CN205829227U - 一种锂充电电池转换电路 - Google Patents
一种锂充电电池转换电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN205829227U CN205829227U CN201620719004.XU CN201620719004U CN205829227U CN 205829227 U CN205829227 U CN 205829227U CN 201620719004 U CN201620719004 U CN 201620719004U CN 205829227 U CN205829227 U CN 205829227U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- lithium
- module
- voltage
- management chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 83
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 5
- 150000002641 lithium Chemical class 0.000 claims 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 21
- 238000007600 charging Methods 0.000 abstract description 20
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 229910018095 Ni-MH Inorganic materials 0.000 description 20
- 229910018477 Ni—MH Inorganic materials 0.000 description 20
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010280 constant potential charging Methods 0.000 description 2
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种锂充电电池转换电路，多个锂电池串联，第1个锂电池负极连接到电压保护MOS管，电压保护MOS管连接到负载负极；第1个锂电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，第1个锂电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；后续电池组与其对应的电压采样模块和均衡模块的连接方式与第1个相同；电池管理芯片连接到高效DC‑DC转换模块，高效DC‑DC转换模块另一端还依次通过电感L、开关晶体管连接到负载正极等。采用本实用新型转换电路后，无需改动和替换原有的镍氢电池组的充电和管理电路，实现镍氢充电电池组用锂充电电池直接替代。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂充电电池领域，特别涉及一种锂充电电池转换电路。
背景技术
充电电池已广泛应用在各类电子设备中。为降低产品成本，目前有大量的电子设备仍然继续采用技术成熟且价格低廉的镍氢电池组。而锂充电电池虽然成本相对较高，但具备电池无记忆效应、能量密度更高的优点，已经开始快速取代镍氢充电电池的市场。
镍氢充电电池和锂充电电池的工作特性差异非常大，而且锂充电电池的安全性和对过充电和过放电的耐受性很差，锂充电电池的过充严重时会导致起火爆炸，因此需要专门的保护电路和充电管理电路。但镍氢电池组无法用锂充电电池来直接替代。
市面上尚有大量电子产品采用低成本的镍氢电池组，导致重量偏重且持续工作时间明显劣于采用锂充电电池的同类产品。
充电电池在电子设备中使用时，通常要设计包电管理电路和电池保护电路两种功能。镍氢电池需要恒流恒压或者-△V充电技术，而锂充电电池采用恒流恒压充电技术。镍氢电池对过充电和过放电的耐受性比较好，应用时为降低成本不采用保护电路。锂充电电池过放电会导致电池永久失效，过充会导致电池报废甚至爆炸，则必须采用保护电路。因此，镍氢充电电池组和锂充电电池(组)即使供电电压接近也无法直接替换，市面上尚无镍氢电池组直接用锂充电电池(组)进行替换的产品或者转换电路。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提出一种锂充电电池转换电路，锂充电电池连接此电路后，即可应用于使用镍氢充电电池组的设备或装置中，符合锂充电电池安全性和工作特性要求，无需改动和替换原有的镍氢电池组的充电和管理电路，实现镍氢充电电池组用锂充电电池(组)来替代。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种锂充电电池转换电路，多个锂电池串联，第1个锂电池负极连接到电压保护MOS管，所述电压保护MOS管连接到负载负极；
第1个锂电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，所述第1个锂电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；
以后每一个锂电池正负极都连接到本个锂电池对应的均衡模块输入端，对应的均衡模块输出端连接到电池管理芯片，本个锂电池正极连接到其对应的电压采样模块的输入端，对应 的电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；
