CN109591640A - 一种铅酸电池智能脉冲充电电桩和方法 - Google Patents

一种铅酸电池智能脉冲充电电桩和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铅酸电池智能脉冲充电电桩和方法，充电电桩包括滤波保护电路、高频变压器、脉冲驱动电路、主控单元、反接保护滤波电路以及充电端；滤波保护电路的输入端与电源输入接口连接，滤波保护电路的输出端与高频变压器的输入端连接；脉冲驱动电路的输入端与高频变压器的第一输出端连接，脉冲驱动电路的输出端与主控单元的输入端连接；反接保护滤波电路的输入端与高频变压器的第二输出端连接；充电端的正极与反接保护滤波电路的输出端连接，充电端的负极与主控单元第一输出端连接；通过采用以上技术方案，解决了铅酸电池在充电时因充电器质量不行造成的安全性问题，能够有效的提高单位体积功率比和降低温度，延长铅酸电池使用寿命。

Description

一种铅酸电池智能脉冲充电电桩和方法
技术领域
本发明属于铅酸电池充电领域，具体涉及一种铅酸电池智能脉冲充电电桩和方法。
背景技术
近年来，铅酸电池由于其制造成本低、容量大、价格低廉等优点受到广泛使用，但若使用不当，其寿命将大大缩短降低，影响铅酸电池寿命的因素很多，充电方式就是其中的一个重要因素；同时，由于铅酸电池的大量普及造成劣质充电器泛滥，电动车充电引发的火灾时有发生，社区充电的安全性愈发突出，为此，形形色色的充电桩应运而生。
充电桩有控制220V交流输出和直接输出低压直流二种方式；市场普遍的充电桩基本都为控制220V交流输出，因为这种方式成本最低，能通过定时关断220V交流输出一定程度避免过充，但由于充电器为用户自备且质量参差不齐，在提高充电安全性上作用并不大。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种铅酸电池智能脉冲充电电桩和方法，旨在解决现有铅酸电池在充电时因充电器质量不行造成的安全性问题。
本发明提供一种铅酸电池智能脉冲充电电桩，包括滤波保护电路、高频变压器、脉冲驱动电路、主控单元、反接保护滤波电路以及充电端；滤波保护电路的输入端与电源输入接口连接，滤波保护电路的输出端与高频变压器的输入端连接；滤波保护电路用于对220V交流电进行滤波，并对电路出现故障时断电保护；脉冲驱动电路的输入端与高频变压器的第一输出端连接，脉冲驱动电路的输出端与主控单元的输入端连接，脉冲驱动电路用于处理主控单元传入的脉冲信号，驱动高频变压器获得充电端电池所需的充电电压和充电电流，给电池充电；反接保护滤波电路的输入端与高频变压器的第二输出端连接，反接保护滤波电路用于对主控单元由于充电端因反接充电进行保护；并且反接保护滤波电路对从高频变压器输出的电压进行滤波；充电端的正极与反接保护滤波电路的输出端连接，充电端的负极与主控单元第一输出端连接。
进一步地，主控单元包括MCU控制芯片、检测单元、电池充电管理单元、电压电流采集电路以及电池检测保护单元；检测单元的输入端与MCU控制芯片的第一输出端连接，检测单元用于故障诊断；电池充电管理单元的输入端与MCU控制芯片的第二输出端连接，电池充电管理单元用于实时监控电池电量和电流电压；电压电流采集电路的输入端与MCU控制芯片的第三输出端连接，电压电流采集电路读取充电端充电电池的电压数据和电流数据，并反馈至MCU控制芯片；电池检测保护单元的输入端与MCU控制芯片的第四输出端连接，电池检测保护单元用于对充电过程中出现异常进行断电保护，充电完成时后自动关闭输出。
进一步地，充电端与电动车充电电池的充电接口连接。
进一步地，还包括通讯控制单元，通讯控制单元和主控单元通信连接；用户通过通讯控制单元与主控单元进行数据传输，以此支付充电费用或监测充电信息。
进一步地，通讯控制单元包括二维码模块和/或刷卡器模块，二维码模块或刷卡器模块用于用户进行充电费用支付。
进一步地，通讯控制单元还包括APP模块，APP模块设置于手机、ipad或电动车电子钥匙上；APP模块与通讯控制单元通信连接；APP模块通过通讯控制单元接收充电端充电电池的状态数据信号或用于充电费用支付。
进一步地，通讯控制单元还包括GPRS模块，GPRS模块与通讯控制单元通信连接；GPRS模块用于向APP模块发送充电端的充电电池状态数据信号。
