专利名称：充电电池保护装置和不间断电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子电路技术领域，特别涉及一种充电电池保护装置和不间断电源系统。
背景技术：
在通信设备中有很多地方要求用不间断电源(uninterrupted power supply,UPS)，比如对重要数据的保存、提供实时时钟等，但是通信设备由于体积、应用场合等一些要求，不会采用单独的不间断电源。目前通信设备中需要用到不间断电源的地方，是根据需要自行设计不间断电源电路，这些电路一般是由外接电源和备用电池组成，备用电池一般采用可充电的充电电池，例如镍氢电池。在有外接电源时，不间断电源选择外接电源输出给负载，同时对充电电池进行充电；在外接电源断开时，不间断电源选择充电电池输出给负载。充电电池的寿命与电池的充放电息息相关，过充电和过放电都会使得电池的寿命减短。而目前通信设备中的不间断电源使用充电电池时，并没有考虑充电电池过充电和过放电的情况。这样通信设备如果长期接入外接电源，则镍氢就会出现过充电；反之如果长期没有使用时，充电电池又会出现过放电。两者都会使用得充电电池的使用寿命大大受损，严重情况下甚至使得充电电池损坏而不能再充电。
实用新型内容本实用新型的主要目的为提供一种防止充电电池过充电和过放电的充电电池保护装置和不间断电源系统。本实用新型提出一种充电电池保护装置，与外接电源和充电电池连接，包括充放电保护模块和电源选择模块，所述电源选择模块的电源电压端连接所述外接电源的第一输出端，所述电源选择模块的电池电压端连接所述充电电池的正极，所述电源选择模块的电压输出端输出工作电压；所述外接电源的第二输出端连接所述充放电保护模块的输入端，所述充放电保护模块的第一端连接所述充电电池的正极，所述充放电保护模块的第二端连接所述充电电池的负极，所述充放电保护模块的接地端接地。优选地，所述电源选择模块包括电源管理集成电路和第一二极管，所述电源管理集成电路的电源电压端连接所述外接电源的第一输出端，所述电源管理集成电路的电池电压端连接所述第一二极管负极，所述第一二极管正极连接所述充电电池的正极，所述电源管理集成电路的电压输出端输出工作电压。优选地，所述充放电保护模块包括充电保护单元和放电保护单元，所述外接电源的第二输出端连接所述充电保护单元的输入端，所述充电保护单元的输出端连接所述充电电池的正极；所述放电保护单元的第一端连接所述充电电池的正极，所述放电保护单元的第二端连接所述充电电池的负极，所述放电保护单元的接地端接地。优选地，所述充电保护单元包括第二二极管、第三二极管和第一电阻，所述第二二极管正极作为所述充电保护单元的输入端连接所述外接电源的第二输出端，所述第二二极管负极连接所述第三二极管正极，所述第三二极管负极连接所述第一电阻一端，所述第一电阻另一端作为所述充电保护单元的输出端连接所述充电电池的正极。优选地，所述放电保护单元包括第二电阻、第三电阻和场效应管，所述第二电阻一端作为所述放电保护单元的第一端连接所述充电电池的正极，所述第二电阻另一端经第三电阻连接所述场效应管的源极，所述场效应管的栅极连接在所述第二电阻和第三电阻的节点之间，所述场效应管的漏极作为所述放电保护单元的第二端连接所述充电电池的阴极，所述场效应管的源极作为所述放电保护单元的接地端接地。优选地，所述场效应管为MOS管。优选地，所述放电保护单元包括第二电阻、第三电阻和三极管，所述第二电阻一端作为所述放电保护单元的第一端连接所述充电电池的正极，所述第二电阻另一端经第三电阻连接所述三极管的发射极，所述三极管的基极连接在所述第二电阻和第三电阻的节点之间，所述三极管的集电极作为所述放电保护单元的第二端连接所述充电电池的阴极，所述三极管的发射极作为所述放电保护单元的接地端接地。本实用新型还提出一种不间断电源系统，与外接电源连接，包括充电电池，还包括充电电池保护装置，该充电电池保护装置与外接电源和充电电池连接，包括充放电保护模块和电源选择模块，所述电源选择模块的电源电压端连接所述外接电源的第一输出端，所述电源选择模块的电池电压端连接所述充电电池的正极，所述电源选择模块的电压输出端输出工作电压；所述外接电源的第二输出端连接所述充放电保护模块的输入端，所述充放电保护模块的第一端连接所述充电电池的正极，所述充放电保护模块的第二端连接所述充电电池的负极，所述充放电保护模块的接地端接地。优选地，所述充电电池为镍氢电池。本实用新型在有外接电源时，关断充电电池的放电回路，保留充电电池的电量；在未接外接电源时，选择充电电池对负载供电，确保负载供电不间断；同时，有效防止充电电池过充电和过放电,延长充电电池的使用寿命。
