專利名稱：功率轉(zhuǎn)換器、充電方法以及充電系統(tǒng)的制作方法
功率轉(zhuǎn)換器、充電方法以及充電系統(tǒng)
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)的用于對電池包充電的充電系統(tǒng)中，多條旁路與所述電池包中的多個 單體電池連接，以平衡所述多個單體電池。舉例說明，如果所述多個單體電池中某個單體電 池電壓大于其他所有單體電池電壓，那么對應(yīng)的一條旁路將導(dǎo)通使得該最高電壓的單體電 池放電。根據(jù)所述多個單體電池電壓選擇地導(dǎo)通旁路，可平衡所述多個單體電池。然而，所 述多條旁路的功率損耗相對比較高。此外，這種充電系統(tǒng)需要旁路控制器根據(jù)指示所述多 個單體電池電壓的反饋信號控制所述多條旁路，那樣會增加平衡多個單體電池所需要的時 間，并且增加功率損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種功率轉(zhuǎn)換器、充電方法以及充電系統(tǒng)，其 能夠?qū)Χ鄠€電池充電的同時平衡所述多個電池。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種功率轉(zhuǎn)換器，其包括用于接收輸入功率的 初級線圈；以及多個次級線圈，用于將所述輸入功率轉(zhuǎn)換成多個充電電流經(jīng)由多條路徑對 多個電池充電，并且基于所述多個充電電流平衡所述多個電池，其中所述多個次級線圈的 第一次級線圈的第一匝數(shù)與所述多個次級線圈的第二次級線圈的第二匝數(shù)的匝數(shù)比由所 述多個電池中對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比確定。本發(fā)明還提供一種對多個電池的充電方法，其包括在功率轉(zhuǎn)換器的初級線圈處 接收輸入功率；由所述功率轉(zhuǎn)換器的多個次級線圈將所述輸入功率轉(zhuǎn)換成多個充電電流， 其中所述多個次級線圈的第一次級線圈的第一匝數(shù)與所述多個次級線圈的第二次級線圈 的第二匝數(shù)的匝數(shù)比由所述多個電池中對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比確定；由所述多 個充電電流經(jīng)由多條路徑對所述多個電池充電；以及基于所述多個充電電流平衡所述多個 電池。本發(fā)明還提供一種充電系統(tǒng)，其包括功率轉(zhuǎn)換器，用于提供多個充電電流經(jīng)由多 條路徑對多個電池充電，其中所述功率轉(zhuǎn)換器包括經(jīng)由輸入開關(guān)連接在供給端和地之間 的初級線圈，用于接收來自所述供給端的輸入功率；以及多個次級線圈，用于將所述輸入功 率轉(zhuǎn)換成所述多個充電電流，并且基于所述多個充電電流平衡所述多個電池，其中所述多 個次級線圈的第一次級線圈的第一匝數(shù)與所述多個次級線圈的第二次級線圈的第二匝數(shù) 的匝數(shù)比由所述多個電池中對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比確定；以及連接至所述輸入 開關(guān)的控制器，用于通過控制所述輸入開關(guān)控制所述多個次級線圈將所述輸入功率轉(zhuǎn)換成 所述多個充電電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的功率轉(zhuǎn)換器、充電方法以及充電系統(tǒng)利用初級線 圈和多個次級線圈將輸入功率轉(zhuǎn)換成多個充電電流對多個電池充電，同時所述多個充電電 流平衡所述多個電池，所以省略了現(xiàn)有技術(shù)中的多條旁路和旁路控制器，從而減少了功耗 并且縮短了多個電池達到平衡所需的時間。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明，以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點更為明顯。


圖IA為根據(jù)本發(fā)明的-一個實施例的功率轉(zhuǎn)換器的示例性方框圖；圖IB為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的輸入電流、輸出電流以及充電電流的示例性波形圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一-個實施例的充電系統(tǒng)的示例性方框圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一-個實施例的充電系統(tǒng)的示例性方框圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一-個實施例的充電系統(tǒng)的示例性方框圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一-個實施例的充電系統(tǒng)的示例性方框圖；以及圖6為根據(jù)本發(fā)明的--個實施例通過充電系統(tǒng)對多個電池充電的示例性方法流程圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。