CN102611176A - 一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，对整个电池组的每只蓄电池进行充电模式与充电的电荷量进行管理的装置，当其中有一只或二只蓄电池充电完成后不影响其它蓄电池的继续充电，一直到整个蓄电池组的每一个蓄电池都充满电，才会完成充电。经过本装置的反复使用，可以实现蓄电池的蓄电能力自行修复和维护。并且使蓄电池组内的每一个电池都获得充盈的电能，在使用时整个电池组放电的伏安特性得到效能最大化。使电动车的运行达到使用方便、安全、环保、低廉的使用目的。
Description
技术领域
本发明属于电池电源的电力应用领域。特别涉及是由大容量、多个蓄电池串联成蓄电池组的充放电储存能力的维护等的日常使用。
背景技术
目前，电动自行车、电动汽车的使用与发展在减少废气排放、节能环保方面能起到的积极作用已是全球共识，是汽车产业发展新的战略方向。为此世界各国都用巨额投资来推动这个产能的迅速成长。在我国，尤其是电动自行车在城市的交通道路日益拥堵的今天，已经有替代了以前的脚踏自行车的趋势。虽然电动自行车的成长历经过非议、但电动自行车的骑、驾方便、行使灵活、动力的能源成本较低，被广大用户所选择，并得到了快速的发展。美中不足的是蓄电池的使用寿命较短、蓄电池更换成本较高。也就是因为蓄电池使用寿命较短，更换成本较高的因素。在电动汽车产业的发展中受到了很大的制约。电动汽车的主要成本高，蓄电池就是实际成本高的原因。
蓄电池作为储存电能的最重要的环节。蓄电池它的储存电荷的能力下降是导致蓄电池失效的主要现象。而蓄电池失效的机理是由三个方面构成；1、是蓄电池组在生产制造中的容量差异约占75％的失效率。2、是电解质中的电解液枯竭，密封特性不良、工作温度过热等导致电解液蒸发的约占15％的失效率。3、电极连接的工艺不良导致可靠性下降及其他约占10％的失效率(后两个问题可以通过其它工艺方法出厂前予以剔除)。本发明主要是解决第一个问题，解决好第一个问题就是可以把普通蓄电池需要更换的平均周期延长一倍。使蓄电池达到应该有的设计寿命。从而大大地降低了蓄电池的使用成本。
目前蓄电池在实际的应用中通常采用多个串联而成。在充电时也串联在一起充电。不论是哪种充电的模式：恒定电压、限制电流，还是恒定电流、限制电压的方法，都没有能够克服整个蓄电池组的每一个蓄电池在充电时都充满的要求和目的。这种充满电或充电结束的主要标志是看蓄电池组的端电压是否达到饱和值电压。这样的充电，长期重复即每次充满电的电荷量都是以最小、最坏的蓄电池为限度的充电运行模式；蓄电池组中的就是好的电池也因为长期得不到充满而效能下降。最后导致整个蓄电池组变成稍微一充电就充满，稍微一放电就放完的结局。
发明内容
本发明提供一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，对整个电池组的每只蓄电池进行充电模式与充电的电荷量进行管理的装置，当其中有一只或二只蓄电池充电完成后不影响其它蓄电池的继续充电，一直到整个蓄电池组的每一个蓄电池都充满电，才会完成充电。
一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，包括
AC/DC电源输入模块，用于将交流电源或直流高压电源整流成供应后面电路的平稳直流电源；
脉宽调制充电供电模块，用于把电源的电能通过脉宽调制开关电路给各个蓄电池进行充电，且把输入电源的电网与蓄电池充电网络物理隔离；
多组检测模块，用于检测对应各个蓄电池的充电电压、充电电流、充电时间；
电池管理控制模块，用于接收各组检测模块传递过来的充电电流、充电电压信号和充电时间信号，实时记录各个蓄电池充电电流和充电时间的积累，并根据各个蓄电池充电电流和充电时间的积累记录来控制各个蓄电池的充电，当某一个蓄电池充电电流和充电时间的积累达到预定值时，则表明此蓄电池完成充电，电池管理控制模块对此蓄电池停止充电；
