电池充放电控制系统和电子设备的制作方法

1.本发明涉及电池充放电技术领域，具体涉及一种电池充放电控制系统和一种电子设备。


背景技术：

2.相关技术中，可充电电子设备(如电子屏显移动路牌、商用显示器、广告牌等)的电池充电电路通常都需要一个电池充电管理ic(集成电路，integrated circuit)，用于电池充电实时状态管理，还需要电池保护ic。因此，目前充电电路设计均需充电管理芯片、mcu(微控制单元，microcontroller unit)和后端电池保护芯片才能形成一个完整的电池充电电路，从而使得电路设计复杂，且需要较大的pcb(印制电路板，printed circuit board)面积，增加了电路故障率和生产成本。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电池充放电控制系统。该控制系统能够使得电路设计简单且可有效减小电路板面积，减少了电路故障率和生产成本。
4.本发明的第二个目的在于提出一种电子设备。
5.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电池充放电控制系统，所述控制系统包括：电源正极端子和电源负极端子，所述电源正极端子用以连接外部电源的正极，所述电源负极端子用以连接所述外部电源的负极；电池正极端子和电池负极端子，电池正极端子用以连接电池正极、电池负极端子用以连接电池负极，所述电池正极端子与所述电源正极端子相连；充放电电路，所述充放电电路包括第一取样电阻电路和电池保护芯片，所述第一取样电阻电路的一端与所述电源负极端子相连，且所述第一取样电阻电路与所述电源负极端子之间具有第一节点，所述第一取样电阻电路的另一端与电池负极相连，所述电池保护芯片包括过流检测管脚，所述过流检测管脚与所述第一节点相连；可控开关电路，所述可控开关电路连接在所述第一节点与所述电源负极端子之间，所述可控开关电路包括控制端，所述控制端与所述电池保护芯片相连，所述可控开关电路被配置为在所述电池保护芯片的控制下导通或断开所述电源负极端子与所述电池负极之间的连接。
6.本发明实施例的电池充放电控制系统电路设计简单，无需充电管理芯片，可有效减小了电路板面积，降低电路故障率和生产成本。
7.另外，根据本发明上述实施例的电池充放电控制系统还可以具有以下附加的技术特征：
8.根据本发明的一个实施例，所述电池保护芯片用以通过所述过流检测管脚获得第一检测电压，并根据所述第一检测电压判断所述电池是否出现电流过放现象，并在所述电池出现电流过放现象时控制所述可控开关电路断开，以禁止向所述电池充电或禁止所述电池放电。
9.根据本发明的一个实施例，所述电源正极端子还用以连接负载的一端，所述电源负极端子还用以连接所述负载的另一端，所述电池保护芯片还包括电源输入管脚和外电路接入检测管脚，所述电源输入管脚与所述电源正极端子和所述电池正极相连，所述外电路接入检测管脚通过预设电阻与所述电源负极端子相连，所述电池保护芯片用以通过所述外电路接入检测管脚获得第二检测电压，并根据所述第二检测电压确定当前接入的外电路，并根据所述当前接入的外电路对所述可控开关电路进行相应控制。
10.根据本发明的一个实施例，所述电池保护芯片具体用于：在所述当前接入的外电路为外部电源时，控制所述可控开关电路导通，以使所述外部电源向所述电池充电；在所述当前接入的外电路为负载时，控制所述可控开关电路导通，以使所述电池给所述负载供电。
11.根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：第二取样电阻电路，所述第二取样电阻电路连接在所述电池与所述电池保护芯片的电池电压检测管脚之间；其中，所述电池保护芯片用以通过所述电池电压检测管脚获得第三检测电压，并在所述第三检测电压电大于第一预设电压时，控制所述可控开关电路断开，以对所述电池进行过充保护，以及在所述第三检测电压小于第二预设电压时，控制所述可控开关电路断开，以对所述电池进行过放保护，其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。
