專利名稱：一種鋰電池充電管理線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋰電池的充電保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
鋰電池作為一種高效能源載體被廣泛應(yīng)用于通訊、電子行業(yè)，特別是手機(jī)、PDA等個(gè)人通訊工具上。鋰電池可充電并重復(fù)使用，其充電保護(hù)電路一直是電池行業(yè)的不斷革新的方向之一?，F(xiàn)有的充電電路存在以下問題1、電池在完全放空的情況下，當(dāng)電池電壓過低，同時(shí)因充電電壓和阻流電阻固定，會(huì)導(dǎo)致起始充電電流過大，會(huì)減短電池壽命；2、當(dāng)電池發(fā)生異常時(shí)無保護(hù)措施，例如內(nèi)部有二節(jié)短路會(huì)導(dǎo)致充電電流嚴(yán)重加大，最終會(huì)使電池過度發(fā)熱而損壞電池，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電池爆炸或引起火災(zāi)；3、當(dāng)電池節(jié)數(shù)過多，因充滿和放空時(shí)電池電壓壓差變大，要想使充滿時(shí)電流小于一定值，則起始充電電流會(huì)過大，同樣會(huì)使電池壽命縮短；4、電池充滿后再長期浮充會(huì)消耗內(nèi)部電解液，使電池容量減小，嚴(yán)重影響電池使用壽命。
在上述的情況下，如無完善的充電電路和充電保護(hù)裝置，電池容易產(chǎn)生爆炸損壞設(shè)備，更有可能引起火災(zāi)，同時(shí)過充過放現(xiàn)象會(huì)使電池壽命嚴(yán)重縮短。目前的鋰電池充電管理方案有三種第一種是使用降壓型PWM轉(zhuǎn)換器，配合運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)CC/CV充電，如日本精工的8521系列、理光的R1224系列；第二種是半導(dǎo)體廠商推出的專用充電管理芯片，如TI的bq系列；第三種為使用MCU做充電管理的控制器，單片機(jī)不斷地掃描周邊的硬件電路，經(jīng)過判斷后進(jìn)入相應(yīng)的充電模式直到完成充電。
在目前這三種方案中，第三種方案是最靈活的，本實(shí)用新型是對(duì)該方案的一種改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、使用安全、可靠的充電管理電路。
本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
設(shè)計(jì)一種鋰電池充電管理線路，充電管理線路包括有微處理控制芯片MCU，微處理控制芯片MCU具有PWM功能。MCU的引腳與恒流恒壓控制電路聯(lián)接；MCU的引腳通過電源監(jiān)測與異常保護(hù)電路與充電電源聯(lián)接；MCU引腳也與充電電池正端聯(lián)接，充電電池的正端與地之間也設(shè)置有電池電壓檢測電路；所述充電管理線路還包括有充電電池反接、反充保護(hù)以及充電電池異常保護(hù)電路。
MCU的13PIN的PWM信號(hào)端聯(lián)接的恒流恒壓控制電路包括MOSFET管U1A和電阻R11、R15、電容C6、C7組成的分壓電路以及三極管Q2、Q3、Q6組成的全波推動(dòng)電路，PWM信號(hào)端通過電阻R34與三極管Q6的基極聯(lián)接，三極管的集電極通過電阻R17與三極管Q2、Q3的基極聯(lián)接，三極管Q2的發(fā)射極與MOSFET管UIA的漏極聯(lián)接，三極管Q3的集電極聯(lián)接分壓電路。微處理控制芯片MCU的電流反饋輸入的16PIN、18PIN分別與電流采樣放大電路、采樣電阻短路保護(hù)電路聯(lián)接，設(shè)置在充電回路上的電流檢測電阻R28、R10的兩端與差動(dòng)放大器U2A、U2B的正負(fù)輸入端聯(lián)接，差動(dòng)放大器U2A、U2B的輸出經(jīng)電阻電容濾波后接至MCU的18PIN、16PIN。微處理控制芯片MCU的反饋輸入的16PIN、18PIN分別通過穩(wěn)壓二極管D5、D6接地。
MCU的19PIN與電阻R43、R44的分壓支路聯(lián)接，其中分壓之路上還并聯(lián)有和濾波電容C12和穩(wěn)壓二極管D7。
