CN210640708U

CN210640708U - 一种锂电池的智能充电装置

Info

Publication number: CN210640708U
Application number: CN201921732756.XU
Authority: CN
Inventors: 刘佳磊; 闫苏苏; 冯遥; 陈镇
Original assignee: Xian University of Science and Technology
Current assignee: Xian University of Science and Technology
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-05-29
Anticipated expiration: 2029-10-16

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池的智能充电装置，包括BUCK电路、驱动电路、采样放大电路、脉宽调制电路、处理模块和检测模块，BUCK电路的输入端与外部电力连接，输出端与待充电的锂电池连接，且所述BUCK电路中包括MOS管；驱动电路与BUCK电路连接，用于输出方波驱动信号以控制MOS管的工作状态；采样放大电路分别与BUCK电路和脉宽调制电路连接，用于对BUCK电路输出的电信号进行采样与放大，得到采样信号；脉宽调制电路还与BUCK电路和驱动电路连接，用于根据采样信号产生方波信号并发送至驱动电路，以改变方波驱动信号；处理模块分别与检测模块和驱动电路连接，处理模块用于根据检测模块检测到的信号，产生控制信号并发送至驱动电路，以改变方波驱动信号。

Description

一种锂电池的智能充电装置

技术领域

本实用新型涉及电源充电领域，具体涉及一种锂电池的智能充电装置。

背景技术

当前随着社会的不断进步和发展，人类对能源的需求程度正在逐渐上升并且日渐迫切。然而由于受到煤炭、石油、天然气等化石能源的不断枯竭和环境污染的双重制约，社会和经济的可持续发展已经被严重影响了。为了解决这些问题，走可持续环保发展道路，全球各国已形成了开发新能源的共识。而锂电池可以反复使用，且使用过程不会带来污染，这正满足了社会对于新型能源的期望。锂电池的体积小且能聚集巨大能量，还具有很高的循环次数，使用时间长，而且放电性好、安全性高，因为这些优势的存在，锂电池被各行各业广泛作为储能设备。

锂电池的充电方法主要有恒流充电法、恒压充电法、恒流恒压充电法、三段式充电法、脉冲充电法、变电流间歇充电法等。目前，市面上的锂电池充电器存在充电效率低、易发热降低电池寿命、控制精度低等问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的提供了一种锂电池的智能充电装置，其特征在于，包括BUCK电路、驱动电路、采样放大电路、脉宽调制电路、处理模块和检测模块，

所述BUCK电路的输入端与外部电力连接，输出端与待充电的锂电池连接，且所述BUCK电路中包括MOS管；

所述驱动电路与所述BUCK电路连接，所述驱动电路用于输出方波驱动信号以控制所述MOS管的工作状态；

所述采样放大电路分别与所述BUCK电路和所述脉宽调制电路连接，所述采样放大电路用于对所述BUCK电路输出的电信号进行采样与放大，得到采样信号；

所述脉宽调制电路还与所述BUCK电路和所述驱动电路连接，所述脉宽调制电路用于根据所述采样信号产生方波信号并发送至所述驱动电路，以改变所述方波驱动信号；

所述处理模块分别与所述检测模块和所述驱动电路连接，所述处理模块用于根据所述检测模块检测到的信号，产生控制信号并发送至所述驱动电路，以改变所述方波驱动信号。

在一些实施例中，所述检测模块包括温度检测模块，所述温度检测模块用于检测环境温度，并将温度信号发送给所述处理模块。

在一些实施例中，所述检测模块包括电流采集模块和电压采集模块，所述电流采集模块和所述电压采集模块均与所述采样放大电路连接；所述电流采集模块和所述电压采集模块分别用于采集电流信号与电压信号并发送给所述处理模块。

在一些实施例中，还包括用于直接为所述处理模块供电的辅助电源。

在一些实施例中，还包括与所述处理模块连接的按键模块和显示模块，

所述按键模块包括按键，用于调整所述锂电池的智能充电装置的理论输出电压与输出电流；

所述显示模块包括显示屏，用于显示相关信息。

在一些实施例中，所述驱动电路包括IR2110驱动器；所述脉宽调制电路包括TL494芯片；所述采样放大电路包括LM358双运算放大器；所述处理模块包括STM32F103C8T6单片机。

