电池充放电系统的制作方法

本发明涉及电池充放电技术领域，特别是涉及一种电池充放电系统。

背景技术：

目前，电池(battery)指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。具有正极、负极之分。随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置。如太阳能电池。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。

为了让电池能够更好地实现充放电过程，现有的电池都会结合电池充放电系统配套使用，电池充放电系统用于管理和监控电池，让电池更好地完成充放电过程中。但对于现有的电池充放电系统，当电池在充放电过程出现故障时，并没有设置相关的预警功能，导致用户在第一时间内并没有得知电池处于异常状态，用户也就没有办法及时对电池异常状态做出相关措施，导致现有的电池充放电系统存在较大的安全隐患，安全性并不高；此外，现有的电池充放电系统，若要实现对电池以恒流或者恒压状态完成充放电过程，一般的电池充放电系统在其设置恒流恒压芯片进行控制，但采用芯片控制的方式，会导致电池充放电系统的造价成本提升，无疑会影响到生产商的制造成本，降低企业的经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够对电池进行充放电过程中时，防止电池异常还继续工作损坏电池的，并能够及时通知用户电池处于异常状态的，具备预警功能的，让用户及时作出相关异常措施的，保证电池能够以恒流或者恒压状态完成充放电过程的以及制造成本较低的电池充放电系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电池充放电系统，包括：

控制单元，所述控制单元的检测端用于与电池连接；

恒流单元，所述恒流单元的第一输入端与所述控制单元的第一输出端连接，所述恒流单元的第二输入端与电池的负极连接；

恒压单元，所述恒压单元的第一输入端与电池的负极连接，所述恒压单元的第二输入端与电池的正极连接，所述恒压单元的基准端与所述控制单元的第二输出端连接；

选择单元，所述选择单元的第一输入端与外部正压电源连接，所述选择单元的第二输入端与外部负压电源连接，所述选择单元的第三输入端与所述恒压单元的输出端连接，所述选择单元的第四输入端与所述恒流单元的输出端连接；

充放电单元，所述充放电单元的第一输入端与所述恒流单元的输出端连接，所述充放电单元的第二输入端与所述选择单元的输出端连接，所述充放电单元的第三输入端与外部正压电源连接，所述充放电单元的输出端与电池的正极连接，所述充放电单元的控制输入端与所述控制单元的控制输出端连接；及

预警单元，所述预警单元的第一输入端与所述控制单元的控制输出端连接，所述预警单元的第二输入端与外部正压电源连接。

在其中一个实施方式中，所述恒流单元包括恒流器4u1、电阻4r1、电阻4r2、电阻4r9和电阻4rs1，所述恒流器4u1的正相输入端串联所述电阻4r1作为所述恒流单元的第一输入端，所述恒流器4u1的反相输入端串联所述电阻4r2作为所述恒流单元的第二输入端，所述恒流器4u1的输出端串联所述电阻4r9作为所述恒流单元的输出端，所述电阻4rs1的一端与电池的负极连接，所述电阻4rs1的另一端接地。

在其中一个实施方式中，所述恒流单元还包括电容4c1、电阻4r6和电容4c2，所述电容4c1的一端与所述恒流器4u1的正相输入端连接，所述电容4c1的另一端与所述电阻4r6的一端连接，所述电阻4r6的另一端与所述电容4c2的一端连接，所述电容4c2的另一端与所述恒流器4u1的输出端连接。

在其中一个实施方式中，所述恒流单元还包括电容4c3，所述电容4c3与所述电阻4rs1并联连接。

在其中一个实施方式中，所述恒压单元包括恒压器4u2a、恒压器4u2b、电阻4r16、电阻4r10、电阻4r15、电阻4r11、电阻4r12、电阻4r8、电阻4r5、电阻4r4、电容4c4、电阻4r17、电阻4r18和三极管4q2，所述恒压器4u2a的反相输入端顺序串联所述电阻4r10和所述电阻4r16作为所述恒压单元的第一输入端，所述恒压器4u2a的正相输入端顺序串联所述电阻4r11和所述电阻4r15作为所述恒压单元的第二输入端，所述恒压器4u2a的输出端串联所述电阻4r5与所述恒压器4u2b的正相输入端连接，所述电阻4r8的一端与所述恒压器4u2a的反相输入端连接，所述电阻4r8的另一端与所述恒压器4u2a的输出端连接，所述电阻4r12的一端与所述恒压器4u2a的正相输入端连接，所述电阻4r12的另一端接地，所述恒压器4u2b的反相输入端与所述电阻4r4的一端连接，所述电阻4r4的另一端作为所述恒压单元的基准端，所述恒压器4u2b的输出端作为所述恒压单元的输出端，所述电容4c4的一端与所述恒压器4u2b的反相输入端连接，所述电容4c4的另一端与所述恒压器4u2b的输出端连接，所述三极管4q2的基极分别与所述电阻4r17的一端和所述电阻4r18的一端连接，所述电阻4r17的另一端与所述恒压器4u2b的输出端连接，所述电阻4r18的另一端与所述三极管4q2的发射极连接，所述三极管4q2的发射极接地，所述三极管4q2的集电极与所述充放电单元连接。

