CN105680534A - 一种蓄电池均衡充电装置及充电控制方法 - Google Patents

一种蓄电池均衡充电装置及充电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池均衡充电装置及充电控制方法，包括串联蓄电池组、主控单元以及多个从控单元，主控单元包括电池管理的主控模块，从控单元包括选通电路、电压检测模块、高压选通电路等，串联蓄电池组中的各单体蓄电池和主控模块之间分别连接有温度检测模块、电流检测模块和电源，串联蓄电池组还依次通过选通电路和电压检测模块连接有主控模块，主控模块同时与所述选通电路电连接，高压选通电路通过DC/DC电路与低压选通电路连接。本发明实时监测各单体蓄电池电压，使高电压电池及时给低电压电池充电，防止了蓄电池的过充、过放现象，通过监测蓄电池的温度和电流，防止了蓄电池的超温及过流现象，延长了蓄电池组的循环使用寿命。

Description

一种蓄电池均衡充电装置及充电控制方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池均衡充电技术，尤其涉及一种蓄电池均衡充电装置及充电控制方法。
背景技术
随着科技的快速发展，蓄电池被广泛的应用于工业生产和人们生活的各个领域，比如通讯控制中心，数据交换处理中心、银行金融系统、交通控制中心、政府机要部门、生产控制中心等重要部门与机构。为了得到高功率、高电压，必须将电池串并联使用，由于制造工艺的水平限制，各个电池单体的参数不一致，导致了电池充放电性能的不一致。为了使得各个单体电池充放电的容量趋于一致，延长电池组使用寿命，需要对蓄电池组进行均衡充电控制。
目前常用的均衡充电方法主要有以下几种：
1）在电池组的各单体电池上附加一个并联均衡电路,以达到分流的作用。在这种模式下,当某个电池首先达到满充时，均衡装置能阻止其过充并将多余的能量转化成热能，继续对未充满的电池充电。该方法简单，但会带来能量的损耗，不适合快充系统。
2）在充电前对每个单体逐一通过同一负载放电至同一水平,然后再进行恒流充电,以此保证各个单体之间较为准确的均衡状态。但对蓄电池组，由于个体间的物理差异，各单体深度放电后难以达到完全一致的理想效果。即使放电后达到同一效果，在充电过程中也会出现新的不均衡现象。
3）采用ZigBee无线网络对蓄电池均衡充电，该方法虽然接线简单方便，但是系统可靠性较差。
发明内容
发明目的：本发明目的是为了延长蓄电池的使用寿命，对于同规格、同型号的蓄电池来说，由于制造工艺的水平限制，电池单体的不一致问题是不可避免的；在电池组使用中，由于单体电池不一致问题，会不可避免的出现蓄电池的过充、过放、过流及超温现象，对蓄电池组的性能造成了很大的影响。本发明结构简单，功能丰富，能有效延长蓄电池的使用寿命。
技术方案：本发明所述的一种蓄电池均衡充电装置，包括串联蓄电池组、主控单元以及多个从控单元，所述主控单元包括电池管理的主控模块，所述从控单元包括选通电路、电压检测模块、高压选通电路、DC/DC电路、低压选通电路、温度检测模块、电流检测模块、电源、数据转换电路、上位机及状态指示电路，所述串联蓄电池组中的各单体蓄电池和主控模块之间分别连接有温度检测模块、电流检测模块和电源，所述串联蓄电池组还依次通过选通电路和电压检测模块连接有主控模块，所述主控模块同时与所述选通电路电连接，所述高压选通电路通过DC/DC电路与低压选通电路连接，并与串联蓄电池组构成控制回路，所述主控模块还分别连接有高压选通电路和低压选通电路，所述主控模块还连接有状态指示电路，所述主控模块还通过数据转换电路与上位机相连。
进一步的，所述单体蓄电池采用铅酸电池。
进一步的，所述电压检测模块采用一个，并通过选通电路来检测各单体蓄电池的电压。
进一步的，所述低压选通电路包括固态继电器，所述固态继电器中设有线圈，两组常闭触点，两组常开触点，所述线圈的一端接VCC,另一端接开关管VT，触点分别连接有相互间隔的两个蓄电池以及作为输出端。
进一步的，所述高压选通电路采用低压选通电路与光电隔离电路两者的结合。
本发明还公开了一种蓄电池均衡充电装置的充电控制方法，该控制方法采用单闭环控制，通过给定值和反馈值共同作用实时调节充电时间，并经过DC/DC电路，进而调节充电电流的大小。
进一步的，所述的充电控制方法具体包括如下步骤：
第一段：U=2.0～2.2V,t=1.8x；
第二段：U=2.2～2.25V,t=1.6x；
第三段：U=2.25～2.3V,t=1.4x；
第四段：U=2.3～2.45V,t=1.2x；
第五段：U=2.45～2.55V,t=1.15x；
第六段：U=2.55～2.7V,t=1.05x；
其中当蓄电池电压为2.6V时，令其充电时间t=x。
有益效果：本发明提供的一种蓄电池均衡充电装置及充电控制方法，通过检测电路找出单体电压最高的电池和单体电压最低的电池，高电压电池通过高压选通电路、DC/DC电路和低压选通电路给低电压电池充电。该装置结构简单，功能丰富，可靠性能高，能防止蓄电池出现过充、过放、过流及超温现象，有效地延长了蓄电池的循环使用寿命。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明低压选通电路原理图；