图1为本实用新型充电电池保护装置第一实施例的结构示意图；图2为本实用新型充电电池保护装置第二实施例的结构示意图；图3为本实用新型充电电池保护装置第三实施例的电路简图；图4为本实用新型充电电池保护装置第四实施例的电路简图。本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。如图1所示，图1为本实用新型充电电池保护装置第一实施例的结构示意图，本实施例提出的充电电池保护装置10，与外接电源20和充电电池30连接，充电电池保护装置10包括充放电保护模块11和电源选择模块12，电源选择模块12的电源电压端连接外接电源20的第一输出端，电源选择模块12的电池电压端连接充电电池30的正极，电源选择模块12的电压输出端输出工作电压；外接电源20的第二输出端连接充放电保护模块11的输入端，充放电保护模块11的第一端连接充电电池30的正极，充放电保护模块11的第二端连接充电电池30的负极，充放电保护模块11的接地端接地。本实施例的电源选择模块12的电压输出端与通信设备中需要不间断电源供电的负载的电压输出端连接，在电源选择模块12中设置有选择阈值电压。当电源选择模块12检测到外接电源20的第一输出端输出的第一电源电压大于或等于选择阈值电压时，电源选择模块12选择外接电源20作为负载的供电电源,将外接电源20的第一输出端输出的第一电源电压作为工作电压，输出至与电源选择模块12的电压输出端相接的负载；当电源选择模块12检测到外接电源20的第一输出端输出的第一电源电压小于选择阈值电压时，电源选择模块12选择充电电池30作为负载的供电电源,将充电电池30输出的电池电压作为工作电压，输出至与电源选择模块12的电压输出端相接的负载。本实施例通过电源选择模块12实现输出工作电压的选择，在有外接电源20时，选择外接电源20对负载供电，并关断作为备用电源的充电电池30，保留充电电池30的电量；在未接外接电源20时，选择充电电池30对负载供电,确保负载供电不间断。本实施例中，当外接电源20向充电电池30充电时，外接电源20的第二输出端输出的第二电源电压经充放电保护模块11输出至充电电池30，当充电电池30中电压值大于或等于充电阈值电压时，说明充电电池30已经充满，充放电保护模块11关断充电回路，夕卜接电源20停止对充电电池30充电，有效防止充电电池30过充电，延长充电电池30的使用寿命。本实施例中，当充电电池30向负载放电时，充放电保护模块11同时对充电电池30的电量进行监测，当充电电池30中电压值小于放电阈值电压时，充放电保护模块11关断放电回路，充电电池30停止向负载放电，有效防止充电电池30过放电，延长充电电池30的使
用寿命。如图2所示，图2为本实用新型充电电池保护装置第二实施例的结构示意图。充放电保护模块11包括充电保护单元111和放电保护单元112，外接电源20的第二输出端连接充电保护单元111的输入端，充电保护单元111的输出端连接充电电池30的正极；放电保护单元112的第一端连接充电电池30的正极，放电保护单元112的第二端连接充电电池的30负极，放电保护单元112的接地端接地。本实施例中，当外接电源20向充电电池30充电时，外接电源20的第二输出端输出的第二电源电压经充电保护单元111输出至充电电池30，当充电保护单元111监测到充电电池30中电压值大于或等于充电阈值电压时，说明充电电池30已经充满，充电保护单元111关断充电回路，外接电源20停止对充电电池30充电，有效防止充电电池30过充电，延长充电电池30的使用寿命。当充电电池30向负载放电时，放电保护单元112对充电电池30的电量进行监测，当充电电池30中电压值小于放电阈值电压时，放电保护单元112关断放电回路，充电电池30停止向负载放电，有效防止充电电池30过放电，延长充电电池30的使用寿命。如图3所示，图3为本实用新型充电电池保护装置第三实施例的电路简图。在选择回路中，电源选择模块12包括电源管理集成电路121和第一二极管D1，电源管理集成电路121的电源电压端VCC连接外接电源20的第一输出端，电源管理集成电路121的电池电压端VBATT连接第一二极管Dl负极，第一二极管Dl正极连接充电电池30的正极，电源管理集成电路121的电压输出端VOUT输出工作电压。本实施例的外接电源20的第一输出端输出3. 3V电压，当电源管理集成电路121检测到VCC端大于或等于选择阈值电压时，选择VCC端的3. 3V电压作为VOUT端输出的工作电压向负载供电，并关断充电电池30，保留充电电池30的电量；当电源管理集成电路121检测到VCC端小于选择阈值电压时，选择VBATT端的电池电压作为VOUT端输出的工作电压向负载供电，确保负载供电不间断。