CN206364542U - 一种充电组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种充电组件，包括，均衡电路，耦接电池组，采样电池组中各个电池电压或/和待均衡电池之间的压差，并分别与相应的阈值进行比较；当其中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压或/和待均衡电池之间的压差达到相应压差阈值时，则开启均衡电流对达到相应阈值电压的电池放电或者对达到压差阈值中的高电压电池放电，所述均衡电路的输出端耦接充电开关的控制端；充电开关，其控制端耦接所述均衡电路，在均衡电流放电过程中，通过控制充电开关的交替导通与截止以降低充电的平均电流或者增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，以降低充电电流。本实用新型目的在于使电池组内的电池达到均衡，避免电池组内的电池存在过充等问题。

Description

一种充电组件

技术领域

本实用新型涉及电池充电技术领域，特别涉及一种充电组件。

背景技术

电池组一般由几节电池串联组成。为了延长电池寿命，对电池在充放电过程中进行均衡，所以电池充电组件中包含电池均衡电路和电池均衡开关。为了对电池在充放电过程中进行保护，充电组件中分别有充电开关M1和放电开关M2。如图1所示的电池组由两节电池串联而成，电池均衡电路U1采样电池1和电池2上的电压，当电池1的电压比电池2的电压高一定值，则电池均衡电路产生控制信号G1使开关K1导通，减小对电池1的充电电流，电池均衡电路产生控制信号G2使开关K2关断，对电池2的充电电流保持不变；当电池2的电压比电池1的电压高一定值，则电池均衡电路产生控制信号G1使开关K1关断，对电池1的充电电流保持不变，电池均衡电路产生控制信号G2使开关K2导通，减小对电池2的充电电流；当电池1和电池2的电压差值在一定值内，则电池均衡电路产生控制信号G1和G2使开关K1和K2都关断，对电池1和电池2的充电电流都保持不变。

在正常充放电过程中，充电开关M1和放电开关M2都导通。当电池均衡电路检测到充电过程有异常，如电池过压，充电电流过流，则控制充电开关M1关断。

由于电池之间的内阻存在差异，初始电压存在差异，在充放电过程中，采用上述方式仍旧在某些情况下无法达到均衡。比如在充电过程中，在充电电流比较大时，由于电池本身之间的差异，电池2的电压高于电池1的电压，则电池均衡电路控制开关K2导通。即使电池1的充电电流大于电池2的充电电流，电池2的电压仍旧高于电池1的电压。当电池2先充满后，则为了防止电池2过充，电池均衡电路控制充电开关M1关断。此时，不能保证电池1的电压已经达到电池1电池2均衡的电压，因此无法保证达到均衡状态。

实用新型内容

本实用新型提供一种充电组件，目的在于使电池组内的若干电池达到均衡，避免电池组内的电池存在过充的问题。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种充电组件，包括：

均衡电路，耦接电池组，采样电池组中各个电池电压或/和待均衡的电池之间的压差，并分别与相应的阈值进行比较；当其中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压或/和待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值时，则开启均衡电流对达到相应阈值电压的电池放电或者对达到压差阈值中的高电压电池放电，所述均衡电路的输出端耦接充电开关的控制端；

充电开关，其控制端耦接所述均衡电路，在均衡电流放电过程中，通过控制充电开关的交替导通与截止以降低充电的平均电流或者增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，以降低充电电流。

作为一种实施方式，所述的均衡电路包括逻辑电路和比较器，所述比较器与所述采样电池组中各个电池电压或/和待均衡的电池之间的压差所得到的采样信号一一对应设置，所述比较器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述采样信号，其第二输入端接收与所述采样信号相对应且用于表征所述阈值电压或压差阈值的参考信号，多个比较器的输出端均耦接所述逻辑电路，所述逻辑电路的输出端耦接充电开关的控制端。

作为一种实施方式，所述的均衡电路包括上拉电路或下拉电路、运算放大器和二极管，所述运算放大器和二极管均与所述采样电池组中各个电池电压或/和待均衡的电池之间的压差所得到的采样信号一一对应设置，所述运算放大器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述采样信号，其第二输入端接收与所述采样信号相对应且用于表征所述阈值电压或压差阈值的参考信号，所述运算放大器的输出端耦接相应二极管的一端，二极管的另一端均耦接所述上拉电路或下拉电路，所述上拉电路或下拉电路与二极管的公共端耦接充电开关的控制端。

