，其正极通过电阻R3与4脚连接，U1的5脚和8脚接入充电电压检测模块,其9脚连接电解电容CE1的正极，电解电容CE1的负极连接到地。

4.如权利要求3所述的一种车载镍氢电池充电管理电路，其特征在于：所述电压检测模块包括运算放大器U2，电阻R7，电阻R14，电阻R15，电容C5；所述运算放大器U2的1脚信号连接单片机的V_SENSE端，2脚引出两个连接端，其中一个连接端通过电阻R15信号连接到单片机的V_SENSE端，另一个连接端通过电容C5信号连接到单片机的V_SENSE端，3脚连接充电管理芯片U1的8脚，U1的8脚和U2的3脚连接点处分别连接电阻R7的一端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接地，电阻R7的另一端连接U1的5脚，以及电流检测模块，运算放大器U2的4脚连接到地。

5.如权利要求4所述的一种车载镍氢电池充电管理电路，其特征在于：所述电流检测模块包括电阻R1，电阻R5，电阻R6，电阻R9，电阻R11；芯片U2的6脚引出两个连线端，一个连线端通过所述电阻R9连接到地，另一个连线端通过电阻R6连接到镍氢电池的正极，芯片U2的5脚引出两个接线端，一个接线端通过所述电阻R11信号连接到单片机的I_SENSE端，另一个接线端通过所述电阻R5连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接到镍氢电池的正极。

6.如权利要求1所述的一种车载镍氢电池充电管理电路，其特征在于：所述温度检测模块包括热敏电阻RT1，电阻R10；所述热敏电阻RT1的一端接地，另一端引出两个连线端，一个连线端经过电阻R10连接到单片机的BU_3.3V端，另一个连线端信号连接到单片机的TEMP_SENSE端。