專(zhuān)利名稱(chēng)：蓄電池快/慢充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池的充電控制方法，具體講本發(fā)明就是結(jié)合可控型恒流源組件和放電去極化裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)正脈沖充電、負(fù)脈沖放電去極化的快速充電控制方法。
背景技術(shù)：
蓄電池作為一種儲(chǔ)能式電源，在交通運(yùn)輸、通訊電力、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、特別是在軍隊(duì)武器裝備等領(lǐng)域，有著極為廣泛的應(yīng)用。對(duì)蓄電池來(lái)說(shuō)，其性能的好壞及使用壽命的長(zhǎng)短又與蓄電池的充電方式密切相關(guān)，好的充電機(jī)能大大提高蓄電池的充電質(zhì)量和使用壽命。蓄電池常規(guī)充電方法的充電時(shí)間長(zhǎng)(12～24小時(shí))，主要是滿足蓄電池的初充電和維護(hù)充電需要，而快速充電是解決蓄電池的應(yīng)急充電場(chǎng)合需要，尤其在戰(zhàn)時(shí)需求更為突出。隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，具有快速充電功能的充電機(jī)的需求量會(huì)越來(lái)越大。老式的硅整流和相控式充電機(jī)，不僅充電效率低，還容易造成嚴(yán)重的析氣、過(guò)熱、過(guò)充現(xiàn)象發(fā)生。析氣、過(guò)熱、過(guò)充極易使蓄電池極板腐蝕和鈍化，導(dǎo)致蓄電池提前老化或損壞，嚴(yán)重地影響了蓄電池的使用壽命。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種蓄電池的充電控制方法，該充電控制方法既能提高能量利用效率、加快充電速度，又能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種蓄電池快/慢充電控制方法，該方法包括以下過(guò)程a、恒流預(yù)充電，預(yù)充電過(guò)程中微電腦自動(dòng)完成對(duì)蓄電池各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)和比較；該預(yù)充電過(guò)程是針對(duì)蓄電池?zé)o電或嚴(yán)重虧電情況的充電步驟，在常規(guī)蓄電池有電進(jìn)行補(bǔ)充電的情況下該步驟為非必要步驟。
b、檢測(cè)電池電壓的變化在正常范圍內(nèi)，進(jìn)入第二階段的大電流充電，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，電池電壓也不斷上升，在其過(guò)程中采用定時(shí)的放電去極化，以消除在充電過(guò)程所產(chǎn)生的極化效應(yīng)，提高充電效率；c、當(dāng)電池電壓達(dá)到控制點(diǎn)時(shí)，進(jìn)入快速充電和放電去極化過(guò)程，在此過(guò)程中，蓄電池的容量增加非?？欤籨、隨著蓄電池容量的增加，充、放電脈沖自適應(yīng)加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升；e、當(dāng)蓄電池的容量達(dá)到0.95C以上時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入蓄電池的浮充狀態(tài)。
f、浮充階段，恒定蓄電池端電壓始終處于浮充電壓，這時(shí)充電過(guò)程涓流浮充，允許長(zhǎng)時(shí)間充電，當(dāng)充電電流減小到控制值時(shí)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。
所述的控制方法包括CPU微處理器，CPU微處理器上連有輔助電源單元U1、輸出控制電路單元U2、放電去極化控制電路單元U3、取樣電路單元U4和保護(hù)輸出電路單元U5，其中輔助電源單元U1用于向各控制單元或器件提供電源，輔助電源單元U1具有功能設(shè)置端口、數(shù)據(jù)輸出端口遠(yuǎn)傳打印和監(jiān)控端口；輸出控制電路單元U2具有三路輸出，通過(guò)快速光耦相互隔離，通過(guò)控制輸出電壓范圍，分別控制或調(diào)節(jié)恒流源組件的電流、電壓和關(guān)斷口；放電去極化控制電路單元U3，在快速充電狀態(tài)時(shí)，由CPU控制，按照編程控制程序激勵(lì)驅(qū)動(dòng)電路U3，觸發(fā)大功率放電回路，進(jìn)行瞬間大電流放電而去極化，該驅(qū)動(dòng)電路具有雙路輸出，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路，也可以任選一路，每路具有放電電流閉環(huán)負(fù)反饋控制；取樣電路單元U4，具有8個(gè)輸入通道，通過(guò)該單元實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的電流、電壓、電解液溫度等參數(shù)在線跟蹤檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)狀態(tài)設(shè)置監(jiān)控，通過(guò)CPU控制中心和保護(hù)輸出電路單元U5輸出驅(qū)動(dòng)，控制輸入、輸出、報(bào)警、關(guān)機(jī)等操作。
