專利名稱：充電管理系統(tǒng)及采用該充電管理系統(tǒng)的充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種對電池充電進(jìn)行控制的充電管理系統(tǒng)，以及采用該充電管理系統(tǒng)的充電器。
背景技術(shù)：
電池管理系統(tǒng)通常負(fù)責(zé)電池組中電池電量的計算、電池保護(hù)，電池間的電量平衡控制、以及電池管理系統(tǒng)內(nèi)外的信號通信等。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般使用到電池的產(chǎn)品，都需要搭配電池管理系統(tǒng)來控制。由于電池在制造過程中很難確保具有完全的均一性，各串聯(lián)的電池單元之間會存在充電或放電特性的差異。因此，當(dāng)使用串聯(lián)電池單元的電池組時，會存在這樣的問題充電時，同一電池組中，即使某些電池單元被過度充電，也仍然存在某些電池單元尚未達(dá)到飽和；又或放電時，同一電池組中，有些電池單元尚未完全放電，但仍有些電池單元被過度放電。此外，如果電池單元長期被過度放電/充電，在構(gòu)成電池單元的材料中可能會出現(xiàn)顯著劣化，使得電池單元的特性變得不同，而這種劣化是加劇電池單元間差異的原因之一。現(xiàn)有的電量平衡方法主要有兩種，其中一種為被動式電量平衡，即將電池單元中多余的電量以電阻的方式耗散成熱，且僅能在充電時進(jìn)行。另一種為主動式電量平衡，其采用能量轉(zhuǎn)移的方式，將電池組中多余電量轉(zhuǎn)移到電量不足的電池單元中，并可以在電池充電、放電以及不工作時都能進(jìn)行。在一般的電動自行車、電動摩托車的電池管理系統(tǒng)中，出于成本因素的考慮，大多采用被動式電量平衡的方式來平衡各電池/電池組之間的電量，同時還必須通過周期性地采集各電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)以便于完成平衡。一般地，當(dāng)充電器對電池充電時，可分為兩種模式一種為正常充電，即開始采用較大電流對電池進(jìn)行快速充電，然后，在電池接近飽和狀態(tài)時以較小電流對電池進(jìn)行充電， 即涓流充電，這種充電方式往往需要配備兩個充電接口以進(jìn)行切換；另一種是可變電流充電，即只需要一個充電接口就可對電池進(jìn)行不同電流的充電。然而，在被動式電量平衡的電池管理系統(tǒng)中，由于其與外部充電器之間往往沒有通信，所以電池管理系統(tǒng)設(shè)定的一種充電模式，往往對采用另一種充電模式的充電器無法適用。再者，由于充電器技術(shù)著重方向與電池管理系統(tǒng)技術(shù)注重方向不同，一般的電池生產(chǎn)廠商不自行生產(chǎn)充電器，而充電器供應(yīng)商又無法靈活滿足電池管理系統(tǒng)需要的不同充電功能。有鑒于此，有必要修改現(xiàn)有充電器的設(shè)計以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種充電管理系統(tǒng)，其可設(shè)置于不同模式的充電器內(nèi)，從而使不同工作模式的充電器對具有電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)均能進(jìn)行有效充電。本發(fā)明的目的還在于提供一種采用該充電管理系統(tǒng)的充電器。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明提供一種充電管理系統(tǒng)，用于接收來自于被充電電池的信號，并根據(jù)該信號控制設(shè)置在充電器內(nèi)的充電電路為所述被充電電池充電，該充電管理系統(tǒng)包括
第一信號輸出接口，用于向充電電路輸出表征第一充電電流的控制信號； 第二信號輸出接口，用于向充電電路輸出表征第二充電電流的控制信號，所述第二充電電流值小于第一充電電流值；
第三信號輸出接口，用于向充電電路輸出表征可變的第三充電電流的控制信號；以及控制器，與所述第一、第二、第三信號輸出接口電性連接，所述控制器用于控制該充電管理系統(tǒng)至少在下述兩種模式之一下工作
