CN212323752U - 锂电池管理保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种锂电池管理保护装置，其特征在于，包括锂电池充电管理电路及自动升降压电路；所述锂电池充电管理电路用于涓流充电管理、恒流充电管理、恒压充电管理及充电截止管理；所述自动升降压电路用于在使用外部电源通过所述锂电池管理保护装置为便携设备供电时，通过外部电源直接为便携设备供电，并且在锂电池电压小于设定电压时，执行一边对锂电池充电，一边对便携设备供电动作。本实用新型能够防止重复充放电对电池造成老化，延长电池的寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于锂电池充电管理技术领域，具体涉及一种锂电池管理保护装置。
背景技术
近年来，便携式设备的发展与普及大大提高了可充电电池的要求。锂电池凭借其能量密度低，使用寿命长，放电电压高和无记忆效应等独特特点，逐渐成为便携式电子设备供电的首选。锂电池在工作过程中的性能指标对整个电源系统正常运行有很大的影响。电池的重复循环使用以及充电过程等多种因素都会影响电池性能下降，电容量降低等老化问题。具体包括如下技术缺陷：
1、充电时靠充电电源上的指示灯变化来确定电池是否充满，只要电压没有达到最高值，这样电池被反复充电，无充电监测，引起电池老化问题。
2、常规锂电池的充电过程一般是恒压快速充电，锂电池损耗比较大。充电过程包括快速充电，连续充电和涓流充电。理论上来说，涓流充电是一种效率高致使电池完全充满电，低至可避免过度充电的充电方式。许多电池制造商建议不要长时间使用涓流充电。长时间涓流充电充电速率低，并且有时候断断续续。当电池充电时，最好的智能充电器只能进行临时的充电速率变化，他们并没有连续的低速率充电功能。
3、常规的锂电池边充边用电路，当电池没电使用外部电源给系统(便携设备)供电，工作方式是外部电源-锂电池-系统。这样重复对锂电池充放电也会减少电池的寿命。
4、无电量显示或者电量显示与电量出入比较大。使用不方便。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种锂电池管理保护装置，以解决上述技术问题。
本实用新型提供了一种锂电池管理保护装置，包括锂电池充电管理电路及自动升降压电路；
所述锂电池充电管理电路用于涓流充电管理、恒流充电管理、恒压充电管理及充电截止管理；所述恒压充电管理包括：将锂电池电压调制在16.8V，精度控制在1％；所述恒流充电管理包括：通过外部电阻设置恒流充电电流；所述涓流充电管理包括：当锂电池电压小于11.2V时，通过所设置的恒流充电电流的15％进行涓流充电；所述恒压充电管理包括：当充电电流降低到外部电阻所设置的电流值时，执行充电截止管理，结束充电过程；所述充电截止管理包括：在充电结束状态，当监测到锂电池电压下降到16V时，自动开始新的充电周期；
所述自动升降压电路用于在使用外部电源通过所述锂电池管理保护装置为便携设备供电时，通过外部电源直接为便携设备供电，并且在锂电池电压小于设定电压时，执行一边对锂电池充电，一边对便携设备供电动作。
进一步地，所述锂电池充电管理电路包括电量显示及充电显示预留接口，用于连接外部LED进行显示。
进一步地，所述锂电池充电管理电路还用于当输入电源掉电或者输入电压低于锂电池电压时，自动进入睡眠模式。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
1)本产品当电池的电压低于设定电压值时，外部电源会对锂电池充电。当电池电压高于设定值时，外部电源不会对锂电池进行充电，防止重复充放电对电池造成老化。
2)本产品充电方式为涓流充电(低压预充)，恒流充电，恒压充电以及充电截止四个阶段，这样可以延长电池的寿命。
3)本产品采用自动升降压电路，当使用外部电源通过本产品给便携设备(系统)供电时，外部电源直接给系统供电，不会损耗电池的电量，并且在电池电压小于规定的电压时，可以一边对电池充电，一边给系统供电。
4)本产品具体电量显示接口，充电过程和充电结束后有指示灯，充电中电量显示接口，可以外接LED显示也可以在本产品中显示。
附图说明
图1是本实用新型锂电池管理保护装置的结构框图；
图2是本实用新型锂电池充电管理电路的电路图；
图3是本实用新型自动升降压电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
