專利名稱：電池充電電路、電池充電系統(tǒng)及對電池組充電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池充電電^各和方法。
背景技術(shù)：
圖1所示為 一種傳統(tǒng)電池充電電^各ioo的示意圖。傳統(tǒng)電池
充電電路100包括交流(AC)電源102、交流/直流轉(zhuǎn)換器104、 開關(guān)106、脈沖型充電器控制器112和電池組110。交流電源102 提供交流電壓。交流/直流轉(zhuǎn)換器104將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電 壓。該直流電壓經(jīng)過開關(guān)106被提供給電池組110。開關(guān)106的開 合由脈沖型充電器控制器112控制，從而可以產(chǎn)生 一平均值滿足 充電要求的充電電流并提供給電池組IIO。具體地，開關(guān)106閉 合時有電流提供給電池組110,開關(guān)106斷開時沒有電流提供給 電池組IIO。這樣，電池組110在脈沖型充電才莫式下被充電。電 池組IIO、開關(guān)106和脈沖型充電器控制器112組成一遠端控制回 路，該遠端控制回路根據(jù)電池組1 IO的狀態(tài)調(diào)節(jié)充電過程。然而， 這里所使用的脈沖型充電器控制器112的構(gòu)成非常復(fù)雜并且十
分昂貴。
圖2所示為 一 種傳統(tǒng)的交流/直流轉(zhuǎn)換器2 0 0的示意圖。該交 流/直流轉(zhuǎn)換器200可用于傳統(tǒng)電池充電電路100中，以提供直流 電壓。其中，與圖l中具有相同標號的元件其功能相同，因此為 了簡短和清楚，不再贅述。交流/直流轉(zhuǎn)換器200包括二極管電 橋202和電容204。 二極管電橋202將由交流電源102產(chǎn)生的交流 電壓轉(zhuǎn)換為脈沖電壓，電容204將該脈沖電壓進行濾波以輸出直 流電壓。但是，當電池組110被深度力文電后，由交流/直流轉(zhuǎn)換 器200產(chǎn)生的充電電流將對電池使用壽命產(chǎn)生負面影響。另夕卜，若交流電源102不穩(wěn)定，則所產(chǎn)生的直流電壓也會不穩(wěn)定，同樣 會縮短電池使用壽命。
圖3所示為另 一 種傳統(tǒng)交流/直流轉(zhuǎn)換器3 0 0的示意圖。該交 流/直流轉(zhuǎn)換器300可用于傳統(tǒng)電池充電電路100中，以提供直流 電壓。其中，與圖1和圖2中具有相同標號的元件其功能相同， 因此為了簡短和清楚，不再贅述。交流/直流轉(zhuǎn)換器300包括二 極管電橋202、電容204和直流到直流轉(zhuǎn)換器302。該直流/直流 轉(zhuǎn)換器302反激包括反激變壓器304、整流二極管306、濾波電容 308、誤差信號放大器310和包括電阻312、電阻314、光耦合器 316、開關(guān)式電源(SMPS)控制器318和開關(guān)320的反饋網(wǎng)絡(luò)。 在電容204兩端產(chǎn)生的直流電壓經(jīng)由反激變壓器304、整流二極 管306和濾波電容308后被轉(zhuǎn)換成直流電壓DCJN。另外，由電 阻3 12和電阻3 14組成的分壓電路將直流電壓DC一IN分壓得到反 饋電壓VFB。誤差放大器310將反饋電壓VFB與參考電壓VREF1 比較。誤差放大器310的輸出順序經(jīng)光耦合器316、 SMPS控制器 318和開關(guān)320連接至反激變壓器304的初級，從而能夠調(diào)節(jié)直流 電壓DC一IN的電壓值直到反饋電壓VFB等于參考電壓VREF1。 這樣，直流/直流轉(zhuǎn)換器302中的元件就組成了 一近端控制回路 以調(diào)節(jié)直流電壓DC—IN的大小。這樣，近端控制回路就可根據(jù) 參考電壓VREF1調(diào)節(jié)直流電壓DC—IN。
同樣的，當電池組ll(H皮深度i文電后，由交流/直流轉(zhuǎn)換器 300產(chǎn)生的充電電流可能對使用電池壽命具有負面影響。另夕卜， 近端控制回路和遠端控制回路(圖l中)的同時存在，將會使回 路的穩(wěn)定性問題變復(fù)雜并且導(dǎo)致電池充電電路100中的瞬態(tài)響 應(yīng)。
圖4所示為另 一種傳統(tǒng)電池充電電路400的示意圖。其中， 與圖l、圖2和圖3中具有相同標號的元件其功能相同，因此為了簡短和清楚，不再贅述。電池充電電^各400包括交流電源102、 交流/直流轉(zhuǎn)換器104、連續(xù)型充電器控制器402和電池組110。 連續(xù)型充電器控制器402根據(jù)電池組1 IO的狀態(tài)調(diào)節(jié)充電過程。 另外，還可包括微控制器404，用于收集表示電池組110的狀態(tài) 的信號然后提供給連續(xù)型充電器控制器402。這樣，連續(xù)型充電 器控制器402 、 ^微控制器404和電池組110就組成了遠端回。連 續(xù)型充電器控制器402為電池組1 IO提供連續(xù)的充電電流，在這 種情況下，電池組110在連續(xù)充電沖莫式下凈皮充電。
使電路的穩(wěn)定性問題變復(fù)雜并且導(dǎo)致電池充電電路4 0 0的瞬態(tài) 響應(yīng)。另外，元件數(shù)量也很龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明^是供了 一種電池充電電^各。所述電池充電電^各包括 交流/直流轉(zhuǎn)換器、充電控制開關(guān)和充電器控制器。交流/直流 轉(zhuǎn)換器為所述電池組提供充電電能。所述充電控制開關(guān)連接于 所述交流/直流轉(zhuǎn)換器和所述電池組之間。所述充電控制開關(guān)將 所述充電電能傳遞給所述電池組。所述充電器控制器檢測所述 電池組的狀態(tài)，并控制充電控制開關(guān)使其根據(jù)該電池組的狀態(tài) 在連續(xù)充電模式或脈沖充電模式下對所述電池組充電。所述充 電器控制器也控制所述交流/直流轉(zhuǎn)換器使其根據(jù)所述電池組 的狀態(tài)調(diào)節(jié)充電電能。