CN104950163B - 一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统及方法，包括：单片机；第一电压比较电路，其电压采样的电路与充电机输出端相连，其输出端与单片机相连，用于监测充电机的输出电压，并比较后所得的逻辑信号传送至单片机；电压反馈采样电阻电路的输入端与充电机输出端相连，输出端通过电压信号调理放大器与单片机相连，用于实时检测充电机的输出电压，将经电压信号调理放大器处理后的电压信号传送至单片机；单片机根据接收到逻辑信号和电压信号判断充电机的输出电压反馈是否正常并控制充电机动作；该系统硬件电路上更简洁、更简单、成本更低，能提供更及时、更可靠、更有效的保护，能预测过充的发生和发现电压反馈故障中电压偏低的问题。

Description

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统及方法

技术领域

本发明涉及单片机及电子测量、控制、保护技术在电源领域的应用，特别是涉及一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统及方法。

背景技术

众所周知，现阶段蓄电池大量的用于传统的后备电源设备及电动汽车等新能源领域；且蓄电池是昂贵的零部件，比如说电动汽车，蓄电池组成本约占电动汽车成本50％，因此如何保证蓄电池组可靠地使用就显得非常重要。

蓄电池在放完电后需要充电，而充电是否得当对蓄电池的寿命有绝对的影响，绝大部分蓄电池组的早期失效都是因为充电不当的原因照成的。现在蓄电池充电大部分都是采用先恒流再恒压(恒流可以是多段恒流)的方式，而问题往往发生在恒压阶段，恒压充电阶段时充电机输出电压的准确性对蓄电池充电的可靠性有着很大的决定性，且非常敏感，对充电机输出电压(以下简称输出电压)的准确性要求较高：

输出电压偏低则蓄电池欠充，电池欠充将影响用户的使用，且铅酸电池长期欠充会产生负极板硫化引起电池提前失效的问题；

输出电压偏高则造成过充而损坏蓄电池，严重时还会引起蓄电池燃烧或爆炸；

而充电机在输出电压反馈电路发生故障时会使得输出电压偏低或偏高而引起上述问题的发生。

目前的充电机基本都设计有输出过压保护电路来防止充电机输出过压，采用的技术有两种：

一种是硬件设置的保护点，将保护点设为比充电机所可能工作的最高电压略高一些，这种技术有3个的缺点：1、由于很多蓄电池的充电电压是随充电状态或温度的变化而变化的，因此这种技术的保护点是固定于充电机可能的最高工作电压的，否则会在正常工作时引起误保护，而蓄电池组往往在充电机的输出电压高于充电曲线规定的恒压点而又低于这个保护点时就已经形成过充了，因此这使得保护点比实际应用要求的高，存在保护不及时、有效性差的问题；2、只能检测出过压的情况不能检测出欠压的情况，因此不能解决电压偏低欠充的问题；3、不同标称电压的蓄电池组要进行不同的硬件的配置，硬件不一样，不利于标准化生产。

第二种技术和第一种技术差不多，但它的保护点不是硬件设置的而是可以用软件调节，因此它解决了第一种技术的不利于标准化生产的问题，但其它问题依然存在。另外电压反馈异常可能是采样反馈电阻网络异常引起，也可能是反馈电路的基准电压异常引起，因此上述两种技术需要同时检测反馈电阻网络及基准电压的情况，因此电路相对会复杂。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种过压保护点适合、保护及时、有效，同时能够检测出实际输出电压低于设定电压，避免充电机输出电压偏低使得蓄电池欠充问题的蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统。

本发明的另一目的在于提供一种过压保护点适合、保护及时、有效，同时能够检测出实际输出电压低于设定电压，避免充电机输出电压偏低使得蓄电池欠充问题的蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法。

本发明的再一目的在于提供一种过压保护点适合、保护及时、有效，同时能够检测出实际输出电压低于设定电压，避免充电机输出电压偏低使得蓄电池欠充问题且输出电压能够自动进行校正的蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于包括：

单片机；

第一电压比较电路，其采样端正极与充电机输出正极相连，其输出端与单片机I/O1口相连，用于监测充电机的输出电压Vout，并将充电机输出电压Vout与比较电压Vref比较后所得的逻辑信号COMP1传送至单片机；

