锂电池快速充电及电量管理系统的制作方法

本实用新型涉及一种锂电池快速充电及电量管理系统，属于智能化设备领域。

背景技术：

随着手机、平板电脑等智能化设备的功能不断强大，锂电池的应用也越来越广泛，对电池管理的要求也明显提高，而目前锂电池的应用存在以下不足：1、锂电池充电时间长、续航能力差；2、不合理的充电电压、电流及工作温度影响电池使用寿命甚至引发爆炸；3、受电池老化等因素影响，电量检测精度差导致锂电池电量没有得到充分使用，同时电量显示不准确。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术充电时间长、电量显示不准确及锂电池使用效率低的技术问题，提供一种充电速度快、充电电压电流可控，精确预测锂电池充放电曲线模型、自动调整电池老化、延长电池运行时间、改善再充电阈值、电量精确显示、成本低、简单易用的锂电池快速充电及电量管理系统。

一种锂电池快速充电及电量管理系统，包括相互电连接的充放电电路、电量管理电路及微控制电路；所述微控制电路通过I²C协议控制所述电量管理电路，同时所述电量管理电路将充放电过程中的情况通过片上集成状态中断输出实时反馈给所述微控制电路；所述电量管理电路通过监测锂电池输出电流值实时计算锂电池内部动态阻抗进而判断出锂电池电压和容量值，得到锂电池的充放电动态参数图，再通过I²C协议控制所述充放电电路决定充放电进程。

在本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统的一种较佳实施例中，所述充放电电路采用芯片BQ24195，所述芯片BQ24195包含可读可写寄存器REG00～REG07；所述芯片BQ24195支持DC3.9V～17V适配器或USB输入供电，在输入电压低于3.9V或高于17V时，所述芯片BQ24195将自动停止工作；所述充放电电路输入电流大小根据所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG00和所述芯片BQ24195外围连接的不同阻值电阻共同决定，电流大小在100mA至3A间可调。

在本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统的一种较佳实施例中，所述充放电电路可通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG06，使工作温度达到60℃～120℃时开始降低充放电电流，具体温度值可设置；所述充放电电路可通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG05，在锂电池充电时间达到5h～20h时即自动停止充电，具体充电时间可设置。

在本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统的一种较佳实施例中，所述充放电电路包含电路监测指示灯，所述电路监测指示灯连接至所述芯片BQ24195的充电状态引脚，所述充电状态引脚输出低电平时所述电路监测指示灯点亮，表示锂电池正在充电；所述充电状态引脚输出高电平时所述电路监测指示灯灭，表示锂电池充电完成或充电禁止；所述充电状态引脚输出1Hz高低电平时所述电路监测指示灯闪烁，表示锂电池充电异常。

在本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统的一种较佳实施例中，所述充放电电路在锂电池电压低于2.2V时强制以100mA充电，达到2.2V时开始预充电，通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG03使电流在128mA～2048mA间可调，达到2.8V或3.0V时恒流充电，通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG02使电流在512mA～4544mA间可调，电压充至4.208V时恒压充电，电流降至128mA～2048mA时结束充电，具体电流值通过所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG03可设置，锂电池电压降低于电池管理电压100mV或300mV时再充电，具体电压值通过所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG04设置。

在本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统的一种较佳实施例中，所述充放电电路在锂电池放电时通过控制所述芯片BQ24195的内部Mos管通断可保持放电电流达9A，输出电压高于锂电池电压150mV，但不低于3.5V；通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG02，可使所述充放电电路最大充电电流达4.5A。

在本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统的一种较佳实施例中，所述电量管理电路采用芯片BQ27531-G1，所述芯片BQ27531-G1通过实时测量外围低阻值电阻上流过的电流对锂电池电量使用情况进行监测。

相较于现有技术，本实用新型提供的所述锂电池快速充电及电量管理系统具有以下有益效果：

一、所述电量管理电路实时监测锂电池内部动态阻抗进而计算出锂电池电压、容量值，得到锂电池的充放电动态参数图，由于采用的是实时测试锂电池的动态阻抗来对容量值进行判断，因而电池老化对电量值的计算影响很小，所以可以精确的判断出锂电池的电量使用情况，进而实现电量的精确显示、延长电池使用时间、增强续航能力。