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述轉(zhuǎn)換器控制信號從至少 一恒流充電模式和一恒壓充電模式中選擇一充電模式為所述電 池組充電。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述交流/直流轉(zhuǎn)換器可在一 預(yù)定條件下提供預(yù)定最小充電電壓，所述預(yù)定條件包括預(yù)調(diào)節(jié)模式、充電終止和發(fā)生非正常狀況。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述交流/直流轉(zhuǎn)換器、所述 充電控制開關(guān)、所述充電器控制器和所述電池組組成單一控制回路。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述交流/直流轉(zhuǎn)換器包括直 流/直流轉(zhuǎn)換器，用于從所述充電器控制器接收所述轉(zhuǎn)換器控制 信號，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)換器控制信號調(diào)節(jié)所述交流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出。
本發(fā)明所述的電池充電電路，以所述連續(xù)型充電模式對所
述電池組充電時，所述充電控制開關(guān)工作在線性模式；以所述 脈沖型充電模式對所述電池組充電時，所述充電控制開關(guān)工作 在開關(guān)模式。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述電池組的電壓小于預(yù)定 最小電池電壓時，以所述連續(xù)型充電才莫式對所述電池組充電； 所述電池組的電壓大于所述預(yù)定最小電池電壓時，以所述脈沖 型充電才莫式對所述電池組充電。
本發(fā)明所述的電池充電電路，以所述連續(xù)型充電模式對所 述電池組充電時，所述交流/直流轉(zhuǎn)換器提供預(yù)調(diào)節(jié)充電電流。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述充電器控制器包括電流 誤差放大器，用于在所述脈沖型充電模式中將所述電池組的充 電電流與預(yù)定最大充電電流比較，并根據(jù)該比較結(jié)果提供所述 轉(zhuǎn)換器控制信號。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述充電器控制器包括電流 誤差放大器，用于在所述連續(xù)型充電模式中將所述電池組的充 電電流與預(yù)定預(yù)處理充電電流比較，并根據(jù)該比較結(jié)果提供所 述轉(zhuǎn)換器控制信號。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述充電器控制器包括電壓誤差放大器，用于將所述交流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出直流電壓與預(yù) 定最大電池電壓比較，并根據(jù)該比較結(jié)果提供所述轉(zhuǎn)換器控制信號。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述充電器控制器可接收表 示所述電池組發(fā)生非正常狀況的報警信號，并根據(jù)該報警信號 終止對所述電池組的充電過禾呈。
本發(fā)明還才是供 一 種對電池組充電的方法，所述方法包括以
下步驟用充電控制開關(guān)將充電電能由交流/直流轉(zhuǎn)換器傳遞到 所述電池組；根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號控制所述交流/直流轉(zhuǎn)換器； 以及根據(jù)開關(guān)控制信號控制所述充電控制開關(guān)，其中所述轉(zhuǎn)換 器控制信號根據(jù)所述電池組的狀態(tài)生成，所述開關(guān)控制信號根 據(jù)所述電池組的狀態(tài)從至少 一 連續(xù)型充電才莫式和 一 脈沖型充電
模式中選擇一 充電模式對所述電池組充電。
本發(fā)明所述的對電池組充電的方法，所述轉(zhuǎn)換器控制信號 從至少 一 恒流充電模式和 一 恒壓充電模式中選擇 一 充電模式為 所述電池組充電。
本發(fā)明所述的對電池組充電的方法，所述方法還包括以下 步驟在所述連續(xù)型充電模式中，控制所述充電控制開關(guān)工作 于線性模式對所述電池組充電；以及在所述脈沖型充電模式中， 控制所述充電控制開關(guān)工作于開關(guān)模式對所述電池組充電。
本發(fā)明所述的對電池組充電的方法，所述方法還包4舌以下
步驟將所述電池組的電池電壓與預(yù)定最小電池電壓比4交；以
及根據(jù)比較結(jié)果控制所述充電控制開關(guān)。
本發(fā)明又提供一種電池充電系統(tǒng)，包括可控電能轉(zhuǎn)換器，
用于將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；以及充電回路，連接于可控
電能轉(zhuǎn)換器和電池組之間，用于根據(jù)所述電池組的狀態(tài)控制充 電控制開關(guān)從至少一連續(xù)型充電模式和一脈沖型充電模式中選擇一充電模式對所述電池組充電，并且通過控制所述電能轉(zhuǎn)換 器的輸出從至少一恒流充電模式和一恒壓充電模式選擇一充電 才莫式》十所述電池組充電。
本發(fā)明所述的電池充電系統(tǒng)，所述充電回^各才艮據(jù)所述電池 組的狀態(tài)生成開關(guān)控制信號，用于控制所述充電控制開關(guān)。
本發(fā)明所述的電池充電系統(tǒng)，所述充電回^各才艮據(jù)所述電池 組的狀態(tài)生成轉(zhuǎn)換器控制信號，用于控制所述可控電能轉(zhuǎn)換器 的輸出。
