CN110957787A - 自均衡电池充电电路及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种自均衡电池充电电路及充电方法，用于给N节串联的电池充电，第N节电池的负极连接第N‑1节电池的正极，N>1，充电电路包括稳压电路和电荷泵电路，所述稳压电路接收输入电压，其输出端连接电荷泵电路的输入端，所述电荷泵电路输出端连接N节串联的电池，第一节电池并联在稳压电路输出端；每节电池电压等于稳压电路的输出电压。本发明能够在电池满充后实现自动均衡。

Description

自均衡电池充电电路及充电方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种自均衡电池充电电路及充电方法。
背景技术
电池没有绝对的一致性，在成组后，电池之间的容量差异超出一定的阈值便会影响整个电池组的实际可用容量，所以，电池在成组以后的寿命远远低于单体电池的寿命，主要原因是电池之间的个体差异，导致充电时，容量最大的电池容易过充，放电时，容量最小的电池又容易过放，进入恶性循环，使得个别电池受损，影响整个电池组的充放电特性，电池组容量降低。为了延长电池组的使用寿命，需要对差异的电池进行均衡。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在电池充满后自动均衡的自均衡电池充电电路及充电方法，用以解决现有技术存在的电池电压不均衡的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种自均衡电池充电电路，用于给N节串联的电池充电，第N节电池的负极连接第N-1节电池的正极，N>1，包括：稳压电路和电荷泵电路，所述稳压电路接收输入电压，其输出端连接电荷泵电路的输入端，所述电荷泵电路输出端连接N节串联的电池，第一节电池并联在稳压电路输出端；每节电池电压等于稳压电路的输出电压。
可选的，N＝2时，所述电荷泵电路包括第一电容，所述电荷泵电路有两个工作阶段：
第一阶段，所述第一电容并联在稳压电路的输出端，所述第一电容充电；
第二阶段，所述第一电容和第二节电池并联，第二节电池充电。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关和所述第三开关的第一端连接稳压电路的高电位输出端；所述第一开关第二端连接所述第二开关第一端，其公共连接端连接所述第一电容第一端；所述第三开关第二端连接所述第四开关第一端，其公共连接端连接所述第一电容第二端；所述第二开关第二端连接第二电池正极，所述第四开关第二端连接第一电池负极。
可选的，第一阶段，所述第一开关和所述第四开关导通；第二阶段，所述第二开关和所述第三开关导通。
可选的，所述第一开关和所述第四开关的占空比等于所述第二开关和所述第三开关的占空比。
可选的，所述电荷泵电路包括N-1个电容，所述电荷泵电路从第1阶段至第2*(N-1)阶段依次工作，其中：
第2N-3阶段，第N-1个电容并联在稳压电路的输出端，第N-1个电容充电；
第2N-2阶段，第N-1个电容与第N节电池并联，第N节电池充电。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一开关和N-1个开关模块；第二节电池至第N节电池，每节电池对应一个开关模块；每个开关模块包括第二开关、第三开关、第四开关和一个电容；
每个开关模块中，第二开关第一端连接稳压电路高电位输出端，其第二端连接第三开关第一端，第三开关第二端连接对应电池的正极，第二开关和第三开关的公共连接端连接对应电容的第一端；第四开关第一端连接对应电容的第二端，第四开关第二端连接对应电池负极；第一开关第一端连接每个电容的第二端，第一开关的第二端接地。
可选的，第一开关、第二节电池对应的开关模块至第N节电池对应的开关模块依次工作；每个开关模块对应两个工作阶段：
第一阶段：第一开关和第二开关导通；
第二阶段，第三开关和第四开关导通。
可选的，所述稳压电路为降压电路，包括上管、下管、第一电感和输出电容；所述上管第一端接收输入电压，其第二端和所述下管第一端连接，所述下管第二端接地；所述上管和所述下管的公共连接端连接所述第一电感第一端，所述第一电感第二端连接所述输出电容。
本发明还提供一种自均衡电池充电方法，用于给N节串联的电池充电，第N节电池的负极连接第N-1节电池的正极，N>1，其特征在于：所述充电方法基于稳压电路和电荷泵电路，所述稳压电路接收输入电压，其输出端连接电荷泵电路的输入端，所述电荷泵电路输出端连接N节串联的电池，第一节电池并联在稳压电路输出端；每节电池电压均等于稳压电路的输出电压。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：所述充电方法基于稳压电路和电荷泵电路，所述稳压电路接收输入电压，其输出端连接电荷泵电路的输入端，所述电荷泵电路输出端连接N节串联的电池，每节电池电压均等于稳压电路的输出电压。本发明能够在电池满充后实现电池电压自动均衡。
附图说明
图1为本发明自均衡电池充电电路原理图；
图2为本发明两节电池自均衡充电电路实施例原理图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，示意了本发明自均衡电池充电电路原理图，所述充电电路用于给N节串联的电池充电，第N节电池的负极连接第N-1节电池的正极，N>1。所述充电电路包括稳压电路和电荷泵电路，所述稳压电路接收输入电压，其输出端连接电荷泵电路的输入端，所述电荷泵电路输出端连接N节串联的电池，第一节电池并联在稳压电路输出端，每节电池电压等于稳压电路的输出电压。所述电荷泵电路包括N-1个电容、第一开关k1和N-1个开关模块，；第二节电池至第N节电池，每节电池对应一个开关模块；以第N节电池对应的开关模块为例，包括第二开关kN1、第三开关kN2、第四开关kN3和一个电容CN-1，第二开关kN1第一端连接稳压电路高电位输出端，其第二端连接第三开关kN2第一端，第三开关kN2第二端连接对应电池BATN的正极，第二开关kN1和第三开关kN2的公共连接端连接对应电容CN-1的第一端；第四开关kN3第一端连接对应电容CN-1的第二端，第四开关kN3第二端连接对应电池BATN负极；第一开关k1第一端连接每个电容的第二端，第一开关k1的第二端接地。第一开关k1、第二节电池对应的开关模块至第N节电池对应的开关模块依次工作；每个开关模块对应两个工作阶段：第一阶段：第一开关k1和第二开关kN1导通；第二阶段，第三开关kN2和第四开关kN3导通。
如图2所示，示意了本发明两节电池自均衡充电电路实施例原理图，稳压电路为一个降压电路，包括上管Q1、下管Q2、第一电感L1和输出电容C0；所述上管Q1第一端接收输入电压VIN，其第二端和所述下管Q2第一端连接，所述下管Q2第二端接地；所述上管Q1和所述下管Q2的公共连接端连接所述第一电感L1第一端，所述第一电感L2第二端连接输出电容C0第一端，输出电容C0第二端接地。电荷泵电路包括第一开关Q3、第二开关Q4、第三开关Q5、第四开关Q6和第一电容C1；所述第一开关Q3和所述第三开关Q5的第一端连接稳压电路的高电位输出端；所述第一开关Q3第二端连接所述第二开关Q4第一端，其公共连接端连接所述第一电容C2第二端；所述第三开关Q5第二端连接所述第四开关Q6第一端，其公共连接端连接所述第一电容C1第二端；所述第二开关Q4第二端连接第二电池BAT2正极，所述第四开关Q6第二端连接第一电池BAT负极。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
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)

