一种锂电池充电电路的制作方法

本申请涉及电池充电，尤其涉及一种锂电池充电电路。

背景技术：

1、电动飞机是用电动机代替传统的燃油飞机的内燃机的新型飞机，由于其具有绿色环保、可靠性高、故障率低、效率高等优势，越来越受到人们的关注和重视。由电池、电动机以及螺旋桨构成的电推进系统是电动飞机最为核心的系统之一。其中，动力锂电池的充放电技术是电推进系统的关键技术，其充电效率、可靠性等指标对电动飞机的整体性能有决定性的影响。由于动力锂电池电池内部极化现象的存在，在充电时需要先进行恒流充电，在该阶段电池充电电流恒定，而电池电压逐步上升至充电截止电压，但此时存在“虚高”的极化电压，电池电量并没有充满，而极化现象与电流成正相关，因此为了减小极化现象，还需要进行恒压充电的阶段，在该阶段电池电压维持在截止电压，但电流逐渐减小，极化现象削弱，直至电池电量充满。因此动力锂电池具有“先恒流再恒压”的充电特性。

2、由于锂电池在充电过程中内阻会变化，开环充电电路难以保证电池“先恒流再恒压”两阶段充电，因此目前多采用比例积分控制(pi控制)，其核心在于比例调节和积分调节。比例调节的作用是当系统的给定值与实际值产生偏差时，通过调节作用减小偏差，积分调节的作用是减少系统的稳态误差。在锂电池充电系统中，pi控制表现为将采集到的电池电压、电流实时信号与给定信号比对，通过调节电力电子开关管的占空比来减少偏差，维持电压、电流的稳定输出。这种方法对通信电路的可靠性要求较高，一旦通信故障，那么电池侧的电压电流的差值信号无法反馈到输入侧，会导致系统电压、电流无法维持恒定甚至出现失控的现象。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种锂电池充电电路，用于保证锂电池充电过程中的恒流及恒压。

2、本实用新型实施例提供一种锂电池充电电路，所述锂电池充电电路包括：地面电源、锂电池、输入模块、充电模式切换模块以及输出模块；所述充电模式切换模块包括两个电感、两个补偿电容以及多个电子开关管；

3、所述地面电源、所述输入模块、所述充电模式切换模块、所述输出模块和所述锂电池依次连接；

4、当所述锂电池的电压未达到额定电压时，控制所述充电模式切换模块内所有的电子开关管断开，两电感和补偿电容ccc组成谐振体，将所述输入模块输入的高频交流电传输至所述输出模块；

5、当所述锂电池的电压达到额定电压时，控制所述充电模式切换模块内所有的电子开关管闭合，两电感和补偿电容ccv组成谐振体，所述输入模块输入的高频交流电传输至所述输出模块；

6、所述输入模块将所述充电模式切换模块输入的高频交流电转为直流电以为所述锂电池充电。

7、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述充电模式切换模块包括：电感l2和电感l3；补偿电容ccc和补偿电容ccv；第一电子开关管和第二电子开关管；

8、所述第一电子开关管和所述补偿电容ccc串联，得到第一支路；

9、所述第二电子开关管和所述补偿电容ccv并联，得到第二支路；

10、所述第二支路与所述电感l3串联后分别与所述电感l2、所述第一支路并联。

11、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述第一电子开关管包括：电子开关管q5和电子开关管q7，所述第二电子开关管包括：电子开关管q6和电子开关管q8；所述电子开关管q5和所述电子开关管q7串联，所述电子开关管q6和所述电子开关管q8串联。

12、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述充电模式切换模块还包括：4个驱动板；

13、每个所述驱动板与对应的1个电子开关管连接，用于接收所述锂电池的电压信号，并根据所述电压信号控制所述电子开关管的断开或闭合，所述电压信号包括锂电池的电压未达到额定电压信号及电压达到额定电压信号。

14、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述输入模块包括：三相桥式整流模块、高频逆变模块以及发射端耦合器；

15、所述三相桥式整流模块和所述高频逆变模块并联；

16、所述发射端耦合器与所述高频逆变模块的两个中间节点连接。

17、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述三相桥式整流模块包括3个相互并联的二极管组，所述二极管组为由两个串联的二极管组成；

18、所述二极管组的中间节点分别与所述地面电源连接，所述二极管组的中间节点为两个串联的二极管之间的节点。

19、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述高频逆变模块包括：2个相互并联的第一电子开关管组和第二电子开关管组；

20、所述第一开关管组由电子开关管q1和电子开关管q2串联构成，所述第二电阻开关管组由电子开关管q3和电子开关管q4串联构成。

21、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述发射端耦合器包括：电容cp与电感l1，所述电容cp与所述电感l1并联；

