CN105471033A - 基于充电曲线的智能充电方法及智能充电系统 - Google Patents

基于充电曲线的智能充电方法及智能充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于不同设备、不同充电要求的基于充电曲线的智能充电方法及应用该充电方法的充电系统,与蓄电池相匹配的充电曲线内置在被充电设备中,被充电设备接入充电设备后,将充电曲线通讯给充电设备,充电设备按照给出的充电曲线进行充电,并实时通过自己的通讯总线监控蓄电池的充电状态等情况,直至充电完成,这样就解决充电器无法通用和设备淘汰后充电器不能继续使用的情况,所述智能充电系统可实现基于充电曲线的智能充电方法,甚至,充电状态获取模块可以实时获取蓄电池温度,然后通讯给充电设备,充电设备可以微调充电电压和电流来缓解蓄电池温度。

Description

基于充电曲线的智能充电方法及智能充电系统
技术领域
本发明涉及充电技术领域,尤其涉及一种应用于不同设备、不同充电要求的基于充电曲线的智能充电方法及应用该充电方法的充电系统。
背景技术
充电设备因蓄电池的储能特点多采用直流充电,不同蓄电池对应的充电的电压等级与充电方式也不同,充电速度过快快损伤电池,充电电压等级不对损伤电池,目前更快更好的为蓄电池充电是该领域研究的重要方向。
直流充电方法形式多样,如:恒流充电:即在充电过程中始终保持充电电流不变;正常充电:它以标准速率充电;涓流充电:以小于电池容量5%的电流充电;快速充电:以大电流充电,在3-4小时内充满电瓶;恒压充电:恒压充电是在充电过程中始终保持充电电压不变;快速充电:短时间充入80%电瓶容量。常用的充电方法是一种方法或多种相结合的方法,如开始先恒流充电,电瓶电压逐步上升至接近设定恒压时,就转为恒压充电,接近充满时转为涓流充电或其他方式一直到停充。
每种蓄电池都有自己的充电特性,所以大量充电设备是一个设备配备一个充电器,不同设备不能用同一充电器充电,究其原因是因为不同设备采用了不同的充电电压和充电电流(如不同型号手机充电电压分别是4.4V和5V),即充电曲线不一致,若要强行充电,会损害设备。当电子设备淘汰时,充电设备也随之淘汰产生了大量的浪费。现有很多设备已经可以输出不同等级的电压和电流,例如专利CN105098942A提供了一种移动电源智能充电电路,能完成恒流充电、充电电流可调、可大电流快速充电、充满自动转入涓流充电等功能;CN201210591899提供了电动汽车与其交流充电通讯方法及充电桩方法,发明提出了一种电动汽车的交流充电通讯方法,包括:检测充电桩的充电枪与电动汽车是否连接完成;如果已连接完成,则采集电动汽车的动力电池的电流值和电压值,并根据采集到的电流值和电压值计算充电控制参数,根据充电控制参数设置开关控制量;根据开关控制量控制多路充电开关的导通和断开,以向充电桩发送载波信号;充电桩在接收到载波信号后,对载波信号进行解析以获取电动汽车的充电信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:不同的被充电设备具有不同的充电曲线,而目前充电设备针对特定的充电设备进行电路设计的,如果用于其他被充电设备存在不通用的问题,损坏电池,减少电池寿命,甚至引起电池爆炸。
为了解决以上问题,本发明提供了的具体技术方案是:基于充电曲线的智能充电方法,包括如下步骤:步骤一、将与蓄电池相匹配的充电曲线内置在被充电设备;步骤二、被充电设备和充电设备之间建立数据通讯通道;步骤三、通过数据通讯通道将充电曲线传输给充电设备;步骤四、充电设备采集实时充电电流和充电电压,根据充电曲线来控制输出并及时调整充电电流或充电电压。
进一步地,步骤一、所述充电曲线为恒流充电曲线或者恒压充电曲线或者恒流恒压混合式充电曲线,根据蓄电池属性建立充电曲线。
进一步地,步骤四、当充电曲线为恒流充电曲线时,充电设备将实时充电电流与充电曲线比较,闭环控制以调整实时充电电流与充电曲线一致;当充电曲线为恒压充电曲线时,充电设备将实时充电电压与充电曲线比较,闭环控制以调整实时充电电压与充电曲线一致;当充电曲线为恒流恒压混合式充电曲线时,在恒流充电阶段,充电设备根据充电曲线来控制输出实时充电电流,采集实时充电电压并与充电曲线比较,实时充电电压达到充电曲线设定的预饱和电压阈值时,充电设备进入恒压充电阶段,在恒压充电阶段,充电设备根据充电曲线来控制输出实时充电电压,采集实时充电电流并与充电曲线比较,实时充电电流达到充电曲线设定的预饱和电流阈值时,充电设备进行涓流充电。
进一步地,步骤四、在恒流充电阶段之前,充电设备对蓄电池预充电以使蓄电池充电电压恢复到充电曲线设定的亏电电压阈值。
进一步地,步骤四、预充电采取小电流的恒流充电方式进行。
进一步地,步骤二、所述通讯通道采用蓝牙通讯方式、wifi通讯方式、CAN通讯方式或者USB交互通讯方式建立。
一种智能充电系统,其包括被充电设备和充电设备,所述充电设备给被充电设备充电,所述被充电设备包括蓄电池、充电状态获取模块、被充电设备控制模块和第一通讯模块,所述充电设备包括第二通讯模块、充电设备控制模块和充电模块,所述充电状态获取模块与蓄电池连接,所述被充电设备控制模块与充电状态获取模块连接,所述第一通讯模块与被充电设备控制模块连接,所述第一通讯模块与第二通讯模块连接,所述第二通讯模块与充电设备控制模块连接,所述充电设备控制模块与充电模块连接。
进一步地,所述第一通讯模块和第二通讯模块为wifi模块、蓝牙模块、CAN通讯模块或者usb数据交互模块。
进一步地,所述充电模块包括恒流闭环控制输出单元和恒压闭环控制输出单元。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:与蓄电池相匹配的充电曲线内置在被充电设备中,被充电设备接入充电设备后,将充电曲线通讯给充电设备,充电设备按照给出的充电曲线进行充电,并实时通过自己的通讯总线监控蓄电池的充电状态等情况,直至充电完成,这样就解决充电器无法通用和设备淘汰后充电器不能继续使用的情况,所述智能充电系统可实现基于充电曲线的智能充电方法,甚至,充电状态获取模块可以实时获取蓄电池温度,然后通讯给充电设备,充电设备可以微调充电电压和电流来缓解蓄电池温度等。
附图说明
图1本发明的智能充电方法流程图;
图2本发明中的恒流充电曲线、恒压充电曲线和简单的恒流恒压混合式充电曲线示意图;
图3本发明中相对复杂的恒流恒压混合式充电曲线示意图;
图4本发明的智能充电系统的模块结构示意图;
图5本发明中的充电模块的电路结构示意图。
具体实施方式
结合附图,对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1如图1,基于充电曲线的智能充电方法,包括如下步骤:步骤一、将与蓄电池相匹配的充电曲线内置在被充电设备,其中,所述充电曲线为恒流充电曲线或者恒压充电曲线或者恒流恒压混合式充电曲线,根据蓄电池属性建立充电曲线;步骤二、被充电设备和充电设备之间建立数据通讯通道,优选的,所述通讯通道采用蓝牙通讯方式、wifi通讯方式、CAN通讯方式或者USB交互通讯方式建立;步骤三、通过数据通讯通道将充电曲线传输给充电设备;步骤四、充电设备采集实时充电电流和充电电压,根据充电曲线来控制输出并及时调整充电电流或充电电压;具体地,当充电曲线为恒流充电曲线时,充电设备将实时充电电流与充电曲线比较,闭环控制以调整实时充电电流与充电曲线一致;当充电曲线为恒压充电曲线时,充电设备将实时充电电压与充电曲线比较,闭环控制以调整实时充电电压与充电曲线一致;当充电曲线为恒流恒压混合式充电曲线时,在恒流充电阶段,充电设备根据充电曲线来控制输出实时充电电流,采集实时充电电压并与充电曲线比较,实时充电电压达到充电曲线设定的预饱和电压阈值时,充电设备进入恒压充电阶段,在恒压充电阶段,充电设备根据充电曲线来控制输出实时充电电压,采集实时充电电流并与充电曲线比较,实时充电电流达到充电曲线设定的预饱和电流阈值时,充电设备进行涓流充电。优选地,在恒流充电阶段之前,充电设备对蓄电池预充电以使蓄电池充电电压恢复到充电曲线设定的亏电电压阈值,预充电采取小电流的恒流充电方式进行。
