一种电池充放电管理模块的制作方法

本实用新型涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电池充放电管理模块。

背景技术：

不间断电源（UPS），是指将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。不间断电源在外部供应电力系统突然断电的情况下，仍能给负载供应电能，从而避免负载的损坏和资料的丢失。

现有的充电模块大多是给铅酸蓄电池充电的模块。然而，这类电池相对于锂离子电池或锂电池来说体积大，容量小，限制了其在便携式仪器上的应用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电池充放电管理模块，既可以同时给电池和负载供应电能，又可以将存储在电池的电能通过充放电管理模块给负载供应电能。

根据本发明的一方面，提供一种电池充放电管理模块，包括控制单元、与控制单元均相连的滤波单元、开关稳压单元和电子开关单元；其中：

所述滤波单元，用于滤除适配器输入电源的杂波和电磁干扰；

所述控制单元，用于发出指令控制对电池进行充电、放电及供电给负载的电源自动切换；

所述开关稳压单元，用于给所述负载的电源进行稳压转换及电源的关开；

所述电子开关单元，用于接收所述控制单元的指令对所述电池进行充电、或者放电给所述负载。

进一步的，所述电池充放电管理模块还包括与所述控制单元相连的电量监测单元，所述电量监测单元用于对所述电池的电量进行实时监测，并能将监测到的电池电量信息发送给所述控制单元以及所述负载。

进一步的，所述电池充放电管理模块还包括与所述控制单元相连的警示单元，所述警示单元用于根据所述控制单元的警示指令对所述电池的电池电量进行及时有效提醒。

进一步的，所述电池充放电管理模块还包括与所述开关稳压单元相连用于对所述负载进行保护的保护单元。

进一步的，所述电池充放电管理模块还包括与所述控制单元相连用于显示信息的显示单元。

进一步的，所述电池充放电管理模块还包括与所述控制单元相连用于存储的存储单元。

进一步的，当所述电池需要充电时，所述控制单元控制所述电子开关单元将所述电池与所述适配器连通给所述电池进行充电；当所述电池需要放电时，所述控制单元控制所述电子开关单元将所述电池与所述负载连通给所述负载供电。

进一步的，当所述电池需要充电时，所述控制单元控制所述电子开关单元将所述电池与所述适配器连通给所述电池进行充电，具体是指，当所述电量监测单元发出的电池电量信息低于预设的第一阀值时，所述控制单元控制所述电子开关单元将所述电池与所述适配器连通给所述电池进行充电。

进一步的，当所述电量监测单元监测到所述电池的电池电量信息低于预设的第三阀值时，所述控制单元控制所述警示单元发出警示提醒。

实施本实用新型电池充放电管理模块的上述技术方案，具有如下优点或有益效果：电池充放电管理模块，包括控制单元，与控制单元均相连的滤波单元、开关稳压单元、电子开关单元和电量监测单元；该电池充放电管理模块一方面可以实现在给电池充电的同时又能为负载提供电能；另一方面，开关稳压单元的设计，可以对负载的电源进行稳压转换及电源的关开。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，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他的附图，附图中：

图1是本实用新型第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

外部电力系统网络（或者电力网或电网）包括发电厂、变电站、电力线线等等。在正常状态中，电网通过适配器向负载和/或电池供应电能。然而，如果电网处于异常状态中，则电能可能不能从电网传输到电池和/或负载。负载30消耗从电网和/或电池供应的电能。例如，负载30可为各类便携式仪器、仪表及小功耗工控类设备。

不间断电源是被配置在电能中断或故障的情况下没有间断地立即供应电能的自动系统。如果从电网供应的电能的电压或频率变化或者来自电网的电力的供应被瞬间中断或改变，则不间断电源会稳定地供应电能，从而防止用电设备会因突然断电而造成的设备损坏或数据丢失或造成的其他损失。

目前，市场上存在着多类不间断电源的装置，然很少有具有锂电池或锂离子电池的不间断电源功能的电池充放电管理模块。电池充放电管理模块具有体积小、可适配多类电池和负载的特点。购买整套不间断电源的装置成本高，对于一些用户来说，外部的电力系统供电比较稳定，断电或发生故障的情况较少，因此提供一种成本相对较低，适配度高具有不间断电源功能的充放电管理模块尤为重要。

