一种充电装置及电池包充电电路的制作方法

专利2024-11-12  15


本技术涉及充电,特别涉及一种充电装置及电池包充电电路。


背景技术:

1、电池储能产业目前发展迅速,电池的容量、电压不断增大,降成本的压力也越来越大。高压电池包由单节电池串联得到。由于电池材料和工艺等方面的原因,会导致在充电或者放电后,电池包里的单节电池电压不一致。这会导致电池包寿命降低和过冲放引起的安全问题。因此电池均衡技术是电池储能的一项核心技术。

2、目前主动均衡技术,简单的讲就是电压高的单节电池给电压低的单节电池供电,或者电池包给电压低的单节电池供电,最终使得各个单节电池的工况达到一致的状态。均衡过程一般如下:由电池管理afe监控电池的工作状况,由afe控制充电装置给某一节单电池电芯充电。整体的均衡架构方案有多种,其中一种常用的充电架构如图1所示,每节单电池电芯上配一个充电装置,afe通过检测单电池电芯的工作状态,通过ctl引脚控制与该单电池对应的充电装置工作,其中充电装置的输出端是直接跟单电池相连的。为了简化框图,图1中没有示出afe与充电装置的连接关系。目前充电装置一般为隔离型的开关电源。

3、开关电源内部由pwm控制器来控制工作,pwm控制器通常通过控制开关频率和占空比来控制输出的功率,负载越小开关频率越低、占空比越小,由于兼顾动态响应、控制可靠性、音频噪声等方面的原因,工程上并不能把开关频率和占空比降到很低。在常见的工程应用中,为了避免音频噪音,开关频率通常限制在22khz以上;避免干扰,pwm控制器一般有200ns左右的最小导通时间。虽然不同的控制器、不同的应用中,上述的最小开关频率、占空比数值可能不一样,但几乎所有的pwm控制器都会有最小开关频率和最小占空比限制。因此开关电源是有最小的传输能量的。当负载损耗的能量小于开关电源的最小传输能量时,输出就会不稳定,可能产生输出电压飘高或者振荡的情况。在正常情况下,afe会通过检测电池的工况,当电池电压过高时就会控制充电装置停止工作。而在工程应用中,通常也会考虑单点故障时系统的可靠性,其中一种单点故障情况就是afe检测失效导致充电装置一直工作,这时就需要充电装置内部也有一道过冲保护限压机制,当触发限压机制时,充电装置是处于空载/轻载状态的。在传统的开关电源控制中,限压功能是较容易实现的,通过常规电压闭环反馈即可实现。但由于上述的最小传输能量的原因,必须在充电装置的输出端并联假负载,如图1所示,才能稳定充电装置在轻载/空载时的工况。假负载同时并联在电池的正负极之间,存在消耗电池能量的情况,造成一定的损耗,长期使用,损耗的累计也不容小觑。

4、因此,需要对充电装置进行改进,来解决假负载造成的能量消耗问题。


技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种充电装置及电池包充电电路,可以解决现有技术中充电装置输出端两端并联假负载造成的能量损耗问题。

2、本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:

3、第一方面,本实用新型提供一种充电装置,包括变压器、第一整流电路、第一电容c1、第二整流电路、功率方波发生电路和消耗电路;所述功率方波发生电路连接在所述变压器的原边绕组两端,为变压器原边提供方波电压;所述第一整流电路的输入端和第二整流电路的输入端分别连接变压器的副边绕组的一端;所述第二整流电路的输出端连接所述消耗电路的一端;所述第一整流电路的输出端连接第一电容c1的一端;所述第一电容c1的另一端和所述消耗电路的另一端连接变压器的副边绕组的另一端;所述第一整流电路和第二整流电路均为单向导通电路,均从各自的输入端向输出端单向导通。

4、进一步的,所述的一种充电装置还包括第二电容c2,所述第二电容c2并联在所述消耗电路两端。

5、进一步的,所述第一整流电路或第二整流电路是二极管、mos管、三极管其中一种,或任意两种以上的串联或并联。

6、进一步的,所述消耗电路是电阻、稳压二极管、线性稳压器其中一种,或任意两种以上的串联或并联。

7、进一步的,所述第一整流电路包括第一二极管d1,所述第二整流电路包括第二二极管d2,所述消耗电路包括电阻r1,所述功率方波发生电路包括第一mos管tr1;输入电压vin从变压器的原边绕组的一端输入,变压器的原边绕组的另一端与第一mos管tr1的漏极相连,第一mos管tr1的源极接地;变压器的副边绕组的一端连接第一二极管d1的阳极和第二二极管d2的阳极;第一二极管d1的阴极与第一电容c1的一端相连,第一电容c1的另一端与变压器的副边绕组s1的另一端相连;电阻r1的一端与第二二极管d2的阴极相连,另一端与变压器的副边绕组的另一端相连。

