專利名稱：一種節(jié)電型蓄電池快速充電器及智能化充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池快速充電器及充電方法，特別涉及一種節(jié)電型蓄電池快速充電器及 智能化充電方法，屬于蓄電池快速充電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)就應(yīng)用于電動(dòng)交通工具中蓄電池充電設(shè)備加以說明經(jīng)調(diào)研及査閱資料，國家知識產(chǎn)權(quán)
局公布申請?zhí)枮?1126621.X蓄電池脈沖快速充電器及其充電方法，及申請?zhí)枮?200710045718.2的電動(dòng)車蓄電池的快速充電器專利，其蓄電池充電電源均采用開關(guān)電源模式， 即采用220V交流電經(jīng)整流、濾波后生成直流電，再通過高頻功率開關(guān)逆變?yōu)楦哳l脈沖，然后 經(jīng)高頻脈沖變壓器降壓及整流、濾波后，得到可用于蓄電池充電的直流電源。高頻功率開關(guān)的 調(diào)制頻率一般為數(shù)十KHZ至數(shù)百KHZ之間。高頻脈沖變壓器的引入減小了傳統(tǒng)220V 50 HZ 電源變壓器的體積和重量，降低了損耗、提高了效率。
但是，上述快速充電器專利仍然存在三方面缺陷，充電過程中的能量損失仍然較大，智能 化程度也不夠高。
其一、盡管上述快速充電器采用高頻脈沖變壓器模式，由于仍然.存在高頻脈沖變壓器即 仍然存在繞組和磁芯，因此，在電壓變換的過程中仍然有較大的能量損失。
其二、上述快速充電器專利均根據(jù)上世紀(jì)70年代，/.A馬斯研究的蓄電池充電接受電流
的特性，提出的蓄電池充電接受電流與其放電歷史有關(guān)的馬斯三定律蓄電池可采用脈沖方式，
將電量快速充入電池；每個(gè)充電脈沖之間的間歇使電池有時(shí)間進(jìn)行熱量消散和溶液擴(kuò)散，^使充
電接受電流的能力得到恢復(fù)；同時(shí)，在脈沖充電過程中引入短時(shí)間的放電脈沖，產(chǎn)生去極化作 用即通過放出小部分電量去提高蓄電池的充電電流接受率，使得蓄電池能在較高的充電電、流 下進(jìn)行脈沖充電，實(shí)現(xiàn)快速充電的目的。但上述充電器專利在脈沖快速充電過程中每隔一定時(shí) 間進(jìn)行一次脈沖放電，放電電流經(jīng)外接電阻閉合，導(dǎo)致電能以熱量形式白白消耗，使得快速充 電器效率降低。
其三、申請?zhí)枮?00710045718.2的電動(dòng)車蓄電池的快速充電器專利，所述的智能化控制 僅限于使用微處理器或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)充電一停止充電一放電一停止放電一充電的充電過程的控 制程序，與真正智能化充電相距較遠(yuǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，就是要克服上述快速充電器的缺陷，指出一種節(jié)電型快速充電器其 節(jié)電措施是通過兩方面實(shí)現(xiàn)的，其一，簡化了充電器開關(guān)電源結(jié)構(gòu)，不再采用高頻脈沖變壓器 進(jìn)行降壓的方式，減少了耗能元件的數(shù)量，使得電源效率得到提高；其二，上述快速充電器專 利為提高蓄電池的充電電流接受率，在脈沖充電過程中引入短時(shí)間的放電脈沖，以去極化達(dá)到 快速充電的目的，放電電流經(jīng)外接電阻閉合，電能以熱量形式白白消耗。而本發(fā)明對于脈沖放 電的能量，利用儲(chǔ)能電容進(jìn)行能量吸收并回饋到充電電路實(shí)現(xiàn)回充，進(jìn)一步提高了能量利用效 率，實(shí)現(xiàn)了快速充電與節(jié)能充電的雙重目標(biāo)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在節(jié)電型快速充電器的基礎(chǔ)上采用智能化控制充電策略。由于蓄 電池在快速充電控制過程中，充、放電脈沖的頻率、幅值、占空比等參數(shù)對充電效果及蓄電池 壽命影響很大。蓄電池業(yè)界有這樣的觀點(diǎn)"蓄電池不是用壞的，而是充壞的。"可見充電策略 的選擇不僅僅是提高充電速度的問題，而且具有保護(hù)蓄電池、延長其壽命的功能。蓄電池的荷 電狀態(tài)(S0C)=剩余容量/完全滿電容量，描述的是電池當(dāng)前的實(shí)際可用電量，與其內(nèi)阻的阻值 具有相關(guān)性。