CN104037920B - 一种铅酸电池智能充电控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铅酸电池智能充电控制系统，包括充电器和能与其进行数据通讯的铅酸电池模块，其中，铅酸电池模块包括铅酸电池组和电池管理电路；电池管理电路分别与铅酸电池组和充电器相连接，包括电池管理模块和第二通讯模块，第二通讯模块包括第二开关模块；充电开始之前，电池管理电路用于接收充电器发送充电器标识码信息，并判断是否与其内置的电池标识码相匹配，如果标识码相匹配成功，导通开关模块。采用本发明的技术方案，通过充电线在充电器和电池管理电路建立数据通讯，只有相匹配充电器和铅酸电池之间才能正常充电，从而防止因为参数不匹配而损坏铅酸电池，更合理地对铅酸电池进行充电。
Description
技术领域
本发明涉及铅酸电池充电控制系统，具体涉及一种具有数据通讯功能的铅酸电池智能充电控制系统。
背景技术
目前，采用铅酸电池作为动力电源的产品逐渐增多，但在这类产品中，电池往往都是最容易损坏的部件，严重影响用户使用。铅酸电池使用寿命短，其中一个重要原因就是铅酸电池在充电过程中由于充电器和电池之间参数不匹配，导致铅酸电池硫化和析气，进而造成铅酸电池容量急剧下降。比如在现有电瓶车充电器市场中厂家混乱，产品质量参差不齐，长期使用低质的充电器或者在充电参数不匹配的情况下进行充电，会对铅酸电池造成损伤，甚至会发生电池爆炸等险情。
现有技术中，充电器和铅酸电池之间没有信息通讯，因此无法进行充电参数匹配和准确控制充电过程，使电池长期处在参数不匹配的情况下充电。而现有铅酸铅酸电池一般都没有专门的充电保护电路。将充电保护电路与铅酸电池集成一体，并能及时将电池信息反馈给充电器，不但可以根据电池具体参数在出厂时设置电池保护参数，而且可以进行充电参数匹配和准确控制充电过程，从而更合理地保护电池。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，进一步延长电池的使用寿命。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种铅酸电池智能充电控制系统，具有数据通讯功能，能够实现充电器与铅酸电池之间的数据传输，充电前，先进行充电匹配，只有相匹配的充电器和铅酸电池之间才能正常充电，从而防止因为参数不匹配而损坏铅酸电池，同时能够准确控制充电过程，更加合理的对铅酸电池进行充电。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案为：
一种铅酸电池智能充电控制系统，包括充电器和能与其进行数据通讯的铅酸电池模块，其中，
所述铅酸电池模块包括铅酸电池组和电池管理电路；
所述电池管理电路分别与铅酸电池组和充电器相连接，包括电池管理模块和第二通讯模块；
所述充电器与市电输入相连接，包括充电模块、控制模块和第一通讯模块；
所述第一通讯模块和所述第二通讯模块通过充电线连接并建立充电器与电池管理电路之间的数据通讯和充电连接；
所述第一通讯模块为第一电压检测模块和第一开关模块；所述第二通讯模块为第二电压检测模块和第二开关模块；
所述第一开关模块受控于所述控制模块，控制充电线上的电压值变化实现数据通讯，所述第二电压检测模块通过检测充电线上的电压值获取数据信息；
所述第二开关模块受控于所述电池管理模块，控制充电线上的电压值变化实现数据通讯，所述第一电压检测模块通过检测充电线上的电压值获取数据信息；
所述充电器中预设充电器标识码；
所述电池管理电路中预设电池标识码；
所述充电器标识码和电池标识码相互匹配；
充电开始之前，所述电池管理电路用于接收充电器发送充电器标识码信息，并判断是否与其内置的电池标识码相匹配，如果标识码相匹配成功，所述电池管理模块控制导通所述第二开关模块，所述控制模块控制导通所述第一开关模块。
优选地，充电前，充电器向铅酸电池模块发送充电器标识码信息；
