CN217469524U - 充电电路及储能电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种充电电路及储能电源，充电电路包括交流输入接口，用于接入交流电；整流电路，与交流输入接口连接，用于将接入的交流电整流为直流电；脉冲驱动电路，与整流电路连接，用于将整流后的直流电转换为脉冲电；变压器，包括高压侧和低压侧，高压侧与脉冲驱动电路连接，用于将脉冲电降压为低压交流电；整流滤波电路，与变压器的低压侧和电池管理模块连接，用于将低压交流电整流为低压直流电输出给电池管理模块；恒压恒流反馈控制环路，与整流滤波电路和脉冲驱动电路连接，用于采集整流滤波电路输出的电压和电流信号反馈给脉冲驱动电路以使脉冲驱动电路调整输出的脉冲电。本申请的储能电源可直接接入交流电进行交流充电，无需适配器。

Description

充电电路及储能电源

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种充电电路及储能电源。

背景技术

储能电源是一种内置可重复充电使用的电池，自身可储备电能且具备交流输出的多功能便携式电源。其具有产品重量轻、容量高、功率大、方便携带的特点，可在室内或室外使用。用户通常将储能电源携带至指定场所，通过电池储存的电量供给其他设备进行输出用电，通常应用于远离市电或一些户外用电，例如，可以应用野外应急、自然灾害应急、户外旅游、商务出行、室外作业、郊外聚会、停电应急等领域。

目前的储能电源一般是通过太阳能板充电、车载充电和适配器充电等几种方式进行充电。其中，目前市面上的储能电源采用AC交流充电时，主要是采用一个外置AC电源适配器，电源适配器连接AC供电端(市电)，电源适配器输出端连接储能电源的输入端，给储能电源进行充电。但此方式存在以下不足：储能电源在携带时必须要附带上一个笨重的适配器，尤其是对于大功率的储能电源来说，配置的适配器尺寸大，重量很重，对于便携式的储能电源用户来说携带非常不方便，影响体验。

实用新型内容

本实用新型提供了一种充电电路及储能电源，旨在解决现有的储能电源采用外置AC电源适配器充电时，由于AC电源适配器尺寸大和重量很重导致携带不方便的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种充电电路，应用于储能电源，所述充电电路包括电池组和用于对电池组进行充电的电池管理模块，所述充电电路还包括：交流输入接口、整流电路、脉冲驱动电路、变压器、整流滤波电路、恒压恒流反馈控制环路，交流输入接口，用于接入交流电；整流电路，与所述交流输入接口连接，用于将接入的交流电整流为直流电；脉冲驱动电路，与所述整流电路连接，用于将整流后的直流电转换为脉冲电；变压器，包括高压侧和低压侧，所述高压侧与所述脉冲驱动电路连接，所述变压器用于将脉冲电降压为低压交流电；整流滤波电路，与所述变压器的低压侧和所述电池管理模块连接，用于将低压交流电整流为低压直流电输出给所述电池管理模块；恒压恒流反馈控制环路，与所述整流滤波电路和所述脉冲驱动电路连接，用于采集所述整流滤波电路输出的电压和电流信号反馈给所述脉冲驱动电路以使所述脉冲驱动电路调整输出的脉冲电。

进一步地，所述充电电路还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路连接于所述整流电路和所述脉冲驱动电路之间，所述功率因数校正电路用于将输入的电压和电流的相位调整至一致。

进一步地，所述脉冲驱动电路包括脉冲宽度调制驱动电路，所述脉冲宽度调制驱动电路连接于所述功率因数校正电路和所述变压器之间，且还与所述恒压恒流反馈控制环路连接，所述脉冲宽度调制驱动电路用于将整流后的直流电通过脉冲宽度调制的方式转换为脉冲电。

进一步地，所述脉冲驱动电路包括脉冲频率调制驱动电路，所述脉冲频率调制驱动电路连接于所述功率因数校正电路和所述变压器之间，且还与所述恒压恒流反馈控制环路连接，所述脉冲频率调制驱动电路用于将整流后的直流电通过脉冲频率调制的方式转换为脉冲电。

