电池充电装置及电池充电方法与流程

本发明涉及车辆电池技术领域，特别涉及一种电池充电装置及电池充电方法。

背景技术：

随着全世界范围内的石油资源的日渐枯竭，电动汽车作为传统能源汽车的替代者正日益受到人类重视。电动汽车有一组为整车系统提供能量的高压电池和一组为电动汽车中低压用电器提供电源的低压电池。当驾驶员启动汽车时，车辆会进入低压上电状态，此时，汽车的低压回路导通，低压电池开始供电，以便唤醒汽车中的各种低压控制器以及低压设备，例如，整车控制器、电源管理系统、车灯等。待低压控制器初始化完成后，汽车可以进入高压上电状态。在汽车进入高压上电状态后，汽车便会处于启动状态，驾驶员可以控制车辆正常行驶。在电动汽车的使用过程中，当低压电池中的电量低于限度值时，表示当前低压电池中的能量已经不能满足低压用电器正常工作所需的能量时，需要及时为低压电池充电，避免低压电池中的能量低于限度值，出现亏电的情况。

目前，由于长时间停放、电池老化造成自放电以及温度过低等外界因素，电动汽车的低压电池中的能量很有可能会自动流失，导致低压电池出现亏电的问题，使得低压电池的电压过低，无法正常启动汽车，而且低压电池自放电会导致电池内压升高，低压电池的正负极活性物质可逆性受到破坏，降低了低压电池的使用寿命，因此，亟需一种可以自动为低压电池充电的方法。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种电池充电装置及电池充电方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种电池充电装置，所述电池充电装置用于为电动汽车的低压电池充电，所述电池充电装置包括：低压电池、低压电池监测模块、比较模块、控制模块、充电模块、高压电池以及高压电池监测模块；

所述低压电池监测模块的输入端与所述低压电池相连，所述低压电池监测模块的第一输出端与所述比较模块的反相输入端相连，所述低压电池监测模块的第二输出端接地，所述比较模块的输出端与控制模块的输入端相连，所述控制模块的输出端与所述充电模块的第一输入端相连，所述充电模块的第二输入端与所述高压电池监测模块的输出端相连，所述充电模块的第三输入端与所述高压电池的输出端相连，所述充电模块的输出端与所述低压电池的输入端相连，所述高压电池监测模块的输入端与所述高压电池相连；

所述低压电池监测模块监测所述低压电池的低压电压，将所述低压电压进行分压处理，通过所述低压电池监测模块的输出端向所述比较模块输出分压电压；

所述比较模块对基准电压和所述分压电压进行比较，并向所述控制模块输出用于指示比较结果的电平信号；

所述控制模块基于所述比较模块输出的所述电平信号，控制所述充电模块基于所述高压电池监测模块对所述高压电池进行监测；

所述高压电池监测模块对高压电池进行监测，判断所述高压电池的当前工作状态是否能够为所述低压电池充电；

所述充电模块在确定所述高压电池能够为所述低压电池进行充电的情况下，为所述低电压电池充电。

在另一个实施例中，所述低压电池监测模块包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻和所述第二电阻串行连接；

所述第一电阻与所述低压电池的正极相连，所述第二电阻接地；

所述第一电阻和所述第二电阻用于对所述低压电池的电池电压进行分压，输出所述分压电压。

在另一个实施例中，所述控制模块包括效应管和继电器；

所述效应管与所述比较模块和所述继电器相连，用于接收所述比较模块输出的所述电平信号，基于所述电平信号控制所述继电器通电；

所述继电器与所述充电模块相连，用于控制所述充电模块进入充电模式。

在另一个实施例中，所述充电模块包括控制电路、驱动电路以及功率变换子模块；

所述控制电路的第一输入端与所述控制模块的输出端相连，所述控制电路的第二输入端与所述高压电池监测模块的输出端相连，所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端相连，所述控制电路用于控制所述高压电池监测模块对所述高压电池进行监测，以及控制所述驱动电路对所述功率变换子模块进行驱动；

所述驱动电路的输出端与所述功率变换子模块的第一输入端相连，所述驱动电路用于驱动所述功率变换子模块基于所述高压电池对所述低压电池进行充电；

所述功率变换子模块的第二输入端与所述高压电池相连，所述功率变换子模块的输出端与所述低压电池的正极和负极相连，所述功率变换子模块用于对所述高压电池的高压电压进行变换，以便对所述低压电池进行充电。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种电池充电方法，所述方法包括：

