CN211046540U - 一种电池包充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池包充电装置，包括输入模块、电压转换模块、控制模块、输出模块和至少一个电池包接口，由于控制模块可检测不同电池包接口上的电压，根据电池包接口电压的大小可判断放置在电池包接口上的电池包的串数，根据电池包中电池串数的不同，可对输入直流电压进行升压或降压，使得充电电压满足对不同串数的电池包进行充电。

Description

一种电池包充电装置

技术领域

本实用新型涉及电池充电领域，具体涉及一种电池包充电装置。

背景技术

现有电子产品多采用多串电池组合的电池包进行供电，不同输出电压的电池包，其包含的电池串数可能也不同。在对这样的电池包进行充电时，不同串数的电池包所需的充电电压也不同，而现有的充电装置只能提供一种固定充电电压，因此一种充电装置只能针对固定串数的电池包进行充电，导致用户使用不方便。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是如何针对不同串数的电池包进行充电。

一种实施例中提供一种电池包充电装置，包括输入模块、电压转换模块、控制模块、输出模块和至少一个电池包接口；

所述输入模块用于输入直流电压；

所述电池包接口用于放置需充电的电池包，所述电池包接口包括电池正极接触端子和电池负极接触端子，其中至少一个电池包接口还包括至少一个中间导电接触端子，所述中间导电接触端子用于在电池包放入电池包接口中时与电池包的串联电池的中间串联节点电连接，电池负极接触端子接地，电池正极接触端子和中间导电接触端子中的每个端子对应于预设的电池串数；

所述电压转换模块的输入端与输入模块的输出端相连，用于对输入模块所输出的直流电压进行直流降压或升压以得到预先设定的电压；

所述输出模块用于将预先设定的电压通过对应充电通道传送至电池包接口，其包括至少一条并联的充电通道和电池串数检测电路，每条充电通道的输入端与电压转换模块的输出端相连，每条充电通道的输出端对应于预设的电池串数，并分别与电池正极接触端子和中间导电接触端子中对应相同电池串数的端子对应连接，所述电池串数检测电路对应于充电通道连接在充电通道的输出端和地之间；

所述控制模块包括至少一个第一检测端，所述检测端分别与电池串数检测电路一一对应连接，用于在电池包放入电池包接口中时检测电池串数检测电路的输出电压，并根据所检测的电压控制对应充电通道导通或关断。

进一步地，所述电池串数检测电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端与对应充电通道的输出端相连，第一分压电阻的另一端与第二分压电阻的一端相连，第一分压电阻的另一端还与控制模块的对应第一检测端相连，第二分压电阻的另一端与地相连。

进一步地，所述控制模块的第二检测端与输入模块相连，用于检测输入模块所输入直流电压的大小，若输入直流电压大于预设充电电压，则控制电压转换模块对输入直流电压进行降压，若输入直流电压小于预设充电电压，则控制电压转换模块对输入直流电压进行升压，所述预设充电电压为控制模块的第一检测端所检测的充电通道的输出端电压的最大值。

进一步地，所述电压转换模块包括升压-降压模块；所述升压-降压模块分别根据控制模块输出升压控制信号和降压控制信号对输入直流电压进行升压或降压，所述控制模块输出的升压控制信号和降压控制信号为占空比可调的PWM信号。

进一步地，所述升压-降压模块包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电感和电容，所述第一开关的第一极与输入模块的输出端相连，第一开关的第二极与第二开关的第一极相连，第二开关的第二极与地相连，第一开关的第二极还与电感的一端相连，电感的另一端与第三开关的第二极相连，第三开关的第一极与电容的正极相连，电容的负极与地相连，第三开关的第二极还与第四开关的第一极相连，第四开关的第二极与地相连；

所述控制模块分别与第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的控制极相连，用于分别控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的导通或关断。

进一步地，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的输入端与电池负极接触端子相连，用于在电池包放入电池包接口中时检测充电电流的大小。

进一步地，所述控制模块的反馈端与电流检测模块的输出端相连，用于至少根据所检测充电电流的大小，分别控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的导通时间。

