CN114256941B - 充电电路、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充电电路、装置及设备，其中，所述电路包括：充电控制单元、电池电压检测单元、均衡控制单元和电池组，所述电池组包括第一电池和第二电池，所述均衡控制单元包括均衡控制模块、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2，其中，所述电池电压检测单元用于获取电池组中的每个电池的电压，以及根据所述每个电池的电压确定均衡控制参数和充电参数；所述均衡控制单元根据所述均衡控制参数对所述电池组中的电池进行充电均衡控制；所述充电控制单元根据所述充电参数对所述电池组中的电池进行充电控制，能够提升充电电路的在对电池进行充电时进行均衡控制时的准确性。

Description

充电电路、装置及设备
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种充电电路、装置及设备。
背景技术
在给串联电池充电时，为避免串联电池个体间参数的差异，而导致充满后不同电池个体间充满电压存在差异，影响电池容量和增加安全隐患，所以需要用到充电均衡技术。
现有技术方案，充电和均衡电路是独立的；充电电路输出给2串电池一起充电；均衡电路检测2节电池各自的电压；当发现2节电池压差过大，出现不均衡时，会打开电池电压较高电池的均衡开关；均衡开关打开后，就会减小给电池电压较高的那节电池的充电电流，从而让2节电池电压压差可以更小。
现有技术缺点：由于这种被动均衡在均衡开启时，多余的能量是通过均衡电阻RCB以发热的方式来消耗的，考虑到散热，所以均衡电流ICB设的不能过大，一般是10mA以下；而正常充电电流一般会到1A以上，这样，在充电时，即使检测到了电池不均衡，由于充电电流远大于均衡电流，2节电池很快就会充满，直到充满停充后，2节电池压差还是会比较大，均衡效果不明显。
发明内容
本申请实施例提供一种充电电路、装置及设备，能够提升充电电路的在对电池进行充电时进行均衡控制时的准确性。
本申请实施例的第一方面提供了一种充电电路，所述电路包括：充电控制单元、电池电压检测单元、均衡控制单元和电池组，所述电池组包括第一电池和第二电池，所述均衡控制单元包括均衡控制模块、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2，其中，
所述充电控制单元的第一端与所述均衡控制模块的输出端相连接，所述充电控制单元的第二端与所述电池电压检测单元的第一输出端相连接，所述充电控制单元的第三端与所述电阻R1的第一端、所述第一电池的正极、所述电池电压检测单元的第一检测端口相连接，
所述均衡控制模块的输入端与所述电池电压检测单元的第二输出端相连接，所述均衡控制模块的第一控制端口与所述第一开关管Q1的第一端口相连接，所述均衡控制模块的第二控制端口与所述第二开关管Q2的第一端口相连接，所述第一开关管Q1的第二端口与所述第一电阻R1的第一端相连接，所述第一开关管Q1的第三端口与所述第一电池的负极、所述第二开关管Q2的第二端口、所述第二电池的正极、所述电池电压检测单元的第二检测端口相连接，所述第二开关管Q2的第三端口与所述第二电阻R2的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二电池的负极相连接且接地；
所述电池电压检测单元用于获取电池组中的每个电池的电压，以及根据所述每个电池的电压确定均衡控制参数和充电参数；
所述均衡控制单元根据所述均衡控制参数对所述电池组中的电池进行充电均衡控制；
所述充电控制单元根据所述充电参数对所述电池组中的电池进行充电控制。
结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述充电控制单元包括DC-DC电路、充电控制模块和充电电流检测模块，其中，所述DC-DC电路的输入端与电源输入端相连接，所述DC-DC电路的输出端为所述充电控制单元的第三端；
所述充电控制模块，用于根据接收到的所述电池电压检测单元获取的电压，控制所述DC-DC电路的输出信号；
所述充电电流检测模块用于检测所述DC-DC电路的输出信号。
结合第一方面，在一个可能的实现方式中，
所述充电电路还包括第一电感L1，所述第一电感L1的第一端与所述电源输入端相连接，所述第一电感L1的第二端与所述DC-DC电路的输入端相连接。