在一些实施例中，所述脉宽调制电路中包括比较电路，用于比较所述采样信号与预设信号，以得到所述方波信号对应的占空比，然后根据所述占空比产生所述方波信号。

在一些实施例中，所述采样信号包括电流采样信号与电压采样信号；所述采样放大电路中包括检流电阻和分压电阻，分别用于获取所述电流采样信号和所述电压采样信号。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：本实用新型提供的锂电池的智能充电装置，通过BUCK电路、驱动电路、采样放大电路、脉宽调制电路之间的配合，能够实现闭环控制，使充电电流、电压处于合适的值，且处理模块能根据检测模块检测到的信息对充电过程进行控制，其充电效率高，控制精度高，能提高锂电池寿命。

附图说明

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

图1为本实用新型提供的锂电池的智能充电装置的结构框图；

图2为一个具体实施例中的BUCK电路的电路原理图；

图3为一个具体实施例中的驱动电路的电路原理图；

图4为一个具体实施例中的采样放大电路的电路原理图；

图5为一个具体实施例中的脉宽调制电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

参照图1，为本实用新型提供的一种锂电池的智能充电装置的结构框图，其至少包括BUCK电路1、驱动电路2、脉宽调制电路3、采样放大电路4、处理模块5和检测模块。其中，BUCK电路1的输入端与外部电力（如外部市电或太阳能电池片产生的电能）连接，输出端与待充电的锂电池连接，且BUCK电路1中包括MOS管，MOS管用于实现自动切换开关的功能，能将直流电压变为斩波信号；驱动电路2与BUCK电路1连接，驱动电路2用于输出方波驱动信号以控制MOS管的工作状态；采样放大电路4分别与BUCK电路1和脉宽调制3电路连接，采样放大电路4用于对BUCK电路1输出的电信号进行采样与放大，得到采样信号；脉宽调制电路3还与BUCK电路1和驱动电路2连接，脉宽调制电路3用于根据采样信号产生方波信号并发送至驱动电路2，以改变方波驱动信号；处理模块5分别与检测模块和驱动电路2连接，处理模块5用于根据检测模块检测到的信号，产生控制信号并发送至驱动电路2，以改变方波驱动信号。

本实用新型提供的锂电池的智能充电装置，通过BUCK电路1、驱动电路2、采样放大电路4、脉宽调制电路3之间的配合，能够实现闭环控制，使充电电流、电压处于合适的值，且处理模块5能根据检测模块检测到的信息对充电过程进行控制，其充电效率高，控制精度高，能提高锂电池寿命。

优选地，检测模块包括温度检测模块6，温度检测模块6用于检测环境温度，并将温度信号发送给处理模块5。当检测到环境温度大于预设安全温度时，处理模块5可通过驱动模块2控制MOS管断开，以停止充电。

进一步地，检测模块还可包括电流采集模块7和电压采集模块8，电流采集模块7和电压采集模块8均与采样放大电路4连接；电流采集模块7和电压采集模块8分别用于采集电流信号与电压信号并发送给处理模块5。根据电流信号与电压信号，处理模块5能够判断锂电池的电量是否充满，当锂电池的电量充满时，处理模块5通过驱动模块2控制MOS管断开，以停止充电。

优选地，该智能充电装置还可包括用于直接为处理模块5供电的辅助电源9；辅助电源9提供的电压例如可为5V。

优选地，该智能充电装置还包括与处理模块5连接的按键模块10和显示模块11。按键模块包括按键，提供操作按键能够调整该智能充电装置的理论输出电压与输出电流，并通过处理模块5、驱动模块2来控制实际输出电压与输出电流改变为设定的理论值。显示模块11包括显示屏，如液晶显示屏，用于显示相关信息，如温度信息，电流、电压值等；出现异常时，如温度检测模块6检测到温度过高时，可在显示屏上显示闪烁图标，以进行报警提示。