进一步地，所述充电通道包括充电控制开关，所述充电控制开关包括第一极、第二极和控制极，所述第一极与电压转换模块的输出端相连，所述第二极与对应电池包接口的电池正极接触端子相连，所述控制模块与控制极相连，用于根据控制模块的第一检测端所检测的充电通道的输出端电压，控制对应的充电控制开关导通或关断。

进一步地，所述电池包接口为两个，分别为串数为1的电池包接口和串数为2的电池包接口。

进一步地，所述输入模块包括USB接口或直流电源。

依据上述实施例的一种电池包充电装置，由于可通过控制模块检测不同电池包接口上的电压，根据电池包接口电压的大小确定放置在电池包接口中的电池包的串数，根据电池包中电池的串数，对输入直流电压进行升压或降压以达到对应串数充电宝的充电电压，并且控制与对应串数的电池包接口相连的充电通道导通，使得电池包充电装置可对不同串数的电池包进行充电。

附图说明

图1为一种实施例的电池包充电装置的电路示意图；

图2为一种实施例的电池包充电流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

电池包是由多个电池串联组成，电池包的串数为所串联电池的数量，电池包接口是指对电池包进行充电时，需要将电池包放置在对应的电池包接口中。

在本实施例中，控制模块可检测不同电池包接口上的电压，根据电池包接口电压的大小可判断放置在电池包接口上的电池包的串数，根据电池包中电池串数的不同，可对输入直流电压进行升压或降压，使得充电电压满足对不同串数的电池包进行充电。

实施例：

请参考图1，图1为一种实施例的电池包充电装置的电路示意图，包括：包括输入模块1、电压转换模块2、控制模块4、输出模块3和至少一个电池包接口。

所述输入模块1用于输入直流电压。本实施例中输入模块1所输入的直流电压通过输入接口(I nput PORT)进行输入，所述输入接口可与USB 接口相连，也可与外部直流电源相连，其还可以与其他能够提供直流电压的现有直流电源接口相连。所述输入接口包括正极和负极，负极与地相连，正极与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与地相连，输入接口的正极还与电容C1的一端相连，电容C1的另一端与地相连。

所述电池包接口用于放置需充电的电池包，所述电池包接口包括电池正极接触端子和电池负极接触端子，其中至少一个电池包接口还包括至少一个中间导电接触端子，所述中间导电接触端子用于在电池包放入电池包接口中时与电池包的串联电池的中间串联节点电连接，电池负极接触端子接地，电池正极接触端子和中间导电接触端子中的每个端子对应于预设的电池串数，若电池包接口对应的是串数为1的电池包，则电池包接口只包括电池正极接触端子和电池负极接触端子，此时电池正极接触端子对应于预设的电池串数；若电池包接口对应的是串数大于1的电池包，则电池包接口包括电池正极接触端子、电池负极接触端子和至少一个中间导电接触端子，此时电池正极接触端子和至少一个中间导电接触端子的每个端子对应于预设的电池串数；图1中示出了一种具体实施方式下的电池包接口 BAT1和BAT2，其中BAT1为串数为2的电池包接口，BAT2为串数为1的电池包接口，以电池包接口BAT1为例，BAT1中的端子1为电池正极接触端子，其与第一节电池的正极相连，端子2为中间导电接触端子，其与第一节电池的负极相连，同时端子2还与第二节电池的正极相连，端子3为电池负极接触端子，其与第二节电池的负极相连。同样地，电池包接口BAT2 可放置串数为1的电池包，即只能放置一节电池，BAT2的端子1为电池正极接触端子，其与电池的正极相连，端子2为电池负极接触端子，其与电池的负极相连，且BAT2的端子2与BAT1的端子3相连。在另一种具体实施方式下，电池包接口还可以为大于2个，例如在BAT1和BAT2的基础上，还包括串数为3的电池包接口、串数为4的电池包接口等。

由于输入模块1所输入的直流电压可能不满足电池包充电所需电压的大小，故需先将输入的直流电压通过升压或降压来得到预先设定的电池包充电所需电压。其中所述电压转换模块2的输入端与输入模块1的输出端相连，用于对输入模块1所输出的直流电压进行直流降压或升压以得到预先设定的电压；所述预先设定的电压与所接入电池包的串数相关，根据所接入电池包的串数可推算出所需的充电电压，即可得到预先设定的电压。

