均衡式充电器及方法
均衡式充电器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池充电领域，更具体地说，涉及一种均衡式充电器及方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，具有能量密度大、输出功率高、充放电寿命长、无污染、工作温度范围宽及自放电小等诸多优点。
[0003]由于锂离子电池的单体电压低(一般为4.2V、3.6V)，常通过串联办法以获得所需要的标称电压(例如12V)。为发挥整个电池组的最佳性能，厂家出厂前需对电池单体进行专门的配对均衡等一致性测试，最后才能组装成所需要的电池组。所以，电池组使用初期，一般是比较均衡的，性能较佳。但电池组随着充放电循环次数的增加，或电池组长期存放，缺少保养维护，由于电池的内阻、容量、自放电率的不断变化，电池单体的性能会出现较大的变化，整个电池组的性能将逐渐劣化，电池的不均衡情况将越来越严重。
[0004]此外，锂离子电池由于其内部独特的电化学特性，化学成分非常活跃，不允许电池过充、过放、过流，否则会损坏电池，甚至出现安全问题。所以，不管是单体还是电池组，都需要配合有专门的电池管理系统(BMS:Battery Management System)才可以使用。
[0005]传统的锂离子充电器的结构图如图1所示。传统的充电方法，每一个锂离子电池都需要连接一 BMS以进行充放电保护。且当有多个锂离子电池串联时，采用的充电电源的电压为所有电池电压的总和(例如，两个4.2V的锂离子电池串联，需采用8.4V的充电电源对其进行充电)。
[0006]因此，传统的充电方法具有管理检测难、充电电源电压可适应性差、成本高等缺陷。
[0007]现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述锂离子电池均衡充电技术管理检测难、成本高的缺陷，提供一种均衡式充电器及方法。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一方面，提供一种均衡式充电器，包括:电池组、充电管理电路和充电控制电路；
[0010]所述电池组包括至少两个串联连接的电池；
[0011]所述充电管理电路与所述充电控制电路连接；所述电池组与所述充电控制电路连接；
[0012]所述充电管理电路用于实现所述电池的恒压恒流充电；
[0013]所述充电控制电路用于检测所述电池组中电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。
[0014]优选的，所述充电控制电路包括分别与所述充电管理电路和电池组连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路；
[0015]所述检测比较电路用于将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0016]优选的，所述充电控制电路包括分别与所述充电管理电路和电池组连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路；
[0017]所述检测比较电路用于将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0018]优选的，所述均衡式充电器还包括:充放电保护电路；
[0019]所述充放电保护电路分别与所述电池组和充电控制电路连接；
[0020]所述充放电保护电路用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测电池放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护；所述充放电保护电路还用于检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。
[0021]优选的，所述充放电保护电路包括:防反接电路、过充保护电路、过放及过流保护电路；
[0022]其中，防反接电路与所述电池组连接；过充保护电路分别与所述电池组及检测比较电路连接；过放及过流保护电路与所述电池组连接。
[0023]优选的，所述电池组包括:串联连接的第一电池和第二电池；
[0024]所述充电控制电路包括:第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路和检测比较电路；
[0025]所述充电管理电路与所述检测比较电路连接；所述第一开关电路分别与所述检测比较电路和所述第一电池连接；所述第二开关电路分别与所述检测比较电路和所述第一电池连接；所述第三开关电路分别与所述检测比较电路和所述第二电池连接；所述第四开关电路分别与所述检测比较电路和第二电池连接；
[0026]所述检测比较电路分别与所述第一电池和第二电池连接；
[0027]所述检测比较电路用于检测并比较所述第一电池和第二电池的电压，并选择导通所述第一开关电路和第二开关电路以给所述第一电池充电或选择导通所述第三开关电路和第四开关电路以给所述第二电池充电。
[0028]优选的，所述充电管理电路包括:充电芯片；所述充电芯片的型号为CX4056 ；
[0029]所述检测比较电路包括:运算放大器、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、电阻R5、电容C3、电容C4、三极管Ql和三极管Q2 ；
[0030]所述第一开关电路包括:场效应管Q6 ;
[0031]所述第二开关电路包括:场效应管Q5 ;
[0032]所述第三开关电路包括:场效应管Q3和场效应管Q9 ;
[0033]所述第四开关电路包括:场效应管Q4 ;
[0034]充电芯片的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接；充电芯片的第五引脚与场效应管Q6的漏极连接；
[0035]运算放大器的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接，C4的另一端经电阻R4与运算放大器的反相输入端连接；运算放大器的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接；运算放大器的输出端与三极管Ql的基极连接，运算放大器的输出端与三极管Q2的基极连接；三极管Ql的集电极与场效应管Q4的栅极连接；场效应管Q4的源极接地；场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接，场效应管Q5的栅极接地，并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接；场效应管Q5的栅极与场效应管Q6的源极连接；场效应管Q5的源极与第二电池的负极连接；场效应管Q5的漏极经电容C2与充电芯片的第五引脚连接；
[0036]场效应管Q3的源极与场效应管Q7的源极及场效应管Q9的源极连接；场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接；场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器的正电源端连接；
[0037]三极管Q2的发射极与运算放大器的正电源端连接；三极管Q2的基极与运算放大器的正电源端连接；采样电阻R6的一端与运算放大器的正电源端连接，另一端经采样电阻R7接地；
[0038]运算放大器的反相输入端与采样电阻R6和采样电阻R7之间的节点连接；
[0039]三极管Ql的基极与充电芯片的第五引脚连接；
[0040]场效应管Q4的栅极与场效应管Q3的栅极连接；
[0041]场效应管Q6的源极与第二电池的正极连接；
[0042]场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接，场效应管Q9的漏极与第一电池的正极连接；场效应管Q9的栅极接地；第一电池的负极接地。
[0043]优选的，所述防反接电路包括:场效应管Q7、三极管Q8和场效应管Q9 ；
[0044]场效应管Q7的漏极与第二电池的负极连接；场效应管Q7的源极与场效应管Q9的源极连接；场效应管Q7的栅极与三极管Q8的集电极连接；场效应管Q9的栅极与三极管Q8的集电极连接；三极管Q8的基极经电阻R20与第一电池的负极连接，三极管Q8的发射极与场效应管Q9的漏极连接，三极管Q8的集电极经电阻R20接地。
[0045]另一方面，提供一种均衡式充电方法，包括:
[0046]S1、检测电池的电压；
[0047]S2、基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。
[0048]优选的，所述步骤S2具体包括:
[0049]将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结 果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电；
[0050]或
[0051 ] 所述步骤S2具体包括:
[0052]将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0053]实施本发明的均衡式充电器及方法，具有以下有益效果:对电池进行交替充电和检测，可节约成本，减少检测难度。且由于对电池进行交替充电，充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可，提高了电压的可适应性。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器及方法还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性；不采用升压电路进行高压充电，避免产生高频辐射。
【附图说明】
[0054]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0055]图1是传统的锂离子充电器的结构图；
[0056]图2是本发明实施例的均衡式充电器的结构示意图；
[0057]图3是本发明一较佳实施例的均衡式充电器的结构示意图；
[0058]图4是图3所示均衡式充电器的电路结构图；
[0059]图5是本发明实施例的均衡式充电方法的流程图。
【具体实施方式】