12.根据本发明的一个实施例，所述可控开关电路包括多个并联的开关回路，其中，每个开关回路中连接有串联连接的充电mos管和放电mos管，且所述充电mos管与所述电源负极端子相连，所述放电mos管与所述第一节点相连，所述充电mos管和所述放电mos管均并联有反向二极管，所述充电mos管的控制端与所述电池保护芯片的充电控制管脚相连，所述放电mos管的控制端与所述电池保护芯片的放电控制管脚相连；其中，所述电池保护芯片用于：在所述当前接入的外电路为外部电源时，控制所述充电mos管导通，以使所述外部电源向所述电池充电；在所述当前接入的外电路为负载时，控制所述放电mos管导通，以使所述电池给所述负载供电。
13.根据本发明的一个实施例，所述第一取样电阻电路包括多个并联的取样电阻，所述第二取样电阻电路包括多个取样电阻子电路，每个取样电阻子电路对应所述电池的电池单体和所述电池保护芯片的电池电压检测管脚设置，每个取样电阻子电路包括多个并联的取样电阻。
14.根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：主控电路，所述主控电路的电压检测端与所述第一节点相连，以获得第四检测电压，并根据所述第四检测电压判断所述电池的状态信息。
15.根据本发明的一个实施例，所述电池的状态信息包括充电状态、放电状态和停止状态，其中，所述主控电路对所述第四检测电压进行判断，当所述第四检测电压小于预设电压阈值时，所述主控电路判断所述电池处于充电状态；当所述第四检测电压大于预设电压阈值时，所述主控电路判断所述电池处于放电状态；当所述第四检测电压等于预设电压阈值时，所述主控电路判断所述电池处于停止状态。
16.根据本发明的一个实施例，第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一节点相连；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，且所述第一电阻和所述第二电阻之间具有第二节点，所述第二电阻的另一端连接到预设电压的电源；主控芯片，所述主控芯片的电压采样管脚与所述第二节点相连，以获得所述第四检测电压。
17.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电子设备，其包括上述实施例所述的电池充放电控制系统。
18.本发明实施例的电子设备，其包括的电池充放电控制系统电路设计简单，无需充电管理芯片，可有效减小电路板面积，降低电路故障率和生产成本。
附图说明
19.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1是根据本发明第一个实施例的电池充放电控制系统的结构框图；
21.图2是根据本发明一个具体实施例的电池充放电控制系统的电路图；
22.图3是根据本发明一个示例的电池充放电控制系统中电流流向示意图；
23.图4是根据本发明另一个示例的电池充放电控制系统中电流流向示意图；
24.图5是根据本发明第二个实施例的电池充放电控制系统的结构框图；
25.图6是根据本发明第三个实施例的电池充放电控制系统的结构框图；
26.图7是根据本发明一个实施例的电子设备的结构框图。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.目前，可充电电子设备(如电子屏显移动路牌、商用显示器、广告牌等)的充电电路包括电池充电管理ic(如tp4055、tp4057芯片等)、mcu和电池保护芯片，电池充电管理ic用于对充电电压、充电电流进行控制，以实现恒压、恒流充电；电池保护芯片用于保护电池，如防止电池过充、过放等；mcu用于获取电池状态，如充电状态、充满状态、电池连接异常状态等。上述充电电路的具体工作流程为：在充电电路连接外部电源时，若电池充电管理ic检测到电池电压低于一较小的值，则通过涓流充电模式对电池进行充电；若电池充电管理ic检测到电池电压达到一较大的值，则以恒定电流模式对电池进行充电；待电池电压达到浮充电压，电池充电管理ic以恒定电压模式对电池进行充电，直至充电电流降低至涓流。该充电过程中，mcu可根据电池充电管理ic的管脚状态，确定电池状态，并根据电池状态发出相应提示信息，以进行电池状态提醒；同时，电池保护芯片可根据电池的电压、电流等参数对电池进行保护。
29.由此可见，上述技术中的电池充电过程需依赖于电池充电管理ic，然而电池充电管理ic的应用，不仅增大了电路板的设计面积，也增大了电池充电电路的故障率和生产成本。
