CN101295879A - 供电电路和供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种供电电路，包括至少一主路和至少一辅路；至少一主路包括至少一电池和负载，以及至少一控制主路通断的主路开关；至少一辅路包括限流单元和电流导向单元，至少一辅路连接至少一主路和负载；本发明还提供供电电路的供电方法。本发明提供的供电电路和供电方法可实现多组电池分别上电，通过限流单元的限流来防止损害电池，并利用开关管等电流导向单元保证不影响对负载的正常供电；本发明不依赖于额外的辅助设备和人工操作，对供电电源和电池无特殊要求，无安全隐患，便于实现智能自动控制，电路简单，成本低廉，便于推广使用。

Description

供电电路和供电方法

技术领域

本发明涉及供电领域，特别涉及供电电路和供电方法。

背景技术

目前在供电行业尤其通信电源行业，为扩大电池容量和电池互为备份，常需将多个电池并联。附图1示出一种常见的供电电路，通过合上/断开开关C12控制并联的电池B1和电池B2与负载连接/断开，即电池路上/下电，其中供电电源持续为负载供电。在电池上电的瞬间，如果负载电动势(电压)比电池电动势高，会对电池形成充电电流。由于电池的内阻很小而充电电流往往很大，充电电流超过电池承受的范围就会损害电池，影响电池寿命。负载与电池的电动势差越大，充电电流就越大，对电池的损害就越大。

现通常用三种方法来避免电池与负载连接时产生较大的充电电流，第一种方法是供电电源控制负载电动势使其与电池电动势相等；第二种方法是供电电源限制供电电源电流输出以控制电池与负载连接时产生的对电池的充电电流；第三种方法是人工将电池充电，使其电动势与负载电动势相等。这三种方法都能有效地控制电池充电电流，但都有一定局限性，例如对供电电源有一定的功能要求，或需要借助充电设备，或需要辅助于人工操作。

在实际应用中还存在多组电池共同为负载供电，其中部分电池需单独上下电的情况，如将某电池单独下电，进行放电测试后再单独上电；或某电池损坏需要更换新电池；或首次将多组电池并联起来。在这些情况下，如果各组电池电动势互不相等，将会在多组电池间形成环流，由于电池内阻很小，电池间环流可能很大，严重影响电池的寿命，甚至引起电池起火等严重后果。

对于上述情况使用上述三种方法均无法取得良好效果。现有技术采用第四种方法，对已上电电池放电，使其电动势与未上电电池电动势一致，再使未上电电池与负载连接；或采用第五种方法，人工对将未上电电池充电至与已上电电池的电动势一致之后，再将未上电电池上电。第四种方法可能造成已连接负载的电池一定程度上的放亏，给不间断电源留下安全隐患，而第五种方法需要借助充电设备并要求人工操作。

对于更复杂的多路且每路中有多组电池的供电情况，由于电池间的差异和电池本身的复杂特性，电池与负载连接的风险更大，对人工维护的要求更高。综上所述，现有的供电方案存在以下局限和缺陷：对供电电源要求较高，要求其具有调压或限流功能；可能造成电池深度放电，对不间断电源而言具有安全隐患；需要人工参与或需要借助辅助设备，维护要求高，成本高。

发明内容

本发明目的在于提供供电电路和供电方法，在不影响负载正常供电的情况下实现多组电池分别上下电。

本发明提供一种供电电路，包括至少一主路和至少一辅路；至少一主路包括至少一电池和负载，以及至少一控制主路通断的主路开关；至少一辅路包括限流单元和电流导向单元，至少一辅路连接至少一主路和负载。其中辅路的限流单元和电流导向单元并联后与主路连接，电流导向单元截止，电池充电；电流导向单元导通，电池放电；而限流单元对流经电池的电流进行限流；辅路还包括辅路开关，辅路开关分别对应至少一主路，连接在至少一主路与辅路电流导向单元之间。上述电流导向单元选自二极管、开关器件、开关电路及其等效器件或等效电路。

本发明还提供一种供电电路的供电方法，供电电路包括至少一主路和至少一辅路，包括比较电池与负载的电动势；通过至少一辅路对电动势低于负载的电池充电，使其电动势接近或等于负载电动势；电池通过主路与负载连接，为负载供电。其中比较待上电电池与负载的电动势，若待上电电池的电动势低于负载电动势，则负载通过辅路为待上电电池充电，直到待上电电池的电动势与负载电动势接近或相等，将待上电电池通过主路与负载连接，为负载供电；若待上电电池的电动势高于或等于负载电动势，将待上电电池通过主路与负载连接，为负载供电。