低压电池监测模块监测低压电池的低压电压，将所述低压电压进行分压处理，并向比较模块输出分压电压；

所述比较模块将所述低压电池监测模块输出的所述分压电压与基准电压进行比较；

若所述分压电压低于所述基准电压，则所述比较模块向所述控制模块输出高电平信号；

当所述控制模块获取到所述比较模块输出的所述高电平信号时，所述控制模块控制充电模块基于高压电池监测模块获取高压电池的高压电压；

若所述充电模块获取的所述高压电压为正常电压，则所述充电模块为所述低压电池进行充电。

在另一个实施例中，所述方法还包括：

若所述分压电压高于所述基准电压，则所述比较模块向所述控制模块输出低电平信号；

当所述控制模块获取到所述比较模块输出的所述低电平信号时，保持当前状态，继续接收所述低压电池监测模块输出的所述分压电压，并将所述分压电压与所述基准电压进行比较。

在另一个实施例中，所述低压电池监测模块监测低压电池的低压电压，将所述低压电压进行分压处理，并向比较模块输出分压电压包括：

所述低压电池监测模块获取所述低压电池的低压电压；

基于第一电阻和第二电阻对所述低压电压进行分压，输出所述分压电压；

所述低压电池监测模块将所述分压电压输出至所述比较模块。

在另一个实施例中，所述比较模块将所述低压电池监测模块输出的所述分压电压与基准电压进行比较包括：

所述比较模块基于同相输入端输出所述基准电压；

当所述比较模块获取到所述分压电压时，将所述分压电压与所述基准较电压进行比对。

在另一个实施例中，所述当所述控制模块获取到所述比较模块输出的所述高电平信号时，所述控制模块控制充电模块基于高压电池监测模块获取高压电池的高压电压包括：

当所述控制模块获取到所述比较模块发送的高电平信号时，所述控制模块将效应管的开关接通，以使继电器通电；

当所述继电器通电后，充电模块基于高压电池监测模块获取高压电池的高压电压。

在另一个实施例中，所述若所述充电模块获取的所述高压电压为正常电压，则所述充电模块为所述低压电池进行充电包括：

若所述充电模块获取的所述高压电压为正常电压，则所述控制电路控制驱动电路进行驱动；

所述驱动电路驱动功率变换子模块对所述高压电池的进行功率变化，并基于变换后的电池电压对所述低压电池进行充电。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过将低压电池的低压电压进行分压，得到分压电压，将分压电压与基准电压进行比较，判断当前是否需要对低压电池进行充电，若确定当前需要对低压电池充电，则基于高压电池对所述低压电池进行充电，使得在低压电池的电压过低时，可以及时对低压电池进行充电，增加了低压电池的使用寿命。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电池充电装置的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种电池充电方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电池充电装置的结构示意图，如图1所示，该电池充电装置包括：低压电池监测模块101、比较模块102、控制模块103、充电模块104以及高压电池监测模块105。

其中，低压电池监测模块的输入端与低压电池相连，低压电池监测模块的第一输出端与比较模块的反相输入端相连，低压电池监测模块的第二输出端接地，比较模块的输出端与控制模块的输入端相连，控制模块的输出端与充电模块的第一输入端相连，充电模块的第二输入端与高压电池监测模块的输出端相连，充电模块的第三输入端与高压电池的输出端相连，充电模块的输出端与低压电池的输入端相连，高压电池监测模块的输入端与高压电池相连。

低压电池监测模块101

低压电池监测模块101获取低压电池的低压电压，将低压电压进行分压处理，将分压电压发送至比较模块。

在对低压电池的低压电压进行监测时，由于电动汽车中各个负载所能承受的电压不同，为了保证电动汽车中各个负载所承载的电压均在安全的范围内，因此，可以基于低压电池监测模块对低压电池的电池电压进行分压处理，得到低压电压的分压电压，并在后续基于分压电压进行监测，保证电动汽车中负载的安全性。其中，低压电池监测模块中包括分压电路，分压电路由第一电阻和第二电阻组成。参见图1，bat为低压电池，第一电阻为r1，第二电阻为r2，第一电阻与第二电阻串联，第一电阻与低压电池相连，第二电阻接地，第一电阻和第二电阻用于对获取到的低压电池的电池电压分压，分压电压也即第二电阻r2两端的电压。低压电池监测模块在将低压电压进行分压处理后，将分压电压输出至比较模块，以便比较模块将其输出的基准电压与分压电压进行比对，判断当前是否需要对低压电池充电。由于分压电路是串联电路，因此，分压电路中的电流处处相等，分压电路中的电压按照第一电阻和第二电路的阻值进行分配，这样，便可以基于下述公式得到分压电压。

