CN213717660U - 一种恒压1.5v输出的充电电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及充电电池领域，尤指一种恒压1.5V输出的充电电池。储能由镍氢材料改用锂离子材料，增大了电池容量，提高了电池循环寿命。采用了成品锂离子电池嵌入电池外壳，解决了电解液与电池外壳直接接触引起的系列问题。电池内置降压稳压电路。先把电池电压由3.7V降至1.5V，再稳压电路稳定1.5V电压输出，满足了负载对电池电压稳压的需求，保障了设备动力输出的平稳或仪器的测量精度及灵敏度。充电管理电路提高电池的充电效率，保证了充电过程中的安全，延长电池使用寿命。充电指示灯直观电池的充电过程；而且电池内置充电保护、放电保护、过流温度保护等功能，避免电池在使用时过充或过放或过流导致损坏电池，保障了电池在充放电时的安全性。

Description

一种恒压1.5V输出的充电电池

技术领域

本实用新型涉及充电电池领域，尤指一种恒压1.5V输出的充电电池。

背景技术

AA(5号)，AAA(7号)是一种常用电池。在测量仪器(如万用表)，医疗设备(如手持红外测体温仪)，娱乐设备(如无线麦克风)，无线遥控(如航模)，安防设备(如无线摄像机)，健身器材(如计步器)等领域经常会用到。

目前常用的AA(5号)，AAA(7号)充电电池都用镍氢，镍镉(不环保)材料生产，这种材料比容量低，循环寿命短，使用上不经济

常用的AA(5号)，AAA(7号)充电电池由于内部不能设置充电，放电保护电路，使用时会造成过充过放而带来安全隐患(爆炸或起火)。且这种电池中的电解液(强碱)直接与钢壳接触，易腐蚀钢壳和密封圈，造成电池漏液，表面生锈.另这种电池放电时(带负载时)，电池电压是线性下降的，带动力负载时，会使输出动力下降，不平稳给芯片供电时，会使芯片工作不稳定出错，用在测量仪表上时，会降低测量精度.另这种电池内部没有充电管理电路，电池电压越低时，反面充电电池越大，这样不但会造成浮充而且会降低电池材料的化学性能，更严重造成电池内部短路，引起安全隐患。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种恒压1.5V输出的充电电池，电池内置降压稳压电路，稳定1.5V电压输出，满足了负载对电池电压稳压的需求，保障了设备动力输出的平稳或仪器的测量精度及灵敏度。同时电池内置了充电管理电路，实现了对电池充电，提高充电效率，保证了充电过程中的安全，延长电池使用寿命。而且电池内置充电保护、放电保护、过流保护等功能，避免电池在使用时过充或过放或过流导致损坏电池，保障了电池在充放电时的安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种恒压1.5V输出的充电电池，包括电池外壳、锂电池、PCBA板；其中所述锂电池、PCBA板均内置在电池外壳内部；其中PCBA板设置有IC、对锂电池放电的放电管理电路、对锂电池充电的充电管理电路；其中锂电池的正极与IC的BAT引脚连接，锂电池的负极接地；放电管理电路包括降压稳压电路，该降压稳压电路包括外部电感L1、输出电容C2、设置在IC内部的控制逻辑单元、驱动单元、P-MOS管Q1、第二N-MOS管Q2，其中所述控制逻辑单元通过驱动单元分别与P-MOS管Q1、第二N-MOS管Q2连接，且P-MOS管Q1、第二N-MOS管Q2分别连接在IC的SW引脚，其中所述外部电感L1的一端与IC的SW引脚连接，且外部电感L1的另一端与输出电容C2正极连接，输出电容C2的负极接地，其中所述IC的OUT引脚与输出电容C2正极连接，且输出电容C2正极构成输出端Vout，并输出恒压1.5V；充电管理电路包括充电电流设定电阻R2、设置在IC内部的充电控制逻辑单元，其中IC的ISET引脚与充电控制逻辑单元连接，且充电电流设定电阻R2一端与ISET引脚连接，充电电流设定电阻R2一端接地。

进一步，放电管理电路还包括位于IC内部的第三N-MOS管(Q3)，IC内部的BAT引脚通过第三N-MOS管(Q3)与IC内部的OUT引脚连接。

进一步，所述放电管理电路还包括位于IC内部的过电流保护电路、位于IC内部的短路保护电路、位于IC内部的第一过热保护电路、位于IC内部的限流检测器，其中过电流保护电路、短路保护电路、第一过热保护电路、限流检测器均与控制逻辑单元电性连接，限流检测器还与驱动单元电性连接。

