CN219960152U - 一种电池控制电路及可充电电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池领域，特别涉及一种电池控制电路及可充电电池。电池控制电路包括温度采集电路、控制模块、开关电路及加热模块；温度采集电路用于采集电池的温度值信号；控制模块分别与温度采集电路、开关电路的输入端连接，用于根据温度值信号，控制开关电路的导通；开关电路的输出端与加热模块连接，加热模块包括加热膜，加热膜贴附在电池的电芯上，用于在开关电路导通时为电芯加热。本实用新型的电池控制电路，温度采集电路实时采集电池的温度值信号，控制模块根据电池的温度值信号获取电池温度值，在该电池温度值低于第一预设温度阈值时自动控制开关电路导通，加热膜为电芯加热使电池的温度升高，从而提高电池在低温环境中的充电速度。

Description

一种电池控制电路及可充电电池

技术领域

本实用新型涉及电池领域，特别涉及一种电池控制电路及可充电电池。

背景技术

可充电电池通过可逆的电化学反应来蓄积和存储能量，需要放电时再次把化学能转换为电能，是一种可充电、放电到负载，并多次充电的电池。可充电电池被广泛使用于各类电池，例如为3C锂电池。

但是可充电电池在低温环境中充电时，具有充电速度慢的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电池控制电路，以解决或部分解决现有的可充电电池在低温环境中充电，具有充电速度慢的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

第一方面，本实用新型公开了一种电池控制电路，所述电池控制电路包括温度采集电路、控制模块、开关电路及加热模块；所述温度采集电路用于采集电池的温度值信号；所述控制模块分别与所述温度采集电路、所述开关电路的输入端连接，用于根据所述温度值信号，控制所述开关电路的导通；所述开关电路的输出端与所述加热模块连接，所述加热模块包括加热膜，所述加热膜贴附在所述电池的电芯上，用于在所述开关电路导通时为所述电芯加热。

进一步的，所述温度采集电路包括温度监测单元、第一电阻和第二电阻，所述温度监测单元与所述电池接触；第一电阻的一端与温度监测单元的一端和第二电阻的一端均连接，第一电阻的另一端用于与电池正极连接；温度监测单元的另一端接地；第二电阻的另一端与控制模块的第一端连接，所述第二电阻的电阻值大于所述温度监测单元的电阻值。

进一步的，所述温度采集电路还包括第一电容和第二电容；所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端接地；所述第二电容的一端与所述第二电阻的另一端连接，所述第二电容的另一端接地。

进一步的，所述温度监测单元为热敏电阻。

进一步的，所述开关电路包括第一MOS管和第二MOS管；所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极均与所述电池的负极连接；所述第一MOS管的栅极和所述第二MOS管的栅极均与所述控制模块的输出端连接；所述第一MOS管的漏极和所述第二MOS管的漏极均与所述加热模块连接。

进一步的，所述控制模块包括单片机。

进一步的，所述开关电路在所述控制模块输出第一电平信号时导通，以控制所述加热膜对所述电芯加热；所述开关电路在所述控制模块输出第二电平信号时关断，以控制所述加热膜停止对所述电芯加热。

进一步的，所述电池控制电路还包括稳压电路，所述稳压电路与所述控制模块连接。

进一步的，所述稳压电路包括第三电阻、三极管、二极管和第四电阻；所述第三电阻的一端与电池正极连接，所述第三电阻的另一端与所述二极管的一端连接，所述二极管的另一端与电池负极连接；所述三极管的集电极与所述第三电阻的一端连接，所述三极管的基极与所述第三电阻的另一端连接，所述三极管的发射极与所述第四电阻的一端和所述控制模块连接；所述第四电阻的另一端与所述电池负极连接。

第二方面，本实用新型还公开了一种可充电电池，可充电电池包括上述的电池控制电路。

相对于现有技术，本实用新型所述的电池控制电路具有以下优势：

本实用新型的电池控制电路，温度采集电路实时采集电池的温度值信号，控制模块根据电池的温度值信号获取电池温度值，在该电池温度值低于第一预设温度阈值时自动控制开关电路导通，加热模块的加热膜为电池的电芯加热使电芯的温度升高，从而提高电池在低温环境中的充电速度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所述的一种电池控制电路的电路图；