作为一种实施方式，所述待均衡的电池之间的压差为各个电池分别与电压最低的电池进行比较的压差。

作为一种实施方式，所述的采样信号为由相应电池电压或压差所控制并用于表征相应电池电压或压差的压控电压源。

作为一种实施方式，所述运算放大器判断其中至少一个电池电压是否达到其相应的阈值电压或/和待均衡的电池之间的压差是否达到相应压差阈值，若判断达到上述阈值电压条件或/和压差条件，则相应的二极管导通，从而改变充电开关的控制端的电压，使其工作在线性模式，以降低充电电流。

附图说明

图1为现有技术的充电电路的电路图；

图2为本实用新型充电组件实施例三的结构图；

图3为本实用新型充电组件实施例四的结构图；

图4为本实用新型充电组件实施例五的结构图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

本实用新型之实施例中，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，则不存在中间元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。一种电池组充电控制方法，包括如下步骤：

S100：电池组充电过程中，电池组中各个电池电压或/和待均衡之间的压差分别与相应的阈值电压进行比较，当其中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压或/和待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值，则开启均衡电流对达到相应阈值电压的电池放电或者对达到压差阈值中的高电压电池放电；

S101：在均衡电流放电过程中，通过控制充电开关的交替导通与截止以降低充电的平均电流或者增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，以降低充电电流，直到将电池电压降低至低于其相应的阈值电压或/和待均衡的电池之间的压差降低至相应压差阈值之内。

电池组充电过程中，检测电池组的电量状态，当电池组没有充满时，电池组的电压低，则采用恒流充电模式；当电池组快充满时，电池组电压高，则采用恒压充电模式。电池组没有充满和电池组快充满通过电池组电压、充电开关和放电开关上压降的总电压是否达到预设值来判断；若总电压低于预设值时，则判断电池组没有充满；若总电压达到预设值时，则判断电池组快充满。

其中，阈值电压和压差阈值可为定值或针对不同电池的不同值。上述的方法的充电开关控制和均衡电流释放同时进行，即还没达到均衡电流最大值时就可以进行充电开关控制。

开启均衡电流的条件有三个：一是电池组中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压；二是待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值；三是条件一和二同时满足，上述三个条件满足任意一个即可。均衡电流放电过程的方式有两种：一是通过控制充电开关的交替导通与截止；二是增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，上述两种方式均可实现电池组内的若干电池达到均衡。

根据不同条件，选择两种方式中任意一种方式并获得与条件相应的结果即可实现电池均衡。当电池组中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压时，将电池电压降低至低于其相应的阈值电压即可实现电池平衡；当待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值时，将待均衡的电池之间的压差降低至相应压差阈值之内即可实现电池平衡；当同时满足电池组中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压和待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值时，则必须同时将电池电压降低至低于其相应的阈值电压和待均衡的电池之间的压差降低至相应压差阈值之内才可实现平衡。

虽然开启均衡电流的条件不同，但其解决问题的技术方案和原理大致相同，以下若干实施例对本实用新型电池组充电控制方法进一步阐述时，则均以电池电压及其相应的阈值电压进行描述。

需要注明的是：所述均衡电流与通过放电开关的放电电流是不同的，对于放电开关的作用是在电池组对外供电时进行放电控制的开关，因此放电开关的放电电流与本实用新型之技术问题的解决没有直接关联，放电开关在充电过程中为完全导通状态，故在此予以说明。

实施例一

一种电池组充电控制方法，包括如下步骤：

S200：电池组充电过程中，电池组中各个电池电压分别与相应的阈值电压进行比较，当其中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压，则开启均衡电流对达到相应阈值电压的电池放电；

S201：在产生均衡电流之后，继续判断其中至少一个电池电压是否达到其相应的阈值电压，当在均衡电流达到其最大电流时，仍达到上述的阈值电压条件，则通过控制充电开关的交替导通与截止以降低充电的平均电流，直到将电池电压降低至低于其相应的阈值电压。

在本实施中，当阈值电压条件(但是也可以是满足压差阈值条件或同时满足两个条件，下文均若出现相同描述，均表示满足阈值电压条件、压差阈值条件中的任意一个以及同时满足上述两个条件)满足时，则开启均衡电流进行放电，但是此时并没有控制充电开关，只有当均衡电流达到最大电流且电池电压在均衡电流达到最大电流还满足阈值电压条件(即电池组中至少一个电池电压是否达到其相应的阈值电压)，才控制充电开关的交替导通与截止使电池均衡。

