TWI385895B - 電池充電電路 - Google Patents

Description

電池充電電路

本發明涉及一種電池組合技術，尤其涉及一種電池充電電路。

當前，鋰電池等可進行充電的電池在日常生活中有廣泛的應用。該等電池在進行充電時，容易造成電壓不平衡效應，因而電池容易老化及電池容量變小。

為了解決上述問題，如專利申請號為01123882的中國大陸專利揭示了一種充電電路，該充電電路可在電池充電電壓上升過程中，借分流作用主動逐漸減小充電電流，當電池充電飽和時，操控與充電電路串聯的主控開關進行電流分流，以完成對電池的充電。如美國專利US7408325等皆揭示了類似的電池充電電路，該等電池充電電路皆利用分流的方式使電壓較低的電池的電流大於電壓較高的電池的電流，從而最終達到電壓平衡。

惟，上述用分流的方式造成能量損耗在分流的電路上，而且損耗的能量往往轉化成熱量會加速電池的老化速度、充電效率低。

本發明的主要目的係針對上述習知技術存在之缺陷提供一種使充電電池不容易老化及充電效率高、可使不同充電電池達到充電電壓平衡的電池充電電路。

為實現上述目的，本發明提供一種電池充電電路，其包括一電源輸入單元、複數充電單元及一控制模組。 複數充電單元分別包括一連接電池的充電端口、一線圈及一連接於充電端口與線圈之間的開關組合；該等充電單元之充電端口串聯，開關組合包括有複數控制開關，開關組合具有斷開狀態、放電狀態和輔助充電狀態；控制模組具有分別與一充電端口相連用以偵測充電端口兩端電壓的連接腳和分別與開關組合之控制開關連接以控制各開關組合工作狀態的控制腳；控制模組偵測並比較不同充電單元之充電端口電壓，根據比較結果控制各開關組合，使全部開關組合處於斷開狀態或者部分開關組合處於放電狀態而其它開關組合處於輔助充電狀態。

如上所述，本發明電池充電電路藉由控制模組偵測所述充電單元之電池電壓並控制充電單元之開關組合，從而通過線圈將電池電壓大的充電單元之電能轉移到電池電壓小的充電單元的電池內，因而充電電池不容易老化及充電效率高。

為詳細說明本發明之技術內容、構造特徵、所達成的目的及功效，以下茲例舉實施例並配合圖式詳予說明。

請參閱第一圖，本發明電池充電電路100包括一電源輸入單元1、一控制模組2及複數充電單元(31、32、33、34)。電源輸入單元1用於與外部電源進行連接並將外部輸入的電源進行降壓、整流及濾波後提供給所述充電單元。

控制模組2用於偵測並控制所述充電單元，控制模組2包括1至18號引腳，該等引腳為連接腳或控制腳，其中 17號連接腳接地，18號連接腳與電源輸入單元1相連。在本實施例中，所述複數充電單元包括第一充電單元31、第二充電單元32、第三充電單元33及第四充電單元34。第一充電單元31包括一負極連接端p11、一正極連接端p12、兩濾波電容(C1及C5)、一二極體D1、一電阻R1、一第一場效應管Q1、一第二場效應管Qp1、一第三場效應管Qe1、一線圈M1及一電感L1。

所述負極連接端p11電性連接至地，正極連接端p12電性連接至所述第二充電單元32及一電阻R5，該電阻R5之另一端電性連接至1號引腳，濾波電容C1、電感L1及濾波電容C5相互首尾連接組成一π形濾波器並藉由濾波電容C1之兩端電性連接至負極連接端p11及正極連接端p12。所述線圈M1之兩端分別與第一場效應管Q1之漏極及第二場效應管Qp1之漏極相連，第一場效應管Q1之源極及第二場效應管Qp1之源極分別電性連接至負極連接端p11及電感L1之一端，第一場效應管Q1之柵極及第二場效應管Qp1之柵極分別電性連接至控制模組2之5號控制腳及13號控制腳，電阻R1電性連接至所述第二場效應管Qp1之源極和柵極之間。

二極體D1之一端電性連接至第一場效應管Q1之漏極及線圈M1之間，另一端電性連接至電感L1之一端及第二場效應管Qp1之源極。第三場效應管Qe1之源極與負極連接端p11相連，漏極連接至第二場效應管Qp1之漏極及線圈M1之間，柵極電性連接至控制模組2之9號控制腳。