本发明还提供了一种供电电路的供电方法，供电电路包括至少一主路和至少一辅路，包括：比较第一电池与第二电池的电动势；通过至少一辅路对电动势较低的第一电池充电，使其电动势接近或等于第二电池的电动势；第一电池和第二电池分别通过主路与负载连接，为负载供电。其中比较第一电池与负载的电动势，若第一电池的电动势低于第二电池电动势，则第二电池通过辅路为第一电池充电，直到第一电池的电动势与第二电池电动势接近或相等，将第一电池通过主路与负载连通；若第一电池的电动势高于第二电池电动势，则第二电池通过辅路为负载供电，使第一电池通过主路为负载供电，同时通过辅路为第二电池充电，直到第二电池的电动势与第一电池的电动势接近或相等，使第二电池通过主路与负载连接，为负载供电。其中第二电池与负载连接，为负载供电；第二电池是电池、电池组或多组电池。

本发明提供的供电电路和供电方法可实现多组电池分别上电，通过限流单元的限流来防止损害电池，并利用开关管等电流导向单元保证不影响对负载的正常供电；本发明不依赖于额外的辅助设备和人工操作，对供电电源和电池无特殊要求，无安全隐患，便于实现智能自动控制，电路简单，成本低廉，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明现有技术的供电电路示意图；

图2是本发明第一实施例电池B1上电前的供电电路示意图；

图3是本发明第一实施例电池B2上电前的供电电路示意图；

图4是本发明第一实施例电池B2充电时的供电电路示意图；

图5是本发明第一实施例电池B1经辅路为负载供电的供电电路示意图；

图6是本发明第一实施例电池B1充电时的供电电路示意图；

图7是本发明第一实施例电池B3充电时的供电电路示意图；

图8是本发明第一实施例电池B1和电池B2为负载供电的供电电路示意图；

图9是本发明第一实施例电池B1、电池B2充电时的供电电路示意图；

图10是本发明第二实施例电池B1上电前的供电电路示意图；

图11是本发明第二实施例电池B1充电时的供电电路示意图；

图12是本发明第二实施例四组电池的供电电路示意图；

图13是本发明第三实施例的一种供电电路示意图；

图14是本发明第三实施例的另一种供电电路示意图。

本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本发明提出第一实施例，在无其他供电电源为负载供电情况下实现多个电池分别上电。

参照图2，示出第一实施例在实现电池B1上电前的供电电路，电池B1与开关C1串联构成B1主路，开关C1串接在电池B1负极与负载之间，B1主路与负载连接。本实施例选用电阻作为限流单元，选用二极管作为电流导向单元，电阻R1和二极管D1并联构成辅路；二极管D1正极连接在开关C1和负载之间，二极管D1负极串连一开关C1′后连接在开关C1和电池B1负极之间。

由于无其他供电电源为负载供电，电池B1上电前的电动势Vb1一定大于等于负载电动势Vbus，可直接合上开关C1，使电池B1通过B1主路为负载供电，完成电池B1上电。

电池B2上电前本实施例的电路如图3所示，电池B2与开关C2串联构成B2主路，B2主路与B1主路并联，开关C2串接在电池B2负极与负载之间；电池B2的负极串联开关C2′后与辅路的二极管D1负极连接；开关C2和开关C2′均断开。

此时电池B1为负载供电，比较电池B2的电动势Vb2与负载电动势Vbus：

若Vb2＝Vbus，则直接合上开关C2，使电池B2通过B2主路为负载供电，完成电池B2上电；

若Vb2＜Vbus，则合上开关C2′，电池B1通过辅路的电阻R1对电池B2充电，二极管D1截止，R1起限流作用，电流方向如图4所示。充电至Vb2＝Vbus，再合上开关C2，断开开关C2′，使B2主路与负载连通，辅路断路，电池B2经B2主路为负载供电，完成电池B2上电。

若Vb2＞Vbus，则合上开关C1′，断开开关C1，B1主路断路，电池B1经辅路为负载供电，Vbus＝Vb1，电流方向如图5所示。此时二极管D1正向导通，电阻R1被二极管D1短路，电流不经电阻R1，不会引起电能损耗；选用正向导通压降小的二极管D1也不会引起负载电动势Vbus降低，因此不会影响电池B1对负载的正常供电。

然后合上开关C2，使B2主路与负载连通，Vbus被拉高至与Vb2相等。由于Vb1＜Vb2，电池B2通过辅路对电池B1充电，电流流向如图6所示。此时二极管D1截止，电阻R1对充电电流进行限流，保护电池B1。充电至Vb1＝Vb2，再合上开关C1，断开开关C1′，辅路断路，B1主路与负载连通，电池B2和电池B1共同为负载供电，完成电池B2上电。

