CN102709990A

CN102709990A - 一种双锂电池充放电管理电路

Info

Publication number: CN102709990A
Application number: CN2012102331688A
Authority: CN
Inventors: 刘怀怀; 周鸿海; 李清胜; 张凯
Original assignee: Tianjin Embedtec Co Ltd
Current assignee: Tianjin Embedtec Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开一种双锂电池充放电管理电路，其特征在于该管理电路包括嵌入式控制器、温度传感器、Flash芯片、双锂电池充放电管理芯片、第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第一锂电池和第二锂电池；所述嵌入式控制器的SPI总线与双锂电池管理芯片相连接；温度传感器、第一锂电池和第二锂电池分别通过I2C总线与嵌入式控制器独立连接，由嵌入式控制器通过SPI总线读取与之相连的Flash芯片内部的程序来控制；第一驱动电路经第二驱动电路与第一锂电池相连接，第一驱动电路经第三驱动电路与第二锂电池相连接；第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路通过开关信号分别与双锂电池充放电管理芯片相连接。

Description

一种双锂电池充放电管理电路

技术领域

本发明涉及锂电池充放电技术，具体为一种基于嵌入式控制器的双锂电池充放电管理电路。本电路主要应用于加固笔记本的电池供电***。

背景技术

当前，战争形态正迅速由机械化向信息化转变，决定战争胜负的不再仅仅是作战部队的“体能”，更大程度上取决于军队信息化的水平。在军队信息化建设中，较之普通笔记本电脑在环境适应性、安全可靠性、移动计算能力等诸多方面都更加优异的加固笔记本电脑（简称加固笔记本），发挥着越来越重要的作用，这极大促进了加固笔记本的发展。

加固笔记本的待机时间是标志其性能的一个非常重要的参数。普通笔记本的单锂电池工作模式远不能满足实际要求，所以双锂电池的加固笔记本应运而生。关于双锂电池管理的电路设计虽各种各样，但它们大都忽略了一个关键性的问题：即加固笔记本要具备抵抗恶劣环境的能力。而加固笔记本要具备抵抗恶劣环境的能力，首先就要有在恶劣环境下对锂电池的保护管理功能，使其能够在恶劣环境下保障锂电池的正常、可靠和高效工作。在申请人所知的范围内，在现有的双锂电池管理充放电电路中，尚欠缺该功能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种双锂电池充放电管理电路。该管理电路基于嵌入式控制器，解决了在宽温条件下对双锂电池充放电的管理问题，具有结构简单，实用性强，便于实际应用等优点。

本发明解决所述技术问题的技术解决方案是：设计一种双锂电池充放电管理电路，其特征在于该管理电路包括嵌入式控制器、温度传感器、Flash芯片、双锂电池充放电管理芯片、第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第一锂电池和第二锂电池；所述嵌入式控制器的SPI总线与双锂电池管理芯片相连接，通过总线访问的形式与双锂电池管理芯片进行通讯；温度传感器、第一锂电池和第二锂电池分别通过I2C总线与嵌入式控制器独立连接，由嵌入式控制器通过SPI总线读取与之相连的Flash芯片内部的程序来控制；第一驱动电路经第二驱动电路与第一锂电池相连接，第一驱动电路经第三驱动电路与第二锂电池相连接；第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路通过开关信号分别与双锂电池充放电管理芯片相连接，并根据嵌入式控制器内部的程序控制进行操作；第一驱动电路与外部供电设备相连接。

与现有技术相比，本发明双锂电池充放电管理电路将可编程嵌入式控制器应用到双锂电池充放电管理电路中，利用嵌入式控制器可编程、对外操作灵活多变以及接口总线丰富等特点，解决了双锂电池充放电管理电路在宽温下对锂电池充放电的管理问题，具有结构简单，状态响应速度快，功能模块分工明确，便于实际应用等特点。

附图说明

图1是本发明双锂电池充放电管理电路一种实施例的组成结构和工作原理框图。

图2是本发明双锂电池充放电管理电路一种实施例的工作流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步详细说明。