30.下面参考附图1-7描述本发明实施例的电池充放电控制系统和电子设备。
31.图1是根据本发明一个实施例的电池充放电控制系统的结构框图。如图1所示，电池充放电控制系统100包括电源正极端子v 、电源负极端子v-、电池正极端子bat 、电池负极端子bat-、充放电电路10和可控开关电路20。
32.其中，电源正极端子v 用以与外部电源如12v电源的正极连接，电源负极端子v-用
以与外部电源如12v电源的负极连接，且接地gnd；电池正极端子bat 用以与电池30的正极连接，电池负极端子bat-用以与电池30的负极连接，电池正极端子bat 与电源正极端子v 连接。在外部电源接入时，外部电源给电池30充电。
33.充放电电路10包括第一取样电阻电路11和电池保护芯片12，第一取样电阻电路11的一端与电源负极端子v-连接，且第一取样电阻电路11与电源负极端子v-之间具有第一节点，第一取样电阻电路11的另一端与电池30负极连接；电池保护芯片12包括过流检测管脚(如图2所示的vini管脚)，且过流检测管脚与第一节点连接。
34.具体地，如图2所示，第一取样电阻电路11可包括取样电阻r1、r2、r3、r4，其中取样电阻r1、r2、r3、r4并联，取样电阻r1、r2、r3、r4的一端均与电源负极端子v-相连，取样电阻r1、r2、r3、r4的另一端均与电池30负极相连。当外部电源以恒定的电流给电池30充电时，电流从电池30负极流向电源负极端子v-；当电池放电时，电流从电源负极端子v-流向电池30负极。需要说明的是，第一取样电阻电路11也可仅包括取样电阻r1、r2、r3、r4中的一个、两个或三个，也可包括更多个取样电阻，具体个数可根据需要进行选择。
35.可控开关电路20连接在第一节点与电源负极端子v-之间，可控开关电路20包括控制端，其中控制端与电池保护芯片12连接，可控开关电路20可被配置为在电池保护芯片12的控制下导通或断开电源负极端子v-与电池30负极之间的连接，从而可控制外部电源与电池30之间连接电路的导通与断开。
36.本发明实施例的电池充放电控制系统，通过第一取样电阻电路11和电池保护芯片12可实现电池30充放电时的过流检测，通过可控开关电路20可对外部电源/负载和电池30的连接状态进行控制，如在充电过电流时，可控制可控开关电路20断开，以禁止向电池充电，由此，相较于相关技术中的充电电路，省去了电池管理芯片，从而可减小电路板面积，降低故障率，减少成本。
37.在本发明的一个实施例中，电池保护芯片12用以通过过流检测管脚获得第一检测电压，并根据第一检测电压判断电池30是否出现电流过放现象，并在电池30出现电流过放现象时控制可控开关电路20断开，以禁止向电池30充电或禁止电池30放电。
38.具体地，参见图2，电池保护芯片12可为ip3255电池保护ic。ip3255电池保护ic的第4管脚vini为过流检测管脚，所述过流检测管脚通过电阻r5与各取样电阻的一端相连。电池30放电时，若第一检测电压比一定值vss小，且vss和第一检测电压的电压差比设定电压如v
iov1
大，同时这种状态保持在一定时间t
iov1
以上时，进入过电流状态。在过电流状态，ip3255电池保护ic的管脚don的电压变为vss，ip3255电池保护ic内的与管脚don连接的放电mos管(金属-氧化物半导体场效应晶体管，metaloxidesemiconductor fieldeffect transistor)关闭，从而停止放电，即实现了禁止电池30放电。另外，con端子变为高阻抗，与管脚con连接的充电mos管关闭，管脚vmn通过内部电阻被下拉至vss。在连接外部电源或者负载电流小于一定值如10μa，放电过流状态解除。电池充电时，若第一检测电压比一定值vss大，且第一检测电压和vss的电压差比设定电压如v
ciov
大，同时这种状态保持在一定时间t
ciov
以上时，进入过电流状态。在过电流状态，管脚con的电压变为高阻，充电mos管关闭，从而停止充电。移除外部电源后，充电过流状态解除。
39.在本发明的一个实施例中，电源正极端子v 还用以连接负载的一端，电源负极端子v-还用以连接负载的另一端，由此，在电源正极端子v 和电源负极端子v-同时与外部电
