專利名稱：基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的單節(jié)鋰離子電池充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)余熱高效利用領(lǐng)域，具體涉及一種基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的單節(jié)鋰離子電池充電電路。
背景技術(shù)：
電源技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)是重要的，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，人們一般使用大量鉛酸蓄電池對(duì)電源進(jìn)行存儲(chǔ)與管理。與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，鋰離子電池具有能量密度大、平均輸出電壓高、循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高和輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)，并且由于其使用壽命長(zhǎng)，不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電池。在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對(duì)高溫易爆轉(zhuǎn)爐內(nèi)部的溫度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量?jī)?nèi)部溫度的數(shù)采儀的供電一般有兩種方式，要么頻繁更換鉛蓄電池給數(shù)采儀供電，要么是利用有線的供電方式。在高溫旋轉(zhuǎn)環(huán)境下，這兩種方式有著嚴(yán)重的弊端，頻繁更換電池會(huì)影響企業(yè)生產(chǎn)效率，有線的供電方式在旋轉(zhuǎn)環(huán)境下不安全。因此需要一種更加智能的電源管理方式。傳統(tǒng)的鋰離子電池充電器方案采用電流漸變方法，使充電電流在鋰電池接近充分充電時(shí)逐漸下降，以減少充電電流在電池內(nèi)阻、保護(hù)器和引線上形成的電壓差，提高電池端電壓監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。這種電流漸變并不是由電池的電化學(xué)特性要求的，如果有其他方法確保判斷電池已充分充電，就可大大放寬對(duì)充電電源的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的單節(jié)鋰離子電池充電電路。本發(fā)明一種基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的單節(jié)鋰離子電池充電電路包括溫差發(fā)電模塊、限流穩(wěn)壓電路模塊、充電電路模塊`和單節(jié)鋰離子電池模塊。溫差發(fā)電模塊包括溫差發(fā)電電源P1，具有輸出端口 I和輸出端口 2兩個(gè)端口。限流穩(wěn)壓電路模塊包括第一電解電容Cl、第二電解電容C2、第三電解電容C3、第四電解電容C4、第一穩(wěn)壓芯片U1、第二穩(wěn)壓芯片U2、第一整流二極管D1、第二整流二極管D2和第三整流二極管D3、第一可變電阻R1、第二可變電阻R2和第三可變電阻R3，第一穩(wěn)壓芯片Ul、第二穩(wěn)壓芯片U2采用的型號(hào)為L(zhǎng)M317T ；
溫差發(fā)電電源Pl的端口 2與第三整流二極管D3的陽極相連，第三整流二極管D3的陰極與第一電解電容Cl正極、第二電解電容C2正極、第一穩(wěn)壓芯片Ul的3腳和第一整流二極管Dl的陰極連接,第一穩(wěn)壓芯片Ul的2腳與第一可變電阻Rl的一端連接,第一穩(wěn)壓芯片Ul的I腳與第一可變電阻Rl的另一端、第二穩(wěn)壓芯片U2的3腳連接，第二穩(wěn)壓芯片U2的2腳與第二可變電阻R2 —端、第一整流二極管Dl的陽極、第三電解電容C3的正極、第四電解電容C4正極和第二整流二極管D2陰極連接，溫差發(fā)電電源Pl的端口 I與第一電解電容Cl的陰極、第二電解電容C2的陰極、第三可變電阻R3的一端、第三電解電容C3的陰極、第四電解電容C4的陰極和第二整流二極管D2的陽極連接并接地，第二穩(wěn)壓芯片U2的I腳與第二可變電阻R2的另一端、第三可變電阻R3的另一端連接；
充電電路模塊包括肖特基二極管D5、匹配電容C5、第五電解電容C6、PMOS管Ql、匹配電阻R4、發(fā)光二極管D4、充電芯片U3。充電芯片U3采用MAX1679，