一般情况下,充电方式有恒流充电、恒压充电和阶段式充电,如图2中图a,恒流充电是指充电机使用某一恒定的电流值对蓄电池进行充电。恒流充电方式的优点是控制简单,实现方便,但如果把握不好充电时间,充电时间过长,容易造成铅酸蓄电池过充,缩短铅酸蓄电池使用寿命;如图2中图b,恒压充电是指充电机使用某一恒定的电压对铅酸蓄电池进行充电,恒压充电初期,由于铅酸蓄电池端电压较低,内阻较小,充电电流大,效率较高,恒压充电在充电初期的充电电流大小无法控制,充电后期由于蓄电池端电压的提升,充电电流逐渐减小;如图2中图c,阶段式充电主要是结合恒压充电与恒流充电的特点,对蓄电池采用分段式的充电策略,如分段恒流、分段恒压以及恒流恒压混合式充电方式等。以恒流恒压混合式充电方法为例,OA端为充电的第一阶段,对蓄电池采用恒流充电方式进行充电,充电过程中蓄电池端电压逐步抬升;当蓄电池端电压达到一定值时,进入第二阶段,即AB段,转为恒压充电模式,随着蓄电池端电压的提升,充电电流缓慢降低。这种充电方式,相对与单一的恒压或者恒流充电的好处在于,对充电电压与充电电流都进行了控制,避免了过电流充电,能够有效的保护蓄电池的使用寿命。
阶段式充电可以根据蓄电池的不同特性有多种组合方式,如图3所示,OA段为预充电阶段,对蓄电池采用小电流的恒流方式进行充电,充电过程中蓄电池端电压逐步抬升;当蓄电池端电压达到一定值时,进入亏电阶段,此时,该定值为亏电电压阈值;AB段为亏电阶段,对蓄电池转为大电流恒流充电模式,此时蓄电池端电压上升较快,随着蓄电池端电压的提升,当蓄电池端电压达到一定值时,进入预饱和阶段,此刻,该定值为预饱和电压阈值;BC段为预饱和阶段,转为高电压恒压充电模式,蓄电池充电电压不变,电流缓慢降低;当电流减小到一定值时,进入饱和阶段,此刻,该定值为预饱和电流阈值;即C之后段,转为涓流充电阶段,此段采用最小电流缓慢充电,因电流较小蓄电池内阻压降也较小,此时充电电压有一定跌落略接近蓄电池电压,同时蓄电池电压缓慢上升,当上升到对应阈值后结束充电。这种充电方式,相对与单一的恒压或者恒流充电的好处在于,对充电电压与充电电流都进行了控制,避免了过电流充电,能够有效的保护蓄电池的使用寿命。
需要重点说明的是;目前的充电设备固化了充电电流或者充电电压以适应某一种蓄电池的充电需要,而本智能充电方法创造在于,对现有被充电设备内置充电曲线,其中,充电曲线按照上述原理再根据蓄电池特性具体制定,本领域人员容易获得充电曲线,被充电设备能够将充电曲线传输给充电设备,充电设备按照充电曲线来控制输出充电电压和电流,这种方法可以适用在手机或者电动车之中,从而实现不同被充电设备采用同一充电设备来充电。
实施例2如图4,一种智能充电系统,以实现上述任意一项所述的基于充电曲线的智能充电方法,其包括被充电设备和充电设备,所述充电设备给被充电设备充电,所述被充电设备包括蓄电池、充电状态获取模块、被充电设备控制模块和第一通讯模块,所述充电设备包括第二通讯模块、充电设备控制模块和充电模块,所述充电状态获取模块与蓄电池连接,所述被充电设备控制模块与充电状态获取模块连接,所述第一通讯模块与被充电设备控制模块连接,所述第一通讯模块与第二通讯模块连接,所述第二通讯模块与充电设备控制模块连接,所述充电设备控制模块与充电模块连接。
优选地,所述第一通讯模块和第二通讯模块为wifi模块、蓝牙模块、CAN通讯模块或者usb数据交互模块。
具体的,所述充电模块包括恒流闭环控制输出单元和恒压闭环控制输出单元。恒流闭环控制输出单元可输出0~X(A)的可变充电电流,恒压闭环控制输出单元可输出0~Y(v)的可变充电电压,恒流闭环控制输出单元和恒压闭环控制输出单元配合工作可实现常见的恒压充电、恒流充电、阶段式充电或者涓流充电模式。如图5所示为具体的充电模块电路示意图,在恒压闭环控制输出单元中,充电设备控制模块输出占空比可调的定幅脉冲,通过R1、R2电阻分压以及电容C1将脉冲电压转化成幅值可调的直流电压,运放U1、R3、R5和C2构成恒压环补偿网络,Vfb为恒压环采样反馈信号,当电压反馈的采样值低于给定参考值时,U1运放输出为高电压,D1二极管不导通,引脚EA+的上拉电位将使UC3846以最大占空比输出,当Vfb电势高于给定参考信号时,比较器输出电位降低,二极管导通,引脚EA+的电位降低,UC3846输出占空比减小。
