一種鋰電池充放電管理電路及鋰電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鋰電池充放電管理電路及鋰電池管理系統(tǒng)。本實用新型所提供的鋰電池充放電管理電路包括鋰電池、控制模塊、主開關(guān)模塊、限流開關(guān)模塊、采樣電阻以及短路檢測模塊；其中，所述鋰電池充放電管理電路還包括限流開關(guān)模塊；所述限流開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端分別連接所述容性負載的輸出端、所述采樣電阻的第一端以及所述控制模塊的第二控制端。一種鋰電池管理系統(tǒng)，包括殼體，所述鋰電池管理系統(tǒng)還包括所述的鋰電池充放電管理電路。由于控制模塊可以根據(jù)電路的狀態(tài)控制主開關(guān)模塊和限流開關(guān)模塊的通斷，避免誤觸發(fā)短路保護，使得電容值較大的容性負載可以正常啟動。
【專利說明】—種鋰電池充放電管理電路及鋰電池管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鋰電池充放電管理電路及鋰電池管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著動力鋰電池生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，其作為電源在電動工具、不間斷電源、新能源等方面的應(yīng)用越來越多。鋰電池充放電管理電路是鋰電池管理系統(tǒng)中用于監(jiān)測、管理鋰電池的充電、放電的管理電路，其同時還為鋰電池提供過壓保護、過流保護、溫度保護、短路保護、電池均衡等，保證了鋰電池的安全使用，是鋰電池管理系統(tǒng)不可缺少的一部分。
[0003]然而，在鋰電池充放電管理電路的研發(fā)中不得不面臨一個問題，任何一個設(shè)備都有一定的容值。當負載的容值很大時，在啟動或上電的瞬間，流過鋰電池充放電管理電路的電流非常接近短路電流，將直接觸發(fā)短路保護，導(dǎo)致無法正常啟動負載。
[0004]因此，現(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)存在無法正常啟動電容值較大的容性負載的問題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種鋰電池充放電管理電路，旨在解決現(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)存在無法正常啟動電容值較大的容性負載的問題。
[0006]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種鋰電池充放電管理電路，與容性負載連接，包括鋰電池、控制模塊、主開關(guān)模塊、采樣電阻以及短路檢測模塊；所述控制模塊的電壓檢測端與所述容性負載的輸入端共接于所述鋰電池的正極，所述采樣電阻的第二端連接所述鋰電池的負極；所述短路檢測模塊的輸入端和輸出端分別連接所述采樣電阻的第一端和所述控制模塊的短路檢測端；所述主開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端分別連接所述容性負載的輸出端、所述采樣電阻的第一端以及所述控制模塊的第一控制端；
[0007]所述鋰電池充放電管理電路還包括限流開關(guān)模塊；
[0008]所述限流開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端分別連接所述容性負載的輸出端、所述采樣電阻的第一端以及所述控制模塊的第二控制端。
[0009]本實用新型的另一目的還在于提供一種鋰電池管理系統(tǒng)，包括殼體，還包括上述的鋰電池充放電管理電路。
