CN204359916U - 简洁锂电池充放电检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种简洁锂电池充放电检测装置，其包括核心处理器、串口屏以及交流-直流转换器，所述交流-直流转换器连接以直流线性稳压器，该直流线性稳压器进一步连接低压差线性稳压器、所述低压差线性稳压器与所述核心处理器连接，为所述核心处理器供电，所述直流线性稳压器与所述串口屏连接，为所述串口屏供电，所述串口屏连接所述核心处理器；所述核心处理器还连接有蜂鸣器、实时时钟、温度传感器、复位电路、充电电路、A/D采样模拟开关，所述充电电路、A/D采样模拟开关以及放电电路均与锂电池连接，所述放电电路连接所述A/D采样模拟开关。本实用新型提供的简洁锂电池充放电检测装置具有结构简单，成本低的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电学领域，具体涉及一种简洁锂电池充放电检测装置。
背景技术
锂电池监测***的实现对锂电池的发展与应用具有重大意义。对锂电池SOC的精确预测，提高了整个***的可靠性，降低成本及功耗，是加速锂电池产业发展最直接、最经济的方式之一。
现有技术中的锂电池检测装置自动化程度较高，但普遍存在结构过于复杂，价格昂贵的缺点。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种简洁锂电池充放电检测装置，以实现能够同时检测多组电池的电压及电流信息，并且能够通过串口屏显示每组电池的电压和电流值的目的。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：
一种简洁锂电池充放电检测装置，其包括核心处理器、串口屏以及交流-直流转换器，所述交流-直流转换器连接以直流线性稳压器，该直流线性稳压器进一步连接低压差线性稳压器、所述低压差线性稳压器与所述核心处理器连接，为所述核心处理器供电，所述直流线性稳压器与所述串口屏连接，为所述串口屏供电，所述串口屏连接所述核心处理器；
所述核心处理器还连接有蜂鸣器、实时时钟、温度传感器、复位电路、充电电路、A/D采样模拟开关，所述充电电路、A/D采样模拟开关以及放电电路均与锂电池连接，所述放电电路连接所述A/D采样模拟开关。
依照本实用新型较佳实施例所述的简洁锂电池充放电检测装置，所述核心处理器为LPC1114芯片。
依照本实用新型较佳实施例所述的简洁锂电池充放电检测装置，所述交流-直流转换器将220V交流电压转换成为9V电压，通过所述直流线性稳压器将9V电压转换成为+5V电压给所述串口屏供电，再通过所述低压差线性稳压器将5V电压转换成为3.3V给所述核心处理供电。
依照本实用新型较佳实施例所述的简洁锂电池充放电检测装置，所述串口屏的型号是ZTM480272S43-0WT，其尺寸为4.3寸，该串口屏与所述核心处理器之间通过RS232总线连接。
依照本实用新型较佳实施例所述的简洁锂电池充放电检测装置，所述温度传感器为LM75A传感器，所述实时时钟是PCF8563T芯片。
依照本实用新型较佳实施例所述的简洁锂电池充放电检测装置，所述核心处理器通过所述A/D采样模拟开关实现电池之间的切换。
本实用新型提供的简洁锂电池充放电检测装置能够同时检测多组电池的电压及电流信息，并且能够通过串口屏显示每组电池的电压和电流值，数据刷新速度能够达到每秒3帧以上，具有结构简单，成本低的优点。
附图说明
图1是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置的原理图；
图2是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置的结构框图；
图3是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置中的直流线性稳压器原理图；
图4是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置中一种可选简易充电电路的原理图；
图5是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置中专用芯片的充电曲线；
图6是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置中充电电路的原理图；
图7是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置中复位电路的原理图；
图8是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置中温度传感器的原理图；
图9是本实用新型提供的简洁电池充放电检测装置中模拟开关的原理图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本实用新型提供了一种简洁锂电池充放电检测装置，其包括核心处理器、串口屏以及交流-直流转换器，所述交流-直流转换器连接以直流线性稳压器，该直流线性稳压器进一步连接低压差线性稳压器、所述低压差线性稳压器与所述核心处理器连接，为所述核心处理器供电，所述直流线性稳压器与所述串口屏连接，为所述串口屏供电，所述串口屏连接所述核心处理器；
