CN103701173B - 一种智能充电器的充电方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能充电器的充电方法，属于电池充电器技术领域。特别适用铅酸蓄电池实现智能充电。包括开关电源模块（1）、斩波电路模块（2）、电池（3）、放电回路模块（4）、采样电路模块（5）、PWM输出模块（9）、显示模块（10）和智能控制模块（11），市电与开关电源模块（1）相连，开关电源模块（1）与斩波电路模块（2）相连，斩波电路模块（2）、采样电路模块（5）分别与电池（3）相连。充电方法关键充电参数由用户来设定，如需要充入电池的电量，充电所需的时间，充电后电动工具能够行驶的总里程选择充电策略，智能充电器自动进行运算并充电。
Description
技术领域
一种智能充电器的充电方法，属于电池充电控制技术领域，特别适用铅酸蓄电池智能充电。
背景技术
随着电动交通工具的普及，充电器的作用也越来越重要。现在的充电器大都不带有智能特点，即只有检测初始容量，充电结束自动结束等。有的甚至没有这些功能，只规定了充电时间，充电时间由用户自行决定，由于一些用户不了解充电特性，可能造成充电不足现象或者长期过充现象。所以现有的充电器基本不具有智能特性。就造成用户使用不方便且有可能充电不合理对电池造成损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有充电器存在的不足，提供一种智能充电器的充电方法，关键充电参数由用户来设定，如需要充入电池的电量，充电所需的时间，充电后电动工具能够行驶的总里程选择，实现智能充电器自动进行运算并充电，且充电器结构简单、使用方便、安全可靠。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种智能充电器的充电方法，智能充电器包括开关电源模块、斩波电路模块、电池、放电回路模块、采样电路模块、PWM输出模块、显示模块和智能控制模块，市电与开关电源模块相连，开关电源模块与斩波电路模块相连，斩波电路模块、采样电路模块分别与电池相连，采样电路模块与智能控制模块相连，智能控制模块分别与PWM输出模块、显示模块、设置充电时间模块、设置充电容量模块和设置可行驶里程模块相连，PWM输出模块分别与斩波电路模块、放电回路模块相连；其特征在于：该智能充电器的正常充电步骤如下：
1）程序开始后，首先进行系统初始化，
2）初始化设定充电时间清零、可行驶里程清零、设定路况为平坦；
3）设置充电模式标志，正常充电标志为1，非正常充电标志设为0，并初化显示设备；
4）电池容量检测；
5）计算可行驶里程并显示;
6）判断电池电量是否大于98%，如果是，则电池饱满提示灯亮，充电结束；
7）如果为否，则判断正常充电标志是否为1，如果是，则进入正常脉冲充电模式，并同时进行正常充电标志是否为1和电池电量是否大于98%的实时判断；
8）如果为否，则进入判断非正常充电标志是否为1，如果是，则进行非正常快速充电模式，并进行非正常充电标志是否为1的实时判断；如果为否，则进行正常充电标志是否为1的判断，整套程序按此策略进行智能充电过程，直至充电结束；
所述的非正常快速充电步骤如下：
a）非正常快速充电开始后，先判断可行驶里程是否为0？，如果不为0，则先计算可行驶里程所需电量，再进行剩余充电时间判断是否为0；
b）如果可行驶里程为0，则直接判断剩余充电时间是否为0？；
c）如果充电时间为0，则检测电池剩余容量C，初始充电电流为0.5C，充电结束；
d）如果充电时间不为0，则根据剩余电量及所需电量计算待充容量；
e）根据充电时间及待充容量计算充电接受比，如果充电接受比大于1，则调节充电接受比，如果充电接受比小于等于1，则调速充电电流为I，
f）再判断路况，如果为路况1，则充电电流为，充电结束，如果为路况2则充电电流为，充电结束；
g）两者都不是时，则充电电流为，充电结束。
所述的开关电源模块由电容C1、C2、整流桥B1、开关管M1、电感L1、二极管D1和电阻R1组成；
