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1、(10)申请公布号 CN 102856950 A (43)申请公布日 2013.01.02 CN 102856950 A *CN102856950A* (21)申请号 201210234180.0 (22)申请日 2012.06.29 10-2011-0063670 2011.06.29 KR 10-2011-0086001 2011.08.26 KR H02J 7/00(2006.01) H02J 7/02(2006.01) (71)申请人 尹千泳 地址 韩国京畿道 申请人 洪俊憙 (72)发明人 黄圭敏 (74)专利代理机构 北京弘权知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11363 代理。
2、人 郭放 张文 (54) 发明名称 电池充电电路 (57) 摘要 本发明涉及电池充电电路。电池充电电路包 括 ： 相互串联连接的多个单位电池 ； 充电电流路 径形成部， 其连接于上述多个单位电池的各单位 电池之间， 并形成由多个选择信号选择的一个或 更多个单位电池的充电电流路径 ； 控制部， 其检 测上述多个单位电池各自的充电状态， 并根据检 测结果生成上述多个选择信号， 并调节充电控制 脉冲的占空比 ； 以及充电电源供给部， 其根据上 述充电控制脉冲的占空比， 调节向上述充电电流 路径形成部提供的充电电源的电压。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页。
3、 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2 页 2 1. 一种电池充电电路， 包括 ： 相互串联连接的多个单位电池 ； 充电电流路径形成部， 其连接在上述多个单位电池的各单位电池之间， 且形成由多个 选择信号选择的一个或更多个单位电池的充电电流路径 ； 控制部， 其检测上述多个单位电池各自的充电状态， 并根据检测结果生成上述多个选 择信号， 并调节充电控制脉冲的占空比 ； 以及 充电电源供给部， 其根据上述充电控制脉冲的占空比， 并调节向上述充电电流路径形 成部提供的充电电源的电压。 2. 根据权利要求 。
4、1 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述充电电流路径形成部包括 ： 多个电流流入部， 其连接于上述充电电源供给部的一端和上述多个单位电池各自的阳 极 ； 以及 多个电流流出部， 其连接于上述充电电源供给部的另一端和上述多个单位电池各自的 阴极。 3. 根据权利要求 2 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述多个电流流入部包括 ： 第一开关部， 其连接在上述充电电源供给部的一端与上述多个单位电池各自的阳极之 间， 并受上述多个选择信号中的所分配的选择信号的控制 ； 第一寄生二极管， 其连接在上述充电电源供给部的一端与上述第一节点之间 ； 以及 第一二极管， 其连接在上述第一节点与所选择的单。
5、位电池的阳极之间。 4. 根据权利要求 3 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述多个电流流出部分别包括 ： 第二开关部， 其连接在需要充电并被选择的单位电池的阴极与上述充电电源供给部的 另一端之间， 并受上述多个选择信号中的所分配的选择信号的控制 ； 第二寄生二极管， 其连接在上述第二节点与需要充电并被选择的单位电池的阴极之 间 ； 以及 第二二极管， 其连接在上述第二节点与上述充电电源供给部的另一端之间。 5. 根据权利要求 1 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述控制部包括 ： 电池控制部， 其检测上述多个单位电池各自的充电状态， 并根据检测结果生成上述多 个选择信号 ； 以及 充。
