專利名稱：應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，特別涉及管理系統(tǒng)中的充放電控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
伴隨著整個(gè)電信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，應(yīng)用于電信網(wǎng)絡(luò)的各種技術(shù)層出不窮。光通信技術(shù)一直都是整個(gè)通信領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一。同樣，隨著寬帶用戶的快速增長(zhǎng)，在接入網(wǎng)絡(luò)層面，較之傳統(tǒng)的銅線接入技術(shù)，光纖接入有著覆蓋面積廣、傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬高、安全、建設(shè)維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，“光進(jìn)銅退”成為必然選擇。在這個(gè)過(guò)程中，電源問(wèn)題成為影響光通信質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題之一，光網(wǎng)絡(luò)必須配備性能更加完善的電源管理系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的通信設(shè)備備用電源是鉛酸電池，但是鉛酸電池有其固有的缺點(diǎn)污染、體積大、維護(hù)成本高，被低碳環(huán)保的鋰離子電池取代已成為一種趨勢(shì)。鋰離子電池取代鉛酸電池需要一個(gè)過(guò)程，目前通信設(shè)備電源為了兼容鉛酸電池及鋰離子電池，系統(tǒng)所輸出的充電電壓能夠使鉛酸電池充滿電，但可能不足以使鋰離子電池充滿，因此為了使通信設(shè)備有更好的備用電源兼容性，鋰離子電池備用電源系統(tǒng)需要將充電電壓進(jìn)行升壓(即低壓充電)。在備用電源充放電管理電路中，為了確保市電掉后備用電源能夠無(wú)縫切換，達(dá)到通信設(shè)備不掉電的效果，我們一般的做法是市電在位時(shí)，為通信設(shè)備供電，同時(shí)為備用電源充電，此時(shí)，備用電源充放電回路都是打開(kāi)的，可以做到市電掉電時(shí)備用電源無(wú)縫的為通信設(shè)備備電。但是，如果將外部電源經(jīng)BOOST電路(即開(kāi)關(guān)型直流升壓電路)升壓后，到電池端的電壓必將高于充電電源電壓，此時(shí)放電回路導(dǎo)通的話，電池端電壓將直接反饋到充電電源端，電路將不能正常工作；同樣，在備用電源放電時(shí)，如果BOOST電路工作，到負(fù)載端的電壓也會(huì)被BOOST電路升壓，導(dǎo)致不能正常放電。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，使得在外部電源不足以使鋰離子電池充滿電并且充放電接口為兩線制的情況下，可以通過(guò)本發(fā)明的管理系統(tǒng)使鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其包括有單節(jié)鋰離子電池或鋰離子電池組以及外部電源，系統(tǒng)對(duì)外接口采用兩線制，即系統(tǒng)外部電源充電接口和系統(tǒng)放電接口為同一接口，鋰離子電池或鋰離子電池組在系統(tǒng)外部電源低于額定電壓的條件下進(jìn)行充電。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，在外部電源和所述鋰離子電池或鋰離子電池組的正極之間串聯(lián)有充放電電路，其包括有在外部電源低于額定電壓的條件下充電的充電電路以及和所述充電電路并聯(lián)的放電電路；外部電源掉電檢測(cè)電路，其包括有連接在外部電源正極和負(fù)極之間的分壓電阻及比較器，所述的分壓電阻對(duì)外部電源進(jìn)行分壓后輸入到所述比較器反向輸入端與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生外部電源掉電檢測(cè)信號(hào)；用于充放電控制管理的邏輯控制電路；以及MCU控制器。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述的充電電路進(jìn)一步包括有相互串聯(lián)的具有使能引腳的BOOST電路，其通過(guò)所述邏輯控制電路用以控制使能引腳在充電時(shí)的升壓和斷開(kāi)；軟硬件限流電路，用以實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)整充電電流的大??；充電整流管，用以實(shí)現(xiàn)所述充電回路的單向?qū)?，防止鋰離子電池或鋰離子電池組通過(guò)所述充電回路對(duì)系統(tǒng)放電；以及充電MOS管，其由所述MCU控制器所控制用以實(shí)現(xiàn)充電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述的放電電路進(jìn)一步包括有相互串聯(lián)的第一放電MOS管，其由所述MCU控制器所控制用以實(shí)現(xiàn)所述放電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)；第二放電MOS管，其由所述邏輯控制電路所控制用以實(shí)現(xiàn)所述放電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)；以及放電整流管，用以實(shí)現(xiàn)放電回路的單向?qū)?，防止外部電源通過(guò)放電回路對(duì)鋰離子電池或鋰離子電池組進(jìn)行充電。 