8、进一步的,所述第一整流电路包括第二mos管tr2,所述第二整流电路包括第二二极管d2,所述消耗电路包括稳压二极管dz1,所述功率方波发生电路包括第一mos管tr1;输入电压vin从变压器的原边绕组的一端输入,原边绕组的一端与第一mos管tr1的漏极相连,第一mos管tr1的源极接地;变压器的副边绕组的一端与第二mos管tr2的源极、第二二极管d2的阳极相连;第二mos管tr2的漏极与第一电容c1的一端相连,第一电容c1的另一端与变压器的副边绕组s1的另一端相连;稳压二极管dz1的阴极与第二二极管d2的阴极相连,稳压二极管dz1的阳极与变压器的副边绕组的另一端相连。

9、第二方面,本实用新型提供一种电池包充电电路,包括n个并联的上述充电装置,每个所述充电装置的输出端连接充电包的一个单体电池并为单体电池充电。

10、本实用新型的一种充电装置及电池包充电电路,用假负载电路替代了现有技术中的假负载,可以稳定充电装置输出的同时又不会消耗电池的能量(vo+、vo-两端为高阻);同时具有通用性,可配合任一款电源管理控制芯片一起使用。



技术特征:

1.一种充电装置,其特征在于,包括变压器、第一整流电路、第一电容(c1)、第二整流电路、功率方波发生电路和消耗电路;所述功率方波发生电路连接在所述变压器的原边绕组两端,为变压器原边提供方波电压;所述第一整流电路的输入端和第二整流电路的输入端分别连接变压器的副边绕组的一端;所述第二整流电路的输出端连接所述消耗电路的一端;所述第一整流电路的输出端连接第一电容(c1)的一端;所述第一电容(c1)的另一端和所述消耗电路的另一端连接变压器的副边绕组的另一端;所述第一整流电路和第二整流电路均为单向导通电路,均从各自的输入端向输出端单向导通。

2.根据权利要求1所述的一种充电装置,其特征在于,还包括第二电容(c2),所述第二电容(c2)并联在所述消耗电路两端。

3.根据权利要求1或2所述的一种充电装置,其特征在于,所述第一整流电路或第二整流电路是二极管、mos管、三极管其中一种,或任意两种以上的串联或并联。

4.根据权利要求3所述的一种充电装置,其特征在于,所述消耗电路是电阻、稳压二极管、线性稳压器其中一种,或任意两种以上的串联或并联。

5.根据权利要求4所述的一种充电装置,其特征在于,所述第一整流电路包括第一二极管(d1),所述第二整流电路包括第二二极管(d2),所述消耗电路包括电阻(r1),所述功率方波发生电路包括第一mos管(tr1);输入电压vin从变压器的原边绕组的一端输入,变压器的原边绕组的另一端与第一mos管(tr1)的漏极相连,第一mos管(tr1)的源极接地;变压器的副边绕组的一端连接第一二极管(d1)的阳极和第二二极管(d2)的阳极;第一二极管(d1)的阴极与第一电容(c1)的一端相连,第一电容(c1)的另一端与变压器的副边绕组的另一端相连;电阻(r1)的一端与第二二极管(d2)的阴极相连,另一端与变压器的副边绕组的另一端相连。

6.根据权利要求4所述的一种充电装置,其特征在于,所述第一整流电路包括第二mos管(tr2),所述第二整流电路包括第二二极管(d2),所述消耗电路包括稳压二极管(dz1),所述功率方波发生电路包括第一mos管(tr1);输入电压vin从变压器的原边绕组的一端输入,原边绕组的一端与第一mos管(tr1)的漏极相连,第一mos管(tr1)的源极接地;变压器的副边绕组的一端与第二mos管(tr2)的源极、第二二极管(d2)的阳极相连;第二mos管(tr2)的漏极与第一电容(c1)的一端相连,第一电容(c1)的另一端与变压器的副边绕组的另一端相连;稳压二极管(dz1)的阴极与第二二极管(d2)的阴极相连,稳压二极管(dz1)的阳极与变压器的副边绕组的另一端相连。

7.一种电池包充电电路,其特征在于,包括n个并联的权利要求1至6任一项所述的充电装置,每个所述充电装置的输出端连接充电包的一个单体电池并为单体电池充电。


技术总结
本技术提供一种充电装置及电池包充电电路,其中充电装置包括变压器、第一整流电路、第一电容、第二电容、第二整流电路、功率方波发生电路和消耗电路。本技术由第二电容、第二整流电路和消耗电路构成的假负载电路,替代了现有技术中的假负载,可以稳定充电装置输出的同时又不会消耗电池的能量。同时具有通用性,可配合任一款电源管理控制芯片一起使用。

技术研发人员:余凤兵,周耀彬,黄列淮
受保护的技术使用者:苏州源特半导体科技有限公司
技术研发日:20231106
技术公布日:2024/6/26
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