相应地，本发明还提供一种铅酸电池智能脉冲充电方法，应用于上述的电铅酸电池智能脉冲充电电桩；还包括以下步骤：
S1：当充电端接入充电电池时，反接保护滤波电路检测充电端是否反接进行防反接保护；
S2：充电端连接正常时，电压电流采集电路获取充电端充电电池电压和电流，反馈至MCU控制芯片，220V交流电通过滤波保护电路稳定电压后，通过MCU控制芯片智能算法控制脉冲驱动电路驱动高频变压器输出相应的充电电压电流，给充电端充电电池充电；
S3：充电过程中，电压电流采集电路不断读取充电端充电电池电压电流，反馈至MCU控制芯片，通过MCU控制芯片PID算法实现变频充电过程平稳控制；
S4：当充电完成时，电池充电管理单元检测到电池的电量充满，反馈至MCU控制芯片，充电完成自动关闭充电端输出。进一步地，当电池充电时，用户通过APP模块接通讯控制单元数据信号查看充电电量和充电桩状态；当充电异常时，主控单元通过通讯控制单元向APP模块发送的充电异常数据信号，APP模块通过远程控制向主控单元发送断电或停止充电信号
进一步地，在涓流充电状态时，主控单元通过控制脉冲驱动电路采用脉冲式充电。
通过采用以上技术方案，解决了对充电电池的智能识别和控制的低压直流输出充电桩方案；通过内置的MCU智能识别程序和宽输出电压的数字电源，能对36~72V电池实行精准识别和智能充电，能有效解决充电的安全性；同时，还能够有效的提高单位体积功率比和降低温度，延长铅酸电池使用寿命；且上述方案智能易操作，方便用户对充电电池的实时监控。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1 为本发明一种铅酸电池智能脉冲充电电桩原理示意图；
图2 为本发明一种铅酸电池智能脉冲充电电桩电路示意图；
图3 为本发明一种铅酸电池智能脉冲充电方法流程图；
图4 为本发明主控单元结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图 1至图4所示，本发明提供一种铅酸电池智能脉冲充电电桩，包括滤波保护电路、高频变压器、脉冲驱动电路、主控单元、反接保护滤波电路以及充电端；滤波保护电路的输入端与电源输入接口连接，滤波保护电路的输出端与高频变压器的输入端连接；滤波保护电路用于对220V交流电进行滤波，并对电路出现故障时断电保护；脉冲驱动电路的输入端与高频变压器的第一输出端连接，脉冲驱动电路的输出端与主控单元的输入端连接，脉冲驱动电路用于处理主控单元传入的脉冲信号，驱动高频变压器获得充电端电池所需的充电电压和充电电流，给电池充电；反接保护滤波电路的输入端与高频变压器的第二输出端连接，反接保护滤波电路用于对主控单元由于充电端因反接充电进行保护；并且反接保护滤波电路对从高频变压器输出的电压进行滤波；充电端的正极与反接保护滤波电路的输出端连接，充电端的负极与主控单元第一输出端连接；具体地，在铅酸电池充电时，能够有效的提高单位体积功率比和降低温度，延长铅酸电池使用寿命，解决充电安全性的问题；具体地，本发明提供的方案，可有效对各项参数进行程序化控制,精确到PWM周期：快捷准确的数字化控制使逐PWM周期对关键参数的修正和控制成为可能，与普通充电器相比，控制过程数字化和多参量化的这种控制方式能方便引入诸如PID之类先进的控制算法，真正实现充电器的智能化。
优选地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本实施例中，主控单元包括MCU控制芯片、检测单元、电池充电管理单元、电压电流采集电路以及电池检测保护单元；检测单元的输入端与MCU控制芯片的第一输出端连接，检测单元用于故障诊断；电池充电管理单元的输入端与MCU控制芯片的第二输出端连接，电池充电管理单元用于实时监控电池电量和电流电压；电压电流采集电路的输入端与MCU控制芯片的第三输出端连接，电压电流采集电路读取充电端充电电池的电压数据和电流数据，并反馈至MCU控制芯片；电池检测保护单元的输入端与MCU控制芯片的第四输出端连接，电池检测保护单元用于对充电过程中出现异常进行断电保护，充电完成时后自动关闭输出；具体地，主控单元用于将充电端的充电电池相关数据转换为数字信号，并处理数字信号，根据处理结果，输出与电池充电状态相适应的脉冲信号；主控单元用单颗MCU实现了对电压、电流等诸多电路参数的数字化采集和控制，有效杜绝了以往模似化数据随时间和温度漂移的弊端，大大提高了产品可靠性。
