技术领域
[0001] 本
申请涉及电池技术领域，特别是涉及充电装置、多电池充电系统及充电柜。
背景技术
[0002] 目前，电池充电电源被大量应用在
蓄电池充
电场合或设备，比如电动
自行车充电器。目前市面上的充电电源大多只能够给单个电池充电，为了能给一组电池同时充电，采用的方式是将多个独立充电电源组合起来使用(如充电柜)。
[0003] 而多电池同时充电的装置，是将单个可控或不可控的充电电源组合起来，通过继电器或通信
接口控制充电电源，然后将这些充电电源直接并联连到交流220V电源，在使用时将220V变换到DC(直流)充电
电压，从而给电池充电。
[0004] 多电池同时充电的装置由于使用的是单个的充电电源，具有充电效率低、热损耗大和电池流转率低的缺点。
发明内容
[0005] 基于此，有必要针对现有多电池同时充电的装置因使用单个的充电电源，具有充电效率低、热损耗大和电池流转率低的问题，提供一种充电装置、多电池充电系统及充电柜。
[0006] 一种充电装置，包括：
[0007] 交流/直流转换
电路，所述交流/直流转换电路的输入端用于电连接交流电源；
[0008] 处理器，与所述交流/直流转换电路电连接，用于获取所述交流电源输入的交流电压、交流
电流、
频率以及获取所述交流/直流转换电路输出端输出的第一电压和第一电流；
[0009] 多个直流/直流充电电路，每个所述直流/直流充电电路的输入端均与所述交流/直流转换电路的输出端电连接，每个所述直流/直流充电电路的输出端用于电连接待充电的电池包；
[0010] 多个微控制单元，每个所述微控制单元电连接一个所述直流/直流充电电路，所述微控制单元用于获取所述直流/直流充电电路输出端的第二电压和第二电流；以及[0011] 充电管理单元，分别与所述处理器、多个所述微控制单元电连接，用于获取所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压和所述第二电流，并基于所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压和所述第二电流通过各个所述微控制单元调整所述直流/直流充电电路输出端的输出功率。
[0012] 在其中一个
实施例中，所述处理器基于所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压和所述第一电流确定所述交流/直流转换电路输出端输出的第一功率和所述交流电源输入的总功率；
[0013] 所述充电管理单元获取所述第二电压和所述第二电流，并基于所述第一功率和所述总功率通过各个所述微控制单元调整所述直流/直流充电电路输出端的输出功率。
[0014] 在其中一个实施例中，所述直流/直流充电电路包括：
[0015] 直流/直流
开关电路，所述直流/直流开关电路的输入端与所述交流/直流转换电路的输出端电连接，所述直流/直流开关电路的输出端与待充电的所述电池包电连接；
[0016] 电压/电流反馈电路，所述电压/电流反馈电路的输入端与所述直流/直流开关电路的输出端电连接，所述电压/电流反馈电路的输出端与所述微控制单元电连接，用于采集所述直流/直流开关电路输出端输出的所述第二电压和所述第二电流；以及[0017]
脉宽调制控制电路，所述脉宽调制控制电路的第一输入端与所述电压/电流反馈电路的输出端电连接，所述脉宽调制控制电路的第二输入端与所述微控制单元电连接，所述脉宽调制控制电路的输出端与所述直流/直流开关电路电连接，所述微控制单元通过所述脉宽调制控制电路调整所述直流/直流充电电路(300)输出端的输出功率。
[0018] 在其中一个实施例中，所述直流/直流充电电路还包括：
[0019] 过压/过流保护电路，所述过压/过流保护电路的输入端与所述直流/直流开关电路的输出端电连接，所述过压/过流保护电路的输出端分别与所述脉宽调制控制电路的第三输入端和所述微控制单元电连接，用于确定所述第二电压和所述第二电流是否超出预设
阈值，以提供过压/过流保护。
[0020] 在其中一个实施例中，所述直流/直流充电电路还包括：
[0021] 电池保护电路，所述电池保护电路的输入端与所述电池包电连接，所述电池保护电路的输出端分别与所述脉宽调制控制电路的第四输入端和所述微控制单元电连接，用于获取所述电池包的电量信息，并确定该所述电池包是否充电完成。
[0022] 在其中一个实施例中，所述充电管理单元通过通信总线分别与所述处理器、多个所述微控制单元电连接。
[0023] 一种多电池充电系统，包括：如上述任一项实施例所述的充电装置，所述充电装置用于同时给多个待充电的所述电池包充电。
[0024] 在其中一个实施例中，每个所述电池包内均设置有
电池管理系统；
[0025] 多个所述电池管理系统均与所述充电管理单元电连接，所述充电管理单元通过所述电池管理系统获取所述电池包的电池参数，所述电池参数至少包括电池材料信息、放电截至电压、充电截至电压、最大恒流充电电流、恒流恒压转折点、充电结束电流中的一种。
[0026] 在其中一个实施例中，每个所述电池包内均设置有电池管理系统；