因此，在蓄電池進(jìn)行充電之前，首先應(yīng)檢測蓄電池內(nèi)阻及電壓，并通過內(nèi)阻判斷 蓄電池目前狀況，然后根據(jù)蓄電池生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說明書選擇相應(yīng)的充電策略。如蓄電池組放 電過多時(shí)，蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC)處于低段(如SOC < 10% )，內(nèi)阻較大，根據(jù)相關(guān)研究及蓄電 池生產(chǎn)廠家的要求此時(shí)，蓄電池不適合大電流充電。只有在荷電狀態(tài)SOC中間段(如10。/G〈SOC 〈90%)，蓄電池可接受較大的充電電流；而當(dāng)蓄電池的荷電狀態(tài)SOC在高段(如SOC 〉 90% )吋， 充電不當(dāng)將導(dǎo)致鉛酸電池大量發(fā)熱和電池的容量衰減迅速，壽命嚴(yán)重縮短。對于鋰離子電池而 言,過充電也會(huì)使得電池的電解液分解,產(chǎn)生的氣體壓力增加、電池的溫度迅速上升，繼續(xù)充電 甚至?xí)?dǎo)致電池的損毀乃至爆炸。因此，在蓄電池進(jìn)行充電的過程中，在線實(shí)時(shí)檢測蓄電池電
壓、充電電流、溫度等參數(shù)，尤其是在線實(shí)時(shí)檢測與蓄電池荷電狀態(tài)(soc)直接相關(guān)的內(nèi)阻， 以判斷蓄電池荷電狀態(tài)soc更為重要；檢測蓄電池內(nèi)阻及電壓，判斷蓄電池的荷電狀態(tài)soc在高
段(如S0C > 90% )時(shí)，應(yīng)及時(shí)根據(jù)蓄電池生產(chǎn)廠家產(chǎn)品說明書的要求，采取相應(yīng)的降低充電電
流等充電策略。
上述可見，本發(fā)明對蓄電池進(jìn)行充電的過程中采用了閉環(huán)控制方式，通過設(shè)置的檢測電路 在線實(shí)時(shí)檢測蓄電池的內(nèi)阻，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，與在線實(shí)時(shí)檢測蓄電池的電壓、充電電
流和溫度一起，作為檢測量送入由單片機(jī)構(gòu)成的智能單元；給定量為單片機(jī)存儲(chǔ)區(qū)中事先存儲(chǔ) 的根據(jù)蓄電池生產(chǎn)廠家產(chǎn)品說明書，對充電的電壓、電流和溫度的要求，以及蓄電池內(nèi)阻與蓄 電池的荷電狀態(tài)(SOC)的關(guān)系曲線；檢測量與給定量在單片機(jī)中通過運(yùn)算進(jìn)行比較、判斷，并 不斷調(diào)整充、放電脈沖的幅值、頻率和占空比，以構(gòu)成智能化充電模式。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用兩級濾波電容中間加一級電子開關(guān)方式取代高頻變壓器。 第一級將交流電經(jīng)橋式整流、電容濾波后形成較高直流電源，通過中間電子開關(guān)導(dǎo)通步頁率和占 空比的控制向第二級濾波電容充電，形成脈寬調(diào)制即PTOI調(diào)壓方式。第二級濾波電容上電壓的 高低取決于中間電子開關(guān)導(dǎo)通頻率和占空比構(gòu)成的平均電壓，檢測第二級濾波電容上的電壓并 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)，與設(shè)定電壓比較后，通過對電子開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)使第二級濾波 電容上的電壓達(dá)到設(shè)定值，用于蓄電池進(jìn)行充電，去掉了高頻變壓器，提高了效率。
同時(shí)，本發(fā)明去掉放電電阻，用數(shù)級儲(chǔ)能電容取而代之，具體級數(shù)可根據(jù)需要設(shè)定，本例 中采用兩級。兩級電容經(jīng)過電子開關(guān)并聯(lián)在蓄電池兩端，當(dāng)蓄電池需要放電時(shí)觸發(fā)電子開關(guān)導(dǎo) 通向并聯(lián)電容放電(等效給電容充電)，蓄電池放電電流的大小取決于并聯(lián)電容的容量及并聯(lián)級 數(shù)。放電電流持續(xù)的時(shí)間則取決于并聯(lián)電容回路中電子開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，由單片機(jī)進(jìn)行控制。 當(dāng)通過檢測外接并聯(lián)電容上的電壓，達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，單片機(jī)控制電子開關(guān)使并聯(lián)電容轉(zhuǎn)換成 串連模式，以構(gòu)成自舉電路將電容電位提高，然后將電能回灌給充電器相應(yīng)的儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn) 了放電電流的能量回收，以達(dá)到節(jié)能的目的。
