CN107104477A - 一种电池充电电流智能控制系统及方法 - Google Patents

一种电池充电电流智能控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池充电电流智能控制系统，包括单片机控制模块、PWM输出模块、电池充电模块，所述单片机控制模块包括电压采样单元、电流采样单元、计算分析单元；所述单片机控制模块实现脉冲式充电，即充电t1时间后、停止充电t2时间，依次循环；由电压采样单元、电流采样单元采集电池充电时电压Vc、电池停止充电时电压Vnc、电池充电电流I；由计算分析单元完成Vdt计算、内阻计算，即电池充电浮高电压Vdt＝Vc‑Vnc，内阻值近似为R＝Vdt/I；单片机控制模块根据计算分析单元的数据，控制所述PWM输出模块来改变充电电流I的大小；所述电池充电模块对电池进行固定及充电。本发明能根据电池的电池内阻特性合理选择充电电流，达到了在不充坏电池的前提下快速充电的目的。

Description

一种电池充电电流智能控制系统及方法
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，具体地，涉及一种电池充电电流智能控制系统及方法。
背景技术
随着便携式电子产品的大量普及，作为向它们提供电力能源的可充电电池的角色已从过去的“配角”向“关键”零部件转变。由于对这些产品使用的连续性需要，电池的高效使用和快速安全充电技术则显得越发重要。目前，充电器普遍采用固定电流的充电方式。由于不同电池的电池内阻不一样。对同一电池，电池处于不同电量状态下，电池内阻也不一样；电池处于不同的使用寿命状态下，电池内阻也不一样。电池内阻过大时，采用大电流充电，会导致电池发热，从而影响电池使用寿命，甚至直接充坏电池。电池内阻过小时，采用小电流充电，虽不会充坏电池，但达不到快速充电的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池充电电流智能控制系统及方法，实时测试出电池充电过程中的内阻，从而根据电池内阻选择充电电流，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电池充电电流智能控制系统，包括单片机控制模块、PWM输出模块、电池充电模块，所述单片机控制模块包括电压采样单元、电流采样单元、计算分析单元；所述单片机控制模块实现脉冲式充电，即充电t1时间后、停止充电t2时间，依次循环；由电压采样单元、电流采样单元采集电池充电时电压Vc、电池停止充电时电压Vnc、电池充电电流I；由计算分析单元完成Vdt计算、内阻计算，即电池充电浮高电压Vdt＝Vc-Vnc，内阻值近似为R＝Vdt/I；由公式R＝Vdt/I可知电池内阻R与Vdt值成正比，因此根据电池内阻选择充电电流等效于根据充电浮高电压Vdt选择充电电流。
单片机控制模块根据计算分析单元的数据，控制所述PWM输出模块来改变充电电流I的大小；所述电池充电模块对电池进行固定及充电。
脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。这里，通过单片机的PWM输出模块，对电池充电模块的充电电流进行控制。
优选的，所述单片机控制模块包括参数设定单元，通过所述参数设定单元，可以根据自己的需求对最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V这四个参数进行设定。
这里，Imax的设定是为了限制充电电流最大值，一是防止充电电流超过电路所能承受的最大值，二是防止内阻过小的电池超大电流充电；
Imin的设定是为了限制充电电流最小值，以便内阻过大的电池不至于找不到充电电流；
Rmax的值是电池以最大电流Imax充电时的电池最大内阻，从而计算出Vdtmax＝Imax×Rmax；
△V的设定是给Vdt一个正负△V误差范围，避免采样误差或电池内阻变化较小而改变充电电流。
优选的，所述单片机控制模块还包括电路安全自检单元，对电池是否接入进行检测，确保电路自身安全，防止空转损坏。
优选的，所述电池充电电流智能控制系统还包括DC电源输入模块，所述DC电源输入模块与所述单片机控制模块连接，用于将市电转换为直流电，向系统供电。
优选的，所述电池充电电流智能控制系统还包括LCD显示输出模块，所述LCD显示输出模块与所述单片机控制模块连接，用于根据程序设计显示充电电量、电压、电流等内容。
一种所述电池充电电流智能控制系统的控制方法，具体步骤包括：
S1.利用直流电源向所述电池充电电流智能控制系统供电；
S2.通过所述单片机控制模块的参数设定单元对最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V这四个参数进行设定；
S3.将需充电的电池接入所述电池充电模块，所述电路安全自检单元检测到电池接入后，由所述单片机控制模块、PWM输出模块实现脉冲式充电，充电t1时间后，停止充电t2时间，依次循环；