[0027] 所述微控制单元与所述电池管理系统电连接，且所述微控制单元与所述电池管理系统一一对应，所述微控制单元通过所述电池管理系统获取所述电池包的电池参数，所述电池参数至少包括电池材料信息、放电截至电压、充电截至电压、最大恒流充电电流、恒流恒压转折点、充电结束电流中的一种。
[0028] 一种充电柜，包括：
[0029] 如上述任一项实施例所述的充电装置，所述充电装置用于同时给多个待充电的所述电池包充电；
[0030] 主
控制器，与所述充电管理单元电连接；
[0032] 与
现有技术相比，上述充电装置、多电池充电系统及充电柜，通过所述交流/直流转换电路将所述交流电源输入的交流电转换为直流电，并与多个所述直流/直流充电电路配合，将所述直流电转换为能够为待充电的电池包充电的直流电压。同时通过所述处理器、多个所述微控制单元以及所述充电管理单元配合，利用所述处理器获取所述交流电压、交流电流、频率、第一电压和第一电流，并通过多个所述微控制单元分别获取各个所述直流/直流充电电路输出端的第二电压和第二电流，从而所述充电管理单元基于获取到的上述参数通过各个所述微控制单元调整所述直流/直流充电电路输出端的输出功率，进而提高充电装置的充电效率，降低热损耗，提高电池的流转率。
附图说明
[0033] 图1为本申请一实施例提供的充电装置的电路原理
框图；
[0034] 图2为本申请一实施例提供的交流/直流转换电路的电路示意图；
[0035] 图3为本申请一实施例提供的交流/直流转换电路的电路框图；
[0036] 图4为本申请一实施例提供的直流/直流充电电路的电路示意图；
[0037] 图5为本申请一实施例提供的直流/直流充电电路的电路框图；
[0038] 图6为本申请一实施例提供的充电装置的电路结构示意图；
[0039] 图7为本申请一实施例提供的多电池充电系统的电路连接示意图；
[0040] 图8为本申请另一实施例提供的多电池充电系统的电路连接示意图；
[0041] 图9为本申请一实施例提供的充电柜的电路原理框图。
[0042] 10 充电装置
[0043] 100 交流/直流转换电路
[0044] 101 交流电源
[0045] 20 多电池充电系统
[0046] 200 处理器
[0047] 30 充电柜
[0048] 31 主控制器.
[0049] 32 备用电池
[0050] 300 直流/直流充电电路
[0051] 301 电池包
[0052] 302 电池管理系统
[0053] 310 直流/直流开关电路
[0054] 320 电压/电流反馈电路
[0055] 330 脉宽调制控制电路
[0056] 340 过压/过流保护电路
[0057] 350 电池保护电路
[0058] 360 输入滤波电路
[0059] 370 输出滤波电路
[0060] 400 微控制单元
[0062] 500 充电管理单元
[0063] 501 通信总线
具体实施方式
[0064] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
[0065] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0066] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0067] 请参见图1，本申请一实施例提供一种充电装置10，包括：交流/直流转换电路100、处理器200、多个直流/直流充电电路300、多个微控制单元400以及充电管理单元500。所述交流/直流转换电路100的输入端用于电连接交流电源101。所述处理器200与所述交流/直流转换电路100电连接。所述处理器200用于获取所述交流电源101输入的交流电压、交流电流、频率以及获取所述交流/直流转换电路100输出端输出的第一电压和第一电流。每个所述直流/直流充电电路300的输入端均与所述交流/直流转换电路100的输出端电连接。每个所述直流/直流充电电路300的输出端用于电连接待充电的电池包301。
[0068] 每个所述微控制单元400电连接一个所述直流/直流充电电路300。所述微控制单元400用于获取所述直流/直流充电电路300输出端的第二电压和第二电流。所述充电管理单元500分别与所述处理器200、多个所述微控制单元400电连接。所述充电管理单元500用于获取所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压和所述第二电流，并基于所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压和所述第二电流通过各个所述微控制单元400调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率。
[0069] 可以理解，所述交流/直流转换电路100的具体电路结构不做限制，只要具有将所述交流电源101输入的交流电转换直流电的功能即可。在一个实施例中，所述交流/直流转换电路100可由交流/直流转换器构成。具体的，可通过所述交流/直流转换器将所述交流电源101输入的交流电(220V)转换为高于所述电池包301需要的直流电压。在一个实施例中，所述交流/直流转换电路100也可采用传统的交流/直流转换电路，如图2所示。
