电池组件及充放电模块制造技术

本申请公开了一种用于锂电池的电池组件及充放电模块。该充放电模块包括：串联连接在第一外部端子和锂电池的负极端之间的第一晶体和第二晶体管；串联连接在锂电池的正极端和负极端之间的第三晶体和第四晶体管；连接在第一节点和第二节点之间的电感；以及控制电路，用于控制第一至第四晶体管的导通状态，其中，控制电路在充电状态下维持第三晶体管恒定导通以及第四晶体管恒定关断以形成正向降压拓扑结构，在放电状态下维持第一晶体管恒定导通以及第二晶体管恒定关断以形成反向降压拓扑结构。该充放电模块采用开关电源方案进行充电和放电且复用电感，因而可以提高电路效率和减小电路体积。

【技术实现步骤摘要】
电池组件及充放电模块
本申请涉及电池充放电技术，更具体地，涉及用于替代通用型电池的电池组件及充放电模块。
技术介绍
通用型电池是指符合中国标准GB/T8897-2008和国际电工委员会标准IEC60086:2007的标称电压为1.5V的标准化电池。通用型电池具有标准的尺寸规格和标称电压，已经广泛地用于遥控器、电子玩具和数码设备中。虽然通用型电池与应用设备的兼容性良好，但在电性能方面存在着续航能力弱、无法循环使用、放电电压不稳定的缺点。此外，通用型电池自身的化学构成对环境污染的影响大。采用可充电的镍氢电池以弥补通用型电池不能循环使用的缺点。然而，镍氢电池的标称电压为1.2V，低于通用型电池的1.5V标称电压，使其不能完全替代通用型电池。锂离子二次电池(以下简称为“锂电池”)不仅可以弥补通用型电池不能循环使用的缺点，而且具有比能量大、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，是用于替代通用型电池较理想的二次电池。随着锂电池技术的不断发展及普及，采用锂电池替代通用型电池的呼声也越来越高。锂电池具有良好的充放电性能，但也存在着不耐受过放电、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。此外，锂电池的输出电压一般在2.5V～4.2V，高于通用型电池和镍氢电池，锂电池不能直接用来替代通用型电池和镍氢电池。因此，在实际的锂电池产品中，将锂电池、电池管理单元和双向降压型变换器封装成一体的电池组件。电池管理单元用于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。双向降压型变换器用于对锂电池的充电电压和放电电压进行降压，例如将锂电池的输出电压降压到1.5V。锂电池的电池组件应当具有与通用型电池相同的尺寸规格和标称电压。因此，充放电模块的设计对电池组件的尺寸和效率有重要的影响。然而，现有的电池组件中的双向降压型变换器需要占用的电路面积大，导致难以兼顾电路体积、充电效率和放电效率三方面的需求。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供用于锂电池的电池组件及充放电模块，其中，在充电状态和放电状态中采用不同的电路拓扑结构且复用电感，兼顾电路体积、充电效率和放电效率三方面的需求。根据本专利技术的一方面，提供一种用于锂电池的充放电模块，包括：串联连接在第一外部端子和锂电池的负极端之间的第一晶体和第二晶体管，在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间具有第一节点；串联连接在锂电池的正极端和负极端之间的第三晶体和第四晶体管，在所述第三晶体管和所述第四晶体管之间具有第二节点；连接在所述第一节点和所述第二节点之间的电感；以及控制电路，用于控制所述第一至所述第四晶体管的导通状态，其中，所述控制电路在充电状态下维持所述第三晶体管恒定导通以及第四晶体管恒定关断以形成正向降压拓扑结构，在放电状态下维持所述第一晶体管恒定导通以及第二晶体管恒定关断以形成反向降压拓扑结构。优选地，所述控制电路包括：第一降压控制单元，与所述第一晶体管的控制端相连接以提供第一控制信号，以及与所述第二晶体管的控制端相连接以提供第二控制信号；以及第二降压控制单元，与所述第三晶体管的控制端相连接以提供第三控制信号，以及与所述第四晶体管的控制端相连接以提供第四控制信号，其中，在充电状态下所述第一降压控制单元控制所述第一晶体管和所述第二晶体管工作于开关模式，在放电状态下所述第二降压控制单元控制所述第三晶体管和所述第四晶体管工作于开关模式。优选地，所述控制电路还包括：长通控制单元，与所述第一晶体管的控制端相连接以提供第五控制信号，以及与所述第三晶体管的控制端相连接以提供第六控制信号，其中，在充电状态下所述长通控制单元控制所述第三晶体管恒定导通，在放电状态下所述长通控制单元控制所述第一晶体管恒定导通。优选地，所述第一至所述第四晶体管分别为N型MOSFET和P型MOSFET中的任意一种。根据本专利技术的另一方面，提供一种电池组件，包括：锂电池；以及上述的充放电模块，其中，所述充放电模块在所述电池组件的第一外部端子与所述锂电池的正极端之间提供充电环路或放电环路，所述锂电池的负极端连接至所述第二外部端子。优选地，还包括：电池管理单元，与所述第一外部端子和所述第二外部端子相连接以获得检测信号，根据检测信号产生状态信号，以及与所述充放电模块相连接以提供所述状态信号，其中，所述充放电模块根据所述状态信号调整电路拓扑结构。