电池管理控制模块与各个蓄电池之间连接有充电控制线，用于给蓄电池提供充电电流的通路、给检测和控制各个蓄电池提供通路，充电控制线的数目与需要充电的蓄电池个数相关，它们的数学关系是：充电控制线数目为N，蓄电池个数为n，则N＝n+1；其中两根充电控制线连接到串联在最外端的蓄电池上作为主充电控制线，电池管理控制模块通过主充电控制线检测串联蓄电池组的总电压和总电流，剩余的n-1根充电控制线作为辅助充电控制线串联各个蓄电池。
还包括辅助充电供电模块，AC/DC电源输入模块连接辅助充电供电模块，辅助充电供电模块通过充电控制线连接电池管理控制模块和各个蓄电池。
还包括有充电维护供断电切换开关阵列，设置在蓄电池组与脉宽调制充电供电模块的输出端之间，用于将蓄电池断开或接入辅助充电模块，电池管理控制模块动态扫描各个蓄电池的充电电流，当某个蓄电池的充电电流不足时，控制充电维护供断电切换开关阵列将蓄电池接入辅助充电供电模块。
设置有多组脉宽调制充电供电模块，每组脉宽调制充电供电模块连接一组检测模块，并且对应一个蓄电池进行充电。
各组脉宽调制充电供电模块之间设置有串并联切换开关，串并联切换开关连接电池管理控制模块。
还包括有工作状态信号灯，工作状态信号灯连接电池管理控制模块，当电池管理控制模块检测到某个蓄电池充电异常，驱动工作状态信号灯予以指示。
辅助充电控制线的导线截面积比主充电控制线的导线截面积小40％-60％。因为在通常充电时，辅助充电控制线中的电流比主充电控制线的电流小很多，例如第一个蓄电池在充电电流I1是3A，第二个蓄电池在充电电流I2是3.2A、第三个蓄电池I3是3.3A、第四个蓄电池I4是2.9A。则第一条辅助充电控制线Ifx1中的电流等于Ifx1＝I2-I1＝3.2-3＝0.2A，则第二条辅助充电控制线Ifx2中的电流等于Ifx2＝I3-I2＝3.3-3.2＝0.1A，则第三条辅助充电控制线Ifx3中的电流等于Ifx3＝I4-I3＝2.9-3.3＝-0.4A。而此时蓄电池正端主线Iz+的电流Iz+是第一个蓄电池正端的充入电流为3A，蓄电池负端主线Iz-的电流Iz-是第四个蓄电池负端流出电流值-3.3A，(充电导线电流流出设参考方向为正+)。
本发明在与蓄电池组的连接充电时：每个串联点之间必须连接一条辅助充电控制线，充电电路的连接方法主要特征是；正、负两端，有二条主充电控制线，其中在电池组中间串联点，须配置辅助充电控制线X条(X＝n-1，n是电池的个数。例如10个电池时，X＝9条)。充电的电路供电单元为n个，与电池的个数相同。
本发明的一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置；经过本装置的反复使用，可以实现蓄电池的蓄电能力自行修复和维护。并且使蓄电池组内的每一个电池都获得充盈的电能，在使用时整个电池组放电的伏安特性得到效能最大化。使电动车的运行达到使用方便、安全、环保、低廉的使用目的。
具体特点如下，
第一、充电的电能采用恒定电流定时记录电能的定量控制的方法。即实时累计蓄电池的实际储存的电量。用显示电路，提示每一个电池充电充满的后的状态。当所有蓄电池都充满后，完成该次的充电。经过三次以上的充电，放电使用与的循环就可以将以前长期充电不佳而本身是没有失效的电池得到蓄电能力恢复，从而让整个蓄电池组经过充电后保持蓄电池容量均衡、电量充沛。
第二、对蓄电池组中任意一个的失效，在充电过程中用显示电路进行提示性闪烁。通常蓄电池的每一个电池的电荷量相差越小，使用效能越高，由于每个电池都由一个单元的供电器提供充电电流，若该电池已经失效，则表现为内阻变大，充电电流达不到额定的强度、和特定的充电所需要的时间。
第三、本发明装置中设计留有一个通讯接口；可以用多个本发明装置的级连使用，对方便地统一整合管理。通过通讯接口电源管理控制台与单个蓄电池通讯。