22、所述发射端耦合器的一端与所述第二电子开关管组的中间节点连接，所述第二电子开关管组的中间节点为所述电子开关管q3和电子开关管q4串联之间的中间点；

23、所述发射端耦合器的另一端通过电感la与所述第一电子开关管组的中间节点连接，所述第一电子开关管组的中间节点为所述电子开关管q1和电子开关管q2串联之间的中间点；

24、所述输入模块和所述充电模式切换模块通过所述电感l1和所述电感l2的电感耦合连接。

25、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述输入模块还包括：电容c0；

26、所述电容c0设置在所述三相桥式整流模块和所述高频逆变模块之间，与所述三相桥式整流模块和所述高频逆变模块并联。

27、在本实用新型提供的一个可选实施例中，所述输出模块包括：电感线圈l4、整流桥、滤波电容cr；

28、所述电感线圈l4与所述充电模式切换模块中的电感l3耦合，使得所述整流桥将所述高频交流电转为直流电并经滤波电容cr后以为所述锂电池充电。

29、本实用新型提供一种锂电池充电电路，地面电源、输入模块、充电模式切换模块、输出模块和锂电池依次连接；当锂电池的电压未达到额定电压时，控制充电模式切换模块内所有的电子开关管断开，两电感和补偿电容ccc组成谐振体，将输入模块输入的高频交流电传输至所述输出模块；当锂电池的电压达到额定电压时，控制充电模式切换模块内所有的电子开关管闭合，两电感和补偿电容ccv组成谐振体，输入模块输入的高频交流电传输至输出模块；输入模块将充电模式切换模块输入的高频交流电转为直流电以为锂电池充电。本实用新型通过充电模式切换模块使得充电电路先在恒流拓扑下对电池充电，达到锂电池充电截止电压后切换相应的电力电子开关管，使电路变为恒压拓扑，直至电池电量充满。因此，通过本实用新型能够有效解决开环锂电池充电时由于电池内阻的变化难以维持电流或电压恒定的问题，也可解决现有的pi闭环控制电路由于通信故障而导致系统无法正常工作的问题，提升了系统的可靠性和便捷性。

技术特征：

1.一种锂电池充电电路，其特征在于，所述锂电池充电电路包括：地面电源、锂电池、输入模块、充电模式切换模块以及输出模块；所述充电模式切换模块包括两个电感、两个补偿电容以及多个电子开关管；

2.根据权利要求1所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述充电模式切换模块包括：电感l2和电感l3；补偿电容ccc和补偿电容ccv；第一电子开关管和第二电子开关管；

3.根据权利要求2所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述第一电子开关管包括：电子开关管q5和电子开关管q7，所述第二电子开关管包括：电子开关管q6和电子开关管q8；所述电子开关管q5和所述电子开关管q7串联，所述电子开关管q6和所述电子开关管q8串联。

4.根据权利要求2所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述充电模式切换模块还包括：4个驱动板；

5.根据权利要求2所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述输入模块包括：三相桥式整流模块、高频逆变模块以及发射端耦合器；

6.根据权利要求5所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述三相桥式整流模块包括3个相互并联的二极管组，所述二极管组为由两个串联的二极管组成；

7.根据权利要求5所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述高频逆变模块包括：2个相互并联的第一电子开关管组和第二电子开关管组；

8.根据权利要求5所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述发射端耦合器包括：电容cp与电感l1，所述电容cp与所述电感l1并联；

9.根据权利要求5所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述输入模块还包括：电容c0；

10.根据权利要求2所述的锂电池充电电路，其特征在于，所述输出模块包括：电感l4、整流桥、滤波电容cr；

技术总结
本申请提供了一种锂电池充电电路，涉及电池充电技术领域，用于保证锂电池充电过程中的恒流及恒压。锂电池充电电路包括：地面电源、锂电池、输入模块、充电模式切换模块以及输出模块；充电模式切换模块包括两个电感、两个补偿电容以及多个电子开关管；当锂电池的电压未达到额定电压时，控制充电模式切换模块内所有的电子开关管断开，两电感和补偿电容Ccc组成谐振体，将输入模块输入的高频交流电传输至所述输出模块；当锂电池的电压达到额定电压时，控制充电模式切换模块内所有的电子开关管闭合，两电感和补偿电容Ccv组成谐振体，输入模块输入的高频交流电传输至所述输出模块；输入模块将充电模式切换模块输入的高频交流电转为直流电以为锂电池充电。

技术研发人员：于丰玮,刘卫芳,张静,秦亚南,高鹏飞,史超
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心
技术研发日：20230315
技术公布日：2024/1/15