二、所述充放电电路采用DC3.9V～17V适配器或USB输入供电，电源输入方式多样、支持多种类型适配器，电流输入值可在100mA至3A之间设置，可限制输入电流大小以防电路烧坏，同时所述充放电电路在输入电压电流过低或过高时将自动停止工作，可防止误操作、对电路有很好的自我保护作用。

三、所述充放电电路可通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG06，使工作温度达到60℃～120℃时开始降低充放电电流，具体温度值可设置，可防止温度过高时充放电电流过大烧坏电池进而引发爆炸；所述充放电电路可通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG05，在锂电池充电时间达到5h～20h时即自动停止充电，具体充电时间可设置，可防止因电路本身异常而使电池不停的充电带来的危险，具备较好的自我安全调节功能。

四、所述充放电电路包含电路监测指示灯，可查看锂电池充放电是否完成，便于发现系统异常情况，起到很好的警示作用。

五、所述充放电电路充电过程中的电压电流值都可通过控制所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG00～REG07来精确控制，电池自放电和再充电阈值可得到改善，最大充电电流可达4.5A，因此可根据不同型号规格的锂电池来具体设置，达到快速充电的最优化配置，同时充电过程可控，进而实现锂电池快速充电的目的。

六、所述充放电电路在锂电池放电时可保持输出电压高于锂电池电压150mV，但不会低于3.5V，因此可在锂电池电量耗尽或移除的情况下任然工作一段时间，提高电量使用效率。

七、所述电量管理电路采用芯片BQ27531-G1，可实时测量外围低阻值电阻上流过的电流对锂电池电量使用情况进行监测，可监测容量达8000mAH，精度可达1％，另外所述电量管理电路可提供诸如剩余电池容量(mAh)、充电状态(％)、续航时间(分钟)、电池电压(mV)以及温度(℃)等信息，可准确了解锂电池各方面使用情况。

八、所述充放电电路的放电电流可达9A，因此系统的带负载能力较强，可保持负载电路的正常稳定工作。

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，下面将对实施例描述中所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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统整体控制示意图；

图2是图1所示锂电池快速充电及电量管理系统的电量管理电路图；

图3是图1所示锂电池快速充电及电量管理系统的充放电电路图；

图4是图1所示锂电池快速充电及电量管理系统的软件调节流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1，图1是本实用新型提供的锂电池快速充电及电量管理系统整体控制示意图。所述锂电池快速充电及电量管理系统100包括相互电连接的充放电电路C、电量管理电路B及微控制电路A。微控制电路A通过I²C协议对电量管理电路B进行读写操作，同时电量管理电路B将锂电池数据信息反馈给微控制电路A，电量管理电路B通过I²C协议控制充放电电路C对锂电池进行充放电。

请参阅图2，图2是图1所示锂电池快速充电及电量管理系统的电量管理电路图。微控制电路A经SOC_SCL、SOC_SDA与电量管理电路B中芯片U2:BQ27531-G1(以下简称:U2)的PinA3、PinB3相连，采用I²C协议进行读写操作，同时芯片U2的数据信息经PinA2反馈至微控制电路A，其中U2的PinB3、PinA3、PinA2分别经电阻R13、R14、R15上拉至VCC，用于增强信号，VCC由U2的PinD1提供，大小为2.5V。插座J2用于外接锂电池，锂电池的正极连接至U2的PinE2、负极连接至U2的PinA1，电容C13、C18、C19起旁路滤波作用，低阻值电阻R12连接至锂电池负极与地之间，芯片U2检测流经低阻值电阻R12上的电流来判定计算锂电池的阻抗，从而进行电量管理。电阻R5连接至U2的PinD1与PinE3之间，电阻R9连接在U2的PinE3与锂电池的Pin2之间，电阻R10、R11并联，连接在锂电池Pin2与U2的PinD3之间，其中R11为热敏电阻，该电阻网络用于检测锂电池的工作温度，保证锂电池的工作安全，电容C12、C14、C16、C17起滤波作用。

