CN116799886A - 电池充电电路与方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电池充电电路与方法，属于电子技术领域，能够提高电池充电效率、减小输入端耐流等级、提高充电功率、无需额外的监测和均衡电路即可自动实现电池的均衡，降低了充电架构的复杂性并提高了电池安全可靠性。一种电池充电电路，包括：调压电路，用于接收来自输入电源的输入电压，将所述输入电压调整为适于给串联电池充电的输出电压；多个均压电路，其中所述多个均压电路与所述串联电池一一对应地连接，所述均压电路包括储能元件，所述储能元件用于储存来自所述输出电压的电能、利用所述电能给所对应的电池充电并利用所述储能元件自身的稳压特性对所述电池进行均压。

Description

电池充电电路与方法

技术领域

本公开涉及电子技术领域，尤其涉及一种电池充电电路与方法。

背景技术

相关技术中，在给多个串联电池充电时，均需要使用额外的监测电路来监测电池电压是否均衡，以及在电池电压不均衡时使用额外的均压电路来对电池电压进行均衡，其中，额外的监测电路需要对每个电池的电压进行实时监测，而额外的均压电路则需要将高电压的电池中的部分电能转移给低电压的电池以实现电池之间的电压均衡。额外的监测电路和额外的均压电路均增加了充电架构的复杂性，降低了电池的安全可靠性。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种电池充电电路与方法。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种电池充电电路，包括：调压电路，用于接收来自输入电源的输入电压，将所述输入电压调整为适于给串联电池充电的输出电压；多个均压电路，其中所述多个均压电路与所述串联电池一一对应地连接，所述均压电路包括储能元件，所述储能元件用于储存来自所述输出电压的电能、利用所述电能给所对应的电池充电并利用所述储能元件自身的稳压特性对所述电池进行均压。

可选地，所述调压电路包括变压器、第一二极管、第二二极管、第一开关、第二开关和谐振电容，其中：

所述变压器的初级线圈的第一端连接所述输入电源的正极端，所述初级线圈的第二端连接所述第二二极管正极、所述第一二极管的负极、所述第一开关的第一端以及所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述第二二极管的负极，所述第一开关的第二端连接所述第一二极管的正极，所述谐振电容一端连接所述第二二极管的负极、另一端连接所述输入电源的负极，所述变压器的次级线圈包括两组绕组，所述两组绕组相互串联且所述两组绕组的线圈匝数相同。

可选地，所述第一开关和所述第二开关为功率开关。

可选地，在所述第一开关的导通区间与所述第二开关的导通区间之间存在着死区区间。

可选地，所述调压电路的所述输出电压由所述死区区间的时长和所述第一开关的导通时长确定。

可选地，所述均压电路包括第一储能元件、第二储能元件、充电电容和整流桥，其中：

若所述均压电路直接与所述调压电路的输出端连接，则所述均压电路的第一储能元件一端连接所述整流桥的第一输入端、另一端连接所述调压电路的第一输出端，该均压电路的第二储能元件一端连接所述整流桥的第二输入端、另一端连接所述调压电路的第二输出端，该均压电路的充电电容一端连接所述整流桥的第一输出端、另一端连接所述调压电路的第一输出端与所述调压电路的第二输出端的中间电位位置，而且所述充电电容与相对应的电池并联。

可选地，所述均压电路包括第一储能元件、第二储能元件、充电电容和整流桥，其中：

若所述均压电路不直接与所述调压电路的输出端连接，则所述均压电路的第一储能元件一端连接所述整流桥的第一输入端、另一端连接相邻均压电路的第一输入端，该均压电路的第二储能元件一端连接所述整流桥的第二输入端、另一端连接相邻均压电路的第二输入端，该均压电路的充电电容一端连接所述整流桥的第一输出端、另一端连接相邻均压电路的第一输出端，而且该均压电路的充电电容与相对应的电池并联。

可选地，所述整流桥为二极管整流桥。

可选地，所述第一储能元件和所述第二储能元件为电容器。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种电池充电方法，包括：接收来自输入电源的输入电压，将所述输入电压调整为适于给串联电池充电的输出电压；由储能元件储存来自所述输出电压的电能、利用所述电能给所对应的电池充电并利用所述储能元件自身的稳压特性对所述电池进行均压。

通过采用上述技术方案，由于均压电路是利用均压电路自身包括的储能元件来存储电能，利用储能元件存储的电能对电池进行充电，并利用储能元件自身的稳压特性对电池进行均压，也即根据本公开的均压电路既实现了充电功能又实现了电压自均衡功能，这使得根据本公开实施例的电池充电电路不需要增加额外的监测电路来监测每个电池的电压、也不需要增加额外的电压均衡电路来对电池的电压进行均衡，从而降低了充电架构的复杂性并提高了电池的安全可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电池充电电路的示意框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种电池充电电路的示意电路图。