若还需要将电池B3上电，则将电池B3与开关C3串联构成B3主路，B3主路与B1主路、B2主路并联，开关C3串接在电池B3负极与负载之间；电池B3的负极串联开关C3′后与辅路的二极管D1负极连接；开关C3和开关C3′均断开。

此时B1主路和B2主路共同为负载供电，比较电池B3的电动势Vb3与负载电动势Vbus：

若Vb3＝Vbus，则直接合上开关C3，使电池B3通过B3主路为负载供电，完成电池B3上电；

若Vb3＜Vbus，则合上开关C3′，电池B1和电池B2通过辅路的电阻R1对电池B3充电，电流方向如图7所示。充电至Vb3＝Vbus，再合上开关C3，断开开关C3′，使B3主路与负载连通，辅路断路，电池B3经B3主路为负载供电，完成电池B3上电。

若Vb3＞Vbus，则合上开关C1′和开关C2′，断开开关C1和开关C2，使B1主路和B2主路断路，电池B1、电池B2经辅路共同为负载供电，Vbus＝Vb1＝Vb2，电流方向如图8所示。然后合上开关C3，使B3主路与负载连通，Vbus被拉高至与Vb3相等。由于Vb1＝Vb2＜Vb3，电池B3通过辅路对电池B1、电池B2充电，电流流向如图9所示。充电至Vb1＝Vb2＝Vb3，再合上开关C1、开关C2，断开开关C1′、开关C2′，辅路断路，B1主路和B2主路与负载连通，电池B1、电池B2和电池B3共同为负载供电，完成电池B3上电。

上述实施例适用于无其他供电电源为负载供电的情况，现对有其他供电电源为负载供电的情况提出第二实施例。

本实施例电池上电前的供电电路如图10所示，B1主路和辅路与第一实施例类似，供电电源为负载持续供电，该供电电源是开关电源、线性电源或其他电源。在将电池B1上电前，需比较电池B1电动势Vb1和负载电动势Vbus：

若Vb1＞＝Vbus，则直接合上开关C1，使电池B1通过主路为负载供电，完成电池B1上电。

若Vb1＜Vbus，则合上开关C1′，供电电源通过辅路对电池B1充电，二极管D1截止，电阻R1对充电电流起限流作用，充电电流方向如图11所示。充电至Vb1＝Vbus，再合上开关C1，断开开关C1′，B1主路与负载连通，辅路断路，完成B1上电。

在电池B1上电之后，电池B2和电池B3的上电过程与第一实施例类似，故不赘述。

由于本实施例中供电电源能对负载持续供电，本实施例中电池的上电环境比第一实施例要好。

上述两实施例提供了多组电池依次上电的上电方法，在保证对负载正常供电的前提下，通过对电动势低的电池进行限流充电，直到各电池电动势一致再将多组电池并接，以避免各电池电动势不等而产生环流。每组电池上电的过程都类似：比较待上电电池与负载的电动势，若待上电电池的电动势低于负载电动势，则通过辅路为待上电电池充电，充电至待上电电池的电动势与负载电动势相等，再将待上电电池所在的主路与负载连通，使待上电电池完成上电；若待上电电池的电动势高于负载电动势，则使已上电电池改为通过辅路为负载供电，再使待上电电池主路与负载连通，待上电电池为负载供电同时通过辅路为已上电电池充电，充电至已上电电池的电动势与待上电电池的电动势相等，再将已上电电池改为通过主路为负载供电，完成待上电电池的上电。

上述两实施例都将电池B1上电之后将电池B2上电，再将电池B3上电。可以看出电池的上电顺序可以根据实际应用需要调整而不影响上电结果，例如可先将电池B3上电之后将电池B2上电，再将电池B1上电。所述电池B1、电池B2、电池B3可以是单个电池，也可以是电池组。

上述两实施例提供了一组电池、两组电池和三组电池上电的供电电路，对于三组以上电池上电的情况，只需对每组电池结合一开关构成主路，并将每组电池与辅路通过另一开关连接即可完成供电电路，例如四组电池上电可采用如图12所示的供电电路，更多组电池上电的供电电路不再一一描述。

在上述实施例中，如果各电池容量、电流等特性相差较大，则对限流单元和电流导向单元的选型要求较高。为便于电流导向单元的选择与电路设计，本发明提出第三实施例。

如图13所示，二极管的方向和电池的方向与前述实施例不同，供电原理与上述实施例类似，当二极管截止时，为电势较低的电池充电；二极管导通，使电势较高的电池放电。对每组电池均设置一辅路，分别根据每组电池的电流、容量等特性对辅路进行设计选型，降低了对各辅路限流单元或电流导向单元的选型要求。当选用二极管作为电流导向单元时，对二极管的选型要求是：二极管在导通状态的通流量应大于流经该二极管的最大电流；而在截止状态的最大反向压降应大于与其并联的限流单元上产生的最大电压。

