CN212849883U - 锂电池充放电管理及电量显示保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锂电池充放电管理及电量显示保护装置，包括：充电模块，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；放电模块，用于使所述装置在4‑30V宽范围输入、输出电压下工作；电池反接保护模块，用于在电池正负极接反时，使电路中无电流通过；温度检测模块，用于检测环境温度，当工作环境温度超过设定值时，发出报警信息；电量显示模块，用于电量显示；额外电压输出接口，用于输出多种电压。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，并具有电量显示、电池反接保护、环境温度检测功能。

Description

锂电池充放电管理及电量显示保护装置

技术领域

本实用新型属于锂电池充放电管理技术领域，具体涉及一种锂电池充放电管理及电量显示保护装置。

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，放点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，引起电池老化问题。

2、充电时采用恒压充电，一般方式都是大电流充电直到电池电压达到某一个值时，才使用小电流充电。

3、仪器中一般说明的系统可以边充边用，实际上是充电器电流冲到电池内，使用电池的电量再去供设备使用。这样导致的结果就是电池内的电池单元电压不平衡，充电出现问题，损坏电池。

4、无电量显示，电量的使用情况不明确。

5、电池如果正负极接反，接到设备通电，会造成芯片烧毁等问题。

6、如果电池周围的工作环境温度过高，会引起电池损坏等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种锂电池充放电管理及电量显示保护装置，以解决上述技术问题。

本实用新型提供了一种锂电池充放电管理及电量显示保护装置，包括：

充电模块，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；

放电模块，用于使所述装置在4-30V宽范围输入、输出电压下工作；

电池反接保护模块，用于在电池正负极接反时，使电路中无电流通过；

温度检测模块，用于检测环境温度，当工作环境温度超过设定值时，发出报警信息；

电量显示模块，用于电量显示；

额外电压输出接口，用于输出多种电压。

进一步地，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：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。

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。

2)本产品的充电方式涓流充电(低压预充)，恒流充电，恒压充电以及充电截止四个阶段，可延长电池的寿命。

3)充电中电满显示，有显示接口。

4)具有电量显示接口。

5)具有锂电池的边充边用功能，在锂电池电压比较低的时候能保护锂电池，直接外部电源输出给系统。

7)具有温度检测系统，当环境工作温度超过设定值时，会发出报警。

8)具有电池反接保护系统，当遇到电池反接并且电路已经接通的情况下，不会发生损坏电池或者其他元件的情况。

9)具有两路充电电路，适用容量大的锂电池充电用。

10)具有额外的其他输出电压，可以带动别的功率小的器件。

附图说明

图1是本实用新型一种锂电池充放电管理及电量显示保护装置的结构框图；

图2是本实用新型充电模块充电过程示意图；

图3是本实用新型充电模块两个充电管理芯片的电路图；

图4是本实用新型放电模块升/降压稳压输出电路图；

图5是本实用新型电池反接保护模块反接保护电路图；

图6是本实用新型电量显示模块电量显示电路图；

图7是本实用新型温度检测模块温度检测电路图。

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充放电管理及电量显示保护装置，包括：

充电模块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；

放电模块20，用于使所述装置在4-30V宽范围输入、输出电压下工作；

电池反接保护模块30，用于在电池正负极接反时，使电路中无电流通过；

温度检测模块40，用于检测环境温度，当工作环境温度超过设定值时，发出报警信息；

电量显示模块50，用于电量显示，可以自定义显示；

额外电压输出接口60，用于输出多种电压。

在本实施例中，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：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。

下面对本实用新型作进一步详细说明。

充电模块是由两个充电管理芯片(如图3所示)及其外部电路组成，充电电流可以达到最大10A。该模块是PWM降压模式锂电池充电管理集成电路，独立对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。该模块具有恒流充电和恒压充电模式，恒压充电模式。

