一种模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法与流程

1.本发明涉及一种锂电池装置实现方案，尤其涉及的是一种模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法的改进。


背景技术：

2.现有技术中的锂电池具有平滑稳定的放电曲线，其放电通常是稳定的满电压放电，而在基本没电的情况下迅速没电，电压曲线接近垂直跌落。而一般的干电池放电通常是新电池具有最高的电压释放，随着电池容量的下降(实际上电池内阻增加)，外部输出电压会越来越低，直至不能正常供电使设备正常运行。因此，相比于干电池的供电方式，锂电池的供电方式其实是更优秀的。
3.但实际上，在很多的用电设备中，如手电筒，其设计的使用寿命是根据干电池放电曲线来的，也即随着使用时间电压输出下降。而由于锂电池的恒压输出的，放电曲线很平直，到电量枯竭时才会基本断崖式下降电压，在这之前一直是类似于新电池的满电压供电，这样就会导致使用锂电池供电的用电设备一直处于满电压工作状态，而极容易导致用电设备的损坏，不仅使用寿命下降，而且会使消费者以为是用电设备的产品质量存在问题，而引起对用电设备产品的投诉。
4.现有用电设备中，例如手电筒等，尤其国外市场对用电设备的更新换代很慢，这些用电设备在采用锂电池供电时，通常会认为是处于干电池的最佳输出电压状态(满电压输出)，因而设备会一直处于满功率输出状态，其工作电路比如led灯或其他处理电路就可能一直在最高负荷工作状态，导致设备很容易出现故障和损坏。另外，锂电池由于其放电曲线的特点，常会出现其电量耗竭时无法提前得知，例如指纹锁，在锂电池无电时却处于门外状态，导致工作时间停止时间点却无法预估其电量容量状态。
5.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法，针对上述现有技术的缺陷，而提供一种能够提升用电设备使用寿命的锂电池电路、装置及方法。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种模拟干电池放电的锂电池电路，其应用于锂电池装置的电路板中，其中，所述电路包括：充放电管理单元，mcu主控单元，dc－dc降压单元；所述充放电管理单元，用于对所述锂电池装置进行欠压/过压/过流检测保护控制；所述mcu主控单元，用于在放电模式时对电池电压实时检测来计算容量后，通过输出占空比来调整输出电压；所述占空比信号受控改变，依据预先设置的模拟干电池放电曲线逐步降低电路输出电压的占空比。
9.所述的模拟干电池放电的锂电池电路，其中，所述充放电管理单元采用线性充电芯片，并在充电时设置预定的限流数值。
10.所述的模拟干电池放电的锂电池电路，其中，所述电路中还设置有保护电路单元，
用于对所述锂电池单元的充放电保护。
11.所述的模拟干电池放电的锂电池电路，其中，所述电路还设置检测负载是否接入，并在接入前处于低功耗状态，在接入后唤醒所述dc－dc降压单元。
12.一种模拟干电池放电的锂电池装置，其设置包括用于存储电量的锂电池单元，以及对所述锂电池单元进行充放电管理的电路板，所述电路板上设置有锂电池电路，其中，所述电路包括：充放电管理单元，mcu主控单元，dc－dc降压单元；所述充放电管理单元，用于对所述锂电池装置进行欠压/过压/过流检测保护控制；所述mcu主控单元，用于在放电模式时对电池电压实时检测来计算容量后，通过输出占空比来调整输出电压；所述占空比信号受控改变，依据预先设置的模拟干电池放电曲线逐步降低电路输出电压的占空比。
13.所述的模拟干电池放电的锂电池装置，其中，所述充放电管理单元采用线性充电芯片，并在充电时设置预定的限流数值。
14.所述的模拟干电池放电的锂电池装置，其中，所述电路中还设置有保护电路单元，用于对所述锂电池单元的充放电保护。
15.所述的模拟干电池放电的锂电池装置，其中，所述电路还设置检测负载是否接入，并在接入前处于低功耗状态，在接入后唤醒所述dc－dc降压单元。
16.一种采用任一模拟干电池放电的锂电池电路实现方法，其中，包括以下步骤：
17.a、所述充放电管理单元检测负载是否接入，如果未接入，则进入低功耗模式；
