具有反馈均衡功能的多路输出充电电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种由多个可充电电池单体串联而形成的电池组的充电电路，具体的 说是一种具有反馈均衡功能的多路输出充电电路。
【背景技术】
[0002] 可充电电池过充、过放有可能对电池造成损伤，影响电池的性能，甚至使电池报 废。可充电电池单体的电压通常较低，常常需要将多块电池单体串联起来，组成串联电池 组，以获得较高的电压。在使用电池单体组成串联电池组时，由于各电池单体的性能会有一 定差异，特别是容量方面的差异，所以在对电池组进行整体串联充电时，为了不造成任意一 块电池单体的过充，就需要在最小容量的电池被充到额定容量时停止整个电池组的充电。 在电池组放电时，为了不造成任意一块电池单体的过放，就需要在放电最快的电池单体达 到正常放电下限时停止整个电池组的放电。这样就常常造成整个电池组的有效容量达不到 其额定容量，即电池组内各电池单体的额定容量之和，有时差距很大。
[0003] 为了使电池组的有效容量达到或接近额定容量，很多电池组管理电路中采用均衡 器进行电能转移和均衡，但均衡过程需要耗费较长时间，影响了充电速度，而充电速度是电 池组的一项重要指标。同时，大多数均衡器也不能在充电或放电的同时进行均衡。
[0004] 因此如何实现电池组有效容量与额定容量一致，又能实现快速充电、在充电放电 的同时能够动态实现电池容量均衡等方面，在技术上仍有很大的有待提高的空间。在超级 电容器组的充放电管理方面，也存在着类似的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种可以实现对电池组内每个电池单体的差异化充电，还 可以对电池组实现快速、高效的充电；既可方便地实现电池组内各电池单体的电量均衡，也 可以方便地实现电池组之间的电量均衡的一种具有反馈均衡功能的多路输出充电电路。
[0006] 本发明所述的具有反馈均衡功能的多路输出充电电路包含三个子电路：串行充电 子电路、并行充电子电路、电能反馈子电路。其中串行充电子电路可以对电池组进行整体充 电，并行充电子电路可对电池组中的每一个电池单体进行独立充电，电能反馈子电路可以 将电池组的输出电能反馈到并行充电子电路，从而实现电池组内各电池单体之间能量的重 新分布。这三个子电路内部都有开关元件，可实现各子电路的运行和停运。
[0007] 本发明所述的具有反馈均衡功能的多路输出充电电路中的串行充电子电路，包含 一个AC/DC变换器和一个DC/DC变换器，其中的AC/DC变换器将交流电转换为直流电，DC/ DC变换器再调节直流电压，实现对串行可充电电池组或超级电容器组的整体充电。
[0008] 本发明所述的具有反馈均衡功能的多路输出充电电路中的并行充电子电路包含 一个AC/DC变换器和一个隔离式多路输出DC/DC变换器，其中的AC/DC变换器将交流电转 换为直流电，隔离式多路输出DC/DC变换器再将此直流电转换为多路直流输出电压。隔离 式多路输出DC/DC变换器的输入、输出之间通过变压器隔离，各路输出占用变压器不同的 绕组，绕组之间相互绝缘。隔离式多路输出DC/DC变换器的每一路输出接一个电池单体充 电管理电路，每个电池单体充电管理电路接一个电池单体。这样并行充电子电路就具备了 对任一块电池单体进行独立充电的能力。
[0009] 当接通交流电源对电池组充电时，电路以串行充电子电路为主充电单元，以并行 充电子电路为辅助充电单元进行充电，电能反馈子电路停运。对于n个电池单体串联组成 的电池组，串行充电子电路按照电池组里电能容量最小的那个电池单体接受电功率的n倍 能力，对整个电池组进行串行充电；并行充电子电路的每一路输出所包含的电池单体充电 电路，则根据其所连接的那个电池单体与电池组内电能容量最小的那个电池单体的容量差 (正值），按照这个差值得出相应的电功率，对其所连接的那个电池单体充电。这样串行充 电子电路和并行充电子电路可同时工作，使得每一块电池都可以按照其自身的能力来接受 电功率。正常情况下，在制造一个电池组时，厂商总是尽量选择性能一致的电池单体来成 组，所以串行充电子电路承担了主要的电能输送任务，并行充电子电路承担了次要的电能 输送任务，在实现电路时有利于并行充电子电路的小型化和降低损耗。这种充电方式，对每 一个电池单体来说是差异化充电，不会因某一个电池单体的容量低而造成其他电池单体不 能足额充电，从而使整个电池组的有效容量等于其额定容量。又因串行充电子电路和并行 充电子电路可以同时工作，使得电池组能够以其最大能力接受电功率，不会造成额外的充 电时间浪费，从而实现了快速充电。