為了實(shí)現(xiàn)智能化充電的方法，本裝置采用閉環(huán)控制方式從充電開始到充電過程及充電結(jié)
束，不斷檢測蓄電池的內(nèi)阻、電壓和溫度及相關(guān)濾波電容的電壓，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量送入 由單片機(jī)構(gòu)成的智能單元，并與單片機(jī)存儲(chǔ)區(qū)中事先通過實(shí)驗(yàn)得到的一些先驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比
較、判斷，并不斷調(diào)整充、放電脈沖的頻率、幅值和占空比，以期構(gòu)成"傻瓜"型智能化充電
模式。以鉛酸電池為例反映蓄電池狀態(tài)的重要參數(shù)主要有蓄電池的健康狀態(tài)(SOH)=測量
的滿電容量/額定容量，反映當(dāng)前電池完全充滿電后的有效電量；電池的荷電狀態(tài)(SOC)=剩余
容量/完全滿電容量，描述的是電池當(dāng)前的實(shí)際可用電量。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的電池內(nèi)阻檢測就可以判
斷電池的荷電狀態(tài)(SOC)及健康狀態(tài)(SOH)。
由于蓄電池屬于有源器件，其內(nèi)阻數(shù)值一般只有幾十毫歐，所以必須用特殊方法進(jìn)行檢測。
如鉛酸電池的內(nèi)阻檢測技術(shù)主要有直流放電法、交流阻抗法等。本裝置采用直流放電法原 理是通過由蓄電池向電阻負(fù)載以較大電流放電極短時(shí)間，即使電池中流過一階躍電流I,則電
池端電壓的相應(yīng)變化AV即可反映電池內(nèi)阻的大小， 一般需要40A以上大電流放電，則檢測內(nèi) 阻精度較高。由于放電電流時(shí)間極短為毫秒級，而整個(gè)充電過程中內(nèi)阻檢測放電次數(shù)不超過IO
次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于為了去極化而放電的次數(shù)，故對電動(dòng)交通工具采用的安時(shí)級電池的能量損失極小， 可忽略不計(jì)。這種在線極短時(shí)間深度放電電流即可在線準(zhǔn)確檢測了蓄電池的內(nèi)阻，又有利于去 極化，因而在線檢測采用直流放電法。
從上述可見，本發(fā)明所述的一種節(jié)電型蓄電池快速充電器及智能化充電方法，應(yīng)用于電動(dòng) 運(yùn)輸工具蓄電池快速充電時(shí)具有很突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，本發(fā)明采用兩級濾波電容中間加一級電
5子開關(guān)取代高頻脈沖變壓器，形成脈寬調(diào)制即PWM調(diào)壓方式。去掉了高頻脈沖變壓器，提高了 效率。
其次，本發(fā)明去掉放電電阻，用儲(chǔ)能電容取而代之，當(dāng)蓄電池需要放電時(shí)經(jīng)過電子丌關(guān)向 并聯(lián)電容放電(等效給電容充電)，然后將電能回灌給充電器相應(yīng)的儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn)了放電電流 的能量回收，以達(dá)到快充、節(jié)能的的雙重目的。
其三、本發(fā)明采用智能化充電的方法，通過閉環(huán)控制方式在線檢測蓄電池的內(nèi)阻、電壓 和溫度及相關(guān)濾波電容的電壓，反饋給智能單元以控制充、放電脈沖的頻率、幅值、占空比和 充電時(shí)間，構(gòu)成了 "傻瓜"型智能化充電模式。實(shí)現(xiàn)安全(指對蓄電池充電過程的^f呆護(hù)措施) 及高速、高效、智能化的充電過程。
