具有电池诊断功能的充电器及其驱动方法技术

具有电池诊断功能的充电器及其驱动方法。本文公开了具有电池诊断功能的充电器。该充电器连接在电池和提供输入电压的输入电源之间，并且利用输入电压对电池进行充电。该充电器包括：全桥电路，该全桥电路连接至输入电源并且包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；变压器，该变压器包括一次绕组和二次绕组，其中，该一次绕组连接至全桥电路以对从全桥电路接收的输入电压进行转换，并且将经转换的电压传输至该二次绕组；以及整流电路，该整流电路包括第五开关和第六开关，该第五开关和该第六开关连接在二次绕组和电池之间，并且对从变压器接收的电压进行整流以对电池进行充电，或者在两个方向上传输电力以诊断电池的健康状态。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及具有电池诊断功能的充电器及其驱动方法，并且更具体地，涉及能够诊断电池的健康状态和异常状态的充电器及其驱动方法。
技术介绍
通常，电池执行用于将化学能转变成电能的放电循环和用于将电能转变成化学能的充电循环。最常用的电池是作为原电池的应用的铅蓄电池，该铅蓄电池包含硫酸溶液、铅(Pb)电极和二氧化铅(PbO2)电极，并且该铅蓄电池的健康状态由于包括内部活性材料的变化以及由长时间重复充电和放电循环导致的自放电在内的许多不同种类的老化过程而缩短。另外，上文描述的电池利用经由充电器的电力定期充电。通常，这种充电器除了电池充电功能以外，不提供能够诊断电池的状态的功能。结果，用户不能在使用电池时识别电池的健康状态，以得到关于不可操作的状态的预报或者由电池的健康状态的急剧下降而导致的系统故障的指示，使得系统的可靠性可能降低。为了解决这种问题，已经积极地开展了关于能够在对电池进行充电时诊断电池的健康状态并且向用户通知诊断结果的充电器的研究。使用电池的库仑系数并且基于电池模型的参数变化来计算电池的最大可用容量，诊断电池的健康状态的方法是有代表性的。但是，上述方法的缺点在于，电池的健康状态的诊断算法既复杂又不太可靠。
技术实现思路
因此，根据本公开的一个方面，提供了一种充电器及其驱动方法，该充电器具有简化的电池诊断算法，并且被配置为向电池施加扰动电压并且使用能够双向地传输电力的充电器基于根据扰动电压的响应电流来诊断电池的健康状态。根据本公开的一个方面，提供了一种具有电池诊断功能的充电器，该充电器连接在电池和用于提供输入电压的输入电源之间以利用所述输入电压对所述电池进行充电，该充电器包括：全桥电路，所述全桥电路连接至所述输入电源，并且包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；变压器，所述变压器包括一次绕组和二次绕组，所述一次绕组连接至所述全桥电路，并且转换从所述全桥电路接收的所述输入电压以将所述电压传输至所述二次绕组；以及整流电路，所述整流电路包括第五开关和第六开关，所述第五开关和所述第六开关连接在所述二次绕组和所述电池之间，并且被配置为对从所述变压器接收的电压进行整流以对所述电池进行充电，或者双向地传输电力以便诊断所述电池的健康状态。另外，还可以包括控制器，所述控制器被配置为控制包括所述第一开关至所述第六开关的多个开关以利用所述输入电压对所述电池进行充电或者施加用于诊断所述电池的健康状态的扰动电压，并且根据所述扰动电压来基于从所述电池输出的响应电流诊断所述电池的健康状态。另外，所述全桥电路可以包括彼此并联连接的第一支线(leg)和第二支线，其中，所述第一开关和所述第二开关可以设置在所述第一支线处，并且所述第三开关和所述第四开关可以设置在所述第二支线处。另外，所述第一开关至所述第四开关中的每一个开关可以设置有彼此并联连接的寄生电容器和体二极管。另外，所述变压器可以在其二次绕组处设置有分接头(tap)。另外，还可以包括平滑电路，所述平滑电路连接至设置在所述二次绕组处的所述分接头。此外，所述整流电路可以包括连接至所述二次绕组的一端的第六开关以及连接至所述二次绕组中的另一端的第五开关。另外，所述第五开关和所述第六开关中的每一个开关可以设置有彼此并联连接的寄生电容器和体二极管。另外，所述第一开关至所述第四开关可以通过零电压切换(ZVS)而接通。