充电机输出电压实时检测电路，包括电压反馈采样电阻电路和电压信号调理放大器，所述电压反馈采样电阻电路的输入端与充电机输出端相连，电压反馈采样电阻电路的输出端与电压信号调理放大器的输入端相连，电压信号调理放大器的输出端与单片机的A/D口相连，将处理后的表征充电机输出电压的信号VFB传送至单片机，VFB还作为充电机输出电压控制电路的电压反馈信号；

其中，所述单片机根据接收到的逻辑信号COMP1和电压信号VFB判断充电机的输出电压Vout是否正常并控制充电机的动作；

所述电压比较电路的比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且这个电压比蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压低(0.1V～0.3V)×N，其中，N为蓄电池组电池的节数，铅酸电池单体标称电压为2V，锂电池单体标称电压为3.2V～3.7V，如果电池单体标称电压与上不同可进行对应换算。

作为上述方案的进一步改进，该系统还包括：

第二电压比较电路，其采样端正极与充电机输出正极相连，其输出端与单片机I/O2口相连，用于监测充电机的输出电压Vout，并将输出电压Vout与比较电压Vref比较后所得的逻辑信号COMP2传送至单片机；

PID调节器，其同相输入端经一个RC滤波电路与单片机的PWM口相连，用于给定充电机的输出电压值，其反相输入端经PID调节器的比例电阻与电压信号调理放大器的输出端相连，其输出端通过PID调节器的积分电容和比例积分电阻与反相输入端相连，其输出端还与充电机的控制电路相连，用于校正充电机的输出电压。

进一步，所述第一电压比较电路1包括分别与单片机相连的数字电位器RV1和基准电压源U1，所述数字电位器RV1还通过一分压采样电阻R1与充电机输出端相连，所述数字电位器RV1与分压采样电阻R1的连接处与基准电压源U1相连。

作为上述方案的进一步改进，所述基准电压源U1为TL431，TL431的参考端与连接处A相连，阳极与充电机的输出负极相连，阴极与单片机2的I/O1口相连；TL431只有3个引脚，内部自带基准电压构成比较器，不需要另外再设计基准电压，用一个上拉电阻将它的阴极与Vcc相连就既可为它供电又可形成比较器的输出信号，因此用它设计的电压比较器的电路结构非常简洁，成本低、体积小、可靠高。另外TL431通常是作为基准电压或高精度的可调电源使用，它内部的基准电压的误差、温漂、时漂都很小，这保证了电压比较电路长期工作的精度及稳定性。

作为上述方案的进一步改进，所述数字电位器RV1通过I2C总线与单片机相连。

进一步，所述第二电压比较电路包括分别与单片机相连的数字电位器RV2和基准电压源U2，所述数字电位器RV2还通过一分压采样电阻R2与充电机输出端相连，所述数字电位器RV2与分压采样电阻R2的连接处与基准电压源U2相连。

作为上述方案的进一步改进，所述基准电压源U2为TL431，TL431的参考端与连接处B相连，阳极与充电机的输出负极相连，阴极与单片机2的I/O2口相连。

作为上述方案的进一步改进，所述数字电位器RV2通过I2C总线与单片机相连。

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：设定比较电压Vref的值，所述比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压；

步骤2：第一电压比较电路采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP1传送至单片机的I/O1口；

步骤3：单片机的I/O1口实时监测第一比较电路的输出逻辑信号COMP1，当监测到逻辑信号COMP1发生逻辑反转的瞬间，马上执行步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1没有发生反转则返回步骤2；

步骤4：单片机的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压Vref的比较值来判断充电机输出电压反馈正常与否：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果VFB＞Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；

如果VFB＜Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤4中充电机的输出电压反馈信号VFB与比较电压信号Vref之间的比较结果可设置一定的测量容差值：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果VFB-Vref≥c×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；

如果VFB-Vref＜c×Vref且Vref-VFB≥c×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示，其中c为测量容量差系数且0＜c＜1。

进一步，所述反馈信号VFB为通过电压反馈采样电阻电路采集充电机的输出电压Vout，将输出电压Vout转变为低压信号后经电压信号调理放大器处理后所得。

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：设定比较电压Vref的值，所述比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压；

步骤2：第一电压比较电路采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP1传送至单片机的I/O1口，第二电压比较电路采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP2传送至单片机的I/O2口；步骤3：单片机的I/O1和I/O2口实时监测第一电压比较电路、第二电压比较电路的输出逻辑信号COMP1、COMP2，如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔小于5秒，那么发生逻辑反转的瞬间马上执行步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1和COMP2没有发生反转则返回步骤2；如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔大于5秒，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示；