綜上所述，本發(fā)明在應(yīng)用于電動(dòng)交通工具蓄電池充電時(shí)，具有的優(yōu)點(diǎn)是相關(guān)裝置無法實(shí)現(xiàn)的。
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步加以說明，其中 圖1采用高頻脈沖變壓器降壓方式框圖； 圖2采用脈寬調(diào)制(PWM)降壓方式框圖； 圖3脈沖快速充、放電電流波形圖； 圖4脈沖快速充電、電阻放電結(jié)構(gòu)圖5脈沖快速充電、放電電流吸收、回饋及內(nèi)阻檢測結(jié)構(gòu)圖； 圖6鉛酸蓄電池內(nèi)阻與剩余容量關(guān)系曲線； 圖7充電器智能單元硬件結(jié)構(gòu)框圖； 圖8充電器智能化充電方法流程圖； 圖9為智能化充電方法上位機(jī)(PC機(jī))部分框圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖將詳細(xì)描述具體實(shí)施方案。
圖1采用高頻脈沖變壓器降壓方式框圖1由220V交流電經(jīng)二極管全橋11整流后由電容12濾波形成直流電源，由電子開關(guān)18 調(diào)制成高頻脈沖提供給高頻脈沖變壓器13，其副邊轉(zhuǎn)化為低壓高頻脈沖，經(jīng)二極管14半波整 流、電容15濾波構(gòu)成適合蓄電池所需的直流充電電壓。模塊16采集直流充電電壓的數(shù)值與設(shè) 定進(jìn)行比較、判斷，然后模塊17輸出P麗脈沖，控制電子開關(guān)18的導(dǎo)通脈沖占空比，以調(diào)節(jié)直流充電電壓。電路中充電電壓比較、判斷16及P麗調(diào)節(jié)17模塊，實(shí)質(zhì)為采用高步頁脈沖變壓 器降壓電路即DC-DC (直流一直流變換)電路，由于采用高頻調(diào)制的模式，因而效率高于工頻 50HZ變壓器降壓的效率。模塊16、 17、 18通過檢測、比較、判斷及PB1調(diào)節(jié)施加到高頻脈沖 變壓器的脈沖電壓寬度，進(jìn)而調(diào)整高頻脈沖變壓器的輸出脈沖電壓寬度，達(dá)到穩(wěn)定 俞出直流充 電電壓的目的，形成閉環(huán)直流穩(wěn)壓電源的效果。高頻脈沖的頻率范圍一般在幾十KHZ至幾百 KHZ，效率在90%左右。傳統(tǒng)直流DC-DC降壓電路是由模塊16、 17共同構(gòu)成專用芯片如MC3842、 MC3843等控制形成的。
圖2采用脈寬調(diào)制(PmO降壓方式框圖2是圖1的簡化方式，同樣由220V交流電經(jīng)二極管全橋21整流后由電容22濾波成直 流電源，由光控PWM電子開關(guān)23調(diào)制成高頻脈沖提供給濾波電容24，構(gòu)成適合蓄電池所需的 直流充電電壓。圖2中去掉了圖1中高頻脈沖變壓器13及電子開關(guān)18，用光控P觀電子開關(guān) 23取而代之。模塊25采集直流充電電壓的數(shù)值進(jìn)入單片機(jī)中A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并與單片機(jī) 設(shè)定的直流充電電壓數(shù)值進(jìn)行比較、判斷，然后單片機(jī)控制PWM調(diào)節(jié)模塊26輸出波形的占空 比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定直流充電電壓的目的，形成閉環(huán)直流穩(wěn)壓電源的效果，并達(dá)到節(jié)能的目的。
圖3為脈沖快速充、放電電流波形圖中31為蓄電池高速充電時(shí)的脈沖波形，如前所述，每個(gè)充電脈沖之間的間歇使電池有 時(shí)間進(jìn)行熱量消散和溶液擴(kuò)散，使充電接受電流的能力得到恢復(fù)；圖中32為在脈沖充電間歇 的過程中引入短時(shí)間的放電脈沖，以產(chǎn)生去極化作用。雖然放掉了部分電量，但提高了蓄電池 的充電電流接受率，使得電池能在較高的充電電流下進(jìn)行脈沖充電，實(shí)現(xiàn)快速充電的目的。
圖4脈沖快速充電、電阻放電電路結(jié)構(gòu)圖4電路實(shí)現(xiàn)了圖3脈沖快速充、放電電流波形。圖中15所示電容即為圖1中15所示電 容，15上的電壓即為蓄電池的直流充電電壓；圖中41為充電回路電子開關(guān)，生成脈沖用于蓄 電池42充電；圖中43為放電回路電子開關(guān)，生成脈沖用于蓄電池通過電阻44放電，放電電 流在消除蓄電池極化現(xiàn)象、提高充電速度的同時(shí)，也通過電阻消耗了能量。
