CN110311459A - 一种电池充放电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池充放电装置，包括交流直流变换电路和双向直流变换电路，所述交流直流变换电路的输入端接收交流电，经过电能变换后向负载和双向直流变换电路提供电能，双向直流变换电路接收该电能后对其另一端连接的电池进行充电，在所述交流电掉电后，所述电池经过所述双向直流变换电路向负载供电。本发明实现了电池充放电的自动切换，并能够实现日常的电池充电保养维护。

Description

一种电池充放电装置

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，且特别是有关于储能电池的充放电装置。

背景技术

为能够给实时信息采集或者实时控制设备等关键设备提供不间断的电源输入，在使用市电作为主要电源外，还会提供备用电源，其中一种最常见的备用电源为储能电池。在实际使用过程中，当储能电池的电量不足时需要及时为其充电；当市电掉电后，储能电池需要及时放电为关键设备提供电能。因而需要设计一种电路，能够对储能电池进行自动充放电管理。

发明内容

本发明正是思及于此，提供一种电池充放电装置，对电池进行自动充放电管理。

一种电池充放电装置，包括，

交流直流变换电路，所述交流直流变换电路的输入端连接交流电，输出端连接负载，

双向直流变换电路，所述双向直流变换电路的一端与所述交流直流变换电路的输出端连接，另一端与电池连接。

上述电池充放电装置还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路为所述双向直流变换电路中的开关提供驱动信号。

上述驱动控制电路包括，

电池电压检测电路，所述电池电压检测电路检测所述电池的电压，并输出电池电压采样信号，

电池恒压控制电路，所述电池恒压控制电路根据所述电池电压采样信号形成第一控制信号，所述第一控制信号控制所述双向直流变换电路对所述电池进行恒压充电控制，所述电池恒压控制电路为比例积分调节器。

上述驱动控制电路还包括，

电池电流检测电路，所述电池电流检测电路检测流过所述电池的电流，并输出电池电流采样信号，

充电恒流控制电路，所述充电恒流控制电路根据所述电池电流采样信号形成第二控制信号，所述第二控制信号控制所述双向直流变换电路对所述电池进行恒流充电，所述充电恒流控制电路为比例积分调节器。

上述驱动控制电路还包括，

输出电压检测电路，所述输出电压检测电路检测所述负载的电压，并输出负载电压采样信号，

输出恒压控制电路，所述输出恒压控制电路根据所述负载电压采样信号形成第三控制信号，所述第三控制信号控制所述双向直流变换电路的输出电压恒定，所述输出恒压控制电路为比例积分调节器。

上述驱动控制电路还包括第一选择开关，所述第一选择开关选择输出第一控制信号或者第二控制信号。

上述第一选择开关包括第一二极管和第二二极管，所述电池恒压控制电路的输出端与第一二极管的阴极连接，所述充电恒流控制电路的输出端与第二二极管的阴极连接，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极并联连接，所述第二二极管的阳极为所述第一选择开关的输出端。

上述驱动控制电路还包括可控选择开关，所述可控选择开关的第一输入端与所述第一选择开关的输出端的连接，第二输入端与所述输出恒压控制电路的输出端连接，所述可控选择开关的输出端与驱动控制信号，所述驱动控制信号经过驱动电路转化为驱动信号。

上述驱动控制电路还包括交流输入检测电路，所述交流输入检测电路检测所述交流电的输出电压，并输出交流电检测信号，可控选择开关的控制端接收所述交流电检测信号，所述交流电有电时，可控选择开关的输出端与第一输入端连接，所述交流电掉电时，所述可控选择开关的输出端与第二输入端连接。

本发明实现了电池的充电和放电的自动切换，且能够实现电池的日常维护，保证电池能够正常有电。

为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明充放电装置的框图。

图2为本发明包含了驱动控制电路的充放电装置的框图。

图3为图2中双向直流控制电路的一具体实施例。

图4为图2中交流输入检测电路的一具体实施例。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种电池充放电装置包括交流电11、交流直流变换电路13、电池12、双向直流变换电路14和负载15，所述交流电 11与所述交流直流变换电路13的输入端连接，所述交流直流变换电路13的输出端与所述负载15的输入端连接，所述电池12与所述双向直流变换电路14的输入端连接，所述双向直流变换电路14的输出端与所述交流直流变换电路13的输出端并联连接。

