CN113169576A - 具有多个次级变压器电路的电池充电器 - Google Patents

具有多个次级变压器电路的电池充电器 Download PDF

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CN113169576A CN201980078012.7A CN201980078012A CN113169576A CN 113169576 A CN113169576 A CN 113169576A CN 201980078012 A CN201980078012 A CN 201980078012A CN 113169576 A CN113169576 A CN 113169576A
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Abstract

本公开涉及一种电池充电器(100)。该电池充电器(100)包括充电电路(110)，其包括可连接到电源(120)以从该电源(120)接收充电电流的初级变压器电路(200)；以及多个次级变压器电路(210、220)。多个次级变压器电路(210、220)中的至少一个被布置为与初级变压器电路(200)协作以向至少一个电池(130)提供充电电压，并且多个次级变压器电路(210、220)彼此串联连接。第一次级变压器电路(210)配置为借助于第一关联输出(10)向至少一个电池(130)提供第一充电电压。至少一个第二次级变压器电路(220)被配置为提供附加充电电压，其添加到来自第一次级变压器电路(210)的第一充电电压以形成第二充电电压。借助于第二关联输出(20)，将第二充电电压提供给至少一个电池(130)。

Description

具有多个次级变压器电路的电池充电器
技术领域
本公开涉及一种电池充电器。该电池充电器可以用于对至少一个可再充电电池进行再充电，其中，该电池充电器可以根据至少一个可再充电电池与哪一个相关输出连接，而向至少一个可再充电电池输出不同的充电电压。
背景技术
电池是包括一个或多个电化学电池单元的设备，其中的化学能转换成电。电池可以用作电源，并且可以配备外部连接，以便为电器供电。
可再充电电池是可以多次充电、放电和再充电的电池。这与一次性电池形成鲜明对比，一次性电池是被完全充电并在使用后被丢弃。有许多不同类型的可再充电电池，并且这些不同类型的电池可以向电器提供不同的电压电平。
为了对可再充电电池进行再充电，通常使用电池充电器(也称为充电器)。电池充电器是可以用于通过迫使电流通过至少一个可再充电电池来向其提供能量的设备。因此，电池充电器在一段时间内向可再充电电池施加适当的电流。该电流称为充电电流，并且所需充电电流的值通常取决于待充电电池的类型。
通常电池充电器可以设计为涵盖一个电池电压电平。可替换地，电池充电器可以设计为涵盖一系列电池电压电平。由于可以提供更灵活的充电器，因此将电池充电器设计为覆盖一系列电压电平可能是有益的。这样，可以使用相同的电池充电器来对不同类型的电池进行充电，并且因此可以降低对多个电池充电器的需求。
发明内容
本发明各实施例的发明人已经认识到，能够提供一系列输出电压(例如标称***电压(V)36V和72V，或36V和58V)的电池充电器存在缺点。一个缺点是这种电池充电器可能同时需要高额定电流和高额定电压，以便在较低电压电平和较高电压电平下提供其最大功率。因此，成本效率可能，例如较低，并且可能存在成本缺陷。
当能够提供一系列输出电压的电池充电器与户外电动工具的电池***一起使用时，可能会出现其另一个缺点。市场上大多数户外电动工具的电池***属于安全超低电压(SELV)等级。可互换地，SELV可以是分离(离地)超低电压的缩写。超低电压(ELV)是携带低触电危险范围内的供电电压。国际电工委员会(IEC)将SELV***定义为“在正常情况和单一故障情况，包括其他线路的接地故障下，电压不能超过ELV(超低电压)的电气***”。SELV***具有低于42.4V的输出电压，因此，可以认为是触碰安全的，没有任何触电危险。然而，如果电池充电器还要提供高于SELV电压等级的电压，则使用者通常不能触碰终端。由于使用者不能触碰这些终端，因此可能存在与36V电池接口的兼容性问题。因此，需要可以克服这些缺点并与可再充电电池一起使用的电池充电器。