图2为本实用新型实施例所述的一种电池控制电路的结构框图；

图3为本实用新型实施例所述的电芯和加热膜的分解示意图。

附图标记：

1-温度采集电路；2-控制模块；3-开关电路；T1-加热模块；4-稳压电路；5-电池保护电路；6-电芯；7-加热膜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请实施例提供了一种电池控制电路，参照图1所示，其示出了本申请实施例提供的一种电池控制电路的电路图，该电池控制电路包括温度采集电路1、控制模块2、开关电路3以及加热模块T1。

其中，温度采集电路1用于采集电池的温度值信号；控制模块2分别与温度采集电路1、开关电路3的输入端连接，用于根据温度采集电路1采集的电池的温度值信号，控制开关电路3的导通或断开；开关电路3的输出端与加热模块T1连接，加热模块T1包括加热膜7，加热膜7贴附在电池的电芯6上，用于在开关电路3导通时为电芯6加热。

具体的，参照图1所示，温度采集电路1的输入端与电池正极连接，温度采集电路1的输出端与控制模块2的第一端连接，控制模块2的第二端与开关电路3的输入端连接，开关电路3的输出端与加热模块T1连接，加热模块T1用于在开关电路3导通时，加热膜7为电芯6加热。

温度采集电路1采集温度值信号的方式可以有多种。例如，温度采集电路1中电流值或电压值与电池温度相关，当电池温度不同时，电流值或电压值会不同，温度采集电路1可以通过采集电流值或电压值获取电池的温度值信号。

控制模块2可以获取温度采集电路1采集的电池的温度值信号，当温度值信号对应的电池温度值小于第一预设温度阈值时，控制模块2将导通信号传输至开关电路3，开关电路3导通。开关电路3用于控制加热模块T1为电池加热，以及停止为电池加热。进一步参照图3所示，电池包括电芯6，本申请中加热模块T1的加热膜7通过对电池的电芯6进行加热，从而实现对电池的加热。

综上，本申请提供的一种电池控制电路中，温度采集电路1实时采集电池的温度值信号，控制模块2根据电池的温度值信号获取电池温度值，在该电池温度值低于第一预设温度阈值时自动控制开关电路3导通，加热模块T1的加热膜7为电池的电芯6加热使电芯6的温度升高，从而提高电池在低温环境中的充电速度。

进一步的，为了防止加热膜7对电芯6加热时间过长而导致电池过热，或者电池在高温环境中充电时加热膜7对电芯6加热导致的电池过热，控制模块2内还设定有第二预设温度阈值。控制模块2获取温度采集电路1采集的电池的温度值信号，当温度值信号对应的电池温度值大于等于第二预设温度阈值时，控制模块2将断开信号传输至开关电路3，开关电路3断开，加热膜7停止为电芯6加热。电池控制电路具有可控加热的优点，能够避免出现加热膜7对电芯6加热导致的电池过热情况。

在实际应用中，例如，冬天温度低时，电池充电速度会很慢，开关电路3接通，加热模块T1的加热膜7加热电芯6，使电池温度升高以提高电池充电速度；夏天温度高时，开关电路3断开，加热膜7不会为电芯6加热，避免加热膜7对电芯6加热导致电池过热。

可选的，第一预设温度阈值为15摄氏度，第二预设温度阈值为35摄氏度。

在本申请实施例中，第一预设温度阈值通常为电池最佳工作温度范围的下限值，第二预设温度阈值通常为电池最佳工作温度范围的上限值。可以理解的是，不同型号品类的电池具有不同的最佳工作温度范围。例如，3C锂电池的最佳工作温度范围是15摄氏度到35摄氏度，此时，第一预设温度阈值为15摄氏度，第二预设温度阈值为35摄氏度。该第一预设温度阈值和第二预设温度阈值具体还可以通过试验得出并调整，在此不做限定。

可选的，参照图1所示，温度采集电路1包括温度监测单元和第一电阻R1，温度监测单元与电池接触；温度监测单元的一端与第一电阻R1的一端连接，温度监测单元的一端还与控制模块2的第一端连接，温度监测单元的另一端接地；第一电阻R1的另一端与电池正极连接。

