CN108963362B - 一种电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法及充电修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法和充电修复装置，该充电修复管理方法包括快速脉冲充电阶段、可变脉冲充电阶段、涓流充电阶段和脉冲维护阶段，该充电修复装置利用单片机的控制实现上述的充电修复管理方法。本发明公开了一种脉冲型充电修复控制方法，采用恒压限流开关电源技术，在单片机的控制下，充电修复装置对输出电流进行高速开通和关断，把直流变成高频充电脉冲，使用数字式控制模式，精确控制充电电流脉冲的占空比。

Description

一种电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法及充电修复装置

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池充电管理领域，特别涉及一种电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法及充电修复装置。

背景技术

近年来，随着我国经济的发展，电动车行业得到了大范围普及，发展至今我国的电动车行业的市场规模已居全球首位，并且随着经济持续增长和城乡居民收入水平的提高，由于电动自行车便捷、环保的特性使电动自行车市场呈现不断增长稳定发展的势头，同时，消费者对产品品质的要求也越来越高。

当前，铅酸蓄电池以其具有制造成本低，污染小等优点，仍作为电动车主要动力储能装置，但是电动车用铅酸蓄电池使用的现状仍远远没有满足广大用户的实用要求，其实际使用寿命总是远远低于蓄电池的设计寿命，一般铅酸蓄电池的设计寿命为3~5年，但由于各种原因，很多的使用者的电池实际寿命只有一年，经过市场研究与调查，铅酸蓄电池寿命提前终止的原因主要有几个方面，一、铅酸蓄电池本身特性及生产的问题，二、铅酸蓄电池工作使用环境的问题，三、电动车本身配置与充电设备的原因。

铅酸蓄电池充放电的过程是电化学反应的过程，充电时，硫酸铅形成氧化铅，放电时氧化铅又还原成为硫酸铅。而硫酸铅是一种非常容易结晶的物质，当电解液中的硫酸铅浓度过高或静置时间过长，硫酸铅就会不断结晶，由小晶体生成大的惰性结晶，大的硫酸铅晶体充电时很难再还原成氧化铅，这样就沉积在电极板上，造成了电极板工作面积下降，这个现象叫硫化，也是所谓的老化。硫化现象加大以后，电池容量逐渐下降直至寿命终结。硫化现象是一种不可避免的电化学现象，是造成蓄电池容量下降的很重要的原因。

如果铅酸蓄电生产中采用增加极板、提高硫酸比重、增加正极板活性物质等等方法可以显著的增加电池容量，但是这样在使用过程中就容易导致电池容易发热失水，同时硫化现象加重，最终不断减少电池的寿命。

电动车蓄电池在使用过程中，由于用户的使用习惯往往达不到蓄电池最佳的使用保养条件，很容易深度放电、大电流放电、经常欠充或过充电，有时候还会较长时间存放，这些不良习惯都严重影响到铅酸蓄电池的寿命，大电流和深度放电都会导致硫酸铅浓度增加，加重硫化现象，短时间快充则可能导致过度析氧排气失水，加重硫化现象，放电后如果不能及时充电，放电形成的大量硫酸铅不能及时还原成氧化铅，就会硫化结晶，减少蓄电池寿命。

作为电动车的生产者往往没有限制电动车用蓄电池的负载状况，用户在使用时可能进行高速行驶，电流非常大，严重缩短了电池寿命，另外，用户配套的充电器基于目前行业通行做法，绝大部分都采用了三段式充电器，一般三段式充电器为了满足短时间充满电池的容量，都把充电恒压阶段的恒压值提高，超过电池正极板的析氧电压和负极板的析氢电压，还一些厂家把浮充阶段的电压提高，用来补充恒压阶段未充满的容量，这样在浮充阶段也会导致排气。这样都会导致失水和硫化。

另外，在蓄电池生产和销售流通环节，都或多或少的存在长期存放的问题，蓄电池在长期存放时不可避免的产生自放电并导致硫化降低寿命。

一种能够充分满足蓄电池快速无损充电的装置是非常符合用户需求的，同时应该具有防止和修复硫化的功能。市场上已经有许多蓄电池硫化修复设备，但是大多数需要用户拆卸电池单独进行离线修复，这样对于电动车的使用者来说十分不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种在充电过程同时，对铅酸蓄电池进行有效修复，以延长其使用寿命的电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法及充电修复装置。

