专利名称：锂电池充电管理电路和方法及直放站的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂电池充电管理技术领域，特别涉及一种锂电池充电管理电路和方法 及直放站。
背景技术：
近年来，随着移动通信网络的大规模建设，用于移动通信网络无线覆盖的直放站 应用越来越广泛。这些直放站设备往往架设在无人值守的野外环境，依赖人工管理是困难 的，因此，通常使用一套智能的管理系统来管理这些设备的运行情况。为了达到实时监视设 备运行情况的目的，要求这套智能的管理系统在设备供电断开后，依然能在一段时间内正 常工作，以便保证将设备的状态及时上报远程的管理中心。要达到这一要求，设备中必须 使用可充电电池来维持其智能管理系统的功能。通常，可充电电池使用4节锂电池来实现。 由于无人值守，对可充电电池的充电和故障的管理尤为重要，一方面，在充电过程中，需要 合乎电池规格的充电方法，而且，当电池充满后，需要关断电池充电，防止过充，另一方面， 在电池放电过程中，需要防止因电池过放而损坏电池的情况，同时，在设备供电正常的情况 下，当电池无法使用时，需要及时进行判决，并向远程的管理中心上报。目前，现有的移动通信设备直放站采用的充电电路和故障判决的实现方法如图1 所示，其充电和故障判决的过程是，当电源供电正常时，监控系统每隔一段时间开关一次充 电开关，当打开充电开关时，电源对锂电池进行充电，当关闭充电开关时，监控系统通过电 压检测器，检测一次锂电池电压，并根据该电压，判决锂电池是否有故障；当电源供电不正 常时，锂电池通过电池供电开关，给监控系统供电，以保证监控系统将设备的运行信息向远 程的管理中心上报。上述电路通过检测电池电压来判断电池是否出现故障，为了检测电池电压，需要 断开电池的充电，因此这种充电电路不满足锂电池恒流或者恒压充电的要求，很可能会缩 短锂电池的寿命，也无法实时监测电池故障，同时，该电路也没有相应的保护装置来防止电 池的过充过放。
发明内容
本发明提出了 一种锂电池充电管理电路和方法及直放站以解决现有锂电池充电 管理电路无法实时判决电池故障和无法避免电池过充的问题。本发明的锂电池充电管理电路，包括分别与锂电池正极相连的充电开关、电流检 测器、电压检测器和电池供电开关，及分别与所述充电开关、电流检测器和电压检测器相连 的监控系统，所述电池供电开关、充电开关和监控系统分别与电源正极相连，所述监控系统 根据电源供电状况、电流检测器检测的锂电池的充电电流和电压检测器检测的锂电池的充 电电压来控制所述充电开关的通断并判断锂电池。优选地，在所述监控系统检测到电源供电正常的前提下，所述监控系统若监测到 所述电流检测器的读数小于锂电池的充电电流上限且大于锂电池的充电电流下限则打开所述充电开关；所述监控系统若监测到所述电流检测器的读数小于锂电池的充电电流下限 则关闭所述充电开关；所述监控系统若监测到所述电流检测器的读数大于锂电池的充电电 流上限且所述电压检测器的读数小于锂电池的电池电压下限则关闭所述充电开关。优选地，所述监控系统若监测到所述电流检测器的读数大于锂电池的充电电流上 限且所述电压检测器的读数小于锂电池的电池电压下限，则在关闭所述充电开关的同时还 上报电池故障至管理中心。优选地，所述充电开关由恒流恒压转换电路来实现，所述恒流恒压转换电路检测 锂电池的电池电压，若锂电池的电池电压小于锂电池的充电电压上限则对锂电池进行恒流 充电，若锂电池的电池电压等于锂电池的充电电压上限则对锂电池进行恒压充电。优选地，上述锂电池充电管理电路还包括电池过放保护电路，所述电池过放保护 电路输入端与锂电池正极相连，输出端分别与所述恒流恒压转换电路、电流检测器、电压检 测器和电池供电开关相连。本发明的锂电池充电管理方法，包括以下步骤检测电源供电状况，若异常则打开锂电池的供电电路，若正常则检测锂电池的充 电电流和充电电压，若锂电池的充电电流小于锂电池的充电电流下限，则断开锂电池的充 电电路；若锂电池的充电电流大于锂电池的充电电流上限且锂电池的充电电压小于锂电池 的电池电压下限，则断开锂电池的充电电路；若锂电池的充电电流大于锂电池的充电电流 下限且小于锂电池的充电电流上限，则打开锂电池的充电电路。