作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述的BOOST電路正常工作及所述的充電MOS管導(dǎo)通時(shí)，實(shí)現(xiàn)充電功能。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，實(shí)現(xiàn)放電功能。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，述的邏輯控制電路包含D觸發(fā)器電路，異或門(mén)以及非門(mén)；其中，D觸發(fā)器電路的時(shí)鐘信號(hào)為所述的外部電源掉電檢測(cè)信號(hào)，D觸發(fā)器電路的輸入信號(hào)為MCU控制器的控制信號(hào)，D觸發(fā)器電路的輸出和所述異或門(mén)的一輸入端相連而MCU控制器的控制信號(hào)和異或門(mén)另一輸入端相連，所述異或門(mén)的輸出經(jīng)過(guò)所述非門(mén)的反向。當(dāng)外部電源在位時(shí)，所述的邏輯控制電路將使能所述的BOOST電路，所述的MCU控制器將所述的充電MOS管打開(kāi)，所述的邏輯控制電路會(huì)關(guān)斷所述的第二放電MOS管，即放電回路斷開(kāi)，進(jìn)行正常的充電；
當(dāng)外部電源掉電時(shí)，所述的外部電源掉點(diǎn)檢測(cè)電路產(chǎn)生一邊沿觸發(fā)信號(hào)，所述的D觸發(fā)器電路被觸發(fā)，所述的邏輯控制電路將不使能BOOST電路，即充電回路斷開(kāi)即充電回路斷開(kāi)，所述的邏輯控制電路控制所述的第二放電MOS管導(dǎo)通，所述的MCU控制器控制第一放電MOS打開(kāi)，電路正常放電。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述的充電MOS管及所述的第一放電MOS管在系統(tǒng)沒(méi)有保護(hù)的情況下一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述的MOS管為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管或雙極性晶體管。作為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述的邏輯控制電路為分立器件組成的硬件電路、可編程邏輯器件CPLD、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA、專用集成電路ASIC、單片機(jī)或嵌入式處理器。本發(fā)明的技術(shù)效果在于，當(dāng)外部電源不足以使鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電并且充放電接口為兩線制的情況下，可以通過(guò)本發(fā)明使得鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電。同時(shí)，本發(fā)明的充電轉(zhuǎn)放電為硬件切換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為微妙級(jí)，可以做到備電系統(tǒng)的無(wú)縫備電；另外，放電轉(zhuǎn)充電經(jīng)由控制器邏輯控制實(shí)現(xiàn)，從而確保了充電的效率。


圖I是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的外部電源掉電檢測(cè)電路示意圖；以及 圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的邏輯控制電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖和較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。如圖I所示，本發(fā)明較佳實(shí)施方式的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)包含鋰離子電池組、外部電源/負(fù)載，在外部電源/負(fù)載和鋰離子電池組的正極之間串 聯(lián)的充放電電路、外部電源掉電檢測(cè)電路、用于充放電控制管理的邏輯控制電路和MCU控制器。其中，外部電源/負(fù)載采用兩線制，即充放電回路走同一接口。所述的充放電回路包括兩條并聯(lián)的回路充電回路和放電回路。其中，充電回路由帶使能引腳的BOOST電路、軟硬件限流電路、充電MOS管、充電整流管串聯(lián)組成；放電回路由放電整流管、第一放電MOS管、第二放電MOS管組成。所述的BOOST電路通過(guò)邏輯控制電路控制使能引腳實(shí)現(xiàn)充電時(shí)的升壓和斷開(kāi)，所述的軟硬件限流電路由專用的鋰離子電池充電管理芯片組成可以實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)整充電電流的大小，所述的充電整流管可實(shí)現(xiàn)充電回路的單向?qū)ㄓ靡苑乐逛囯x子電池或鋰離子電池組通過(guò)充電回路對(duì)所述負(fù)載放電，所述的充電MOS管由所述的MCU控制器控制用以實(shí)現(xiàn)充電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)。當(dāng)所述的BOOST電路正常工作及所述的充電MOS管導(dǎo)通時(shí)，實(shí)現(xiàn)充電功能。所述的放電電路包括第一放電MOS管、第二放電MOS管以及放電整流管。