CN111371152A - 一种用于可充电电池的充电管理系统及基于该系统的充电方法 - Google Patents

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CN111371152A CN202010303832.6A CN202010303832A CN111371152A CN 111371152 A CN111371152 A CN 111371152A CN 202010303832 A CN202010303832 A CN 202010303832A CN 111371152 A CN111371152 A CN 111371152A
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battery
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陈婷
陈超
江波
陈志峰
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Meizhou Jiangnan Electric Appliance Co ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits

Abstract

本发明公开了一种用于可充电电池的充电管理系统及基于该系统的充电方法;属于充电管理系统技术领域;该系统由相互连接的开关模块和主控模块组成;所述开关模块位于外部市电与充电模块之间的电路上并控制该电路的导通和断开;所述主控模块包括主控电路及与主控电路分别连接的计时模块和电流电压检测电路;所述主控电路连接在充电模块与待充电电池之间的电路上并控制开关模块的导通和断开;本发明旨在提供一种结构合理、使用安全且效果良好的用于可充电电池的充电管理系统及基于该系统的充电方法;用于充电电池的充电管理。

Description

一种用于可充电电池的充电管理系统及基于该系统的充电 方法
技术领域
本发明涉及一种充电管理系统,更具体地说,尤其涉及一种用于可充电电池的充电管理系统。本发明同时涉及基于该充电管理系统的充电方法。
背景技术
现有的可充电电池,如普通的18650锂电池、手机内置锂电池、各类蓄电池等等,均有其专门的充电器进行充电。虽然现有的充电器均配备有过充保护,但是其仍然存在下述的缺点:(1)质量参差不齐,使用寿命无保障,使用一段时间后,过充保护存在失效的风险;(2)在过充保护有效的情况下,充电器内部元器件仍然处于待机状态,持续耗电,同时与充电电池之间同样处于电路导通状态,如果长时间对电池进行浮充,既影响电池的使用寿命,又存在安全隐患。另外,目前并无一款可对充电电池进行循环充电管理的系统,使得充电电池在闲置一段时间后,出现由于过度放电而损坏或者需要使用时电池电量不足的问题。
发明内容
本发明的前一目的在于针对上述现有技术的不足,提供一种结构合理、使用安全且效果良好的用于可充电电池的充电管理系统。
本发明的后一目的在于提供一种基于上述充电管理系统的充电方法。
本发明的前一技术方案是这样实现的:一种用于可充电电池的充电管理系统,该系统由相互连接的开关模块和主控模块组成,在开关模块和主控模块之间连接有充电模块,所述开关模块位于外部市电与充电模块之间的电路上并控制该电路的导通和断开;
所述主控模块包括主控电路及与主控电路分别连接的计时模块和电流电压检测电路;所述主控电路连接在充电模块与待充电电池之间的电路上并控制开关模块的导通和断开。
上述的一种用于可充电电池的充电管理系统中,所述主控电路由主控器和与主控器连接第二自动开关元件组成;所述第二自动开关元件位于充电模块与待充电电池之间的电路上,所述主控器分别控制开关模块和第二自动开关元件的导通和断开。
上述的一种用于可充电电池的充电管理系统中,所述开关模块由AC-DC降压电路和第一自动开关元件组成;AC-DC降压电路分别与市电及主控模块上的各用电电路连接;所述第一自动开关元件位于外部市电与充电模块之间用于充电的电路上且由主控电路控制导通和断开。
