电源装置及充电方法与流程

本发明涉及一种充电装置，具体涉及一种能输出交流电的电源装置。

背景技术：

随着电池技术的发展，电动工具正在逐渐取代引擎工具。为了实现近似于引擎工作的工作效果和续航时间，电池包的额定功率和容量也越来越大。

在户外进行工作和旅游，往往需要交流电源来为一些用电工具或设施供电；传统的可携带的电源，往往由其内部的电芯组供电，一旦该电源的电芯组的电能消耗完则无法持续提供交流电。

技术实现要素：

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种电源装置，包括：壳体；多个电池包端口，设置在壳体上以接入多个电池包；充电单元，与电池包端口电性连接以为电池包充电；bms控制单元，用于获取多个接入电池包的电压；输出单控制信号至多个电池包中电压最低的电池包以使电压最低的电池包充电至第一预设电压；

输出多控制信号至多个电池包以使多个电池包同时充电。

进一步，bms控制单元输出多控制信号至多个电池包以使多个电池包同时充电至第二预设电压。

进一步，第一预设电压小于第二预设电压。

进一步，第一预设电压为多个电池包中电压次低的电池包的电压。

进一步，充电单元包括：电子开关，与电池包端口电性连接；bms控制单元在电池包端口接入电池包时输出使电子开关导通的控制信号。

一种用于多个电池包充电的充电方法，包括：获取每个电池包的电压；给多个电池包中电压最低的电池包充电以使电压最低的电池包充电至第一预设电压；给多个电池包同时充电。

进一步，给多个电池包同时充电至第二预设电压。

进一步，第一预设电压小于第二预设电压。

进一步，第一预设电压为多个电池包中电压次低的电池包的电压。

另一种用于多个电池包充电的充电方法，包括：获取多个电池包的电压；给多个电池包中的电压最低的电池包充电以使电压最低的电池包充电至第一预设电压；给多个电池包中的电压次低的电池包充电以使电压次低的电池包充电至第三预设电压；给多个电池包同时充电至第二预设电压；第一预设电压小于第三预设电压；第三预设电压小于第二预设电压。

附图说明

图1是作为一个实施例的便携式电能系统的立体结构图；

图2是图1的便携式电能系统中电池包和电源装置分离的结构图；

图3是图1所示的便携式电能系统中电源装置的内部结构图；

图4是图1的便携式电能系统的电路框图；

图5是图4中充电单元的电路图；

图6是作为一个实施例的便携式电能系统中给电池包充电的充电流程图；

图7是作为实施例之一的放电单元的电路图；

图8是作为实施例之一的用于计算便携式电能系统电池包的剩余电量的流程图；

图9是电池包中电量百分比与电池包开路电压的关系曲线；

图10是作为实施例之一的用于校准电池包总容量的流程图；

图11是一个实施例的包含功率检测模块的电源装置的电路框图；

图12是另一个实施例的包含功率检测模块的电源装置的电路框图；

图13是作为一个实施例的用于电源装置中风扇调速的方法流程图；

图14是电源装置的整机放电效率曲线图；

图15是作为另一个实施例的用于电源装置中风扇调速的方法流程图；

图16是作为另一个实施例的用于电源装置中风扇调速的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参考图1至图4所示的便携式电源系统100，包括电池包110、充电器120和电源装置130。其中，电源装置130(powerdevice)包括电池包端口132(batteryport)和壳体131(housing)。电池包端口132设置在电源装置130的壳体131上，用于接收(receving)电池包110。具体的，电源装置130的壳体131上设有多个电池包端口132。在一些实施例中(insomeembodiments)，电池包端口132的个数为四个(如图1所示)，在另一些实施例中，电池包端口132的个数为两个或多个。本申请对此不作具体限制。

在一些具体实施例中，电池包端口132包括正极端子bat+、负极端子bat-、信号端子d和温度端子t，如图4所示。在另一些具体实施例中，电池包端口132包括正极端子bat+、负极端子bat-和信号端子d。