[0060]本发明实施例通过提供一种均衡式充电器及方法，解决现有技术中锂离子电池均衡充电技术管理检测难、成本高的缺陷，实现了仅需要一个充电管理电路、一个检测比较电路和一个放电保护电路，即可实现对多节锂离子电池的充放电，节约成本、减少检测难度、提高电压的可适应性、使得电池配对方便、防止电池反接、防止过充、防止过放及防止过流等技术效果。
[0061]本发明实施例解决上述技术问题的总体思路如下:采用一充电控制电路20检测每一电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。采用一充放电保护电路40进行电池的过充、过放、过流保护及防止电池反接。
[0062]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0063]参见图2，为本发明实施例的均衡式充电器的结构示意图。本发明实施例的均衡式充电器包括:充电管理电路10、充电控制电路20、电池组30以及充放电保护电路40。电池组30包括至少两个串联连接的电池(例如，锂离子电池)。
[0064]充电管理电路10与充电控制电路20连接；电池组30与充电控制电路20连接；充放电保护电路40分别与电池组30及充电控制电路20连接。
[0065]充电管理电路10用于实现电池的恒压恒流充电。
[0066]充电控制电路20用于检测每一电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。具体的，充电控制电路20包括分别与充电管理电路10和电池组30连接的检测比较电路25和多个分别与每一电池连接的开关电路(图中未标号)。
[0067]充放电保护电路40用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护。
[0068]充放电保护电路40还用于检测电池是否接反，若接反接则断开充电通路或放电通路。具体的，充放电保护电路40包括:防反接电路41、过充保护电路42、过放及过流保护电路43 ;其中，防反接电路41与电池组30连接；过充保护电路42分别与电池组30及检测比较电路25连接；过放及过流保护电路43与电池组30连接。
[0069]具体的，本发明实施例中，充电控制电路20中的检测比较电路25用于按照以下任一方式进行电池的交替充电:
[0070]方式1:将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值(例如，0.1V)，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0071]方式2:检测比较电路用于将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序(例如，排序结果为电池B2、电池B3、电池B1......)，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池(例如，为电池B2)依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池(例如，为电池B3)的电压差值均为预设差值(例如，0.2V)，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0072]根据本发明实施例，优选的，若电池的个数为两个，则检测比较电路25的交替充电方式可简化如下:
[0073]方式1:将检测到的两电池电压进行比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0074]方式2:将检测到的电压进行比较，并选择电压较低的电池的开关电路以给电压低的电池充电，使得该电池的电压与另一电池的电压差值均为预设差值；然后，按照方式
(I)，将两电池的电压进行比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0075]应理解，上述的交替充电方式仅为示意性的，此外，还可采用其他的方式进行交替充电，例如，顺序交替充电(B1、B2、B3……依次循环交替充电)、间隔交替充电(B1、B3、B2、B4……间隔循环交替充电)等交替充电方式均在本发明实施例的交替充电的涵盖范围内。
[0076]以下将结合图3和图4，以两节锂离子电池串联为例对本发明实施例的均衡式充电器进行详细说明。
[0077]参见图3，本发明实施例的电池组30包括:串联连接的第一电池31和第二电池32。其中，充电控制电路20包括:第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23、第四开关电路24和检测比较电路25。
[0078]其中，充电管理电路10与检测比较电路25连接；第一开关电路21分别与检测比较电路25和第一电池31连接；第二开关电路22分别与检测比较电路25和第一电池31连接；第三开关电路23分别与检测比较电路25和第二电池32连接；第四开关电路24分别与检测比较电路25和第二电池32连接。第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24还分别与充放电保护电路40连接。充放电保护电路40与第一电池31连接。充放电保护电路40与第二电池32连接。
[0079]检测比较电路25与第一电池31连接，并与第一电池31和第二电池32之间的连接节点连接。
[0080]当给第一电池31和第二电池32充电时，检测比较电路25检测并比较第一电池31和第二电池32的电压，并按照上述的充电方式选择导通相应的开关电路(第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24)，以给第一电池31和第二电池32交替充电。当第一开关电路21和第二开关电路22导通时，给第一电池31充电。第三开关电路23和第四开关电路24导通时，给第二电池32充电。
[0081]具体的，在该实施例中，可将预设充电阈值和预设差值均设为0.1V。例如，充电开始时，第一电池31的电压为2V，第二电池32的电压为2.2V，则若按照上述的方式I进行交替充电，则先为第一电池31充电0.1V后，第一电池31的电压依然小于第二电池32的电压，则再为其充电0.1V ;此时，第一电池31的电压和第二电池32的电压相等，则选择其中一电池(例如，第一电池31)为其充电0.1V，此后，则为另一电池(例如，第二电池32)充电0 .1V，由此交替，直到两个电池均充满电(例如，4.2V)。若按照上述方式2进行交替充电，则先为第一电池31充电0.3V (此时，第一电池31和第二电池32的电压差值为0.1V)，此后，为第二电池32充电0.1V，之后为第一电池31充电0.1V，由此交替，直到两个电池均充满电。
[0082]充放电保护电路40分别与第一电池31、第二电池32和检测比较电路25连接。在具体工作过程中，充放电保护电路40用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护。充放电保护电路40还用于检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。
[0083]本发明实施例的均衡式充电器，仅需要一个充电管理电路和一个检测比较电路即可实现对多节锂离子电池的充电，节省成本，且检测简单方便。另一方面，由于同时只对一个电池进行充电，充电电源的电压不必为多节锂离子电池的总电压，例如，采用5V的充电电源即可为两节4.2V的锂离子电池充电，充电电源的可适应性强。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性。
[0084]参见图4为图3所示的均衡式充电器的电路图。其中，充电管理电路10包括:充电芯片IC1、三极管Q18、场效应管Q17、稳压二极管DZ1。充电芯片ICl的型号为CX4056。
[0085]检测比较电路25包括:运算放大器IC2、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、三极管Ql、三极管Q2 ；
[0086]第一开关电路21包括:场效应管Q6 ；
[0087]第二开关电路22包括:场效应管Q5 ;
[0088]第三开关电路23包括:场效应管Q3、场效应管Q9 ；
[0089]第四开关电路24包括:场效应管Q4 ；
[0090]防反接电路41包括:场效应管Q7、三极管Q8和场效应管Q9 ;过充保护电路42包括:电池保护芯片IC3、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15和三极管Q16 ;过放及过流保护电路43包括:三极管QlO、三极管Ql1、开关Kl。开关Kl包括第I端、第2端和第3端。电池保护芯片IC3的型号为DW01+。
[0091]具体的，充电芯片ICl的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接。三极管Q18的基极经电阻R41与稳压二极管DZl的阴极连接，三极管Q18的集电极与场效应管Q17的栅极连接，并经电阻R42接地。三极管Q18的发射极与场效应管Q17的源极连接。场效应管Q17的漏极经电容Cl接地。充电芯片ICl的第四引脚和第八引脚与场效应管Q17的漏极连接，以及与发光二极管D3的阳极连接。发光二极管D3的阴极通过电阻R2与充电芯片ICl的第七引脚连接。场效应管Q17的漏极与发光二极管D2的阳极连接，发光二极管D2的阴极通过电阻Rl与充电芯片ICl的第六引脚连接。充电芯片ICl的第五引脚与场效应管Q6的漏极连接。场效应管Q17的源极与外部充电电源连接。发光二极管D2和D3分别用于进行充电完成指示和充电状态指示。稳压二极管DZl用于稳压。
[0092]运算放大器IC2的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接，C4的另一端经电阻R4与运算放大器IC2的反相输入端连接。运算放大器IC2的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接。运算放大器IC2的同相输入端经电阻R8与三极管Qll的发射极连接。运算放大器IC2的输出端经电阻Rll与三极管Ql的基极连接，运算放大器IC2的输出端经电阻RlO与三极管Q2的基极连接，运算放大器IC2的输出端经电阻R9与三极管Qll的发射极连接。三极管Ql的集电极与场效应管Q4的栅极连接。场效应管Q4的源极接地。