S4.所述电压采样单元、电流采样单元分别采集电池充电时电压Vc、电池停止充电时电压Vnc、电池充电电流I；
S5.所述计算分析单元计算出电池充电浮高电压Vdt＝Vc-Vnc，近似的电池实时内阻R＝Vdt/I；由公式R＝Vdt/I可知电池内阻R与Vdt值成正比，因此根据电池内阻选择充电电流等效于根据充电浮高电压Vdt选择充电电流。
S6.由所述计算分析单元将电池充电浮高电压Vdt、电池实时内阻R、电池充电电流I与最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V进行综合计算分析，根据计算分析结果，由单片机控制模块、PWM输出模块输出充电电流控制量，控制电池充电模块电路给电池施加充电电流。
进一步的，所述S2步骤中，当电池内阻为Rmax并以最大充电电流Imax充电时，则电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imax×Rmax+△V，电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imax×Rmax-△V。在充电的过程中，根据电池的内阻特性，自动调节Vdtmax和Vdtmin值。
进一步的，所述S6步骤中，单片机控制模块、PWM输出模块不断增减输出充电电流控制量，控制电池充电模块电路改变给电池充电电流I的大小，确保Vdt值在Vdtmax和Vdtmin之间。
进一步的，所述S6步骤中，改变给电池充电电流I的大小的具体步骤包括：
S61.当充电电流I≥Imax时，电池充电浮高电压Vdt＜Vdtmax，则以最大电流Imax作为最优充电电流进行恒流充电，并重新更新电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imax×R+△V、电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imax×R-△V，其中R为电池当前状态下内阻；
S62.当充电电流Imin≤I＜Imax且电池充电浮高电压Vdt在Vdtmax和Vdtmin之间时，则以当前充电电流I作为最优充电电流进行恒流充电。此时不更新Vdtmax和Vdtmin的值。
S63.当充电电流I＜Imin且电池充电浮高电压Vdt在Vdtmax和Vdtmin之间时，则以当前充电电流Imin作为最优充电电流进行恒流充电，并重新更新电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imin×R+△V、电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imin×R-△V，其中R为电池当前状态下内阻。
进一步的，在以最优充电电流恒流给电池充电时，实时检测充电浮高电压Vdt值是否在充电浮高电压最大值Vdtmax和最小值Vdtmin之内，当不在范围内时，重复S61－S63步骤，重新确定最优充电电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的电池充电电流智能控制系统及方法，采用脉冲式充电方法测试电池实时内阻，由单片机依据程序以PWM信号输出充电电流控制量，该控制量可以控制充电模块电路给电池施加充电电流，同时，单片机实时监测电池电流、电压的变化，从而实时测试电池内阻、选择充电电流，达到根据电池的电池内阻特性合理选择充电电流、在不充坏电池的前提下快速充电的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的脉冲充电时序图；
图2为本发明实施例的模块方框图；
图3为本发明实施例的充电控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1、图2、图3所示，一种电池充电电流智能控制系统，包括单片机控制模块、PWM输出模块、电池充电模块，所述单片机控制模块包括电压采样单元、电流采样单元、计算分析单元；所述单片机控制模块实现脉冲式充电，即充电t1时间后、停止充电t2时间，依次循环；由电压采样单元、电流采样单元采集电池充电时电压Vc、电池停止充电时电压Vnc、电池充电电流I；由计算分析单元完成Vdt计算、内阻计算，即电池充电浮高电压Vdt＝Vc-Vnc，内阻值近似为R＝Vdt/I；单片机控制模块根据计算分析单元的数据，控制所述PWM输出模块来改变充电电流I的大小；所述电池充电模块对电池进行固定及充电。
参照图1所示，在充电时间t1，取充电电压Vc；停止充电时间t2，取非充电电压Vnc，从而计算Vdt＝Vc-Vnc。根据Vdt值和充电电流计算电池内阻、选择最优充电电流。
脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。这里，通过单片机的PWM输出模块，对电池充电模块的充电电流进行控制。
