CN108604810A - 用于提供充电电压的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提供充电电压的装置及方法，更特别地，涉及一种提供充电电压的装置及方法，其在需要电池平衡时，通过作为两个独立的充电电压源之一的电池平衡电压源来快速地向相应电池提供稳定的充电电压。

Description

用于提供充电电压的装置及方法

技术领域

本发明涉及用于提供充电电压的装置及方法，更特别地，涉及一种用于提供充电电压的装置及方法，其在需要电池平衡时通过作为两个独立的充电电压源之一的电池平衡电压源来快速向相应电池提供稳定的充电电压。

背景技术

蓄电池，诸如锂离子电池，用作多种电子设备的电源。典型地，蓄电池(组)由多个单位电池构成，并且对于多个电池，随着工作时间流逝，由于库伦效率和容量而引起的动态状态中的个体差异，其充电电压不同。

这会导致当至少一个电池比其他电池的充电电压低得多时，蓄电池的总放电能力永久受限。

另外，这还会导致当至少一个电池比其他电池的充电电压高得多时，蓄电池的总电荷量永久受限。

当一个电池具有最低充电电压的极限值且另一电池具有最高充电电压的极限值时，蓄电池不被充电或放电，尽管所有其他电池各自具有适当的充电电压。

另外，甚至在重复充放电的情况中，发生电池电压失衡，因而蓄电池寿命缩短，蓄电池单元的能量效率降低。

进一步，当在整个产品中发生电池电压失衡时，难以向每一电池提供售后服务，这会导致替换蓄电池组自身的成本很高。

于是，电池平衡对于蓄电池组是必要的，并且电池平衡意味着控制充入电池的各电压保持在基于恒定电平的允许范围内。

另一方面，典型的电池平衡方案使用的方案是，通过在电阻器上施加高电平电池电压来将电池电压作为热能消耗，或者通过利用诸如电感器或电容器这样的储能元件将具有高电平的电池的电压移至具有低电平的电池，而使得全体电池具有均匀的值。因此，在已使用的方法中，通过用于提供仅能够对蓄电池组进行充电的组充电电压的充电器来执行电池平衡，但是没有提出这样一种方法，其通过对发生失衡的各个电池各别充电而简单地执行电池平衡。

因此，有必要开发一种技术，其能够在执行电池平衡的同时迅速有效地对发生失衡的各个电池进行充电。

[现有技术文献]

韩国专利公开No.10-2016-0038348

发明内容

技术问题

本发明提供了一种用于提供充电电压的装置和方法，其能够快速有效地对发生失衡的各个电池进行充电。

技术方案

根据本发明的实施方式的一种用于提供充电电压的装置，其通过用于提供不同电压的两个电压源来提供充电电压，所述装置包括：用于从外部接收AC输入功率的输入单元；用于将来自输入单元的AC输入功率转换为DC输入功率的转换器；MCU，其用于控制以使得来自转换器的DC输入功率的电压传递至两个电压源之一；和切换单元，其根据MCU的控制而连接至两个电压源中的一个电压源电路并且用于传递DC输入功率的电压，其中两个电压源由以下构成：组充电电压源，用于转换DC输入功率的电压以输出组充电电压，从而对由两个或多个蓄电池单元构成的蓄电池组进行充电；和电池平衡电压源，用于转换DC输入功率的电压以输出电池平衡电压，从而对两个或多个蓄电池单元中需要电池平衡的蓄电池单元进行充电。

该装置进一步包括电压输出单元，用于接收来自组充电电压源以及电池平衡电压源的电压，以将电压输出至蓄电池组或两个或多个蓄电池单元。

切换单元可由连接至MCU和转换器的多个开关构成。

根据本发明的一种用于提供电压以使两个或多个蓄电池单元的电压一致的方法包括：蓄电池组充电步骤，用于对由两个或多个蓄电池单元构成的蓄电池组充电；电池平衡检查步骤，用于对于蓄电池组中正在充电的电池检查是否由于电池中发生电压失衡而需要电池平衡；和开关控制步骤，用于在检查结果是对于相应电池需要电池平衡时，控制开关将已经连接至组充电电压源的电路连接至电池平衡电压源，以将电池平衡电压提供至电池。