充電電池的正端與地之間設(shè)置的電池電壓檢測電路包括有分壓電阻R3與R27，其分壓支路上聯(lián)接有MOSFET管Q1，MOSFET管Q1的漏極通過電阻與充電電源聯(lián)接，分壓電阻R27與濾波電容C5以及穩(wěn)壓二極管D4并聯(lián)，其分壓輸出端VBAT接至MCU的17PIN。
在充電管理線路的輸出端口設(shè)置一個(gè)防止電池反接的二極管D2，充電電池包B+/B-端也設(shè)有一個(gè)防止電池包反充的二極管D1；微處理控制芯片MCU還與溫度檢測電路聯(lián)接，MCU的14PIN通過R39、NTC電阻R20及濾波電容C9組成一個(gè)溫度檢測電路，熱敏電阻R20及濾波電容C9位于電池包內(nèi)；在MCU的10PIN通過電阻R14、R19、R18、R13以及三極管Q4、MOSFET U1B組成一個(gè)防止反向的電路。MCU的7PIN通過三極管Q5、Q7組成的電路與電池正負(fù)端B+、B-間的保護(hù)模塊聯(lián)接組成充電激活電路。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型提供的充電管理線路的微處理芯片MCU本身帶有A/D轉(zhuǎn)換及PWM功能，通過A/D端口不斷地掃描外圍硬件電路，獲取數(shù)據(jù)后進(jìn)行判定，從而控制程序的以完成相應(yīng)的CC/CV充電、輸入電源電壓異常保護(hù)、電池異常保護(hù)，電池反接、電池反充保護(hù)、電流采樣電阻短路保護(hù)、預(yù)充電、階梯電流充電等功能。該管理電路的某些參數(shù)的改動(dòng)可以通過改動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)而不需要改變周邊的硬件電路，方便靈活，成本低而且安全性高。


圖1是本實(shí)用新型電路原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型的充電控制程序圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
參見圖1，一種鋰電池充電管理線路，包括充電電源和充電電池，在充電電源與充電電池之間聯(lián)接有充電管理線路，充電管理線路包括微處理控制芯片MCU，MCU具有PWM功能，微處理芯片MCU分別與恒流恒壓控制電路、電源異常保護(hù)電路、以及充電電池反接、反充保護(hù)以及充電電池異常保護(hù)電路聯(lián)接微處理芯片MCU的19PIN的電壓供給設(shè)置有保護(hù)。19PIN的電壓是由充電電源經(jīng)電阻R43、R44的分壓所提供，其中分壓電阻R43及R44分壓支路上還并聯(lián)有和濾波電容C12和穩(wěn)壓二極管D7。在充電電源正端和地之間接入分壓電阻R43及R44的分壓比選擇為3∶1，精度為1％，且兩電阻阻值不要超過100K，否則無法為A/D提供足夠大的電流，造成A/D不準(zhǔn)，同時(shí)也不能大小，太小則會(huì)造成該支路消耗電流太大。最好選擇幾十K的電阻。根據(jù)分壓關(guān)系MCU的19PIN所得的電壓即為實(shí)際輸入電壓的1/4，根據(jù)實(shí)際情況及誤差在軟件中確定輸入電壓的最小值及最大值，超出界限即馬上停止充電并報(bào)警；若C12短路，則power端A/D值為0，亦停止充電并報(bào)警。D7是為了防止電壓超過5V損壞MCU而設(shè)。
MCU的13PIN與恒流恒壓控制電路聯(lián)接，恒流恒壓控制電路包括MOSFET管UIA和電阻R11、R15、電容C6、C7組成的分壓電路以及三極管Q2、Q3、Q6組成的全波推動(dòng)電路，PWM信號(hào)端通過電阻R34與三極管Q6的基極聯(lián)接，三極管的集電極通過電阻R17與三極管Q2、Q3的基極聯(lián)接，三極管Q2的發(fā)射極與MOSFET管U1A的漏極聯(lián)接，三極管Q3的集電極聯(lián)接分壓電路。分壓電路的作用在于保護(hù)MOSFET U1A Vgs電壓不超過最大值而造成損壞。因?yàn)檫x擇的MCU具有PWM功能，可發(fā)出約150KHz頻率的PWM方波，因此在對(duì)外圍的硬件端口掃描后，如一切正常，由MCU的13PIN發(fā)出PWM信號(hào)，通過三極管驅(qū)動(dòng)作為開關(guān)的MOSFET管UIA，在電池電壓為達(dá)到恒壓點(diǎn)以前，采用恒流方式充電，達(dá)到后即采用恒壓方式充電。