在其中一个实施方式中，所述恒压单元还包括电容4c7、电容4c8和二极管4d4，所述电容4c7与所述电阻4r8并联连接，所述电容4c8与所述电阻4r18并联连接，所述二极管4d4的阴极与所述恒压器4u2b的输出端连接，所述二极管4d4的阳极作为所述恒压单元的输出端。

在其中一个实施方式中，所述选择单元包括电阻4r1、三极管4q1和电阻4r14，所述三极管4q1的集电极串联所述电阻4r1，所述电阻4r1的一端作为所述选择单元的第一输入端，所述三极管4q1的发射极串联所述电阻4r14作为所述选择单元的第二输入端，所述4r1的另一端作为所述选择单元的第三输入端，所述三极管4q1的基极作为所述选择单元的第四输入端，所述三极管4q1的集电极作为所述选择单元的输出端。

在其中一个实施方式中，所述充放电单元包括电阻4r3、三极管4q5、三极管4vt3、三极管4q6、三极管4vt4、二极管4d2和二极管4d3，所述三极管4q5的基极串联所述电阻4r3作为所述充放电单元的第一输入端，所述三极管4q5的集电极与外部正压电源连接，所述三极管4vt3的基极与所述三极管4q5的发射极连接，所述三极管4vt3的集电极与所述三极管4q5的集电极连接，所述三极管4vt3的发射极作为所述充放电单元的输出端，所述三极管4q6的基极作为所述充放电单元的第二输入端，所述三极管4q6的发射极串联所述电阻4r7与所述三极管4q5的发射极连接，所述三极管4vt4的基极与所述三极管4q6的发射极连接，所述三极管4vt4的发射极接地，所述三极管4vt4的集电极与所述三极管4vt3的发射极连接，所述二极管4d2的阳极与所述三极管4q5的基极连接，所述二极管4d2的阴极作为所述充放电单元的控制输入端与所述二极管4d3的阴极连接，所述二极管4d3的阳极与所述三极管4q6的基极连接。

在其中一个实施方式中，所述三极管4q5、所述三极管4vt3、所述三极管4q6和所述三极管4vt4均为npn三极管。

在其中一个实施方式中，所述预警单元包括发光二极管led1、三极管q4、电阻r23、电阻r55和二极管d4，所述三极管q4的基极与所述电阻r23的一端连接，所述电阻r23的另一端作为所述预警单元的第一输入端与所述二极管d4的阴极连接，所述二极管d4的阳极接地，所述三极管q4的发射极与所述发光二极管led1的阴极连接，所述发光二极管led1的阳极作为所述预警单元的第二输入端，所述电阻r55的一端与所述三极管q4的集电极连接，所述电阻r55的另一端接地。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

本发明的电池充放电系统，通过设置控制单元、恒流单元、恒压单元、选择单元、充放电单元及预警单元。在实际的应用过程中，当电池在充放电过程中发生异常状态时，控制单元输出电平信号至充放电单元中，让充放电单元停止工作，即停止了电池的充放电，防止电池在异常状态下还工作损坏；预警单元的设置，当电池发生异常时，预警单元能够及时反馈给用户，让用户快速作出相关的异常措施，防止电池因异常状态损坏；再者，恒流单元和恒压单元的设置，能够让电池以恒流或者恒压状态完成充放电过程，保证电池的工作稳定性，利用恒流单元和恒压单元代替控制芯片，大大降低了电路的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的一实施方式中的电池充放电系统的模块示意图；