所述核心处理器还连接有蜂鸣器、实时时钟、温度传感器、复位电路、充电电路、A/D采样模拟开关，所述充电电路、A/D采样模拟开关以及放电电路均与锂电池连接，所述放电电路连接所述A/D采样模拟开关。
图2是上述原理图的***的硬件功能框图，如图2可见，该检测装置中，。核心处理器采用的是LPC1114芯片，220V交流电首先通过AC-DC转换器进行一次AC-DC转换成为9V电压，通过DC-DC直流线性稳压器将9V电压转换成为+5V电压给串口屏供电，之后通过一个LDO低压差线性稳压器将5V电压转换成为3.3V给整个***供电。
所述串口屏选用的型号是ZTM480272S43-0WT，其尺寸为4.3寸，串口屏与核心处理器LPC1114之间通过RS232总线连接，通过RS232串口通信协议对串口屏进行读写操作。温度传感器选用的是LM75A传感器，实时时钟芯片选用的是PCF8563T，通过I2C通信协议，LPC1114能够对温度传感器和实时时钟进行读写操作。充电芯片选用的是智能电池管理芯片BQ2057，通过普通I/O口就能采够控制电池的充放电智能管理。通过模拟开关AD711能够实现电池之间的切换功能，通过A/D口就能够采集到电池的电压电流等模拟信号。
进一步的，电源电路如图3所示。9V电压通过作为直流线性稳压器的集成芯片SP7656EN2-L转换成为5V电压给串口屏供电，采用集成芯片作为电压转换主芯片的原因是外接电路简单方便，稳定性高，转换效率高，成本低。得到的5V电压通过LDO(低压差线性稳压器)CAT6219转换成3.3V给整个***供电，选用低压差线性稳压器CAT6219的优势主要是能够保证***工作的稳定性，输出电压精度高，此外还有一个使能端能够进一步降低功耗。采用集成芯片可以很大程度提高工作效率，降低成本。
进一步的，充电电路根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子损失太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。充电电流(mA)＝0.1～1.5倍电池容量(如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间)。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时[7]。
在一种方案中，具有选用简易充电电路。即使用简单的元器件构成锂电池充电电路。
在另一种可选方案中，充电电路可以使用专业的锂电池充电控制芯片，例如：BQ2057芯片。
图4是一种采用简易充电电路的原理图，其原理是采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1-2小时。使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。
图4所示的电路优点：制作简单，元器件易购，显示直观，并且不会损坏电池，通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W2可以对充电电流进行大范围调节。其缺点是无过放电控制电路，对电池的充电状态无法实现准确的控制。
而采用BQ2057专用芯片适合单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可选封装形式，利用该芯片设计的充电器***电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。其充电曲线可参考图5.
BQ2057的充电曲线如图5所示，BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。采用BQ2057设计的锂电池充电电路可实现对1节或两节锂电池的充电，工作电源DC+根据充电锂电池组的电压选择，推荐工作电压4.5V～18V，电池组的正端电压PACK+接BAT引脚，TS引脚检测电池组的热敏电阻NTC通过分压电阻后的分压值，以此判断温度是否正常。
B在该方案中，BQ2057充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。在预充阶段在安装好电池并加上电源后，BQ2057首先检查工作电压VCC，当工作电压过低时充电器进入休眠模式，若工作电压正常，则检查电池温度是否在设定范围，若不正常则进入温度故障模式，否则检测电池电压VBAT，当电池电压VBAT低于低压门限V(min)时，BQ2057以恒流IREG10％的电流IPRE对电池预充电。
在恒流充电阶段，在完成对电池预充或电池电压VBAT低于恒压VREG时，BQ2057进入恒流充电状态，此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流，该电阻可采取高/低边的连接方式，在高边电流检测中RSNS接在VCC和SNS引脚间，在低边电流检测中RSNS接在VSS和SNS引脚间。