上述的一种用于可充电电池的充电管理系统中,所述开关模块为第一自动开关元件,第一自动开关元件位于外部市电与充电模块之间用于充电的电路上且由主控电路控制导通和断开;所述主控模块上设置有DC-DC降压模块,所述DC-DC降压模块分别与待充电电池及主控模块上的各用电电路连接。
上述的一种用于可充电电池的充电管理系统中,所述充电模块为与各待充电电池相适配的充电器;在开关模块上设置有与第一自动开关元件电路连接的第一快速接头,在主控模块上设置有与主控电路电路连接的第二快速接头,与各待充电电池相适配的充电器两端分别与第一快速接头和第二快速接头对应连接;所述开关模块和主控模块通过线缆连接。
上述的一种用于可充电电池的充电管理系统中,所述充电模块由依序连接的AC-DC整流电路、充电电路和保护电路组成;AC-DC整流电路与第一自动开关元件电路连接,充电电路和防护电路分别与主控电路连接。
上述的一种用于可充电电池的充电管理系统中,所述电流电压检测电路由充电电压检测电路、充电电流检测电路和电池电压检测电路组成;所述充电电压检测电路、充电电流检测电路和电池电压检测电路分别与主控电路电路连接。
本发明采用上述结构后,首先设置独立的在高压环境中工作开关模块和在低压环境中工作的主控模块,以此提高系统工作的安全性,并且,通过开关模块和第二自动开关元件的设计,可以在充电结束后直接切断市电及电池与充电管理系统之间的充电线路,既实现节能又显著提高安全性,而且通过主控器控制充电模块两端的开关模块和第二自动开关元件,进而实现对充电的有效管理控制。同时,通过设置计时模块以控制开关模块的开和关,通过电流电压检测电路保证充电器与待充电电池之间的匹配,进一步保证充电的安全性;经过实验测试,通过计时模块和开关模块的设计,显著地延长了电池的使用寿命的同时能保证电池在想用时具有充足的电量,具有极其显著的有益效果。
本发明的后一技术方案是这样实现的:一种基本于上述所述充电管理系统的充电方法,该方法包括下述步骤:
(1)当采用分体式充电管理系统时,将充电管理系统与待充电电池适配的充电器连接后,再将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;当采用一体式充电管理系统时,则直接将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;
(2)连接完成后,第一自动开关元件处于断开状态,电池电压检测电路首先检测待充电电池的电压,若未检测到电池电压,则主控电路进行故障提示并不进行充电;若检测到电池电压,则由主控电路控制第一自动开关元件导通,市电进入充电模块,充电电压检测电路检测充电电压并通过主控电路进行数据对比,对比数据匹配时主控电路导通电路对电池进行充电,充电电流检测电路检测充电电流正常则启动安全计时,安全计时时长上限为2-15小时;若充电电流检测电路检测充电电流异常则进行故障提示并结束充电。
当电池电量充满后,由主控电路控制第一自动开关元件断开;当安全计时结束时,不管电池电量是否充满,主控电路控制第一自动开关元件强行断开,结束充电并进行报警提示。
上述的一种充电管理系统的充电方法中,所述主控电路由由主控器和与主控器连接第二自动开关元件组成;所述第二自动开关元件位于充电模块与待充电电池之间的电路上,所述主控器分别控制开关模块和第二自动开关元件的导通和断开。
步骤(2)具体为:连接完成后,第一自动开关元件和第二自动开关元件处于断开状态,电池电压检测电路首先检测待充电电池的电压,若未检测到电池电压,则主控器进行故障提示并不进行充电;若检测到电池电压,则由主控器控制第一自动开关元件导通,市电进入充电模块,充电电压检测电路检测充电电压并通过主控器进行数据对比,对比数据匹配时主控器控制第二自动开关元件导通,对电池进行充电,充电电流检测电路检测充电电流正常则启动安全计时,安全计时时长上限为8-15小时;若充电电流检测电路检测充电电流异常则进行故障提示并结束充电。
当电池电量充满后,由主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件断开;当安全计时结束时,不管电池电量是否充满,主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件强行断开,结束充电并进行报警提示。