图2为本发明的一实施方式中的电池充放电系统的电路原理示意图；

图3为本发明的一实施方式中的恒流单元的电路原理示意图；

图4为本发明的一实施方式中的恒压单元的电路原理示意图；

图5为本发明的一实施方式中的选择单元的电路原理示意图；

图6为本发明的一实施方式中的充放电单元的电路原理示意图；

图7为本发明的一实施方式中的预警单元的电路原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，一种电池充放电系统10包括控制单元100、恒流单元200、恒压单元300、选择单元400、充放电单元500及预警单元600。

如此，需要说明的是，控制单元100起到控制的作用，用于当电池处于异常状态时，输出相应的电平信号关闭电池充放电系统10，防止电池处于异常状态下还进行工作；恒流单元200用于让电池以预设电流值进行充放电工作；恒压单元300用于让电池以预设电压值进行充放电工作；选择单元400用于让电池处于充电状态还是放电状态；充放电单元500用于充放电工作；预警单元600起到预警的作用，当电池处于异常状态时，根据控制单元100发送过来的控制信号执行相应的预警操作，通知用户。

请参阅图1，控制单元100的检测端用于与电池连接。

如此，需要说明的是，控制单元100的检测端用于检测电池的当前状态，当电池发生异常时，输出相应的电平信号执行相应的异常处理操作。

请参阅图1，恒流单元200的第一输入端与控制单元100的第一输出端连接，恒流单元200的第二输入端与电池的负极连接。

如此，需要说明的是，恒流单元200用于让电池以预设电流值进行充放电工作。

请参阅图1，恒压单元300的第一输入端与电池的负极连接，恒压单元300的第二输入端与电池的正极连接，恒压单元300的基准端与控制单元100的第二输出端连接。

如此，需要说明的是，恒压单元300用于让电池以预设电压值进行充放电工作。

请参阅图1，选择单元400的第一输入端与外部正压电源连接，选择单元400的第二输入端与外部负压电源连接，选择单元400的第三输入端与恒压单元300的输出端连接，选择单元400的第四输入端与恒流单元300的输出端连接。

如此，需要说明的是，选择单元400用于让电池处于充电状态还是放电状态。

请参阅图1，充放电单元500的第一输入端与恒流单元200的输出端连接，充放电单元500的第二输入端与选择单元400的输出端连接，充放电单元500的第三输入端与外部正压电源连接，充放电单元500的输出端与电池的正极连接，充放电单元500的控制输入端与控制单元100的控制输出端连接。

如此，需要说明的是，充放电单元500用于充放电工作。

请参阅图1，预警单元600的第一输入端与控制单元100的控制输出端连接，预警单元600的第二输入端与外部正压电源连接。

如此，需要说明的是，预警单元600起到预警的作用，当电池处于异常状态时，根据控制单元100发送过来的控制信号执行相应的预警操作，通知用户。

还需要说明的是，在本申请中，外部电源一共有三个，一个为电压+12v的外部正压电源；一个为电压为+7v的外部正压电源；另一个为电压为-8v的外部负压电源，三个外部电源均起到供电的作用。

进一步地，请一并参阅图2和图3，在一实施方式中，恒流单元200包括恒流器4u1、电阻4r1、电阻4r2、电阻4r9和电阻4rs1，恒流器4u1的正相输入端串联电阻4r1作为恒流单元200的第一输入端，恒流器4u1的反相输入端串联电阻4r2作为恒流单元200的第二输入端，恒流器4u1的输出端串联电阻4r9作为恒流单元的输出端，电阻4rs1的一端与电池的负极连接，电阻4rs1的另一端接地。

如此，需要说明的是，恒流单元200启动工作时，若要电池以2ma的电流值进行充放电工作时，此时恒流器4u1的输出端的电压为2ma*电阻4rs1的阻值，即可保证电池以预设电流值2ma进行充放电工作；恒流器4u1的正相输入端输入的是控制单元100的控制信号，恒流器4u1的反相输入端输入的是2ma*电阻4rs1的阻值的信号；电阻4r1、电阻4r2和电阻4r9均起到限流的作用，电阻4r1、电阻4r2用于保护恒流器4u1，防止恒流器4u1损坏，电阻4r9用于保护后续的相关功能模块的电子元器件。

还需要说明的是，恒流单元200除了起到恒流的作用，还起到输出相关电平信号至选择单元400，让选择单元400让电池处于充电模式还是处于放电模式。在本申请中，当恒流器4u1输出正压信号，即高电平信号时，电池处于充电模式；当恒流器4u1输出负压信号时，即低电平信号，电池处于放电模式。