所述单片机控制模块包括参数设定单元，通过所述参数设定单元，可以根据自己的需求对最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V这四个参数进行设定。
所述单片机控制模块还包括电路安全自检单元，对电池是否接入进行检测，确保电路自身安全，防止空转损坏。
所述电池充电电流智能控制系统还包括DC电源输入模块，所述DC电源输入模块与所述单片机控制模块连接，用于将市电转换为直流电，向系统供电。
所述电池充电电流智能控制系统还包括LCD显示输出模块，所述LCD显示输出模块与所述单片机控制模块连接，用于根据程序设计显示充电电量、电压、电流等内容。
一种所述电池充电电流智能控制系统的控制方法，具体步骤包括：
S1.利用直流电源向所述电池充电电流智能控制系统供电；
S2.通过所述单片机控制模块的参数设定单元对最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V这四个参数进行设定；
S3.将需充电的电池接入所述电池充电模块，所述电路安全自检单元检测到电池接入后，由所述单片机控制模块、PWM输出模块实现脉冲式充电，充电t1时间后，停止充电t2时间，依次循环；
S4.所述电压采样单元、电流采样单元分别采集电池充电时电压Vc、电池停止充电时电压Vnc、电池充电电流I；
S5.所述计算分析单元计算出电池充电浮高电压Vdt＝Vc-Vnc，近似的电池实时内阻R＝Vdt/I；由公式R＝Vdt/I可知电池内阻R与Vdt值成正比，因此根据电池内阻选择充电电流等效于根据充电浮高电压Vdt选择充电电流。
S6.由所述计算分析单元将电池充电浮高电压Vdt、电池实时内阻R、电池充电电流I与最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V进行综合计算分析，根据计算分析结果，由单片机控制模块、PWM输出模块输出充电电流控制量，控制电池充电模块电路给电池施加充电电流。
所述S2步骤中，当电池内阻为Rmax并以最大充电电流Imax充电时，则电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imax×Rmax+△V，电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imax×Rmax-△V。在充电的过程中，根据电池的内阻特性，自动调节Vdtmax和Vdtmin值。
所述S6步骤中，单片机控制模块、PWM输出模块不断增减输出充电电流控制量，控制电池充电模块电路改变给电池充电电流I的大小，确保Vdt值在Vdtmax和Vdtmin之间。
所述S6步骤中，改变给电池充电电流I的大小的具体步骤包括：
S61.当充电电流I≥Imax时，电池充电浮高电压Vdt＜Vdtmax，则以最大电流Imax作为最优充电电流进行恒流充电，并重新更新电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imax×R+△V、电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imax×R-△V，其中R为电池当前状态下内阻；
S62.当充电电流Imin≤I＜Imax且电池充电浮高电压Vdt在Vdtmax和Vdtmin之间时，则以当前充电电流I作为最优充电电流进行恒流充电。此时不更新Vdtmax和Vdtmin的值。
S63.当充电电流I＜Imin且电池充电浮高电压Vdt在Vdtmax和Vdtmin之间时，则以当前充电电流Imin作为最优充电电流进行恒流充电，并重新更新电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imin×R+△V、电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imin×R-△V，其中R为电池当前状态下内阻。
在以最优充电电流恒流给电池充电时，实时检测充电浮高电压Vdt值是否在充电浮高电压最大值Vdtmax和最小值Vdtmin之内，当不在范围内时，重复S61－S63步骤，重新确定最优充电电流。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池充电电流智能控制系统，其特征在于，包括单片机控制模块、PWM输出模块、电池充电模块，所述单片机控制模块包括电压采样单元、电流采样单元、计算分析单元；所述单片机控制模块实现脉冲式充电，即充电t1时间后、停止充电t2时间，依次循环；由电压采样单元、电流采样单元采集电池充电时电压Vc、电池停止充电时电压Vnc、电池充电电流I；由计算分析单元完成Vdt计算、内阻计算，即电池充电浮高电压Vdt＝Vc-Vnc，内阻值近似为R＝Vdt/I；单片机控制模块根据计算分析单元的数据，控制所述PWM输出模块来改变充电电流I的大小；所述电池充电模块对电池进行固定及充电。
