CN102097846B - 镍氢电池组充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种镍氢电池组充电装置，包括：恒流调整模块；所述恒流调整模块包括开关电源控制器、整流单元、检波电阻和差分放大单元；电源与镍氢电池之间依次通过所述开关电源控制器、整流单元和检波电阻相连接；所述检波电阻的两端分别连接到所述差分放大单元的两个输入端；所述差分放大单元的输出端连接到所述开关电源控制器，并向所述开关电源控制器输出反馈信号；所述开关电源控制器根据接收到的反馈信号控制自身的工作状态，进而调整所述整流单元中开关占空比。该装置可以自动调节充电电路的输出电压，稳定充电电路输出电压与镍氢电池电压的差值，从而稳定充电电流，因此该方案能够有效的提高充电效率，降低其整体发热量。

Description

镍氢电池组充电装置

技术领域：

本发明涉及镍氢电池技术领域，尤其涉及一种镍氢电池组充电装置。

背景技术：

镍氢电池是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点，因而成为世界各国竞相发展的高科技产品之一。随着镍氢电池技术的不断发展提高，镍氢电池的各种性能指标也得到了较大的提升，使其在移动通讯，便携式数码设备，电动工具以及电动车辆等领域得到了广泛的应用。

当镍氢电池内储存的电量低于一定水平时，需要对其进行充电后才能继续使用。目前业内通常使用恒流充电电路对镍氢电池进行充电，在充电过程中，镍氢电池的电压曲线首先较快上升，之后电压曲线缓慢上升，当镍氢电池充电饱和后，其电压会有一定程度的下降，即出现电压回退现象。根据上述机理，通常依据镍氢电池电压是否出现回退来判断其是否充电饱和。

然而，目前多数使用恒流充电的充电电路中电流较大，随着镍氢电池电压的不断变化，充电电路输出电压与镍氢电池电压的差值也在不断变化，造成充电电路中电流不稳定，导致镍氢电池组充电装置整体发热量较大，同时使系统的充电效率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种镍氢电池组充电装置，以实现自动调节充电电路的输出电压，稳定充电电路输出电压与镍氢电池电压的差值，从而稳定充电电流，实现降低镍氢电池组充电装置的整体发热量，提高其充电效率。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种镍氢电池组充电装置，包括：

恒流调整模块；

所述恒流调整模块包括开关电源控制器、整流单元、检波电阻和差分放大单元；

所述检波电阻的两端分别连接到所述差分放大单元的两个输入端；

所述差分放大单元的输出端连接到所述开关电源控制器，并向所述开关电源控制器输出反馈信号；

所述开关电源控制器分别与所述差分放大单元和所述整流单元相连，并根据接收到的反馈信号控制自身的工作状态，进而调整所述整流单元中开关占空比；

所述整流单元与所述开关电源控制器和所述检波电阻相连；

电源与镍氢电池之间依次通过所述开关电源控制器、整流单元和检波电阻相连接。

优选的，所述恒流调整模块还包括：

第一电压比较器和电压合成单元；

所述第一电压比较器的一个输入端连接到镍氢电池并获取电压值，另一个输入端接入参考电压，所述第一电压比较器的输出端连接到所述电压合成单元；

所述电压合成单元的两个输入端分别连接到所述差分放大单元的输出端和所述第一电压比较器的输出端，所述电压合成单元的输出端连接到所述开关电源控制器，并向所述开关电源控制器输出反馈信号，所述差分放大单元的输出端通过所述电压合成单元连接到所述开关电源控制器；

所述电压合成单元输出的反馈信号为：电压合成单元对所述差分放大单元的输出信号和第一电压比较器的输出信号进行合成后的信号。

优选的，所述镍氢电池组充电装置还包括饱和判定模块，所述饱和判定模块包括：

电池电压采样电路、峰值采样电路和第二电压比较器；

所述电池电压采样电路一端连接到镍氢电池，另一端连接到所述第二电压比较器的第一输入端，所述电池电压采样电路用于获取镍氢电池组的实时电压，并输出到所述第二电压比较器；

所述峰值采样电路一端连接到镍氢电池，另一端连接到所述第二电压比较器第二输入端，所述峰值采样电路用于获取镍氢电池组的峰值电压，并输出到所述第二电压比较器；

所述第二电压比较器用于比较镍氢电池的峰值电压和实时电压的大小，通过电压回退判断镍氢电池是否充电饱和。

优选的，所述电池电压采样电路包括：

第一单向器、第一储能器件、第一限流元件和常闭开关；

所述第一单向器的一端连接镍氢电池，另一端分别连接到所述第一储能器件、所述第一限流元件和所述第二电压比较器，所述第一储能器件的另一端接地，所述第一限流元件的另一端通过所述常闭开关接地。

