CN113078703A - 充电装置和充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种充电装置，所述装置包括：检测器和充电管理器；其中，所述充电管理器，用于根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；所述检测器，用于在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；所述充电管理器，还用于基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。本发明还公开一种充电方法。利用本发明的充电装置，达到了提高电池组中各电池充放电特性的技术效果。

Description

充电装置和充电方法
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种充电装置和充电方法。
背景技术
目前，由于电池的材料和制造工艺不同，电池组中的各电池具有一定的差异性，该差异性会影响整个电池组的充放电特性，进而导致电池组中电池充放电不完整，甚至最终无法正常充放电。
目前，针对包括多个电池的电池组，提出了两种均衡方式：主动均衡或被动均衡。主动均衡是在整个电池组中，将能量由电压高的电池向电压低的电池转移，从而最终实现整个电池组各电池的电压保持一致；被动均衡是将电压高的电池以接入电阻的方式将其放电至与其他电池电压一致，从而最终实现整个电池组的各电池电压一致。
但是，采用现有的两种均衡方式，电池组中各电池的充放电特性依旧较差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种充电装置和充电方法，旨在解决现有技术中采用现有的两种均衡方式，电池组中各电池的充放电特性依旧较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种充电装置，所述装置包括：检测器和充电管理器；其中，
所述充电管理器，用于根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；
所述检测器，用于在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；
所述充电管理器，还用于基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
可选的，
所述检测器，还用于获取所述电池组中有效电池的当前电压，基于所述当前电压，在所述有效电池中确定出所述多个待充电电池。
可选的，
所述检测器，还用于获取所述电池组中各电池的插接信息，并将所述电池组中插接信息为插接正常的电池确定为所述有效电池。
可选的，
所述检测器，还用于在监测到所述多个待充电电池的电压达到所述目标电压，且未达到预设限定电压时，获得所述第一控制信号。
可选的，所述装置还包括输出器；
所述检测器，还用于在监测到所述多个待充电电池的电压达到所述预设限定电压时，获得第二控制信号，并基于所述多个待充电电池的电压，获得第一故障信息；
所述充电管理器，还用于基于所述第二控制信号，停止对所述多个待充电电池充电；
所述输出器，用于输出所述第一故障信息。
可选的，
所述检测器，还用于将所述电池组中插接信息为插接异常的电池确定为无效电池，并基于所述插接异常的无效电池，获得第二故障信息；
所述输出器，还用于输出所述第二故障信息。
可选的，
所述充电管理器，还用于根据所述预设恒定电流、第一时长和第二时长，分别对所述多个待充电电池进行充电。
可选的，
所述充电管理器包括所述多个待充电电池对应的多个充电单元，一个待充电电池对应一个充电单元；
所述多个充电单元，用于根据所述预设恒定电流、所述第一时长和所述第二时长，分别对所述多个待充电电池进行充电。
可选的，
所述多个充电单元，还用于根据所述预设恒定电流，分别对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电，并在对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电之后，在所述第二时长内，停止对所述多个待充电电池充电；以及在对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电之后，在所述第二时长到达时，返回执行所述分别对所述多个待充电电池进行第一时长的充电的步骤，直到接收到所述第一控制信号或所述第二控制信号。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种充电方法，应用于充电装置，所述装置包括：检测器和充电管理器；所述方法包括以下步骤：
通过所述充电管理器根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；
通过所述检测器在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；
通过所述充电管理器基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
本发明提出了一种充电装置，所述装置包括：检测器和充电管理器；其中，所述充电管理器，用于根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；所述检测器，用于在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；所述充电管理器，还用于基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