电源装置130可用于为具有不同类型(differenttypes)的电池包110充电和/或使具有不同类型的电池包放电。例如，电池包110可为锂电池包、锂基电池包、固态电池包或石墨烯电池包。在一些实施例中，电源装置130可接收并(isoperabletoreceiveandchargeand/ordischarge)为具有不同电压、不同容量、不同结构(configuration)、不同外形和尺寸的电池包充电和/或使这些电池包放电。例如，电源装置130可使额定电压为18v、20v、24v、28v、30v、56v、大于56v等的电池包充电或放电。或者，电源装置130可使额定电压在上述电压范围的电池包充电或放电。电池装置也可使电池容量为1.2ah，1.3ah，1.4ah，2.0ah，2.4ah，2.6ah，3.0ah的电池包充电或放电。

充电器120包括交流电接口121、充电器输出接口122和ac-dc转换电路123，交流电接口121接入交流市电，例如110v或220v的。ac-dc转换电路123用于将接入的交流市电转化为直流电，充电器输出接口122输出经ac-dc转换电路123转换的直流电。在一些实施方式中，充电器输出接口122通过外部线缆与电源装置130的充电端口133电性连接。在另一些实施例中，充电器输出接口122直接与电源装置130的充电端口133电性连接，例如，以插拔形式电性连接。在另一些实施例中，充电器120内置于电源装置130，此时充电器输出接口122和充电端口133均位于电源装置130内部，充电器输出接口122与充电端口133之间通过内部导线电性连接。在一些实施例中，充电器120包括两个充电器输出接口122，充电器120中的ac-dc转换电路123用于将交流电转换为例如+5v或+12v的直流电，两个充电器输出接口中的一个用于输出+5v或+12v的直流电，充电器输出接口中的另一个与电源装置130的充电端口133直接或间接连接。

参考图2所示的电源装置130，还包括位于壳体131内的bms模块140、电源模块150、控制模块160、风扇170、降压电路180、升压电路190和逆变电路191。

bms模块140包括软件和硬件，用于控制电源装置130，为电源装置130提供保护(例如过压过流保护)，控制电源装置130的充电电流和充电电压、接收来自电池包110的相关信息、监测电池包110的温度等。在一些实施例中，bms模块140包括电路板，电路板上设置有多个提供控制和保护充电器120操作的电子元器件。在一些实施例中，电路板包括控制和处理单元如微处理器、微控制器或其它类似的器件。在一些实施例中，控制模块160包括处理单元、存储单元和总线。总线连接控制模块160中的处理单元和存储单元。其中，存储单元可以是rom或ram。控制模块160也包括输入和输入系统，用于传输控制模块160中各单元的信息和控制模块160与充电器120其它模块之间的信息。软件包括写入微处理器和微控制器的控制程序。

具体的，bms模块140与电池包端口132电性连接，用于实现电池包110的充放电管理。具体的，bms模块140包括充电单元141、放电单元142和bms控制单元143。

电源模块162与充电端口133电性连接，用于将经充电端口输入的电能转换为不同的供电电能以分别为bms模块140、控制模块160和充电器中的显示模块供电。

降压电路163与充电端口133电性连接，用于将经充电端口输入的具有较高电压的直流电降压后转换为具有较低电压的直流电输出，例如+5v或+12v直流电。在一些实施例中，经降压电路163降压的具有较低电压的直流电经usb接口输出，从而使得电源装置能够为usb接口装置供电。

升压电路164与充电端口133电性连接，用于将经充电端口输入的直流电压升压至具有较高电压的直流电压后再经由逆变电路165逆变为交流电，经交流电输出端口172输出，从而使得电源装置能够为交流用电装置供电。

参考图5所示的充电单元141，包括充电端口133、电子开关144和输出端口145，充电端口133与充电器输出接口122电性连接以接入来自充电器120的充电电流。在一些实施例中，输出端口145即为电池包端口132；在另一些实施例中，输出端口145与电池包端口132电性连接。电子开关144包括两个触点端a、b和一个使能端c，两个触点端串联在充电端口133和输出端口145之间。使能端与bms控制单元143用于接收来自bms控制单元143的控制信号以控制电子开关144的导通和关断。在一些实施例中，电子开关144为继电器；在另一些实施例中，电子开关144为功率开关管。

