CN211508677U

CN211508677U - 一种免平衡充电器

Info

Publication number: CN211508677U
Application number: CN202020414145.7U
Authority: CN
Inventors: 林靖扬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-27

Abstract

本实用新型涉及一种免平衡充电器，包括控制电路、AC‑DC电路、降压模块、电流电压检测模块；AC‑DC电路、降压模块、电流电压检测模块均与控制电路连接；降压模块还分别与AC‑DC电路和电流电压检测模块连接；电流电压检测模块与外部电池组连接；控制电路通过降压模块与外部电池组连接。利用具有多副边绕组变压器的隔离式开关电源将整流滤波后的市电降压并产生多路相互隔离的低压输出，输出路数取决于被充电电池组的最大串联数，每一路低压输出都分别连接一降压电路，再将每路降压电路的输出串联，每个串联节点处再连接至对应的电池串联节点，本实用新型可实现在串联的电池组中单独对每一电池进行充电。

Description

一种免平衡充电器

技术领域

本实用新型涉及锂电池充电器领域，特别是一种免平衡充电器。

背景技术

目前，市面上的锂电池充电器主要采用被动平衡方式，被动平衡即在电池组中的单体电池芯达到充电截止电压时利用电阻及电子开关将单体电池芯通过电阻放电，而由于电阻功率有限，放电电流较小，所以被动平衡时需要减小整个电池组的充电电流，这样不但浪费了电能，还延长了充电时间，故这种方式存在以下缺点：效率低，充电时间长。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种免平衡充电器，可实现在串联的电池组中单独对每一电池进行充电，达到高效率，无平衡时间的目的。

本实用新型采用以下方案实现：一种免平衡充电器，包括控制电路、AC-DC电路、降压模块、电流电压检测模块；所述AC-DC电路、降压模块、电流电压检测模块均与所述控制电路连接；所述降压模块还分别与所述AC-DC电路和所述电流电压检测模块连接；所述电流电压检测模块与外部电池组连接；所述控制电路通过所述降压模块与外部电池组连接。

进一步地，所述降压模块包括第一降压电路、第二降压电路和第三降压电路；所述电流电压检测模块包括第一电流电压传感器单元、第二电流电压传感器单元和第三电流电压传感器单元；所述外部电池组包括第一电池芯、第二电池芯和第三电池芯；所述第一电池芯、第二电池芯和第三电池芯两两串联；所述第一降压电路与所述第二降压电路串联，串联节点与所述第一电流电压传感器单元连接；所述第二降压电路与所述第三降压电路串联，串联节点与所述第二电流电压传感器单元连接；所述第三降压电路与所述第三电流电压传感器单元连接；所述控制电路的电压参考点通过所述第一降压电路与所述第一电池芯的负极连接；所述第三电流电压传感器单元与所述第三电池芯的正极连接；所述第一电流电压传感器单元连接到所述第一电池芯与所述第二电池芯的连接节点；所述第二电流电压传感器单元连接到所述第二电池芯与所述第三电池芯的连接节点。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用直接对串联电池组中的单体电池进行充电的结构，从而避免了普通充电器充电时单体电池电压不均衡，需要时间来平衡电压的问题，并且避免了平衡时所带来的电能损失。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构框图，其中1为充电器，2为外部电池组，11为AC-DC电路，12为控制电路，13为降压模块，131为第一降压电路，132为第二降压电路，133为第三降压电路，14为电流电压检测模块，141为第一电流电压传感器单元、142为第二电流电压传感器单元，143为第三电流电压传感器单元，21为第一电池芯，22为第二电池芯，23为第三电池芯。

图2为本实用新型实施例的控制电路原理图。

图3为本实用新型实施例的降压模块及AC-DC电路原理图。

图4为本实用新型实施例的电流电压检测模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种免平衡充电器，包括控制电路12、AC-DC电路11、降压模块13、电流电压检测模块14；所述AC-DC电路11、降压模块13、电流电压检测模块14均与所述控制电路12连接；所述降压模块13还分别与所述AC-DC电路11和所述电流电压检测模块14连接；所述电流电压检测模块14与外部电池组2连接；所述控制电路12通过所述降压模块13与外部电池组2连接。