本發(fā)明還提供一種電池充電電路，包括交流/直流轉(zhuǎn)換器， 用于為電池組提供充電電能；以及充電器控制器，連接于所述 交流/直流轉(zhuǎn)換器和所述電池組之間，用于根據(jù)所述電池組的狀 態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器控制信號給所述交流/直流轉(zhuǎn)換器以控制所述充 電電能，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制信號經(jīng)由轉(zhuǎn)換器控制接口控制 所述交流/直流轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器控制接口在所述交流直流轉(zhuǎn) 換器與所述電池組之間提供電化隔離。
本發(fā)明所迷的電池充電電路，所述交流/直流轉(zhuǎn)換器為開關(guān) 式電源(SMPS)型。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述轉(zhuǎn)換器控制信號從至少 一恒流充電模式和一恒壓充電模式選擇一充電模式對所述電池 組充電。
本發(fā)明所述的電池充電電^各，所述電池充電電路，還包括 充電控制開關(guān)，連接于所述交流/直流轉(zhuǎn)換器和所述電池組之 間，用于傳遞所述充電電能到所述電池組。
本發(fā)明所述的電池充電電路，所述充電器控制器根據(jù)所述 電池組的狀態(tài)為所述充電控制開關(guān)提供開關(guān)控制信號，其中所 述開關(guān)控制信號從至少一連續(xù)型充電模式和一脈沖型充電模式 選擇一充電^莫式對所述電池組充電。本發(fā)明所述的電池充電電路，所述轉(zhuǎn)換器控制接口包括光
耦合器。
本發(fā)明可消除瞬態(tài)相應(yīng)的問題，并降^氐電池充電電i 各的整 體成本。


本發(fā)明的優(yōu)點將在下述結(jié)合所附的附圖的對
具體實施例方式
的具體描述中變得更明顯
圖l是一種傳統(tǒng)電池充電電路的示意圖。
圖2是 一 種傳統(tǒng)交流/直流轉(zhuǎn)換器的示意圖。
圖3是另 一 種傳統(tǒng)交流/直流轉(zhuǎn)換器的示意圖。
圖4是另 一種傳統(tǒng)電池充電電路的示意圖。
圖5是#4居本發(fā)明 一 個實施例的電池充電電的結(jié)構(gòu)框圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池充電電路的示意性圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明 一 個實施例的電池充電電路中的充電方
法的流程圖。
具體實施例方式
以下將對本發(fā)明的具體實施方式
進行闡述。本發(fā)明將與本 發(fā)明的 一 些具體實施例結(jié)合闡述，但本發(fā)明不限制于所述的具 體實施例。對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明 一 個實施例的電池充電電路500的結(jié) 構(gòu)框圖。在一個實施例中，電池充電電路500包括交流電源502、 交流/直流轉(zhuǎn)換器(又稱AC/DC、可控電能轉(zhuǎn)換器)504、充 電控制開關(guān)506、充電器控制器508、電流感測電阻510、連接器 5 12和電池組514 。交流/直流轉(zhuǎn)換器5 0 4接收交流電源5 0 2的交流電能并提供充電電能(如，經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓DCIN)以對電池 組514充電。連接于交流/直流轉(zhuǎn)換器504與電池組514之間的充 電控制開關(guān)506用于傳遞充電電能給電池組514。充電器控制器 508可感測關(guān)于電池組514狀態(tài)的多個參數(shù)，如經(jīng)調(diào)節(jié)的直流 電壓DCIN、電池組514的充電電流ISEN和電池組514的電池電 壓VSEN。在一個實施例中，充電器控制器508通過電流感測電 阻510感測連4妻到電池組514的來感測充電電流ISEN，該電流感 測電阻510連接至電池組514。在一個實施例中，充電器控制器 5 0 8根據(jù)電池組5 14的狀態(tài)向交流/直流轉(zhuǎn)換器5 0 4提供轉(zhuǎn)換器控 制信號CCS 。充電器控制器508還可根據(jù)電池組514的狀態(tài)向充 電控制開關(guān)506提供開關(guān)控制信號SCS。連接器512與電池充電 電路500中的其他元件，如充電控制開關(guān)506、充電器控制器 508和電流感測電阻510 —起與電池組514連4妻。
有利地，交流/直流轉(zhuǎn)換器504、充電控制開關(guān)506、充電器 控制器508、電流感測電阻510、連接器512和電池組514組成了 全局控制回路。全局控制回路可根據(jù)電池充電電路500的狀態(tài)
(如電池電壓VSEN 、充電電流ISEN和經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓 DCIN)動態(tài)調(diào)節(jié)電池組514的充電過程。有了全局控制回路， 在一個實施例中，電池充電電路500就不再需要其他附加的控制 回路。這樣一來，就避免了回路的穩(wěn)定性問題復(fù)雜化以及消除 了瞬態(tài)響應(yīng)的問題。并且，由于全局控制回路塊能夠集成在一 起，使得元件數(shù)量可大大減少。因此，降低了電池充電電路500 的整體成本。
此外，圖5中的交流/直流轉(zhuǎn)換器504和充電控制開關(guān)506可 根據(jù)開關(guān)控制信號SCS以連續(xù)(線性)型充電模式或脈沖型充 電模式為電池組514充電。也就是說，開關(guān)控制信號SCS可以從 至少連續(xù)型充電模式或脈沖型充電模式兩種模式中為電池組514選擇充電模式。在一個實施例中，在連續(xù)型充電模式下，充