进一步地，所述脉冲宽度调制驱动电路和所述脉冲频率调制驱动电路的电路拓扑包括反激电路、正激电路、LLC电路、半桥推挽电路、全桥推挽电路中的任一种。

进一步地，所述脉冲宽度调制驱动电路和所述脉冲频率调制驱动电路均包括开关器件，所述开关器件包括氮化镓器件、碳化硅器件、IGBT器件中的至少一种。

进一步地，所述恒压恒流反馈控制环路通过光耦与所述脉冲驱动电路连接，所述光耦用于反馈电压和电流信号。

进一步地，所述变压器为平面变压器或高频变压器。

进一步地，所述整流滤波电路为同步整流电路或异步整流电路。

第二方面，本实用新型还提供一种储能电源，包括充电电路、控制模块、直流输出模块、交流输出模块，输出接口，所述充电电路为第一方面所述的充电电路，电池组通过所述直流输出模块和所述交流输出模块连接所述输出接口，所述输出接口用于连接充电设备，所述控制模块连接恒压恒流反馈控制环路和所述交流输出模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过在储能电源的本体上设置交流输入接口、整流电路、脉冲驱动电路、变压器、整流滤波电路和恒压恒流反馈控制环路，储能电源通过交流输入接口直接接入交流电，交流电经过整流电路整流为直流电，直流电被脉冲驱动电路转换为脉冲电，再由变压器将脉冲电降压为低压的交流电，最后低压直流电通过整流滤波电路整流后输出低压的直流电给到电池管理模块，由电池管理模块给电池组充电，恒压恒流反馈控制环路用于反馈输出的电压和电流给脉冲驱动电路以调整脉冲电，由此，实现了储能电源本体直接接入交流电进行交流充电，无需通过外置的AC适配器充电，使得用户无需携带笨重的适配器，方便用户携带，提高用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1展示了本实用新型实施例充电电路的示意图；

图2展示了现有技术中储能电源的示意图；

图3展示了本实用新型另一实施例充电电路的示意图；

图4展示了本实用新型实施例充电电路的电路图；

图5展示了本实用新型实施例储能电源的示意图；

101、交流输入接口；102、整流电路；103、功率因数校正电路；104、脉冲驱动电路；105、变压器；106、整流滤波电路；107、恒压恒流反馈控制环路；108、电池管理模块；109、电池组；110、控制模块；111、直流输出模块；112、交流输出模块；113、输出接口。

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做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种充电电路，应用于储能电源，所述充电电路包括电池组109和用于对电池组109进行充电的电池管理模块108，所述充电电路还包括：交流输入接口101、整流电路102、脉冲驱动电路104、变压器105、整流滤波电路106、恒压恒流反馈控制环路107，交流输入接口101，用于接入交流电；整流电路102，与所述交流输入接口101连接，用于将接入的交流电整流为直流电；脉冲驱动电路104，与所述整流电路102连接，用于将整流后的直流电转换为脉冲电；变压器105，包括高压侧和低压侧，所述高压侧与所述脉冲驱动电路104连接，所述变压器105用于将脉冲电降压为低压交流电；整流滤波电路106，与所述变压器105的低压侧和所述电池管理模块108连接，用于将低压交流电整流为低压直流电输出给所述电池管理模块108；恒压恒流反馈控制环路107，与所述整流滤波电路106和所述脉冲驱动电路104连接，用于采集所述整流滤波电路106输出的电压和电流信号反馈给所述脉冲驱动电路104以使所述脉冲驱动电路104调整输出的脉冲电。