肖特基二極管D5的陽極與第二整流二極管D2的陽極連接，第二整流二極管D2的陰極與充電芯片U3的I腳、發(fā)光二極管D4的陽極和PMOS管Ql的柵極連接，PMOS管Ql的門極與充電芯片U3的2腳連接，發(fā)光二極管D4的陰極與充電芯片U3的3腳連接，充電芯片U3的5腳與匹配電容C5的一端連接，匹配電容C5的另一端與第二整流二極管D2的陽極、充電芯片U3的6腳、匹配電阻R4的一端、第五電解電容C6的負(fù)極連接并接地，PMOS管Ql的源極與充電芯片U3的4腳、8腳、第五電解電容C6的正極和單節(jié)鋰離子電池模塊的I腳連接，充電芯片U3的7腳與匹配電阻R4的另一端連接，單節(jié)鋰離子電池模塊的2腳接地。本發(fā)明的有益效果:發(fā)明提出基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的電源方式，利用高溫轉(zhuǎn)爐的余熱進(jìn)行發(fā)電對(duì)鋰離子進(jìn)行充電，并采用新穎充電終止控制方案放寬了對(duì)電源的要求，使用很少外部元件，構(gòu)成了一個(gè)低成本的實(shí)用充電器，并實(shí)現(xiàn)充放電控制和保護(hù)功能。


圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括溫差發(fā)電模塊、限流穩(wěn)壓電路模塊、充電電路模塊和單節(jié)鋰離子電池模塊。溫差發(fā)電模塊包括溫差發(fā)電電源P1，具有輸出端口 I和輸出端口 2兩個(gè)端口。限流穩(wěn)壓電路模塊包括第一電解電容Cl、第二電解電容C2、第三電解電容C3、第四電解電容C4、第一穩(wěn)壓芯片U1、第二穩(wěn)壓芯片U2、第一整流二極管D1、第二整流二極管D2和第三整流二極管D3、第一可變電阻R1、第二可變電阻R2和第三可變電阻R3，第一穩(wěn)壓芯片Ul、第二穩(wěn)壓芯片U2采用的型號(hào)為L(zhǎng)M317T ；
溫差發(fā)電電源Pl的端口 2與第三整流二極管D3的陽極相連，第三整流二極管D3的陰極與第一電解電容Cl正極、第二電解電容C2正極、第一穩(wěn)壓芯片Ul的3腳和第一整流二極管Dl的陰極連接,第一穩(wěn)壓芯片Ul的2腳與第一可變電阻Rl的一端連接,第一穩(wěn)壓芯片Ul的I腳與第一可變電阻Rl的另一端、第二穩(wěn)壓芯片U2的3腳連接，第二穩(wěn)壓芯片U2的2腳與第二可變電阻R2 —端、第一整流二極管Dl的陽極、第三電解電容C3的正極、第四電解電容C4正極和第二整流二極管D2陰極連接，溫差發(fā)電電源Pl的端口 I與第一電解電容Cl的陰極、第二電解電容C2的陰極、第三可變電阻R3的一端、第三電解電容C3的陰極、第四電解電容C4的陰極和第二整流二極管D2的陽極連接并接地，第二穩(wěn)壓芯片U2的I腳與第二可變電阻R2的另一端、第三可變電阻R3的另一端連接；
充電電路模塊包括肖特基二極管D5、匹配電容C5、第五電解電容C6、PMOS管Ql、匹配電阻R4、發(fā)光二極管D4、充電芯片U3。充電芯片U3采用MAX1679，
肖特基二極管D5的陽極與第二整流二極管D2的陽極連接，第二整流二極管D2的陰極與充電芯片U3的I腳、發(fā)光二極管D4的陽極和PMOS管Ql的柵極連接，PMOS管Ql的門極與充電芯片U3的2腳 連接，發(fā)光二極管D4的陰極與充電芯片U3的3腳連接，充電芯片U3的5腳與匹配電容C5的一端連接，匹配電容C5的另一端與第二整流二極管D2的陽極、充電芯片U3的6腳、匹配電阻R4的一端、第五電解電容C6的負(fù)極連接并接地，PMOS管Ql的源極與充電芯片U3的4腳、8腳、第五電解電容C6的正極和單節(jié)鋰離子電池模塊的I腳連接，充電芯片U3的7腳與匹配電阻R4的另一端連接，單節(jié)鋰離子電池模塊的2腳接地。工作工程如下:總的過程分為穩(wěn)壓限流過程和充電保護(hù)過程。穩(wěn)壓限流過程如下:溫差發(fā)電所產(chǎn)生的不穩(wěn)定電源從Pl端口輸入，經(jīng)過限流穩(wěn)壓模塊后，產(chǎn)生電壓為6V、電流為850 mA的穩(wěn)定電源，電流的大小通過第一可變電阻Rl來調(diào)節(jié)，電壓的大系統(tǒng)通過第二可變電阻R2、第一可變電阻R3來調(diào)節(jié)。充電保護(hù)過程分為三個(gè)階段:預(yù)充保護(hù)、快速充電過程和終止判斷。(I)預(yù)充保護(hù):當(dāng)MAX1679檢測(cè) 到待充鋰離子蓄電池的電壓低于2.5 V時(shí)，提供5mA的小電流預(yù)充。當(dāng)電池電壓大于2.5V且小于充電閥值電壓(取4.2V)時(shí)鋰離子電池開始快速充電，這時(shí)候發(fā)光二極管LED亮。(2)在快速充電階段，MAX 1679打開外接的P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，充電電流由外部的電源提供的電流大小決定。根據(jù)電路圖可以看出管腳TSEL和管腳BATT相接，采用這樣的連接方式快充時(shí)間為55 min。這里需要說明的是P溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作在開關(guān)狀態(tài)，并非線性穩(wěn)壓器，所以功耗極小。(3)終止判斷階段:在終止判斷階段，MAX1679每隔2 ms檢測(cè)一次電池電壓，電池的實(shí)際電壓小于閥值時(shí)，外部P溝道場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。當(dāng)充電接近結(jié)束時(shí)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的斷開時(shí)間大大超過導(dǎo)通時(shí)間，充電結(jié)束。
