一种防止电池过充的充电控制系统的制作方法

本实用新型涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种防止电池过充的充电控制系统。

背景技术：

现在的智能终端设备大部分都会用到锂电池，例如手机、平板等。经常出现电池爆炸伤人的新闻，大部分情况都是在锂电池充电时发生的。电池中负责存储电能的是电芯部分，当电池过充时有可能会击穿电池电芯中的隔膜，使电芯短路造成高温高压爆炸。所以电池在充电过程中最易发生爆炸：一种情况是在电池电量已满的情况下还在继续为电池进行充电，导致电芯内部电解液发生剧烈的化学反应，引起电池爆炸。另一种情况是在充电过程中充电电压长时间处于电池最大额定电压以上，对电芯中的隔膜造成损坏，导致电池膨胀爆炸。现有的电池充电过程存在如下缺点：在电池电压达到额定电压时，仍以最大电压对电池进行充电，且会长时间保持最大充电电压给电池充电。一般电池最大充电电压会按照电池最大额定电压要求来设置，但是由于充电芯片存在精度误差，充电芯片输出的充电电压可能会比电池额定电压要高。如果长时间以高于电池额定值的电压给电池充电就会导致电池过充的问题。而现有电池充电系统并不能有效防止这种由于充电电压过高导致电池过充的风险。

技术实现要素：

本实用新型提供一种防止电池过充的充电控制系统，解决现有电池充电过程的管控方案存在充电电压会比电池额定电压要高，造成电池过充的问题，能提高电池的充电安全和使用寿命。

为实现以上目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种防止电池过充的充电控制系统，包括：充电管理模块、主控制器、电压采集电路和充电接口；

所述充电管理模块与所述充电接口电连接，所述充电管理模块与所述主控制器信号连接，所述充电管理模块用于将外部电源通过所述充电接口输入的电压或电流转换成设定的充电电压或充电电流输出，以对待充电电池进行充电；

所述电压采集电路的输出端与所述主控制器的输入端相连，所述电压采集电路用于对电池两端的充电电压进行电压采集得到电池两端电压值，并将所述电池两端电压值发送至所述主控制器；

所述主控制器用于根据所述电池两端电压值调节所述充电管理模块输出的充电电流，以使充电进入动态调节恒流充电。

优选的，还包括：存储器；

所述存储器与所述主控制器信号连接，用于预存储有各类电池对应的额定充电电压值、预充电压阈值和额定充电电流值；

所述主控制器根据所述电池两端电压值、所述额定充电电压值和所述预充电压阈值控制所述充电管理模块输出预充电流、额定充电电流或设定的分段逐步降低的充电电流，以对电池进行充电。

优选的，所述充电管理模块包括：充电管理芯片和输出电流控制单元；

所述充电管理芯片与所述主控制器信号连接，所述充电管理芯片的输出端与所述输出电流控制单元的控制端相连，所述输出电流控制单元的输入端与所述充电接口电连接，所述输出电流控制单元的输出端作为所述充电管理模块的充电电流输出端；