圖5脈沖快速充電、放電電流吸收、回饋及內(nèi)阻檢測電路結(jié)構(gòu)圖5中24所示電容即為圖2中24所示電容，24上的電壓即為蓄電池的直流充電電壓；圖 中51為充電回路電子開關(guān)，52、 55、 58為保護(hù)二極管；51在單片積7控制干生成脈沖甩于蓄電 池515充電；圖中53為二極管，利用其單向?qū)щ娦灾辉试S回充時(shí)導(dǎo)通；電子開關(guān)54、 57、 514 導(dǎo)通使蓄電池515通過電子開關(guān)54、保護(hù)二極管55經(jīng)過電容56及電子開關(guān)514構(gòu)成一路放電 回路，另一路蓄電池515通過電子開關(guān)54、保護(hù)二極管55、電子開關(guān)57、保護(hù)二極管58經(jīng)過 電容513構(gòu)成另一路放電回路，兩回路共同生成放電脈沖。放電電流對電容56及電容513進(jìn)行充電，將電能儲(chǔ)藏在兩電容之上。兩電容上的電壓是不斷被在線檢測的，當(dāng)被蓄電池515放 電脈沖充電到適當(dāng)電壓時(shí)，電子開關(guān)54、 57及514關(guān)斷，而電子開關(guān)512導(dǎo)通，電容56、電 子開關(guān)512及電容513構(gòu)成串聯(lián)自舉電路，當(dāng)電容56、 513疊加后的電位高于電容24上的電 位以及二極管53壓降(約0.2V)、電子開關(guān)512上的導(dǎo)通壓降(約0.3V)時(shí)，儲(chǔ)能電容56、 513將向電容24反向充電，BP:將蓄電池515放電時(shí)儲(chǔ)藏在電容56、 513上的能量進(jìn)行回饋， 達(dá)到節(jié)能的目的。
如前所述，本發(fā)明采用智能化充電的方法，需要在線檢測蓄電池的內(nèi)阻，采用測量精度較 高的直流放電方式即通過蓄電池向電阻負(fù)載施以大電流極短時(shí)間放電，使電池中流過階躍電 流I，則電池端電壓的相應(yīng)變化AV即可反映電池內(nèi)阻的大小。圖5中電子開關(guān)59、檢測端510 及電阻負(fù)載511構(gòu)成蓄電池內(nèi)阻檢測回路；在線檢測時(shí)，打開電子開關(guān)54及59，蓄電池515 通過電子開關(guān)54、 二極管55、電子開關(guān)59及放電電阻負(fù)載511構(gòu)成完整的放電回路，通過檢 測端510采集放電電阻負(fù)載511上的電壓，由于511的阻值已知，即可求出流過的電流；采集 蓄電池515上端電壓的相應(yīng)變化AV，即可求出電池內(nèi)阻的數(shù)值，艮P: R=AV/I。并將蓄電池內(nèi) 阻信息上傳到單片機(jī)，根據(jù)蓄電池當(dāng)前荷電狀態(tài)采取相應(yīng)的充電策略。
圖6鉛酸蓄電池內(nèi)阻與剩余容量關(guān)系曲線；
圖6曲線為離線測試好的鉛酸蓄電池內(nèi)阻與剩余容量關(guān)系曲線，如圖6中A點(diǎn)檢測內(nèi)阻 為56毫歐姆,對應(yīng)蓄電池剩余容量20%。B點(diǎn)檢測內(nèi)阻為24毫歐姆，對應(yīng)蓄電池剩余容量100%。 通過事先將圖6曲線轉(zhuǎn)換為數(shù)字量放在充電器智能單元的存儲(chǔ)區(qū)，充電器便可以一面對蓄電池 進(jìn)行充電， 一面檢測蓄電池內(nèi)阻，并根據(jù)圖6曲線蓄電池內(nèi)阻找到蓄電池剩余容量，以確定下 一步的充電策略。
圖7充電器智能單元硬件結(jié)構(gòu)框圖7中71電源接口為單片機(jī)及外圍模塊提供各種穩(wěn)壓電源；功率開關(guān)PWM接口 72接收 單片機(jī)76片內(nèi)PWM脈沖輸出，控制充、放電各光電開關(guān)；電壓、電流、溫度采樣接口73采集 蓄電池及各充、放電電容上的壓降、蓄電池充電電流同時(shí)，充電過程不斷采集蓄電池的溫度以 保證蓄電池安全。電壓、電流、溫度采樣均為模擬量，被單片機(jī)76片內(nèi)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量反 饋給單片機(jī)CPU參與智能控制。