CN217639446U - 面向锂电池的采集控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种面向锂电池的采集控制装置，包括：采样模块，采集锂电池的电压；比较模块，将采样模块采集的电压与过充阈值电压和过放阈值电压进行比较，判断锂电池是否达到过充状态或过放状态；放电模块，锂电池处于过充状态时令锂电池放电；充电模块，锂电池处于过放状态时对锂电池充电；第一保护模块，当锂电池放电时间超过预设放电时长时发出预警；第二保护模块，当锂电池充电时间超过预设充电时长时发出预警。本实用新型提出的面向锂电池的采集控制装置既能对过充状态进行放电、对过放状态的锂电池进行充电，还能对锂电池的充放电时间进行监控，一旦锂电池在充电时长或者放电时长过长就会发出预警，警示使用者锂电池可能存在故障。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种面向锂电池的采集控制装置。
背景技术
由于锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点，所以近年来 PDA、数字相机、手机、可携式音讯设备和蓝牙设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源。
但是在实际使用过程中，锂电池在充放电的时候，容易出现充电电量不容易控制，过充时会导致正极材料结构变化容量损失，分解放氧与电解液剧烈氧化反应进而燃烧***，过放时会导致锂电池性能下降，寿命降低。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述现有技术中的锂电池容易过充或过放的技术问题，提出一种面向锂电池的采集控制装置。
本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型提出了一种面向锂电池的采集控制装置，包括：
采样模块，采集锂电池的电压；
比较模块，将所述采样模块采集的电压与过充阈值电压和过放阈值电压进行比较，判断锂电池是否达到过充状态或过放状态；
放电模块，连接所述比较模块，锂电池处于过充状态时令锂电池放电；
充电模块，连接所述比较模块，锂电池处于过放状态时对锂电池充电；
第一保护模块，连接所述放电模块，当锂电池放电时间超过预设放电时长时，所述第一保护模块发出预警；
第二保护模块，连接所述充电模块，当锂电池充电时间超过预设充电时长时，所述第二保护模块发出预警。
进一步的，所述第一保护模块包括第一延时电路和第一报警电路，所述第一延时电路的延时时长为所述预设放电时长，锂电池放电时间超过所述预设放电时长时，所述第一延时电路导通、所述第一报警电路导通。
进一步的，所述第二保护模块包括第二延时电路和第二报警电路，所述第二延时电路的延时时长为所述预设充电时长，锂电池充电时间超过所述预设充电时长时，所述第二延时电路导通、所述第二报警电路导通。
在一实施例中，所述采样模块包括放大器U1，所述放大器U1的同相输入端连接锂电池。
在一实施例中，所述比较模块包括比较器U2和比较器U3，所述比较器U2的同相输入端、所述比较器U3的反相输入端均连接所述放大器U1的输出端，所述比较器U2的反相输入端的参考电压为所述过充阈值电压，所述比较器U3的同相输入端的参考电压为所述过放阈值电压。
在一实施例中，所述放电模块包括：三极管Q1、电阻R1、电容C1，所述三极管Q1的基极连接所述比较器U2的输出端，所述三极管Q1的集电极连接锂电池，所述三极管Q1的发射极连接电阻R1、所述电阻R1连接所述电容C1，所述电容C1的另一端接地。
在一实施例中，所述第一保护模块包括所述电容C1、蜂鸣器P1、稳压管D1、三极管Q2，所述稳压管D1的负极连接在所述电阻R1和所述电容C1之间，所述稳压管D1的正极连接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极连接所述蜂鸣器P1，所述蜂鸣器的另一端连接电源，所述三极管Q2的发射极接地。
在一实施例中，所述充电模块包括三极管Q3、电源VCC，所述三极管Q3的基极连接所述比较器U3的输出端，所述三极管Q3的集电极连接电源VCC，所述三极管Q3的发射极连接锂电池。
在一实施例中，所述第二保护模块包括电容C2、稳压管D2和蜂鸣器P2，所述电容C2的一端连接所述三极管Q3的发射极，所述电容C2的另一端连接所述稳压管D2的负极，所述稳压管D2的正极连接蜂鸣器P2。
与现有技术比较，本实用新型提出的面向锂电池的采集控制装置既能对过充状态进行放电、对过放状态的锂电池进行充电，还能对锂电池的充放电时间进行监控，一旦锂电池在充电时长或者放电时长过长就会发出预警，警示使用者锂电池可能存在故障。
