CN101593855B - 采用微电脑控制的铅酸电池充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用微电脑控制的铅酸电池充电方法，属于电动车电池的充电技术领域，该方法包括：单片机对充电器的充电参数以及被充电池电压进行实时监测与调节；单片机根据采集到的初始温度值，得出最高充电电压V；以V及最大充电电流I1对被充电池进行恒流充电阶段的充电，并进行不同调节处理：充电器继续以最高充电电压V进行恒压充电阶段充电，若充电电流逐渐下降，直至达到涓流电流I2；或若充电器充入电量达到10％时；或当恒压充电阶段进行达到设置的时间T3后；或若充电电流出现反弹并持续时间在设置的时间T4内；充电器转换到以涓流电流进行涓流阶段的充电：当达到设置的时间T5后，充电停止。本发明能使充电器得到自我保护，并能大大延长电池的寿命。

Description

采用微电脑控制的铅酸电池充电方法

技术领域

本发明属于电动车电池的充电技术领域，特别涉及电动车铅酸电池充电方法。

背景技术

当前电动车界铅酸电池的充电普遍采用的是三段式充电器，它的充电过程如图1所示。

这种三段式充电是指整个充电过程由恒流充电阶段(A段)、恒压充电阶段(B段)和涓流充电阶段(C段)构成。它的充电功能的实现是靠分立器件和专用芯片搭建的充电控制电路自动完成，无需人为调节。充电器在出厂前也设定好恒流充电电流值、最高恒压电压值和涓流浮充电流值等。使用者接通被充电池和交流电源后，充电器立即按出厂前设定的固定参数，按照充电控制电路规定的固有模式工作，自动完成恒流充电、恒压充电和涓流充电三个阶段。

第一段：恒流充电阶段，此阶段充电器以恒定电流充电，使电池电压逐渐达到充电器设定的最大充电电压时结束，自动进入恒压充电阶段。

在恒流充电阶段，充电的恒流电流大小设定为≤0.2C，C为电池容量。对于电池容量C在10Ah-14Ah之间的铅酸电池，现在各充电器厂家生产的适用于10Ah-14Ah容量电池的充电器的充电恒流电流大都为1.8A-2.0A，其中又以1.8A居多，即充电的恒流电流大小设定为(0.2-0.128)C。

恒流充电阶段充电器最高充电电压有下面几个因素的设定：

目前使用的铅酸电池单体标称电压为12V，3节串联使用的标称电压为36V，4节串联使用的标称电压为48V。在常温下，单体电池最高充电电压为14.7V-14.8V之间，一般设定为14.75V，对于36V电池组，最高充电电压为14.75×3＝44.25，一般厂家都是设定在42-44V之间，取43V居多。对于48V电池组，14.75×4＝59V，一般厂家都是设定在58-60V之间，取59V居多。

以48V、10Ah电池组为例，充电器在1.8A电流和59V电压的固定参数情况下进行第一段的恒流充电。

一个未进行充电的新电池或已经使用了的待充电电池，随着恒定1.8A电流充电的进行，电压会逐步升高，数小时后达到最高充电电压。

这个阶段有以下几个问题：

A、最高充电电压Vmax的设定没有考虑温度变化：通常是以常温(通常指20℃-25℃)下单体电池最高充电电压为14.75V来设定的；然而从理论及实验得知，50℃和-10℃情况下的充电电压分别应是14.4V和15.1V，48V电池组50℃时的充电电压应为57.6V，用59V充电时，过压充电，电池产生发热，发热就会使电池失水，长此以往，形成电池热失控，直至失效。同样48V电池组-10℃时的充电电压应为60.4V，用59V充电，欠压充电，电池充不满，长期充不满电池极板就会硫化形成硫酸铅结晶，电池容量衰减导致失效。

B、这种充电器是固定电流充电，没有电流监控，对于失水电池，充电过程中恒流充电电流也会变化：电池发热，内阻减小，充电电流加大，发热加剧，形成恶性循环，导致电池迅速失效。