优选地，在所述步骤若锂电池的充电电流大于锂电池的充电电流上限且锂电池的 充电电压小于锂电池的电池电压下限则断开锂电池的充电电路的同时上报电池故障至管 理中心；禾口/ 或在所述步骤打开锂电池的充电电路之后还包括步骤检测锂电池的电池电压，若锂电池的电池电压小于锂电池的充电电压上限，则对 锂电池进行恒流充电；若锂电池的电池电压等于锂电池的充电电压上限，则对锂电池进行 恒压充电。优选地，在所述步骤打开锂电池的供电电路之后还包括步骤检测锂电池的电池电压，若锂电池的电池电压小于锂电池的放电电压下限，则断 开锂电池的供电电路。本发明的直放站，包括电源、锂电池和串联于所述电源正极和锂电池正极之间的 锂电池充电管理电路，用于根据电源供电状况、锂电池的充电电流和充电电压来控制锂电 池充电电路的通断。本发明的锂电池充电管理电路，由于监控系统根据充电电流和充电电压的大小控 制恒流恒压转换电路的通断并判断锂电池是否出现故障，避免了锂电池过充并实现了实时 故障判决，同时由于采用了恒流恒压转换电路，实现了对锂电池的恒流恒压充电，又由于采 用了电池过放保护电路，避免了锂电池由于过放导致无法再充电的情况；本发明的锂电池 充电管理方法，根据锂电池的充电电流和充电电压来控制锂电池充电电路的通断并判断锂 电池是否出现故障，防止了锂电池过充并实现了实时故障判决，由于对充电状态的控制，实 现了对锂电池的恒流恒压充电，又由于对放电进行控制，防止了锂电池出现过放的情况；本发明的直放站，采用上述锂电池充电管理电路，应用上述锂电池充电管理方法，实现了对锂 电池的恒流恒压充电和实时故障判决，同时防止了过充和过放，延长了锂电池的使用寿命。
图1是现有技术锂电池充电管理电路结构示意图；图2是本发明的锂电池充电管理电路实施例二的结构示意图；图3是本发明的锂电池充电管理方法实施例一的流程示意图；图4是本发明的锂电池充电管理方法实施例二的流程示意图。
具体实施例方式现有技术依据电池电压的大小来判断电池是否出现故障，由于需要断开电池充电 才能检测电池电压，因此无法实时检测电池故障，而且妨碍了电池的充电过程，使得电池循 环充电的次数增多，导致电池易于损坏，本发明的锂电池充电管理电路通过检测充电电流 和充电电压来判断锂电池是否出现故障，在充电过程中即可检测充电电流和充电电压，因 此本发明的锂电池充电管理电路可以实时检测电池故障并将故障上报管理中心，同时由于 采用了恒流恒压转换电路，满足了锂电池恒流或恒压充电的要求，下面结合附图和实施例 详细解释本发明。实施例一本发明的锂电池充电管理电路，包括充电开关、监控系统、电流检测器、电压检测 器和电池供电开关，其中，充电开关、电流检测器、电压检测器和电池供电开关分别与锂电 池的正极相连，充电开关、电池供电开关和监控系统分别与电源正极相连，监控系统分别与 恒流恒压转换电路、电流检测器和电压检测器相连。监控系统根据电源供电状况、电流检测 器检测的充电电流和电压检测器检测的充电电压控制充电开关的通断。将上述充电开关由恒流恒压转换电路代替可实现对锂电池恒流恒压充电。恒流恒 压转换电路内部包含一个充电开关，此开关的通断由监控系统来控制，恒流恒压转换电路 共有三种输出状态，当内部充电开关打开时，有两种输出状态一种为恒流输出状态、一种 为恒压输出状态；当内部充电开关关闭时为低压输出状态，恒流恒压转换电路则根据自身 检测的电池电压的大小来决定采用恒压还是恒流充电。本发明的锂电池充电管理电路的具体工作过程如下监控系统判断电源工作状态，如果电源供电正常，监控系统实时监测电流检测器 和电压检测器，如果电流检测器的数据小于充电电流上限且大于充电电流下限，表明电池 电量不足，则监控系统打开恒流恒压转换电路的充电开关，此时，锂电池处于充电状态，恒 流恒压转换电路自行检测电池电压，如果电池电压低于充电电压上限，则进行恒流充电；如 果电池电压已经到达了充电电压上限，则进行恒压充电；如果电流检测器的数据小于锂电 池充电电流下限，则表示锂电池已经充满，这种情况下，监控系统将关闭恒流恒压转换电路 中的充电开关。