第一模式，控制器擇一地控制第一信號輸出接口或第二信號輸出接口輸出控制信號； 第二模式，控制器僅控制第三信號輸出接口輸出控制信號。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述第一模式下，控制器還用于同時控制第一信號輸出接口和第二信號輸出接口不輸出控制信號。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述第一模式下，控制器還用于先控制第一信號輸出接口輸出控制信號，然后再控制第二信號輸出接口輸出控制信號。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該充電管理系統(tǒng)還包括設(shè)置在控制器和第一信號輸出接口之間的第一開關(guān)、及設(shè)置在控制器和第二信號輸出接口之間的第二開關(guān)；所述控制器通過控制第一或第二開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷來相應(yīng)地控制第一信號輸出接口或第二信號輸出接口輸出/不輸出控制信號。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均包括光耦合繼電器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述第二模式下，控制器用于通過向第三信號輸出接口輸出脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)信號來控制第三信號輸出接口的輸
出ο作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該充電管理系統(tǒng)還包括用于接收來自于被充電電池通信信號的信號輸入接口 ；所述控制器還用于獲取所述信號輸入接口輸入的信號，并根據(jù)所述信號控制第一、第二、或第三信號輸出接口的輸出。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該充電管理系統(tǒng)還包括用于接收來自于被充電電池電能的電源接口、以及連接在所述電源接口和控制器之間的電壓轉(zhuǎn)換電路。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電源接口的正極和負(fù)極均包括兩個導(dǎo)電端子。為實(shí)現(xiàn)上述另一發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種充電器，該充電器包括 如上所述的充電管理系統(tǒng)；以及
充電電路，用于接收來自于所述充電管理系統(tǒng)的控制信號，并根據(jù)所述控制信號相應(yīng)輸出充電電流。本發(fā)明的有益效果是提供一種充電管理系統(tǒng)，其至少能夠在兩種不同的工作模式下工作，其中對于只能識別數(shù)字開關(guān)量的充電器，采用第一模式通過表征第一充電電流的控制信號與表征第二充電電流的控制信號對充電器進(jìn)行組合控制，達(dá)到在快速充電、涓流充電、及停止充電這幾種功能之間切換；對于可識別模擬量的充電器，采用第二模式，即通過表征可變的第三充電電流的控制信號，對充電器進(jìn)行電流可變的充電方式，以達(dá)到更高的充電效率。通過這種設(shè)置，不需要修改電池內(nèi)電池管理系統(tǒng)的設(shè)計，就可使不同工作模式的充電器對具有電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)均能進(jìn)行有效充電。


圖1是本發(fā)明充電管理系統(tǒng)與充電電路、及電池管理系統(tǒng)配合的一具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明充電管理系統(tǒng)一具體實(shí)施方式
的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。參圖1，在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，所說的被充電電池即是指電池系統(tǒng)400，該電池系統(tǒng)400包括電池管理系統(tǒng)42以及具有若干相互串聯(lián)的電池單元的電池41，在其它替換的實(shí)施方式中，該若干電池單元也可以被劃分為若干電池模塊，不同的電池模塊包含的電池單元的數(shù)量可以相同，也可以不相同。配合參照圖1和圖2，介紹本發(fā)明充電管理系統(tǒng)的一具體實(shí)施方式
