CN108288872A - 一种电流自适应的锂电池快速充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流自适应的锂电池快速充电装置,外部交流电经过AC/DC转换器变换为直流电,直流电经过DC/DC变换器调整电压后给电池充电;电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连,电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数;DC/DC变换器的控制信号来自于控制器,控制器通过检测电池状态,发出信号控制DC/DC变换器调整电压对电池充电,控制器中的信息通过显示模块传输给用户。本发明装置相比传统充电器,具有充电电流大、充电时间短、对软硬件要求较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池充电技术领域,特别是涉及一种电流自适应的锂电池快速充电装置。
背景技术
随着锂电池的应用越来越广泛,人们对于锂电池系统的性能、安全等要求也越来越高。锂电池系统功率密度较低,其功率负荷不适合有较为剧烈的变化,所以实时检测锂电池的负荷状态对于负载变化较大的电动系统,具有重要的意义。在当前的应用中,锂电池充电器通常采用恒流-恒压方式,电池先按照一个固定的恒定电流值充电,等其电压上升到阈值之后以一个固定的恒压值充电,直到充电电流小于终止电流。这种充电器简单实用,为广大用户采用,但缺点是充电时间较长。伴随着锂电池供电的各种系统快速普及,人们对锂电池的充电效率也提出了更高的要求。
实际应用中,锂电池确实可以通过改进充电方式,缩短充电时间。专利“一种快速充电的装置和方法”(CN 105553036 A)介绍了一种使用脉冲方式充电的装置,能够快速给电池充电,但是此种充电方式对于电源要求较高,需求精确的大电流脉冲,提高了充电装置的成本和门槛。专利“一种锂离子电池长寿命快速充电方法”(CN 105932349 A)使用锂电池机理建模的方法,计算出锂电池能够承受的最大电流进行快速充电,但是此种方法模型复杂,计算量大,参数调整困难,比较适用于实验室研究使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流自适应的锂电池快速充电装置,该锂电池快速充电装置相比传统充电器,具有充电电流大、充电时间短、对软硬件要求较低的优点。
本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现:
一种电流自适应的锂电池快速充电装置,包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、控制器、显示模块;外部交流电经过AC/DC转换器变换为直流电,直流电经过DC/DC变换器调整电压后给电池充电;电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连,电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数;DC/DC变换器的控制信号来自于控制器,控制器通过检测电池状态,发出信号控制DC/DC变换器调整电压对电池充电,控制器中的信息通过显示模块传输给用户。
进一步地,所述控制器为单片机或ARM或DSP。
进一步地,所述AC/DC转换器为整流桥电路。
进一步地,所述DC/DC变换器为Buck降压电路。
进一步地,所述电压传感器为A/D电压检测电路。
进一步地,所述温度传感器为贴片式铂电阻。
进一步地,所述显示模块为LCD模块。
进一步地,所述循环次数计数器为计数电路。
本发明的有益效果:一种电流自适应的锂电池快速充电装置,外部交流电经过AC/DC转换器变换为直流电,控制器通过检测电池状态,发出信号控制DC/DC变换器调整电压对电池充电,控制器中的信息通过显示模块传输给用户;该锂电池快速充电装置相比传统充电器,具有充电电流大、充电时间短、对软硬件要求较低的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明:
图1是本发明装置原理框图;
图2是本发明装置实施例示意图。
具体实施方式
为了使本发明技术方案的内容和优势更加清楚明了,下面结合附图对本发明进一步描述。
结合图1,一种电流自适应的锂电池快速充电装置,包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、控制器、显示模块。外部交流电经过AC/DC转换器变换为直流电,直流电经过DC/DC变换器调整电压后给电池充电。电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连,电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数。DC/DC变换器的控制信号来自于控制器,控制器通过检测电池状态,发出信号控制DC/DC变换器调整电压对电池进行充电,控制器中的信息可以通过显示模块传输给用户。
锂电池在充电过程中,存在充电电流接受曲线,过低的充电电流没有充分释放电池的充电潜力,而超过此电流接受曲线限值的充电电流会对锂电池造成损害,所以,在锂电池充电时需要动态计算最大充电电流,达到快速充电又不伤害电池的目的。控制器根据电流传感器反馈的电流值调整DC/DC转换器的输出电压,使得充电电流达到最大充电电流IM。
最大充电电流IM的计算方法如下:
A读取电池初始最大充电电流I0,I0通常由电池厂家给出,其大小与电池容量和类型有关。
