CN101795015A - 一种动力型车载锂电池组的智能充电系统及充电方法 - Google Patents

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朱得亚
王建辉
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Abstract

本发明公开了一种动力型车载锂电池组的智能充电系统和智能充电方法，所述系统包括电源滤波器模块、PFC功率因数校正模块和DC-DC模块，其特征在于：还包括DC-DC驱动模块以及单片机控制单元，其中单片机控制单元输出两路PWM波形，经DC-DC驱动模块放大处理后控制DC-DC模块MOS管的通断，从而控制DC-DC模块输出电压及电流，跟踪最佳充电曲线。采用本发明的智能充电方法，可以为一定容量和电压范围内的锂电池组自动充电，并进行自动充电维护。该方法通过单片机输出PWM波驱动DC-DC电路进而控制充电电压及电流，无需DC-DC控制电路及DA转换电路，降低了充电器成本，提高了控制精度。

Description

一种动力型车载锂电池组的智能充电系统及充电方法
技术领域
本发明属于电动汽车领域，涉及一种充电器，特别是涉及汽车的动力锂电池充电器。
背景技术
目前，在已知技术中，与本发明相近似的技术材料有：大功率智能充电机及其充电方法(CN1333589A)。该装置包括可控整流电路、控制单元、监测电路、D/A转换电路、A/D转换电路及触发电路。常压交流电经输入电网输入后进入可控整流电路整流，再输入待充电的蓄电池组，监测电路监测到充电数据经A/D换电路转换为数字信号输入控制单元，该数据经控制单元处理后进入D/A控制电路转换为模拟信号后输入触发电路，最后控制可控整流电路。
上述充电装置只对充电电流进行控制，无法模拟锂电池充电的恒压充电阶段，不能有效跟踪锂电池充电曲线，且D/A转换输出存在一定的转换误差。
发明内容
本发明公开了一种动力型车载锂电池组的智能充电系统，包括电源滤波器模块、PFC功率因数校正模块和DC-DC模块，其特征在于：还包括DC-DC驱动模块以及单片机控制单元，其中单片机控制单元输出两路PWM波形，经DC-DC驱动模块放大处理后控制DC-DC模块MOS管的通断，从而控制DC-DC模块输出电压及电流，跟踪最佳充电曲线。
其中，DC-DC驱动模块包含用于将PWM信号放大的放大电路和产生四路两两完全相同的PWM信号的变压器电路。
进一步，单片机控制单元检测电池管理系统发送的电池组信息信号及充电允许信号选择相应充电曲线对电池组充电，其中所述最佳充电曲线为：
当检测到电池组电压小于设定电压V1时，对电池组进行涓流充电；
当检测到电池组电压接近设定最大充电电压V2时，对电池组进行恒压充电；
当检测到电池组电压处于设定电压V1和设定最大充电电压V2之间时，根据电池组充电曲线特性进行分段恒流充电。
进一步，还包括输出保护电路，提供过压、欠压、过流和/或过温保护。还包括LCM液晶显示模块，用于实时显示电池组的电池荷电状态、充电电流、充电电压及充电器当前状态。还包括辅助电源模块，提供5V和12V电压给单片机控制单元、散热风扇和隔离放大模块。
本发明还公开了采用上述智能充电系统进行智能充电的方法，其特征在于：单片机控制单元输出两路PWM波形，经DC-DC驱动模块放大处理后控制DC-DC模块MOS管的通断，从而控制DC-DC模块输出电压及电流，跟踪最佳充电曲线。
单片机控制单元检测到电池管理系统发送的电池组信息信号及充电允许信号选择相应充电曲线对电池组充电。
当检测到电池组电压小于设定电压V1时，对电池组进行涓流充电。
当检测到电池组电压接近设定最大充电电压V2时，对电池组进行恒压充电。
当检测到电池组电压处于设定电压V1和设定最大充电电压V2之间时，根据电池组充电曲线特性进行分段恒流充电。
当检测到电流小于充满阈值时，认为电池组已充满，单片机控制关闭PFC功率因数校正模块，并停止PWM输出。
进行所述恒压充电的恒压值设定为稍高于设定最大充电电压V2，防止充电曲线在恒压段与恒流段频繁跳变。
所述稍高于设定最大充电电压V2的电压值为比V2高10伏。
采用本发明的智能充电方法，可以为一定容量和电压范围内的锂电池组自动充电，并进行自动充电维护。该方法通过单片机输出PWM波驱动DC-DC电路进而控制充电电压及电流，无需DC-DC控制电路及DA转换电路，降低了充电器成本，提高了控制精度。
附图说明
图1：本发明智能充电系统结构图；
图2：本发明充电控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图以标称容量为40Ah，标称电压为345.6V，最大充电电压为394.2V的电池组为实施例，对本发明进行具体描述。
如图1所示，此系统主要由电源滤波器模块、PFC功率因数校正模块、DC-DC驱动模块、DC-DC模块、输出保护电路、输助电源电路及单片机控制单元组成。其中PFC功率因数校正模块中包含IR1150模块及LM339模块，IR1150提供过流保护，当发生过流故障时，关闭PFC和DC-DC模块，LM339提供过压、欠压、过温检测，当LM339检测到系统过压、欠压、过温，送相关信号到单片机控制单元，单片机动作关闭PFC和停止PWM波输出。DC-DC驱动模块包含用于将PWM信号放大的光耦6N137和产生四路两两完全相同的PWM信号的变压器电路。
充电流程如图2所示。充电器接入220V交流电，电池管理系统检测电池组状态，电池组正常则通过CAN总线送充电允许信号及相关电池组信息信号给单片机控制单元。单片机控制单元检测充电器温度，温度正常则调用相应充电曲线，检测充电电流、充电电压切入相应充电阶段充电。检测电压小于280V时，设置充电电压为280V，涓流充电电流I1为0.5A-0.8A进行涓流充电。检测电压大于等于280V小于380V时采用阶段恒流充电，根据电池组充电曲线特性兼顾单片机内存容量设置充电阶段，根据电池最佳充电曲线设置各阶段充电电流，实时改变PWM输出占空比以保证检测到的输出电流与设定电流一致。检测电压大于等于380V时，以390V电压进行恒压充电，改变PWM输出占空比保持输出电压在390V附近波动，380V到390V之间为恒流充电与恒压充电的缓冲带，避免恒流充电与恒压充电之间频繁跳变，有效跟踪最佳充电曲线。恒压充电过程中充电电流不断减小，当充电电流减小到充满电流阈值I2(如0.1-0.3A)时表明电池组已充满，单片机控制单元控制关闭PFC并停止PWM输出，充电结束。
充电过程中单片机控制单元检测到欠压、过压异常，控制关闭PFC并停止PWM输出，充电异常结束。
辅助电源模块提供5V和12V电压给单片机、散热风扇和隔离放大模块6N137。充电器散热风扇由单片机另外提供一路PWM波进行控制，当单片机控制单元检测到充电器温度高于30度时，送PWM波风扇模块驱动风扇转动散热，调节PWM占空比可调节风扇转速，当充电器温度大于55度时，单片机控制单元控制关闭PFC并停止PWM输出，充电异常结束。
整个充电过程中，单片机控制单元通过CAN总线将实时充电电压、充电电流及充电器状态信号送给电池管理系统，电池管理系统控制电池组进行均衡充电及实现对电池组的相关保护。
单片机控制单元实时将电池荷电状态、充电电压、充电电流及充电器相关状态送LCM液晶显示模块显示。
系统在停电恢复供电后，自动检测切入停电前断点进行充电。

