CN115037011A - 双电池充电装置、方法及其控制器 - Google Patents

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Abstract

一种双电池充电装置、方法及其控制器，双电池充电装置包括：第一转换器，其具有耦合到输入电压总线的输入和耦合到第一电池的输出；以及第二转换器，其具有耦合到所述输入电压总线的输入和通过第一双向电流阻断开关和第二双向电流阻断开关分别耦合到所述第一电池和第二电池的输出。

Description

双电池充电装置、方法及其控制器
本申请是申请日为2022年04月19日、申请号为2022104074865、申请名称为“双电池充电装置、方法及其控制器”的发明申请的分案。
技术领域
本发明涉及一种双电池充电装置、方法及其控制器，并且在特定实施例中，涉及一种用于对包括并联连接的第一电池和第二电池的双电池系统进行有效充电的双电池充电装置。
背景技术
随着技术的进一步发展，各种电子设备（诸如手机、平板电脑、数码相机、MP3播放器等）都变得流行起来。每个便携式设备可以采用多个可再充电电池单元。多个可再充电电池单元可以串联连接或并联连接，以便形成用于存储电能的可再充电电池组。
电池充电器用于恢复电池的电量。控制电池充电器向包括并联连接的第一电池和第二电池的双电池系统提供电压（例如，恒压充电模式）和电流（例如，恒流充电模式），以便恢复双电池系统电量。
可以有多种适合于为电池充电的功率转换拓扑结构。根据拓扑结构的差异，功率转换拓扑可分为三类，即开关电源转换器、线性稳压器和开关电容功率转换器。与其他拓扑结构相比，开关电容转换器不太复杂，因为开关电容转换器由多个开关和飞跨电容组成。因此，开关电容转换器可以为电池充电提供紧凑高效的电源。
为了提高电池的充电性能，双电池充电装置可以包括并联连接在输入电压总线和双电池系统之间的两个功率级。第一个功率级是电荷泵。第二个功率级是开关充电器。电荷泵可实现为合适的开关电容充电器，例如两相开关电容转换器。两相开关电容转换器的第一相包括串联连接在输入电压总线和地之间的四个开关。第一飞跨电容连接在两个上部开关的共节点和两个下部开关的共节点之间。第二和第三开关的共节点连接到与电池耦合的输出电压总线。两相开关电容转换器的第二相包括串联连接在输入电压总线和地之间的四个开关。第二飞跨电容连接在两个上部开关的共节点和两个下部开关的共节点之间。第二和第三开关的共节点连接到输出电压总线。
开关充电器可以实现为合适的压降功率转换器（step-down power converter），例如降压转换器（buck converter）。开关充电器包括串联连接在输入电压总线和地之间的两个开关。电感连接在这两个开关的共节点和输出电压总线之间。输出电压总线通过隔离开关耦合到双电池系统，隔离开关在电池和输出电压总线之间提供隔离。隔离开关包括两个二极管。第一二极管位于体端和隔离开关的源极之间。第二二极管位于体端和隔离开关的漏极之间。这两个二极管背对背连接。由于具有背对背连接的二极管，隔离开关能够将双电池系统与输出电压总线完全隔离。
在操作中，第一电池和第二电池并联连接。 一个电池的电压可能高于另一个电池的电压。这种不均衡的电压可能会导致电流分配不均衡，从而导致浪涌电流流过这两个电池。希望有一种简单有效的方法来实现这两个电池之间的充电电流均衡分配。
发明内容
通过提供一种双电池充电装置、方法及其控制器的本公开的优选实施例，这些和其他问题总体上得到解决或规避，并且总体上实现技术优势。
根据一个实施例，一种双电池充电装置，包括：第一转换器，其具有耦合到输入电压总线的输入和耦合到第一电池的输出；以及第二转换器，其具有耦合到输入电压总线的输入和通过第一双向电流阻断开关和第二双向电流阻断开关分别耦合到第一电池和第二电池的输出。
根据另一个实施例，一种双电池充电方法包括在包括并联连接的第一电池和第二电池的电池系统的预充电状态下，配置压降转换器分别通过第一电池开关和第二电池开关对第一电池和第二电池充电；在电池系统的恒流充电状态下，配置电荷泵转换器直接对第一电池充电，其中，在恒流充电状态下，第一电池开关和第二电池开关中的至少一个，被配置为实现第一电池和第二电池之间的充电平衡；在电池系统的恒压充电状态下，配置压降转换器对第一电池和第二电池进行充电，其中，第一电池开关和第二电池开关中的至少一个被配置为工作在调节状态，以实现对第一电池和第二电池的恒压充电。