微處理控制芯片MCU的電流反饋輸入的16PIN、18PIN分別與電流采樣放大電路以及電阻短路保護(hù)電路聯(lián)接，設(shè)置在充電回路上的電流檢測電阻R28、R10的兩端與差動(dòng)放大器U2A、U2B的正負(fù)輸入端聯(lián)接，差動(dòng)放大器U2A、U2B的輸出經(jīng)電阻電容濾波后接至MCU的18PIN、16PIN。MCU的反饋輸入的16PIN、18PIN分別通過二極管D5、D6接地。
在通常狀態(tài)下，由運(yùn)放把R28兩端的電壓差進(jìn)行放大然后反饋給MCU，MCU根據(jù)反饋值調(diào)整PWM正脈寬的占空比從而實(shí)現(xiàn)恒流；若R28短路，MCU的18PIN檢測到的電流反饋值為0，正常情況MCU馬上加大13PIN發(fā)出PWM的正占空比，但持續(xù)短路的話，反饋值始終為0，電路故障則無法實(shí)現(xiàn)恒流。MCU的反饋輸入的18PIN通過二極管D6接地，為防止電壓超過5V損壞MCU而設(shè)。
同樣在電池正端加入了另一個(gè)電流檢測電阻R10，以實(shí)現(xiàn)對(duì)R28短路的檢測。當(dāng)MCU不斷加大13PIN發(fā)出PWM的正占空比試圖讓電流反饋值達(dá)到預(yù)定值時(shí)，從R10流過的電流也會(huì)增加，運(yùn)放把流過R10的電流進(jìn)行放大并反饋給MCU，當(dāng)MCU的16PIN檢測到流過R10的電流超過預(yù)定值時(shí)，便停止充電并報(bào)警。同理，MCU的反饋輸入的16PIN通過二極管D5接地，也是為了防止電壓超過5V損壞MCU而設(shè)。
本實(shí)用新型充電管理線路在充電電池的正端與地之間設(shè)置有電池電壓保護(hù)電路，包括有分壓電阻R3與R27，其分壓支路上聯(lián)接有MOSFET管Q1，MOSFET管Q1的漏極通過電阻與充電電源聯(lián)接，分壓電阻R27與濾波電容C5以及穩(wěn)壓二極管D4并聯(lián)，其分壓輸出端VBAT接至MCU的17PIN。
在充電電池正端和地之間接入的分壓電阻R3及R2地分壓比選擇為1.8∶1，精度為1％，在該支路中所設(shè)的MOSFET管Q1，其作用在于防止在未充電的情況下電池通過R3、R27放電造成自耗電過大，只有在充電電源接通Q1導(dǎo)通時(shí)才能使此回路導(dǎo)通。C5為濾波電容，D4為穩(wěn)壓二極管。根據(jù)分壓關(guān)系，MCU的17PIN VBAT端測得的電壓即為實(shí)際輸入電壓的1/2.8，根據(jù)實(shí)際情況及誤差在軟件中確定正常電池電壓的最小值及最大值，超出界限即馬上停止充電并報(bào)警；若C5短路，則MCU檢測值為0，亦停止充電并報(bào)警。D4是為了防止電壓超過5V損壞MCU而設(shè)。
電池反接保護(hù)是在充電管理線路的輸出端口設(shè)置一個(gè)防止電池反接的二極管D2，如果電池反接，則電池通過D2形成回路，由于回路幾乎沒有負(fù)載，電池本身的保護(hù)模塊因放電過流而保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)了反接保護(hù)的目的。
而電池反充保護(hù)是在充電電池B+/B-端也設(shè)有一個(gè)防止電池包被反充二極管D1，如果電池在特殊情況下被反向充電，則電流通過D1形成回路從而對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)。
充電電池異常保護(hù)、充滿電池接入識(shí)別保護(hù)是通過管理電路程序?qū)崿F(xiàn)的當(dāng)充電電池接入時(shí)，如電池電壓在正常的范圍內(nèi)，管理電路此時(shí)會(huì)記下電池的電壓，充電一個(gè)小時(shí)后，正常情況下電池電壓應(yīng)相應(yīng)當(dāng)升高ΔV，根據(jù)電池的容量、充電電流大小已經(jīng)實(shí)測數(shù)據(jù)確定ΔV的大小，如果在充電一小時(shí)后電池電壓并未上升，則認(rèn)為電池異常，管理電路停止充電并報(bào)警。