优选地，在已连接外部电源或所述第一外部端子和所述第二外部端子之间的电压高于参考电压时，所述状态信号指示所述锂电池进入充电状态，在未连接外部电源或所述第一外部端子和所述第二外部端子之间的电压低于参考电压时，所述状态信号指示所述锂电池进入放电状态。优选地，所述电池管理单元还监测充放电的电流、电压、电池温度，以及提供以下功能至少之一：过充保护、过放保护、过载保护、过热保护。优选地，所述锂电池、所述充放电模块和所述电池管理单元封装为一体。优选地，所述电池组件具有与通用型电池相同的尺寸规格和标称电压。优选地，所述电池组件的所述第一外部端子和所述第二外部端子在充电状态下连接USB接口。根据本实施例的电池组件，电池组件的充放电模块包括第一桥臂和第二桥臂的组成的对称电路结构，在第一桥臂和第二桥臂的中间节点之间连接电感。充放电模块中的长通控制单元根据状态信号维持选定部分晶体管的恒定导通状态以调整电路拓扑结构，在充电状态下形成正向降压拓扑结构以提供充电环路，在放电状态下形成反向降压拓扑结构以提供放电环路。因此，该电池组件在充电状态和放电状态下均采用开关电源方案，与线性充电方案相比，不仅电路效率高而且可以减小高压差或大电流情况下的芯片发热量，与现有技术的开关电源方案相比，在充电环路和放电环路中共用同一个电感，不仅可以减小元件成本而且可以增大锂电池的电量。在优选的实施例中，电池组件中的锂电池、所述充放电模块和所述电池管理单元封装为一体，具有与通用型电池相同的尺寸规格和标称电压。该电池组件可直接替换到通用型电池的应用场合，如数码相机，电子仪器仪表，遥控器，玩具等等。该电池组件可以与USB接口的框架或者电池充电装置相连接，采用AC-DC充电器或者电脑/USB接口对锂电池进行充电，因而可以便利地使用现有的充电器作为外部电源。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。图1示出根据现有技术的一种用于替代通用型电池的电池组件的示意性电路图。图2示出根据现有技术的另一种用于替代通用型电池的电池组件的示意性电路图。图3示出根据本专利技术实施例的用于替代通用型电池的电池组件的示意性电路图。图4a和4b分别示出图3所示电池组件在充电状态下的等效电路图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本专利技术的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂电池的充放电模块，包括：/n串联连接在第一外部端子和锂电池的负极端之间的第一晶体和第二晶体管，在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间具有第一节点；/n串联连接在锂电池的正极端和负极端之间的第三晶体和第四晶体管，在所述第三晶体管和所述第四晶体管之间具有第二节点；/n连接在所述第一节点和所述第二节点之间的电感；以及/n控制电路，用于控制所述第一至所述第四晶体管的导通状态，/n其中，所述控制电路在充电状态下维持所述第三晶体管恒定导通以及第四晶体管恒定关断以形成正向降压拓扑结构，在放电状态下维持所述第一晶体管恒定导通以及第二晶体管恒定关断以形成反向降压拓扑结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池的充放电模块，包括：
串联连接在第一外部端子和锂电池的负极端之间的第一晶体和第二晶体管，在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间具有第一节点；
串联连接在锂电池的正极端和负极端之间的第三晶体和第四晶体管，在所述第三晶体管和所述第四晶体管之间具有第二节点；
连接在所述第一节点和所述第二节点之间的电感；以及
控制电路，用于控制所述第一至所述第四晶体管的导通状态，
其中，所述控制电路在充电状态下维持所述第三晶体管恒定导通以及第四晶体管恒定关断以形成正向降压拓扑结构，在放电状态下维持所述第一晶体管恒定导通以及第二晶体管恒定关断以形成反向降压拓扑结构。


2.根据权利要求1所述的充放电模块，其中，所述控制电路包括：
第一降压控制单元，与所述第一晶体管的控制端相连接以提供第一控制信号，以及与所述第二晶体管的控制端相连接以提供第二控制信号；以及
第二降压控制单元，与所述第三晶体管的控制端相连接以提供第三控制信号，以及与所述第四晶体管的控制端相连接以提供第四控制信号，
其中，在充电状态下所述第一降压控制单元控制所述第一晶体管和所述第二晶体管工作于开关模式，在放电状态下所述第二降压控制单元控制所述第三晶体管和所述第四晶体管工作于开关模式。


3.根据权利要求2所述的充放电模块，其中，所述控制电路还包括：
长通控制单元，与所述第一晶体管的控制端相连接以提供第五控制信号，以及与所述第三晶体管的控制端相连接以提供第六控制信号，
其中，在充电状态下所述长通控制单元控制所述第三晶体管恒定导通，在放电状态下所述长通控制单元控制所述第一晶体管恒定导通。


4.根据权利要求1所述的充放...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘戈，李瑛，
申请(专利权)人：钰泰半导体南通有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32