CN213547169U - 一种多组电池的集中充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种多组电池的集中充电装置，包括一个AC转DC电路，多个输入端与AC转DC电路的输出端并联的DC转DC电路，多个输入端与DC转DC电路的输出端电连接的检测与充电电路，多个与检测与充电电路的输出端电连接的电池组(包括电池组1、电池组2…电池组n)，还包括分别与AC转DC电路、DC转DC电路、检测与充电电路电连接的控制电路。AC转DC电路为单级隔离型PFC交流转直流变换电路。本方案只要最少可低至1个隔离变压器T1，电路更简单，使充电设备体积减小，成本更低，开关损耗小、转换效率高。

Description

一种多组电池的集中充电装置

技术领域

本实用新型涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种多组电池的集中充电装置。

背景技术

现有的集中对多组电池进行充电的方式一如图1所示，交流市电经非隔离PFC交流转直流变换电路，转换为高压直流母线电压，高压直流母线电压作为多个隔离型直流转直流变换电路的输入，每个独立的直流转直流变换电路的输出，连接一个充电控制电路为其连接的一个电池组充电，这种类型的充电电路存在：(1)多个隔离变压器和功率转换器件，造成充电设备体积大，成本非常高的缺陷。

现有的集中对多组电池进行充电的方式二如图2所示，交流市电经非隔离PFC交流转直流变换电路，转换为高压直流电压，高压直流电压再经一个隔离型直流转直流变换电路，转换为稍低的直流母线电压，该直流母线电压作为多个BUCK变换电路的输入，每个BUCK变换电路的输出，连接一个充电控制电路为其连接的一个电池组充电，这种类型的充电电路，只有一个隔离变压器，相比图1所示电路构造的充电设备的体积要小一些，成本也低一些，但是存在：(2)三级能量变换电路结构，电路比较复杂，能量损耗多、转换效率低，不利于节能的缺陷。由于BUCK变换电路的输入电压，高于输出所匹配的电池组电压，当多组电池中有电池组电压高于BUCK变换电路的输入电压时，无法给电池组充电，因此，只能提高BUCK变换电路的输入电压才能实现，当给标称电压比较低的电池组充电时，因BUCK变换电路的输入输出的压差比较大，转换效率很低，电能损耗大。

针对上述的不足，我们发明了一种多组电池的集中充电装置。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于解决现有的集中充电方式一存在多个隔离变压器和功率转换器件，造成充电设备体积大，成本非常高，解决现有的集中充电方式二存在三级能量变换电路结构，电路比较复杂，能量损耗多、转换效率低，不利于节能的问题。具体解决方案如下：

一种多组电池的集中充电装置，包括一个AC转DC电路，多个输入端与AC转DC电路的输出端并联的DC转DC电路，多个输入端与DC转DC电路的输出端电连接的检测与充电电路，多个与检测与充电电路的输出端电连接的电池组，还包括分别与所述AC转DC电路、DC转DC电路、检测与充电电路电连接的控制电路。

进一步地，所述AC转DC电路为单级隔离型PFC交流转直流变换电路。

进一步地，所述隔离型PFC交流转直流变换电路包括输入端与交流电电连接、输出端与整流桥BR1的输入端电连接的滤波电路LB1，整流桥BR1的输出端与电容C1的两端电连接，电容C1的一端与电感L1的一端电连接，电容C1的另一端同时与场效应管Q2和Q4的源极电连接，电感L1的另一端同时与场效应管Q1和Q3的漏极电连接，场效应管Q1的源极和Q2的漏极同时与电容C2的一端电连接，场效应管Q3的源极和Q4的漏极同时与隔离变压器T1的初级的一端电连接，电容C2的另一端与隔离变压器T1的初级的另一端电连接，隔离变压器T1的次级的一端与二极管D1的正极电连接，隔离变压器T1的次级的另一端与二极管D2的正极电连接，二极管D1和D2的负极同时与电解C3的正极电连接，并作为直流母线电压VB输出端，隔离变压器T1的次级的抽头端与电解C3的负极同时接地GND，滤波电路的接地脚与热地EARTH电连接；所述场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4的栅极，分别与所述控制电路电连接。