如图2、3、4所示，在本实施例中，所述降压模块13包括第一降压电路131、第二降压电路132和第三降压电路133；所述电流电压检测模块14包括第一电流电压传感器单元141、第二电流电压传感器单元142和第三电流电压传感器单元143；所述外部电池组2包括第一电池芯21、第二电池芯22和第三电池芯23；所述第一电池芯21、第二电池芯22和第三电池芯23两两串联；所述第一降压电路131与所述第二降压电路132串联，串联节点与所述第一电流电压传感器单元141连接；所述第二降压电路132与所述第三降压电路133串联，串联节点与所述第二电流电压传感器单元142连接；所述第三降压电路133与所述第三电流电压传感器单元143连接；所述控制电路12的电压参考点通过所述第一降压电路131与所述第一电池芯21的负极连接；所述第三电流电压传感器单元143与所述第三电池芯23的正极连接；所述第一电流电压传感器单元141连接到所述第一电池芯21与所述第二电池芯22的连接节点；所述第二电流电压传感器单元142连接到所述第二电池芯22与所述第三电池芯23的连接节点。

如图2所示，在本实施例中，所述控制电路12采用型号为STM32F334C8T6的单片机作为控制芯片。所述控制电路利用单片机PWM功能对所述降压模块进行控制，实现电压调节。

较佳的，本实施例提供的免平衡充电器是这样实现的：利用具有多副边绕组变压器的隔离式开关电源将整流滤波后的市电降压并产生多路相互隔离的低压输出，输出路数取决于被充电电池组的最大串联数，每一路低压输出都分别连接一降压电路，再将每路降压电路的输出串联，每个串联节点处再连接至对应的电池串联节点，这样即可实现在串联的电池组中单独对每一电池进行充电。

较佳的，在本实施例中，AC-DC 电路采用具有多副边绕组的反激式变换器将整流滤波后的市电降压，产生多路相互隔离的 12V 输出与一路15V输出，其中15V输出用于控制电路12的供电，剩余 12V 输出分别接入降压模块13，降压模块13采用数字同步 Buck 电路，以便于控制电路12对其输出电压的调整，并且降低损耗。控制电路12与电池共地，即将控制电路12的电压参考点与电池负极相连，以便于电流电压检测模块14的采样。电流电压检测模块14中，电流传感器采用霍尔电流传感器配合控制电路12中的单片机 ADC 进行电流采样，电压传感器采用分压电阻配合控制电路12中的单片机 ADC 实现电压采样。

较佳的，本实施例的工作原理和工作过程如下：AC-DC 电路通过具有多副边绕组变压器的隔离式开关电源实现多路相互隔离的低压输出，包括用于电池充电以及控制电路12的供电两部分，再由控制电路12控制的降压模块13降压，多路降压电路串联后分别将每个串联节点通过第一、第二、第三电流电压传感器单元接入各个电池芯对应的串联节点，以此实现分别对多个电池芯进行充电。若取电流从免平衡充电器流向电池芯为正方向，电池组负极为零电压参考点,记第一、第二、第三电流电压传感器单元采样所得电流和电压分别为 I141、I142、I143、V141、V142、V143，记第一、第二第三电池芯充电电流分别为 I21、I22、I23，电压分别为 V21、V22、V23，则有下述关系：