[0010]本實用新型所提供的鋰電池充放電管理電路包括鋰電池、控制模塊、主開關(guān)模塊、限流開關(guān)模塊、采樣電阻以及短路檢測模塊；其中，主開關(guān)模塊與限流開關(guān)模塊共接于容性負載的輸出端，容性負載的輸入端連接鋰電池的正極；主開關(guān)模塊、限流開關(guān)模塊以及短路檢測模塊共接于采樣電阻的第一端，采樣電阻的第二端連接鋰電池的負極；控制模塊還連接主開關(guān)模塊、限流開關(guān)模塊、鋰電池以及短路檢測模塊，進行檢測或控制。由于控制模塊可以根據(jù)電路的狀態(tài)控制主開關(guān)模塊和限流開關(guān)模塊的通斷，從而可以利用限流開關(guān)模塊實現(xiàn)對容性負載的軟啟動，避免誤觸發(fā)短路保護，使得電容值較大的容性負載可以正常啟動。同時，控制模塊還可以根據(jù)短路信號，依次關(guān)斷主開關(guān)模塊和限流開關(guān)模塊，實現(xiàn)對主開關(guān)模塊的軟關(guān)斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型第一實施例所提供的鋰電池充放電管理電路的模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是本實用新型第一實施例所提供的限流開關(guān)模塊的模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是本實用新型第一實施例所提供的主開關(guān)模塊的模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖4是本實用新型第一實施例所提供的短路檢測模塊的示例電路結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖5是本實用新型第一實施例所提供的第一開關(guān)驅(qū)動電路的示例電路結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖6是本實用新型第二實施例所提供的鋰電池充放電管理電路的模塊結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0018]本實用新型所提供的鋰電池充放電管理電路包括鋰電池、控制模塊、主開關(guān)模塊、限流開關(guān)模塊、采樣電阻以及短路檢測模塊，解決了現(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)存在無法正常啟動電容值較大的容性負載的問題。
[0019]實施例1
[0020]圖1示出了本實用新型第一實施例所提供的鋰電池充放電管理電路的模塊結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關(guān)的部分，詳述如下:
[0021]本實施例所提供的鋰電池充放電管理電路與容性負載10連接，包括鋰電池20、控制模塊30、主開關(guān)模塊40、采樣電阻60以及短路檢測模塊70 ;控制模塊30的電壓檢測端與容性負載10的輸入端共接于鋰電池20的正極，采樣電阻的60第二端連接鋰電池20的負極；短路檢測模塊70的輸入端和輸出端分別連接采樣電阻60的第一端和控制模塊30的短路檢測端；主開關(guān)模塊40的輸入端、輸出端以及受控端分別連接容性負載10的輸出端、采樣電阻60的第一端以及控制模塊30的第一控制端；短路檢測模塊70在輸入端的電壓達到第一預(yù)設(shè)電壓值時，輸出短路信號，以使控制模塊30控制主開關(guān)模塊斷開；
[0022]在本實施例中，鋰電池20可以為常用的聚合物鋰蓄電池。控制模塊30可以是控制芯片或工控機等，如型號為80C51的單片機?？刂颇K30主要用于監(jiān)控并處理鋰電池充放電管理電路中的各種信號。
[0023]進一步的，鋰電池充放電管理電路還可以包括限流開關(guān)模塊50。
[0024]限流開關(guān)模塊50的輸入端、輸出端以及受控端分別連接容性負載10的輸出端、采樣電阻的第一端60以及控制模塊30的第二控制端。
[0025]在本實施例中，控制模塊30在電壓檢測端的電壓達到第二預(yù)設(shè)電壓值時，控制限流開關(guān)模塊50導(dǎo)通，以使鋰電池20以第一電流為容性負載10充電,并在延時第一時間間隔后，控制主開關(guān)模塊40導(dǎo)通，以使鋰電池20以第二電流驅(qū)動容性負載10啟動工作。
[0026]并且，第一電流小于第二電流。
[0027]進一步的，控制模塊30還用于在主開關(guān)模塊40斷開后，延時第二時間間隔并控制限流開關(guān)模塊50斷開。