步骤4：单片机的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压信号Vref的比较值来判断蓄电池的充电状态：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|≤b×Vref，表征充电机输出电压反馈偏离正常值但在可校正范围内，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且在校正范围内，则转入步骤5；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref＜b×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且不再校正范围内，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref≥b×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；其中，a、b为测量容量差且0＜a＜b＜1；

步骤5：单片机自动调整送到PID调节器的PWM值来校正充电机的输出电压。

本发明的有益效果包括以下5点：

1)当充电机出现输出电压反馈异常引起的过压故障时能提供更及时、更可靠、更有效的保护。以电动汽车用的铅酸动力电池为例说明(以单节2V电池为例)，在25℃时，这类电池恒压充电阶段的电压要求为2.45V、涓流充电阶段的电压要求为2.67V，电压的温度补偿约为-4mV/℃，蓄电池工作的环境温度为-25℃～45℃。温度补偿后，在45℃时恒压阶段的电压要求为2.37V，在-25℃时涓流充电阶段的电压为2.87V，现有技术的充电机的输出过压保护点应大于2.87V×N(N为蓄电池组蓄电池的节数)才能保证在正常的工作时不会误保护，而在45℃时蓄电池组的恒压充电电压为2.37V×N，输出过压保护点要远高于这个电压，因此发生输出电压反馈故障时，充电机输出电压还没到保护点，蓄电池就已经过充而损坏了。而且采用本发明的系统，可把电压比较器的电压比较点设在低于恒压充电电压的2.15V×N，充电时当输出电压到达2.15V×N时即刻检测这时充电机电压反馈电路采样的电压，如果检测到的反馈电压低于2.15V×N，说明如果再继续充电当达到恒压工作点时充电机输出电压将高于设定的电压，产生蓄电池过充问题，应立刻关闭充电机输出不再充电，同时告警提示，如此蓄电池可得到及时的、可靠的、有效的保护；

2)能预测过充的发生，发生问题时在蓄电池电压没达到恒压点就已经进行保护了，确保蓄电池不会出现过充的问题。如上所述，它在蓄电池电压还没达到恒压阶段电压时就已经能发现故障并进行保护了，因此绝对不会出现过充的问题；

3)能发现电压反馈故障中电压偏低的问题并根据需要设置告警。仍以上例说明，把本技术中的电压比较器的电压比较点设在2.15V×N，充电时当蓄电池电压到达2.15V×N时即刻检测这时充电机电压反馈电路采样的电压，如果检测到的反馈电压高于2.15V×N，说明如果继续充电，当充电机达到恒压工作点时，充电机输出电压将低于蓄电池要求的电压，产生蓄电池欠充问题，检测到这种情况并可向用户进行告警提示；

4)电压反馈电路异常也可以是因为电压采样反馈电路的基准电压电路出现异常造成的，现有技术为了形成一个严密的保护逻辑必须设置一个检测基准电压的电路，而本发明不用监测电压采样反馈控制电路的基准电压，因此在硬件电路上更简洁、更简单、成本更低、可靠性更高；

5)不仅能用于保护还能用于输出电压的自动校正。由于充电机的输出电压控制反馈电路里进行信号调理用的运算放大器的零点、增益，反馈电路的基准电压都有时漂的效应，充电机使用一段时间后输出整定电压会发生改变，而本发明可以在这种情况时自动调整输出电压反馈控制电路中放大器的增益来校正输出电压，免除了充电机的使用维护时需要定期人工检查并校正充电机输出电压的工作。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例仅实现保护功能的电路原理图；

图2是本发明实施例实现保护功能及输出电压自动校正功能的电路原理图；

图3是本发明实施例仅实现保护功能的流程示意图；

图4是本发明实施例实现保护功能及输出电压自动校正功能的流程示意图。

具体实施方式

在充电的过程中充电机的输出电压(即蓄电池组的电压)与时间的关系是一条由低逐渐升高的曲线。

参照图1所示，本发明提供了一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，包括第一电压比较电路1、单片机2、由电压反馈采样电阻电路3及信号调理放大器4组成的充电机输出实时检测电路，其中电源VCC是单片机2的工作电源也是充电机输出电压反馈采样电路2的基准电压、Vout+是充电机输出正极、GND是充电机输出负极也是控制电路的地；