斩波电路模块由光耦U1、施密特触发器U2、二极管D2、D3、D4、D5、电容C3、C4、开关管M2、电阻R2、R3、R4、电感L2和微处理器U5组成；
放电回路模块由开关管M3、M4、电阻R8、光耦U3、U4和微处理器U5组成；
采样电路模块由电阻R5、R6、R7、微处理器U5组成；
设置充电时间模块由按钮S1和微处理器U5组成；
设置充电容量模块由按钮S2和微处理器U5组成；
设置可行驶里程模块由按钮S3和微处理器U5组成；
显示模块由电容C5-C9、MAX232芯片U6、液晶显示器Disp1和微处理器U5组成；
智能控制模块和PWM输出模块为微处理器U5。
充电原理：
1、如果用户没有设定充电参数，则智能充电器按马斯充电曲线进行充电，
2、当用户设定充电参数时，利用用户输入的参数（如时间、里程、容量），再根据马斯定律反推充电接受比α，并判断α的值是否大于1，如果α≤1则按α进行充电，如果α>1，则根据马斯第二定律，由智能控制模块经过优化处理，通过放电控制将充电接受比α调整为小于等于1。
智能控制模块中充电接受比α的计算如下：
其中，Q为充入电池的荷电量，C为电池的剩余容量，M为比例系数，表示待充入的电荷量占电池容量之比，α为充电电流接受比，I 0 为开始充电时的最大电流，t为充电时间。
将以上公式整理得：
当α>1时，智能控制模块对于充电接受比α的调整策略是：
根据马斯第二定律：蓄电池充电电流接受比α与蓄电池放电电流的对数成正比，即：；其中，K和k均为常数，I d 为蓄电池放电电流。K和k由厂家提供，或者实验得出。
蓄电池放电后，电流可接受比迅速增加，然后采用大电流充电，充一段时间后，再检测容量和剩余时间，计算电流可接受比α，如果此时α值小于1则按α进行充电至剩余时间为0，当剩时间为0时，停止充电。
3、如果α仍然大于1，则继续上一循环，直至α小于等于1时，按α进行充电至剩余时间为0，或者经过若干循环后，剩余时间为0，停止充电。
与现有技术相比，本发明的一种智能充电器及充电控制策略所具有的有益效果是：智能充电器与程序软件配合，完全实现智能化，可以根据用户设定的参数如需要充入电池的电量，充电所需的时间，充电后电动工具能够行驶的总里程自动运算并选择充电策略，这样使充电器根据用户设定的参数，智能充电器自动进行运算并充电。使用户使用方便。无需人工操作。
附图说明
图1为智能充电器的电路原理结构框图。
图2为主程序流程图。
图3为非正常充电流程图。
图4智能充电器电路原理图。
其中：图1中：1开关电源模块、2斩波电路模块、3电池、4放电回路模块、5采样电路模块、6设置充电时间模块、7设置充电容量模块、8设置可行驶里程模块、9PWM输出模块、10显示模块、11智能控制模块。
图4中：U1、U3、U4光耦U2施密特触发器U5微处理器U6MAX232芯片Disp1液晶显示器R1-R8电阻C1-C9电容D1-D5二极管M1-M4开关管L1、L2电感B1整流桥S1-S4按钮GND电源地SGND信号地。
具体实施方式
图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。
如图1所示：该智能充电器，包括开关电源模块1、斩波电路模块2、电池3、放电回路模块4、采样电路模块5、PWM输出模块9、显示模块10和智能控制模块11，市电与开关电源模块1相连，开关电源模块1与斩波电路模块2相连，斩波电路模块2、采样电路模块5分别与电池3相连，采样电路模块5与智能控制模块11相连，智能控制模块11分别与PWM输出模块9、斩波电路模块2、放电回路模块4、显示模块10、设置充电时间模块6、设置充电容量模块7和设置可行驶里程模块8相连。
如图2所示：智能正常快速充电控制策略，步骤如下：
a）程序开始后，首先进行系统初始化，
b）初始化设定时间值清零、里程值清零、设定路况为平坦；
c）设置充电模式标志，正常充电标志为1，非正常充电标志设为0，并初化显示设备；
d）电池容量检测；
e）计算可行驶里程并显示;
f）判断电池电量是否大于98%，如果是，则电池饱满提示灯亮，充电结束；
