一种锂电池管理系统的充放电保护电路和锂电池管理系统的制作方法

本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种锂电池管理系统的充放电保护电路和锂电池管理系统。

背景技术：

由于锂电池体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压、自放电率低等优点，手机、摄像机、电动车、蓝牙设备等越来越多的产品开始采用锂电池作为主电源。

锂电池因能量密度高，在充放电过程中存在一定的风险。当锂电池在过度充电状态下，锂电池的温度升高后导致锂电池内部的电解液分解产生气体，使得锂电池内部压力增大而破裂或着火。反之，在过度放电的状态下，电解液因分解导致锂电池的充放电特性及耐久性劣化，降低锂电池的充电次数。很多劣质的锂电池充电管理系统设计不合理，会导致锂电池处于过充或过放状态下发生危险，安全可靠性较低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种锂电池管理系统的充放电保护电路和锂电池管理系统，以实现锂电池的充放电保护。

第一方面，本发明实施例提供了一种锂电池管理系统的充放电保护电路，包括：第一电源电路、启动电路、dc/dc变换电路、控制电路和电流反馈电路；所述第一电源电路包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一电源电路的输入端接入交流电压，所述第一电源电路用于将所述交流电压转换为直流电压并从其输出端输出；

所述启动电路包括输入端和输出端，所述控制电路包括电源端、控制端和第一输入端，所述启动电路的输入端与所述第一电源电路的第一输出端电连接，所述启动电路的输出端与所述控制电路的电源端电连接；

所述dc/dc变换电路包括输入端、输出端和控制端，所述dc/dc变换电路的输入端与所述第一电源电路的第二输出端电连接，所述dc/dc变换电路的控制端与所述控制电路的控制端电连接，所述dc/dc变换电路的输出端与所述锂电池电连接；

所述电压反馈电路包括输入端和输出端，所述电压反馈电路的输入端与所述dc/dc变换电路的输出端电连接，所述电压反馈电路的输出端与所述控制电路的第一输入端电连接，所述电压反馈电路用于将采集到的所述dc/dc变换电路的输出电压反馈至所述控制电路，所述控制电路用于根据所述dc/dc变换电路的输出电压调节输出至所述dc/dc变换电路输入端的驱动控制信号。

可选的，该锂电池管理系统的充放电保护电路还包括电流反馈电路，所述控制电路还包括第二输入端；

所述电流反馈电路包括输入端和输出端，所述电流反馈电路的输入端与所述锂电池的输出端电连接，所述电流反馈电路的输出端与所述控制电路的第二输入端电连接。

可选的，所述控制电路包括控制芯片，所述控制芯片包括电源端、信号输出端、电流取样端和电压反馈端；

所述控制芯片的电源端与所述启动电路的输出端电连接，所述控制芯片的信号输出端与所述dc/dc变换电路的控制端电连接，所述控制芯片的电流取样端与所述电流反馈电路的输出端电连接，所述控制芯片的电压反馈端与所述电压反馈电路的输出端电连接。

可选的，所述控制电路还包括驱动电路；

所述驱动电路包括输入端和输出端，所述驱动电路的输入端与所述控制芯片的信号输出端电连接，所述驱动电路的输出端与所述dc/dc变换电路的控制端电连接；

所述驱动电路包括第一电容、第一变压器、第一电阻，所述第一变压器包括原边和副边；所述第一电容的第一端与所述控制芯片的信号输出端电连接，所述第一电容的第二端与所述第一变压器原边的第一端电连接，所述第一变压器原边的第二端接地，所述第一变压器副边通过第一电阻与所述dc/dc变换电路的控制端电连接。

可选的，所述dc/dc变换电路包括晶体管、电感、第二电容、第一二极管和第二二极管；

所述晶体管的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第一电阻的第一端与所述第一变压器副边的第一端电连接，所述第一变压器副边的第二端与所述晶体管的第三端电连接，所述晶体管的第二端与所述第一电源电路的第二输出端电连接；

所述电感的第一端与所述晶体管的第三端电连接，所述电感的第二端与所述锂电池的输入端电连接，所述第二电容的第一端与所述电感的第二端电连接，所述第二电容的第二端接地；

所述第一二极管的第一端和所述第二二极管的第一端分别与所述电感的第一端电连接，所述第一二极管的第二端和所述第二二极管的第二端接地。

可选的，所述电流反馈电路包括第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述第二电阻的第一端与所述锂电池的输出端电连接，所述第二电阻的第二端通过所述第三电阻与所述控制芯片的电流取样端电连接，所述第四电阻的第一端与所述第二电阻的第二端电连接，所述第四电阻的第二端接地。