所述第一电压比较电路1，其采样端的正极与充电机输出正极相连，其输出端与单片机I/O1口相连，用于监测充电机的输出电压Vout，并将输出电压Vout与比较电压Vref比较后所得的逻辑信号COMP1传送至单片机2；比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上，这个点选择比蓄电池充电曲线的恒压阶段时的电压低一些，以保证即使充电机电压反馈电路出现异常，在充电过程中检测到故障的时刻，充电机的实际输出电压也不会超过蓄电池充电的恒压点，避免出现过充，当充电机的输出电压低于该比较电压Vref时，第一电压比较电路1的输出端COMP1输出一个逻辑，当蓄电池组电压高于该比较电压Vref时第一比较电路1输出一个相反逻辑；

电压反馈采样电阻电路3，其输入端与充电机输出端相连，其输出端通过一电压信号调理放大器4与单片机2的A/D口相连，用于实时检测充电机的输出电压Vout，电压反馈采样电阻电路3先将充电机的输出电压Vout由高压转变为低压信号后送到电压信号调理放大器4，从而得到电压信号VFB并将该信号传送至单片机2；所述单片机2根据接收到的逻辑信号COMP1和电压信号VFB判断充电机的输出电压Vout是否正常并控制充电机的动作。

其中，所述比较电压Vref可设置的范围为：比蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压的低(0.1V～0.3V)×N(N为蓄电池组电池的节数，铅酸电池单体标称电压为2V，锂电池单体标称电压为3.2V～3.7V，如果电池单体标称电压与上不同可进行对应换算)；

进一步，所述第一电压比较电路1包括分别与单片机2相连的数字电位器RV1和基准电压源U1，所述数字电位器RV1还通过一分压采样电阻R1与充电机输出端相连，所述数字电位器RV1与分压采样电阻R1的连接处A与基准电压源U1相连，其中基准电压源U1为TL431，TL431的参考端与连接处A相连，阳极与充电机的输出负极相连，阴极与单片机2I/O1口相连；第一电压比较电路1使用完全独立于电压反馈采样电阻电路3的电阻电路进行电压采样，使用数字电位器来设计该电阻电路，单片机2通过I2C总线控制该数字电位器，这样对于不同标称电压的蓄电池组只要在软件里调节电位器即可设置合适的比较电压点，以解决硬件标准化的问题以利于于标准化生产。

进一步参照图2，为了实现充电机输出电压的自动校正功能，该系统还可在附图1的基础上增设PID调节器5和一个与第一电压比较电路1完全相同的第二电压比较电路6，

其中，所述PID调节器5是充电机内部自带的调节器，该调节器的同相输入端通过一个RC滤波电路与单片机2的PWM口相连，用于给定充电机的输出电压，PID调节器5的反相输入端与电压信号调理放大器4的输出端相连，其输出端通过电容和电阻与反相输入端相连，其输出端还与充电机相连。改变单片机2的PWM输出信号的占空比即可改变充电机输出电压的给定值，在本发明中用于校正充电机的输出电压。

所述第二电压比较电路6包括分别与单片机2相连的数字电位器RV2和基准电压源U2，所述基准电压源U2为TL431，所述数字电位器RV2还通过一分压采样电阻R21与充电机输出端相连，所述数字电位器RV2与分压采样电阻R21的连接处B与基准电压源U2的参考端相连，TL431的阳极与充电机的输出负极相连，阴极与单片机I/O2口相连；用单片机的另一个I/O口(即I/O2)监测第二电压比较电路6的输出端COMP2，检测COMP2的逻辑反转时刻，其余和附图1完全相同。增加第二电压比较电路6目的是防止第一电压比较电路1出现异常而引起误判断，如果两个电压比较电路的输出逻辑反转是基本相同时的说明两个电压比较器是正常的，转换信号有效，这时检查A/D测量到的充电机输出电压(也即蓄电池组的端电压)，如果电压偏离了设定值，并且偏离大小在规定的可以校正的范围内，这时单片机2自动调整送到电压环PID调节器5的PWM值来校正充电机的输出电压；如果偏离大小超出了规定的可以校正的范围，则进行关机保护及告警或报警；如果两个电压比较器的输出逻辑反转时间不一致说明两个比较器自身出现了问题，将进行关机保护并告警。