[0028]在本實施例中，第一時間間隔可以是200ms，第二時間間隔可以是10ms。第一時間間隔可以根據(jù)容性負載10的充電時間確定，第二時間間隔可以根據(jù)容性負載10的放電時間確定。延時第二時間間隔后控制限流開關(guān)模塊50斷開是為了避免主開關(guān)模塊40突然關(guān)斷而產(chǎn)生的反向電壓影響其他器件，通過限流開關(guān)模塊50對其進行緩慢放電，起到軟關(guān)斷的作用。其可以防止主開關(guān)模塊40被擊穿，繼而防止短路保護失效。技術(shù)人員還可以根據(jù)需要在控制芯片內(nèi)部程序設(shè)置第一預(yù)設(shè)電壓值和第二預(yù)設(shè)電壓值。
[0029]在本實施例中，由于控制模塊30可以根據(jù)電路的狀態(tài)控制主開關(guān)模塊40和限流開關(guān)模塊50的通斷，并且，流過限流開關(guān)模塊50的第一電流小于第二電流，從而可以利用限流開關(guān)模塊50實現(xiàn)對容性負載10的軟啟動，避免誤觸發(fā)短路保護，使得電容值較大的容性負載10可以正常啟動。同時，控制模塊30還可以根據(jù)短路信號，依次關(guān)斷主開關(guān)模塊40和限流開關(guān)模塊50，減弱主開關(guān)模塊40兩端的反向電壓，確保短路保護正常工作。
[0030]在本實施例中，如圖2所示，限流開關(guān)模塊50可以包括:
[0031]限流電阻51、第一開關(guān)管52和第一開關(guān)驅(qū)動模塊53 ；
[0032]第一開關(guān)管52的受控端連接第一開關(guān)驅(qū)動模塊53的輸出端，第一開關(guān)管52的輸入端連接限流電阻51的第一端，限流電阻51的第二端、第一開關(guān)管52的輸出端以及第一開關(guān)驅(qū)動模塊53的輸入端分別是限流開關(guān)模塊50的輸入端、輸出端以及受控端。
[0033]在本實施例中，第一開關(guān)管52可以是NMOS管，NMOS管的漏極、源極以及柵極分別是第一開關(guān)管52的輸入端、輸出端以及受控端；第一開關(guān)管52也可以是NPN三極管，NPN三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別是第一開關(guān)管52的輸入端、輸出端以及受控端。第一開關(guān)驅(qū)動模塊53是用于驅(qū)動第一開關(guān)管，保證第一開關(guān)管52可以穩(wěn)定地導(dǎo)通或關(guān)斷。限流電阻51可以使普通的金屬膜電阻，只要能起到限流作用即可。
[0034]在本實施例中，如圖3所示，主開關(guān)模塊40可以包括第二開關(guān)管41和第二開關(guān)驅(qū)動模塊42 ；
[0035]第二開關(guān)管41的受控端連接第二開關(guān)驅(qū)動模塊42的輸出端，第二開關(guān)管41的輸入端、輸出端以及第二開關(guān)驅(qū)動模塊42的輸入端分別是主開關(guān)模塊40的輸入端、輸出端以及受控端。
[0036]在本實施例中，第二開關(guān)管41可以是NMOS管，NMOS管的漏極、源極以及柵極分別是第二開關(guān)管41的輸入端、輸出端以及受控端；第二開關(guān)管41也可以是NPN三極管，NPN三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別是第二開關(guān)管41的輸入端、輸出端以及受控端。
[0037]在本實施例中，如圖4所示，短路檢測模塊70可以包括:
[0038]第一電容Cl、第二電容C2、穩(wěn)壓管D1、第一電阻Rl以及第二電阻R2 ；
[0039]第一電容Cl的第一端、第二電容C2的第一端、穩(wěn)壓管Dl的陰極、第一電阻Rl的第一端以及第二電阻R2的第一端共接形成短路檢測模塊70的輸出端，第二電阻R2的第二端是短路檢測模塊70的輸入端，第一電容Cl的第二端、第二電容C2的第二端、穩(wěn)壓管Dl的陽極以及第一電阻Rl的第二端共接于地。
[0040]在本實施例中，當鋰電池充放電管理電路出現(xiàn)短路時，流經(jīng)采樣電阻60的電流增大，米樣電阻60的第一端的電壓同時也增大,該電壓信號經(jīng)過第一電阻Rl和第二電阻R2的分壓后輸出至控制模塊30。當電壓信號增大到足以擊穿穩(wěn)壓管Dl時，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，短路檢測模塊70輸出低電平信號至控制信號，該低電平信號即為短路信號。
[0041]在本實施例中，如圖5所示，第一開關(guān)驅(qū)動模塊53可以包括:
[0042]第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、NPN三極管Ql以及PNP三極管Q2 ；
[0043]第三電阻R3的第一端是第一開關(guān)驅(qū)動模塊53的輸入端,第三電阻R3的第二端與第四電阻R4的第一端共接于NPN三極管Ql的基極，第四電阻R4的第二端與NPN三極管Ql的發(fā)射極共接于地，NPN三極管Ql的集電極連接第六電阻R6的第一端，第六電阻R6的第二端與第五電阻R5的第一端共接于PNP三極管Q2的基極，第五電阻R5的第二端與PNP三極管Q2的發(fā)射極共接于外部電源EN，PNP三極管Q2的集電極連接第七電阻R7的第一端，第七電阻R7的第二端是第一開關(guān)驅(qū)動模塊53的輸出端。
[0044]在本實施例中，外部電源EN可以通過對鋰電池20的電源端做電壓變換處理獲得，也可以外接其他的電源。第一開關(guān)驅(qū)動模塊53通過多個三極管的依次控制，既可以驅(qū)動第一開關(guān)管52正常工作，又可以避免外部電源EN對控制模塊30產(chǎn)生影響。
[0045]進一步的，第二開關(guān)管41也可以采用和第一開關(guān)管52相同的電路結(jié)構(gòu)。
[0046]實施例2
[0047]本實施例的實施建立在實施例1的基礎(chǔ)上。
[0048]圖6示出了本實用新型第二實施例所提供的鋰電池充放電管理電路的模塊結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關(guān)的部分，詳述如下:
[0049]在本實施例中，鋰電池充放電管理電路還可以包括充電開關(guān)模塊80 ；
[0050]充電開關(guān)模塊80的輸入端接入充電電流，充電開關(guān)模塊80的輸出端連接鋰電池20的電源端，充電開關(guān)模塊80的受控端連接控制模塊30的第三控制端。
[0051]在本實施例中，控制模塊30可以根據(jù)鋰電池20的電壓大小，在電壓過低時，斷開主開關(guān)模塊40和限流開關(guān)模塊50，并導(dǎo)通充電開關(guān)模塊80，為鋰電池20進行充電。當然，用戶也可以直接通過控制模塊30控制充電開關(guān)模塊80持續(xù)打開，從而直接采用充電電流供電，而不消耗鋰電池20的電能。
[0052]在本實施例中主開關(guān)模塊40可以包括第三開關(guān)管和第三開關(guān)驅(qū)動模塊；
[0053]第三開關(guān)管的受控端連接第三開關(guān)驅(qū)動模塊的輸出端，第三開關(guān)管的輸入端、輸出端以及第三開關(guān)驅(qū)動模塊的輸入端分別是充電開關(guān)模塊80的輸入端、輸出端以及受控端。
[0054]在本實施例中，在本實施例中，第三開關(guān)管可以是NMOS管，NMOS管的漏極、源極以及柵極分別是第三開關(guān)管的輸入端、輸出端以及受控端；第三開關(guān)管也可以是NPN三極管，NPN三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別是第三開關(guān)管的輸入端、輸出端以及受控端。
[0055]進一步的，第三開關(guān)管也可以采用和第一開關(guān)管52相同的電路結(jié)構(gòu)。
[0056]實施例3
[0057]本實施例的實施建立在上述任一實施例的基礎(chǔ)上。
[0058]本實施例所提供的鋰電池管理系統(tǒng)包括殼體，還包括如上述任一實施例所提供的鋰電池充放電管理電路。
[0059]在本實施例中，通過將上述的鋰電池充放電管理電路置于鋰電池管理系統(tǒng)中，使得該鋰電池管理系統(tǒng)可以正常啟動電容值較大的容性負載10，而不會出現(xiàn)誤觸發(fā)短路保護的現(xiàn)象。