上述的一种充电管理系统的充电方法,步骤(2)中,对电池进行充电,当充电电流检测电路检测到充电模块进入涓流充电时,主控电路启动计时模块进行涓流充电计时,计时时长为2-4小时,当涓流充电计时结束时,由主控电路控制各自动开关元件断开。
上述的一种充电管理系统的充电方法,步骤(2)中,市电进入充电模块后,充电电压检测电路对充电模块输出的充电电压进行实时检测,通过主控器进行数据对比,如果电压与待充电电池电压不匹配,由主控器控制第一自动开关元件关闭并同时进行故障提示,结束充电;如果与待充电电池电压匹配,由主控器控制第二自动开关元件导通,对电池进行充电,同时充电电流检测电路对充电模块的电流进行检测,充电电流正常则启动安全计时,若电流异常由主控器控制第一自动开关元件、第二自动开关元件关闭并同时进行故障提示。
上述的一种充电管理系统的充电方法,在充电过程中临时中断充电或充电电流检测电路未检测到电池,则主控电路发出信号控制各自动开关元件关闭并同时进行故障提示,计时模块所执行的计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电。
上述的一种充电管理系统的充电方法,步骤(2)中,当电池电量充满后,由主控电路控制各自动开关元件断开;同时主控电路启动计时模块执行循环计时,循环计时为25-180天,当达到循环计时时间将按步骤(2)重新执行充电;在循环计时过程中,如果拔出电池或电池电压检测电路未检测到电池,主控电路发出信号进行故障提示,循环计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电;在循环计时过程中,当电池电压检测电路检测到充电电池的电压过低时,按步骤(2)重新执行充电。
本发明采用上述方法后,与现有技术相比,具有下述的优点:
(1)绝对保证充电的安全,第一自动开关元件和第二自动开关元件只在充电模块与待充电电池电压电流相匹配的情况下才导通;
(2)在充电结束后,断开充电模块与市电之间的电路连接,降低能耗并保证充电模块的安全;
(3)在充电结束后,断开主控器与电池之间的充电电路连接,只保留电池电压检漏电路与电池的导通,用于实时检测电池的电量及电池是否存在,以保证计时模块可以精准给出时控信号给主控器,进而实现对电池的精准充电,从而显著提高电池的使用寿命。
(4)有效解决目前市场上的充电电池因闲置造成的电池损坏及需要使用时电量不足的问题。
(5)解决了对充电电池在充电时过程中过充管理麻烦和充电安全的担心。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明,但并不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例1的系统方框图;
图2是本发明实施例2的系统方框图;
图3是本发明实施例3的系统方框图;
图4是本发明实施例4的系统方框图;
图5是本发明实施例5的系统方框图;
图6是本发明实施例6的系统方框图;
图7是本发明实施例7的系统方框图;
图8是本发明实施例8的系统方框图。
图中:1、开关模块;1a、AC-DC降压电路;1b、第一自动开关元件;1c、第一快速接头;2、主控模块;2a、第二快速接头;3、充电模块;3a、AC-AC降压电路;3b、AC-DC整流电路;3c、防护电路;4、主控器;5、计时模块;6、电流电压检测电路;6a、充电电压检测电路;6b、充电电流检测电路;6c、电池电压检测电路;7、线缆;8、第二自动开关元件;9、控制电路;10、DC-DC降压模块。
具体实施方式
实施例1
一种用于可充电电池的充电管理系统,该系统由相互连接的开关模块1和主控模块2组成,在开关模块1和主控模块2之间连接有充电模块3,所述开关模块1位于外部市电与充电模块3之间的电路上并控制该电路的导通和断开。
所述主控模块2包括主控电路9及与主控电路9分别连接的计时模块5和电流电压检测电路6;所述主控电路9连接在充电模块3与待充电电池之间的电路上并控制开关模块1的导通和断开。计时模块优选采用现有成熟的时钟芯片电路。
在本实施例中,所述开关模块1由AC-DC降压电路1a和第一自动开关元件1b组成;AC-DC降压电路1a分别与市电及主控模块2上的各用电电路连接,AC-DC降压电路将220V的交流电转为5V的直流电供给主控模块2;所述第一自动开关元件1b位于外部市电与充电模块3之间用于充电的电路上且由主控电路9控制导通和断开。