源和负载连接时，外部电源与负载直接连接，可给负载直接供电。电池保护芯片12还包括电源输入管脚(如图2中的管脚vdd)和外电路接入检测管脚(如图2中的管脚vmn)，电源输入管脚与电源正极端子v 和电池30正极相连；外电路接入检测管脚通过预设电阻rch3与电源负极端子v-相连；电池保护芯片12用以通过外电路接入检测管脚获得第二检测电压，并根据第二检测电压确定当前接入的外电路，并根据当前接入的外电路对可控开关电路20进行相应控制。
40.举例而言，如果当前接入的外电路为外部电源时，电池保护芯片12可控制可控开关电路20导通，以使外部电源向电池30充电；如果当前接入的外电路为负载时，电池保护芯片12可控制可控开关电路20导通，以使电池30给所述负载供电，由此可通过可控开关电路20的设置，提高充放电的安全性。
41.需要说明的是，当检测到外部电源和负载均接入时，电池保护芯片12可控制可控开关电路20导通，此时，外部电源既可给电池30充电，也可给负载供电。
42.作为一个示例，可控开关电路20可包括多个(图2中示出3个，具体个数可根据功率需要进行设定)并联的开关回路(分别记为21、22、23)，每个开关回路中连接有串联连接的充电mos管和放电mos管，例如，每个开关回路由两个串联的开关管组件(包括mos管和续流二极管)组成，开关回路中与电源负极端子v-连接的充电mos管的栅极与ip3255电池保护ic的管脚con连接，开关回路中与第一取样电阻电路11第一节点连接的放电mos管的栅极与ip3255电池保护ic的管脚don连接。
43.具体地，当ip3255电池保护ic根据第二检测电压确定接入外部电源(如12v电源)时，ip3255电池保护ic的管脚con输出高电平、管脚don输出低电平，ip3255电池保护ic控制可控开关电路20中的各开关回路的充电mos管均导通(当然，若只有一个开关回路，则控制该开关回路导通)，此时，参见图3，第一取样电阻电路11第一节点所处的一端的电平低于另一端的电平，电流从电池30负极流向电源负极端子v-。
44.在无外部电源接入的情况下，当ip3255电池保护ic根据第二检测电压确定有负载接入时，ip3255电池保护ic的管脚don输出高电平，管脚con输出低电平，ip3255电池保护ic控制可控开关电路20的放电mos管导通，此时，参见图4，第一取样电阻电路11第一节点所处的一端的电平高于另一端的电平，电流从电源负极端子v-流向电池负极。
45.在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第二取样电阻电路40，图5是根据本发明另一个实施例的电池充放电控制系统100的结构框图。参考图5所示，第二取样电阻电路40连接在电池30与电池保护芯片12的电池电压检测管脚之间；其中，电池保护芯片12用以通过电池电压检测管脚获得第三检测电压，并在第三检测电压电大于第一预设电压时，控制可控开关电路20断开，以对电池30进行过充保护，以及在第三检测电压小于第二预设电压时，控制可控开关电路20断开，以对电池30进行过放保护，其中，第二预设电压小于第一预设电压。
46.作为一个示例，第二取样电阻电路40包括多个取样电阻子电路，每个取样电阻子电路对应电池30的电池单体和电池保护芯片12的电池电压检测管脚设置，每个取样电阻子电路包括多个并联的取样电阻。
47.具体地，参见图2，对于由3个电池单体(分别记为31、32、33)串联组成的电池30，其通过接线端子pj201-pj204与第二取样电阻电路40连接。第二取样电阻电路40可包括取样
电阻r6、r7、r8、r9、r10、r11，r6、r7并联，且并联的r6、r7连接在ip3255电池保护ic的管脚vc1和电池单体31的正极之间；r8、r9并联，且并联的r8、r9连接在ip3255电池保护ic的管脚vc2和电池单体32的正极之间；r10、r11并联，且并联的r10、r11连接在ip3255电池保护ic的管脚vc3和电池单体33的正极之间。对于额定电压为3.7v的电池单体，ip3255电池保护ic检测到任一电池单体的第三检测电压大于第一预设电压即过充电压4.2v，且持续并大于过充电压保护延迟时间时，管脚con变为高阻抗，充电mos管关闭，从而停止充电，实现对电池30的过充保护。对于额定电压为3.7v的电池单体，ip3255电池保护ic检测到任一电池单体的第三检测电压小于第二预设电压即过放电压2.7v，且持续并大于过放电压保护延迟时间时，管脚don的电压变为低电位，con变为高阻，放电mos管关闭,停止放电，由此实现对电池30的过放保护，其中，第二预设电压小于第一预设电压。