本發(fā)明結(jié)合可控型恒流源組件和放電去極化裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)正脈沖充電、負(fù)脈沖放電去極化的快速充電和先恒流均充電再恒壓減流充電最后自動(dòng)轉(zhuǎn)為涓流浮充的常規(guī)慢速充電功能，具有在線狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)的A/D轉(zhuǎn)換和輸出控制的D/A轉(zhuǎn)換功能，提供多種形式的故障保護(hù)口，溫度檢測(cè)口，輸出控制口，還可以根據(jù)需要，通過(guò)編程技術(shù)，提供其它服務(wù)端口或?qū)崿F(xiàn)輸入/輸出隔離等。該方法與可控型恒流源組件以及放電去極化裝置進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，能派生出各種功率規(guī)格的智能型快慢兩用充電機(jī)，實(shí)現(xiàn)蓄電池充電過(guò)程的智能化管理，提高整機(jī)的可靠性和安全性。
本發(fā)明應(yīng)用現(xiàn)代的16位微處理器和CMOS接口芯片通過(guò)單片機(jī)的編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種功能的識(shí)別和控制。該控制模塊能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)蓄電池的數(shù)量、容量、電壓、溫度、充放電速率等信息和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)跟蹤檢測(cè)和控制。通過(guò)功能設(shè)置，該模塊的控制程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入快充控制子程序或慢充控制子程序，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)由CPU按照編程要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)恒流組件輸出的充電電流、充電電壓、放電去極化裝置的放電頻率，使整個(gè)充電過(guò)程始終處于最佳的充電和微量析氣狀態(tài)，消除極化和減小熱效應(yīng)，從而達(dá)到快速、無(wú)損、高效充電的目的。
附圖概述

圖1是本發(fā)明的控制原理框圖；圖2是本發(fā)明控制主程序流程圖；圖3是本發(fā)明中快速充電子程序流程圖；圖4是本發(fā)明中放電去極化程序流程圖；具體實(shí)施方式
控制可以分為以下階段第一階段恒流預(yù)充電，預(yù)充電過(guò)程中微電腦自動(dòng)完成對(duì)蓄電池各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)和比較；第二階段檢測(cè)電池電壓的變化在正常范圍內(nèi)，進(jìn)入第二階段的大電流充電，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，電池電壓也不斷上升。在其過(guò)程中采用定時(shí)的放電去極化措施，以消除在充電過(guò)程所產(chǎn)生的極化效應(yīng)，提高充電效率；第三階段當(dāng)電池電壓達(dá)到控制點(diǎn)時(shí)，進(jìn)入快速充電和放電去極化過(guò)程，在此過(guò)程中，蓄電池的容量增加非?？?；第四階段隨著蓄電池容量的增加，充、放電脈沖自適應(yīng)加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升；第五階段當(dāng)蓄電池的容量達(dá)到0.95C以上時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入蓄電池的浮充狀態(tài)。
第六階段浮充階段，恒定蓄電池端電壓始終處于浮充電壓，這時(shí)充電過(guò)程涓流浮充，允許長(zhǎng)時(shí)間充電，當(dāng)充電電流減小到控制值時(shí)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。