进一步地，请再次参阅图3，在一实施方式中，恒流单元200还包括电容4c1、电阻4r6和电容4c2，电容4c1的一端与恒流器4u1的正相输入端连接，电容4c1的另一端与电阻4r6的一端连接，电阻4r6的另一端与电容4c2的一端连接，电容4c2的另一端与恒流器4u1的输出端连接。

如此，需要说明的是，电容4c1、电阻4r6和电容4c2组成增益补偿网络，起到增益补偿的作用，提高恒流器4u1的工作稳定性。

进一步地，请再次参阅图3，在一实施方式中，恒流单元200还包括电容4c3，电容4c3与电阻4rs1并联连接。

如此，需要说明的是，电容4c3起到滤波的作用，消除杂波信号。

进一步地，请一并参阅图2和图4，在一实施方式中，恒压单元300包括恒压器4u2a、恒压器4u2b、电阻4r16、电阻4r10、电阻4r15、电阻4r11、电阻4r12、电阻4r8、电阻4r5、电阻4r4、电容4c4、电阻4r17、电阻4r18和三极管4q2，恒压器4u2a的反相输入端顺序串联电阻4r10和电阻4r16作为恒压单元300的第一输入端，恒压器4u2a的正相输入端顺序串联电阻4r11和电阻4r15作为恒压单元的第二输入端，恒压器4u2a的输出端串联电阻4r5与恒压器4u2b的正相输入端连接，电阻4r8的一端与恒压器4u2a的反相输入端连接，电阻4r8的另一端与恒压器4u2a的输出端连接，电阻4r12的一端与恒压器4u2a的正相输入端连接，电阻4r12的另一端接地，恒压器4u2b的反相输入端与电阻4r4的一端连接，电阻4r4的另一端作为恒压单元300的基准端，恒压器4u2b的输出端作为恒压单元300的输出端，电容4c4的一端与恒压器4u2b的反相输入端连接，电容4c4的另一端与恒压器4u2b的输出端连接，三极管4q2的基极分别与电阻4r17的一端和电阻4r18的一端连接，电阻4r17的另一端与恒压器4u2b的输出端连接，电阻4r18的另一端与三极管4q2的发射极连接，三极管4q2的发射极接地，三极管4q2的集电极与充放电单元500连接。

如此，需要说明的是，恒压单元300启动工作时，恒压器4u2a通过正相输入端连接电池的负极，反相输入端连接电池的正极，采集电池当前的电压值，而后恒压器4u2a的输出端向恒压器4u2b的正相输入端输入，恒压器4u2b的反相输入端通过控制单元100一个基准电压值，基准电压值为人为预设值，例如，当需要电池以2v的恒压值进行充放电过程时，恒压器4u2b的反相输入端输入一个基准电压值为2v的电压值，最终恒压器4u2b的输出端输出相关的电平信号，利用三极管4q2的饱和状态让电池进入恒压状态。

还需要说明的是，电阻4r16、电阻4r10、电阻4r15、电阻4r11、电阻4r12和电阻4r8组成差分网络，让输入至恒压器4u2a的信号更为精确和稳定，保证恒压器4u2a能够更好地输出；电阻4r5起到限流的作用，保护恒压器4u2b，防止因为过流而导致恒压器4u2b；电容4c4起到增益补偿的作用；电阻4r17和电阻4r18均起到分压的作用。

进一步地，请再次参阅图4，在一实施方式中，恒压单元300还包括电容4c7、电容4c8和二极管4d4，电容4c7与电阻4r8并联连接，电容4c8与电阻4r18并联连接，二极管4d4的阴极与恒压器4u2b的输出端连接，二极管4d4的阳极作为恒压单元300的输出端。

如此，需要说明的是，电容4c7同样为起到增益补偿的作用；电容4c8起到滤波的作用；二极管4d4起到防倒灌的作用，保护恒压器4u2b。

进一步地，请一并参阅图2和图5，在一实施方式中，选择单元400包括电阻4r1、三极管4q1和电阻4r14，三极管4q1的集电极串联电阻4r1，电阻4r1的一端作为选择单元的第一输入端，三极管4q1的发射极串联电阻4r14作为选择单元400的第二输入端，4r1的另一端作为选择单元400的第三输入端，三极管4q1的基极作为选择单元400的第四输入端，三极管4q1的集电极作为选择单元400的输出端。