電控制開關(guān)506被控制在線性模式。在一個實施例中，在脈沖型 充電模式下，充電控制開關(guān)506被控制在開關(guān)模式(充電控制開 關(guān)506開或合)。在一個實施例中，連續(xù)型充電模式可用于在預(yù) 充電(滴流充電(tickle charging ))階l爻^j"電池lE 5 14充電，以 保證電池不受損。預(yù)充電階段是指當電池組514的電壓低于預(yù)定 最低電壓VMIN時的階段。在一個實施例中，在連續(xù)型充電模 式下， 一 個相對較低的充電電流和/或 一 個相對較低的充電電壓 被提供給電池組514。例如，在預(yù)充電階段，交流/直流轉(zhuǎn)換器 504被驅(qū)動用于提供一個預(yù)定最小充電電壓。在一個實施例中， 脈沖型充電才莫式可用于在電池組514的電壓高于預(yù)定最低電壓 VMIN時只十電〉也纟且514充電。
另外，交流/直流轉(zhuǎn)換器504可根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號CCS在 恒流充電模式或恒壓充電模式對電池組514充電。也就是說，轉(zhuǎn) 換器控制信號CCS可從至少恒流充電模式或恒壓充電模式兩種 模式選擇充電模式。在恒流充電模式，交流/直流轉(zhuǎn)換器5(M提 供恒定的充電電流對電池組514充電。在恒壓充電才莫式，交流/ 直流轉(zhuǎn)換器504提供恒定的充電電壓對電池組514充電。在 一 個 實施例中，若電池組514的電壓低于預(yù)定的最大電池電壓，則在 恒流充電才莫式對電池組514充電；若電池組514的電壓達到預(yù)定 的最大電池電壓，則在恒壓充電才莫式對電池組514充電。在一個 本實施例中，脈沖型充電模式可以包括恒流充電模式和恒壓充 電模式。
此外，充電器控制器508還可根據(jù)電池組514的警報信號、 配置信號、充電狀態(tài)信號調(diào)節(jié)電池組514的充電過程。在一個實 施例中，警報信號可表示電池組514處于非正常狀況，如過熱、 過壓、過流。當非正常狀況發(fā)生時，交流/直流轉(zhuǎn)換器504可被驅(qū)動以提供預(yù)定的最小充電電壓。在一個實施例中，配置信號
可表示電池組514的配置參數(shù)，如電池數(shù)量、各個電池的化學 特性等。在一個實施例中，充電狀態(tài)信號可表示電池組514是否 充滿。當電池組514完全充滿時，充電過禾呈將凈皮終止，交流/直 流轉(zhuǎn)換器504被驅(qū)動以提供預(yù)定最小充電電壓。這樣一來，在至 少預(yù)充電階段、充電終止或非正常狀況發(fā)生時，交流/直流轉(zhuǎn)換 器504可被驅(qū)動以提供預(yù)定最小充電電壓。并且，這些信號可由 信息總線直接提供給充電器控制器508。如圖5所示，微控制器 516也可用于通過信息總線收集這些信號并將其傳送給充電器 控制器508。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池充電電路600的 示意圖。其中，與圖5中具有相同標號的元件其功能相同，為了 簡短和清楚，在此不再贅述。在一個實施例中，電池充電電路 6()0包括交流電源502、交流/直流轉(zhuǎn)換器(可控電能轉(zhuǎn)換器)504、 充電控制開關(guān)506、充電器控制器508、電流感測電阻510、連接 器512和電池組514。上述元件構(gòu)成可根據(jù)電池充電電路600的狀 態(tài)，如電池電壓VSEN、充電電流ISEN、經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓 DCIN，動態(tài)調(diào)節(jié)充電過程的全局控制回路。另外，全局控制回 路還可根據(jù)信號CELLS、信號VSET、信號ISET、充電控制信 號ON一OFF和信號BTHP，調(diào)節(jié)電池組514的充電過程。在一個 實施例中，信號CELLS可表示電池組514中的電池數(shù)量；信號 VSET可表示電池組514的預(yù)定最大電池電壓；信號ISET可表示 預(yù)定最大充電電流；充電控制信號ON—OFF控制充電控制開關(guān) 506工作在脈沖充電4莫式，同時也表示電池組514是否充滿；信 號BTHP表示電池組514處于非正常狀況，如過熱狀況、過壓 狀況或過流狀況。這些信號可由信息總線直接提供給充電器控 制器508。如圖6所示，微控制器516也可用于通過信息總線收集這些信號并將其傳送給充電器控制器508。
在一個實施例中，交流/直流轉(zhuǎn)換器(如開關(guān)式電源 (SMPS)) 504包括二極管電橋602、電容604和直流/直流轉(zhuǎn)換 器606。 二極管電橋602和電容604將交流電源502提供的交流電 壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。直流/直流轉(zhuǎn)換器606包括變壓器(如反 激變壓器)608、 二極管(如整流二極管)610、電容(如 濾波電容)612、在交流/直流轉(zhuǎn)換器504與電池組514之間提供 電化隔離的轉(zhuǎn)換器控制接口 (如光耦合器)614、開關(guān)式電源 控制器616和開關(guān)(如開關(guān))618。 二才及管610和電容612連接 到變壓器608的次級。變壓器608、 二極管610和電容612將直流 電壓轉(zhuǎn)換為經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓DCIN。直流/直流轉(zhuǎn)換器606從充 電器控制器508接收轉(zhuǎn)換器控制信號CCS,這樣可以根據(jù)轉(zhuǎn)換器 控制信號CCS調(diào)節(jié)交流/直流轉(zhuǎn)換器504的輸出。更具體地說， 是由轉(zhuǎn)換器控制接口 614從充電器控制器5 0 8接收轉(zhuǎn)換器控制信 號CCS。轉(zhuǎn)換器控制信號CCS順序經(jīng)由轉(zhuǎn)換器控制接口 614、開 關(guān)式電源控制器616和開關(guān)618,調(diào)節(jié)變壓器608的初級。從而， 可以根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號CCS調(diào)節(jié)交流直流轉(zhuǎn)換器504的輸出 (例如，經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓DCIN)。更有利的是，在交流/直流 轉(zhuǎn)換器504內(nèi)不存在近端回路，而是交流/直流轉(zhuǎn)換器504被包括 在了電池充電電^各600的全局控制回^各中。由于電池充電電^各 600中只存在一個回路，傳統(tǒng)電池充電電路中存在的穩(wěn)定性問題 復(fù)雜化和瞬態(tài)響應(yīng)的問題便解決了 。