根据又一实施例，一种充电装置控制器包括多个栅极驱动器，其被配置为生成多个栅极驱动信号，用于驱动电荷泵转换器的开关、压降转换器的开关、第一电池开关和第二电池开关，其中，电荷泵转换器具有耦合到输入电压总线的输入和耦合到第一电池的输出，并且压降转换器具有耦合到输入电压总线的输入和通过第一电池开关和第二电池开关分别耦合到第一电池和第二电池的输出。
上文已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下公开的详细描述。下文将描述本公开的附加特征和优点，其形成本公开权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效结构不脱离所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现结合附图参考以下描述，其中：
图1示出了根据本公开的各种实施例的双电池充电装置的框图；
图2示出了根据本公开的各个实施例的如图1所示的双电池充电装置的示意图；
图3示出了根据本公开的各种实施例的用于驱动图1所示的双电池充电装置的开关的控制器；
图4示出了根据本公开的各种实施例的控制图1所示的双电池充电装置的流程图。
除非另有说明，不同附图中的对应数字和符号通常指对应的部分。绘制这些图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的制作和使用。然而，应该理解的是，本公开提供了许多可以体现在各种特定情境下的可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅用于说明制作和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
将针对特定情境下的优选实施例，即双电池充电装置和控制方法，来描述本公开。然而，本公开也可以应用于各种电力系统。在下文中，将参照附图详细说明各种实施例。
图1示出了根据本公开的各种实施例的双电池充电装置的框图。双电池充电装置包括第一充电单元102和第二充电单元104。第一充电单元102具有耦合到输入电压总线VIN的输入和耦合到第一电池(电池I)的输出。第二充电单元104具有一个输入和三个输出。第二充电单元104的输入耦合到输入电压总线VIN。第二充电单元104的第一输出(BAT1)耦合到第一电池。第二充电单元104的第二输出(BAT2)耦合到第二电池(电池II)。第二充电单元104的第三输出耦合到系统电压总线(VSYS)。在一些实施例中，VSYS可用于直接为其他系统组件提供电力。在另一个实施例中，VSYS可用于通过诸如电压调节器的附加电力系统为其他系统组件提供电力。
在一些实施例中，第一充电单元102包括电荷泵。更具体地，电荷泵可以是两相开关电容器转换器，其被配置为在一些充电状态(例如，恒流充电状态)下提供电力以对第一电池和第二电池充电。在整个说明中，电荷泵可以替代地称为两相电荷泵转换器、两相开关电容器转换器或第一转换器。下面结合图2对两相开关电容变换器的结构和工作原理进行说明。
在一些实施例中，第二充电单元104包括压降转换器、电池反向阻断开关、第一电池开关和第二电池开关。在一些实施例中，压降转换器可以是降压转换器，其被配置为在一些充电状态(例如，恒压充电状态)下提供电力以对第一电池和第二电池进行充电。在整个说明中，压降转换器可以替代地称为降压转换器或第二转换器。下面结合图2来描述降压转换器的结构和工作原理。
第一电池开关连接在降压转换器的输出和第一电池之间。第二电池开关连接在降压转换器的输出和第二电池之间。第一电池开关和第二电池开关都起到隔离开关的作用。第一电池开关能够提供反向阻断能力以将第一电池与耦合到VSYS的各种系统元件隔离。具体地，第一电池开关用于将第一电池连接到降压转换器或将第一电池与降压转换器断开。此外，第一电池开关可以被配置为在调节状态下工作以控制第一电池两端的电压和/或流经第一电池的电流。在整个说明中，第一电池开关可以替代地称为第一双向电流阻断开关。
第二电池开关能够提供反向阻断能力以将第二电池与耦合到VSYS的各种系统元件隔离。特别地，第二电池开关用于将第二电池连接到降压转换器或将第二电池与降压转换器断开。此外，第二电池开关可以被配置为在调节状态下工作以控制第二电池两端的电压和/或流经第二电池的电流。在整个说明中，第二电池开关可以替代地称为第二双向电流阻断开关。
电池反向阻断开关连接在输入电压总线和降压转换器的输入之间。电池反向阻断开关用于将降压转换器连接到耦合到VIN的输入电源或断开降压转换器与输入电源的连接。
