CN205693385U - 电池充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及充电技术领域，具体涉及一种电池充电电路。其包括有输入单元和电池，以及输出单元，电连接所述电池，用于为该电池提供充电电能；电压转换单元，电连接所述输入单元，用于将输入单元的电能提供给输出单元为所述电池充电；电流/电压检测单元，电连接所述输出单元，用于检测输出单元的充电电压值和充电电流值；充电控制单元，其输入端电连接所述电流/电压检测单元，其输出端电连接所述输出单元，用于依据输入的所述充电电压值和所述充电电流值，调整所述输出单元输出到所述电池的电能。为电池提供安全可靠的充电电能；使得在充电过程中不会长时间处于较高的电压或大电流，能减轻电池中电极材料的劣化；因而延长电池的使用寿命。

Description

电池充电电路

【技术领域】

本实用新型涉及充电技术领域，具体的，涉及一种电池充电电路。

【背景技术】

锂电池由于具有能量密度高、循环寿命长、重量轻等优点，因此很快便在便携式电子设备中获得广泛应用。

在锂电池使用过程中，经常需要使用锂电池充电器对锂电池进行充电，但是锂电池对***保护电路要求高，当锂电池电压很低的情况下不能用大电流充电，会缩短电池的使用寿命；且在电池快到保护电压时须恒压充电，否则容易过充，要求充电电流根据锂电池的电压进行调整。

但现有的锂电池充电电路不能根据锂电池的电压自动调整充电电流，容易发生锂电池低电压时充电电流过大的情况，而缩短电池的使用寿命，且还可能发生锂电池过充、锂电池温度过高的情况，使得锂电池损坏，甚至会引起火灾等安全隐患。

【实用新型内容】

本实用新型的目的旨在解决上述任意一个问题，提供一种电池充电电路。

为实现该目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种电池充电电路，其包括有输入单元和电池，还包括有：

输出单元，电连接所述电池，用于为该电池提供充电电能；

电压转换单元，电连接所述输入单元，用于将输入单元的电能提供给输出单元为所述电池充电；

电流/电压检测单元，电连接所述输出单元，用于检测输出单元的充电电压值和充电电流值；

充电控制单元，其输入端电连接所述电流/电压检测单元，其输出端电连 接所述输出单元，用于依据输入的所述充电电压值和所述充电电流值，调整所述输出单元输出到所述电池的电能。

进一步的，所述电路还包括有输入保护单元，

所述输入保护单元，电连接所述输入单元，用于检测该输入单元所输入的电压值、并将该电压值反馈到所述充电控制单元。

具体的，根据本方案一个实施例所揭示，所述输入保护单元包括有输入电压检测单元、及相互串联的第一分压电阻和第二分压电阻，

所述输入电压检测单元的输入端电连接所述第一分压电阻与第二分压电阻串联的公共端、输出端电连接所述充电控制单元。

可选的，根据本方案的一个实施例所揭示，所述输入电压检测单元包括有串联的第一误差放大器和第一比较器，且第一误差放大器的输出端电连接该第一比较器的其中一输入端；

所述第一分压电阻与第二分压电阻串联的公共端电连接该第一误差放大器的其中一输入端；所述第一比较器的输出端电连接所述充电控制单元。

进一步的，所述电路还包括有电池温度保护单元，

所述电池温度保护单元，电连接所述输出单元，用于检测所述电池当前的温度、并将电池当前温度反馈到所述充电控制单元。

具体的，所述电池温度保护单元包括有温度检测单元及附在所述电池上的热敏电阻，所述热敏电阻的一端接地、另一端电连接所述温度检测单元，该温度检测单元的输出端电连接所述充电控制单元。