在一個實施例中，充電器控制器508包括比較器624、電流 誤差信號放大器(如跨導(dǎo)運算放大器(OAT)) 626、電壓誤 差放大器(如OAT) 628、選擇器620、乘法器630、保護開關(guān) 632、電流源634、驅(qū)動器636、緩沖器638和640。比較器624將 電池組515的電池電壓VSEN與預(yù)定最小電池電壓VMIN進行比較。預(yù)定最小電池電壓VMIN可由乘法器630得到。乘法器630 可將信號CELLS與信號VSET相乘，并從乘積中提取 一 定比例的 值作為預(yù)定最小電池電壓VMIN。預(yù)定最小電池電壓VMIN由緩 沖器640提供給比較器624 。比較器624根據(jù)比較結(jié)果控制選擇器 620。有利的是，如果電池組514的電壓小于預(yù)定最小電池電壓 VMIN,則以連續(xù)型充電沖莫式對電池組514充電；如果電池組514 的電壓大于預(yù)定最小電池電壓VMIN,則以^R沖型充電沖莫式對 電池組514充電。
另夕卜，在一個實施例中，電流源634的正極連接到參考電壓 VREF。參考電壓VREF可以為由充電器控制器508內(nèi)部生成的參 考電壓，也可由用戶設(shè)定。電流源634的負極、電流誤差放大器 6 2 6的輸出端、電壓誤差放大器6 2 8的輸出端都連接到公共端點 COMP。從而，電流誤差放大器626和電壓誤差放大器628以邏 輯或的方式連接。在一個實施例中，公共端點COMP的電壓可 在0 VREF之間調(diào)節(jié)。電流誤差放大器626和電壓誤差放大器 628都包括在全局控制回路中。
在一個實施例中，當電池電壓VSEN小于預(yù)定最小電池電 壓VMIN時，選擇器620選擇節(jié)點642,在這種情況下，驅(qū)動器 636由選擇器620連接到公共端點COMP。此時，連續(xù)型充電模 式被選中。在連續(xù)型充電模式中，電流誤差放大器626工作而電 壓誤差信號放大器628不起作用。開關(guān)控制信號SCS由公共端點 COMP處的電壓所驅(qū)動。公共端點COMP處的電壓根據(jù)電流誤差 放大器626的輸出、參考電壓VREF和電流源634所產(chǎn)生。電流誤
:ISET表示預(yù)定最大充電電流。預(yù)定的預(yù)充電充電電流為預(yù)定最 大充電電流的一部分。這樣，電流誤差放大器626可調(diào)節(jié)公共端 點COMP處的電壓，從而，可以調(diào)節(jié)開關(guān)控制信號SCS。由驅(qū)動器636提供開關(guān)控制信號SCS (例如， 一模擬信號)以控制充電 控制開關(guān)506工作在線性模式。在線性模式，充電控制開關(guān)506 以線性調(diào)節(jié)器方式工作。
相似地，在一個實施例中，在連續(xù)型充電模式中，轉(zhuǎn)換器 控制信號CCS也由公共端點COMP處的電壓驅(qū)動。緩沖器638將 轉(zhuǎn)換器控制信號C C S送到交流/直流轉(zhuǎn)換器5 0 4 。交流/直流轉(zhuǎn)換 器504中的直流/直流轉(zhuǎn)換器606根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號CCS提供 經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓(例如，直流電壓DCIN)。在一個實施例中， 交流/直流轉(zhuǎn)換器504被驅(qū)動以提供調(diào)節(jié)直流電壓DCIN使其等 于預(yù)定最小充電電壓。充電控制開關(guān)506以線性模式傳遞經(jīng)調(diào)節(jié) 的直流電壓DCIN，并且以預(yù)充電充電電流對電池組514充電。
在 一 個實施例中，當電池電壓VSEN升至大于預(yù)定最小電 池電壓VMIN時，比較器624控制選擇器620選擇節(jié)點644，這樣， 驅(qū)動器636就接收到充電控制信號ON一OFF (例如， 一數(shù)字信 號)。此時，脈沖型充電模式被選中。在脈沖型充電模式中，充 電控制開關(guān)506工作在開關(guān)模式，即工作在開合兩種模式。開關(guān) 控制信號SCS由充電控制信號ON—OFF一是供。驅(qū)動器636^^艮據(jù)充 電控制信號ON—OF F將充電控制開關(guān)5 0 6閉合或斷開。若電池組 514未充滿，充電控制開關(guān)506將會交替開合，從而，生成一平 均值滿足充電要求的充電電流脈沖并提供給電池組514。若電池 組5 14已完全充滿，充電控制開關(guān)506會被充電控制信號 ON一OFF斷開。
脈沖型充電模式包括恒流充電模式和恒壓充電模式。在一 個實施例中，當電池電壓VSEN大于預(yù)定最小電池電壓VMIN且 小于預(yù)定最大電池電壓時，電池充電電^各600以恒流充電沖莫式對 電池組514充電。乘法器630將信號CELLS與信號VSET相乘，得 到預(yù)定最大電池電壓值。在恒流充電模式，電流誤差信號放大器626工作而電壓誤差信號放大器628不起作用。相似地，轉(zhuǎn)換 器控制信號CCS由公共端點COMP處的電壓驅(qū)動。公共端點 C()MP處的電壓^f艮據(jù)電流源634 、充電電流ISEN和預(yù)定最大充電 電流產(chǎn)生。電流誤差》文大器626通過信號ISET感測預(yù)定最大充 電電流。緩沖器6 3 8將轉(zhuǎn)換器控制信號C C S送到交流/直流轉(zhuǎn)換 器504。交流/直流轉(zhuǎn)換器504中的直流/直流轉(zhuǎn)換器606根據(jù)轉(zhuǎn)換 器控制信號CCS提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出(例如，直流電壓DCIN)。 充電控制開關(guān)506以開關(guān)模式傳遞經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓DCIN,從 而提供平均值為預(yù)定最大充電電流的電流脈沖給電池組514。當 以恒流充電才莫式對電池組514充電時，電池電壓VSEN將隨著充 電過程而增加。