如果电流检测器数据大于充电电流上限，且电压检测器的数据小于电池电 压下限，则表示电池已经损坏，此时，监控系统将关闭恒流恒压转换电路中的充电开关，并 在需要时上报电池故障给远程的管理中心。如果电源供电断开，电池供电开关自然打开，此时，电池处于供电状态，锂电池给指定的系统供电，比如给监控系统供电。实施例二 如图2所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例还包括电池过放保 护电路，电池供电开关、恒流恒压转换电路、电流检测器和电压检测器分别与电池过放保护 电路的输出端相连，锂电池正极与此电池过放保护电路的输入端相连。当电池处于供电过 程中，电池电压下降到指定下限即放电电压下限时，电池过放保护电路将切断电池的供电， 以防止电池电量耗尽导致无法再充电的情况。本发明的锂电池充电管理方法，根据锂电池的充电电流、充电电压控制充电电路 的通断并判断锂电池是否出现故障，根据电池电压控制充电状态和供电状态，下面结合具 体实施例和附图进一步解释本发明。实施例一本发明的锂电池充电管理方法，如图3所示，包括以下步骤步骤101.检测电源供电状况，若正常则进入步骤102，若异常则进入步骤106 ；步骤102.检测锂电池的充电电流和充电电压，若锂电池的充电电流小于锂电池 的充电电流下限，则进入步骤103 ；若锂电池的充电电流大于锂电池的充电电流上限且锂 电池的充电电压小于锂电池的电池电压下限，则进入步骤104 ；若锂电池的充电电流大于 锂电池的充电电流下限且小于锂电池的充电电流上限，则进入步骤105 ；步骤103.断开锂电池的充电电路；步骤104.断开锂电池的充电电路；步骤105.对锂电池进行充电；步骤106.打开锂电池的供电电路。本实施例根据锂电池充电电流和充电电压的大小判断锂电池是否需要充电或是 否出现故障，当锂电池的充电电流小于充电电流下限时，说明电池已满，此时停止对锂电池 充电，当锂电池的充电电流大于充电电流下限且小于充电电流上限时，说明锂电池电量不 足，此时对锂电池进行充电，当锂电池的充电电流大于充电电流上限且充电电压小于电池 电压下限时，说明锂电池已损坏，此时断开锂电池的充电电路并在需要时上报锂电池故障 至管理中心。实施例二 将实施例一的步骤101-106依次作为本实施例的步骤201-206，如图4所示，本实 施例与实施例一的不同之处在于，本实施例在实施例一的步骤105之后还包括步骤步骤207.检测锂电池的电池电压，与锂电池充电电压上限比较大小，若锂电池的 电池电压小于锂电池的充电电压上限，则进入步骤208，若锂电池的电池电压等于锂电池的 充电电压上限，则进入步骤209 ；步骤208.对锂电池进行恒流充电；步骤209.则对锂电池进行恒压充电。在实施例一的步骤106之后还包括步骤步骤210.检测锂电池的电池电压，与锂电池的放电电压下限比较大小，若锂电池 的电池电压小于锂电池的放电电压下限，则进入步骤211 ；步骤211.断开锂电池的供电电路。
本实施例与实施例一相比，增加的步骤是步骤207、208、209、210和211。将本发明的锂电池充电管理方法应用在本发明的锂电池充电管理电路中，即可实 现对锂电池充电的管理。本发明的直放站，包括电源、锂电池和串联于所述电源正极和锂电池正极之间的 锂电池充电管理电路，锂电池充电管理电路根据电源供电状况、锂电池的充电电流和充电 电压来控制锂电池充电电路的通断。其中的锂电池充电管理电路是本发明的锂电池充电管理电路实施例一、二中的任 一实施例，将采用了本发明锂电池充电管理方法的本发明锂电池充电管理电路应用在本发 明的直放站中，即可实现对直放站中锂电池充电的管理。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。
权利要求
一种锂电池充电管理电路，其特征在于，包括分别与锂电池正极相连的充电开关、电流检测器、电压检测器和电池供电开关，及分别与所述充电开关、电流检测器和电压检测器相连的监控系统，所述电池供电开关、充电开关和监控系统分别与电源正极相连，所述监控系统根据电源供电状况、电流检测器检测的锂电池的充电电流和电压检测器检测的锂电池的充电电压来控制所述充电开关的通断。
