CN219760665U - 一种高压充电保护板及充电电池、电子设备和工具机设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高压充电保护板及充电电池、电子设备和工具机设备。该充电电池包括电芯(6)和高压充电保护板，高压充电保护板的输入端与外接充电器连接，其输出端与电芯连接；高压充电保护板包括：电压检测电路(1)、电流检测电路(2)、控制芯片(3)、开关电路(4)、接口电路(5)；接口电路(5)与外接充电器连接，其充电正极与电芯正极相接，其充电负极与开关电路(4)的第一端连接，开关电路(4)的第二端与电流检测电路(2)的第一端连接，电流检测电路(2)的第二端与电芯负极连接；控制芯片(3)分别与电压检测电路(1)、电流检测电路(2)、开关电路(4)连接。应用本实用新型实现了对电池高压充电应急的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种高压充电保护板及充电电池、电子设备和工具机设备。
背景技术
目前，各种移动终端(例如手机)或移动机具(例如工具机)通常都配置了充电电池作为供电单元，但在电池电量耗尽后需要及时为其充电才可继续工作。以手机为例，手机采用的充电电池包括电芯和保护板，正常充电时，充电器通过充电接口与保护板连接后对电芯进行充电。现在手机电池的充电保护板电路无法高压充电，这由电芯物理特性决定。
现有的手机电池因电芯平台电压限制，存在以下几个问题：(1)现在快充技术多种多样，单一型号电压无法兼容全部快充技术；(2)当手机电池放空后，存在不兼容充电器而不能使用较高充电电压进行临时充电的问题；(3)保护板电路中开关控制管电压限制，导致不能适配更高充电电压，不能对更高电压充电进行保护。
因此，在诸如手机或工具机的充电电池在没电或缺电时如何不受充电器电压限制而实现高压充电成为需要解决的技术问题。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种高压充电保护板及充电电池、电子设备和工具机设备，解决充电电池如何实现高压充电的问题。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
本实用新型提供一种高压充电保护板，包括：电压检测电路(1)、电流检测电路(2)、控制芯片(3)、开关电路(4)和接口电路(5)；其中，
所述接口电路(5)的输入端与外接充电器连接；接口电路(5)的输出端充电正极与电芯正极相接；接口电路(5)的输出端充电负极与开关电路(4)的第一端连接，开关电路(4)的第二端与电流检测电路(2)的第一端连接，电流检测电路(2)的第二端与电芯负极连接；
所述电压检测电路(1)的第一端与接口电路(5)的输出端充电正极连接，所述电压检测电路(1)的第二端与控制芯片(3)连接；所述电流检测电路(2)的第三端还与控制芯片(3)连接；所述开关电路(4)的第三端与控制芯片(3)连接；
所述控制芯片(3)用于根据所述电压检测电路(1)检测到的电压结果和所述电流检测电路(2)检测到的电流结果控制所述开关电路(4)对电芯进行充放电操作。
优选地，所述控制芯片(3)，用于在开关电路(4)关闭状态下控制电压检测电路(1)获得接口电路(5)的外接充电电压，若外接充电电压高于预设充电电压则采用高压充电模式为电芯充电，若外接充电电压为低于或等于预设充电电压则采用正常充电模式为电芯充电；
所述控制芯片(3)，用于在高压充电模式为电芯充电时，采用脉冲式充电方式对电芯进行多次充电，在每一脉冲式充电周期内，控制芯片(3)打开开关电路(4)对电芯充电，对电芯充电第一时长后关闭开关电路(4)，按第二时长静置；
所述控制芯片(3)，用于在相邻两个脉冲式充电周期内判断电芯是否存在过流或过压，若没有则判断是否达到预定充电结束条件，若未达到则进行下一周期的高压充电，若已达到预定充电结束条件则结束充电过程。
优选地，所述控制芯片(3)包括VDD正电压连接端子；
所述电压检测电路(1)包括第一分压电阻(R1)，第一分压电阻(R1)的第一端连接至接口电路(5)的充电正极，其第二端连接至控制芯片(3)的VDD正电压连接端子。
优选地，所述控制芯片(3)包括VINI过流检测端子；
