CN212811358U - 一种锂电池的无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种锂电池的无线充电系统，其包括锂电池、无线充电模块、检测模块以及主控模块。无线充电模块用于对锂电池进行充电，并可在主控模块的控制下停止充电。检测模块与主控模块通信连接，可检测锂电池的状态信息，并发送至主控模块。本实用新型用电池电量计芯片与降压稳压芯片相配合，在过温、过压、浪涌、过载的情况下，降压稳压芯片会自动关断输入，为了防止系统在充电工作发生起火，爆炸等危险。主控模块可通过电池电量计芯片检测锂电池的内阻等信息，从而判断锂电池的寿命，避免了低成本方案中电池方案全靠使用者凭借续航时间进行感知的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子设备领域，具体地，涉及一种锂电池的无线充电系统。
背景技术
除了手机等智能电子设备，无线充电还广泛应用于牙刷、剃须刀、扫地机器人等小电器中。在这些低成本应用场景中，无线充电的电压输出范围通常太小。而且现有技术中低成本的无线充电系统缺少对电池状态的监控，不能够很明确地将锂电池电压显示出来，而且当锂电池过充之后不能及时地断电导致锂电池损坏或减少锂电池地寿命。现有技术中，通常是使用者通过设备的续航时间判断锂电池的寿命，或者是将锂电池移出后是用专业的仪器进行测量，无法快速地诊断出锂电池的状态。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种锂电池的无线充电系统，通过检测锂电池的状态，解决了现有低成本无线充电技术中存在的问题。
本实用新型提供的技术方案是：
一种锂电池的无线充电系统，其特征在于，包括锂电池、无线充电模块、检测模块以及主控模块；其中：
所述无线充电模块包括依次电性连接的无线线圈、整流电路、储能滤波电路、降压稳压芯片以及输出滤波电路；所述输出滤波电路的输出端用于和所述锂电池的端子连接；
所述检测模块包括电池电量计芯片、供电滤波电路、输入滤波电路；所述电池电量计芯片的接地端与所述锂电池的负极连接，所述供电滤波电路以及所述输入滤波电路的输入端均与所述锂电池的正极连接；所述供电滤波电路输出端与所述电量计芯片的VDD端连接；所述输入滤波电路的输出端与所述电池电量计芯片的锂电池电压输入端连接；
所述主控模块为MCU芯片，所述主控模块通过I2C总线与所述检测模块的电池电量计芯片通信连接；所述主控模块通过GPIO引脚与所述无线充电模块的所述降压稳压芯片的使能端电性连接；
所述主控模块的一个外部中断引脚与所述电池电量计芯片的警报引脚电性连接，所述警报引脚通过上拉电阻与所述锂电池的正极电性连接。
本实用新型的进一步改进在于，所述主控模块连接有TFT屏幕，二者通过UART接口连接。
本实用新型的进一步改进在于，所述主控模块连接有LED指示灯。
本实用新型的进一步改进在于，所述无线充电模块的所述整流电路为整流二极管构成的桥式整流电路；所述储能滤波电路由若干个电容并联形成；所述降压稳压芯片与所述输出滤波电路构成DC-DC转换电路。
本实用新型的进一步改进在于，所述主控模块通过开关电源模块供电；所述开关电源模块的输入端与所述锂电池连接，其输出端用于向所述主控模块供电。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
(1)用电池电量计芯片与降压稳压芯片相配合，在过温、过压、浪涌、过载的情况下，降压稳压芯片会自动关断输入，为了防止系统在充电工作发生起火，爆炸等危险。
(2)主控模块可通过电池电量计芯片检测锂电池的内阻等信息，从而判断锂电池的寿命，避免了低成本方案中电池方案全靠使用者凭借续航时间进行感知的问题。
(3)采用本实用新型的无线充电系统可以在充电时无需用电线连接，有效减少了多个充电器、多个电源插座和多条电线互相缠绕的麻烦。在增加电池使用寿命的同时又能够精准地检测出问题电池，减少了在发现问题时需要拆开装置拿出所有电池进行检测时带来的不必要的麻烦。能够在相关领域应用过程中得到广泛的应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为锂电池的无线充电系统的结构框图；
图2所示为无线充电模块的原理图；
图3所示为检测模块的原理图；
图4所示为主控模块的原理图；
图5所示为开关电源模块的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型提供一种锂电池的无线充电系统，其包括锂电池1、无线充电模块2、检测模块3以及主控模块4。
图2所示为无线充电模块的原理图。无线充电模块包括依次电性连接的无线线圈、整流电路21、储能滤波电路22、降压稳压芯片23以及输出滤波电路24。输出滤波电路24的输出端用于和锂电池的端子连接。
无线线圈用于接收磁场的能量。整流电路21为整流二极管构成的桥式整流电路，其用于将线圈产生的交流电转换为脉动直流电。储能滤波电路22由若干个电容并联形成，用于对脉动直流电进行滤波。降压稳压芯片与输出滤波电路构成DC-DC转换电路，用以生成稳定的直流电，以便为锂电池供电。
本实施例中，降压稳压芯片23为TPS54360降压稳压芯片，该芯片的工作电压范围为4.5V到60V，能够输出3.5A持续电流为锂电池充电。降压稳压芯片23具有一个使能端，通过控制该使能端EN的电平可以控制降压稳压芯片23是否工作。当锂电池充满电后，可通过拉低该使能端EN的电平以使得降压稳压芯片23停止工作，从而停止对锂电池进行充电。本实施例中的电路架构使得其可以输出较大的电流和电压，同时配合降压稳压芯片的良好调节能力，使得本实施例的无线充电系统具有较大的电压输出范围以及较大的功率输出范围，可与不同的电池电芯进行搭配。