當電池電壓VSEN達到預(yù)定最大電池電壓時，電池充電電 ^備600以恒壓充電4莫式對電池組514充電。在恒壓充電才莫式，電 壓誤差放大器628處工作而電流誤差信號》文大器626不起作用。 相似地，轉(zhuǎn)換器控制信號CCS由公共端點COMP處的電壓驅(qū)動。 電壓誤差放大器628產(chǎn)生的公共端點COMP處的電壓使經(jīng)調(diào)節(jié) 的直流電壓D CIN保持在等于預(yù)定最大電池電壓。電壓誤差放大 器628從乘法器630處感測預(yù)定最大電池電壓。緩沖器638將轉(zhuǎn)換 器控制信號CCS送到交流/直流轉(zhuǎn)換器504 。交流/直流轉(zhuǎn)換器504 中的直流/直流轉(zhuǎn)換器606根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號CCS提供經(jīng)調(diào)節(jié) 的輸出(例如，直流電壓DCIN),使經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓DCIN等 于預(yù)定最大電池電壓。充電控制開關(guān)506以開關(guān)模式傳遞經(jīng)調(diào)節(jié) 的直流電壓DCIN。當電池組514以恒壓充電才莫式一皮充電時，充 電電流ISEN隨著充電過程而減少。
當充電電流ISEN降到零時，充電完成。此時，充電控制信 號ON —OFF將充電控制開關(guān)506斷開。電壓誤差放大器628處于 工作狀態(tài)而電流誤差放大器626不起作用。有利的是，電壓誤差放大器6 2 8提供轉(zhuǎn)換器控制信號C C S以保持直流電壓D CIN等于 預(yù)定最小充電電壓，從而為下一次充電作好準備。另外，當沒 有電池充電或電池處于非正常狀況時(如過壓、過流、過熱 等)，電壓誤差放大器628也可提供轉(zhuǎn)換器控制信號CCS以保持 經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓DCIN等于預(yù)定最小充電電壓。預(yù)定最小充電 電壓可從乘法器630得到。例如乘法器630可將信號CELLS與 信號VSET相乘，并從乘積中提取一部分值作為預(yù)定最小充電電 壓。緩沖器638將轉(zhuǎn)換器控制信號CCS送到交流/直流轉(zhuǎn)換器 504。交流/直流轉(zhuǎn)換器504根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號CCS提供預(yù)定最 小充電電壓。因此，交流/直流轉(zhuǎn)換器504提供預(yù)定最小充電電 壓的條件包括預(yù)充電階段、充電終止和非正常狀況發(fā)生。
另外，開關(guān)632與公共端點COMP連接。開關(guān)6:32接收表示 電池組514發(fā)生非正常狀況的信號BTHP (如過熱、過流、過 壓)。當發(fā)生非正常狀況時，開關(guān)632被閉合，這樣公共端點 COMP就4姿地，,人而終止充電過程。當充電過程,皮終止，充電 器控制器508傳送轉(zhuǎn)換器控制信號CCS以控制交流/直流轉(zhuǎn)換器 504提供預(yù)定最小充電電壓。
參照圖5和圖6，充電控制開關(guān)506可以是金屬氧化物半導(dǎo)體 場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或其他可實現(xiàn)所述功能的已知器件。 轉(zhuǎn)換器控制接口 614可以是光耦合器或其他可電化隔離交流電 壓源502的轉(zhuǎn)換器控制接口 ?？梢岳斫獾氖?，對本發(fā)明進行的增 加、修改或者等同替換，不脫離本發(fā)明的精神和范圍，均應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
圖7所示為才艮據(jù)本發(fā)明 一個實施例的電池充電電路的電池 充電方法的流程圖700。盡管圖7中公開了具體步驟，但這些步 驟僅為作為示例性的。也就是說，本發(fā)明適合于執(zhí)行各種圖7 中所詳述的不止一個的其它步驟或變形。圖7將結(jié)合圖6闡述。在方框710，交流/直流轉(zhuǎn)換器504提供充電電能(如充電 電流和/或充電電壓)。在某一實施例中，充電電能可為直流電 壓和/或直流電流，其由交流電源502通過交流/直流轉(zhuǎn)換器504
調(diào)節(jié)得到。
在方框720,通過充電控制開關(guān)506將充電電能從交流/直流 轉(zhuǎn)換器504傳遞到電池組514。在某一實施例中，充電控制開關(guān) 506根據(jù)充電器控制器508提供的開關(guān)控制信號SCS以線性模式 或開關(guān)模式傳遞充電電能。
在方框730,充電器控制器508監(jiān)測電池組514的狀態(tài)。在某 一實施例中，充電器控制器508可監(jiān)測電池電壓VSEN、充電電 流ISEN和經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓DCIN。
在方框740 ,根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號CCS可以控制交流/直流 轉(zhuǎn)換器504的輸出。在某一實施例中，充電器控制器508根據(jù)電 池組514的狀態(tài)提供轉(zhuǎn)換器控制信號C C S給交流/直流轉(zhuǎn)換器 504。這樣，交流/直流轉(zhuǎn)換器504的輸出能夠根據(jù)電池組514的 狀態(tài)被調(diào)節(jié)。