电池平衡检查步骤可包括：电池电压测量步骤，用于周期性地测量两个或多个蓄电池单元的每一电压；电压差计算步骤，用于使用电池电压测量步骤中测量的两个或多个蓄电池单元电压来计算电池之间的电压差；和电压差比较步骤，用于将电压差计算步骤中计算的电池间的电压差与预设的规定范围中的电压差进行比较。

当电压差比较步骤中电池之间的电压差大于预设的规定范围中的电压差时，执行开关控制步骤。

在开关控制步骤中，切断用于连接转换器和组充电电压源的开关，并导通用于连接转换器和电池平衡电压源的开关。

当电池平衡终止之后必须对蓄电池组附加充电时，切断其中转换器和电池平衡电压源相连接的电路的开关，以执行电池平衡，并且导通用于转换器和组充电电压源的开关，以再次连接至蓄电池组充电电路。

当在电池平衡终止之后确定蓄电池组充电完成时，切断其中转换器和电池平衡电压源相连接的电路的开关。

有益效果

通过为现有的充电器附加配置电池平衡电压源而在电池中发生电压失衡时向相应电池提供电池平衡电压，根据本发明的一个实施方式的用于提供充电电压的装置和方法可快速且有效地进行电池平衡。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的用于提供充电电压的装置的框图；

图2是根据本发明的实施方式的用于提供充电电压的方法的流程图；和

图3是在用于提供充电电压的方法中的电池平衡检查步骤的流程图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方式。然而，本发明并不限于这些实施方式。相反，提供实施方式是为了使本发明的公开内容全面透彻，且充分地向本领域技术人员表达本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等等可用于描述多种元素但不限定这些元素。这类术语仅用于将一个元素与其他元素区分开。例如，在不脱离本发明范围的前提下，第一元素可以指第二元素，类似地，第二元素可以指第一元素。这里使用的术语并非用于限定本发明，而是用于描述具体实施方式。除非特别指定，单数形式的术语可包括复数形式。

这里使用的术语考虑到本发明的功能而选择当前广泛使用的通用术语，但是可能根据本领域技术人员的意图、司法判例或新技术的出现而改变。另外，特定术语是由申请人任意选择的，在说明书的相关部分中将详细描述这类术语的含义。因此，应当理解，这里使用的术语并非简单地文字定义，而是基于术语的含义和本发明的整体内容而定义。

1.根据本发明实施方式用于提供充电电压的装置

本发明的用于提供充电电压的装置给组充电电压源附加配置了电池平衡电压源，在需要电池平衡时提供电池平衡电压以为相应电池充电。

图1是根据本发明的实施方式的用于提供充电电压的装置的框图。

参考图1，用于提供充电电压的装置100包括：用于从外部接收AC输入功率的输入单元110，充电电压是通过提供不同电压的两个电压源提供的；转换器120，用于将来自输入单元110的AC输入功率转换为DC输入功率以能够对蓄电池组充电；微控制器单元(MCU)130，用于命令来自转换器120的DC输入功率的电压传递至两个电压源之一；和切换单元140，其根据来自MCU130的命令而连接至两个电压源之一，以传递DC输入功率的电压。

这里，转换器120电接地。

另外，蓄电池组的电池并联连接，以提升蓄电池组的容量并具有恒定电压。

另一方面，将详细说明用于提供充电电压的装置的构造。

两个电压源是指组充电电压源150和电池平衡电压源160，组充电电压源150用于提供组充电电压以对蓄电池组充电，电池平衡电压源160用于向构成蓄电池组的多个蓄电池单元中需要电池平衡的电池提供电池平衡电压。