电子开关144导通时，充电端口133与输出端口145建立电性连接以使充电单元141为接入的电池包110充电；电子开关144断开时，充电端口133与输出端口145之间的电性连接被断开，此时充电单元141无法为接入的电池包110充电。

以下结合图6说明充电单元141给电池包110充电的充电逻辑。为方便叙述，这里以电源装置130接入4个电池包110为例进行说明。

四个电池包110分别插入电源装置130的电池包端口132，bms控制单元143读取各个电池包110的剩余电压，发出控制信号至四个电池包110中电压最低的电池包110以使该电池包110充电至一个预设电压；bms控制单元143再发出控制信号至四个电池包110中电压次低的电池包110以使该电池包110充电至预设电压；bms控制单元143再同时发出控制信号至四个电池包110给四个电池包110同时充电，直至四个电池包110达到满充后断电。

参考图6所示的用于多个电池包充电的充电方法流程图，该充电方法包括如下步骤，为方便描述，这里仍以四个电池包为例进行说明：

s601.检测各个电池包110的电压；

在一些实施例中，soc芯片检测接入的各个电池包的电压。

s602.比较各个电池包110的电压大小；

在一些实施例中，bms控制单元143与soc芯片电性连接，接收来自soc芯片检测的各个电池包110的电压，并依据各个电池包110的电压比较各电池包110的电压大小。

s603.使电池包110中电压最低的电池包充电至第一预设电压；其中，第一预设电压的取值范围为小于等于各个电池包中电压次低的电池包的电压。

在一些实施方式中，bms控制单元143输出单控制信号至电池包中电压最低的电池包以使电池包中电压最低的电池包充电至第一预设电压，其中，第一预设电压为各个电池包中电压次低的电池包的电压。这样，在步骤s603完成后，各个电池包中电压最低的电池包的电压等于电池包中电压次低的电池包的电压。

s604.使电池包中电压最低的电池包和电池包中电压次低的电池包同时充电至第三预设电压；其中，第三预设电压的取值范围为小于等于各个电池包中电压次高的电池包的电压。

在一些具体实施方式中，bms控制单元143输出控制信号至电池包中电压最低的电池包和电池包中电压次低的电池包以使电池包中电压最低的电池包和电池包中电压次低的电池包同时充电至第三预设电压，其中，第三预设电压为各个电池包中电压次高的电池包的电压。这样，在步骤s604完成后，各个电池包中电压最低和电压次低的两个电池包的电压等于电池包中电压次高的电池包的电压。第三预设电压大于第一预设电压。

s605.给各个电池包同时充电至第二预设电压。其中，第二预设电压的取值范围为大于第三预设电压小于等于电池包的满充电压。

在一些实施方式中，bms控制单元143输出控制信号至各个电池包以使各个电池包同时充电至第二预设电压，其中第二预设电压为四个电池包中满充电压最小的电池包的电压。

采用上述的充电方法给接入电源装置130的电池包充电的优势在于，可保证接入的各个电池包的充电电压偏差较小，这样，在需要电池包放电以为用电装置提供能量时，电池包插入电源装置后，电源装置能够快速放电，从而提高电源装置的工作效率。

参考图7所示，放电单元142用于使电池包110输出电能。放电单元142的输入端146与电池包端口132电性连接，放电单元142的输出端147与bms控制单元143电性连接。放电单元142包括soc芯片148，在电池包110接入电池包端口132时读取电池包110的id信息。这里电池包的id信息包括电池包总容量、电池包的型号、电池包单节电芯电压、充放电循环次数和电池包初始电量百分比、电池包温度以及电池包放电截止电压等信息。

在一些具体的实施例中，放电单元142的输入端即为电池包端口132以使电池包端子与放电单元142电性连接。在另一些具体的实施例中，放电单元142的输入端与电池包端口132电性连接以使电池包110端子与放电单元142电性连接。