鉴于上述情况，因此本公开全文中描述的方面和实施例的一般目的是提供用于提供改良的电池充电器的解决方案，例如，与至少一个可再充电电池一起使用。理想情况是电池充电器既可以具有高功率转换效率，也可以提供经济高效的解决方案。
该总体目标已经由所附独立权利要求解决。在所附从属权利要求中定义了优选实施例。
根据第一方面，提供了电池充电器。
该电池充电器可选地可用于对至少一个可再充电电池进行再充电，其中可以根据至少一个可再充电电池与哪一个相关输出连接，而向至少一个可再充电电池输出不同的充电电压。
在一个示例性实施例中，电池充电器包括充电电路，该充电电路包括可连接到电源以从该电源接收充电电流的初级变压器电路，以及多个次级变压器电路。多个次级变压器电路中的至少一个布置为与初级变压器电路协作以向至少一个电池提供充电电压，并且多个次级变压器电路彼此串联连接。第一次级变压器电路被配置为借助于第一关联输出向至少一个电池提供第一充电电压，并且至少一个第二次级变压器电路被配置为提供附加充电电压，该附加充电电压添加到来自第一次级变压器电路的第一充电电压以形成第二充电电压。借助于第二关联输出，将第二充电电压提供给至少一个电池。
在一个实施例中，第一充电电压处于安全超低电压SELV等级。
在一个实施例中，第一次级变压器电路的第一关联输出处的额定电流与至少一个第二次级变压器电路的第二关联输出处的额定电流相同。在一个可替换的实施例中，在多个次级变压器电路的第一关联输出和第二关联输出上使用与初级变压器电路相同的伏安VA额定值。
在一个实施例中，电池充电器还包括连接到充电电路的充电控制电路。充电控制电路布置为用于识别至少一个电池与哪一个关联输出连接。充电控制电路可以布置为，例如用于通过与至少一个电池通信来识别哪一个关联输出与至少一个电池连接。可替换地，充电控制电路可以布置为用于通过感测电池电压的位置来识别至少一个电池与哪一个关联输出连接。
在一个实施例中，充电控制电路布置为当至少一个电池识别为连接到第二关联输出时，使用来自至少一个第二次级变压器电路的电压反馈。
在一个实施例中，电池充电器布置为当至少一个电池识别为连接到第二关联输出时，将第一关联输出处的电压电平保持在安全超低电压SELV等级内。
在一个实施例中，当至少一个电池识别为连接到第一关联输出时，充电控制电路布置为使用来自至少一个第一次级变压器电路的电压反馈。
在一个实施例中，充电电路还包括调节装置。所述调节装置在第一次级变压器电路与至少一个次级变压器电路中的至少一个之间连接并共享。所述共享调节装置可以是，例如输出保险丝、安全输出控制继电器和分流器中的至少一个。
在一个实施例中，电池充电器基于AC/DC功率转换。
在一个实施例中，电池充电器基于DC/DC功率转换。
在一个实施例中，电池充电器布置为与可再充电锂离子电池一起使用。
以上一些实施例消除或至少减少了本公开之前讨论的缺点。因此提供了一种电池充电器，其可以提供不同的电压电平，并且具有高功率转换效率和高成本效益。通过提供具有串联连接的多个次级变压器电路的电池充电器，可以提供不同的电压电平，也提供了安全解决方案，该安全解决方案可以不管输出到连接的至少一个可再充电电池的电压电平而确保用户不会遭受触电危险。
所公开的实施例的其它特征和优点将从以下详细描述、所附从属权利要求以及附图中展现。通常在权利要求中使用的所有术语将根据其在技术领域中的普通含义来解释，除非在此另有明确规定。除非另有明确说明，否则对“一个/一个/该【元件、设备、组件、装置、步骤等】”的所有引用应开放地解释为指代元件、设备、组件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。
附图说明
参照附图，这些和其他方面、特征和优点将在对各种实施例的以下描述中变得明显并予以阐明，在附图中：
图1示出了电池充电器的示意图；
图2示出了充电电路的示意图；
图3A示出了根据一个实施方式的充电电路的示意图；以及
图3B示出了根据一个实施方式的充电电路的示意图。
具体实施方式