6、电控制脉冲生成部， 其根据由上述电池控制部检测到的充电状态， 调节上述充电控 制脉冲的占空比。 6. 根据权利要求 1 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述充电电源供给部包括 ： 第一晶体管， 其连接在第一电压端与变流器节点之间， 并受第一充电控制脉冲的控 制 ； 第二晶体管， 其连接在第二电压端与上述变流器节点之间， 并受与上述第一充电控制 脉冲相反关系的第二充电控制脉冲的控制 ； 电感器， 其连接在上述变流器节点与上述充电电源供给部的一端之间 ； 以及 电容器， 其连接在上述充电电源供给部的一端与另一端之间。 7. 根据权利要求 1 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述多个单位电池。
7、包括二次电 池。 8. 一种电池充电电路， 包括 ： 权 利 要 求 书 CN 102856950 A 2 2/2 页 3 相互串联连接的多个单位电池 ； 充电电流路径形成部， 其连接在上述多个单位电池的各单位电池之间， 并形成由多个 选择信号选择的一个或更多个单位电池的充电电流路径 ； 电池控制部， 其检测上述多个单位电池各自的充电状态， 并根据检测结果生成上述多 个选择信号 ； 充电控制脉冲生成部， 其根据由上述电池控制部检测到的充电状态， 调节上述充电控 制脉冲的占空比 ； 以及 充电电源供给部， 其根据上述充电控制脉冲的占空比， 调节向上述充电电流路径形成 部提供的充电电源的电压。 9。
8、. 根据权利要求 8 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述充电电流路径形成部包括 ： 多个电流流入部， 其连接于上述充电电源供给部的一端和上述多个单位电池各自的阳 极 ； 以及 多个电流流出部， 其连接于上述充电电源供给部的另一端和上述多个单位电池各自的 阴极。 10. 根据权利要求 9 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述多个电流流入部分别包 括 ： 第一开关部， 其连接在上述充电电源供给部的一端与上述多个单位电池各自的阳极之 间， 并受上述多个选择信号中的所分配的选择信号的控制 ； 第一寄生二极管， 其连接在上述充电电源供给部的一端与上述第一节点之间 ； 以及 第一二极管， 其连接。
9、在上述第一节点与所选择的单位电池的阳极之间。 11. 根据权利要求 10 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述多个电流流出部分别包 括 ： 第二开关部， 其连接在所选择的单位电池的阴极与上述充电电源供给部的另一端之 间， 并受上述多个选择信号中的所分配的选择信号的控制 ； 第二寄生二极管， 其连接在上述第二节点与所选择的单位电池的阴极之间 ； 以及 第二二极管， 其连接在上述第二节点与上述充电电源供给部的另一端之间。 12. 根据权利要求 8 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述充电电源供给部包括 ： 第一晶体管， 其连接在第一电压端与变流器节点之间， 并受第一充电控制脉冲的控 制 ；。
10、 第二晶体管， 其连接在第二电压端与上述变流器节点之间， 并受与上述第一充电控制 脉冲相反关系的第二充电控制脉冲的控制 ； 电感器， 其连接在上述变流器节点与上述充电电源供给部的一端之间 ； 以及 电容器， 其连接在上述充电电源供给部的一端与另一端之间。 13. 根据权利要求 8 所述的电池充电电路， 其特征在于， 上述多个单位电池包括二次电 池。 权 利 要 求 书 CN 102856950 A 3 1/4 页 4 电池充电电路 技术领域 0001 本发明涉及由串联连接的多个电池构成的电池组的充电电路， 用于获得在充电时 使各电池的电压变得统一的电池平衡 (cell-balancing)。 。
11、背景技术 0002 如果电池串联连接并反复进行充电和放电， 则由于各电池的不同寿命， 使得各电 池的电压相互不同。 在各电池之间具有相互不同的电压并反复进行充放电的情况下劣化得 较多的电池因在放电时的过度放电而在充电时的过度充电而使劣化过程加速， 这导致整体 电池组的性能降低。为了电池组的有效使用， 需要使串联连接的电池的充放电程度变得均 匀， 通常为此需使电池电压变得全部相同。这称作电池平衡 (cell-balanceing)， 为了满足 这种需求而提出了本发明。 0003 图 1 是用于说明现有的一般的电池管理系统中的电池充电的概念的图。 0004 参照图 1， 多个单位电池 (BAT1 。
