一种锂电池可持续充电限流保护电路的制作方法

本发明涉及电路设计，尤其是涉及一种锂电池可持续充电限流保护电路。

背景技术：

1、近年来随着低碳环保经济的实施以及储能市场的快速发展，锂电池在家用储能领域的应用也更加广泛，目前随着家庭对用电量需求的不断增高，往往需要将锂电池的容量进行增大，而对锂电池的扩容一般是通过在锂电池中增加串联电芯的数量的方式，或者是通过将几个或者几十个电池并联使用的方式。

2、但是，当采用串联电芯的方式使锂电池的容量增加之后，由于电芯内阻的存在，随着串联的电芯个数的增加以及使用次数的增加，锂电池的内阻也就越大，内阻消耗的电压也越来越高，若对锂电池充电时的充电电流较大，就会导致锂电池的温度快速上升，这不仅会影响电芯容量和电池性能，而且也会减少锂电池使用次数和寿命。

3、另外，当采用多个电池并联使用的方式使锂电池的容量增加之后，由于各电池之间容量存在差异，若锂电池充电电流较大，小容量电池与大容量电池相比，其所承受的充电电流就会更大，从而会对锂电池系统造成很大的冲击，影响锂电池系统的稳定。

4、综上，当采用串联电芯的方式使锂电池的容量增加之后，若锂电池的充电电流较大，就会导致电池发热、使用寿命短、性能降低的问题；而当采用多个电池并联使用的方式使锂电池的容量增加之后，若锂电池的充电电流较大，又会导致系统冲击大、运行不稳定的问题。现有技术中，为了应对上述锂电池充电电流较大带来的一系列问题，所采用的限流电路控制精度又较低，在锂电池持续长时间充电的情况下，仍然无法避免上述问题的出现。

技术实现思路

1、为了实现对锂电池充电过程中的电流进行高精度控制，降低充电电流，避免长时间大电流充电造成电池发热、使用寿命短、性能降低、以及系统冲击大、运行不稳定的问题，本技术提供一种锂电池可持续充电限流保护电路。

2、本技术提供一种锂电池可持续充电限流保护电路，采用如下的技术方案：所述锂电池可持续充电限流保护电路，包括电流采样及判断单元、pwm控制单元、限流单元、监控单元、pwm补偿单元；

3、电流采样及判断单元，用于采样电池充电电流icharge，并根据对电池充电电流icharge大小的判断，输出限流控制信号至pwm控制单元；

4、pwm控制单元，用于根据所述限流控制信号、以及pwm补偿单元输出的电压信号，生成第一pwm控制信号并输出至限流单元；

5、限流单元，用于根据所述第一pwm控制信号对电池充电电流icharge进行调节，使所述电池充电电流icharge降低至预设的充电限流保护值imax；

6、监控单元，用于获取限流单元调节后的电池充电电流icharge，并将所述调节后的电池充电电流icharge输出至pwm补偿单元；

7、pwm补偿单元，用于根据所述调节后的电池充电电流icharge调整输出至pwm控制单元的电压信号的大小；

8、pwm控制单元，还用于根据调整大小后的电压信号改变所述第一pwm控制信号的占空比，生成第二pwm控制信号，并将所述第二pwm控制信号输出至限流单元；

9、限流单元，还用于根据所述第二pwm控制信号对电池充电电流icharge进一步调节，使所述电池充电电流icharge降低至预设的充电限流保护值imax。

10、通过采用上述技术方案，一方面，通过对电池充电电流进行采样，并在判断电池充电电流过高时，快速响应到限流保护模式，通过限流单元及时对电池充电电流进行初次限流控制和调节，从而降低充电电流；另一方面，由于电路系统存在误差，可能导致充电电流的初次调节不到位，因此通过二次调节过程，即实时获取调节后的电池充电电流，对用于控制限流单元的pwm控制信号进行频率补偿，从而实现对电池充电电流的高精度控制和调节，避免长时间大电流充电造成电池发热、使用寿命短、性能降低、以及系统冲击大、运行不稳定的问题，保证锂电池持续长时间充电的安全性；另外，本技术的限流保护电路由硬件功能实现，还具有电路结构简单、响应速度快、动作可靠、控制效率高的优点。

11、在一个具体的可实施方案中，所述锂电池可持续充电限流保护电路还包括驱动增强单元；所述驱动增强单元分别与pwm控制单元、限流单元连接；

12、所述驱动增强单元，用于接收pwm控制单元输出的第一pwm控制信号，并将所述第一pwm控制信号的驱动能力增强，并将驱动能力增强后的第一pwm控制信号输出至限流单元；

13、所述限流单元，用于根据所述驱动能力增强后的第一pwm控制信号对电池充电电流icharge进行调节，使所述电池充电电流icharge降低至预设的充电限流保护值imax；

14、和/或，所述驱动增强单元，用于接收pwm控制单元输出的第二pwm控制信号，并将所述第二pwm控制信号的驱动能力增强，并将驱动能力增强后的第二pwm控制信号输出至限流单元；

15、所述限流单元，用于根据所述驱动能力增强后的第二pwm控制信号对电池充电电流icharge进一步调节，使所述电池充电电流icharge降低至预设的充电限流保护值imax。

16、通过采用上述技术方案，采用驱动增强单元提高了第一pwm控制信号和第二pwm控制信号的驱动能力，进而提高系统的动态抗干扰能力以及响应速度。

17、在一个具体的可实施方案中，所述pwm控制单元包括比较器u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r10、电容c1、比较器u2；