第四、本发明应用在单个蓄电池上后的蓄电池仍然可以常规地进行连接组合使用，只需要对蓄电池的连接形式和运行模式进行设置。即蓄电池是串联或并联、自动监控或集合联控。
第五、LED显示或声光提示、报警等功能。采取了即多个蓄电池串联又具有单个蓄电池独立并联形式的蓄能，充电。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明装置的总体方框图一。
图3本本发明装置的总体方框图二。
图4本发明装置的一种应用原理图。
图5本发明装置在电动助动车的蓄电池充电中的一种应用原理图。
图6本发明装置在电动助动车的蓄电池充电的一种应用原理图。
具体实施方式
下面以四个蓄电池串联充电形式为例，对本发明作详细说明。
如图1，充电装置包括外壳4，外壳4设置有蓄电池一充电状态指示灯5、蓄电池二充电状态指示灯6、蓄电池三充电状态指示灯7、蓄电池四充电状态指示灯8以及交流电输入电源指示灯9，外壳4两端连接有交流电输入电源插头1，充电输出多芯插头2，此实施例为五芯插头，对应五根充电控制线。
如图2，充电装置由交流电源输入，经过AC/DC电源输入模块的整流、滤波成特定方向能满足后面电路需要的平稳的直流电源，AC/DC电源输入模块连接脉宽调制充电供电模块，脉宽调制充电供电模块把AC/DC电源输入模块的直流电源通过脉宽调制开关电路并经过变压器耦合把电能以蓄电池合适的电压、电流对蓄电池充电，且把输入电源的电网与蓄电池充电网络的物理隔离，提供使用安全，脉宽调制充电供电模块给电池管理控制模块供电。
同时需要充电的四个蓄电池串联组成蓄电池组，蓄电池一和蓄电池四位于最外端，蓄电池二和蓄电池三位于中间，蓄电池一的正极和蓄电池四的负极分别连出一根充电控制线接到检测模块，这两根充电控制线称为主充电控制线，蓄电池一的负极与蓄电池二的正极、蓄电池二的负极与蓄电池三的正极、蓄电池三的负极与蓄电池四的正极都通过导线串联起来，此三根串联导线同时也分别连接到检测模块，此三根串联导线称为辅助充电控制线，检测模块连接到电池管理控制模块，检测模块检测每个蓄电池是否短路，如果短路表明蓄电池已经损坏，同时采用采样电阻对充电电流进行采样，检测每个蓄电池的充电电流、充电电压，电池管理控制模块用于接收检测模块传递过来的各个蓄电池的充电电流、充电电压信号和充电时间信号，实时记录各个蓄电池充电电流和充电时间的积累，并根据各个蓄电池充电电流和充电时间的积累记录来控制各个蓄电池的充电，当某一个蓄电池充电电流和充电时间的积累达到预定值时，则表明此蓄电池完成充电，电池管理控制模块对此蓄电池停止充电。
如图3，交流电接入后通过AC/DC电源输入模块的整流滤波电路变成直流电，然后分成四路脉冲调制充电供电模块输出，分别接入四个蓄电池上进行充电。
如图4为一组充电电路的原理示意图，此图中相同的标号表示选用相同的元器件，110～220V的交流电输入INPUT，经过整流滤波电路变成合适的直流电，然后经过采用集成芯片5L0380R组成的脉冲宽度调制电路，通过变压器T2隔离，最后通过输出端OUTPUT给电池充电，输出电压Vout，输出电流Iout即是给电池的充电电压和充电电流。检测电路通过采样取值电阻R7取值充电电压和电流，通过光耦合器OC输出充电电压和电流信号。
如图5所示为四组充电装置可分别对四组串联的电池进行充电，此图中相同的标号表示选用相同的元器件，交流电接入后通过AC/DC电源输入模块的整流滤波电路变成直流电，然后经过变压器T1变换后变成合适的电压，并且分成四路输出，分别接入四个蓄电池上进行充电，同时检测电路通过取值采样电阻R对充电电流和充电电压进行检测，并将得到的电流电压信号输入到电池管理控制模块。此实施例中增加了一个辅助充电供电模块，电池管理控制模块根据输入的充电电流电压信号，判断如果充电电流和充电电压过低，就将开关阵列的开关JK1-1、JK1-2、JK2-1、JK2-2、JK3-1、JK3-2、JK4-1、JK4-2全部合上接通，将辅助充电供电模块接入原先的充电模块，如果充电电流和充电电压正常，就断开JK1-1、JK1-2、JK2-1、JK2-2、JK3-1、JK3-2、JK4-1、JK4-2。