其中电压转换模块2包括升压-降压模块，所述升压-降压模块分别根据控制模块4输出升压控制信号和降压控制信号对输入直流电压进行升压或降压，所述控制模块输出的升压控制信号和降压控制信号为占空比可调的PWM信号。具体地，所述升压-降压模块包括第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、电感L1和电容C2，所述第一开关Q1的第一极与输入模块1的输出端相连，第一开关Q1的第二极与第二开关Q2的第一极相连，第二开关Q2的第二极与地相连，第一开关Q1的第二极还与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与第三开关Q3的第二极相连，第三开关Q3的第一极与电容C2的正极相连，电容C2的负极与地相连，第三开关 Q3的第二极还与第四开关Q4的第一极相连，第四开关Q4的第二极与地相连；其中，第一开关Q1、第二开关Q2和电感L1组成了降压电路，第一开关Q1和第二开关Q2通过交替导通形成降压后的交流电压，降压后的交流电压再经过电感L1后转换为直流电压，并将降压后的直流电压存储在电容 C2中，在降压情况下，第三开关Q3处于一直导通状态，第四开关Q4处于一直关断状态。相反地，第三开关Q3、第四开关Q4和电感L1组成了升压电路，第三开关Q3和第四开关Q4通过交替导通形成升压后的交流电压，升压后的交流电压经过电感L1后转换为直流电压，并将升压后的直流电压存储在电容C2中。本实施例中的控制模块4还分别与第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4的控制极相连，用于分别控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4的导通或关断。本实施例中的第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4可以为三端子晶体管，其三个端子为控制极、第一极和第二极。晶体管可以为双极型晶体管或场效应晶体管等。例如当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极。

所述输出模块3用于将预先设定的电压通过对应充电通道传送至电池包接口，其包括至少一条并联的充电通道和电池串数检测电路，每条充电通道的输入端与电压转换模块2的输出端相连，本实施例中每条充电通道的输入端与电容C2的正极相连，每条充电通道的输出端对应于预设的电池串数，分别与电池正极接触端子和中间导电接触端子中对应相同电池串数的端子对应连接，所述电池串数检测电路对应于充电通道连接在充电通道的输出端和地之间。

其中每条充电通道包括充电控制开关(Q5/Q6)，所述充电控制开关包括第一极、第二极和控制极，所述第一极与电压转换模块2的输出端相连，所述第二极与对应电池包接口的电池正极接触端子相连，所述控制模块与控制极相连，用于根据控制模块的第一检测端所检测的充电通道的输出端电压，控制所述充电控制开关导通或关断。在一种具体实施方式下，图1 示出的输入模块3中包括两条充电通道，其中一条充电通道的输出端与电池包接口BAT1的端子1相连，该条充电通道上设有控制开关Q6来控制此充电通道的通断，另一条充电通道的输出端与电池包接口BAT2的端子1 相连，该条充电通道上设有控制开关Q5来控制此充电通道的通断。本实施例中的控制开关Q5和Q6通过控制模块控制其导通或关断，其可以为三端子晶体管，其三个端子为控制极、第一极和第二极。晶体管可以为双极型晶体管或场效应晶体管等。例如当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极。

所述电池串数检测电路用于对电池正极接触端子所输出的电压进行分压，并将分压电压输出至控制模块4的对应检测端，包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端与对应充电通道的输出端相连，第一分压电阻的另一端与第二分压电阻的一端相连，第一分压电阻的另一端还与控制模块的对应第一检测端相连，第二分压电阻的另一端与地相连。在图1中所示出的与电池包接口BAT1相连接的电池串数检测电路中，其包括第一分压电阻R3和第二分压电阻R4,第一分压电阻R3的一端与对应充电通道的输出端(控制开关Q6的第二极)相连，第一分压电阻R4连接在第二分压电阻R3的另一端和地之间，将第一分压电阻R4与第二分压电阻 R3之间的分压点VB2的分压电压输出给控制模块4对应的第一检测端Vb2。同理，图1中与电池包接口BAT2相连接的电池串数检测电路中，包括第一分压电阻R5和第二分压电阻R6，将第一分压电阻R5与第二分压电阻R6 之间的分压点VB1的分压电压输出给控制模块4对应的第一检测端Vb1。