雖然本發(fā)明將結(jié)合實施例進行闡述， 但應(yīng)理解這并非意指將本發(fā)明限定于這些實施例。相反，本發(fā)明意在涵蓋由后附權(quán)利要求 項所界定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所定義的各種可選項、可修改項和等同項。此外，在以下對本發(fā)明的詳細描述中，為了提供一個針對本發(fā)明的完全的理解，闡 明了大量的具體細節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以 實施。在另外的一些實例中，對于大家熟知的方案、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于 凸顯本發(fā)明之主旨。本發(fā)明提供了一種用于對多個電池充電的充電系統(tǒng)。在充電期間，所述多個電池 自動平衡。具體地說，所述充電系統(tǒng)包括將輸入功率轉(zhuǎn)換成多個充電電流的功率轉(zhuǎn)換器 (如一種變壓器)。同時，每個充電電流根據(jù)對應(yīng)的電池電壓而變化，使得所述多個電池相 互平衡。當(dāng)所述多個電池獲得平衡時，所述充電系統(tǒng)進一步地根據(jù)每個電池電壓控制所述 輸入功率以調(diào)節(jié)所述多個充電電流的總和。圖IA為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率轉(zhuǎn)換器100的示例性方框圖。功率轉(zhuǎn)換器 100可以是但不限于一種回掃轉(zhuǎn)換器(flyback converter)。具體地說，功率轉(zhuǎn)換器100包 括變壓器102。變壓器102具有一個經(jīng)由輸入開關(guān)108連接在供給端120和地之間的初級 線圈104。此外，變壓器102具有一個經(jīng)由二極管112與電容器IM和負載(或電池110) 并聯(lián)的次級線圈106。電池110可以是但不限于一種可再充電池。在本實施例中，電流感應(yīng)器(如電阻器114)與初級線圈104串聯(lián)，使得橫跨電阻 器114的電壓V114指示流過初級線圈104的輸入電流Ipjn V114= IP*R114，其中，R114表示 電阻器114的電阻值。比較器116將電壓V114和參考電壓Vkef比較并且產(chǎn)生比較結(jié)果信號 118給控制器130?？刂破?30根據(jù)所述比較產(chǎn)生控制信號122控制開關(guān)108。供給端120與具有電壓Vin的電源(未顯示在圖IA中)連接。當(dāng)控制信號122導(dǎo) 通輸入開關(guān)108時，輸入電流Ip從供給端120經(jīng)過初級線圈104流到地。同時，二極管112 反向偏置(截止)，并且次級線圈106接收來自初級線圈104的能量。當(dāng)輸入開關(guān)108截止 時，輸入電流Ip為零。同時，二極管112正向偏置(導(dǎo)通)。因此，次級線圈106將接收到的能量轉(zhuǎn)換成輸出電流Is，并且電池110由充電電流Itj充電。充電電流Itj等于輸出電流Is 的平均電流Iseqv。圖IB為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的輸入電流IP、輸出電流Is以及充電電流Iq的 示例性波形圖100’。以下將結(jié)合圖IA對圖IB進行描述。如圖IB所示，輸入開關(guān)108在、時刻導(dǎo)通使得輸入電流Ip在第一期間T1從零增 大至峰值電流水平Ipp。在本實施例中，與供給端120上的電壓Vin相比，電阻器114上的電 壓V114相對較小可以忽略不計。那么，峰值電流水平Ipp由下式給出IPP⑴Lp其中，Lp表示初級線圈104的電感值。在第一期間T1,變壓器102的輸入能量Ein 由下式給出Ein= S^L。(2)當(dāng)?shù)谝黄陂gT1結(jié)束時(如在、時刻)，輸入開關(guān)108截止。在第二期間T2，流過 次級線圈106的輸出電流Is從峰值電流水平Isp減小至零。如果nP是初級線圈104的匝 數(shù)，ns是次級線圈106的匝數(shù)，那么峰值電流水平Isp由下式給出ISp =Ippx 2。(3)nS此外，當(dāng)輸出電流Is減少至零時(如在t2時刻)，輸入開關(guān)108仍然截止且在第 三期間T3維持不變。在第三期間T3, 二極管112截止并且輸出電流Is為零。第一期間T1、第二期間T2和第三期間T3的總和等于總期間Ttot (如=Ttot = I\+T2+T3)。在本實施例中，輸入電流Ip在第一期間T1從零增加至峰值電流水平Ιρρ，并且在 第二期間T2和第三期間T3為零。因此，輸入電流Ip在總期間Ttot的平均電流Ipeqv由下式 給出1譯=年)><(7^(4)Z Itot同理，輸出電流Is在第一期間T1為零，在第二期間T2從峰值電流水平Isp減少至 零，并且在第三期間T3為零。