当多组电池中的部分组电池间特性相差不大时，可共用辅路以简化电路、降低成本，如图14所示的供电电路，电池B1和电池B2共用一辅路，电池B3单独设置一辅路。根据具体应用需求还可设计其他供电电路，不一一列出。

上述各实施例中，电动势的比较不限于在负载和待上电电池之间进行，根据实际需求可选用其他已上电电池和待上电电池进行电动势的比较，还可以用已上电电源的电压与待上电电池电动势比较。

上述各实施例选用电阻作为限流单元，二极管作为电流导向单元，根据实际情况还可选用其他限流器件或等效电路实现限流，或选用其他开关器件、开关电路、其他等效器件或等效电路实现对电流的导向。上述各实施例中辅路也不仅限于限流单元和电流导向单元并联结构，还可采用其他等效器件或等效电路实现辅路功能。

考虑到对电池充电的时间可能会很长，可以根据电池的特性和实际情况定义一个电动势差值ΔV，当电动势差小于等于ΔV时就可将电池并联而不会产生环流，或者产生的环流较小不会损坏电池。将该电动势差值ΔV应用于上述实施例中涉及到的电动势比较环节，能在一定程度上加快电池的上电过程。

上述各实施例中的开关可以是普通开关、熔丝、空开、单稳态接触器，磁保持接触器等开关装置或开关电路中的一种或多种；对开关的控制可以采用人工手动控制或智能自动控制，还可以手动自动结合控制。

上述各实施例中的电池可以是各种充电电池，包括铅酸电池、氢镍电池、锂电池、太阳能电池等中的一种或多种；而对于电动势较高，仅用于放电的电池，就不限于充电电池，可选用干电池。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种供电电路，包括：

至少一主路和至少一辅路；

所述至少一主路包括至少一电池和负载，以及至少一控制主路通断的主路开关；

所述至少一辅路包括限流单元和电流导向单元，所述至少一辅路连接所述至少一主路和负载。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于：

所述辅路的限流单元和电流导向单元并联后与主路连接，所述电流导向单元截止，所述电池充电；所述电流导向单元导通，所述电池放电。

3.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述限流单元对流经所述电池的电流进行限流。

4.根据权利要求1至3任一项所述的供电电路，其特征在于，所述辅路还包括辅路开关，所述辅路开关分别对应至少一主路，连接在至少一主路与辅路电流导向单元之间。

5.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，所述电流导向单元选自二极管、开关器件、开关电路及其等效器件或等效电路。

6.一种供电电路的供电方法，所述供电电路包括至少一主路和至少一辅路，包括：

比较电池与负载的电动势；

通过所述至少一辅路对电动势低于负载的电池充电，使其电动势接近或等于负载电动势；

所述电池通过主路与负载连接，为负载供电。

7.根据权利要求6所述的供电方法，其特征在于：

比较待上电电池与负载的电动势，若待上电电池的电动势低于负载电动势，则负载通过辅路为待上电电池充电，直到待上电电池的电动势与负载电动势接近或相等，将待上电电池通过主路与负载连接，为负载供电；

若待上电电池的电动势高于或等于负载电动势，将待上电电池通过主路与负载连接，为负载供电。

8.一种供电电路的供电方法，所述供电电路包括至少一主路和至少一辅路，包括：

比较第一电池与第二电池的电动势；

通过所述至少一辅路对电动势较低的第一电池充电，使其电动势接近或等于第二电池的电动势；

所述第一电池和第二电池分别通过主路与负载连接，为负载供电。

9.根据权利要求8所述的供电方法，其特征在于：

比较第一电池与负载的电动势，若第一电池的电动势低于第二电池电动势，则第二电池通过辅路为第一电池充电，直到第一电池的电动势与第二电池电动势接近或相等，将第一电池通过主路与负载连通；

若第一电池的电动势高于第二电池电动势，则第二电池通过辅路为负载供电，使第一电池通过主路为负载供电，同时通过辅路为第二电池充电，直到第二电池的电动势与第一电池的电动势接近或相等，使第二电池通过主路与负载连接，为负载供电。

10.根据权利要求8或9所述的供电方法，其特征在于：

所述第二电池与负载连接，为负载供电；所述第二电池是电池、电池组或多组电池。

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