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地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型中面向锂电池的采集控制装置整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例中面向锂电池的采集控制装置的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
因为锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点，所以近年来 PDA、数字相机、手机、可携式音讯设备和蓝牙设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源。
但是在实际使用过程中，锂电池自身也存在一些缺陷，比如锂电池在充放电的时候，容易出现充电电量不容易控制，体现在过充时会导致正极材料结构变化容量损失，分解放氧与电解液剧烈氧化反应进而燃烧***，过放时会导致锂电池性能下降，寿命降低。
因此，为了解决锂电池过充和过放的问题本实用新型提出一种面向锂电池的采集控制装置，如图1所示包括：
采样模块，用于采集锂电池的电压；
比较模块，将采样模块采集的电压与过充阈值电压、过放阈值电压进行比较；当采样模块采集的电压大于过充阈值电压时，则判断该锂电池处于过充状态；当采样模块采集的电压小于过放阈值电压时，则判断该锂电池处于过放状态；
放电模块，连接比较模块，当锂电池处于过充状态时，放电模块开始工作、对锂电池进行放电；
充电模块，连接比较模块，当锂电池处于过放状态时，充电模块开始工作、对锂电池进行充电；
第一保护模块，因为考虑锂电池若是长时间放电都无法达到标准电压则表明锂电池可能存在故障，所以设置第一保护模块连接放电模块，第一保护模块提前设置有预设放电时长，当锂电池放电时间超过预设放电时长时发出预警；
第二保护模块，因为考虑锂电池若是长时间充电都无法达到标准电压则表明锂电池可能存在故障，所以设置第二保护模块连接充电模块，提前设置有预设充电时长，当锂电池充电时间超过预设充电时长时发出预警。
综上可知，本实用新型提出的面向锂电池的采集控制装置既能对过充状态进行放电、对过放状态的锂电池进行充电，还能对锂电池的充放电时间进行监控，一旦锂电池在充电时长或者放电时长过长就会发出预警，警示使用者锂电池可能存在故障。
下面结合实施例以及附图2来解释本实用新型提出的面向锂电池的采集控制装置的原理。
如图2所示，在本实施例中，本实用新型提出的面向锂电池的采集控制装置中的采集模块包括放大器U1，放大器U1的同相输入端连接锂电池、采集锂电池的电压，放大器U1的反相输入端的参考电压Vref1设置为锂电池的标准电压，该标准电压根据锂电池的正极材料来制定，比如正极材料为LiCoO2的锂电池的标准电压为3.7V、正极材料为Li2Mn2O4的锂电池的标准电压为4.0V。
进一步的，比较模块包括比较器U2和比较器U3，比较器U2的同相输入端与比较器U3的反相输入端连接后再与放大器U1的输出端连接，比较器U2的反相输入端的参考电压Vref2设置为预设过充阈值电压，比较器U3的同相输入端的参考电压Vref3设置为预设过放阈值电压，过充阈值电压和过放阈值电压也是根据锂电池内部的材料种类进行选择，过充阈值电压大于标准电压，过放阈值电压小于标准电压，过充阈值电压和过放阈值电压之间的电压是锂电池电压正常的波动范围，标准电压也在该范围内但是在标准电压下锂电池的性能是最优的。
进一步的，放电模块包括三极管Q1、电阻R1和电容C1，三极管Q1的基极连接比较器U2的输出端，三极管Q1的集电极连接锂电池，三极管Q1的发射极依次连接电阻R1、电容C1，电容C1的另一端接地。充电模块包括三极管Q3、电源VCC，三极管Q3的基极连接比较器U3的输出端，三极管的集电极连接电源VCC，三极管的发射极连接锂电池。
进一步的，第一保护模块包括第一延时电路和第一报警电路，第一延时电路的延时时长为预设放电时长，锂电池放电时间超过预设放电时长时，第一延时电路导通、第一报警电路导通。具体的，第一延时电路包括电容C1、稳压管D1，第一报警电路包括三极管Q2、蜂鸣器P1，稳压管D1的负极连接在电容C1和电阻R1之间，稳压管D1的正极连接三极管Q2的基极，蜂鸣器P1连接在锂电池和三极管Q2的集电极之间，三极管Q2的发射极接地。
同理，第二保护模块包括第二延时电路和第二报警电路，第二延时电路的延时时长为预设充电时长，锂电池充电时间超过预设充电时长时，第二延时电路导通、第二报警电路导通。具体的，第二延时电路包括电容C2和稳压管D2，第二报警电路包括蜂鸣器P2，电容C2的一端连接三极管Q3的发射极，电容C2的另一端连接稳压管D2的负极，稳压管D2的正极连接蜂鸣器P2。