如图6为四组充电装置可分别对四组串联的电池进行充电，同时每组充电装置接入蓄电池的时候连接有开关JK1、JK2、JK3，可以根据需要进行切换，当四组蓄电池是串联时，就接通开关JK1、JK2、JK3，四组充电装置可分别对四组串联的电池进行充电，当四组蓄电池并联时，电池管理控制模块控制切换模块断开开关JK1、JK2、JK3，将充电装置作为一路接入并联的蓄电池进行充电。
Claims (7)
1.一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，其特征在于，包括
AC/DC电源输入模块，用于将交流电源或直流高压电源整流成供应后面电路的平稳直流电源；
脉宽调制充电供电模块，用于把电源的电能通过脉宽调制开关电路给各个蓄电池进行充电，且把输入电源的电网与蓄电池充电网络物理隔离；
检测模块，用于检测各个蓄电池的充电电压、充电电流、充电时间；
电池管理控制模块，用于接收检测模块传递过来的各个蓄电池的充电电流、充电电压信号和充电时间信号，实时记录各个蓄电池充电电流和充电时间的积累，并根据各个蓄电池充电电流和充电时间的积累记录来控制各个蓄电池的充电，当某一个蓄电池充电电流和充电时间的积累达到预定值时，则表明此蓄电池完成充电，电池管理控制模块对此蓄电池停止充电；
电池管理控制模块与各个蓄电池之间连接有充电控制线，用于给蓄电池提供充电电流的通路、给检测和控制各个蓄电池提供通路，充电控制线的数目与需要充电的蓄电池个数相关，它们的数学关系是：充电控制线数目为N，蓄电池个数为n，则N＝n+1；其中两根充电控制线连接到串联在最外端的蓄电池上作为主充电控制线，电池管理控制模块通过主充电控制线检测串联蓄电池组的总电压和总电流，剩余的n-1根充电控制线作为辅助充电控制线串联各个蓄电池。
2.根据权利要求1所述的一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，其特征在于，还包括辅助充电供电模块，AC/DC电源输入模块连接辅助充电供电模块，辅助充电供电模块通过充电控制线连接电池管理控制模块和各个蓄电池。
3.根据权利要求2所述的一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，其特征在于，还包括有充电维护供断电切换开关阵列，设置在蓄电池组与脉宽调制充电供电模块的输出端之间，用于将蓄电池断开或接入辅助充电模块，电池管理控制模块动态扫描各个蓄电池的充电电流，当某个蓄电池的充电电流不足时，控制充电维护供断电切换开关阵列将蓄电池接入辅助充电供电模块。
4.根据权利要求1所述的一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，其特征在于，设置有多组脉宽调制充电供电模块，每组脉宽调制充电供电模块连接检测模块，并且对应一个蓄电池进行充电。
5.根据权利要求4所述的一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，其特征在于，各组脉宽调制充电供电模块之间设置有串并联切换开关，串并联切换开关连接电池管理控制模块。
6.根据权利要求1所述的一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，其特征在于，还包括有工作状态信号灯，工作状态信号灯连接电池管理控制模块，当电池管理控制模块检测到某个蓄电池充电异常，驱动工作状态信号灯予以指示。
7.根据权利要求1所述的一种具有修复维护功能的蓄电池充电装置，其特征在于，辅助充电控制线的导线截面积比主充电控制线的导线截面积小40％-60％。
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