在方?jīng)_匡750,可以將電池電壓與預(yù)定最小電池電壓比4交。如 果電池電壓小于預(yù)定最小電池電壓，開關(guān)控制信號SCS控制充 電控制開關(guān)506以連續(xù)型充電模式對電池組514充電，如方框760 所示。某一實施例中，連續(xù)型充電模式使得電池充電電路600 能夠?qū)﹄姵亟M514進行預(yù)充電階段充電。在連續(xù)型充電模式，充 電控制開關(guān)5 0 6以線性模式傳遞充電電能，從而以預(yù)調(diào)節(jié)電流對 電池組514充電。如果電池電壓大于預(yù)定最小電池電壓，開關(guān)控 制信號SCS控制充電控制開關(guān)506以脈沖型充電模式對電池組 514充電，如方框770所示。某一實施例中，充電控制開關(guān)506 以開關(guān)模式傳遞充電電能，而以脈沖型充電模式對電池組514 充電。這種情況下，交流/直流轉(zhuǎn)換器504可根據(jù)電池組514的狀態(tài)，提供恒定電流或恒定電壓對電池組514充電。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實施例，然其并非用以限定本發(fā) 明的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神 和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進一步的改進和變化，因此本發(fā)明 的保護范圍當以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種電池充電電路，其特征在于，包括交流/直流轉(zhuǎn)換器，用于為電池組提供充電電能；充電控制開關(guān)，連接于所述交流/直流轉(zhuǎn)換器與所述電池組之間，用于將所述充電電能傳遞給所述電池組；以及充電器控制器，用于根據(jù)所述電池組的狀態(tài)提供轉(zhuǎn)換器控制信號以控制所述交流/直流轉(zhuǎn)換器以及開關(guān)控制信號以控制所述充電控制開關(guān)，其中，所述開關(guān)控制信號從至少一連續(xù)型充電模式和一脈沖型充電模式中選擇一個充電模式為所述電池組充電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)換器控制信號從至少一恒流充電模式和一恒壓充電模式中 選擇一充電4莫式為所述電池組充電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述交流/直流轉(zhuǎn)換器可在 一 預(yù)定條件下提供預(yù)定最小充電電壓， 所述預(yù)定條件包括預(yù)調(diào)節(jié)模式、充電終止和發(fā)生非正常狀況。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述交流/直流轉(zhuǎn)換器、所述充電控制開關(guān)、所述充電器控制器和 所述電池組組成單一控制回路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述交流/直流轉(zhuǎn)換器包括直流/直流轉(zhuǎn)換器，用于從所述充電器 控制器接收所述轉(zhuǎn)換器控制信號，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)換器控制信號 調(diào)節(jié)所述交流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，以 所述連續(xù)型充電模式對所述電池組充電時，所述充電控制開關(guān) 工作在線性才莫式；以所述脈沖型充電才莫式對所述電池組充電時， 所述充電控制開關(guān)工作在開關(guān)模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所述電池組的電壓小于預(yù)定最小電池電壓時，以所述連續(xù)型充電模式對所述電池組充電；所述電池組的電壓大于所述預(yù)定最小 電池電壓時，以所述脈沖型充電模式對所述電池組充電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，以所述連續(xù)型充電才莫式對所述電池組充電時，所述交流/直流轉(zhuǎn)換 器提供預(yù)調(diào)節(jié)充電電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述充電器控制器包括電流誤差放大器，用于在所述脈沖型充電模式中將所述電池組的充電電流與預(yù)定最大充電電流比較，并 根據(jù)該比較結(jié)果提供所述轉(zhuǎn)換器控制信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述充電器控制器包括電流誤差放大器，用于在所述連續(xù)型充電 模式中將所述電池組的充電電流與預(yù)定預(yù)處理充電電流比較， 并根據(jù)該比較結(jié)果提供所述轉(zhuǎn)換器控制信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述充電器控制器包括電壓誤差放大器，用于將所述交流/直流轉(zhuǎn) 換器的輸出直流電壓與預(yù)定最大電池電壓比較，并根據(jù)該比較 結(jié)果提供所述轉(zhuǎn)換器控制信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池充電電路，其特征在于，所 述充電器控制器可接收表示所述電池組發(fā)生非正常狀況的報警 信號，并根據(jù)該報警信號終止對所述電池組的充電過程。