具体电路如上文所述，该面向锂电池的采集控制装置的工作原理如下：若放大器U1采集到的锂电池的电压若是大于标准电压且大于预设过充阈值电压，则比较器U2输出高电平、比较器U3输出低电平，则三极管Q1导通、三极管Q3截止，所以锂电池进行放电，电容C1和电阻R1之间的电压不断抬高，且电容C1的电容大小、电阻R1的大小会根据锂电池的放电速度和时长设置，电容C1的电压从零提升到稳压管D1的击穿电压的时间为预设放电时长，当锂电池放电时长到预设放电时长时，电容C1和电阻R1之间的电压会提高到稳压管D1的反向击穿电压，此时稳压管D1导通、三极管Q2导通，蜂鸣器P1发出声响，提示用户该锂电池的放电时长过长了，可能是锂电池存在故障，可以对锂电池进行故障检测。若锂电池正常，则锂电池的放电时长不会超过预设放电时长，一旦锂电池的电压降低到标准电压，则比较器U2输出低电平，三极管Q1截止，锂电池停止放电。同理，若锂电池的电压低于标准电压，比较器U2输出低电平、比较器U3输出高电平，三极管Q3导通，电源VCC对锂电池进行充电，且同时电容C2的电压逐渐增高，且电容C2的电容大小也是根据锂电池的种类和充电速度进行设置的，电容C2的电压从零提升到稳压管D2的击穿电压的时间为预设充电时长，当锂电池的充电时长超过预设充电时长时电容C2的电压增高到稳压管D2的击穿电压，然后蜂鸣器P2发出声响。若锂电池正常，则锂电池的充电时长会小于预设充电时长，当锂电池的电压上升到标准电压时，比较器U3输出低电平，锂电池停止充电。
综上所述，本实用新型提出的面向锂电池的采集控制装置既能检测锂电池的过充状态和过放状态，还能对锂电池进行充放电，同时对锂电池的充放电时间进行监控，一旦锂电池在充电时长或者放电时长过长就会发出预警，警示使用者锂电池可能存在故障。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，包括：
采样模块，采集锂电池的电压；
比较模块，将所述采样模块采集的电压与过充阈值电压和过放阈值电压进行比较，判断锂电池是否达到过充状态或过放状态；
放电模块，连接所述比较模块，锂电池处于过充状态时令锂电池放电；
充电模块，连接所述比较模块，锂电池处于过放状态时对锂电池充电；
第一保护模块，连接所述放电模块，当锂电池放电时间超过预设放电时长时，所述第一保护模块发出预警；
第二保护模块，连接所述充电模块，当锂电池充电时间超过预设充电时长时，所述第二保护模块发出预警。
2.如权利要求1所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述第一保护模块包括第一延时电路和第一报警电路，所述第一延时电路的延时时长为所述预设放电时长，锂电池放电时间超过所述预设放电时长时，所述第一延时电路导通、所述第一报警电路导通。
3.如权利要求1所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述第二保护模块包括第二延时电路和第二报警电路，所述第二延时电路的延时时长为所述预设充电时长，锂电池充电时间超过所述预设充电时长时，所述第二延时电路导通、所述第二报警电路导通。
4.如权利要求1所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述采样模块包括放大器U1，所述放大器U1的同相输入端连接锂电池。
5.如权利要求4所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述比较模块包括比较器U2和比较器U3，所述比较器U2的同相输入端、所述比较器U3的反相输入端均连接所述放大器U1的输出端，所述比较器U2的反相输入端的参考电压为所述过充阈值电压，所述比较器U3的同相输入端的参考电压为所述过放阈值电压。
6.如权利要求5所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述放电模块包括：三极管Q1、电阻R1、电容C1，所述三极管Q1的基极连接所述比较器U2的输出端，所述三极管Q1的集电极连接锂电池，所述三极管Q1的发射极连接电阻R1、所述电阻R1连接所述电容C1，所述电容C1的另一端接地。
7.如权利要求6所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述第一保护模块包括所述电容C1、蜂鸣器P1、稳压管D1、三极管Q2，所述稳压管D1的负极连接在所述电阻R1和所述电容C1之间，所述稳压管D1的正极连接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极连接所述蜂鸣器P1，所述蜂鸣器的另一端连接电源，所述三极管Q2的发射极接地。
8.如权利要求5所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述充电模块包括三极管Q3、电源VCC，所述三极管Q3的基极连接所述比较器U3的输出端，所述三极管Q3的集电极连接电源VCC，所述三极管Q3的发射极连接锂电池。
9.如权利要求8所述的面向锂电池的采集控制装置，其特征在于，所述第二保护模块包括电容C2、稳压管D2和蜂鸣器P2，所述电容C2的一端连接所述三极管Q3的发射极，所述电容C2的另一端连接所述稳压管D2的负极，所述稳压管D2的正极连接蜂鸣器P2。
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