如图1所示，本实施例提供了一种锂电池管理保护装置100，包括锂电池充电管理电路10及自动升降压电路20；
锂电池充电管理电路10用于涓流充电管理、恒流充电管理、恒压充电管理及充电截止管理；恒压充电管理包括：将锂电池电压调制在16.8V，精度控制在1％；恒流充电管理包括：通过外部电阻设置恒流充电电流；涓流充电管理包括：当锂电池电压小于11.2V时，通过所设置的恒流充电电流的 15％进行涓流充电；恒压充电管理包括：当充电电流降低到外部电阻所设置的电流值时，执行充电截止管理，结束充电过程；充电截止管理包括：在充电结束状态，当监测到锂电池电压下降到16V时，自动开始新的充电周期。
自动升降压电路用于在使用外部电源通过所述锂电池管理保护装置为便携设备供电时，通过外部电源直接为便携设备供电，并且在锂电池电压小于设定电压时，执行一边对锂电池充电，一边对便携设备供电动作。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，该芯片自动进入睡眠模式。
在本实施例中，锂电池充电管理电路10包括电量显示及充电显示预留接口，用于连接外部LED进行显示。
在本实施例中，锂电池充电管理电路10还用于当输入电源掉电或者输入电压低于锂电池电压时，自动进入睡眠模式。
下面对本实用新型作进一步详细说明。
该锂电池充电管理电路是PWM降压模式四节锂电池充电管理集成电路，独立对四节锂电池充电进行自动管理。具有封装外形小，外围元器件少和使用简单等优点。对于深度放电的锂电池，当电池电压小于11.2V时，该锂电池充电管理电路用所设置的恒流充电电流的15％进行涓流充电，在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流降低到外部电阻所设置的电流值时，充电结束。充电过程中，充电指示灯亮起，充电结束后，充电结束指示灯亮起。在充电结束状态，如果电池电压下降到16V时，自动开始新的充电周期。
参图2所示，锂电池充电管理电路中元器件如下：
1、U13，充电管理芯片，主要控制锂电池的充电方式。
2、J1，电量显示及充电显示预留接口，可接外部LED显示。电量显示可根据用户需求进行调整。
3、U5,8脚场效应管。用于控制充电打开和停止。由充电管理芯片的16 脚控制通断。此场效应管要求转换效率高。使用地开启电压的场效应管。
4、R39，充电电流设定电阻，充电电流＝200MA/R39阻值。同时也为充电检测电阻。
5、R35,R36为充电状态显示灯限流电阻。
6、C27,C28,C29,R27为回路的补偿元件，为了保证电压调制回路和电流调制回路的稳定性。
7、NC20为电感元件。在正常工作时，N20的电流是会根据需要变化的。
8、DA1,DA2,D3,D4为肖特基二极管，这几个二极管的用过电流要比充电电流大，耐压要大于最大输入电压。
9、VCC1为外部电源适配器，VCC2为电池。
充电管理芯片U13的引脚1与电容C31引脚1连接，电容C31引脚2 与外部电源适配器VCC1连接；充电管理芯片U13的引脚4与电量显示及充电显示预留接口J1的引脚1连接；充电显示预留接口J1的引脚2与充电状态显示灯限流电阻R35引脚1连接，充电状态显示灯限流电阻R35引脚2 与外部电源适配器VCC1连接；充电管理芯片U13的引脚5与充电显示预留接口J1的引脚3连接；充电显示预留接口J1的引脚4与充电状态显示灯限流电阻R36引脚1连接，充电状态显示灯限流电阻R36引脚2与外部电源适配器VCC1连接；充电管理芯片U13的引脚6与电阻R34引脚1连接，充电管理芯片U13的引脚7与电阻R37引脚1连接，充电管理芯片U13的引脚8与补偿元件C29引脚1连接，充电管理芯片U13的引脚9与电阻R2引脚1连接，电阻R2引脚2与补偿元件C28引脚1连接；补偿元件C28引脚 2、补偿元件C29引脚2、电阻R37引脚2、电阻R34引脚2相连接；充电管理芯片U13的引脚10与电阻R1引脚2连接；充电管理芯片U13的引脚 11与补偿元件C27引脚2连接，补偿元件C27引脚1与电阻R1连接；充电管理芯片U13的引脚13与充电电流设定电阻R39引脚2及电感元件NC20 引脚2连接，充电电流设定电阻R39引脚1与电池VCC2连接，电感元件 NC20引脚1与肖特基二极管DA1、肖特基二极管DA2、肖特基二极管DA3 及肖特基二极管DA4的负极连接，肖特基二极管DA1正极与肖特基二极管DA2正极连接，场效应管U5引脚2与肖特基二极管DA3及肖特基二极管 DA4的正极连接；所述场效应管U5引脚3与外部电源适配器VCC1连接；充电管理芯片U13的引脚16与场效应管U5引脚1连接；充电管理芯片U13 的引脚14与电池VCC2连接；充电管理芯片U13的引脚15与电池VCC1 连接。