[0093]场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接，场效应管Q5的栅极经电阻R18接地，并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接。场效应管Q5的栅极经电阻R19与场效应管Q6的源极连接。场效应管Q5的源极与电池BT2 (即第二电池32)的负极连接。场效应管Q6的源极与电池输出端的一端连接。电池输出端的另一端接地。
[0094]场效应管Q5的漏极经电容C2与充电芯片ICl的第五引脚连接。
[0095]场效应管Q3的源极与场效应管Q7的源极及场效应管Q9的源极连接。场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接。场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器IC2的正电源端连接。
[0096]三极管Q2的发射极与运算放大器IC2的正电源端连接。三极管Q2的基极分别经电阻R15接地，经电阻R14与运算放大器IC2的正电源端连接。
[0097]电阻R6的一端与运算放大器IC2的正电源端连接，另一端经电阻R7接地。
[0098]运算放大器IC2的反相输入端经电阻R4与电阻R6和电阻R7之间的节点连接。
[0099]三极管Ql的基极经电阻R12与充电芯片ICl的第五引脚连接，以及经电阻R13接地。
[0100]场效应管Q4的栅极经电阻R17接地，并与场效应管Q3的栅极连接。
[0101]场效应管Q6的源极与电池BT2的正极连接。
[0102]场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接，场效应管Q9的漏极与电池BTl (即第一电池31)的正极连接，并与三极管Q8的发射极连接。电池BTl的负极接地。场效应管Q9的栅极与三极管Q8的集电极连接，并经电阻R21与三极管QlO的集电极连接，以及经电阻R22接地。三极管Q8的基极经电阻R20接地。
[0103]场效应管Q7的漏极与电池BT2的负极连接。场效应管Q7的源极与场效应管Q9的源极连接。场效应管Q7的栅极经电阻R21与三极管QlO的集电极连接，并经电阻R22接地。三极管QlO的基极与三极管Q12的集电极连接，并将电阻R24与场效应管Q6的源极连接，并与电池输出口连接。
[0104]三极管Q12的集电极与三极管Qll的集电极连接。三极管Q12的发射极与场效应管Q6的源极连接，并与电池输出口连接。三极管Q12的基极经电阻R30与三极管Q14的集电极连接。
[0105]三极管Qll的发射极经电阻R8与运算放大器IC2的同相输入端连接，并经电阻R25与三极管Qll的基极连接。三极管Qll的基极经电阻R26、电容C9与开关Kl的第三端连接。电阻R33并联在电容C9两端。
[0106]开关Kl的第一端经电阻R29与三极管Q12的集电极及三极管QlO的基极连接。电容C8并联在电阻R29两端。
[0107]开关Kl的第二端与场效应管Q6的源极连接，并与电池输出口连接。
[0108]电池保护芯片IC3的型号为DW01+，其第五引脚(VDD引脚)经电阻R34与场效应管Q6的漏极连接，并经电容ClO与场效应管Q5的漏极连接。电池保护芯片IC3的第六引脚(VSS引脚)与场效应管Q5的漏极连接，并经电阻R35与第二引脚(SCI引脚)连接。第三引脚(OC引脚)经电阻R39与三极管Q16的基极连接。第一引脚(OD引脚)经电阻R36和电容Cll与三极管Q15的基极连接。
[0109]三极管Q15的发射极与场效应管Q6的漏极连接。三极管Q15的集电极经电阻R32与三极管Q14的基极连接。三极管Q15的基极经电阻R37与场效应管Q6的漏极连接。
[0110]三极管Q16的发射极与场效应管Q6的漏极连接。三极管Q16的集电极经电阻R38与三极管Q13的基极连接。
[0111]三极管Q13的集电极与三极管Q8的集电极连接。三极管Q13的发射极接地。三极管Q13的基极经电阻R28接地。
[0112]三极管Q14的集电极经电阻R30与三极管Q12的基极连接。三极管Q14的发射极接地。三极管Q14的基极经电阻R31接地。
[0113]应理解，在本发明的实施例中，开关Kl用于对放电回路的开启和关闭进行控制。例如，用户可根据实际需要，通过控制开关Kl实现对电池放电的控制，当需要停止放电时，断开开关Kl即可。
[0114]本发明实施例的均衡式充电器的工作原理为:CN1和CN2与外部充电电源连接，为充电芯片ICl提供充电电压。运算放大器IC2的同相输入端和反相输出端分别通过电阻R8和电阻R6、电阻R7采集A点和电池BT2的电压，并将二者进行比较，若A点电压高于电池BT2的电压(即电池BT2的电压低于电池BTl的电压)，则运算放大器IC2的输出端输出低电平，三极管Q2导 通，由此，使得场效应管Q6导通和场效应管Q5导通；经场效应管Q6-电池BT2-场效应管Q5组成的回路，通过充电芯片ICl的第五引脚给电压较低的电池BT2充电。若A点电压低于电池BT2的电压(即电池BT2的电压高于电池BTl的电压)，则运算放大器IC2的输出端输出高电平，三极管Q2截止，由此，使得场效应管Q6导通和场效应管Q5截止，电池BT2的充电停止；三极管Ql导通，场效应管Q3导通，场效应管Q4导通，场效应管Q4导通，经场效应管Q3、Q9、BT1和场效应管Q4组成的回路，通过充电芯片ICl的第五引脚给电压较低的电池BTl充电。由此，通过控制运算放大器IC2的输出端的为电压，即可实现两电池的交替充电，直到两个电池均充满电。充电过程中，通过由电阻R5和电容C3组成的滞环，实现两电池的电压差值为预设差值(例如，0.1V)的交替充电，直到两电池均充满电。
[0115]在本发明的实施例中，CNl和CN2与外部充电电源连接。优选的，若单节锂离子电池的电压为4.2V，则采用普通5V的充电电源可满足多节锂离子电池的充电，例如，采用USB接口即可通过电脑等进行充电，简单方便，提升用户体验。
[0116]以下结合图4，详细介绍本发明实施例的均衡式充电器的过充、过放、过流及防止反接的具体原理:
[0117]放电时，当电池BTl和电池BT2接入电路后，电流从电池BT2的正极流过Kl的2_3端，经电阻R33、电阻R26、电阻R25以及场效应管Q7的体二极管流回电池BT2的负极，从而导通三极管Q11，进而导通三极管Q10，使得场效应管Q7、场效应管Q9导通，这样CN2端就出现了电池BT2+电池BTl的总电压。
[0118]电池的过充(超压)、过放(欠压)和过流保护是通过电池保护芯片IC3实现的。在本发明的实施例中，电池保护芯片IC3的型号为DW01+，其为常用的单节锂电池保护1C。
[0119]电池保护芯片IC3可根据运算放大器IC2的选通结果(即选择对电池BTl进行充电或对电池BT2进行充电)，监控和保护Q6-BT2-Q5回路(即电池BT2的充电回路)和Q3-Q9-BT1-Q4回路(即电池BTl的充电回路)。具体的，若运算放大器IC2的选通结果为经Q6-BT2-Q5回路为电池BT2充电，则通过电池保护芯片IC3的VDD引脚检测到的电压，可实现对电池BT2的过充保护；若运算放大器IC2的选通结果为经Q3-Q9-BT1-Q4回路为电池BTl充电，则通过电池保护芯片IC3的VDD引脚检测到的电压，可实现对电池BTl的过充保护。若出现过充，则电池保护芯片IC3的OC引脚输出低电压，从而导通三极管Q16和三极管Q13，从而关闭场效应管Q7和场效应管Q9。
[0120]在放电过程中，电池保护芯片IC3通过其VDD引脚的感测电压实现过放保护，若出现过放，则电池保护芯片IC3的OD引脚输出低电压，从而导通三极管Q15、三极管Q14和三极管Q12，使三极管QlO截止，从而关闭场效应管Q7和场效应管Q9。电池保护芯片IC3通过其SCI引脚脚感测电压压降(即等效于电流)实现过流保护，若出现过流，则电池保护芯片IC3的OD引脚输出低电压，从而导通三极管Ql5、三极管Q14和三极管Ql2，使三极管QlO截止，从而关闭场效应管Q7和场效应管Q9。
[0121]在本发明实施例中，若电池BTl反接，则将有电流通过电阻R20流入三极管Q8的基极，并从其发射极流出，从而导通三极管Q8，进而将场效应管Q7、场效应管Q9的栅极拉到负电平，关闭场效应管Q7和场效应管Q9。若果电池BT2反接，那么上述三极管Qll的导通过程无法建立场效应管Q7和场效应管Q9将保持在关闭状态。由此，可实现防止电池的反接。
[0122]应理解，图4所示的电路图仅为本发明一较佳实施例的电路图，在该电路的实现原理的基础上，还可设计出多种不同的电路以实现本发明实施例的均衡式充电。此外，还可通过单片机等实现本发明实施例的均衡式充电器。
[0123]本发明实施例的均衡式充电器仅需要一个充电管理电路、一个检测比较电路和一个放电保护电路，即可实现对多节锂离子电池的充放电，而不需要为每一个电池均配置BMS，也不需要为每一个电池配置一个检测电路，由此，不仅可以节约成本，还可减少检测难度。且由于对电池进行交替充电，充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可，提高了电压的可适应性。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性；不采用升压电路进行高压充电，避免产生高频辐射。
[0124]参见图5为本发明实施例的均衡式充电方法的流程图。本发明实施例的均衡式充电方法包括以下步骤:
[0125]S1、检测每一电池的电压；
[0126]S2、基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。
[0127]所述步骤S2具体包括:
[0128]将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0129]或，所述步骤S2具体包括:
[0130]将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0131]本发明实施例的均衡式充电方法还包括:
[0132]S3、检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测电池放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护；
[0133]S4、检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。