C、没有充电时间监控：有些电池组电压偏低，无法达到设定最高充电电压Vmax，就会一直以恒流充电模式充电，导致电池发热、失水，进而失效。

第二段：恒压充电阶段，此阶段充电器仍保持以最大的充电电压充电，充电电流逐步下降；当充电电流下降到0.5-0.3A时，到达充电器设定的一个转换点，充电器指示灯从红灯变为绿灯，表示电池基本充满，恒压充电结束，充电进入第三阶段-涓流充电阶段。

这个阶段有可能出现以下几个问题：

A、充电电流始终保持在0.5A以上的某一个数值，不能达到变灯设定值；

B、充电电流在下降一段后不降反升；

C、充电电流下降趋势存在，但是时间过长。

上述几种情况都会导致电池过充、发热和失水，进而使电池失效。

第三阶段：涓流充电阶段，充电过程进入涓流充电阶段后，充电器给出一个0.3-0.5A的小电流持续维持给电池充电，这时的电池端电压为低于最高充电电压、高于静态电压的浮充电压。现有充电器涓流充电阶段没有时间设定，即一直充到使用者人为结束充电为止，这样的过程也会影响电池容量和寿命。

随着电动车技术的提高和实践经验的积累，在经过十几年的市场考验后，发现电池的热失控和硫化已经成了影响电池寿命和容量的两大痼疾，而这两个问题又与充电密切相关。所以有人说，电池不是用坏的而是充坏的，就是说在充电器给电池充电过程中造成了电池的欠充和过充，形成失水和硫化。对于有问题的电池，又不能予以保护而是继续沿用固有的充电模式给电池继续充电，加速有问题电池失效。

发明内容

本发明的目的是为克服上述问题，提出一种采用微电脑控制的铅酸电池充电方法，对充电的三个阶段实施全面的管理和监控，使充电器得到自我保护，并能大大延长电池的寿命。

本发明提出的采用微电脑控制的铅酸电池充电方法由恒流充电、恒压充电和涓流充电三个阶段组成，其特征在于，在原有充电器控制电路中引入单片机和测温热敏元件，具体包括以下步骤：

1)在充电器的电池插头接入被充电池、电源插头接入交流电源后，单片机开始工作，并在所述三个充电阶段中对充电器的充电电压、充电电流、充电时间、充电器内温度以及被充电池电压进行实时监测与调节：设置最大充电电流I1为≤0.2C，C为电池容量；

2)单片机根据测温热敏元件采集到的初始温度值(即环境温度)，得出该温度下相应的最高充电电压V；

3)充电器以该温度下对应的最高充电电压V及最大充电电流I1对被充电池进行恒流充电阶段的充电，并根据以下情况进行不同调节处理：

31)若在预先设定的最长充电时间T1内被充电池电压达到最高充电电压V，T1设置为5-10小时，转换到步骤4)进入恒压充电阶段；

32)若在预先设定的最长充电时间T1内，充电电流出现上下波动，甚至反弹上升；则在出现该情况的T2时间内转换到步骤5)进入涓流充电阶段，T2设置为30分钟；

33)若充电电流I1一直维持设定值不变，但超过预先设定的充电时间T1后，被充电池电压仍达不到最高充电电压V，转换到步骤5)进入涓流充电阶段；

4)充电器继续以最高充电电压V进行恒压充电阶段充电，当出现以下任一种情况时，转换到步骤5)进行涓流充电阶段：

41)若充电电流逐渐下降，直至达到涓流电流I2，I2为0.3A-0.5A；

42)若充电器充入电量达到25％时；

43)当恒压充电阶段进行达到设置的时间T3后，设T3为3-4小时；

44)若充电电流出现波动，具体包括以下：

44a)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＞前一个平均值，即充电电流出现波动且充电电流值上升，5-30分钟之内转换到涓流充电；

44b)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＝前一个平均值，即充电电流出现波动，但充电电流平均值恒定，30分钟-3小时内转换到涓流充电；

44c)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＜前一个平均值，即充电电流出现波动且充电电流值下降，维持原状继续充电，如未达到0.3A-0.5A，3-4小时内转换到涓流充电；

5)充电器继续以涓流电流进行涓流阶段的充电：，当达到设置的时间T5后，充电停止，T5为1-3小时。

本发明还包括：

6)在上述三个阶段的任何一个阶段中当充电器内温度超过40℃时，开启散热风扇降温，当充电器内温度降至40℃时，关掉风扇；当散热风扇开启后，温度仍继续上升，超过70℃，停止充电。