所述第二开关模块处于断开状态，所述控制模块根据充电器标识码信息控制所述第一开关模块的通断；所述电池管理电路根据所述第二电压检测模块采样的电压值获取充电器标识码信息；
充电器发送完充电器标识码之后，所述控制模块控制第一开关模块处于导通状态；
所述电池管理电路获取充电器标识码后进行匹配，如果标识码匹配，电池管理电路控制第二开关模块导通。
优选地，充电前，充电器向铅酸电池模块发送充电器标识码信息；
所述第二开关模块处于断开状态，所述控制模块根据充电器标识码信息控制所述第一开关模块的通断；所述电池管理电路根据所述第二电压检测模块采样的电压值获取充电器标识码信息；
充电器发送完充电器标识码之后，所述控制模块控制第一开关模块处于断开状态；
所述电池管理电路获取充电器标识码后进行匹配，如果标识码匹配，所述电池管理电路向充电器发送充电启动命令；所述电池管理电路根据充电启动命令控制所述第二开关模块的通断，所述控制模块根据所述第一电压检测模块采样的电压值获取充电启动命令；
电池管理电路发送完充电启动命令后，所述电池管理电路控制第二开关模块导通；
充电器获取充电启动命令后，所述控制模块控制第一开关模块导通。
优选地，所述控制模块为单片机。
优选地，所述电池管理模块为单片机。
优选地，所述第二开关模块为继电器或者半导体开关。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：在铅酸电池组中内置电池管理电路，可以更好的保护铅酸电池；同时利用充电线在充电器和电池管理电路建立数据通讯，只有相匹配充电器和铅酸电池之间才能正常充电，从而防止因为参数不匹配而损坏铅酸电池；同时由于充电器和电池之间的信息通讯，能够准确控制充电过程，从而更合理地对铅酸电池进行充电。
附图说明
图1是本发明铅酸电池智能充电控制系统的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
现有电瓶车充电器市场中厂家混乱，产品质量参差不齐，长期使用低质的充电器或者在充电参数不匹配的情况下进行充电，会对铅酸电池造成损伤，甚至会发生电池爆炸等险情。
为解决上述技术问题，参见图1，本发明实施例一提出了一种铅酸电池智能充电控制系统，包括充电器1和能与其进行数据通讯的铅酸电池模块2。
现有铅酸铅酸电池一般都没有专门的充电保护电路，本发明实施例中的铅酸电池模块2包括铅酸电池组22和电池管理电路21，并一起设置在电池外壳内，在外壳中设置供充电器接入的接口。
电池管理电路21分别与铅酸电池组22和充电器1相连接，包括电池管理模块212和第二通讯模块213；
第二通讯模块213包括第二开关模块211，第二开关模块211接在充电器1与铅酸电池组22，受控于电池管理模块212，控制对铅酸电池组22的充电；
充电器1与市电输入相连接，包括充电模块101、控制模块102和第一通讯模块103；
充电模块101受控于控制模块102，用于输出充电信号；
第一通讯模块103和第二通讯模块213用于建立充电器1与电池管理电路21之间的数据通讯；
在充电器1和电池管理电路21中预设相匹配的标识码；即在充电器1中预设充电器标识码，在铅酸电池模块2中预设电池标识码，只有在充电器标识码和电池标识码相匹配的情况下，充电器1才能对铅酸电池模块2进行充电。
在开始充电之前，先进行标识码匹配，电池管理电路21接收充电器1发送的充电器标识码信息，并判断与其内置的电池标识码是否相匹配，如果标识码相匹配，导通第二开关模块211，充电器1开始对铅酸电池模块2进行充电；否则，第二开关模块211处于断开状态，将无法进行充电。
在一种优选的实施方案中，第一通讯模块103和第二通讯模块213为电力线载波模块，采用电力线载波模块就可以通过充电线就可以实现数据通讯，在现有技术中的充电线就可以同时实现充电和数据通讯，无需再布置额外数据传输线。