同时,所述充电模块3为与各待充电电池相适配的充电器;在开关模块1上设置有与第一自动开关元件1b电路连接的第一快速接头1c,在主控模块2上设置有与主控电路9电路连接的第二快速接头2a,与各待充电电池相适配的充电器两端分别与第一快速接头1c和第二快速接头2a对应连接;所述开关模块1和主控模块2通过线缆7连接。
AC-DC降压电路优选设置在与第一自动开关元件同一块PCB板上,也可以独立设置,其目的是使主控模块处于低电源环境。使得线缆为低压线缆,可以采用可拆卸式连接。当然如果不考虑该安全性能,将AC-DC降压电路设置在主控模块上,同样是可以实现本发明充电管理的目的。
优选地,所述电流电压检测电路6由充电电压检测电路6a、充电电流检测电路6b和电池电压检测电路6c组成;所述充电电压检测电路6a、充电电流检测电路6b和电池电压检测电路6c分别与主控电路9电路连接。
在本实施例中,主控电路可以采用集成芯片也可以采用集成电路结构,由其内部同时具有两个不同的电压,一种是供主控电路工作的工作电压,一个是用于充电的充电电压,其可以采用光电耦合器本领域常规的电器元件进行隔离,以实现相关功能。
本系统的缺点在于充完电后如果不及时断开充电电池,主控模块会消耗极少量的电池电量。
一种基于上述充电管理系统的充电方法,该方法包括下述步骤:
(1)当采用分体式充电管理系统时,将充电管理系统与待充电电池适配的充电器连接后,再将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;当采用一体式充电管理系统时,则直接将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;
(2)连接完成后,AC-DC降压模块为主控模块提供5V的低压直流工作电源,此时第一自动开关元件处于断开状态,电池电压检测电路首先检测待充电电池的电压,若未检测到电池电压,则主控电路进行故障提示并不进行充电;若检测到电池电压,则由主控电路控制第一自动开关元件导通,市电进入充电模块,充电电压检测电路检测充电电压并通过主控电路进行数据对比,对比数据匹配时主控电路导通电路对电池进行充电,充电电流检测电路检测充电电流正常则启动安全计时,安全计时时长上限为2-15小时;若充电电流检测电路检测充电电流异常则进行故障提示并结束充电。
当电池电量充满后,由主控电路控制第一自动开关元件断开;当安全计时结束时,不管电池电量是否充满,主控电路控制第一自动开关元件强行断开,结束充电并进行报警提示。
进一步地,在步骤(2)中,对电池进行充电,当充电电流检测电路检测到充电模块进入涓流充电时,主控电路启动计时模块进行涓流充电计时,计时时长为2-4小时,当涓流充电计时结束时,由主控电路控制第一自动开关元件断开。
在本实施例中,由于充电模块为外置的充电器,其自带充电电压检测电路和充电电流检测电路。因此本实施例的系统中,共有两套充电电压检测电路和充电电流检测电路。充电器自带的检测电路仍执行其原有功能,控制充电器转灯,若充电器具有断电功能,则同时停止充电。而主控模块上的充电电压检测电路和充电电流检测电路,则用于检测充电器充电过程中输出的电流电压,供主控电路判断进而执行相应的计时指令。
同时,步骤(2)中,在充电过程中临时中断充电或充电电流检测电路未检测到电池,则主控电路发出信号控制第一自动开关元件关闭并同时进行故障提示,计时模块所执行的计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电。
优选地,为实现对电池的循环充电养护,当电池电量充满后,由主控电路控制第一自动开关元件断开;同时主控电路启动计时模块执行循环计时,循环计时为25-180天,具体根据充电电池的种类不同而定,当达到循环计时时间将按步骤(2)重新执行充电。在循环计时过程中,如果拔出电池或电池电压检测电路未检测到电池,主控电路发出信号进行故障提示,循环计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电;在循环计时过程中,当电池电压检测电路检测到充电电池的电压过低时,按步骤(2)重新执行充电。采用该方法,可以对一些有可能长时间不需要使用,但是需要使用时又务必满电的可充电电池进行自动养护。既保证电池的使用寿命又可保障其能正常使用。