优选地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本实施例中，充电端与电动车充电电池的充电接口连接；具体地，当充电时，充电端连接电动车的充电电池进行充电；充电端提供了适配电动车充电电池接口的接头，用户无需再使用自备的充电器，可以避免因使用有质量问题的充电器充电造成的充电事故。
优选地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本实施例中，还包括通讯控制单元，通讯控制单元和主控单元通信连接；用户通过通讯控制单元与主控单元进行数据传输，以此支付充电费用或监测充电信息。
优选地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本实施例中，通讯控制单元包括二维码模块和/或刷卡器模块，二维码模块或刷卡器模块用于用户进行充电费用支付；具体地，在户外或者地下停车场进行充电时，扫描二维码模块结合手机进行支付或使用刷卡器模块刷卡进行支付，可以提高充电费用的支付效率。
优选地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本实施例中，通讯控制单元还包括APP模块，APP模块设置于手机、ipad或电动车电子钥匙上；APP模块与通讯控制单元通信连接；APP模块通过通讯控制单元接收充电端充电电池的状态数据信号或用于充电费用支付；具体地，APP模块还可以用于实时查看充电电量和可查看充电桩状态，用户可以通过APP模块了解充电用时和充电完成剩余时间，便于安排自己的时间。
优选地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本实施例中，通讯控制单元还包括GPRS模块，GPRS模块与通讯控制单元通信连接；GPRS模块用于向APP模块发送充电端的充电电池状态数据信号；具体地，GPRS模块还可以用于向APP模块发送定位信号，用于精准定位充电桩位置。
相应地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本发明还提供一种铅酸电池智能脉冲充电方法，应用于上述的电铅酸电池智能脉冲充电电桩；还包括以下步骤：
S1：当充电端接入充电电池时，反接保护滤波电路检测充电端是否反接进行防反接保护；
S2：充电端连接正常时，电压电流采集电路获取充电端充电电池电压和电流，反馈至MCU控制芯片，220V交流电通过滤波保护电路稳定电压后，通过MCU控制芯片智能算法控制脉冲驱动电路驱动高频变压器输出相应的充电电压电流，给充电端充电电池充电；
S3：充电过程中，电压电流采集电路不断读取充电端充电电池电压电流，反馈至MCU控制芯片，通过MCU控制芯片PID算法实现变频充电过程平稳控制；
S4：当充电完成时，电池充电管理单元检测到电池的电量充满，反馈至MCU控制芯片，充电完成自动关闭充电端输出。优选地，结合上述方案，如图1至图4所示，本实施例中，当电池充电时，用户通过APP模块接通讯控制单元数据信号查看充电电量和充电桩状态；当充电异常时，主控单元通过通讯控制单元向APP模块发送的充电异常数据信号，APP模块通过远程控制向主控单元发送断电或停止充电信号。
优选地，结合上述方案，如图 1至图4所示，本实施例中，在涓流充电状态时，主控单元通过控制脉冲驱动电路采用脉冲式充电；具体地，脉冲式充电的作用是消除或减少极化,使蓄电池充电电流大时电压不会升高太多；脉冲式充电让电池充得更足，充电过程中电池的发热量大大减少，充电时间的有效缩短，使失水更少，增加电池使用寿命。