现将在下文中参照附图更完整地描述所公开的实施例，在这些附图中示出了本发明的一些实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式呈现，且不应解释为限于本文所述的实施例；相反，这些实施例只是举例说明，因此本公开将是全面和完整的，并且本领域技术人员将充分理解本发明的范围。在全文中，相似的数字表示相似的部件。
本公开涉及电池充电器。参照图1和图2，现将描述根据一般方面的第一实施方式。图1示出了电池充电器的示意图，图2示出了充电电路的示意图，该充电电路可以包括在如图1所示的电池充电器中。
根据一般方面，电池充电器可以包括充电电路110。充电电路110可以是可以从充电源或电源120延伸到至少一个可再充电电池130的电路。因此，充电电路110可以通过迫使电流通过至少一个可再充电电池130来向其提供能量。至少一个可再充电电池130可以包括一个或多个可再充电电池，每个可再充电电池130可以包括一个或多个电池单元。
如图2所示，充电电路110可以包括初级变压器电路200和多个次级变压器电路210、220。图2示出了两个次级变压器电路210、220，但是应当理解，一般实施方式不限于两个次级变压器电路210、220，只要存在至少两个次级变压器电路，充电电路110可以包括任意数量的次级变压器电路。
初级变压器电路200可以连接到电源120以从电源120接收充电电流。多个次级电路210、220中的至少一个可以布置为与初级变压器电路200协作以向至少一个电池130提供充电电压。多个次级变压器电路210、220可以彼此串联连接。
在多个次级变压器电路210、220中，第一次级变压器电路210可以配置为借助于第一关联输出10向至少一个电池130提供第一充电电压。至少一个第二次级变压器电路220可以配置为提供附加充电电压，该电压被添加到来自第一次级变压器电路210的第一充电电压，以形成第二充电电压。借助于第二关联输出20，将第二充电电压提供给至少一个电池130。
在关联输出10、20处，当至少一个电池130再充电时，电池充电器100可以接收至少一个电池130。如上所述，根据哪一个关联输出10、20接收到至少一个电池130，可以向至少一个电池130提供不同的充电电压。
标准的单电压充电器通常可以包括一个次级变压器电路。然而，通过使用串联连接的多个次级变压器电路210、220，可以以成本有效的方式向至少一个电池130提供多个不同的电压输出。以不需要高额定电流和高额定电压以便在所提供的电压电平下提供最大功率的方式来实现电压输出是可能的。
至少一个第二次级变压器电路220可以共享来自初级变压器电路200的相同通量，并且由于多个次级变压器电路210、220可以彼此串联连接，因此可以获得更高的输出电压。至少一个次级变压器电路220可以提供附加电压，该附加电压可以添加到由第一次级变压器电路210提供的第一充电电压上，因此可以提供更高的输出电压。因此，不同类型的电池，可能具有不同电压电平，可以由同一电池充电器100再充电。例如，电池充电器100可以被设计为提供25.2V或42V的附加电压以对六个或十个额外串联连接的电池单元进行充电。因此，提供了一种电池充电器100，其可以提供不同的电压电平，并且具有高功率转换效率和高成本效率。
初级变压器电路200的设计可以根据所使用的功率转换器的类型而不同，并且本公开不限于此。例如，初级变压器电路200可以设计为实现LLC(指‘Inductor-Inductor-Capacitor’)谐振转换器、相移全桥转换器或反激转换器。根据一个实施例，电池充电器的输出电压和输出电流可以由施加到初级变压器电路200的电压和电流来控制。施加到初级变压器电路200的电压和电流可以由适合所用的功率转换器的类型的脉宽调制技术来产生。例如，初级变压器电路200可以利用所选择的脉宽调制技术以约100kHz的频率来切换。然而，切换频率可以更高，但也可以更低。
初级变压器电路210、220的设计也可以根据所使用的功率转换器的类型而不同，并且本公开不限于此。例如，次级变压器电路210、220可以包括滤波器和整流器。在一些实施方式中，次级变压器电路210、220可以是无源电路。在一些实施方式中，次级变压器电路210、220也可以是有源控制电路，包括例如同步整流。