所述充电管理芯片控制所述输出电流控制单元输出预充电流、额定充电电流或设定的分段逐步降低的充电电流，以对电池进行充电。

优选的，所述输出电流控制单元包括：ac-dc电源模块，所述ac-dc电源模块与所述充电管理芯片信号连接，并根据所述充电管理芯片接收到的指令调节输出电流值。

优选的，所述ac-dc电源模块采用ac-dc电源芯片。

优选的，所述电压采集电路包括：放大器和电压跟随器；

所述放大器的输入端作为所述电压采集电路的输入端，所述放大器的输出端与所述电压跟随器的输入端相连；

所述放大器用于将采集到的电压信号按比例放大或缩小转换成设定电压信号；

所述电压跟随器用于稳定所述放大器输出的电压信号。

优选的，所述电压采集电路还包括：ad转换单元；

ad转换单元的输入端与所述电压跟随器的输出端相连，所述ad转换单元的输出端作为所述电压采集电路的输出端；

所述ad转换单元用于电压信号的模数转换。优选的，所述ad转换单元采用ad转换芯片。

优选的，所述主控制器采用微处理器。

优选的，所述微处理器为单片机。

本实用新型提供一种防止电池过充的充电控制系统，通过电压采集电路对电池两端电压进行采集，在电池两端电压值等于额定充电电压时，主控制器控制充电管理模块调节输出的充电电流，以使充电进入动态调节恒流充电。解决现有电池充电过程的管控方案存在充电电压会比电池额定电压要高，造成电池过充的问题，能提高电池的充电安全和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是现有电池充电的管控过程示意图；

图2是本实用新型提供的一种防止电池过充的充电控制系统结构示意图；

图3是本实新型提供的一种防止电池过充的充电过程示意图；

图4是本实用新型提供的电压采集电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，现有充电过程管控方案主要分为4个阶段：1、预充电——在充电初期有一个预充过程，这时候的电池电压低于某个阈值，充电电流很小。2、恒流充电——当电池电压超过预充阈值以后，充电过程就可以进入快充状态。在这种模式下，充电器件按照预先定义好的恒定电流为电池提供电流。3、恒压充电——当电池电压达到电池额定电压时(理想情况下是最大充电电压与电池的额定充电电压相同；但是假如最大充电电压高于电池额定充电电压了，电池充电电压会一直上升到充电芯片最大充电电压后才会进入恒压充电阶段)，充电器就会从恒流模式切入恒压模式，充电电流也会逐渐下降，电池电压保持不变。对充电器的恒压模式输出电压需要进行精确的控制以避免对电池的过充的危险。4、充电终止——当电池的电压达到了它的额定电压，而且充电电流也降到充电终止电流以下时，充电过程就会被关闭。

可见，当前对电池进行充电存在长时间保持大于额定充电电压给电池充电的现象，易造成电池过充的问题，使电池的安全性和使用寿命降低。本实用新型提供一种防止电池过充的充电控制系统，通过电压采集电路对电池两端电压进行采集，在电池两端电压值等于额定充电电压时，主控制器控制充电管理模块调节输出的充电电流，以使充电进入动态调节恒流充电。解决现有电池充电过程的管控方案存在充电电压会比电池额定电压要高，造成电池过充的问题，能提高电池的充电安全和使用寿命。

如图2所示，一种防止电池过充的充电控制系统，包括：充电管理模块、主控制器、电压采集电路和充电接口。所述充电管理模块与所述充电接口电连接，所述充电管理模块与所述主控制器信号连接，所述充电管理模块用于将外部电源通过所述充电接口输入的电压或电流转换成设定的充电电压或充电电流输出，以对待充电电池进行充电。所述电压采集电路的输出端与所述主控制器的输入端相连，所述电压采集电路用于对电池两端的充电电压进行电压采集得到电池两端电压值，并将所述电池两端电压值发送至所述主控制器。所述主控制器用于根据所述电池两端电压值调节所述充电管理模块输出的充电电流，以使充电进入动态调节恒流充电。

具体地，如图3所示，电池充电过程管控策略主要包括：1、预充电；2、恒流充电阶段；3、动态调节恒流充电阶段；4、恒压充电；5、充电终止。对电池进行充电时通过电压采集电路对电池两端的充电电压进行采集监温暖，一旦监测到充电电压升高到电池额定充电电压(额定充电电压值是电池本身决定的，充电电压不能超过此电压否则会导致过充危险)，就立刻通过充电管理模块对充电电流进行调节，可以通过降低额定充电电流的方式来拉低电池两端的充电电压并继续充电。如图3所示在充电芯片输出电压高于额定充电电压的情况下，如果按照传统充电管控方式，只有当电池两端电压达到额定充电电压时恒流充电阶段才会结束，紧接着电池两端电压保持充电管理模块输出电压进入恒压充电阶段，那么就会造成恒压模式下电池长时间以高于电池额定值的电压给电池充电，导致电池过充发生危险。如图2所示，通过主控制器控制充电管理模块的输出电流值，对电池两端电压值进行调节，使电池两端电压值小等于额定充电电压。避免出现电池过充电的情况，能降低电池充电安全，提高电池的使用寿命。