13. —種對電池組充電的方法，其特征在于，所述方法包 括以下步驟用充電控制開關(guān)將充電電能由交流/直流轉(zhuǎn)換器傳遞到所 述電池組；根據(jù)轉(zhuǎn)換器控制信號控制所述交流/直流轉(zhuǎn)換器；以及 根據(jù)開關(guān)控制信號控制所述充電控制開關(guān)，其中所述轉(zhuǎn)換器控制信號根據(jù)所述電池組的狀態(tài)生成，所 述開關(guān)控制信號根據(jù)所述電池組的狀態(tài)從至少一連續(xù)型充電模 式和 一 脈沖型充電模式中選擇 一 充電模式對所述電池組充電。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的對電池組充電的方法，其特征 在于，所述轉(zhuǎn)換器控制信號從至少一恒流充電模式和一恒壓充 電模式中選擇 一 充電模式為所述電池組充電。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的對電池組充電的方法，其特征 在于，所述方法還包括以下步驟在所述連續(xù)型充電模式中，控制所述充電控制開關(guān)工作于線性模式對所述電池組充電；以及在所述脈沖型充電模式中，控制所述充電控制開關(guān)工作于開關(guān)模式對所述電池組充電。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的對電池組充電的方法，其特征 在于，所述方法還包括以下步驟將所述電池組的電池電壓與預(yù)定最小電池電壓比較；以及 根據(jù)比較結(jié)果控制所述充電控制開關(guān)。
17. —種電池充電系統(tǒng)，其特征在于，包括 可控電能轉(zhuǎn)換器，用于將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；以及 充電回路，連接于可控電能轉(zhuǎn)換器和電池組之間，用于根據(jù)所述電池組的狀態(tài)控制充電控制開關(guān)從至少一連續(xù)型充電模 式和一脈沖型充電模式中選擇一充電模式對所述電池組充電， 并且通過控制所述電能轉(zhuǎn)換器的輸出從至少 一 恒流充電模式和 一恒壓充電模式選擇一 充電模式對所述電池組充電。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電系統(tǒng)，其特征在于， 所述充電回路根據(jù)所述電池組的狀態(tài)生成開關(guān)控制信號，用于 控制所述充電控制開關(guān)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電系統(tǒng)，其特征在于，所述充電回路根據(jù)所述電池組的狀態(tài)生成轉(zhuǎn)換器控制信號，用 于控制所述可控電能轉(zhuǎn)換器的輸出。
20. —種電池充電電3各，其特征在于，包4舌 交流/直流轉(zhuǎn)換器，用于為電池組提供充電電能；以及充電器控制器，連接于所述交流/直流轉(zhuǎn)換器和所述電池組 之間，用于根據(jù)所述電池組的狀態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器控制信號給所述 交流/直流轉(zhuǎn)換器以控制所述充電電能，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制信號經(jīng)由轉(zhuǎn)換器控制接口控制所述 交流/直流轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器控制接口在所述交流直流轉(zhuǎn)換器 與所述電池組之間提供電化隔離。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池充電電路，其特征在于， 所述交流/直流轉(zhuǎn)換器為開關(guān)式電源型。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池充電電路，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)換器控制信號從至少一恒流充電模式和一恒壓充電模式 選擇一充電4莫式對所述電池組充電。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池充電電路，其特征在于， 所述電池充電電^各，還包〗舌充電控制開關(guān)，連接于所述交流/直流轉(zhuǎn)換器和所述電池組 之間，用于傳遞所述充電電能到所述電池組。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的電池充電電路，其特征在于， 所述充電器控制器根據(jù)所述電池組的狀態(tài)為所述充電控制開關(guān) 提供開關(guān)控制信號，其中所述開關(guān)控制信號從至少一連續(xù)型充 電模式和 一 脈沖型充電模式選擇 一 充電模式對所述電池組充 電。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池充電電路，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)換器控制接口包括光耦合器。
全文摘要
一種電池充電電路、電池充電系統(tǒng)及對電池組充電的方法，特別涉及一種電池充電電路和方法。電池充電電路包括交流/直流轉(zhuǎn)換器、充電控制開關(guān)和充電器控制器；交流/直流轉(zhuǎn)換器為電池組提供充電電能；充電控制開關(guān)連接于交流直流轉(zhuǎn)換器和電池組之間；充電控制開關(guān)將充電電能傳遞給電池組；充電器控制器監(jiān)測電池組的狀態(tài)，并控制充電控制開關(guān)根據(jù)該電池組的狀態(tài)以連續(xù)型充電模式或脈沖型充電模式對電池組充電。充電器控制器也根據(jù)電池組的狀態(tài)控制交流/直流轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)充電電能。本發(fā)明可消除瞬態(tài)相應(yīng)的問題，并降低電池充電電路的整體成本。
文檔編號H01M10/44GK101286650SQ20081000616
公開日2008年10月15日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者丹·塞米昂, 亞力山德魯·哈圖拉, 艾夫提米·卡瑞喬喬博 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司