本发明的技术方案是：一种电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法，在对电动车铅酸电池充电过程中，实现对电动车铅酸蓄电池修复，采用恒压限流的方式实现对电动车铅酸蓄电池充电；包括以下充电修复阶段：

第一阶段：快速脉冲充电阶段，该阶段中，采用低频脉冲电流以总电流为0.1~0.3C的恒流值对电动车铅酸蓄电池充电；同时在充电的低频脉冲电流上叠加高频谐振修复脉冲；在电池电压快速上升进入析气点电压时，结束本阶段，进入第二阶段；

第二阶段：可变脉冲充电步骤，降低低频脉冲充电电流PWM的占空比继续充电，直到电池电压快速上升进入析气点电压时，再次降低低频脉冲充电电流PWM的占空比，继续充电，如此循环，直到低频脉冲充电电流PWM的占空比足够低时，结束本阶段，进入第三阶段；

第三阶段、涓流充电阶段，以低于0.02C的电流继续充电2-3小时，结束充电，进入第四阶段；

第四阶段、脉冲维护阶段，向电动车铅酸蓄电池两极间不间断地继续充入高频谐振修复脉冲信号。

本发明公开了一种脉冲型充电修复控制方法，采用恒压限流开关电源技术，在单片机的控制下，充电修复装置对输出电流进行高速开通和关断，把直流变成高频充电脉冲，使用数字式控制模式，精确控制充电电流脉冲的占空比，同时根据蓄电池不同的化学成分和充电要求，结合充电环境温度特性，计算蓄电池最佳的充电析气点，同时使用休止时间间隔和负脉冲去极化脉冲来降低蓄电池极板温度和极化现象，提升电池充电耐受力，减少极板温升和析气现象，用最佳的时间和充电方法达到100％DOD放电深度的充电效果，同时在通过高频脉冲谐振技术，在充电脉冲上叠加调制高频修复电流脉冲，在充电的同时进行修复，这种充电模式可以延长普通的阀控式密封铅酸蓄电池寿命一倍以上，在充电修复过程结束后，这种充电修复装置可以自动进入维护模式，可对蓄电池进行长时间的脉冲维护。

进一步的，上述的电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法中：所述的低频脉冲电流的频率是0.5~2Hz，初始占空比大于85%；高频谐振修复脉冲的频率是8~10KHz，占空比小于10%。

进一步的，上述的电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法中：在所述的第一段中，在低频脉冲充电电流中叠加频率相同的负脉冲和休止时间，所述的负脉冲的占空比小于3%，其下降沿与低频脉冲充电电流的下降沿之间形成前休止时间，其上升沿与低频脉冲充电电流的上升沿之间形成后休止时间，所述的前休止时间和后休止时间大致相同；所述的负脉冲的幅度是低频脉冲充电电流脉冲幅度的1～3倍。

进一步的，上述的电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法中：所述的第二阶段中，直到低频脉冲充电电流PWM的占空比为10%-20%时，结束本阶段。

本发明还提供一种电动车铅酸蓄电池充电修复装置，包括：

对市电进行处理形成充电电流的开关电源；

产生高频谐振脉冲信号的高频修复谐振电路；

单片机；

在所述的单片机控制下高频修复谐振电路的输出与开关电源的输出叠加后接入电动车铅酸蓄电池；

所述的开关电源为产生占空比可控的低频脉冲电流的恒压限流开关电源；

还包括在单片机对电动车铅酸蓄电池进行放电的功率放电电路。

进一步的，上述的电动车铅酸蓄电池充电修复装置中：还包括对电动车铅酸蓄电池电压实时监测的电压监测电路和检测电动车铅酸蓄电池温度的温度检测装置，所述的电压监测电路包括与单片机相连的采样滤波电路，所述的温度检测装置包括与单片机相连电动车铅酸蓄电池内、外温度传感器。

进一步的，上述的电动车铅酸蓄电池充电修复装置中：所述的高频修复谐振电路包括脉冲波形发生电路和使所述的脉冲波形发生电路产生的谐振脉冲具有陡峭的上升沿的波形整形控制电路；

所述的脉冲波形发生电路包括产生PWM信号的单片机、开关管Q1、储能单元、续流二极管D1和续流二极管D25、限流电阻R3；

所述的单片机产生的PWM信号接开关管Q1的栅极，开关管Q1的漏极通过所述的储能单元接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端接工作电源，所述的续流二极管D1和续流二极管D25连接在开关管Q1的漏极与工作电源之间，续流二极管D1和续流二极管D25的阳极接开关管Q1的漏极；开关管Q1的源极接地；

