充電電池安全性檢測(cè)電路及充電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種充電電池安全性檢測(cè)電路及具有充電電池安全性檢測(cè)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(huì)因?yàn)殡姵貎?nèi)部老化而損壞，如果對(duì)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(xiǎn)，因此有必要在對(duì)電池的日常使用中，及時(shí)檢測(cè)出老化或故障電池，并禁止對(duì)其充電，從而改善電池使用的安全性。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮?01410063213.9的實(shí)用新型專利，提供了一種鋰離子電池組健康狀態(tài)的評(píng)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(shí)的電量值，一般為I即100%;S0Cchg0為開始充電時(shí)的電量值，例如x%。即Ccal為開始充電至滿充電截止時(shí)的充入電量。上述定義可知，其對(duì)于電池安全性評(píng)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(duì)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?jī)?nèi)部短路現(xiàn)象，則無(wú)論充多久，電池電壓都小于VreatedXN或者I〉= 0.1C，這樣如果按照對(duì)比文件工作，會(huì)出現(xiàn)充電至電池爆炸都沒(méi)有等到計(jì)算出表征電池健康狀態(tài)的SOH值，即對(duì)比文件實(shí)施方式為了計(jì)算SOH值，往往會(huì)將電池充爆，因此這一方法具有一定的危險(xiǎn)性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型克服了上述缺點(diǎn)，提供了一種簡(jiǎn)單易行、安全可靠的充電電池安全性檢測(cè)電路及具有充電電池安全性檢測(cè)電路充電器。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種充電電池安全性檢測(cè)電路，包括
[0006]充電電流米樣單兀，用于對(duì)充電電流進(jìn)行米樣，獲得米樣充電電流?目號(hào)；
[0007]積分單元，用于將獲得的采樣充電電流信號(hào)對(duì)充電時(shí)間積分，獲得采樣充電庫(kù)倫信號(hào);
[0008]比較單元，用于將所述采樣充電庫(kù)倫信號(hào)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過(guò)所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號(hào)，否則不發(fā)出信號(hào)或發(fā)出安全判斷信號(hào)；
[0009]所述充電電流采樣單元、積分單元和比較單元順序連接。
[0010]所述充電電流采樣單元包括采樣電阻、運(yùn)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(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端，另一端經(jīng)另一電阻連接到所述運(yùn)算放大器的另一輸入端，并同時(shí)連接到所述PMOS管的源極，所述PMOS管的柵極連接所述所述運(yùn)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(hào)，并連接所述積分單元的輸入端。
[0011]所述積分單元包括一個(gè)電容、一個(gè)與所述電容并聯(lián)的開關(guān)和一個(gè)反相器，所述反相器的輸入端連接并接收啟動(dòng)充電信號(hào)，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(shí)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。
[0012]所述比較單元為由另一運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器，所述比較器的一個(gè)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(hào)，輸出端則作為所述比較單元的輸出端。
[0013]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(hào)，轉(zhuǎn)換為表征采樣充電電流的數(shù)字信號(hào)；所述積分單元采用數(shù)字低通濾波器，用于對(duì)所述表征采樣充電電流的數(shù)字信號(hào)的實(shí)現(xiàn)積分效果，所述比較單元采用數(shù)字比較器。
[0014]—種具有充電電池安全性檢測(cè)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，
[0015]所述充電電流采樣單元，用于對(duì)充電電流進(jìn)行采樣，獲得采樣充電電流信號(hào)；
[0016]所述積分單元，用于將獲得的采樣充電電流信號(hào)對(duì)充電時(shí)間積分，獲得采樣充電庫(kù)倫信號(hào)；
[0017]所述比較單元，用于將所述采樣充電庫(kù)倫信號(hào)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過(guò)所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號(hào)，否則不發(fā)出信號(hào)或發(fā)出安全判斷信號(hào)；
[0018]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(hào)時(shí)，所述充電電路停止向待充電電池輸出充電電流。
[0019]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(hào)與采樣充電電流信號(hào)的采樣比。
[0020]本實(shí)用新型通過(guò)采樣充電電流信號(hào)，獲得充電庫(kù)倫信號(hào)，并將所述采樣充電庫(kù)倫信號(hào)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，來(lái)判斷電池是否發(fā)生故障，并在超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)判斷發(fā)生故障，并發(fā)出故障判斷信號(hào)，阻止向電池繼續(xù)充電，本實(shí)用新型不但簡(jiǎn)單易行，而且避免了爆炸等危險(xiǎn)的發(fā)生，有效的提高了電池使用過(guò)程中的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型中具有充電電池安全性檢測(cè)電路的充電器的原理框圖；
[0022]圖2為一種優(yōu)選實(shí)施例中，充電電流采樣單元的電路原理圖；
[0023]圖3為一種優(yōu)選實(shí)施例中，積分單元和比較單元的電路原理圖；
[0024]圖4為另一優(yōu)選實(shí)施例的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]首先，定義充電電流信號(hào)對(duì)充電時(shí)間的積分為充電庫(kù)倫信號(hào)，即充電電荷量，單位為庫(kù)倫，而采樣充電電流信號(hào)對(duì)充電時(shí)間的積分為充電庫(kù)倫信號(hào)，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。
[0026]經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):假設(shè)電池標(biāo)稱容量為Α，采樣比為K，即充電電流信號(hào)/采樣充電電流信號(hào)為K/1，采樣的充電電荷量為B，則Β>ηΑ/Κ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(wú)法充入電流狀態(tài))放電至無(wú)電狀態(tài)(即無(wú)法輸出電流狀態(tài))能釋放出的電荷量。因此，本實(shí)用新型的原理是采用電池充電電流對(duì)時(shí)間的積分，得到充電庫(kù)侖來(lái)判斷電池是否已經(jīng)損壞，判斷電池故障的上限值即為3A/K。
[0027]基于上述理論，結(jié)合下面【具體實(shí)施方式】，對(duì)本【實(shí)用新型內(nèi)容】加以詳細(xì)描述。
[0028]本實(shí)用新型提供了一種具有充電電池安全性檢測(cè)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(cè)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(jiǎn)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。
[0029]所述充電電流采樣單元，用于對(duì)充電電流進(jìn)行采樣，獲得采樣充電電流信號(hào)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(duì)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(duì)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。
[0030]所述積分單元，用于將獲得的采樣充電電流信號(hào)對(duì)充電時(shí)間積分，獲得采樣充電庫(kù)倫信號(hào)Ccs ;
[0031]所述比較單元，用于將所述采樣充電庫(kù)倫信號(hào)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若超過(guò)所述預(yù)設(shè)值，則發(fā)出故障判斷信號(hào)，否則不發(fā)出信號(hào)或發(fā)出安全判斷信號(hào)；其中，所述預(yù)設(shè)值為nA/K，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(hào)與采樣充電電流信號(hào)的采樣比，例如采樣比例為1000:1。即當(dāng)充電電流為IA時(shí)，采樣到的電流為1mA。
[0032]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(hào)stop時(shí)，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(guò)接收的故障判斷信號(hào)，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(duì)其具體電路結(jié)構(gòu)不再贅述。
[0033]一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述具有充電電池安全性檢測(cè)電路的充電器采用模擬電路實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案。
[0034]如圖2中所示，為圖1中充電器的充電電流采樣單元的電路原理圖，包括采樣電阻Rs、運(yùn)算放大器OPl和PMOS管MPSl，所述采樣電阻Rs串聯(lián)在充電電流的輸出端，即待充電電池BAT所在回路中，所述采樣電阻Rs的一端連接所