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：设定比较电压Vref的值，所述比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压；

步骤2：第一电压比较电路1采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP1传送至单片机2的I/O1口；

步骤3：单片机2的I/O1口实时监测第一电压比较电路的输出逻辑信号COMP1，当监测到逻辑信号COMP1发生逻辑反转的瞬间，马上执行步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1没有发生反转则返回步骤2；

步骤4：单片机2的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压信号Vref的比较值来判断蓄电池的充电状态：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果VFB＞Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；

如果VFB＜Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示。

进一步，所述步骤4中充电机的输出电压反馈信号VFB与比较电压信号Vref之间的比较结果可设置一定的测量容差值：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果VFB-Vref≥c×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；

如果VFB-Vref＜c×Vref且Vref-VFB≥c×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，则关闭充电机输出停止充电，同时用户进行告警提示，其中c为测量容量差系数且0＜c＜1。

进一步，所述反馈信号VFB为通过电压反馈采样电阻电路3采集充电机的输出电压Vout，将输出电压Vout转变为低压信号后经电压信号调理放大器4处理后所得。

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法包括以下步骤：

步骤1：设定比较电压Vref的值，所述比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压；

步骤2：第一电压比较电路1采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP1传送至单片机2的I/O1口，第二电压比较电路2采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP2传送至单片机2的I/O2口；

步骤3：单片机2的I/O1和I/O2口实时监测第一电压比较电路、第二电压比较电路的输出逻辑信号COMP1、COMP2，如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔小于5秒，那么发生逻辑反转的瞬间马上执行步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1和COMP2没有发生反转则返回步骤2；如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔大于5秒，则关闭充电机输出停止充电，同时用户进行告警提示；

步骤4：单片机2的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压信号Vref的比较值来判断蓄电池的充电状态：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|≤b×Vref，表征充电机输出电压反馈偏离正常值但在可校正范围内，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且在校正范围内，则转入步骤5；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref＜b×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且不再校正范围内，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref≥b×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；其中，a、b为测量容量差且0＜a＜b＜1；

步骤5：单片机2自动调整送到PID调节器5的PWM值来校正充电机的输出电压。

进一步参考附图1和3，为了更好的说明本发明的结构和方法，下面结合具体实施例对仅作保护功能时的检测系统和方法做进一步说明，

以电动汽车用的铅酸动力电池为例说明，在25℃时，这类电池恒压充电阶段的电压要求为2.45V、涓流充电阶段的电压要求为2.67V，电压的温度补偿约为-4mV/℃，蓄电池工作的环境温度为-25℃～45℃。温度补偿后，在45℃时恒压阶段的电压要求为2.37V，在-25℃时涓流充电阶段的电压为2.87V；

设定Vref＝2.15V×N(N是蓄电池组蓄电池的节数)，容量差c＝2％，Vref为比较电压Vref经过比例变换及A/D变换后的比较电压信号，代表比较电压Vref，VFB为充电机输出电压Vout经电压反馈采样电阻电路3和电压信号调理放大器4处理后的电压反馈信号，代表充电机实时实际输出电压的信号：

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，包括以下步骤：

步骤1：通过单片机2调节RV1的阻值使得在充电机输出电压等于2.15V×N(N是蓄电池组蓄电池的节数)时U1的ref脚的电压Vref为2.495V，设定第一电压比较电路1的比较电压Vref＝2.15V×N，该比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压2.45×N；

步骤2：当充电机输出电压Vout低于2.15V×N时，第一电压比较电路1的输出信号COMP1为高电平，当充电机输出电压Vout高于2.15V×N时，COMP1为低电平，充电过程中充电机的输出电压逐渐升高在达到2.15V×N时，COMP1将产生高电平向低电平的翻转，并将此信号传送至单片机2的I/O1口；

步骤3：单片机2的I/O1口实时监测第一比较电路的输出逻辑信号COMP1，当监测到逻辑信号COMP1由高电平向低电平翻转的瞬间，马上执行步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1没有发生反转则返回步骤2；

步骤4：单片机2的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压信号Vref的比较值来判断蓄电池的充电状态：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果VFB-Vref≥2％×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；

如果VFB-Vref＜2％×Vref且Vref-VFB≥2％×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示，其中测量容量差系数c可在0～1f范围内选定。