在充电回路中，充电保护单元111包括第二二极管D2、第三二极管D3和第一电阻R1，其中，第一电阻Rl作为限流电阻，第二二极管D2正极作为充电保护单元111的输入端连接外接电源20的第二输出端，第二二极管D2负极连接第三二极管D3正极，第三二极管D3负极连接第一电阻Rl —端，第一电阻Rl另一端作为充电保护单元111的输出端连接充电电池30的正极。本实施例采用饱和电压为3. 6V的镍氢电池作为充电电池30。当有外接电源20时，外接电源20的第二输出端输出5V电压对充电电池30充电。5V电压经过第二二极管D2、第三二极管D3和第一电阻Rl后会有一定的压降。由于镍氢电池的饱和电压为3. 6V，因此，当充电电池30两端电压低于3. 6V时，则说明充电电池30未充满，此时第二二极管D2和第三二极管D3两端间的压差大于1. 4V，第二二极管D2和第三二极管D3导通，继续充电；当充电电池30的两端电压高于3. 6V时，说明充电电池30已充满，这时第二二极管D2和第三二极管D3两端的压差小1. 4，第二二极管D2和第三二极管D3截止，充电回路关断，停止对充电电池30充电，达到防止对充电电池30过充电的目的，延长充电电池30的使用寿命。在放电回路中，放电保护单元112包括第二电阻R2、第三电阻R3和场效应管Q1，其中，第二电阻R2 —端作为放电保护单元112的第一端连接充电电池30的正极，第二电阻R2另一端经第三电阻R3连接场效应管Ql的源极，场效应管Ql的栅极连接在第二电阻R2和第三电阻R3的节点之间，场效应管Ql的漏极作为放电保护单元112的第二端连接充电电池30的阴极，场效应管Ql的源极作为放电保护单元112的接地端接地。场效应管Ql为MOS管。本实施例采用第二电阻R2和第三电阻R3作为分压电阻对充电电池30两端的电压进行监测，第二电阻R2和第三电阻R3选择合适的电阻值，使得当充电电池30的电压值等于放电阀值电压时，第三电阻R3两端的电压值等于场效应管Ql的开启电压。当充电电池30的电压值大于或等于放电阀值电压时，场效应管Ql导通，充电电池30的放电回路导通，充电电池30持续放电；当充电电池30的电压值小于放电阀值电压时，场效应管Ql截止，充电电池30的放电回路关断，充电电池30停止放电，有效防止了充电电池30过放电，延长了充电电池30的使用寿命。此外，在充电电池保护装置首次接入外接电源20前，无论充电电池30的电压值是否达到放电阀值电压，场效应管Ql都是无法导通的，确保放电回路保持关断，避免因设备生产、周转周期较长造成的充电电池30电量的损耗以及过放电情况发生，进一步保护充电电池30，延长充电电池30使用寿命。如图4所示，图4为本实用新型充电电池保护装置第四实施例的电路简图。本实施例与图3所示实施例的区别在于，将场效应管Ql替换为三极管Q2，第二电阻R2 —端作为放电保护单元112的第一端连接充电电池30的正极，第二电阻R2另一端经第三电阻R3连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的基极连接在第二电阻R2和第三电阻R3的节点之间，三极管Q2的集电极作为放电保护单元112的第二端连接充电电池30的阴极，三极管Q2的发射极作为放电保护单元112的接地端接地。本实施例采用了三极管Q2替代场效应管Q1，将第二电阻R2和第三电阻R3选择合适的电阻值，使得当充电电池30的电压值等于放电阀值电压时，第三电阻R3两端的电压值等于三极管Q2的开启电压。当充电电池30的电压值大于或等于放电阀值电压时，三极管Q2导通，充电电池30的放电回路导通，充电电池30持续放电；当充电电池30的电压值小于放电阀值电压时，三极管Q2截止，充电电池30的放电回路关断，充电电池30停止放电，同样能够达到有效防止充电电池30过放电，延长充电电池30的使用寿命的目的。本实用新型还提出一种不间断电源系统，与外接电源连接，包括充电电池和充电电池保护装置，该充电电池保护装置与外接电源和充电电池连接，包括充放电保护模块和电源选择模块，电源选择模块的电源电压端连接外接电源的第一输出端，电源选择模块的电池电压端连接充电电池的正极，电源选择模块的电压输出端输出工作电压；外接电源的第二输出端连接充放电保护模块的输入端，充放电保护模块的第一端连接充电电池的正极，充放电保护模块的第二端连接充电电池的负极，充放电保护模块的接地端接地。该充电电池为镍氢电池。本实用新型的不间断电源系统包括的充电电池保护装置可包括前述图1至图4所示实施例中所有技术方案，其详细结构和工作原理可参照前述实施例，在此不做赘述。