所述的储能单元包括储能电感L1、储能电感L2、储能电感L6、储能电感L7，储能电容C2和储能电源C5；所述的储能电感L1和储能电感L2串连，储能电感L6和储能电感L7串连；所述的储能电感L1和储能电感L2的公共端与储能电感L6和储能电感L7的公共端相连并与储能电容C2和储能电源C5的一端相连，储能电容C2和储能电源C5的另一端接地；储能电感L2和储能电感L7的另一端接开关管Q1的漏极，储能电感L1和储能电感L6的另一端工作电源；

所述的波形整形控制电路，所述的波形整形控制电路包括对单片机输出的PWM信号进行放大的放大器和六施密特触发器，所述的放大器的输出端接六施密特触发器的输入端，六施密特触发器的输出端接开关管Q1的栅极。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明实施例1充电修复方法流程图。

图2为本发明实施例1充电修复方法脉冲输出流程。

图3为本发明实施例1充电循环周期电流波形图。

图4为本发明实施例1充电修复控制电路框图。

图5为本发明实施例1高频修复电路原理图。

具体实施方式

本实施例提供一种电动车铅酸蓄电池充电修复管理方法，如图1、2、3所示，本实施例的充电管理方法采用多段恒流脉冲充电模式，分为快速脉冲充电修复阶段、可变脉冲充电阶段、涓流充电阶段和脉冲维护四个阶段，不同阶段的控制原理不同，但相同的是，都是采用脉冲开关控制实现占空比和频率等参数的可调，以此完成不同阶段的控制任务。

A、快速脉冲充电阶段

此阶段可类似为三段式充电器的恒流限压充电阶段，充电工作时，开关电源以0.1~0.3C的恒流值输入，不同的恒流数值不是靠调整充电电流实现的，而是保持恒流值，依靠改变占空比等效改变恒流值，不同的占空比形成了不同的电流大小，在充电脉冲的同时，控制逻辑通过修复驱动电路打开高频修复谐振电路，输出高频谐振修复脉冲，叠加到充电脉冲上面，形成充电脉冲调制了修复脉冲的复合充电脉冲，叠加在充电脉冲上的修复脉冲采用高频谐振式原理，电路采用电感电容储能释放高频开关技术输出有陡峭前沿的修复脉冲波，高频修复脉冲波形的频率为8~10KHz，占空比小于10%，修复脉冲波可以在蓄电池充电间隙和具有硫酸盐化的粗大硫酸铅晶体形成谐振，击碎硫酸铅晶体，改善电池电化学特性，提高电池充电性能和电池容量，由于在采用了脉冲技术充电技术上更增加了修复谐振脉冲，增加了脉冲扰动过程，抑制硫化效果和快速充电效果有显著提高。

脉冲充电模式本的初始充电脉冲频率范围为0.5~2Hz，初始占空比大于85%，同时在充电电流中叠加固定频率、宽度和大小的负脉冲以及休止时间，负脉冲就是放电脉冲，通过功率放电电路和放电驱动电路完成，本方案的负脉冲电流幅度是充电脉冲的1～3倍，占空比小于3%，负脉冲宽度在2~20ms之间，负脉冲的综合效果是降低蓄电池的极化现象，提高电池充电接受能力，缩短充电时间。在负脉冲前部有前休止期，范围为20~40ms，前休止期用于消除浓差极化等现象，在负脉冲后边有后休止期，用于进一步减少极化和电池电压采样时间，此段时间，采样滤波电路和信号整形电路完成电池电压采样后送于单片机进行数据处理。整个快速脉冲充电阶段都是采用“正脉冲充电修复——前休止期——负脉冲去极化——后休止期”的充电循环过程，直到充电满足下一个阶段要求，充电循环周期电流波形见附图3。如图3所示，1表示高频修复脉冲波形，2是指充电循环周期，3是充电脉冲周期，一般充电脉冲周期占指充电循环周期中的比例，就是PWM占空比。4表示负脉冲周期，由图3可知，一个充电循环周期中包含了一个充电脉冲周期、前休止时间、负脉冲周期和后休止时间。

