CN108512283A - 一种多功能充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能充电系统，包括硬件电路模块和软件保护模块，所述硬件电路模块内设有充电主电路和充电控制回路，所述软件保护模块内设有充电阶段和充电保护，能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电，其充电过程中的充电电压、电流通过单片机实时控制，整个充电系统为反馈控制系统，单片机通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程，有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，使充电过程安全稳定地进行，通过电压检测便于根据外面的实际电压自动选用相应的量程检测电压，使电压越小时，检测到的电压精度越高，有助于更精确地控制充电过程中的充电电压的变化。

Description

一种多功能充电系统

技术领域

本发明涉及多功能充电系统技术领域，具体为一种多功能充电系统。

背景技术

由于石油危机和日益严重的环境污染，电动汽车发展已经是大势所趋。蓄电池为电动汽车提供动力，而蓄电池充电性能直接影响蓄电池的使用和寿命，蓄电池一般分为铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池，由于蓄电池种类繁多且容量不一，不同种类和容量的蓄电池往往需要不同的充电器匹配，如果蓄电池的充电器匹配不好会出现过充过热等不安全现象，从而影响蓄电池的正常使用并缩短蓄电池寿命，因此，设计一款基于单片机控制的能为各类蓄电池充电的多功能充电系统是十分必要的。

但是目前市场上的多功能充电系统不仅结构复杂，而且功能单一，不能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电，无法使其充电过程中的充电电压、电流通过单片机实时控制，整个充电系统为反馈控制系统，单片机不能通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程，无法有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，不能使充电过程安全稳定地进行，不便于根据外面的实际电压自动选用相应的量程检测电压，使电压越小时，检测到的电压精度越高，不能有助于更精确地控制充电过程中的充电电压的变化，不能精确的检测到充电电流0.1A的变化，不便于防止充电过程中电池过热，不能使充电过程能平稳和安全的进行，不便于实时显示充电过程中的充电电压、充电电流以及电池的端电压和温度，并在空闲时能显示日历、4路PWM波的占空比等，不便于检测电池电压是为了防止锂离子电池和铅蓄电池过充。

发明内容

本发明提供一种多功能充电系统，可以有效解决上述背景技术中提出不能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电，无法使其充电过程中的充电电压、电流通过单片机实时控制，整个充电系统为反馈控制系统，单片机不能通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程，无法有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，不能使充电过程安全稳定地进行，不便于根据外面的实际电压自动选用相应的量程检测电压，使电压越小时，检测到的电压精度越高，不能有助于更精确地控制充电过程中的充电电压的变化，不能精确的检测到充电电流0.1A的变化，不便于防止充电过程中电池过热，不能使充电过程能平稳和安全的进行，不便于实时显示充电过程中的充电电压、充电电流以及电池的端电压和温度，并在空闲时能显示日历、4路PWM波的占空比等，不便于检测电池电压是为了防止锂离子电池和铅蓄电池过充的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多功能充电系统，包括硬件电路模块和软件保护模块，所述硬件电路模块内设有充电主电路和充电控制回路，所述充电主电路采用了开关电源技术，最大功率为3500W，先将220V单相工频交流电，经4个二极管组成全桥电路进行整流，再经过大电容滤波得到300V左右的直流电，此时直流电中纹波较大，直流电通过由4个绝缘栅双极晶体管组成的全桥逆变器，得到电压可调的高频交流电，经高频变压器耦合到副边，再经全桥整流，最后经电感电容滤波得到纹波很小的直流电为蓄电池充电。

根据上述技术方案，所述充电控制回路内设有电压检测、电流检测、温度检测、液晶显示模块、按键输入和PWM输出，所述电压检测选用电阻分压式结构，并联在充电电路中监测电压信号，电压信号从PAD0口经单片机自带A/D转换器传至单片机进行处理，所述电流检测选用霍尔式电流传感器检测充电电流信号，并将检测到的电流信号经过一定的换算处理从PAD1口经单片机自带的A/D转换器传至单片机进行处理，所述温度检测选用热敏电阻检测充电过程中电池温度信号，实际应用时将热敏电阻贴在电池上检测电池温度，所述液晶显示模块选用带中文字库的12864液晶屏，液晶屏模块与单片机的PA、PB口相连，所述按键输入选用4x4矩阵键盘，通过按键可切换到蓄电池充电方法选择、充电参数设定、日历调整、4路PWM波的占空比显示及充电电压、充电电流、电池的端电压和温度显示等界面，所述PWM输出由一个定时器/计数器设定的高频交流电交变周期决定。