结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述充电电路还包括第三开关管Q3，所述第三开关管Q3的第一端与所述第一电感L1的第二端相连接，所述第三开关管Q3的第二端与所述充电控制模块相连接，所述第三开关管Q3的第三端口接地。
结合第一方面，在一个可能的实现方式中，所述充电电路还包括第三电阻R3和第一电容C1，其中，
所述第三电阻R3的第一端与所述电源输入端相连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一电容C1的第一端、所述第一电感L1的第一端相连接，所述第一电容C1的第二端接地。
本申请实施例的第二方面提供了一种充电装置，所述装置包括如第一方面中任一项所述的充电电路。
本申请实施例的第三方面提供了一种充电设备，所述设备包括壳体和第二方面所述的充电装置。
实施本申请实施例，至少具有如下有益效果：
通过所述电池电压检测单元用于获取电池组中的每个电池的电压，以及根据所述每个电池的电压确定均衡控制参数和充电参数，所述均衡控制单元根据所述均衡控制参数对所述电池组中的电池进行充电均衡控制，所述充电控制单元根据所述充电参数对所述电池组中的电池进行充电控制，从而可以通过均衡控制模块主动的对电池组中的电池进行充电均衡控制，从而提升了对充电电路进行均衡控制时的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供了一种充电电路的结构示意图；
图2为本申请实施例提供了一种充电控制单元的结构示意图；
图3为本申请实施例提供了另一种充电电路的结构示意图；
图4为本申请实施例提供了另一种充电电路的结构示意图；
图5为本申请实施例提供了另一种充电电路的结构示意图；
图6为本申请实施例提供了一种充电电路的应用方法实施例的流程图。
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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
一种充电电路实施例：
如图1所示，本发明的一种充电电路，充电控制单元1、电池电压检测单元2、均衡控制单元3和电池组，所述电池组包括第一电池4和第二电池5，所述均衡控制单元3包括均衡控制模块30、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2，其中，
所述充电控制单元1的第一端与所述均衡控制模块30的输出端相连接，所述充电控制单元1的第二端与所述电池电压检测单元2的第一输出端相连接，所述充电控制单元1的第三端与所述电阻R1的第一端、所述第一电池4的正极、所述电池电压检测单元2的第一检测端口相连接，
所述均衡控制模块30的输入端与所述电池电压检测单元2的第二输出端相连接，所述均衡控制模块30的第一控制端口与所述第一开关管Q1的第一端口相连接，所述均衡控制模块30的第二控制端口与所述第二开关管Q2的第一端口相连接，所述第一开关管Q1的第二端口与所述第一电阻R1的第一端相连接，所述第一开关管Q1的第三端口与所述第一电池4的负极、所述第二开关管Q2的第二端口、所述第二电池5的正极、所述电池电压检测单元2的第二检测端口相连接，所述第二开关管Q2的第三端口与所述第二电阻R2的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二电池5的负极相连接且接地；
所述电池电压检测单元用于获取电池组中的每个电池的电压，以及根据所述每个电池的电压确定均衡控制参数和充电参数；
所述均衡控制单元3根据所述均衡控制参数对所述电池组中的电池进行充电均衡控制；
所述充电控制单元1根据所述充电参数对所述电池组中的电池进行充电控制。
本示例中，通过所述电池电压检测单元用于获取电池组中的每个电池的电压，以及根据所述每个电池的电压确定均衡控制参数和充电参数，所述均衡控制单元根据所述均衡控制参数对所述电池组中的电池进行充电均衡控制，所述充电控制单元根据所述充电参数对所述电池组中的电池进行充电控制，从而可以通过均衡控制模块30主动的对电池组中的电池进行充电均衡控制，从而提升了对充电电路进行均衡控制时的准确性。
在一个可能的实现方式中，如图2所示，所述充电控制单元1包括DC-DC电路10、充电控制模块11和充电电流检测模块12，其中，所述DC-DC电路10的输入端与电源输入端相连接，所述DC-DC电路10的输出端为所述充电控制单元1的第三端；