进一步地，所述检测与充电电路为电池检测及充电开关电路。

进一步地，所述电池检测及充电开关电路包括一开关脚与直流电压DCV1电连接、另一开关脚与电池正电压B1+电连接、控制脚与所述控制电路电连接、接地脚接地的继电器，还包括电阻R1的一端与电池正电压B1+电连接，电阻R1的另一端同时与二极管D3的负极、电阻R2的一端、及所述控制电路电连接，电阻R2的另一端同时与二极管D3的正极和电池负电压B1-电连接并同时接地GND。

进一步地，所述控制电路包括MCU控制芯片、电源控制芯片和驱动芯片。

可选方案1，所述DC转DC电路为直流转直流变换电路，包括场效应管Q5的漏极与直流母线电压VB电连接，场效应管Q5的源极和Q6的漏极同时与电感L2的一端电连接，电感L2的另一端与场效应管Q7的源极和Q8的漏极电连接，场效应管Q7的漏同时与电解C4的正极和直流电压DCV1电连接，电解C4的负极、场效应管Q6和Q8的源极同时接地GND，场效应管Q5、Q6、Q7和Q8的栅极，分别与所述控制电路电连接。所述场效应管Q5、Q6、Q7、Q8、电感L2、电解C4组成升降压转换电路，其中，当场效应管Q8长关断时，场效应管Q5、Q6、Q7、电感L2以及电解C4组成BUCK降压转换电路；当场效应管Q6长关断时，场效应管Q5、Q7、Q8、电感L2以及电解C4组成BOOST升压转换电路；当设定的直流电压DCV1低于直流母线电压VB时，降压转换电路开始工作，当设定的直流电压DCV1高于直流母线电压VB时，升压转换电路开始工作。

可选方案2，所述DC转DC电路为直流转直流变换电路，包括一端与直流母线电压VB电连接、另一端与电容C5的一端和场效应管Q9的漏极同时电连接的电感L3，电容C5的另一端同时与场效应管Q10的源极和电感L4的一端电连接，场效应管Q10的漏极同时与电解C6的正极和直流电压DCV1电连接，电解C6的负极、电感L4的另一端和场效应管Q9的源极同时接地GND，场效应管Q9和Q10的栅极，分别与所述控制电路电连接。

进一步地，上述任一种多组电池的集中充电装置，能同时与多个所述电池组进行自动充电。

综上所述，采用本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型解决了现有的集中充电方式一存在多个隔离变压器和功率转换器件，造成充电设备体积大，成本非常高，解决现有的集中充电方式二存在三级能量变换电路结构，电路比较复杂，能量损耗多、转换效率低，不利于节能的问题。本方案采用两级能量转换电路结构，将非隔离型PFC交流转直流变换电路和隔离型直流转直流变换电路，融合为单级隔离型PFC交流转直流变换电路(即本方案的AC转DC电路)，只要最少可低至1个隔离变压器T1，电路更简单，使充电设备体积减小，成本更低，开关损耗小、转换效率高。本方案第二级的直流转直流变换电路(即本方案的DC转DC电路)，采用升降压的方案，当被充电的电池组电压低于单级隔离型PFC交流转直流变换电路输出的直流母线电压VB时，电路工作于降压模式，当被充电的电池组电压高于单级隔离型PFC交流转直流变换电路输出的直流母线电压VB时，电路工作于升压模式，使得直流转直流变换电路的输入和输出之间的电压差不会很大，转换效率高，电能损耗小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。