所述第二充電單元32、第三充電單元33及第四充電單元34與第一充電單元31結構相同，其均包括一負極連 接端(p21、p31、p41)、一正極連接端(p22、p32、p42)、兩濾波電容{(C2及C6)、(C3及C7)、(C4及C8)}、一電阻(R2、R3、R4)、一二極體(D2、D3、D4)、一第一場效應管(Q2、Q3、Q4)、一第二場效應管(Qp2、Qp3、Qp4)、一第三場效應管(Qe2、Qe3、Qe4)、一線圈(M2、M3、M4)與一電感(L2、L3、L4)。其中，第二充電單元32之第一場效應管Q2、第二場效應管Qp2及第三場效應管Qe2之柵極分別電性連接至控制模組2之5號、14號及10號控制腳。第三充電單元33之第一場效應管Q3、第二場效應管Qp3及第三場效應管Qe3之柵極分別電性連接至控制模組2之6號、15號及11號控制腳。第四充電單元34之第一場效應管Q4、第二場效應管Qp4及第三場效應管Qe4之柵極分別電性連接至控制模組2之7號、16號及12號控制腳。第二充電單元32、第三充電單元33及第四充電單元34之正極連接端(p22、p32、p42)分別連接有一電阻R6、一電阻R7及一電阻R8，電阻R6、電阻R7及電阻R8之另一端分別連接至控制模組2之2號、3號及4號連接腳上。

所述各充電單元之二極體(D1、D2、D3、D4)、電阻(R1、R2、R3、R4)、第一場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)、第二場效應管(Qp1、Qp2、Qp3、Qp4)、第三場效應管(Qe1、Qe2、Qe3、Qe4)作為控制開關並組成一開關組合；各充電單元(31、32、33、34)之負極連接端(p11、p21、p31、p41)及正極連接端(p12、p22、p32、p42)組成一充電端口。

第一充電單元31之線圈M1、第二充電單元32之線圈 M2、第三充電單元33之線圈M3及第四充電單元34之線圈M4繞向相同並繞在同一鐵心(圖中未標號)上。第一充電單元31之正極連接端p12與第二充電單元之負極連接端p21相連；第二充電單元32之正極連接端p22與第三充電單元33之負極連接端p31相連；第三充電單元33之正極連接端p32與第四充電單元34之負極連接端p41相連。第四充電單元34之正極連接端p42與電源輸入單元1相連，從而形成所述充電端口相串聯。

當將第一電池Ce111、第二電池Ce112、第三電池Ce113及第四電池Ce114(圖中未示)自左向右(電池Ce111置於p11與p12之間的充電端口)依序分別置於本發明電池充電電路100之充電端口並對之進行充電時，控制模組2控制第一場效應管Q1、第二場效應管Qp1、及第三場效應管Qe1截止，即控制模組2控制所有開關組合處於斷開狀態，使第一電池Ce111、第二電池Ce112、第三電池Ce113及第四電池Ce114正常充電。控制模組2藉由1號至4號連接腳分別對第一電池Ce111至第四電池Ce114的電壓進行偵測，並將偵測到的電壓值進行比較。

當充電一段時間後，控制模組2偵測到某兩電池的電壓值差大於控制模組2內部之設定值時，在本實施例中，假設第一電池Ce111電壓值最大且與其它某一電池的電壓值差大於控制模組2內部之設定值時，此時，控制模組2控制第一充電單元31內的第一場效應管Q1不斷導通和截止及第二場效應管Qp1導通，第三場效應管Qe1截止使第一充電單元31的開關組合處於放電狀態；控制模組2控制第二充電單元32、第三充電單元33及第四充電單元34之 第一場效應管(Q2、Q3、Q4)及第二場效應管(Qp2、Qp3、Qp4)截止，而第三場效應管(Qe2、Qe3、Qe4)導通使之處於輔助充電狀態。

此時，第一電池Ce111放電，第一充電單元31之電流從正極連接端p12、第二場效應管Qp1、線圈M1及第一場效應管Q1放電；由於流經線圈M1之電能部分轉化成磁能，所述磁能再次由第二充電單元32、第三充電單元33及第四充電單元34之線圈(M2、M3、M4)轉化成電能，從而可將第二充電單元32、第三充電單元33和第四充電單元34之線圈M2、M3、M4的電能分別通過相應之二極體(D2、D3、D4)和第三場效應管(Qe2、Qe3、Qe4)對相應之電池進行充電。