在一些实施例中，降压转换器的开关、电池反向阻断开关、第一电池开关和第二电池开关集成在第一半导体芯片中。电荷泵的开关集成在第二半导体芯片中。在另一个实施例中，电荷泵的开关、降压转换器的开关、电池反向阻断开关、第一电池开关和第二电池开关集成在单个半导体芯片中。
双电池充电装置还包括控制器(未示出，但在图3中示出)，其被配置为产生用于电荷泵开关、降压转换器开关、电池反向阻断开关、第一个电池开关和第二个电池开关的栅极驱动信号。此外，控制器被配置为基于多个工作参数控制每个开关的工作。具体地，控制器被配置为在双电池系统的充电过程中产生用于配置第一电池开关和第二电池开关的栅极驱动信号，使得实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配。下面将结合图3-4描述控制器的详细工作原理。
具有图1所示的电池充电装置的一个有利特征是，双电池充电装置能够使用简单有效的方式来实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配，而无需使用额外的走线电阻补偿技术。通过消除额外的走线电阻，可以显著提高双电池充电装置的效率，以及提高充电速度。此外，在第一电池和第二电池之间实现充电电流均衡分配后，可以显著减少浪涌电流。
图2示出了根据本公开的各种实施例的图1所示的双电池充电装置的示意图。双电池充电装置包括两相开关电容转换器、降压转换器、电池反向阻断开关QB1、第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2。如图2所示，两相开关电容转换器的输入连接到输入电压总线VIN。降压转换器的输入通过电池反向阻断开关QB1连接到输入电压总线VIN。两相开关电容转换器的输出连接到第一电池（电池I）。降压转换器的输出连接到系统电压总线VSYS。降压转换器的输出通过第一电池开关BATFET1连接到第一电池。降压转换器的输出通过第二电池开关BATFET2连接到第二电池（电池II）。
在一些实施例中，第一电池可以实现为单芯电池。或者，第一电池可以实现为多芯电池。同样，第二电池可以实现为单芯电池。或者，第二电池可以实现为多芯电池。在一些实施例中，第一电池的电池容量大于第二电池的电池容量。
两相开关电容器转换器包括两个支路。第一支路包括串联连接在输入电压总线VIN和地之间的第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4。第一飞跨电容CF1连接在Q1和Q2的共节点与Q3和Q4的共节点之间。第二支路包括串联连接在输入电压总线VIN和地之间的第五开关Q5、第六开关Q6、第七开关Q7和第八开关Q8。第二飞跨电容器CF2连接在Q5和Q6的共节点与Q7和Q8的共节点之间。如图2所示，Q2和Q3的共节点连接到输出电压总线Vo。Q6和Q7的共节点也连接到输出电压总线Vo。
在操作中，两相开关电容器转换器可以被配置为以2:1固定PWM模式或1:2固定PWM模式工作。更具体地说，当电源连接到输入电压总线VIN时，两相开关电容转换器将VIN上的电压转换为较低的电压。具体地说，输出电压（Vo上的电压）等于输入电压的一半(VIN/2)。在这种配置下，两相开关电容转换器工作在2:1固定PWM模式。另一方面，当电池作为电源时，两相开关电容转换器将Vo上的电压转换为更高的电压。具体地说，输出电压（VIN上的电压）是输入电压（Vo上的电压）的两倍。在这种配置下，两相开关电容转换器工作在1:2固定PWM模式。在本公开中，当电源（例如，无线电力传输系统的接收线圈）连接到VIN时，两相开关电容转换器被配置为在2:1固定PWM模式下工作为第一电池和第二电池提供电力。
在操作中，第一支路的工作原理与第二支路的工作原理相似，除了第一支路(例如Q1)的驱动信号和第二支路(例如Q5)的驱动信号是180度彼此异相。为简单起见，以下仅详细说明第一支路的工作原理。
在操作中，两相开关电容器转换器的第一支路被配置为在两个不同的相位中工作。在第一相位，开关Q1和Q3导通，开关Q2和Q4关断。由于开关Q1和Q3导通，在VIN和Vo之间建立了第一导电通道路径。第一导电路径由开关Q1、第一飞跨电容CF1和开关Q3组成。电流通过第一导电路径从VIN流向Vo。在第一相位，第一飞跨电容CF1被充电，能量相应地存储在第一飞跨电容CF1中。