g）如果为否，则判断正常充电标志是否为1，如果是，则进入正常脉冲充电模式，并同时进行正常充电标志是否为1和电池电量是否大于98%的实时判断；
h）如果为否，则进入判断非正常充电标志是否为1，如果是，则进行非正常快速充电模式，并进行非正常充电标志是否为1的实时判断；如果为否，则进行正常充电标志是否为1的判断，整套程序按此策略进行智能充电过程，直至充电结束。
非正常快速充电步骤如下：
a）非正常快速充电开始后，先判断里程是否为0？，如果不为0，则先计算里程所需电量，再进行剩余时间判断是否为0；
b）如果里程为0，则直接判断剩余时间是否为0？；
c）如果时间为0，则检测电池剩余容量C，初始充电电流为0.5C，充电结束；
d）如果时间不为0，则根据剩余电量及所需电量计算待充容量；
e）根据充电时间及待充容量计算充电接受比α，如果充电接受比α大于1，则调节充电接受比α，如果充电接受比α小于等于1，则调速充电电流为I，
f）再判断路况，如果为路况1，则充电电流为K 3 I，充电结束，如果为路况2则充电电流为K 1 I，充电结束；
g）两者都不是时，则充电电流为K 2 I，充电结束。
充电原理：
1、如果用户没有设定充电参数，则智能充电器按马斯充电曲线进行充电，
2、当用户设定充电参数时，利用用户输入的参数（如时间、里程、容量），再根据马斯定律反推充电接受比α，并判断α的值是否大于1，如果α≤1则按α进行充电，如果α＞1，则根据马斯第二定律，由智能控制模块经过优化处理，通过放电控制将充电接受比α调整为小于等于1。
智能控制模块中充电接受比α的计算如下：
其中，Q为充入电池的荷电量，C为电池的剩余容量，M为比例系数，表示待充入的电荷量占电池容量之比，α为充电电流接受比，I 0 为开始充电时的最大电流，t为充电时间。
将以上公式整理得：
当α＞1时，智能控制模块对于充电接受比α的调整策略是：
根据马斯第二定律：蓄电池充电电流接受比α与蓄电池放电电流的对数成正比，即：；其中，K和k均为常数，I d 为蓄电池放电电流。K和k由厂家提供，或者实验得出。
蓄电池放电后，电流可接受比迅速增加，然后采用大电流充电，充一段时间后，再检测容量和剩余时间，计算电流可接受比α，如果此时α值小于1则按α进行充电至剩余时间为0，当剩时间为0时，停止充电。
3、如果α仍然大于1，则继续上一循环，直至α小于等于1时，按α进行充电至剩余时间为0，或者经过若干循环后，剩余时间为0，停止充电。
如图4所示：微处理器U5为μPD78F0881A；U2为施密特触发器；U6为MAX232芯片。
开关电源模块由电容C1、C2、整流桥B1、开关管M1、电感L1、二极管D1和电阻R1组成。
斩波电路模块2由光耦U1、施密特触发器U2、二极管D2、D3、D4、D5、电容C3、C4、开关管M2、电阻R2、R3、R4、电感L2和微处理器U5组成。
放电回路模块4由开关管M3、M4、电阻R8、光耦U3、U4和微处理器U5组成。
采样电路模块5由电阻R5、R6、R7、微处理器U5组成。
设置充电时间模块6由按钮S1和微处理器U5组成。
设置充电容量模块7由按钮S2和微处理器U5组成。
设置可行驶里程模块8由按钮S3和微处理器U5组成。
显示模块10由电容C5-C9、MAX232芯片U6、液晶显示器Disp1和微处理器U5组成。
智能控制模块11和PWM输出模块9为微处理器U5。
微处理器U5的23脚和24脚输出高电平或是低电平控制开关管M4的通断，以达到控制放电回路的目的；
微处理器U5的25脚输出一定频率的PWM数字脉冲波，经光耦U1和施密特触发器U2整形后控制开关管M2的工作状态，达到脉冲充电的目的；
微处理器U5的26脚输出高电平或是低电平控制充电器进入放电状态或是充电状态；
微处理器U5的12脚和13脚与MAX232U6按照国际RS232通信协议进行串行通信；
微处理器U5的40脚和41脚实时采样充电过程中的电压AD值和电流AD值，作为判断充电过程脉宽调制和充放电时机结束的依据。
微处理器U5的17脚、18脚，21脚、22脚作为中断标志位引脚，通过判断按钮S1~S4的工作状态，达到人机交互输入的目的，从而实现充电时间，充电容量和可行驶里程的设定。