进一步地，请一并参阅图2和图6，在一实施方式中，充放电单元500包括电阻4r3、三极管4q5、三极管4vt3、三极管4q6、三极管4vt4、二极管4d2和二极管4d3，三极管4q5的基极串联电阻4r3作为充放电单元500的第一输入端，三极管4q5的集电极与外部正压电源连接，三极管4vt3的基极与三极管4q5的发射极连接，三极管4vt3的集电极与三极管4q5的集电极连接，三极管4vt3的发射极作为充放电单元500的输出端，三极管4q6的基极作为充放电单元500的第二输入端，三极管4q6的发射极串联电阻4r7与三极管4q5的发射极连接，三极管4vt4的基极与三极管4q6的发射极连接，三极管4vt4的发射极接地，三极管4vt4的集电极与三极管4vt3的发射极连接，二极管4d2的阳极与三极管4q5的基极连接，二极管4d2的阴极作为充放电单元500的控制输入端与二极管4d3的阴极连接，二极管4d3的阳极与三极管4q6的基极连接。

具体地，三极管4q2的集电极与三极管4q5的基极连接。

如此，需要说明的是，当需要让电池进入充电模式时，恒流单元200输出一个高电平信号至三极管4q1的基极，此时，三极管4q1被导通，由于三极管4q1的集电极串联电阻4r1后与外部正压电源+12v连接，三极管4q1的发射极串联电阻4r14与外部负压电源-8v连接，因此，当三极管4q1导通时，此时三极管4q6的基极电位被拉低，三极管4q6的基极为低电位，三极管4q6为截止状态，同样，三极管4vt4为截止状态，而由于恒流器4u1的输出端输出的是高电平信号，此时三极管4q5被导通，三极管4vt3也被导通，此时三极管4vt3的集电极连接的外部正压电源+7v能够输入至电池中，也就完成了对电池的充电操作。

当需要让电池进入放电模式时，恒流单元200输出一个低电平信号至三极管4q1的基极中，此时三极管4q1截止，三极管4q6的基极为高电位，三极管4q6被导通，三极管4vt4也被导通，但由于三极管4q5的基极输入的是低电平信号，此时三极管4q5截止，三极管4vt3被截止，此时三极管4q6、三极管4vt4和电池构成放电回路，电池也就处于了放电模式。

当电池发生异常时，此时控制单元100能够通过检测端识别到，不管在充电模式下还是放电模式下，控制单元100的控制输出端都会输出一个低电平信号，由于三极管4q5、三极管4vt3、三极管4q6和三极管4vt4均为npn三极管，在基极输入低电平信号的情况都会被截止，也就阻止了电池在异常状态下还进行充放电过程，进而导致电池的损坏。

还需要说明的是，二极管4d2和二极管4d3起到电压隔离的作用，起到保护的作用。

进一步地，请一并参阅图2和图7，在一实施方式中，预警单元600包括发光二极管led1、三极管q4、电阻r23、电阻r55和二极管d4，三极管q4的基极与电阻r23的一端连接，电阻r23的另一端作为预警单元600的第一输入端与二极管d4的阴极连接，二极管d4的阳极接地，三极管q4的发射极与发光二极管led1的阴极连接，发光二极管led1的阳极作为预警单元的第二输入端，电阻r55的一端与三极管q4的集电极连接，电阻r55的另一端接地。

如此，需要说明的是，当电池发生异常时，控制单元100的控制输出端输出低电平信号，由于三极管q4为pnp三极管，此时三极管q4被导通，发光二极管led1被点亮，用户便可以知道电池发生异常状态，预警单元600起到预警的作用；电阻r23和电阻r55均起到分压的作用；二极管d4起到保护的作用。

本发明的电池充放电系统，通过设置控制单元、恒流单元、恒压单元、选择单元、充放电单元及预警单元。在实际的应用过程中，当电池在充放电过程中发生异常状态时，控制单元输出电平信号至充放电单元中，让充放电单元停止工作，即停止了电池的充放电，防止电池在异常状态下还工作损坏；预警单元的设置，当电池发生异常时，预警单元能够及时反馈给用户，让用户快速作出相关的异常措施，防止电池因异常状态损坏；再者，恒流单元和恒压单元的设置，能够让电池以恒流或者恒压状态完成充放电过程，保证电池的工作稳定性，利用恒流单元和恒压单元代替控制芯片，大大降低了电路的制造成本。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。