进一步，所述放电管理电路还包括位于斜坡补偿单元、PWM比较器、PWM/PFM模式检测器、电流传感器、限流电阻R1、与控制逻辑单元电性连接的限流检测器，其中PWM/PFM模式检测器与电流传感器电性连接，且电流传感器与PWM比较器的输入端连接，斜坡补偿单元与控制逻辑单元电性连接，斜坡补偿单元还与PWM比较器的输入端连接，且PWM比较器的输出端与控制逻辑单元电性连接；限流检测器还与驱动单元电性连接，限流电阻R1与第二N-MOS管Q2连接，限流检测器的一端与限流电阻R1连接，限流检测器的另一端与控制逻辑单元电性连接。

进一步，所述电池外壳表面还设置有LED指示灯D1，其中LED指示灯D1的正极与IC上的BAT引脚连接，LED指示灯D1的负极与IC上的LED引脚连接，且所述IC内部的LED引脚分别与充电控制逻辑单元、ISET引脚、OUT引脚连接。

进一步，所述充电管理电路还包括过压保护电路、第二过热保护电路、电池反向保护电路、睡眠模式检测电路、充电器回路控制和补偿电路，其中过压保护电路、第二过热保护电路、电池反向保护电路、睡眠模式检测电路、充电器回路控制和补偿电路均与充电控制逻辑单元连接。

进一步，PCBA板还包括滤波电容(C1)，滤波电容(C1)的一端与IC的BAT引脚连接，另一端接地。

进一步，所述电池外壳包括负极钢壳、盖合在负极钢壳上的正极钢盖，其中负极钢壳与正极钢盖之间还设置有绝缘圈，所述PCBA板、锂电池均设置在负极钢壳内部，其中负极钢壳通过负极连接片与PCBA板电性连接，正极钢盖通过正极连接片与PCBA板电性连接。

进一步，所述负极钢壳内底壁还设置有绝缘层，以便于锂电池与负极钢壳之间的隔离；所述锂电池放置在绝缘层表面。

本实用新型的有益效果在于：

1.储能由镍氢材料改用锂离子材料，降低自放电增大了电池容量，提高了电池循环寿命。经济上更省，安全性更好了。

2.采用了成品锂离子电池嵌入负极钢壳，解决了电解液与负极钢壳直接接触引起的系列问题。

3.电池内置降压稳压电路。先把电池电压由3.7V降至1.5V，再稳压电路稳定1.5V电压输出，满足了负载对电池电压稳压的需求，保障了设备动力输出的平稳或仪器的测量精度及灵敏度。

4.电池内置了充电管理电路，实现了对电池充电，提高充电效率，保证了充电过程中的安全，延长电池使用寿命。且在电池上设置了充电指示灯，直观以了解电池的充电过程。

附图说明

图1是充电电池的剖面结构示意图。

图2是充电电池内部电路图。

图3是IC内部模块结构示意图。

附图标号说明：负极钢壳1、锂电池2、PCBA板3、绝缘圈4、面垫5、正极连接片6、正极钢盖7、负极连接片8、绝缘层9、控制逻辑单元10、驱动单元11、斜坡补偿单元12、电流传感器13、PWM比较器14、限流检测器15、PWM/PFM模式检测器16、过电流保护电路17、短路保护电路18、第一过热保护电路19、零点检测器110、误差放大器111、充电控制逻辑单元21、第二过热保护电路22、过压保护电路23、电池反向保护电路24、睡眠模式检测电路25、充电器回路控制和补偿电路26。

具体实施方式

请参阅图1-3所示，本实用新型关于一种恒压1.5V输出的充电电池，包括电池外壳、锂电池2、PCBA板3；其中所述锂电池2、PCBA板3均内置在电池外壳内部；其中PCBA板3设置有IC、对锂电池2放电的放电管理电路、对锂电池2充电的充电管理电路；其中锂电池2的正极与IC的BAT引脚连接，锂电池2的负极接地；放电管理电路包括降压稳压电路，降压稳压电路包括外部电感L1、输出电容C2、设置在IC内部的控制逻辑单元10、驱动单元11、P-MOS管Q1、第一N-MOS管Q2，其中所述控制逻辑单元10通过驱动单元11分别与P-MOS管Q1、第一N-MOS管Q2连接，且P-MOS管Q1、第一N-MOS管Q2分别连接在IC的SW引脚，其中所述外部电感L1的一端与IC的SW引脚连接，且外部电感L1的另一端与输出电容C2正极连接，输出电容C2的负极接地，其中所述IC的OUT引脚与输出电容C2正极连接，且输出电容C2正极构成输出端Vout，并输出恒压1.5V；充电管理电路包括充电电流设定电阻R2、设置在IC内部的充电控制逻辑单元21，其中IC的ISET引脚与充电控制逻辑单元21连接，且充电电流设定电阻R2一端与ISET引脚连接，充电电流设定电阻R2一端接地。IC根据OUT引脚的电压VOUT和BAT引脚的电压VBAT进行比较，来判断其工作模式。