所述电池管理芯片连接到高效DC-DC转换模块，所述高效DC-DC转换模块一端接地，另一端连接到二极管D1正极，所述二极管D1负极连接到负载正极，所述高效DC-DC转换模块另一端还依次通过电感L、开关晶体管连接到负载正极，开关晶体管与电感L之间连接到二极管D2负极，二极管D2正极接地。
根据上述方案，每一个电压采样模块的结构一模一样；第1个电压采样模块结构为：第1个锂电池正极、电阻R1、电阻R2一端依次串联，电阻R2另一端接地，电阻R1和电阻R2连接处为第1个电压采样模块输出端。
根据上述方案，每一个均衡模块的结构一模一样；第1个均衡模块结构为：电阻R3一端连接到第1个锂电池正极，另一端连接到第1个MOS管漏极，第1个MOS管源极连接到第1个锂电池负极，第1个MOS管栅极连接到电池管理芯片。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用了本实用新型转换电路后，锂充电电池(组)即可直接替换镍氢充电电池组，此转换电路包含了锂充电电池的完善保护和均衡功能，因此使用寿命远远高于通常的镍氢充电电池组。同时，本转换电路充分发挥锂充电电池能量密度高的优点，降低了电池组的重量，提供了更长的工作时间。
附图说明
图1为本实用新型锂充电电池转换电路原理示意图。
图2为本实用新型中电压采样模块原理图。
图3为本实用新型中均衡模块原理图。
图4为本实用新型中可采用的一种锂充电电池管理芯片的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型转换电路充分考虑锂充电电池和镍氢充电电池的工作特性及参数，采用电池管理芯片实现优化控制，在保障锂充电电池(组)正常工作状态的条件下，让锂充电电池(组)对外部的用电电路和充电电路体现出镍氢充电电池组的工作特性，从而实现镍氢充电电池组可以用锂充电电池直接替代，而且原有的镍氢电池充电电路和用电电路不用任何改动。
如图1所示，本实用新型结构为：多个锂电池串联，第1个锂电池负极连接到电压保护MOS管，所述电压保护MOS管连接到负载负极；第1个锂电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，所述第1个锂电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；以后每一个 锂电池正负极都连接到本个锂电池对应的均衡模块输入端，对应的均衡模块输出端连接到电池管理芯片，本个锂电池正极连接到其对应的电压采样模块的输入端，对应的电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；所述电池管理芯片连接到高效DC-DC转换模块，所述高效DC-DC转换模块一端接地，另一端连接到二极管D1正极，所述二极管D1负极连接到负载正极，所述高效DC-DC转换模块另一端还依次通过电感L、开关晶体管连接到负载正极，开关晶体管与电感L之间连接到二极管D2负极，二极管D2正极接地。
如图2所示，电压采样模块采用高精度电阻分压电路，每一个电压采样模块的结构一模一样；第1个电压采样模块结构为：第1个锂电池正极、电阻R1、电阻R2一端依次串联，电阻R2另一端接地，电阻R1和电阻R2连接处为第1个电压采样模块输出端。
如图3所示，均衡模块采用开关MOS管串联分流电阻来实现，每一个均衡模块的结构一模一样；第1个均衡模块结构为：电阻R3一端连接到第1个锂电池正极，另一端连接到第1个MOS管漏极，第1个MOS管源极连接到第1个锂电池负极，第1个MOS管栅极连接到电池管理芯片。
镍氢充电电池充满电后电压接近1.4v，锂充电电池充满电电压4.20v，即3节串联的镍氢充电电池用1个锂充电电池来代替。同时，采用电池供电的电路具备一定的工作电压范围，以适应充电电池放电电压逐渐降低的特性。因此，采用锂充电电池来替代镍氢充电电池组从放电电压参数来说是可行的。
图1中，n个锂充电电池串联构成电池组，替代3n个镍氢充电电池构成的电池组，P+和P-分别是锂充电电池组转换电路对外连接的正极和负极。因锂充电电池对过充电和过放电要求非常严格必须采用保护电路，本实用新型采用电池管理芯片驱动图2中的电压采样模块，持续对每个电池单元的电压进行A/D采样，作为对电池组的状态控制的逻辑基础，实现下述功能：
1、过充功能：当某个单元电池已经充满，且电压超过设定的过压保护值时，电池管理芯片控制电压保护MOS管截止关断，则外部充电电流被切断，实现过充电保护。当电池电压恢复到正常范围后，保护MOS管导通，电池组继续工作。
2、过放保护：当某个单元电池电压低于设定的低压保护值时，电池管理芯片控制电压保护MOS管截止关断，则停止对外部放电，实现过放保护。当电池电压恢复到正常范围后，MOS管导通，电池组继续工作。
3、充电均衡：保护电路为每个电池单元提供了独立的充电均衡模块。当某个电池的电压达到充满电压时，而电池组的充电电流还在持续时，图3中所示均衡模块的MOS管导通， 电阻R3对该电池的充电电流进行分流，提供额外电流通路让其它未充满的电池得以继续充电，从而避免个别电池过充的情况出现，也能让整个电池组单元电池都得到充满，单元电池的不一致性得以均衡和补偿。均衡模块的MOS管截止时，分流电阻不起作用。
电路内置高效DC-DC转换模块，将电池组电压转换为电池管理芯片的工作电压。电池管理芯片工作在低功耗模式下，对锂充电电池(组)的电能消耗非常低。电压保护MOS管选用低内阻的场效应管，其压降和功耗非常低。D1是肖特基二极管具备单向导通特性，实现电池组快速对外放电。
开关晶体管、二极管D2和电感L个成了典型的降压型开关电源电路，在电池管理芯片的精确控制下，可以将外部镍氢电池组充电电压降低到适合锂充电电池(组)的充电电压，以满足锂充电电池恒流恒压的充电特性。当锂充电电池组充电完成时，开关晶体管、二极管D2和电感L个成了降压型开关电源电路在电池管理芯片的精确控制下，能模拟镍氢电池充电完成时的逻辑状态，让外部充电电路停止充电。
