实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述锂离子电池均衡充电技术管理检测难、成本高的缺陷,提供一种均衡式充电器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种均衡式充电器,包括:电池组、充电管理电路和充电控制电路;
所述电池组包括至少两个串联连接的电池;
所述充电管理电路与所述充电控制电路连接;所述电池组与所述充电控制电路连接;
所述充电管理电路用于实现所述电池的恒压恒流充电;
所述充电控制电路用于检测所述电池组中电池的电压,并基于检测结果对各电池进行交替充电,直到每个电池均充满电。
优选的,所述电池组包括:串联连接的第一电池和第二电池;
所述充电控制电路包括:第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路和所述检测比较电路;
所述充电管理电路与所述检测比较电路连接;所述第一开关电路分别与所述检测比较电路和所述第一电池连接;所述第二开关电路分别与所述检测比较电路和所述第一电池连接;所述第三开关电路分别与所述检测比较电路和所述第二电池连接;所述第四开关电路分别与所述检测比较电路和第二电池连接;
所述检测比较电路分别与所述第一电池和第二电池连接;
所述检测比较电路用于检测并比较所述第一电池和第二电池的电压,并选择导通所述第一开关电路和第二开关电路以给所述第一电池充电或选择导通所述第三开关电路和第四开关电路以给所述第二电池充电。
优选的,所述充电管理电路包括:充电芯片;
所述充电芯片的型号为CX4056;
充电芯片的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接;充电芯片的第五引脚与所述开关电路连接。
优选的,所述检测比较电路包括:运算放大器、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、电阻R5、电容C3、电容C4、三极管Q1和三极管Q2;
运算放大器的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接,电容C4的另一端经电阻R4与运算放大器的反相输入端连接;运算放大器的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接;运算放大器的输出端与三极管Q1的基极连接,运算放大器的输出端与三极管Q2的基极连接;三极管Q1的集电极与第四开关电路连接;
三极管Q2的发射极与运算放大器的正电源端连接;三极管Q2的基极与运算放大器的正电源端连接;三极管Q2的集电极接地;采样电阻R6的一端与分别运算放大器的正电源端连接及第二电池的正极连接,采样电阻R6的另一端经采样电阻R7接地;
运算放大器的反相输入端分别与采样电阻R6和采样电阻R7连接。
优选的,所述第一开关电路包括:场效应管Q6;
所述第二开关电路包括:场效应管Q5;
所述第三开关电路包括:场效应管Q3和场效应管Q9;
所述第四开关电路包括:场效应管Q4;
场效应管Q6的漏极与外部充电电源连接,场效应管Q5的漏极与外部充电电源连接;
场效应管Q4的源极接地;场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接,场效应管Q5的栅极接地,并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接;场效应管Q5的栅极与场效应管Q6的源极连接;场效应管Q5的源极与第二电池的负极连接;
场效应管Q3的源极分别与场效应管Q7的源极及场效应管Q9的源极连接;场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接;场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器的正电源端连接;场效应管Q4的栅极与场效应管Q3的栅极连接;场效应管Q6的源极与第二电池的正极连接;
场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接,场效应管Q9的漏极与第一电池的正极连接;场效应管Q9的栅极接地。
优选的,所述充电管理电路还包括:三极管Q18、稳压二极管DZ1和场效应管Q17;
其中,三极管Q18的基极经电阻R41与稳压二极管DZ1的阴极连接,三极管Q18的集电极与场效应管Q17的栅极连接,并经电阻R42接地;三极管Q18的发射极与场效应管Q17的源极连接;场效应管Q17的漏极经电容C1接地;充电芯片的第四引脚和第八引脚与场效应管Q17的漏极连接,以及与发光二极管D3的阳极连接;发光二极管D3的阴极通过电阻R2与充电芯片的第七引脚连接;场效应管Q17的漏极与发光二极管D2的阳极连接,发光二极管D2的阴极通过电阻R1与充电芯片的第六引脚连接;场效应管Q17的源极与外部充电电源连接。
实施本实用新型的均衡式充电器,具有以下有益效果:对电池进行交替充电和检测,可节约成本,减少检测难度。且由于对电池进行交替充电,充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可,提高了电压的可适应性。此外,采用本实用新型实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便,不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。
具体实施方式
本实用新型实施例通过提供一种均衡式充电器,解决现有技术中锂离子电池均衡充电技术管理检测难、成本高的缺陷,实现了仅需要一个充电管理电路、一个检测比较电路和一个放电保护电路,即可实现对多节锂离子电池的充放电,节约成本、减少检测难度、提高电压的可适应性、使得电池配对方便等技术效果。
本实用新型实施例解决上述技术问题的总体思路如下:采用一充电控制电路20检测每一电池的电压,并基于检测结果对各电池进行交替充电,直到每个电池均充满电。
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
参见图2,为本实用新型实施例的均衡式充电器的结构示意图。本实用新型实施例的均衡式充电器包括:电池组30、充电管理电路10和充电控制电路20。电池组30包括至少两个串联连接的电池。