所述充电控制模块11，用于根据接收到的所述电池电压检测单元2获取的电压，控制所述DC-DC电路10的输出信号；
所述充电电流检测模块12用于检测所述DC-DC电路10的输出信号。
其中，DC-DC电路10的输出信号可以是电压信号也可以是电流信号。
在一个可能的实现方式中，如图3所示，所述充电电路还包括第一电感L1，所述第一电感L1的第一端与所述电源输入端相连接，所述第一电感L1的第二端与所述DC-DC电路的输入端相连接。
在一个可能的实现方式中，如图4所示，所述充电电路还包括第三开关管Q3，所述第三开关管Q3的第一端与所述第一电感L1的第二端相连接，所述第三开关管Q3的第二端与所述充电控制模块相连接，所述第三开关管Q3的第三端口接地。图4中还包括有第四开关管Q4，该第四开关管Q4的第一端与电感L1的第二端相连接，第四开关管Q4的第二端与电阻R1的第一端相连接，第四开关管Q4的第三端与控制器单元相连接。
在一个可能的实现方式中，如图5所示，所述充电电路还包括第三电阻R3和第一电容C1，其中，
所述第三电阻R3的第一端与所述电源输入端相连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一电容C1的第一端、所述第一电感L1的第一端相连接，所述第一电容C1的第二端接地。
通过第三电阻R3和第一电容C1构成的滤波电路，可以对输入信号进行滤波处理，从而提升了对电池组进行充电时的可靠性。
具体的，本实施例的充电控制单元1采用DC-DC电路，把固定的输入电压，通过DC-DC转换成电池充电需要的电压和电流；同时，按照电池特性，充电控制部分会控制DC-DC电路的参数，完成电池要求的涓流-恒流-恒压的充电过程控制。
进一步的，电池电压检测单元2负责检测每节电池的电压，并根据检测结果，来控制充电控制电路的输出电压和电流；同时电池电压检测单元2也可以用于控制均衡控制单元3的开启或关闭。
进一步的，均衡控制单元3根据电池电压检测的结果，当达到均衡开启条件时，控制打开对应的均衡MOS管，通过均衡电阻来放电；同时，在开启均衡后，通知充电控制电路，把给电池的充电电流减小到均衡电流。
本实施例还提供一种充电装置，包括上述的充电电路。
一种充电电路的应用方法实施例，如图6所示：
本发明提供的一种充电电路的应用方法，应用于上述的充电电路，方法包括以下步骤：
步骤S1，通过电池电压检测单元2实时检测电池组电压。
步骤S2，判断电池组间压差是否超过阈值。
步骤S3，若判断结果为否，判断电池组间压差是否超过均衡开启电压。
步骤S4，若判断结果为是，则开启均衡控制单元3，向充电控制单元1发送均衡信号，执行步骤S5，把充电电流减小到均衡电流，以均衡电池电压。其中，在开启均衡控制单元3后，再次进入步骤S1，实时检测电池组电压。
在上述步骤S3中，若电池组间压差没有超过均衡开启电压，则执行步骤S6，判断电池组间压差是否小于均衡结束电压，如是，则执行步骤S7，把充电电流设为正常充电电流，进入正常充电状态。
在上述步骤中，在均衡控制单元3处于开启状态时，判断电池组间压差是否小于均衡结束电压，如是，则关闭均衡控制单元3，把充电电流设为正常充电电流，进入正常充电状态。
在上述步骤中，在实时检测电池组电压时，若确定电池组间压差超过阈值，则执行步骤S8，停止充电并报错。
在实际应用中，在电路没有接入电源VIN输入时，整个系统处于待机状态，以减小耗电。
当电源VIN接入后，会通过电池电压检测单元2实时检测每节电池的电压。
如果电池组中2节电池的压差过大，大于设定的最大压差△VMAX（一般为500mV），说明电池没有接好或已经存在严重问题，需要停止充电并报错，以保证充电安全。
如果检测到电池间的压差大于设定的均衡开启电压△VCB_ON（一般为100mV），说明电池间存在不均衡现象，控制打开均衡控制单元3，同时把充电电流减小到均衡电流，让电池电压高的电池不充电；等电池电压低的电池充上来后，电池间压差小于设定的均衡结束电压△VCB_OFF（一般为10mV），就关闭均衡控制单元3，同时把充电电流设为正常充电电流，进入正常充电状态。
由此可见，本发明提出了一种改善充电均衡效果的电路及方法，将充电电路和均衡电路结合在一起，在充电过程中，如果检测到电池组压差过大，出现不均衡现象时，就主动降低充电电流，同时打开均衡电路，只让电压较低的电池以较低的充电电流充电，直到电池组2节电池电压相等，在没有压差时，才继续以大电流开始充电。可以保证每次充电完成后，电池都是均衡的，可以避免出现即使开了均衡，但由于充电电流远大于均衡电流，导致充饱后的电池还是不均衡的现象，能够有效保护电池组的充放电安全，延长电池组的使用寿命。