参图3所示，自动升降压电路电压输入范围为4-36V,转换效率高达98％，输入有过压保护。其元器件如下：
1、U11为一个高性能的升压-降压的稳压器，可在输入电压高于，低于或等于输出电压下工作。可以在4-30V宽输入和输出范围内实现不同工作模式的无缝切换。
2、U1,U2,U3,U4为4个N沟道的场效应管，受芯片U11控制。充当电路的4个电子开关。
3、L1为一个电感，主要作用是实现在高电压和低电压之间实现无缝切换。
4、NC25为一个滑动变阻器，它的作用是调节输出电压的大小。
5、U20为一个电压转换芯片，它的作用是对这个升降压电路做一个参考电压。
6、D1,D2,D3,D4为4个肖特基二极管。
7、VCC3为该电路的输出电压。VDD为U20转换模块的输出电压。
8、其余的电阻电容属于电路参考。
升压-降压稳压器U11的引脚6与电阻R10引脚1连接，电阻R10引脚 2与滑动变阻器NC25引脚2连接；电阻R9与电阻R10引脚1及升压-降压稳压器U11的引脚6连接；滑动变阻器NC25引脚1与输出电压VCC3连接；升压-降压稳压器U11的引脚8与电压转换芯片U20引脚1连接；电容C7 一端与电压转换芯片U20引脚1及升压-降压稳压器U11的引脚8连接，另一端与电压转换芯片U20引脚2连接；电压转换芯片U20引脚3与输出电压VDD连接；升压-降压稳压器U11的引脚5与电阻R6引脚1连接，电阻 R6引脚2与电容C3一端连接，电容C2一端与电阻R6引脚1及升压-降压稳压器U11的引脚5连接，电容C2另一端与电容C3另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚10与电阻R5引脚2连接，电阻R5引脚1与电容C2 另一端及电容C3另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚12与电容C1 引脚2连接，电容C1引脚1与电阻R5引脚1、电容C2另一端及电容C3 另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚21与电阻R4引脚2连接，电阻R4引脚1与输出电压VDD连接；电容C8一端与电阻R4引脚2及升压-降压稳压器U11的引脚21连接；升压-降压稳压器U11的引脚2与电容C5引脚2连接，电容C5引脚1与电容C8另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚23与场效应管U3引脚1连接；升压-降压稳压器U11的引脚18与场效应管U4引脚1连接；升压-降压稳压器U11的引脚22与场效应管U4引脚2 连接；升压-降压稳压器U11的引脚24与电容C10引脚2连接，电容C10 引脚1与升压-降压稳压器U11的引脚22、场效应管U4引脚2及肖特基二极管D20正极连接，肖特基二极管D20负极与场效应管U3引脚2及输出电压VCC3连接；升压-降压稳压器U11的引脚19与肖特基二极管D2及肖特基二极管D1的正极连接，肖特基二极管D2负极与升压-降压稳压器U11的引脚24及电容C10引脚2连接；电容C34引脚2与升压-降压稳压器U11 的引脚19及肖特基二极管D2及肖特基二极管D1的正极连接，电容C34引脚1接地；升压-降压稳压器U11的引脚13与肖特基二极管D1负极及电容 C9引脚1连接；升压-降压稳压器U11的引脚14与场效应管U2连接；升压 -降压稳压器U11的引脚15与场效应管U2、场效应管U1引脚2、电容C9 引脚2、电感L1一端及肖特基二极管D19负极连接；场效应管U2引脚2 与输出电压VDD连接；升压-降压稳压器U11的引脚16与场效应管U1引脚 1连接；升压-降压稳压器U11的引脚3与电阻R8引脚2连接，电阻R8引脚1与场效应管U1引脚3、肖特基二极管D19正极、电阻R41引脚2、场效应管U4引脚3及场效应管U1引脚3连接，电阻R41引脚1接地；升压- 降压稳压器U11的引脚4与电阻R7引脚1及电容C4引脚1连接，电容C4 引脚2与升压-降压稳压器U11的引脚3及电阻R8引脚2连接。
