专利名称：一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置及方法
技术领域：
本发明涉及充电技术领 域，尤其涉及一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置及方法。
背景技术：
现有充电电池的集成充电管理芯片所能达到的最高充电电压有限，以锂离子电池集成充电芯片为例，现有集成锂离子充电芯片最多可以给6节串联电池充电，则电池的最大输出电压为25. 2V。但在许多工业应用中要求电池的输出电压可达36V，因此集成充电芯片无法满足这类需求。以锂离子充电电池为例，在恒流恒压充电方法中其充电过程为先恒流充电，当电池电压达到预置电压后再转入恒压充电。在恒压充电阶段，通过检测充电电流的变化，决定是否结束充电。对于恒流恒压充电过程的两个阶段，可以简单认为是两种电源在起作用一个恒流源，一个是恒压源。无论是恒流源还是恒压源都属于直流电源。直流电源的产生方法很多，一般可分为线性电源和开关电源两种。如图I所示为现有技术中线性恒流源的原理图，其中误差放大器负输入端连接于基准电压VREF，误差放大器正输入端连接输出电流反馈。如图2所示为现有技术中boost拓扑结构的开关恒流电源原理图，开关电源基本电路包括误差放大器、基准电压源、锯齿波发生器、PWM比较器、开关管、二极管和电感等，图中Zl和Z2是电阻电容组成的补偿网络，Vfb是电流反馈转换后的电压信号，Vin是电压源，Veef是基准电压。本发明的发明人发现上述现有技术至少存在以下不足，现有技术只是通过反馈控制实现对电池充电区分为恒流源充电和恒压源充电两个阶段，但是在恒流充电阶段电流不可调，无法适应具有不同充电电流要求的电池，应用范围窄，并且为了应对多种充电电流需要多个充电器来进行匹配，这样造成了资源浪费。
发明内容
本发明实施例提供一种在恒流源充电阶段输出电流可调的充电装置及方法，用于解决现有技术中恒流充电过程中电流不可调，造成充电效率低，并且对于不同电流的电池来说，充电成本高的问题。本发明实施例提供了一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置，包括，充电驱动部分，电流采样单元，控制单元；所述充电驱动部分对电池进行充电；所述电流采样单元将充电的输出电流进行采样，并将采样到的电流值转换为电压
信号;所述控制单元输出设定电压，该设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。 根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置的一个进一步的方面，所述控制单元输出的设定电压和所述电流采样单元输出的电压信号直接合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分，或者所述控制单元与所述电流采样单元共同连接到电流反馈单元，所述电流反馈单元将所述设定电压和所述电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置的再一个进一步的方面，电压采样单元和电压反馈单元，所述电压采样单元采集电池的电压，将电池电压传送给电压反馈单元，所述电压反馈单元将所述电池电压作为电压的反馈电压反馈给充电驱动部分；所述电流的反馈电压与所述电压的反馈电压并联，如果电流的反馈电压比电压的反馈电压高，则电流的反馈电压向充电驱动部分输出反馈，如果电压的反馈电压比电流的反馈电压高，则电压的反馈电压向充电驱动部分输出反馈。根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置的另一个进一步的方面，所述控制单元，还用于获取电压采样单元采集的电池电压，当所述电池电压低于第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行小电流预充电；当所述电池电压大于所述第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行相应的恒流充电；当所述电池电压大于第二门限值时，则电压的反馈电压大于电流的反馈电压，对所述电池进行恒压充电；当所述充电驱动部分输出电流小于第三门限值时，则控制单元输出控制信号结束对电池的充电。根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置的另一个进一步的方面，还包括温度传感器，与所述控制单元相连接，用于采集电池的温度，当所述电池的温度超过门限值时，所述控制单元调节设定电压，降低充电驱动部分输出的充电电流。本发明实施例还提供了一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法，包括，在充电驱动部分对电池充电过程中，将充电的输出电流进行采样，并将采样到的电流值转换为电压信号；输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法的一个进一步的方面，在输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分中，输出的设定电压和所述电流采样单元输出的电压信号直接合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分，或者输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号共同连接到电流反馈单元，所述电流反馈单元将所述设定电压和所述电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法的再一个进一步的方面，还包括，采集电池的电压，将电池电压传送给电压反馈单元，所述电压反馈单元将所述电池电压作为电压的反馈电压反馈给充电驱动部分；将所述电流的反馈电压和所述电压的反馈电压并联，如果电流的反馈电压比电压的反馈电压高，则由电流的反馈电压向充电驱动部分输出反馈，如果电压的反馈电压比电流的反馈电压高，则由电压的反馈电压向充电驱动部分输出反馈。