[0134]应理解，上述的交替充电方式仅为示意性的，此外，还可采用其他的方式进行交替充电，例如，顺序交替充电(B1、B2、B3……依次循环交替充电)、间隔交替充电(B1、B3、B2、B4……间隔循环交替充电)等交替充电方式均在本发明实施例的交替充电的涵盖范围内。
[0135]本发明实施例的均衡式充电方法的实现细节已在上述均衡式充电器的描述中体现，在此不再详述。
[0136]应理解，本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现(例如，由单片机实现)。
[0137]流程图中或在本发明的实施例中以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所述技术领域的技术人员所理解。
[0138]本发明实施例的均衡式充电器及方法，对电池进行交替充电和检测，可节约成本，减少检测难度。且由于对电池进行交替充电，充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可，提高了电压的可适应性。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器及方法还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性；不采用升压电路进行高压充电，避免产生高频辐射。
[0139]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种均衡式充电器，其特征在于，包括:电池组(30)、充电管理电路(10)和充电控制电路(20)； 所述电池组(30)包括至少两个串联连接的电池； 所述充电管理电路(10)与所述充电控制电路(20)连接；所 述电池组(30)与所述充电控制电路(20)连接； 所述充电管理电路(10)用于实现所述电池的恒压恒流充电； 所述充电控制电路(20)用于检测所述电池组(30)中电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。2.根据权利要求1所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充电控制电路(20)包括分别与所述充电管理电路(10)和电池组(30)连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路； 所述检测比较电路用于将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。3.根据权利要求1所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充电控制电路(20)包括分别与所述充电管理电路(10)和电池组(30)连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路； 所述检测比较电路用于将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。4.根据权利要求2或3任一项所述的均衡式充电器，其特征在于，所述均衡式充电器还包括:充放电保护电路(40)； 所述充放电保护电路(40)分别与所述电池组(30)和充电控制电路(20)连接； 所述充放电保护电路(40)用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测电池放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护；所述充放电保护电路(40)还用于检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。5.根据权利要求4所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充放电保护电路(40)包括:防反接电路(41)、过充保护电路(42)、过放及过流保护电路(43)； 其中，防反接电路(41)与所述电池组(30)连接；过充保护电路(42)分别与所述电池组(30)及检测比较电路(25)连接；过放及过流保护电路(43)与所述电池组(30)连接。6.根据权利要求5所述的均衡式充电器，其特征在于，所述电池组(30)包括:串联连接的第一电池(31)和第二电池(32)； 所述充电控制电路(20)包括:第一开关电路(21)、第二开关电路(22)、第三开关电路(23)、第四开关电路(24)和检测比较电路(25); 所述充电管理电路(10)与所述检测比较电路(25)连接；所述第一开关电路(21)分别与所述检测比较电路(25)和所述第一电池(31)连接；所述第二开关电路(22)分别与所述检测比较电路(25)和所述第一电池(31)连接；所述第三开关电路(23)分别与所述检测比较电路(25)和所述第二电池(32)连接；所述第四开关电路(24)分别与所述检测比较电路(25)和第二电池(32)连接； 所述检测比较电路(25)分别与所述第一电池(31)和第二电池(32)连接； 所述检测比较电路(25)用于检测并比较所述第一电池(31)和第二电池(32)的电压，并选择导通所述第一开关电路(21)和第二开关电路(22)以给所述第一电池(31)充电或选择导通所述第三开关电路(23)和第四开关电路(24)以给所述第二电池(32)充电。7.根据权利要求6所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充电管理电路(10)包括:充电芯片(ICl);所述充电芯片(ICl)的型号为CX4056 ； 所述检测比较电路(25)包括:运算放大器(IC2)、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、电阻R5、电容C3、电容C4、三极管Ql和三极管Q2 ； 所述第一开关电路(21)包括:场效应管Q6 ； 所述第二开关电路(22)包括:场效应管Q5 ; 所述第三开关电路(23)包括:场效应管Q3和场效应管Q9 ； 所述第四开关电路(24)包括:场效应管Q4 ; 充电芯片(ICl)的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接；充电芯片(ICl)的第五引脚与场效应管Q6的漏极连接； 运算放大器(IC2)的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接，电容C4的另一端经电阻R4与运算放大器(IC2)的反相输入端连接；运算放大器(IC2)的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接；运算放大器(IC2)的输出端与三极管Ql的基极连接，运算放大器(IC2)的输出端与三极管Q2的基极连接；三极管Ql的集电极与场效应管Q4的栅极连接；场效应管Q4的源极接地；场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接，场效应管Q5的栅极接地，并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接；场效应管Q5的栅极与场效应管Q6的源极连接；场效应管Q5的源极与第二电池(32)的负极连接；场效应管Q5的漏极经电容C2与充电芯片(ICl)的第五引脚连接； 场效应管Q3的源极与场效应管Q7的源极及场效应管Q9的源极连接；场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接；场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器(IC2)的正电源端连接； 三极管Q2的发射极与运算放大器(IC2)的正电源端连接；三极管Q2的基极与运算放大器(IC2)的正电源端连接；采样电阻R6的一端与运算放大器(IC2)的正电源端连接，另一端经采样电阻R7接地； 运算放大器(IC2)的反相输入端与采样电阻R6和采样电阻R7之间的节点连接； 三极管Ql的基极与充电芯片(ICl)的第五引脚连接； 场效应管Q4的栅极与场效应管Q3的栅极连接； 场效应管Q6的源极与第二电池(32)的正极连接； 场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接，场效应管Q9的漏极与第一电池(31)的正极连接；场效应管Q9的栅极接地；第一电池(31)的负极接地。8.根据权利要求7所述的均衡式充电器，其特征在于，所述防反接电路(41)包括:场效应管Q7、三极管Q8和场效应管Q9 ； 场效应管Q7的漏极与第二电池(12)的负极连接；场效应管Q7的源极与场效应管Q9的源极连接；场效应管Q7的栅极与三极管Q8的集电极连接；场效应管Q9的栅极与三极管Q8的集电极连接；三极管Q8的基极经电阻R20与第一电池(11)的负极连接，三极管Q8的发射极与场效应管Q9的漏极连接，三极管Q8的集电极经电阻R20接地。9.一种均衡式充电方法，其特征在于，包括: 51、检测电池的电压； 52、基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。10.根据权利要求9所述的均衡式充电方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括: 将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电； 或 所述步骤S2具体包括: 将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
【专利摘要】本发明公开了一种均衡式充电器及方法，所述均衡式充电器包括：电池组(30)、充电管理电路(10)和充电控制电路(20)；所述电池组(30)包括至少两个串联连接的电池；所述充电管理电路(10)与所述充电控制电路(20)连接；所述电池组(30)与所述充电控制电路(20)连接；所述充电管理电路(10)用于实现所述电池的恒压恒流充电；所述充电控制电路(20)用于检测所述电池组(30)中电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。实施本发明的有益效果是，可实现对多节锂离子电池的充放电，节约成本、减少检测难度、提高电压的可适应性、使得电池配对方便、防止电池反接、防止过充、过防止放及防止过流。