在外部电网正常的情况下，通过电池充放电管理模块连接通用适配器同时给电池和负载供应电能。而在断电或者电网发生故障时，电池所存储的电能可以通过该电池充放电管理模块供电给负载，从而维持运转。

参照图1，提出第一实施例。电池充放电管理模块100包括控制单元101、与控制单元101均相连的滤波单元102、开关稳压单元103、电子开关单元105、电量监测单元106，与开关稳压单元相连的保护单元104，与电子开关单元105相连的接口单元110。

具体的，接口单元110包括适配器接口单元、电池接口单元、负载接口单元，电池接口单元与电池连接，负载接口单元与负载连接，适配器接口单元与适配器连接。

在外部电力供应系统在正常情况下，通过适配器接口将电能输入给电池充放电管理模块100，其中滤波单元102用于滤除适配器20输入电源的杂波和电磁干扰。控制单元101通过控制电子开关单元105实现电池40的充电、放电模式。

当电池40需要充电时，控制单元101控制电子开关单元105将电池40与适配器20连通给电池40进行充电。当电池40需要放电时，控制单元101控制电子开关单元105将电池40与负载30之间的电路连通方便电池40给负载30供电。

具体的，从滤波单元102输入的电流经过控制单元101，由控制单元101通过两条电路同时将电流输向电池40和负载30。控制单元101控制电子开关单元105实现电池的充、放电。电子开关单元105使用的是单刀双控开关。也可以使用控制类开关。而控制单元101的电流输向负载30的电路之间无需设置开关，直接通过控制单元101输向开关稳压单元103，再输向保护单元104，最后输向负载30。

电量监测单元106对电池电量进行实时监测，对监测到的电池电量信息发送给控制单元101，并通过模拟口连接方式将监测到的电池电量传递给负载30，以便负载30能预估电量。如果监测到电池的电量不足以供应负载30所需要的工作时长，则方便工作人员及时判断出，并及早停止负载30工作或者找到替换的方法。需要注意的时，模拟口连接方式并不是固定的，可以选用I2C、RS485、RS232接口方式来替代，这些接口连接方式均能达到同样的效果。

当电量监测单元106发出的电池电量信息低于预设的第一阀值时，控制单元101控制电子开关单元105将电池40与适配器20连通给电池40进行充电。具体的，在外部电力供应正常情况下，当控制单元101接收电量监测单元106的电池电量低于预设第一阀值时，及时向电子开关单元105发出指令，控制电子开关单元105将电池40与适配器20连通，使电池40处于充电模式。第一阀值为电池容量的10%-30%。第一阀值也可以为电池容量的30%、20%、10%等。

在给电池供电时，首先以恒定电流的方式给电池充电，当电池电量达到了总容量的70%后，充电的方式将以恒定电流方式转为恒定电压的方式，这种方式的充电技术也被称为快充技术。同样，70%的总容量也可以达到80%。

当控制单元101接收到电池的电量等于预设的第二阀值时，向电子开关单元105发出指令，控制电子开关单元105将电池40与适配器20相连的电路断开，停止给电池充电。避免电池长期处于过饱和状态，而损害电池的使用寿命。所述第二阀值为电池容量的100%。

在外部电力供应系统出现断电或故障时，所述控制单元101向电子开关单元105发出指令，将电池40与向负载30之间的电路相连接，让电池40及时供电给负载30，避免因外部突然断电造成负载30本身的损害或造成资料、数据的丢失。

控制单元101还可以监视外部电力供应网和负载的状态，并且可根据监视的结果、算法（例如预设的算法）等来控制电子开关单元105的操作。控制单元101可监视外部电力供应网的电能故障的发生、电池的荷电状态、负载的电能消耗的量（或负载消耗的电能的量）、时间等。