過壓、過流保護(hù)74用于裝置瞬間出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)切斷電路起 到保護(hù)作用；內(nèi)阻檢測接口 75用于充電過程中實(shí)時(shí)內(nèi)阻檢測，并送入單片機(jī)76片內(nèi)ADC轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量；單片機(jī)76選擇具有豐富片內(nèi)資源和外設(shè)接口的混合信號處理器C8051F120，由于 8051系列單片機(jī)及外圍模塊是公知的技術(shù)，不再贅述；蜂鳴器77用于報(bào)警及操作提示；鍵盤 接口78用于啟、停、設(shè)置等功能；LCD接口 79用于連接液晶顯示器，顯示充電曲線、時(shí)間等 參數(shù)；EEPR0M芯片710用于儲(chǔ)存各種電池先驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以備充電過程比較、對照，同時(shí)用于現(xiàn)場固化設(shè)置的參數(shù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘711提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，記錄每次充放電以及故障報(bào)警的具體時(shí) 間，以便為測試人員提供準(zhǔn)確的記錄內(nèi)容，采用PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片；232串口712提供了
本裝置與上位機(jī)(PC機(jī))串行通訊的功能，可以把儲(chǔ)存在EEraoM中現(xiàn)場實(shí)時(shí)的充電數(shù)據(jù)上傳
給上位機(jī)(PC機(jī))；上位機(jī)(PC機(jī))將接收到的數(shù)據(jù)繪制成曲線，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，并將實(shí) 際充電曲線與標(biāo)準(zhǔn)充電曲線進(jìn)行比較、分析，顯示。對大型電動(dòng)車輛可對其電池組充、放電曲 線按電池編號、建立相應(yīng)的檔案，以便進(jìn)行查詢、分析，并定期對蓄電池進(jìn)行維護(hù)，以延長其 使用壽命；JTAG接口 713用于單片機(jī)開發(fā)、仿真時(shí)用。 圖8充電器智能化充電方法流程；
圖8中81為開始階段待充電蓄電池連接完成后裝置上電；82為系統(tǒng)初始化對各相關(guān) 控制部分按功能需求編程寫入；83裝置自檢執(zhí)行狀態(tài)運(yùn)行自檢程序，檢查各部分能否正常運(yùn) 行；84循環(huán)掃描鍵盤判斷是否設(shè)置即鍵入待充電蓄電池規(guī)格、型號并啟動(dòng)充電，如果沒有循 環(huán)等待；如果設(shè)置完成，85將在存儲(chǔ)區(qū)檢索相應(yīng)的蓄電池充電曲線；模塊86根據(jù)85的檢索， 并檢測待充電蓄電池電壓、內(nèi)阻、溫度參數(shù)，通過檢測內(nèi)阻及電壓變化判斷蓄電池荷電狀態(tài)， 選擇適當(dāng)?shù)某?、放電脈沖波形并啟動(dòng)充電；模塊87判斷充電器及蓄電池是否需要報(bào)警在充 電過程中充電器出現(xiàn)故障，及蓄電池極化現(xiàn)象產(chǎn)生的大量析氣和嚴(yán)重溫升均可通過檢測溫度、 內(nèi)阻及電壓變化進(jìn)行判斷，并及時(shí)報(bào)警，使裝置跳轉(zhuǎn)至812模塊退出充電；如果本裝置在線連
接上位機(jī)(PC機(jī))，可同時(shí)將報(bào)警信息通過上傳通訊811模塊上傳給上位機(jī)；如無報(bào)警，充電
器繼續(xù)定時(shí)檢測蓄電池溫度、內(nèi)阻及電壓參數(shù)，模塊88根據(jù)內(nèi)阻及電壓計(jì)算蓄電池荷電情況， 記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并擬合成充電曲線；模塊89在液晶上顯示充電器充入電量及充電電壓、電流； 模塊810根據(jù)內(nèi)阻及電壓判斷蓄電池充電是否完成，如未完成轉(zhuǎn)至繼續(xù)，如完成轉(zhuǎn)至812模塊 退出充電，可同時(shí)將完成信息通過上傳通訊811模塊上傳給上位機(jī)。