可选的，所述电压反馈电路包括第三二极管、第五电阻、第六电阻和第三电容；

所述第三二极管的第一端与所述电感的第二端电连接，所述第三二极管的第二端通过第五电阻与所述控制芯片的电压反馈端电连接，所述第三电容第一端与所述控制芯片的电压反馈端电连接，所述第三电容的第二端接地，所述第六电阻与所述第三电容并联。

可选的，该锂电池管理系统的充放电保护电路还包括第二电源电路；

所述第二电源电路包括第二变压器、第四二极管和第七电阻，所述第二电压器包括原边和副边；

所述第二变压器的原边的第一端与所述晶体管的第三端电连接，所述第二变压器的原边的第二端与所述电感的第一端电连接，所述第二电压器的副边的第一端与所述第四二极管的第一端电连接，所述第四二极管的第二端通过第七电阻与所述控制芯片的电源端电连接，所述第二电压器的副边的第二端接地。

可选的，该锂电池管理系统的充放电保护电路还包括显示电路，所述显示电路与所述控制电路的第三输入端电连接，所述显示电路用于显示所述锂电池的充放电参数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种锂电池管理系统，包括本发明任意实施例所提供的锂电池管理系统的充放电保护电路。

本发明实施例通过启动电路开启控制电路，控制电路输出驱动信号控制dc/dc变换电路完成能量的传递和变换，电压反馈电路通过采集dc/dc变换电路的输出电压，并将输出电压反馈至控制模块，控制模块根据接收到的输出电压确定锂电池的充电状态，并通过改变dc/dc变换电路的驱动信号来控制锂电池充电回路的通断。本发明实施例提供的技术方案通过采用电压反馈模块采集dc/dc变换电路的输出电压并输出至控制电路，控制电路通过改变输出至dc/dc变换电路的驱动信号调节锂电池充电回路输出电压的稳定。且本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路结构简单，能够极大降低系统的开发成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。参考图1，本发明实施例提供的一种锂电池管理系统的充放电保护电路包括：第一电源电路10、启动电路20、dc/dc变换电路30、控制电路40和电流反馈电路50；

第一电源电路10包括输入端a1、第一输出端a2和第二输出端a3，第一电源电路10的输入端a1接入交流电压，第一电源电路10用于将交流电压转换为直流电压并从其输出端输出；

启动电路20包括输入端b1和输出端b2，控制电路40包括电源端e1、控制端e2和第一输入端e3，启动电路20的输入端b1与第一电源电路10的第一输出端a2电连接，启动电路20的输出端b2与控制电路40的电源端e1电连接；

dc/dc变换电路30包括输入端f1、输出端f3和控制端f2，dc/dc变换电路30的输入端f1与第一电源电路10的第二输出端a3电连接，dc/dc变换电路30的控制端f2与控制电路40的控制端e2电连接，dc/dc变换电路30的输出端f3与锂电池60的输入端h1电连接；

电压反馈电路50包括输入端g1和输出端g2，电压反馈电路50的输入端g1与dc/dc变换电路30的输出端f3电连接，电压反馈电路50的输出端g2与控制电路40的第一输入端e3电连接，电压反馈电路50用于将采集到的dc/dc变换电路30的输出电压反馈至控制电路40，控制电路40用于根据dc/dc变换电路30的输出电压调节输出至dc/dc变换电路30输入端f2的驱动控制信号。

具体的，第一电源电路10用于将其输入端a1输入的交流电压转换为直流电压，分别从其第一输出端a2和第二输出端a3输出至启动电路20和dc/dc变换电路30，为dc/dc变换电路30提供电源电压。示例性的，第一电源电路10可以包括整流器。启动电路20用于将第一电源电路10第一输出端a2输出的电压转换为控制电路40所匹配的电压，以为控制电路40提供开启电压。控制电路40正常工作后，输出驱动信号至dc/dc变换电路30，dc/dc变换电路30根据接收到的驱动信号输出稳定的直流电压为锂电池60充电。当dc/dc变换电路30的输出电压过高或过低时，通过电压反馈电路50采集dc/dc变换电路30的输出电压并输出至控制电路40，控制电路40根据dc/dc变换电路30的输出电压的大小来调节其输出的驱动信号，以使dc/dc变换电路30的输出电压稳定的为锂电池60充电。