充电管理电路10与充电控制电路20连接;电池组30与充电控制电路20连接;
充电管理电路10用于实现电池的恒压恒流充电;
充电控制电路20用于检测电池组30中电池的电压,并基于检测结果对各电池进行交替充电,直到每个电池均充满电。
具体的,充电控制电路20包括分别与充电管理电路10和电池组30连接的检测比较电路25和多个分别与每一电池连接的开关电路(图中未标号)。
具体的,本实用新型实施例中,充电控制电路20中的检测比较电路用于按照以下任一方式进行电池的交替充电:
方式1:将检测到的电池电压进行两两比较,并根据比较结果,选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值,若两者的电压相等时,则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值,直到每一个电池均充满电。
方式2:检测比较电路用于将检测到的电压进行比较,并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序(例如,排序结果为电池B2、电池B3、电池B1……),并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池(例如,为电池B2)依次开始充电,使得每一电池与电压最高的电池(例如,为电池B3)的电压差值均为预设差值,然后将各电池的电压进行两两比较,并根据比较结果,选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值,若两者的电压相等时,则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值,直到每一个电池均充满电。
根据本实用新型实施例,优选的,若电池的个数为两个,则检测比较电路的交替充电方式可简化如下:
方式1:将检测到的两电池电压进行比较,并根据比较结果,选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值,若两者的电压相等时,则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值,直到每一个电池均充满电。
方式2:将检测到的电压进行比较,并选择电压较低的电池的开关电路以给电压低的电池充电,使得该电池的电压与另一电池的电压差值均为预设差值;然后,按照方式(1),将两电池的电压进行比较,并根据比较结果,选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值,若两者的电压相等时,则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值,直到每一个电池均充满电。
应理解,上述的交替充电方式仅为示意性的,此外,还可采用其他的方式进行交替充电,例如,顺序交替充电(B1、B2、B3……依次循环交替充电)、间隔交替充电(B1、B3、B2、B4……间隔循环交替充电)等交替充电方式均在本实用新型实施例的交替充电的涵盖范围内。
以下将结合图3和图4,以两节锂离子电池串联为例对本实用新型实施例的均衡式充电器进行详细说明。
参见图3,本实用新型实施例的电池组30包括:串联连接的第一电池31和第二电池32。充电控制电路20包括:第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23、第四开关电路24和检测比较电路25。
其中,充电管理电路10与检测比较电路25连接;第一开关电路21分别与检测比较电路25和第一电池31连接;第二开关电路22分别与检测比较电路25和第一电池31连接;第三开关电路23分别与检测比较电路25和第二电池32连接;第四开关电路24分别与检测比较电路25和第二电池32连接。
检测比较电路25与第一电池31连接,并与第一电池31和第二电池32之间的连接节点连接。
当给第一电池31和第二电池32充电时,检测比较电路25检测并比较第一电池31和第二电池32的电压,并按照上述的充电方式选择导通相应的开关电路(第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24),以给第一电池31和第二电池32交替充电。当第一开关电路21和第二开关电路22导通时,给第一电池31充电。第三开关电路23和第四开关电路24导通时,给第二电池32充电。
具体的,在该实施例中,可将预设充电阈值和预设差值均设为0.1V。例如,充电开始时,第一电池31的电压为2V,第二电池32的电压为2.2V,则若按照上述的方式1进行交替充电,则先为第一电池31充电0.1V后,第一电池31的电压依然小于第二电池32的电压,则再为其充电0.1V;此时,第一电池31的电压和第二电池32的电压相等,则选择其中一电池(例如,第一电池31)为其充电0.1V,此后,则为另一电池(例如,第二电池32)充电0.1V,由此交替,直到两个电池均充满电(例如,4.2V)。若按照上述方式2进行交替充电,则先为第一电池31充电0.3V(此时,第一电池31和第二电池32的电压差值为0.1V),此后,为第二电池32充电0.1V,之后为第一电池31充电0.1V,由此交替,直到两个电池均充满电。
本实用新型实施例的均衡式充电器,仅需要一个充电管理电路和一个检测比较电路即可实现对多节锂离子电池的充电,节省成本,且检测简单方便。另一方面,由于同时只对一个电池进行充电,充电电源的电压不必为多节锂离子电池的总电压,例如,采用5V的充电电源即可为两节4.2V的锂离子电池充电,充电电源的可适应性强。此外,采用本实用新型实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便,不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。
参见图4为图3所示的均衡式充电器的电路图。其中,充电管理电路10包括:充电芯片IC1、三极管Q18、场效应管Q17、稳压二极管DZ1。充电芯片IC1的型号为CX4056。
检测比较电路25包括:运算放大器IC2、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、电阻R5、电容C3、电容C4、三极管Q1、三极管Q2;