具体的，所述温度检测单元包括有串联的第二误差放大器和第二比较器，且第二误差放大器的输出端电连接该第二比较器的其中一输入端；

所述热敏电阻的另一端电连接该第二误差放大器的其中一输入端；所述第二比较器的输出端电连接所述充电控制单元。

进一步的，所述充电控制单元还包括有逻辑控制单元，

所述逻辑控制单元，电连接所述充电控制单元和输出单元，用于接收充电控制单元输出的控制信号来产生驱动信号，以驱动控制所述输出单元输出到所述电池的电能。

可选的，所述驱动信号为脉宽调制信号。

具体的，所述输出单元包括有第一开关管、第二开关管和检测电阻；

所述第一开关管的栅极电连接所述充电控制单元、漏极电连接所述第二开关管的基极、源极电连接地；

所述第二开关管的基极电连接所述第一开关管的漏极、射极电连接所述输入单元的正输入端、集电极电连接所述检测电阻的一端；

所述检测电阻的另一端电连接所述电池的正极。

具体的，所述第一开关管为场效应管。

具体的，所述第二开关管为三极管。

可选的，所述电压转换单元为直流-直流降压电路。

与现有技术相比，本实用新型具备如下优点：

1、本实用新型方案所述的电池充电电路，包括有能实时检测输出单元的充电电压值和充电电流值，及依据该充电电压值和充电电流值来调整所述输出单元输出到所述电池的电能，从而为电池提供安全可靠的充电电能；使得在充电过程中不会长时间处于较高的电压或大电流，能减轻电池中电极材料的劣化；因而延长电池的使用寿命，提高电池的安全性；

2、进一步的，本实用新型所述充电电路还包括有输入保护单元，用于检测电路中输入单元所输入的电压值，并将该电压值反馈到所述充电控制单元以调节输出单元输出到电池的电能；即防止该电路因输入电压过高而损坏，延长电池的使用寿命，提高充电电路的安全性；

3、进一步的，本实用新型所述充电电路还包括有电池温度保护单元，通过热敏电阻检测电池的温度，并将电池温度状态反馈到充电控制单元，从而控制输出单元输入到电池的电能，防止电池在充电过程中产生的热量会对电池造成损害，进一步延长电池的寿命，提高电池使用的安全性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本方案的实施例了解到。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的 附图仅仅是本实用新型的一些实施例，但本实用新型不限于此。

图1为本实用新型一种电池充电电路的一个实施例中的结构示意图；

图2为本实用新型一种电池充电电路的一个实施例中的结构示意图；

图3为本实用新型一种电池充电电路的一个实施例中的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本实用新型作进一步地描述，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本实用新型的特征是不必要的，则将其省略。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下文详细说明本方案的具体实施方式。

本实用新型提供了一种电池充电电路，在对电池充电的过程中，需要对电池的当前电压进行检测，当然该检测可以是实时性或周期性检测，以确定 采用不同的充电方式为该电池进行充电，从而在对电池快速充电的同时，不会影响电池的使用寿命，且本实用新型中所述电路在对电池进行充电时采用低电压、大电流充电。

需要说明的是，本实用新型所述充电电路可以应用于锂电池，也可以应用于其他类型的电池；再有，在实际应用中，电池组通常由一个或一个以上单体电池组合而成，可以将电池组和单体电池统称为电池；通常，由于充电的基本实体通常为单体电池，所以在未特殊指明的情况下所称电池通常指单体电池。

具体的，请参见附图1，为本实用新型一种电池充电电路的一个实施例中的结构示意图。所述电路包括有依次连接的输入单元、电压转换单元、输出单元30和电池VBAT；其中所述电压转换单元可以是直流-直流降压电路，且在本方案的一个实施例中，所述电压转换单元是DC-DC BUCK降压电路，电连接所述输入单元，用于将输入单元所输入的直流电压Vin降到能为输出单元30充电的合适电压值，便于输出单元30为电池VBAT提供安全电能，提高***的安全性。

进一步的，所述充电电路还包括有输入保护单元10和充电控制单元，所述输入保护单元，电连接所述输入单元，用于检测该输入单元所输入的电压值、并将该电压值反馈到所述充电控制单元。该充电控制单元依据依据获得的输入的电压值控制输出单元30输出到电池VBAT的电能，实现输入过压保护，防止该电路因输入电压过高而损坏，延长电池的使用寿命，提高充电电路的安全性。

具体的，参见附图1，在本实用新型的一个实施例中，所述输入保护单元10包括有输入电压检测单元、及相互串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2。所述输入单元中输入的充电电压Vin经过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的分压后，所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联的公共端接入该电压检测单元的输入端，又第二分压电阻R2的另一端接地，即将该第二分压电阻R2上的电压值接入到电压检测单元的输入端，电压检测单元根据内部的判断，将判断出的输入电压参数再反馈到所述充电控制单元，再由所述充电控制单元依据该电压参数控制输出单元为电池充电的电能，当 输入电压Vin超出预先设定的电压范围时，所述充电控制单元断开输出单元30为电池充电的电能，防止输入电压Vin过高或过低而损坏充电电路或电池，缩短电池的寿命。