图3所示为检测模块的原理图。检测模块3包括电池电量计芯片31、供电滤波电路32、输入滤波电路33。电池电量计芯片31的接地端与锂电池的负极GND连接，供电滤波电路32以及输入滤波电路33的输入端均与锂电池1的正极VIN连接；供电滤波电路32输出端与电量计芯片31的VDD端连接。输入滤波电路33的输出端与电池电量计芯片31的锂电池电压输入端CELL连接。供电滤波电路32以及输入滤波电路33均为低通滤波器，用于滤除锂电池两端的高频噪声信号，这些信号可能为负载或者无线充电模块工作过程中产生的纹波。
本实施例中，电池电量计芯片31为CW2015是无感测电阻的电量监测系统IC，用于手持式和便携式设备中基于锂离子(Li+)的电池，包括一个14位Sigma-Delta ADC，一个精密电压基准和内置NTC偏置电路，如果电池的SOC水平或所测温度达到预设阈值，则将发出警报信号，它集成了ID电阻感应功能，也可以用作替代感测端口；使用2线I 2C兼容串行接口，该接口以标准模式(100kHz)或快速模式(400kHz)运行。
图4所示为主控模块的原理图。如图1、2、3、4所示，本实施例中，主控模块为MCU芯片，主控模块通过I2C总线与检测模块3的电池电量计芯片31通信连接。此外主控模块通过GPIO引脚与无线充电模块2的降压稳压芯片23的使能端EN电性连接。
本实施例中，主控模块4在MCU上进行扩展，成为一个核心板。该核心板具有众多引脚外设，具有电源引脚、调试/编程接口、复位电路、晶振电路、引脚复位等功能。其中包括引脚复用为GPIO功能，引脚输出高低电平来实现发光二极管、开关等功能。除此之外，该负责通过GPIO对无线充电模块2的降压稳压芯片23进行控制，从而实现对充电过程的控制，以便在电池充满电之后停止充电。
此外，主控模块4的一个外部中断引脚与电池电量计芯片31的警报引脚ALERT电性连接，警报引脚ALERT通过上拉电阻R3与锂电池的正极VIN电性连接。当发生短路故障或者锂电池脱落时，外部中断引脚被置为低电平，这会导致主控模块4进入中断响应程序，及时进行响应，控制降压稳压芯片23停止进行充电，同时可根据负载电路的设计关闭引起短路的用电负载，可避免因为放电电流过大导致的危险情况(电芯起火、爆炸)。
在本实施例中，主控模块4采用锂电池1进行供电。图5所示为开关电源模块的原理图。该开关电源模块将锂电池的电能转换为稳定的电压，以便为主控模块4进行供电。开关电源模块的输入端与锂电池连接，输出端与主控模块4连接。
为了展示电池的电量、实时功耗等参数，主控模块4连接有TFT屏幕，二者通过UART接口连接。在一些应用场景中，无法安装TFT屏幕，为了解决该问题，主控模块4可通过LED指示灯展示相关信息。
本实施例中，采用电池电量计芯片与降压稳压芯片相配合，在过温、过压、浪涌、过载的情况下，降压稳压芯片会自动关断输入，为了防止系统在充电工作发生起火，爆炸等危险。
此外，主控模块4可通过电池电量计芯片31检测锂电池的内阻等信息，从而判断锂电池的寿命，避免了低成本方案中电池方案全靠使用者凭借续航时间进行感知的问题。
采用本实用新型的无线充电系统可以在充电时无需用电线连接，有效减少了多个充电器、多个电源插座和多条电线互相缠绕的麻烦。在增加电池使用寿命的同时又能够精准地检测出问题电池，减少了在发现问题时需要拆开装置拿出所有电池进行检测时带来的不必要的麻烦。能够在相关领域应用过程中得到广泛的应用。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (5)
1.一种锂电池的无线充电系统，其特征在于，包括锂电池、无线充电模块、检测模块以及主控模块；其中：
所述无线充电模块包括依次电性连接的无线线圈、整流电路、储能滤波电路、降压稳压芯片以及输出滤波电路；所述输出滤波电路的输出端用于和所述锂电池的端子连接；
所述检测模块包括电池电量计芯片、供电滤波电路、输入滤波电路；所述电池电量计芯片的接地端与所述锂电池的负极连接，所述供电滤波电路以及所述输入滤波电路的输入端均与所述锂电池的正极连接；所述供电滤波电路输出端与所述电量计芯片的VDD端连接；所述输入滤波电路的输出端与所述电池电量计芯片的锂电池电压输入端连接；
所述主控模块为MCU芯片，所述主控模块通过I2C总线与所述检测模块的电池电量计芯片通信连接；所述主控模块通过GPIO引脚与所述无线充电模块的所述降压稳压芯片的使能端电性连接；
所述主控模块的一个外部中断引脚与所述电池电量计芯片的警报引脚电性连接，所述警报引脚通过上拉电阻与所述锂电池的正极电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池的无线充电系统，其特征在于，所述主控模块连接有TFT屏幕，二者通过UART接口连接。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池的无线充电系统，其特征在于，所述主控模块连接有LED指示灯。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电模块的所述整流电路为整流二极管构成的桥式整流电路；所述储能滤波电路由若干个电容并联形成；所述降压稳压芯片与所述输出滤波电路构成DC-DC转换电路。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池的无线充电系统，其特征在于，所述主控模块通过开关电源模块供电；所述开关电源模块的输入端与所述锂电池连接，其输出端用于向所述主控模块供电。
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