根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法的另一个进一步的方面，还包括，获取电压采样单元采集的电池电压，当所述电池电压低于第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行小电流预充电；当所述电池电压大于所述第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行相应的恒流充电；当所述电池电压大于第二门限值时，则电压的反馈电压大于电流的反馈电压，对所述电池进 行恒压充电；当所述充电驱动部分输出电流小于第三门限值时，则控制单元输出控制信号结束对电池的充电。根据本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法的一个进一步的方面，采集电池的温度，当所述电池的温度超过门限值时，通过调节设定电压降低向电池输出的充电电流。通过本发明实施例的装置和方法，可以针对不同充电电流的电池进行充电，降低充电成本。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图I所示为现有技术中线性恒流源的原理图；图2所示为现有技术中boost拓扑结构的开关恒流电源原理图；图3为本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置的结构图；图4所示为本发明实施例一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法流程图；图5所示为本发明实施例boost拓扑结构开关型电源在恒流充电阶段输出电流可调的电路原理图；图6为本发明实施例boost拓扑结构开关型可实现恒流恒压充电的充电电路原理图；图7a所示为本发明实施例线性电源芯片REG1117-3. 3的电路图；图7b为本发明实施例集成线性电源芯片LP2951的电路图；图8所示为本发明实施例控制单元的电路图；图9所述为本发明实施例充电驱动部分的结构图；图10所示为本发明实施例电流反馈单元、电压反馈单元和恒流源的电路示意图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。如图3为本发明实施例提供的一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置的结构图。
包括充电驱动部分301，电流采样单元302，控制单元303。所述充电驱动部分301对电池进行充电。
所述电流采样单元302将充电的输出电流进行采样，并将采样到的电流值转换为电压信号。所述控制单元303输出设定电压，该设定电压与所述电流采样单元302输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分301。所述充电驱动部分301可以为线性充电设备，或者boost拓扑结构开关型充电设备，或者还可以为buck拓扑结构开关型充电设备，或者其它类型的充电设备。所述控制单元303输出的设定电压和所述电流采样单元302输出的电压信号直接合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分301，或者所述控制单元303与所述电流采样单元302共同连接到电流反馈单元307，该电流反馈单元307将所述设定电压和所述电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分301，其中电流反馈单元307作为一个实施例，可以为运算放大器，所述控制单元303与所述电流采样单元302共同连接到运算放大器的正向输入端，所述运算放大器连接成正向放大电路，其输出连接到所述充电驱动部分301。所述充电装置还包括电压采样单元305和电压反馈单元306，所述电压采样单元305采集电池的电压，将电池电压传送给电压反馈单元306，所述电压反馈单元306将所述电池电压作为电压的反馈电压反馈给充电驱动部分301。如果电流的反馈电压由控制单元303输出的设定电压和所述电流采样单元302输出的电压信号直接合成，所述电流的反馈电压和所述电压的反馈电压并联，当电流的反馈电压比电压的反馈电压高，则电流的反馈电压向充电驱动部分301输出反馈，当电压的反馈电压比电流的反馈电压高，则电压的反馈电压向充电驱动部分301输出反馈。 如果所述控制单元303与所述电流采样单元302共同连接到电流反馈单元307，则由所述电流反馈单元307和所述电压反馈单元306并联实现所述电流的反馈电压和所述电压的反馈电压并联，如果电流反馈单元307的电压比电压反馈单元306的电压高，则电流反馈单元307向充电驱动部分301输出反馈,如果电压反馈单元307的反馈电压比电流反馈单元306的反馈电压高，则电压反馈单元306向充电驱动部分301输出反馈。