进一步参考附图2和4，为了更好的说明本发明的结构和方法，下面结合具体实施例对同时实现保护功能及输出电压自动校正功能的检测系统和方法做进一步说明，

附图2和附图1硬件上的区别就是在附图1的基础上增加了一个和第一电压比较电路1完全一样的第二电压比较电路6，第二电压比较电路的输出COMP2接到单片机2的I/O2口。单片机2根据I/O1、I/O2、A/D三个端口的信号按照附图4的程序流程图去完成判断、自动校正输出电压、保护及告警等余下工作。附图4的程序流程图中的Vref、VFB都是经过比例变换及A/D变换的值，判断留了0.5％、2％的测量容差以防止误保护，具体方法为：

一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法包括以下步骤：

步骤1：通过单片机2调节RV1和RV2的阻值使得在充电机输出电压等于2.15V×N(N是蓄电池组蓄电池的节数)时U1和U2的ref脚的电压Vref为2.495V，设定第一、第二电压比较电路1、6的比较电压Vref＝2.15V×N，该比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压2.45×N；

步骤2：第一电压比较电路1采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP1传送至单片机2的I/O1口，第二电压比较电路6采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP2传送至单片机2的I/O2口；

步骤3：单片机2的I/O1和I/O2口实时监测第一电压比较电路、第二电压比较电路的输出逻辑信号COMP1、COMP2，如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔小于5秒，那么发生逻辑反转的瞬间马上执行步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1和COMP2没有发生反转则返回步骤2；如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔大于5秒，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示；

步骤4：单片机2的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压信号Vref的比较值来判断蓄电池的充电状态：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当，则返回步骤2；

如果0.5％×Vref＜|VFB-Vref|≤2％×Vref，表征充电机输出电压反馈偏离正常值但在可校正范围内在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且在校正范围内，则转入步骤5；

如果0.5％×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref＜2％×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且不在校正范围内，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示；

如果0.5％×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref≥2％×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；其中，测量容量差系数a＜b且其取值可根据实际情况在范围0～1之间选取；

步骤5：单片机2自动调整送到PID调节器5的PWM值来校正充电机的输出电压，其调整的公式为PWM1＝K×PWM，K＝VFB/Vref。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，如第一、第二比较电器也不一定采用TL431，也可用类似TL431的集成电路构成或用一个基准电压加上类似LM339的电压比较器组成等等都应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于包括：

单片机(2)；

第一电压比较电路(1)，其采样端正极与充电机输出正极相连，其输出端与单片机(2)I/O1口相连，用于监测充电机的输出电压Vout，并将充电机输出电压Vout与比较电压Vref比较后所得的逻辑信号COMP1传送至单片机(2)；

充电机输出电压实时检测电路，包括电压反馈采样电阻电路(3)和电压信号调理放大器(4)，所述电压反馈采样电阻电路(3)的输入端与充电机输出端相连，电压反馈采样电阻电路(3)的输出端与电压信号调理放大器(4)的输入端相连，电压信号调理放大器(4)的输出端与单片机(2)的A/D口相连，将处理后的表征充电机输出电压的信号VFB传送至单片机(2)，VFB还作为充电机的输出电压控制电路的输出电压反馈信号；

其中，所述单片机(2)根据接收到的逻辑信号COMP1和电压信号VFB判断充电机的输出电压Vout是否正常并控制充电机的动作；

所述第一电压比较电路(1)的比较电压Vref设置在充电机输出电压逐渐上升的充电曲线必经的一个电压点上且这个电压比蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压低(0.1V～0.3V)×N，其中，N为蓄电池组电池的节数。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于还包括：

第二电压比较电路(6)，其采样端正极与充电机输出正极相连，其输出端与单片机(2)I/O2口相连，用于监测充电机的输出电压Vout，并将输出电压Vout与比较电压Vref比较后所得的逻辑信号COMP2传送至单片机(2)；

PID调节器(5)，其同相输入端经一个RC滤波电路与单片机(2)PWM口相连，用于给定充电机的输出电压值，其反相输入端经PID调节器的比例电阻与电压信号调理放大器(4)的输出端相连，其输出端通过PID调节器的积分电容和比例积分电阻与反相输入端相连，其输出端还与充电机的控制电路相连，用于校正充电机的输出电压。

3.根据权利要求1或2所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于：所述第一电压比较电路(1)包括分别与单片机(2)相连的数字电位器RV1和基准电压源U1，所述数字电位器RV1还通过一分压采样电阻R1与充电机输出端相连，所述数字电位器RV1与分压采样电阻R1的连接处(A)与基准电压源U1相连。

