CN110212612A - 一种高能效脉冲充电装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能效脉冲充电装置及其控制方法，属于电池技术领域。所述装置包括整流电路、控制单元、DC‑DC变换器、驱动电路和采样检测电路所述DC‑DC变换器分别电连接整流电路、驱动电路和采样检测电路；所述驱动电路和采样检测电路同时电连接控制单元。本发明体积小、制造成本低，工作时大大降低了交流端谐波电流，并能减小电网的负荷容量。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种高能效脉冲充电装置及其控制方法。
背景技术
脉冲充电可以有效减少电池长时间充电逐渐极化导致电池容量日益减小，可有效延长电池使用周期，现有技术中由控制单元控制 DC-DC 变换器周期性启停，或者控制DC-DC 变换器输出电压周期性高低来实现脉冲充电，从而达到优化电池充电效果的目的。
现有技术中，通过交流电经整流→滤波储能电容 C→功率变换器实现功能，由于一次侧滤波储能电容 C 的存在及控制方法单一，变换器工作时脉冲周期精度较低、交流端有较大的谐波电流，该谐波电流会对电网产生一定程度的污染，增加了电网的负荷容量，因此现有技术工作时具有低能效的缺点，又由于滤波储能电容 C 的容量较大，因此增加了整机的体积及制造成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高能效脉冲充电装置及其控制方法，以解决现有技术中存在的谐波电流会对电网产生污染，增加了电网的负荷容量的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高能效脉冲充电装置及其控制方法，包括整流电路、控制单元、DC-DC 变换器、驱动电路和采样检测电路；
所述DC-DC 变换器分别电连接整流电路、驱动电路和采样检测电路；
所述驱动电路和采样检测电路同时电连接控制单元。
进一步的，还包括与整流电路电连接的EMI 滤波电路。
进一步的，所述整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成桥式结构。
进一步的，所述第一二极管、第四二极管的阴极相连并与 DC-DC 变换器的正端相连；
所述第二二极管、第三二极管的阳极相连并与 DC-DC 变换器负端相连。
一种高能效脉冲充电装置的控制方法，所述控制方法包括：
当零点电压信号上升到控制电压信号时，所述控制单元开启驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器开始充电；
当零点电压信号下降到控制电压信号时，所述控制单元关闭驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器充电停止。
进一步的，所述控制方法具体包括如下步骤：
所述控制单元根据判断零点电压信号的大小开启驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器开始充电；
所述采样检测电路采集DC-DC 变换器的充电电压和充电电流信号并反馈至控制单元；
所述控制单元实时调控充电电压和充电电流的大小；
所述控制单元根据判断零点电压信号的大小关闭驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器充电停止。
进一步的，所述控制单元通过正弦波调制方式加以调制并开启驱动电路的脉冲驱动信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过采样检测电路采集变换器输出电压、电流信号以及交流信号，由控制单元实时调控经驱动电路控制 DC-DC 变换器周期性输出，实现了对电池脉冲充电，由于本发明无需一次侧滤波储能电容 C，能有效减小整机体积、降低制造成本，工作时大大降低了交流端谐波电流，并能减小电网的负荷容量，因此本发明还具有提高能效的特点。
附图说明
图1为本发明的技术原理图；
图2为本发明的波形时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种高能效脉冲充电装置及其控制方法，包括整流电路、控制单元、DC-DC 变换器、驱动电路、EMI 滤波电路和采样检测电路；DC-DC 变换器分别电连接整流电路、驱动电路和采样检测电路；驱动电路和采样检测电路同时电连接控制单元；整流电路电连接EMI 滤波电路。
整流电路由第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）和第四二极管（D4）组成桥式结构，第一二极管（D1）、第四二极管（D4）的阴极相连并与 DC-DC 变换器的正端相连；第二二极管（D2）、第三二极管（D4）的阳极相连并与 DC-DC 变换器负端相连。
交流 AC 经 EMI 滤波电路连接整流电路。
DC-DC 变换器与驱动电路的一端电相连，驱动电路的另一端与控制单元电相连，采样检测电路的一端与交流信号、DC-DC 变换器电压信号、DC-DC 变换器电流信号相连，另一端与控制单元相连，DC-DC 变换器输出端与电池同极性相连。
脉冲充电装置由 EMI 滤波电路、整流电路、DC-DC 变换器、采样检测电路、驱动电路及控制单元组成。
一种高能效脉冲充电装置的控制方法，当零点电压信号上升到控制电压信号时，所述控制单元开启驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器开始充电；