本发明设计的双锂电池充放电管理电路（简称管理电路，参见图1、2），其特征在于该管理电路包括嵌入式控制器01、温度传感器02、Flash芯片03、双锂电池充放电管理芯片04、第一驱动电路05、第二驱动电路06、第三驱动电路07、第一锂电池08和第二锂电池09；所述嵌入式控制器01的SPI总线与双锂电池管理芯片04相连接，通过总线访问的形式与双锂电池管理芯片04进行通讯；温度传感器02、第一锂电池08和第二锂电池09分别通过I2C总线与嵌入式控制器01独立连接，由嵌入式控制器01通过SPI总线读取与之相连的Flash芯片03内部的程序来控制；第一驱动电路05经第二驱动电路06与第一锂电池08相连接，第一驱动电路05经第三驱动电路07与第二锂电池09相连接；第一驱动电路05、第二驱动电路06和第三驱动电路07通过开关信号分别与双锂电池充放电管理芯片04相连接，并根据嵌入式控制器01内部的程序控制进行操作；第一驱动电路05与外部供电设备10相连接。

本发明管理电路所述的嵌入式控制器01在正常的情况下通过SPI总线来操作双锂电池充放电管理芯片04对双锂电池进行充放电管理，通过I2C总线读取第一锂电池08与第二锂电池09的信息，再由LPC总线上报给与之连接的上位机***。在宽温条件下，嵌入式控制器01利用I2C总线从外部温度传感器获得锂电池的工作温度，经过内部程序判断后，再通过SPI总线来控制双锂电池充放电管理芯片04，打开或关闭第一驱动电路05、第二驱动电路06和第三驱动电路07，对双锂电池进行有别于正常情况下的充放电管理，起到对锂电池的保护作用。

本发明管理电路所述的上位机***是指与整个双锂电池管理电路相连接的外部主***模块，可以是任意一个支持标准LPC总线接口的***，用来对所设计的双锂电池管理电路进行实时监控。

本发明管理电路所述的嵌入式控制器01用于在不同条件下对双锂电池充放电管理芯片进行操作，实时采集环境温度与锂电池信息，是上位机01与外接锂电池管理电路的通讯桥梁。

本发明管理电路所述的温度传感器02所指的是一个具有I2C总线接口的温度采样芯片，通过外部连接热敏电阻来实现对环境温度的采集，并将采集到的数据记录到芯片的指定寄存器中。

本发明管理电路所述的Flash芯片03用来存储嵌入式控制器01执行的程序，实施例的容量为1MByte。

本发明管理电路所述的双锂电池充放电管理芯片04用于执行嵌入式控制器01通过SPI总线下发的指令。双锂电池充放电管理芯片04的作用是根据嵌入式控制器01通过SPI总线下发的指令来对锂电池进行充放电管理。

本发明管理电路所述的第一驱动电路05根据双锂电池充放电管理芯片04控制信号来选择电压输入源，切换锂电池的充放电工作模式。

本发明管理电路所述的第二驱动电路06根据双锂电池充放电管理芯片04控制信号来切换第一锂电池08的充放电工作模式。

本发明管理电路所述的第三驱动电路07根据双锂电池充放电管理芯片04控制信号来切换第二锂电池09的充放电工作模式。

本发明管理电路所述的第一锂电池08实施例为5100mAh的三串三并宽温锂电池组。

本发明管理电路所述的第二锂电池09实施例为5100mAh的三串三并宽温锂电池组。

本发明管理电路所用到的嵌入式控制器01为可编程控制器,通过外部Flash芯片03来存储所要执行的程序。利用SPI总线与双锂电池充放电管理芯片04来交互数据。SPI总线为四线制总线结构（包括片选、时钟、输入与输出信号），与普通的通过逻辑电路实现对双锂电池充放电管理方案相比，具有实时速度快，可靠性强，硬件电路简单等特点。

本发明管理电路可实现在宽温工作条件下，对双锂电池进行充放电管理，保障锂电池的放电时间，提高锂电池的工作寿命。其工作原理和过程是：嵌入式控制器01通过I2C总线读取温度传感器的环境温度参数，根据环境参数来选择锂电池的充放电工作模式。具体情况如下：