具体地，当需要电池平衡时，电池平衡电压源160可对DC输入功率的电压执行转换，以输出规定的电池平衡电压，从而电池平衡电压被提供给相应的电池以执行电池平衡。

这里，作为实施方式，组充电电压设定为16.8V，但并不限于此。

另外，作为实施方式，规定的电池平衡电压设定为5V，但并不限于此。

另外，组充电电压源150和电池平衡电压源160分别进一步包括用于将由转换器120转换的DC输入功率的电压降至适当的输出电压的构造。

电池平衡电压源160将输入外部功率减小至平衡蓄电池单元所需的电压，并输出该电压。为此，电池平衡电压源160可包括降压电路，用于接收外部输入电压并将该外部输入电压减小至电池平衡电压。

组充电电压源150将输入外部功率减小至对蓄电池组充电所需的电压，并输出该电压。为此，组充电电压源150可包括降压电路，用于接收外部输入电压并将该外部输入电压减小至组充电电压。

组充电电压源150和电池平衡电压源160的输出可通过电压输出单元170传递至蓄电池组或多个蓄电池单元。

另外，MCU 130由蓄电池组的蓄电池管理系统(BMS，未显示)控制，且MCU 130和BMS彼此通信。通信可利用内部通信机制例如I2C、SMBus、CAN、UART和SPI执行，并且可传递命令。

例如，当确定需要电池平衡时，BMS停止向MCU 130提供组充电电压并发出用于将组充电电压切换至电池平衡电压的命令，以提供电池平衡电压。

另外，在完成电池平衡之后，当确定需要提供附加的组充电电压时，BMS发出用于停止提供电池平衡电压并将电池平衡电压切换至组充电电压的命令，以提供组充电电压。

进一步，切换单元140由连接至MCU 130的多个开关构成，被控制为使得转换器120与组充电电压源150或电池平衡电压源160连接或断接。当从MCU 130接收到用于执行电池平衡的命令时，切换单元140通过切断组充电电压源150所连接的电路的开关并导通电池平衡电压源160所连接的开关，而使得能够提供来自转换器120的DC充电功率的电压。相应地，在本发明的用于提供充电电压的装置100中，当需要电池平衡时，电池平衡电压被电池平衡电压源160施加于蓄电池单元，并且当不需要电池平衡但需要蓄电池组充电时，组充电电压被组充电电压源150施加于蓄电池组。

另外，切换单元140的开关元件可采用金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、双极结晶体管(BJT)、或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等等。

下面，将描述用于提供充电电压的装置100的驱动方法。

用于提供充电电压的装置100通过输入单元110接收来自外部的AC输入功率，并且接收的AC输入功率被转换器120转换为DC输入功率。当正在通过组充电电压源150充电的蓄电池组的蓄电池单元中发生电压失衡时，BMS检查电池平衡并在需要电池平衡时向MCU 130发送电池平衡命令。

接收到电池平衡命令的MCU 130通过切换单元140切换电路，并将来自转换器120的DC输入功率的电压提供给电池平衡电压源160。这里，在切换单元140中，连接至组充电电压源150的开关被切断且连接至电池平衡电压源160的开关被导通。

另外，当已经通过电池平衡电压源160充电的蓄电池单元的电池平衡完成时，BMS确定再次执行蓄电池组充电还是停止充电。

当确定需要蓄电池组充电时，BMS将蓄电池组充电恢复命令发送至MCU 130。接收到蓄电池组充电恢复命令的MCU 130控制切换单元140切换电路，使已经连接至电池平衡电压源160的电路重新连接至组充电电压源150。这里，连接至电池平衡电压源160的开关被切断，连接至组充电电压源150的开关被导通。

另一方面，当确定因为完成了蓄电池组的充电以及电池平衡而要停止充电时，BMS向MCU 130发送蓄电池组充电停止命令，MCU 130控制切换单元140解除与组充电电压源150和电池平衡电压源160的电路连接。这里，在切换单元140中，连接至电池平衡电压源150的开关被切断。