在一些实施例中，由于接入各个电池包端口132的电池包110的电压不一样，放电单元142读取接入的各个电池包110的电压，bms控制单元143发出控制信号至电池包110中电压最大的电池包110使其先放电，直至接入的各个电池包110电压基本相同时，再发出控制信号至接入的各个电池包110以使电池包110并联放电。

参考图8所示的用于便携式电能系统的测量方法，其中，便携式电能系统包括电源装置130和与电源装置130可拆卸连接的多个电池包110。该测量方法包括如下步骤：

s801.获取各个电池的总容量qt和初始电量百分比soc0。

在一些实施例中，电池包接入电源装置的电池包接口，放电单元读取各个电池包的id信息。具体的，soc芯片读取各个电池包的总容量和初始电量百分比。

s802.检测各个电池包110的放电电流if和放电时间tf。

在一些实施例中，放电单元142读取各个电池包的放电电流和放电时间。具体的，放电单元142包括电流检测电路，例如检测电阻或电流传感器等能够检测电池包放电电流的电路。在一些实施例中，放电单元142包括计时器，用于记录各个电池包的放电时间。显然，计时器也可作为单独的时钟模块位于电源装置中。

s803.计算各个电池包110的放电电量qf，其中，每个电池包110的放电电量等于电池包110的放电电流和放电时间的积分，即

s804.计算各个电池包110的初始剩余电量q0，电池包110的初始剩余电量等于电池包110的总容量qt与初始电量百分比soc0之积减去放电电量qf，即q0＝qt·soc0-qf。

在一些实施例中，放电单元142包括计算各个电池包110的放电电量和剩余电量的计算子单元。在另一些实施例中，放电单元142中包括soc芯片，soc芯片具有计算各个电池包放电电量和剩余电量的计算单元。在另一些实施例中，bms控制单元143包括计算各个电池包的放电电量和剩余电量的计算子单元。

s805.计算当前各个电池包的实时电量百分比soc1，其中，实时电量百分比等于电池包的初始剩余电量q0除以电池包的总容量qt，即soc1＝q0/qt。

s806.获取各个电池包的开路电压vk和电池包中电芯单元的实时内阻rr。

在一些实施例中，依据电池包的电量百分比曲线计算电池包110的开路电压vk。

参考图9所示，示出电池包中电量百分比与电池包开路电压的关系曲线。图中横坐标表示电量百分比，纵坐标表示电池包开路电压。电池包开路电压即为电池包中电压最低的单节电芯电压。在电池包出厂时，电池包110的开路电压和电量百分比曲线已基本确定。

在一些实施例中，电源装置130还包括存储模块，用于存储电池包中电量百分比与电池包开路电压的关系曲线。具体的，存储模块存储电池包110中电量百分比与电池包110开路电压对应的数据表，在步骤s405中计算得到电池包的实时电量百分比soc1后，bms控制单元143调用存储模块中存储电池包中电量百分比与电池包开路电压的关系曲线或关系表，依据计算得到的电池包的实时电量百分比soc1查找对应的电池包的开路电压vk从而得到电池包的开路电压vk。这样，可依据计算得到的实时电量百分比soc1得到较为准确的电池包的开路电压vk，降低了电池包的开路电压vk测量误差。

在一些实施例中，依据电池包的电芯内阻表计算电芯单元的实时内阻rr。

参考下表1所示，为一个示例性的电池包的电芯内阻表。表中横列表示温度，数列表示电池包的开路电压。具体的，存储模块还存储电池包的电芯内阻表。在一些具体的实施例中，电池包110包括温度检测电路，用于检测电池包的温度，具体的，温度检测电路检测电池包110中电芯的温度。在电池包插入电池包端口132时，通过电池包端口132的端子将电池包的温度信息传输至bms控制单元143中，bms控制单元143接收电池包的温度数据和电池包对应的开路电压数据，依据电池包的温度数据和对应的开路电压数据查找电芯内阻表，从而获得电芯单元的实时内阻rr。