在实现充电器1和铅酸电池模块2的标识码匹配需要建立数据通讯连接，采用通讯模块(比如电力线载波模块)在成本上还是相对较高，而且还增加了电路的复杂性。考虑到标识码匹配仅仅是在正常充电之前的步骤，正常充电之后，可以不需要在充电器1和铅酸电池模块2之间进行数据传输，本发明实施例二提出了一种不同于实施例一的数据通讯方式。
参见图1，第一通讯模块103为电压检测模块104和开关模块105；第二通讯模块213为电压检测模块214和第二开关模块211；
电压检测模块104和电压检测模块214用于检测充电线上的电压值，进而通过检测充电线上的电压值变化实现充电器1与铅酸电池模块2之间的数据通讯。
数据通讯过程实现如下：充电前，充电器1向铅酸电池模块2发送充电器标识码信息，此时，第二开关模块211处于断开状态，控制模块102根据充电器标识码信息控制开关模块105的通断，电池管理电路21根据电压检测模块214采用的电压值获取充电器标识码信息。
其工作原理及过程如下，第二开关模块211处于断开状态时，当开关模块105导通时，充电线的电压值为充电模块101的输出电压，当开关模块105断开时，充电线相当于悬空，其电压值为零；电压检测模块214能够检测两种电压状态，可以分别对应识别为高电平布尔量‘1’信号和低电平布尔量‘0’信号；而预设的充电器标识码不管是何种数据格式，最终都可以转换计算机二进制格式(即布尔量)。以标识码为单字节数据‘10101010’为例，具体控制过程为，控制模块102逐位发送标识码，以一定时间间隔(比如50ms)控制开关模块105，每时刻传输一位数据信息；数据信息为‘1’时，开关模块105导通，充电线上为高电平信号；数据信息为‘0’时，开关模块105断开，充电线上为低电平信号；电压检测模块214通过监听充电线上的电压状态变化获取充电器标识码信息。整个数据传输过程实质为将标识码信息转换为开关的通断，进而转换为电压值变化，通过解析电压值变化获取标识码信息。
在充电器1发送完充电器标识码之后，控制开关模块105处于导通状态；如果标识码匹配，电池管理电路21控制第二开关模块211导通，接通正常充电回路，充电器1开始向铅酸电池模块2进行充电；否则，第二开关模块211处于断开状态，将无法进行充电。
采用上述方式，实现了半双工通讯，能够实现在充电前由充电器1向铅酸电池模块2发送标识码；为了保证通讯更加稳定可靠，该方式也可以实现全双工通讯。
在充电器1发送完充电器标识码之后，控制开关模块105处于断开状态，在电池管理电路21获取充电器标识码并进行标识码匹配，如果匹配成功，电池管理电路21向充电器1发送充电启动命令，根据充电启动命令控制第二开关模块211的通断；充电器1中的控制模块102根据电压检测模块104采样的电压值获取充电启动命令；获取充电启动命令后，控制模块102导通开关模块105，充电器1开始向铅酸电池模块2进行充电。具体工作原理参见上述。
充电器1与铅酸电池模块2之间实现数据通讯，还能够准确控制充电过程，更合理地对铅酸电池进行充电。
在一种优选的实施方式中，电池管理模块212用于实时检测铅酸电池组22的电池参数信息(电流、电压、总电量等)，同时用于实时检测充电器1对铅酸电池组22的充电参数信息(充电电流、充电电压等)，并根据实用电池参数信息和充电参数信息向充电器1发送充电控制命令；
控制模块102根据接收到的充电控制命令控制充电模块101的输出充电参数。
在一种优选的实施方式中，电池管理模块212中预先设定充电完成时的电池参数信息(即充电完成时，电池电压、电流所达到的状态)，当铅酸电池组22达到预设的充电完成时的电池参数信息时，向充电器1发送充电停止命令，同时断开第二开关模块211；
对应的，控制模块102根据接收到的充电停止命令后，控制充电模块101停止充电输出。
在一种优选实施方式中，控制模块102为单片机。
在一种优选实施方式中，电池管理模块212为单片机。
在一种优选实施方式中，第二开关模块211为继电器或者半导体开关。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铅酸电池智能充电控制系统，其特征在于，包括充电器(1)和能与其进行数据通讯的铅酸电池模块(2)，其中，