當第一充電單元31的開關組合處於放電狀態一段時間後，第一電池Ce111電壓與其它某一電池的電壓之差小於控制模組2內部之設定值時，控制模組2控制第一充電單元31之第一場效應管Q1、第二場效應管Qp1及第三場效應管Qe1截止，使第一電池Ce111繼續充電，直至將所有電池之電壓達到電壓平衡。控制模組2對第二電池Ce112、第三電池Ce113及第四電池Ce114充電時的控制如同對第一電池Ce111的控制，在此不再贅述。當所有電池充電飽和後，控制模組2控制該電池充電電路100停止充電。

藉由第一充電單元31之線圈M1、第二充電單元32之線圈M2、第三充電單元33之線圈M3及第四充電單元34之線圈M4繞在同一鐵心上，從而當電流通過線圈時，可增強磁場強度。

綜上所述，本發明電池充電電路100藉由控制模組2 偵測充電單元(31、32、33、34)之電池電壓並控制充電單元之開關組合，從而通過線圈(M1、M2、M3、M4)將電池電壓大的充電單元之電能轉移到電池電壓小的充電單元的電池內，因而充電電池不容易老化及充電效率高。

100‧‧‧電池充電電路

1‧‧‧電源輸入單元

2‧‧‧控制模組

31‧‧‧第一充電單元

32‧‧‧第二充電單元

33‧‧‧第三充電單元

34‧‧‧第四充電單元

D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體

p11、p21、p31、p41‧‧‧負極連接端

p12、p22、p32、p42‧‧‧正極連接端

M1、M2、M3、M4‧‧‧線圈

Q1、Q2、Q3、Q4‧‧‧第一場效應管

Qp1、Qp2、Qp3、Qp4‧‧‧第二場效應管

Qe1、Qe2、Qe3、Qe4‧‧‧第三場效應管

L1、L2、L3、L4‧‧‧電感

C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8‧‧‧濾波電容

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8‧‧‧電阻

第一圖係本發明電池充電電路一種實施例之電路原理圖。

100‧‧‧電池充電電路

1‧‧‧電源輸入單元

2‧‧‧控制模組

31‧‧‧第一充電單元

32‧‧‧第二充電單元

33‧‧‧第三充電單元

34‧‧‧第四充電單元

D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體

p11、p21、p31、p41‧‧‧負極連接端

p12、p22、p32、p42‧‧‧正極連接端

L1、L2、L3、L4‧‧‧線圈

Q1、Q2、Q3、Q4‧‧‧第一場效應管

Qp1、Qp2、Qp3、Qp4‧‧‧第二場效應管

Qe1、Qe2、Qe3、Qe4‧‧‧第三場效應管

C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8‧‧‧濾波電容

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8‧‧‧電阻

Claims (2)

1. 一種電池充電電路，用於對串聯的複數電池充電，包括：一電源輸入單元；複數充電單元，分別包括一連接電池的充電端口、一線圈及一連接於充電端口與線圈之間的開關組合；該等充電單元之充電端口串聯，開關組合包括有複數控制開關，開關組合具有斷開狀態、放電狀態和輔助充電狀態；及一控制模組，具有分別與一充電端口相連用以偵測充電端口兩端電壓的控制腳和分別與開關組合之控制開關連接以控制各開關組合工作狀態的控制腳；控制模組偵測並比較不同充電單元之充電端口電壓，根據比較結果控制各開關組合，使全部開關組合處於斷開狀態或放電狀態或處於輔助充電狀態；其中所述開關組合包括一二極體、一第一場效應管、一第二場效應管及一第三場效應管；充電端口包括一負極連接端及一正極連接端；所述線圈之兩端分別與第一場效應管之漏極及第二場效應管之漏極相連，第一場效應管之源極及第二場效應管之源極分別電性連接至負極連接端及正極連接端，第一場效應管之柵極及第二場效應管之柵極分別電性連接至控制模組，二極體之一端電性連接至第一場效應管之漏極及線圈之間，二極體另一端電性連接至正極連接端及第二場效應管之源極，第三場效應管之源極與負極連接端相連，漏極連接至第二場效應管之漏極及線圈之間，柵極電性連接至控制模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池充電電路，其中所述開 關組合還包括一電阻，該電阻電性連接至所述第二場效應管之源極和柵極之間。