在恒流闭环控制输出单元中,充电设备控制模块输出占空比可调的定幅脉冲,通过R6、R7电阻分压以及电容C3将脉冲电压转化成幅值可调的直流电压,运放U2、R8、R10和C4构成恒流环补偿网络。Ifb为恒流环采样反馈信号,当电流反馈的采样值低于给定参考值时,U2运放输出为高电压,D2二极管不导通,引脚EA+的上拉电位将使UC3846以最大占空比输出。当Ifb电势高于给定参考信号时,比较器输出电位降低,二极管导通,引脚EA+的电位降低,UC3846输出占空比减小。电路中恒流环和恒压环的控制不能同时使用,调理后的恒压和恒流控制信号通过二极管D1和D2进行线与,输出较低的信号经过限幅电阻R13和R14送给专用控制芯片UC3846完成恒压或恒流控制。同时Vfb电压采样反馈信号和Ifb电流环采样反馈信号连接到充电设备控制模块,判断蓄电池充电电压和充电电流的变化情况,为恒压和恒流控制提供控制依据。
工作过程,当充电设备和被充电设备全部线路被连接后,被充电设备与充电设备首先建立数据通讯通道,被充电设备充电曲线通讯给充电设备,充电设备接收充电曲线完毕后根据充电曲线产生控制信号,包括控制器恒压信号和控制器恒流信号,充电模块根据控制信号输出相应的充电电流或充电电压,充电过程中,充电模块反馈充电电压和充电电流,当蓄电池充电电压发生变化后,查询充电曲线,调整恒压或者恒流控制。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已,并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰,都应作为本发明的技术范畴。

Claims (9)

1.基于充电曲线的智能充电方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、将与蓄电池相匹配的充电曲线内置在被充电设备;
步骤二、被充电设备和充电设备之间建立数据通讯通道;
步骤三、通过数据通讯通道将充电曲线传输给充电设备;
步骤四、充电设备采集实时充电电流和充电电压,根据充电曲线来控制输出并及时调整充电电流或充电电压。
2.如权利要求1所述的基于充电曲线的智能充电方法,其特征在于,步骤一、所述充电曲线为恒流充电曲线或者恒压充电曲线或者恒流恒压混合式充电曲线,根据蓄电池属性建立充电曲线。
3.如权利要求2所述的基于充电曲线的智能充电方法,其特征在于,步骤四、当充电曲线为恒流充电曲线时,充电设备将实时充电电流与充电曲线比较,闭环控制以调整实时充电电流与充电曲线一致;当充电曲线为恒压充电曲线时,充电设备将实时充电电压与充电曲线比较,闭环控制以调整实时充电电压与充电曲线一致;当充电曲线为恒流恒压混合式充电曲线时,在恒流充电阶段,充电设备根据充电曲线来控制输出实时充电电流,采集实时充电电压并与充电曲线比较,实时充电电压达到充电曲线设定的预饱和电压阈值时,充电设备进入恒压充电阶段,在恒压充电阶段,充电设备根据充电曲线来控制输出实时充电电压,采集实时充电电流并与充电曲线比较,实时充电电流达到充电曲线设定的预饱和电流阈值时,充电设备进行涓流充电。
4.如权利要求3所述的基于充电曲线的智能充电方法,其特征在于,步骤四、在恒流充电阶段之前,充电设备对蓄电池预充电以使蓄电池充电电压恢复到充电曲线设定的亏电电压阈值。
5.如权利要求4所述的基于充电曲线的智能充电方式,其特征在于,步骤四、预充电采取小电流的恒流充电方式进行。
6.如权利要求1-5任意一项所述的基于充电曲线的智能充电方法,其特征在于,步骤二、所述通讯通道采用蓝牙通讯方式、wifi通讯方式、CAN通讯方式或者USB交互通讯方式建立。
7.一种智能充电系统,以实现权利要求1-6任意一项所述的基于充电曲线的智能充电方法,其包括被充电设备和充电设备,所述充电设备给被充电设备充电,特征在于,所述被充电设备包括蓄电池、充电状态获取模块、被充电设备控制模块和第一通讯模块,所述充电设备包括第二通讯模块、充电设备控制模块和充电模块,所述充电状态获取模块与蓄电池连接,所述被充电设备控制模块与充电状态获取模块连接,所述第一通讯模块与被充电设备控制模块连接,所述第一通讯模块与第二通讯模块连接,所述第二通讯模块与充电设备控制模块连接,所述充电设备控制模块与充电模块连接。
8.如权利要求7所述的一种智能充电系统,其特征在于,所述第一通讯模块和第二通讯模块为wifi模块、蓝牙模块、CAN通讯模块或者usb数据交互模块。
9.如权利要求7或者8所述的一种智能充电系统,其特征在于,所述充电模块包括恒流闭环控制输出单元和恒压闭环控制输出单元。
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