图1现有技术的集中充电方式一的方框图；

图2现有技术的集中充电方式二的方框图；

图3为本实用新型一种多组电池的集中充电装置的方框图；

图4为本实用新型的隔离型PFC交流转直流变换电路的电路图；

图5为本实用新型实施例1的直流转直流变换电路的电路图；

图6为本实用新型的电池检测及充电开关电路的电路图；

图7为本实用新型实施例2的直流转直流变换电路的电路图。

附图标记说明：

100-AC转DC电路，200-DC转DC电路，300-检测与充电电路，400-电池组，500-控制电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图3至6所示，一种多组电池的集中充电装置，包括一个AC转DC电路100，多个输入端与AC转DC电路100的输出端并联的DC转DC电路200，多个输入端与DC转DC电路200的输出端电连接的检测与充电电路300，多个与检测与充电电路300的输出端电连接的电池组400(包括电池组1、电池组2…电池组n)，还包括分别与AC转DC电路100、DC转DC电路200、检测与充电电路300电连接的控制电路500。

进一步地，AC转DC电路100为单级隔离型PFC(PFC为Power Factor Correction的缩写，意思是功率因数校正)交流转直流变换电路。隔离型PFC交流转直流变换电路包括输入端与交流电220V电连接、输出端与整流桥BR1(由四个二极管组成)的输入端电连接的滤波电路LB1，整流桥BR1的输出端与电容C1的两端电连接，电容C1的一端与电感L1的一端电连接，电容C1的另一端同时与场效应管Q2和Q4的源极电连接，电感L1的另一端同时与场效应管Q1和Q3的漏极电连接，场效应管Q1的源极和Q2的漏极同时与电容C2的一端电连接，场效应管Q3的源极和Q4的漏极同时与隔离变压器T1的初级的一端电连接，电容C2的另一端与隔离变压器T1的初级的另一端电连接，隔离变压器T1的次级的一端与二极管D1的正极电连接，隔离变压器T1的次级的另一端与二极管D2的正极电连接，二极管D1和D2的负极同时与电解C3的正极电连接，并作为直流母线电压VB输出端，隔离变压器T1的次级的抽头端与电解C3的负极同时接地GND，滤波电路LB 1的接地脚与热地EARTH电连接。场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4的栅极，分别与控制电路500电连接。

进一步地，检测与充电电路300为电池检测及充电开关电路(电池检测及充电开关电路1、电池检测及充电开关电路2…电池检测及充电开关电路n)。

其中电池检测及充电开关电路1，包括一开关脚与直流电压DCV1电连接、另一开关脚与电池正电压B1+电连接、控制脚与控制电路500电连接、接地脚接地的继电器SW1，还包括电阻R1的一端与电池正电压B1+电连接，电阻R1的另一端同时与二极管D3的负极、电阻R2的一端、及控制电路500电连接，电阻R2的另一端同时与二极管D3的正极和电池负电压B1-电连接并同时接地GND。

进一步地，控制电路500包括MCU控制芯片、电源控制芯片和驱动芯片(图中未画出)。

可选地，DC转DC电路200为直流转直流变换电路1、直流转直流变换电路2、…直流转直流变换电路n，其中直流转直流变换电路1包括场效应管Q5的漏极与直流母线电压VB电连接，场效应管Q5的源极和Q6的漏极同时与电感L2的一端电连接，电感L2的另一端与场效应管Q7的源极和Q8的漏极电连接，场效应管Q7的漏同时与电解C4的正极和直流电压DCV1电连接，电解C4的负极、场效应管Q6和Q8的源极同时接地GND，场效应管Q5、Q6、Q7和Q8的栅极，分别与控制电路500电连接。

场效应管Q5、Q6、Q7、Q8、电感L2、电解C4组成升降压转换电路，其中，当场效应管Q8长(时间)关断时，场效应管Q5、Q6、Q7、电感L2以及电解C4组成BUCK(BUCK电路就是降压斩波电路，是基本的DC-DC电路之一，用于直流到直流降压变换)降压转换电路；当场效应管Q6长(时间)关断时，场效应管Q5、Q7、Q8、电感L2以及电解C4组成BOOST升压转换电路(BOOST升压电路是一种开关直流升压电路)。当设定的直流电压DCV1低于直流母线电压VB时，降压转换电路开始工作，当设定的直流电压DCV1高于直流母线电压VB时，升压转换电路开始工作。