B计算电压修正系数αU,锂电池按照电压U高低通常可以分为低电压段(U<UL),中电压段(UL≤U<UU)和高电压段(U=UU),其中UL为低压阈值,UU为高压阈值,因电池类型而异。锂电池在低电压段不适合大电流,需要以小电流预充电;在中电压段适合大电流充电;在高电压段进入恒压充电,电流随着电量(SOC)的增加不断减小。
其中:U为当前电压,SOCU为电池充电到电压UU时的电量;SOC为当前电量,取值在SOCU~100之间;βL为预充电系数,βLI0即为预充电电流值;βU为中止充电电流系数,βUI0即为终止充电电流值。
C计算电池循环容量衰减系数αH。
其中:j为电池当前循环次数;J为电池总循环次数。
D计算电池温度系数αW,温度的变化会影响锂电池的容量,因此αW是温度t的函数,可以在不同温度,把锂电池容量实验数据制成表格之后查表得到。
E计算锂电池当前最大充电电流IM。
IM=I0×αU×αH×αW
结合图2,电流自适应的锂电池快速充电装置实施例示意图,AC/DC转换器主要作用是把220V交流电转换为稳定的直流电,通常为整流稳压电路,整流稳压电路可以是整流桥电路。DC/DC变换器作用为可以根据控制器的信号调整输出的充电电压,通常为脉宽调制(PWM)信号控制的降压(Buck)型电路。控制器是整个装置的计算控制中心模块,控制器可以是单片机或ARM或DSP等各种微控制器,在性能符合要求的情况下,通常选用成本较低的单片机。电压传感器的作用是把电池的端电压模拟信号转换为数字信号,传送给控制器,通常使用A/D转换器采集电压值,如果电池端电压与A/D转换器测量范围差距较大,可以在前端加上分压、放大电路,组合成A/D电压检测电路。电流传感器负责检测电池电流信号,如果电流较小,可以直接在电池回路中串入精密电阻测量;如果电流较大,则可以使用霍尔传感器或者使用分流器测量。温度传感器的作用是实施检测电池表面的温度,可以是接触式或者非接触式传感器,通常可以使用贴片式铂电阻。循环次数计数器用来计算电池已经使用过的循环次数,可以使用一个充放电截止电压触发的计数电路,或者用充放电曲线数据在控制器中直接计算。显示模块为LCD模块。
外部交流电经过整流桥变换为直流,直流电经过Buck降压电路调整电压后给电池充电。控制器选用单片机,单片机发出的PWM信号控制Buck降压电路。通过霍尔传感器和A/D电压检测电路检测电池电流和电压,温度传感器使用贴片式铂电阻;循环次数计数器为由充电饱和电压和放电截止电压触发的计数电路。单片机中的信息可以通过液晶(LCD)模块传输给用户。
单片机根据霍尔传感器反馈的电流值调整Buck降压电路的输出电压,使得充电电流达到最大充电电流IM。
最大充电电流IM的可由以下得到:
假设某型锂电池,出厂标称最大充电电流I0=15A,预充电电流系数βL=1/15,终止充电电流系数βU=1/10,低压阈值UL=2.5V,高压阈值UU=4.2V,电池当前循环次数j=500,总循环次数J=1000,当前温度10℃,温度系数随温度变化如下表:
温度 | 温度系数αW |
20℃ | 1 |
10℃ | 0.97 |
0℃ | 0.92 |
-10℃ | 0.87 |
电池处于充电过程中,当前电量SOC=95,当前电压U=UU,在充电至高压阈值时SOCU=90,则其当前最大充电电流计算如下:
A读取初始I0=15A。
B计算电量修正系数αU
C计算电池循环容量衰减系数αH
D查表得到电池温度系数αW=0.97
E计算当前最大充电电流IM
IM=I0×αU×αH×αW=7.2A
本发明电流自适应的锂电池快速充电装置,外部交流电经过AC/DC转换器变换为直流电,控制器通过检测电池状态,发出信号控制DC/DC变换器调整电压对电池充电,控制器中的信息通过显示模块传输给用户;该锂电池快速充电装置相比传统充电器,具有充电电流大、充电时间短、对软硬件要求较低的优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、控制器、显示模块;外部交流电经过AC/DC转换器变换为直流电,直流电经过DC/DC变换器调整电压后给电池充电;电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器、显示模块为控制器的外围电路分别与控制器相连,电流传感器、电压传感器、温度传感器、循环次数计数器分别检测锂电池的电流、电压、温度和已经使用过的循环次数;DC/DC变换器的控制信号来自于控制器,控制器通过检测电池状态,发出信号控制DC/DC变换器调整电压对电池充电,控制器中的信息通过显示模块传输给用户。
2.按照权利要求1所述的一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:所述控制器为单片机或ARM或DSP。
3.按照权利要求1所述的一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:所述AC/DC转换器为整流桥电路。
4.按照权利要求1所述的一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:所述DC/DC变换器为Buck降压电路。
5.按照权利要求1所述的一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:所述电压传感器为A/D电压检测电路。
6.按照权利要求1所述的一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:所述温度传感器为贴片式铂电阻。
7.按照权利要求1所述的一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:所述显示模块为LCD模块。
8.按照权利要求1所述的一种电流自适应的锂电池快速充电装置,其特征在于:所述循环次数计数器为计数电路。
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