该自动升降压电路中，U11控制U1,U2,U3,U4。其中U1,U2在输入电路的半桥部分。U3,U4在输出电路的半桥部分。实际上就是用4个低内阻大电流的场效应管作为上面的电子开关。U11控制这4个电子开关的栅极，使上述电路实现开关降压或者开关升压的效果。该电路只需要一个L1电感，可以使电路的转换效率达到99％。
当输入电压VCC1或者VCC2高于输出电压VCC3时，U11工作在开关降压工作模式，U11令U4关闭，U3常开，只控制U1和U2交替接通和截止，用于开关U1给电感L1续流，获得降压型的稳压输出效果。
当输入电压VCC1或者VCC2低于输出电压VCC3时，U11自动切换成开关升压工作模式。U11令U1常闭，U2常开，输入电源VCC1或者VCC2直通U1 供电给电感L1,U3和U4交替导通和截止。当U3导通U4截止时，电源输入VCC1 或者VCC2给电感L1存储磁能，而当U4导通U3截止时，电感L1放电实现升压工作模式。
当设定的输出电压VCC3接近于输入电源电压VCC1和VCC2时，U11 使U1和U4在每个周期的大部分时间内是导通状态仅仅为了适应输入电压 VCC1或者VCC2和输出电压VCC3之间很小的电位差。U11在短暂的时间内控制电感L1的充放电，是靠U1和U3在输入电压VCC1和VCC2对地之间接通，或者U2和U4对输出电压VCC3对地之间接通，来稳定输出电压。输出电压的大小可以由NC25来调节，非常方便。
该锂电池管理保护装置中锂电池充电管理电路和自动升降压电路一起使用，形成一个电池管理的电路板，任何有锂电池的地方都可以用到；外部显示预留接口，使用方便；输出电压可以调节，为任意值，最大输出电流约为6A。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。
Claims (1)
1.一种锂电池管理保护装置，其特征在于，包括锂电池充电管理电路及自动升降压电路；
所述锂电池充电管理电路包括充电管理芯片U13、电量显示及充电显示预留接口J1、场效应管U5、充电电流设定电阻R39、充电状态显示灯限流电阻R35、充电状态显示灯限流电阻R36、补偿元件C27、补偿元件C28、补偿元件C29、补偿元件R27、电感元件NC20、肖特基二极管DA1、肖特基二极管DA2、肖特基二极管DA3、肖特基二极管DA4、外部电源适配器VCC1、电池VCC2、电容C31、电阻R34、电阻R37、电阻R2、电阻R1；
所述充电管理芯片U13的引脚1与电容C31引脚1连接，所述电容C31引脚2与外部电源适配器VCC1连接；所述充电管理芯片U13的引脚4与所述电量显示及充电显示预留接口J1的引脚1连接；所述充电显示预留接口J1的引脚2与充电状态显示灯限流电阻R35引脚1连接，所述充电状态显示灯限流电阻R35引脚2与外部电源适配器VCC1连接；所述充电管理芯片U13的引脚5与充电显示预留接口J1的引脚3连接；所述充电显示预留接口J1的引脚4与充电状态显示灯限流电阻R36引脚1连接，所述充电状态显示灯限流电阻R36引脚2与外部电源适配器VCC1连接；所述充电管理芯片U13的引脚6与电阻R34引脚1连接，所述充电管理芯片U13的引脚7与电阻R37引脚1连接，所述充电管理芯片U13的引脚8与补偿元件C29引脚1连接，所述充电管理芯片U13的引脚9与电阻R2引脚1连接，电阻R2引脚2与补偿元件C28引脚1连接；补偿元件C28引脚2、补偿元件C29引脚2、电阻R37引脚2、电阻R34引脚2相连接；所述充电管理芯片U13的引脚10与电阻R1引脚2连接；所述充电管理芯片U13的引脚11与补偿元件C27引脚2连接，所述补偿元件C27引脚1与电阻R1连接；所述充电管理芯片U13的引脚13与充电电流设定电阻R39引脚2及电感元件NC20引脚2连接，所述充电电流设定电阻R39引脚1与电池VCC2连接，所述电感元件NC20引脚1与肖特基二极管DA1、肖特基二极管DA2、肖特基二极管DA3及肖特基二极管DA4的负极连接，所述肖特基二极管DA1正极与肖特基二极管DA2正极连接，所述场效应管U5引脚2与肖特基二极管DA3及肖特基二极管DA4的正极连接；所述场效应管U5引脚3与外部电源适配器VCC1连接；所述充电管理芯片U13的引脚16与场效应管U5引脚1连接；所述充电管理芯片U13的引脚14与电池VCC2连接；所述充电管理芯片U13的引脚15与电池VCC1连接；