具体的，交流电11例如为市电，当交流电11有电时，所述交流直流变换电路13将交流电11的输入的交流电能vin1变换为直流电能Vout提供给负载15。在电池12两端的电压低于电压设定值Vset 时，所述双向直流变换电路14接收所述直流电能Vout的输入为所述电池12充电。在所述交流电11掉电后，所述电池12经过双向直流变换电路14为所述负载15提供所述直流电能Vout。本发明的电池充放电装置实现了电池的自动充电过程和自动放电过程。

如图2所示，本发明的充放电装置还包括驱动控制电路26，所述驱动控制电路26为所述双向直流变换电路24提供驱动信号S7，所述驱动信号S7控制所述双向直流变换电路24中的开关的开通或者关断。所述驱动控制电路26包括：电池电压检测电路261，检测电池22的电压，并输出电池电压检测信号S1。电池恒压控制电路262 接收所述电池电压检测信号S1和所述电压设定值Vset(未在图中示出)，并对其进行调节运算后输出控制信号S1’。所述电池恒压控制电路262例如为比例控制器、比例积分控制器或者比例积分微分调节器等信号控制器。电池电流检测电路263检测流过电池22的电流，并输出电池电流检测信号S2，充电恒流控制电路264接收所述电池电流检测信号S2和电流设定值Iset(未在图中示出)，并对其进行调节运算后输出控制信号S2’。充电恒流控制电路264例如为比例控制器、比例积分控制器或者比例积分微分调节器等信号控制器。所述电池恒压控制电路262的输出端与选择开关2610中二极管D1的阴极连接，所述充电恒流控制电路264的输出端与选择开关2610中二极管D2的阴极连接，所述二极管D1和D2阳极并联连接。当所述电池22的电压低于电压设定值Vset时，所述电池恒压控制电路262 中的控制器饱和，输出控制信号S1’的电压使得二极管D1截止，此时充电恒流控制电路264输出控制信号S2’经过二极管D2输出，所述控制信号S2’经过驱动电路269驱动控制双向直流变换电路24中的开关，为所述电池22进行恒流充电。当所述电池12的电压达到电压设定值Vset后，流过电池22的电流也相应减小到小于电流设定值Iset，充电恒流控制电路264的控制器饱和，输出控制信号S2’使得二极管D2截止，所述电池恒压控制电路262输出的控制信号S1’使得二极管 D1导通，所述控制信号S1’经过驱动电路269驱动控制双向直流变换电路24中的开关，使得电池22的两端电压维持在设定值。本发明的充电装置能够对电池进行维护保证电池实时有电，且不会被过充。

所述输出电压检测电路265检测所述负载25两端的电压，得到输出电压检测信号S3，输出恒压控制电路266接收所述输出电压检测信号S3，并对其进行调节运算后输出控制信号S3’进行输出电压恒压控制。输出恒压控制电路266例如为比例控制器、比例积分控制器或者比例积分微分调节器等信号控制器。

所述驱动控制电路26还包括可控选择开关267，通过交流输入检测电路268的输出信号控制所述可控选择开关267的输出，所述交流输入检测电路268检测交流电21是否有电，交流电21有电，所述交流输入检测电路268输出交流电检测信号S4的电平为高电平，所述可控选择开关的输出端与端子P1连接，所述端子P1与选择开关 2610的输出端连接；交流电21掉电，所述交流输入检测电路268输出交流电检测信号S4的电平为低电平，所述可控选择开关的输出端与端子P2连接，所述端子P2与输出恒压控制电路266的输出端连接。通过可控选择开关267实现充放电装置在充电和放电两个模式之间的自动切换。

图3为本发明双向直流变换电路24的一种具体实施方式，本实施例中所述双向直流变换电路为一双向BUCK-BOOST电路，包括电感L1，开关Q1和Q2，图2中所述驱动控制电路26的驱动信号S7 也即用于控制开关Q1和Q2的开通和关断。在交流电11掉电时，所述双向直流变换电路工作与BOOST变换模式，将电池22的电能升压变换后提供给负载25，并使用输出恒压控制电路266控制所述双向直流变换电路24提供给所述负载25的电压恒定。

在所述交流电21没有掉电时，所述双向直流变换电路34工作于 BUCK变换模式，其接受所述交流直流变换电路23的输出直流电能 Vout，经过降压变换后为电池22充电，在电池22的电压较低时，电池22处于不饱和状态，电池恒压控制电路262饱和，所述二极管D1 截止，所述充电恒流控制电路264控制所述双向直流变换电路24的输出为恒定的电流，从而对所述电池22进行充电，当所述电池22电压达到设定值，也即电池即将充满电时，流过电池22的电流减小，低于电流设定值Iset，使得充电恒流控制电路264饱和，输出电压增高，二极管D2截止，电池32的电压增高达到设定值后，电池恒压控制电路262的输出电压降低，使得二极管D1导通，所述电池恒压控制电路262的输出信号生效，这时控制电路26切换控制模式，对所述电池22进行恒压控制，并对其进行养护。