圖9為智能化充電方法上位機(jī)(PC機(jī))部分其中91蓄電池智能管理部分，主要用于-采用電動(dòng)車的公交充電站、采用電動(dòng)車的出租車充電站以及一些大型場館電動(dòng)車隊(duì)充電站。智 能管理部分充分利用PC機(jī)的海量存儲(chǔ)及相關(guān)軟件的圖形、表格功能及強(qiáng)大的檢索、運(yùn)算功能， 根據(jù)充電器上傳的蓄電池充電過程數(shù)據(jù)，為每一組蓄電池建立一套完整的使用檔案，并能夠?qū)?充電歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并提示維護(hù)蓄電池，從而進(jìn)一步延長蓄電池 壽命，降低用戶使用成本。
蓄電池智能管理部分軟件采用Visual C++。操作簡單、界面友好，能實(shí)時(shí)顯示充放電狀態(tài)， 提供用戶關(guān)心的內(nèi)容。圖中92為充電信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫采用mysql，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，為后 續(xù)數(shù)據(jù)分析、檢索提供相關(guān)參數(shù)；93信息顯示數(shù)據(jù)信息可視化、即將當(dāng)前的及以往存儲(chǔ)的蓄 電池充電狀態(tài)(充電電流，電壓等)大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成直觀、形象的變化曲線呈現(xiàn)給用戶，并將故障信息及時(shí)提示，將標(biāo)準(zhǔn)充放電數(shù)據(jù)與實(shí)際充放電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯示分析結(jié)果；94通^l部 分通過PC機(jī)RS232接口與充電器通訊，讀取下位機(jī)的數(shù)據(jù)分別為電池狀態(tài)95、內(nèi)阻檢測數(shù) 值96、故障狀態(tài)97、充電狀態(tài)98、充電電壓99、充電電流910、蓄電池溫度911、充電時(shí)間 912，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。
通過修改平臺設(shè)置的參數(shù)，可方便實(shí)現(xiàn)對鋰離子蓄電池或其它蓄電池的快速充電，而且同 樣可以通過檢測鋰離子蓄電池或其它蓄電池內(nèi)阻、電壓、充電電流、蓄電池溫度等反饋量構(gòu)成 智能化充電方式。因而，本裝置具有廣泛的適用范圍。
從上述說明可以看到本發(fā)明所述的節(jié)電型蓄電池快速充電器及智能化充電方法簡化了充 電器開關(guān)電源結(jié)構(gòu)，使得電源效率得到提高；對于去極化脈沖放電的能量，利用電容進(jìn)行能量 吸收并回饋到充電電路，進(jìn)一步提高了能量利用效率，實(shí)現(xiàn)了快速充電與節(jié)能充電的雙重目禾示。
同時(shí)，本發(fā)明采用智能化控制充電策略，在蓄電池進(jìn)行充電的過程中，同時(shí)在線測量蓄電 池內(nèi)阻、電壓及溫度參數(shù)，反饋給充電器的智能控制部分(如微處理器或單片機(jī))，并通過電 壓、內(nèi)阻及溫度參數(shù)判斷蓄電池荷電狀態(tài)，以不斷調(diào)整充電策略，構(gòu)成完整的閉環(huán)控制，直至 蓄電池充滿為止。實(shí)現(xiàn)安全(指對蓄電池充電過程的保護(hù)措施)及高速、高效、智能化的充電 過程，不但提高充電速度，而且具有保護(hù)蓄電池、延長其壽命的功能。
可見本發(fā)明在蓄電池快速充電器節(jié)電及智能化方面有著顯著進(jìn)歩。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)電型蓄電池快速充電器，其特征在于簡化了充電器開關(guān)電源結(jié)構(gòu)，不再采用高頻脈沖變壓器進(jìn)行降壓的方式，而是采用兩級濾波電容中間加一級電子開關(guān)的方式取代高頻脈沖變壓器進(jìn)行降壓；第一級濾波電容將交流電經(jīng)橋式整流、電容濾波后形成的較高直流電源，通過中間電子開關(guān)導(dǎo)通頻率和占空比的控制向第二級濾波電容充電，形成脈寬調(diào)制即PWM調(diào)壓方式；第二級濾波電容上電壓的高低取決于中間電子開關(guān)導(dǎo)通頻率和占空比構(gòu)成的平均電壓，檢測第二級濾波電容上的電壓并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)，與設(shè)定電壓比較后，通過對電子開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)使第二級濾波電容上的電壓達(dá)到設(shè)定值，用于蓄電池進(jìn)行充電，去掉了高頻脈沖變壓器，提高了效率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)電型蓄電池快速充電器，其特征在于將快速充電器為 