通过实施本实施例，在储能电源的本体上设置交流输入接口101、整流电路102、脉冲驱动电路104、变压器105、整流滤波电路106和恒压恒流反馈控制环路107，储能电源通过交流输入接口101直接接入交流电，交流电经过整流电路102整流为直流电，直流电被脉冲驱动电路104转换为脉冲电，再由变压器105将脉冲电降压为低压的交流电，最后低压直流电通过整流滤波电路106整流后输出低压的直流电给到电池管理模块108，由电池管理模块108给电池组109充电，恒压恒流反馈控制环路107用于反馈输出的电压和电流给脉冲驱动电路104以调整脉冲电，由此，实现了储能电源本体直接接入交流电进行交流充电，无需通过外置的AC适配器充电，使得用户无需携带笨重的适配器，方便用户携带，提高用户的使用体验。

需要说明的是，本实施例应用于储能电源的充电电路除了解决携带不方便的问题外，本实施例的充电电路还进一步地解决了外壳成本高和电路成本高、体积大的问题，节省了储能电源的成本和减小其体积。

对于外壳成本高的问题，因为外置适配器电源需要单独设计适配器的外壳，模具及物料成本较高，因此存在外壳成本高的问题。原来电源适配器为外置的方式，通过本实施例的改进，将电源适配器电路内置于储能电源产品内部，这样便可以实现直接AC电源线输入直接储能电源进行充电，无需单独携带外接电源适配器，给用户带来了一定的便捷度，同时也节约了适配器所需的外壳成本。

对于电路成本高、体积大的问题，现有的储能电源采用市面上的标准恒压适配器需另外储能电源增加额外的DC-DC降压充电管理模块，增加电路成本和体积，同时也会降低充电效率；如果外置适配器直接设计成带恒流恒压功能的充电器，那么一般需要厂家进行定制，对起订量就会有一定的要求，在厂家配合上存在一定的难度；因此存在电路成本高、体积大的问题。简单来说就是现有的储能电源为了适配不同类型的电源适配器，需要设置DC-DC降压充电管理模块来接入各种电源适配器。首先需要说明的是，参照图2，现有的储能电源通常包括DC输入接口、DC-DC降压充电管理模块、电池管理模块108(BMS，BATTERYMANAGEMENT SYSTEM)和电池组109，外置的AC电源适配器输出直流电源，经过DC输入接口输入至DC-DC降压充电管理模块降压后给到电池管理模块108，再由电池管理模块108对电池组109充电。为了解决该电路成本高、体积大的问题，本实施例的储能电源将适配器电路内置于产品内部后还对电路架构进行了改进，通过脉冲驱动电路104+恒流恒压反馈控制环路107，可以实现输出恒流恒压，从而可以省去了单独的DC-DC降压充电管理模块电路，此方式不但节约了DC-DC降压充电管理模块的成本，而且提升了产品效率，同时也优化了产品电路占PCB的体积。

在一实施例中，参照图3，所述充电电路还包括功率因数校正电路103(以下简称PFC电路)，所述功率因数校正电路103连接于所述整流电路102和所述脉冲驱动电路104之间，所述功率因数校正电路103用于将输入的电压和电流的相位调整至一致。目前多数电源适配器输入电路普遍都采用带有大容量滤波电容器的全桥整流变换电路，而缺少功率因数校正(PFC)电路。功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。这种电源适配器电路的缺点是：电源适配器输入级整流和大滤波电容产生的严重谐波电流危害电网正常工作，使输电线上的损耗增加，功率因数较低，浪费电能。因此，本实施例为了减少输电损耗，节省电能，在充电电路中加入PFC电路，可以通过适当的控制电路，不断调节输入电流波形，使其逼近正弦波，并与输入电网电压保持同相，因此，可使功率因数大大提高，减小了电网负荷，提高了输出功率，并明显降低了电源适配器对电网的污染。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。

在一实施例中，所述脉冲驱动电路104包括脉冲宽度调制驱动电路(以下简称PWM驱动电路，PWM，pulse width modulation)，所述脉冲宽度调制驱动电路连接于所述功率因数校正电路103和所述变压器105之间，且还与所述恒压恒流反馈控制环路107连接，所述脉冲宽度调制驱动电路用于将整流后的直流电通过脉冲宽度调制的方式转换为脉冲电。

