CN109586393A - 双电池充电装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双电池充电装置及系统，该装置包括：控制组件，以及与控制组件分别连接的第一充电电路和第二充电电路；其中，第一充电电路用于与第一蓄电池连接，并向第一蓄电池提供第一充电电能；第一充电电路为MTTP充电电路；第二充电电路用于与第一蓄电池和第二蓄电池连接，并通过第一充电电路和第一蓄电池向第二蓄电池提供第二充电电能；第二充电电路为SEPIC充电电路；控制组件用于获取第一充电电能对应的第一充电数据，和第二充电电能对应的第二充电数据，并基于第一充电数据和第二充电数据控制第一充电电路中的开关管和第二充电电路中的开关管的开闭状态。本发明的电路结构简单，同时还可以有效提高对双电池的控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及电学技术领域，尤其是涉及一种双电池充电装置及系统。
背景技术
随着世界经济的发展及人民消费时代的来临，房车市场增长较快，前景非常广阔。现在大部分房车的供电系统的是由生活电池和车辆启动电池组成，而生活电池与车辆启动电池大多都是彼此独立的两个充电控制电路，而现有的双电池控制器虽然能同时向两个电池充电，但是因为采用控制继电器来实现对双电池的控制，导致双电池控制器存在体积大和控制精度较低等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双电池充电装置及系统，电路结构简单，同时还可以有效提高对双电池的控制精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种双电池充电装置，包括：控制组件，以及与控制组件分别连接的第一充电电路和第二充电电路；其中，第一充电电路用于与第一蓄电池连接，并向第一蓄电池提供第一充电电能；第一充电电路为MTTP充电电路；第二充电电路用于与第一蓄电池和第二蓄电池连接，并通过第一充电电路和第一蓄电池向第二蓄电池提供第二充电电能；第二充电电路为SEPIC充电电路；控制组件用于获取第一充电电能对应的第一充电数据，和第二充电电能对应的第二充电数据，并基于第一充电数据和第二充电数据控制第一充电电路中的开关管和第二充电电路中的开关管的开闭状态。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述第二充电电路设置有第一开关管和第二开关管。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述控制组件包括依次连接的采样单元、MCU控制单元和开关驱动单元；其中，采样单元用于采集第一充电电能对应的第一充电数据，和第二充电电能对应的第二充电数据；MCU控制单元用于基于第一充电数据生成第一控制信号，并将第一控制信号发送至开关驱动单元；开关驱动单元用于根据第一控制信号控制第一充电电路中的开关管和第二充电电路中的第一开关管的开闭状态。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述控制组件还包括与MCU控制单元连接的SEPIC驱动单元；其中，SEPIC驱动单元用于向MCU控制单元反馈第二充电电路的电路信息；MCU控制单元还用于基于电路信息和第二充电数据生成第二控制信号，并将第二控制信号发送至SEPIC驱动单元；SEPIC驱动单元还有用于根据第二控制信号控制第二充电电路中的第三开关管的开闭状态。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述SEPIC驱动单元包括依次连接的SEPIC电压控制单元和SEPIC开关控制单元；其中，SEPIC电压控制单元用于获取第二充电电路的电路信息，并将电路信息发送至SEPIC开关控制单元；SEPIC电压控制单元还用于控制第二充电数据中的充电电压值；SEPIC开关控制单元与MCU控制单元相连，用于向MCU控制单元反馈电路信息，并基于第二控制信号控制第三开关管的开闭。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述第一充电电路设置有光伏电池。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述第二充电电路包括依次连接的SEPIC开闭电路和SEPIC升降压电路。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述SEPIC开闭电路包括依次连接的第二电阻和第一开关管。