Claims (16)

1.一种动力型车载锂电池组的智能充电系统，包括电源滤波器模块、PFC功率因数校正模块和DC-DC模块，其特征在于：还包括DC-DC驱动模块以及单片机控制单元，其中单片机控制单元输出两路PWM波形，经DC-DC驱动模块放大处理后控制DC-DC模块MOS管的通断，从而控制DC-DC模块输出电压及电流，跟踪最佳充电曲线。
2.根据权利要求1所述的智能充电系统，其特征在于：DC-DC驱动模块包含用于将PWM信号放大的放大电路和产生四路两两完全相同的PWM信号的变压器电路，用于将单片机控制单元输出的两路PWM波形放大和产生两两完全相同的PWM信号，再通过四路PWM信号控制DC-DC模块中的四个MOS管的通断。
3.根据权利要求1或2所述的智能充电系统，其特征在于：单片机控制单元检测电池管理系统发送的电池组信息信号及充电允许信号选择相应充电曲线对电池组充电，其中所述最佳充电曲线为：
当检测到电池组电压小于设定电压V1时，对电池组进行涓流充电；
当检测到电池组电压接近设定最大充电电压V2时，对电池组进行恒压充电；
当检测到电池组电压处于设定电压V1和设定最大充电电压V2之间时，根据电池组充电曲线特性进行分段恒流充电。
4.根据权利要求1、2或3所述的智能充电系统，其特征在于：还包括输出保护电路，提供过压、欠压、过流和/或过温保护。
5.根据权利要求1-4任一项所述的智能充电系统，其特征在于：还包括LCM液晶显示模块，用于实时显示电池组的电池荷电状态、充电电流、充电电压及充电器当前状态。
6.根据权利要求1-5任一项所述的智能充电系统，其特征在于：还包括辅助电源模块，提供5V和12V电压给单片机控制单元、散热风扇和隔离放大模块。
7.利用权利要求1所述的系统进行智能充电的方法，其特征在于：单片机控制单元输出两路PWM波形，经DC-DC驱动模块放大处理后控制DC-DC模块MOS管的通断，从而控制DC-DC模块输出电压及电流，跟踪最佳充电曲线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：单片机控制单元检测到电池管理系统发送的电池组信息信号及充电允许信号选择相应充电曲线对电池组充电。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：当检测到电池组电压小于设定电压V1时，对电池组进行涓流充电。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：当检测到电池组电压接近设定最大充电电压V2时，对电池组进行恒压充电。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：当检测到电池组电压处于设定电压V1和设定最大充电电压V2之间时，根据电池组充电曲线特性进行分段恒流充电。
12.根据权利要求9-11任一项所述的方法，其特征在于：当检测到电流小于充满阈值时，认为电池组已充满，单片机控制关闭PFC功率因数校正模块，并停止PWM输出。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：进行所述恒压充电的恒压值设定为稍高于设定最大充电电压V2，防止充电曲线在恒压段与恒流段频繁跳变。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述稍高于设定最大充电电压V2的电压值为比V2高10伏。
15.根据权利要求7-14任一项所述的方法，其特征在于：在整个充电过程中，不断检测电压、电流及温度，当发生过流、过压、欠压和/或过温故障时，单片机控制单元控制关闭PFC功率因数校正模块并停止PWM输出，停止充电。
16.根据权利要求7-15任一项所述的方法，其特征在于：单片机控制单元实时将检测到的电流、电压及计算得出的电池荷电状态和充电器状态送LCM液晶显示模块显示。
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