当VOUT>VBAT+100mV时，IC工作于充电管理模式(Charge模式)，其功能是以OUT端电压作为工作电源，对BAT端的单节锂电池2进行线性充电。当VOUT<VBAT时，IC工作于放电管理模式(Buck DC/DC模式)，其功能是将BAT端的单节锂电池2电压转变为单节干电池的输出电压1.5V，并从OUT端输出。放电模式具有低电量提示功能，当BAT端的锂电池2电压低于VBAT_LOW时，输出电压降低到1.1V。放电模式轻载时采用极低功耗工作模式，完全空载时仅消耗静态电流6uA，提高了工作效率。IC是通过内部P-MOS管Q1和第二N-MOS管Q2来回切换导通/截止和外部电感L1、输出电容C2来共同实现降压的目的。

当OUT端电压(VOUT)大于电池电压100mV(VOUT>VBAT+100mV)时，IC即开始一个充电周期。如果BAT端电压小于涓流充电阈值电压(VTRIKL)，电池将进入涓流充电状态，在该状态下，电池的充电电流为所设定充电电流(ICHG)的1/10，对电池进行安全预处理。如果涓流充电可以使电池电压升高至VTRIKL之上，则电池将进入预充电状态，该状态下电池的充电电流为所设定充电电流的1/10，使电池电压提高至安全的水平，以进行全电流充电。当涓流充电结束后，充电器将进入恒定电流充电模式，给电池提供所设定充电电流。当BAT端电压接近充电电压值(VCV)时，IC进入恒定电压充电模式，充电电流开始下降。当充电电流下降至所设定充电电流的1/10时，电路在VLED端给出充电结束信号，表示电池已经充满。此时，可以认为一个充电周期结束。

充电电流是采用一个连接在PROG引脚与地之间的电阻器(充电电流设定电阻R2)来设定的。设定电阻器(充电电流设定电阻R2)和充电电流采用下列公式来计算：ICHG＝(VSET/RPROG)×35000。

当BAT端电压达到恒压浮充电压(VCV)后，充电电流下降至所设定充电电流的1/10时，可以认为一个充电周期结束。

同时所述放电管理电路还包括位于IC内部的过电流保护电路17、位于IC内部的短路保护电路18、位于IC内部的第一过热保护电路19其中过电流保护电路17、短路保护电路18、第一过热保护电路19均与控制逻辑单元10电性连接。

过电流保护电路17(OCP)，IC工作于DC/DC模式时，其内部过电流保护电路一直监视通过P-MOS管Q1的电流。当此电流大于电流限制值(ILIMT)时，P-MOS管Q1将被关闭，防止电感电流进一步增加；在下一个脉冲，如果P-MOS管Q1电流已经小于电流限制值(ILIMT)，芯片将从过电流保护状态恢复到正常工作。但是，一旦再次发生过电流情况，P-MOS管会即时被关闭，并重新进入过电流保护状态。

短路保护电路18，当OUT端短路至地时，IC将进入降频工作模式，通过降低电路的工作频率，来大大减少OUT端的输入电流，同时有效的降低电路的发热。短路故障去除后，电路会立刻进入正常的DC/DC工作模式。

第一过热保护电路19(OTP)，当IC电路内部温度超过过热保护阈值(TOTP2)时，电路将关闭P-MOS和N-MOS管，禁止输出电压；当芯片工作温度降至过热保护恢复阈值(TOTP2-TOTP-HYS2)时，电路将回到正常工作状态，下一个周期P-MOS将自动开启。

进一步，放电管理电路还包括位于IC内部的第三N-MOS管Q3，IC内部的BAT端通过第三N-MOS管Q3与IC内部的OUT端连接。IC内部提供了一个第三N-MOS管Q3，这样可以使外部无需额外的肖特基整流二极管，同时第三N-MOS管Q3的导通压降要低于通常的肖特基整流二极管，从而提高电路的效率。