作为另一驱动方法，是用于实时确定是否执行电池平衡的方案。该方案的缺点在于，它需要实时测量电压并作出决定，这导致复杂的算法。

相应地，在其他驱动方法中，在蓄电池组充电完成之后执行电池平衡。

当通过组充电电压源150完成蓄电池组充电时，BMS测量蓄电池组的每一电池电压值并将测量的电池电压值与预设的电压值比较。

当电压比较的结果是需要电池平衡时，BMS控制切换单元140将已连接至组充电电压源150的电路切换为连接至电池平衡电压源160。这里，切换单元140中连接至组充电电压源150的开关被切断，且连接至电池平衡电压源160的开关被导通。

另外，向连接至电池平衡电压源160的电路提供来自转换器120的DC输入功率的电压。

进一步，当已通过电池平衡电压源160充电的电池的电池平衡完成时，BMS向MCU130发送蓄电池组充电停止命令，MCU 130控制切换单元140解除与组充电电压源150和电池平衡电压源160的电路连接。这里，在切换单元140中，连接至电池平衡电压源160的开关被切断。

2.根据本发明的实施方式用于提供充电电压的方法

本发明的用于提供充电电压的方法是在蓄电池组充电时需要电池平衡时，将组充电电压提供电路切换到电池平衡电压提供电路，并将电池平衡电压提供至需要电池平衡的电池的方法。

图2是根据本发明的实施方式的用于提供充电电压的方法的流程图。

参考图2，根据本发明实施方式的用于提供充电电压的方法利用来自外部的功率输入对蓄电池组充电(蓄电池组充电步骤S210)，并当正在充电的蓄电池组的电池中发生电压失衡时检查相应电池是否需要电池平衡(电池平衡检查步骤S220)。当电池平衡检查步骤S220中检查到需要电池平衡时，控制开关，使开关从经连接以对现有蓄电池组充电的电路，连接至用于执行电池平衡的电路(开关控制步骤S230)。这里，用于执行电池平衡的电路是指用于向需要电池平衡的电池提供电池平衡电压的电路。

这里，开关控制步骤S230中的开关控制是通过切断用于将转换器120与组充电电压源150相连的开关并导通用于将转换器120与电池平衡电压源160相连的开关而执行的。

另外，作为一个实施方式，用于对蓄电池组充电的充电电压被设定为16.8V，但不限于此。

另外，电池平衡电压是电池中使用的电压幅度且作为实施方式而设定为5V，但不限于此。

另一方面，当电池平衡结束后需要对蓄电池组附加充电时，连接至电池平衡电压源160的开关切断，且连接至组充电电压源150的开关导通，从而已经连接以执行电池平衡的电路再次连接至蓄电池组充电电路。

相反，当电池平衡结束之后完成了蓄电池组充电时，不再需要进行充电。于是，切断连接至电池平衡电压源160的开关以执行电池平衡。

结合图3详细描述电池平衡检查步骤S220。

图3是根据本发明的实施方式在用于提供充电电压的方法中的电池平衡检查步骤的流程图。

参考图3，周期性地测量两个或多个蓄电池单元的电压(电池电压测量步骤S221)，并且使用电池电压测量步骤S221中测量的两个或多个蓄电池单元电压计算电池之间的电压差(电压差计算步骤S222)。