當(dāng)充電電池接入時(shí)，如果電池電壓不在正常的范圍內(nèi)時(shí)，為了防止因過放等原因保護(hù)電路斷開回路，所述MCU的7PIN通過三極管Q5、Q7組成的電路與電池正負(fù)端B+、B-間的保護(hù)模塊聯(lián)接組成充電激活電路，如果電池因?yàn)檫^流、過放等原因，MCU第7PIN輸出高電平進(jìn)行激活。
MCU第7PIN輸出高電平則會(huì)開啟一個(gè)小電流去激活保護(hù)模塊，延遲一段時(shí)間后關(guān)斷，重新檢測電池，若電池電壓在正常范圍內(nèi)，則認(rèn)為激活了電池，反之，則有可能無電池或電池不正常，即停止充電并報(bào)警。
當(dāng)充電電池接入時(shí)，若兩節(jié)電池的電壓超過8.20V，則認(rèn)為電池處于充滿狀態(tài)，在這種情況下，對(duì)電池頻繁充電會(huì)減短電池的壽命，因此，管理電路對(duì)高于8.20V的電池不予充電。
微處理控制芯片MCU還與溫度檢測電路聯(lián)接，MCU的14PIN通過R39、NTC電阻R20及濾波電容C9組成一個(gè)溫度檢測電路，熱敏電阻R20及濾波電容C9位于電池包內(nèi)。MCU不斷掃描14PIN溫度反饋值，當(dāng)溫度上升到一定值時(shí)停止充電。
在MCU的10PIN通過電阻R14、R19、R18、R13以及三極管Q4、MOSFET U1B組成一個(gè)防止反向的電路。當(dāng)充電完成或出錯(cuò)時(shí)，10PIN輸出低電平使U1B截止，從而防止電池電壓反饋至充電端給MCU供電造成很大的自耗。
本實(shí)施例是以兩節(jié)充電電池為例設(shè)計(jì)的，實(shí)際應(yīng)用中，充電電池幾節(jié)串連充電是可以隨時(shí)調(diào)整的。
本實(shí)用新型還可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電、階梯電流充電。當(dāng)電池接入時(shí)，若MCU測得兩節(jié)電池的電壓小于6.8V，此時(shí)電池處于放電程度較深的狀態(tài)，為了減小大電流充電對(duì)電池的沖擊，用400mA小電流對(duì)電池進(jìn)行充電，此過程稱為預(yù)充電。當(dāng)電池電壓高于6.8V后，MCU的13PIN的PWM信號(hào)每隔3～5秒加寬一定的間隔，此時(shí)電流則對(duì)應(yīng)地加寬30～50mA直至電流升至1.2A，稱之為階梯電流充電。這樣做類似于軟啟動(dòng)，目的也是為了減小突然的大電流對(duì)電池的沖擊和損害，延長電池的壽命。
整個(gè)充電控制線路的工作過程參見圖2充電管理線路聯(lián)接上充電電池，首先判斷充電條件是否正常，然后檢測充電電源是否正常，不正常則報(bào)警；再進(jìn)入充電電池檢測程序和溫度檢測程序，不正常則報(bào)警，正常則開始充電，進(jìn)入恒流恒壓檢測程序先判斷VBT端電壓是否大于6.8V，否，則進(jìn)行涓流充電過程，是，則進(jìn)行恒流充電，恒流充電時(shí)判斷VBT端電壓是否大于8.3V，是，則進(jìn)行恒壓充電過程，恒壓充電過程中判斷電流I是否小于150mA，是則充電結(jié)束，否則，就重新檢測繼續(xù)完成充電過程。
權(quán)利要求1.一種鋰電池充電管理線路，包括充電電源和充電電池，在充電電源與充電電池之間聯(lián)接有充電管理線路，其特征在于充電管理線路包括有微處理控制芯片MCU，MCU的引腳與恒流恒壓控制電路聯(lián)接；MCU的引腳通過電源監(jiān)測與異常保護(hù)電路和充電電源聯(lián)接；MCU引腳也與充電電池正端聯(lián)接，充電電池的正端與地之間也設(shè)置有電池電壓檢測電路；所述充電管理線路還包括有充電電池反接、反充保護(hù)以及充電電池異常保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于所述的微處理控制芯片MCU具有PWM功能，MCU的13PIN的PWM信號(hào)端聯(lián)接的恒流恒壓控制電路包括MOSFET管U1A和電阻R11、R15、電容C6、C7組成的分壓電路以及三極管Q2、Q3、Q6組成的全波推動(dòng)電路，PWM信號(hào)端通過電阻R34