所述电流检测电路(2)包括过流电阻(RS1)，过流电阻(RS1)的第一端与电芯负极连接，其第二端与开关电路(4)连接；过流电阻(RS1)的第二端还连接至控制芯片3的VINI过流检测端子。所述控制芯片(3)包括VINI过流检测端子；
所述电流检测电路(2)包括过流电阻(RS1)，过流电阻(RS1)的第一端与电芯负极连接，其第二端与开关电路(4)连接；过流电阻(RS1)的第二端还连接至控制芯片3的VINI过流检测端子。
优选地，所述控制芯片(3)包括CO充电控制用MOS门极连接端子；所述开关电路(4)包括充电MOS开关(G1)；放电MOS开关(G2)的第一端与过流电阻(RS1)的第二端连接，其第二端与接口电路(5)的充电负极连接；放电MOS开关(G2)的门极与所述CO充电控制用MOS门极连接端子连接；所述控制芯片(3)通过所述CO充电控制用MOS门极连接端子控制充电MOS开关(G1)的门极进行充电操作。
优选地，充电MOS开关(G1)为耐高压MOS开关。
优选地，充电MOS开关(G1)为高速MOS开关。
本实用新型还提供一种充电电池，该充电电池包括：电芯和上述的高压充电保护板，所述高压充电保护板的输入端与外接充电器连接，其输出端与电芯连接，用于控制外接充电器对电芯进行高压充电。
本实用新型还提供一种电子设备，该电子设备包括上述的充电电池。
本实用新型还提供一种工具机设备，该工具机设备包括上述的充电电池。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
首先，应用本实用新型可以通过实现快速的电压、电流检测，根据电压、电流检测结果判断是否可用高压充电模式，以及为避免损伤电芯而判断是否过流或过压，及时退出高压充电过程；其次，采用了高速开关控制，高耐压开关管控结构，这些结构产生了可以随时监控电芯状态，接受更高电压充电的作用，从而实现了手机电池或工具机电池的高压充电功能，达到了临时对电池高压充电应急的效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本实用新型实施例的充电电池的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的充电电池的电路示意图；
图3是本实用新型实施例的充电电池的高压充电过程示意图。
附图标记：
1-电压检测电路；2-电流检测电路；3-控制芯片；4-开关电路；5-接口电路；
6-电芯。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，给出了一种充电电池示意图，该充电电池包括电芯6和高压充电保护板，高压充电保护板的输入端与外接充电器连接，其输出端与电芯连接，用于控制外接充电器对电芯进行高压充电；其中，所述高压充电保护板包括：电压检测电路1、电流检测电路2、控制芯片3、开关电路4和接口电路5；其中，接口电路5的输入端与外接充电器连接；接口电路5的输出端充电正极与电芯正极相接；接口电路5的输出端充电负极与开关电路4的第一端连接，开关电路4的第二端与电流检测电路2的第一端连接，电流检测电路2的第二端与电芯负极连接；
电压检测电路1的第一端与接口电路5的输出端充电正极连接，所述电压检测电路1的第二端与控制芯片3连接；所述电流检测电路2的第三端还与控制芯片3连接；所述开关电路4的第三端与控制芯片3连接；
控制芯片3用于根据所述电压检测电路1检测到的电压结果和所述电流检测电路2检测到的电流结果控制开关电路4对电芯进行充放电操作。
控制芯片3在开关电路4关闭状态下控制电压检测电路1获得接口电路5的外接充电电压，若外接充电电压高于预设充电电压(通常为5V)则采用高压充电模式为电芯充电，若外接充电电压低于或等于预设充电电压则采用正常充电模式为电芯充电；所述预设充电电压为5V，其中，电芯电压通常为4.4V至5V，在正常充电模式下，通常采用5V电压对电芯6进行充电；在高压充电模式下，在高于5V且小于或等于15V范围内则进行高压充电；若输入的外接充电电压高于15V则接口电路5不打开，不进行高压充电。
控制芯片3在高压充电模式为电芯6充电时，采用脉冲式充电方式对电芯6进行多次充电，在每一脉冲式充电周期内，控制芯片3打开开关电路4对电芯充电，对电芯充电第一时长后关闭开关电路4，按第二时长静置。例如，可以设置每一脉冲式充电周期为30ms，其中，第一时长为20ms,第二时长为10ms，在每一脉冲充电周期内，充电20ms后静置10ms。