。該充電管理系統(tǒng)100設(shè)置在充電器200內(nèi)，用于接收來自電池系統(tǒng)400的信號，并根據(jù)該信號控制設(shè)置在充電器200內(nèi)的充電電路300為需要被充電的電池充電。充電管理系統(tǒng)包括第一信號輸出接口 11、第二信號輸出接口 12、第三信號輸出接口 13、以及控制器14。第一信號輸出接口 11、第二信號輸出接口 12、以及第三信號輸出接口 13都用于向充電電路300輸出表征一定電流值的充電電流控制信號，以使得充電電路300選擇不同大小的充電電流對電池系統(tǒng)400中的電池41進(jìn)行充電。所不同的是第一信號輸出接口 11 用于向充電電路300輸出表征第一充電電流的控制信號，第二信號輸出接口 12用于向充電電路300輸出表征第二充電電流的控制信號，并且第二充電電流值小于第一充電電流值; 第三信號輸出接口 13則用于向充電電路300輸出表征可變的第三充電電流的控制信號。本實(shí)施方式中，所說的第二充電電流值遠(yuǎn)小于第一充電電流值，第一充電電流用于對電池41進(jìn)行一般充電時的快速充電，較大的電流值可以取得較佳的充電速率以提高充電效率；而第二充電電流用于對電池41進(jìn)行涓流充電，此時充電電流對接近飽和的電池單元進(jìn)行充電。第三充電電流值的大小可以根據(jù)被充電的電池狀況進(jìn)行改變。例如當(dāng)電池開始充電時，第三充電電流保持在較大電流水平以進(jìn)行快速充電，而當(dāng)電池中的一部分電池單元率先達(dá)到飽和時，則降低第三充電電流值，并如此不斷降低第三充電電流值直至電池41 完全充滿電。這樣做的原因是充電時，電池系統(tǒng)400中電池管理系統(tǒng)42檢測到的電池41 的電壓值Vcell實(shí)質(zhì)上由兩部分組成，一部分是電池41電芯的電壓Vcap，另一部分則是由于電池41電芯的內(nèi)阻產(chǎn)生的壓差Vres，也即Vce 1 l=Vcap+Vres，并且充電電流越大，則由于電芯內(nèi)阻產(chǎn)生壓差Vres也越大。在具體的實(shí)施例中，例如使用100A電流對電池充電時，檢測到電池41電壓為 3. 8V，若此時降為2A電流對電池進(jìn)行充電，則檢測到電池41電壓掉至3.5V。顯然，充電電流越大，檢測到的電池電壓值越不能準(zhǔn)確反映電池真實(shí)的充電情況，所以只有不斷地減小第三充電電流值，才能盡量減小Vres對電池電壓檢測的影響，保證電池充電的可靠性，提高充電效率?？刂破?4與第一、第二、第三信號輸出接口 11、12、13電性連接，并控制充電管理系統(tǒng)100至少在第一模式、第二模式兩種模式之一下工作?？刂破?4可以包括微處理器(MCU)，該MCU可以包括中央處理單元(Central Processing Unit, CPU)、只讀存儲模塊(read-only memory, ROM)、隨機(jī)存儲模塊 (random access memory, RAM)、定時模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊(A/D converter)、以及若干輸入/輸出端口。當(dāng)然，控制器10也可以采用其它形式的集成電路，如特定用途集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)等。這里所說的第一模式、第二模式分別是對應(yīng)現(xiàn)有兩種主要類型的充電器，當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中，也可設(shè)置更多模式對應(yīng)更多種的充電器。如果充電器只能識別開關(guān)信號，則對應(yīng)至第一模式，此時控制器14擇一地控制第一信號輸出接口 11或第二信號輸出接口 12輸出控制信號。具體地，當(dāng)電池41剛開始充電時，控制器14先控制第一信號輸出接口 11輸出第一充電電流控制信號，此時進(jìn)行較大電流的充電，以取得快速充電的效果。當(dāng)電池管理系統(tǒng)42檢測到電池41接近飽和時，會通過信號輸入接口 16將該電池41的通信信號傳輸至充電管理系統(tǒng)100 ；隨后，控制器14根據(jù)獲取的表征電池41的通信信號控制第二信號輸出接口 12輸出第二充電電流控制信號，此時， 充電器300對電池41進(jìn)行涓流充電。在替換的實(shí)施方式中，第一模式下，當(dāng)電池管理系統(tǒng)42檢測到電池41的電量飽和時，控制器14也可以控制第一信號輸出接口 11和第二信號輸出接口 12均不輸出制信號，即此時充電電路300停止對電池41充電。在具體的電路中，充電管理系統(tǒng)100還包括設(shè)置在控制器14和第一信號輸出接口 11之間的第一開關(guān)151、及設(shè)置在控制器14和第二信號輸出接口 12之間的第二開關(guān)152。 控制器14通過控制第一或第二開關(guān)151、152的導(dǎo)通/關(guān)斷來相應(yīng)地控制第一信號輸出接口 11或第二信號輸出接口 12輸出/不輸出控制信號。