工作过程：当用户开始充电时，当电池容量大于98%时，显示充电结束，如果没有到98%时，如果没有按下按钮，则充电器按一般无损快速充电原理马斯充电定律，初始初电电流0.5C，如果有充电按钮按下时，智能充电器检测并按照按下的按钮计算待充电电量和充电时间，在充的过程中如果α小于1时，按α充电至结束，如果α大于1时，调整α，直到α小于等于1，充电至结束或者充电至用户设定的参数。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (2)
1.一种智能充电器的充电方法，智能充电器包括开关电源模块（1）、斩波电路模块（2）、电池（3）、放电回路模块（4）、采样电路模块（5）、PWM输出模块（9）、显示模块（10）和智能控制模块（11），市电与开关电源模块（1）相连，开关电源模块（1）与斩波电路模块（2）相连，斩波电路模块（2）、采样电路模块（5）分别与电池（3）相连，采样电路模块（5）与智能控制模块（11）相连，智能控制模块（11）分别与PWM输出模块（9）、显示模块（10）、设置充电时间模块（6）、设置充电容量模块（7）和设置可行驶里程模块（8）相连，PWM输出模块（9）分别与斩波电路模块（2）、放电回路模块（4）相连；其特征在于：该智能充电器的正常充电步骤如下：
1）程序开始后，首先进行系统初始化，
2）初始化设定充电时间清零、可行驶里程清零、设定路况为平坦；
3）设置充电模式标志，正常充电标志为1，非正常充电标志设为0，并初始化显示设备；
4）电池剩余容量的检测；
5）计算可行驶里程并显示;
6）判断电池电量是否大于98%，如果是，则电池饱满提示灯亮，充电结束；
7）如果为否，则判断正常充电标志是否为1，如果是，则进入正常脉冲充电模式，并同时进行正常充电标志是否为1和电池电量是否大于98%的实时判断；
8）如果为否，则进入判断非正常充电标志是否为1，如果是，则进行非正常快速充电模式，并进行非正常充电标志是否为1的实时判断；如果为否，则进行正常充电标志是否为1的判断，整套程序按此策略进行智能充电过程，直至充电结束；
所述的非正常快速充电步骤如下：
a）非正常快速充电开始后，先判断可行驶里程是否为0？，如果不为0，则先计算可行驶里程所需电量，再进行剩余充电时间判断是否为0；
b）如果可行驶里程为0，则直接判断剩余充电时间是否为0？；
c）如果剩余充电时间为0，则检测电池剩余容量C，初始充电电流为0.5C，充电结束；
d）如果剩余充电时间不为0，则根据剩余电量及所需电量计算待充容量；
e）根据剩余充电时间及待充容量计算充电接受比α，如果充电接受比α大于1，则调节充电接受比α，如果充电接受比α小于等于1，则调速充电电流为I，
f）再判断路况，如果为路况1，则充电电流为K 3 I，充电结束，如果为路况2则充电电流为K 1 I，充电结束；
g）两者都不是时，则充电电流为K 2 I，充电结束。
2.根据权利要求1所述的一种智能充电器的充电方法，其特征在于：所述的开关电源模块（1）由电容C1、C2、整流桥B1、开关管M1、电感L1、二极管D1和电阻R1组成；
斩波电路模块（2）由光耦U1、施密特触发器U2、二极管D2、D3、D4、D5、电容C3、C4、开关管M2、电阻R2、R3、R4、电感L2和微处理器U5组成；
放电回路模块（4）由开关管M3、M4、电阻R8、光耦U3、U4和微处理器U5组成；
采样电路模块（5）由电阻R5、R6、R7、微处理器U5组成；
设置充电时间模块（6）由按钮S1和微处理器U5组成；
设置充电容量模块（7）由按钮S2和微处理器U5组成；
设置可行驶里程模块（8）由按钮S3和微处理器U5组成；
显示模块（10）由电容C5-C9、MAX232芯片U6、液晶显示器Disp1和微处理器U5组成；
智能控制模块（11）和PWM输出模块（9）为微处理器U5。
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