根据本公开的另一方面，提供了一种驱动充电器的方法，该充电器具有电池诊断功能并且包括：全桥电路，所述全桥电路用于接收输入电压，并且具有第一开关至第四开关；变压器，所述变压器具有一次绕组和二次绕组，所述一次绕组连接至所述全桥电路，并且对从所述全桥电路接收的输入电压进行转换以将经转换的电压传输至所述二次绕组；第五开关和第六开关；以及整流电路，所述整流电路连接至所述二次绕组以对从所述变压器接收的电压进行整流，以便对所述电池进行充电，所述方法包括以下步骤：根据所述第一开关至所述第四开关的接通操作或断开操作来将所述输入电压传输至所述变压器；根据所述第五开关和所述第六开关的接通操作或断开操作来对所述输入电压进行整流，以对所述电池进行充电；当所述电池的充电完成时，向所述电池施加扰动电压；以及基于从所述电池输出的响应电流来诊断所述电池的健康状态。另外，当所述第一开关至所述第四开关被接通时，根据所述第一开关至所述第四开关的接通操作或断开操作来将所述输入电压传输至所述变压器的步骤可以通过ZVS来操作，因此将所述输入电压传输至所述变压器。另外，根据所述第五开关和所述第六开关的接通操作或断开操作来对所述输入电压进行整流以对所述电池进行充电的步骤可以包括以下步骤：将所述第六开关连接至所述二次绕组的一端，并且将所述第五开关连接至所述二次绕组的另一端，其中，所述全桥电路可以包括彼此并联连接的第一支线和第二支线，当设置在所述第一支线的顶部的所述第一开关或者设置在所述第二支线的底部的所述第四开关被接通时，接通所述第五开关；当所述第一开关和所述第四开关被断开时，断开所述第五开关；当所述第一支线的底部的所述第二开关或者所述第二支线的顶部的所述第三开关被接通时，接通所述第六开关；以及当所述第二开关和所述第三开关被断开以对所述输入电压进行整流时，断开所述第六开关，因此对所述电池进行充电。另外，所述第一开关至所述第六开关中的每一个开关可以包括彼此并联连接的寄生电容器和体二极管。另外，还可以包括以下步骤：根据所述第五开关和所述第六开关的接通操作或断开操作来双向地传输电力。根据以上所描述的本公开的一个方面，使用能够双向地传输电力的充电器，可以通过向电池施加扰动电压并基于根据扰动电压的响应电流来诊断电池的健康状态的算法来简单且精确地诊断电池的健康状态。另外，通过ZVS来操作包括在充电器中的多个开关，使得可以由于开关损耗的减少而使充电器的总损耗减少。另外，包括在充电器中的整流电路执行同步的整流，使得可以减少传导损耗。附图说明通过参照附图详细地描述本公开的示例性实施方式，本公开的上述目的及其它目的、特征和优点对于本领域技术人员来说将变得更显而易见，其中：图1是根据本公开的一个实施方式的具有电池诊断功能的充电器的示意电路图；图2是例示在根据本专利技术的一个实施方式的具有电池诊断功能的充电器的第一操作模式至第七操作模式下在元件中流动的电流和施加至所述元件的电压的曲线图；图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9分别是用于描述根据本公开的一个实施方式的具有电池诊断功能的充电器的第一操作模式至第七操作模式的示意电路图；图10是根据本公开的一个实施方式的充电器的恒定电流和恒定电压(CC/CV)充电的控制框图；以及图11是例示根据本公开的一个实施方式的电池的等效电路的示意电路图。具体实施方式将参照附图描述本公开的说明，附图将可由本公开实现的实施方式示出为示例。将充分详细地描述这些实施方式，以使得本领域技术人员能够实施。本公开的各个实施方式虽然彼此不同，但是应理解它们不需要相互排斥。例如，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中所公开的特定形状、结构和特征可以与一个实施方式关联地由另一个实施方式实现。另外，应理解的是，可以在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下修改在相应的实施方式中公开的相应组件的位置和布置。因此，稍后要公开的实施方式不应该被理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电池诊断功能的充电器，其中，所述充电器连接在电池和提供输入电压的输入电源之间并且利用所述输入电压对所述电池进行充电，所述充电器包括：全桥电路，所述全桥电路连接至所述输入电源，并且包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；变压器，所述变压器包括一次绕组和二次绕组，其中，所述一次绕组连接至所述全桥电路以对从所述全桥电路接收的所述输入电压进行转换，并且将经转换的电压传输至所述二次绕组；以及整流电路，所述整流电路包括第五开关和第六开关，所述第五开关和所述第六开关连接在所述二次绕组和所述电池之间，并且对从所述变压器接收的电压进行整流以对所述电池进行充电，或者在两个方向上传输电力以诊断所述电池的健康状态。