请同时参阅图2和图3，图2是图1所示锂电池快速充电及电量管理系统的电量管理电路图；图3是图1所示锂电池快速充电及电量管理系统的充放电电路图。充放电电路C中芯片U1:BQ24195(以下简称：U1)的Pin15、Pin16产生电压SYS连接至电量管理电路B中芯片U2的PinD2和PinE1，分别起高电平使能和提供电源的作用。电量管理电路B中芯片U2的PinB2、PinC3、PinE2分别与充放电电路C中芯片U1的Pin5、Pin6、Pin13相连，电量管理电路B通过I²C协议对充放电电路C进行管理，进而控制锂电池充放电过程。充放电电路C中芯片U1的Pin1、Pin24外接DC3.9V～17V适配器或J1插座USB，为系统提供电源，电容C1～C5起滤波作用。芯片U1的Pin22产生4.75V电压，指示灯D1一端连接至U1的Pin22，另一端经电阻R2连接至U1的Pin4，Pin4输出低电平时D1点亮，表示锂电池正在充电；Pin4输出高电平时D1灭掉，表示锂电池充电完成或充电禁止；若指示灯D1闪烁，表示充电电路异常。芯片U1的Pin9经零欧姆电阻R6接地，使能U1。芯片U1的Pin10连接电阻R3接地，电流输入限制公式：I_INMAX＝(1V/R3)×530，R3值可根据电路情况设置，同时U1寄存器REG00可软件设置电流输入值，最终电流输入限制值取两者间最小值，输入电流值大小在100mA至3A之间。电阻R4、R7、RTH1组成温度反馈网络，反馈工作温度信息，其中RTH1为热敏电阻。锂电池放电时经由芯片U1内部Mos管至Pin16输出，为外部系统提供稳定电压，同时系统输出电压会高于电池电压150mV，但不低于3.5V，最大放电电流可达9A。

请参阅图4，图4是图1所示锂电池快速充电及电量管理系统的软件调节流程示意图。所述锂电池快速充电及电量管理系统100发送I²C信号，通过控制码读取锂电池的电压、容量、充电状态等信息，进而根据该信息进行写数据进入控制模式，控制充电过程中预充电、恒压、恒流各阶段电压电流大小，达到快充目的，同时准确读取锂电池电压、容量值，计算充电状态并显示。相较于现有技术，本实用新型提供的所述锂电池快速充电及电量管理系统100具有以下有益效果：

一、所述电量管理电路B实时监测锂电池内部动态阻抗进而计算出锂电池电压、容量值，得到锂电池的充放电动态参数图，由于采用的是实时测试锂电池的动态阻抗来对容量值进行判断，因而电池老化对电量值的计算影响很小，所以可以精确的判断出锂电池的电量使用情况，进而实现电量的精确显示、延长电池使用时间、增强续航能力。

二、所述充放电电路C采用DC3.9V～17V适配器或USB输入供电，电源输入方式多样、支持多种类型适配器，电流输入值可在100mA至3A之间设置，可限制输入电流大小以防电路烧坏，同时所述充放电电路C在输入电压电流过低或过高时将自动停止工作，可防止误操作、对电路有很好的自我保护作用。

三、所述充放电电路C可通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG06，使工作温度达到60℃～120℃时开始降低充放电电流，具体温度值可设置，可防止温度过高时充放电电流过大烧坏电池进而引发爆炸；所述充放电电路C可通过设置所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG05，在锂电池充电时间达到5h～20h时即自动停止充电，具体充电时间可设置，可防止因电路本身异常而使电池不停的充电带来的危险，具备较好的自我安全调节。

四、所述充放电电路C包含电路监测指示灯D1，可查看锂电池充放电是否完成，便于发现系统异常情况，起到很好的警示作用。

五、所述充放电电路C充电过程中的电压电流值都可通过控制所述芯片BQ24195的所述可读可写寄存器REG00～REG07来精确控制，电池自放电和再充电阈值可得到改善，最大充电电流可达4.5A，因此可根据不同型号规格的锂电池来具体设置，达到快速充电的最优化配置，同时充电过程可控，进而实现锂电池快速充电的目的。

六、所述充放电电路C在锂电池放电时可保持输出电压高于锂电池电压150mV，但不会低于3.5V，因此可在锂电池电量耗尽或移除的情况下任然工作一段时间，提高电量使用效率。

七、所述电量管理电路B采用芯片BQ27531-G1，可实时测量外围低阻值电阻上流过的电流对锂电池电量使用情况进行监测，可监测容量达8000mAH，精度可达1％，另外所述电量管理电路B可提供诸如剩余电池容量(mAh)、充电状态(％)、续航时间(分钟)、电池电压(mV)以及温度(℃)等信息，可准确了解锂电池各方面使用情况。

八、所述充放电电路C的放电电流可达9A，因此系统的带负载能力较强，可保持负载电路的正常稳定工作。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。