由于电池的电压与容量的关系并不是线性的，采用现有的均衡方式(主动均衡或被动均衡)，虽然电池组中各电池的电压可以达到一致，但电池组中各电池的容量还是会存在很大差异，使得电池组中各电池的充放电特性依旧较差。在本发明中，充电管理器根据预设恒定电流对多个待充电电池分别进行充电，并由检测器在待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号，由充电管理器基于第一控制信号，停止对多个待充电电池进行充电，多个待充电电池在电压达到一致的同时，多个待充电电池的容量也保持一致，待充电电池的充放电特性较好，所以，利用本发明的充电装置，达到了提高电池组中各电池充放电特性的技术效果。
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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明充电装置第一实施例结构框图；
图2为本发明充电装置第二实施例结构框图；
图3为本发明充电装置第三实施例结构框图；
图4为本发明充电装置第四实施例结构示意图；
图5为本发明充电方法第一实施例的流程图。
本发明目的的实现、功能特点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
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图1，图1为本发明充电装置第一实施例结构框图；所述装置包括：检测器20和充电管理器10；其中，
所述充电管理器10，用于根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；
所述检测器20，用于在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；
所述充电管理器10，还用于基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
进一步的，所述检测器20，还用于获取所述电池组中有效电池的当前电压，基于所述当前电压，在所述有效电池中确定出所述多个待充电电池。
所述检测器20，还用于获取所述电池组中各电池的插接信息，并将所述电池组中插接信息为插接正常的电池确定为所述有效电池。
需要说明的是，电池组包括多个电池，多个电池的额定容量和额定最高电压相同(或相近)，电池组可以是多种不同类型的电池组，包括但不限于锂电池组、铅酸电池组或镍隔电池组等，而针对不同类型的电池组，电池组中各电池所需要的目标电压(电池组中电池可充到的最高电压)不同，例如：三元锂电池的目标电压为4.2V，铅酸电池的目标电压为2.4V，镍隔电池的目标电压为1.4V；实际应用时，按照不同电池组的不同情况设定目标电压，本发明并不做具体限制。
同时，充电管理器对多个待充电电池充电时是按照恒定电流充电的，即根据预设恒定电流对多个待充电电池充电，预设恒定电流可以是用户根据需求设定的，本发明不做限制。
电池组包括的多个电池可以是所述多个待充电电池，电池组中也可能存在某些电池是无效电池(即上文所述，电池插接信息为插接异常的电池)和非待充电电池(电池的插接信息为插接正常，且，电池电压不小于目标电压)，需要在电池组中去掉无效电池，获得有效电池，并在有效电池中去掉非待充电电池，剩余的电池即为待充电电池。其中，一个电池插接信息为插接正常，该电池正确接入，该电池可以被充电和放电，该电池的插接信息为插接异常，该电池接入错误，该电池不能被充电和放电；非充电电池即为电量充足的有效电池(当前电压不小于目标电压的有效电池)，不需要对其进行充电。
通常，待充电电池包括多个，即，电池组中包括多个待充电的电池。目标电压可以是用户根据需求设定的电压，不同的电池组的目标电压不同；在一些实施例中，某一时刻，电池组中的待充电电池可能也只有一个，只需要对其进行进行充电即可。
具体应用中，电池组中的电池均为锂电池，即多个待充电电池也为锂电池，检测器可以包括单片机(MCU)和电池采样前端，电池采样前端用于对所述电池组中电池的电压进行检测(或监测)和获取电池组中电池的插接信息，单片机(MCU)用于对所述电池组中电池的充电过程进行控制(开始充电或停止充电，通过控制充电管理器来控制充电过程)，充电管理器可以是锂电管理电路(锂电管理IC)。
具体的，第一控制信号可以是简单的触发信号，第一控制信号用于触发充电管理器停止对待充电电池进行充电。同时，多个待充电电池中的各待充电电池在开始充电的时刻，待充电电池的电池容量(通常是当前容量与额定容量的百分比)和实时电压不同，各待充电电池的充电时长不同，即各待充电电池达到目标电压所需要的时间不同；当一个待充电电池的电压达到目标电压时，检测器获得的第一控制信号用于充电管理器停止对该电池进行充电，此时的第一控制信号不用于充电管理器停止对其他待充电电池进行充电，即，第一控制信号包括不同的待充电电池分别对应的第一控制信号。
进一步的，所述检测器20，还用于在监测到所述多个待充电电池的电压达到所述目标电压，且未达到预设限定电压时，获得所述第一控制信号。
需要说明的是，预设限定电压也是用户根据需求设定的，本发明不做限制，通常不同的电池组对应的预设限定电压不同，预设限定电压高于所述目标电压。电池组中的待充电电池达到目标电压时，待充电电池充电完毕，但是可能存在待充电电池过度充电的情况，当待充电电池的电压达到目标电压，且未达到预设限定电压时，待充电电池充电完毕，且不会过度充电，此时获得第一控制信号。
进一步的，参照图2，图2为本发明充电装置第二实施例结构框图；所述充电装置还包括输出器30；
所述检测器20，还用于在监测到所述多个待充电电池的电压达到所述预设限定电压时，获得第二控制信号，并基于所述多个待充电电池的电压，获得第一故障信息；
所述充电管理器10，还用于基于所述第二控制信号，停止对所述多个待充电电池充电；
所述输出器20，用于输出所述第一故障信息。