[0070] 在一个实施例中，所述交流/直流转换电路100也可由浪涌保护电路、输入过压/欠压保护电路、过流保护电路、冲击电流抑制电路、整流和滤波电路、功率因数校正电路、高频开关电路、隔离
变压器、输出整流滤波电路等搭建构成(如图3所示)。在一个实施例中，采用上述这种架构可将所述交流/直流转换电路100的输入功率控制在3000W以内，提高使用的安全性。
[0071] 在一个实施例中，所述处理器200可采用MCU、DSP(Digital Signal Processing，数字
信号处理)以及CPU中的任意一种。可通过所述处理器200获取所述交流电源101输入至所述交流/直流转换电路100的交流电压、交流电流、频率以及获取所述交流/直流转换电路100输出端输出的第一电压和第一电流等各项电
力参数，从而对所述交流/直流转换电路
100的实时功率进行测量和控制，进而实现将所述交流/直流转换电路100数字化，实现智能控制。
[0072] 可以理解，所述直流/直流充电电路300的具体电路结构不做限制，只要具有将所述交流/直流转换电路100输出的直流电进行变换后能够给所述电池包301进行充电的功能即可。在一个实施例中，所述直流/直流充电电路300可由直流/直流
开关电源构成，具体的电路如图4所示。在一个实施例中，所述直流/直流充电电路300也可由直流/直流开关电路310、电压/电流反馈电路320、脉宽调制控制电路330构成(如图5所示)。
[0073] 具体的，所述直流/直流开关电路310的输入端与所述交流/直流转换电路100的输出端电连接。所述直流/直流开关电路310的输出端与待充电的所述电池包301电连接。所述电压/电流反馈电路320的输入端分别与所述直流/直流开关电路310的输出端和所述微控制单元400电连接。所述电压/电流反馈电路320用于采集所述直流/直流开关电路310输出端输出的所述第二电压和所述第二电流。
[0074] 所述脉宽调制控制电路330的第一输入端与所述电压/电流反馈电路320的输出端电连接。所述脉宽调制控制电路330的第二输入端与所述微控制单元400电连接。所述脉宽调制控制电路330的输出端与所述直流/直流开关电路310电连接。所述微控制单元400通过所述脉宽调制控制电路330调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率。
[0075] 在一个实施例中，所述直流/直流开关电路310可以是MOS管集成。在一个实施例中，所述电压/电流反馈电路320可采用传统的反馈电路，此处不具体列举。在一个实施例中，所述脉宽调制控制电路330可采用PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)控制器。
[0076] 在一个实施例中，通过所述电压/电流反馈电路320采集所述第二电压和所述第二电流，并将所述第二电压和所述第二电流反馈至所述微控制单元400，所述微控制单元400将获取到的所述第二电压和所述第二电流发送至所述充电管理单元500。从而所述充电管理单元500基于所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压和所述第二电流通过所述微控制单元400调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率，进而实现给更多数量的所述电池包301充电，并实现充电效率的最大化。
[0077] 在一个实施例中，所述微控制单元400通过所述脉宽调制控制电路330调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率是指：通过所述微控制单元400调整所述脉宽调制控制电路330的设定参数，从而使得所述脉宽调制控制电路330能够调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率。
[0078] 在一个实施例中，所述微控制单元400(MCU)也可替换为DSP。在一个实施例中，所述微控制单元400与所述直流/直流充电电路300的数量相同，且所述微控制单元400与所述直流/直流充电电路300一一对应。
[0079] 在一个实施例中，所述微控制单元400可实时获取所述第二电压和所述第二电流，并确定所述第二电压和所述第二电流与所述充电管理单元500发送的设定值是否相同；若不相同，则可通过所述微控制单元400调整所述脉宽调制控制电路330的设定参数，即对所述脉宽调制控制电路330的输出脉冲进行调整，从而通过所述脉宽调制控制电路330进一步调整所述直流/直流充电电路300输出端输出的电压和电流，进而实现调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率的目的。在一个实施例中，所述微控制单元400还可用于控制所述直流/直流充电电路300的启动。
[0080] 在一个实施例中，所述微控制单元400可与所述直流/直流充电电路300集成在一起，组成充电模块401(如图6所示)。从而通过所述充电模块401给所述电池包301充电。