温度监测单元与电池接触，温度监测单元用于检测电池的温度。在电池温度变化时，温度监测单元的电压值会发生变化，温度采集电路1采集电池的温度值信号为采集温度监测单元的电压信号，控制模块2通过获取温度监测单元的电压信号确定电池的温度。

可选的，温度监测单元与电芯6接触，用于检测电芯6的温度。

可选的，温度监测单元为热敏电阻RT1。热敏电阻RT1是敏感元件的一类，可以在不同的温度下表现出不同的电阻值。

在实际使用中，热敏电阻RT1紧靠着电池的电芯6，以实现热敏电阻RT1检测电芯6温度。

可以理解的是，热敏电阻RT1的电压值与温度呈现非线性关系，在不同温度下热敏电阻RT1的阻值不同，热敏电阻RT1在不同的温度下对应唯一的阻值。与第一电阻R1串联后热敏电阻RT1两端分得的电压也不相同。控制模块2通过热敏电阻RT1两端的电压信号计算出热敏电阻RT1电阻值，通过该电阻值可以确定电芯6温度。

其中，控制模块2中可以预先存储有电阻值和电芯6温度的对应关系，电阻值和电芯6温度的对应关系可以通过热敏电阻RT1的物料规格书或者常规技术手段进行实验等得到。例如，电芯6温度为0℃时，热敏电阻RT1对应的阻值为27280Ω；又例如，电芯6温度为25℃时，热敏电阻RT1对应的阻值为10000Ω。

进一步的，温度监测单元也可以为热电偶、电阻温度检测器(RTD)和集成电路温度传感器等温度采集元件。

可选的，参照图1所示，温度采集电路1还包括第二电阻R2；第一电阻R1的一端与温度监测单元的一端和第二电阻R2的一端均连接，第二电阻R2的另一端与控制模块2的第一端连接；第二电阻R2的电阻值大于温度监测单元的电阻值。

控制模块2和第二电阻R2串联后两端的电压和温度监测单元两端电压相同，第二电阻R2可以减少流经控制模块2的电压和电流，起到保护的作用；且第二电阻R2的电阻值大于温度监测单元的电阻值时，控制模块2上的电压和电流相对较小，控制模块2对电量的耗能小。

可选的，参照图1所示，温度采集电路1还包括第一电容C1和第二电容C2；第一电容C1的一端与第一电阻R1的一端连接，第一电容C1的另一端接地；第二电容C2的一端与第二电阻R2的另一端连接，第二电容C2的另一端接地。第一电容C1和第二电容C2均起到滤波的作用，使得电池控制电路工作更加稳定。

其中，第一电阻R1可以减小温度监测单元的电压和电流，以及控制模块2的电压和电流，起到保护温度监测单元和控制模块2的目的。

可选的，开关电路3包括第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，参照图1所示；第一MOS管Q1的源极S1和第二MOS管Q2的源极S2均与电池的负极连接；第一MOS管Q1的栅极G1和第二MOS管Q2的栅极G2均与控制模块2的输出端连接；第一MOS管Q1的漏极D和第二MOS管Q2的漏极D均与加热模块T1连接。

可选的，开关电路在控制模块输出第一电平信号时导通，以控制加热膜7对电芯6加热；开关电路在控制模块输出第二电平信号时关断，以控制加热膜7停止对电芯6加热。

可以理解的是，第一电平信号和第二电平信号根据开关电路进行设置。例如本申请实施例中，第一电平信号为高电平，第二电平信号为低电平。此时：

当控制模块2输出高电平，开关电路3导通，加热模块T1通电，加热膜7给电芯6加热；控制模块2输出低电平，开关电路3断开，加热模块T1不通电，加热膜7不给电芯6加热。在第一预设温度阈值为15摄氏度，第二预设温度阈值为35摄氏度的情况下，控制模块2获取的热敏电阻RT1的电压信号计算得出阻值对应的温度低于15℃，控制模块2输出高电平；控制模块2获取的热敏电阻RT1的电压信号计算得出阻值对应的温度大于等于35℃，控制模块2输出低电平。