具体的，请参见附图2，在本实用新型的一个实施例中，所述电压检测单元包括有串联的第一误差放大器A1和第一比较器B1，且第一误差放大器A1的输出端电连接该第一比较器B1的其中一输入端，图2中所示是负输入端，但是不难理解，所述第一误差放大器A1的输出端还可以电连接该第一比较器B1的正输入端，本实施例对此不作限定。

具体的，在本实用新型的一个示例性实施例中，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2串联的公用端电连接该第一误差放大器A1的其中一输入端，而第一误差放大器A1的另一输入端输入有预设的第一参考电压Vref1，通过第一误差放大器A1放大其正输入端与负输入端所输入的电压值的差值，再将该差值输入到第一比较器B1的其中一输入端，同理第一比较器B1的另外一输入端输入有预设的第二参考电压Vref2，通过比较第一误差方法器A1所输出的差值与预设的第二参考电压Vref2之间的大小，再将该第一比较器B1的输出端连接到该充电控制单元，来判断输入单元所输入的电压值Vin是否在预设的范围内。当然，不难理解，所述第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2的值可依据Vin的具体合适范围、及第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值具体设定。

进一步的，请参见附图1，在本实用新型的一个实施例中，所述输出单元30还包括有第一开关管Q1、第二开关管Q2和检测电阻R3，其中所述第一开关管Q1的栅极电连接所述充电控制单元、漏极电连接所述第二开关管Q2的基极、源极电连接地；且所述第二开关管Q2的基极电连接所述第一开关管Q1的漏极、射极电连接所述输入单元中的正输入端、集电极电连接所述检测电阻R3的一端，且所述检测电阻R3的另一端电连接所述电池VBAT的正极。且在本方案的一个示例性实施例中，所述第一开关管Q1为场效应管，所述第二开关管Q2为三极管。

进一步的，所述电路还包括有电流/电压检测单元，且所述电流/电压检测单元连接在检测电阻R3的两端，用于检测输出单元30输出到电池VBAT的 充电电流值及充电电压值，又电池VBAT的负极连接到地，故所述电流/电压检测单元所检测到的电压即为电池VBAT的当前电压值，且所述电流/电压检测单元的输出端电连接有充电控制单元，进而使得充电控制单元依据该电流/电压检测单元所检测到的充电电压值和充电电流值，来控制输出单元30输出到电池VBAT的电能。

进一步的，在本实用新型的一个实施例中，所述充电控制单元还包括有逻辑控制单元，即该逻辑控制单元的输入端电连接所述充电控制单元的输出端，该逻辑控制单元的输出端电连接所述第一开关管Q1的栅极，用于接收所述充电控制单元输出的控制信号而产生驱动信号，从而驱动第一开关管Q1的开关频率，从而调节第一开关管Q1所输出的平均电流值，进而通过第二开关管Q2的放大作用后，为连接在所述第二开关管Q2的集电极端的电池VBAT充电，其中所述逻辑控制单元输出的驱动信号可以是脉宽调制PWM波信号。

进一步的，由于电池的充电温度过高会损坏电池并可能引起***，温度过低则很难将电池充满。因此，把电池充电的温度控制在0-40℃之间，如果超出这个温度范围，就停止对锂电池充电。在本方案中，所述电路还包括有电池温度保护单元20，该电池温度保护单元20电连接充电控制单元和输出单元30，用于检测所述电池VBAT当前的温度、并将电池VBAT当前温度反馈到所述充电控制单元，便于充电控制单元检测到电池当前温度过热时，通过调整逻辑控制单元输出到第一开关管Q1的PWM波信号的占空比，减小第一开关管Q1输出的平均电流大小，从而减小第二开关管Q2输出到电池VBAT上的电能；甚至可以是关断第一开关管Q1，使得第一开关管Q1的漏极端所输出的电流介乎为零，则第二开关管Q2的基极电压为零，第二开关管Q2截止，从而第二开关管Q2的集电极端输出电流也几乎为零，停止对电池VBAT的充电，直至电池温度保护单元20检测到电池VBAT的温度降到合理范围，再提高逻辑控制单元输出到第一开关管Q1的PWM波信号的占空比，增大第一开关管Q1输出的平均电流大小，从而增大第二开关管Q2对电池VBAT的充电电流，如此循环，防止电池在充电过程中产生的热量会对电池造成损害，进一步延长电池的寿命，提高电池使用的安全性。