與三極管Q6的基極聯(lián)接，三極管的集電極通過電阻R17與三極管Q2、Q3的基極聯(lián)接，三極管Q2的發(fā)射極與MOSFET管UIA的漏極聯(lián)接，三極管Q3的集電極聯(lián)接分壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于所述的微處理控制芯片MCU的電流反饋輸入的16PIN、18PIN分別與電流采樣放大電路、采樣電阻短路保護(hù)電路聯(lián)接，設(shè)置在充電回路上的電流檢測電阻R28、R10的兩端與差動(dòng)放大器U2A、U2B的正負(fù)輸入端聯(lián)接，差動(dòng)放大器U2A、U2B的輸出經(jīng)電阻電容濾波后接至MCU的18PIN、16PIN。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于所述的微處理控制芯片MCU的反饋輸入的16PIN、18PIN分別通過穩(wěn)壓二極管D5、D6接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于所述的MCU的19PIN與電阻R43、R44的分壓支路聯(lián)接，其中分壓之路上還并聯(lián)有和濾波電容C12和穩(wěn)壓二極管D7。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于所述的充電電池的正端與地之間設(shè)置的電池電壓檢測電路包括有分壓電阻R3與R27，其分壓支路上聯(lián)接有MOSFET管Q1，MOSFET管Q1的漏極通過電阻與充電電源聯(lián)接，分壓電阻R27與濾波電容C5以及穩(wěn)壓二極管D4并聯(lián)，其分壓輸出端VBAT接至MCU的17PIN。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于在充電管理線路的輸出端口設(shè)置一個(gè)防止電池反接的二極管D2，充電電池包B+/B-端也設(shè)有一個(gè)防止電池包反充的二極管D1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于微處理控制芯片MCU還與溫度檢測電路聯(lián)接，MCU的14PIN通過R39、NTC電阻R20及濾波電容C9組成一個(gè)溫度檢測電路，熱敏電阻R20及濾波電容C9位于電池包內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于在MCU的10PIN通過電阻R14、R19、R18、R13以及三極管Q4、MOSFET U1B組成一個(gè)防止反向的電路。當(dāng)充電完成或出錯(cuò)時(shí)，10PIN輸出低電平使U1B截止，從而防止電池電壓反饋至充電端給MCU供電造成很大的自耗。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池充電管理線路，其特征在于所述MCU的7PIN通過三極管Q5、Q7組成的電路與電池正負(fù)端B+、B-間的保護(hù)模塊聯(lián)接組成充電激活電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋰電池充電管理線路，充電管理線路包括具有PWM功能的微處理控制芯片MCU，微處理芯片MCU分別與恒流恒壓控制電路、電源異常保護(hù)電路相聯(lián)接，充電管理線路還包括有充電電池反接、反充保護(hù)以及充電電池異常保護(hù)電路。本實(shí)用新型通過MCU程序的控制完成了CC/CV充電、輸入電源電壓異常保護(hù)、電池異常保護(hù)，電池反接、電池反充保護(hù)、電流采樣電阻短路保護(hù)、預(yù)充電、階梯電流充電等功能。該充電管理電路的成本低而且安全性高，參數(shù)的改動(dòng)可以通過改動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)而不需要改變周邊的硬件電路，方便靈活。
文檔編號(hào)H02H7/18GK2877107SQ20062005380
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月11日
發(fā)明者戴清明 申請(qǐng)人:惠州市藍(lán)微電子有限公司