本实用新型中，可采用的锂充电电池管理芯片各引脚功能如表1所示。
表1锂充电电池管理芯片引脚功能描述
图4中的电池管理芯片内部集成了多种功能模块，包括：
1、“基准电压”模块，该模块将VDD电压变换为高精度的基准电压，作为电池管理芯片内部测量各个单元电池电压的参考基准。
2、COMP是电压比较器模块，每个单元锂充电电池对应1组共3个电压比较器，分别是 欠压比较器、充满比较器、过压比较器。当电池电压在不同范围时，三个电压比较器分别输出单元锂充电电池的电压状态逻辑信号。
3、“电池电压测量、欠压、过压、均衡、PWM控制功能”模块是电池管理芯片的重要功能模块，通过周期性地采集每个单元锂充电电池的电压状态逻辑信号，按照电池组管理逻辑，驱动对应的BLx和ON/OFF引脚，实现锂充电电池组的欠压保护、过压保护、充电均衡等功能。PWM控制功能将锂充电电池组的串联总电压与外部的镍氢充电电路输出电压进行比较，并根据电压差异去控制“PWM振荡器”模块的占空比。
4、“PWM振荡器”模块在受控情况下产生占空比可变的方波，通过PWM引脚驱动外部的降压型开关电源电路中开关晶体管导通与截止状态。由于引入了负反馈机制，可实现高精度的负荷锂充电电池特性的恒流、恒压充电控制，即实现了原有镍氢电池组充电电路对锂充电电池的安全、可靠的充电管理。
Claims (3)
1.一种锂充电电池转换电路，其特征在于，多个锂电池串联，第1个锂电池负极连接到电压保护MOS管，所述电压保护MOS管连接到负载负极；
第1个锂电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，所述第1个锂电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；
以后每一个锂电池正负极都连接到本个锂电池对应的均衡模块输入端，对应的均衡模块输出端连接到电池管理芯片，本个锂电池正极连接到其对应的电压采样模块的输入端，对应的电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；
所述电池管理芯片连接到高效DC-DC转换模块，所述高效DC-DC转换模块一端接地，另一端连接到二极管D1正极，所述二极管D1负极连接到负载正极，所述高效DC-DC转换模块另一端还依次通过电感L、开关晶体管连接到负载正极，开关晶体管与电感L之间连接到二极管D2负极，二极管D2正极接地。
2.如权利要求1所述的一种锂充电电池转换电路，其特征在于，每一个电压采样模块的结构一模一样；第1个电压采样模块结构为：第1个锂电池正极、电阻R1、电阻R2一端依次串联，电阻R2另一端接地，电阻R1和电阻R2连接处为第1个电压采样模块输出端。
3.如权利要求1或2所述的一种锂充电电池转换电路，其特征在于，每一个均衡模块的结构一模一样；第1个均衡模块结构为：电阻R3一端连接到第1个锂电池正极，另一端连接到第1个MOS管漏极，第1个MOS管源极连接到第1个锂电池负极，第1个MOS管栅极连接到电池管理芯片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620719004.XU CN205829227U (zh) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | 一种锂充电电池转换电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620719004.XU CN205829227U (zh) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | 一种锂充电电池转换电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN205829227U true CN205829227U (zh) | 2016-12-21 |
Family
ID=57565033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201620719004.XU Expired - Fee Related CN205829227U (zh) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | 一种锂充电电池转换电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN205829227U (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107196377A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-09-22 | 长沙方星腾电子科技有限公司 | 一种多节锂电池保护芯片电路 |
| CN107302215A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-10-27 | 长沙方星腾电子科技有限公司 | 一种多节锂电池保护芯片电路 |
| CN111262328A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 厦门雅迅网络股份有限公司 | 一种车载终端备用电池管理系统 |
| CN111711236A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-25 | 上海艾可慕通讯科技有限公司 | 一种对讲电池组的充电系统及其充电方法 |
| CN113949292A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 镇江中煤电子有限公司 | 矿用宽输入电压单路本安电源 |