權(quán)利要求
1.基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的單節(jié)鋰離子電池充電電路包括溫差發(fā)電模塊、限流穩(wěn)壓電路模塊、充電電路模塊和單節(jié)鋰離子電池模塊； 其特征在于:所述的溫差發(fā)電模塊包括溫差發(fā)電電源P1，具有輸出端口 I和輸出端口 2兩個(gè)端口 ； 所述的限流穩(wěn)壓電路模塊包括第一電解電容Cl、第二電解電容C2、第三電解電容C3、第四電解電容C4、第一穩(wěn)壓芯片U1、第二穩(wěn)壓芯片U2、第一整流二極管D1、第二整流二極管D2和第三整流二極管D3、第一可變電阻R1、第二可變電阻R2和第三可變電阻R3，第一穩(wěn)壓芯片Ul、第二穩(wěn)壓芯片U2采用的型號(hào)為L(zhǎng)M317T ； 所述的溫差發(fā)電電源Pl的端口 2與第三整流二極管D3的陽極相連，第三整流二極管D3的陰極與第一電解電容Cl正極、第二電解電容C2正極、第一穩(wěn)壓芯片Ul的3腳和第一整流二極管Dl的陰極連接，第一穩(wěn)壓芯片Ul的2腳與第一可變電阻Rl的一端連接，第一穩(wěn)壓芯片Ul的I腳與第一可變電阻Rl的另一端、第二穩(wěn)壓芯片U2的3腳連接，第二穩(wěn)壓芯片U2的2腳與第二可變電阻R2 —端、第一整流二極管Dl的陽極、第三電解電容C3的正極、第四電解電容C4正極和第二整流二極管D2陰極連接，溫差發(fā)電電源Pl的端口 I與第一電解電容Cl的陰極、第二電解電容C2的陰極、第三可變電阻R3的一端、第三電解電容C3的陰極、第四電解電容C4的陰極和第二整流二極管D2的陽極連接并接地，第二穩(wěn)壓芯片U2的I腳與第二可變電阻R2的另一端、第三可變電阻R3的另一端連接； 所述的充電電路模塊包括肖特基二極管D5、匹配電容C5、第五電解電容C6、PMOS管Ql、匹配電阻R4、發(fā)光二極管D4、充電芯片U3 ;充電芯片U3采用MAX1679， 肖特基二極管D5的陽極與第二整流二極管D2的陽極連接，第二整流二極管D2的陰極與充電芯片U3的I腳、發(fā)光二極管D4的陽極和PMOS管Ql的柵極連接，PMOS管Ql的門極與充電芯片U3的2腳連接，發(fā)光二極管D4的陰極與充電芯片U3的3腳連接，充電芯片U3的5腳與匹配電容C5的一端連接，匹配電容C5的另一端與第二整流二極管D2的陽極、充電芯片U3的6腳、匹配電阻R4的一端、第五電解電容C6的負(fù)極連接并接地，PMOS管Ql的源極與充電芯片U3的4腳、8腳、第五電解電容C6的正極和單節(jié)鋰離子電池模塊的I腳連接，充電芯片U3的7腳與匹配電阻R4的另一端連接，單節(jié)鋰離子電池模塊的2腳接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的單節(jié)鋰離子電池充電電路，現(xiàn)有方法存在對(duì)電源要求高、調(diào)整管散熱問題等缺點(diǎn)。本發(fā)明先由兩個(gè)穩(wěn)壓芯片組成的穩(wěn)壓限流電路后產(chǎn)生電壓在6V左右、穩(wěn)定在850mA左右的穩(wěn)定電源，充電芯片利用這穩(wěn)定電源給鋰離子電池充電，在電池電壓小于2.5V時(shí)，充電芯片提供5mA的小電流進(jìn)行預(yù)充，快速充電階段時(shí)，利用外接電源給鋰離子電池進(jìn)行充電，在終止判斷階段，電池的實(shí)際電壓小于閥值時(shí)，外部P溝道場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。當(dāng)充電接近結(jié)束時(shí)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的斷開時(shí)間大大超過導(dǎo)通時(shí)間，充電結(jié)束。本發(fā)明具有體積小、功耗低，安全性高以及充電效果好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103236721SQ20131010661
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者王建中, 張睿, 劉俊, 楊成忠, 薛安克 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)