基于arm控制的多路輸出反激變換器的鋰電池組充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于ARM控制的多路輸出反激變換器的鋰電池組充電系統(tǒng),包括蓄電池、多路輸出高頻變壓器T1、鋰電池組和處理器，利用電源為多節(jié)鋰電池同時(shí)并行充電,利用多路輸出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的控制策略使得多節(jié)鋰電池在最短的時(shí)間里存儲(chǔ)到其規(guī)格容量。從充電控制方法和充電的電路結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，通過(guò)合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，解決了傳統(tǒng)充電方法耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了高效快速充電的目的，并可獲得比現(xiàn)有的充電方法所用時(shí)間快一半以上的可觀效果。
【專利說(shuō)明】基于ARM控制的多路輸出反激變換器的鋰電池組充電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)就是利用多路輸出的反激變換器同時(shí)為多節(jié)鋰電池組并行快速充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)移動(dòng)設(shè)備越來(lái)越廣泛的使用，如何為其提供安全可靠并且快速的充電設(shè)備顯得尤為重要，一般情況下，利用變換器直接為電池組串行充電，這樣剛開始時(shí)電流過(guò)大，從而嚴(yán)重傷害電池，使得電池組使用壽命減少。并且充電時(shí)間較長(zhǎng)，不能及時(shí)為用電設(shè)備充足電能。
[0003]傳統(tǒng)的鋰電池充電器控制由模擬器件控制，結(jié)構(gòu)拓?fù)湟约俺潆姺椒▎我?，不能按照電池電量狀態(tài)智能分階段充電，更不能在無(wú)人監(jiān)控的情況下監(jiān)測(cè)電池充電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的功能。近年來(lái)，數(shù)字處理技術(shù)更加廣泛的使用、成熟，微控制器的性價(jià)比不斷提高，電池組的充電方式也向著智能化、快速的方向發(fā)展?？刂品椒ㄒ灿蓡我坏哪M控制變得更加復(fù)雜、靈活、方便。在延長(zhǎng)電池壽命的同時(shí)，更加快速、高效的為電池組充電。
[0004]為鋰電池組充電，關(guān)鍵在于如何快速、安全、可靠地為其充電，在這方面，已有的方法通過(guò)恒流或恒壓的方法直接為電池組串行充電，這種方式耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，可靠性相對(duì)較低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于ARM控制的多路輸出反激變換器的鋰電池組充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠滿足多路輸出同時(shí)為每一節(jié)電池同時(shí)并行充電，效率高，速度快，從而解決了充電時(shí)間冗長(zhǎng)的問(wèn)題。
[0006]用于實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:基于ARM控制的多路輸出反激變換器的鋰電池組充電系統(tǒng)，包括多路輸出高頻變壓器Tl、蓄電池、鋰電池組和處理器，其特征是鋰電池正負(fù)極依次相連接構(gòu)成鋰電池組，鋰電池組的電池?cái)?shù)目與多路高頻變壓器Tl的輸出繞組數(shù)相互一致，并且多路高頻變壓器Tl輸出端各繞組相互獨(dú)立，采樣電阻R13和R14連接到蓄電池與地之間，將輸入電壓分壓后采樣到處理器內(nèi)部；多路輸出高頻變壓器Tl由一個(gè)原邊繞組電感L和六路副邊輸出繞組電感組成，并且六路副邊輸出電感值大小相等；原邊電感經(jīng)過(guò)一個(gè)MOS管SI接地，MOS管的柵極由處理器經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制其開通與關(guān)斷；在輸出端，高頻變壓器Tl六路副邊電感的異名端分別連接至二極管后再連接到繼電器，繼電器與高頻變壓器Tl副邊電感的同名端之間連接鋰電池；在繼電器輸出端與地之間連接采樣電阻；采樣電壓分別是每一節(jié)鋰電池正極端對(duì)地電壓經(jīng)過(guò)采樣電阻的分壓電壓。
[0007]與已有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:(I)采用多繞組輸出，一組輸出針對(duì)一節(jié)電池進(jìn)行充電，充電效率高，充電速度快。(2)采用多繞組輸出的反激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，方便輕捷。(3)使用ARM進(jìn)行智能控制，分階段為電池組充電，保護(hù)電池，從而延長(zhǎng)其壽命。(4)多路輸出開關(guān)變換器，輸出端各繞組相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了并行充電的目的。(5)每一繞組輸出單獨(dú)為單個(gè)電池充電，大大提高了充電效率和速度，在需要及時(shí)為電池組充電的場(chǎng)合，凸顯其時(shí)間優(yōu)勢(shì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)方案整機(jī)系統(tǒng)原理圖。
