專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鉛酸電池智能充電系統(tǒng)及充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉛酸電池快速充電方法及充電系統(tǒng)。屬于鉛酸電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉛酸蓄電池是一種化學(xué)電源，是低廉動(dòng)力電源的首選，其原材料易于獲得，使用可靠，適用于大電流放電及廣泛的應(yīng)用環(huán)境溫度等。常用的鉛酸蓄電池有閥控式密封鉛酸蓄電池，由于閥控式鉛酸蓄電池的“免維護(hù)”性，使得一些用戶產(chǎn)生誤解認(rèn)為這種電池完全不需要維護(hù)，甚至從裝上電池后就不再進(jìn)行維護(hù)和管理。實(shí)際上，閥控式鉛酸蓄電池的“免維護(hù)”只是避免了開(kāi)口式電池?fù)]發(fā)的酸氣對(duì)設(shè)備、人員造成的傷害，同時(shí)也方便了安裝和運(yùn)輸，不再人工加液而己。但是由長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)閥控式密封鉛酸蓄電池在使用中存在著很多安全隱患，即
1、由于充電電流過(guò)大，使得匯流排和板柵遭到腐蝕，造成金屬路徑變窄而使電池的內(nèi)阻增加。2、由于浮充電壓過(guò)高，加速正極板柵腐蝕速率和電池內(nèi)氣體的排放，導(dǎo)致干涸。3、由于受周?chē)h(huán)境溫度過(guò)高的影響，使得電池內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)致浮充電流增加， 浮充電流增加，又加速電池內(nèi)部溫度升高，形成惡性循環(huán)，引起熱失控。4、由于受單體電池電壓和電流的限制，鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一般都是將多個(gè)電池并聯(lián)后再串聯(lián)組成高壓高容量后使用，即使組成前經(jīng)過(guò)篩選，電池的一致性較好，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后也會(huì)出現(xiàn)差異。經(jīng)過(guò)多次“浮充一放電一均充一放電一浮充”的惡性循環(huán)，致使整個(gè)電池組容量不斷下降。5、傳統(tǒng)方法是采用浮沖法采集電池端電壓，但是浮充狀態(tài)下的電池端電壓測(cè)量本身并不能真實(shí)反映電池的性能狀況，即使性能變差的電池在浮充時(shí)也能測(cè)得合格的端電壓；而一旦供電系統(tǒng)停電、蓄電池放電時(shí)，就可能無(wú)法保證事故狀態(tài)下的放電要求，從而擴(kuò)大事故范圍，因此，需要對(duì)蓄電池充放電進(jìn)行在線監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述閥控式密封鉛酸蓄電池充放電存在的不足、為延長(zhǎng)鉛酸電池的使用壽命，降低使用成本而提出一種鉛酸電池智能充電系統(tǒng)，本發(fā)明同時(shí)還提出采用該充電系統(tǒng)進(jìn)行充電時(shí)的充電方法。本發(fā)明鉛酸電池智能充電系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是由控制器和主電路構(gòu)成，控制器包括PWM控制信號(hào)模塊、電流、電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊，主電路包括220V交流市電與變壓器Wl相連成的降壓電路，變壓器Wl與整流器Dl的兩個(gè)輸入端相連，整流器Dl兩輸出端的一端與電解電容Cl陽(yáng)極相連、另一端與電解電容Cl陰極相連成直流充電電源；電解電容Cl陽(yáng)極與場(chǎng)效應(yīng)管Ql輸入端相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ql輸出端與續(xù)流二極管D2輸出端及電感Ll 一端相連，電感Ll另一端與電解電容C2陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管D2輸入端、電解電容 C2陰極、電解電容Cl陰極并接于公共端；場(chǎng)效應(yīng)管Ql控制端連接PWM控制信號(hào)模塊；電解電容C2陽(yáng)極與電感L2 —端相連，電感L2另一端與鉛酸電池E陽(yáng)極相連，鉛酸電池E陰極與電流互感器P—輸入端相連，電流互感器P另一輸入端接公共端；電流互感器P輸出端連接電流檢測(cè)模塊，電壓檢測(cè)模塊連接鉛酸電池E陽(yáng)極，溫度檢測(cè)模塊連接鉛酸電池E的溫度傳感器。本發(fā)明鉛酸電池智能充電方法是采用如下步驟
