充電電池安全性檢測方法、充電電池安全性檢測電路及充電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種充電電池安全性檢測方法、充電電池安全性檢測電路及具有充電電池安全性檢測電路充電器。
【背景技術(shù)】
[0002]充電電池在多次反復(fù)使用后，往往會因為電池內(nèi)部老化而損壞，如果對已經(jīng)老化的電池繼續(xù)充電，可能導(dǎo)致爆炸、自燃、起火等危險，因此有必要在對電池的日常使用中，及時檢測出老化或故障電池，并禁止對其充電，從而改善電池使用的安全性。
[0003]申請?zhí)枮?01410063213.9的發(fā)明專利，提供了一種鋰離子電池組健康狀態(tài)的評估方法，定義了 SOH = Ccal/Cexp，其中 Cexp = (SOCchgf-SOCchgO) XCr，其中 Cr 為電池的標(biāo)稱容量，SOCchgf為充滿時的電量值，一般為I即100% ；SOCchgO為開始充電時的電量值，例如x%。即Ccal為開始充電至滿充電截止時的充入電量。上述定義可知，其對于電池安全性評估需要將電池充電至滿充電截止?fàn)顟B(tài)(電池電壓達(dá)到VreatedXN且K = 0.1C)。對于有些壞電池，由于其內(nèi)部隔膜已經(jīng)存在局部微穿刺，出現(xiàn)局部內(nèi)部短路現(xiàn)象，則無論充多久，電池電壓都小于VreatedXN或者I〉= 0.1C，這樣如果按照對比文件工作，會出現(xiàn)充電至電池爆炸都沒有等到計算出表征電池健康狀態(tài)的SOH值，即對比文件實施方式為了計算SOH值，往往會將電池充爆，因此這一方法具有一定的危險性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了上述缺點，提供了一種簡單易行、安全可靠的充電電池安全性檢測方法、充電電池安全性檢測電路及具有充電電池安全性檢測電路充電器。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種充電電池安全性檢測方法，包括如下步驟:
[0006]對充電電流進(jìn)行采樣，獲得采樣充電電流信號的步驟；
[0007]將獲得的采樣充電電流信號對充電時間積分，獲得采樣充電庫倫信號的步驟；
[0008]將所述采樣充電庫倫信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號的步驟。
[0009]一種充電電池安全性檢測電路，包括
[0010]充電電流采樣單元，用于對充電電流進(jìn)行采樣，獲得采樣充電電流信號；
[0011]積分單元，用于將獲得的采樣充電電流信號對充電時間積分，獲得采樣充電庫倫信號;
[0012]比較單元，用于將所述采樣充電庫倫信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號，否則不發(fā)出信號或發(fā)出安全判斷信號；
[0013]所述充電電流采樣單元、積分單元和比較單元順序連接。
[0014]所述充電電流采樣單元包括采樣電阻、運算放大器和PMOS管，所述采樣電阻串聯(lián)在待充電電池所在回路中，所述采樣電阻的一端連接所述運算放大器的一個輸入端，另一端經(jīng)另一電阻連接到所述運算放大器的另一輸入端，并同時連接到所述PMOS管的源極，所述PMOS管的柵極連接所述所述運算放大器的輸出端，漏極作為所述充電電流采樣單元的輸出端，輸出采樣充電電流信號，并連接所述積分單元的輸入端。
[0015]所述積分單元包括一個電容、一個與所述電容并聯(lián)的開關(guān)和一個反相器，所述反相器的輸入端連接并接收啟動充電信號，輸出端與所述開關(guān)的控制端相連接，所述電容一端接地，另一端作為所述積分單元的輸入端，與所述充電電流采樣單元的輸出端相連接，并同時作為所述積分單元的輸出端，與所述比較單元的輸入端相連。
[0016]所述比較單元為由另一運算放大器構(gòu)成的比較器，所述比較器的一個輸入端作為比較單元的輸入端，與所述積分電流的輸出端相連接，另一輸入端連接所述預(yù)設(shè)值信號，輸出端則作為所述比較單元的輸出端。
[0017]所述充電電流采樣單元包括采樣電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述采樣電阻串聯(lián)在待充電電池所在回路中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將流經(jīng)所述采樣電阻的采樣充電電流信號，轉(zhuǎn)換為表征采樣充電電流的數(shù)字信號；所述積分單元采用數(shù)字低通濾波器，用于對所述表征采樣充電電流的數(shù)字信號的實現(xiàn)積分效果，所述比較單元采用數(shù)字比較器。
[0018]一種具有充電電池安全性檢測電路的充電器，包括與充電電路，還包括順序連接的充電電流采樣單元、積分單元和比較單元，
[0019]所述充電電流采樣單元，用于對充電電流進(jìn)行采樣，獲得采樣充電電流信號；
[0020]所述積分單元，用于將獲得的采樣充電電流信號對充電時間積分，獲得采樣充電庫倫信號；
[0021]所述比較單元，用于將所述采樣充電庫倫信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號，否則不發(fā)出信號或發(fā)出安全判斷信號；