具体的，参见附图3，在本实用新型的一个实施例中，所述电池温度保护单元20包括有温度检测单元及附在所述电池上的热敏电阻Rntc，所述热敏电阻Rntc的一端接地，另一端连接所述温度检测单元的输入端，且热敏电池Rntc还通过第三分压电阻R4串接在输入电压Vin的正输出端。所述热敏电阻Rntc与第三分压电阻R4构成分压网络，并将热敏电阻Rntc上的压降反馈到温度检测单元。不难理解，该实施例利用了热敏电阻Rntc的阻值随温度变化的特点，可将电池VBAT温度的变化转化为热敏电阻Rntc上的电压变化，即可判断电池VBAT温度的状态。

具体的，请参见附图3，在本实用新型的一个实施例中，所述电池温度保护单元20包括有串联的第二误差放大器A2和第二比较器B2，且第二误差放大器A2的输出端电连接该第二比较器B2的其中一输入端，图3中所示是负输入端，但是不难理解，所述第二误差放大器A2的输出端还可以电连接该第二比较器B2的正输入端，本实施例对此不作限定。具体的，在本实用新型的一个示例性实施例中，所述热敏电阻Rntc的一端电连接该第二误差放大器A2的其中一输入端，而第二误差放大器A2的另一输入端输入有预设的第三参考电压Vref3，通过第二误差放大器A2放大其正输入端与负输入端所输入的电压值的差值，再将该差值输入到第二比较器B2的其中一输入端，同理第二比较器B2的另外一输入端输入有预设的第四参考电压Vref4，通过比较第二误差方法器A2所输出的差值与预设的第三参考电压Vref3之间的大小，再将该第二比较器B2的输出端连接到该充电控制单元，来判断热敏电阻Rntc的电压值是否在预设的安全范围内，从而判断热敏电阻Rntc所检测的电池VBAT的温度是否在安全范围内。当然，不难理解，所述第三参考电压Vref3和第四参考电压Vref4的值可依据设定的温度范围、及第三分压电阻R4的阻值具体设定。

需要说明的是，本方案中采用所述电流/电压检测单元，来检测输出单元30中采样电阻R3上输入的充电电流值和电池VBAT上的当前电压值，进而充电控制单元控制逻辑控制单元来调整输出单元30输入到电池VBAT上的电能，在不影响电池寿命的前提下，实现对电池的快速充电。

具体的，在本实用新型的一个实施例中，在对电池VBAT进行充电之前， 需要确定为电池VBAT充电时所应用的充电开启电压Vth1、充电临界电压Vth2和充电限制电压Vth3，并且该充电开启电压Vth1小于充电临界电压Vth2，充电临界电压Vth2应小于充电限制电压Vth3。具体而言，可以预先根据电池VABT的容量、最大电流、最大电压等电池参数来确定充电开启电压Vth1、充电临界电压Vth2和充电限制电压Vth3；或者可以根据获得的电池VBAT当前的电流、电压等电池工作参数，并根据获得的上述电池工作参数计算出充电开启电压Vth1、充电临界电压Vth2和充电限制电压Vth3。目前常用的正极材料LiFePO₄类的充电临界电压可以为3.550V或3.450V，正极材料非LiFePO₄类的充电临界电压可以为4.1V或4.0V。

