一種記憶電池的充電保護電路的製作方法

2023-09-20 04:20:00

專利名稱：一種記憶電池的充電保護電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於電池充電保護技術，具體涉及一種具有記憶效應的電池的充電保護電路。
背景技術：
目前國家標準強制規定煤礦井下的備用電源不得使用鉛酸電池，鎳氫電池可作為後備電池之一。但是對鎳氫電池長期充電會容易減少電池的使用壽命，而且鎳氫電池具有記憶效應，長期浮充可能會造成電池無法充電或充電不足。在井上對鎳氫電池的充電時間可以人為控制或使用單片機進行控制，但是對於煤礦井下隔爆電源鎳氫電池充電採用人為控制顯然不可行；採用單片機控制，一是增加成本，二是增加調試難度，三是在高溫(60 80°C)環境下，單片機程序容易出現跑飛的現象，降低可靠性。

發明內容
本發明的目的是提供一種記憶電池的充電保護電路，可以在煤礦井下對電池的充電時間進行控制，且本發明成本低、可靠性高。為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案所述記憶電池的充電保護電路，包括
遲滯電壓比較器，所述遲滯電壓比較器的正相輸入端接電池電壓，反相輸入端接第一電壓，輸出端通過反饋支路與正相輸入端相連，所述遲滯電壓比較器的上限閥值為電池充電曲線上的最高電壓值，下限閥值為電池充電曲線上電池放電完畢需要重新充電時對應的電壓值；
電壓比較器，所述電壓比較器的正相輸入端接第二電壓，反相輸入端接電池電壓，所述電壓比較器的閥值為電池充電曲線上電池充電結束需要停止充電時對應的電壓值；
與非門，所述與非門的兩個輸入端分別連接遲滯電壓比較器和電壓比較器的輸出端，所述與非門的輸出端作為該充電保護電路的輸出端。通過一個遲滯電壓比較器和一個電壓比較器來檢測電池充電曲線上的最高電壓點、需要停止充電的電壓點和需要重新開始充電的電壓點，進而可以判斷何時電池充滿，何時電池放電完畢。當電池充滿時，立即停止充電；當電池放電完畢時，開始重新充電。這樣可以做到在電池電量消耗完後才重新充電，避免了因為電池的記憶效應而減小電池容量的危害，從而保證了電池的使用壽命。進一步的，所述電池電壓通過第一分壓電路與遲滯電壓比較器的正相輸入端相連，所述電池電壓通過第二分壓電路與電壓比較器的負相輸入端相連。即電池電壓經過第一分壓電路和第二分壓電路降壓後再輸入遲滯電壓比較器和電壓比較器。進一步的，所述與非門還與驅動電路相連，所述驅動電路的輸出端作為該充電保護電路的輸出端。這樣可以通過驅動電路直接控制充電電路起充或者停充。進一步的，所述第一分壓電路包括串聯的電阻Rl和電阻R3，電阻Rl的一端接電池電壓，另一端接電阻R3，電阻R3的另一端接地，電阻Rl和電阻R3的公共端與遲滯比較器的正相輸入端相連；
所述第二分壓電路包括串聯的電阻R7和電阻R8，電阻R7的一端接電池電壓，另一端接電阻R8，電阻R8的另一端接地，電阻R7和電阻R8的公共端與遲滯比較器的反相輸入端相連；