根据上述技术方案，所述软件保护模块内设有充电阶段和充电保护。

根据上述技术方案，所述充电阶段由电池检测程序完成后，开始对电池进行小电流充电，充电速率约为1/5C左右；当小电流充电至电池电压达到参考值时，系统进入恒流充电阶段，此阶段为蓄电池的快速充电阶段，充电速率为1-2C；当充电电压达到设定的电池的最大充电电压时，系统进入恒压充电阶段，随着电池电压逐渐上升，充电电流逐渐减小；当充电电流减d，N设定参考值时，系统判断蓄电池充足停止充电。

根据上述技术方案，所述充电保护指充电过程中不断监测电池电压是否超过安全值、温度或温度变化率是否达到限定值，如有上述情况立即终止充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果：能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电，其充电过程中的充电电压、电流通过单片机实时控制，整个充电系统为反馈控制系统，单片机通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程，有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，使充电过程安全稳定地进行，通过电压检测便于根据外面的实际电压自动选用相应的量程检测电压，使电压越小时，检测到的电压精度越高，有助于更精确地控制充电过程中的充电电压的变化，通过电流检测能精确的检测到充电电流0.1A的变化，通过温度检测，便于防止充电过程中电池过热，使充电过程能平稳和安全的进行，通过液晶显示模块，便于能实时显示充电过程中的充电电压、充电电流以及电池的端电压和温度，并在空闲时能显示日历、4路PWM波的占空比等，通过充电保护，便于检测电池电压是为了防止锂离子电池和铅蓄电池过充，检测温度和温度变化率是否达到限定值，是为了防止镍氢和镍镉电池过充，铅蓄电池充电阶段同锂离子电池，即先小电流预充，再恒流充电、最后恒压充电，当恒压充电电流小到一定程度时，系统判断电池充足并停止充电；镍镉电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当检测到电池电压第一次下降时，系统判断电池充足并停止充电；镍氢电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当电池电压出现零增长时，判断电池充足并停止充电，铅蓄电池和锂离子电池自放电率低，电池充满后可直接停止充电，镍氢和镍镉电自放电率高，如夜间无人看守充电时，可在电池充足后采用涓流充电方式给电池补充电荷，使蓄电池保持充足电状态。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1所示，本发明提供多功能充电系统技术方案，一种多功能充电系统，包括硬件电路模块和软件保护模块，硬件电路模块内设有充电主电路和充电控制回路，充电主电路采用了开关电源技术，最大功率为3500W，先将220V单相工频交流电，经4个二极管组成全桥电路进行整流，再经过大电容滤波得到300V左右的直流电，此时直流电中纹波较大，直流电通过由4个绝缘栅双极晶体管组成的全桥逆变器，得到电压可调的高频交流电，经高频变压器耦合到副边，再经全桥整流，最后经电感电容滤波得到纹波很小的直流电为蓄电池充电。

根据上述技术方案，充电控制回路内设有电压检测、电流检测、温度检测、液晶显示模块、按键输入和PWM输出，电压检测选用电阻分压式结构，并联在充电电路中监测电压信号，电压信号从PAD0口经单片机自带A/D转换器传至单片机进行处理，电流检测选用霍尔式电流传感器检测充电电流信号，并将检测到的电流信号经过一定的换算处理从PAD1口经单片机自带的A/D转换器传至单片机进行处理，温度检测选用热敏电阻检测充电过程中电池温度信号，实际应用时将热敏电阻贴在电池上检测电池温度，液晶显示模块选用带中文字库的12864液晶屏，液晶屏模块与单片机的PA、PB口相连，按键输入选用4x4矩阵键盘，通过按键可切换到蓄电池充电方法选择、充电参数设定、日历调整、4路PWM波的占空比显示及充电电压、充电电流、电池的端电压和温度显示等界面，PWM输出由一个定时器/计数器设定的高频交流电交变周期决定。

根据上述技术方案，软件保护模块内设有充电阶段和充电保护。

根据上述技术方案，充电阶段由电池检测程序完成后，开始对电池进行小电流充电，充电速率约为1/5C左右；当小电流充电至电池电压达到参考值时，系统进入恒流充电阶段，此阶段为蓄电池的快速充电阶段，充电速率为1-2C；当充电电压达到设定的电池的最大充电电压时，系统进入恒压充电阶段，随着电池电压逐渐上升，充电电流逐渐减小；当充电电流减d，N设定参考值时，系统判断蓄电池充足停止充电。

根据上述技术方案，充电保护指充电过程中不断监测电池电压是否超过安全值、温度或温度变化率是否达到限定值，如有上述情况立即终止充电。

基于上述，本发明的优点在于：能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电，其充电过程中的充电电压、电流通过单片机实时控制，整个充电系统为反馈控制系统，单片机通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程，有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，使充电过程安全稳定地进行，通过电压检测便于根据外面的实际电压自动选用相应的量程检测电压，使电压越小时，检测到的电压精度越高，有助于更精确地控制充电过程中的充电电压的变化，通过电流检测能精确的检测到充电电流0.1A的变化，通过温度检测，便于防止充电过程中电池过热，使充电过程能平稳和安全的进行，通过液晶显示模块，便于能实时显示充电过程中的充电电压、充电电流以及电池的端电压和温度，并在空闲时能显示日历、4路PWM波的占空比等，通过充电保护，便于检测电池电压是为了防止锂离子电池和铅蓄电池过充，检测温度和温度变化率是否达到限定值，是为了防止镍氢和镍镉电池过充，铅蓄电池充电阶段同锂离子电池，即先小电流预充，再恒流充电、最后恒压充电，当恒压充电电流小到一定程度时，系统判断电池充足并停止充电；镍镉电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当检测到电池电压第一次下降时，系统判断电池充足并停止充电；镍氢电池，先小电流预充，再快速恒流充电，当电池电压出现零增长时，判断电池充足并停止充电，铅蓄电池和锂离子电池自放电率低，电池充满后可直接停止充电，镍氢和镍镉电自放电率高，如夜间无人看守充电时，可在电池充足后采用涓流充电方式给电池补充电荷，使蓄电池保持充足电状态。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多功能充电系统，包括硬件电路模块和软件保护模块，其特征在于：所述硬件电路模块内设有充电主电路和充电控制回路，所述充电主电路采用了开关电源技术，最大功率为3500W，先将220V单相工频交流电，经4个二极管组成全桥电路进行整流，再经过大电容滤波得到300V左右的直流电，此时直流电中纹波较大，直流电通过由4个绝缘栅双极晶体管组成的全桥逆变器，得到电压可调的高频交流电，经高频变压器耦合到副边，再经全桥整流，最后经电感电容滤波得到纹波很小的直流电为蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述的一种多功能充电系统，其特征在于，所述充电控制回路内设有电压检测、电流检测、温度检测、液晶显示模块、按键输入和PWM输出，所述电压检测选用电阻分压式结构，并联在充电电路中监测电压信号，电压信号从PAD0口经单片机自带A/D转换器传至单片机进行处理，所述电流检测选用霍尔式电流传感器检测充电电流信号，并将检测到的电流信号经过一定的换算处理从PAD1口经单片机自带的A/D转换器传至单片机进行处理，所述温度检测选用热敏电阻检测充电过程中电池温度信号，实际应用时将热敏电阻贴在电池上检测电池温度，所述液晶显示模块选用带中文字库的12864液晶屏，液晶屏模块与单片机的PA、PB口相连，所述按键输入选用4x4矩阵键盘，通过按键可切换到蓄电池充电方法选择、充电参数设定、日历调整、4路PWM波的占空比显示及充电电压、充电电流、电池的端电压和温度显示等界面，所述PWM输出由一个定时器/计数器设定的高频交流电交变周期决定。

3.根据权利要求1所述的一种多功能充电系统，其特征在于，所述软件保护模块内设有充电阶段和充电保护。

4.根据权利要求3所述的一种多功能充电系统，其特征在于，所述充电阶段由电池检测程序完成后，开始对电池进行小电流充电，充电速率约为1/5C左右；当小电流充电至电池电压达到参考值时，系统进入恒流充电阶段，此阶段为蓄电池的快速充电阶段，充电速率为1-2C；当充电电压达到设定的电池的最大充电电压时，系统进入恒压充电阶段，随着电池电压逐渐上升，充电电流逐渐减小；当充电电流减d，N设定参考值时，系统判断蓄电池充足停止充电。

5.根据权利要求1所述的一种多功能充电系统，其特征在于，所述充电保护指充电过程中不断监测电池电压是否超过安全值、温度或温度变化率是否达到限定值，如有上述情况立即终止充电。