控制模块4在控制控制开关的通断时，需先预先识别出接入电池包的电池包接口，并且电压转换模块2在对所输入的直流电压进行降压或升压时，还需预先识别出电池包接口上放置的电池包的串数，因此所述控制模块4包括至少一个第一检测端，所述第一检测端分别与电池串数检测电路一一对应连接，用于在电池包放入电池包接口中时检测电池串数检测电路的输出电压，并根据所检测的电压控制对应充电通道导通或关断。

本实施例以图1中所示出的电路为例，若接入的是一节电池的电池包，也就是BAT2上接入了串数为1的电池包，则电池包接口BAT2的端子1上的电压V1＝Vbat，Vbat为一节电池的电压，电池包接口BAT1的端子1上的电压V2＝0；若接入的是两节电池，也就是BAT1上接入了串数为2的电池包，则电池包接口BAT1的端子1上的电压V2＝Vbat2+Vbat1,Vbat1和Vbat2 分别为两节电池中每节电池的电压，电池包接口BAT2的端子1上的电压 V1＝Vbat1，再将所述电压V1和V2经过电池串数检测电路进行分压后得到分压点VB1和VB2的分压电压，本实施例中分别将电池串数检测电路输出的分压电压输入控制模块4中的第一检测端Vb1和Vb2中，通过第一检测端Vb1和Vb2所检测的电压值来判断是BAT1还是BAT2接入了电池，从而控制控制开关Q5或Q6的导通来选通对应的充电通道。

并且，控制模块4的第二检测端与输入模块1相连，用于检测输入模块1所输入直流电压的大小，若输入直流电压大于预设充电电压，则控制电压转换模块2对输入直流电压进行降压，若输入直流电压小于预设充电电压，则控制电压转换模块2对输入直流电压进行升压，所述预设充电电压为控制模块4的第一检测端所检测的充电通道的输出端电压的最大值。

若第一检测端电压Vb1和Vb2中的最大值Vb小于所输入的直流电压 VI，则电压转换模块2对直流电压V I进行降压，否则，对直流电压V I进行升压。具体为：若电压Vb<VI,则进入降压模式，此时控制模块4的PWML2 端输出低电平，PWMH2端输出高电平，PWMH1端与PWML1端输出一对高低电平反相的PWM，以PWMH1端为准，逐步增大占空比直至电压Vb与充电电流 Ichg达到预设值。若电压Vb>VI,则进入升压模式，此时PWML1端输出低电平，PWMH1端输出高电平，PWMH2端与PWML2端输出一对高低电平反相的 PWM，以PWML2端为准，逐步减小占空比直至电压Vb与充电电流I chg达到预设值。其中逐步增大或减小占空比直至电压Vb与充电电流Ichg达到预设值的方法可以为现有的锂电池三段式充电方法，其包括涓流充电、恒流充电和恒压充电三个阶段。其中，充电电流Ichg通过电流检测模块5进行检测，所述电流检测模块5的输入端与电池包接口相连，用于在电池包接口放置有电池包进行充电时，检测充电电流的大小。所述控制模块4的反馈端与电流检测模块5的输出端相连，用于根据所检测充电电流的大小，分别控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4的导通时间,以调节充电电流。

本实施例中的控制模块4包括现有主控芯片(Contro l l er)以及其外围电路，所述主控芯片可以为单片机等。

基于上述实施例中的电池包充电装置进行充电的具体流程如图2所示，包括:

S1,将电池包充电装置的输入接口接入直流电源，进入待机状态；

S2，通过电池包充电装置中的控制模块4判断所接入电池包的串数，以及识别接入电池包的电池包接口所对应的充电通道；

S3，根据所识别出的充电通道，控制对应控制开关使充电通道导通；

S4，控制模块4调节其所输出的PWM占空比，使得所输入的直流电压转换为合适的充电电压和充电电流，实现对电池包的充电。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种电池包充电装置，其特征在于，包括输入模块、电压转换模块、控制模块、输出模块和至少一个电池包接口；