图3是根据一示例性实施例示出的又一电池充电电路的示意电路图。

图4是根据一示例性实施例示出的又一电池充电电路的示意电路图。

图5是根据一示例性实施例示出的电池充电电路中开关的时序示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₀-t₁时段下的电流流向示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₁-t₂时段下的电流流向示意图。

图8是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₂-t₃时段下的电流流向示意图。

图9是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₃-t₄时段下的电流流向示意图。

图10是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₄-t₅时段下的电流流向示意图。

图11是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₅-t₆时段下的电流流向示意图。

图12是根据一示例性实施例示出的一种电池充电方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电池充电电路的示意框图。如图1所示，该电池充电电路100包括调压电路10和多个均压电路20。

调压电路10，用于接收来自输入电源200的输入电压，将输入电压调整为适于给串联电池300充电的输出电压。电池300包括多个串联的电池。

多个均压电路20，其中多个均压电路20与串联电池300一一对应地连接，均压电路20包括储能元件，储能元件用于储存来自输出电压的电能、利用电能给所对应的电池300充电并利用所述储能元件自身的稳压特性对电池300进行均压。

通过采用上述技术方案，由于均压电路是利用均压电路自身包括的储能元件来存储电能，利用储能元件存储的电能对电池进行充电，并利用储能元件自身的稳压特性对电池进行均压，也即根据本公开的均压电路既实现了充电功能又实现了电压自均衡功能，这使得根据本公开实施例的电池充电电路不需要增加额外的监测电路来监测每个电池的电压、也不需要增加额外的电压均衡电路来对电池的电压进行均衡，从而降低了充电架构的复杂性并提高了电池的安全可靠性。

图2是根据一示例性实施例示出的一种电池充电电路的示意电路图。如图2所示，调压电路10包括变压器T、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第一开关S₁、第二开关S₂和谐振电容C_p，其中：

变压器T的初级线圈L_p的第一端连接输入电源200的正极端，初级线圈L_p的第二端连接第二二极管D₂的正极、第一二极管D₁的负极、第一开关S₁的第一端以及第二开关S₂的第一端，第二开关S₂的第二端连接第二二极管D₂的负极，第一开关S₁的第二端连接第一二极管D₁的正极，谐振电容C_p一端连接第二二极管D₂的负极、另一端连接输入电源200的负极，变压器T的次级线圈包括两组绕组L_s1和L_s2，两组绕组L_s1和L_s2相互串联且两组绕组L_s1和L_s2的线圈匝数相同。

其中，第一开关S₁和第二开关S₂为功率开关。而且，在第一开关S₁的导通区间与第二开关S₂的导通区间之间存在着死区区间，也即，存在着第一开关S₁和第二开关S₂均不导通的时段。调压电路10的输出电压由死区区间的时长和第一开关S₁的导通时长确定，也即，通过调整死区区间的时长、第一开关S₁的导通时长，能够使得调压电路10的输出电压发生改变。

继续参考图2。图2中示意性地示出了4个均压电路20，分别用于对4个串联的电池进行均压。每个均压电路20的结构是相同的，均包括第一储能元件C1、第二储能元件C2、充电电容C和整流桥。第一储能元件C1和第二储能元件C2可以为电容器。图2中，整流桥为二极管整流桥的形式，包括4个二极管D11至D14，但是，本领域技术人员应当理解的是，二极管整流桥仅是示例，其它形式的整流桥也是可行的。

参考图2，若某一均压电路20(例如从上往下数第2个均压电路)直接与调压电路10的输出端(也即次级线圈L_s1和L_s2)连接，则该均压电路20的第一储能元件C1一端连接整流桥的第一输入端(也即二极管D11与D12的连接点处)、另一端连接调压电路10的第一输出端(也即次级线圈L_s1的、与初级线圈L_p的同名端处)，该均压电路20的第二储能元件C2一端连接整流桥的第二输入端(也即二极管D13与D14的连接点处)、另一端连接调压电路10的第二输出端(也即次级线圈L_s2的、与初级线圈L_p的异名端处)，该均压电路20的充电电容C一端连接整流桥的第一输出端(也即二极管D12与D13的连接点处)、另一端连接调压电路10的第一输出端与调压电路10的第二输出端的中间电位位置(也即次级线圈L_s1与L_s2的连接点处)，而且充电电容C与相对应的电池(也即电池300₂)并联。