在第二相位期间，开关Q1和Q3关断，并且开关Q2和Q4导通。由于开关Q2和Q4导通，因此建立了第二导电路径。第二导电路径由开关Q4、第一飞跨电容CF1和开关Q2组成。在第二相位，电流使第一飞跨电容CF1放电，存储在第一飞跨电容CF1中的能量相应减少。
降压转换器包括串联连接在输入电压总线VIN和地之间的高压侧开关Q11和低压侧开关Q12。降压转换器还包括电感L1，连接在高压侧开关Q11和低压侧开关Q12的共节点与降压转换器的输出总线之间。
应当注意，图2中所示的图示仅仅是示例，不应过度限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。例如，第一转换器可以实现为多相电荷泵转换器。第二转换器可以实现为任何合适的功率调节器，例如线性调节器。
根据一个实施例，图2的开关(例如，开关Q1-Q8、Q11-Q12、QB1、BATFET1和BATFET2)可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、双极结晶体管(BJT)器件、超结晶体管(SJT)器件、绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件、氮化镓(GaN)基功率器件等。
应当注意，虽然图2显示开关Q1-Q8和Q11-Q12被实现为单个n型晶体管，但本领域技术人员将认识到可能存在许多变化、修改和替代。例如，根据不同的应用和设计需要，至少一些开关（例如，Q11）可以实现为p型晶体管。BATFET1和BATFET2可以实现为两个背靠背连接的晶体管。此外，图2所示的每个开关可以实现为多个并联连接的开关。此外，电容可以与一个开关并联以实现零电压开关（ZVS）/零电流开关（ZCS）。
图2进一步显示了开关Q1-Q8集成在第一半导体芯片103中。开关Q11、Q12、QB1、BATFET1和BATFET2集成在第二半导体芯片105中。应当注意，图2所示的半导体芯片仅是示例，不应过度限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。例如，根据设计需要和不同的应用，Q1-Q8、Q11、Q12、QB1、BATFET1和BATFET2可以集成在单个半导体芯片中。
在操作中，在包括第一电池和第二电池的双电池系统的预充电状态下，压降转换器被配置为通过第一电池开关BATFET1和第二个电池开关BATFET2分别对第一电池和第二电池进行充电。第一电池开关BATFET1可以被配置为在第一调节状态下工作以控制第一电池两端的电压和/或流经第一电池的电流。第二电池开关BATFET2可以被配置为在第二调节状态下工作以控制第二电池两端的电压和/或流经第二电池的电流。
在双电池系统的恒流充电状态下，电荷泵转换器被配置为直接对第一电池充电。在恒流充电状态下，第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2中的至少一个被配置为实现第一电池和第二电池之间的充电平衡。
在双电池系统的恒流充电状态下，双电池充电装置能够在四种不同的系统配置下工作。在恒流充电状态的第一系统配置中，第一电池开关BATFET1被配置为完全导通。第二电池开关BATFET2被配置为工作在调节状态以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配。
在恒流充电状态的第二系统配置中，第二电池开关BATFET2被配置为完全导通。第一电池开关BATFET1被配置为工作在调节状态以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配。
在恒流充电状态的第三系统配置中，第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2被配置为分别工作在第一调节状态和第二调节状态，以实现第一块电池和第二块电池之间的充电电流均衡分配。此外，第一电池开关BATFET1上的电压降与第二电池开关BATFET2上的电压降的比值是基于第一电池开关BATFET1的温度和第二电池开关BATFET2的温度动态调整的。