所述输入模块用于输入直流电压；

所述电池包接口用于放置需充电的电池包，所述电池包接口包括电池正极接触端子和电池负极接触端子，其中至少一个电池包接口还包括至少一个中间导电接触端子，所述中间导电接触端子用于在电池包放入电池包接口中时与电池包的串联电池的中间串联节点电连接，电池负极接触端子接地，电池正极接触端子和中间导电接触端子中的每个端子对应于预设的电池串数；

所述电压转换模块的输入端与输入模块的输出端相连，用于对输入模块所输出的直流电压进行直流降压或升压以得到预先设定的电压；

所述输出模块用于将预先设定的电压通过对应充电通道传送至电池包接口，其包括至少一条并联的充电通道和电池串数检测电路，每条充电通道的输入端与电压转换模块的输出端相连，每条充电通道的输出端对应于预设的电池串数，并分别与电池正极接触端子和中间导电接触端子中对应相同电池串数的端子对应连接，所述电池串数检测电路对应于充电通道连接在充电通道的输出端和地之间；

所述控制模块包括至少一个第一检测端，所述检测端分别与电池串数检测电路一一对应连接，用于在电池包放入电池包接口中时检测电池串数检测电路的输出电压，并根据所检测的电压控制对应充电通道导通或关断。

2.如权利要求1所述的电池包充电装置，其特征在于，所述电池串数检测电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端与对应充电通道的输出端相连，第一分压电阻的另一端与第二分压电阻的一端相连，第一分压电阻的另一端还与控制模块的对应第一检测端相连，第二分压电阻的另一端与地相连。

3.如权利要求1所述的电池包充电装置，其特征在于，所述控制模块的第二检测端与输入模块相连，用于检测输入模块所输入直流电压的大小，若输入直流电压大于预设充电电压，则控制电压转换模块对输入直流电压进行降压，若输入直流电压小于预设充电电压，则控制电压转换模块对输入直流电压进行升压，所述预设充电电压为控制模块的第一检测端所检测的充电通道的输出端电压的最大值。

4.如权利要求3所述的电池包充电装置，其特征在于，所述电压转换模块包括升压-降压模块；所述升压-降压模块分别根据控制模块输出升压控制信号和降压控制信号对输入直流电压进行升压或降压，所述控制模块输出的升压控制信号和降压控制信号为占空比可调的PWM信号。

5.如权利要求4所述的电池包充电装置，其特征在于，所述升压-降压模块包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电感和电容，所述第一开关的第一极与输入模块的输出端相连，第一开关的第二极与第二开关的第一极相连，第二开关的第二极与地相连，第一开关的第二极还与电感的一端相连，电感的另一端与第三开关的第二极相连，第三开关的第一极与电容的正极相连，电容的负极与地相连，第三开关的第二极还与第四开关的第一极相连，第四开关的第二极与地相连；

所述控制模块分别与第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的控制极相连，用于分别控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的导通或关断。

6.如权利要求5所述的电池包充电装置，其特征在于，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的输入端与电池负极接触端子相连，用于在电池包放入电池包接口中时检测充电电流的大小。

7.如权利要求6所述的电池包充电装置，其特征在于，所述控制模块的反馈端与电流检测模块的输出端相连，用于至少根据所检测充电电流的大小，分别控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的导通时间。

8.如权利要求1所述的电池包充电装置，其特征在于，所述充电通道包括充电控制开关，所述充电控制开关包括第一极、第二极和控制极，所述第一极与电压转换模块的输出端相连，所述第二极与对应电池包接口的电池正极接触端子相连，所述控制模块与控制极相连，用于根据控制模块的第一检测端所检测的充电通道的输出端电压，控制对应的充电控制开关导通或关断。

9.如权利要求1所述的电池包充电装置，其特征在于，所述电池包接口为两个，分别为串数为1的电池包接口和串数为2的电池包接口。

10.如权利要求1至9任一项所述的电池包充电装置，其特征在于，所述输入模块包括USB接口或直流电源。

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