图3为本发明高压选通电路原理图；
图4为单体铅酸蓄电池充电I-U曲线图；
图5为本发明控制框图。
具体实施方式
图1为本发明的结构框图。本发明所述的一种蓄电池均衡充电装置，包括串联蓄电池组、主控单元以及多个从控单元，所述主控单元包括电池管理的主控模块，所述从控单元包括选通电路、电压检测模块、高压选通电路、DC/DC电路、低压选通电路、温度检测模块、电流检测模块、电源、数据转换电路、上位机及状态指示电路，所述串联蓄电池组中的各单体蓄电池和主控模块之间分别连接有温度检测模块、电流检测模块和电源，所述串联蓄电池组还依次通过选通电路和电压检测模块连接有主控模块，所述主控模块同时与所述选通电路电连接，所述高压选通电路通过DC/DC电路与低压选通电路连接，并与串联蓄电池组构成控制回路，所述主控模块还分别连接有高压选通电路和低压选通电路，所述主控模块还连接有状态指示电路，所述主控模块还通过数据转换电路与上位机相连。
图2为本发明低压选通电路原理图。固态继电器7中包括线圈8，两组常闭触点1、2和4、5，两组常开触点2、3和5、6。线圈8一端接VCC,一端接开关管VT，2号端子接CELL(n),5号端子接CELL(n-1),3号端子和6号端子为输出端。当检测电路检测找出电压值最低的单体电池时，开关管VT导通，线圈8得电，两组常开触点2、3和5、6闭合，则选中低压电池。
图3为本发明高压选通电路原理图。在图2的基础上增加光电隔离电路，当检测电路检测找出电压值最高的单体电池时，开关管VT导通，选中高压电池。
图4为单体铅酸蓄电池充电I-U曲线图；图4根据蓄电池出厂时的充电曲线绘制出的蓄电池充电过程的I-U曲线。蓄电池充电过程中根据I-U曲线选用多段充电方式，既能防止电池过温，又能使电池的析气率降低，延长电池寿命。根据I-U曲线按照斜率差不大于0.1的规则分6段对蓄电池充电。当蓄电池电压为2.6V时，令其充电时间t=x。
第一段：U=2.0～2.2V,t=1.8x；
第二段：U=2.2～2.25V,t=1.6x；
第三段：U=2.25～2.3V,t=1.4x；
第四段：U=2.3～2.45V,t=1.2x；
第五段：U=2.45～2.55V,t=1.15x；
第六段：U=2.55～2.7V,t=1.05x；
图5为本发明控制框图。本发明控制系统采用单闭环控制，其中△D为给定值，给定值△D和反馈值U共同作用实时调节充电时间，经过DC/DC电路，进而调节充电电流的大小。
本发明结构简单，功能丰富，可靠性能高，能防止蓄电池出现过充、过放、过流及超温现象，有效地延长了蓄电池的循环使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种蓄电池均衡充电装置，其特征在于：包括串联蓄电池组、主控单元以及多个从控单元，所述主控单元包括电池管理的主控模块，所述从控单元包括选通电路、电压检测模块、高压选通电路、DC/DC电路、低压选通电路、温度检测模块、电流检测模块、电源、数据转换电路、上位机及状态指示电路，所述串联蓄电池组中的各单体蓄电池和主控模块之间分别连接有温度检测模块、电流检测模块和电源，所述串联蓄电池组还依次通过选通电路和电压检测模块连接有主控模块，所述主控模块同时与所述选通电路电连接，所述高压选通电路通过DC/DC电路与低压选通电路连接，并与串联蓄电池组构成控制回路，所述主控模块还分别连接有高压选通电路和低压选通电路，所述主控模块还连接有状态指示电路，所述主控模块还通过数据转换电路与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的一种蓄电池均衡充电装置，其特征在于：所述单体蓄电池采用铅酸电池。
3.根据权利要求1所述的一种蓄电池均衡充电装置，其特征在于：所述电压检测模块采用一个，并通过选通电路来检测各单体蓄电池的电压。
4.根据权利要求1所述的一种蓄电池均衡充电装置，其特征在于：所述低压选通电路包括固态继电器，所述固态继电器中设有线圈，两组常闭触点，两组常开触点，所述线圈的一端接VCC,另一端接开关管VT，触点分别连接有相互间隔的两个蓄电池以及作为输出端。
5.根据权利要求1所述的一种蓄电池均衡充电装置，其特征在于：所述高压选通电路采用低压选通电路与光电隔离电路两者的结合。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种蓄电池均衡充电装置的充电控制方法，其特征在于：该控制方法采用单闭环控制，通过给定值和反馈值共同作用实时调节充电时间，并经过DC/DC电路，进而调节充电电流的大小。
7.根据权利要求6所述的充电控制方法，其特征在于：所述的充电控制方法具体包括如下步骤：
第一段：U=2.0～2.2V,t=1.8x；
第二段：U=2.2～2.25V,t=1.6x；
第三段：U=2.25～2.3V,t=1.4x；
第四段：U=2.3～2.45V,t=1.2x；
第五段：U=2.45～2.55V,t=1.15x；
第六段：U=2.55～2.7V,t=1.05x；
其中当蓄电池电压为2.6V时，令其充电时间t=x。
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