在恒流充电状态的第四系统配置中，第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2被配置为以两种不同的工作模式工作。在第一工作模式下，第一电池开关BATFET1完全导通，第二电池开关BATFET2被配置为工作在第二调节状态，以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配。在第二工作模式下，第二电池开关BATFET2完全导通，第一电池开关BATFET1被配置为工作在第一调节状态，以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配。在双电池系统的恒流充电状态下，第一工作模式和第二工作模式交替进行，以实现双电池充电装置的更好性能。
在双电池系统的恒压充电状态下，压降转换器被配置为对第一电池和第二电池充电。第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2中的至少一个被配置为工作在调节状态，以实现对第一电池和第二电池的恒压充电。
在双电池系统的恒压充电状态下，双电池充电装置能够在四种不同的系统配置下工作。在恒压充电状态的第一系统配置中，压降转换器被配置为提供稳定电压。第一电池开关BATFET1被配置为工作在第一调节状态，以实现对第一电池的恒压充电。第二电池开关BATFET2被配置为工作在第二调节状态，以实现对第二电池的恒压充电。
在恒压充电状态的第二系统配置中，压降转换器被配置为通过完全导通第一电池开关BATFET1来提供施加到第一电池的稳定电压。第二电池开关BATFET2用于工作在第二调节状态，以实现对第二电池的恒压充电。
在恒压充电状态的第三系统配置中，压降转换器被配置为通过完全导通第二电池开关BATFET2来提供施加到第二电池的稳定电压。第一电池开关BATFET1被配置为工作在第一调节状态，以实现对第一电池的恒压充电。
在恒压充电状态的第四系统配置中，第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2被配置为以两种不同的工作模式工作。在第一工作模式下，第一电池开关BATFET1被配置为工作在第一调节状态，以实现对第一电池恒压充电。第二电池开关BATFET2被配置为工作在第二调节状态，以实现对第二电池的恒压充电。在第二工作模式下，第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2中的一个开关被配置为完全导通，并且第一电池开关BATFET1和第二电池开关BATFET2中的另一个开关被配置为工作在调节状态。在电池系统的恒压充电状态下，第一工作模式和第二工作模式交替进行，以实现双电池充电装置的更好性能。
在操作中，当输入电压总线VIN处没有电源可用，并且第二电池的电压高于第一电池的电压时，第二电池被配置为系统总线提供电力并且给第一电池充电。
在双电池系统的恒流充电状态下，第一电池开关BATFET1关断，第二电池开关BATFET2导通。响应于这种配置，可以使用电荷泵对第一电池充电。降压转换器为第二电池充电。
应当注意，虽然图2示出的双电池充电装置用于对双电池系统进行充电，但是电池充电装置可以用于对多芯电池系统进行充电。例如，在三电池系统中，可以再添加一个电池开关来实现上述关于图2的功能。
图3示出了根据本公开的各种实施例的用于驱动图1所示的双电池充电装置的开关的控制器。控制器110包括13个栅极驱动器和多个信号处理装置，用于处理各种工作参数，例如第一电池和第二电池的电压。
以图2的具体实施例为例，第一栅极驱动器被配置为产生施加到Q1栅极的第一栅极驱动信号。第二栅极驱动器被配置为产生施加到Q2栅极的第二栅极驱动信号。第三栅极驱动器被配置为产生施加到Q3栅极的第三栅极驱动信号。第四栅极驱动器被配置为产生施加到Q4栅极的第四栅极驱动信号。第五栅极驱动器被配置为产生施加到Q5栅极的第五栅极驱动信号。第六栅极驱动器被配置为产生施加到Q6栅极的第六栅极驱动信号。第七栅极驱动器被配置为产生施加到Q7栅极的第七栅极驱动信号。第八栅极驱动器被配置为产生施加到Q8栅极的第八栅极驱动信号。第九栅极驱动器被配置为产生施加到Q11栅极的第九栅极驱动信号。第十栅极驱动器被配置为产生施加到Q12栅极的第十栅极驱动信号。第十一栅极驱动器被配置为产生施加到QB1栅极的第十一栅极驱动信号。第十二栅极驱动器被配置为产生施加到BATFET1栅极的第十二栅极驱动信号。第十三栅极驱动器被配置为产生施加到BATFET2的栅极的第十三栅极驱动信号。