实施例二

一种电池组充电控制方法，包括如下步骤：

S300：电池组充电过程中，电池组中各个电池电压分别与相应的阈值电压进行比较，当其中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压，则开启均衡电流对达到相应阈值电压的电池放电；

S301：在均衡电流放电过程中，通过增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，以降低充电电流，直到将电池电压降低至低于其相应的阈值电压。

电池组充电过程中，实时检测电池组的电量状态，当电池组没有充满时，则采用恒流充电模式。当在均衡电流达到其最大电流时，仍达到上述的阈值电压条件，则调节充电开关的控制端电压，使其工作在饱和区。当电池组电压(电池组内每节电池的电压总和)、充电开关和放电开关上压降的总电压升高到预设值后，则退出恒流充电模式，进入恒压充电模式，使得电池电压降低至低于其相应的阈值电压。

一种充电组件，包括均衡电路和充电开关。

均衡电路耦接电池组，采样电池组中各个电池电压或/和待均衡的电池之间的压差，并分别与相应的阈值进行比较(当采样的是电池电压，则将电池电压与其相应的电压阈值进行比较；当采样的是待均衡的电池之间的压差信号，则将压差信号与其相应的压差阈值进行比较；当采样的电池电压和压差信号，则同时分别对其相应的阈值进行比较)；当其中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压或/和待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值时，则开启均衡电流对达到相应阈值电压的电池放电或者对达到压差阈值中的高电压电池放电，所述均衡电路的输出端耦接充电开关的控制端；

充电开关，其控制端耦接均衡电路，在均衡电流放电过程中，通过控制充电开关的交替导通与截止以降低充电的平均电流或者增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，以降低充电电流。

采样信号为由相应电池电压或压差所控制并用于表征相应电池电压或/和压差的压控电压源的电压信号，在以下实施例中的采样信号均以电池电压进行阐述。

控制充电开关的条件有三个：一是电池组中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压；二是待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值；三是条件一和二同时满足，上述三个条件满足任意一个即可。充电开关的工作方式有两种：一是通过均衡电路控制充电开关的交替导通与截止；二是通过均衡电路增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，上述两种方式均可实现电池组内的若干电池达到均衡。

根据不同条件，选择两种方式中任意一种方式并获得与条件相应的结果即可实现电池均衡。当电池组中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压时，将电池电压降低至低于其相应的阈值电压即可实现电池平衡；当待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值时，将待均衡的电池之间的压差降低至相应压差阈值之内即可实现电池平衡；当同时满足电池组中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压和待均衡的电池之间的压差达到相应压差阈值时，则必须同时将电池电压降低至低于其相应的阈值电压和待均衡的电池之间的压差降低至相应压差阈值之内才可实现平衡。

虽然开启控制充电开关的条件不同，但其解决问题的技术方案和原理大致相同，以下若干实施例对本实用新型电池组充电控制方法进一步阐述时，则均以电池电压及其相应的阈值电压进行描述；充电开关以NMOS为例。

实施三

如图2所示，均衡电路包括逻辑电路和比较器，比较器的数量与采样信号数量一一对应设置。比较器包括第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收采样信号，第二输入端接收与采样信号相对应的参考信号，多个比较器的输出端均耦接逻辑电路，逻辑电路的输出端耦接充电开关的控制端。

每个压控电压源上的电压由相应的电池所决定，即压控电压源U11上的电压为K*V1，其中V1为电池1上的电压，压控电压源U1N上的电压为K*VN，其中VN为电池N上的电压。压控电压源的输出连接到相应的比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端连接参考信号VREF1，各个比较器的输出连接到逻辑电路U20，逻辑电路U20控制充电开关M1的栅极电压。若充电开关M1是PMOS，则逻辑电路U20的输出与本实施例相反。压控电压源连接到比较器的负输入端，参考信号连接到比较器的正输入端为例，当所有比较器的输出都为高，则逻辑电路U20的输出G4为高电平(如果充电开关M1是PMOS，则G4为低)，充电开关M1导通；当有一个比较器的输出为低，则逻辑电路U20的输出G4为低电平(如果充电开关M1是PMOS，则G4为高)，逻辑电路U20控制充电开关M1维持关断1秒。1秒后，逻辑电路U20的输出G4为高，充电开关M1导通。导通一定时间后，当某一个比较器的输出为低，则逻辑电路U20的输出G4为低，并维持1秒，如此循环。