在一个实施例中，第一充电电压可以处于安全超低电压(SELV)等级。因此，第一次级变压器电路210可以提供低于42.4V的充电电压。由于充电电压可以低于42.4V，因此与第一关联输出10相关联的终端可以认为是触碰安全的，没有任何触电危险。此外，由于至少一个第二次级变压器电路220可以配置为提供附加电压，该附加电压被添加到第一充电电压，因此可以提供电池充电器100，该电池充电器可以提供在SELV电平内的第一充电电压和可能高于SELV电平的第二充电电压。可替换地，如果由第二次级变压器电路220提供的附加电压较小，则可以获得可以提供SELV等级的第一充电电平和第二充电电平的电池充电器100。因此，可以实现灵活的电池充电器100。
在一个实施方式中，如图3A所示，可以在多个次级变压器电路210、220的第一关联输出10和第二关联输出20上使用与初级变压器电路200相同的VA额定值。VA额定值可以通过多个次级变压器电路210、220的匝数和导线直径来确定。根据本实施例，当使用相同的VA额定值时，可以在第一关关联输出10处实现全效。当至少一个电池130可连接到第二关联输出20时，第一次级变压器电路210可能稍微利用不足。
如图3A所示，前述的实施方式提供的另一个可能的有益效果是可以以成本有效的方式增大电池充电器100的容量。至少一个第二次级变压器电路220的额定值可以较低，但电池充电器100的容量可以增加。例如，为了将电池充电器100的容量从42V/420VA提高到67.2V/420VA，至少一个第二次级变压器电路220可能仅需25.2V/160VA的额定值。
如图3B所示，在一个可替换的实施方式中，第一次级变压器电路210的第一关联输出10处的额定电流可以与至少一个第二次级变压器电路220的第二关联输出20处的额定电流相同。由此，可以在关联输出端10、20处给定不同的VA额定值，而在第二相关输出端20处可实现的总VA额定值可以与初级变压器电路100匹配。根据这个实施例，当至少一个电池130可连接到第一关联输出10时，初级变压器电路200可能稍微利用不足。
优选前述两个实施例中的哪一个，可以根据电池充电器100所期望提供的电压组合来决定。例如，如果电池充电器100在第一关联输出10和第二关联输出20上分别提供最大值42V和110V，则可以优选第一实施例，因为它在关联输出10、20上使用与初级变压器电路200相同的VA额定值。然而，例如，如果电池充电器100在第一关联输出10和第二关联输出20上分别提供最大值42V和60V，则可以优选第二实施例。
在一个实施例中，电池充电器100还包括连接到充电电路110的充电控制电路150。这在图1中示出。充电控制电路150布置为用于识别哪一个关联输出10、20与至少一个电池130连接。通过识别至少一个电池130与哪一个关联输出连接，可以以更有效的方式利用电池充电器100，并且可以根据关联输出10、20以更方便的方式调整至少一个电池130的再充电。
充电控制电路150可以布置为以几种不同的方式识别至少一个电池130与哪一个关联输出10、20连接。例如，充电控制电路150可以布置为用于通过与至少一个电池130通信，来识别至少一个电池130与哪一个关联输出10、20连接。这可能要求至少一个电池130是所谓的“智能电池”并且包括某种电子设备或芯片，其能与电池充电器100通信，了解关于电池特性和状况。因此，这个解决方案可以提供如何利用由至少一个电池130提供的信息的许多可能性。
可替换地，充电控制电路150可以布置为通过感测电池电压的位置来识别哪一个关联输出10、20与至少一个电池130连接。这个解决方案在一些方面可以更简单且更便宜地实现，此外，这个解决方案可以不对至少一个电池130提出过高要求。
在另一个可替换的实施例中，充电控制电路150可以布置为通过所述两个实施方式中的任意一个来识别至少一个电池与哪一个关联输出10、20连接。因此，充电控制电路150可以布置为根据由电池充电器100在第一关联输出10和第二相关联输出20处接收的电池的类型来选择识别至少一个电池130的适当方式。