所述自动升降压电路包括升压-降压稳压器U11、场效应管U1、场效应管U2、场效应管U3、场效应管U4、电感L1、滑动变阻器NC25、电压转换芯片U20、肖特基二极管D1、肖特基二极管D2、肖特基二极管D3、肖特基二极管D4、输出电压VCC3、输出电压VDD、电阻R9、电阻R10、电容C7、电阻R6、电容C3、电容C2、电阻R5、电容C1、电阻R4、电容C8、电容C5、电容C10、电容C34、电容C9、肖特基二极管D19、电阻R8、电阻R41、电阻R7、电容C4；
所述升压-降压稳压器U11的引脚6与电阻R10引脚1连接，电阻R10引脚2与滑动变阻器NC25引脚2连接；电阻R9与电阻R10引脚1及升压-降压稳压器U11的引脚6连接；滑动变阻器NC25引脚1与输出电压VCC3连接；升压-降压稳压器U11的引脚8与电压转换芯片U20引脚1连接；电容C7一端与电压转换芯片U20引脚1及升压-降压稳压器U11的引脚8连接，另一端与电压转换芯片U20引脚2连接；电压转换芯片U20引脚3与输出电压VDD连接；升压-降压稳压器U11的引脚5与电阻R6引脚1连接，电阻R6引脚2与电容C3一端连接，电容C2一端与电阻R6引脚1及升压-降压稳压器U11的引脚5连接，电容C2另一端与电容C3另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚10与电阻R5引脚2连接，电阻R5引脚1与电容C2另一端及电容C3另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚12与电容C1引脚2连接，电容C1引脚1与电阻R5引脚1、电容C2另一端及电容C3另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚21与电阻R4引脚2连接，电阻R4引脚1与输出电压VDD连接；电容C8一端与电阻R4引脚2及升压- 降压稳压器U11的引脚21连接；升压-降压稳压器U11的引脚2与电容C5引脚2连接，电容C5引脚1与电容C8另一端连接；升压-降压稳压器U11的引脚23与场效应管U3引脚1连接；升压-降压稳压器U11的引脚18与场效应管U4引脚1连接；升压-降压稳压器U11的引脚22与场效应管U4引脚2连接；升压-降压稳压器U11的引脚24与电容C10引脚2连接，电容C10引脚1与升压-降压稳压器U11的引脚22、场效应管U4引脚2及肖特基二极管D20正极连接，肖特基二极管D20负极与场效应管U3引脚2及输出电压VCC3连接；升压-降压稳压器U11的引脚19与肖特基二极管D2及肖特基二极管D1的正极连接，肖特基二极管D2负极与升压-降压稳压器U11的引脚24及电容C10引脚2连接；电容C34引脚2与升压-降压稳压器U11的引脚19及肖特基二极管D2及肖特基二极管D1的正极连接，电容C34引脚1接地；升压-降压稳压器U11的引脚13与肖特基二极管D1负极及电容C9引脚1连接；升压-降压稳压器U11的引脚14与场效应管U2连接；升压-降压稳压器U11的引脚15与场效应管U2、场效应管U1引脚2、电容C9引脚2、电感L1一端及肖特基二极管D19负极连接；场效应管U2引脚2与输出电压VDD连接；升压-降压稳压器U11的引脚16与场效应管U1引脚1连接；升压-降压稳压器U11的引脚3与电阻R8引脚2连接，电阻R8引脚1与场效应管U1引脚3、肖特基二极管D19正极、电阻R41引脚2、场效应管U4引脚3及场效应管U1引脚3连接，电阻R41引脚1接地；升压-降压稳压器U11的引脚4与电阻R7引脚1及电容C4引脚1连接，电容C4引脚2与升压-降压稳压器U11的引脚3及电阻R8引脚2连接。
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| CN (1) | CN212323752U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113570774A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-29 | 广州大学 | 一种智能移动回收秤、回收秤系统及资源回收方法 |
-
2020
- 2020-03-17 CN CN202020329767.XU patent/CN212323752U/zh not_active Expired - Fee Related
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