根据每个电池芯的电流电压信息，通过控制电路12的控制，调节降压模块13的输出电压，即可实现恒压充电、恒流充电、电池过流过压保护等功能。

以下结合具体电路进行说明：如图2、图3、图4所示，主要由单片机，单片机供电电路，反激式变换器，数字 Buck 变换器，MOSFET 驱动电路，电压采样电路以及电流采样电路构成。采用 STM32F334C8T6 单片机作为免平衡充电器的控制器，利用其极高分辨率的定时器输出高精度的方波来调节 Buck 变换器的输出电压。其中，单片机供电电路，利用固定5.0V 输出的 Buck变换器芯片 HG1509 先将15V降至5V，再通过固定3.3V输出的低压差线性稳压器SSP6206将5V降至3.3V，该设计相对于直接将 15V 通过开关电源降至 3.3V 的电路，具有更小的输出电压误差，从而减小了单片机 ADC 的误差。图 3 为反激式变换器和数字 Buck 变换器，市电经电容 C17 和共模电感 L5 构成的 EMI 滤波器滤波后，再输入由整流桥 U4，电容C18、C19，电感 L3 构成的整流滤波电路，在电容 C18 两端可得到高电压直流电，高电压直流电通过由反激变换器控制器 UCC28634,电阻 R9、R10、R11、R12、R13、R14，电容 C13、C15、C24、C27、C29、C30、C31、C32，二极管 D3、D6、D7、D8、D9、D11、D12、D13，开关管 Q7，变压器 T1 构成的反激式变换器降压，得到多路相互隔离的 12V 输出与一路15V输出，其中15V输出作为控制电路12供电，其余分别接入由图 2中的单片机控制的数字同步Buck 变换器，根据电池电压及充电电流进行进一步电压调整。图 2中的EG3116芯片为MOSFET 驱动器，由于作为 Buck 变换器开关管的 MOSFET 寄生栅源电容较大，驱动电压较高，单片机无法直接驱动，故每一路 Buck 电路需配有一 MOSFET 驱动器。图 4 中的电压采样电路，电池组串联节点的电压经电阻分压，再由一阶 RC 低通滤波器滤除高频噪声后输入单片机 ADC，经过程序运算后得到每个电池芯的电压。图 4中的电流采样电路，图3中的 Buck 变换器的输出端接入图4 中的电流传感器 ACS711 后再接入电池，当电流流过该传感器时，该传感器的 7 号引脚输出相应的模拟电压信号，经一阶 RC 低通滤波器滤波后输入单片机 ADC，经过程序运算后得到流过每个电池芯的充电电流，根据每个电池芯的电流电压信息，再结合单片机程序控制，调节单片机输出方波的占空比，从而调节数字同步Buck变换器的输出电压，即可实现恒压充电、恒流充电、电池过流过压保护等功能。

值得一提的是，本实用新型保护的是硬件结构，至于控制方法不要求保护。以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种免平衡充电器，其特征在于：包括控制电路、AC-DC电路、降压模块、电流电压检测模块；所述AC-DC电路、降压模块、电流电压检测模块均与所述控制电路连接；所述降压模块还分别与所述AC-DC电路和所述电流电压检测模块连接；所述电流电压检测模块与外部电池组连接；所述控制电路通过所述降压模块与外部电池组连接。

2.根据权利要求1所述的一种免平衡充电器，其特征在于：所述降压模块包括第一降压电路、第二降压电路和第三降压电路；所述电流电压检测模块包括第一电流电压传感器单元、第二电流电压传感器单元和第三电流电压传感器单元；所述外部电池组包括第一电池芯、第二电池芯和第三电池芯；所述第一电池芯、第二电池芯和第三电池芯两两串联；所述第一降压电路与所述第二降压电路串联，串联节点与所述第一电流电压传感器单元连接；所述第二降压电路与所述第三降压电路串联，串联节点与所述第二电流电压传感器单元连接；所述第三降压电路与所述第三电流电压传感器单元连接；所述控制电路的电压参考点通过所述第一降压电路与所述第一电池芯的负极连接；所述第三电流电压传感器单元与所述第三电池芯的正极连接；所述第一电流电压传感器单元连接到所述第一电池芯与所述第二电池芯的连接节点；所述第二电流电压传感器单元连接到所述第二电池芯与所述第三电池芯的连接节点。