表1

s807.计算各个电池包的剩余电量qs，剩余电量qs等于电池包的开路电压vk与电池包的放电截止电压vc之差与电芯单元的实时内阻rr之比，即qs＝(vk-vc)/rr。

在一些实施例中，电池包中存储的电池包的放电截止电压经电池包端口132的信号端子传递至电源装置130中以供bms控制模块160调用。在另一些实施例中，电源装置130包括存储模块，用于存储电池包的id信息及对应的电池包的放电截止电压。

通过经校准的电池包的开路电压vk和电芯单元的实时内阻rr计算电池包的剩余电量qs，降低了电池包剩余电量的测量误差，提高了电池包剩余电量的精确度。

s808.计算便携式电能系统的剩余电量qs，便携式电能系统的剩余电量qs等于接入电源装置130的各个电池包的剩余电量qs之和。

s809.计算便携式电能系统的剩余放电时间ts，便携式电能系统的剩余放电时间等于便携式电能系统的剩余电量qs除以便携式电能系统的放电电流i，也即也即ts＝qs/i。其中，便携式电能系统的放电电流i等于各个接入电池包端口132的电池包放电电流if之和。

由此得到便携式电能系统的剩余放电时间，降低了便携式电能系统的剩余放电时间的误差，能够提高电池包电能的利用效率。

在一些实施例中，bms控制模块160依据便携电能系统的剩余电量qs和放电电流i计算得到便携式电能系统的剩余放电时间ts。在另一些实施例中，电源装置还包括显示模块，用于显示便携式电能系统的剩余电量qs和剩余放电时间ts以方便用户读取。具体的，显示模块是显示屏。在另一些实施例中，便携式电能系统的电源装置包括无线通讯模块161，能够与手机等移动终端通讯，将剩余电量qs和剩余放电时间ts无线传输至终端界面显示。

在电池包110接入电池包端口132时，bms控制模块160被配置为判断接入的电池包110处于充电状态还是放电装置。

参考图10所示的用于便携式电能系统的测量方法流程图，该测量方法还包括以下步骤：

s101.分别读取接入的电池包的最低单节电芯的电压vl。

s102.依据电池包的最低单节电芯的电压校准电池包的初始电量百分比soc0。

s103.判断接入的电池包是否处于充电状态；若接入的电池包处于充电状态，则转至步骤s104；否则转至步骤s801。

在一些实施例中，通过检测是否有充电电流输入来判断电池包是否处于充电状态。具体的，检测充电端口133的电流，若充电端口133有电流流入则表明电池包处于充电状态。

s104.检测各个电池包的充电电流ic；

s105.判断充电电流是否小于0.1c，其中，c表示电池包标称总容量；若否则返回步骤s104；若是执行步骤s106.

s106.计算已充入至电池包的电量δq，已充入至电池包的电量δq等于充电电流ic与充电时间t的积分，即

s107.判断已充入至电池包的电量是否大于等于0.3倍的电池包总容量qt；若否则返回步骤s106，若是则执行步骤s108。

s108.读取电池包的最低单节电芯电压。

s109.利用最低单节电芯电压校准充电后的电量百分比soc1。

s110.校准电池包总容量qt，其中，qt＝δq/(soc1-soc0)。

在一些实施例中，将经过校准的电池包总容量带入步骤s401中可进一步提高便携式电能系统的剩余电量的测量精度。

上述步骤均可通过写入bms控制模块160的软件程序执行。

参考图11和图12所示，电源装置130还包括电子组件174、风扇170和功率检测模块171。其中，电子组件174位于壳体131内，电子组件174在电源装置130工作时发热。具体而言，电子组件174包括位于壳体131内的电路板以及组成各电路的电子元器件。

风扇170转动使得壳体131内产生气流以为电子组件散热。在一些实施例中，风扇170与bms模块140电性连接，接收来自bms模块140的控制信号以调整风扇170转速。在另一实施例中，风扇170与控制模块160，例如独立于bms控制板的控制芯片电性连接，接收来自控制模块160的控制信号以调整风扇170转速。