提高蓄電池的充電電流接受率，在脈沖充電過程中引入的短時(shí)間放電脈沖，利用儲(chǔ)能電容進(jìn) 行能量吸收，并回饋到充電電路實(shí)現(xiàn)回充；用于儲(chǔ)能的電容經(jīng)過電子開關(guān)并聯(lián)在蓄電池兩端， 當(dāng)蓄電池需要放電時(shí)，觸發(fā)電子開關(guān)導(dǎo)通向并聯(lián)電容放電(等效給電容充電)；蓄電池放電電 流的大小取決于并聯(lián)電容的容量及并聯(lián)級數(shù)，放電電流持續(xù)的時(shí)間則取決于并聯(lián)電容回路中 電子開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，由單片機(jī)進(jìn)行控制；當(dāng)檢測蓄電池外接并聯(lián)電容上的電壓達(dá)到一定數(shù) 值時(shí)，單片機(jī)控制電子開關(guān)使并聯(lián)電容轉(zhuǎn)換成串連模式，以構(gòu)成自舉電路將電容電位提高， 然后將電能回灌給充電器相應(yīng)的儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn)放電電流的能量回收，達(dá)到節(jié)能的目的。
3. —種智能化充電方法，其特征在于在充電過程中采用閉環(huán)控制方式，通過設(shè)置的檢 測電路在線實(shí)時(shí)檢測蓄電池的內(nèi)阻，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，與在線實(shí)時(shí)檢測蓄電池的電壓、 充電電流和溫度一起，作為檢測量送入由單片機(jī)構(gòu)成的智能單元；給定量為單片機(jī)存儲(chǔ)區(qū)中 事先存儲(chǔ)的根據(jù)蓄電池生產(chǎn)廠家產(chǎn)品說明書，對充電的電壓、電流和溫度的要求，以及蓄電 池內(nèi)阻與蓄電池的荷電狀態(tài)(S0C)的關(guān)系曲線；檢測量與給定量在單片機(jī)中通過運(yùn)算進(jìn)行比 較、判斷，并不斷調(diào)整充、放電脈沖的幅值、頻率和占空比，以構(gòu)成智能化充電模式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能化充電方法，其特征在于蓄電池經(jīng)電子開關(guān)并聯(lián)一 電阻負(fù)載，在線實(shí)時(shí)檢測時(shí)，單片機(jī)控制電子開關(guān)導(dǎo)通，蓄電池通過電子開關(guān)向電阻負(fù)載方文 電，由于電阻負(fù)載的阻值已知，通過檢測放電電阻負(fù)載上的電壓，即可求出流過的電流；采 集蓄電池上端電壓的相應(yīng)變化AV，即可求出蓄電池內(nèi)阻的數(shù)值。
全文摘要
本裝置通過脈寬調(diào)制即PWM降壓方式實(shí)現(xiàn)無脈沖變壓器降壓，使得充電器效率得到提高。而快速充電器為提高蓄電池的充電電流接受率，在脈沖充電過程中引入短時(shí)間放電脈沖，以去極化達(dá)到快速充電的目的；以往放電電流白白消耗，而本裝置對于脈沖放電的能量，利用儲(chǔ)能電容進(jìn)行吸收并回饋到充電電路，以實(shí)現(xiàn)回充，提高了能量利用效率，實(shí)現(xiàn)了快充與節(jié)能的雙重目標(biāo)。通過在線實(shí)時(shí)檢測蓄電池內(nèi)阻、電壓及溫度參數(shù)，反饋給充電器的智能控制部分，并通過內(nèi)阻、電壓及溫度參數(shù)判斷蓄電池的荷電狀態(tài)及安全狀況，以不斷調(diào)整充電策略，構(gòu)成完整的閉環(huán)控制，直至蓄電池充滿為止。實(shí)現(xiàn)安全(指對蓄電池充電過程的保護(hù)措施)及高速、高效、智能化的充電過程。
文檔編號H02J7/02GK101635470SQ20091016301
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者王廣生 申請人:王廣生