一种自适应锂电池组充电器的制作方法

本发明属于锂电池充电领域，具体涉及一种自适应锂电池组充电器。

背景技术：

当前锂电池的应用越来越广泛，在同一个行业中要面对各种不同规格种类的锂电池组，例如摄影领域由于摄像机种类繁多，灯光等设备都需要使用锂电池供电，锂电池组的规格有7.4V 4400mAH，7.4V 6600mAH，14.4V 2600mAH，14.4V 65WH，14.4V 95WH，14.4V 130WH，14.4V 190WH，14.4V 230WH，22.2V 340WH等多种规格；电动工具行业锂电池组的规格有10.8V 1500mAH，14.4V 2000mAH，18V 4400mAH等多种规格；无人机行业锂电池组的规格有3串、4串、6串、12串等各种容量规格。同时，锂电池组种类繁多，按照材料主要分为钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、锰酸锂等，每个行业都会因为产品功率和功能的不同使用对应规格种类的锂电池组，就需要用户配备各种各样的配套充电器，造成严重的资源浪费和应用障碍。

当前市场上面对各个领域使用的锂电池组充电器一种是独立规格，每种锂电池组都会有其专用配套的充电器，在对多个不同规格种类的锂电池组充电时，用户要同时准备多个充电器，这必然存在着充电器过多的问题；市面上为了解决充电器过多的问题，采用档位切换的方式来适应各种锂电池组，但采用该方案容易拨错档位而导致不能工作甚至发生事故。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自适应锂电池组充电器，在充电时实现自适应匹配不同类型的锂电池组。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种自适应锂电池组充电器，包括充电器输入接口、充电器输出接口、第一整流滤波模块、第二整流滤波模块、高频变压器模块、控制模块、PWM驱动模块、开关电路模块、电压环路模块、电流环路模块、电压采样模块以及电流采样模块；

其中，

所述充电器输入接口与所述第一整流滤波模块电连接，所述第一整流滤波模块通过所述开关电路模块与所述高频变压器模块电连接，所述高频变压器模块与所述第二整流滤波模块电连接，所述第二整流滤波模块与所述充电器输出接口电连接；

所述控制模块通过所述电压环路模块与所述PWM驱动模块电连接，所述控制模块还通过所述电流环路模块与所述PWM驱动模块电连接，所述PWM驱动模块与所述开关电路模块电连接；

所述电压采样模块和所述电流采样模块分别电连接在所述第二整流滤波模块与所述充电器输出接口之间的电路上，且所述电压采样模块和所述电流采样模块分别与所述控制模块电连接。

进一步地，所述控制模块配置有扫描电压参数，所述自适应锂电池组充电器对所述锂电池组开始充电时，所述控制模块通过所述电压环路模块向所述PWM驱动模块发出扫描电压信号，所述PWM驱动模块驱动所述开关电路模块，使所述自适应锂电池组充电器向锂电池组输出扫描电压，通过所述扫描电压激活所述锂电池组。

进一步地，所述扫描电压为间歇扫描锯齿波电压。

进一步地，所述控制模块还配置有扫描电压的限制电流参数，所述控制模块通过所述电流环路模块向所述PWM驱动模块发出限制电流信号，所述PWM驱动模块驱动所述开关电路模块，使所述自适应锂电池组充电器输出所述扫描电压时的电流不超过所述扫描电压的限制电流。

进一步地，所述控制模块还配置有单体锂电池的标称电压V₀以及所述单体锂电池的上限保护电压V₁，在所述自适应锂电池组充电器开始给所述锂电池组充电时，所述控制模块通过所述电压采样模块获取初始充电电压V_ini，将V_ini除以V₀得到的数值的整数部分作为所述锂电池组初始充电时串联单体锂电池的预估数量n_ini，所述控制模块配置所述锂电池组的初始充电保护电压V_ini＝V₁×n_ini。

进一步地，所述控制模块还配置有恒流充电参数，所述自适应锂电池组充电器对所述锂电池组恒流充电时，所述控制模块通过所述电压采样模块对充电电压采样，并得到采样电压变化率，所述控制模块还配置有恒流充电电压变化率阈值，当采样电压变化率持续变小并达到所述恒流充电电压变化率阈值时，所述控制模块通过所述电压采样模块获取充电电压V_t，将V_t除以V₀得到的数值的整数部分作为所述锂电池组串联单体锂电池的实际数量n，所述控制模块配置所述锂电池组的恒流充电保护电压V_p＝V₁×n。

进一步地，将所述恒流充电保护电压配置给恒压充电电压，所述控制模块通过所述电压采样模块对充电电压进行采样，当充电电压上升达到所述恒压充电电压时，所述自适应锂电池组充电器对所述锂电池组恒压充电；所述自适应锂电池组充电器在对所述锂电池组恒压充电过程中，所述控制模块还配置有恒压充电的限制电流参数，当充电电流下降达到恒压充电的限制电流时，所述自适应锂电池组充电器充电完成。