1)在(Ttl充電時(shí)段，控制器通過(guò)電壓、電流檢測(cè)模塊和電流互感器P檢測(cè)鉛酸電池E 的端電壓及內(nèi)阻并判斷是否有損傷的鉛酸電池E，若鉛酸電池E部分損傷，以直流充電電源對(duì)其預(yù)充電進(jìn)行修復(fù)，若鉛酸電池E全部損傷或不能修復(fù)，控制器封鎖PWM信號(hào)并報(bào)警；
2)在tl、2快速變恒流充電時(shí)段，控制器控制PWM信號(hào)高電平，場(chǎng)效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，電感 Ll電流增大，直流充電電源對(duì)電解電容C2充電，電感L2對(duì)鉛酸電池E充電，續(xù)流二極管D2 截止；PWM高電平脈沖持續(xù)時(shí)間后變低，續(xù)流二極管D2導(dǎo)通，電感Ll和電解電容C2同時(shí)向鉛酸電池E充電；PWM信號(hào)低電平持續(xù)時(shí)間后又一高電平，再次使場(chǎng)效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，如此重復(fù)；控制器適時(shí)檢測(cè)鉛酸電池E的端電壓和溫度；
3)在t2、3充電中期，控制器定期檢測(cè)鉛酸電池E的端電壓、溫度和內(nèi)阻，確定下一刻最好的恒流，以變化的恒流II，12，13……h(huán)對(duì)鉛酸電池E充電；
4)在t3、4充電末期，控制器判斷每節(jié)鉛酸電池E的好壞，當(dāng)確定每節(jié)鉛酸電池E均性能良好且電壓接近充電上限電壓時(shí)，改為恒壓充電；
5)控制器根據(jù)鉛酸電池E容量參數(shù)，進(jìn)入t4、5時(shí)段的涓流充電；
6)當(dāng)涓流充電達(dá)到控制器設(shè)置的時(shí)間后，若沒(méi)有拔插電源，在t5后的t6時(shí)刻控制器切斷場(chǎng)效應(yīng)管Ql以切斷主電路。本發(fā)明具有的有益效果是
1、由于本發(fā)明完全按照鉛酸電池的最佳充電曲線設(shè)置參數(shù)的，所以有效地解決了匯流排和板柵遭到腐蝕的問(wèn)題、
2、由于在充電過(guò)程中，控制器時(shí)刻都在對(duì)電池的問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以減少了溫度對(duì)電池性能的影響，避免了由于溫度而引起的事故的發(fā)生。3、在快速充電過(guò)程中，由于時(shí)刻在檢測(cè)電池的端電壓，并對(duì)端電壓有問(wèn)題的電池進(jìn)行均衡，有效地保護(hù)了電池組容量。4、在鉛酸電池端電壓檢測(cè)過(guò)程中，由于引入了鉛酸的內(nèi)阻、溫度等參數(shù)，使得端電壓更接近于實(shí)際參數(shù)。


圖1為本發(fā)明的充電系統(tǒng)連接圖； 圖2為圖1控制的充電曲線。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的充電系統(tǒng)由控制器(MCU)和主電路連接構(gòu)成，主電路由降壓電路、整形電路，平滑電路、BUCK電路和電流互感器P連接組成。控制器包括PWM控制信號(hào)模塊、電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊。其中，降壓電路是由220V交流市電與變壓器Wl相連接構(gòu)成；變壓器Wl與整流器Dl的兩個(gè)輸入端相連，構(gòu)成整形電路；整流器Dl的兩個(gè)輸出端的一端與電解電容Cl的陽(yáng)極相連，另一端與電解電容Cl的陰極相連構(gòu)成平滑電路，作為直流充電電源。電解電容Cl的陽(yáng)極與場(chǎng)效應(yīng)管Ql的輸入端相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ql 的輸出端與續(xù)流二極管D2的輸出端以及電感Ll的一端相連，電感Ll的另一端與電解電容 C2的陽(yáng)極相連，構(gòu)成BUCK電路；且續(xù)流二極管D2的輸入端、電解電容C2的陰極、電解電容 Cl的陰極都并接在一起，構(gòu)成公共端(地線);場(chǎng)效應(yīng)管Ql的控制端通過(guò)導(dǎo)線連接控制器的 PWM控制信號(hào)模塊，PWM控制信號(hào)由控制器控制輸出。電解電容C2的陽(yáng)極與電感L2的一端相連，電感L2的另一端與待充電的鉛酸電池E的陽(yáng)極相連，鉛酸電池E的陰極與電流互感器P的一輸入端相連，電流互感器P的另一輸入端與公共端(地線)連接；電流互感器P的輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接控制器的電流檢測(cè)模塊，控制器的電壓檢測(cè)模塊通過(guò)導(dǎo)線接到鉛酸電池E的陽(yáng)極，控制器的溫度檢測(cè)模塊通過(guò)導(dǎo)線接到鉛酸電池E的溫度傳感器。