所述的第一放電MOS管由所述的MCU控制器控制，所述的第二放電MOS管由所述的邏輯控制電路控制，所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管實(shí)現(xiàn)放電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)，所述的放電整流管實(shí)現(xiàn)放電回路的單向?qū)◤亩煞乐雇獠侩娫赐ㄟ^(guò)放電回路對(duì)鋰離子電池或鋰離子電池組進(jìn)行充電。當(dāng)所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，其可實(shí)現(xiàn)放電功倉(cāng)泛?？刂齐娐分饕ㄍ獠侩娫吹綦姍z測(cè)電路，邏輯控制電路和MCU控制器。如圖2所示，所述的外部電源掉電檢測(cè)電路包括連接在外部電源正極和負(fù)極之間的分壓電阻Rl、R2及比較器，所述的分壓電阻Rl、R2對(duì)外部電源進(jìn)行分壓后輸入到比較器反向輸入端，和同相輸入端的基準(zhǔn)電壓Vref比較后產(chǎn)生外部電源掉電檢測(cè)信號(hào)。如圖3所示，所述的邏輯控制電路包括有D觸發(fā)器電路、異或門(mén)以及非門(mén)。其中，所述的D觸發(fā)器電路的時(shí)鐘信號(hào)為外部電源掉電檢測(cè)信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入信號(hào)D為MCU控制器控制信號(hào)，D觸發(fā)器的輸出和異或門(mén)一個(gè)輸入端相連，MCU控制器控制信號(hào)和異或門(mén)另一個(gè)輸入端相連，異或門(mén)輸出經(jīng)過(guò)非門(mén)反向。邏輯控制電路由D觸發(fā)器，同或門(mén)及非門(mén)組成，負(fù)責(zé)對(duì)BOOST電路及第二放電MOS管進(jìn)行邏輯控制。MCU控制器負(fù)責(zé)充電MOS管和第一放電MOS管的控制，在系統(tǒng)沒(méi)有任何保護(hù)的狀態(tài)下，充電MOS管和第一放電MOS管一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。該系統(tǒng)典型工作在三種工作狀態(tài)下
(一)充電狀態(tài)
當(dāng)系統(tǒng)接上外部電源時(shí)，邏輯控制電路控制BOOST電路使能，BOOST電路將外部電源進(jìn)行升壓，同時(shí)，邏輯控制電路關(guān)閉第二放電MOS管，放電回路處于被斷開(kāi)狀態(tài)，軟硬件限流電路正常工作并且由軟件調(diào)整充電電流的大小，在系統(tǒng)沒(méi)有保護(hù)狀態(tài)下，MCU控制器將充電MOS管打開(kāi)，此時(shí)充電回路正常導(dǎo)通，系統(tǒng)處于正常的充電狀態(tài)。(二)充電狀態(tài)轉(zhuǎn)放電狀態(tài)
當(dāng)外部電源掉電時(shí)，外部電源掉電檢測(cè)電路檢測(cè)到外部電源掉電信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)邏輯跳變信號(hào)給邏輯控制電路，此時(shí)經(jīng)過(guò)邏輯控制電路處理，自動(dòng)不使能BOOST電路，即充電回 路處于被斷開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)邏輯控制電路打開(kāi)第二放電MOS管，由MCU控制器控制的第一放電MOS管一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，充電回路斷開(kāi)，放電回路導(dǎo)通，系統(tǒng)進(jìn)行正常放電?？梢钥闯?，充電狀態(tài)轉(zhuǎn)放電狀態(tài)所需的時(shí)間為外部電源掉電檢測(cè)電路檢測(cè)到外部掉電，經(jīng)邏輯控制電路處理到第二放電MOS管打開(kāi)所需的時(shí)間，整個(gè)過(guò)程完全由硬件電路處理，時(shí)間為微妙級(jí)，其可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)通信設(shè)備掉電時(shí)，備用電源系統(tǒng)為通信設(shè)備無(wú)縫備電。(三)放電狀態(tài)轉(zhuǎn)充電狀態(tài)
當(dāng)鋰離子電池或鋰離子電池組對(duì)負(fù)載放電截止時(shí)，MCU控制器通過(guò)開(kāi)關(guān)第一放電MOS管檢測(cè)外部電源是否在位，如果外部電源在位，邏輯控制電路使能BOOST電路，關(guān)閉第二放電MOS管，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為正常的充電狀態(tài)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的一種具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換、刪減或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其包括有單節(jié)鋰離子電池或鋰離子電池組以及外部電源，其特征在于，該系統(tǒng)對(duì)外接ロ采用兩線制，即外部電源充電接ロ和系統(tǒng)放電接ロ為同一接ロ ；在外部電源低于額定電壓的條件下，所述的鋰離子電池或鋰離子電池組進(jìn)入充電狀態(tài)直至充滿電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，在所述外部電源和鋰離子電池或鋰離子電池組的正極之間串聯(lián)有 充放電電路，其包括有在外部電源低于額定電壓的條件下充電的充電電路以及和所述充電電路并聯(lián)的放電電路； 外部電源掉電檢測(cè)電路，其包括有連接在外部電源正極和負(fù)極之間的分壓電阻及比較器，所述的分壓電阻對(duì)外部電源進(jìn)行分壓后輸入到所述比較器反向輸入端與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生外部電源掉電檢測(cè)信號(hào)； 