CN103580080A - 蓄电池充电保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池充电保护方法及装置，该装置用于连接充电器和蓄电池之间，其核心为单片机微处理器MCU，电路主要由稳压电源、电压检测、单片机微处理器MCU、驱动电路、开关管和状态指示等组成。在充电过程中，仅根据周期性检测蓄电池电压的变化规律，对充电时间参数和开关管通断控制，实现恒压延时、过压断电、辅助转灯、浮充延时等保护功能，减缓电池失水，降低蓄电池充鼓率，从而延长蓄电池使用寿命。

Description

蓄电池充电保护方法及装置

技术领域

  本发明属于蓄电池充电保护及电子技术领域。

背景技术

  铅酸蓄电池广泛应用于电动自行车等电动类交通工具。但由于充电器普遍采用恒流、恒压和浮充的三阶段方式，充电参数应根据蓄电池厂家的配方不同而匹配，尤其是电压对蓄电池来说是敏感参数。实际上，由于用户的非专业更换电池或充电器，以及充电器质量的良莠不齐，大多充电器也未实施输出的智能保护功能。而又根据用户的一般使用习惯，随用随充，充到绿灯亮为止，绿灯浮充时间也未加以限定，导致在析气段充电时间累计太多，内阻增大，充电发热，使蓄电池加快失水，直至热失控变形。根据检测数据，失水电池典型表现为充电时间长，不转绿灯，电池发热，手动晃一下充电器插头才转绿灯；轻度失水时，电流降到一定值不再降，电压升到一定值不再升，重度失水时，电流先降后升，电压先升后降；这些都是缓慢发生的从量变到质变的过程，如同温水煮蛙，普通用户都是不易觉察到的，只是简单根据充电器红灯表示在充电，判断为电池未充足，后果可想而知。这是目前造成铅酸蓄电池使用寿命达不到理论值的重要原因之一。

发明内容

  本发明提供一种简便可用的充电保护方法及装置，连接于原有充电器和蓄电池之间，它电路简洁，仅检测蓄电池关键电压参数，利用单片机微处理器MCU的强大处理性能，实现充电状态的自动识别和控制，让用户随用随充，不必担心过充和充不足，可大大延长电池平均使用寿命。

  本发明的技术方案如下：

  A.令电池电压V，充电时间T，V1为浮充上限电压，V2为恒压下限，V3为恒压上限，即V1＜V2＜V3，或V1＝V2＜V3；T1为恒压充电时间上限，T2为浮充充电时间，T3为辅助转灯时间间隔，Ts为恒压最短充电时间。

  B.充电初期，周期性检测电池电压V，如果V≤V2值，则使开关管一直导通，电池持续充电中。

  C.充电中期，周期性检测电池电压V，如果电压升到V2＜V＜V3区间，则保持开关管导通并开始倒计时T1，当T1计完，关断开关管并延时T3(约1秒)后再次使开关管导通，并开始倒计时T2，当T2计完，关断开关管，充电终止。

  D.充电中期，周期性检测电池电压V，如果在V2＜V＜V3区间，至少经历了Ts时间后，因充电器电压降低而提前进入浮充阶段或者可能的因电池失水发热而导致的电压下降，即0＜Ts＜T＜T1，且V＜V1，则开始倒计时T2，当T2计完，关断开关管，充电终止。

  E.充电末期，周期性检测电池电压V，如果V≥V3，则立即关断开关管，充电终止。

  如步骤B所述，只要蓄电池电压小于V2识别点，对大多数电池来说充电是安全的，V2值可根据不同规格电池确定，数值可选择略高于析气电压。只有遇到情况最恶劣的电池，例如有电池单格短路现象或个体差异太大，才无法保证其安全充电。

  如步骤C所述，此过程重点保护轻度失水的电池，当电压升到析气点以上，但由于电池内阻的变大，电池电压升不到最高正常值，长时间维持不变，因此，本发明可根据不同容量的电池，预设该电压段的最大充电时间T1，比正常充电时间略长，然后使充电停止T3时间，大约1秒钟，以辅助充电器自动转浮充，浮充时间可设T2为通常的2小时，保证充足电。

  如步骤D所述，此过程针对正常蓄电池的充电，充电器能够自动提前转浮充，同时也适用于重度失水的蓄电池参数特征，都满足识别条件：1、电压越过V2至少经历了Ts时间；2、经历Ts时间后，电压都至少下降到小于V1。由于某些充电器的脉冲功能，电压V会有波动性，且Ts时间足够短，因此，要设V1识别点略低于V2，以增加充电状态识别准确度。或者也可以适当延长Ts时间，并设V1＝V2，意义在于，电压V在V2点上下波动经历了Ts时间后未正常上升。只要满足以上两个条件，保护装置都应该启动T2浮充倒计时，保证充足电的前提下，及时停止充电，从而防止了电池的进一步失水。