电池与主控模块之间的连接线,其与主控模块之间的连接方式优选采用可拆卸的接口连接,当然,也可以采用固定连接,不管哪种连接方式,均为本领域的常规技术,在此不再赘述。
实施例2
参阅图2所示,本发明的一种用于可充电电池的充电管理系统,其结构与实施例1基本相同,不同之处在于,该系统为一体式结构。所述充电模块3由依序连接的AC-DC整流电路3a、充电电路3b和保护电路3c组成;AC-DC整流电路3a与第一自动开关元件1b电路连接,充电电路3b和防护电路3c分别与主控电路9连接。保护电路为本领域常规的防反接电路,在此不再赘述。本实施例所公开的充电管理系统使用方法与实施例1基本相同。区别在于本实施例中的充电电压检测电路和充电电流检测电路仅有一套,其检测充电模块输出的电流电压,同时控充电电路及主控电路进行对比并执行相应的指令。同时,对于一体式结构的系统,如果为一对一专用型,也可以在充电时,在市电刚进入充电模块后,充电电压检测电路和充电电流检测电路不进行就直接对电池进行充电,只在充电一段时间后再进行检测。
实施例3
参阅图3所示,本发明的一种用于可充电电池的充电管理系统,其结构与实施例1基本相同,不同之处在于,所述主控电路9由主控器4和与主控器4连接第二自动开关元件8组成;所述第二自动开关元件8位于充电模块3与待充电电池之间的电路上,所述主控器4分别控制开关模块1和第二自动开关元件8的导通和断开。
同时,第二快速接头与第二自动开关元件连接,两者均位于充电线路上。主控器配合各检测电路,直接控制或经计时模块计时后控制第一、第二自动开关元件的导通和断开。
相应地,所述充电电压检测电路6a、充电电流检测电路6b和电池电压检测电路6c的信号反馈端分别与主控器4电路连接;所述充电电压检测电路6a和充电电流检测电路6b的采样端分别连接在充电模块3与第二自动开关元件8之间的电路上;电池电压检测电路6c连接在第二自动开关元件8和待充电电池之间的电路上。
相比实施例1,其区别在于增加了第二自动开关元件。作用在于,在充电完成后,通过断开第二自动开关元件,可以避免主控模块继续消耗电池电量。
一种基于上述充电管理系统的充电方法,该方法包括下述步骤:
(1)当采用分体式充电管理系统时,将充电管理系统与待充电电池适配的充电器连接后,再将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;当采用一体式充电管理系统时,则直接将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;
(2)连接完成后,AC-DC降压模块为主控模块提供5V的低压直流工作电源,此时第一自动开关元件和第二自动开关元件处于断开状态,电池电压检测电路首先检测待充电电池的电压,若未检测到电池电压,则主控器进行故障提示并不进行充电;若检测到电池电压,则由主控器控制第一自动开关元件导通,市电进入充电模块,充电电压检测电路检测充电电压并通过主控器进行数据对比,对比数据匹配时主控器控制第二自动开关元件导通,对电池进行充电,充电电流检测电路检测充电电流正常则启动安全计时,安全计时时长上限为2-15小时;若充电电流检测电路检测充电电流异常则进行故障提示并结束充电;
当电池电量充满后,由主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件断开;当安全计时结束时,不管电池电量是否充满,主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件强行断开,结束充电并进行报警提示。
进一步地,在步骤(2)中,对电池进行充电,当充电电流检测电路检测到充电模块进入涓流充电时,主控器启动计时模块进行涓流充电计时,计时时长为2-4小时,当涓流充电计时结束时,由主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件断开。