控制芯片3在用于在相邻两个脉冲式充电周期内判断电芯是否存在过流或过压，若没有则判断是否达到预定充电结束条件，若未达到则进行下一周期的高压充电，若已达到预定充电结束条件则结束高压充电过程，高压充电完成。预定充电结束条件可以是总电量的百分比或预设电压值。例如充放电量达到总电量的30％，或者可以是一个电压值，例如预设4V电压值。
为避免对电芯造成充电损伤，在每一脉冲式充电周期内的进行高压充电的第一时长内，也需要判断是否过流或过压，若充电电流超过预设允许值，则退出高压充电过程，进入异常电流模式，结束充电。若在两个脉冲式充电周期之间判断电芯存在过流或过压，则进入异常模式，结束高压充电，将电池锁死。过流指超出了充电设计电流，如充电限制电流为5A内，脉冲充电超出5A，则为过流；过压指截止充电时间，电芯电压高于充电限制电压则为过压。预设允许值是针对电流和电压分别设置的电流保护值(例如5A)和电压保护值(例如15V)，在充电过程中在每个充电脉冲周期监测这两个值，逻辑上触发超过预设允许值后启动异常处理。电池锁死是指高压充电异常后，禁止充电，或放电也禁止，报废电池，无法充放电。
如图2所示，给出了一种充电电池的具体电路结构图。在图2中，电芯6(CELL)的正负极分别为B+和B-,接口电路5(J1)具有12个接口，其中，接口5-8并联作为充电负极，接口1、2、11、12并联作为充电正极。充电正极直接与电芯正极B+连接。
控制芯片3(U2)包括6个引脚，其中，第一引脚为VM过电流保护锁定端子，第二引脚为CO充电控制用MOS门极连接端子，第三引脚为DO放电控制用MOS门极连接端子，第四引脚为VSS接地端子，第五引脚为VDD正电压连接端子，第六引脚为VINI过流检测端子。
电压检测电路1包括第一分压电阻R1，第一分压电阻R1的第一端连接至接口电路5的充电正极，其第二端连接至控制芯片3的VDD正电压连接端子。第一分压电阻R1检测得到的外接充电电压输入至控制芯片3的VDD正电压连接端子。
电流检测电路2包括过流电阻RS1，过流电阻RS1的第一端与电芯负极B-连接，其第二端与开关电路4连接。过流电阻RS1的第二端还连接至控制芯片3的第六引脚VINI过流检测端子。
开关电路4包括充电MOS开关G1和放电MOS开关G2。放电MOS开关G2连接于过流电阻RS1的第二端与控制芯片3的DO放电控制用MOS门极连接端子之间。第三引脚DO放电控制端子控制放电MOS开关G2的门极进行放电操作。充电MOS开关G1连接于接口电路5的充电正极(接口5、6、7、8)与控制芯片3的CO充电控制用MOS门极连接端子之间，CO充电控制用MOS门极连接端子控制充电MOS开关G1的门极进行充电操作。其中，开关电路4的充电MOS开关G1为耐高压MOS开关，耐高压MOS管具有输入阻抗高的特性。优选地开关电路4的充电MOS开关G1为高速MOS开关，除开关速度快之外，还具有开关损耗低的特点。
如图3所示给出了对电芯高压充电的流程图，其具体执行由控制芯片3按照图3所示流程实现。
首先，在开关电路4的充电MOS开关G1关闭情况下，控制芯片3获取电压检测电路1(电阻R1)至接口电路5P+接口(接口1、2、11、12)之间的外接充电电压，判断是否进入高压充电模式，若外接充电电压高于正常充电电压(通常为5V)则进入高压充电模式，否则进入正常充电模式对电芯进行充电；此处，设置5V为电压正常充电电压。
控制芯片3在高压充电模式下采用脉冲模式对电芯充电，在每一脉冲周期内，控制开关电路4的充电MOS开关G1打开50毫秒进行充电，同时通过电压检测电路1和电流检测电路2检测是否存在过流或过压，如存在过流或过压则进入异常模式，断开充电MOS开关G1，关断高压充电；在充电50毫秒结束后关闭开关电路的充电MOS开关G1，并静置50毫秒，静置期间再次通过电压检测电路1和电流检测电路2检测是否存在过流或过压，如有过流或过压异常则锁定电池；若无过流或过压异常则同步判断电池是否已达预设充电结束条件；
若已达充电结束条件则结束充电，高压充电完成；若未达充电结束条件，则进行下一个脉冲周期的高压充电过程，直至达到充电结束条件。
基于上述的充电电池，本实用新型还提供一种电子设备，该电子设备包括上述具有高压充电板的充电电池。