18、电阻r1的第一端与电阻r10的第一端分别连接电源电压vcc1；电阻r1的第二端分别与电阻r2的第一端、比较器u1的同相输入端、电阻r3的第一端连接；电阻r2的第二端与电容c1的第一端连接，电阻r2的第二端和电容c1的第一端均接地；电容c1的第二端分别与比较器u1的反相输入端、电阻r4的第一端连接；电阻r4的第二端分别与比较器u1的输出端、电阻r3的第二端、电阻r10的第二端、比较器u2的同相输入端、电流采样及判断单元连接；比较器u2的反相输入端与pwm补偿单元连接，比较器u2的输出端与驱动增强单元连接。

19、通过采用上述技术方案，pwm控制单元中，当电池充电电流icharge大于充电限流保护值imax时，通过比较器u1以及相关元器件实现三角波信号的生成，再结合pwm补偿单元输出的电压信号，通过比较器u2生成对应的pwm控制信号，使限流单元降低充电电流。

20、在一个具体的可实施方案中，所述限流保护电路与锂电池的电池正极b+、锂电池的电池负极b-、外部正极输入端、外部负极输入端连接，所述外部正极输入端和外部负极输入端用于作为充电输入端进行电能输入；

21、所述电流采样及判断单元包括电阻r9、运算放大器u3、比较器u4、三极管q4；所述电阻r9的第一端分别与锂电池的电池负极b-、运算放大器u3的同相输入端连接；电阻r9的第二端分别与外部负极输入端、运算放大器u3的反相输入端连接；运算放大器u3的输出端连接比较器u4的反相输入端；比较器u4同相输入端配置第一参考电压vref1；比较器u4的输出端连接三极管q4的基极；三极管q4的发射极接地；三极管q4的集电极连接pwm控制单元。

22、通过采用上述技术方案，电流采样及判断单元中，通过比较器u3获取此时电池充电电流的大小，并输出对应比较结果，比较器u4再根据比较器u3输出的比较结果以及预先设定的参考电压，当电池充电电流icharge不大于充电限流保护值imax时，控制三极管q4导通，pwm控制单元不输出pwm控制信号；当电池充电电流icharge大于充电限流保护值imax时，控制三极管q4截止，从而使pwm控制单元开始输出pwm控制信号。

23、在一个具体的可实施方案中，所述pwm补偿单元包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、三极管q1、电容c2；

24、所述电阻r5的第一端连接电源电压vcc2；电阻r5的第二端分别与比较器u2的反相输入端、电容c2的第一端、电阻r6的第一端、三极管q1的集电极连接；电容c2的第二端分别与电阻r6的第二端、三极管q1的发射极连接，且电容c2的第二端、电阻r6的第二端、三极管q1的发射极均接地；三极管q1的基极与电阻r7的第一端连接；电阻r7的第二端与限流单元、监控单元连接。

25、通过采用上述技术方案，pwm补偿单元中，通过电阻r7的设计，使得当调节后的电池充电电流icharge仍然大于充电限流保护值imax时，三极管q1导通，再结合电阻r5、电阻r6和电容c2的设计，可以调整比较器u2反相输入端的电压值，实现对比较器u2输出的pwm信号的精细调整，即使限流单元进一步精细调整电池充电电流icharge，以使所述电池充电电流icharge降低至预设的充电限流保护值imax。

26、在一个具体的可实施方案中，所述限流单元包括mos管qc2、二极管d1、电感l1；

27、所述mos管qc2的栅极与驱动增强单元连接；mos管qc2的源极分别与监控单元、pwm补偿单元连接；mos管qc2的漏极与电感l1的第一端、二极管d1的正极连接；电感l1的第二端分别与电阻r9的第二端、外部负极输入端连接；二极管d1的负极分别与电池正极b+、外部正极输入端连接。

28、通过采用上述技术方案，限流单元中，通过mos管qc2使电池充电电流逐渐减小，通过电感l1防止电池充电电流突变，提高电路的稳定性，通过二极管d1防止电流反向流通，进一步保证电路稳定性。

29、在一个具体的可实施方案中，所述比较器u1包括高输出阈值v1和低输出阈值v2，v1=vcc1*rb/[ra*rc/(ra+rc)+rb]，v2=vcc1*rd/(rd+ra)，其中，ra为电阻r1的电阻值，rb为电阻r2的电阻值，rc为电阻r3和电阻r10的电阻值之和，rd为电阻r2和电阻r3并联的电阻值。

30、在一个具体的可实施方案中，当三极管q1处于截止状态，所述pwm补偿单元输出的电压信号的大小为vref2，vref2=vcc2*rf/(re+rf)，其中，re为电阻r5的电阻值，rf为电阻r6的电阻值。

31、在一个具体的可实施方案中，通过改变pwm控制单元中电阻r4和电容c1的大小，调整pwm控制单元输出的第一pwm控制信号和第二pwm控制信号的频率。

32、在一个具体的可实施方案中，通过改变pwm补偿单元中电阻r5和电阻r6的大小，改变pwm补偿单元输出至pwm控制单元的电压信号的大小。

33、综上所述，本技术的技术方案至少包括以下有益技术效果：

34、1、一方面，通过对电池充电电流进行采样，并在判断电池充电电流过高时，快速响应到限流保护模式，通过限流单元及时对电池充电电流进行初次限流控制和调节，从而降低充电电流；另一方面，由于电路系统存在误差，可能导致充电电流的初次调节不到位，因此通过二次调节过程，即实时获取调节后的电池充电电流，对用于控制限流单元的pwm控制信号进行频率补偿，进一步降低充电电流，从而实现对电池充电电流的高精度控制和调节，避免长时间大电流充电造成电池发热、使用寿命短、性能降低、以及系统冲击大、运行不稳定的问题，保证锂电池持续长时间充电的安全性；另外，本技术的限流保护电路由硬件功能实现，还具有电路结构简单、响应速度快、动作可靠、控制效率高的优点。