实施例四

如图3所示，均衡电路包括输出调整电路、运算放大器和二极管，运算放大器和二极管的数量均与采样信号数量一一对应设置。运算放大器包括第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收采样信号，第二输入端接收与采样信号相对应的参考信号，输出端耦接与运算放大器相应二极管的一端，二极管的另一端耦接输出调整电路，输出调整电路与二极管的公共端耦接充电开关的控制端。输出调整电路的作用为增加充电开关上的压降，可以为上拉电路或下拉电路，主要视充电开关的类型而定，在本实施例中由于充电开关M1选用NMOS，所以输出调整电路为上拉电路。

运算放大器判断其中至少一个电池电压是否达到其相应的阈值电压或/和待均衡的电池之间的压差是否达到相应压差阈值，若判断达到上述阈值电压条件或/和压差条件，则相应的二极管导通，从而改变充电开关的控制端的电压，使其工作在线性模式，以降低充电电流。

每个压控电压源上的电压由相应的电池所决定，即压控电压源U11上的电压为K*V1，其中V1为电池1上的电压，压控电压源U1N上的电压为K*VN，其中VN为电池N上的电压，压控电压源的电压即为采样到的电池电压，也是上述的采样信号。和实施例三中的不同之处在于，压控电压源的输出是连接到运算放大器，而不是比较器。压控电压源的输出连接到相应的运算放大器的一个输入端，运算放大器的另一个输入端连接参考信号VREF1，多个运算放大器的输出经过各个二极管连接到充电开关M1的控制极G4，其中所有二极管的阳极连接在一起，连接到充电开关M1的控制极G4，各个二极管的阴极连接到相应运算放大器的输出端。上拉电路连接到充电开关M1的控制极G4。以压控电压源连接到运算放大器的负端，参考信号连接到运算放大器的正端为例，当所有运算放大器的输出都为高，则G4被上拉电路上拉，充电开关M1导通；当某个压控电压源的电压大于参考信号VREF1，则相应的运算放大器输出降低，相应的二极管导通，充电开关的控制极G4被下拉，使得充电开关M1的导通阻抗增加，则充电开关M1上压降增加，当充电电流小到单节放电的电流时，对应这节电池电压就不会继续上升，而其他节的电池处于继续充电的状态，因此，通过本实施例可实现电池平衡。若充电开关M1为PMOS时，输出调整电路变为下拉电路，压控电压源连接到运算放大器的正输入端，参考电压连接到运算放大器的负输入端，二极管的阳极连接到相应运算放大器的输出端，阴极连接到充电开关M1的控制极。当所有运算放大器的输出都为低，则G4被下拉电路下拉，充电开关M1导通；当某个压控电压源的电压大于参考信号VREF1，则相应的运算放大器输出升高，相应的二极管导通，充电开关的控制极G4被上拉，使得充电开关M1的导通阻抗增加，则充电开关M1上压降增加，当充电电流小到单节放电的电流时，对应这节电池电压就不会继续上升，而其他节的电池处于继续充电的状态。

实施例五

如图4所示，在图2所示的实施例三的基础上进行了改进。由于图2仅示意了采样单个电池的电压，并与相应的电池阈值电压进行比较。图4所示的本实施例，则增加了待均衡电池的压差的采样，所述的待均衡电池的压差可以是单个电池之间的压差，也可以是电池组之间的压差，比如，两个电池与另外两个电池的压差进行比较所产生的压差。此外，针对待均衡电池之压差的采样，同样适用于实施例四中，即压差采样部分可以适用于各个实施例当中。

为了描述方便，仅具体描述增加的部分。同时，本实施例设置分别设置了逻辑电路1和逻辑电路2，需要说明的是，将单个电池采样部分的比较器输出端和待均衡电池的压差采样部分的比较器输出端接同一个均衡电路也可以解决本实用新型之技术问题。但通过分设两个逻辑电路的方式，可以更优地解决本实用新型的技术问题，既可以实现采用一个逻辑电路的功能，也可以分开进行控制，例如，确定单个电池的阈值条件和待均衡电池的压差条件的优先级。

