CN110783655B - 一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及负脉冲充放电技术领域，目的是提供一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法，本发明通过检测充电电池的内部状态，输送充电电池一个初始信号，对电池进行直接充电，同时对充电电池进行检测，信号的连续采集，当采集的数值与系统内设的初始值出现偏差时，对充电机内的输出即正负脉冲的脉宽脉幅进行预设的调整，直到电池快速稳定充满电为止。

Description

一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法

技术领域

本发明涉及负脉冲充放电领域，具体涉及一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法。

背景技术

常规的三段式充电在充电初期，充电电流远小于蓄电池的可接受充电电流，因而充电时间较长，充电过程后期，充电电流有大于蓄电池的可接受电流，因而蓄电池内部会产生大量的气泡，如果在整个充电过程中能使用实际充电电流始终等于会接近于蓄电池可接受的充电电流进行充电，却是可以大大加快充电速度，然而，充电过程中蓄电池产生的极化电压会阻碍本身的充电。由此可见要想实现快速的充电，必须消除极化电压对蓄电池充电的影响，如果给蓄电池提供一条放电通道，这样就可以消除电化学的极化影响，同时蓄电池的温度也会因为放电而得到控制。脉冲充电器也就是基于这个原理而形成：在蓄电池的充电过程中，适当暂停充电，并适当加入放电脉冲，就可以迅速消除各种极化电压，从而提高充电速度和效率，脉冲充电有两种类型。

负脉冲即在充电时，间断的对电池脉冲放电。理论上在充电时蓄电池中产生的极化电压会阻碍其本身的充电，特别是快充后期，使出气率和温升显着升高，极化电压的大小是随充电电流的变化而改变的。当停止充电时，电阻极化消失浓差极化和电化学极化亦逐渐减弱；而如果为蓄电池提供一条放电通道让其反向放电，则电化学极化将迅速消失，同时蓄电池内温度也因放电而降低。因此，蓄电池充电过程中，适时地暂停充电，并且适当地加入放电脉冲，就可迅速而有效地消除各种极化电压，从而提高充电速度。

因此，需要一种在充电过程中加入合适幅度和脉宽的负脉冲对电池短时间放电，可以消除电极化现象，减少极化反应，使蓄电池可接受充电曲线发生变化，提高电池的充电电流接受率，因此可以采用比电池可接受充电电流更大的电流充电，缩短充电时间、减少电池发热，获得更高的充电效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法，该充电机在充电过程中能根据电池的充电状态(电压、电流和充电电池温度)自适应调整正负脉冲的脉宽、幅度，减少电池极化反应、提高电池的充电电流接受率，解决目前动力电池充电机充电速度慢、效率低、电池放电容量小的不足，并且当电池充满电时，可以快速的切断与所述充电机的联系；

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法，S1：在充电机中设定正负脉冲的幅值初始值、宽度初始值；

S2：在充电过程中，对充电电池进行状态检测；

S3：当所述充电电池未达到预存的充电上限时，进行所述充电电池内部温度检测；

S4：对所述充电电池电压进行恒压负脉冲放电；

S5：所述充电电池充电完成，停止充电。

通过采用上述技术方案，将充电电池与所述充电机联系时，进行自动检测充电，当所述充电电池未达到预存的充电上限时，进行所述充电电池内部温度检测，所述充电电池充电完成，断开所述充电电池与所述充电机之间的电磁阀，通过快速切断充电机与充电电池之间的联系，实现电池与充电机在电池电量不足时导通，在电池电量充足时断开。

优选的，在所述S2中，所述充电电池的状态检测包括对所述充电电池电荷量的监测。

优选的，所述S3中，当所述充电电池充电完成时，直接进入到所述S5。

优选的，所述S3中，在进行所述充电电池内部温度检测时，有以下步骤:

S31:当所述充电电池内部温度小于预存温度限值时，对所述充电电池电压进行检测；

S32:当所述充电电池电压大于预存电压限值时，进入S4。

优选的，在所述S31中，当所述充电电池内部温度大于预存温度限值时，暂停所述充电电池充电，并对所述充电机中的正负脉冲参数进行调整。

优选的，在所述S32中，当所述充电电池电压小于预存电压限值时，进入S2。

优选的，在所述S31中，当暂停所述充电电池充电后，对所述充电机以正负脉冲的一个完整周期为间隔，以5秒的步进值缩短所述正脉冲宽度。

优选的，所述充电机内设置有DSP和功率电路，功率电路将所述充电电池的电压和电流输送给所述DSP，所述DSP内预存有所述温度限值和所述电压限值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.通过正负脉冲结合对充电电池进行充电，减少电池电极化的产生，提高充电速度；

2.能够快速的切断的充电电池与充电机的连接。

附图说明

图1为一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法的结构图；

图2为本发明的系统框图；

图3为本发明的功率电路的结构图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1～3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法的结构图；

请参照图1，S1：在充电机中设定正负脉冲的幅值初始值、宽度初始值；

S2：在充电过程中，对充电电池进行状态检测；

S3：当所述充电电池未达到预存的充电上限时，进行所述充电电池内部温度检测；

S4：对所述充电电池电压进行恒压负脉冲放电；

S5：所述充电电池充电完成，停止充电。

值得说明的是，在所述S2中，所述充电电池的状态检测包括对所述充电电池电荷量的监测，所述S3中，当所述充电电池充电完成时，直接进入到所述S5，所述S3中，在进行所述充电电池内部温度检测时，有以下步骤:S31:当所述充电电池内部温度小于预存温度限值时，对所述充电电池电压进行检测；S32:当所述充电电池电压大于预存电压限值时，进入S4。在所述S31中，当所述充电电池内部温度大于预存温度限值时，暂停所述充电电池充电，并对所述充电机中的正负脉冲参数进行调整。在所述S32中，当所述充电电池电压小于预存电压限值时，进入S2。

值得说明的是，正负脉冲充电电路就是先进的正负脉冲快速充电技术，缩短了充电时间，采用的功率因数校正电路大大改善了充电器的功率因数，主电路采用双正激变换器的形式，有MOS管分压低，驱动电路简单等优点。同时，选用型号为TMS320C6678的DSP控制器具有良好的响应速度和控制精度。这种新型的快速充电电路性能好，功率因数得到明显改善，大大缩短了蓄电池的充电时间，提高了蓄电池的实时应用性能，采用负脉冲去极化消除蓄电池过充电，有效地保证了蓄电池的使用寿命。

值得说明的是，初始化完成后，充电机首先检测电池电压、充电机内部环境温度、功率因数转换电路输出的电压是否正常。根据电池电压判断电池是否接入充电机的充电输出口，若没有检测到电池未接入，充电循环检测电池电压，判断电池是否接入。若检测到电池接入，充电机启动全桥功率变换电路，对电池进行短时间恢复性充电。

恢复性充电完成后，微处理机设定正脉冲幅度、脉宽初值、负脉宽初值，充电机以设定的脉冲参数充电，充电式正脉冲脉幅30A，脉宽100秒，负脉冲脉幅5A，脉宽2秒，正负脉冲之间加入0.2秒的停充时间间隔。

充电电池选用72V/30Ah的磷酸铁锂动力电池。充电过程中充电机循环检测充电电压、电流以及充电机的温度。若电池电压没有达到电池的预设限值即充电电压上限值86V，充电机采集充电机温度，若充电机温度没有超过预设温度限值即温度上限值65℃，充电机自动调整正负脉冲的脉宽比例，脉宽比例调整的规则是以正负脉冲的一个完整周期为间隔，以5秒的步进值增加正脉冲宽度，最大正脉冲宽度不超过300秒，超过300秒，正脉冲脉宽不再增加。通过上述处理使充电机正脉冲比例加大，平均充电电流增加，加快充电机的充电速度。

若充电机温度超过设定的温度上限65℃，充电机调整正脉冲脉宽脉幅，正脉冲脉宽脉幅调整的规则是：脉幅降低为25A，脉宽以正负脉冲的一个完整周期为间隔，以5秒的步进值缩短正脉冲宽度，最小正脉冲宽度不小于30秒，若小于30秒，温度仍超过设定的温度上限，进行过温保护，充电机关机，通过上述处理使平均充电电流减小，以免充电机由于温升过高损坏大功率功率器件。