在一个实施方式中，当至少一个电池130识别为连接到第二关联输出20时，充电控制电路150可以布置为使用来自至少一个第二次级变压器电路220的电压反馈。该电压反馈可以用于控制在第二关联输出20处接收的至少一个电池130的充电。因此，可以控制至少一个电池130再充电的速率。可以控制添加到至少一个电池130的充电电流，并且可以防止可能降低电池性能或寿命的过充电。例如，充电控制电路可以通过控制初级变压器电路200的切换来调控充电电流和输出电压。
此外或可替换地，根据一些实施例，充电控制电路150可以布置为使用来自初级变压器电路200的电压反馈。该电压反馈可以用于控制功率流，以便控制在任何关联输出10、20处接收的至少一个电池130的充电。
在一个实施例中，当至少一个电池130被识别为连接到第二关联输出20时，电池充电器100可以布置为将第一关联输出10处的电压电平保持在安全超低电压(SELV)电平内。因此，可以在电池充电器100中设计一些额外的安全余量(Safety margin)。因此，当来自至少一个第二次级变压器电路220的电压反馈用于控制充电电压时，第一关联输出10上的电压输出可以绝不超过SELV电平。因此，可以实现更安全的电池充电器100，其可以确保使用者在触碰关联输出10时不会遭受触电危险。此外，根据本实施例，不管用户是否可以触碰第一关联输出10的终端，都可以解决前述的与电池接口的兼容性的问题。
在一个实施例中，当至少一个电池130被识别为连接到第一关联输出10时，充电控制电路150被布置为使用来自至第一次级变压器电路210的电压反馈。该电压反馈可以用于控制在第一关联输出10处接收的至少一个电池130的充电。因此，可以控制至少一个电池130再充电的速率。可以控制添加到至少一个电池130的充电电流，并且可以防止可能降低电池性能或寿命的过充电。
在一个实施例中，充电电路110还包括调节装置140。所述调节装置140可以在第一次级变压器电路210与至少一个次级变压器电路220中的至少一个之间连接并共享。该调节装置140可以是，例如输出保险丝、安全输出控制继电器和分流器中的至少一个。通过在第一次级变压器电路210和所述至少一个次级变压器电路220中的至少一个之间共享调节装置140，可以减少必要的硬件。这又可以减少硬件组件所需的空间和/或降低成本。
在一个实施例中，电池充电器100可以基于AC/DC转换。在另一个实施例中，电池充电器100可以基于DC/DC功率转换。
在一个优选的实施例中，电池充电器100可以布置为与可再充电锂离子电池一起使用。锂离子电池(或称锂电池(Li-ion battery))是可再充电电池，其中的锂离子在放电期间从负电极移动到正电极，而在充电时则返回。由于与其他可再充电电池相比，锂离子电池可以提供高能量密度和相对低的自放电率，有利的是可以提供布置为与可再充电锂离子电池一起使用的电池充电器100。
本领域技术人员在具有以上描述和相关示图中提出的教导内容的益处的情况下，将会想到所描述的实施例的修改和其他变形。因此，可以理解的是，实施例并非限于本公开所描述的具体实施例，并且修改和其他变形也包含在本公开的范围内。进一步地，虽然在本文中可能使用了特定术语，但是仅仅在通用和描述意义上使用这些特定术语，并且这些特定术语并非用于限制。因此，本领域技术人员会认识到对所描述的实施例的多种变形仍将落入所附权利要求的范围内。如在此使用的术语“包括/包含”或“包括/包含”不排除其他元件或步骤的存在。此外，尽管个体特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些个体特征可以有益地组合，并且包括不同的权利要求并不意味着特征的组合是不可行的和/或无益的。此外，单数援引不排除复数。

Claims (15)

1.一种电池充电器(100)，其中所述电池充电器(100)包括充电电路(110)，所述充电电路(110)包括：
初级变压器电路(200)，所述初级变压器电路(200)能连接到电源(120)以从所述电源(120)接收充电电流；以及
多个次级变压器电路(210、220)，其中，所述多个次级变压器电路(210、220)中的至少一个被布置为与所述初级变压器电路(200)协作以向至少一个电池(130)提供充电电压，并且其中所述多个次级变压器电路(210、220)彼此串联连接；并且其中
第一次级变压器电路(210)被配置为借助于第一关联输出(10)向所述至少一个电池(130)提供第一充电电压，并且