在另一实施例中，所述脉冲驱动电路104包括脉冲频率调制驱动电路(以下简称PFM驱动电路，PFM，Pulse frequency modulation)，所述脉冲频率调制驱动电路连接于所述功率因数校正电路103和所述变压器105之间，且还与所述恒压恒流反馈控制环路107连接，所述脉冲频率调制驱动电路用于将整流后的直流电通过脉冲频率调制的方式转换为脉冲电。

具体地，本实施例可以采用PWM驱动电路用于将整流后的直流电转换为脉冲电，也可以采用PFM驱动电路用于将整流后的直流电转换为脉冲电，该脉冲电例如为脉动直流电。其中，脉冲频率调制(PFM)相比较脉冲宽度调制(PWM)主要优点在于效率，对于外围电路一样的脉冲频率调制(PFM)和脉冲宽度调制(PWM)而言，其峰值效率PFM与PWM相当，但在峰值效率以前，脉冲频率调制(PFM)的效率远远高于脉冲宽度调制(PWM)的效率，这是脉冲频率调制(PFM)的主要优势。脉冲宽度调制(PWM)由于误差放大器的影响，回路增益及响应速度受到限制，脉冲频率调制(PFM)具有较快的响应速度。脉冲频率调制(PFM)相比较脉冲宽度调制(PWM)主要缺点在于滤波困难，滤波困难(谐波频谱太宽)；峰值效率以前，脉冲频率调制(PFM)的频率低于脉冲宽度调制(PWM)的频率，会造成输出纹波比脉冲宽度调制(PWM)偏大；脉冲频率调制(PFM)控制相比脉冲宽度调制(PWM)控制IC价格要贵。因此，本实施例的脉冲驱动电路104可根据具体实际需求选用，例如，当需要高效率时则采用PFM，当需要低成本时则采用PWM。

在具体实施中，所述脉冲宽度调制驱动电路和所述脉冲频率调制驱动电路的电路拓扑包括反激电路、正激电路、LLC电路、半桥推挽电路、全桥推挽电路中的任一种。其中，反激电路、正激电路、LLC电路、半桥推挽电路、全桥推挽电路为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。本领域技术人员根据实际需求选择适用上述的任一种电路拓扑。

进一步地，所述脉冲宽度调制驱动电路和所述脉冲频率调制驱动电路均包括开关器件，所述开关器件包括氮化镓器件、碳化硅器件、IGBT器件中的至少一种。其中，采用氮化镓器件可以使充电功率更高，且体积更小，但成本较高。碳化硅器件具有高耐压和高开关速度的特点。IGBT器件应用广泛，技术成熟。本领域技术人员根据实际需求选择适用上述开关器件中的至少一种，也即可以选择一种，也可选择多种混合适用。

在一实施例中，参照图4，所述恒压恒流反馈控制环路107通过光耦与所述脉冲驱动电路104连接，所述光耦用于反馈电压和电流信号。本实施例采用光耦来传递采集的反馈信号，利用光耦可以隔离前后级电路，从而可以起到保护后级电路的作用，提高安全性和可靠性。本实施例中的恒压恒流反馈控制环路在实现反馈控制时，当电池电压没有达到充满电压前，恒流反馈环采样输出端电流，让输出电流处于恒定状态，给电池进行充电；当电池电压达到电池充满电压电压时，恒压反馈环采样输出端电压，让输出电压处于恒定状态，给电池进行充电，直到检测到电池充满后再关断。

在一实施例中，所述变压器105为平面变压器或高频变压器。平面变压器105的体积相对传统变压器更小，更有利于储能电源便携式的发展趋势。高频变压器可以适应较高的工作频率。本领域技术人员根据实际需求选择适用。

在一实施例中，所述整流滤波电路106为同步整流电路102或异步整流电路102。具体地，本实施例中的整流滤波电路106可能为同步整流，也可能是异步整流，具体根据前端的拓扑架构的差异，其整流电路形式也会有多种形式，但其主要功能为将交流电压整流为直流电压。