用于充放電控制管理的邏輯控制電路；以及MCU控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電電路進(jìn)ー步包括有相互串聯(lián)的 具有使能引腳的BOOST電路，其通過(guò)所述邏輯控制電路用以控制使能引腳在充電時(shí)的升壓和斷開(kāi)； 軟硬件限流電路，用以實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)整充電電流的大小； 充電MOS管，其由所述MCU控制器所控制用以實(shí)現(xiàn)充電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)； 以及充電整流管，用以實(shí)現(xiàn)所述充電回路的單向?qū)?，防止鋰離子電池或鋰離子電池組通過(guò)所述充電回路對(duì)系統(tǒng)放電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的放電電路進(jìn)ー步包括有相互串聯(lián)的 第一放電MOS管，其由所述MCU控制器所控制用以實(shí)現(xiàn)所述放電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)； 第二放電MOS管，其由所述邏輯控制電路所控制用以實(shí)現(xiàn)所述放電回路的導(dǎo)通及斷開(kāi)；以及 放電整流管，用以實(shí)現(xiàn)放電回路的單向?qū)ǎ乐雇獠侩娫赐ㄟ^(guò)放電回路對(duì)鋰離子電池或鋰離子電池組進(jìn)行充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的BOOST電路正常工作及所述的充電MOS管導(dǎo)通吋，實(shí)現(xiàn)充電功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一放電MOS管和所述的第二放電MOS管同時(shí)導(dǎo)通時(shí),實(shí)現(xiàn)放電功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在干，所述的邏輯控制電路包括有相互連接的D觸發(fā)器電路，異或門(mén)以及非門(mén)；其中，D觸發(fā)器電路的時(shí)鐘信號(hào)為所述的外部電源掉電檢測(cè)信號(hào)，D觸發(fā)器電路的輸入信號(hào)為MCU控制器的控制信號(hào)，D觸發(fā)器電路的輸出和所述異或門(mén)的ー輸入端相連而MCU控制器的控制信號(hào)和異或門(mén)另ー輸入端相連，所述異或門(mén)的輸出經(jīng)過(guò)所述非門(mén)的反向； 當(dāng)外部電源在位時(shí)，所述的邏輯控制電路將使能所述的BOOST電路，所述的MCU控制器將所述的充電MOS管打開(kāi)，所述的邏輯控制電路會(huì)關(guān)斷所述的第二放電MOS管，即放電回路斷開(kāi)，進(jìn)行正常的充電；當(dāng)外部電源掉電時(shí)，所述的外部電源掉點(diǎn)檢測(cè)電路產(chǎn)生ー邊沿觸發(fā)信號(hào)，所述的D觸發(fā)器電路被觸發(fā)，所述的邏輯控制電路將不便能BOOST電路，即充電回路斷開(kāi)，所述的邏輯控制電路控制所述的第二放電MOS管導(dǎo)通，所述的MCU控制器控制第一放電MOS打開(kāi)，電路正常放電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電MOS管及所述的第一放電MOS管在系統(tǒng)沒(méi)有保護(hù)的情況下一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的MOS管為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管或雙極性晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的邏輯控制電路為分立器件組成的硬件電路、可編程邏輯器件CPLD、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA、專用集成電路ASIC、單片機(jī)或嵌入式處理器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于鋰離子電池及鋰離子電池組的管理系統(tǒng)，其包括有單節(jié)鋰離子電池或鋰離子電池組以及外部電源，系統(tǒng)對(duì)外接口采用兩線制，即系統(tǒng)外部電源充電接口和系統(tǒng)放電接口為同一接口，鋰離子電池或鋰離子電池組在系統(tǒng)外部電源低于額定電壓的條件下進(jìn)行充電。當(dāng)外部電源不足以使鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電并且充放電接口為兩線制的情況下，可以通過(guò)本發(fā)明使得鋰離子電池或鋰離子電池組充滿電。同時(shí)，本發(fā)明的充電轉(zhuǎn)放電為硬件切換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為微妙級(jí)，可以做到備電系統(tǒng)的無(wú)縫備電；另外，放電轉(zhuǎn)充電經(jīng)由控制器邏輯控制實(shí)現(xiàn)，從而確保了充電的效率。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102684240SQ201110064888
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者周毅, 李紅淵, 鄒慧興 申請(qǐng)人:上海中興派能能源科技有限公司