另外，将电压差计算步骤S222中计算的电池电压差与预设的规定范围中的电压差比较(电压差比较步骤S223)。

当电压差比较步骤S223中电池电压差大于预设的规定范围中的电压差时，执行开关控制步骤S230。

这里，周期由用户在一范围内任意设定，该范围中周期之间的间隔不降低蓄电池组的充电效率。

另外，用于计算电压差的方法是用于从对每一电池测量的电压值之中的最大值减去每一电池的电压值的方法。

进一步，电压差的预设的规定范围被设定为这样的范围，在该范围中，可以利用规定的电池平衡电压实现有效的蓄电池组充电，同时对需要电池平衡的电池进行充电的时间减少。

作为另一实施方式，实时确定是否执行电池平衡。该方案的缺点在于，它需要实时测量电压并作出决定，这导致复杂的算法。

相应地，其他实施方式是在蓄电池组充电完成之后执行电池平衡的方法。

首先，使用来自外部的功率输入完成蓄电池组的充电，并测量两个或多个蓄电池单元的电压。

另外，将两个或多个蓄电池单元的每一测量电压与预设的规定电压比较，以对于测得的电池电压小于预设的规定电压值的电池确定需要电池平衡。进一步，执行切换，从经连接以对现有蓄电池组充电的电路切换至用于执行电池平衡的电路。

在电池平衡结束后，由于蓄电池组充电完成，切断连接至电池平衡电压源160以执行电池平衡的电路。

尽管参考特定实施方式描述了本发明的技术要点，但是其不限于此。因此本领域技术人员容易理解可以对实施方式做出各种更改和变化，而不脱离由随附权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于提供充电电压的装置，其通过用于提供不同电压的两个电压源来提供充电电压，所述装置包括：

输入单元，其用于从外部接收AC输入功率；

转换器，其用于将来自所述输入单元的所述AC输入功率转换为DC输入功率；

MCU，其用于控制以使得来自所述转换器的所述DC输入功率的电压传递至所述两个电压源中的一个；和

切换单元，其根据所述MCU的控制而连接至所述两个电压源中的一个电压源电路并且用于传递所述DC输入功率的电压，

其中所述两个电压源由以下构成：

组充电电压源，其用于转换所述DC输入功率的电压以输出组充电电压，从而对由两个或多个蓄电池单元构成的蓄电池组进行充电；和

电池平衡电压源，其用于转换所述DC输入功率的电压以输出电池平衡电压，从而对所述两个或多个蓄电池单元中需要电池平衡的蓄电池单元进行充电。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

电压输出单元，其用于接收来自所述组充电电压源以及所述电池平衡电压源的电压，以将电压输出至所述蓄电池组或所述两个或多个蓄电池单元。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述切换单元由连接至所述MCU和所述转换器的多个开关构成。

4.一种用于提供电压以使两个或多个蓄电池单元的电压一致的方法，该方法包括：

蓄电池组充电步骤，用于对由所述两个或多个蓄电池单元构成的蓄电池组充电；

电池平衡检查步骤，用于对于正在充电的所述蓄电池组中的电池，检查是否由于所述电池中发生电压失衡而需要电池平衡；和

开关控制步骤，用于在检查出电池需要所述电池平衡时，控制开关将已经连接至组充电电压源的电路连接至电池平衡电压源，以向相应电池提供电池平衡电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述电池平衡检查步骤包括：、

电池电压测量步骤，用于周期性地测量所述两个或多个蓄电池单元的每一电压；

电压差计算步骤，用于使用所述电池电压测量步骤中测量的两个或多个蓄电池单元电压来计算电池间的电压差；和

电压差比较步骤，用于将所述电压差计算步骤中计算的电池间的电压差与预设的规定范围中的电压差进行比较。

6.根据权利要求5所述的方法，其中当所述电压差比较步骤中电池间的电压差大于所述预设的规定范围中的电压差时，执行所述开关控制步骤。

7.根据权利要求4所述的方法，其中在所述开关控制步骤中，切断用于连接转换器和所述组充电电压源的开关，并导通用于连接所述转换器和所述电池平衡电压源的开关。

8.根据权利要求4所述的方法，当所述电池平衡终止之后所述蓄电池组需要附加充电时，切断其中转换器和所述电池平衡电压源相连接的电路的开关，以执行电池平衡，并且导通用于所述转换器和所述组充电电压源的开关，以再次连接至蓄电池组充电电路。

9.根据权利要求4所述的方法，其中当在所述电池平衡终止之后确定所述蓄电池组的充电完成时，切断其中转换器和所述电池平衡电压源相连接的电路的开关。