【技术特征摘要】
2015.05.29 KR 10-2015-0076673;2015.09.01 KR 10-2011.一种具有电池诊断功能的充电器，其中，所述充电器连接在电池和提供输入电压的输入电源之间并且利用所述输入电压对所述电池进行充电，所述充电器包括：全桥电路，所述全桥电路连接至所述输入电源，并且包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；变压器，所述变压器包括一次绕组和二次绕组，其中，所述一次绕组连接至所述全桥电路以对从所述全桥电路接收的所述输入电压进行转换，并且将经转换的电压传输至所述二次绕组；以及整流电路，所述整流电路包括第五开关和第六开关，所述第五开关和所述第六开关连接在所述二次绕组和所述电池之间，并且对从所述变压器接收的电压进行整流以对所述电池进行充电，或者在两个方向上传输电力以诊断所述电池的健康状态。2.根据权利要求1所述的充电器，该充电器还包括：控制器，所述控制器控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关，以利用所述输入电压对所述电池进行充电或者施加用于诊断所述电池的健康状态的扰动电压，并且响应于所述扰动电压来基于从所述电池输出的响应电流诊断所述电池的健康状态。3.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述全桥电路包括彼此并联连接的第一支线和第二支线，并且其中，所述第一开关和所述第二开关连接至所述第一支线，并且所述第三开关和所述第四开关连接至所述第二支线。4.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关中的每一个包括彼此并联连接的寄生电容器和体二极管。5.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述变压器包括所述二次绕组中的分接头。6.根据权利要求5所述的充电器，该充电器还包括平滑电路，所述平滑电路连接至所述二次绕组中的所述分接头。7.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述第六开关连接至所述二次绕组的一端；并且所述第五开关连接至所述二次绕组的另一端。8.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述第五开关和所述第六开关中的每一个包括彼此并联连接的寄生电容器和体二极管。9.根据权利要求1所述的充电器，其中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关中的每一个通过零电压切换ZVS而接通。10.根据权利要求2所述的充电器，其中，根据下式来计算所述电池的阻抗：其中，Z(ω)表示所述电池的所述阻抗，Vm表示所述扰动电压的峰值，Im表示所述响应电流的峰值，并且表示所述响应电流和所述扰动电压之间的相位角，其中，根据下式来获得所述电池的使用所述阻抗诊断健康状态的等效电路： S O H a r b i t r a r y = | R s s e l e c t e d - R s a g e d R s f r e s h - R s a g e d | , ]]>其中，表示所述电池的健康状态SOH，表示所述电池的欧姆电阻，表示老化的电池的欧姆电阻，并且表示新的电池的欧姆电阻。11.根据权利要求10所述的充电器，其中，所述充电器根据所述电池的所述响应电流来计算阻抗谱，并且所述充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔宇镇，崔文植，
申请(专利权)人：崇实大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR