全文摘要
本实用新型公开采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构；解决的技术问题：针对背景技术中提及的现有锂电池构成的通用型充电电池无法兼容效率和有限电池空间的矛盾的技术问题。采用的技术方案：架构，包括USB口和降压型变换器构成了可充电电池的充电装置。正输入端V+、负输入V‑、锂电池、电源检测控制单元和DC‑DC充放电电路构成通用型可充电电池。优点，本架构，此通用可充电电池内部的充放电电路简单，元器件少，在充放电时共用同一个电感、一个功率PMOS管和一个功率NMOS管，因而有利于节省通用电池内部空间，增大锂电池容量；且锂电池充放电都工作于开关模式，有利于提高效率，降低温度。
主设计要求
1.一种采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构，其特征在于，包括通用型可充电电池(301)和可充电电池的充电装置(309)，可充电电池的充电装置(309)包括USB口(307)和降压型变换器(302)，降压型变换器(302)的输入连接USB口(307)的输出，降压型变换器(302)输出连接通用型可充电电池(301)；通用型可充电电池(301)包括锂电池(107)、正输入端V+(108)、负输入端V-(109)、电源检测控制单元(101)和DC-DC充放电电路(306)，锂电池(107)一端与DC-DC充放电电路(306)相连，锂电池(107)另一端与负输入端V-(109)相连，正输入端V+(108)与降压型变换器(302)的输出相连，正输入端V+(108)分别与电源检测控制单元(101)和DC-DC充放电电路(306)相连，负输入端V-(109)与电源检测控制单元(101)相连，电源检测控制单元(101)与DC-DC充放电电路(306)相连；DC-DC充放电电路(306)包括DC-DC充放电控制芯片(404)、功率PMOS管(111)、功率NMOS管(112)、反相驱动电路(113)和电感(103)，电感(103)一端与正输入端V+(108)相连，电感的另一端分别与功率PMOS管(111)的漏极和功率NMOS管(112)的漏极相连，功率PMOS管(111)的源极与锂电池(107)正极相连，功率PMOS管(111)的栅极与DC-DC充放电控制芯片(404)相连，功率NMOS管(112)的源极与负输入端V-(109)相连，功率NMOS管(112)的栅极与DC-DC充放电控制芯片(404)相连，DC-DC充放电控制芯片(404)与电源检测控制单元(101)相连控制电感(103)、功率PMOS管(111)和功率NMOS管(112)工作于buck模式对外放电或工作于boost模式或线性模式对锂电池进行充电。
设计方案
1.一种采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构，其特征在于，包括通用型可充电电池(301)和可充电电池的充电装置(309)，
可充电电池的充电装置(309)包括USB口(307)和降压型变换器(302)，降压型变换器(302)的输入连接USB口(307)的输出，降压型变换器(302)输出连接通用型可充电电池(301)；
通用型可充电电池(301)包括锂电池(107)、正输入端V+(108)、负输入端V-(109)、电源检测控制单元(101)和DC-DC充放电电路(306)，锂电池(107)一端与DC-DC充放电电路(306)相连，锂电池(107)另一端与负输入端V-(109)相连，正输入端V+(108)与降压型变换器(302)的输出相连，正输入端V+(108)分别与电源检测控制单元(101)和DC-DC充放电电路(306)相连，负输入端V-(109)与电源检测控制单元(101)相连，电源检测控制单元(101)与DC-DC充放电电路(306)相连；
DC-DC充放电电路(306)包括DC-DC充放电控制芯片(404)、功率PMOS管(111)、功率NMOS管(112)、反相驱动电路(113)和电感(103)，电感(103)一端与正输入端V+(108)相连，电感的另一端分别与功率PMOS管(111)的漏极和功率NMOS管(112)的漏极相连，功率PMOS管(111)的源极与锂电池(107)正极相连，功率PMOS管(111)的栅极与DC-DC充放电控制芯片(404)相连，功率NMOS管(112)的源极与负输入端V-(109)相连，功率NMOS管(112)的栅极与DC-DC充放电控制芯片(404)相连，DC-DC充放电控制芯片(404)与电源检测控制单元(101)相连控制电感(103)、功率PMOS管(111)和功率NMOS管(112)工作于buck模式对外放电或工作于boost模式或线性模式对锂电池进行充电。
2.如权利要求1所述的采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构，其特征在于，USB口（307）的输入连接到外部AC-DC充电器或充电宝或电脑的USB端口。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及二次电池或电子电源技术领域，尤其涉及一种利用开关电源充放电电路来实现采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构。
背景技术
通用电池指的是符合中国标准GB\/T8897-2008和国际电工委员会标准IEC60086:2007的已标准化的标称电压为1.5V的电池。现有的通用电池存在续航能力弱，无法循环，及其自身的化学构成对环境污染的影响大，放电过程输出电压不恒定等缺点。为弥补通用电池不能充电而产生的替代产品——镍氢充电电池由于标称电压为1.2V，低于通用电池的1.5V标称电压，使其不能完全替代通用电池。随着锂电池技术的不断发展及普及，利用锂电池替代这类的电池的呼声越来越高。
锂离子二次电池(以下简称为锂电池)具有比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、可快速充放电、无公害、无记忆效应等优点，是目前替代通用电池和镍氢充电电池较理想的二次电池。虽然锂电池虽然具有良好的充放电性能，但存在不耐受过放电、不耐受超倍率放电、不耐受过充电等问题，若对锂电池的充放电控制不当会造成锂电池损伤以及寿命减少，甚至会产生燃烧乃至爆炸，因而必须严格控制锂电池充放电的电流电压以及电池温度，防止其过充、过放、过载、过热。此外锂离子电池的输出电压一般在2.5V～4.2V，高于通用电池和镍氢充电电池，因而锂离子电池不能直接用来替代通用电池和镍氢充电电池，需要降压型变换电路将其电压降压到1.5V。将锂电池及其充放电管理电路封装在一起可构成通用型可充电电池，替代现有的通用电池。
图1是现有技术中一种典型可充电电池框架图，由外部电源对锂电池进行充电的充电电路，锂电池对外部放电的放电电路，锂电池107以及锂电池充放电检测控制电路组成。V+108是通用电池的正输入端，V-109是通用电池的负输入端。电容110和电容106为输入输出电容；锂电池107为替代传统电池的可充电通用电池内部储能元件。锂电池恒流恒压充电控器104，功率PMOS管111、功率NMOS管112、反相驱动电路113，电感105和电容110，电容106，锂电池107组成锂电池的充电环路；降压型变换器102，电感103和电容110，电容106和锂电池107构成了可充电通用电池的放电环路，电源检测控制单元101根据外部条件选择可充电电池工作在充电模式还是放电模式。当有外部电源接在可充电电池的正端V+108和负端V-109之间，电源检测控制单元101检测到可充电电池的正端V+108和负端V-109之间的电压超过某一内部设置电压，放电环路关闭，可充电电池进入充电模式；当外部电源移除，电源检测控制单元101关闭充电环路，可充电电池进入放电模式。
图2是现有技术中另一种典型可充电电池框架图，该方案包括了一个对锂电芯充电的线性充电电路，一个DCDC降压电路对锂电池进行放电以及电源检测控制单元101。V+108是通用电池的正输入端，V-109是通用电池的负输入端。电容110和电容106为输入输出电容；锂电池107为替代传统电池的可充电通用电池内部储能元件。锂电池线性充电控制模块201，Power MosFTE管104和电容110，电容106，和锂电池107组成锂电池的充电环路；降压型变换器102、电感103、电容110、电容106和锂电池107构成了可充电通用电池的放电环路，电源检测控制单元101根据外部条件选择可充电电池工作在充电模式还是放电模式。当有外部电源接在可充电电池的正端V+108和负端V-109之间，电源检测控制单元101检测到可充电电池的正端V+108和负端V-109之间的电压超过某一内部设置电压，放电环路关闭，可充电电池进入充电模式；当外部电源移除，电源检测控制单元101关闭充电环路，可充电电池进入放电模式。
图1可充电电池架构采用了充电放电都是开关电源的方式，无可避免的需要采用多一颗电感及控制芯片，大大增加了成本以及PCB的体积。由于通用电池的固定体积，增加PCB增加出的面积，无法避免的减少了电芯的体积，进而影响到了电芯的电量。