本发明的特点及有益效果：

本发明的目的是为克服上述问题，提出一种采用微电脑控制的铅酸电池充电方法，在原有充电器控制电路中引入单片机和测温热敏元件，对原有充电器中固定模式、固定参数的充电模式进行改进，对充电的三个阶段实施全面的监控和调节，做到既不欠充、也不过充；既可充新电池达到长寿命的效果，也可充有问题的电池，延长其使用期限；及时纠正和处理充电中出现的各种影响电池寿命以及用电安全、危及充电器安全的非正常问题；甚至强行越过某些充电阶段直接进入下一阶段充电等等，真正做到充电过程中的智能化控制，使充电器得到自我保护，并能大大延长电池的寿命。

附图说明

图1为铅酸电池的三段式充电示意图。

具体实施方式

本发明提出的采用微电脑控制的铅酸电池充电方法结合实施例详细说明如下：

本实施例的方法由恒流充电、恒压充电和涓流充电三个阶段组成，其特征在于，在原有充电器控制电路中引入单片机和测温热敏元件，具体包括以下步骤：

1)在充电器的电池插头接入被充电池、电源插头接入交流电源后，单片机开始工作，并在所述三个充电阶段中对充电器的充电电压、充电电流、充电时间、充电器内温度以及被充电池电压进行实时监测与调节：设置最大充电电流I1为≤0.2C，推荐为(0.2-0.128)C，C为电池容量；

2)单片机根据测温热敏元件采集到的初始温度值(即环境温度)，得出该温度下相应的最高充电电压V(具体方法为：根据已知从理论及实验得到的充电器在常温、50℃和-10℃下对应的最高充电电压值，通过线性插值或其他模拟方法，比如温度每变化1℃，充电电压变化约为3mV左右，可得到其它各温度下对应的温度与最高充电电压对应关系)；

在整个充电过程中，不管热敏元件后来采集的温度参数如何变化，由初始温度决定的最高充电电压V不变；就可做到冬天不欠充、夏天不过充，恰如其分地按照电池自身在该温度下所需的充电电压进行充电。

在充电器电源插头保持接通的情况下，单片机一直保存这个初始温度值，尽管这时因为充电，充电器中的开关电源发热，热敏元件采集的温度参数已经变化。这样做的一个好处是可以用这个充电器在完成一个充电循环后，可以连续给另一组电池充电。但是如果充电器电源插头被拔下，必须在充电器彻底散热后方可重新启用，否则温度测量结果不准确。如遇短暂停电等突然事故后，充电器重新启动充电，此次充电一般将充不满；如果停电时间较长，充电器内温度接近环境温度，则充电重新开始工作可看成正常充电。

3)充电器以该温度下对应的最高充电电压V及最大充电电流I1对被充电池进行恒流充电阶段的充电，并根据以下情况进行不同调节处理；

31)若在预先设定的最长充电时间T1(一般设置为5-10小时，最好7.5小时左右后)内被充电池电压达到最高充电电压V，转换到步骤4)进入恒压充电阶段；

32)若在预先设定的最长充电时间T1内，充电电流出现上下波动，甚至反弹上升；则在出现该情况的T2时间内(一般T2设置为30分钟，最好5分钟左右后)转换到步骤5)进入涓流充电阶段(这是电池老化所至的非正常状态)；

33)若充电电流I1一直维持设定值不变，但超过预先设定的充电时间T1后，被充电池电压仍达不到最高充电电压V，转换到步骤5)进入涓流充电阶段；

4)充电器继续以最高充电电压V进行恒压充电阶段充电，当出现以下任一种情况时，转换到步骤5)进行涓流充电阶段：

41)若充电电流逐渐下降，直至达到涓流电流I2(0.3A-0.5A)，本实施例设有充电提示灯，从红灯变为绿灯；

这种情况说明被充电池性能良好，这个阶段充入电量占整个容量的8％-10％。

42)若充电器充入电量达到10％时(对电流在时间上积分得到)；

43)当恒压充电阶段进行达到设置的时间T3后(一般设T3为2-3小时)；

44)若充电电流出现波动(这种情况说明当电池失水到一定程度时，此阶段的充电电流随时间变化不能形成原来的特定的曲线，而会出现波动，或停在某个数值上，甚至会出现反弹，电池发热)，具体包括以下情况之一：