图4为本发明电压检测电路268的具体实施例，所述电压检测电路268的端子A与交流电11的输出端连接，进行电压采样，将采样到的电压信号经整流电路2681整流后，输出至分压电路2683，所述分压电路2683由电阻R2和R3串联组成，分压电路2683的中间端与开关Q3的栅极连接，所述开关Q3的源极与地端连接，漏极与光耦T1的原边连接，光耦的副边的第一端与电阻R4和R5组成的分压电路的中间端连接，所述电阻R4和R5对辅助电源VCC2进行分压，所述光耦T1的第二端与地端连接。所述交流电11有电时，开关Q3 栅极为高电平，所述开关Q3导通，所述光耦T1的副边的第一端和第二端断开，电压检测电路268的输出端DIR的输出信号S4为高电平，所述信号S4控制切换开关267的切换至输出端子P1，对所述电池22进行充电维护控制，所述交流电11掉电时，开关Q3的栅极电压为零，开关Q3截止，所述光耦T1的副边的第一端和第二端导通，输出信号S4为低电平。所述信号S4控制切换开关267的切换至输出端子P2，对所述电池22进行放电控制。

本发明实现了电池在充电与放电质检自动切换，同时还能够实现电池的日常维护，避免电池过充或者过放。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电池充放电装置，其特征在于，包括，

交流直流变换电路，所述交流直流变换电路的输入端连接交流电，输出端连接负载；

双向直流变换电路，所述双向直流变换电路的一端与所述交流直流变换电路的输出端连接，另一端与电池连接；

可控选择开关，所述可控选择开关根据所述交流电的状态选择所述双向直流变换电路的工作模式。

2.如权利要求1所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述电池充放电装置还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路为所述双向直流变换电路中的开关提供驱动信号。

3.如权利要求2所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述驱动控制电路包括：

电池电压检测电路，所述电池电压检测电路检测所述电池的电压，并输出电池电压采样信号；

电池恒压控制电路，所述电池恒压控制电路根据所述电池电压采样信号形成第一控制信号，所述第一控制信号控制所述双向直流变换电路对所述电池进行恒压充电控制，所述电池恒压控制电路为比例积分调节器。

4.如权利要求3所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述驱动控制电路还包括，

电池电流检测电路，所述电池电流检测电路检测流过所述电池的电流，并输出电池电流采样信号：

充电恒流控制电路，所述充电恒流控制电路根据所述电池电流采样信号形成第二控制信号，所述第二控制信号控制所述双向直流变换电路对所述电池进行恒流充电，所述充电恒流控制电路为比例积分调节器。

5.如权利要求4所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述驱动控制电路还包括，

输出电压检测电路，所述输出电压检测电路检测所述负载的电压，并输出负载电压采样信号，

输出恒压控制电路，所述输出恒压控制电路根据所述负载电压采样信号形成第三控制信号，所述第三控制信号控制所述双向直流变换电路的输出电压恒定，所述输出恒压控制电路为比例积分调节器。

6.如权利要求5所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述驱动控制电路还包括第一选择开关，所述第一选择开关选择输出第一控制信号或者第二控制信号。

7.如权利要求6所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述第一选择开关包括第一二极管和第二二极管，所述电池恒压控制电路的输出端与第一二极管的阴极连接，所述充电恒流控制电路的输出端与第二二极管的阴极连接，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极并联连接，所述第二二极管的阳极为所述第一选择开关的输出端。

8.如权利要求6所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述可控选择开关，所述可控选择开关的第一输入端与所述第一选择开关的输出端的连接，第二输入端与所述输出恒压控制电路的输出端连接，所述可控选择开关的输出端输出驱动控制信号，所述驱动控制信号经过驱动电路转化为驱动信号。

9.如权利要求7所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述驱动控制电路还包括交流输入检测电路，所述交流输入检测电路检测所述交流电的输出电压，并输出交流电检测信号。

10.如权利要求9所述一种电池充放电装置，其特征在于，所述可控选择开关的控制端接收所述交流电检测信号，所述交流电有电时，可控选择开关的输出端与第一输入端连接，所述交流电掉电时，所述可控选择开关的输出端与第二输入端连接。