參照?qǐng)D1-2，本發(fā)明隨著充電時(shí)間的變化，依次采用“預(yù)充電一快速變恒流充電 —恒壓充電一涓流充電”的充電步驟，由控制器控制其整個(gè)過(guò)程在充電初期，控制器根據(jù)采集到的鉛酸電池E端電壓、內(nèi)阻等參數(shù)對(duì)有部分損傷的電池進(jìn)行修復(fù)，并進(jìn)行預(yù)充電； 然后，在充電中期，定期檢測(cè)電池的端電壓、溫度、內(nèi)阻等參數(shù)，采取變恒流措施使充電曲線逼近最佳充電曲線，并對(duì)鉛酸電池E進(jìn)行均衡，使其達(dá)到較好的一致性；在充電末期，控制器根據(jù)鉛酸電池E端電壓和內(nèi)阻等參數(shù)，當(dāng)鉛酸電池E電壓接近充電上限電壓時(shí)，鉛酸電池 E快速充電結(jié)束，電池充改為恒壓充電，在涓流充電一段時(shí)間后，自動(dòng)切斷充電電源，達(dá)到節(jié)能的目的。具體的充電步驟如下
1、充電初期，即圖2的(Ttl時(shí)段，控制器首先通過(guò)電壓、電流檢測(cè)模塊以及電流互感器 P對(duì)鉛酸電池E的端電壓、內(nèi)阻等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)并加以判斷，判斷出是否有損傷的電池。若整流后的直流充電電源不能充電，檢測(cè)出是全部損傷的鉛酸電池E，控制器便封鎖PWM信號(hào)并報(bào)警。對(duì)于局部損傷的鉛酸電池E，以直流充電電源對(duì)其進(jìn)行預(yù)充電，預(yù)充電過(guò)程是可以修復(fù)部分損傷的鉛酸電池E，直流充電電源以最快的速度對(duì)其有損傷的局部進(jìn)行修復(fù)，如果系統(tǒng)對(duì)部分損傷的蓄電池E不能修復(fù)，控制器同樣封鎖PWM信號(hào)并報(bào)警。2、快速變恒流充電時(shí)期，即圖2的tft2時(shí)段，控制器控制PWM信號(hào)高電平出現(xiàn)， 場(chǎng)效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，電感Ll的電流不斷增大，直流電源對(duì)電解電容C2充電，不斷存儲(chǔ)能量， 同時(shí)通過(guò)電感L2也對(duì)鉛酸電池E充電；此時(shí)，續(xù)流二極管D2因反向偏置而截止。經(jīng)過(guò)PWM 高電平脈沖持續(xù)時(shí)間后，PWM信號(hào)變低時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Ql截止，電感Ll中的電流減小，Ll兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管D2導(dǎo)通，電感Ll中的存儲(chǔ)電流和電容C2存儲(chǔ)電荷同時(shí)向鉛酸電池E充電。經(jīng)過(guò)PWM信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間后，PWM信號(hào)的又一高電平脈沖到來(lái)，再度使場(chǎng)效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，上述過(guò)程重復(fù)發(fā)生。為逼近最佳充電曲線，鉛酸電池E的恒流較大且變化較快，使得控制器發(fā)出的PWM信號(hào)變化較快且變化較大，這就要求控制器通過(guò)電壓檢測(cè)模塊適時(shí)檢測(cè)鉛酸電池E的端電壓，以及通過(guò)溫度檢測(cè)模塊適時(shí)檢測(cè)鉛酸電池E的溫度，防止大電流損傷鉛酸電池E的壽命。3、充電中期，即圖2的t2、3時(shí)段，此時(shí)鉛酸電池E的恒流變換比較緩慢，這是鉛酸電池E充電需要最多的時(shí)間，此時(shí)要定期檢測(cè)鉛酸電池E的端電壓、溫度、內(nèi)阻等參數(shù)，確定下一刻最好的恒流，以變化的恒流II，12，13……h(huán)對(duì)鉛酸電池E充電，逼近最佳曲線， 并根據(jù)檢測(cè)的鉛酸電池E兩端電壓值對(duì)電壓較高的和較低的電池進(jìn)行均衡控制。4、充電末期，即圖2的t3、4時(shí)期，把鉛酸電池E的端電壓和內(nèi)阻等參數(shù)傳送給控制器，要判斷每節(jié)鉛酸電池E的好壞，當(dāng)確定每節(jié)鉛酸電池E均性能良好且鉛酸電池E電壓接近充電上限電壓時(shí)，鉛酸電池E快速充電結(jié)束，此時(shí)對(duì)鉛酸電池E充電改為恒壓充電。5、控制器檢測(cè)并判斷鉛酸電池E容量等參數(shù)，根據(jù)鉛酸電池E容量等參數(shù)，在恒壓充電一個(gè)階段后，鉛酸電池E進(jìn)行t4、5時(shí)間段的涓流充電。6、當(dāng)涓流充電達(dá)到控制器設(shè)置好的一定時(shí)間后，如果沒(méi)有拔插電源，在t5后的t6 時(shí)刻，控制器切斷圖1中的場(chǎng)效應(yīng)管Q1，使PWM控制信號(hào)輸出為0，便自動(dòng)切斷充電主電路， 達(dá)到節(jié)約電源的目的。
權(quán)利要求
1.一種鉛酸電池智能充電系統(tǒng)，由控制器和主電路構(gòu)成，控制器包括PWM控制信號(hào)模塊、電流、電壓檢測(cè)模塊和溫度檢測(cè)模塊，主電路包括220V交流市電與變壓器Wl相連成的降壓電路，其特征是所述變壓器Wl與整流器Dl的兩個(gè)輸入端相連，整流器Dl兩輸出端的一端與電解電容Cl陽(yáng)極相連、另一端與電解電容Cl陰極相連成直流充電電源；電解電容 Cl陽(yáng)極與場(chǎng)效應(yīng)管Ql輸入端相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ql輸出端與續(xù)流二極管D2輸出端及電感Ll 一端相連，電感Ll另一端與電解電容C2陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管D2輸入端、電解電容C2陰極、電解電容Cl陰極并接于公共端；場(chǎng)效應(yīng)管Ql控制端連接PWM控制信號(hào)模塊；電解電容 C2陽(yáng)極與電感L2 —端相連，電感L2另一端與鉛酸電池E陽(yáng)極相連，鉛酸電池E陰極與電流互感器P—輸入端相連，電流互感器P另一輸入端接公共端；電流互感器P輸出端連接電流檢測(cè)模塊，電壓檢測(cè)模塊連接鉛酸電池E陽(yáng)極，溫度檢測(cè)模塊連接鉛酸電池E的溫度傳感器。
2.一種采用權(quán)利要求1所述充電系統(tǒng)的充電方法，其特征是具有如下步驟1)在(Ttl充電時(shí)段，控制器通過(guò)電壓、電流檢測(cè)模塊和電流互感器P檢測(cè)鉛酸電池E 的端電壓及內(nèi)阻并判斷是否有損傷的鉛酸電池E，若鉛酸電池E部分損傷，以直流充電電源對(duì)其預(yù)充電進(jìn)行修復(fù)，若鉛酸電池E全部損傷或不能修復(fù)，控制器封鎖PWM信號(hào)并報(bào)警；2)在tl、2快速變恒流充電時(shí)段，控制器控制PWM信號(hào)高電平，場(chǎng)效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，電感 Ll電流增大，直流充電電源對(duì)電解電容C2充電，電感L2對(duì)鉛酸電池E充電，續(xù)流二極管D2 截止；PWM高電平脈沖持續(xù)時(shí)間后變低，續(xù)流二極管D2導(dǎo)通，電感Ll和電解電容C2同時(shí)向鉛酸電池E充電；PWM信號(hào)低電平持續(xù)時(shí)間后又一高電平，再次使場(chǎng)效應(yīng)管Ql導(dǎo)通，如此重復(fù)；控制器適時(shí)檢測(cè)鉛酸電池E的端電壓和溫度；3)在t2、3充電中期，控制器定期檢測(cè)鉛酸電池E的端電壓、溫度和內(nèi)阻，確定下一刻最好的恒流，以變化的恒流II，12，13……h(huán)對(duì)鉛酸電池E充電；4)在t3、4充電末期，控制器判斷每節(jié)鉛酸電池E的好壞，當(dāng)確定每節(jié)鉛酸電池E均性能良好且電壓接近充電上限電壓時(shí)，改為恒壓充電；5)控制器根據(jù)鉛酸電池E容量參數(shù)，進(jìn)入t4、5時(shí)段的涓流充電；6)當(dāng)涓流充電達(dá)到控制器設(shè)置的時(shí)間后，若沒(méi)有拔插電源，在t5后的t6時(shí)刻控制器切斷場(chǎng)效應(yīng)管Ql以切斷主電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種鉛酸電池智能充電系統(tǒng)及充電方法，充電系統(tǒng)由控制器和主電路構(gòu)成，控制器先根據(jù)采集到的鉛酸電池端電壓、內(nèi)阻對(duì)有部分損傷的電池進(jìn)行修復(fù)并進(jìn)行預(yù)充電；然后采取變恒流充電并對(duì)鉛酸電池進(jìn)行均衡，當(dāng)鉛酸電池電壓接近充電上限電壓時(shí)充電結(jié)束，改為恒壓充電，再根據(jù)鉛酸電池容量參數(shù)進(jìn)入涓流充電，最后自動(dòng)切斷充電電源；本發(fā)明能有效解決匯流排和板柵遭到腐蝕的問(wèn)題，避免由于溫度引起的事故的發(fā)生；能有效保護(hù)電池組容量，達(dá)到節(jié)能的目的。
文檔編號(hào)H02J7/10GK102157975SQ20111007971
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者張好明, 李正明, 潘天紅, 王應(yīng)海 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)