第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均为金氧半场效晶体管，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的集合作为开关使用时具有控制方便，寿命长的优点。

可以理解的是，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2在实际应用中还有其连接方式，本申请实施例对第一MOS管Q1和第二MOS管Q2与控制模块2、加热模块T1和电池的具体连接方式不作限定。

可选的，控制模块2包括单片机。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，单片机内可以预先存储电阻值和电芯6温度的对应关系，单片机可以通过温度监测单元的电压信号计算出电阻值，通过电阻值获得电芯6温度。单片机的使用可以大大提高了电芯6温度检测的精度；且单片机采集温度监测单元的电压信号相较于纯电子电路更为方便简单。

可以理解的是，单片机可以根据使用需求选择，本申请实施例对此不作限定，单片机例如为STC8G1K08-36I-SOP8/DFN8系列。

可选的，参照图1所示，加热模块T1的一端与电池正极连接，加热模块T1的另一端与开关电路3的输出端连接。开关电路3接通，加热模7流过电流，加热模7可以对电芯6进行加热，开关电路3断开，加热模7不流经电流加热模7不发热不会对电芯6加热。

可以理解的是，加热膜7的使用需要一定的功率。当加热膜7功率过小时，给电芯6加热到一定的温度花费的时间较长，而设计带加热膜电池的目的就是为了缩短给电池充电时间，因此，加热膜7的功率必须满足使用需求。

可选的，参照图1所示，加热模块T1的一端与压敏电阻t的一端连接，压敏电阻t的另一端与电池正极连接，压敏电阻t可以对电路进行过压防护，以保护电池控制电路。

可选的，本申请的一实施例中，电池控制电路还包括稳压电路4，参照图1所示；稳压电路4与控制模块2连接。稳压电路4能够保证控制模块2的工作电压稳定。

参照图1所示，稳压电路4包括第三电阻R3、三极管Q2、二极管D1和第四电阻R4，第三电阻R3的一端与电池正极连接，第三电阻R3的另一端与二极管D1的一端连接，二极管D1的另一端与电池负极连接。三极管Q2的集电极C与第三电阻R3的一端连接，三极管Q2的基极B与第三电阻R3的另一端连接，三极管Q2的发射极E与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与电池负极连接。控制模块2与三极管Q2的发射极E连接。主回路电压经过三极管Q2，V_BE≥V_th，三极管Q2导通。根据戴维南定理，V_th+V_R4＝V_D1，V_BE是基级与发射级间电压，V_th代表三极管Q2的阈值电压，是一个定值，与三极管Q2的材料有关；V_D1代表二极管D1的反向击穿电压，也是一个定值；V_R4表示电阻R4两端电压。由此得到一个稳定的电压值V_R4＝V_D1-V_th，给单片机供电。电阻R4主要作用是防止由于电压过大把三级管烧坏；C3主要作用是滤波，使得输出的电压稳定。稳压电路4在电池处于充电状态时，满足V_BE≥V_th>0，三极管Q2导通。例如，输出的电压V_R4＝V_D1-V_th＝3.3V，而V_th＝0.7V，必须满足二极管D1的反向击穿电压为4V。

本申请的另一实施例中，稳压电路4用稳压芯片代替，稳压芯片的一端与电池正极连接，稳压芯片的另一端与控制模块2连接，稳压芯片可以使得电池控制电路更加精简。

电池控制电路还包括电池保护电路5，电池保护电路5的一端与电池正极连接，另一端与电池负极连接。电池保护电路5为独立工作，用于保护电池。

电池控制电路还包括连接器J2，连接器与电池的正极和负极连接，电池保护电路5、稳压电路4、温度采集电路1和加热模块T1均与连接器J2连接。连接器J2与外接设备，比如手机，平板电脑内的电路板连接，从而控制电池与外接设备的电路板之间的连通状态等。

电池控制电路包括四个部分，电池保护电路5、稳压电路4、温度采集电路1和开关电路3。本申请一实施例中，参照图2所示，电池保护电路5主要保护电芯6的充放电功能正常。稳压电路4通过将主回路中高电压稳压到给控制模块2供电的恒定电压，例如3.3V电压。温度采集电路1通过采集温度监测单元两端的电压信号，通过电压信号计算出温度监测单元的电阻值，通过电阻值得到对应的温度值，控制模块2将该温度值与预设定的温度阈值进行对比并发出对应的指令。开关电路3主要是通过控制模块2输出的高低电平来控制开关电路3的导通或断开，从而控制加热模块T1的加热膜7是否对电芯6加热。