输入的电流输向开关稳压单元103后，开关稳压单元103将输入电流的电压进行转换，转换后的电压适应外部连接的负载30所需的稳定电压，范围为3.3V-30V。还可以为5V、12V、24V等。经过开关稳压单元103后的电流，可进一步消除来自于市电电网的因电压波动、波形畸变、频率波动及干扰产生的影响，向负载30提供高质量的正弦波电源。

另外，由开关稳压单元103输出后的电流输向保护单元104，保护单元104可以在遇到电流过大或者短路等情况时采取保护动作，进一步的避免因电流过大或者短路等情况对负载30造成影响。用电的负载30可以为一些功率较小的电子设备如电脑、风扇、电饭锅时，接口单元可以设计为USB接口。对于一些功率较大的用电设备，如专用设备等，则接口单元可以使用连接线直接连接。

电池40可选用锂离子电池、锂电池、锂离子聚合物电池、蓄电池、钠离子电池中的任一种。而锂电池具体的可选用磷酸铁锂电池、三元聚合物锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池中的任一种。蓄电池具体的可选用镍氢蓄电池、铅酸蓄电池。电池既可以只有一个电池组也可以有多个电池组通过并联的方式组成电池40。

在第一实施例的基础上，提出第二实施例，所述电池充放电管理模块还包括与控制单元均相连的警示单元108、显示单元109、存储单元107。

警示单元108用于根据控制单元101的警示指令对电池40的电池电量进行及时有效提醒。显示单元109用于显示信息，信息包括电池电量信息。存储单元107用于存储控制单元接收的数据，数据包括电池电量信息、各类负载的端口信息。警示单元108也可以设置为警报器，当电池电量低于总电池容量的10%时，控制单元101向警示单元108发出警示指令，警报器发出警报声音提醒工作人员电池电量不足。

当电量监测单元106监测到所述电池40的电池电量信息低于预设的第三阀值时，控制单元101控制警示单元108发出警示提醒。具体的，警示单元108可以设计为具有不同颜色的信号指示灯，如绿色指示灯为电池电量充足，红色指示灯为电池电量较低。第三阀值为电池电量低于总电池容量的10%。当电池电量低于10%时，控制单元101将会控制警示单元108点亮红灯指示灯，以达到将电池电量信息通知操作人员的目的。

在断电的情况下，所述控制单元101接收到电池的电量低于第四阀值时，控制警示单元108向负载30发出警示，避免因供电不足而造成损失。第四阀值为维持负载所必须的工作时长的电量。所述工作设备必须的工作时长为尽可能的降低因工作设备突然断电而造成的损失所采取的措施所需时长。如负载30为手提电脑，要想避免因突然断电带来的损失，需要将工作文档等及时保存，将所进行的任务按照正常程序关闭，那么电池所剩的电量就必须高于维持电脑运行5min所需电量。在电池电量达到第四阀值时，控制单元101接收到电量数字指示单元传回的信息将控制警示单元108向电脑的系统发出警示，提醒工作人员。

显示单元109实时动态的显示控制单元101接收到电量监测单元106传送的电池电量信息，更直观的使用户了解电池电量，显示方式可以选用数字模式、图形模式等。如数字模式显示存储的电池电量为78%。图形模式可以设置为一小长方形，当电池电量为100%时，小长方形内部的绿色填满整个小长方形，而随着电池电量的减少，填充的空间会随着缩小。另外，显示单元109也可以显示控制单元101接收到的负载30的信息，如工作的功率，以及经过算法后，所存储的电池电量能供应负载30的时长。

储存单元107用来存储不同负载30的端口数据，方便适配不同的负载30。不同的负载设备端口有不同的数据信息，设置存储单元107，便于储存与电池充放电管理模块所连接过的负载30端口数据，下次再使用的同类的负载设备时，就可以省去端口配置的时间，相当于自动识别的功能。还可以存储获取的负载设备信息，如功率。另外，储存单元107也用来存储控制单元101接收到的电量监测单元106实时发送的电池的电量数据，储存后方便控制单元101通过算法计算从电池40的储存电池量供电给负载30可以供应的时长。

实施例仅是一个特例，并不表明本实用新型就这样一种实现方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。