电阻R1、电阻R2以及二极管D3和控制电路500组成电池组400检测电路，可以检测电池组400是否正确接入以及电池组400端电压是否适配充电装置的要求，控制电路500接收电池状态合乎要求则输出控制信号使继电器SW1闭合，否则，继电器SW1开关触点不闭合，直流转直流变换电路输出的直流电压DCV1或DCV2或DCVn流经继电器SW1闭合的开关触点给匹配的电池组400充电。

本方案的AC转DC电路100工作说明如下：

交流市电220V经滤波电路LB1滤除EMI(电磁干扰Electromagnetic Interference简称EMI)后经整流桥BR1整流和电容C1滤波后得到的脉动直流输入由电感L1、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4，电容C2，电解C3、隔离变压器T1、二极管D1，二极管D2组成的隔离型BOOST和PWM(PWM是Pulse Width Modulation缩写，即脉冲宽度调制)复合单级转换电路，得到直流母线电压VB。当场效应管Q1、场效应管Q2和场效应管Q3、场效应管Q4交替同时导通(同时是指Q1与Q2同时导通，Q3与Q4同时导通，交替是指Q1、Q2与Q3、Q4两组之间交替)或者场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4同时导通时，电感L1储能，电感L1电流上升，直流母线电压VB和地GND之间并联的电解C3储能为后级负载提供能量，当场效应管Q1、场效应管Q3和场效应管Q2、场效应管Q4交替同时导通(同时是指Q1与Q3同时导通，Q2与Q4同时导通，交替是指Q1、Q3与Q2、Q4两组之间交替)时，输入脉动直流和电感L1储能通过隔离变压器T1共同向电解C3和后级负载提供能量，电感L1电流下降，电感L1电流既可以工作在连续模式(即CCM)也可以工作在断续模式(即DCM)，通过控制场效应管占空比使电感电流跟踪与输入交流电压同频同相的正弦电流信号，同时使直流母线电压VB维持恒定，实现单级隔离型PFC交流转直流变换功能。

实施例2：

如图7所示，本实施例与实施例1所不同的是，DC转DC电路为直流转直流变换电路，包括一端与直流母线电压VB电连接、另一端与电容C5的一端和场效应管Q9的漏极同时电连接的电感L3，电容C5的另一端同时与场效应管Q10的源极和电感L4的一端电连接，场效应管Q10的漏极同时与电解C6的正极和直流电压DCV1电连接，电解C6的负极、电感L4的另一端和场效应管Q9的源极同时接地GND，场效应管Q9和Q10的栅极，分别与控制电路500电连接。其余部分与实例1相同，不再赘述。

本方案的一种多组电池的集中充电装置，能同时与多个电池组400进行自动充电。电池组1、电池组2、…电池组n，可以互不相同，也可是相同的。直流转直流变换电路1与直流转直流变换电路2、…直流转直流变换电路n的电路结构相同。电池检测及充电开关电路1与电池检测及充电开关电路2、…电池检测及充电开关电路n的电路结构相同。

综上所述，采用本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型解决了现有的集中充电方式一存在多个隔离变压器和功率转换器件，造成充电设备体积大，成本非常高，解决现有的集中充电方式二存在三级能量变换电路结构，电路比较复杂，能量损耗多、转换效率低，不利于节能的问题。本方案采用两级能量转换电路结构，将非隔离型PFC交流转直流变换电路和隔离型直流转直流变换电路，融合为单级隔离型PFC交流转直流变换电路(即本方案的AC转DC电路)，只要最少可低至1个隔离变压器T1，电路更简单，使充电设备体积减小，成本更低，开关损耗小、转换效率高。本方案第二级的直流转直流变换电路(即本方案的DC转DC电路)，采用升降压的方案，当被充电的电池组电压低于单级隔离型PFC交流转直流变换电路输出的直流母线电压VB时，电路工作于降压模式，当被充电的电池组电压高于单级隔离型PFC交流转直流变换电路输出的直流母线电压VB时，电路工作于升压模式，使得直流转直流变换电路的输入和输出之间的电压差不会很大，转换效率高，电能损耗小。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：包括一个AC转DC电路，多个输入端与AC转DC电路的输出端并联的DC转DC电路，多个输入端与DC转DC电路的输出端电连接的检测与充电电路，多个与检测与充电电路的输出端电连接的电池组，还包括分别与所述AC转DC电路、DC转DC电路、检测与充电电路电连接的控制电路。