第二方面，本发明实施例还提供一种双电池充电系统，包括如第一方面至第一方面的第八种可能的实施方式任一项所述的双电池充电装置，以及与双电池充电装置分别连接的第一蓄电池和第二蓄电池。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述第一蓄电池还与第二蓄电池连接。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的双电池充电装置及系统，包括控制组件，和与控制组件分别连接的第一充电电路和第二充电电路，其中，第一充电电路为MTTP充电电路，用于与第一蓄电池连接，并向第一蓄电池传输第一充电电能；第二充电电路为SEPIC充电电路，用于与第一蓄电池和第二蓄电池连接，并通过上述第一充电电路和第一蓄电池向第二蓄电池传输第二充电电能；控制组件用于基于上述第一充电电能对应的第一充电数据和第二充电电能对应的第二充电数据，控制第一充电电路中的开关管和第二充电电路中的开关管的开闭状态。本发明实施例通过MTTP充电电路和SEPIC充电电路同时连接两块蓄电池，并基于该第一充电数据和第二充电数据对MTTP充电电路中的开关管和SEPIC充电电路中的开关管的开闭状态进行控制，从而实现充电逻辑的控制，进而有效提高双电池的控制精度；另外，本发明实施例提供的双电池控制装置结构简单，相较于现有技术中控制继电器来实现对双电池的控制，本发明实施例采用控制开关管开闭状态的方式，可以有效降低双电池控制装置的功耗，以及延长双电池控制装置的使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种双电池充电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种控制组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种双电池充电装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种双电池充电系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
目前对两个电池进行充电时，通常采用控制继电器来实现对双电池的充电控制，但是设置有继电器的双电池控制装置一般存在体积大、功耗大、寿命短和控制速度较慢等缺点，基于此，本发明实施例提供的一种双电池充电装置及系统，电路结构简单，同时还可以有效提高对双电池的控制精度。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种双电池控制装置进行详细介绍，参见图1所示的一种双电池控制装置的结构示意图，该装置包括控制组件110，以及与控制组件110分别连接的第一充电电路120和第二充电电路130。
第一充电电路120用于与第一蓄电池连接，并向第一蓄电池提供第一充电电能。在一种实施方式中，第一充电电路中设置有PV(photovoltaic，光伏)电源，用于为第一蓄电池提供充电电能，PV电源是一种太阳能电池，考虑到PV电源受到光强以及环境等外界因素的影响，PV电源的输出功率会产生波动，因此第一充电电路采用MTTP(Maximum Power PointTracking，最大功率点跟踪)充电电路，通过MPPT充电电路实时侦测PV电源的发电电压，并追踪最高电压电流值，从而使PV电源以最大功率输出对第一蓄电进行充电。
第二充电电路130用于与第一蓄电池和第二蓄电池连接，并通过第一充电电路和第一蓄电池向第二蓄电池提供第二充电电能。优选的，第二充电电路采用SEPIC(SingleEnded Primary Inductor Converter，单端一次侧电感式变换器)充电电路，因为SEPIC充电电路中设置有SEPIC升降压电路，通过利用SEPIC升降压电路的升降压功能可以实现无论第一蓄电池的当前电压是否高于或低于第二蓄电池的当前电压，均可以实现对第二蓄电池进行充电。
控制组件110用于获取第一充电电能对应的第一充电数据，和第二充电电能对应的第二充电数据，并基于第一充电数据和第二充电数据控制第一充电电路中的开关管和第二充电电路中的开关管的开闭状态。具体的，第一充电数据包括MPPT充电电路总输出电流值、PV电压值、第一蓄电池充电电流值或第一蓄电池充电电压值中的一种或多种，第二充电数据包括第二蓄电池充电电流值，和/或，第二蓄电池充电电压值。通过对第一充电电能和第二充电电能进行采样处理，以得到对应的第一充电数据和第二充电数据。通过控制第一充电电路和第二充电电路中各开关管的开闭状态，即可实现对第一蓄电池和第二蓄电池进行充电。
本发明实施例提供的双电池充电装置及系统，包括控制组件，和与控制组件分别连接的第一充电电路和第二充电电路，其中，第一充电电路为MTTP充电电路，用于与第一蓄电池连接，并向第一蓄电池传输第一充电电能；第二充电电路为SEPIC充电电路，用于与第一蓄电池和第二蓄电池连接，并通过上述第一充电电路和第一蓄电池向第二蓄电池传输第二充电电能；控制组件用于基于上述第一充电电能对应的第一充电数据和第二充电电能对应的第二充电数据，控制第一充电电路中的开关管和第二充电电路中的开关管的开闭状态。本发明实施例通过MTTP充电电路和SEPIC充电电路同时连接两块蓄电池，并基于该第一充电数据和第二充电数据对MTTP充电电路中的开关管和SEPIC充电电路中的开关管的开闭状态进行控制，从而实现充电逻辑的控制，进而有效提高双电池的控制精度；另外，本发明实施例提供的双电池控制装置结构简单，相较于现有技术中控制继电器来实现对双电池的控制，本发明实施例采用控制开关管开闭状态的方式，可以有效降低双电池控制装置的功耗，以及延长双电池控制装置的使用寿命。