2.根据权利要求1所述的锂电池充电管理电路，其特征在于，在所述监控系统检测到 电源供电正常的前提下，所述监控系统若监测到所述电流检测器的读数小于锂电池的充电 电流上限且大于锂电池的充电电流下限则打开所述充电开关；所述监控系统若监测到所述 电流检测器的读数小于锂电池的充电电流下限则关闭所述充电开关；所述监控系统若监测 到所述电流检测器的读数大于锂电池的充电电流上限且所述电压检测器的读数小于锂电 池的电池电压下限则关闭所述充电开关。
3.根据权利要求2所述的锂电池充电管理电路，其特征在于，所述监控系统若监测到 所述电流检测器的读数大于锂电池的充电电流上限且所述电压检测器的读数小于锂电池 的电池电压下限，则在关闭所述电池充电开关的同时还上报电池故障至管理中心。
4.根据权利要求1或2或3所述的锂电池充电管理电路，其特征在于，所述充电开关由 恒流恒压转换电路来实现，所述恒流恒压转换电路检测锂电池的电池电压，若锂电池的电 池电压小于锂电池的充电电压上限则对锂电池进行恒流充电，若锂电池的电池电压等于锂 电池的充电电压上限则对锂电池进行恒压充电。
5.根据权利要求4所述的锂电池充电管理电路，其特征在于，还包括电池过放保护电 路，所述电池过放保护电路输入端与锂电池正极相连，输出端分别与所述恒流恒压转换电 路、电流检测器、电压检测器和电池供电开关相连。
6.一种锂电池充电管理方法，其特征在于，包括以下步骤检测电源供电状况，若异常则打开锂电池的供电电路，若正常则检测锂电池的充电电 流和充电电压，若锂电池的充电电流小于锂电池的充电电流下限，则断开锂电池的充电电 路；若锂电池的充电电流大于锂电池的充电电流上限且锂电池的充电电压小于锂电池的电 池电压下限，则断开锂电池的充电电路；若锂电池的充电电流大于锂电池的充电电流下限 且小于锂电池的充电电流上限，则打开锂电池的充电电路。
7.根据权利要求6所述的锂电池充电管理方法，其特征在于，在所述步骤若锂电池的充电电流大于锂电池的充电电流上限且锂电池的充电电压小 于锂电池的电池电压下限则断开锂电池的充电电路的同时上报电池故障至管理中心；和/或在所述步骤打开锂电池的充电电路之后还包括步骤检测锂电池的电池电压，若锂电池的电池电压小于锂电池的充电电压上限，则对锂电 池进行恒流充电；若锂电池的电池电压等于锂电池的充电电压上限，则对锂电池进行恒压 充电。
8.根据权利要求6或7所述的锂电池充电管理方法，其特征在于，在所述步骤打开锂电 池的供电电路之后还包括步骤检测锂电池的电池电压，若锂电池的电池电压小于锂电池的放电电压下限，则断开锂 电池的供电电路。
9.一种直放站，包括电源和锂电池，其特征在于，还包括串联于所述电源正极和锂电池 正极之间的锂电池充电管理电路，用于根据电源供电状况、锂电池的充电电流和充电电压 来控制锂电池充电电路的通断。
10.根据权利要求9所述的直放站，其特征在于，所述锂电池充电管理电路为权利要求 1-5任一项所述的锂电池充电管理电路。
全文摘要
本发明公开了一种锂电池充电管理电路，由于监控系统根据充电电流和充电电压的大小控制恒流恒压转换电路的通断并判断锂电池是否出现故障，避免了锂电池过充、实现了实时故障判决和对锂电池的恒流恒压充电；本发明还公开了一种锂电池充电管理方法，根据锂电池的充电电流和充电电压来控制锂电池充电电路的通断并判断锂电池是否出现故障，防止了锂电池过充并实现了实时故障判决，由于对充电状态的控制，实现了对锂电池的恒流恒压充电；本发明还公开了一种直放站，采用上述锂电池充电管理电路，应用上述锂电池充电管理方法，实现了对锂电池的恒流恒压充电和实时故障判决，延长了锂电池的使用寿命。
文档编号H02J7/00GK101917037SQ20101024560
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者刘大能 申请人:京信通信系统(中国)有限公司