本申请实施例的电池控制电路，温度采集电路1实时采集电池的温度值信号，控制模块2根据电池的温度值信号获取电池温度值，在该电池温度值低于第一预设温度阈值时自动控制开关电路3导通，加热模块T1的加热膜7为电芯6加热使电芯6的温度升高，从而提高电池在低温环境中的充电速度。且在此过程中控制模块2消耗电池的电量较小。在该电池温度值大于等于第二预设温度阈值时，控制模块2自动控制开关电路3断开，加热膜7停止为电芯6加热，能够避免出现加热膜7对电芯6加热导致的电池过热情况。

本申请实施例还提供了一种可充电电池，该可充电电池包括上述的电池控制电路。

可充电电池包括上述的电池控制电路，电池控制电路通过控制模块2和温度采集电路实时监控电池的温度，并在该温度低于第一预设温度阈值时自动控制开关电路3导通，加热模块T1的加热膜7在开关电路3导通后加热电芯6使电池的温度升高，增加电池在低温环境中充电的充电速度；控制模块2在该温度高于第二预设温度阈值时自动控制开关电路3断开，加热膜7在开关电路3断开后停止加热，避免电池温度过高造成的风险。

可选的，可充电电池为3C电子产品锂电池，3C电子产品锂电池包括电池控制电路可以增加电池的充电速度，解决充电速度慢的问题。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种电池控制电路，其特征在于，所述电池控制电路包括温度采集电路、控制模块、开关电路及加热模块；

所述温度采集电路用于采集电池的温度值信号；

所述控制模块分别与所述温度采集电路、所述开关电路的输入端连接，用于根据所述温度值信号，控制所述开关电路的导通；

所述开关电路的输出端与所述加热模块连接，所述加热模块包括加热膜，所述加热膜贴附在所述电池的电芯上，用于在所述开关电路导通时为所述电芯加热。

2.根据权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，所述温度采集电路包括温度监测单元、第一电阻和第二电阻，所述温度监测单元与所述电池接触；

第一电阻的一端与温度监测单元的一端和第二电阻的一端均连接，第一电阻的另一端用于与电池正极连接；

温度监测单元的另一端接地；

第二电阻的另一端与控制模块的第一端连接，所述第二电阻的电阻值大于所述温度监测单元的电阻值。

3.根据权利要求2所述的电池控制电路，其特征在于，所述温度采集电路还包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端接地；

所述第二电容的一端与所述第二电阻的另一端连接，所述第二电容的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的电池控制电路，其特征在于，所述温度监测单元为热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，所述开关电路包括第一MOS管和第二MOS管；

所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极均与所述电池的负极连接；

所述第一MOS管的栅极和所述第二MOS管的栅极均与所述控制模块的输出端连接；

所述第一MOS管的漏极和所述第二MOS管的漏极均与所述加热模块连接。

6.根据权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，所述控制模块包括单片机。

7.根据权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，所述开关电路在所述控制模块输出第一电平信号时导通，以控制所述加热膜对所述电芯加热；所述开关电路在所述控制模块输出第二电平信号时关断，以控制所述加热膜停止对所述电芯加热。

8.根据权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，所述电池控制电路还包括稳压电路，所述稳压电路与所述控制模块连接。

9.根据权利要求8所述的电池控制电路，其特征在于，所述稳压电路包括第三电阻、三极管、二极管和第四电阻；

所述第三电阻的一端与电池正极连接，所述第三电阻的另一端与所述二极管的一端连接，所述二极管的另一端与电池负极连接；

所述三极管的集电极与所述第三电阻的一端连接，所述三极管的基极与所述第三电阻的另一端连接，所述三极管的发射极与所述第四电阻的一端和所述控制模块连接；

所述第四电阻的另一端与所述电池负极连接。

10.一种可充电电池，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的电池控制电路。