在整个充电过程中，通过后休止期的采样滤波不断监控蓄电池电压变化，充电管理系统中采用两种方式判定蓄电池的析气点温度，一方面根据电池温度传感器的数据计算蓄电池析气点的温度，这种方法是因为大量析气电压点与温度有关，是负温度系数，方案采用-4mV/℃的数值计算，标准温度25°下的析气温度按单格2.35V计算。另一方面因为进入大量析气电压，充电电压上升速率迅速增加，可以用正的dv/dt进行大量析气电压判断。当充电管理系统发现两方面有一方面满足即认为充电已接近析气点电压，快速脉冲充电阶段完成，进入下一阶段的充电。

具体的，根据实验结果，这两种判断方法，根据测量的温度来判断析气点时，按照下面的方式判断：

25度时标准析气点电压2.35V，每升高一度，析气点下降4毫伏。

10分钟内电压升高大于0.3V时判断达到析汽点。

B、可变脉冲充电阶段，当充电过程中，发现电池电压快速上升进入析气点电压时，充电修复管理系统进入可变脉冲控制阶段，此次按降低充电脉冲占空比的方式充电，充电脉冲周期和第一阶段相同，但是充电脉冲占空比每次判定下调20%，当充电修复管理系统发现电池电压在析汽点后某个恒定电流维持数据超过一段时间后或者过析气电压点后电流占空比充入超过某个固定值，本方案设定为充电电流占空比的10~20%。此时则认为是可变脉冲充电阶段完成，进入涓流充电阶段。

C、涓流充电阶段，经过前两个阶段的充电，电池充入电量已经达到标称容量的95％以上，电池可以使用。进入涓流充电阶段后，充电修复系统以0.02C(A)的电流脉冲充电，充入电量与容量关系不大，主要用来减少大硫酸铅结晶的生成，同时增加蓄电池内部的气体复合效率，使之接近100％，减少电池失水。 此阶段的充电时间是2~3小时。

D、脉冲维护阶段，当涓流充电阶段结束以后，充电修复控制装置关闭充放电电路，打开脉冲维护控制电路生成占空比为50%~75%，频率为8~10KHz的脉冲波形，经过恒流电路恒流到0.02C，然后控制脉冲输出到电池两端，对电池进行维护，进一步抑制电池硫化，长期挂载可以保养电池，使电池处于最近状态。

本实施例还提供实现上述的修复管理方法的充电修复装置，如图4所示。包括脉冲波形发生电路和使所述的脉冲波形发生电路产生的谐振脉冲具有陡峭的上升沿的波形整形控制电路；

本实施例的充电修复控制电路采用的是恒压限流开关电源和单片机脉冲控制电路组成包括：

1.恒压限流开关电源，2.充电开关电路，3.充电脉冲驱动电路，4.单片机，5.脉冲维护控制电路，6.恒流电路，7.功率放电电路，8.放电驱动电路，9.高频修复谐振电路，10.修复驱动电路，11.限流电路，12.采样滤波电路，13.信号整形处理电路，14.电池温度传感器，15.内部温度传感器，16.调试烧写接口，17.LCD/数码显示电路，18.精密基准电路，19.直流降压电路，20.风扇控制电路，21.风扇，22.接入控制电路，23.蓄电池。

市电交流220V电压接入恒压限流开关电源，恒压限流开关电源的电源输出正接充电开关电路、脉冲维护控制电路、风扇控制电路、直流降压电路、精密基准电路，恒压限流开关电源的输出负接蓄电池负和放电驱动电路、限流电路、接入控制电路等的公共地。

脉冲维护控制电路接恒流电路后连接到接入控制电路和充电开关电路等的公共点。充电开关电路输出的公共点接功率放电电路、高频修复谐振电路、采样滤波电路、接入控制电路和恒流电路。

采用滤波电路接信号整形处理电路后连接到单片机，高频修复谐振电路接修复驱动电路连接到单片机并通过限流电路连接到公共地，功率放电电路连接到放电驱动电路后连接到单片机和公共地。电池温度传感器、内部温度传感器、调试烧写端口、LCD/数码显示电路连接到单片机，风扇控制电路连接风扇和单片机，直流降压电路连接到单片机，精密基准电路连接到单片机。

接入控制电路连接蓄电池和充电输出的公共端，另一端接地。

本实施例中，恒压限流开关电源用于给专利电路和方案中的充电、修复、维护电路提供稳定电流和电压的供电电路，恒压限流开关电源采用恒压输出最大限流到充电所需的最大电流值，当后级控制电路工作于脉冲状态时，恒压限流开关电路处于稳定输出状态，当输出电流等于限流值时保持最大电流输出，电压可调，当输出小于最大电压值时，保持稳压输出不变，恒压限流开关电源同时也给专利中的控制电路提供电能输出。

充电开关电路和充电脉冲驱动电路两部分组成了充电控制电路，充电开关电路由开关场效应管和保护电路组成，充电脉冲驱动电路由开关驱动电路和驱动IC组成，充电工作时，单片机输出充电脉冲，由充电脉冲驱动电路驱动充电开关电路打开恒压限流开关电源到电池的通路，对蓄电池进行脉冲充电。

单片机电路是充电修复控制方法的核心芯片，其上电后按预先烧写的充电修复控制程序依次执行相关功能操作，控制和输入输出各种信号。

脉冲维护控制电路和恒流电路组成了脉冲维护电路，脉冲维护控制电路接收到来自单片机的脉冲维护信号，进入脉冲维护的开关状态，把来自限压恒流开关电源的电流通过恒流电路恒流以后变成恒流小脉冲输出到蓄电池。

功率放电电路和放电驱动电路组成了放电控制电路，放电控制电路用于在充电脉冲后进行负脉冲放电去极化操作，负脉冲有利于消除蓄电池充电时的各种极化因素，提供充电耐受力，当放电驱动电路接收到单片机的放电脉冲信号以后，驱动输出到功率放电电路，功率放电电路由功率放电电阻和开关管构成。

高频修复谐振电路、修复驱动电路和限流电路三部分构成了修复控制电路，修复控制电路用于完成在单片机程序控制之下的修复脉冲输出，高频修复谐振电路由电感电容组成，基于电感电容储能反激谐振的原理，修复驱动电路是有开关场效应管与驱动IC组成，限流电路给修复控制电路提供限流作用，防止修复电流过大。

本实施例中，高频修复谐振电路如图5所示，高频修复谐振电路包括脉冲波形发生电路和使脉冲波形发生电路产生的谐振脉冲具有陡峭的上升沿的波形整形控制电路，其中，脉冲波形发生电路包括产生PWM信号的单片机、开关管Q1、储能单元、续流二极管D1和续流二极管D25、限流电阻R3；单片机产生的PWM信号接开关管Q1的栅极，开关管Q1的漏极通过所述的储能单元接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端接工作电源，所述的续流二极管D1和续流二极管D25连接在开关管Q1的漏极与工作电源之间，续流二极管D1和续流二极管D25的阳极接开关管Q1的漏极；开关管Q1的源极接地；工作电源在这里指的是电动车铅酸蓄电池的正极。

储能单元包括储能电感L1、储能电感L2、储能电感L6、储能电感L7，储能电容C2和储能电源C5；所述的储能电感L1和储能电感L2串连，储能电感L6和储能电感L7串连；所述的储能电感L1和储能电感L2的公共端与储能电感L6和储能电感L7的公共端相连并与储能电容C2和储能电源C5的一端相连，储能电容C2和储能电源C5的另一端接地；储能电感L2和储能电感L7的另一端接开关管Q1的漏极，储能电感L1和储能电感L6的另一端工作电源。

波形整形控制电路包括对单片机输出的PWM信号进行放大的放大器和六施密特触发器，所述的放大器的输出端接六施密特触发器的输入端，六施密特触发器的输出端接开关管Q1的栅极。

采样滤波电路和信号整形处理电路组成采样信号处理电路，用于采集蓄电池端电压，经过分压滤波和信号整形处理以后输出到单片机的AD口，作为充电修复控制的主要参数。

电池温度传感器用于检测电池温度，当电池温度不方便连接时，电池温度传感器用于检测环境温度，此温度传感器的数值作为脉冲充电的关键参数，需要依据此参数对充电的阶段电压进行修正。

内部温度传感器用于检测充电修复装置的内部温度，防止温度上升，当温度达到标准要求时，单片机则通过风扇控制电路控制风扇运转，把内部多余的热量通过空气循环排到装置外部，防止因温度过高出现安全隐患。

调试烧写接口连接到单片机，用于单片机程序的下载与调试功能。

LCD/数码显示电路用于显示充电修复装置当前的电压和电流等参数，此部分电路可通过LCD屏显示相关信息，也可以通过LED数码管显示参数信息，同时这部分电路还有3状态指示灯，分别表示电源状态、充电/充满状态、维护状态。

精密基准电路用于给单片机AD电路提供精密电压基准作为AD判定的比较电压，此部分电路由精密基准芯片和滤波电容电阻构成。

直流降压电路用于把来自恒压限流开关电源的输出电压降低为内部控制电路通用的直流低电压，内部控制电路包括单片机、信号整形电路、充电脉冲驱动电路、调试烧写接口等。

风扇控制电路和风扇在单片机程序控制下开关运转，用于在内部温度过热时启动散热循环通风，消除多余热量。

接入控制电路用于蓄电池的检测和接通，电路连接到蓄电池时，蓄电池电压进入接入控制电路连通控制电路的继电器，使蓄电池正极和内部充电修复电路的输出连接到一起进行工作。

在附图4中，硬件电路包括整个充电修复管理装置的组成部分，按照充电修复管理的方法，硬件电路包括接入控制、采样滤波、高频修复、脉冲维护、功率放电、脉冲充电、环境温度检测与内部温度检测的温度传感器等部分组成一个电路系统。充电修复管理装置的供电电路采用的是恒压限流开关电源，充电修复装置上电后，220V交流市电输入到恒压限流开关电源，开关电源电路开始工作，输出直流电压给直流降压电路，直流降压电路经过降压稳压滤波处理后，转换为单片机的工作电压和其他内部的电压提供给内部控制电路。单片机上电复位以后，开始运行内部的管理程序。

当充电修复装置检测到输出电池端接入电池，满足判定条件为N*9V±5V(N为电池组电池个数，48V电池组电池个数为4)时，接入控制电路自动工作，接通蓄电池和控制电路，此时采样滤波电路经过电阻分压处理并进行低通滤波，分压滤波后的电压信号经过信号整形滤波电路处理后传送给单片机进行判定识别。

当电压满足初始充电电压就开始进入脉冲充电模式。脉冲充电模式进行时，按照充电修复循环周期循环工作，每个充电修复脉冲周期中，首先单片机输出充电脉冲信号给充电脉冲驱动电路，充电脉冲驱动电路输出开关驱动信号给充电开关电路，充电开关电路对来自恒压限流开关电源的电流进行开关控制，输出到蓄电池正端，同时单片机也输出修复脉冲信号到修复驱动电路，修复驱动电路首先进行恒流储能，然后关闭开关，使高频修复谐振电路产生高频反激脉冲信号，叠加到来自充电开关电路的充电脉冲上，加载到蓄电池两端，在蓄电池进行充电的同时进行修复工作。充电修复循环周期中经过前休止期进入放电脉冲状态，放电脉冲即负脉冲，由单片机产生放电脉冲信号给放电驱动电路，放电驱动电路输出到功率放电电路打开放电开关，经过功率放电器件生成负脉冲，负脉冲的作用是消除充电过程中蓄电池的极化现象，提高电池充电接受能力。

当电池满足充满条件以后进入到蓄电池维护状态，这时候充电电路、放电电路和修复电路关闭脉冲输出，单片机输出维护脉冲到脉冲维护控制电路，脉冲维护控制电路通过开关把来自恒压限流开关电源的电流通过恒流电路进行恒流处理以后用占空比的方式输出到蓄电池的正极。

在充电运行过程中，电池温度传感器监控蓄电池温度状态提供给单片机进行数据计算，内部温度传感器则监控充电修复装置的内部温度给单片机，当温度超过50°以后，单片输出风扇控制信号给风扇控制电路，风扇控制电路控制风扇的运转，对充电修复控制装置内部进行通风，降低内部温度，防止温度过高，带来安全隐患。

LCD/数码管显示电路指示电池组电压、快速脉冲充电、可变脉冲充电、涓流充电、脉冲维护多种状态和故障信息等内容，当采用LCD显示模式时，增加充电时间、核算充入电量等参数显示。

本实施例具有如下特征：

A、充电模式采用多段的恒流脉冲充电模式。开始充电时采用大占空比，进行快速充电，在电池临近进入大量析汽前，阶梯式逐步减小脉冲充电电流。

B、每个充电脉冲后边带有1～3倍于充电电流的去极化脉冲并跟随休止期，以确保消除极化和冷却极板，提高充电接受能力。

C、带有温度补偿，利用温度传感器所测试的环境温度计算出阀控式铅酸蓄电池的大量析汽电压点；同时利用不受温度影响的dv/dt上升来分析大量析汽电压，进行双重判断，有效地解决了低温欠充电导致硫化、高温过充电导致失水和热失控的问题。