通过采用以上技术方案，解决了对充电电池的智能识别和控制的低压直流输出充电桩方案；通过内置的MCU智能识别程序和宽输出电压的数字电源，能对36~72V电池实行精准识别和智能充电，能有效解决充电的安全性；同时，还能够有效的提高单位体积功率比和降低温度，延长铅酸电池使用寿命；且上述方案智能易操作，方便用户对充电电池的实时监控。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种铅酸电池智能脉冲充电电桩，其特征在于，包括滤波保护电路、高频变压器、脉冲驱动电路、主控单元、反接保护滤波电路以及充电端；所述滤波保护电路的输入端与电源输入接口连接，所述滤波保护电路的输出端与所述高频变压器的输入端连接；所述滤波保护电路用于对220V交流电进行滤波，并对电路出现故障时断电保护；所述脉冲驱动电路的输入端与所述高频变压器的第一输出端连接，所述脉冲驱动电路的输出端与主控单元的输入端连接，所述脉冲驱动电路用于处理所述主控单元传入的脉冲信号，驱动所述高频变压器获得充电端电池所需的充电电压和充电电流；所述反接保护滤波电路的输入端与所述高频变压器的第二输出端连接，所述反接保护滤波电路用于对所述主控单元由于所述充电端因反接充电进行保护；并且所述反接保护滤波电路对从所述高频变压器输出的电压进行滤波；所述充电端的正极与所述反接保护滤波电路的输出端连接，所述充电端的负极与所述主控单元第一输出端连接。
2.根据权利要求1所述的铅酸电池智能脉冲充电电桩，其特征在于，所述主控单元包括MCU控制芯片、检测单元、电池充电管理单元、电压电流采集电路以及电池检测保护单元；所述检测单元的输入端与所述MCU控制芯片的第一输出端连接，所述检测单元用于故障诊断；所述电池充电管理单元的输入端与所述MCU控制芯片的第二输出端连接，所述电池充电管理单元用于实时监控电池电量和电流电压；所述电压电流采集电路的输入端与所述MCU控制芯片的第三输出端连接，所述电压电流采集电路读取所述充电端充电电池的电压数据和电流数据，并反馈至所述MCU控制芯片；所述电池检测保护单元的输入端与所述MCU控制芯片的第四输出端连接，所述电池检测保护单元用于对充电过程中出现异常进行断电保护，充电完成时后自动关闭输出。
3.根据权利要求1所述的铅酸电池智能脉冲充电电桩，其特征在于，所述充电端与电动车充电电池的充电接口连接。
4.根据权利要求1所述的铅酸电池智能脉冲充电电桩，其特征在于，还包括通讯控制单元，所述通讯控制单元和所述主控单元通信连接；用户通过所述通讯控制单元与所述主控单元进行数据传输，以此支付充电费用或监测充电信息。
5.根据权利要求4所述的铅酸电池智能脉冲充电电桩，其特征在于，所述通讯控制单元包括二维码模块和/或刷卡器模块，所述二维码模块或刷卡器模块用于用户进行充电费用支付。
6.根据权利要求4所述的铅酸电池智能脉冲充电电桩，其特征在于，所述通讯控制单元还包括APP模块，所述APP模块设置于手机、ipad或电动车电子钥匙上；所述APP模块与所述通讯控制单元通信连接；所述APP模块通过所述通讯控制单元接收所述充电端充电电池的状态数据信号或用于充电费用支付。
7.根据权利要求6所述的铅酸电池智能脉冲充电电桩，其特征在于，所述通讯控制单元还包括GPRS模块，所述GPRS模块与所述通讯控制单元通信连接；所述GPRS模块用于向所述APP模块发送所述充电端的充电电池状态数据信号。
8.一种铅酸电池智能脉冲充电方法，其特征在于，应用于上述权利要求1所述的铅酸电池智能脉冲充电电桩；还包括以下步骤：
S1：当所述充电端接入充电电池时，所述反接保护滤波电路检测所述充电端是否反接进行防反接保护；
S2：当所述充电端连接正常时，所述电压电流采集电路获取所述充电端充电电池电压和电流，反馈至所述MCU控制芯片，220V交流电通过所述滤波保护电路稳定电压后，通过所述MCU控制芯片智能算法控制所述脉冲驱动电路驱动所述高频变压器输出相应的充电电压电流，给充电电池充电；
S3：充电过程中，所述电压电流采集电路不断读取所述充电端充电电池电压电流，反馈至所述MCU控制芯片，通过所述MCU控制芯片PID算法实现变频充电过程平稳控制；
S4：当充电完成时，所述电池充电管理单元检测到电池的电量充满，反馈至所述MCU控制芯片，充电完成自动关闭所述充电端输出。
9.根据权利要求8所述的铅酸电池智能脉冲充电方法，其特征在于，当电池充电时，用户通过所述APP模块接所述通讯控制单元数据信号查看充电电量和充电桩状态；当充电异常时，所述主控单元通过所述通讯控制单元向所述APP模块发送的充电异常数据信号，所述APP模块通过远程控制向所述主控单元发送断电或停止充电信号。
10.根据权利要求8所述的铅酸电池智能脉冲充电方法，其特征在于，在涓流充电状态时，所述主控单元通过控制所述脉冲驱动电路采用脉冲式充电。
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