需要说明的是，输出器可以是显示器，第一故障信息可以包括待充电电池超过预设限定电压时具体的电压值，以及待充电电池的信息(不同待充电电池具有不同的编号信息等，待充电电池的信息可以包括编号信息等)，第二控制信号也可以是简单地触发信号，第二控制信号用于触发充电管理器停止对待充电电池进行充电。
同时，当一个待充电电池的电压达到预设限定电压时，检测器获得的第二控制信号用于充电管理器停止对该电池进行充电，此时的第二控制信号不用于充电管理器停止对其他待充电电池进行充电，即，第二控制信号包括不同的待充电电池分别对应的第二控制信号。
另外，输出器还可以包括警报单元，输出器输出第一故障信息时，报警单元还可以发出警报，以提示用户及时做出响应。
可以理解的是，达到预设限定电压的待充电电池可以是一个待充电电池也可以是所述多个待充电电池；当一个待充电电池达到预设限定电压时，获得的第二控制信号用于充电管理器对该电池停止充电，当多个待充电电池达到预设限定电压时，获得的第二控制信号用于充电管理器对该多个电池停止充电。
当待充电电池的电压超过预设限定电压时，待充电电池可能会被损坏，导致，待充电电池的充放电特性降低；本发明通过设置预设限定电压，对待充电电池进行保护，以避免待充电电池过度充电，提高了待充电电池的充放电特性。
进一步的，参照图2，所述检测器20，还用于将所述电池组中插接信息为插接异常的电池确定为无效电池，并基于所述插接异常的无效电池，获得第二故障信息；
所述输出器30，还用于输出所述第二故障信息。
可以理解的是，第二故障信息可以包括无效电池的信息(编号信息)和具体的故障信息(插接异常)等，输出器输出第二故障信息时，报警单元还可以发出警报，以提示用户及时做出响应。
进一步的，参照图1-2，所述充电管理器，用于根据所述预设恒定电流、第一时长和第二时长，分别对所述多个待充电电池进行充电。
需要说明的是，充电管理器每个待充电电池的充电过程可以是间歇性充电，即充电管理器对待充电电池充电充电第一时长后，停止充电第二时长，然后继续对待充电电池充电第一时长，如此循环往复，直到接收到第一控制信号或第二控制信号，以停止对待充电电池充电。
具体的，第一时长可以是30s，第二时长可以3s。另外，检测器通常只在一个第一时长结束时，监测待充电电池的电压，检测器通常不需要在充电管理器对待充电电池进行第一时长的充电时，对待充电电池进行监测。
进一步的，参照图3，图3为本发明充电装置第三实施例结构框图；所述充电管理器10包括所述多个待充电电池对应的多个充电单元，一个待充电电池对应一个充电单元；
所述多个充电单元，用于根据所述预设恒定电流、所述第一时长和所述第二时长，分别对所述多个待充电电池进行充电。
具体的，所述多个充电单元，还用于根据所述预设恒定电流，分别对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电，并在对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电之后，在所述第二时长内，停止对所述多个待充电电池充电；以及在对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电之后，在所述第二时长到达时，返回执行所述分别对所述多个待充电电池进行第一时长的充电的步骤，直到接收到所述第一控制信号或所述第二控制信号。
可以理解的是，电池组中各个电池均对应一个充电单元，其中，无效电池和非待充电电池对应的充电单元，在充电过程中不工作。通常，电池组中的电池均会插接正常(即，插接异常的无效电池发生的概率极低)；在电池组中不存在无效电池时，电池组中的各电池均可能是待充电电池，所以，电池组中各个电池均需要对应一个充电单元，一个充电单元用于对一个电池进行充电。
当未接收到所述第一控制信号或所述第二控制信号时，充电管理器中的充电单元依旧按照上述过程对待充电电池进行充电，直到接收到所述第一控制信号或所述第二控制信号，表明待充电电池的电压已达到目标电压或已达到预设限定电压，此时，不再需要对待冲电电池进行充电，即，基于第一控制信号和第二控制信号，停止对待充电电池进行充电。
可以理解的是，一个待充电电池对应一个第一控制信号(或一个第二控制信号)，一个待充电电池的第一控制信号(或第二控制信号)通常只发送给该待充电电池对应的充电单元；多个待充电电池可能不是同时达到目标电压(或预设限定电压)，当一个待充电电池达到目标电压(或预设限定电压)时，获得的第一控制信号(或第二控制信号)用于该充电单元停止对该待充电电池进行充电。
另外，现有的充电均衡方式中，电池组中的电池自然放电到0电压时，该电池对外呈现短路状态，该电池无法被进行充电，而本发明的充电装置中，每个待充电电池均对应一个充电单元，当一个电池放电到0电压时，该电池的充电单元依旧可以对其进行充电，实现了“0电压充电”。
参照图4，图4为本发明充电装置第四实施例结构示意图。
通常，充电装置包括电源AC-DC、充电管理器、检测器和显示屏(输出器)；其中，充电管理器包括多个充电单元(在该实施例中为24个充电单元，对应的电池组有24个电池，即，待充电电池的数量不超过24)，每个充电单元均包括一个隔离DC-DC和一个子充电管理器，检测器包括一个MCU和一个电池采样前端。
电源AC-DC用于将获取的交流电转换为直流电源，每个充电单元的隔离DC-DC用于将该直流电转换为固定值的直流充电电源，一个子充电管理器用于利用充电电源，对待充电电池按照预设恒定电流(此处为2A)对待充电电池进行充电；电池采样前端用于监测电池组中各电池的电压和插接信息，MCU用于基于电池组中各电池的电压和插接信息，获得控制信号(第一控制信号或第二控制信号)和故障信息(第一故障信息或第二故障信息)，显示屏用于输出故障信息(第一故障信息或第二故障信息)。
此外，电池组中的24个电池之间通过采用电压采样线串联的方式充电；每个电池的正负两极分别连接正负两根采样线，因此，连接在电池串上的采样线的总条数比电池数多1，即是说，将24个电池串联起来的采样线条数为25条。