【IPC分类】H02J7/00, H02H7/18
【公开号】CN104901373
【申请号】CN201510304509
【发明人】刘晓刚
【申请人】深圳市爱兰博功率电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月4日
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池充电领域，更具体地说，涉及一种均衡式充电器及方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，具有能量密度大、输出功率高、充放电寿命长、无污染、工作温度范围宽及自放电小等诸多优点。
[0003]由于锂离子电池的单体电压低(一般为4.2V、3.6V)，常通过串联办法以获得所需要的标称电压(例如12V)。为发挥整个电池组的最佳性能，厂家出厂前需对电池单体进行专门的配对均衡等一致性测试，最后才能组装成所需要的电池组。所以，电池组使用初期，一般是比较均衡的，性能较佳。但电池组随着充放电循环次数的增加，或电池组长期存放，缺少保养维护，由于电池的内阻、容量、自放电率的不断变化，电池单体的性能会出现较大的变化，整个电池组的性能将逐渐劣化，电池的不均衡情况将越来越严重。
[0004]此外，锂离子电池由于其内部独特的电化学特性，化学成分非常活跃，不允许电池过充、过放、过流，否则会损坏电池，甚至出现安全问题。所以，不管是单体还是电池组，都需要配合有专门的电池管理系统(BMS:Battery Management System)才可以使用。
[0005]传统的锂离子充电器的结构图如图1所示。传统的充电方法，每一个锂离子电池都需要连接一 BMS以进行充放电保护。且当有多个锂离子电池串联时，采用的充电电源的电压为所有电池电压的总和(例如，两个4.2V的锂离子电池串联，需采用8.4V的充电电源对其进行充电)。
[0006]因此，传统的充电方法具有管理检测难、充电电源电压可适应性差、成本高等缺陷。
[0007]现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述锂离子电池均衡充电技术管理检测难、成本高的缺陷，提供一种均衡式充电器及方法。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一方面，提供一种均衡式充电器，包括:电池组、充电管理电路和充电控制电路；
[0010]所述电池组包括至少两个串联连接的电池；
[0011]所述充电管理电路与所述充电控制电路连接；所述电池组与所述充电控制电路连接；
[0012]所述充电管理电路用于实现所述电池的恒压恒流充电；
[0013]所述充电控制电路用于检测所述电池组中电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。
[0014]优选的，所述充电控制电路包括分别与所述充电管理电路和电池组连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路；
[0015]所述检测比较电路用于将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0016]优选的，所述充电控制电路包括分别与所述充电管理电路和电池组连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路；
[0017]所述检测比较电路用于将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0018]优选的，所述均衡式充电器还包括:充放电保护电路；
[0019]所述充放电保护电路分别与所述电池组和充电控制电路连接；
[0020]所述充放电保护电路用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测电池放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护；所述充放电保护电路还用于检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。
[0021]优选的，所述充放电保护电路包括:防反接电路、过充保护电路、过放及过流保护电路；
[0022]其中，防反接电路与所述电池组连接；过充保护电路分别与所述电池组及检测比较电路连接；过放及过流保护电路与所述电池组连接。
[0023]优选的，所述电池组包括:串联连接的第一电池和第二电池；
[0024]所述充电控制电路包括:第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路和检测比较电路；
[0025]所述充电管理电路与所述检测比较电路连接；所述第一开关电路分别与所述检测比较电路和所述第一电池连接；所述第二开关电路分别与所述检测比较电路和所述第一电池连接；所述第三开关电路分别与所述检测比较电路和所述第二电池连接；所述第四开关电路分别与所述检测比较电路和第二电池连接；
[0026]所述检测比较电路分别与所述第一电池和第二电池连接；
[0027]所述检测比较电路用于检测并比较所述第一电池和第二电池的电压，并选择导通所述第一开关电路和第二开关电路以给所述第一电池充电或选择导通所述第三开关电路和第四开关电路以给所述第二电池充电。
[0028]优选的，所述充电管理电路包括:充电芯片；所述充电芯片的型号为CX4056 ；
[0029]所述检测比较电路包括:运算放大器、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、电阻R5、电容C3、电容C4、三极管Ql和三极管Q2 ；
[0030]所述第一开关电路包括:场效应管Q6 ;
[0031]所述第二开关电路包括:场效应管Q5 ;
[0032]所述第三开关电路包括:场效应管Q3和场效应管Q9 ;
[0033]所述第四开关电路包括:场效应管Q4 ;
[0034]充电芯片的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接；充电芯片的第五引脚与场效应管Q6的漏极连接；
[0035]运算放大器的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接，C4的另一端经电阻R4与运算放大器的反相输入端连接；运算放大器的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接；运算放大器的输出端与三极管Ql的基极连接，运算放大器的输出端与三极管Q2的基极连接；三极管Ql的集电极与场效应管Q4的栅极连接；场效应管Q4的源极接地；场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接，场效应管Q5的栅极接地，并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接；场效应管Q5的栅极与场效应管Q6的源极连接；场效应管Q5的源极与第二电池的负极连接；场效应管Q5的漏极经电容C2与充电芯片的第五引脚连接；
[0036]场效应管Q3的源极与场效应管Q7的源极及场效应管Q9的源极连接；场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接；场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器的正电源端连接；
[0037]三极管Q2的发射极与运算放大器的正电源端连接；三极管Q2的基极与运算放大器的正电源端连接；采样电阻R6的一端与运算放大器的正电源端连接，另一端经采样电阻R7接地；
[0038]运算放大器的反相输入端与采样电阻R6和采样电阻R7之间的节点连接；
[0039]三极管Ql的基极与充电芯片的第五引脚连接；
[0040]场效应管Q4的栅极与场效应管Q3的栅极连接；
[0041]场效应管Q6的源极与第二电池的正极连接；
[0042]场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接，场效应管Q9的漏极与第一电池的正极连接；场效应管Q9的栅极接地；第一电池的负极接地。
[0043]优选的，所述防反接电路包括:场效应管Q7、三极管Q8和场效应管Q9 ；
[0044]场效应管Q7的漏极与第二电池的负极连接；场效应管Q7的源极与场效应管Q9的源极连接；场效应管Q7的栅极与三极管Q8的集电极连接；场效应管Q9的栅极与三极管Q8的集电极连接；三极管Q8的基极经电阻R20与第一电池的负极连接，三极管Q8的发射极与场效应管Q9的漏极连接，三极管Q8的集电极经电阻R20接地。
[0045]另一方面，提供一种均衡式充电方法，包括:
[0046]S1、检测电池的电压；
[0047]S2、基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。
[0048]优选的，所述步骤S2具体包括:
[0049]将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结 果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电；
[0050]或
[0051 ] 所述步骤S2具体包括:
[0052]将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0053]实施本发明的均衡式充电器及方法，具有以下有益效果:对电池进行交替充电和检测，可节约成本，减少检测难度。且由于对电池进行交替充电，充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可，提高了电压的可适应性。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器及方法还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性；不采用升压电路进行高压充电，避免产生高频辐射。
【附图说明】
[0054]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0055]图1是传统的锂离子充电器的结构图；