所述電阻Rl和電阻R7的阻值相同，所述電阻R3和電阻R8的阻值相同。進一步的，所述充電保護電路還包括電源，所述電源通過電阻R2和穩壓管Dl接地，所述電阻R2和穩壓管Dl的公共端作為第一電壓與遲滯比較器的反相輸入端相連，所述穩壓管Dl的正極接地，負極作為第二電壓與電壓比較器的正相輸入端相連。進一步的，所述反饋支路包括電阻R4，電阻R4的一端接遲滯比較器的正相輸入 端，另一端接遲滯比較器的輸出端。進一步的，所述驅動電路包括三極體Ql和三極體Q2，所述三極體Q2的基極通過電阻R5與與非門的輸出端相連，發射極接地，集電極通過電阻R6與三極體Ql的基極相連，三極體Ql的集電極接電池電壓，發射極作為所述充電保護電路的輸出端。該充電保護電路結構簡單、成本低、無需進行二次調試，且電路沒有敏感元件，不易受到環境溫度(60 80°C)的影響，可靠性高。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是鎳氫電池的充電曲線 圖2是鎳氫電池的充電過程曲線 圖3是本申請一個實施例的原理框 圖4是本申請的遲滯電壓比較器的工作過程 圖5是本申請一個實施例的原理框 圖6是本申請一個實施例的原理框 圖7是本申請一個實施例的電路原理圖。
具體實施例方式下面將結合本申請實施例中的附圖,對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本申請保護的範圍。鎳氫電池按0. 3C (C為電池容量)或大於0.3C充電時，在電池電壓達到最高值時只達到電池容量的80%左右，電池電壓下降一定值時電池才達到100%容量，電池充滿。當電池充滿時，應該立即關閉充電電路，避免鎳氫電池長期浮充而損壞。如圖2所示，假設鎳氫電池充電曲線上電池充滿時對應的點為C點，電池達到最低電壓需要重新充電時對應的點為D點，則如何找到C點和D點就成為本申請的關鍵，當到達C點時，停止充電，當達到D點時，開始充電。由於充電曲線上還存在與C點電壓相同的A點，因此需要判斷電池電壓處於上升曲線還是下降曲線，進而需要判斷是否經過了最高電壓點B點，本申請採用了一個遲滯電壓比較器和一個電壓比較器來檢測A、B、C、D點的電壓值，具體方案如圖3所示，本申請的記憶電池充電保護電路包括
遲滯電壓比較器U1A，所述遲滯電壓比較器UlA的正相輸入端接電池電壓5，反相輸入端接第一電壓4，輸出端通過反饋支路7與正相輸入端相連，所述遲滯電壓比較器UlA的上限閥值為電池充電曲線上的最高電壓值即B點電壓值，下限閥值為電池充電曲線上電池放電完畢需要重新充電時對應的電壓值即D點電壓值；
電壓比較器U1B，所述電壓比較器UlB的正相輸入端接第二電壓6，反相輸入端接電池電壓5，所述電壓比較器UlB的閥值為電池充電曲線上電池充電結束需要停止充電時對應的電壓值即C點電壓值；
與非門U2A，所述與非門U2A的兩個輸入端分別連接遲滯電壓比較器UlA和電壓比較器
需要說明的是，所述遲滯電壓比較器UlA的上限閥值和下限閥值並不限於B點和D點的電壓值，為了更方便的控制，所述上限閥值和下限閥值可以在B點和D點附近上、下浮動一定的值；所述電壓比較器UlB的閥值也不限於C點的電壓值，為了更方便的控制，所述下限閥值可以在C點附近上、下浮動一定的值。下面結合圖2具體說明本實施例的工作原理。設A、C點電壓為Vl，B點電壓為V2，D點電壓為V3，調整第一電壓4和反饋支路7使遲滯電壓比較器UlA在電池電壓彡V2值時，輸出狀態跳變為I (輸出狀態保持)，在電池電壓 Vl值時，輸出狀態0，在電池電壓< Vl值時，輸出狀態I。電池充電曲線位於上升階段時
tl時間段電源接通，電池開始充電，電池電壓< VI，遲滯電壓比較器UlA輸出0，電壓比較器UlB輸出I，經過與非門U2A後輸出I，電池繼續充電；
t2時間段由A點到B點，Vl <電池電壓< V2，遲滯電壓比較器UlA輸出0，電壓比較器UlB輸出0，經過與非門U2A後輸出1，電池繼續充電；