功率检测模块171用于检测电源装置130的输入或输出功率。在一些实施例中，功率检测模块171与电源装置130的电池包端口132电性连接，用于检测电源装置的输入功率。在另一些实施例中，功率检测模块171与电源装置的交流电输出接口172，例如用于输出交流电的输出接口电性连接，用于检测电源装置130的输出功率。在另一些实施例中，功率检测模块171分别与电源装置130的电池包端口132和电源装置130的输出接口电性连接，用于检测电源装置130的输入功率和输出功率。在一些具体的实施例中，功率检测模块171包括功率芯片及与之电性连接的外围电路。在另一具体的实施例中，功率检测模块171包括功率检测电路。

以下结合图13详细说明电源装置中依据电源装置的输入或输出功率调节风扇转速的方法，该方法包括如下步骤：

s201.检测电源装置的输出功率。

在一些实施例中，功率检测模块检测电源装置的输出功率。

s202.存储与电源装置效率曲线有关的数据。

在一些实施例中，电源装置还包括存储模块，存储模块存储与电源装置130效率曲线有关的数据。

参考图14所示，为电源装置的效率曲线图。图中横坐标表示电源装置的输出功率，纵坐标表示效率。存储模块中存储电源装置的输出功率及其对应的效率数据。

s203.依据电源装置的输出功率po和与电源装置效率曲线有关的数据计算电源装置130的功率损耗δp。

在一些实施例中，控制模块调用存储模块中存储的电源装置的输出功率及与输出功率对应的效率数据，并依据输出功率po查找对应的效率η，再计算得到电源装置130的功率损耗δp＝po/η-po。

s204.判断功率损耗δp是否增加，若是则执行步骤s205；否则执行步骤s206。

在一些实施例中，通过比较前后时间的功率损耗变化来判断功率损耗的增加或减小。在另一实施例中，通过计算功率损耗的斜率来判断功率损耗的增加或减小。

s205.使风扇的转速增加。

具体的，控制模块在功率损耗增加时输出使风扇的转速增加的控制信号至风扇以使风扇转速增加，从而增加电源装置内的气流流动以增加散热速度。

s206.使风扇的转速减小。

具体的，控制模块在功率损耗减小时输出使风扇的转速减小的控制信号至风扇以使风扇转速减小，从而降低电能的损耗。

上述方式可通过写入控制模块的软件程序执行。

利用电源装置的功率损耗的变化来调节风扇转速，无需在电源装置中额外增加温度检测单元，在降低成本的同时增加了电源装置的散热效率。

参考图15所示，为另一种用于电源装置130中风扇170调速的方法，该方法包括如下步骤：

s501.检测电源装置的输入功率pi。

s502.存储与电源装置效率曲线有关的数据。

具体的，存储模块中存储电源装置的输入功率pi及其对应的效率数据η。

s503.依据电源装置的输入功率pi和与电源装置效率曲线有关的数据获得电源装置的功率损耗δp，其中，δp＝pi·η。

s504.判断功率损耗δp是否增加，若增加则执行步骤s505；否则执行步骤s506。

s505.使风扇的转速增加。

s506.使风扇的转速降低。

上述方式可通过写入控制模块的软件程序执行，与图13所示方法的不同之处在于步骤s501中检测电源装置的输入功率，具体实现这里不再赘述。

参考图16所示，为另一种用于电源装置的风扇的调速方法，该方法包括如下步骤：

s601.检测电源装置的输入功率pi和输出功率po。

s602.依据电源装置的输入功率pi和输出功率po获得电源装置的功率损耗δp，其中，δp＝po-pi。

s603.判断功率损耗δp是否增加，若增加则执行步骤s604；否则执行步骤s605。

s604.使风扇的转速增加。

s605.使风扇的转速降低。

上述方式可通过写入控制模块的软件程序执行，与图14所示方法的不同之处在于步骤s801中检测电源装置的输入功率和输出功率，具体实现这里不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。