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，第一開關(guān)151、第二開關(guān)152可以包括三極管、可控硅、繼電器開關(guān)、或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effect transistor, M0SFET)等常見的開關(guān)形式。在本實(shí)施方式中，第一開關(guān)151、第二開關(guān)152包括光耦合繼電器Pl-A、P1-B,通過控制光耦合繼電器Pl-A、Pl-B中MOSFET的關(guān)斷或閉合進(jìn)而達(dá)到控制第一開關(guān)151、第二開關(guān)152導(dǎo)通/關(guān)斷的目的。如果充電器可以識別模擬量控制信號，則對應(yīng)至第二模式，此時控制器14僅控制第三信號接口 13輸出控制信號。具體地，控制器14通過向第三信號輸出接口 13輸出脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)信號來控制第三信號輸出接口 13的輸出，并且該脈寬調(diào)制信號可以通過連接在控制器14和第三信號接口 13之間的放大器19被放大信號量， 保證充電控制的精確性。當(dāng)電池41開始充電時，控制器14控制第三信號輸出接口 13輸出第三充電電流的控制信號，并進(jìn)行較大電流的快速充電。當(dāng)電池管理系統(tǒng)42檢測到電池41的電壓或者電池
641中部分電池單元的電壓達(dá)到飽和時，會生成相應(yīng)的通信信號通過信號輸入接口傳輸至充電管理系統(tǒng)100 ；隨后，控制器14根據(jù)獲取的通信信號，控制第三信號輸出接口 13輸出電流值稍微降低的第三充電電流。此時，由于第三充電電流降低，使得電芯內(nèi)阻產(chǎn)生的壓差降低，原先檢測達(dá)到飽和的電池單元被檢測到不飽和而可以繼續(xù)被充電。如此不斷降低第三充電電流的值，直至電池41的電壓不會隨第三充電電流的降低而降低，或者是受第三充電電流的降低而降低的電壓值小于一定的閾值。在本實(shí)施方式中，充電管理系統(tǒng)100還包括電源接口 17，以及電壓轉(zhuǎn)換電路18。該電源接口 17用于接收來自電池系統(tǒng)400的電能；電壓轉(zhuǎn)換電路18連接在電源接口 17和控制器14之間。這樣，包括控制器14在內(nèi)的整個充電管理系統(tǒng)100工作所需的電能都由電池系統(tǒng)400提供，電壓轉(zhuǎn)換電路18通過其中的DC/DC轉(zhuǎn)換器181及穩(wěn)壓電路將電池41輸出的較大電流降壓穩(wěn)壓為充電管理系統(tǒng)100所需的較小工作電流。這樣做的好處是，充電器生產(chǎn)廠商可以不需要對充電管理系統(tǒng)100設(shè)計額外的供電電路，降低了設(shè)計和制造成本。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，電源接口 17的正極171和負(fù)極172均包括兩個導(dǎo)電端子。 也就是說，正極171端子中J1-4和端子J1-3的功能一樣，負(fù)極172中端子J1-2和端子Jl-I 的功能一樣，這樣做是為了保證某個端子損壞時，充電管理系統(tǒng)仍能正常的工作，以防止對電池管理系統(tǒng)42造成損壞。雖然，上述實(shí)施方式中例舉的電池管理系統(tǒng)采用被動式電量平衡的方式，但是，在其他實(shí)施方式中，該電池管理系統(tǒng)也可以進(jìn)行主動式電量平衡。在本發(fā)明的充電器200的一具體實(shí)施方式
中，其采用了上述實(shí)施方式中所說的充電管理系統(tǒng)100，并將該充電管理系統(tǒng)100與充電電路300相連接，充電電路300通過接收來自于充電管理系統(tǒng)100的控制信號，輸出相應(yīng)充電電流來給電池系統(tǒng)400充電。通過上述實(shí)施方式可知，提供一種充電管理系統(tǒng)，其至少能夠在兩種不同的工作模式下工作，其中對于只能識別數(shù)字開關(guān)量的充電器，采用第一模式通過表征第一充電電流的控制信號與表征第二充電電流的控制信號對充電器進(jìn)行組合控制，達(dá)到在快速充電、 涓流充電、及停止充電這幾種功能之間切換；對于可識別模擬量的充電器，采用第二模式， 即通過表征可變的第三充電電流的控制信號，對充電器進(jìn)行電流可變的充電方式，以達(dá)到更高的充電效率。通過這種設(shè)置，不需要修改電池內(nèi)電池管理系統(tǒng)的設(shè)計，就可使不同工作模式的充電器對具有電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)均能進(jìn)行有效充電。