在实际应用中，可能由于充电芯片精度误差导致充电电压高于电池额定充电电压的情况。比如4.2v的锂电池搭配的充电芯片典型输出电压是4.2v，但是由于精度误差，充电芯片实际最大输出电压可能是4.25v；那么在电池充电过程中就会出现电池两端充电电压高于4.2v的情况，电池就有发生过充的风险。而采用电压采集电路对电池两端电压进行采集，并由主控制器根据电池两端电压值对充电管理模块输出的充电电流进行调节，使电池两端电压降低，避免充电电压大于额定充电电压。

如图2所示，该系统还包括：存储器。所述存储器与所述主控制器信号连接，用于预存储有各类电池对应的额定充电电压值、预充电压阈值和额定充电电流值。所述主控制器根据所述电池两端电压值、所述额定充电电压值和所述预充电压阈值控制所述充电管理模块输出预充电流、额定充电电流或设定的分段逐步降低的充电电流，以对电池进行充电。

具体地，所述主控制器读取得到所述存储器内的所述额定充电电压值和所述预充电压阈值，并与所述电池两端电压值进行比较，以确定电池充电阶段，进而根据电池充电阶段控制所述充电管理模块输出的充电电流。在所述电池两端电压值小于所述预充电压阈值时，所述主控制器发送预充电指令给所述充电管理模块，使所述充电管理模块输出预充电流对电池进行充电。在所述电池两端电压值大于所述预充电压阈值，且小于所述额定充电电压值时，所述主控制器发送恒流电流指令给所述充电管理模块，使所述充电管理模块输出额定充电电流对电池进行充电。在所述电池两端电压值等于所述额定充电电压值时，所述主控制器发送动态调节电流指令给所述充电管理模块，使所述充电管理模块输出设定的分段逐步降低的充电电流对电池进行充电。

需要说明的是，分段逐步降低的充电电流如图3所示，当主控制器检测到电池两端电压达到额定充电电压时，就发送指令让充电管理芯片提前结束电池恒流充电阶段，进入动态调节恒流充电阶段。输出电流控制单元将充电电流降低至额定充电电流1，由于电池内阻一定，电池两端电压会随之立即下降至跌落点1。当电池开始以额定充电电流1持续充电时，电池电压会随之从跌落点1持续缓慢上升。当充电过程中主控制器再次检测到电池电压达到额定充电电压值的时候，输出电流控制单元再将充电电流降低至额定充电电流2，电池两端电压会随之立即下降至跌落点2。重复以上过程，经过n次循环后，电池开路电压已经非常接近额定充电电压值；此时再以额定电流n充电，直到充电截止。其中额定充电电流1、额定充电电流2和额定充电电流3等即为分段逐步降低的充电电流。

同时，在存储器中预设有各种类型电池所对应的充电参数，比如：额定充电电压值、预充电压阈值和额定充电电流值。主控制器可以通过检测电池类型，并确定该电池所对应的充电参数。在主控制器接收到电压采集电路发送的电池两端电压值时，主控制器获取该电池所对应的充电参数，并将电池两端电压值与预充电压阈值或额定充电电压值进行比较。如图3所示，如果电池两端电压值小于预充电压阈值，则充电管理模块输出预充电流对电池进行充电，所述预充电流值为预设值，其属于小电流充电。如果电池两端电压值大于预充电压阈值且小于额定充电电压，则充电进入恒流充电过程，充电管理模块输出额定充电电流值对电池进行恒流充电。如果电池两端电压值大等于额定充电电压，则进入动态调节恒流充电阶段。