[0009]圖2是使用Saber對(duì)整機(jī)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下將結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]如圖1所示，高頻變壓器Tl有六路輸出，原邊電感為L(zhǎng)，副邊電感分別為L(zhǎng)1、L2、L3、L4、L5、L6，并且六路副邊輸出電感值大小相等，原邊電感L通過(guò)一個(gè)開關(guān)管SI接地，原邊電源由蓄電池或市電經(jīng)過(guò)降壓整流提供，蓄電池輸出Vs范圍為18-36V。副邊繞組輸出經(jīng)過(guò)二極管Dl、D2、D3、D4、D5、D6與繼電器Kl、K2、K3、K4、K5、K6后直接為電池組并行充電。六節(jié)額定電壓為4.2V的鋰電池正負(fù)極依次相連接構(gòu)成鋰電池組，每節(jié)鋰電池最大耐壓
4.2V。電阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R14 均為采樣電阻，分別采樣每一路輸出對(duì)地電壓V01、V02、V03、V04、V05、V06、VS，處理器對(duì)采樣電壓計(jì)算得到每一節(jié)鋰電池兩端電壓。
[0012]為鋰電池組充電，分為以下幾個(gè)階段，開機(jī)5分鐘以300mA電流為六節(jié)電池同時(shí)充電一分鐘來(lái)預(yù)熱；5分鐘后再以3A電流為每一節(jié)電池大電流充電，當(dāng)充電到有一節(jié)電池電壓為4.2V時(shí)換做采用IOOmA小電流為每一節(jié)電池充電5分鐘，再斷開開關(guān)停止充電，這樣可以保證在每一路停止充電時(shí)關(guān)斷電流較小，提高了充電系統(tǒng)的可靠性和安全性；繼續(xù)監(jiān)測(cè)其余電池電壓是也否到了額定電壓，若有未到達(dá)額定電壓的則增加充電電流到3A為剩余鋰電池繼續(xù)充電，如此依次關(guān)斷充滿電能的充電回路，直到所有鋰電池都充滿為止，關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)完成充電。
[0013]本設(shè)計(jì)采用有內(nèi)部集成A/D和高速Flash存儲(chǔ)的ARM7系列的控制芯片。處理器根據(jù)實(shí)時(shí)采樣鋰電池充電狀態(tài)，分別以300mA、3A、IOOmA對(duì)每一節(jié)鋰電池充電，最后由處理器通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算得出輸出PWM波占空比D，并輸出PWM波來(lái)控制輸出電流的大小。
[0014]按照以上設(shè)計(jì)方法及參數(shù)，利用Saber進(jìn)行仿真驗(yàn)證，充電電池使用與鋰電池容量呈一定比例的6節(jié)IF電容代替，原邊電感32uH，匝比為6，開關(guān)頻率為20kHz，輸入電壓取27V，占空比為0.45，占空比為0.45。充電結(jié)果波形如圖2所示，和計(jì)算數(shù)據(jù)相吻合，充電時(shí)間為1.28s，充電電壓達(dá)到6X4.2=25.2V。與5A.h容量相當(dāng)?shù)匿囯姵氐碾娙萑萘繛?14F，則充電時(shí)間為1.28X714=880s,也就是16.7分鐘，再加上啟動(dòng)預(yù)熱時(shí)間5分鐘和末尾小電流充電時(shí)間5分鐘，一共26.7分鐘，可實(shí)現(xiàn)半小時(shí)快速充電，進(jìn)一步肯定了方案的可行性和優(yōu)越性。
【權(quán)利要求】
1.基于ARM控制的多路輸出反激變換器的鋰電池組充電系統(tǒng)，包括蓄電池、多路輸出高頻變壓器Tl、鋰電池組和處理器，其特征是鋰電池正負(fù)極依次相連接構(gòu)成鋰電池組，鋰電池組的電池?cái)?shù)目與多路輸出高頻變壓器Tl的輸出繞組數(shù)相互一致，并且多路輸出高頻變壓器Tl輸出端各繞組相互獨(dú)立，采樣電阻R13和R14連接到蓄電池與地之間，將輸入電壓分壓后采樣到處理器內(nèi)部；多路輸出高頻變壓器Tl由一個(gè)原邊繞組電感L和六路副邊輸出繞組電感組成，并且六路副邊輸出電感值大小相等；原邊電感經(jīng)過(guò)一個(gè)MOS管SI接地，MOS管的柵極由處理器經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制其開通與關(guān)斷；在輸出端，高頻變壓器Tl六路副邊電感的異名端分別連接至二極管后再連接到繼電器，繼電器與高頻變壓器Tl副邊電感的同名端之間連接鋰電池；在繼電器輸出端與地之間連接采樣電阻；采樣電壓分別是每一節(jié)鋰電池正極端對(duì)地電壓經(jīng)過(guò)采樣電阻的分壓電壓。
【文檔編號(hào)】H02J7/10GK203774852SQ201420184771
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】程紅麗, 吳軍營(yíng), 賈龍飛, 夏軍 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)