所以，本发明提出的一种改善充电均衡效果的方法，通过在均衡开启时，降低充电电流，均衡结束后再恢复原来的充电电流，在正常充电电流远大于均衡电流时，可以显著的改善充电均衡的效果，可以保证每次充电完成后，电池间都没有明显的压差，基本是均衡的，有效解决了电池组中失效的单体电池对电池组整体使用效能的影响，大大提高了电池组的整体性能及使用寿命。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种充电电路，其特征在于，所述电路包括：充电控制单元、电池电压检测单元、均衡控制单元和电池组，所述电池组包括第一电池和第二电池，所述均衡控制单元包括均衡控制模块、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2，其中，
所述充电控制单元的第一端与所述均衡控制模块的输出端相连接，所述充电控制单元的第二端与所述电池电压检测单元的第一输出端相连接，所述充电控制单元的第三端与所述电阻R1的第一端、所述第一电池的正极、所述电池电压检测单元的第一检测端口相连接，
所述均衡控制模块的输入端与所述电池电压检测单元的第二输出端相连接，所述均衡控制模块的第一控制端口与所述第一开关管Q1的第一端口相连接，所述均衡控制模块的第二控制端口与所述第二开关管Q2的第一端口相连接，所述第一开关管Q1的第二端口与所述第一电阻R1的第一端相连接，所述第一开关管Q1的第三端口与所述第一电池的负极、所述第二开关管Q2的第二端口、所述第二电池的正极、所述电池电压检测单元的第二检测端口相连接，所述第二开关管Q2的第三端口与所述第二电阻R2的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二电池的负极相连接且接地；
所述电池电压检测单元用于获取电池组中的每个电池的电压，以及根据所述每个电池的电压确定均衡控制参数和充电参数；
所述均衡控制单元根据所述均衡控制参数对所述电池组中的电池进行充电均衡控制；
所述充电控制单元根据所述充电参数对所述电池组中的电池进行充电控制；
其中，如果检测到电池间的压差大于设定的均衡开启电压△VCB_ON，控制打开所述均衡控制单元，同时把充电电流减小到均衡电流，让电池电压高的电池不充电；等电池电压低的电池充上来后，电池间压差小于设定的均衡结束电压△VCB_OFF，关闭所述均衡控制单元，同时，把充电电流设为正常充电电流，进入正常充电状态。
2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，
所述充电控制单元包括DC-DC电路、充电控制模块和充电电流检测模块，其中，所述DC-DC电路的输入端与电源输入端相连接，所述DC-DC电路的输出端为所述充电控制单元的第三端；
所述充电控制模块，用于根据接收到的所述电池电压检测单元获取的电压，控制所述DC-DC电路的输出信号；
所述充电电流检测模块用于检测所述DC-DC电路的输出信号。
3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，
所述充电电路还包括第一电感L1，所述第一电感L1的第一端与所述电源输入端相连接，所述第一电感L1的第二端与所述DC-DC电路的输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括第三开关管Q3，所述第三开关管Q3的第一端与所述第一电感L1的第二端相连接，所述第三开关管Q3的第二端与所述充电控制模块相连接，所述第三开关管Q3的第三端口接地。
5.根据权利要求4所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括第三电阻R3和第一电容C1，其中，
所述第三电阻R3的第一端与所述电源输入端相连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一电容C1的第一端、所述第一电感L1的第一端相连接，所述第一电容C1的第二端接地。
6.一种充电装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1-5中任一项所述的充电电路。
7.一种充电设备，其特征在于，所述设备包括壳体和权利要求6所述的充电装置。
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