进一步优选地,步骤(2)中,市电进入充电模块后,充电电压检测电路对充电模块输出的充电电压进行实时检测,通过主控器进行数据对比,如果电压与待充电电池电压不匹配,由主控器控制第一自动开关元件关闭并同时进行故障提示,结束充电;如果与待充电电池电压匹配,由主控器控制第二自动开关元件导通,对电池进行充电,充电电流检测电路对充电模块的电流进行检测,充电电流正常则启动安全计时,若电流异常由主控器控制第一自动开关元件、第二自动开关元件关闭并同时进行故障提示。通过充电电压检测电路和充电电流检测电路对充电模块输出的电流电压进行检测,避免出现充电模块输出与电池不匹配造成电池损坏的情况。
在本实施例中,由于充电模块为外置的充电器,其自带充电电压检测电路和充电电流检测电路。因此本实施例的系统中,共有两套充电电压检测电路和充电电流检测电路。充电器自带的检测电路仍执行其原有功能,控制充电器转灯,若充电器具有断电功能,则同时停止充电。而主控模块上的充电电压检测电路和充电电流检测电路,则用于检测充电器充电过程中输出的电流电压,供主控器判断进而执行相应的计时指令。
同时,步骤(2)中,在充电过程中临时中断充电或充电电流检测电路未检测到电池,则主控器发出信号控制第一自动开关元件、第二自动开关元件关闭并同时进行故障提示,计时模块所执行的计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电。
优选地,为实现对电池的循环充电养护,当电池电量充满后,由主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件断开;同时主控器启动计时模块执行循环计时,循环计时为25-180天,具体根据充电电池的种类不同而定,当达到循环计时时间将按步骤(2)重新执行充电。在循环计时过程中,如果拔出电池或电池电压检测电路未检测到电池,主控器发出信号进行故障提示,循环计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电;在循环计时过程中,当电池电压检测电路检测到充电电池的电压过低时,按步骤(2)重新执行充电。采用该方法,可以对一些有可能长时间不需要使用,但是需要使用时又务必满电的可充电电池进行自动养护。既保证电池的使用寿命又可保障其能正常使用。
在充电管理系统工作过程中,若第二自动开关元件开,则无需采用电池电压检测电路的数据,电池是否拔掉由充电电流检测电路进行检测,当电池拔掉后,充电电流检测电路检测不到电流。在充电完成进入循环计时过程中,第二自动开关元件关闭,则电池电压检测电路开启,电池是否拔掉由电池电压检测电路进行检测。采用这种方式,巧妙实现在第二自动开关元件关闭的情况下,实时判断电池是否被拔走。
电池与主控模块之间的连接线,其与主控模块之间的连接方式优选采用可拆卸的接口连接,当然,也可以采用固定连接,不管哪种连接方式,均为本领域的常规技术,在此不再赘述。
实施例4
参阅图4所示,本发明的一种用于可充电电池的充电管理系统,其结构与实施例3基本相同,不同之处在于,该系统为一体式结构。所述充电模块3由依序连接的AC-DC整流电路3a、充电电路3b和保护电路3c组成;AC-DC整流电路3a与第一自动开关元件1b电路连接,充电电路3b和防护电路3c分别与主控电路9连接。保护电路为本领域常规的防反接电路,在此不再赘述。本实施例所公开的充电管理系统使用方法与实施例3基本相同。区别在于本实施例中的充电电压检测电路和充电电流检测电路仅有一套,其检测充电模块输出的电流电压,同时控充电电路及主控电路进行对比并执行相应的指令。
实施例5
参阅图5所示,本发明的一种用于可充电电池的充电管理系统,其结构与实施例1基本相同,不同之处在于,所述开关模块1为第一自动开关元件1b,第一自动开关元件1b位于外部市电与充电模块3之间用于充电的电路上且由主控电路9控制导通和断开;所述主控模块2上设置有DC-DC降压模块10,所述DC-DC降压模块10分别与待充电电池及主控模块2上的各用电电路连接。本实施例所公开的充电管理系统使用方法与实施例1相同。区别在于对主控模块的供电,由市电降压供电改为待充电电池降压供电。
实施例6