进一步的，为了便于对上述实施例提供的双电池充电装置进行理解，本发明实施例还提供了一种控制组件，参见图2所示的一种控制组件的结构示意图，控制组件110包括依次连接的采样单元112、MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)控制单元114和开关驱动单元116，以及与MCU控制单元114连接的SEPIC驱动单元118。进一步的，SEPIC驱动单元118还包括依次连接的SEPIC电压控制单元1182和SEPIC开关控制单元1184。
具体的，采样单元112用于采集第一充电电能对应的第一充电数据，和第二充电电能对应的第二充电数据。其中，采样单元采用AD(Analog-to-Digital Convert，模数转换)采样，通过AD采样PV电池电压、第一蓄电池的电压电流、MPPT输出总电流及第二蓄电池的电压电流，得到第一充电数据和第二充电数据。
MCU控制单元114用于基于第一充电数据生成第一控制信号，并将第一控制信号发送至开关驱动单元116。
其中，第一充电电路中设置有多个开关管，第二充电电路设置有第一开关管和第二开关管，并且第一充电电路中的多个开关管均受控于开关驱动单元，第一开关管受控于开关驱动单元，而第二开关管受控于SEPIC驱动单元，因此，开关驱动单元116用于根据第一控制信号控制第一充电电路中的开关管和第二充电电路中的第一开关管的开闭状态。
进一步的，SEPIC驱动单元118用于向MCU控制单元112反馈第二充电电路的电路信息。其中，电路信息为第二充电电路的电流信息和电压信息，以使MCU控制单元根据电流信息或电压信息判断第二充电电路是否处于过流状态或者过压状态。另外，MCU控制单元还用于基于上述电路信息和上述第二充电数据生成第二控制信号，并将第二控制信号发送至SEPIC驱动单元。SEPIC驱动单元还有用于根据第二控制信号控制第二充电电路中的第三开关管的开闭状态。
上述SEPIC驱动单元118包括SEPIC电压控制单元1182和SEPIC开关控制单元1184，其中，SEPIC电压控制单元1182用于获取第二充电电路的电路信息，并将电路信息发送至SEPIC开关控制单元1184还用于控制第二充电数据中的充电电压值；SEPIC开关控制单元1184与MCU控制单元相连，用于向MCU控制单元反馈电路信息，并基于第二控制信号控制第三开关管的开闭。
参见图3所示的另一种双电池充电装置的结构示意图，在第一充电电路设置有光伏电池；在第二充电电路中设置有依次连接的SEPIC开闭电路和SEPIC升降压电路。其中，SEPIC开闭电路包括依次连接的第二电阻和第一开关管。
MCU处理(也即MCU控制单元)通过AD采样PV电池电压、蓄电池BAT1(也即，前述第一蓄电池)的电压电流、MPPT输出总电流及蓄电池BAT2(也即，前述第二蓄电池)的电压电流，同时配合硬件Sepic升降压充电电路(也即，前述SEPIC升降压电路)实现对图中开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的控制，从而完成充电逻辑控制。其中Q1、Q2、Q3为第一充电电路中的各开关管，Q4为前述第一开关管，Q5为前述第二开关管。另外，如图3所示的结构示意图，开关驱动即为前述开关驱动单元，SEPIC电路控制器即为前述SEPIC开关控制单元，SEPIC电路输出恒压恒流控制即为前述SEPIC电压控制单元。
具体的，第一充电电路为MPPT充电电路，主要用于为房车生活用电对应的第一蓄电池进行充电，第一充电电路采用先进的MPPT控制算法和具有数字电路控制的自适应式三阶段充电模式，同时第一充电电路还具有过充、过放、PV和蓄电池反接等全面的电子保护功能。第二充电电路是由硬件实现的SEPIC充电电路，主要用于满足补充汽车发动蓄电池(也即，前述第二蓄电池)的充电需求，第二充电电路是包括一个独立的硬件SEPIC升降压恒流充电电路，SEPIC升降压恒流充电电路具有最高限制电压，超过设置电压则进入硬件恒压输出充电，同时SEPIC升降压电路还具有高端主电路隔离。
进一步的，本发明实施例还提供了开启第二蓄电池的充电条件，开启第二蓄电池的充电条件如下所示：
(1)当PV电源满足充电条件电压，且当BAT1充满电时，即满足开启第二蓄电池的条件。其中，充电条件电压可基于实际情况设置。
(2)当PV电源满足充电条件电压，且总充电电流大于设定值，且BAT2存在，且BAT2电压低于该BAT2对应的充电返回电压而又未达到充满电压，即满足开启第二蓄电池的条件。其中，充电返回电压亦可基于实际情况设置。
进一步的，本发明实施例还提供了关闭第二蓄电池的充电条件，关闭第二蓄电池的充电条件如下所示：关闭BAT2的充电条件如下：
(1)当PV电源不满足充电条件电压。
(2)当BAT1未充满且总充电电流小于设定值。
(3)当BAT2不存在。
(4)当BAT2电压达到充满电压又不低于充电返回电压。