至少一个第二次级变压器电路(220)被配置为提供附加充电电压，所述附加充电电压添加到来自所述第一次级变压器电路(210)的所述第一充电电压以形成第二充电电压，其中所述第二充电电压借助于第二关联输出(20)提供给所述至少一个电池(130)。
2.根据权利要求1所述的电池充电器(100)，其中，所述第一充电电压处于安全超低电压SELV等级。
3.根据权利要求1或2所述的电池充电器(100)，其中，所述多个次级变压器电路(210、220)的所述第一关联输出和所述第二关联输出(10，20)上使用与所述初级变压器电路(200)相同的伏安VA额定值。
4.根据权利要求1或2所述的电池充电器(100)，其中，所述第一次级变压器电路(210)的所述第一关联输出(10)处的额定电流与所述至少一个第二次级变压器电路(220)的所述第二关联输出(20)处的额定电流相同。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池充电器(100)，其中，所述电池充电器(100)还包括连接到所述充电电路(110)的充电控制电路(150)，并且其中所述充电控制电路(150)被布置为识别所述至少一个电池(130)与哪一个关联输出(10、20)连接。
6.根据权利要求5所述的电池充电器(100)，其中，所述充电控制电路(150)被布置为通过与所述至少一个电池(130)通信来识别所述至少一个电池(130)与哪一个所述关联输出(10、20)连接。
7.根据权利要求5所述的电池充电器(100)，其中，所述充电控制电路(150)被布置为通过感测电池电压的位置来识别所述至少一个电池(130)与哪一个所述关联输出(10、20)连接。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的电池充电器(100)，其中，当所述至少一个电池(130)被识别为连接到所述第二关联输出(20)时，所述充电控制电路(150)被布置为使用来自所述至少一个第二次级变压器电路(220)的电压反馈。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的电池充电器(100)，其中，当所述至少一个电池(130)被识别为连接到所述第二关联输出(20)时，所述电池充电器(100)被布置为将所述第一关联输出(10)处的所述电压电平保持在安全超低电压SELV等级内。
10.根据权利要求5至7中任一项所述的电池充电器(100)，其中，当所述至少一个电池(130)被识别为连接到所述第一关联输出(10)时，所述充电控制电路(150)被布置为使用来自所述第一次级变压器电路(210)的电压反馈。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电池充电器(100)，其中，所述充电电路(110)还包括调节装置(140)，其中，所述调节装置(140)在所述第一次级变压器电路(210)与所述至少一个次级变压器电路(220)中的至少一个之间连接并共享。
12.根据权利要求11所述的电池充电器(100)，其中，所述调节装置(140)是输出保险丝、安全输出控制继电器和分流器中的至少一个。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电池充电器(100)，其中，所述电池充电器(100)基于AC/DC功率转换。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电池充电器(100)，其中，所述电池充电器(100)基于DC/DC功率转换。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电池充电器(100)，其中，所述电池充电器(100)被布置为与可再充电锂离子电池一起使用。
CN201980078012.7A 2018-11-27 2019-11-12 具有多个次级变压器电路的电池充电器 Pending CN113169576A (zh)

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