第一开关电路21包括:场效应管Q6;
第二开关电路22包括:场效应管Q5;
第三开关电路23包括:场效应管Q3、场效应管Q9;
第四开关电路24包括:场效应管Q4。
具体的,充电芯片IC1的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接。三极管Q18的基极经电阻R41与稳压二极管DZ1的阴极连接,三极管Q18的集电极与场效应管Q17的栅极连接,并经电阻R42接地。三极管Q18的发射极与场效应管Q17的源极连接。场效应管Q17的漏极经电容C1接地。充电芯片IC1的第四引脚和第八引脚与场效应管Q17的漏极连接,以及与发光二极管D3的阳极连接。发光二极管D3的阴极通过电阻R2与充电芯片IC1的第七引脚连接。场效应管Q17的漏极与发光二极管D2的阳极连接,发光二极管D2的阴极通过电阻R1与充电芯片IC1的第六引脚连接。充电芯片IC1的第五引脚与场效应管Q6的漏极连接。场效应管Q17的源极与外部充电电源连接。发光二极管D2和D3分别用于进行充电完成指示和充电状态指示。稳压二极管DZ1用于稳压。
运算放大器IC2的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接,C4的另一端经电阻R4与运算放大器IC2的反相输入端连接。运算放大器IC2的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接。运算放大器IC2的输出端经电阻R11与三极管Q1的基极连接,运算放大器IC2的输出端经电阻R10与三极管Q2的基极连接,运算放大器IC2的输出端经电阻R9与电池BT2(即第二电池32)的负极及场效应管Q9的源极连接。三极管Q1的集电极与场效应管Q4的栅极连接。场效应管Q4的源极接地。
场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接,场效应管Q5的栅极经电阻R18接地,并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接。场效应管Q5的栅极经电阻R19与场效应管Q6的源极连接。场效应管Q5的源极与电池BT2(即第二电池32)的负极连接。
场效应管Q5的漏极经电容C2与充电芯片IC1的第五引脚连接。
场效应管Q3的源极与场效应管Q9的源极连接。场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接。场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器IC2的正电源端连接。
三极管Q2的发射极与运算放大器IC2的正电源端连接。三极管Q2的基极分别经电阻R15接地,经电阻R14与运算放大器IC2的正电源端连接。
电阻R6的一端与运算放大器IC2的正电源端连接,另一端经电阻R7接地。
运算放大器IC2的反相输入端经电阻R4与电阻R6和电阻R7之间的节点连接。
三极管Q1的基极经电阻R12与充电芯片IC1的第五引脚连接,以及经电阻R13接地。
场效应管Q4的栅极经电阻R17接地,并与场效应管Q3的栅极连接。
场效应管Q6的源极与电池BT2的正极连接。
场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接,场效应管Q9的漏极与电池BT1(即第一电池31)的正极连接。电池BT1的负极接地。场效应管Q9的栅极经电阻R22接地。
本实用新型实施例的均衡式充电器的工作原理为:CN1和CN2与外部充电电源连接,为充电芯片IC1提供充电电压。运算放大器IC2的同相输入端和反相输出端分别通过电阻R8和电阻R6、电阻R7采集A点和电池BT2的电压,并将二者进行比较,若A点电压高于电池BT2的电压(即电池BT2的电压低于电池BT1的电压),则运算放大器IC2的输出端输出低电平,三极管Q2导通,由此,使得场效应管Q6导通和场效应管Q5导通;经场效应管Q6-电池BT2-场效应管Q5组成的回路,通过充电芯片IC1的第五引脚给电压较低的电池BT2充电。若A点电压低于电池BT2的电压(即电池BT2的电压高于电池BT1的电压),则运算放大器IC2的输出端输出高电平,三极管Q2截止,由此,使得场效应管Q6导通和场效应管Q5截止,电池BT2的充电停止;三极管Q1导通,场效应管Q3导通,场效应管Q4导通,场效应管Q4导通,经场效应管Q3、Q9、BT1和场效应管Q4组成的回路,通过充电芯片IC1的第五引脚给电压较低的电池BT1充电。由此,通过控制运算放大器IC2的输出端的为电压,即可实现两电池的交替充电,直到两个电池均充满电。充电过程中,通过由电阻R5和电容C3组成的滞环,实现两电池的电压差值为预设差值(例如,0.1V)的交替充电,直到两电池均充满电。
在本实用新型的实施例中,CN1和CN2与外部充电电源连接。优选的,若单节锂离子电池的电压为4.2V,则采用普通5V的充电电源可满足多节锂离子电池的充电,例如,采用USB接口即可通过电脑等进行充电,简单方便,提升用户体验。
应理解,图4所示的电路图仅为本实用新型一较佳实施例的电路图,在该电路的实现原理的基础上,还可设计出多种不同的电路以实现本实用新型实施例的均衡式充电。此外,还可通过单片机等实现本实用新型实施例的均衡式充电器。
本实用新型实施例的均衡式充电器仅需要一个充电管理电路和一个检测比较电路,即可实现对多节锂离子电池的充电,而不需要为每一个电池均配置BMS,也不需要为每一个电池配置一个检测电路,由此,不仅可以节约成本,还可减少检测难度。且由于对电池进行交替充电,充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可,提高了电压的可适应性。此外,采用本实用新型实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便,不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述,但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下,在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本实用新型的保护之内。