4.根据权利要求3所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于：所述基准电压源U1为TL431，TL431的参考端与连接处(A)相连，阳极与充电机的输出负极相连，阴极与单片机(2)I/O1口相连。

5.根据权利要求4所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于，所述数字电位器RV1通过I2C总线与单片机(2)相连。

6.根据权利要求2所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于，所述第二电压比较电路(6)包括分别与单片机(2)相连的数字电位器RV2和基准电压源U2，所述数字电位器RV2还通过一分压采样电阻R21与充电机输出端相连，所述数字电位器RV2与分压采样电阻R21的连接处(B)与基准电压源U2相连。

7.根据权利要求6所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测系统，其特征在于：所述基准电压源U2为TL431，TL431的参考端与连接处(B)相连，阳极与充电机的输出负极相连，阴极与单片机(2)I/O2口相连。

8.一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：设定比较电压Vref的值，所述比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压；

步骤2：第一电压比较电路(1)采集充电机输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP1传送至单片机(2)的I/O1口；

步骤3：单片机(2)的I/O1口实时监测第一电压比较电路的输出逻辑信号COMP1，当监测到逻辑信号COMP1发生逻辑反转的瞬间，马上执行步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1没有发生反转则返回步骤2；

步骤4：单片机(2)的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压Vref的比较值来判断充电机的输出电压反馈电路是否正常：

如果VFB＝Vref，表征充电机的输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果VFB＞Vref，表征充电机输出电压反馈异常，当蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；

如果VFB＜Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，则关闭充电机输出停止充电，同时用户进行告警提示。

9.根据权利要求8所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，其特征在于：所述步骤4中充电机的输出电压反馈信号VFB与比较电压信号Vref之间的比较结果可设置一定的测量容差值：

如果VFB＝Vref，表征充电机的输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果VFB-Vref≥c×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；

如果VFB-Vref＜c×Vref且Vref-VFB≥c×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示，其中c为测量容量差系数且0＜c＜1。

10.根据权利要求8或9所述的一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，其特征在于：所述反馈信号VFB为通过电压反馈采样电阻电路(3)采集充电机的输出电压Vout，将输出电压Vout转变为低压信号后经电压信号调理放大器(4)处理后所得。

11.一种蓄电池充电装置输出电压反馈异常检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：设定比较电压Vref的值，所述比较电压Vref设置在上升的充电曲线必经的一个电压点上且小于蓄电池充电曲线恒压阶段时的电压；

步骤2：第一电压比较电路(1)采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP1传送至单片机(2)的I/O1口，第二电压比较电路(6)采集充电机的输出电压Vout，并把采集到的输出电压Vout与比较电压Vref进行比较处理后的逻辑信号COMP2传送至单片机(2)的I/O2口；

步骤3：单片机(2)的I/O1和I/O2口实时监测第一电压比较电路、第二电压比较电路的输出逻辑信号COMP1、COMP2，如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔小于5秒，那么发生逻辑反转的瞬间马上执行

步骤4；如果监测到的逻辑信号COMP1和COMP2没有发生反转则返回步骤2；如果监测到逻辑信号COMP1和COMP2发生逻辑反转且时间间隔大于5秒，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示；

步骤4：单片机(2)的A/D口实时检测充电机输出电压的反馈信号VFB，并将反馈信号VFB与预设的比较电压Vref的比较值来判断蓄电池的充电状态：

如果VFB＝Vref，表征充电机输出电压反馈正常，则返回步骤2；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|≤b×Vref，表征充电机输出电压反馈偏离正常值但在可校正范围内，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且在校正范围内，则转入步骤5；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref＜b×Vref，表征充电机输出电压反馈异常，在蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将高于设定的恒压点，引起蓄电池过充，且不在校正范围内，则关闭充电机输出停止充电，同时向用户进行告警提示；

如果a×Vref＜|VFB-Vref|且VFB-Vref≥b×Vref，那么蓄电池充电进入恒压阶段时充电机实际输出电压将低于规定的恒压点，引起蓄电池欠充，则向用户进行告警提示；其中，a、b为测量容量差且0＜a＜b＜1；

步骤5：单片机(2)自动调整送到PID调节器(5)的PWM值来校正充电机的输出电压。