若电池电压达到电池的标称充电电压上限86V，充电机转入恒压负脉冲放电模式。在此模式下，充电机输出恒压值加在电池两端形成正脉冲充电，并加上负脉冲进行短时放电，消除极化现象。在该充电阶段，充电机循环检测充电电压、电流以及充电机的温度，由于正脉冲由恒压输出形成，充电电流会逐渐减小，如果充电电流没有达到预设值，那么充电机一直以恒压负脉冲放电模式充电，并检测充电机温度，若充电机温度超过预设值，充电机调整正脉冲脉宽。调整规则是：以正负脉冲的一个完整周期为间隔，以5秒的步进值缩短正脉冲宽度。通过该方法使平均充电电流减小，以免充电机由于温升过高损坏大功率功率器件。若恒压负脉冲放电模式下温度未超限，充电机自动调整正负脉冲的脉宽比例，脉宽比例调整策略是：以正负脉冲的一个完整周期为间隔，以5秒的步进值增加正脉冲宽度，最大正脉冲宽度不超过300秒，若超过300秒，正脉冲脉宽不再增加；充电电流每降2A，负脉冲脉宽减小0.1秒，最小负脉冲宽度不小于0.5秒，若小于0.5秒，负脉冲宽度不再减少。如果在恒压负脉冲充电模式下充电电流达到预设值，充电机转入补充性充电阶段，在该阶段电池充电机去掉负脉冲，恒压充电，直到充电电流小于1A，充电结束。

值得说明的是，请参照图2，充电器以高性能、低功耗的DSP处理器TMS320C6678为控制核心，该DSP处理器建立了外部电路，内部集成了六通道的PWM输出、8路10位ADC等接口和控制器。功率电路部分采用恒流开关电源，通过DSP处理器采集相关的温度、电压、电流数据，经过处理形成高速PWM，可以调节恒流源的电流大小。以大功快速MOS管Q3作为正负脉冲充电器的开关器件，通过DSP的控制产生充电正脉冲，通过DSP控制MOS管Q4，产生放电脉冲。

值得说明的是，请参照图3，D1、D2、D3、D4整流电路部分，C1、C2、Q1、Q2组成功率因数矫正电路，L1、D5、D6、C3、Q3组成充电电路，R1和Q4组成放电电路。工作原理：通过DSP产生PWM信号对Q1、Q2进行控制实现充电器的恒流充电；DSP对Q3的控制，实现蓄电池的充电和充电停止，DSP对Q4的控制，实现蓄电池负脉冲的放电。

综上所述，本发明的实施原理为：通过检测充电电池的内部状态，输送充电电池一个初始信号，对电池进行直接充电，同时对充电电池进行检测，信号的连续采集，当采集的数值与系统内设的初始值出现偏差时，对充电机内的输出即正负脉冲的脉宽脉幅进行预设的调整，直到电池快速稳定充满电为止。

Claims (1)

1.一种带负脉冲放电的快速脉冲充电方法，其特征在于，

S1：在充电机中设定正负脉冲的幅值初始值、宽度初始值，所述充电机内设置有DSP和功率电路，功率电路将充电电池的电压和电流输送给所述DSP，所述DSP内预存有温度限值和电压限值；

S2：在充电过程中，对充电电池进行状态检测，所述充电电池的状态检测包括对所述充电电池的电荷量的监测；

S3：当所述充电电池充电完成时，进入到S5，当所述充电电池未达到预存的充电上限时，进行所述充电电池的内部温度检测，在进行所述充电电池内部温度检测时，有以下步骤：

S31：当所述充电电池内部温度小于预存温度限值时，对所述充电电池的电压进行检测，当所述充电电池内部温度大于预存温度限值时，暂停所述充电电池充电，并对所述充电机中的正负脉冲参数进行调整，具体为，当暂停所述充电电池充电后，对所述充电机以正负脉冲的一个完整周期为间隔，以5秒的步进值缩短正脉冲的宽度；

S32：当所述充电电池电压大于预存电压限值时，进入S4，当所述充电电池的电压小于预存电压限值时，进入S2；

S4：对所述充电电池电压进行恒压负脉冲放电；

S5：所述充电电池充电完成，停止充电。

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