图2可充电电池架构锂电池放电过程采用了电感式的DCDC降压方式，将3.6V左右的锂电池电压降至1.5V,但是在充电部分，还是通过一种无电感的线性充电方式将一般5V的电压转到3.6V锂电上。线性充电效率低，在高压差或大电流情况下芯片发热严重。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对背景技术中提及的现有锂电池构成的通用型充电电池无法兼容效率和有限电池空间的矛盾的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构，包括通用型可充电电池和可充电电池的充电装置，
可充电电池的充电装置包括USB口和降压型变换器，降压型变换器的输入连接USB口的输出，降压型变换器输出连接通用型可充电电池；
通用型可充电电池包括锂电池、正输入端V+、负输入端V-、电源检测控制单元和DC-DC充放电电路，锂电池一端与DC-DC充放电电路相连，锂电池另一端与负输入端V-相连，正输入端V+与降压型变换器的输出相连，正输入端V+分别与电源检测控制单元和DC-DC充放电电路相连，负输入端V-与电源检测控制单元相连，电源检测控制单元与DC-DC充放电电路相连；
DC-DC充放电电路包括DC-DC充放电控制芯片、功率PMOS管、功率NMOS管、反相驱动电路和电感，电感一端与正输入端V+相连，电感的另一端分别与功率PMOS管的漏极和功率NMOS管的漏极相连，功率PMOS管的源极与锂电池正极相连，功率PMOS管的栅极与DC-DC充放电控制芯片相连，功率NMOS管的源极与负输入端V-相连，功率NMOS管的栅极与DC-DC充放电控制芯片相连，DC-DC充放电控制芯片与电源检测控制单元相连控制电感、功率PMOS管和功率NMOS管工作于buck模式对外放电或工作于boost模式或线性模式对锂电池进行充电。
本实用新型技术方案的进一步优选方案，USB口307的输入连接到外部AC-DC充电器或充电宝或电脑的USB端口。USB口307的设置可连接到外部AC-DC充电器或充电宝或电脑的USB端口，对本实用新型中的充电电池进行充电。
本实用新型的采用锂离子电池构成的通用型可充电电池外形与现有技术中的通用电池外形一致，可直接替换到现有通用电池应用场合，如数码相机、电子仪器仪表、遥控器和玩具等等。
本实用新型技术方案中的电源检测控制单元和降压型变换器均为现有技术中本技术领域内的现有模块，具体的电源检测控制单元和降压型变换器的电路图本实用新型不作详细说明。
本实用新型技术方案中的降压型变换器将外部输入的电源降压至V1，V1的电压值不限于2.5V，亦可设置为其他电压值。
本实用新型技术方案中的DC-DC充放电电路，在有外部电源时工作于boost模式对锂电池进行充电，当无外部电源时工作于buck模式，输出1.5V电压，此电压不限于1.5V，亦可设置为其他电压值。
本实用新型技术方案中的反相驱动电路为现有技术中本技术领域内的现有模块，具体的电路图本实用新型不作详细说明。
本实用新型中的采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构工作方式如下：
1，当锂电池通用型可充电电池301无负载或者接入负载时，电源检测控制单元101判断锂电池通用型可充电电池301处于放电状态，锂电池107通过DC-DC充放电电路对外放电，输出电压维持在1.5V。
2，电池充电装置内置降压芯片，将外部电源(一般为5V USB电源，甚至更高的充电电压)转换到V1。这样保证充电时一直为高效DCDC升压模式
3，当电池正负极电压大于或等于V1，电池判断有外接电源，DC-DC控制电路打开，通过升压模式将V1升高对锂电池进行充电。
4，当内部锂电池电压低于V1，DC-DC控制电路转为线性充电模式对锂电池进行充电。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：
1、本采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构，通用可充电电池内部的DC-DC充放电电路，只使用了一个电感和一个充放电控制芯片，在充电时此控制芯片工作在boost升压模式对锂电池进行充电，在放电时此控制芯片工作在buck降压模式对外放电。
2、本采用锂离子电池构成的通用型可充电电池的新型架构，此通用可充电电池内部的充放电电路简单，元器件少，在充放电时共用同一个电感、一个功率PMOS管和一个功率NMOS管，因而有利于节省通用电池内部空间，增大锂电池容量；且锂电池充放电都工作于开关模式，有利于提高效率，降低温度。
附图说明
图1是现有技术中一种通用型可充电电池内部框图。
图2是现有技术中另一种通用型可充电电池内部框图。
图3本实用新型提供的通用型可充电电池及配套充电装置的一种实施例的结构图。
图4是图3的通用型可充电电池内部的一种实施例的结构图。
具体实施方式
