电池充电的自动控制电路及其电池管理系统的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电池充电的自动控制电路及其电池管理系统。


背景技术：

2.随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。随着我国手机、笔记本电脑、数码相机、电动车、电动工具、新能源汽车等行业的快速发展，对锂电池的需求将会不断增长，同时，由于锂电池生产厂家在技术上的革新，人们对锂电池的需求仍会不断增长。
3.近年来，因锂电池充电引发的火灾事故，一直是社会关注的重点和难点。现有技术中的锂电池充电装置使用时，需要人工手动按压充电按钮来控制锂电池的充电或断电，人工参与使得充电效率低且常常会因人工的疏忽带锂电池过充带来安全性问题。具体地，由于锂电池过充，锂电池负极无法嵌入更多的锂离子，导致锂离子在负极表面以金属锂析出，造成电池内部短路，出现隔离膜破损，电池内部会产生非常大的电流和热量，产生的热和过强的电能释放会导致电池寿命严重受损，而且对于使用密闭封装而成的锂电池来说，其内部会产生一定的压力从而导致电池内部压力骤增，并且由于锂离子的化学特性非常活泼，最终会产生外壳爆裂和燃烧的情况出现。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术人工参与使得充电效率低且常常会因人工的疏忽电池过充带来安全性问题的缺陷，提供一种电池充电的自动控制电路及其电池管理系统。
5.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.本实用新型提供一种电池充电的自动控制电路，自动控制电路包括：充放电切断回路控制单元、电压放大单元、电压比较单元和开关控制单元；
7.所述电压放大单元的输出端与所述电压比较单元的输入端电连接，所述电压放大单元的输入端与所述充放电切断回路控制单元电连接；
8.所述电压比较单元的输出端与所述开关控制单元的控制端电连接；
9.所述开关控制单元的第一端与外部按钮开关第一端电连接，所述开关控制单元的第二端与外部按钮开关第二端电连接；
10.所述开关控制单元导通时，所述开关控制单元的第一端与所述开关控制单元的第二端连通，所述开关控制单元断开时，所述开关控制单元的第一端与所述开关控制单元的第二端断开。
11.较佳地，所述电压放大单元包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
12.所述运算放大器反向输入端与分别和所述第一电阻的一端及所述第二电阻的一端电连接，所述运算放大器同向输入端与所述第一电阻的另一端电连接；
13.所述运算放大器的输出端与所述第二电阻的另一端电连接；
14.所述运算放大器同向输入端还与所述第三电阻的一端电连接；
15.所述第三电阻的另一端接地。
16.较佳地，所述电压放大单元包括：第四电阻和第五电阻；
17.所述第一电阻的一端通过所述第四电阻与所述运算放大器反向输入端电连接；
18.所述第一电阻的另一端通过所述第五电阻与所述运算放大器同向输入端电连接。
19.较佳地，所述电压比较单元包括：比较器和基准电压子单元；
20.所述比较器的同向输入端与所述运算放大器的输出端电连接；
21.所述比较器的反向输入端与所述基准电压单元电连接；
22.所述比较器的电源正极与电源电连接；
23.所述比较器的电源负极接地；
24.所述基准电压子单元用于向所述比较器的反向输入端输出基准电压。
25.较佳地，所述开关控制单元包括：第一mos管、第二mos管、第六电阻、第七电阻和第八电阻；
26.所述第一mos管的栅极与所述电压比较单元的输出端电连接；
27.所述第一mos管的漏极通过所述第七电阻与所述第二mos管的栅极电连接；
28.所述第一mos管的源极接地；
29.所述第二mos管的漏极作为所述开关控制单元的第一端，所述第二mos管的源极作为所述开关控制单元的第二端；
30.所述第六电阻的一端与所述栅极电连接，所述第六电阻的另一端与所述第一mos管的源极电连接。
31.较佳地，自动控制电路还包括：二极管；
32.所述二极管的阳极与所述电压比较单元的输出端电连接；
33.所述二极管的阴极与所述开关控制单元的控制端电连接。
34.较佳地，自动控制电路还包括：状态指示灯单元；
35.所述状态指示灯单元和所述开关控制单元电连接；
36.所述状态指示灯单元用于当所述开关控制单元导通时指示灯为第一状态；
37.所述状态指示灯单元还用于当所述开关控制单元断开时指示灯为第二状态。