所述采样检测电路采集DC-DC 变换器的充电电压和充电电流信号并反馈至控制单元；
所述控制单元实时调控充电电压和充电电流的大小；
当零点电压信号下降到控制电压信号时，所述控制单元关闭驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器充电停止。
如图2所示，控制方法的具体步骤如下：
交流输入电压 inAC、整流电路输出电压 inDC、零点电压信号 Vzero、控制电压信号Vsc、脉冲驱动信号 G1、G2、DC-DC 变换器输出电压 Vout、电池电压 Vbat。
脉冲驱动信号 G1、G2 为双极性驱动，本发明也可适用于单极性驱动。
交流正半周：t0 时刻零点电压信号 Vzero =0，控制单元关闭脉冲驱动信号 G1、G2，DC-DC 变换器充电停止; t0→t1 为充电间歇时段，零点电压信号 Vzero 开始上升，t1时刻当零点电压信号 Vzero 上升到控制电压信号 Vsc 时，控制单元以正弦波调制方式加以调制并开启脉冲驱动信号 G1、G2，DC-DC 变换器输出电压 Vout 开始上升，充电电压、电流信号通过采样检测电路反馈到控制单元 ，充电电压、电流大小由控制单元实时调控，t1→t2 为充电时段；t2 时刻当零点电压信号 Vzero 下降到控制电压信号 Vsc 时，控制单元关闭脉冲驱动信号 G1、G2， DC-DC 变换器充电停止，t2→t3 为充电间歇时段。
交流负半周：t3 时刻零点电压信号 Vzero =0，控制单元关闭脉冲驱动信号 G1、G2，DC-DC 变换器充电停止; t3→t4 为充电间歇时段，零点电压信号 Vzero 开始上升，t4时刻当零点电压信号 Vzero 上升到控制电压信号 Vsc 时，控制单元以正弦波调制方式加以调制并开启脉冲驱动信号 G1、G2，DC-DC 变换器输出电压 Vout 开始上升，充电电压、电流信号通过采样检测电路反馈到控制单元，充电电压、电流大小由控制单元实时调控，t4→t5 为充电时段；t5 时刻当零点电压信号 Vzero 下降到控制电压信号 Vsc 时，控制单元关闭脉冲驱动信号 G1、G2， DC-DC 变换器充电停止，t5→t6 为充电间歇时段。
在一个交流周期内，充电间歇时间= （t0→t1）+ （t2→t3）+（t3→t4）+（t5→t6），充电时间=（t1→t2）+（t4→t5），充电间歇时间大小由Vsc，Vsc 越大间歇时间越大反之越小；在一个交流周期内，DC-DC 变换器呈周期间歇性输出且周期性精度高，实现了高精度脉冲充电，充电效果更佳，有效延长了电池使用周期。
本发明由于整流电路 D1、D2、D3、D4 与 DC-DC 变换器之间无需一次侧滤波储能电容并加以调制，实现了工作时能有效降低交流端的谐波电流，减小电网的负荷容量，提高输入能效，并减小整机体积、降低制造成本。
本发明体积小、成本低，无需一次侧滤波储能电容，能有效减小整机体积、降低制造成本。
本发明无需一次侧滤波储能电容并加以调制，实现了高精度脉冲充电，充电效果更佳，并能有效降低交流端谐波电流，减小电网负荷容量，具有高能效的特点。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高能效脉冲充电装置，其特征在于，包括整流电路、控制单元、DC-DC 变换器、驱动电路和采样检测电路；
所述DC-DC 变换器分别电连接整流电路、驱动电路和采样检测电路；
所述驱动电路和采样检测电路同时电连接控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种高能效脉冲充电装置，其特征在于，还包括与整流电路电连接的EMI 滤波电路。
3.根据权利要求1所述的一种高能效脉冲充电装置，其特征在于，所述整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成桥式结构。
4.根据权利要求3所述的一种高能效脉冲充电装置，其特征在于，所述第一二极管、第四二极管的阴极相连并与 DC-DC 变换器的正端相连；
所述第二二极管、第三二极管的阳极相连并与 DC-DC 变换器负端相连。
5.一种高能效脉冲充电装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
当零点电压信号上升到控制电压信号时，所述控制单元开启驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器开始充电；
当零点电压信号下降到控制电压信号时，所述控制单元关闭驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器充电停止。
6.根据权利要求5所述的一种高能效脉冲充电装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体包括如下步骤：
所述控制单元根据判断零点电压信号的大小开启驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器开始充电；
所述采样检测电路采集DC-DC 变换器的充电电压和充电电流信号并反馈至控制单元；
所述控制单元实时调控充电电压和充电电流的大小；
所述控制单元根据判断零点电压信号的大小关闭驱动电路的脉冲驱动信号，驱动电路驱动DC-DC 变换器充电停止。
7.根据权利要求5所述的一种高能效脉冲充电装置的控制方法，其特征在于，所述控制单元通过正弦波调制方式加以调制并开启驱动电路的脉冲驱动信号。
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