进一步参照图2-5，分别为一个具体实施例中的BUCK电路1、驱动电路2、采样放大电路4和脉宽调制电路3的电路原理图，电路中采用的各器件型号及连接方式均已在图中标注出来，图中Header表示接头、C表示电容、R表示电阻、D表示二极管、L表示电感、LED表示发光二极管。可见BUCK电路1中所用的MOS管为NMOS管；驱动电路2中采用IR2110驱动器；脉宽调制电路3中采用TL494芯片；采样放大电路中4采用LM358双运算放大器。另外，图中未示出的处理模块5可采用现有的STM32F103C8T6单片机，其自带AD和DA转换功能；温度检测模块6中可采用现有的DS18B20温度传感器；电流采集模块7和电压采集模块8均可采用现有的采集电路。

本实施例中，采样信号包括电流采样信号与电压采样信号，采样放大电路4中包括检流电阻和分压电阻，分别用于获取电流采样信号和电压采样信号。脉宽调制电路3中包括比较电路，用于比较采样信号与预设信号，以得到方波信号对应的占空比，然后根据该占空比产生方波信号。

本实施例中，该智能充电装置的工作流程如下：外部的电力输入BUCK电路1前，可先经过变压器降压和整流，然后输入BUCK电路1，通过MOS管，将直流电压变为斩波信号，然后再经过电感和电容的滤波得到直流输出；之后，采样放大电路中4中的检流电阻对输出电流进行采样，采样信号送至LM358的一个放大器进行放大；分压电阻对输出电压进行分压，分压信号送至LM358的另一个放大器进行放大，实现电压跟随的功能；再将放大后的信号作为采样送入脉宽调制电路3的TL494，通过采样信号与D/A转换预设的输出值进行比较，得到所需的占空比，生成具有该占空比的方波信号；再将该方波信号送入驱动电路2的IR2110，IR2110产生具有一定驱动能力的方波驱动信号用于控制MOS管的开通与关断。这样，通过闭环控制，使检流电阻和分压电阻上的信号跟踪预设的基准值，完成了对输出电流和输出电压的控制。同时处理模块5的STM32F103C8T6单片机与驱动电路2的IR2110连接，同样能控制IR2110产生的方波驱动信号；STM32F103C8T6单片机通过温度检测模块6的DS18B20温度传感器采集环境温度，检测温度是否合适；并通过电流采集模块7和电压采集模块8，结合自带的AD转换、DA转换功能，检测电源是否充满；还通过按键模块10来调整理论输出电压和电流；并将各种信息显示到显示模块11的液晶显示屏，并通过辅助电源9为STM32F103C8T6单片机供电。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种锂电池的智能充电装置，其特征在于，包括BUCK电路、驱动电路、采样放大电路、脉宽调制电路、处理模块和检测模块，

2.根据权利要求1所述的锂电池的智能充电装置，其特征在于，所述检测模块包括温度检测模块，所述温度检测模块用于检测环境温度，并将温度信号发送给所述处理模块。

3.根据权利要求1所述的锂电池的智能充电装置，其特征在于，所述检测模块包括电流采集模块和电压采集模块，所述电流采集模块和所述电压采集模块均与所述采样放大电路连接；所述电流采集模块和所述电压采集模块分别用于采集电流信号与电压信号并发送给所述处理模块。

4.根据权利要求1所述的锂电池的智能充电装置，其特征在于，还包括用于直接为所述处理模块供电的辅助电源。

5.根据权利要求1所述的锂电池的智能充电装置，其特征在于，还包括与所述处理模块连接的按键模块和显示模块，

所述显示模块包括显示屏，用于显示相关信息。

6.根据权利要求1所述的锂电池的智能充电装置，其特征在于，所述驱动电路包括IR2110驱动器；所述脉宽调制电路包括TL494芯片；所述采样放大电路包括LM358双运算放大器；所述处理模块包括STM32F103C8T6单片机。

7.根据权利要求1所述的锂电池的智能充电装置，其特征在于，所述脉宽调制电路中包括比较电路，用于比较所述采样信号与预设信号，以得到所述方波信号对应的占空比，然后根据所述占空比产生所述方波信号。

8.根据权利要求1所述的锂电池的智能充电装置，其特征在于，所述采样信号包括电流采样信号与电压采样信号；所述采样放大电路中包括检流电阻和分压电阻，分别用于获取所述电流采样信号和所述电压采样信号。