本发明实施例通过启动电路开启控制电路，控制电路输出驱动信号控制dc/dc变换电路完成能量的传递和变换，电压反馈电路通过采集dc/dc变换电路的输出电压，并将输出电压反馈至控制模块，控制模块根据接收到的输出电压确定锂电池的充电状态，并通过改变dc/dc变换电路的驱动信号来控制锂电池充电回路的充电电压的大小。本发明实施例提供的技术方案通过采用电压反馈模块采集dc/dc变换电路的输出电压并输出至控制电路，控制电路通过改变输出至dc/dc变换电路的驱动信号调节锂电池充电回路输出电压的稳定，实现对锂电池管理系统的充电保护。且本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路结构简单，能够极大降低系统的开发成本。

可选的，图2为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。参考图2，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路还包括：电流反馈电路70，控制电路40还包括第二输入端e4；

电流反馈电路70包括输入端i1和输出端i2，电流反馈电路70的输入端i1与锂电池60的输出端h2电连接，电流反馈电路70的输出端i2与控制电路40的第二输入端e4电连接。

具体的，当锂电池60处于放电状态时，通过电流反馈电路70采集锂电池60的输出电流，当锂电池60发生过流或短路时，控制电路40通过接收到电流反馈电路70采集到的锂电池60的输出电流，停止输出驱动信号，以关断锂电池60的充电回路。且电流反馈电路70和电压反馈电路50构成电压电流双闭环控制，即在电压闭环控制中加入峰值电流反馈控制，通过控制电路40实现对锂电池60的充电回路的关断或导通。能够有效的保护锂电池60在充电和/或放电过程中锂电池的安全，提高了锂电池管理系统的可靠性。

可选的，图3为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。参考图3，在上述实施例的基础上，控制电路40包括控制芯片u1，控制芯片u1包括电源端1、信号输出端2、电流取样端3和电压反馈端4；

控制芯片u1的电源端1与启动电路20的输出端b2电连接，控制芯片u1的信号输出端2与dc/dc变换电路30的控制端f2电连接，控制芯片u1的电流取样端3与电流反馈电路70的输出端i2电连接，控制芯片u1的电压反馈端4与电压反馈电路50的输出端g2电连接。

具体的，控制芯片u1可以为uc3845a，用于控制dc/dc变换电路30的通断状态。启动电路20将第一电源电路10输出的电压转换为控制芯片u1的电源端1所匹配的电压，以启动控制芯片u1。控制芯片u1的信号输出端2输出驱动信号至dc/dc变换电路30，dc/dc变换电路30输出直流电压为锂电池充电。电压反馈电路50采集dc/dc变换电路30输出的充电电压，电流反馈电路70采集锂电池60的输出电流，控制芯片u1通过检测dc/dc变换电路30的输出电压和锂电池60的输出电流，控制其输出的驱动信号的占空比，以调节dc/dc变换电路30输出至锂电池60的充电电压，使得锂电池60的充电电压保持稳定。当锂电池60过流或短路时，控制芯片u1停止输出驱动信号，控制锂电池60的充电回路断开，以保护锂电池60的不正常放电对负载造成的损害。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图3，控制电路40还包括驱动电路410；

驱动电路410包括输入端和输出端，驱动电路410的输入端与控制芯片u1的信号输出端2电连接，驱动电路410的输出端与dc/dc变换电路30的控制端f2电连接；

驱动电路410包括第一电容c1、第一变压器t1、第一电阻r1，第一变压器t1包括原边l1和副边l2；第一电容c1的第一端与控制芯片u1的信号输出端2电连接，第一电容c1的第二端与第一变压器t1原边l1的第一端电连接，第一变压器t1原边l1的第二端接地，第一变压器t1副边l2通过第一电阻r1与dc/dc变换电路30的控制端f2电连接。

具体的，驱动电路410用于将控制芯片u1的信号输出端2输出的驱动信号经第一变压器t1改变驱动电压后驱动dc/dc变换电路30正常工作，且第一变压器t1还起到电气隔离的作用，防止控制芯片u1产生的脉冲杂波对dc/dc变换电路30造成干扰。