| CN114094647A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-02-25 | 荣耀终端有限公司 | 一种电芯的连接状态切换方法、电源系统和电子设备 |
-
2016
- 2016-07-08 CN CN201620719004.XU patent/CN205829227U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107196377A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-09-22 | 长沙方星腾电子科技有限公司 | 一种多节锂电池保护芯片电路 |
| CN107302215A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-10-27 | 长沙方星腾电子科技有限公司 | 一种多节锂电池保护芯片电路 |
| CN111262328A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 厦门雅迅网络股份有限公司 | 一种车载终端备用电池管理系统 |
| CN111711236A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-25 | 上海艾可慕通讯科技有限公司 | 一种对讲电池组的充电系统及其充电方法 |
| CN114094647A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-02-25 | 荣耀终端有限公司 | 一种电芯的连接状态切换方法、电源系统和电子设备 |
| CN113949292A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-18 | 镇江中煤电子有限公司 | 矿用宽输入电压单路本安电源 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN205829227U (zh) | 一种锂充电电池转换电路 | |
| Kim et al. | Power electronics-enabled self-X multicell batteries: A design toward smart batteries | |
| CN102655346B (zh) | 具有自动平衡能力的智能电池模块及电池组 | |
| EP4068556A1 (en) | Parallel charging and discharging management system for multiple batteries | |
| CN101902060B (zh) | 充放电电池组均衡管理系统 | |
| CN201210622Y (zh) | 一种锂离子或聚合物电池的电芯充放电控制管理电路 | |
| CN103219762B (zh) | 一种充电控制电路 | |
| Kim et al. | A series-connected self-reconfigurable multicell battery capable of safe and effective charging/discharging and balancing operations | |
| US20120268057A1 (en) | Basic unit of lithium-ion battery, battery pack comprising the same, and charge/discharge equalizing method thereof | |
| CN109510319B (zh) | 一种由超级电容、锂电池和铅酸电池组成的储能电池系统 | |
| WO2011144007A1 (zh) | 锂离子动力电池无损充电机 | |
| CN107733007B (zh) | 一种电池组双目标直接均衡电路及均衡方法 | |
| CN203522161U (zh) | 一种带精确延时及休眠功能的单节锂电池保护芯片 | |
| CN107658936A (zh) | 一种电池监测及均衡系统及其控制方法 | |
| CN101557105B (zh) | 延长串联直流供电单元组使用寿命的装置及方法 | |
| CN103812153A (zh) | 新能源汽车用主动平衡式bms控制模块及其控制方法 | |
| CN202333884U (zh) | 并联型锂离子电池组的充放电控制系统 | |
| CN102136750B (zh) | 一种单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统 | |
| CN103997086A (zh) | 放大器用超级电容器式电池供电系统 | |
| CN202050254U (zh) | 串联铅酸电池组相邻电池电量的电感均衡器 | |
| CN205829228U (zh) | 镍氢充电电池组保护电路 | |
| CN204068357U (zh) | 一种4节串联电池组双向充放电均衡电路 | |
| CN107040025B (zh) | 一种蓄电池单体专用的集成电路的实现方法 | |
| CN202503325U (zh) | 一种动力锂电池组填谷式均衡模块 | |
| CN210577905U (zh) | 一种电池充电管理电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161221 Termination date: 20170708 |