进一步，所述充电管理模块包括：充电管理芯片和输出电流控制单元。所述充电管理芯片与所述主控制器信号连接，所述充电管理芯片的输出端与所述输出电流控制单元的控制端相连，所述输出电流控制单元的输入端与所述充电接口电连接，所述输出电流控制单元的输出端作为所述充电管理模块的充电电流输出端。所述充电管理芯片控制所述输出电流控制单元输出预充电流、额定充电电流或设定的分段逐步降低的充电电流，以对电池进行充电。

具体地，在所述充电管理芯片接收到预充电指令时，所述充电管理芯片控制所述输出电流控制单元输出预充电流。在所述充电管理芯片接收到恒流电流指令时，所述充电管理芯片控制所述输出电流控制单元输出额定充电电流。在所述充电管理芯片接收到动态调节电流指令时，所述充电管理芯片控制所述输出电流控制单元输出分段逐步降低的充电电流。

进一步，所述充电管理芯片可采用eta6953电源管理芯片。具体地，外部电源通过充电接口给设备充电，输出电流控制单元接收输入电流，充电管理芯片可采用钰泰eta6953，但不限于此型号，只要具有可配置充电电流功能的充电管理芯片都可以。外部电经过输出电流控制单元转换之后再输出充电电压和额定电流给电池充电；同时由电压采集电路模块实时监测电池两端的电压。

在实际应用中，如图3所示，通过设备主控制器给充电管理芯片发送调节电流指令的形式来让充电管理芯片主动降低充电电流，在动态调节恒流充电阶段，依此发送调节电流指令给充电管理芯片，使输出电流控制单元降低充电电流。通过主控制器对充电管理芯片的控制，使整个充电过程中，电池充电电压始终不会超过额定充电电压进行充电，避免了电池过充的风险。即使充电芯片由于精度误差输出的最大充电电压高于电池的额定充电电压，本方案的充电过程管控策略也能够确保电池不会以高于额定充电电压值的电压充电造成电池过电池充，且电池也能尽可能的充满电，避免出现过充现象。

进一步，所述输出电流控制单元包括：ac-dc电源模块，所述ac-dc电源模块与所述充电管理芯片信号连接，并根据所述充电管理芯片接收到的指令调节输出电流值。

在实际应用中，ac-dc电源模块可采用ac-dc电源芯片。将外部电源交流电转换为直流电，并根据接收指令要求输出不同充电电流，以实现充电电流的调节。

如图4所示，所述电压采集电路包括：放大器和电压跟随器；所述放大器的输入端作为所述电压采集电路的输入端，所述放大器的输出端与所述电压跟随器的输入端相连。所述放大器用于将采集到的电压信号按比例放大或缩小转换成设定电压信号。所述电压跟随器用于稳定所述放大器输出的电压信号。需要说明的是，电压跟随器可采用放大器实现。

进一步，所述电压采集电路还包括：ad转换单元；ad转换单元的输入端与所述电压跟随器的输出端相连，所述ad转换单元的输出端作为所述电压采集电路的输出端，所述ad转换单元用于电压信号的模数转换。进一步，所述ad转换单元采用ad转换芯片。

具体地，放大器采用运算放大器将电池电压通过比例放大或缩小转换成合适电平大小，以满足主控制器内部模数转换的输入要求；电压跟随器采用运算放大器，稳定放大器的输出电平，提高采集电路的稳定性，并通过ad转换单元实现模数转换，以反馈给主控制器，主控制器对比存储器中设定的最大额定充电电压值和监测到的电池两端电压值；根据对比结果，主控制器发送电流切换指令给充电管理芯片的电流控制单元，改变额定充电电流的大小。

需要说明的是，所述主控制器采用微处理器。所述微处理器可为单片机。

本实用新型提供一种防止电池过充的充电控制系统，通过电压采集电路对电池两端电压进行采集，在电池两端电压值等于额定充电电压时，主控制器控制充电管理模块调节输出的充电电流，以使充电进入动态调节恒流充电。解决现有电池充电过程的管控方案存在充电电压会比电池额定电压要高，造成电池过充的问题，能提高电池的充电安全和使用寿命。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。