对于深度放电的锂电池，该模块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源值时，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设定值以下时，自动开始新的充电周期。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，该模块自动进入睡眠模式。充电过程如图2所示。

参图3所示，充电电路是完全一样的两个部分。

1、U13和U14是充电管理芯片，是由完全两个一样的芯片组成。控制整个冲电过程以及检测是否需要充电；还能在充电过程中输出充电状态。

2、D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8为8个肖特基二极管，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。

3、R39,R40为充电电流检测电阻，充电电流的大小可以通过它的阻值设定。

4、J1,J3为充电显示的四个接插件，用来外接LED显示充电状态。

5、C20,21,22,27,28,29,R2和R38是为了保证回路的补偿元件，为了保证电压调制回路和电流调制回路的稳定性。

6、NC20，NC40为电感元件。在正常工作时，N20的电流是会根据需要变化.

7、U5,U6为8脚场效应管。用于控制充电打开和停止。由充电管理芯片 U13或者U14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。

其余的电容大都是对输入电源进行滤波作用，要吸收在输入电源上产生的纹波电流。选型时要注意电容有足够的纹波电流。

参图4所示，图4为稳压输出电路，电压输入范围为4-36V,转换效率高达 98％，输入有过压保护。

图中元器件如下：

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。

图4所示的电路中，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。

参图5所示，反接保护电路作用是在电池正负极接反时，电路中无电流通过。图中U23，U24为8脚场效应管，通过场效应管的导通和截止来控制整个充电电路的通断。Q1的作用也是导通和截止。C50的作用是滤波，D23的作用是反向截止。其中VCC2为电池正极。

参图6所示，电量显示电路的主要工作过程是，当U35有电流通过时， VCC4的电压直接输出到该电量显示电路。该电量显示电路中，使用了5个 (U26-U28)可调精密稳压电源，它的输出电压用两个电阻，例如R80和R35 就可以设置2.5V-36V范围内的任何值。这两个电阻的大小也决定了这一小部分的参考电压即比较电压，如果的输入的电源电压VCC4大于此参考电压，这个精密稳压电源(U26-U28)会输出低电平来控制LED的显示。电量的显示方式可以通过调节可调精密电源的个数以及它对应的两个电阻阻值来调节。

参图7所示，温度检测电路中使用了热敏电阻。U25为一个双电压比较器集成电路。当热敏电阻R56的温度没有达到设定值时，U25的第2管脚和第3管脚电压一致时，U25的第一个管脚输出电压等于VCC,Q2不导通，蜂鸣器LS1无电流不动作。当热敏电阻R56的温度达到设定温度时，电阻减小，同时U25的 3管脚电压低于VCC,此时1管脚输入低电平，Q2导通，Q2的集电极输出高电平，蜂鸣器LS1导通报警。

本实用新型具有如下技术效果:

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。

2)本产品的充电方式涓流充电(低压预充)，恒流充电，恒压充电以及充电截止四个阶段，可延长电池的寿命。

3)充电中电满显示，有显示接口。

4)具有电量显示接口。

5)具有锂电池的边充边用功能，在锂电池电压比较低的时候能保护锂电池，直接外部电源输出给系统。

7)具有温度检测系统，当环境工作温度超过设定值时，会发出报警。

8)具有电池反接保护系统，当遇到电池反接并且电路已经接通的情况下，不会发生损坏电池或者其他元件的情况。

9)具有两路充电电路，适用容量大的锂电池充电用。

10)具有额外的其他输出电压，可以带动别的功率小的器件。

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)

1.一种锂电池充放电管理及电量显示保护装置，其特征在于，包括：

充电模块，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；

放电模块，用于使所述装置在4-30V宽范围输入、输出电压下工作；

电池反接保护模块，用于在电池正负极接反时，使电路中无电流通过；

温度检测模块，用于检测环境温度，当工作环境温度超过设定值时，发出报警信息；

电量显示模块，用于电量显示；

额外电压输出接口，用于输出多种电压。

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