其中，v_bat为低压电池的电池电压，r2为第二电阻的阻值，r1为第一电阻的阻值，v_sen为分压电压。需要说明的是，在确定第一电阻和第二电阻的阻值时，可以基于万用表等测量器材直接对第一电阻和第二电阻的阻值进行测量，本发明实施例对确定第一电阻和第二电阻的阻值的方式不进行具体限定。

比较模块102

比较模块102输出基准电压，获取低压电池监测模块输出的分压电压，将基准电压与分压电压进行比对，生成电平信号，并将电平信号发送至控制模块。

参见图1，比较模块配置有8个端口，在本发明实施例中，端口1为输出端，用于向控制模块输出电平信号；端口2为反相输入端，用于获取低压电池监测模块输出的分压电压；端口3为同相输入端，用于输出基准电压；端口4接地。在实际应用中，比较模块可为ncs1002(运算放大器)，本发明实施例对此不进行具体限定。

比较模块中的端口3输出基准电压，并将基准电压与获取到的分压电压进行比较，若分压电压高于基准电压，则表示当前低压电池并未出现亏电的状况，无需对低压电池进行充电；若分压电压低于基准电压，则表示当前低压电池出现了亏电的状况，需要对低压电池进行充电。

在实际应用的过程中，为了降低比较模块所承受的电压，一般来说，比较模块输出的比较电压为2.5v，本发明实施例对比较模块输出的比较电压不进行具体限定。

若比较模块将基准电压与分压电压进行比对后，确定分压电压高于基准电压，则表示当前低压电池并未出现亏电的状况，因此，无需对低压电池进行充电，这样，比较模块便会生成低电平信号，并将低电平信号输出至控制模块，以使控制模块保持当前的状态，无需接通继电器对低压电池进行充电。其中，在实际应用的过程中，参见图1，比较模块基于端口1与控制模块相连，因此，在生成低电平信号后，比较模块基于端口1将低电平信号输出至控制模块。

若比较模块将基准电压与分压电压进行比对后，确定分压电压低于基准电压，则表示当前低压电池出现了亏电的状况，需要对低压电池进行充电，这样，比较模块便会生成高电平信号，并将高电平信号发送至控制模块，以使控制模块控制充电模块对低压电池进行充电。其中，比较模块生成并输出高电平信号的过程与生成并输出低电平信号的过程一致，此处不再进行赘述。

控制模块103

控制模块103基于接收到的比较模块发送的高电平信号或低电平信号，控制充电模块为低电压电池充电。

控制模块中包括效应管和继电器，其中，效应管和继电器串联。当控制模块接收到比较模块输出的高电平信号时，高电平信号便会作用于效应管，使得效应管的开关闭合，这样，继电器的常开触点便会闭合，使得继电器通电。

在实际应用的过程中，为了保证电动汽车中各个负载所承受的电压不至于过大，参见图1，控制模块中可以包括控制电路，控制电路由电阻r3、r4和效应管q1组成，其中，r3和r4组成分压电路，用于对高电平信号进行分压，保证作用于效应管两端的电压不至于过大。效应管可为mos管(metaloxidesemiconductor，金属-绝缘体-半导体)，这样，当控制模块接收到低电平信号时，mos管的g极便不会产生驱动电压，mos管不会驱动，继电器也不会通电；当控制模块接收到高电平信号时，mos管的g极便会产生驱动电压，mos管会驱动，继电器也会通电。

充电模块104

充电模块104为低电压电池充电。

充电模块中包括充电继电器，充电继电器用于控制高压电池监测模块对高压电池进行监测。在充电模块基于高压电池为低压电池进行充电之前，高压电池监测模块需要先对高压电池的高压电压进行监测，以便保证在高压电池的高压电压为正常电压时，才对低压电池进行充电，保证了电动汽车的安全性。