所述铅酸电池模块(2)包括铅酸电池组(22)和电池管理电路(21)；
所述电池管理电路(21)分别与铅酸电池组(22)和充电器(1)相连接，包括电池管理模块(212)和第二通讯模块(213)；
所述充电器(1)与市电输入相连接，包括充电模块(101)、控制模块(102)和第一通讯模块(103)；
所述第一通讯模块(103)和所述第二通讯模块(213)通过充电线连接并建立充电器(1)与电池管理电路(21)之间的数据通讯和充电连接；
所述第一通讯模块(103)为第一电压检测模块(104)和第一开关模块(105)；所述第二通讯模块(213)为第二电压检测模块(214)和第二开关模块(211)；
所述第一开关模块(105)受控于所述控制模块(102)，控制充电线上的电压值变化实现数据通讯，所述第二电压检测模块(214)通过检测充电线上的电压值获取数据信息；
所述第二开关模块(211)受控于所述电池管理模块(212)，控制充电线上的电压值变化实现数据通讯，所述第一电压检测模块(104)通过检测充电线上的电压值获取数据信息；
所述充电器(1)中预设充电器标识码；
所述电池管理电路(21)中预设电池标识码；
所述充电器标识码和电池标识码相互匹配；
充电开始之前，所述电池管理电路(21)用于接收充电器(1)发送充电器标识码信息，并判断是否与其内置的电池标识码相匹配，如果标识码相匹配成功，所述电池管理模块(212)控制导通所述第二开关模块(211)，所述控制模块(102)控制导通所述第一开关模块(105)。
2.根据权利要求1所述的铅酸电池智能充电控制系统，其特征在于，充电前，充电器(1)向铅酸电池模块(2)发送充电器标识码信息；
所述第二开关模块(211)处于断开状态，所述控制模块(102)根据充电器标识码信息控制所述第一开关模块(105)的通断；所述电池管理电路(21)根据所述第二电压检测模块(214)采样的电压值获取充电器标识码信息；
充电器(1)发送完充电器标识码之后，所述控制模块(102)控制第一开关模块(105)处于导通状态；
所述电池管理电路(21)获取充电器标识码后进行匹配，如果标识码匹配，电池管理电路(21)控制第二开关模块(211)导通。
3.根据权利要求1所述的铅酸电池智能充电控制系统，其特征在于，充电前，充电器(1)向铅酸电池模块(2)发送充电器标识码信息；
所述第二开关模块(211)处于断开状态，所述控制模块(102)根据充电器标识码信息控制所述第一开关模块(105)的通断；所述电池管理电路(21)根据所述第二电压检测模块(214)采样的电压值获取充电器标识码信息；
充电器(1)发送完充电器标识码之后，所述控制模块(102)控制第一开关模块(105)处于断开状态；
所述电池管理电路(21)获取充电器标识码后进行匹配，如果标识码匹配，所述电池管理电路(21)向充电器(1)发送充电启动命令；所述电池管理电路(21)根据充电启动命令控制所述第二开关模块(211)的通断，所述控制模块(102)根据所述第一电压检测模块(104)采样的电压值获取充电启动命令；
电池管理电路(21)发送完充电启动命令后，所述电池管理电路(21)控制第二开关模块(211)导通；
充电器(1)获取充电启动命令后，所述控制模块(102)控制第一开关模块(105)导通。
4.根据权利要求1或2所述的铅酸电池智能充电控制系统，其特征在于，所述控制模块(102)为单片机。
5.根据权利要求1或2所述的铅酸电池智能充电控制系统，其特征在于，所述电池管理模块(212)为单片机。
6.根据权利要求1或2所述的铅酸电池智能充电控制系统，其特征在于，所述第二开关模块(211)为继电器或者半导体开关。
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