44a)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＞前一个平均值，即充电电流出现波动且充电电流值上升，5-30分钟之内转换到涓流充电；

44b)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＝前一个平均值，即充电电流出现波动，但充电电流平均值恒定，30分钟-3小时内转换到涓流充电；

44c)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＜前一个平均值，即充电电流出现波动且充电电流值下降，维持原状继续充电，如未达到0.3A-0.5A，3-4小时内转换到涓流充电；

5)充电器继续以涓流电流进行涓流阶段的充电：当达到设置的时间T5(一般设T5为1-3小时)后，充电停止。

本实施例还包括：

6)在上述三个阶段的任何一个阶段中当充电器内温度超过40℃时(考虑到减少风扇开关频繁开关的次数，可以考虑温度上升到60℃时开启风扇)，开启散热风扇降温(由于充电器内部开关电源工作的正常发热，导致充电器内部温度升高)，当充电器内温度降至40℃时，关掉风扇；当散热风扇开启后，温度仍继续上升，超过70℃(本实施例采用红色指示灯闪烁)，停止充电(表示充电器有故障，用户拔下电源插头，检查故障原因，防止充电器失灵产生火災等隐患，但是考虑到室温较高夏天，可适当放宽些。推荐超过80℃停止充电)。

Claims (2)

1.一种采用微电脑控制的铅酸电池充电方法，由恒流充电、恒压充电和涓流充电三个阶段组成，其特征在于，在原有充电器控制电路中引入单片机和测温热敏元件，该方法具体包括以下步骤：

1)在充电器的电池插头接入被充电池、电源插头接入交流电源后，单片机开始工作，并在所述三个充电阶段中对充电器的充电电压、充电电流、充电时间、充电器内温度以及被充电池电压进行实时监测与调节：设置最大充电电流I1为≤0.2C，C为电池容量；

2)单片机根据测温热敏元件采集到的初始温度值，得出该温度下相应的最高充电电压V；

3)充电器以该温度下对应的最高充电电压V及最大充电电流I1对被充电池进行恒流充电阶段的充电，并根据以下情况进行不同调节处理：

31)若在预先设定的最长充电时间T1内被充电池电压达到最高充电电压V，T1设置为5-10小时，转换到步骤4)进入恒压充电阶段；

32)若在预先设定的最长充电时间T1内，充电电流出现上下波动，甚至反弹上升；则在出现该情况的T2时间内转换到步骤5)进入涓流充电阶段，T2设置为30分钟；

33)若充电电流I1一直维持设定值不变，但超过预先设定的充电时间T1后，被充电池电压仍达不到最高充电电压V，转换到步骤5)进入涓流充电阶段；

4)充电器继续以最高充电电压V进行恒压充电阶段充电，当出现以下任一种情况时，转换到步骤5)进行涓流充电阶段：

41)若充电电流逐渐下降，直至达到涓流电流I2，I2为0.3A-0.5A；

42)若充电器充入电量达到25％时；

43)当恒压充电阶段进行达到设置的时间T3后，设T3为3-4小时；

44)若充电电流出现波动，具体包括以下情况之一：

44a)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＞前一个平均值，即充电电流出现波动且充电电流值上升，5-30分钟之内转换到涓流充电；

44b)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＝前一个平均值，即充电电流出现波动，但充电电流平均值恒定，30分钟-3小时内转换到涓流充电；

44c)充电电流值在0.2A范围内上下波动，设定在5-10分钟内取平均值，如下一个平均值＜前一个平均值，即充电电流出现波动且充电电流值下降，维持原状继续充电，如未达到0.3A-0.5A，3-4小时内转换到涓流充电；

5)充电器继续以涓流电流进行涓流阶段的充电：当达到设置的时间T5后，充电停止，T5为1-3小时。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，该方法还包括：

6)在上述三个阶段的任何一个阶段中当充电器内温度超过40℃时，开启散热风扇降温，当充电器内温度降至40℃时，关掉风扇；当散热风扇开启后，温度仍继续上升，超过70℃，停止充电。

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