12、BAT4) 相互串联连接。 0005 此外， 各个单位电池的阳极和阴极之间具备分别并联连接的多个电流路径形成 部。电流路径形成部由电阻 (R) 和开关 (SW) 构成， 在所述单位电池完成充电时形成电流路 径， 防止单位电池的过充电。 0006 此外， 充电电源供给部连接在多个单位电池 (BAT1 BAT4) 中第一单位电池 (BAT1) 的阳极与第四单位电池 (BAT4) 的阴极之间， 并供给充电电源。 0007 另一方面， 已经完全充电 ( 完成充电 ) 而无需充电的第一单位电池 (BAT1)、 第三 单位电池 (BAT3) 和第四单位电池 (BAT4) 所选择的电流路径形成部的开关 (S。
13、W1、 SW3、 SW4) 转到接通而使得电流的移动经由相应的电阻 (R1、 R3、 R4)。即， 电流路径由电阻旁路， 而使 得完成充电的单位电池 (BAT1、 BAT3、 BAT4) 不再进一步充电。 0008 如上所述， 在一般的电池管理系统中， 即使单位电池完成充电但电阻一侧还存在 电流的流动， 这会以热的形式发散而导致增加电力消耗等能源浪费。完成充电的单位电池 的数量越多， 即由电阻一侧旁路的电流路径越多， 能源浪费就越发严重。 0009 此外， 即使使电流路径由电阻一侧旁路， 但因漏电流而使电荷流入已经完成充电 的电池而发生过充电， 这会成为缩短单位电池的寿命的要因。 发明内容 0。
14、010 本发明提供有效地形成电流路径并对多个单位电池进行充电的电池充电电路。 0011 根据本发明的一个实施例， 提供一种电池充电电路， 包括 ： 相互串联连接的多个单 位电池 (unit battery) ； 充电电流路径形成部， 其连接在上述多个单位电池的各单位电池 之间， 并形成由多个选择信号选择的一个或更多个单位电池的充电电流路径 ； 控制部， 其检 测上述多个单位电池各自的充电状态， 并根据检测结果生成上述多个选择信号， 并调节充 电控制脉冲的占空比 (Duty Ratio) ； 以及充电电源供给部， 其根据上述充电控制脉冲的占 空比， 调节向上述充电电流路径形成部提供的充电电源的电。
15、压。 说 明 书 CN 102856950 A 4 2/4 页 5 0012 此外， 根据本发明的另一个实施例， 提供一种电池充电电路， 包括 ： 相互串联连接 的多个单位电池 ； 充电电流路径形成部， 其连接在上述多个单位电池的各单位电池之间， 并 形成由多个选择信号选择的一个或更多个单位电池的充电电流路径 ； 电池控制部， 其检测 上述多个单位电池各自的充电状态， 并根据检测结果生成上述多个选择信号 ； 充电控制脉 冲生成部， 其根据由上述电池控制部检测到的充电状态， 调节上述充电控制脉冲的占空比 ； 以及充电电源供给部， 其根据上述充电控制脉冲的占空比， 调节向上述充电电流路径形成 部提。
16、供的充电电源的电压。 0013 本发明由于选择性地仅对于需要充电的单位电池一侧形成电流路径， 所以可以防 止不必要的电力消耗， 而能够获得节能效果。 0014 此外， 由此能够防止单位电池的过充电及过放电， 所以能够提高电池的寿命。 附图说明 0015 图 1 为用于说明一般的电池管理系统中的电池的充电的概念的图。 0016 图 2 为根据本发明的一个实施例的电池充电电路的结构图。 具体实施方式 0017 下面， 参照附图说明本发明的实施例， 这是为了进行详细说明以便能够达到具有 本发明所属的技术领域的普通技术人员能够容易地实施本发明的技术思想的程度。 0018 图 2 是根据本发明的一个实施。
17、例的电池充电电路的结构图。 0019 参照图 2， 电池充电电路具备 ： 多个单位电池 BAT1 BAT5 ； 充电电流路径形成部 11_1 15_2 ； 控制部 20 ； 以及充电电源供给部 30。 0020 如上构成的电池充电电路的主要动作如下。 0021 多个单位电池相互串联连接。 在此， 多个单位电池可以使用任何种类的二次电池。 此时二次电池可以包括锂离子电池、 锂聚合物电池或铅电池等。 在本实施例中， 示出五个单 位电池串联连接的电路， 并说明其动作。 0022 充电电流路径形成部连接于构成多个单位电池的各单位电池之间， 并形成由多个 选择信号 CTRL1_1 CTRL2_5 选择的。