优选的，所述峰值采样电路包括：

第二单向器、第二储能器件、第二限流元件和放电开关；

所述第二单向器的一端连接镍氢电池，另一端分别连接到所述第二储能器件、所述第二限流元件和所述第二电压比较器，所述第二储能器件的另一端接地，所述第二限流元件的另一端通过所述放电开关接地。

优选的，所述饱和判定模块还包括：

指示灯，连接到所述第二电压比较器的输出端，用于根据所述第二电压比较器输出的信号，指示镍氢电池组是否充电饱和。

优选的，所述饱和判定模块还包括：

回馈比较单元，用于判断电池电压是否处于安全充电范围内；

所述回馈比较单元包括第三电压比较器和充电开关，所述充电开关连接在所述检波电阻和镍氢电池之间，所述第三电压比较器一个输入端连接到所述检波电阻与所述充电开关连接的一端，另一个输入端接入参考电压，输出端连接到所述充电开关。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的技术方案，通过设置的饱和判定模块可以通过检测电池电压回退现象，进行电池充电饱和判断，便于进行充电控制；通过设置的恒流调整模块，能够在检波电阻两端产生的电势差的反馈下，通过控制开关电源控制器，控制整流单元中开关占空比，进而自动调节充电电路的输出电压，稳定充电电路输出电压与镍氢电池电压的差值，从而稳定充电电流，因此该方案能够有效的提高镍氢电池组充电装置的充电效率，降低充电装置整体发热量。

此外，本实施例提供的镍氢电池组充电装置中，通过设置的回馈比较单元可以辅助电池过充保护，有效的解决了在充电电流过低时，因电池电压不会出现回退，导致仅依电压回退进行充电饱和判断出现误判的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的镍氢电池组充电装置结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的镍氢电池组充电装置包括第一放大器的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的镍氢电池组充电装置结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种镍氢电池组充电装置，包括：

恒流调整模块；

所述恒流调整模块包括开关电源控制器、整流单元、检波电阻和差分放大单元；

电源与镍氢电池之间依次通过所述开关电源控制器、整流单元和检波电阻相连接；

所述检波电阻的两端分别连接到所述差分放大单元的两个输入端；

所述差分放大单元的输出端连接到所述开关电源控制器，并向所述开关电源控制器输出反馈信号；

所述开关电源控制器根据接收到的反馈信号控制自身的工作状态，进而调整所述整流单元中开关占空比。

本发明实施例所提供的技术方案，通过设置的恒流调整模块，能够在检波电阻两端产生的电势差的反馈下，通过控制开关电源控制器，控制整流单元中开关占空比，进而自动调节充电电路的输出电压，稳定充电电路输出电压与镍氢电池电压的差值，从而稳定充电电流，因此该方案能够有效的提高镍氢电池组充电装置的充电效率，降低充电装置整体发热量。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

本实施例提供了一种镍氢电池组充电装置，如图1所示，为该装置的一种电路结构示意图，其主要包括恒流调整模块10、DC电源30和镍氢电池40。

上述恒流调整模块10包括开关电源控制器101、整流单元102、检波电阻103和差分放大单元104。

DC电源30依次通过开关电源控制器101、整流单元102和检波电阻103连接到镍氢电池40，并为镍氢电池40提供充电电流。

检波电阻103的两端分别连接到差分放大单元104的两个输入端。差分放大单元104的输出端连接到所述开关电源控制器101，并向所述开关电源控制器101输出反馈信号。检波电阻103两端产生的电势差经差分放大单元104放大后反馈给开关电源控制器101，所述开关电源控制器101根据接收到的反馈信号控制自身的工作状态，调整整流单元102中开关占空比，从而达到调节检波电阻103两端电势差、使检波电阻103两端电势恒定的目的。由于检波电阻103的电阻值恒定、且两端电势恒定，因此通过检波电阻103的充电电流恒定。

此外，当镍氢电池40的电压较低时，如果直接采用较大的充电电流充电，很可能会导致电池故障。因此，参见图2所示的镍氢电池组充电装置结构示意图，所述恒流调整模块10中还可以设置有第一电压比较器106和供给电压合成单元105，第一电压比较器106的一个输入端连接到镍氢电池40，以获取镍氢电池40的电池电压值，第一电压比较器106的另一个输入端接入有参考电压，镍氢电池40的电池电压值与所述参考电压经第一电压比较器106比较后产生一个状态，并由第一电压比较器106的输出端供给电压合成单元105。

所述电压合成单元105的两个输入端分别连接到差分放大单元104和第一电压比较器106的输出端，电压合成单元105输出端连接到所述开关电源控制器101。所述电压合成单元105接收差分放大单元104和第一电压比较器106的输出信号，并将两个信号合成后反馈给开关电源控制器101，通过调整开关电源控制器101的工作状态，控制整流单元102中开关占空比。