具体地，压控电压源U31～U3n上的电压由相应的待均衡电池的压差所决定，即压控电压源U31上的电压为K*(V1-V2)，其中V1为电池1上的电压，V2为电池1上的电压，压控电压源U31用于表征V1-V2的压差，通过比较器U41与相应的参考信号VREF2进行比较。由于存在V1高于V2的情况，也可能存在V2高于V1的情况，所以，还设置了用于表征电压为V2-V1之压差的压控电压源U32，其上的电压为K*(V2-V1)，通过比较器U42与相应的参考信号VREF2进行比较。压控电压源U3n上的电压为K*(VN-V(N-1))，其中VN为电池N上的电压，V(N-1)为电池N-1上的电压。对于待均衡电池电压的选取，既可以采用任意两个电池分别相互作差比较，也可以根据实际情况和需求，仅针对部分电池进行比较。因此，压控电压源U3n和比较器U4n中的n与VN中的N表征不同的数量，以示区分。压控电压源的输出连接到相应的比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端连接参考信号VREF2，各个比较器的输出连接到逻辑电路U40，逻辑电路U40控制充电开关M1的栅极电压。若充电开关M1是PMOS，则逻辑电路U40的输出与本实施例相反。

同时，可以对待均衡电池之间的压差进行优化，即选取所有电池中电压最小的电池，其他各个电池分别与该电压最低的电池进行比较从而产生相应的压差，可以减少采样和比较的次数。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：在电池组充电过程中，通过电池均衡电路控制充电开关M1导通、关断，以减小等效充电电流，同时使电池组电池达到均衡；在电池组充电过程中，电池需要均衡时，电池均衡电路将充电开关M1控制成线性开关，以减小充电电流；通过电池均衡电路控制的充电开关M1不仅在充电时，作为保护开关，防止电池过冲，还具有电池均衡的作用。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种充电组件，其特征在于：包括，

均衡电路，耦接电池组，采样电池组中各个电池电压或/和待均衡电池之间的压差，并分别与相应的阈值进行比较；当其中至少一个电池电压达到其相应的阈值电压或/和待均衡电池之间的压差达到相应压差阈值时，则开启均衡电流对达到相应阈值电压的电池放电或者对达到压差阈值中的高电压电池放电，所述均衡电路的输出端耦接充电开关的控制端；

充电开关，其控制端耦接所述均衡电路，在均衡电流放电过程中，通过控制充电开关的交替导通与截止以降低充电的平均电流或者增加充电开关上的压降，使其工作在线性模式，以降低充电电流。

2.根据权利要求1所述的充电组件，其特征在于：所述的均衡电路包括逻辑电路和比较器，所述比较器与所述采样电池组中各个电池电压或/和待均衡的电池之间的压差所得到的采样信号一一对应设置，所述比较器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述采样信号，其第二输入端接收与所述采样信号相对应且用于表征所述阈值电压或压差阈值的参考信号，多个比较器的输出端均耦接所述逻辑电路，所述逻辑电路的输出端耦接充电开关的控制端。

3.根据权利要求1所述的充电组件，其特征在于：所述的均衡电路包括上拉电路或下拉电路、运算放大器和二极管，所述运算放大器和二极管均与所述采样电池组中各个电池电压或/和待均衡的电池之间的压差所得到的采样信号一一对应设置，所述运算放大器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收所述采样信号，其第二输入端接收与所述采样信号相对应且用于表征所述阈值电压或压差阈值的参考信号，所述运算放大器的输出端耦接相应二极管的一端，二极管的另一端均耦接所述上拉电路或下拉电路，所述上拉电路或下拉电路与二极管的公共端耦接充电开关的控制端。

4.根据权利要求2或3所述的充电组件，其特征在于：所述待均衡的电池之间的压差为各个电池分别与电压最低的电池进行比较的压差。

5.根据权利要求2或3所述的充电组件，其特征在于：所述的采样信号为由相应电池电压或压差所控制并用于表征相应电池电压或压差的压控电压源。

6.根据权利要求3所述的充电组件，其特征在于：所述运算放大器判断其中至少一个电池电压是否达到其相应的阈值电压或/和待均衡的电池之间的压差是否达到相应压差阈值，若判断达到上述阈值电压条件或/和压差条件，则相应的二极管导通，从而改变充电开关的控制端的电压，使其工作在线性模式，以降低充电电流。