18、一个或更多个单位电池的充电电流路径。 0023 在本实施例中， 充电电流路径形成部由多个电流流入部 (11_1、 12_1、 13_1、 14_1、 15_1) 和多个电流流出部 (11_2、 12_2、 13_2、 14_2、 15_2) 构成。各电流流入部利用由多 个选择信号 (CTRL1_1、 CTRL2_1、 CTRL3_1、 CTRL4_1、 CTRL5_1) 选择的第一开关部 (T1_1、 T2_1、 T3_1、 T4_1、 T5_1) 而发生实际的电流的流入， 各电流流出部利用由多个选择信号 (CTRL1_2、 CTRL2_2、 CTRL3_2、 CTRL4_2、 CTRL5_2。
19、) 选择的第二开关部 (T1_2、 T2_2、 T3_2、 T4_2、 T5_2)而发生实际的电流的流出。 电流流入部连接到充电电源供给部30的一端A+和 多个单位电池各自的阳极。 此外， 多个电流流出部连接到充电电源供给部30的另一端A-和 多个单位电池各自的阴极。 0024 第一节点 (N1_1、 N2_1、 N3_1、 N4_1、 N5_1) 位于第一开关部与第一二极管 (D1_1、 D2_1、 D3_1、 D4_1、 D5_1) 之间， 第二节点 (N1_2、 N2_2、 N3_2、 N4_2、 N5_2) 位于第二开关部与 第二二极管 (D1_2、 D2_2、 D3_2、 D4_2、。
20、 D5_2) 之间。 0025 另一方面， 在多个电流流入部中， 作为代表， 详细说明第一电流流入部 11_1 如下。 说 明 书 CN 102856950 A 5 3/4 页 6 0026 第一电流流入部 11_1 由受多个选择信号 (CTRL1_1 CTRL5_2) 中的所分配的选 择信号 CTRL1_1 控制的第一开关部 T1_1、 连接在充电电源供给部 30 的一端 A+ 与第一节点 N1_1 之间的第一寄生二极管 DP1_1、 以及连接在第一节点 N1_1 与所选择的单位电池 BAT1 的阳极之间的第一二极管 D1_1 构成。即， 第一二极管 D1_1 的阳极 (Anode) 连接到。
21、第一开 关部 T1_1， 第一二极管 D1_1 的阴极 (Cathode) 连接到所选择的单位电池的阳极。 0027 本发明的实施例中， 举出作为第一开关部 (T1_1、 T2_1、 T3_1、 T4_1、 T5_1) 使用场 效应晶体管 (Fie1d Effect Transistor ： FET) 的例子。此时， 场效应晶体管的内部寄生二 极管分量的模型就是第一寄生二极管 (DP1_1、 DP2_1、 DP3_1、 DP4_1、 DP5_1)。这样， 为了防 止因场效应晶体管的内部寄生二极管产生的异常电流的流动， 连接了第一二极管 (D1_1、 D2_1、 D3_1、 D4_1、 D5_1。
22、)。 0028 即， 多个电流流入部的二极管 (DP1_1、 DP2_1、 DP3_1、 DP4_1、 DP5_1) 都是场效应晶 体管的内部寄生二极管。 0029 此外， 在多个电流流出部中， 作为代表， 详细说明第一电流流出部 11_2 如下。 0030 第一电流流出部 112 由受多个选择信号 (CTRL1_1 CTRL5_2) 中的所分配的选择 信号 CTRL1_2 控制的第二开关部 T1_2、 连接在第二节点 N1_2 与单位电池 BAT1 的阳极之间 的第二寄生二极管 DP1_2、 以及连接在第二节点 N1_2 与充电电源供给部 30 的另一端 A- 之 间的第二二极管 D1_2 。
23、构成。即， 第二二极管 D1_2 的阴极连接到充电电源供给部 30 的另一 端 A-， 第二二极管 D1_2 的阳极连接到第二开关部 T1_2。此外， 第二寄生二极管 DP1_2 的阳 极连接到第二二极管 D1_2 的阳极， 第二寄生二极管 DP1_2 的阴极连接到单位电池 BAT1 的 阳极。 0031 在本发明的实施例中， 举出作为第二开关部 (T1_2、 T2_2、 T3_2、 T4_2、 T5_2) 使用 场效应晶体管的例子。此时， 场效应晶体管的内部寄生二极管分量的模型就是第二寄生二 极管 (DP1_2、 DP2_2、 DP3_2、 DP4_2、 DP5_2)。这样， 为了防止因场效。
24、应晶体管的内部寄生二 极管产生的异常电流， 连接有第二二极管 (D1_1、 D2_1、 D3_1、 D4_1、 D5_1)。 0032 即， 多个电流流出部的二极管 DP1_2、 DP2_2、 DP3_2、 DP4_2、 DP5_2 都是场效应晶体 管的内部寄生二极管。 0033 控制部 20 检测多个单位电池各自的充电状态， 并根据检测结果生成多个选择信 号， 并调节充电控制脉冲 (PWM1、 PWM2) 的占空比。作为参考， 控制部 20 一般利用微控制器 构成。 0034 在本实施例中， 控制部 20 由电池控制部 22 和充电控制脉冲生成部 21 构成。电池 控制部 22 检测多个单位。