1.一种自均衡电池充电电路，用于给N节串联的电池充电，第N节电池的负极连接第N-1节电池的正极，N>1，包括：稳压电路和电荷泵电路，所述稳压电路接收输入电压，其输出端连接电荷泵电路的输入端，所述电荷泵电路输出端连接N节串联的电池，第一节电池并联在稳压电路输出端；每节电池电压等于稳压电路的输出电压。
2.根据权利要求1所述的自均衡电池充电电路，其特征在于：
N＝2时，所述电荷泵电路包括第一电容，所述电荷泵电路有两个工作阶段：
第一阶段，所述第一电容并联在稳压电路的输出端，所述第一电容充电；
第二阶段，所述第一电容和第二节电池并联，第二节电池充电。
3.根据权利要求2所述的自均衡电池充电电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关和所述第三开关的第一端连接稳压电路的高电位输出端；所述第一开关第二端连接所述第二开关第一端，其公共连接端连接所述第一电容第一端；所述第三开关第二端连接所述第四开关第一端，其公共连接端连接所述第一电容第二端；所述第二开关第二端连接第二电池正极，所述第四开关第二端连接第一电池负极。
4.根据权利要求3所述的自均衡电池充电电路，其特征在于：第一阶段，所述第一开关和所述第四开关导通；第二阶段，所述第二开关和所述第三开关导通。
5.根据权利要求4所述的自均衡电池充电电路，其特征在于：所述第一开关和所述第四开关的占空比等于所述第二开关和所述第三开关的占空比。
6.根据权利要求1所述的自均衡电池充电电路，其特征在于：所述电荷泵电路包括N-1个电容，所述电荷泵电路从第1阶段至第2*(N-1)阶段依次工作，其中：
第2N-3阶段，第N-1个电容并联在稳压电路的输出端，第N-1个电容充电；
第2N-2阶段，第N-1个电容与第N节电池并联，第N节电池充电。
7.根据权利要求6所述的自均衡电池充电电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一开关和N-1个开关模块；第二节电池至第N节电池，每节电池对应一个开关模块；每个开关模块包括第二开关、第三开关、第四开关和一个电容；
每个开关模块中，第二开关第一端连接稳压电路高电位输出端，其第二端连接第三开关第一端，第三开关第二端连接对应电池的正极，第二开关和第三开关的公共连接端连接对应电容的第一端；第四开关第一端连接对应电容的第二端，第四开关第二端连接对应电池负极；第一开关第一端连接每个电容的第二端，第一开关的第二端接地。
8.根据权利要求7所述的自均衡电池充电电路，其特征在于：第一开关、第二节电池对应的开关模块至第N节电池对应的开关模块依次工作；每个开关模块对应两个工作阶段：
第一阶段：第一开关和第二开关导通；
第二阶段：第三开关和第四开关导通。
9.根据权利要求1-8所述的任意一种自均衡电池充电电路，其特征在于：所述稳压电路为降压电路，包括上管、下管、第一电感和输出电容；所述上管第一端接收输入电压，其第二端和所述下管第一端连接，所述下管第二端接地；所述上管和所述下管的公共连接端连接所述第一电感第一端，所述第一电感第二端连接所述输出电容。
10.一种自均衡电池充电方法，用于给N节串联的电池充电，第N节电池的负极连接第N-1节电池的正极，N>1，其特征在于：所述充电方法基于稳压电路和电荷泵电路，所述稳压电路接收输入电压，其输出端连接电荷泵电路的输入端，所述电荷泵电路输出端连接N节串联的电池，第一节电池并联在稳压电路输出端；每节电池电压均等于稳压电路的输出电压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021237615A1 (zh) * 2020-05-28 2021-12-02 深圳市大疆创新科技有限公司 充电器驱动电路、集成电路、充电器、充电控制方法及充电控制***

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