38.较佳地，自动控制电路还包括：电源单元；
39.所述电源单元分别与所述电压比较单元和所述状态指示灯单元电连接。
40.本实用新型还提供一种电池管理系统，包括如前述的电池充电的自动控制电路。
41.本实用新型的积极进步效果在于：
42.本实用新型通过设有充放电切断回路控制单元、电压放大单元、电压比较单元、开关控制单元，通过电压放大单元、电压比较单元、开关控制单元之间的配合，实现了对电池充电的自动开启和自动关闭，从而不仅提高了充电效率，而且还保证了电池充电的安全性。
附图说明
43.图1为本实用新型实施例1中的电池充电的自动控制电路的结构示意图。
44.图2为本实用新型实施例1中的状态指示灯单元的电路结构示意图。
45.图3为本实用新型实施例1中的电源单元的电路结构示意图。
具体实施方式
46.下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
47.实施例1
48.如图1所示，本实施例公开了一种电池充电的自动控制电路，自动控制电路包括：充放电切断回路控制单元、电压放大单元、电压比较单元和开关控制单元；
49.所述电压放大单元的输出端与所述电压比较单元的输入端电连接，所述电压放大单元的输入端与所述充放电切断回路控制单元电连接；其中，充放电切断回路控制单元包括两个mos管分别为m6和m7、两个稳压二极管zd3和zd4、四个电阻分别为r21、r22、r23、r24。
50.所述电压比较单元的输出端与所述开关控制单元的控制端电连接；
51.所述开关控制单元的第一端与外部按钮开关第一端电连接，所述开关控制单元的第二端与外部按钮开关第二端电连接；
52.所述开关控制单元导通时，所述开关控制单元的第一端与所述开关控制单元的第二端连通，所述开关控制单元断开时，所述开关控制单元的第一端与所述开关控制单元的第二端断开。
53.具体地，电压放大单元用于采集并放大负载电阻两端的电压，并将放大后的电压输入至电压比较单元中进行电压比较，经过电压比较单元处理后，当电压比较单元的输出为低电平时，所述开关控制单元断开，所述开关控制单元第一端与所述开关控制单元第二端断开，即电池充电断开；当电压比较单元的输出为高电平时，所述开关控制单元导通时，所述开关控制单元第一端与所述开关控制单元第二端连通。本方案通过设有充放电切断回路控制单元、电压放大单元、电压比较单元、开关控制单元，通过电压放大单元、电压比较单元、开关控制单元之间的配合，实现了对电池充电的自动开启和自动关闭，从而不仅提高了充电效率，而且还保证了电池充电的安全性。
54.在一可实施的方式中，所述电压放大单元包括：运算放大器u2b、第一电阻rs1、第二电阻r20和第三电阻r28；
55.所述运算放大器反向输入端与分别和所述第一电阻rs1的一端及所述第二电阻r20的一端电连接，所述运算放大器同向输入端与所述第一电阻rs1的另一端电连接；
56.所述运算放大器u2b的输出端与所述第二电阻r20的另一端电连接；
57.所述运算放大器同向输入端还与所述第三电阻r28的一端电连接；
58.所述第三电阻r28的另一端接地。
59.具体地，通过运算放大器u2b采集第一电阻rs1两端的电压，并通过第二电阻r20的配合，将采集的第一电阻rs1两端的电压进行放大，从而为后序的电压比较单元提供比较的输入电压。例如，采集到rs1两端的电压达到1mv，经过运算放大器放大1000倍后输出会达到1v。
60.在一可实施的方式中，所述电压放大单元包括：第四电阻r25和第五电阻r27；
61.所述第一电阻rs1的一端通过所述第四电阻r25与所述运算放大器反向输入端电连接；
62.所述第一电阻rs1的另一端通过所述第五电阻r27与所述运算放大器同向输入端
电连接。
63.本方案，通过在运算放大器反向输入端和同向输入端分别接入电阻，从而起到滤波的做用，提高了输入信号的稳定性，进而电池充电的自动控制电路的准确性。
64.在一可实施的方式中，所述电压比较单元包括：比较器u2a和基准电压子单元；
65.所述比较器u2a的同向输入端与所述运算放大器u2b的输出端电连接；
66.所述比较器u2a的反向输入端与所述基准电压单元电连接；
67.所述比较器u2a的电源正极与电源电连接；本方案中，电源给比较器u2a的电源正极输入5v电压，以使得比较器u2a正常工作。
68.所述比较器u2a的电源负极接地；
69.所述基准电压子单元用于向所述比较器u2a的反向输入端输出基准电压。
70.其中，基准电压子单元包括了电阻r12、电阻r15、电阻r16、电阻r18、电容c4。所述运算放大器u2b的输出端通过r19与比较器u2a的同向输入端电连接。比较器u2a的同向输入端通过r14与比较器u2a的输出端电连接。