[0081] 在一个实施例中，所述充电管理单元500的具体结构不限制，只要具有基于所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压和第二电流通过各个所述微控制单元400调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率的功能即可。在一个实施例中，所述充电管理单元500可以是CPU(central processing unit，
中央处理器)。在一个实施例中，所述充电管理单元500也可以是
单片机。
[0082] 在一个实施例中，所述充电管理单元500可通过通信总线501分别与所述处理器200、多个所述微控制单元400电连接。在一个实施例中，所述通信总线501可以是PM-BUS、RS485、CAN、RS232等总线。在一个实施例中，所述交流/直流转换电路100以及所述直流/直流充电电路300中的“/”表示的含义为：转换或变换，并不是“或”的含义。
[0083] 在一个实施例中，所述处理器200在获取到所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压和所述第一电流等各项电力参数后，可基于所述交流电压、所述交流电流、所述频率、所述第一电压和所述第一电流按照预设
算法确定所述交流/直流转换电路100输出端输出的第一功率和所述交流电源101输入的总功率。并将确定的所述第一功率和所述总功率通过所述通信总线501传输至所述充电管理单元500。在一个实施例中，所述预设算法可采用传统的功率计算方式进行计算。
[0084] 所述充电管理单元500在获取到所述第一功率和所述总功率后，可基于所述微控制单元400获取的所述第二电压和所述第二电流调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率。具体的，所述充电管理单元500可通过各个所述微控制单元400分别调整与所述微控制单元400对应的所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率，从而可提高所述充电装置10的充电效率，降低热损耗。
[0085] 本实施例中，通过所述交流/直流转换电路100将所述交流电源101输入的交流电转换为直流电，并与多个所述直流/直流充电电路300配合，将所述直流电转换为能够为待充电电池包301充电的直流电压。同时通过所述处理器200、多个所述微控制单元400以及所述充电管理单元500配合，利用所述处理器200获取所述交流电压、交流电流、频率、第一电压和第一电流，并通过多个所述微控制单元400分别获取各个所述直流/直流充电电路300输出端的第二电压和第二电流，从而所述充电管理单元500基于获取到的上述参数通过各个所述微控制单元调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率，进而可提高充电装置10的充电效率，降低热损耗。
[0086] 在一个实施例中，所述直流/直流充电电路300还包括：过压/过流保护电路340。所述过压/过流保护电路340的输入端与所述直流/直流开关电路310的输出端电连接。所述过压/过流保护电路340的输出端分别与所述脉宽调制控制电路330的第三输入端和所述微控制单元400电连接。所述过压/过流保护电路340用于确定所述第二电压和/或所述第二电流是否超出预设阈值，以提供过压/过流保护。在一个实施例中，所述过压/过流保护电路340可采用传统的具有过压/过流保护功能的电路。
[0087] 通过所述过压/过流保护电路340确定所述第二电压和/或所述第二电流是否超出预设阈值，若所述第二电压和/或所述第二电流超出所述预设阈值，则通过所述微控制单元400基于所述脉宽调制控制电路330控制所述直流/直流开关电路310关断，从而提高过压/过流保护，防止损坏所述电池包301。
[0088] 在一个实施例中，所述直流/直流充电电路300还包括：电池保护电路350。所述电池保护电路350的输入端与所述电池包301电连接。所述电池保护电路350的输出端分别与所述脉宽调制控制电路330的第四输入端和所述微控制单元400电连接。所述电池保护电路350用于获取所述电池包301的电量信息，并确定该所述电池包301是否充电完成。在一个实施例中，所述电池保护电路350可以是传统的具有电量监测功能的电路。通过所述电池保护电路350可实时监测所述电池包301的电量信息，并确定该所述电池包301是否充电完成。同时所述电池保护电路350还可提供所述电池包301是否接反、是否接入的主动保护，从而提高使用的安全性。
[0089] 在一个实施例中，所述直流/直流充电电路300还包括：输入滤波电路360和输出滤波电路370。所述输入滤波电路360
串联于所述交流/直流转换电路的输出端与所述直流/直流开关电路310的输入端之间。所述输出滤波电路370的输入端与所述直流/直流开关电路310的输出端电连接。所述输出滤波电路370的输出端分别与所述电压/电流反馈电路320的输入端和所述电池包301电连接。在一个实施例中，所述输入滤波电路360和所述输出滤波电路370均可采用传统的具有滤波功能的电路，例如：EMI