因此，輸出電流Is在總期間Ttot的平均電流Isew由下式給出Iseqv =(^f)X⑶Z Itot流過電池110的充電電流Iq等于輸出電流Is的平均電流Iseqv，如IQ = ISEQV。那 么，基于等式(3)和(5)，充電電流Itj由下式給出I。二 (&)><(￥) Χ (+)。(6)ns L Itot返回圖IA中，V。為橫跨電池110的電壓，Vd為二極管112的正向偏置電壓。如果 Eout是在總期間Ttot傳遞給二極管112和電池110的輸出能量，那么輸出能量Eott由下式給 出Eout= (VVd)XIseqvXTtot= (V0+VD) X I0 X Ττοτ。(7)假設(shè)η是將輸入能量Ein轉(zhuǎn)換成輸出能量Equt的能量轉(zhuǎn)換效率，如:Eom = η XEino 在本實施例中的能量轉(zhuǎn)換損耗相對比較小且可以忽略不計。因此，能量轉(zhuǎn)換效率n可以看作近似等于1，如η = 1。輸出能量Eott可以看作近似等于輸入能量Ein，如Eott = Eino根 據(jù)等式(2)和(7)得到如下等式
權(quán)利要求
1.一種功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述功率轉(zhuǎn)換器包括 用于接收輸入功率的初級線圈；以及多個次級線圈，用于將所述輸入功率轉(zhuǎn)換成多個充電電流經(jīng)由多條路徑對多個電池充 電，并且基于所述多個充電電流平衡所述多個電池，其中所述多個次級線圈的第一次級線 圈的第一匝數(shù)與所述多個次級線圈的第二次級線圈的第二匝數(shù)的匝數(shù)比由所述多個電池 中對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)與所述初級線圈串聯(lián)的輸入開關(guān)導(dǎo)通時，所述多條路徑中的至少一條路徑截止； 當(dāng)所述輸入開關(guān)截止時，所述多個路徑中的至少一條路徑導(dǎo)通。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多條路徑中的至少一條路徑 包括二極管，所述二極管與所述多個次級線圈中對應(yīng)的一個次級線圈和所述多個電池中對 應(yīng)的一個電池串聯(lián)的二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多條路徑中的至少一條路徑 包括輸出開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，基于與所述初級線圈串聯(lián)的輸入 開關(guān)的狀態(tài)，通過開關(guān)控制器控制所述輸出開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，如果所述多個電池中第一電池的 第一電壓大于所述多個電池中第二電池的第二電壓，那么對所述第一電池充電的第一充電 電流小于對所述第二電池充電的第二充電電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一匝數(shù)與所述第二匝數(shù)的 匝數(shù)比與所述對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比相等或近似相等。
8.一種對多個電池的充電方法，其特征在于，所述充電方法包括 在功率轉(zhuǎn)換器的初級線圈處接收輸入功率；由所述功率轉(zhuǎn)換器的多個次級線圈將所述輸入功率轉(zhuǎn)換成多個充電電流，其中所述多 個次級線圈的第一次級線圈的第一匝數(shù)與所述多個次級線圈的第二次級線圈的第二匝數(shù) 的匝數(shù)比由所述多個電池中對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比確定； 由所述多個充電電流經(jīng)由多條路徑對所述多個電池充電；以及 基于所述多個充電電流平衡所述多個電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電方法，其特征在于，所述充電方法還包括當(dāng)與所述初級線圈串聯(lián)的輸入開關(guān)導(dǎo)通時，將所述多條路徑中的至少一條路徑截止；以及當(dāng)所述輸入開關(guān)截止時，將所述多條路徑中的至少一條路徑導(dǎo)通。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電方法，其特征在于，所述多條路徑中的至少一條路徑包括二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電方法，其特征在于，所述多條路徑中的至少一條路徑包 括輸出開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的充電方法，其特征在于，所述充電方法還包括 基于與所述初級線圈串聯(lián)的輸入開關(guān)的狀態(tài)控制所述輸出開關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電方法，其特征在于，如果所述多個電池中第一電池的第一電壓大于所述多個電池中第二電池的第二電壓，那么對所述第一電池充電的第一充電電 流小于對所述第二電池充電的第二充電電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電方法，其特征在于，所述第一匝數(shù)與所述第二匝數(shù)的匝 數(shù)比與所述對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比相等或近似相等。