综上所述，本发明实施例利用SEPIC充电电路的升降压功能实现了无论第一蓄电池电压高于或是低于第二蓄电池的电压，都可以实现对第二蓄电池进行充电，同时配合与MCU处理单元的控制和AD采样，合理的实现了对第二蓄电池的充电控制逻辑及相应的保护控制。本发明提供的双电池充电装置的电路结构简单，控制精度高，准确的实现对第一蓄电池和第二蓄电池的合理充放电控制，有效的保护了房车供电系统中的电池单元，同时使房车的供电系统更稳定可靠，方便快捷。
对于前述实施例提供的双电池充电装置，本发明实施例还提供了一种双电池充电系统，参见图4所示的一种双电池充电系统的结构示意图，该双电池充电系统包括前述实施例提供的双电池充电装置100，以及与双电池充电装置100分别连接的第一蓄电池200和第二蓄电池300。
另外，第一蓄电池还与第二蓄电池相连，当第一蓄电池放电时，第一蓄电池的放电电压将传输至第二蓄电池，可以用于为第二蓄电池充电。
本发明实施通过双电池充电装置为第一蓄电池和第二蓄电池充电，由于本发明实施例通过MTTP充电电路和SEPIC充电电路同时连接两块蓄电池，并基于该第一充电数据和第二充电数据对MTTP充电电路中的开关管和SEPIC充电电路中的开关管的开闭状态进行控制，从而实现充电逻辑的控制，进而有效提高双电池的控制精度；另外，本发明实施例提供的双电池控制装置结构简单，相较于现有技术中通过控制继电器来实现对双电池的控制，本发明实施例采用控制开关管开闭状态的方式，可以有效降低双电池控制装置的功耗，以及延长双电池控制装置的使用寿命。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种双电池充电装置，其特征在于，包括：控制组件，以及与所述控制组件分别连接的第一充电电路和第二充电电路；其中，
所述第一充电电路用于与第一蓄电池连接，并向所述第一蓄电池提供第一充电电能；所述第一充电电路为MTTP充电电路；
所述第二充电电路用于与所述第一蓄电池和第二蓄电池连接，并通过所述第一充电电路和所述第一蓄电池向所述第二蓄电池提供第二充电电能；所述第二充电电路为SEPIC充电电路；
所述控制组件用于获取所述第一充电电能对应的第一充电数据，和所述第二充电电能对应的第二充电数据，并基于所述第一充电数据和所述第二充电数据控制所述第一充电电路中的开关管和所述第二充电电路中的开关管的开闭状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二充电电路设置有第一开关管和第二开关管。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制组件包括依次连接的采样单元、MCU控制单元和开关驱动单元；其中，
所述采样单元用于采集所述第一充电电能对应的第一充电数据，和所述第二充电电能对应的第二充电数据；
所述MCU控制单元用于基于所述第一充电数据生成第一控制信号，并将所述第一控制信号发送至所述开关驱动单元；
所述开关驱动单元用于根据所述第一控制信号控制所述第一充电电路中的开关管和所述第二充电电路中的第一开关管的开闭状态。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制组件还包括与所述MCU控制单元连接的SEPIC驱动单元；其中，
所述SEPIC驱动单元用于向所述MCU控制单元反馈所述第二充电电路的电路信息；
所述MCU控制单元还用于基于所述电路信息和所述第二充电数据生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述SEPIC驱动单元；
所述SEPIC驱动单元还有用于根据所述第二控制信号控制所述第二充电电路中的第三开关管的开闭状态。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述SEPIC驱动单元包括依次连接的SEPIC电压控制单元和SEPIC开关控制单元；其中，
所述SEPIC电压控制单元用于获取所述第二充电电路的电路信息，并将所述电路信息发送至所述SEPIC开关控制单元；所述SEPIC电压控制单元还用于控制所述第二充电数据中的充电电压值；
所述SEPIC开关控制单元与所述MCU控制单元相连，用于向所述MCU控制单元反馈所述电路信息，并基于所述第二控制信号控制所述第三开关管的开闭。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一充电电路设置有光伏电池。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二充电电路包括依次连接的SEPIC开闭电路和SEPIC升降压电路。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述SEPIC开闭电路包括依次连接的第二电阻和第一开关管。
9.一种双电池充电系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的双电池充电装置，以及与所述双电池充电装置分别连接的第一蓄电池和第二蓄电池。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一蓄电池还与所述第二蓄电池连接。
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