[0056]图2是本发明实施例的均衡式充电器的结构示意图；
[0057]图3是本发明一较佳实施例的均衡式充电器的结构示意图；
[0058]图4是图3所示均衡式充电器的电路结构图；
[0059]图5是本发明实施例的均衡式充电方法的流程图。
【具体实施方式】
[0060]本发明实施例通过提供一种均衡式充电器及方法，解决现有技术中锂离子电池均衡充电技术管理检测难、成本高的缺陷，实现了仅需要一个充电管理电路、一个检测比较电路和一个放电保护电路，即可实现对多节锂离子电池的充放电，节约成本、减少检测难度、提高电压的可适应性、使得电池配对方便、防止电池反接、防止过充、防止过放及防止过流等技术效果。
[0061]本发明实施例解决上述技术问题的总体思路如下:采用一充电控制电路20检测每一电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。采用一充放电保护电路40进行电池的过充、过放、过流保护及防止电池反接。
[0062]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0063]参见图2，为本发明实施例的均衡式充电器的结构示意图。本发明实施例的均衡式充电器包括:充电管理电路10、充电控制电路20、电池组30以及充放电保护电路40。电池组30包括至少两个串联连接的电池(例如，锂离子电池)。
[0064]充电管理电路10与充电控制电路20连接；电池组30与充电控制电路20连接；充放电保护电路40分别与电池组30及充电控制电路20连接。
[0065]充电管理电路10用于实现电池的恒压恒流充电。
[0066]充电控制电路20用于检测每一电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。具体的，充电控制电路20包括分别与充电管理电路10和电池组30连接的检测比较电路25和多个分别与每一电池连接的开关电路(图中未标号)。
[0067]充放电保护电路40用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护。
[0068]充放电保护电路40还用于检测电池是否接反，若接反接则断开充电通路或放电通路。具体的，充放电保护电路40包括:防反接电路41、过充保护电路42、过放及过流保护电路43 ;其中，防反接电路41与电池组30连接；过充保护电路42分别与电池组30及检测比较电路25连接；过放及过流保护电路43与电池组30连接。
[0069]具体的，本发明实施例中，充电控制电路20中的检测比较电路25用于按照以下任一方式进行电池的交替充电:
[0070]方式1:将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值(例如，0.1V)，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0071]方式2:检测比较电路用于将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序(例如，排序结果为电池B2、电池B3、电池B1......)，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池(例如，为电池B2)依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池(例如，为电池B3)的电压差值均为预设差值(例如，0.2V)，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0072]根据本发明实施例，优选的，若电池的个数为两个，则检测比较电路25的交替充电方式可简化如下:
[0073]方式1:将检测到的两电池电压进行比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0074]方式2:将检测到的电压进行比较，并选择电压较低的电池的开关电路以给电压低的电池充电，使得该电池的电压与另一电池的电压差值均为预设差值；然后，按照方式
(I)，将两电池的电压进行比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0075]应理解，上述的交替充电方式仅为示意性的，此外，还可采用其他的方式进行交替充电，例如，顺序交替充电(B1、B2、B3……依次循环交替充电)、间隔交替充电(B1、B3、B2、B4……间隔循环交替充电)等交替充电方式均在本发明实施例的交替充电的涵盖范围内。
[0076]以下将结合图3和图4，以两节锂离子电池串联为例对本发明实施例的均衡式充电器进行详细说明。
[0077]参见图3，本发明实施例的电池组30包括:串联连接的第一电池31和第二电池32。其中，充电控制电路20包括:第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23、第四开关电路24和检测比较电路25。
[0078]其中，充电管理电路10与检测比较电路25连接；第一开关电路21分别与检测比较电路25和第一电池31连接；第二开关电路22分别与检测比较电路25和第一电池31连接；第三开关电路23分别与检测比较电路25和第二电池32连接；第四开关电路24分别与检测比较电路25和第二电池32连接。第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24还分别与充放电保护电路40连接。充放电保护电路40与第一电池31连接。充放电保护电路40与第二电池32连接。
[0079]检测比较电路25与第一电池31连接，并与第一电池31和第二电池32之间的连接节点连接。
[0080]当给第一电池31和第二电池32充电时，检测比较电路25检测并比较第一电池31和第二电池32的电压，并按照上述的充电方式选择导通相应的开关电路(第一开关电路21、第二开关电路22、第三开关电路23和第四开关电路24)，以给第一电池31和第二电池32交替充电。当第一开关电路21和第二开关电路22导通时，给第一电池31充电。第三开关电路23和第四开关电路24导通时，给第二电池32充电。
[0081]具体的，在该实施例中，可将预设充电阈值和预设差值均设为0.1V。例如，充电开始时，第一电池31的电压为2V，第二电池32的电压为2.2V，则若按照上述的方式I进行交替充电，则先为第一电池31充电0.1V后，第一电池31的电压依然小于第二电池32的电压，则再为其充电0.1V ;此时，第一电池31的电压和第二电池32的电压相等，则选择其中一电池(例如，第一电池31)为其充电0.1V，此后，则为另一电池(例如，第二电池32)充电0 .1V，由此交替，直到两个电池均充满电(例如，4.2V)。若按照上述方式2进行交替充电，则先为第一电池31充电0.3V (此时，第一电池31和第二电池32的电压差值为0.1V)，此后，为第二电池32充电0.1V，之后为第一电池31充电0.1V，由此交替，直到两个电池均充满电。
[0082]充放电保护电路40分别与第一电池31、第二电池32和检测比较电路25连接。在具体工作过程中，充放电保护电路40用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护。充放电保护电路40还用于检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。
[0083]本发明实施例的均衡式充电器，仅需要一个充电管理电路和一个检测比较电路即可实现对多节锂离子电池的充电，节省成本，且检测简单方便。另一方面，由于同时只对一个电池进行充电，充电电源的电压不必为多节锂离子电池的总电压，例如，采用5V的充电电源即可为两节4.2V的锂离子电池充电，充电电源的可适应性强。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性。
[0084]参见图4为图3所示的均衡式充电器的电路图。其中，充电管理电路10包括:充电芯片IC1、三极管Q18、场效应管Q17、稳压二极管DZ1。充电芯片ICl的型号为CX4056。
[0085]检测比较电路25包括:运算放大器IC2、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、三极管Ql、三极管Q2 ；
[0086]第一开关电路21包括:场效应管Q6 ；
[0087]第二开关电路22包括:场效应管Q5 ;
[0088]第三开关电路23包括:场效应管Q3、场效应管Q9 ；
[0089]第四开关电路24包括:场效应管Q4 ；
[0090]防反接电路41包括:场效应管Q7、三极管Q8和场效应管Q9 ;过充保护电路42包括:电池保护芯片IC3、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15和三极管Q16 ;过放及过流保护电路43包括:三极管QlO、三极管Ql1、开关Kl。开关Kl包括第I端、第2端和第3端。电池保护芯片IC3的型号为DW01+。
[0091]具体的，充电芯片ICl的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接。三极管Q18的基极经电阻R41与稳压二极管DZl的阴极连接，三极管Q18的集电极与场效应管Q17的栅极连接，并经电阻R42接地。三极管Q18的发射极与场效应管Q17的源极连接。场效应管Q17的漏极经电容Cl接地。充电芯片ICl的第四引脚和第八引脚与场效应管Q17的漏极连接，以及与发光二极管D3的阳极连接。发光二极管D3的阴极通过电阻R2与充电芯片ICl的第七引脚连接。场效应管Q17的漏极与发光二极管D2的阳极连接，发光二极管D2的阴极通过电阻Rl与充电芯片ICl的第六引脚连接。充电芯片ICl的第五引脚与场效应管Q6的漏极连接。场效应管Q17的源极与外部充电电源连接。发光二极管D2和D3分别用于进行充电完成指示和充电状态指示。稳压二极管DZl用于稳压。
[0092]运算放大器IC2的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接，C4的另一端经电阻R4与运算放大器IC2的反相输入端连接。运算放大器IC2的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接。运算放大器IC2的同相输入端经电阻R8与三极管Qll的发射极连接。运算放大器IC2的输出端经电阻Rll与三极管Ql的基极连接，运算放大器IC2的输出端经电阻RlO与三极管Q2的基极连接，运算放大器IC2的输出端经电阻R9与三极管Qll的发射极连接。三极管Ql的集电极与场效应管Q4的栅极连接。场效应管Q4的源极接地。