18.b、所述充放电管理单元如果检测到负载接入，则唤醒所述dc－dc降压单元输出电流；所述dc－dc降压单元根据所述mcu主控单元的受控改变之占空比信号，改变所述dc－dc降压单元的电压输出；
19.所述占空比信号的受控改变依据对所述锂电池放电电流的检测以及对所述锂电池容量的计算，并模拟干电池的放电曲线，逐步降低所述dc－dc降压电路的占空比信号以降压放电。
20.所述的模拟干电池放电的锂电池电路实现方法，其中，所述步骤b中所述充放电管理单元定时唤醒所述dc－dc降压单元并调整电压的输出。
21.本发明所提供的一种模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法，由于采用了在锂电池电路中设置的mcu主控单元以及与该mcu主控单元电连接的dc－dc降压单元依照预先设定的干电池放电曲线通过占空比信号的占空比降压调压输出，从而模拟干电池的输出曲线，实现对用电设备即负载的安全性防护，提升用电设备的使用寿命。
附图说明
22.图1为本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例的电路框图示意图。
23.图2为本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例的电路原理示意图。
24.图3为本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例的干电池放电曲线示意图。
具体实施方式
25.以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。
26.本发明所提供的一种模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例，可以将锂电池的管理电路中设置控制输出的电压，尤其是针对常见的柱形锂电池，以实现对用电设备的更好保护；根据干电池的放电曲线，可以采用通常的放电曲线，干电池放电曲线与锂电池放电曲线必然是不同的，不同的干电池放电曲线可能也有差异，比如向下倾斜的斜率各不相同，但毕竟与锂电池的平直及陡然下坠不同，因此在实际的实施例中，本发明所述产品中所采用的干电池放电曲线是可以进行预先调整的，例如在前期稍高的电压输出，并控制缓慢下降，而不一定采用的是线性下降曲线(直线)，如图3所示的，是针对同一个锂电池的不同放电方式，(a)、(b)、(c)三条曲线分别针对的采用500ma、1000ma和1500ma的三种干电池容量放电的曲线，纵轴为电流(ma)和电压(v)，横轴为时间(分钟)，采用较低放电电流的放电时间就长，反之则短。将上述放电曲线预先设置在所述锂电池装置的电路中，作为锂电池放电的依照曲线进行放电，从而模拟干电池放电；所述干电池放电曲线可以根据统计数据或人为的调整进行，只需克服锂电池的全量放电模式，以保证用电设备的用电安全。也可以采用逻辑判断电路，根据放电电流的要求选择采用相应的放电曲线。
27.本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例中，可以感测锂电池内部的电压(电容量)情况，相应调整模拟干电池的放电曲线调整后输出电压。所述电路中设置包括：充放电管理单元101，mcu主控单元103，dc－dc降压单元102，如图2所示；调整的方式可以通过mcu主控单元根据预先设置的调节方式，通过调节输出电压的占空比，从而保证dc－dc降压单元的电压调整后输出，将锂电池的放电曲线依照模拟干电池的方式进行放电，与现有的用电设备更为适配，能够延长设备的使用寿命，避免损坏。尤其是对旧用电设备的供电锂电池来说，是非常必要的锂电池管理电路设置，以防止锂电池放电后导致用电设备的持续满负荷用电容易出现故障的问题。
28.所述充放电管理单元101用来对锂电池装置进行欠压/过压/过流检测保护控制；所述mcu主控单元，用来在放电模式下对锂电池的电池电压进行实时监测，并计算容量，然后通过占空比的调整而调整锂电池的输出电压。所述占空比信号受控改变，依据预先设置的模拟干电池放电曲线逐步降低电路输出电压的占空比。