通过上述设计，在稳定通过检波电阻103充电电流的同时，由于第一电压比较器106可以根据镍氢电池电压输出反馈信号，进而实现控制整流单元102中开关占空比，因此可以控制充电电流的大小，避免镍氢电池的电压较低时，直接采用较大的充电电流充电导致电池故障。

差分放大单元104可以根据检波电阻103两端的电势差产生反馈信号，进而可以通过开关电源控制器101使检波电阻103两端电势恒定，保证充电电流恒定。通过本实施例提供的恒流调整模块，可以使镍氢充电装置的充电效率提高到80%～90%，相对比与现有技术有明显的提高，由于效率的提高，避免了电能的浪费，降低充电装置整体发热量。

本实施例提供的充电装置中，还可以包括饱和判定模块20，所述饱和判定模块20用于依据镍氢电池电压是否出现回退来判断其是否充电饱和。饱和判定模块20主要包括电池电压采样电路、峰值采样电路和第二电压比较器200，电池电压采样电路和峰值采样电路分别向第二电压比较器200的两个输入端提供电压信号。

如图1所示，电池电压采样电路包括第一单向器201、第一储能器件202、第一限流元件203和常闭开关204。第一单向器201的一端连接镍氢电池40，另一端分别连接到第一储能器件202、第一限流元件203和第二电压比较器200，第一储能器件202的另一端接地，第一限流元件203的另一端通过常闭开关204接地。

当镍氢电池40处于正常充电状态时，其通过第一单向器201向第一储能器件202充电，由于常闭开关204的存在使第一储能器件202中的能量不能长时间存储，因此，如果忽略第一单向器201上的损耗，电池电压采样电路向第二电压比较器200输出的电压为镍氢电池的实时电压。

峰值采样电路的基本结构和原理与电池电压采样电路类同。峰值采样电路包括第二单向器205、第二储能器件206、第二限流元件207和放电开关208。第二单向器205的一端连接镍氢电池40，另一端分别连接到第二储能器件206、第二限流元件207和电压比较器200，第二储能器件202的另一端接地，第二限流元件207的另一端通过放电开关208接地。

当镍氢电池40处于正常充电状态时，其通过第二单向器205向第二储能器件206充电，当放电开关208处在打开状态时，第二储能器件206中的能量无法得到释放，因此，如果忽略第二单向器205上的损耗，峰值采样电路向第二电压比较器200输出的电压为镍氢电池的峰值电压。

峰值检波模块中，电池电压采样电路中的第一储能器件202和峰值采样电路中的第二储能器件206中存储的能量呈现两种完全不相同的状态，由于电池电压采样电路和峰值采样电路的电器性能接近（使用完全相同的器件），因此对这两个电路输出的比较可以体现出镍氢电池是否出现了电压回退现象，如果是，则说明镍氢电池已经饱和。

上述镍氢电池组充电装置中，还可以设置指示灯210，所述指示灯210一端连接到第二电压比较器200的输出端，另一端接地，用于根据上述第二电压比较器200输出的比较结果，指示镍氢电池是否充电饱和。上述镍氢电池组充电装置中通过调节电路的放大倍数，使其可以适用于为不同电压的镍氢电池组充电。

本实施例提供的镍氢电池组充电装置中，通过设置的恒流调整模块，能够在检波电阻两端产生的电势差的反馈下，通过控制开关电源控制器，控制整流单元中开关占空比，进而自动调节充电电路的输出电压，使检波电阻两端电势差稳定，稳定充电电路输出电压与镍氢电池电压的差值，从而稳定充电电流，因此该方案能够有效的提高镍氢电池组充电装置的充电效率，降低充电装置整体发热量；同时饱和判定模块可以通过检测电池电压回退现象，进行镍氢电池充电饱和判断，便于进行充电控制。

实施例二：

在实际应用环境中，当镍氢电池在充电电流小于一定值进行充电时，在充电饱和状态下，镍氢电池可能不会出现电压回退现象，因此仅依据电池电压是否出现回退进行充电饱和判断会出现误判情况，本实施例提供了一种可以解决上述缺陷的镍氢电池组充电装置。

如图3所示，所述镍氢电池组充电装置的饱和判定模块20中还可以包括回馈比较单元209，用于判断电池电压是否处于安全充电范围内。所述回馈比较单元包括第三电压比较器2091和充电开关2092，充电开关2092连接在检波电阻103和镍氢电池40之间，第三电压比较器2091的一个输入端连接在检波电阻103与充电开关2092连接的一端，另一个输入端接入有参考电压（镍氢电池的安全充电电压），第三电压比较器2091输出端连接并控制充电开关。