71.本方案，通过设有比较器u2a、基准电压子单元，从而实现了对运算放大器u2b的输出电压与基准电压的比较，当运算放大器u2b的输出电压小于基准电压时，则比较器u2a输出低电平，例如，当运算放大器u2b的输出电压为0.8v时，基准电压为1v时，则比较器u2a输出低电平；当运算放大器u2b的输出电压大于基准电压时，例如，当运算放大器u2b的输出电压为2v时，基准电压为1v时，则比较器u2a输出高电平，进而为后续开关控制单元提供了控制信号。在一可实施的方式中，所述开关控制单元包括：第一mos管m5、第二mos管m4、第六电阻r17、第七电阻r13、第八电阻r11；
72.所述第一mos管m5的栅极与所述电压比较单元的输出端电连接；
73.所述第一mos管m5的漏极通过所述第七电阻r13与所述第二mos管的栅极电连接；
74.所述第一mos管m5的源极接地；
75.所述第二mos管m4的漏极作为所述开关控制单元的第一端，所述第二mos管m4的源极作为所述开关控制单元的第二端；
76.所述第六电阻r17的一端与所述栅极电连接，所述第六电阻r17的另一端与所述第一mos管m5的源极电连接。
77.本方案中，第一mos管m5为nmos管，第二mos管m4为pmos管。通过两个mos管的配合实现了对电池充电和放电的自动控制。具体地，当电压比较单元的输出为高电平时，第一mos管m5的漏极和源极接通，从而第二mos管m4的漏极和源极也接通，进而外部按钮开关两端k1、k2短接，也即电池处于充电开启的状态。当电压比较单元的输出为低电平时，第一mos管m5的漏极和源极断开，从而第二mos管m4的漏极和源极也断开，进而外部按钮开关两端k1、k2断开，也即电池处于充电关闭的状态。在一可实施的方式中，自动控制电路还包括：二极管d7；
78.所述二极管d7的阳极与所述电压比较单元的输出端电连接；
79.所述二极管d7的阴极与所述开关控制单元的控制端电连接。
80.本方案中，通过设置二极管d7防止电流倒灌，从而保证了电池充电的自动控制电路的安全性。
81.在一可实施的方式中，自动控制电路还包括：状态指示灯单元；
82.所述状态指示灯单元和所述开关控制单元电连接；
83.所述状态指示灯单元用于当所述开关控制单元导通时指示灯为第一状态；
84.所述状态指示灯单元还用于当所述开关控制单元断开时指示灯为第二状态。
85.如图2所示，具体地，状态指示灯单元包括两个mos管分别为m2和m6、电阻r2、电阻r5、电阻r9、二极管d2、二极管d3、二极管d5，信号灯连接器p1。当开关控制单元的第一端与所述开关控制单元的第二端连通时，指示灯亮。当开关控制单元的第一端与所述开关控制单元的第二端断开时，指示灯灭。本方案中，状态指示灯单元有多种实现方式，具体采用哪种形式在此不做限定，可根据实际情况进行选定。本方案通过设置状态指示灯单元来表征所述开关控制单元导通与断开的状态，也即通过设置状态指示灯单元来表征电池充电的开启和关闭。从而使得用户更加直观地获知电池充电的状态，进一步提高了保证了电池充电的安全性。
86.在一可实施的方式中，自动控制电路还包括：电源单元；
87.所述电源单元分别与所述电压比较单元和所述状态指示灯单元电连接。
88.如图3所示，本方案中，所述电源单元通过三个三极管q1、q2、q3，三个二极管d1、d4、d6，两个稳压二级管zd2、zd1，三个电容c1、c2、c3，两个mos管m1、m3、限流保护子单元u1组成形成的电路来实现。
89.电源单元有多种实现方式，具体采用哪种形式在此不做限定，可根据实际情况进行选定。本方案，电源单元可以实现输出两种电压，从而为电压比较单元和指示灯单元提供了工作电压，如为电压比较单元和指示灯单元分别提供5v、12v工作电压，进而保证了电池充电的自动控制电路正常工作。
90.另外，图3所示，c+和c-两端与充电器电连接，当c+和c-两端与充电器接通时，该电源单元输出电压，当c+和c-两端与充电器未接通时，电源单元不输出电压。从而保证了电池在不充电的状态下，电池的输出口没有电压，确保了电池运输过程的安全性。
91.实施例2
92.本实施例具体提供了一种电池管理系统，包括实施例1中的电池充电的自动控制电路。
93.本实用新型的电池管理系统通过设置实施例1的电池充电的自动控制电路，实现了对电池充电的自动开启和自动关闭，从而不仅提高了充电效率，而且还保证了电池充电的安全性。
94.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。