[0022]所述充電電流采樣單元包括采樣電阻，所述采樣電阻串聯(lián)在所述充電電流的輸入端或輸出端，所述比較單元的輸出端連接并控制所述充電電路，當(dāng)所述比較單元發(fā)出故障判斷信號時，所述充電電路停止向待充電電池輸出充電電流。
[0023]所述預(yù)設(shè)值為nA/K，其中η為系數(shù)，取值為2.5?3.5，A為電池的標(biāo)稱容量，K為充電電流信號與采樣充電電流信號的采樣比。
[0024]本發(fā)明通過采樣充電電流信號，獲得充電庫倫信號，并將所述采樣充電庫倫信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，來判斷電池是否發(fā)生故障，并在超過預(yù)設(shè)值時判斷發(fā)生故障，并發(fā)出故障判斷信號，阻止向電池繼續(xù)充電，本發(fā)明不但簡單易行，而且避免了爆炸等危險的發(fā)生，有效的提高了電池使用過程中的安全性。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明中具有充電電池安全性檢測電路的充電器的原理框圖；
[0026]圖2為一種優(yōu)選實施例中，充電電流采樣單元的電路原理圖；
[0027]圖3為一種優(yōu)選實施例中，積分單元和比較單元的電路原理圖；
[0028]圖4為另一優(yōu)選實施例的原理框圖。
【具體實施方式】
[0029]首先，定義充電電流信號對充電時間的積分為充電庫倫信號，即充電電荷量，單位為庫倫，而采樣充電電流信號對充電時間的積分為充電庫倫信號，即采樣充電電荷量，且與充電電荷量成固定比例，為減少功耗，采樣電流一般在被采樣電流中占有很小的比例。
[0030]經(jīng)過大量試驗發(fā)現(xiàn):假設(shè)電池標(biāo)稱容量為A，采樣比為K，即充電電流信號/采樣充電電流信號為K/1，采樣的充電電荷量為B，則B>nA/K可以作為判斷故障電池的標(biāo)準(zhǔn)，其中η為系數(shù)，取值為2.5?3.5，較佳值為3。一般標(biāo)稱容量為新電池(應(yīng)為正常電池)從滿電狀態(tài)(即無法充入電流狀態(tài))放電至無電狀態(tài)(即無法輸出電流狀態(tài))能釋放出的電荷量。因此，本發(fā)明的原理是采用電池充電電流對時間的積分，得到充電庫侖來判斷電池是否已經(jīng)損壞，判斷電池故障的上限值即為3Α/Κ。
[0031 ] 基于上述理論，結(jié)合下面【具體實施方式】，對本
【發(fā)明內(nèi)容】
加以詳細(xì)描述。
[0032]本發(fā)明提供了一種充電電池安全性檢測方法，包括如下步驟:
[0033]對充電電流進(jìn)行采樣，獲得采樣充電電流信號的步驟；
[0034]將獲得的采樣充電電流信號對充電時間積分，獲得采樣充電庫倫信號的步驟；
[0035]將所述采樣充電庫倫信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號，進(jìn)而阻止對電池繼續(xù)充電，否則不發(fā)出信號或發(fā)出安全判斷信號。
[0036]其中，所述預(yù)設(shè)值為ηΑ/Κ，其中η為系數(shù)，取值為2.5?3.5，較佳值為3，A為電池的標(biāo)稱容量，K為充電電流信號與采樣充電電流信號的采樣比，例如采樣比例為1000:1。即當(dāng)充電電流為IA時，采樣到的電流為1mA。
[0037]本發(fā)明還提供了一種具有充電電池安全性檢測電路的充電器，如圖1中所示，為所述具有充電電池安全性檢測電路的充電器的原理框圖，包括用于向電池BAT充電的充電電路，還包括順序連接的充電電流采樣單元、積分單元和比較單元，為了簡化描述，圖中省略了充電器中的其他一些不相關(guān)的電路單元。
[0038]所述充電電流采樣單元，用于對充電電流進(jìn)行采樣，獲得采樣充電電流信號Ics ;在所述充電電路的輸入端或輸出端串聯(lián)有采樣電阻(圖中未標(biāo)示)，即可以采樣由電源端VCHG流入充電電路的電流或采樣充電電路向電池BAT流出的電流，對于不存在額外系統(tǒng)耗電的情況，由VCHG流入充電電流的電流與充電電路向電池BAT流出的電流相等；在存在額外系統(tǒng)耗電的情況，由VCHG流入的電流可能大于充電電路向BAT流出的電流，對這種情況，應(yīng)采用采樣充電電路向BAT流出電流的方式，即將所述采樣電阻設(shè)置在充電電路向電池BAT充電的輸出端。
[0039]所述積分單元，用于將獲得的采樣充電電流信號對充電時間積分，獲得采樣充電庫倫信號Ccs ；
[0040]所述比較單元，用于將所述采樣充電庫倫信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號，否則不發(fā)出信號或發(fā)出安全判斷信號；同理，所述預(yù)設(shè)值為取3A/K。
[0041]所述比較單元的輸出端連接并控制所述充電電路，當(dāng)所述比較單元發(fā)出故障判斷信號stop時，所述充電電路停止向待充電電池輸出充電電流，阻止向電池繼續(xù)充電。所述充電電路為現(xiàn)有技術(shù)，而通過接收的故障判斷信號，控制所述充電電路停止充電，也是本領(lǐng)域技術(shù)人員利用熟知的技術(shù)手段所能夠?qū)崿F(xiàn)的，因此對其具體電路結(jié)構(gòu)不再贅述。
[0042]一種優(yōu)選實施例中，所述具有充電電池安全性檢測電路的充電器采用模擬電路實現(xiàn)上述技術(shù)方案。
[0043]如圖2中所示，為圖1中充電器的充電