参照图5，本实用新型实施例还提供一种储能电源，包括充电电路、控制模块110、直流输出模块111、交流输出模块112，输出接口113，所述充电电路为上述实施例中所述的充电电路，电池组109通过所述直流输出模块111和所述交流输出模块112连接所述输出接口113，所述输出接口113用于连接充电设备，所述控制模块110连接恒压恒流反馈控制环路107和所述交流输出模块112。

具体地，本实施例的储能电源设置有各种交直流输出接口(AC输出接口、DC输出接口)，接口的具体形式可以为三脚插口、两脚插口、USB输出口、Type-C输出口等。本实施例的储能电源能够直接通过AC电源线接入到市电，交流电依次经过交流输入接口101、整流电路102、脉冲驱动电路104、变压器105、整流滤波电路106、电池管理模块108到电池组109，经过交直流变换最后转换为低压直流电对电池组109进行充电。当外部充电设备接入时，例如手机，电池组109通过直流输出模块111(DC输出)，或者交流输出模块112(AC输出，逆变)经由输出接口113对外部充电设备进行供电。

通过实施本实施例，将适配器电路内置于储能电源的内部，由此可以取消笨重的电源适配器，方便用户携带，有效地的降低外壳成本，且可以省去DC-DC降压充电管理模块电路从而能够进一步地减小电路的体积和成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电电路，应用于储能电源，所述充电电路包括电池组和用于对电池组进行充电的电池管理模块，其特征在于，所述充电电路还包括：

交流输入接口，用于接入交流电；

整流电路，与所述交流输入接口连接，用于将接入的交流电整流为直流电；

脉冲驱动电路，与所述整流电路连接，用于将整流后的直流电转换为脉冲电；

变压器，包括高压侧和低压侧，所述高压侧与所述脉冲驱动电路连接，所述变压器用于将脉冲电降压为低压交流电；

整流滤波电路，与所述变压器的低压侧和所述电池管理模块连接，用于将低压交流电整流为低压直流电输出给所述电池管理模块；

恒压恒流反馈控制环路，与所述整流滤波电路和所述脉冲驱动电路连接，用于采集所述整流滤波电路输出的电压和电流信号反馈给所述脉冲驱动电路以使所述脉冲驱动电路调整输出的脉冲电。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电电路还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路连接于所述整流电路和所述脉冲驱动电路之间，所述功率因数校正电路用于将输入的电压和电流的相位调整至一致。

3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述脉冲驱动电路包括脉冲宽度调制驱动电路，所述脉冲宽度调制驱动电路连接于所述功率因数校正电路和所述变压器之间，且还与所述恒压恒流反馈控制环路连接，所述脉冲宽度调制驱动电路用于将整流后的直流电通过脉冲宽度调制的方式转换为脉冲电。

4.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述脉冲驱动电路包括脉冲频率调制驱动电路，所述脉冲频率调制驱动电路连接于所述功率因数校正电路和所述变压器之间，且还与所述恒压恒流反馈控制环路连接，所述脉冲频率调制驱动电路用于将整流后的直流电通过脉冲频率调制的方式转换为脉冲电。

5.根据权利要求4所述的充电电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制驱动电路和所述脉冲频率调制驱动电路的电路拓扑包括反激电路、正激电路、LLC电路、半桥推挽电路、全桥推挽电路中的任一种。

6.根据权利要求5所述的充电电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制驱动电路和所述脉冲频率调制驱动电路均包括开关器件，所述开关器件包括氮化镓器件、碳化硅器件、IGBT器件中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述恒压恒流反馈控制环路通过光耦与所述脉冲驱动电路连接，所述光耦用于反馈电压和电流信号。

8.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述变压器为平面变压器或高频变压器。

9.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述整流滤波电路为同步整流电路或异步整流电路。

10.一种储能电源，其特征在于，包括充电电路、控制模块、直流输出模块、交流输出模块，输出接口，所述充电电路为权利要求1-9任一项所述的充电电路，电池组通过所述直流输出模块和所述交流输出模块连接所述输出接口，所述输出接口用于连接充电设备，所述控制模块连接恒压恒流反馈控制环路和所述交流输出模块。

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