下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图4和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图3所示，本实施例提供的通用型可充电电池及配套充电装置的一种实施例的结构图。
USB口307和降压型变换器302构成了可充电电池的充电装置309。USB口307可连接到外部AC-DC充电器，充电宝或者电脑的USB端口，降压型变换器302将从USB口307引入的外部电源电压降到2.5V。降压型变换器302的输入连接USB口307的输出，降压型变换器302输出连接通用型可充电电池301。
正输入端V+108、负输入V-109、锂电池107、电源检测控制单元101和DC-DC充放电电路306构成了采用锂电池的通用型可充电电池301。锂电池107一端与DC-DC充放电电路306相连，锂电池107另一端与负输入端V-109相连，正输入端V+108与降压型变换器302的输出相连，正输入端V+108分别与电源检测控制单元101和DC-DC充放电电路306相连，负输入端V-109与电源检测控制单元101相连，电源检测控制单元101与DC-DC充放电电路306相连。
本实施例中的通用型可充电电池301作为通用电池使用可以使用可充电池的充电装置309对其反复充电，而可充电池的充电装置309可以连接到外部AC-DC充电器或充电宝或电脑的USB端口。通用型可充电电池301采用开关系统充放电可以提高充放电效率，节省通用电池内部空间，提高通用电池内部锂电池容量。
充电时，通用型可充电电池301通过正接触弹簧310和负接触片311与充电装置309形成充电回路。外部电源通过USB口307输入到降压型变换器302并降压为2.5V。2.5V电压通过弹簧310传递到通用型可充电电池301的正输入端V+108。通用型可充电电池301内部的电源检测控制单元101检测到有外部电源，控制DC-DC充放电电路306工作在充电模式，对锂电池107进行充电。当外部电源移除或者可充电电池301从充电装置309中移除，电源检测控制单元101控制DC-DC充放电电路306工作在放电模式，将锂电池107电压转换为1.5V的输出电压，并根据负载的大小提供合适的输出电流。
图4是本实施例提供的通用型可充电电池内部的一种实施例的结构图。V+108是通用电池的正输入端，V-109是通用电池的负输入端。电容110和电容106为输入输出电容；锂电池107为替代传统电池的可充电通用电池内部储能元件。DC-DC充放电控制芯片404、功率PMOS管111、功率NMOS管112、反相驱动电路113以及电感103构成锂电池的充放电环路；电源检测控制单元101根据是否有外部电源控制DC-DC充放电控制芯片404的工作模式。当有外部电源接到V+108，电源检测控制单元101检测到有外部电源控制充放电环路工作于充电模式。若锂电池107电压低于2.5V，DC-DC充放电控制芯片404关闭功率NMOS管112，控制功率PMOS管111工作于线性充电模式。当锂电池107电压高于2.5V，DC-DC充放电控制芯片404工作与boost模式，将接到V+108的2.5V电压升高，对锂电池107进行充电，并对充电电流进行控制。当外部电源移除后，电源检测控制单元101控制DC-DC充放电控制芯片404工作在降压模式，输出电压设定在1.5V。
本实施例在于先将外部电源降到2.5V，然后通过可充电电池内部的单一电感103和DC-DC充放电控制芯片404对锂电池107进行充电；在无外部电源时又复用此电感103和DC-DC充放电控制芯片404使其工作于降压模式，锂电池107通过DC-DC充放电电路306对外放电，输出电压维持在1.5V。以上实例只是用作示例说明，并不是为了限制本实用新型。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920313540.3
申请日:2019-03-12
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:32(江苏)
授权编号:CN209434923U
授权时间:20190924
主分类号:H02J 7/00
专利分类号:H02J7/00
范畴分类:37C;38G;
申请人:钰泰半导体南通有限公司
第一申请人:钰泰半导体南通有限公司
申请人地址:226001 江苏省南通市港闸区新康路33号40幢
发明人:甘戈;李瑛
第一发明人:甘戈
当前权利人:钰泰半导体南通有限公司
代理人:涂春春
代理机构:32112
代理机构编号:南京天翼专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计