基于上述的充电电池，本实用新型还提供一种工具机设备，该工具机设备包括上述具有高压充电板的充电电池。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种高压充电保护板，其特征在于，包括：电压检测电路(1)、电流检测电路(2)、控制芯片(3)、开关电路(4)和接口电路(5)；其中，
所述接口电路(5)的输入端与外接充电器连接；接口电路(5)的输出端充电正极与电芯正极相接；接口电路(5)的输出端充电负极与开关电路(4)的第一端连接，开关电路(4)的第二端与电流检测电路(2)的第一端连接，电流检测电路(2)的第二端与电芯负极连接；
所述电压检测电路(1)的第一端与接口电路(5)的输出端充电正极连接，所述电压检测电路(1)的第二端与控制芯片(3)连接；所述电流检测电路(2)的第三端还与控制芯片(3)连接；所述开关电路(4)的第三端与控制芯片(3)连接；
所述控制芯片(3)用于根据所述电压检测电路(1)检测到的电压结果和所述电流检测电路(2)检测到的电流结果控制所述开关电路(4)对电芯进行充放电操作。
2.根据权利要求1所述的高压充电保护板，其特征在于，
所述控制芯片(3)，用于在开关电路(4)关闭状态下控制电压检测电路(1)获得接口电路(5)的外接充电电压，若外接充电电压高于预设充电电压则采用高压充电模式为电芯充电，若外接充电电压为低于或等于预设充电电压则采用正常充电模式为电芯充电；
所述控制芯片(3)，用于在高压充电模式为电芯充电时，采用脉冲式充电方式对电芯进行多次充电，在每一脉冲式充电周期内，控制芯片(3)打开开关电路(4)对电芯充电，对电芯充电第一时长后关闭开关电路(4)，按第二时长静置；
所述控制芯片(3)，用于在相邻两个脉冲式充电周期内判断电芯是否存在过流或过压，若没有则判断是否达到预定充电结束条件，若未达到则进行下一周期的高压充电，若已达到预定充电结束条件则结束充电过程。
3.根据权利要求1所述的高压充电保护板，其特征在于，
所述控制芯片(3)包括VDD正电压连接端子；
所述电压检测电路(1)包括第一分压电阻(R1)，第一分压电阻(R1)的第一端连接至接口电路(5)的充电正极，其第二端连接至控制芯片(3)的VDD正电压连接端子。
4.根据权利要求1所述的高压充电保护板，其特征在于，
所述控制芯片(3)包括VINI过流检测端子；
所述电流检测电路(2)包括过流电阻(RS1)，过流电阻(RS1)的第一端与电芯负极连接，其第二端与开关电路(4)连接；过流电阻(RS1)的第二端还连接至控制芯片(3)的VINI过流检测端子。
5.根据权利要求4所述的高压充电保护板，其特征在于，
所述控制芯片(3)包括CO充电控制用MOS门极连接端子；所述开关电路(4)包括充电MOS开关(G1)；放电MOS开关(G2)的第一端与过流电阻(RS1)的第二端连接，其第二端与接口电路(5)的充电负极连接；放电MOS开关(G2)的门极与所述CO充电控制用MOS门极连接端子连接；所述控制芯片(3)通过所述CO充电控制用MOS门极连接端子控制充电MOS开关(G1)的门极进行充电操作。
6.根据权利要求5所述的高压充电保护板，其特征在于，
所述充电MOS开关(G1)为耐高压MOS开关。
7.根据权利要求5所述的高压充电保护板，其特征在于，
所述充电MOS开关(G1)为高速MOS开关。
8.一种充电电池，其特征在于，该充电电池包括：电芯和根据权利要求1至7任一项所述的高压充电保护板，高压充电保护板的输入端与外接充电器连接，其输出端与电芯连接，用于控制外接充电器对电芯进行高压充电。
9.一种电子设备，其特征在于，该电子设备包括权利要求8所述的充电电池。
10.一种工具机设备，其特征在于，该工具机设备包括权利要求8所述的充电电池。
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| CN202320542150.XU CN219760665U (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种高压充电保护板及充电电池、电子设备和工具机设备 |
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