15.一種充電系統(tǒng)，其特征在于，所述充電系統(tǒng)包括功率轉(zhuǎn)換器，用于提供多個充電電流經(jīng)由多條路徑對多個電池充電，其中所述功率轉(zhuǎn) 換器包括經(jīng)由輸入開關(guān)連接在供給端和地之間的初級線圈，用于接收來自所述供給端的輸入功 率；以及多個次級線圈，用于將所述輸入功率轉(zhuǎn)換成所述多個充電電流，并且基于所述多個充 電電流平衡所述多個電池，其中所述多個次級線圈的第一次級線圈的第一匝數(shù)與所述多個 次級線圈的第二次級線圈的第二匝數(shù)的匝數(shù)比由所述多個電池中對應(yīng)的兩個電池之間的 標稱電壓比確定；以及連接至所述輸入開關(guān)的控制器，用于通過控制所述輸入開關(guān)控制所述多個次級線圈將 所述輸入功率轉(zhuǎn)換成所述多個充電電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述輸入開關(guān)導(dǎo)通時，所述多個次級線圈中的至少一個次級線圈接收來自所述初級 線圈的能量；當(dāng)所述輸入開關(guān)截止時，所述多個次級線圈中的至少一個次級線圈將所述能量轉(zhuǎn)換成 所述多個充電電流中一個對應(yīng)的充電電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，所述多條路徑中的至少一條路徑 包括與所述多個次級線圈中一個對應(yīng)的次級線圈和所述多個電池中一個對應(yīng)的電池串聯(lián)的二極管。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，如果所述多個電池中第一電池的 第一電壓大于所述多個電池中第二電池的第二電壓，那么對所述第一電池充電的第一充電 電流小于對所述第二電池充電的第二充電電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一匝數(shù)與所述第二匝數(shù)的 匝數(shù)比與所述對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比相等或近似相等。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器根據(jù)所述多個電池中 的每個電池的電池電壓調(diào)節(jié)流經(jīng)所述初級線圈的輸入電流。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括用于將指示流經(jīng) 所述初級線圈的輸入電流的感應(yīng)信號和參考信號比較的比較器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器通過調(diào)節(jié)所述參考信 號將所述多個充電電流的總和調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的充電系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器根據(jù)所述多個電池的 每個電池電壓調(diào)節(jié)所述參考信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率轉(zhuǎn)換器、充電方法以及充電系統(tǒng)，所述功率轉(zhuǎn)換器包括用于接收輸入功率的初級線圈；以及多個次級線圈，用于將所述輸入功率轉(zhuǎn)換成多個充電電流經(jīng)由多條路徑對多個電池充電，并且基于所述多個充電電流平衡所述多個電池，其中所述多個次級線圈的第一次級線圈的第一匝數(shù)與所述多個次級線圈的第二次級線圈的第二匝數(shù)的匝數(shù)比由所述多個電池中對應(yīng)的兩個電池之間的標稱電壓比確定。采用本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)Χ鄠€電池充電的同時平衡所述多個電池。
文檔編號H02M7/217GK102055358SQ201010275418
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者吳進興, 威廉·丹森, 康斯坦丁·布克, 斯蒂芬·美瑞努, 法拉維斯·盧浦 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司