t3時間段由B點到C點，電池電壓> VI，且電池電壓會出現一個彡V2的狀態，遲滯電壓比較器UlA輸出1(輸出狀態一直保持到電池電壓< V3)，電壓比較器UlB輸出0 ;經過與非門U2A後輸出1，電池繼續充電；
C點電池電壓< VI，電壓比較器UlB輸出1，遲滯電壓比較器UlA繼續輸出I (由遲滯電壓比較器的特性決定)，經過與非門U2A後輸出為0，電池停止充電；
t4時間段由C點到D點，電池開始自放電或對外供電，V3〈電池電壓彡VI，電壓比較器UlB輸出1，遲滯電壓比較器UlA繼續輸出1，經過與非門後U2A後輸出0，電池停止充電；D點電池電壓<V3< VI，遲滯電壓比較器UlA輸出0，電壓比較器UlB輸出1，經過與非門U2A後輸出為1，電池重新開始充電，重複充電過程。本申請通過一個遲滯電壓比較器和一個電壓比較器來檢測電池充電曲線上的最高電壓點、需要停止充電的電壓點和需要重新開始充電的電壓點，進而可以判斷何時電池充滿，何時電池放電完畢。當電池充滿時，立即停止充電；當電池放電完畢時，開始重新充電。這樣可以做到在電池電量消耗完後才重新充電，避免了因為電池的記憶效應而減小電池電量的危害，從而保證了電池的使用壽命。該充電保護電路結構簡單、成本低、無需進行二次調試，且電路沒有敏感元件，不易受到環境溫度(60 80°C)的影響，可靠性高。進一步的，在如圖5所示的實施例中，所述電池電壓通過第一分壓電路5與遲滯電壓比較器UlA的正相輸入端相連，所述電池電壓通過第二分壓電路6與電壓比較器UlB的負相輸入端相連。即電池電壓經過第一分壓電路5和第二分壓電路6降壓後再輸入遲滯電壓比較器UlA和電壓比較器U1B，這樣可以降低遲滯電壓比較器UlA和電壓比較器UlB的輸A電壓，避免輸入電壓過高燒毀遲滯電壓比較器UlA和電壓比較器UlB。進一步的,在如圖6所示的實施例中,所述與非門U2A還與驅動電路7相連,所述驅動電路7的輸出端作為該充電保護電路的輸出端。這樣可以通過驅動電路直接控制充電電路起充或者停充。在其他實施例中，與非門U2A的輸出端還可以與控制器相連，由控制器控制充電電路起充或者停充。 優選的，如圖7所示，所述第一分壓電路5包括串聯的電阻Rl和電阻R3，電阻Rl的一端接電池電壓，另一端接電阻R3,電阻R3的另一端接地，電阻Rl和電阻R3的公共端與遲滯電壓比較器UlA的正相輸入端相連；
所述第二分壓電路6包括串聯的電阻R7和電阻R8，電阻R7的一端接電池電壓，另一端接電阻R8，電阻R8的另一端接地，電阻R7和電阻R8的公共端與電壓比較器的反相輸入端相連；
所述電阻Rl和電阻R7的阻值相同，所述電阻R3和電阻R8的阻值相同。優選的，如圖7所示，所述充電保護電路還包括電源VCC，所述電源VCC通過電阻R2和穩壓管Dl接地，所述電阻R2和穩壓管Dl的公共端作為第一電壓I與遲滯比較器UlA的反相輸入端相連，所述穩壓管Dl的正極接地，負極作為第二電壓3與電壓比較器UlB的正相輸入端相連。優選的，所述反饋支路包括電阻R4，電阻R4的一端接遲滯比較器UlA的正相輸入端，另一端接遲滯比較器UlA的輸出端。優選的，所述驅動電路7包括三極體Ql和三極體Q2，所述三極體Q2的基極通過電阻R5與與非門U2A的輸出端相連，發射極接地，集電極通過電阻R6與三極體Ql的基極相連，三極體Ql的集電極接電池電壓，發射極作為所述充電保護電路的輸出端。需要說明的是，本申請尤其適用於煤礦井下防爆兼本安型直流穩壓電源鎳氫電池的場合，當然也可以適用於其他具有記憶效應的電池，例如鎳鎘電池等；本申請也當然的可以在井上或其他場合使用。本申請中的電阻可以是由一個電阻構成的單獨電阻，也可以是由數個電阻串聯或者並聯而成的複合電阻。