[0060]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰電池充放電管理電路，與容性負載連接，包括鋰電池、控制模塊、主開關(guān)模塊、采樣電阻以及短路檢測模塊；所述控制模塊的電壓檢測端與所述容性負載的輸入端共接于所述鋰電池的正極，所述采樣電阻的第二端連接所述鋰電池的負極；所述短路檢測模塊的輸入端和輸出端分別連接所述采樣電阻的第一端和所述控制模塊的短路檢測端；所述主開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端分別連接所述容性負載的輸出端、所述采樣電阻的第一端以及所述控制模塊的第一控制端；其特征在于: 所述鋰電池充放電管理電路還包括限流開關(guān)模塊； 所述限流開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端分別連接所述容性負載的輸出端、所述采樣電阻的第一端以及所述控制模塊的第二控制端。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰電池充放電管理電路，其特征在于，所述限流開關(guān)模塊包括: 限流電阻、第一開關(guān)管和第一開關(guān)驅(qū)動模塊； 所述第一開關(guān)管的受控端連接所述第一開關(guān)驅(qū)動模塊的輸出端，所述第一開關(guān)管的輸入端連接所述限流電阻的第一端，所述限流電阻的第二端、所述第一開關(guān)管的輸出端以及所述第一開關(guān)驅(qū)動模塊的輸入端分別是所述限流開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰電池充放電管理電路，其特征在于，所述主開關(guān)模塊包括第二開關(guān)管和第二開關(guān)驅(qū)動模塊； 所述第二開關(guān)管的受控端連接所述第二開關(guān)驅(qū)動模塊的輸出端，所述第二開關(guān)管的輸入端、輸出端以及所述第二開關(guān)驅(qū)動模塊的輸入端分別是所述主開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰電池充放電管理電路，其特征在于，所述短路檢測模塊包括: 第一電容、第二電容、穩(wěn)壓管、第一電阻以及第二電阻； 所述第一電容的第一端、所述第二電容的第一端、所述穩(wěn)壓管的陰極、所述第一電阻的第一端以及所述第二電阻的第一端共接形成所述短路檢測模塊的輸出端，所述第二電阻的第二端是所述短路檢測模塊的輸入端，所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述穩(wěn)壓管的陽極以及所述第一電阻的第二端共接于地。
5.如權(quán)利要求2所述的鋰電池充放電管理電路，其特征在于，所述第一開關(guān)驅(qū)動模塊包括: 第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、NPN三極管以及PNP三極管； 所述第三電阻的第一端是所述第一開關(guān)驅(qū)動模塊的輸入端，所述第三電阻的第二端與所述第四電阻的第一端共接于所述NPN三極管的基極，所述第四電阻的第二端與所述NPN三極管的發(fā)射極共接于地，所述NPN三極管的集電極連接所述第六電阻的第一端，所述第六電阻的第二端與所述第五電阻的第一端共接于所述PNP三極管的基極，所述第五電阻的第二端與所述PNP三極管的發(fā)射極共接于外部電源，所述PNP三極管的集電極連接所述第七電阻的第一端，所述第七電阻的第二端是所述第一開關(guān)驅(qū)動模塊的輸出端。
6.如權(quán)利要求1所述的鋰電池充放電管理電路，其特征在于，所述鋰電池充放電管理電路還包括充電開關(guān)模塊； 所述充電開關(guān)模塊的輸入端接入充電電流，所述充電開關(guān)模塊的輸出端連接所述鋰電池的電源端，所述充電開關(guān)模塊的受控端連接所述控制模塊的第三控制端。
7.如權(quán)利要求6所述的鋰電池充放電管理電路，其特征在于，所述主開關(guān)模塊包括第三開關(guān)管和第三開關(guān)驅(qū)動模塊； 所述第三開關(guān)管的受控端連接所述第三開關(guān)驅(qū)動模塊的輸出端，所述第三開關(guān)管的輸入端、輸出端以及所述第三開關(guān)驅(qū)動模塊的輸入端分別是所述充電開關(guān)模塊的輸入端、輸出端以及受控端。
8.一種鋰電池管理系統(tǒng)，包括殼體，其特征在于，所述鋰電池管理系統(tǒng)還包括如權(quán)利要求I至7任一項所述的鋰電池充放電管理電路。
【文檔編號】H02J7/00GK204012767SQ201420167467
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】商洪亮, 馬化盛, 張彩輝, 江欽彬, 李威 申請人:深圳桑達國際電源科技有限公司