上述镍氢电池组充电装置中，在回馈比较单元209中引入正反馈，当镍氢电池电压超过安全充电范围上门限时，第三电压比较器2091输出电平反转，通过控制充电开关2092断开控制镍氢电池40充电关闭；当镍氢电池40电压低于安全充电范围上门限时，第三电压比较器2091保持当前状态，保持充电开关闭合，防止充电开关40的抖动；当镍氢电池40电压低于安全充电范围下门限时，第三电压比较器2091输出电平反转，通过控制充电开关2092闭合控制镍氢电池40开启充电。

本实施例提供的镍氢电池组充电装置中，通过设置的回馈比较单元可以辅助电池过充保护，有效的解决了在充电电流过低时，因电池电压不会出现回退，导致仅依电压回退进行充电饱和判断出现误判的缺陷。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种镍氢电池组充电装置，其特征在于，包括：

恒流调整模块；

所述恒流调整模块包括开关电源控制器、整流单元、检波电阻和差分放大单元；

所述检波电阻的两端分别连接到所述差分放大单元的两个输入端；

所述差分放大单元的输出端连接到所述开关电源控制器，并向所述开关电源控制器输出反馈信号；

所述开关电源控制器分别与所述差分放大单元和所述整流单元相连，并根据接收到的反馈信号控制自身的工作状态，进而调整所述整流单元中开关占空比；

所述整流单元与所述开关电源控制器和所述检波电阻相连；

电源与镍氢电池之间依次通过所述开关电源控制器、整流单元和检波电阻相连接。

2.根据权利要求1所述的镍氢电池组充电装置，其特征在于，所述恒流调整模块还包括：

第一电压比较器和电压合成单元；

所述第一电压比较器的一个输入端连接到镍氢电池并获取电压值，另一个输入端接入参考电压，所述第一电压比较器的输出端连接到所述电压合成单元；

所述电压合成单元的两个输入端分别连接到所述差分放大单元的输出端和所述第一电压比较器的输出端，所述电压合成单元的输出端连接到所述开关电源控制器，并向所述开关电源控制器输出反馈信号，所述差分放大单元的输出端通过所述电压合成单元连接到所述开关电源控制器；

所述电压合成单元输出的反馈信号为：电压合成单元对所述差分放大单元的输出信号和第一电压比较器的输出信号进行合成后的信号。

3.根据权利要求1所述的镍氢电池组充电装置，其特征在于，所述镍氢电池组充电装置还包括饱和判定模块，所述饱和判定模块包括：

电池电压采样电路、峰值采样电路和第二电压比较器；

所述电池电压采样电路一端连接到镍氢电池，另一端连接到所述第二电压比较器的第一输入端，所述电池电压采样电路用于获取镍氢电池组的实时电压，并输出到所述第二电压比较器；

所述峰值采样电路一端连接到镍氢电池，另一端连接到所述第二电压比较器第二输入端，所述峰值采样电路用于获取镍氢电池组的峰值电压，并输出到所述第二电压比较器；

所述第二电压比较器用于比较镍氢电池的峰值电压和实时电压的大小，通过电压回退判断镍氢电池是否充电饱和。

4.根据权利要求3所述的镍氢电池组充电装置，其特征在于，所述电池电压采样电路包括：

第一单向器、第一储能器件、第一限流元件和常闭开关；

所述第一单向器的一端连接镍氢电池，另一端分别连接到所述第一储能器件、所述第一限流元件和所述第二电压比较器，所述第一储能器件的另一端接地，所述第一限流元件的另一端通过所述常闭开关接地。

5.根据权利要求3所述的镍氢电池组充电装置，其特征在于，所述峰值采样电路包括：

第二单向器、第二储能器件、第二限流元件和放电开关；

所述第二单向器的一端连接镍氢电池，另一端分别连接到所述第二储能器件、所述第二限流元件和所述第二电压比较器，所述第二储能器件的另一端接地，所述第二限流元件的另一端通过所述放电开关接地。

6.根据权利要求3至5任一项所述的镍氢电池组充电装置，其特征在于，所述饱和判定模块还包括：

指示灯，连接到所述第二电压比较器的输出端，用于根据所述第二电压比较器输出的信号，指示镍氢电池组是否充电饱和。

7.根据权利要求3至5任一项所述的镍氢电池组充电装置，其特征在于，所述饱和判定模块还包括：

回馈比较单元，用于判断电池电压是否处于安全充电范围内；

所述回馈比较单元包括第三电压比较器和充电开关，所述充电开关连接在所述检波电阻和镍氢电池之间，所述第三电压比较器一个输入端连接到所述检波电阻与所述充电开关连接的一端，另一个输入端接入参考电压，输出端连接到所述充电开关。

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