本发明提出了一种充电装置，所述装置包括：检测器和充电管理器；其中，所述充电管理器，用于根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；所述检测器，用于在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；所述充电管理器，还用于基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
由于电池的电压与容量的关系并不是线性的，采用现有的均衡方式(主动均衡或被动均衡)，虽然电池组中各电池的电压可以达到一致，但电池组中各电池的容量还是会存在很大差异，使得电池组中各电池的充放电特性依旧较差。在本发明中，充电管理器根据预设恒定电流对多个待充电电池分别进行充电，并由检测器在待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号，由充电管理器基于第一控制信号，停止对多个待充电电池进行充电，多个待充电电池在电压达到一致的同时，多个待充电电池的容量也保持一致，待充电电池的充放电特性较好，所以，利用本发明的充电装置，达到了提高电池组中各电池充放电特性的技术效果。
参照图5，图5为本发明充电方法第一实施例的流程图，所述方法应用于充电装置，所述装置包括：检测器和充电管理器；所述方法包括以下步骤：
步骤S11：通过所述充电管理器根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；
步骤S12：通过所述检测器在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；
步骤S13：通过所述充电管理器基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
参照上文描述，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电装置，其特征在于，所述装置包括：检测器和充电管理器；其中，
所述充电管理器，用于根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；
所述检测器，用于在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；
所述充电管理器，还用于基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述检测器，还用于获取所述电池组中有效电池的当前电压，基于所述当前电压，在所述有效电池中确定出所述多个待充电电池。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述检测器，还用于获取所述电池组中各电池的插接信息，并将所述电池组中插接信息为插接正常的电池确定为所述有效电池。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述检测器，还用于在监测到所述多个待充电电池的电压达到所述目标电压，且未达到预设限定电压时，获得所述第一控制信号。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括输出器；
所述检测器，还用于在监测到所述多个待充电电池的电压达到所述预设限定电压时，获得第二控制信号，并基于所述多个待充电电池的电压，获得第一故障信息；
所述充电管理器，还用于基于所述第二控制信号，停止对所述多个待充电电池充电；
所述输出器，用于输出所述第一故障信息。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述检测器，还用于将所述电池组中插接信息为插接异常的电池确定为无效电池，并基于所述插接异常的无效电池，获得第二故障信息；
所述输出器，还用于输出所述第二故障信息。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述充电管理器，还用于根据所述预设恒定电流、第一时长和第二时长，分别对所述多个待充电电池进行充电。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述充电管理器包括所述多个待充电电池对应的多个充电单元，一个待充电电池对应一个充电单元；
所述多个充电单元，用于根据所述预设恒定电流、所述第一时长和所述第二时长，分别对所述多个待充电电池进行充电。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述多个充电单元，还用于根据所述预设恒定电流，分别对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电，并在对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电之后，在所述第二时长内，停止对所述多个待充电电池充电；以及在对所述多个待充电电池进行所述第一时长的充电之后，在所述第二时长到达时，返回执行所述分别对所述多个待充电电池进行第一时长的充电的步骤，直到接收到所述第一控制信号或所述第二控制信号。
10.一种充电方法，其特征在于，应用于充电装置，所述装置包括：检测器和充电管理器；所述方法包括以下步骤：
通过所述充电管理器根据预设恒定电流，分别对电池组中多个待充电电池进行充电；
通过所述检测器在对所述多个待充电电池进行充电的过程中，监测所述多个待充电电池的电压，并在监测到所述多个待充电电池的电压达到目标电压时，获得第一控制信号；
通过所述充电管理器基于所述第一控制信号，停止对所述多个待充电电池充电。
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