權利要求
1.一種記憶電池的充電保護電路，其特徵在於，包括 遲滯電壓比較器，所述遲滯電壓比較器的正相輸入端接電池電壓，反相輸入端接第一電壓，輸出端通過反饋支路與正相輸入端相連，所述遲滯電壓比較器的上限閥值為電池充電曲線上的最高電壓值，下限閥值為電池充電曲線上電池放電完畢需要重新充電時對應的電壓值； 電壓比較器，所述電壓比較器的正相輸入端接第二電壓，反相輸入端接電池電壓，所述電壓比較器的閥值為電池充電曲線上電池充電結束需要停止充電時對應的電壓值； 與非門，所述與非門的兩個輸入端分別連接遲滯電壓比較器和電壓比較器的輸出端，所述與非門的輸出端作為該充電保護電路的輸出端。
2.根據權利要求I所述的一種記憶電池的充電保護電路，其特徵在於，所述電池電壓通過第一分壓電路與遲滯電壓比較器的正相輸入端相連，所述電池電壓通過第二分壓電路 與電壓比較器的負相輸入端相連。
3.根據權利要求I所述的一種記憶電池的充電保護電路，其特徵在於，所述與非門還與驅動電路相連，所述驅動電路的輸出端作為該充電保護電路的輸出端。
4.根據權利要求2所述的一種記憶電池的充電保護電路，其特徵在於，所述第一分壓電路包括串聯的電阻Rl和電阻R3，電阻Rl的一端接電池電壓，另一端接電阻R3，電阻R3的另一端接地，電阻Rl和電阻R3的公共端與遲滯電壓比較器的正相輸入端相連； 所述第二分壓電路包括串聯的電阻R7和電阻R8，電阻R7的一端接電池電壓，另一端接電阻R8，電阻R8的另一端接地，電阻R7和電阻R8的公共端與電壓比較器的反相輸入端相連。
5.根據權利要求1-4的任意一項所述的一種記憶電池的充電保護電路，其特徵在於，所述充電保護電路還包括電源，所述電源通過電阻R2和穩壓管Dl接地，所述電阻R2和穩壓管Dl的公共端作為第一電壓與遲滯比較器的反相輸入端相連，所述穩壓管Dl的正極接地，負極作為第二電壓與電壓比較器的正相輸入端相連。
6.根據權利要求1-4的任意一項所述的一種記憶電池的充電保護電路，其特徵在於，所述反饋支路包括電阻R4，電阻R4的一端接遲滯比較器的正相輸入端，另一端接遲滯比較器的輸出端。
7.根據權利要求3所述的一種記憶電池的充電保護電路，其特徵在於，所述驅動電路包括三極體Ql和三極體Q2，所述三極體Q2的基極通過電阻R5與與非門的輸出端相連，發射極接地，集電極通過電阻R6與三極體Ql的基極相連，三極體Ql的集電極接電池電壓，發射極作為所述充電保護電路的輸出端。
全文摘要
本申請具體涉及一種具有記憶效應的電池的充電保護電路，所述記憶電池的充電保護電路，包括遲滯電壓比較器，所述遲滯電壓比較器的正相輸入端接電池電壓，反相輸入端接第一電壓，輸出端通過反饋支路與正相輸入端相連；電壓比較器，所述電壓比較器的正相輸入端接第二電壓，反相輸入端接電池電壓；與非門，所述與非門的兩個輸入端分別連接遲滯電壓比較器和電壓比較器的輸出端，所述與非門的輸出端作為該充電保護電路的輸出端。該充電保護電路結構簡單、成本低、無需進行二次調試，且電路沒有敏感元件，不易受到環境溫度(60～80℃)的影響，可靠性高。
文檔編號H02J7/00GK102832597SQ201210358828
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者李正恆, 李安兵, 秦宇 申請人:珠海拓普智能電氣股份有限公司