进一步地，所述单体锂电池的标称电压V₀设定为3.7V，所述单体锂电池的上限保护电压V₁设定为4.2V。

进一步地，所述自适应锂电池组充电器还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块电连接。

进一步地，所述自适应锂电池组充电器还包括放电电路模块，所述放电电路模块电连接在所述第二整流滤波模块与所述充电器输出接口之间的电路上，且所述放电电路模块与所述控制模块电连接。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本发明提供一种自适应锂电池组充电器，控制模块通过电压环路模块和/或电流环路模块向PWM驱动模块发送反馈信号，PWM驱动模块根据接收的反馈信号调节占空比驱动开关电路模块调节高频变压器模块的输出电压，使本发明对锂电池组充电时，输出与锂电池组电压匹配的充电电压；通过获取锂电池组的串联单体锂电池数量，设置充电保护电压，实现对锂电池组自适应充电同时，在充电电压方面对锂电池组进行保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种自适应锂电池组充电器的实施例一工作原理图；

图2为本发明一种自适应锂电池组充电器的实施例二工作原理图；

图3为本发明一种自适应锂电池组充电器的实施例三工作原理图。

图中，1-充电器输入接口；2-充电器输出接口；3-第一整流滤波模块；4-第二整流滤波模块；5-高频变压器模块；6-控制模块；7-PWM驱动模块；8-开关电路模块；9-电压环路模块；10-电流环路模块；11-电压采样模块；12-电流采样模块；13-显示模块；14-放电电路模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种自适应锂电池组充电器，包括充电器输入接口1、充电器输出接口2、第一整流滤波模块3、第二整流滤波模块4、高频变压器模块5、控制模块6、PWM驱动模块7、开关电路模块8、电压环路模块9、电流环路模块10、电压采样模块11以及电流采样模块12；

其中，

所述充电器输入接口1与所述第一整流滤波模块3电连接，所述第一整流滤波模块3通过所述开关电路模块8与所述高频变压器模块5电连接，所述高频变压器模块5与所述第二整流滤波模块4电连接，所述第二整流滤波模块4与所述充电器输出接口2电连接；

所述控制模块6通过所述电压环路模块9与所述PWM驱动模块7电连接，所述控制模块6还通过所述电流环路模块10与所述PWM驱动模块7电连接，所述PWM驱动模块7与所述开关电路模块8电连接；

所述电压采样模块11和所述电流采样模块12分别电连接在所述第二整流滤波模块4与所述充电器输出接口2之间的电路上，且所述电压采样模块11和所述电流采样模块12分别与所述控制模块6电连接。

上述方案中，所述第一整流滤波模块3和所述第二整流滤波模块4，实现将交流电转换为直流电，并去除谐波；所述第一整流滤波模块3通过所述开关电路模块8向所述高频变压器模块5输出直流电，通过所述控制模块6对本发明充电进行控制，所述控制模块6通过所述电压环路模块9和所述电流环路模块10向所述PWM驱动模块7发送控制信号，所述PWM驱动模块7根据接收的信号调制占空比，驱动所述开关电路模块8对所述第一整流滤波模块3输出的直流电进行调制，所述高频变压器模块5将调制的直流电变压后输出交流电给所述第二整流滤波模块4，所述第二整流滤波模块4对调制得到的交流电整流滤波将其转换为直流电输出；通过所述电压采样模块11和所述电流采样模块12采集本发明输出的充电电压和充电电流，也即被充电的锂电池组两极的电压和电流，所述控制模块6可以根据接收的电压采样信号和电流采样信号对本发明充电输出进行调整控制，使本发明对锂电池组充电时，输出与锂电池组电压匹配的充电电压。

本发明中，在所述控制模块6实现对本发明充电进行控制方面，本发明提供如下的改进方案，具体为：

所述控制模块6配置有扫描电压参数，所述自适应锂电池组充电器对所述锂电池组开始充电时，所述控制模块6通过所述电压环路模块9向所述PWM驱动模块7发出扫描电压信号，所述PWM驱动模块7驱动所述开关电路模块8，使所述自适应锂电池组充电器向锂电池组输出扫描电压，通过所述扫描电压激活所述锂电池组。

通过该方案可实现对锂电池组的激活，为在激活锂电池过程中对锂电池进行保护，本发明所述扫描电压优选采用间歇扫描锯齿波电压，将扫描电压从0V开始慢慢调高至设定的值，通过逐渐增压方式对锂电池组进行安全激活。

在采用扫描电压对锂电池组激活过程中，为了防止激活电流过大损坏锂电池组，本发明还给出扫描电压对锂电池组激活过程中对电流进行限制的方案，具体如下：

所述控制模块6还配置有扫描电压的限制电流参数，所述控制模块6通过所述电流环路模块10向所述PWM驱动模块7发出限制电流信号，所述PWM驱动模块7驱动所述开关电路模块8，使所述自适应锂电池组充电器输出所述扫描电压时的电流不超过所述扫描电压的限制电流。

