CN104242414A - 电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统，它包括单片机总控制和电池充电控制单元、电池；所述单片机总控制配置成控制电池充电控制单元的电池电路通断，用于使电池以串联模式充电或并联模式充电，而且两种模式可以同时充电，也可以切换为各自独立充电。所述电池充电控制单元配置有单片机控制单元n、测量调整单元n、充电电源n、电压调整n、电子开关n。本发明在电池受电能力最大的情况下，切换成串联快速模式，这样就能达到又快，又安全的对电池进行充电；本发明能动态的测量电池的实际内阻和受电能力，跟据内阻和受电能力来调整并联独立充电结构的充电过程,能实现各个电池能独立满电及停止充电。

Description

电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统

技术领域

本发明涉及电池充电器，尤其是电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统。

背景技术

随着社会发展，电动自行车已经成为大众化的一种交通工具。目前，以铅酸电池为电能的电动车占绝大部分，电池厂家出产的铅酸电池的正常使用寿命在200~300次循环，一年保修时间。电动车充电有正负二线串联整组充电的串联充电模式和多线并联独立充电的并联充电模式。串联模式由于电路简单容易实现，成本很低，所以得到广泛的普及应用。串联充电模式的最大缺点是：整组电池中最弱的那些电池最容易被充坏。而且，在电池容量有差异的情况下，每次充到满电时容易把容量最小的那个电池过充电，造成电池慢性损坏和发胀。

电动车电池组由多个独立的单个电池组成。并联充电模式，可以实现对单个电池独立充电，满电时不会把容量最小的电池充坏，充电到满电时，由于是独立充满独立停止，所以不会出现过充损坏容量最小的那些电池。所以单个独立充电模式比整组串联充电模式能让电池的正常使用寿命更长。市场曾经出现过的并联充电模式有分流式均衡并充模式和独立电源对独立电池单充模式。这两种模式由于延长电池寿命实效性差，所以慢慢被市场淘汰了。

分流式均衡并充模式，虽然采用的并联充电接口结构。但其原理只是在串联充结构的基础上，在每个独立的电池正负极加了一个过压负载器。当电池的电压达到满电电压后，凡是超过满电电压的那些充电电压都会被过压负载所短路消耗掉。由于在充电过程中，容量最小的那个电池上的分流负载最容易发热，所以为了不产生大量的分流负载损耗和电能浪费，分流均衡并充的分流能力一般都要设计得很小。但是太小的分流作用对电池的均衡效果有限，所以这种结构的容量平衡实效性很差。

用独立电源对独立电池进行独立充电，满电后停止充电。这是并联充电结构最有效的方案。但不同电池有不同的受电能力，充电过程不同时间电池的受电能力也会随时变化，如果只用简单的恒流、恒压、多段式充电方法对电池的充电，是很难达到真正安全快速的充满电。由于电动车的整组电池是以串联结构对电池进行供电，如果把多个独立的充电器并联接入整组串联结构的电池上，在充电过程，各自的充电器会对邻近的充电器产生很多干扰电压，使之不能正常工作。因此，目前市场上仍没出现成熟的并联独立充电模式的电动车充电器。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点和不足，提供使电池以串联模式充电或并联模式充电，而且两种模式可以同时充电，配合使用各自独立充电的电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统，包括单片机总控制和电池充电控制单元、电池；所述电池设置有1个以上，所述电池充电控制单元也设置有1个以上；所述充电单元连接在单片机总控制和电池之间，所述单片机总控制配置成控制电池充电控制单元的电池电路通断，用于使电池以串联模式充电或并联模式充电，而且两种模式可以同时充电，也可以切换为各自独立充电。