进一步，所述放电管理电路还包括位于斜坡补偿单元12、PWM比较器14、PWM/PFM模式检测器16、电流传感器13、限流电阻R1、位于IC内部且与控制逻辑单元10电性连接的限流检测器15，其中PWM/PFM模式检测器16与电流传感器13电性连接，且电流传感器13与PWM比较器14的输入端连接，斜坡补偿单元12与控制逻辑单元10电性连接，斜坡补偿单元12还与PWM比较器14的输入端连接，且PWM比较器14的输出端与控制逻辑单元10电性连接。限流检测器15还与驱动单元11电性连接。限流电阻R1与第二N-MOS管连接并检测第二N-MOS管Q2电流，限流检测器15的一端与限流电阻R1连接，限流检测器15的另一端与控制逻辑单元10电性连接。

在正常状态下，IC的工作模式为PWM模式，在此模式中工作频率保持恒定。由于IC内部有电流型反馈补偿电路(限流电阻R1、限流检测器15、控制逻辑单元10构成的反馈补偿电路)，使芯片不需要外接补偿元件；IC采用了反馈电路，以提高电路的电压瞬态响应性能。在内部波形发生器产生的锯齿波的下降沿，P-MOS管Q1开启；

同时在放电管理电路还包括零点检测器110、误差放大器111，其中控制逻辑单元10通过零点检测器110与驱动单元11连接，误差放大器111输出端与PWM比较器14输入端连接。当PWM比较器14翻转或过电压保护条件发生或电流限制条件发生时，P-MOS管Q1将被关闭，第三N-MOS管Q3开启。当P-MOS管Q1重新开启或监测到反向电流时，第三N-MOS管Q3将被关闭。

如果电流传感器13监测到反向电流且电感最大电流低于100mA，PWM/PFM模式检测器16使得IC将进入PFM模式，由此减小轻载时的工作电流。

进一步，所述电池外壳表面还设置有LED指示灯D1，其中LED指示灯D1的正极与IC上的BAT引脚连接，LED指示灯D1的负极与IC上的LED引脚连接，且所述IC内部的LED引脚分别与充电控制逻辑单元21、ISET引脚、OUT引脚连接。IC提供了一个开漏结构输出LED端，外部通过一个LED指示灯D1连接到一个高电平，LED指示灯D1恒流5mA。电路根据不同的充电状态，控制LED端的输出(高阻、低电平、方波)，通过外接的LED指示灯D1显示对应的充电状态，其中LED灯状态：充电中1Hz闪烁、充满常亮、充电状态未接电池高速闪烁、放电灭、放电短路10Hz高速闪烁、放电欠压1Hz闪烁8次后灭。

进一步，所述充电管理电路还包括过压保护电路23、第二过热保护电路22、电池反向保护电路24、睡眠模式检测电路25、充电器回路控制和补偿电路26，其中过压保护电路23、第二过热保护电路22、电池反向保护电路24、睡眠模式检测电路25、充电器回路控制和补偿电路26均与充电控制逻辑单元21连接。充电模式下，当IC电路内部温度超过过热保护阈值(TOTP1)时，温度上升此温度开始降低电流，降低电路的功耗，以保护电路不至于损坏；当芯片工作温度低于过热保护阈值(TOTP1)时，电路将回到正常的充电状态。

进一步，PCBA板3还包括滤波电容C1，滤波电容C1的一端与IC的BAT引脚连接，另一端接地。滤波电容C1起到滤波作用。

进一步，所述电池外壳包括负极钢壳1、盖合在负极钢壳1上的正极钢盖7，其中负极钢壳1与正极钢盖7之间还设置有绝缘圈4，所述PCBA板3、锂电池2均设置在负极钢壳1内部，其中负极钢壳1通过负极连接片8与PCBA板3电性连接，正极钢盖7通过正极连接片6与PCBA板3电性连接。同时在本申请中，正极钢盖7的表面还设置有面垫5。

进一步，所述负极钢壳1内底壁还设置有绝缘层9，所述锂电池2放置在绝缘层9表面。在本具体实施例中，绝缘层9选用PVC垫片。

综上所述，本申请的创新点在于：

1.储能由镍氢材料改用锂离子材料，降低自放电增大了电池容量，提高了电池循环寿命。经济上更省，安全性更好了。

2.采用了成品锂离子电池嵌入负极钢壳，解决了电解液与负极钢壳直接接触引起的系列问题。

3.电池内置降压稳压电路。先把电池电压由3.7V降至1.5V，再稳压电路稳定1.5V电压输出，满足了负载对电池电压稳压的需求，保障了设备动力输出的平稳或仪器的测量精度及灵敏度。