可选的，图4为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。参考图4，在上述实施例的基础上，dc/dc变换电路30包括晶体管q、电感l、第二电容c2、第一二极管d1和第二二极管d2；

晶体管q的第一端与第一电阻r1的第二端电连接，第一电阻r1的第一端与第一变压器t1副边l2的第一端电连接，第一变压器t1副边l1的第二端与晶体管q的第三端电连接，晶体管q的第二端与第一电源电路10的第二输出端a3电连接；

电感l的第一端与晶体管q的第三端电连接，电感l的第二端与锂电池60的输入端电连接，第二电容c2的第一端与电感l的第二端电连接，第二电容c2的第二端接地；

第一二极管d1的第一端和第二二极管d2的第一端分别与电感l的第一端电连接，第一二极管d1的第二端和第二二极管d2的第二端接地。

具体的，控制芯片u1的信号输出端2输出的驱动信号将第一电容c1和第一变压器t1耦合后驱动晶体管q导通，晶体管q的输出电流经电感l和第二电容c2滤波后向锂电池60供电，同时电感l储存电能。当晶体管关断时，由于电感l中的电流不能突变，因此，电感l中的电能经第一二极管d1和第二二极管d2继续向锂电池60输出平滑的直流电压，其中，第一二极管d1和第二二极管d2为续流二极管。

可选的，图5为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。参考图5，在上述实施例的基础上，电流反馈电路70包括第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；

第二电阻r2的第一端与锂电池60的输出端h2电连接，第二电阻r2的第二端通过第三电阻r3与控制芯片u1的电流取样端3电连接，第四电阻r4的第一端与第二电阻r2的第二端电连接，第四电阻r4的第二端接地。

具体的，第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4均为采样电阻，通过第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4将锂电池60的输出电流反馈至控制芯片u1的电流取样端3，控制芯片u1通过接收采样电流来确定锂电池60的放电状态。例如，当锂电池60发生过流或短路时，锂电池60的输出电流会突增，此时，控制芯片u1会控制晶体管q关断，以断开锂电池60的充电回路，保护锂电池管理系统的安全运行。当锂电池60的输出电流低于正常值时，可以确定锂电池60处于过度放电状态，控制芯片u1及时导通晶体管q，以导通锂电池60的充电回路，为锂电池60充电。通过控制电路40能够有效的监测锂电池60的充电和放电状态，以保证锂电池充电回路的安全运行，有利于提高锂电池管理系统的安全可靠性。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图5，电压反馈电路50包括第三二极管d3、第五电阻r5、第六电阻r6和第三电容c3；

第三二极管d3的第一端与电感l的第二端电连接，第三二极管d3的第二端通过第五电阻r5与控制芯片u1的电压反馈端4电连接，第三电容c3第一端与控制芯片u1的电压反馈端4电连接，第三电容c3的第二端接地，第六电阻r6与第三电容c3并联。

具体的，电压反馈电路50具体用于采集dc/dc变换电路30的输出电压，并将采集到的输出电压反馈至控制芯片u1的电压反馈端4，控制芯片u1根据接收到的输出电压确定锂电池60的充电状态。若dc/dc变换电路30的输出电压过高或过低，则控制芯片u1调节其信号输出端2输出的驱动信号的占空比，以调节dc/dc变换电路30的输出电压恒定，以保证锂电池60的充电电压稳定，提高锂电池60的充电可靠性。

可选的，图6为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。参考图6，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路还包括：第二电源电路80；

第二电源电路80包括第二变压器t2、第四二极管d4和第七电阻r7，第二电压器t2包括原边l3和副边l4；

第二变压器t2的原边l3的第一端与晶体管q的第三端电连接，第二变压器t2的原边l3的第二端与电感l的第一端电连接，第二电压器t2的副边l4的第一端与第四二极管d4的第一端电连接，第四二极管d4的第二端通过第七电阻r7与控制芯片的电源端电连接，第二电压器t2的副边l4的第二端接地。