29.本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例如图1和图2所示的，主要应用在锂电池装置中，尤其是柱型锂电池中，在锂电池放置到用电设备中后，可以实现模拟干电池的放电曲线进行放电。其设置实现的实施例主要是在锂电池的电路板中设置管理电路中，该管理电路在实体上是设置在锂电池的电路板上的，通过电路板对锂电池单元进行管理充放电。
30.所述电路包括充放电管理单元101，用来对锂电池的充放电过程进行控制，较佳但不限于可以采用4054或4057线性充电ic，在充电时预先设定限流值，例如可以但不限于采用300ma。通过所述充放电管理单元101的控制，其可以设置指示灯引脚，在所述锂电池单元处于充电状态时，所述充放电管理单元可以控制led红灯点亮，当充满或饱和后，转绿灯点亮。
31.在所述管理电路中还包括dc－dc降压单元102，用来在放电时对电压进行控制，在现有技术中是根据锂电池单元本身的容量进行供电，提供电压，例如常见的18650电池通常
提供的是1.5v电压。所述电路中同时还包括一mcu主控单元103，该mcu主控单元与所述dc－dc降压单元电连接，并受所述充放电管理单元的控制，通过受控改变占空比信号，从而改变所述dc－dc降压单元输出的电压。
32.所述mcu主控单元的受控改变方式是依照预先设定的干电池放电曲线而设置，这样所述dc－dc降压单元输出的电压就会根据对应的占空比信号调整电压，尤其是在负载接入放电到一定程度的时候，通过对占空比信号的控制实现降压输出。所述干电池的放电曲线，如前所述，是可以根据通常的放电规律进行预先设置，可以采用统计规律或常见的干电池放电曲线，例如碳性或碱性电池的放电曲线，或经过调整设置的类似于干电池放电的曲线(即不一定是实际电池放电曲线，而是根据干电池放电方式预先设置的曲线，如斜向下的直线)，其特点就是在于通过占空比信号的调整，使锂电池的输出电压依照一定的规律逐步降压输出，而避免锂电池本身的平直满电压放电方式，以减轻用电设备的满负荷用电会导致容易出现故障之问题。
33.所述锂电池电路中还可以设置包括一保护电路单元104，用来对锂电池的充放电过程进行保护，以防止过载或过充造成对电池的损坏。
34.在本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例中，所述充放电管理单元还可以对负载是否接入进行检测，如果没有负载接入，则保持低功耗模式；当有负载接入后，即唤醒所述dc－dc降压单元进行放电输出，并通过所述mcu主控单元的受控改变之占空比信号，来改变所述dc－dc降压单元的电压输出。较好地是，可以定时唤醒所述dc－dc降压单元，以便定时的改变电压，这样就可以减少实时改变所导致的额外能耗提升。所述受控改变的占空比信号改变规律依照预先设置的干电池放电曲线进行，即可以根据检测的电压判断所述锂电池单元的电量容量，或者根据其输出电流的微弱改变，或者根据时间的变化，进行占空比调整，从而使锂电池模拟干电池的降压方式输出。
35.在移除负载时，所述充放电管理单元就恢复其低功耗模式，并定时检测负载的是否接入。在实际的实施例电路设置中，本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法还可以设置开关结构，将所述mcu主控单元予以关闭，以恢复锂电池的原有放电方式，这对于比较新的用电设备，例如已经针对锂电池放电模式做了用电电路保护性改进的用电设备，就可以不再需要锂电池本身的模拟干电池放电保护。
36.进一步地，本发明所述模拟干电池放电的锂电池电路、装置及方法较佳实施例，在设置采用了模拟干电池的放电方式后，其用电设备原有的对电池容量检测方式及使用方式，就可以如同干电池一样对锂电池进行使用，例如根据供电电压的变化，在锂电池用到较长时间后，可以提示锂电池的可能没电状态，使用电设备原有的低电量检测及报警提示方式正常工作和提示，而避免由于锂电池放电曲线的平直和断崖下跌导致的在没电时会突然断电、缺乏给用户缓冲时间的问题。模拟干电池放电曲线进行放电也可以使用电设备提醒用户电量即将耗尽、可以及时更换或者充电等，从而可以提升用户的使用体验。
37.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。