  如步骤E所述，此过程针对可能存在的某些厂家的充电器电压指标过高或因电子元器件老化等原因引起的参数漂移，电压升到V3，应果断终止充电；之后，即使蓄电池电压回落，也不能再进行充电，直至人为重新上电复位。

  以上，为了简要说明本发明的关键技术方法，在电池随时间连续变化的电压曲线上按照V1、V2、V3识别点分别划分了不同的状态区间，默认划分为：0＜V＜V1、0＜V≤V2、V2＜V＜V3、V≥V3四个状态区间；但由于单片机微处理器MCU指令的灵活性，本领域的技术人员完全可以改变电压识别点的闭合方向而有不同的划分，如另一种划分法：0＜V≤V1、0＜V＜V2、V2≤V≤V3和V＞V3四个区间，由排列组合定律可知有8种划分法，在此不一一列举。因此，不同的状态区间划分法应属于同一种技术特征。

附图说明

  附图1为本发明的充电保护装置示意图。

  附图2为本发明的充电保护方法流程图。

  附图3为本发明的实施例程序流程图。

具体实施方式

  本发明的具体实施例以48V12AH电池组为充电保护对象，相应的设V1＝56.4V、V2＝57.2V、V3＝59.6V、T1＝36000×150ms固定延时＝90分钟、T2＝48000×150ms固定延时＝120分钟、T3＝7×150ms固定延时＝1.05秒(T3初始为0)、Ts＝200×150ms固定延时＝30秒，因为程序习惯采用倒计时方式，所以附图3的程序流程图中301标处：T1-Ts＝36000-200＝25800，T1变量寄存器的值与该固定值比较大小。如果设V1＝V2，V2则可以取57.2V，Ts取2000。注意，以上变量名应事先定义为16位WORD属性，才能满足存储大于255而小于65535的数。然后，把以上设定值按附图3的程序流程编写指令，写入芯片，即可。电子技术领域的设计开发人员应都能成功实施。

  硬件电路按附图1所示，各方框功能均为常规电路，单片机微处理器MCU可以是普通带10位分辨率AD转换功能的各种品牌的IC；开关管应选择耐压75V以上，导通电阻小于10毫欧的N沟道MOS场效应管，本领域内的技术人员应都能成功实施，不再赘述。

  本发明的实施例经测定，实际控制时间最大误差不到2分钟，对充电保护影晌可忽略，可进行批量生产。并提醒各位朋友，从技术角度来说，本发明不是解决蓄电池充电保护的最佳方案，只是可延长电池平均使用寿命，仍然不能杜绝电池失水现象，应提醒用户定期检查，并给蓄电池加补充液，方能达到满意效果。

  以上所述仅为本发明的具体实施例，在本技术领域内，因不同规格的充电保护对象而参数不同所作的改变，或额外的修饰，都不能改变本发明的技术特征，都应属于本发明专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种铅酸蓄电池充电保护装置，主要由稳压电源、电压检测、单片机微处理器MCU、驱动电路、开关管和状态指示组成。

2.根据权利要求1所述的充电保护装置，其特征在于采用了如下保护方法：

A.令电池电压V，充电时间T，V1为浮充上限电压，V2为恒压下限，V3为恒压上限，即V1＜V2＜V3或V1＝V2＜V3；T1为恒压充电时间上限，T2为浮充充电时间，T3为辅助转灯时间间隔，Ts为恒压最短充电时间。

B.充电初期，周期性检测电池电压V，如果V≤V2，则使开关管一直导通，电池持续充电中。

C.充电中期，周期性检测电池电压V，如果在V2＜V＜V3区间时，则保持开关管导通并开始倒计时T1，当T1计完，关断开关管并延时T3后再次使开关管导通，并开始倒计时T2，当T2计完，关断开关管，充电终止。

D.充电中期，周期性检测电池电压V，如果在V2＜V＜V3区间时，经历了至少Ts时间后，电压降低，即0＜Ts＜T＜T1，且V＜V1，则开始倒计时T2，当T2计完，关断开关管，充电终止。

E.充电末期，周期性检测电池电压V，如果V≥V3，则立即关断开关管，充电终止。

3.根据权利要求2所述的方法A和D，其特征在于设置3个电压识别点V1、V2和V3，且V1＜V2＜V3；或者也可以设2个电压识别点，即：使V1＝V2＜V3。

4.根据权利要求2所述的方法B、C、D和E，其特征在于电压状态区间的电压识别点V1、V2、V3无论向哪个区间闭合，都不会改变本发明的技术特征。

5.根据权利要求2所述的方法C，其特征在于设置了在V2＜V＜V3区间，最大允许充电时间T1；开关管关断延时T3，为了辅助充电器跳转至浮充阶段。

6.根据权利要求2所述的方法C和D，其特征在于设置了浮充阶段的充电时间T2。

7.根据权利要求2所述的方法E，其特征在于设置了恒压上限电压V3，无论何时检测到该电压值，都应使充电终止。

8.根据权利要求2所述的方法C、D和E其特征在于当充电终止了，无论电池电压是否回落，都不再允许充电，直至人为重新上电复位。

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