具体的，晶体管q输出的交流电压加载在第二变压器t2的原边l3上，第二变压器t2的副边l4通过感应其原边l3上的电压，生成转换电压，并通过二极管d4整流成直流电压为控制芯片u1提供电源电压，第七电阻r7起到限流的作用。由于第二电源电路80的阻抗小于启动电路10的阻抗，因此，在锂电池管理系统的充放电保护电路正常工作过程中，仅由第二电源电路80为控制芯片u1提供电源电压。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参考图6，本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路还包括显示电路90，用于显示锂电池管理系统的各种工作状态下的状态参数。示例性的，显示电路可以采用液晶显示模块。

可选的，图7为本发明实施例提供的另一种锂电池管理系统的充放电保护电路的结构示意图。参考图7，本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路的具体工作原理如下：

第一电源电路10将其输入端a1输入的交流电压转换为直流电压，分别从其第一输出端a2和第二输出端a3输出至启动电路20和dc/dc变换电路30，为dc/dc变换电路30提供电源电压。启动电路20可以包括第五二极管d5和第八电阻r8，用于对第一电源电路10输出的电流进行限流，防止因电流过大烧毁控制芯片u1。启动电路控制整个锂电池管理系统的充放电保护电路的通断，当锂电池管理系统的充放电保护电路正常工作时，由于第二电源电路80的阻抗小于启动电路10的阻抗，因此，在锂电池管理系统的充放电保护电路正常工作过程中，仅由第二电源电路80为控制芯片u1提供电源电压。控制芯片u1启动后，输出的驱动信号经第一电容c1和第一变压器t1向晶体管q提供驱动信号。晶体管q的输出电流经电感l和第二电容c2滤波后向锂电池60供电，同时电感l储存电能。当晶体管关断时，由于电感l中的电流不能突变，因此，电感l中的电能经第一二极管d1和第二二极管d2继续向锂电池60输出平滑的直流电压。电压反馈电路50采集dc/dc变换电路30输出的充电电压，并将采集到输出电压与控制芯片u1内部的基准电压比较后改变其信号输出端2输出的驱动信号的占空比，以调节dc/dc变换电路30输出至锂电池60的充电电压，使得锂电池60的充电电压保持稳定。电流反馈电路70采集锂电池60的输出电流，当锂电池60过流或短路时，控制芯片u1的信号输出端2的电压升高，控制驱动信号的占空比以使晶体管关断，控制锂电池60的充电回路断开，以保护锂电池60的不正常放电对负载造成的损害。

通过调节第五电阻r5、第六二极管d6和第二电容c2可以调节dc/dc变换电路30的输出电压为0-48v任意电压值。为保证晶体管q的安全，第一电源电路10的第二输出端a3输出的电压不超过48v。当然，在其他实施例中，通过选取耐压值较高的晶体管q，可以提高dc/dc变换电路30输入电压的等级。

本发明实施例通过启动电路开启控制电路，控制电路输出驱动信号控制dc/dc变换电路完成能量的传递和变换，电压反馈电路通过采集dc/dc变换电路的输出电压，并将输出电压反馈至控制模块，控制模块根据接收到的输出电压确定锂电池的充电状态，并通过改变dc/dc变换电路的驱动信号来控制锂电池充电回路的充电电压的大小。本发明实施例提供的技术方案通过采用电压反馈模块采集dc/dc变换电路的输出电压并输出至控制电路，控制电路通过改变输出至dc/dc变换电路的驱动信号调节锂电池充电回路输出电压的稳定，实现对锂电池管理系统的充电保护。当锂电池发生过流或短路时，锂电池的输出电流会突增，此时，控制芯片会控制晶体管关断，以断开锂电池的充电回路，保护锂电池管理系统的安全运行。当锂电池的输出电流低于正常值时，可以确定锂电池处于过度放电状态，控制芯片及时导通晶体管，以导通锂电池的充电回路，为锂电池充电。通过控制电路能够有效的监测锂电池的充电和放电状态，以保证锂电池充电回路的安全运行，有利于提高锂电池管理系统的安全可靠性。且本发明实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路结构简单，能够极大降低系统的开发成本。

本发明实施例还提供了一种锂电池管理系统，包括本发明任意实施例提供的锂电池管理系统的充放电保护电路，能够实现对锂电池的充电放电过程进行监控，以便提高锂电池的使用寿命。本发明实施例提供的锂电池管理系统包括上述实施例中的锂电池管理系统的充放电保护电路，因此本发明实施例提供的锂电池管理系统也具备上述实施例中所描述的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。