2.根据权利要求1所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述AC转DC电路为单级隔离型PFC交流转直流变换电路。

3.根据权利要求2所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述隔离型PFC交流转直流变换电路包括输入端与交流电电连接、输出端与整流桥BR1的输入端电连接的滤波电路LB1，整流桥BR1的输出端与电容C1的两端电连接，电容C1的一端与电感L1的一端电连接，电容C1的另一端同时与场效应管Q2和Q4的源极电连接，电感L1的另一端同时与场效应管Q1和Q3的漏极电连接，场效应管Q1的源极和Q2的漏极同时与电容C2的一端电连接，场效应管Q3的源极和Q4的漏极同时与隔离变压器T1的初级的一端电连接，电容C2的另一端与隔离变压器T1的初级的另一端电连接，隔离变压器T1的次级的一端与二极管D1的正极电连接，隔离变压器T1的次级的另一端与二极管D2的正极电连接，二极管D1和D2的负极同时与电解C3的正极电连接，并作为直流母线电压VB输出端，隔离变压器T1的次级的抽头端与电解C3的负极同时接地GND，滤波电路的接地脚与热地EARTH电连接；所述场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4的栅极，分别与所述控制电路电连接。

4.根据权利要求3所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述检测与充电电路为电池检测及充电开关电路。

5.根据权利要求4所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述电池检测及充电开关电路包括一开关脚与直流电压DCV1电连接、另一开关脚与电池正电压B1+电连接、控制脚与所述控制电路电连接、接地脚接地的继电器，还包括电阻R1的一端与电池正电压B1+电连接，电阻R1的另一端同时与二极管D3的负极、电阻R2的一端、及所述控制电路电连接，电阻R2的另一端同时与二极管D3的正极和电池负电压B1-电连接并同时接地GND。

6.根据权利要求5所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述控制电路包括MCU控制芯片、电源控制芯片和驱动芯片。

7.根据权利要求6所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述DC转DC电路为直流转直流变换电路，包括场效应管Q5的漏极与直流母线电压VB电连接，场效应管Q5的源极和Q6的漏极同时与电感L2的一端电连接，电感L2的另一端与场效应管Q7的源极和Q8的漏极电连接，场效应管Q7的漏同时与电解C4的正极和直流电压DCV1电连接，电解C4的负极、场效应管Q6和Q8的源极同时接地GND，场效应管Q5、Q6、Q7和Q8的栅极，分别与所述控制电路电连接。

8.根据权利要求7所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述场效应管Q5、Q6、Q7、Q8、电感L2、电解C4组成升降压转换电路，其中，当场效应管Q8长关断时，场效应管Q5、Q6、Q7、电感L2以及电解C4组成BUCK降压转换电路；当场效应管Q6长关断时，场效应管Q5、Q7、Q8、电感L2以及电解C4组成BOOST升压转换电路；当设定的直流电压DCV1低于直流母线电压VB时，降压转换电路开始工作，当设定的直流电压DCV1高于直流母线电压VB时，升压转换电路开始工作。

9.根据权利要求6所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：所述DC转DC电路为直流转直流变换电路，包括一端与直流母线电压VB电连接、另一端与电容C5的一端和场效应管Q9的漏极同时电连接的电感L3，电容C5的另一端同时与场效应管Q10的源极和电感L4的一端电连接，场效应管Q10的漏极同时与电解C6的正极和直流电压DCV1电连接，电解C6的负极、电感L4的另一端和场效应管Q9的源极同时接地GND，场效应管Q9和Q10的栅极，分别与所述控制电路电连接。

10.根据权利要求1所述一种多组电池的集中充电装置，其特征在于：能同时与多个所述电池组进行自动充电。

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