锂电池的正常工作温度为0到70度之间，嵌入式控制器02通过温度传感器02获得实际环境温度参数。如果在此范围内，通过I2C总线从第一锂电池08与第二锂电池09读取电量信息，并利用SPI总线来访问双锂电池充放电管理芯片04内部寄存器，判断与第一驱动电路05有无适配器11的连接***。当第一驱动电路05连接有适配器11时，第一锂电池08与第二锂电池09的电量没有达到100%的情况下,通过往双锂电池充放电管理芯片04内部寄存器写命令来控制第二驱动电路05、第二驱动电路06和第三驱动电路07对第一锂电池08与第二锂电池09进行同时充电，并将外部供电设备10切换到适配器11供电。

嵌入式控制器01从温度传感器02上读取的环境参数在0度以下时，即使是宽温锂电池也是不允许在低温下进行充电的，嵌入式控制器01会通过SPI总线对双锂电池充放电管理芯片04内部寄存器进行写操作，无论是有无外接适配器11，都会禁止对第一锂电池08与第二锂电池09进行充电。

嵌入式控制器01从温度传感器02上读取的环境参数在70度以上时，嵌入式控制器01会根据第一锂电池08与第二锂电池09的电量信息，进行低电流交替充电，这样可以在充电的过程当中，减小充电时锂电池的发热量，提高锂电池的使用寿命。

除上述功能外，本发明还增加了对过放锂电池的充电功能。所述第一锂电池08与第二锂电池09通过I2C总线与嵌入式控制器01交互数据，嵌入式控制器01可以访问到第一锂电池08与第二锂电池09的内部寄存器，以判断锂电池是否进入到过放模式，根据此状态嵌入式控制器01再通过SPI总线将双锂电池充放电管理芯片04进入低电流充电模式。在这种模式下，如果两个锂电池都处于过放状态，会先对第一锂电池08进行低电流激活充电，当第一锂电池08被激活后，再对第二锂电池09进行低电流激活充电，双锂电池都被激活后再将双锂电池充放电管理芯片04切换到正常充电模式，完成对双锂电池的充电工作。

本发明管理电路还可以通过嵌入式控制器01将锂电池电量用点信号灯的形式指示出来，并可以通过LPC总线与上位机***进行数据交互，能方便灵活的将上位机***所要完成的任务下达到双锂电池充电管理芯片04中，也可以将反馈来的信号上报给上位机***。本发明管理电路所有芯片都是通过串行总线实现，有效提高抗EMI能力，传输数据品质得到保证。

以上实施例仅是对本发明管理电路的具体应用例子，并不限制本申请权利要求的保护范围。凡是在本申请权利要求技术方案上进行的修改和非本质改进的，均在本申请权利要求保护范围之内。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种双锂电池充放电管理电路，其特征在于该管理电路包括嵌入式控制器、温度传感器、Flash芯片、双锂电池充放电管理芯片、第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第一锂电池和第二锂电池；所述嵌入式控制器的SPI总线与双锂电池管理芯片相连接，通过总线访问的形式与双锂电池管理芯片进行通讯；温度传感器、第一锂电池和第二锂电池分别通过I2C总线与嵌入式控制器独立连接，由嵌入式控制器通过SPI总线读取与之相连的Flash芯片内部的程序来控制；第一驱动电路经第二驱动电路与第一锂电池相连接，第一驱动电路经第三驱动电路与第二锂电池相连接；第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路通过开关信号分别与双锂电池充放电管理芯片相连接，并根据嵌入式控制器内部的程序控制进行操作；第一驱动电路与外部供电设备相连接。

2.根据权利要求1所述的双锂电池充放电管理电路，其特征在于所述的第一驱动电路还连接有适配器。

3.根据权利要求1所述的双锂电池充放电管理电路，其特征在于所述的第一锂电池与第二锂电池通过I2C总线与嵌入式控制器交互数据，嵌入式控制器可以访问到第一锂电池与第二锂电池的内部寄存器。

4.根据权利要求1所述的双锂电池充放电管理电路，其特征在于所述的嵌入式控制器为可编程控制器；所述的Flash芯片容量为1MByte；所述的第一锂电池、第二锂电池均为5100mAh的三串三并宽温锂电池组；所述的SPI总线为四线制总线结构。