D、每个充电脉冲中，增加了抑制铅酸蓄电池硫化的特殊的修复脉冲，这些脉冲的谐波成分与电池极板上面的硫酸铅大结晶分子谐振，破坏了形成硫酸铅大结晶的条件，并且具有打碎硫酸铅大结晶的功能。对流通、储运、使用过程中形成的超期存贮的电池用户可以自己修复，对硫化失效的电池可以恢复荷电能力。

E、自动侦测被充电电池连接，电池不连接时不启动充电开关，以避免蓄电池连线插头电烧蚀以及不慎短路输出导致损坏。

F、LCD/数码管显示电路指示电池组电压、快速脉冲充电、可变脉冲充电、涓流充电、脉冲维护多种状态和故障信息等内容，当采用LCD显示模式时，有充电时间、核算充入电量等参数显示。

G、内嵌智能化电池管理芯片，自动运行充电-修复-维护完整循环的工作，用户不必调整，省心省力。

关键在于：

充电模式采用多段的恒流脉冲充电模式并且融合了脉冲充电、高频谐振，负脉冲去极化多种操作波形，在充电过程中实现多种功能。

每个充电脉冲中，增加了抑制铅酸蓄电池硫化的特殊的修复脉冲，这些脉冲的谐波成分与电池极板上面的硫酸铅大结晶分子谐振，破坏了形成硫酸铅大结晶的条件，并且具有打碎硫酸铅大结晶的功能。对流通、储运、使用过程中形成的超期存贮的电池用户可以自己修复，对硫化失效的电池可以恢复荷电能力。

具有充电温度补偿特性，利用温度传感器所测试的电池和环境温度计算出阀控式铅酸蓄电池的大量析汽电压点；同时利用不受温度影响的dv/dt上升来分析大量析汽电压，进行双重判断，有效地解决低温欠充电导致硫化、高温过充电导致失水和热失控的问题。

LCD/数码管显示电路指示电池组电压、快速脉冲充电、可变脉冲充电、涓流充电、脉冲维护多种状态并可显示充电时间、核算充入电量等参数，方便用户了解电池健康状况。

比较强的安全和非干预特性，插上充电器即可进入循环工作流程，完成整套充电、修复和维护工作。

相比现有技术，本实施例的智能化铅酸蓄电池的充电装置是能够给用户带来很多方便和有利之处的产品，一个充电器是否是一个好的充电装置，不仅仅是使用智能芯片的问题，关键是看充电管理模式。而本专利就是适用与电动车铅酸蓄电池充电维护的最佳产品，其成本低，外围电路简单，多重功能，可靠性高，抗干扰性强，功能齐全。其主要特点是：

具有温度检测功能，通过测量环境温度和电池温度的数值，计算出大量析气电压，及时减少等效脉冲充电电流。有效地抑制了高温过充而引起的失水和低温欠充而引起的硫化。

利用减小脉冲占空比的方法，实现等效减少充电电流，使得外围电路简单，降低成本，同时增加充电脉冲的扰动，改善抑制硫化的效果。

每个充电脉冲后边带有1～3倍于充电电流的去极化脉冲并跟随休止期，以确保消除极化和冷却极板，提高充电接受能力。

充电模式采用多段的恒流脉冲充电模式。开始充电时采用大占空比，进行快速充电，在电池临近进入大量析汽前，阶梯式逐步减小脉冲充电电流，通过分段充电，析气量远远小于恒压限流充电，所以失水量也远远小于恒压限流充电。

每个充电脉冲中，增加了抑制铅酸蓄电池硫化的特殊的修复脉冲，这些脉冲的谐波成分与电池极板上面的硫酸铅大结晶分子谐振，破坏了形成硫酸铅大结晶的条件，并且具有打碎硫酸铅大结晶的功能。对流通、储运、使用过程中形成的超期存贮的电池用户可以自己修复，对硫化失效的电池可以恢复荷电能力。

自动侦测被充电电池连接，电池不连接时不启动充电开关，以避免蓄电池连线插头电烧蚀以及不慎短路输出导致损坏。

LCD/数码管显示电路指示电池组电压、快速脉冲充电、可变脉冲充电、涓流充电、脉冲维护多种状态和故障信息等内容，当采用LCD显示模式时，有充电时间、核算充入电量等参数显示。

内嵌智能化电池管理芯片，自动运行充电-修复-维护完整循环的工作，用户不必调整，省心省力。

通过这些功能，大大减少了充电过程的失水，抑制了电池硫化，对已经硫化的电池可以修复。

Claims (5)