所述电流反馈单元输出的反馈电压和电压反馈单元输出的反馈电压的高低是由充电过程的阶段决定的，在电池充电的开始阶段，充电电流是设定值，这时的电池电压还比较低，电流反馈单元输出的反馈电压就大于电压反馈单元输出的电压反馈，充电阶段是处于恒流充电阶段。充电时电池电压逐渐上升，当上升到一定值后，电压反馈单元输出的反馈电压就大于电流反馈单元输出的反馈电压，此时就进入了恒压充电阶段，在此阶段电池电压不再上升，但充电电流逐渐下降。所述控制单元303通过脉冲宽度调制(PWM)信号进行设定电压的设定调节。所述控制单元303，还用于获取电压采样单元305采集的电池电压，当所述电池电压低于第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分301对电池进行小电流预充电，在预充电阶段，可以将设定电压设定大一些，这样可以实现小电流的预充电；当所述电池电压大于所述第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分301对电池进行相应的恒流充电，可以将设定电压设定小一些，这样可以增大充电电流的输出；当所述电池电压大于第二门限值时，则电压反馈单元的反馈电压大于电流反馈单元的反馈电压，对所述电池进行恒压充电；当所述输出电流小于第三门限值时，则控制单元输出控制信号给充电驱动部分301结束对电池的充电。还可以包括温度传感器304，检测电池的温度，当电池温度超过门限值时，所述控制单元303调节设定电压降低充电电流。通过上述实施例，在充电电源中可以在恒流充电阶段调节电流，或者以尽可能允许的电流充电使得充电更加快捷，或者适应外部环境的变化降低充电电流，例如电池温度过高时可以降低充电电流，以保证电池的安全；并且可以根据不同电池对恒流充电时充电电流的要求灵活调节，提高了充电电源的适应性，节省了成本。如图4所示为本发明实施例一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法流程图。包括步骤401，在充电驱动部分对电池充电过程中将充电的输出电流进行采样，并将采集到的电流值转换为电压信号。步骤402，输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。在上述步骤402中，输出的设定电压和所述电流采样单元输出的电压信号直接合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分，或者输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号共同连接到电流反馈单元，所述电流反馈单元将所述设定电压和所述电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。该电流反馈单元可以为运算放大器。所述方法还包括，采集电池的电压，将电池电压传送给电压反馈单元，所述电压反馈单元将所述电池电压作为电压的反馈电压反馈给充电驱动部分。如果电流的反馈电压由控制单元输出的设定电压和所述电流采样单元输出的电压信号直接合成，所述电流的反馈电压和所述电压的反馈电压并联，当电流的反馈电压比电压的反馈电压高，则电流的反馈电压向充电驱动部分输出反馈，当电压的反馈电压比电流的反馈电压高，则电压的反馈电压向充电驱动部分输出反馈。如果所述控制单元与所述电流采样单元共同连接到电流反馈单元，则由所述电流反馈单元和所述电压反馈单元并联实现所述电流的反馈电压和所述电压的反馈电压并联，如果电流反馈单元的反馈电压比电压反馈单元的反馈电压高，则由电流反馈单元向充电驱动部分输出反馈，如果电压反馈单元的反馈电压比电流反馈单元的电压高，则由电压反馈单兀向充电驱动部分输出反馈。还可以通过脉冲宽度调制(PWM)信号进行设定电压的设定调节。在上述方法中还包括，获取电压采样单元采集的电池电压，当所述电池电压低于第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行小电流预充电；当所述电池电压大于所述第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行相应的恒流充电；当所述电池电压大于第二门限值时，则电压的反馈电压大于电流的反馈电压，系统自动进入恒压充电；当所述输出电流小于第三门限值时，则控制单元输出控制信号到充电驱动部分结束对电池的充电。在上述方法中，还包括采集电池的温度的步骤，当所述电池的温度超过门限值时，通过调节设定电压降低向电池输出的充电电流。
通过上述实施例，在充电电源中可以在恒流充电阶段调节电流适应不同的电池状态，如电池温度合适时尽可能的加大充电电流，电池温度过高时降低充电电流，并且可以根据不同电池容量来调整恒流充电时的充电电流，增加了电路的适应性和应用范围，节省了成本。如图5所示为本发明实施例boost拓扑结构开关型电源在恒流充电阶段输出电流可调的电路原理图。如图所示，输出电流I通过电流采样单元501采集并转换为电压V1,和设定电压Viset相合并后输出至由电阻电容组成的补偿网络Z1，在充电驱动部分502的反馈控制下输出可调的充电电流，在本例中还可以在输出到Zl的反馈电压Vfb时通过运算放大器503将V1和Viset合并，其中Vp^V1和Viset之间的关系可以如下所示
权利要求