在恒压充电阶段，当充电电压达到恒压VREG时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压范围内，恒压精度高于±1％，BQ2057通过BAT和VSS引脚监测电池组电压，当充电电流达到终止门限I(TERM)时停止充电，当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时自动开始重新充电。
BQ2057的电路可参考图6，通过三态引脚STAT报告当前的充电状态：充电状态高电平、充电完成低电平、温度故障或休眠状态高阻态。当充电时红灯亮，充电完成后绿灯亮。
如7所示，检测装置的复位电路采用的是集成芯片CAT811能够提高***复位的稳定性。如果采用一般的RC充放电电路复位，当***出现频繁上下电是可能***复位不稳定，从而导致程序跑飞出现不可预料的结果。采用CAT811芯片复位后可以完全避免复位不稳定的情况出现[8]。
如图8所示，温度传感器采用图8所示的结构。目前应用中的温度传感器种类繁多，有电阻式温度传感器、热电耦式温度传感器、数字温度传感器等。其中电阻式温度传感器测量精度低，需要A/D转换，电路复杂，离散性大；热电耦式温度传感器需要精密的放大电路和冷端补偿电路等，电路复杂。相比之下，数字温度传感器则具有结构简单、操作灵活、测量精度高、无需外接电路等优点。
LM75A是一个高速I2C接口的温度传感器，可以在-55℃～+125℃的温度范围内将温度直接转换为数字信号，并可实现0.125℃的精度。MCU可以通过I2C总线直接读取其内部寄存器中的数据，并可通过I2C对其内部的4个数据寄存器进行操作，以设置成不同的工作模式。LM75A有3个可选的逻辑地址管脚，使得同一总线上可同时连接8个器件而不发生地址冲突。
LM75A可配置成不同的工作模式。它可设置成在正常工作模式下周期性地对环境温度进行监控，或进入关断模式来将器件功耗降至最低。OS输出有2种可选的工作模式：OS比较器模式和OS中断模式，OS输出可选择高电平或低电平有效。正常工作模式下，当器件上电时，OS工作在比较器模式，温度阈值为80℃，滞后阈值为75℃。
LM75A控制电路如图3.8所示，图中LM75A_OS是输出过温中断信号输出引脚，当外界温度超过设定温度阈值(可设置，默认80℃)时，LM75A芯片将从OS引脚输出一个中断信号给MUC，也即高温报警信号，MUC再进行相应操作；LM75A_SDA和LM75A_SCL是I2C串行通信总线的数据线和时钟线，与MCU的I2C接口连接。
在应用中，DS18B20虽然接口简单，可由一根I/O数据线既供电又传输数据，但其转换时间随分辨率的不同及环境温度的变化而显得不够稳定(750ms max)，而LM75A虽然接口较DS18B20复杂一点，但其具有OS引脚可提供中断信号。这里我们采用LM75A。
如图9所示，模拟开关电路ADG711包含四个独立选择开关.这些交换机的设计基于先进的亚微米工艺的还提供了低功耗提供高开关速度，低电阻，低漏电流和高带宽.，能够利用其开关功能控制充电电池之间的切换。
本实用新型提供的简洁锂电池充放电检测装置能够同时检测多组电池的电压及电流信息，并且能够通过串口屏显示每组电池的电压和电流值，数据刷新速度能够达到每秒3帧以上，具有结构简单，成本低的优点。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种简洁锂电池充放电检测装置，其特征在于，包括核心处理器、串口屏以及交流-直流转换器，所述交流-直流转换器连接以直流线性稳压器，该直流线性稳压器进一步连接低压差线性稳压器、所述低压差线性稳压器与所述核心处理器连接，为所述核心处理器供电，所述直流线性稳压器与所述串口屏连接，为所述串口屏供电，所述串口屏连接所述核心处理器；
所述核心处理器还连接有蜂鸣器、实时时钟、温度传感器、复位电路、充电电路、A/D采样模拟开关，所述充电电路、A/D采样模拟开关以及放电电路均与锂电池连接，所述放电电路连接所述A/D采样模拟开关。
2.如权利要求1所述的简洁锂电池充放电检测装置，其特征在于，所述核心处理器为LPC1114芯片。
3.如权利要求1所述的简洁锂电池充放电检测装置，其特征在于，所述交流-直流转换器将220V交流电压转换成为9V电压，通过所述直流线性稳压器将9V电压转换成为+5V电压给所述串口屏供电，再通过所述低压差线性稳压器将5V电压转换成为3.3V给所述核心处理器供电。
4.如权利要求1所述的简洁锂电池充放电检测装置，其特征在于，所述串口屏的型号是ZTM480272S43-0WT，其尺寸为4.3寸，该串口屏与所述核心处理器之间通过RS232总线连接。
5.如权利要求1所述的简洁锂电池充放电检测装置，其特征在于，所述温度传感器为LM75A传感器，所述实时时钟是PCF8563T芯片。
6.如权利要求1所述的简洁锂电池充放电检测装置，其特征在于，所述核心处理器通过所述A/D采样模拟开关实现电池之间的切换。
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