1.一种电动车铅酸蓄电池充电修复装置，包括：

对市电进行处理形成充电电流的开关电源；

产生高频谐振脉冲信号的高频修复谐振电路；

单片机；

在所述的单片机控制下高频修复谐振电路的输出与开关电源的输出叠加后接入电动车铅酸蓄电池；

其特征在于：

所述的开关电源为产生占空比可控的低频脉冲电流的恒压限流开关电源；

还包括在单片机对电动车铅酸蓄电池进行放电的功率放电电路；

所述的高频修复谐振电路包括脉冲波形发生电路和使所述的脉冲波形发生电路产生的谐振脉冲具有陡峭的上升沿的波形整形控制电路；

所述的脉冲波形发生电路包括产生PWM信号的单片机、开关管Q1、储能单元、续流二极管D1和续流二极管D25、限流电阻R3；

所述的单片机产生的PWM信号接开关管Q1的栅极，开关管Q1的漏极通过所述的储能单元接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端接工作电源，所述的续流二极管D1和续流二极管D25连接在开关管Q1的漏极与工作电源之间，续流二极管D1和续流二极管D25的阳极接开关管Q1的漏极；开关管Q1的源极接地；

所述的储能单元包括储能电感L1、储能电感L2、储能电感L6、储能电感L7，储能电容C2和储能电源C5；所述的储能电感L1和储能电感L2串连，储能电感L6和储能电感L7串连；所述的储能电感L1和储能电感L2的公共端与储能电感L6和储能电感L7的公共端相连并与储能电容C2和储能电源C5的一端相连，储能电容C2和储能电源C5的另一端接地；储能电感L2和储能电感L7的另一端接开关管Q1的漏极，储能电感L1和储能电感L6的另一端工作电源；

所述的波形整形控制电路包括对单片机输出的PWM信号进行放大的放大器和六施密特触发器，所述的放大器的输出端接六施密特触发器的输入端，六施密特触发器的输出端接开关管Q1的栅极。

2.根据权利要求1所述的电动车铅酸蓄电池充电修复装置，其特征在于：还包括对电动车铅酸蓄电池电压实时监测的电压监测电路和检测电动车铅酸蓄电池温度的温度检测装置，所述的电压监测电路包括与单片机相连的采样滤波电路，所述的温度检测装置包括与单片机相连的电动车铅酸蓄电池内、外温度传感器。

3.一种根据权利要求1所述的电动车铅酸蓄电池充电修复装置的修复管理方法，在对电动车铅酸电池充电过程中，实现对电动车铅酸蓄电池修复，其特征在于：采用恒压限流的方式实现对电动车铅酸蓄电池充电；包括以下充电修复阶段：

第一阶段：快速脉冲充电阶段，该阶段中，采用低频脉冲电流以总电流为0 .1~0 .3C的恒流值对电动车铅酸蓄电池充电；同时在充电的低频脉冲电流上叠加高频谐振修复脉冲；在电池电压快速上升进入析气点电压时，结束本阶段，进入第二阶段；

第二阶段：可变脉冲充电阶段，降低低频脉冲充电电流PWM的占空比继续充电，直到电池电压快速上升进入析气点电压时，再次降低低频脉冲充电电流PWM的占空比，继续充电，如此循环，直到低频脉冲充电电流PWM的占空比达到10~20%时，结束本阶段，进入第三阶段；

第三阶段：涓流充电阶段，以低于0 .02C的电流继续充电2-3小时，结束充电，进入第四阶段；

第四阶段：脉冲维护阶段，向电动车铅酸蓄电池两极间不间断地继续充入高频谐振修复脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的电动车铅酸蓄电池充电修复装置的修复管理方法，其特征在于：所述的低频脉冲电流的频率是0 .5~2Hz，初始占空比大于85%；高频谐振修复脉冲的频率是8~10KHz，占空比小于10%。

5.根据权利要求4所述的电动车铅酸蓄电池充电修复装置的修复管理方法，其特征在于：在所述的第一阶段中，在低频脉冲充电电流中叠加频率相同的负脉冲和休止时间，所述的负脉冲的占空比小于3%，其下降沿与低频脉冲充电电流的下降沿之间形成前休止时间，其上升沿与低频脉冲充电电流的上升沿之间形成后休止时间，所述的前休止时间和后休止时间大致相同；所述的负脉冲的幅度是低频脉冲充电电流脉冲幅度的1～3倍。

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