所述电池充电控制单元配置有单片机控制单元n、测量调整单元n、充电电源n、电压调整n、电子开关n，所述测量调整单元n配置有晶体三极管、光耦合器、运算放大器；所述单片机控制单元n配置成电池电路通断控制，当检测到电池n接入，在电池n电压处于正常状态时，使电子开关n进入导通状态；所述单片机控制单元n配置成充电控制，使测量调整单元n中的光耦合器进入充电状态；所述单片机控制单元n配置成电流控制，向测量调整单元n中的运算放大器输出1个基准电流及电压的PWM信号；所述运算放大器操作成将反馈信号提供给晶体三极管，所述晶体三极管用于将信号传到光耦合器，所述光耦合器用于输出PWM信号以控制所述充电电源n中的电压调整n，所述电压调整n控制充电电源n输出电压及电流，用于调整输出的充电电流及电压；所述电流采样n连接在电池n和单片机控制单元n之间，配置成测量此时间点的电池n电流及电压大小。

所述测量调整单元n随时测量当前时间点的电池内阻及电池受电能力，在初始时间点，所述测量调整单元n中的运算放大器输出1个基准电流及电压；在下一个时间点，如果初始时间点的电池内阻及电池受电能力小于基准测量内阻及受电能力，则调整下一个时间点的输出电流及电压为大于基准输出电流及电压；如果初始时间点的电池内阻及电池受电能力大于基准测量内阻及受电能力，则调整下一个时间点的输出电流及电压为小于基准输出电流及电压；如果初始时间点的电池内阻及电池受电能力等于基准测量内阻及受电能力，则调整下一个时间点的输出电流及电压为等于基准输出电流及电压；综合电池充电的各个阶段数据，能分析出该电池的满电、失水、过充、短路、断路状态的故障。

本发明的有益效果有：

①本发明使电池以串联模式充电或并联模式充电，而且两种模式可以同时充电，也可以切换为各自独立充电，在电池受电能力最大的情况下，切换成串联快速模式，这样就能达到又快，又安全的对电池进行充电；

②每种可充电电池都各自有自己的电池内阻和受电能力，本发明能动态的测量电池的实际内阻和受电能力，跟据内阻和受电能力来调整并联独立充电结构的充电过程,能实现各个电池能独立满电及停止充电；

③本发明能够按照电流采样测量到的电流及电压计算电池的电池内阻及电池接受电能力，从而可以分析出电池的失水等状态的故障，提高的检测和维修效率。

附图说明

图1是本发明的多个充电单元的示意图；

图2是本发明的单个充电单元的示意图；

图3是本发明的测量调整单元n的示意图；

图4是本发明的充电过程内阻及受电率动态调整曲线图。

附图中，各标号所代表的部件如下：

101、单片机部控制，102、单片机控制单元n，103、测量调整单元n，104、充电电源n，105、电压调整n，106、电子开关n，107、电池n，201、晶体三极管，202、光耦合器，203、运算放大器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1、2、3所示，电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统，包括单片机总控制101和电池充电控制单元、电池；电池设置有电池1、电池2和电池n107，电池充电控制单元也设置有单个电池充电控制单元1、单个电池充电控制单元2和单个电池充电控制单元n；充电单元连接在单片机总控制和电池之间，单片机总控制101配置成控制电池充电控制单元的电池电路通断，用于使电池以串联模式充电或并联模式充电，而且两种模式可以同时充电，也可以切换为各自独立充电。

电池充电控制单元配置有单片机控制单元n102、测量调整单元n103、充电电源n104、电压调整n105、电子开关n106，测量调整单元n103配置有晶体三极管201、光耦合器202、运算放大器203； 单片机控制单元n102配置成电池电路通断控制，当检测到电池n107接入，在电池n107电压处于正常状态时，使电子开关n106进入导通状态；单片机控制单元n102配置成充电控制，使测量调整单元n103中的光耦合器202进入充电状态；单片机控制单元n102配置成电流控制，向测量调整单元n103中的运算放大器203输出1个基准电流及电压的PWM信号；运算放大器203操作成将反馈信号提供给晶体三极管201，晶体三极管201用于将信号传到光耦合器202，光耦合器202用于输出PWM信号以控制充电电源n104中的电压调整n105，电压调整n105控制充电电源n104输出电压，用于调整输出的充电电流及电压；电流采样n108连接在电池n107和单片机控制单元n102之间，配置成测量此时间点的电池n107电流及电压大小；单片机控制单元n102按电流采样n108测量到的电流及电压计算此时间点的电池n107内阻及充电接受能力，并按此次的数据调整下一次的电流及电压大小；单片机控制单元n102按照电流采样n108测量到的电流及电压计算此时间点的电池n107的内阻及充电接受能力，从而可以分析出电池n107的失水、短路、断开状态的故障。