在操作中，在双电池系统的预充电状态下，控制器110配置图2所示的压降转换器通过第一电池开关和第二电池开关分别对第一电池和第二电池充电。在双电池系统的恒流充电状态下，控制器110配置图2所示的电荷泵转换器直接对第一电池充电。在恒流充电状态下，第一电池开关和第二电池开关中的至少一个被配置为实现第一电池和第二电池之间的充电平衡。在双电池系统的恒压充电状态下，控制器110配置压降转换器对第一电池和第二电池进行充电。第一电池开关和第二电池开关中的至少一个被配置为工作在调节状态，以实现对第一电池和第二电池的恒压充电。
应注意，上述具有13个栅极驱动器的控制器110仅是示例，不应过度限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。例如，可以使用外部栅极驱动器来进一步提高驱动能力。
图4示出了根据本公开的各种实施例的如图1所示的控制双电池充电装置的流程图。图4所示的流程图仅是示例，这不应过度限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。例如，可以添加、删除、替换、重新排列和重复图4中所示的各种步骤。
返回参考图2，电荷泵转换器连接在输入电压总线和第一电池之间。压降转换器的输入耦合到输入电压总线，输出分别通过第一电池开关和第二电池开关耦合到第一电池和第二电池。返回参考图3，控制器包括多个栅极驱动器。多个栅极驱动器被配置为产生用于驱动电荷泵转换器和压降转换器的多个栅极驱动信号。
在步骤402，在包括并联连接的第一电池和第二电池的电池系统的预充电状态下，压降转换器被配置为通过第一电池开关和第二电池开关分别对第一电池和第二电池充电。
在步骤404，在电池系统的恒流充电状态下，电荷泵转换器被配置为直接对第一电池充电。在恒流充电状态下，第一电池开关和第二电池开关中的至少一个被配置为实现第一电池和第二电池之间的充电平衡。
在步骤406，在电池系统的恒压充电状态下，压降转换器被配置为对第一电池和第二电池进行充电。第一电池开关和第二电池开关中的至少一个用于工作在调节状态，以实现对第一电池和第二电池的恒压充电。
该方法还包括在电池系统的恒压充电状态下，将压降转换器配置为提供稳定电压，将第一电池开关配置为工作在第一调节状态，以实现第一电池的恒压充电，配置第二电池开关工作在第二调节状态，以实现对第二电池的恒压充电。
该方法还包括在电池系统的恒压充电状态下，将压降转换器配置为通过完全导通第一电池开关来提供施加到第一电池的稳定电压，以及将第二电池开关配置为工作在第二调节状态，实现第二电池的恒压充电。
该方法还包括在电池系统的恒压充电状态下，将压降转换器配置为通过完全导通第二电池开关来提供施加到第二电池的稳定电压，以及将第一电池开关配置为工作于第一调节状态，以实现第一电池的恒压充电。
该方法还包括在第一工作模式下，将第一电池开关配置为在第一调节状态下工作以实现对第一电池的恒压充电，以及将第二电池开关配置在第二调节状态下工作以实现第二电池的恒压充电，在第二工作模式下，将第一电池开关和第二电池开关中的一个开关配置为完全导通，并将第一电池开关和第二电池开关中的另一个开关配置为工作在调节状态，其中在电池系统的恒压充电状态下，第一工作模式和第二工作模式交替进行。
返回参考图2，电荷泵转换器是两相开关电容器转换器。压降转换器是降压转换器。
该方法还包括在电池系统的恒流充电状态下，将第一电池开关配置为完全导通，以及将第二电池开关配置为工作在调节状态，以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配。
该方法还包括在电池系统的恒流充电状态下，将第二电池开关配置为完全导通，以及将第一电池开关配置为工作在调节状态，以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配。
该方法还包括在电池系统的恒流充电状态下，将第一电池开关和第二电池开关配置为分别工作在第一调节状态和第二调节状态，以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配，其中，第一电池开关上的电压降与第二电池开关上的电压降的比值可基于第一电池开关的温度和第二电池的温度动态调整。
该方法还包括在电池系统的恒流充电状态下，在第一工作模式下，将第一电池开关完全导通，并将第二电池开关配置为工作在第二调节状态，以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配；在第二工作模式下，完全导通第二电池开关，并将第一电池开关配置为工作在第一调节状态，以实现第一电池和第二电池之间的充电电流均衡分配，其中，在电池系统的恒流充电状态下，第一工作模式和第二工作模式交替进行。