1.一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置，其特征在于包括， 充电驱动部分，电流采样单元，控制单元； 所述充电驱动部分对电池进行充电； 所述电流采样单元将充电的输出电流进行采样，并将采样到的电流值转换为电压信号; 所述控制单元输出设定电压，该设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述控制单元输出的设定电压和所述电流采样单元输出的电压信号直接合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分，或者所述控制单元与所述电流采样单元共同连接到电流反馈单元，所述电流反馈单元将所述设定电压和所述电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于还包括，电压采样单元和电压反馈单元，所述电压采样单元采集电池的电压，将电池电压传送给电压反馈单元，所述电压反馈单元将所述电池电压作为电压的反馈电压反馈给充电驱动部分； 所述电流的反馈电压与所述电压的反馈电压并联，如果电流的反馈电压比电压的反馈电压高，则电流的反馈电压向充电驱动部分输出反馈，如果电压的反馈电压比电流的反馈电压高，则电压的反馈电压向充电驱动部分输出反馈。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元，还用于获取电压采样单元采集的电池电压，当所述电池电压低于第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行小电流预充电；当所述电池电压大于所述第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行相应的恒流充电；当所述电池电压大于第二门限值时，则电压的反馈电压大于电流的反馈电压，对所述电池进行恒压充电；当所述充电驱动部分输出电流小于第三门限值时，则控制单元输出控制信号结束对电池的充电。
5.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括温度传感器，与所述控制单元相连接，用于采集电池的温度，当所述电池的温度超过门限值时，所述控制单元调节设定电压，降低充电驱动部分输出的充电电流。
6.一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电方法，其特征在于包括， 在充电驱动部分对电池充电过程中，将充电的输出电流进行采样，并将采样到的电流值转换为电压信号； 输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分中，输出的设定电压和所述电流采样单元输出的电压信号直接合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分，或者输出设定电压与所述电流采样单元输出的电压信号共同连接到电流反馈单元，所述电流反馈单元将所述设定电压和所述电压信号合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括，采集电池的电压，将电池电压传送给电压反馈单元，所述电压反馈单元将所述电池电压作为电压的反馈电压反馈给充电驱动部分；将所述电流的反馈电压和所述电压的反馈电压并联，如果电流的反馈电压比电压的反馈电压高，则由电流的反馈电压向充电驱动部分输出反馈，如果电压的反馈电压比电流的反馈电压高，则由电压的反馈电压向充电驱动部分输出反馈。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括，获取电压采样单元采集的电池电压，当所述电池电压低于第一门限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行小电流预充电；当所述电池电压大于所述第一门 限值时，则通过设定电压调节充电驱动部分对电池进行相应的恒流充电；当所述电池电压大于第二门限值时，则电压的反馈电压大于电流的反馈电压，对所述电池进行恒压充电；当所述充电驱动部分输出电流小于第三门限值时，则控制单元输出控制信号结束对电池的充电。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，采集电池的温度，当所述电池的温度超过门限值时，通过调节设定电压降低向电池输出的充电电流。
全文摘要
本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种在恒流充电阶段输出电流可调的充电装置及方法。其中装置包括充电驱动部分对电池进行充电；电流采样单元将充电的输出电流进行采样，并将电流大小转换为反馈的电压信号；控制单元输出设定电压，该设定电压与所述电流采样单元输出的电压合并成电流的反馈电压反馈给所述充电驱动部分。通过本发明实施例，可以给不同数量的串联电池进行充电，降低充电成本，并且可以针对不同容量的电池设定合适的恒流阶段充电电流，从而使得本发明适合多种充电电池的需要，同时可以在恒流充电过程中调节电流使得充电过程适应电池温度变化等电池的状态。
文档编号H01M10/44GK102624054SQ20121008266
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者刘军, 朱杰, 郭键, 阎芳 申请人:北京物资学院