在锂电池组为设备提供电量工作过程中，随着电量的损耗，单体锂电池的电压逐渐降低，在给锂电池组充电时，单体锂电池的电压处于较低的状态。本发明为了对充电过程进行电压保护，防止过压充电损坏锂电池组。本发明在对锂电池组开始充电时就提供过压保护方案，具体如下：

所述控制模块6还配置有单体锂电池的标称电压V₀以及所述单体锂电池的上限保护电压V₁，在所述自适应锂电池组充电器开始给所述锂电池组充电时，所述控制模块6通过所述电压采样模块11获取初始充电电压V_ini，将V_ini除以V₀得到的数值的整数部分作为所述锂电池组初始充电时串联单体锂电池的预估数量n_ini，所述控制模块6配置所述锂电池组的初始充电保护电压V_ini＝V₁×n_ini。

利用该方案，在开始充电时刻，通过获取初始充电电压V_ini，预估所述锂电池组的串联单体锂电池数量，并设定单体锂电池的上限保护电压值，利用预估的串联单体锂电池数量得到初始充电保护电压，以实现从充电开始时刻起即实行防过压保护。现有技术中，锂电池组由若干个单体锂电池构成，常用的单体锂电池的标称电压V₀为3.7V，保护电压范围是3V-4.2V。本发明中，所述单体锂电池的标称电压V₀优选设定为3.7V标称电压，所述单体锂电池的上限保护电压V₁优选设定为4.2V。

现有技术中，对锂电池组充电过程包括恒流充电和恒压充电，单一规格充电器其充电过程的保护电压已明确设定给出。本发明为了实现利用一个充电器对不同规格的锂电池进行自适应充电，不同规格的锂电池组充电过程中，保护电压也是不同的，因而充电器中配置的保护电压就不能是一个具体值了。对此本发明给出一种解决充电过程中锂电池组保护电压自适应匹配的方案，具体如下：

所述控制模块6还配置有恒流充电参数，所述自适应锂电池组充电器对所述锂电池组恒流充电时，所述控制模块6通过所述电压采样模块11对充电电压采样，并得到采样电压变化率，所述控制模块6还配置有恒流充电电压变化率阈值，当采样电压变化率持续变小并达到所述恒流充电电压变化率阈值时，所述控制模块6通过所述电压采样模块11获取充电电压V_t，将V_t除以V₀得到的数值的整数部分作为所述锂电池组串联单体锂电池的实际数量n，所述控制模块6配置所述锂电池组的恒流充电保护电压V_p＝V₁×n。

依据锂电池充电特性，在恒流状态下，电压变化曲线分为三个部分，前段属于快速上升阶段，曲线特征为电压不断上升，电压变化率不断变小，中段属于平稳阶段，在电池充电平台上，电压变化不大，电压变化率变化也不大，此时根据锂电池组的电压可以获取锂电池组的串联单体锂电池的实际数量，上述方案利用锂电池组在恒流充电过程中可以确定锂电池组的串联单体锂电池的实际数量，利用确定的串联单体锂电池的实际数量得到恒流充电保护电压。以保证在恒流充电过程中实现过压保护。

现有技术中，单一规格的充电器其恒流充电和恒压充电之间的切换是固定的，单一规格的充电器只能适配规格对应的锂电池组，其本发明为了实现利用一个充电器对不同规格的锂电池进行自适应充电，因而恒流充电和恒压充电之间的切换电压是不固定，就需要一个切换方案，本发明在此给出一种恒流充电和恒压充电之间的自适应切换的方案，具体如下：

将所述恒流充电保护电压配置给恒压充电电压，所述控制模块6通过所述电压采样模块11对充电电压进行采样，当充电电压上升达到所述恒压充电电压时，所述自适应锂电池组充电器对所述锂电池组恒压充电；所述自适应锂电池组充电器在对所述锂电池组恒压充电过程中，所述控制模块6还配置有恒压充电的限制电流参数，当充电电流下降达到恒压充电的限制电流时，所述自适应锂电池组充电器充电完成。

上述方案将所述恒流充电保护电压配置给恒压充电电压，将所述恒流充电保护电压和所述恒压充电电压相结合，恒流充电时，充电电压上升到达恒流充电保护电压时，也即进入恒压充电状态，实现本发明的恒流充电和恒压充电的自适应切换，也即实现本发明的自适应充电。

如图2所示，本发明中，所述自适应锂电池组充电器还包括显示模块13，所述显示模块13与所述控制模块6电连接。通过所述显示模块13可以显示如充电过程中所述电压采样模块11和所述电流采样模块12采样的电压和电流数据。

如图3所示，本发明中，所述自适应锂电池组充电器还包括放电电路模块14，所述放电电路模块14电连接在所述第二整流滤波模块4与所述充电器输出接口2之间的电路上，且所述放电电路模块14与所述控制模块6电连接。利用该方案，可以通过本发明还可以对锂电池组进行放电处理。

在此需要指出的是本发明上方案中，各个功能模块均可以采用现有技术方案实现，目前本发明中的各个功能模块在市面上均有相应的应用方案，本发明对各个功能模块进行组合创造，以实现本发明的所述自适应锂电池组充电器，

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。