如图4所示，在T1时间，运算放大器203输出1个基准电流Ti1=Pi，同时测量出电池T1时间的内阻及电池受电能力Tc1；在T2时间，如果Tc1<By，则调整Ti2>Pi，同时测量出电池T2时间的内阻及电池受电能力Tc2；在T3时间，如果Tc2>By，则调整Ti3>Pi，同时测量出电池T3时间的内阻及电池受电能力Tc3；在T4时间，如果Tc3=By，则调整Ti3=Pi，同时测量出电池T3时间的内阻及电池受电能力Tc4；综合电池充电的各个阶段数据，能分析出该电池的满电、失水、过充、短路、断路等等状态的故障。 

Claims (3)

1.电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统，包括单片机总控制和电池充电控制单元、电池；所述电池设置有1个以上，所述电池充电控制单元也设置有1个以上；所述充电单元连接在单片机总控制和电池之间，所述单片机总控制配置成控制电池充电控制单元的电池电路通断，用于使电池以串联模式充电或并联模式充电，而且两种模式可以同时充电，也可以切换为各自独立充电。

2.根据权利要求1所述的电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统，其特征在于，所述电池充电控制单元配置有单片机控制单元n、测量调整单元n、充电电源n、电压调整n、电子开关n，所述测量调整单元n配置有晶体三极管、光耦合器、运算放大器；所述单片机控制单元n配置成电池电路通断控制，当检测到电池n接入，在电池n电压处于正常状态时，使电子开关n进入导通状态；所述单片机控制单元n配置成充电控制，使测量调整单元n中的光耦合器进入充电状态；所述单片机控制单元n配置成电流控制，向测量调整单元n中的运算放大器输出1个基准电流及电压PWM信号；所述运算放大器操作成将反馈信号提供给晶体三极管，所述晶体三极管用于将信号传到光耦合器，所述光耦合器用于输出PWM信号以控制所述充电电源n中的电压调整n，所述电压调整n控制充电电源n输出电压，用于调整输出的充电电流及电压；所述电流采样n连接在电池n和单片机控制单元n之间，配置成测量此时间点的电池n电流及电压大小；所述单片机控制单元n按电流采样n测量到的电流及电压计算此时间点的电池n内阻和充电接受能力，所述单片机控制单元n按计算的电池n内阻及充电接受能力，调整下一次的充电电流及电压大小。

3.根据权利要求1所述的电池内阻及充电接受能力动态跟随的充电系统，其特征在于，所述测量调整单元n随时测量当前时间点的电池内阻及电池受电能力，在初始时间点，所述测量调整单元n中的运算放大器输出1个基准电流及电压；在下一个时间点，如果初始时间点的电池内阻及电池受电能力小于基准测量内阻及受电能力，则调整下一个时间点的输出电流及电压为大于基准输出电流及电压；如果初始时间点的电池内阻及电池受电能力大于基准测量内阻，则调整下一个时间点的输出电流及电压为小于基准输出电流及电压；如果初始时间点的电池内阻及电池受电能力等于基准测量内阻及受电能力，则调整下一个时间点的输出电流及电压为等于基准输出电流及电压；综合电池充电的各个阶段数据，能分析出该电池的满电、失水、过充、短路、断路状态的故障。