4.电池内置了充电管理电路，实现了对电池充电，提高充电效率，保证了充电过程中的安全，延长电池使用寿命。且在电池上设置了充电指示灯，直观以了解电池的充电过程。

5.电池内置了充电管理电路，实现了对电池充电，提高充电效率，保证了充电过程中的安全，延长电池使用寿命。且在电池上设置了充电指示灯，直观以了解电池的充电过程。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：包括电池外壳、锂电池、PCBA板；其中所述锂电池、PCBA板均内置在电池外壳内部；其中PCBA板设置有IC、对锂电池放电的放电管理电路、对锂电池充电的充电管理电路；其中锂电池的正极与IC的BAT引脚连接，锂电池的负极接地；放电管理电路包括降压稳压电路，该降压稳压电路包括外部电感(L1)、输出电容(C2)、设置在IC内部的控制逻辑单元、驱动单元、P-MOS管(Q1)、第二N-MOS管(Q2)，其中所述控制逻辑单元通过驱动单元分别与P-MOS管(Q1)、第二N-MOS管(Q2)连接，且P-MOS管(Q1)、第二N-MOS管(Q2)分别连接在IC的SW引脚，其中所述外部电感(L1)的一端与IC的SW引脚连接，且外部电感(L1)的另一端与输出电容(C2)正极连接，输出电容(C2)的负极接地，其中所述IC的OUT引脚与输出电容(C2)正极连接，且输出电容(C2)正极构成输出端Vout，并输出恒压1.5V；充电管理电路包括充电电流设定电阻(R2)、设置在IC内部的充电控制逻辑单元，其中IC的ISET引脚与充电控制逻辑单元连接，且充电电流设定电阻(R2)一端与ISET引脚连接，充电电流设定电阻(R2)一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：放电管理电路还包括位于IC内部的第三N-MOS管(Q3)，IC内部的BAT引脚通过第三N-MOS管(Q3)与IC内部的OUT引脚连接。

3.根据权利要求1所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：所述放电管理电路还包括位于IC内部的过电流保护电路、位于IC内部的短路保护电路、位于IC内部的第一过热保护电路，其中过电流保护电路、短路保护电路、第一过热保护电路均与控制逻辑单元电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：所述放电管理电路还包括位于斜坡补偿单元、PWM比较器、PWM/PFM模式检测器、电流传感器、限流电阻(R1)、与控制逻辑单元( 10) 电性连接的限流检测器，其中PWM/PFM模式检测器与电流传感器电性连接，且电流传感器与PWM比较器的输入端连接，斜坡补偿单元与控制逻辑单元电性连接，斜坡补偿单元还与PWM比较器( 14) 的输入端连接，且PWM比较器的输出端与控制逻辑单元电性连接；限流检测器( 15) 还与驱动单元电性连接，限流电阻(R1)与第二N-MOS管(Q2)连接，限流检测器的一端与限流电阻(R1)连接，限流检测器的另一端与控制逻辑单元电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：所述电池外壳表面还设置有LED指示灯(D1)，其中LED指示灯(D1)的正极与IC上的BAT引脚连接，LED指示灯(D1)的负极与IC上的LED引脚连接，且所述IC内部的LED引脚分别与充电控制逻辑单元、ISET引脚、OUT引脚连接。

6.根据权利要求1所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：所述充电管理电路还包括过压保护电路、第二过热保护电路、电池反向保护电路、睡眠模式检测电路、充电器回路控制和补偿电路，其中过压保护电路、第二过热保护电路、电池反向保护电路、睡眠模式检测电路、充电器回路控制和补偿电路均与充电控制逻辑单元连接。

7.根据权利要求1所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：PCBA板还包括滤波电容(C1)，滤波电容(C1)的一端与IC的BAT引脚连接，另一端接地。

8.根据权利要求1所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：所述电池外壳包括负极钢壳、盖合在负极钢壳上的正极钢盖，其中负极钢壳与正极钢盖之间还设置有绝缘圈，所述PCBA板、锂电池均设置在负极钢壳内部，其中负极钢壳通过负极连接片与PCBA板电性连接，正极钢盖通过正极连接片与PCBA板电性连接。

9.根据权利要求8所述的一种恒压1.5V输出的充电电池，其特征在于：所述负极钢壳内底壁还设置有绝缘层，所述锂电池放置在绝缘层表面。

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