結(jié)合圖1說(shuō)明本發(fā)明的控制過(guò)程和原理該控制模塊工作電源由U1單元提供直流15V和5V，除此之外，U1單元還具有功能設(shè)置端口和提供數(shù)據(jù)輸出端口，可以進(jìn)行初始狀態(tài)設(shè)置，遠(yuǎn)傳打印和監(jiān)控；U2單元輸出控制電路具有三路輸出，通過(guò)快速光耦相互隔離，輸出電壓的控制范圍0.5～5.0V(也可根據(jù)需要設(shè)置)，分別控制或調(diào)節(jié)恒流源組件的電流、電壓和關(guān)斷口；U3單元是放電去極化控制電路，在快速充電狀態(tài)時(shí)，由CPU控制，按照編程控制程序激勵(lì)U3驅(qū)動(dòng)電路，觸發(fā)大功率放電回路，進(jìn)行瞬間大電流放電而去極化，該驅(qū)動(dòng)電路具有雙路輸出，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路，也可以任選一路，每路具有放電電流閉環(huán)負(fù)反饋控制；U4單元是取樣電路，具有8個(gè)輸入通道，通過(guò)該單元實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的電流、電壓、電解液溫度等參數(shù)在線跟蹤檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)狀態(tài)設(shè)置監(jiān)控，通過(guò)CPU控制中心和U5單元輸出驅(qū)動(dòng)，控制輸入、輸出、報(bào)警、關(guān)機(jī)等操作。CPU單元是該控制板的核心部件，具有16位微處理器和接口轉(zhuǎn)換電路，整個(gè)工作過(guò)程是按著軟件設(shè)計(jì)程序進(jìn)行，所以軟件的設(shè)計(jì)是該控制技術(shù)的關(guān)鍵。
本發(fā)明在與4.5KW和13.6KW兩臺(tái)可控型恒流源組件以及放電去極化裝置結(jié)合后，所派生的兩臺(tái)智能型快慢兩用充電機(jī)(TZ-1796C和TZ-1796D)，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和長(zhǎng)期使用，該種機(jī)器具有如下特點(diǎn)在快充狀態(tài)，蓄電池電解液的溫升低(≤10℃，在環(huán)境溫度25℃)，析氣微弱，充電速度快(≤2.5小時(shí)，電解液比重從1.20升到1.30，在環(huán)境溫度25℃)；常規(guī)充電(慢充)，輸出的電流電壓穩(wěn)定，浮充狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制可靠，長(zhǎng)時(shí)間工作，無(wú)人職守，蓄電池的析氣微弱，溫升較低(≤5℃)，充電時(shí)間達(dá)到充電率的100％～110％。除此之外，該機(jī)器還具有多種識(shí)別和保護(hù)功能，如蓄電池塊數(shù)識(shí)別，充電機(jī)負(fù)載性質(zhì)識(shí)別，輸入過(guò)、欠壓、短路保護(hù)，輸出過(guò)流、過(guò)充、過(guò)熱、蓄電池反接保護(hù)等。在此基礎(chǔ)上，推廣該模塊控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高蓄電池的充電質(zhì)量，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)意義。
以下結(jié)合控制方法的主程序和子程序的編制對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
結(jié)合圖2給出的主程序流程圖，軟件初始化后，首先調(diào)用功能設(shè)置子程序，讀入初始狀態(tài)設(shè)置的參數(shù)、功能選擇、檢查輸入輸出狀態(tài)是否正確等。然后置好相應(yīng)的狀態(tài)識(shí)別位是“0”或“1”，為下一步轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能子程序做好準(zhǔn)備。
主程序定時(shí)地按照規(guī)定程序(主程序流程圖)進(jìn)行巡位檢查，執(zhí)行規(guī)定的任務(wù)。
進(jìn)入快充子程序，首先通過(guò)檢測(cè)蓄電池的端電壓U0，判斷是否進(jìn)入預(yù)充電(小電流充電)階段。當(dāng)U0超過(guò)Uk(最小充電電壓)時(shí)，即進(jìn)行大電流充電，蓄電池兩端的電壓逐漸升高。在此過(guò)程中，通過(guò)定時(shí)放電的方法消除所產(chǎn)生的各種極化，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，蓄電池兩端的電壓逐漸升高到控制點(diǎn)電壓，充放電頻率逐漸加快，其頻率的控制和變化受充電的上位點(diǎn)電壓和放電的下位點(diǎn)電壓影響，而上、下位點(diǎn)電壓的確定和改變由蓄電池電解液的溫度K值的檢測(cè)量，通過(guò)程序計(jì)算而定。在每次進(jìn)入放電子程序之前，都要檢查蓄電池的電量C，當(dāng)蓄電池的電量超過(guò)0.95C時(shí)，即轉(zhuǎn)入浮充子程序(通過(guò)改變狀態(tài)識(shí)別位)，否則，返回控制程序繼續(xù)大電流充電。在浮充子程序，控制/調(diào)節(jié)充電電流和充電電壓，使蓄電池始終處于浮充狀態(tài)，通過(guò)檢測(cè)最小充電電流值，判斷是否關(guān)機(jī)(進(jìn)入關(guān)機(jī)子程序)。