25、电池各自的充电状态， 并根据检测结果生成多个选择信号。 0035 充电控制脉冲生成部21根据电池控制部22检测到的充电状态调节充电控制脉冲 (PWM1、 PWM2) 的占空比。在此， 充电控制脉冲可区分为第一充电控制脉冲 PWM1 及第二充电 控制脉冲 PWM2， 两信号具有相位相互相反的关系。即， 第一充电控制脉冲 PWM1 及第二充电 控制脉冲 PWM 是差动形态的信号。即， 充电控制脉冲生成部 21 按如下方式进行控制 ： 需要 充电的单位电池的数量越多， 第一充电控制脉冲 PWM1 的占空比就越大。 0036 此时， 第二充电控制脉冲 PWM2 具有与第一充电控制脉冲 PWM1 相反的。
26、相位。从而， 随着第一充电控制脉冲 PWM1 的占空比越来越大， 第二充电控制脉冲 PWM2 的占空比越来越 小。 说 明 书 CN 102856950 A 6 4/4 页 7 0037 充电电源供给部30根据充电控制脉冲PWM1、 PWM2的占空比， 调节向充电电流路径 形成部 (11_1 15_2) 供给的充电电源供给部 30 的一端 A+ 与另一端 A- 之间的电压。 0038 在本实施例中， 充电电源供给部 30 包括 ： 变压器 31 ； 整流器 32 ； 连接在第一电压 端 V+ 与变流器节点 NCON 之间且受第一充电控制脉冲 PWM1 的控制的第一晶体管 IGBT1 ； 连 接。
27、在第二电压端 V- 与变流器节点 NCON 之间且受与第一充电控制脉冲 PWM1 相反关系的第 二充电控制脉冲 PWM2 的控制的第二晶体管 IGBT2 ； 连接在交流器节点 NCON 与充电电源供 给部 30 的一端 A+ 之间的电感器 L ； 连接在充电电源供给部 30 的一端 A+ 与充电电源供给 部 3- 的另一端 A- 之间且用于消除由上述电感器 L 产生的纹波电流的平滑用电容器 C。 0039 需要充电的单位电池的数量越多， 第一充电控制脉冲 PWM1 的占空比越大， 而第一 充电控制脉冲的占空比越来越大使得从充电电源供给部 30 的一端 A+ 及另一端 A- 输出的 充电电源的电。
28、压大小逐渐增加。 0040 通过第一电压端 V+ 和第二电压端 V- 向充电电源供给部 30 提供的驱动电压是通 过变压器 31 及整流器 32 而生成的电压。所述变压器 31 的初级线圈一侧直接连接到电力 网或者将电力网的交流电 (AC) 按比例缩小 (scale down) 来连接， 次级线圈一侧与初级线 圈一侧的 AC 是形态相同但比例或大或小的 AC。所述变压器 31 也可以接收由 PCS(Power Conditioning System， 电力调节系统)生成的AC的输入， 变压器31也可以置于PCS或BMS 中。此外， 举出了第一晶体管 IGBT1 及第二晶体管 IGBT2 由绝缘。
29、栅双极晶体管 (Insulated Gate Bipolar Transistor， IGBT) 构成的例子， 也可以由场效应晶体管构成。 0041 图2中示出选择第二单位电池BAT2及第三单位电池BAT3而进行充电的动作。 即， 第二电流流入部 12_1 及第三电流流出部 14_2 的开关部 (T2_1、 T4_2) 接通 (TURN ON)， 仅 对于第二单位电池 BAT2 及第三单位电池 BAT3 形成电流路径。即， 仅对于需要充电的第二 单位电池BAT2及第三单位电池BAT3形成电流路径， 因此能够消除不必要的电流消耗， 能够 防止完成充电的其余的单位电池被过充电的现象。 0042 如上所述， 本发明所属技术领域的普通技术人员应能够理解本发明在不改变其技 术思想或必要特征的情况下能够以其他具体形态来实施。因此， 应理解以上所述的技术例 仅仅在所有方面上的例示并不是限定性的。 本发明的范围由所附的权利要求书来反映而不 是上述详细说明， 应解释为由权利要求书的含义和范围以及由其均等概念导出的所有变更 或变形形态均属于本发明的范围。 说 明 书 CN 102856950 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102856950 A 8 2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102856950 A 9 。