6. 锂电池充放电管理模块
模块描述
锂电池充放电管理模块集成了完整的锂电池充电、放电保护和电量管理功能。采用专用充电管理芯片(如TP4056、BQ24072)和保护芯片(如DW01、BQ29700),实现恒流恒压充电、过充过放保护、过流保护等功能。可显示电量状态,支持USB充电和负载供电。广泛应用于便携式电赛作品、移动机器人、无线传感器等需要电池供电的场合,是电池应用的核心模块。
工作原理
[USB 5V输入] → [充电管理IC] → [锂电池3.7V]
↓ ↓
[恒流/恒压控制] [保护IC]
↓ ↓
[充电指示LED] [过充/过放/过流检测]
↓
[升压模块] → [5V输出给负载]
充电过程:
恒流阶段:电池电压<4.2V,恒流充电(如1A)
恒压阶段:电池电压=4.2V,电流逐渐减小
截止阶段:电流<0.1C,充电完成
保护机制:
过充保护:电压>4.3V,断开充电
过放保护:电压<2.5V,断开放电
过流保护:电流>3C,立即断开
技术指标
- 充电芯片: TP4056 (1A), BQ24072 (1.5A) - 保护芯片: DW01A + 8205A双MOS - 电池类型: 单节锂电池3.7V (Li-ion/Li-Po) - 充电电压: 4.2V±1% - 充电电流: 500mA-2A可调(电阻设定) - 充电方式: CC/CV(恒流/恒压) - 保护参数:
- 过充保护:4.25-4.35V
- 过放保护:2.3-2.5V
- 过流保护:3-10A
- 充电效率: >85% - 静态电流: <50μA
接口管脚定义
| 接口 | 名称 | 功能 | 规格 |
| —— | —— | —— | —— |
| J1 | IN+/IN- | 充电输入 | 5V USB或适配器 |
| J2 | BAT+/BAT- | 电池连接 | 单节3.7V锂电 |
| J3 | OUT+/OUT- | 输出 | 5V升压输出 |
| R1 | ISET | 充电电流设定 | 1.2kΩ=1A |
| TP1-2 | TEMP | 温度监测 | 可选NTC |
板上设置和信号指示
- 充电指示: 红色LED充电中,绿色LED充电完成 - 电源指示: 蓝色LED电源接入指示 - 电量显示: 4段LED或数码管显示电量 - 充电电流: 通过ISET电阻设定(R=1200/I(A)) - 保护MOS: 双MOS背靠背防反接 - 升压电路: MT3608升压至5V/2A - 按键: 电源开关按键 - 测试点: 电池电压、输出电压测试点
电气指标
- 充电输入: 5V±0.25V, 最大2A - 电池电压: 2.5-4.2V工作范围 - 充电精度: ±1% (4.2V) - 充电电流精度: ±5% - 过充保护: 4.25-4.35V,延迟<1s - 过放保护: 2.3-2.5V,延迟<100ms - 过流保护: 3-10A可调,<10μs - 输出电压: 5V±5% (升压输出) - 输出电流: 最大2A (取决于电池容量) - 转换效率: 充电>85%, 放电>88% - 自耗电: <50μA (保护板静态)
使用说明
1. 电池选择: 选择合适容量的18650/聚合物锂电,注意极性 2. 充电电流设定: 根据电池容量设定0.5C-1C充电电流 3. 首次充电: 新电池首次充电建议0.5C小电流 4. 温度监测: 可选接NTC温度传感器,高温停止充电 5. 电量显示: 通过ADC采样电池电压估算电量 6. 过放保护: 放电至2.75V应及时充电,避免过放 7. 存储: 长期存储应保持50%电量 8. 安全: 禁止短路、过充、过放、高温、穿刺
全国大学生电子设计竞赛相关赛题
- 2021年F题: 智能送药小车(移动电源) - 2019年E题: 模拟电磁曲射炮(便携供电) - 2017年H题: 微电网模拟系统(储能单元) - 2015年H题: 四旋翼飞行器(机载电源) - 2013年I题: 简易旋翼飞行器(动力电池) - 2011年E题: 智能小车(移动电源) - 历年: 所有移动类、便携类题目
应用技术要点总结
1. 电流匹配: 充电电流=电池容量/充电时间,建议0.5-1C 2. 热管理: 大电流充放电时注意散热,监测温度 3. 电量计算: SOC=(Vbat-3.0)/(4.2-3.0)×100%,或使用库仑计 4. 平衡充电: 多节串联需平衡充电板 5. 升压设计: 3.7V升5V选择高效升压芯片(>90%) 6. 低压警报: 设置3.3V低压警报,保护电池 7. 软启动: 上电瞬间用软启动减小冲击 8. 防反接: 使用MOS管或二极管防止电池反接