其中，参见图1，充电模块中可以为dcdc(directcurrent，直流电源)，包括控制电路、驱动电路、功率变换子模块以及relay(充电继电器)。其中，控制电路与控制模块和驱动电路相连，在控制模块的继电器通电时，控制电路便会获取高压电池监测模块输出的高压电压，判断高压电压是否在正常范围内，并基于判断结果控制驱动电路对功率变换子模块进行驱动，以便基于功率变换子模块对低压电池进行充电。其中，若控制电路监测到高压电池的高压电压在正常范围内，则表示当前高压电池的高压电压为正常电压，则控制电路控制驱动电路将relay闭合。为了保证对低压电池进行充电时，其充电电压在安全的范围内，因此，在控制电路控制驱动电路将relay闭合，需要功率变换子模块对高压电池的电压进行变换，并对低压电池进行充电。

高压电池监测模块105

高压电池监测模块105对高压电池的高压电压进行监测，判断高压电池的当前工作状态是否可以为低压电池充电。

为了使在对低压电池进行充电时，高压电池的高压电压为正常电压，保证电动汽车的安全性，因此，高压电池监测模块会先对高压电池的高压电压进行监测。参见图1，高压电池监测模块可以包括电阻r6和r7，基于r6和r7获取高压电池的高压电压，并对高压电池的高压电压进行监测。需要说明的是，r6和r7可以串联，与充电模块中的控制电路相连，并在获取到高压电池的高压电压后，将高压电压输出至控制电路，由控制电路判断当前高压电池的高压电压是否为正常电压。

若监测到高压电池的高压电压为正常电压，则表示可以基于高压电池为低压电池进行充电，这样，充电模块便会基于高压电池为低压电池进行充电。在实际应用的过程中，参见图1，由于充电模块中包括功率变换子模块，因此，在确定当前可以基于高压电池对低压电池进行充电时，功率变换子模块便会对高压电池的高压电压进行变换，生成低压电池可以承受的电压对其进行充电。其中，功率变换子模块在对低压电池进行充电时，可以采用先恒流、再恒压的方式进行充电，并当低压电池的电池电压达到额定值时，自动停止对低压电池的充电，使得整个低压电池充电系统重新进入对低压电池的监测状态中。需要说明的是，在基于高压电池对低压电池进行充电的过程中，高压电池监测模块会持续对高压电池进行监测，并在监测到高压电池的电压为异常电压的时候，自动停止充电。

若监测到高压电池的电压为异常电压，则表示当前高压电池的电压不在正常范围内，不可以基于高压电池为低压电池进行充电，这样，充电模块便会禁止基于高压电池为低压电池进行充电，并结束当前流程。

需要说明的是，上述电池充电装置中所涉及的电阻的阻值可以根据高压电池和低压电池的容量以及电路的实际构造确定，本发明实施例对此不做具体限定。

本发明实施例提供的电池充电装置，通过将低压电池的低压电压进行分压，得到分压电压，将分压电压与基准电压进行比较，判断当前是否需要对低压电池进行充电，若确定当前需要对低压电池充电，则基于高压电池对所述低压电池进行充电，使得在低压电池的电压过低时，可以及时对低压电池进行充电，增加了低压电池的使用寿命。

图2是根据一示例性实施例示出的一种电池充电方法的流程图。参照图2，该方法应用于电池充电装置，该方法包括以下步骤。

在步骤201中，低压电池监测模块监测低压电池的低压电压，基于第一电阻和第二电阻对电池电压进行分压，输出分压电压。

在本发明实施例中，低压电池用于为电动汽车中的各种低压控制器以及低压设备充电，例如整车控制器、电源管理系统、车灯等。发明人认识到，当电动汽车长时间停放或电池发生老化时，低压电池便很有可能自动放电，造成亏电，使得电动汽车无法正常启动，导致低压电池的寿命过低，因此，为了在低压电池发生亏电时及时为低压电池充电，本发明实施例基于低压电池监测模块对低压电池进行监测，以便及时获知低压电池的亏电状态。

在对低压电池的电池电压进行监测时，可以基于下述公式输出分压电压。

其中，v_bat为低压电池的电池电压，r2为第二电阻的阻值，r1为第一电阻的阻值，v_sen为分压电压。

在步骤202中，低压电池监测模块将分压电压输出至比较模块。

在本发明实施例中，当低压电池监测模块监测到低压电池的低压电压，并将电压进行分压输出分压电压后，便可将分压电压输出至比较模块，由比较模块基于基准电压确定当前是否需要对低压电池进行充电。