2.根据权利要求1所述的电池充电电流智能控制系统，其特征在于，所述单片机控制模块包括参数设定单元，通过所述参数设定单元，可以根据自己的需求对最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V这四个参数进行设定。
3.根据权利要求1或2所述的电池充电电流智能控制系统，其特征在于，所述单片机控制模块还包括电路安全自检单元，对电池是否接入进行检测，确保电路自身安全，防止空转损坏。
4.根据权利要求3所述的电池充电电流智能控制系统，其特征在于，所述电池充电电流智能控制系统还包括DC电源输入模块，所述DC电源输入模块与所述单片机控制模块连接。
5.根据权利要求4所述的电池充电电流智能控制系统，其特征在于，所述电池充电电流智能控制系统还包括LCD显示输出模块，所述LCD显示输出模块与所述单片机控制模块连接。
6.一种所述电池充电电流智能控制系统的控制方法，其特征在于，具体步骤包括：
S1.利用直流电源向所述电池充电电流智能控制系统供电；
S2.通过所述单片机控制模块的参数设定单元对最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V这四个参数进行设定；
S3.将需充电的电池接入所述电池充电模块，所述电路安全自检单元检测到电池接入后，由所述单片机控制模块、PWM输出模块实现脉冲式充电，充电t1时间后，停止充电t2时间，依次循环；
S4.所述电压采样单元、电流采样单元分别采集电池充电时电压Vc、电池停止充电时电压Vnc、电池充电电流I；
S5.所述计算分析单元计算出电池充电浮高电压Vdt＝Vc-Vnc，近似的电池实时内阻R＝Vdt/I；由公式R＝Vdt/I可知电池内阻R与Vdt值成正比，因此根据电池内阻选择充电电流等效于根据充电浮高电压Vdt选择充电电流。
S6.由所述计算分析单元将电池充电浮高电压Vdt、电池实时内阻R、电池充电电流I与最大充电电流Imax、最小充电电流Imin、最大电池内阻Rmax和电压差值△V进行综合计算分析，根据计算分析结果，由单片机控制模块、PWM输出模块输出充电电流控制量，控制电池充电模块电路给电池施加充电电流。
7.根据权利要求6所述的电池充电电流智能控制系统的控制方法，其特征在于，所述S2步骤中，当电池内阻为Rmax并以最大充电电流Imax充电时，则电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imax×Rmax+△V，电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imax×Rmax-△V，在充电的过程中，根据电池的内阻特性，自动调节Vdtmax和Vdtmin值。
8.根据权利要求7所述的电池充电电流智能控制系统的控制方法，其特征在于，所述S6步骤中，单片机控制模块、PWM输出模块不断增减输出充电电流控制量，控制电池充电模块电路改变给电池充电电流I的大小，确保Vdt值在Vdtmax和Vdtmin之间。
9.根据权利要求8所述的电池充电电流智能控制系统的控制方法，其特征在于，所述S6步骤中，改变给电池充电电流I的大小的具体步骤包括：
S61.当充电电流I≥Imax时，电池充电浮高电压Vdt＜Vdtmax，则以最大电流Imax作为最优充电电流进行恒流充电，并重新更新电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imax×R+△V、电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imax×R-△V，其中R为电池当前状态下内阻；
S62.当充电电流Imin≤I＜Imax且电池充电浮高电压Vdt在Vdtmax和Vdtmin之间时，则以当前充电电流I作为最优充电电流进行恒流充电，此时不更新Vdtmax和Vdtmin的值。
S63.当充电电流I＜Imin且电池充电浮高电压Vdt在Vdtmax和Vdtmin之间时，则以当前充电电流Imin作为最优充电电流进行恒流充电，并重新更新电池充电浮高电压最大值Vdtmax＝Imin×R+△V、电池充电浮高电压最小值Vdtmin＝Imin×R-△V，其中R为电池当前状态下内阻。
10.根据权利要求9所述的电池充电电流智能控制系统的控制方法，其特征在于，在以最优充电电流恒流给电池充电时，实时检测充电浮高电压Vdt值是否在充电浮高电压最大值Vdtmax和最小值Vdtmin之内，当不在范围内时，重复S61－S63步骤，重新确定最优充电电流。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170829

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