滤波器等。通过所述输入滤波电路
360和所述输出滤波电路370配合，可使得所述直流/直流充电电路300输出的直流电压更加稳定。
[0090] 请参见图7，本申请一实施例提供一种多电池充电系统20，包括：如上述任一项实施例所述的充电装置10。所述充电装置10用于同时给多个待充电的所述电池包301充电。在一个实施例中，所述电池包301可以是
锂离子电池。
[0091] 在一个实施例中，多个待充电的所述电池包301的容量可以相同，也可以不相同。在使用时，只需将多个待充电的所述电池包301与所述充电装置10电连接，所述充电装置10即可同时给多个待充电的所述电池包301充电，充电更加简单便携。在充电的过程中，所述充电管理单元500可通过各个所述微控制单元400分别调整与所述微控制单元400对应的所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率，从而可提高所述充电装置10的充电效率，降低热损耗。
[0092] 在一个实施例中，每个所述电池包301内均设置有电池管理系统302。多个所述电池管理系统302均与所述充电管理单元500电连接。所述充电管理单元500通过所述电池管理系统302获取所述电池包301的电池参数。所述电池参数至少包括电池材料信息、放电截至电压、充电截至电压、最大恒流充电电流、恒流恒压转折点、充电结束电流中的一种。
[0093] 在一个实施例中，所述充电管理单元500与所述电池管理系统302(即BMS)之间可通过所述通信总线501电连接。所述充电管理单元500可通过各个所述电池管理系统302分别获取对应的所述电池包301的电池参数。从而便于所述充电管理单元500管理多个所述电池包301，实现充电的完全参数化，进而可在同一时间给各个不同类型的所述电池包301充电。所述电池参数可包括电池材料信息、放电截至电压、充电截至电压、最大恒流充电电流、恒流恒压转折点、充电结束电流、电池芯的当前
温度、电池的
循环寿命等。
[0094] 请参见图8，在一个实施例中，每个所述电池包301内均设置有电池管理系统302。所述微控制单元400与所述电池管理系统302电连接，且所述微控制单元400与所述电池管理系统302一一对应。所述微控制单元400通过所述电池管理系统302获取所述电池包301的电池参数。所述电池参数至少包括电池材料信息、放电截至电压、充电截至电压、最大恒流充电电流、恒流恒压转折点、充电结束电流中的一种。
[0095] 在一个实施例中，所述微控制单元400可通过所述电池管理系统302获取所述电池包301的电池参数，并将获取到的所述电池参数通过所述通信总线501传输至所述充电管理单元500，从而便于所述充电管理单元500管理多个所述电池包301，实现充电的完全参数化，进而可在同一时间给各个不同类型的所述电池包301充电。
[0096] 请参见图9，本申请一实施例提供一种充电柜30，包括：如上述任一项实施例所述的充电装置10、主控制器31以及备用电池32。所述充电装置10用于同时给多个待充电的所述电池包301充电。所述主控制器31与所述充电管理单元500电连接。所述备用电池32与所述主控制器31电连接。
[0097] 在一个实施例中，所述主控制器31可以是CPU。通过所述主控制器31可实现对所述充电柜30内部各个器件的状态进行监视(如每个所述电池包301的当前温度和电压等)、逻辑执行等功能。在一个实施例中，所述充电柜30在市电断电时可启用所述备用电池32，以保证所述充电柜30内的线路板等网络设施可以运行，并通过所述主控制器31向后台传送相关信息。此时所述充电装置10不会给所述电池包301继续充电。
[0098] 在一个实施例中，所述充电柜30还包括柜体，所述多个待充电的电池包301、所述充电装置10、所述主控制器31以及所述备用电池32均可设置在所述柜体内。通过所述柜体保护所述充电装置10和所述主控制器31，避免损坏。
[0099] 综上所述，本申请通过所述交流/直流转换电路100将所述交流电源101输入的交流电转换为直流电，并与多个所述直流/直流充电电路300配合，将所述直流电转换为能够为待充电电池包301充电的直流电压。同时通过所述处理器200、多个所述微控制单元400以及所述充电管理单元500配合，利用所述处理器200获取所述交流电压、交流电流、频率、第一电压和第一电流，并通过多个所述微控制单元400分别获取各个所述直流/直流充电电路300输出端的第二电压和第二电流，从而所述充电管理单元500基于获取到的上述参数通过各个所述微控制单元调整所述直流/直流充电电路300输出端的输出功率，进而可提高充电装置10的充电效率，降低热损耗及提高电池的流转率。
[0100] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0101] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