参考图2，若某一均压电路20(例如从上往下数第1个均压电路)不直接与调压电路10的输出端连接，则该均压电路20的第一储能元件C1一端连接整流桥的第一输入端(也即二极管D11与D12的连接点处)、另一端连接相邻均压电路20(也即从上往下数第2个均压电压)的第一输入端，该均压电路20的第二储能元件C2一端连接整流桥的第二输入端(也即二极管D13与D14的连接点处)、另一端连接相邻均压电路20(也即从上往下数第2个均压电压)的第二输入端，该均压电路20的充电电容C一端连接整流桥的第一输出端(也即二极管D12与D13的连接点处)、另一端连接相邻均压电路20(也即从上往下数第2个均压电压)的第一输出端，而且该均压电路20的充电电容C与相对应的电池(也即电池300₁)并联。

需要说明的是，均压电路20的个数可以根据串联电池的个数进行调整，以适配不同串联数的电池组。例如，如果串联电池的数量为4个，则可以采用图2所示的电路图。而如果串联电池的数量为3个，则可以采用如图3所示的电路图；如果串联电池的数量为2个，则可以采用如图4所示的电路图。

由于不同串联电池个数的充电拓扑，其工作原理是相似的，所以接下来以四串电池组充电拓扑为例，结合图5所示的开关时序，来描述根据本公开实施例的电池充电电路的工作原理。其中，图5中，S1时序是图2中的第一开关S₁的通断时序，S2时序是图2中的第二开关S₂的通断时序，i_L是变压器T的初级线圈L_p中的电流的时序，T表示一个开关周期，图中，高电平表示开关导通，低电平表示开关关断。而且，在以下的描述中，均假设次级线圈L_s1和L_s2两端的电压均为u。

图6是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₀-t₁时段下的电流流向示意图，其中有电流流通的通路用粗黑线表示。如图6所示，在t₀-t₁时段下，第一开关S₁导通，初级线圈L_p上的电位是一个比较高的电位，所以能够传递电能到次级线圈以给均压电路20中的电容器充电，此种情况下，次级线圈的同名端是正电位，所以均压电路中的第二储能元件C2被充电，而均压电路中的第一储能元件C1在上一个周期中已经充满电了，也即被充到电压u，所以这时，第一储能元件C1上的电压与次级线圈L_s1上的电压加起来(也即总共是2u的电压)共同给充电电容C充电。

图7是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₁-t₂时段下的电流流向示意图，其中有电流流通的通路用粗黑线表示。在该时段下，第一开关S₁和第二开关S₂均是关断的，所以初级线圈L_p中的电流通过第二二极管D₂进行续流，初级线圈L_p和谐振电容C_p形成了谐振电路。由于在该时段下，初级线圈L_p上的电位仍然比较高，所以均压电路的电流流向与图6相同，也即，仍然是对第二储能元件C2进行充电，并利用第一储能元件C1上的电压与次级线圈L_s1上的电压(也即总共是2u的电压)共同给充电电容C充电。

图8是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₂-t₃时段下的电流流向示意图，其中有电流流通的通路用粗黑线表示。在该时段下，由于谐振的原因，初级线圈L_p上的电位逐渐下降，不足以支撑给均压电路中的电容进行充电，此时，有可能出现第一储能元件C1上的电压与次级线圈L_s1上的电压共同给充电电容C充电的情况，也有可能出现第二储能元件C2上的电压与次级线圈L_s2上的电压共同给充电电容C充电的情况，所以均压电路中的每一个二极管均有可能是导通的状态。

图9是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₃-t₄时段下的电流流向示意图，其中有电流流通的通路用粗黑线表示。在该时段下，第二开关S₂导通，初级线圈L_p上的电位由于谐振的原因会颠倒极性，也即同名端由原来的正电位变成了负电位，这使得均压电路中的第一储能元件C1开始被充电，而第二储能元件C2上的电压联合次级线圈L_s2上的电压(也即总共是2u的电压)共同给充电电容C充电。

图10是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₄-t₅时段下的电流流向示意图，其中有电流流通的通路用粗黑线表示。在该时段下，第二开关S₂关断，但是由于先前时段中的谐振，所以在该时段下，初级线圈L_p的同名端电位仍然是负电位，初级线圈通过第一二极管D₁续流，均压电路的工作状态同前一时段，也即，第一储能元件C1被充电，第二储能元件C2上的电压联合次级线圈L_s2上的电压共同给充电电容C充电。

图11是根据一示例性实施例示出的电池充电电路在图5中的t₅-t₆时段下的电流流向示意图，其中有电流流通的通路用粗黑线表示。在该时段下，第一开关S₁导通，初级线圈L_p上的电位慢慢回落，使得不能继续给均压电路中的电容充电，这种情况下，有可能出现第一储能元件C1上的电压与次级线圈L_s1上的电压共同给充电电容C充电的情况，也有可能出现第二储能元件C2上的电压与次级线圈L_s2上的电压共同给充电电容C充电的情况，所以均压电路中的每一个二极管均有可能是导通的状态。