[0010] 在断开交流电源，电池组带载放电或长期空置放电一段时间后，电池单体之间可 能又会产生差异，引起这种差异的原因可能是局部温度差异、焊点故障、电池单体外伤、电 路阻抗不均等等。当这种差异积累到一定程度时，电能反馈子电路投入运行。电能反馈子 电路是一个隔离式DC/DC变换器，它的输入是电池组的输出，它的输出是并行充电子电路 中隔离式多路输出DC/DC变换器的输入。电能反馈子电路从整体电池组取出电能，把能量 传递给隔离式多路输出DC/DC变换器，隔离式多路输出DC/DC变换器又差异化地把电能分 配给各电池单体，对储能少的电池单体补充较多的能量，对储能多的电池单体补充较少的 能量或不补充能量，从而总体上实现了把储能多的电池单体的电能向储能少的电池单体传 递，达到均衡的目的。这个能量均衡过程，可以在电池组放电的同时进行。这个能量均衡过 程，既适用于电池组内的均衡，也适用于并联在一起的各电池组之间的均衡。
[0011] 本发明的优点在于：（1)可以实现对每个电池单体的差异化充电，使电池组内的 每个电池单体都可以充满到额定容量；（2)可以对电池组实现快速、高效的充电；（3)既可 以方便地实现电池组内各电池单体的电量均衡，也可以方便地实现电池组之间的电量均 衡。本发明所述的具有反馈均衡功能的多路输出充电电路适用于针对由多个电池单体串联 而形成的电池组的充电，以及由多个超级电容器单体串联而形成的超级电容器组的充电。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明所述的具有反馈均衡功能的多路输出充电电路示意图；
[0013] 图2为图1电路中隔离式多路输出DC/DC变换器的第一种实现方式示意图；
[0014] 图3为图1电路中隔离式多路输出DC/DC变换器的第二种实现方式示意图；
[0015] 图4为图1电路中隔离式多路输出DC/DC变换器的第三种实现方式示意图；
[0016] 图5为图1电路中隔离式多路输出DC/DC变换器的第四种实现方式示意图。 具体实施例
[0017] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明：
[0018] 参见图1，本发明所述的具有反馈均衡功能的多路输出充电电路的结构如图1所 示，电池单体901、电池单体902、电池单体903、......、电池单体90n，共n(n> 3)个电池单 体通过串联组成电池组，电池组的正极即是电池单体901的正极，电池组的负极即是电池 单体90n的负极。
[0019] 具有反馈均衡功能的多路输出充电电路包含串行充电子电路、并行充电子电路和 电能反馈子电路。
[0020] 串行充电子电路由AC/DC变换器100、开关元件700、DC/DC变换器300组成，交 流电从AC/DC变换器100的输入端Bl~和B2~接入，经过整流、滤波后，从AC/DC变换器 100的输出端B3+和B3-输出一组直流高压Vccl，Vccl的正极接B3+，Vccl的负极接B3-。 B3-与DC/DC变换器300的输入端负极Cl-相连，B3+与DC/DC变换器300的输入端正极 Cl+经过开关元件700相连。这样，当需要进行串行充电时，开关元件700闭合，DC/DC变换 器300的输入电压就是Vcc1，其输出电压Vcc2从DC/DC变换器300的输出端C2+和C2-送 出，其中C2+是正极，C2-是负极。C2+与电池组正极相连，C2-与电池组负极相连，Vcc2的 电压值可根据充电的需求进行调节。由Vcc2形成的电流从C2+端流到电池单体901的正 极，再逐个经过电池单体902、电池单体903,直到电池单体90n，从电池单体90n的负极流回 C2-，从而实现了对电池组内各电池单体的串行充电。
[0021] 并行充电子电路由AC/DC变换器200、开关元件600、隔离式多路输出DC/DC变换 器500组成，交流电从AC/DC变换器200的输入端Al~和A2~接入，经过整流、滤波后，从 AC/DC变换器200的输出端A3+和A3-输出一组直流高压Vcc3,Vcc3的正极接A3+，Vcc3 的负极接A3-。A3-与隔离式多路输出DC/DC变换器500的输入端负极El-相连，A3+与隔 离式多路输出DC/DC变换器500的输入端正极El+经过开关元件600相连。这样，当需要 进行并行充电时，开关元件600闭合，隔离式多路输出DC/DC变换器500的输入电压就是 Vcc3。在隔离式多路输出DC/DC变换器500内部，通过变压器和PWM(脉冲宽度调制）电路， 将Vcc3转换为n组相互隔离的直流输出V〇l、V〇2、……、Von，每组直流输出接一个电池单 体充电电路，然后分别接到电池单体901、电池单体902、......、电池单体90n，每个电池单体 充电电路可独立调节。这样，当需要进行并行充电时，开关元件600闭合，隔离式多路输出DC/DC变换器500的输入电压就是Vcc3,其输出的是n组可独立调节的直流电压，且各组直 流电压相互