48.在本发明的一个实施例中，所述系统还包括主控电路50，图6为根据本发明又一个实施例的电池充放电控制系统100的结构框图。参考图6所示，主控电路50的电压检测端与第一节点相连，以获得第四检测电压，并根据第四检测电压判断所述电池30的状态信息。
49.其中，主控电路50包括第一电阻r12，第一电阻r12的一端与第一节点相连；第二电阻r13，第二电阻r13的一端与第一电阻r12的另一端相连，且第一电阻r12和第二电阻r13之间具有第二节点，第二电阻r13的另一端连接到预设电压的电源；主控芯片mcu，主控芯片mcu的电压采样管脚与第二节点相连，以获得第四检测电压。
50.作为一个示例，电池30的状态信息包括充电状态、放电状态和停止状态，其中，主控电路50对第四检测电压进行判断，当第四检测电压小于预设电压阈值时，主控电路50判断电池30处于充电状态；当第四检测电压大于预设电压阈值时，主控电路50判断电池30处于放电状态；当第四检测电压等于预设电压阈值时，主控电路50判断电池30处于停止状态。主控电路50还可根据电池30的状态信息，发出与状态信息对应的提示信息，以进行状态信息提示，如主控电路50可连接不同颜色指示灯，当电池30处于充电状态时，可点亮红色指示灯；当电池30处于满电状态时，可点亮绿色指示灯。
51.具体地，主控芯片mcu可将第四检测电压与该电压采样管脚chg_det的基准电压如0.3v进行比较，以判断电池30的状态信息，其中电压采样管脚chg_det的基准电压由第一电阻r12和第二电阻r13分压得到。具体为电池30的负极和电源负极端v-之间不存在电流流动时，第一节点处电压为0v，预设电压如3.3v经第一电阻r12和第二电阻r13分压，第一电阻r12两端的电压即为采样管脚chg_det的基准电压。
52.以电压采样管脚chg_det的基准电压为0.3v为例，例如，采样得到的第四检测电压为0.1v，其小于预设电压阈值即电压采样管脚chg_det的基准电压0.3v，说明电流从电池30的负极流向电源负极端v-，主控电路50则判断电池30处于充电状态，并可发出相应的提示信息；采样得到的第四检测电压为0.5v，其大于预设电压阈值0.3v，说明电流自电源负极端v-流向电池30的负极，主控电路50则判断电池30处于放电状态，并可发出相应的提示信息；采样得到的第四检测电压为0.3v，其与预设电压阈值0.3v相等，说明电池30的负极和电源负极端v-之间不存在电流流动，主控电路50则判断电池30处于停止状态，并可发出相应的提示信息。
53.由此，本发明实施例的电池充放电控制系统，相较于现有技术，无需电池充电管理ic也能实现充放电状态的判断，进而能够实现充放电控制，该控制装置设计成本更低，占用
空间更少。
54.可选地，上述的电源正极端子v 、电源负极端子v-、充放电电路10、可控开关电路20、第二取样电阻电路40和主控电路50均可设置在同一个电路板(如pcb板)上。
55.综上，本发明实施例的电池充放电控制系统，相较于现有技术，无需电池充电管理芯片，电路设计简单，可有效减小电路板的面积，并可降低电路故障率和生产成本。
56.进一步地，本发明提出一种电子设备1000，如图7所示，其包括上述电池充放电控制系统100。
57.可选地，电子设备1000具有显示器，其可以是电子屏显移动路牌、商用显示器、广告牌，显示器的尺寸可以是32寸。
58.本发明实施例的电子设备，其上安装的电池充放电控制系统，相较于现有技术，无需充电管理芯片，电路设计简单，可有效减小电路板板面积，并可降低电路故障率和生产成本。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
62.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
64.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。