由于采用了前述充电电池保护装置的方案，本实用新型的不间断电源系统相对现有的不间断电源系统而言，可在有外接电源时，关断充电电池的放电回路，保留充电电池的电量；在未接外接电源时，选择充电电池对负载供电，确保负载供电不间断；同时，有效防止充电电池过充电和过放电，延长充电电池的使用寿命。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，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及附图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他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求1.一种充电电池保护装置，其特征在于，与外接电源和充电电池连接，包括充放电保护模块和电源选择模块，所述电源选择模块的电源电压端连接所述外接电源的第一输出端， 所述电源选择模块的电池电压端连接所述充电电池的正极，所述电源选择模块的电压输出端输出工作电压；所述外接电源的第二输出端连接所述充放电保护模块的输入端，所述充放电保护模块的第一端连接所述充电电池的正极，所述充放电保护模块的第二端连接所述充电电池的负极，所述充放电保护模块的接地端接地。
2.根据权利要求1所述的充电电池保护装置，其特征在于，所述电源选择模块包括电源管理集成电路和第一二极管，所述电源管理集成电路的电源电压端连接所述外接电源的第一输出端，所述电源管理集成电路的电池电压端连接所述第一二极管负极，所述第一二极管正极连接所述充电电池的正极，所述电源管理集成电路的电压输出端输出工作电压。
3.根据权利要求2所述的充电电池保护装置，其特征在于，所述充放电保护模块包括充电保护单元和放电保护单元，所述外接电源的第二输出端连接所述充电保护单元的输入端，所述充电保护单元的输出端连接所述充电电池的正极；所述放电保护单元的第一端连接所述充电电池的正极，所述放电保护单元的第二端连接所述充电电池的负极，所述放电保护单元的接地端接地。
4.根据权利要求3所述的充电电池保护装置，其特征在于，所述充电保护单元包括第二二极管、第三二极管和第一电阻，所述第二二极管正极作为所述充电保护单元的输入端连接所述外接电源的第二输出端，所述第二二极管负极连接所述第三二极管正极，所述第三二极管负极连接所述第一电阻一端，所述第一电阻另一端作为所述充电保护单元的输出端连接所述充电电池的正极。
5.根据权利要求4所述的充电电池保护装置，其特征在于，所述放电保护单元包括第二电阻、第三电阻和场效应管，所述第二电阻一端作为所述放电保护单元的第一端连接所述充电电池的正极，所述第二电阻另一端经第三电阻连接所述场效应管的源极，所述场效应管的栅极连接在所述第二电阻和第三电阻的节点之间，所述场效应管的漏极作为所述放电保护单元的第二端连接所述充电电池的阴极，所述场效应管的源极作为所述放电保护单元的接地端接地。
6.根据权利要求5所述的充电电池保护装置，其特征在于，所述场效应管为MOS管。
7.根据权利要求4所述的充电电池保护装置，其特征在于，所述放电保护单元包括第二电阻、第三电阻和三极管，所述第二电阻一端作为所述放电保护单元的第一端连接所述充电电池的正极，所述第二电阻另一端经第三电阻连接所述三极管的发射极，所述三极管的基极连接在所述第二电阻和第三电阻的节点之间，所述三极管的集电极作为所述放电保护单元的第二端连接所述充电电池的阴极，所述三极管的发射极作为所述放电保护单元的接地端接地。
8.一种不间断电源系统，与外接电源连接，包括充电电池，其特征在于，还包括如权利要求I至7任一项所述的充电电池保护装置。
9.根据权利要求8所述的不间断电源系统，其特征在于，所述充电电池为镍氢电池。
专利摘要本实用新型公开了一种充电电池保护装置和不间断电源系统，其中充电电池保护装置与外接电源和充电电池连接，包括充放电保护模块和电源选择模块，电源选择模块的电源电压端连接外接电源的第一输出端，电源选择模块的电池电压端连接充电电池的正极，电源选择模块的电压输出端输出工作电压；外接电源的第二输出端连接充放电保护模块的输入端，充放电保护模块的第一端连接充电电池的正极，充放电保护模块的第二端连接充电电池的负极，充放电保护模块的接地端接地。本实用新型有效防止充电电池过充电和过放电，延长充电电池的使用寿命。
文档编号H02J7/00GK202840605SQ201220489330
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者江楠, 陈焕民 申请人:中兴通讯股份有限公司