从前面对各个时段下的工作过程分析可以看出，充电电容C要么由第一储能元件C1上的电压联合次级线圈L_s1上的电压共同充电，要么由第二储能元件C2上的电压联合次级线圈L_s2上的电压共同充电，而联合起来的电压均为2u，因此实现了每个串联电池的均衡充电。而且，由于该充电电路不存在如现有技术那样的电池电压限制、输入电流限制等，因此，其还可以提高电池充电效率、减小输入端耐流等级、提高充电功率。

图12是根据一示例性实施例示出的一种电池充电方法的流程图。参照图12，该方法包括以下步骤：

在步骤S121中，由调压电路接收来自输入电源的输入电压，将输入电压调整为适于给串联电池充电的输出电压；

在步骤S122中，由与串联电池一一对应地连接的多个均压电路中的储能元件储存来自输出电压的电能、利用电能给所对应的电池充电并利用储能元件自身的稳压特性对电池进行均压。

通过采用上述技术方案，由于均压电路是利用均压电路自身包括的储能元件来存储电能，利用储能元件存储的电能对电池进行充电，并利用储能元件自身的稳压特性对电池进行均压，也即根据本公开的均压电路既实现了充电功能又实现了电压自均衡功能，这使得根据本公开实施例的电池充电电路不需要增加额外的监测电路来监测每个电池的电压、也不需要增加额外的电压均衡电路来对电池的电压进行均衡，从而降低了充电架构的复杂性并提高了电池的安全可靠性。

关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关该电路的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电池充电电路，其特征在于，包括：

调压电路，用于接收来自输入电源的输入电压，将所述输入电压调整为适于给串联电池充电的输出电压；

多个均压电路，其中所述多个均压电路与所述串联电池一一对应地连接，所述均压电路包括储能元件，所述储能元件用于储存来自所述输出电压的电能、利用所述电能给所对应的电池充电并利用所述储能元件自身的稳压特性对所述电池进行均压。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调压电路包括变压器、第一二极管、第二二极管、第一开关、第二开关和谐振电容，其中：

所述变压器的初级线圈的第一端连接所述输入电源的正极端，所述初级线圈的第二端连接所述第二二极管正极、所述第一二极管的负极、所述第一开关的第一端以及所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述第二二极管的负极，所述第一开关的第二端连接所述第一二极管的正极，所述谐振电容一端连接所述第二二极管的负极、另一端连接所述输入电源的负极，所述变压器的次级线圈包括两组绕组，所述两组绕组相互串联且所述两组绕组的线圈匝数相同。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为功率开关。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，在所述第一开关的导通区间与所述第二开关的导通区间之间存在着死区区间。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述调压电路的所述输出电压由所述死区区间的时长和所述第一开关的导通时长确定。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述均压电路包括第一储能元件、第二储能元件、充电电容和整流桥，其中：

若所述均压电路直接与所述调压电路的输出端连接，则所述均压电路的第一储能元件一端连接所述整流桥的第一输入端、另一端连接所述调压电路的第一输出端，该均压电路的第二储能元件一端连接所述整流桥的第二输入端、另一端连接所述调压电路的第二输出端，该均压电路的充电电容一端连接所述整流桥的第一输出端、另一端连接所述调压电路的第一输出端与所述调压电路的第二输出端的中间电位位置，而且所述充电电容与相对应的电池并联。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述均压电路包括第一储能元件、第二储能元件、充电电容和整流桥，其中：

若所述均压电路不直接与所述调压电路的输出端连接，则所述均压电路的第一储能元件一端连接所述整流桥的第一输入端、另一端连接相邻均压电路的第一输入端，该均压电路的第二储能元件一端连接所述整流桥的第二输入端、另一端连接相邻均压电路的第二输入端，该均压电路的充电电容一端连接所述整流桥的第一输出端、另一端连接相邻均压电路的第一输出端，而且该均压电路的充电电容与相对应的电池并联。

8.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于，所述整流桥为二极管整流桥。

9.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于，所述第一储能元件和所述第二储能元件为电容器。

10.一种电池充电方法，其特征在于，包括：

由调压电路接收来自输入电源的输入电压，将所述输入电压调整为适于给串联电池充电的输出电压；

由与所述串联电池一一对应地连接的多个均压电路中的储能元件储存来自所述输出电压的电能、利用所述电能给所对应的电池充电并利用所述储能元件自身的稳压特性对所述电池进行均压。