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種充電管理系統(tǒng)，用于接收來自于被充電電池的信號，并根據(jù)該信號控制設(shè)置在充電器內(nèi)的充電電路為所述被充電電池充電，其特征在于，該充電管理系統(tǒng)包括第一信號輸出接口，用于向充電電路輸出表征第一充電電流的控制信號；第二信號輸出接口，用于向充電電路輸出表征第二充電電流的控制信號，所述第二充電電流值小于第一充電電流值；第三信號輸出接口，用于向充電電路輸出表征可變的第三充電電流的控制信號；以及控制器，與所述第一、第二、第三信號輸出接口電性連接，所述控制器用于控制該充電管理系統(tǒng)至少在下述兩種模式之一下工作第一模式，控制器擇一地控制第一信號輸出接口或第二信號輸出接口輸出控制信號；第二模式，控制器僅控制第三信號輸出接口輸出控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于在所述第一模式下，控制器還用于同時控制第一信號輸出接口和第二信號輸出接口不輸出控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于在所述第一模式下，控制器還用于先控制第一信號輸出接口輸出控制信號，然后再控制第二信號輸出接口輸出控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、或3所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于該充電管理系統(tǒng)還包括設(shè)置在控制器和第一信號輸出接口之間的第一開關(guān)、及設(shè)置在控制器和第二信號輸出接口之間的第二開關(guān)；所述控制器通過控制第一或第二開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷來相應(yīng)地控制第一信號輸出接口或第二信號輸出接口輸出/不輸出控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均包括光耦合繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于在所述第二模式下，控制器用于通過向第三信號輸出接口輸出脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)信號來控制第三信號輸出接口的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于該充電管理系統(tǒng)還包括用于接收來自于被充電電池通信信號的信號輸入接口 ；所述控制器還用于獲取所述信號輸入接口輸入的信號，并根據(jù)所述信號控制第一、第二、或第三信號輸出接口的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于該充電管理系統(tǒng)還包括用于接收來自于被充電電池電能的電源接口、以及連接在所述電源接口和控制器之間的電壓轉(zhuǎn)換電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電管理系統(tǒng)，其特征在于所述電源接口的正極和負(fù)極均包括兩個導(dǎo)電端子。
10.一種充電器，其特征在于，該充電器包括如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的充電管理系統(tǒng)；以及充電電路，用于接收來自于所述充電管理系統(tǒng)的控制信號，并根據(jù)所述控制信號相應(yīng)輸出充電電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種充電管理系統(tǒng)，其包括第一信號輸出接口、第二信號輸出接口、第三信號輸出接口、以及與第一、第二、第三信號輸出接口電性連接控制器。其具有兩種工作模式，第一模式通過表征第一充電電流的控制信號與表征第二充電電流的控制信號對充電器的組合控制，達(dá)到根據(jù)電池情況，切換快速充電、涓流充電、及停止充電的功能；第二模式，通過表征可變的第三充電電流的控制信號，對充電器進(jìn)行電流可變的充電方式，以達(dá)到更高的充電效率。本發(fā)明的充電管理系統(tǒng)可設(shè)置于不同模式的充電器內(nèi)，從而使不同工作模式的充電器對具有電池管理系統(tǒng)的電池系統(tǒng)均能進(jìn)行有效充電。
文檔編號H02J7/00GK102427260SQ201110395159
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者劉志堅(jiān), 黃仁治 申請人:冠碩新能源(香港)有限公司, 蘇州冠碩新能源有限公司