[0093]场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接，场效应管Q5的栅极经电阻R18接地，并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接。场效应管Q5的栅极经电阻R19与场效应管Q6的源极连接。场效应管Q5的源极与电池BT2 (即第二电池32)的负极连接。场效应管Q6的源极与电池输出端的一端连接。电池输出端的另一端接地。
[0094]场效应管Q5的漏极经电容C2与充电芯片ICl的第五引脚连接。
[0095]场效应管Q3的源极与场效应管Q7的源极及场效应管Q9的源极连接。场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接。场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器IC2的正电源端连接。
[0096]三极管Q2的发射极与运算放大器IC2的正电源端连接。三极管Q2的基极分别经电阻R15接地，经电阻R14与运算放大器IC2的正电源端连接。
[0097]电阻R6的一端与运算放大器IC2的正电源端连接，另一端经电阻R7接地。
[0098]运算放大器IC2的反相输入端经电阻R4与电阻R6和电阻R7之间的节点连接。
[0099]三极管Ql的基极经电阻R12与充电芯片ICl的第五引脚连接，以及经电阻R13接地。
[0100]场效应管Q4的栅极经电阻R17接地，并与场效应管Q3的栅极连接。
[0101]场效应管Q6的源极与电池BT2的正极连接。
[0102]场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接，场效应管Q9的漏极与电池BTl (即第一电池31)的正极连接，并与三极管Q8的发射极连接。电池BTl的负极接地。场效应管Q9的栅极与三极管Q8的集电极连接，并经电阻R21与三极管QlO的集电极连接，以及经电阻R22接地。三极管Q8的基极经电阻R20接地。
[0103]场效应管Q7的漏极与电池BT2的负极连接。场效应管Q7的源极与场效应管Q9的源极连接。场效应管Q7的栅极经电阻R21与三极管QlO的集电极连接，并经电阻R22接地。三极管QlO的基极与三极管Q12的集电极连接，并将电阻R24与场效应管Q6的源极连接，并与电池输出口连接。
[0104]三极管Q12的集电极与三极管Qll的集电极连接。三极管Q12的发射极与场效应管Q6的源极连接，并与电池输出口连接。三极管Q12的基极经电阻R30与三极管Q14的集电极连接。
[0105]三极管Qll的发射极经电阻R8与运算放大器IC2的同相输入端连接，并经电阻R25与三极管Qll的基极连接。三极管Qll的基极经电阻R26、电容C9与开关Kl的第三端连接。电阻R33并联在电容C9两端。
[0106]开关Kl的第一端经电阻R29与三极管Q12的集电极及三极管QlO的基极连接。电容C8并联在电阻R29两端。
[0107]开关Kl的第二端与场效应管Q6的源极连接，并与电池输出口连接。
[0108]电池保护芯片IC3的型号为DW01+，其第五引脚(VDD引脚)经电阻R34与场效应管Q6的漏极连接，并经电容ClO与场效应管Q5的漏极连接。电池保护芯片IC3的第六引脚(VSS引脚)与场效应管Q5的漏极连接，并经电阻R35与第二引脚(SCI引脚)连接。第三引脚(OC引脚)经电阻R39与三极管Q16的基极连接。第一引脚(OD引脚)经电阻R36和电容Cll与三极管Q15的基极连接。
[0109]三极管Q15的发射极与场效应管Q6的漏极连接。三极管Q15的集电极经电阻R32与三极管Q14的基极连接。三极管Q15的基极经电阻R37与场效应管Q6的漏极连接。
[0110]三极管Q16的发射极与场效应管Q6的漏极连接。三极管Q16的集电极经电阻R38与三极管Q13的基极连接。
[0111]三极管Q13的集电极与三极管Q8的集电极连接。三极管Q13的发射极接地。三极管Q13的基极经电阻R28接地。
[0112]三极管Q14的集电极经电阻R30与三极管Q12的基极连接。三极管Q14的发射极接地。三极管Q14的基极经电阻R31接地。
[0113]应理解，在本发明的实施例中，开关Kl用于对放电回路的开启和关闭进行控制。例如，用户可根据实际需要，通过控制开关Kl实现对电池放电的控制，当需要停止放电时，断开开关Kl即可。
[0114]本发明实施例的均衡式充电器的工作原理为:CN1和CN2与外部充电电源连接，为充电芯片ICl提供充电电压。运算放大器IC2的同相输入端和反相输出端分别通过电阻R8和电阻R6、电阻R7采集A点和电池BT2的电压，并将二者进行比较，若A点电压高于电池BT2的电压(即电池BT2的电压低于电池BTl的电压)，则运算放大器IC2的输出端输出低电平，三极管Q2导 通，由此，使得场效应管Q6导通和场效应管Q5导通；经场效应管Q6-电池BT2-场效应管Q5组成的回路，通过充电芯片ICl的第五引脚给电压较低的电池BT2充电。若A点电压低于电池BT2的电压(即电池BT2的电压高于电池BTl的电压)，则运算放大器IC2的输出端输出高电平，三极管Q2截止，由此，使得场效应管Q6导通和场效应管Q5截止，电池BT2的充电停止；三极管Ql导通，场效应管Q3导通，场效应管Q4导通，场效应管Q4导通，经场效应管Q3、Q9、BT1和场效应管Q4组成的回路，通过充电芯片ICl的第五引脚给电压较低的电池BTl充电。由此，通过控制运算放大器IC2的输出端的为电压，即可实现两电池的交替充电，直到两个电池均充满电。充电过程中，通过由电阻R5和电容C3组成的滞环，实现两电池的电压差值为预设差值(例如，0.1V)的交替充电，直到两电池均充满电。
[0115]在本发明的实施例中，CNl和CN2与外部充电电源连接。优选的，若单节锂离子电池的电压为4.2V，则采用普通5V的充电电源可满足多节锂离子电池的充电，例如，采用USB接口即可通过电脑等进行充电，简单方便，提升用户体验。
[0116]以下结合图4，详细介绍本发明实施例的均衡式充电器的过充、过放、过流及防止反接的具体原理:
[0117]放电时，当电池BTl和电池BT2接入电路后，电流从电池BT2的正极流过Kl的2_3端，经电阻R33、电阻R26、电阻R25以及场效应管Q7的体二极管流回电池BT2的负极，从而导通三极管Q11，进而导通三极管Q10，使得场效应管Q7、场效应管Q9导通，这样CN2端就出现了电池BT2+电池BTl的总电压。
[0118]电池的过充(超压)、过放(欠压)和过流保护是通过电池保护芯片IC3实现的。在本发明的实施例中，电池保护芯片IC3的型号为DW01+，其为常用的单节锂电池保护1C。
[0119]电池保护芯片IC3可根据运算放大器IC2的选通结果(即选择对电池BTl进行充电或对电池BT2进行充电)，监控和保护Q6-BT2-Q5回路(即电池BT2的充电回路)和Q3-Q9-BT1-Q4回路(即电池BTl的充电回路)。具体的，若运算放大器IC2的选通结果为经Q6-BT2-Q5回路为电池BT2充电，则通过电池保护芯片IC3的VDD引脚检测到的电压，可实现对电池BT2的过充保护；若运算放大器IC2的选通结果为经Q3-Q9-BT1-Q4回路为电池BTl充电，则通过电池保护芯片IC3的VDD引脚检测到的电压，可实现对电池BTl的过充保护。若出现过充，则电池保护芯片IC3的OC引脚输出低电压，从而导通三极管Q16和三极管Q13，从而关闭场效应管Q7和场效应管Q9。
[0120]在放电过程中，电池保护芯片IC3通过其VDD引脚的感测电压实现过放保护，若出现过放，则电池保护芯片IC3的OD引脚输出低电压，从而导通三极管Q15、三极管Q14和三极管Q12，使三极管QlO截止，从而关闭场效应管Q7和场效应管Q9。电池保护芯片IC3通过其SCI引脚脚感测电压压降(即等效于电流)实现过流保护，若出现过流，则电池保护芯片IC3的OD引脚输出低电压，从而导通三极管Ql5、三极管Q14和三极管Ql2，使三极管QlO截止，从而关闭场效应管Q7和场效应管Q9。
[0121]在本发明实施例中，若电池BTl反接，则将有电流通过电阻R20流入三极管Q8的基极，并从其发射极流出，从而导通三极管Q8，进而将场效应管Q7、场效应管Q9的栅极拉到负电平，关闭场效应管Q7和场效应管Q9。若果电池BT2反接，那么上述三极管Qll的导通过程无法建立场效应管Q7和场效应管Q9将保持在关闭状态。由此，可实现防止电池的反接。
[0122]应理解，图4所示的电路图仅为本发明一较佳实施例的电路图，在该电路的实现原理的基础上，还可设计出多种不同的电路以实现本发明实施例的均衡式充电。此外，还可通过单片机等实现本发明实施例的均衡式充电器。
[0123]本发明实施例的均衡式充电器仅需要一个充电管理电路、一个检测比较电路和一个放电保护电路，即可实现对多节锂离子电池的充放电，而不需要为每一个电池均配置BMS，也不需要为每一个电池配置一个检测电路，由此，不仅可以节约成本，还可减少检测难度。且由于对电池进行交替充电，充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可，提高了电压的可适应性。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性；不采用升压电路进行高压充电，避免产生高频辐射。
[0124]参见图5为本发明实施例的均衡式充电方法的流程图。本发明实施例的均衡式充电方法包括以下步骤:
[0125]S1、检测每一电池的电压；
[0126]S2、基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。
[0127]所述步骤S2具体包括:
[0128]将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0129]或，所述步骤S2具体包括:
[0130]将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
[0131]本发明实施例的均衡式充电方法还包括:
[0132]S3、检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测电池放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护；
[0133]S4、检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。
[0134]应理解，上述的交替充电方式仅为示意性的，此外，还可采用其他的方式进行交替充电，例如，顺序交替充电(B1、B2、B3……依次循环交替充电)、间隔交替充电(B1、B3、B2、B4……间隔循环交替充电)等交替充电方式均在本发明实施例的交替充电的涵盖范围内。
[0135]本发明实施例的均衡式充电方法的实现细节已在上述均衡式充电器的描述中体现，在此不再详述。
[0136]应理解，本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现(例如，由单片机实现)。
[0137]流程图中或在本发明的实施例中以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所述技术领域的技术人员所理解。
[0138]本发明实施例的均衡式充电器及方法，对电池进行交替充电和检测，可节约成本，减少检测难度。且由于对电池进行交替充电，充电电源的电压仅需要满足单节电池的电压即可，提高了电压的可适应性。此外，采用本发明实施例的均衡式充电器可使得电池配对方便，不会出现由于锂离子电池串联出现的不平衡性问题。本发明实施例的均衡式充电器及方法还具有防反接、过充、过放及过流保护功能，大大提高了电池充电的安全性；不采用升压电路进行高压充电，避免产生高频辐射。
[0139]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种均衡式充电器，其特征在于，包括:电池组(30)、充电管理电路(10)和充电控制电路(20)； 所述电池组(30)包括至少两个串联连接的电池； 所述充电管理电路(10)与所述充电控制电路(20)连接；所 述电池组(30)与所述充电控制电路(20)连接； 所述充电管理电路(10)用于实现所述电池的恒压恒流充电； 所述充电控制电路(20)用于检测所述电池组(30)中电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。2.根据权利要求1所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充电控制电路(20)包括分别与所述充电管理电路(10)和电池组(30)连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路； 所述检测比较电路用于将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。3.根据权利要求1所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充电控制电路(20)包括分别与所述充电管理电路(10)和电池组(30)连接的检测比较电路和多个分别与每一电池连接的开关电路； 所述检测比较电路用于将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。4.根据权利要求2或3任一项所述的均衡式充电器，其特征在于，所述均衡式充电器还包括:充放电保护电路(40)； 所述充放电保护电路(40)分别与所述电池组(30)和充电控制电路(20)连接； 所述充放电保护电路(40)用于检测充电过程中的电池电压以进行过充保护，以及检测电池放电过程中的电流和电池电压以进行过流和过放保护；所述充放电保护电路(40)还用于检测电池是否接反，若接反则断开充电通路或放电通路。5.根据权利要求4所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充放电保护电路(40)包括:防反接电路(41)、过充保护电路(42)、过放及过流保护电路(43)； 其中，防反接电路(41)与所述电池组(30)连接；过充保护电路(42)分别与所述电池组(30)及检测比较电路(25)连接；过放及过流保护电路(43)与所述电池组(30)连接。6.根据权利要求5所述的均衡式充电器，其特征在于，所述电池组(30)包括:串联连接的第一电池(31)和第二电池(32)； 所述充电控制电路(20)包括:第一开关电路(21)、第二开关电路(22)、第三开关电路(23)、第四开关电路(24)和检测比较电路(25); 所述充电管理电路(10)与所述检测比较电路(25)连接；所述第一开关电路(21)分别与所述检测比较电路(25)和所述第一电池(31)连接；所述第二开关电路(22)分别与所述检测比较电路(25)和所述第一电池(31)连接；所述第三开关电路(23)分别与所述检测比较电路(25)和所述第二电池(32)连接；所述第四开关电路(24)分别与所述检测比较电路(25)和第二电池(32)连接； 所述检测比较电路(25)分别与所述第一电池(31)和第二电池(32)连接； 所述检测比较电路(25)用于检测并比较所述第一电池(31)和第二电池(32)的电压，并选择导通所述第一开关电路(21)和第二开关电路(22)以给所述第一电池(31)充电或选择导通所述第三开关电路(23)和第四开关电路(24)以给所述第二电池(32)充电。7.根据权利要求6所述的均衡式充电器，其特征在于，所述充电管理电路(10)包括:充电芯片(ICl);所述充电芯片(ICl)的型号为CX4056 ； 所述检测比较电路(25)包括:运算放大器(IC2)、采样电阻R6、采样电阻R7、采样电阻R8、电阻R5、电容C3、电容C4、三极管Ql和三极管Q2 ； 所述第一开关电路(21)包括:场效应管Q6 ； 所述第二开关电路(22)包括:场效应管Q5 ; 所述第三开关电路(23)包括:场效应管Q3和场效应管Q9 ； 所述第四开关电路(24)包括:场效应管Q4 ; 充电芯片(ICl)的第四引脚和第三引脚与外部充电电源连接；充电芯片(ICl)的第五引脚与场效应管Q6的漏极连接； 运算放大器(IC2)的同相输入端经电阻R5与电容C4的一端连接，电容C4的另一端经电阻R4与运算放大器(IC2)的反相输入端连接；运算放大器(IC2)的同相输入端经电容C3与电容C4的一端连接；运算放大器(IC2)的输出端与三极管Ql的基极连接，运算放大器(IC2)的输出端与三极管Q2的基极连接；三极管Ql的集电极与场效应管Q4的栅极连接；场效应管Q4的源极接地；场效应管Q4的漏极与场效应管Q5的漏极连接，场效应管Q5的栅极接地，并分别与三极管Q2的集电极和场效应管Q6的栅极连接；场效应管Q5的栅极与场效应管Q6的源极连接；场效应管Q5的源极与第二电池(32)的负极连接；场效应管Q5的漏极经电容C2与充电芯片(ICl)的第五引脚连接； 场效应管Q3的源极与场效应管Q7的源极及场效应管Q9的源极连接；场效应管Q3的漏极与场效应管Q6的漏极连接；场效应管Q3的栅极经电阻R16与运算放大器(IC2)的正电源端连接； 三极管Q2的发射极与运算放大器(IC2)的正电源端连接；三极管Q2的基极与运算放大器(IC2)的正电源端连接；采样电阻R6的一端与运算放大器(IC2)的正电源端连接，另一端经采样电阻R7接地； 运算放大器(IC2)的反相输入端与采样电阻R6和采样电阻R7之间的节点连接； 三极管Ql的基极与充电芯片(ICl)的第五引脚连接； 场效应管Q4的栅极与场效应管Q3的栅极连接； 场效应管Q6的源极与第二电池(32)的正极连接； 场效应管Q9的源极与场效应管Q3的源极连接，场效应管Q9的漏极与第一电池(31)的正极连接；场效应管Q9的栅极接地；第一电池(31)的负极接地。8.根据权利要求7所述的均衡式充电器，其特征在于，所述防反接电路(41)包括:场效应管Q7、三极管Q8和场效应管Q9 ； 场效应管Q7的漏极与第二电池(12)的负极连接；场效应管Q7的源极与场效应管Q9的源极连接；场效应管Q7的栅极与三极管Q8的集电极连接；场效应管Q9的栅极与三极管Q8的集电极连接；三极管Q8的基极经电阻R20与第一电池(11)的负极连接，三极管Q8的发射极与场效应管Q9的漏极连接，三极管Q8的集电极经电阻R20接地。9.一种均衡式充电方法，其特征在于，包括: 51、检测电池的电压； 52、基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。10.根据权利要求9所述的均衡式充电方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括: 将检测到的电池电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电； 或 所述步骤S2具体包括: 将检测到的电压进行比较，并根据比较结果将各个电池的电压按照电压高低进行排序，并选择导通相应的开关电路以从电压最低的电池依次开始充电，使得每一电池与电压最高的电池的电压差值均为预设差值，然后将各电池的电压进行两两比较，并根据比较结果，选择导通相应的开关电路以为电压较低的电池充电且充电电量为预设充电阈值，若两者的电压相等时，则选择导通相应的开关电路以为任一电池充电且充电电量为预设充电阈值，直到每一个电池均充满电。
【专利摘要】本发明公开了一种均衡式充电器及方法，所述均衡式充电器包括：电池组(30)、充电管理电路(10)和充电控制电路(20)；所述电池组(30)包括至少两个串联连接的电池；所述充电管理电路(10)与所述充电控制电路(20)连接；所述电池组(30)与所述充电控制电路(20)连接；所述充电管理电路(10)用于实现所述电池的恒压恒流充电；所述充电控制电路(20)用于检测所述电池组(30)中电池的电压，并基于检测结果对各电池进行交替充电，直到每个电池均充满电。实施本发明的有益效果是，可实现对多节锂离子电池的充放电，节约成本、减少检测难度、提高电压的可适应性、使得电池配对方便、防止电池反接、防止过充、过防止放及防止过流。
【IPC分类】H02J7/00, H02H7/18
【公开号】CN104901373
【申请号】CN201510304509
【发明人】刘晓刚
【申请人】深圳市爱兰博功率电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月4日
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