在步骤203中，比较模块基于同相输入端输出基准电压，将低压电池监测模块输出的分压电压与基准电压进行比较；若分压电压高于基准电压，则执行下述步骤204；若分压电压低于基准电压，则执行下述步骤205。

在本发明实施例中，若分压电压高于基准电压，则表示当前低压电池并未出现亏电的状况，无需对低压电池进行充电，也即执行下述步骤204；若分压电压低于基准电压，则表示当前低压电池出现了亏电的状况，需要对低压电池进行充电，也即执行下述步骤205。

在步骤204中，若分压电压高于基准电压，则比较模块输出低电平信号，将低电平信号输出至控制模块，控制模块保持当前状态，继续接收低压电池监测模块发送的分压电压，并将分压电压与比较电压进行比较。

在本发明实施例中，若比较模块将比较电压与分压电压进行比对后，确定分压电压高于比较电压，则表示当前低压电池并未出现亏电的状况，因此，无需对低压电池进行充电，这样，比较模块便会生成低电平信号，并将低电平信号发送至控制模块，以使控制模块保持当前的状态，无需接通继电器对低压电池进行充电。

在步骤205中，若分压电压低于比较电压，则比较模块生成高电平信号，将高电平信号发送至控制模块。

在本发明实施例中，由于当低压电池出现亏电时，其电池电压会持续降低，这样，便会使得低压电池监测模块输出的分压电压也持续降低，若比较模块将基准电压与分压电压进行比对后，确定分压电压低于基准电压，则表示当前低压电池出现了亏电的状况，需要对低压电池进行充电，这样，比较模块便会生成高电平信号，并将高电平信号输出至控制模块，以使控制模块控制充电模块对低压电池进行充电。

在步骤206中，当控制模块获取到比较模块输出的高电平信号时，控制模块将效应管的开关接通，以使继电器通电。

在本发明实施例中，当控制模块获取到比较模块输出的高电平信号时，则表示当前可以对低压电池进行充电，因此，控制模块可将效应管的开关接通，以便继电器通电，使得可以控制充电模块对低压电池进行充电。

在步骤207中，当继电器通电后，充电模块进入充电模式。

在本发明实施例中，充电模块在进行充电模式后，高压电池监测模块需要先对高压电池的高压电压进行监测，保证在高压电池的高压电压为正常电压时，才对低压电池进行充电，保证了电动汽车的安全性。

在步骤208中，在充电模块进入充电模式后，高压电池监测模块对高压电池进行监测；若监测到高压电池的高压电压为正常电压，则执行下述步骤209；若监测到高压电池的高压电压为异常电压，则执行下述步骤210。

在本发明实施例中，当充电模块进入充电模式后，若高压电池监测模块监测到高压电池的高压电压为正常电压，则表示可以基于高压电池为低压电池进行充电，也即执行下述步骤209；若高压电池监测模块监测到高压电池的高压电压为异常电压，则表示当前高压电池的电压不在正常范围内，不可以基于高压电池为低压电池进行充电，也即执行下述步骤210。

在步骤209中，若监测到高压电池的高压电压为正常电压，则基于高压电池为低压电池进行充电。

在本发明实施例中，若高压电池监测模块监测到高压电池的电压为正常电压，则表示当前高压电池的高压电压在正常的电压范围内，可以基于高压电池为低压电池充电，这样，充电模块便会将充电继电器闭合，基于高压电池为低压电池进行充电。

在步骤210中，若监测到高压电池的高压电压为异常电压，则禁止基于高压电池为低压电池进行充电，并结束当前流程。

在本发明实施例中，若高压电池监测模块监测到高压电池的高压电压为异常电压，则表示当前高压电池的高压电压不在正常的电压范围内，不可以基于高压电池为低压电池充电，这样，充电模块便会禁止基于高压电池为低压电池进行充电，并结束当前流程。

本发明实施例提供的电池充电装置，通过将低压电池的低压电压进行分压，得到分压电压，将分压电压与基准电压进行比较，判断当前是否需要对低压电池进行充电，若确定当前需要对低压电池充电，则基于高压电池对所述低压电池进行充电，使得在低压电池的电压过低时，可以及时对低压电池进行充电，增加了低压电池的使用寿命。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。