返回参考图2，电荷泵转换器包括串联连接在输入电压总线和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，第一飞跨电容连接在第一开关和第二开关的共节点与第三开关和第四开关的共节点之间，第五开关、第六开关、第七开关和第八开关串联连接在输入电压总线和地之间，以及第二飞跨电容连接在第五开关和第六开关的共节点与第七开关和第八开关的共节点之间，其中，第二开关和第三开关的共节点连接到第六开关和第七开关的共节点，并进一步连接到电荷泵转换器的输出。
返回参考图2，压降转换器包括串联连接在输入电压总线和地之间的高压侧开关和低压侧开关，以及连接在高压侧开关和低压侧开关的共节点与压降转换器的输出总线之间的电感。
尽管已经详细描述了本公开的实施例及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。正如本领域普通技术人员从本公开的公开内容中容易理解的那样，目前存在或以后将被开发的过程、机器、制造、物质组合物、手段、方法或步骤，执行基本相同功能或实现与根据本公开可利用本文描述的相应实施例基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种双电池充电装置，包括：
第一转换器，具有耦合到输入电压总线的输入和耦合到第一电池的输出；和
第二转换器，具有耦合到输入电压总线的输入和分别通过第一双向电流阻断开关和第二双向电流阻断开关耦合到第一电池和第二电池的输出。
2.如权利要求1所述的双电池充电装置，其中：
所述第一转换器是两相开关电容转换器；和
所述第二转换器是降压转换器。
3.如权利要求2所述的双电池充电装置，其中，所述两相开关电容转换器包括：
第一开关、第二开关、第三开关和第四开关串联连接在所述输入电压总线和地之间；
第一飞跨电容，连接在第一开关和第二开关的共节点与第三开关和第四开关的共节点之间；
第五开关、第六开关、第七开关和第八开关串联连接在所述输入电压总线和地之间；和
第二飞跨电容，连接在所述第五开关和所述第六开关的共节点与所述第七开关和所述第八开关的共节点之间，其中所述第二开关和所述第三开关的共节点连接到所述第六开关和所述第七开关的共节点，进一步连接到所述两相开关电容转换器的输出端。
4.如权利要求2所述的双电池充电装置，其中，所述降压转换器包括：
高压侧开关和低压侧开关串联连接在所述降压转换器的输入和地之间；和
电感连接在所述高压侧开关和所述低压侧开关的共节点与所述降压转换器的输出总线之间。
5.如权利要求4所述的双电池充电装置，进一步包括：
电池反向阻断开关，连接在所述降压转换器的输入和所述输入电压总线之间。
6.如权利要求5所述的双电池充电装置，其中：
所述第一转换器的开关、所述第二转换器的开关、所述电池反向阻断开关、所述第一双向电流阻断开关和所述第二双向电流阻断开关集成在同一个半导体芯片中。
7.如权利要求1所述的双电池充电装置，进一步包括：
控制器，配置为在所述第一电池和所述第二电池的充电过程中产生用于配置所述第一转换器和所述第二转换器的栅极驱动信号，以实现所述第一电池和所述第二电池之间的充电平衡。
8.如权利要求1所述的双电池充电装置，其中：
所述第一电池和所述第二电池通过开启所述第一双向电流阻断开关和所述第二双向电流阻断开关被配置为并联连接。
9.一种双电池充电方法，包括：
在包括第一电池和第二电池并联连接的电池系统的预充电状态下，配置压降转换器分别通过第一电池开关和第二电池开关对所述第一电池和所述第二电池充电；
在所述电池系统的恒流充电状态下，配置电荷泵转换器对所述第一电池直接充电，其中，在所述恒流充电状态下，所述第一电池开关和所述第二电池开关中的至少一个被配置为实现所述第一电池与所述第二电池之间的充电平衡；和
在所述电池系统的恒压充电状态下，配置所述压降转换器为所述第一电池和所述第二电池充电，其中，所述第一电池开关和所述第二电池开关中的至少一个被配置为在调节状态下工作，以实现所述第一电池和所述第二电池的恒压充电。
10.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在所述电池系统的所述恒压充电状态下，配置所述压降转换器提供稳定电压；
配置所述第一电池开关工作在第一调节状态，以实现对所述第一电池的恒压充电；和
配置所述第二电池开关工作在第二调节状态，以实现对所述第二电池的恒压充电。