具体的，请参见附图1，在本实用新型的一个示例性实施例中，在对电池VBAT进行充电时，通过所述电压电流检测单元获取电池VBAT的当前电压值，当该电池电压小于所述充电开启电压Vth1时，充电控制单元通过所述逻辑控制单元控制第一开关管Q1的开启频率，再通过第二开关管Q2对电池VBAT进行涓流充电，在本实用新型的一个示例性实施例中，所述充电开启电压Vth1＝2.2.V；进一步的，当电池VBAT电压大于充电开启电压Vth1时，对该电池VBAT进行恒流充电，采用一恒定大电流为电池VBAT进行快速充电,在本实用新型的一个示例性实施例中，为电池VBAT恒流充电时，所采用的电流值可达到1.5A；直到电流/电压检测单元检测到电池VBAT当前电压大于充电临界电压Vth2时，通过恒压控制保持充电电压不变，即所述充电控制单元调节所述逻辑控制单元输出的PWM波的占空比，控制第一开关管Q1的开关频率，进而保持恒定的电压加在电池VBAT的两端，随着充电过程的进行，电池VBAT的正极的离子浓度越来越小，扩散速度逐渐减少，电流逐渐下降最终将电池电量充满；当然，为了避免过度充电对电池VBAT寿命的影响，当电流/电压检测单元检测到电池两端的电压大于充电限制电压Vth3时，通过所述充电控制单元调节所述逻辑控制单元输出的电平，从而使得第一开关管Q1的漏极端输出电压接近为零，进而使得第二开关管Q2截止，停止为所述电池VBAT充电，实现电池过充保护。

综上所述，本实用新型方案所述的电池充电电路，包括有能实时检测输出单元的充电电压值和充电电流值，及依据该充电电压值和充电电流值来调 整所述输出单元输出到所述电池的电能，在保证快速充电的同时，能为电池提供安全可靠的充电电能；使得在充电过程中不会长时间处于较高的电压或大电流，能减轻电池中电极材料的劣化；因而延长电池的使用寿命，提高电池的安全性

在此处所提供的说明书中，虽然说明了大量的具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实施例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

虽然上面已经示出了本实用新型的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本实用新型的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种电池充电电路，其包括有输入单元和电池，其特征在于，所述充电电路还包括：

输出单元，电连接所述电池，用于为该电池提供充电电能；

电压转换单元，电连接所述输入单元，用于将输入单元的电能提供给输出单元为所述电池充电；

电流/电压检测单元，电连接所述输出单元，用于检测输出单元的充电电压值和充电电流值；

充电控制单元，其输入端电连接所述电流/电压检测单元，其输出端电连接所述输出单元，用于依据输入的所述充电电压值和所述充电电流值，调整所述输出单元输出到所述电池的电能；

输入保护单元，电连接所述输入单元，用于检测该输入单元所输入的电压值、并将该电压值反馈到所述充电控制单元。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述输入保护单元包括有输入电压检测单元、及相互串联的第一分压电阻和第二分压电阻，

所述输入电压检测单元的输入端电连接所述第一分压电阻与第二分压电阻串联的公共端、输出端电连接所述充电控制单元。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：所述输入电压检测单元包括有串联的第一误差放大器和第一比较器，且第一误差放大器的输出端电连接该第一比较器的其中一输入端；

所述第一分压电阻与第二分压电阻串联的公共端电连接该第一误差放大器的其中一输入端；所述第一比较器的输出端电连接所述充电控制单元。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括有电池温度保护单元，

所述电池温度保护单元，电连接所述输出单元，用于检测所述电池当前的温度、并将电池当前温度反馈到所述充电控制单元。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述电池温度保护单元包括有温度检测单元及附在所述电池上的热敏电阻，所述热敏电阻的一端接地、另一端电连接所述温度检测单元，该温度检测单元的输出端电连接所述充电控制单元。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：所述温度检测单元包括有串联的第二误差放大器和第二比较器，且第二误差放大器的输出端电连接该第二比较器的其中一输入端；

所述热敏电阻的另一端电连接该第二误差放大器的其中一输入端；所述第二比较器的输出端电连接所述充电控制单元。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述充电控制单元还包括有逻辑控制单元，

所述逻辑控制单元，电连接所述充电控制单元和输出单元，用于接收充电控制单元输出的控制信号来产生驱动信号，以驱动控制所述输出单元输出到所述电池的电能。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于：所述驱动信号为脉宽调制信号。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述输出单元包括有第一开关管、第二开关管和检测电阻；

所述第一开关管的栅极电连接所述充电控制单元、漏极电连接所述第二开关管的基极、源极电连接地；

所述第二开关管的基极电连接所述第一开关管的漏极、射极电连接所述输入单元的正输入端、集电极电连接所述检测电阻的一端；

所述检测电阻的另一端电连接所述电池的正极。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于：所述第一开关管为场效应管。

11.根据权利要求9所述的电路，其特征在于：所述第二开关管为三极管。

12.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述电压转换单元为直流-直流降压电路。