在快充狀態(tài)，每個(gè)充放電周期都要調(diào)用放電子程序。在放電子程序，首先通過(guò)快速關(guān)斷口和屏蔽口，停止充電和放電。此時(shí)，由于沒(méi)有電流，消除了電阻極化；然后通過(guò)觸發(fā)放電回路的電子開(kāi)關(guān)管，接通蓄電池的放電回路，進(jìn)行瞬間大電流放電，由于電流方向相反，從而消除電解液的濃差極化。根據(jù)蓄電池放電的下位點(diǎn)電壓Uxin，判斷是否進(jìn)行多次放電去極化，以達(dá)到徹底消除極化為目的。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池快/慢充電控制方法，該方法包括以下過(guò)程a、檢測(cè)電池電壓的變化在正常范圍內(nèi)，進(jìn)入大電流充電，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，電池電壓也不斷上升，在其過(guò)程中采用定時(shí)的放電去極化，以消除在充電過(guò)程所產(chǎn)生的極化效應(yīng)，提高充電效率；b、當(dāng)電池電壓達(dá)到控制點(diǎn)時(shí)，進(jìn)入快速充電和放電去極化過(guò)程，在此過(guò)程中，蓄電池的容量快速增加；c、隨著蓄電池容量的增加，充、放電脈沖自適應(yīng)加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池快/慢充電控制方法，其特征在于在進(jìn)入大電流充電之前檢測(cè)到蓄電池?zé)o電或嚴(yán)重虧電情況，應(yīng)進(jìn)行恒流預(yù)充電，預(yù)充電過(guò)程中微電腦自動(dòng)完成對(duì)蓄電池各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)和比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池快/慢充電控制方法，其特征在于本發(fā)明還包括以下過(guò)程當(dāng)蓄電池的容量達(dá)到0.95C以上時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入蓄電池的浮充狀態(tài)。浮充階段，恒定蓄電池端電壓始終處于浮充電壓，這時(shí)充電過(guò)程涓流浮充，允許長(zhǎng)時(shí)間充電，當(dāng)充電電流減小到控制值時(shí)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池快/慢充電控制方法，其特征在于所述的控制方法包括CPU微處理器，CPU微處理器上連有輔助電源單元U1、輸出控制電路單元U2、放電去極化控制電路單元U3、取樣電路單元U4和保護(hù)輸出電路單元U5，其中輔助電源單元U1用于向各控制單元或器件提供電源，輔助電源單元U1具有功能設(shè)置端口、數(shù)據(jù)輸出端口、遠(yuǎn)傳打印和監(jiān)控端口；輸出控制電路單元U2具有三路輸出，通過(guò)快速光耦相互隔離，分別控制或調(diào)節(jié)恒流源組件的電流、電壓和關(guān)斷口；放電去極化控制電路單元U3，在快速充電狀態(tài)時(shí)，由CPU控制，按照編程控制程序激勵(lì)驅(qū)動(dòng)電路U3，觸發(fā)大功率放電回路，進(jìn)行瞬間大電流放電而去極化，該驅(qū)動(dòng)電路具有雙路輸出，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路，也可以任選一路，每路具有放電電流閉環(huán)負(fù)反饋控制；取樣電路單元U4，具有8個(gè)輸入通道，通過(guò)該單元實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的電流、電壓、電解液溫度等參數(shù)在線跟蹤檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)狀態(tài)設(shè)置監(jiān)控，通過(guò)CPU控制中心和保護(hù)輸出電路單元U5輸出驅(qū)動(dòng)，控制輸入、輸出、報(bào)警、關(guān)機(jī)等操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)合可控型恒流源組件和放電去極化裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)正脈沖充電、負(fù)脈沖放電去極化的快速充電控制方法，本發(fā)明主要包括以下步驟檢測(cè)電池電壓的變化在正常范圍內(nèi)，進(jìn)入大電流充電，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，電池電壓也不斷上升，在其過(guò)程中采用定時(shí)的放電去極化，提高充電效率；當(dāng)電池電壓達(dá)到控制點(diǎn)時(shí)，進(jìn)入快速充電和放電去極化過(guò)程，蓄電池的容量快速增加；充、放電脈沖自適應(yīng)加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升。
文檔編號(hào)H02J7/02GK1655419SQ20041001407
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者張紅, 鄧立榮 申請(qǐng)人:合肥同智科技發(fā)展有限公司