11.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在所述电池系统的所述恒压充电状态下，配置所述压降转换器，通过完全开启所述第一电池开关向第一电池提供稳定电压；和
配置所述第二电池开关工作在第二调节状态，以实现对所述第二电池的恒压充电。
12.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在所述电池系统的恒压充电状态下，配置所示压降转换器，通过完全开启所述第二电池开关，向所述第二电池提供稳定电压；和
配置所述第一电池开关工作在第一调节状态，以实现对所述第一电池的恒压充电。
13.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在第一工作模式下，配置所述第一电池开关工作在第一调节状态，实现对所述第一电池的恒压充电，并配置所述第二电池开关工作在第二调节状态，实现对所述第二电池的恒压充电；和
在第二工作模式下，将所述第一电池开关和所述第二电池开关中的一个开关配置为完全开启，并将所述第一电池开关和所述第二电池开关中的另一个开关配置为工作在调节状态，其中，在所述电池系统的恒压充电状态下，所述第一工作模式和所述第二工作模式交替进行。
14.如权利要求9所述的双电池充电方法，其中：
所述电荷泵转换器是两相开关电容转换器；和
所述压降转换器是降压转换器。
15.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在所述电池系统的所述恒流充电状态下，将所述第一电池开关配置为完全开启；和
将所述第二电池开关配置为工作在调节状态，以实现所述第一电池和所述第二电池之间的充电电流均衡分配。
16.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在所述电池系统的恒流充电状态下，将所述第二电池开关配置为完全打开；和
将所述第一电池开关配置为工作在调节状态，以实现所述第一电池和所述第二电池之间的充电电流均衡分配。
17.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在所述电池系统的恒流充电状态下，配置所述第一电池开关和所述第二电池开关分别工作在第一调节状态和第二调节状态，以实现所述第一电池和所述第二电池之间的充电电流均衡分配，其中，所述第一电池开关上的电压降与所述第二电池开关上的电压降的比值是基于所述第一电池开关的温度和所述第二电池开关的温度动态可调的。
18.如权利要求9所述的双电池充电方法，进一步包括：
在所述电池系统的恒流充电状态下，在第一工作模式下，将所述第一电池开关完全开启，并配置所述第二电池开关工作在第二调节状态，以实现所述第一电池和所述第二电池之间的充电电流均衡分配；和
在第二工作模式下，完全开启所述第二电池开关并配置所述第一电池开关工作在第一调节状态，以实现所述第一电池和所述第二电池之间的所述充电电流均衡分配，其中，在所述电池系统的恒流充电状态下，所述第一工作模式和所述第二工作模式是以交替方式进行。
19.一种充电装置控制器，包括：
多个栅极驱动器，被配置为产生多个栅极驱动信号，用于驱动电荷泵转换器的开关、压降转换器的开关、第一电池开关和第二电池开关，其中：
所述电荷泵转换器具有耦合到输入电压总线的输入和耦合到第一电池的输出；和
所述压降转换器具有耦合到所述输入电压总线的输入，和分别通过所述第一电池开关和所述第二电池开关耦合到所述第一电池和第二电池的输出。
20.根据权利要求19所述的充电装置控制器，其中，所述控制器被配置为使得：
在包括所述第一电池和所述第二电池并联连接的电池系统的预充电状态下，配置所述压降转换器通过所述第一电池开关和所述第二电池开关分别对所述第一电池和所述第二电池充电；
在所述电池系统的恒流充电状态下，配置所述电荷泵转换器对所述第一电池直接充电，其中，在恒流充电状态下，所述第一电池开关和所述第二电池开关中的至少一个被配置为实现所述第一电池与所述第二电池之间的充电平衡；和
在所述电池系统的恒压充电状态下，配置压降转换器为所述第一电池和所述第二电池充电，其中，所述第一电池开关和所述第二电池开关中的至少一个被配置为工作在调节状态，以实现所述第一电池和所述第二电池的恒压充电。
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