参阅图6所示,本发明的一种用于可充电电池的充电管理系统,其结构与实施例2基本相同,不同之处在于,所述开关模块1为第一自动开关元件1b,第一自动开关元件1b位于外部市电与充电模块3之间用于充电的电路上且由主控电路9控制导通和断开;所述主控模块2上设置有DC-DC降压模块10,所述DC-DC降压模块10分别与待充电电池及主控模块2上的各用电电路连接。本实施例所公开的充电管理系统使用方法与实施例2相同。区别在于对主控模块的供电,由市电降压供电改为待充电电池降压供电。
实施例7
参阅图7所示,本发明的一种用于可充电电池的充电管理系统,其结构与实施例3基本相同,不同之处在于,所述开关模块1为第一自动开关元件1b,第一自动开关元件1b位于外部市电与充电模块3之间用于充电的电路上且由主控器控制导通和断开;所述主控模块2上设置有DC-DC降压模块10,所述DC-DC降压模块10分别与待充电电池及主控模块2上的各用电电路连接。本实施例所公开的充电管理系统使用方法与实施例3相同。区别在于对主控模块的供电,由市电降压供电改为待充电电池降压供电。
实施例8
参阅图8所示,本发明的一种用于可充电电池的充电管理系统,其结构与实施例4基本相同,不同之处在于,所述开关模块1为第一自动开关元件1b,第一自动开关元件1b位于外部市电与充电模块3之间用于充电的电路上且由主控器控制导通和断开;所述主控模块2上设置有DC-DC降压模块10,所述DC-DC降压模块10分别与待充电电池及主控模块2上的各用电电路连接。本实施例所公开的充电管理系统使用方法与实施例4相同。区别在于对主控模块的供电,由市电降压供电改为待充电电池降压供电。
本发明的创新点在于在现有充电模块的前端或前后端设置开关电路,并由主控模块结合计时模块和电流电压检测电路对开关电路进行开关控制。从而既保证集成的充电模块或现有充电器安全工作,又保证待充电电池在充电时的绝对安全,并通过合理的循环充电,保证电池时刻处于电量充足状态。对于本发明所使用的AC-AC降压电路、AC-DC整流电路、充电电流检测电路、电池电压检测电路、DC-DC降压模块、第一自动开关元件、第二自动开关元件、主控电路及主控器。上述各组成部分在本领域均有成熟的技术,均可以采用本领域常规的相关电路或模块,其具体结构并非本发明所要保护的技术点,因此在此不再赘述。例如,本发明所述第一自动开关元件和第二自动开关元件可以采用继电器、单向二极管或单向三极管或上述三者的任意组合,当然,也可以采用本领域常规的其他可实现相同功能的自动开关元件。
对比实验例1
测试对象:电动车48V20Ah铅酸电池
测试方法:准备10辆内置同品牌的48V20Ah铅酸电池的同品牌电动车,电池及电动车均为全新状态且均无质量问题。将电动车平均分为对照组和发明组,每组各5辆。
对照组和发明组的使用方式均为:备用工具,即经常不需要使用。为提高测试的准确性,各电池均带电池断开开关,在电动车不用时,开关处于断开位置,电动车不消耗电池电量。
使用时,对照组和发明组在相同的路况下,以相同的速度行驶相同的时间。各次的测试数据为各组5辆电动车数据的平均值。
对照组采用传统充电方式,由于经常不需要使用,因此需要在使用前检查电池容量,如果电池容量不足则需要提前进行充电
发明组采用本发明的系统及充电管理方法进行充电。
具体测试结果如下表:
由以上检测结果可知,采用本发明的系统及其充电方法,相比对照组所采用的传统充电方法,发明组的电池基本在每次使用前,保持在满电量状态,且由于充电合理,电池容量下降速度缓慢。而对照组的电池由于用户长时间不使用而未充电,基本上是需要进行充电后才能使用,在使用上不方便,而且电池容量下降速度非常快。
对比实验例2
测试对象:电动车48V20Ah铅酸电池
测试方法:准备10辆内置同品牌的48V20Ah铅酸电池的同品牌电动车,电池及电动车均为全新状态且均无质量问题。将电动车平均分为对照组和发明组,每组各5辆。
对照组和发明组的使用方式均为:上下班交通工具,使用模式为5天使用2天不使用。为提高测试的准确性,各电池均带电池断开开关,在电动车不用时,开关处于断开位置,电动车不消耗电池电量。
使用时,对照组和发明组在相同的路况下,以相同的速度行驶相同的时间。各次的测试数据为各组5辆电动车数据的平均值。
对照组采用传统充电方式,由于经常不需要使用,因此需要在使用前检查电池容量,如果电池容量不足则需要提前进行充电
发明组采用本发明的系统及充电管理方法进行充电。
具体测试结果如下表:
由以上检测结果可知,采用本发明的系统及其充电方法,相比对照组所采用的传统充电方法,发明组的电池基本在每次使用前,保持在满电量状态,且由于充电合理,电池容量下降速度缓慢。而对照组的电池由用户根据电池电量择日充电,造成电池电量长期处在未充满状态,不仅限制了用户的骑行里程,而且电池容量下降速度比发明组要快。
对比实验例3
测试对象:24V100Ah铅酸电池
测试方法:准备6组同品牌的48V20Ah铅酸电池组,电池均为全新状态且均无质量问题。将电池组平均分为对照组和发明组,每组各3组电池。
对照组和发明组的使用方式均为:作为工厂发电机组用电池,工作发电机组在停电时为企业进行供电。其使用频率为长期不使用。
对照组和发明组在同一房间内存放,每次的测试数据为各组3组电池组数据的平均值。
对照组采用传统不充电方式。
发明组采用本发明的系统及充电管理方法进行充电。
具体测试结果如下表:
由以上检测结果可知,采用本发明的系统及其充电方法,相比对照组所采用的不充电方法,发明组的电池基本上能保证使用需求,保持在有电状态,且由于充电合理,电池容量下降速度缓慢。而对照组的电池由于长期不充电造成容量快速下降至无法使用。采用传统方式,由于使用频率低,造成电池损坏速率极快,但作为发电机组电池,其又是企业必备的,造成企业生产成本的增加。尤其是供电企业,长期大量储备备用发电机,其电池损耗成本相当巨大。而采用本发明的系统,则可以显著地降低电池的使用成本,为企业节约大量成本。
对比实验例4
测试对象:12V20Ah锂电池(三元18650锂电池)
测试方法:准备10个三元品牌的12V20Ah锂电池,每组各5个,全部锂电池为全新状态,且检测无故障。10个锂电池统一配备原装充电器。
对照组和发明组的锂电池均作为应急备用电池。
对照组采用传统充电方式,由于是作为应急备用,因此处于闲置状态,并且未进行充电。
发明组采用本发明的系统及充电管理方法进行充电管理。
具体测试结果如下表:
由上表可知,锂电池在长时间不充电的情况下,电解液易钝化,极易损坏。采用本发明的充电系统及方法,定时对锂电池进行充电,对电解液进行激活,从而有效避免其钝化。最终实现在锂电池处于闲置状态下,仍然能长期有效,大大延长锂电池的使用寿命。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式,仅用来方便说明本发明,并非对本发明作任何形式上的限制,任何所属技术领域中具有通常知识者,若在不脱离本发明所提技术特征的范围内,利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例,并且未脱离本发明的技术特征内容,均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (13)

1.一种用于可充电电池的充电管理系统,其特征在于,该系统由相互连接的开关模块(1)和主控模块(2)组成,在开关模块(1)和主控模块(2)之间连接有充电模块(3),所述开关模块(1)位于外部市电与充电模块(3)之间的电路上并控制该电路的导通和断开;
所述主控模块(2)包括主控电路(9)及与主控电路(9)分别连接的计时模块(5)和电流电压检测电路(6);所述主控电路(9)连接在充电模块(3)与待充电电池之间的电路上并控制开关模块(1)的导通和断开。
2.根据权利要求1所述的一种用于可充电电池的充电管理系统,其特征在于,所述主控电路(9)由主控器(4)和与主控器(4)连接第二自动开关元件(8)组成;所述第二自动开关元件(8)位于充电模块(3)与待充电电池之间的电路上,所述主控器(4)分别控制开关模块(1)和第二自动开关元件(8)的导通和断开。
3.根据权利要求1所述的一种用于可充电电池的充电管理系统,其特征在于,所述开关模块(1)由AC-DC降压电路(1a)和第一自动开关元件(1b)组成;AC-DC降压电路(1a)分别与市电及主控模块(2)上的各用电电路连接;所述第一自动开关元件(1b)位于外部市电与充电模块(3)之间用于充电的电路上且由主控电路(9)控制导通和断开。
4.根据权利要求1所述的一种用于可充电电池的充电管理系统,其特征在于,所述开关模块(1)为第一自动开关元件(1b),第一自动开关元件(1b)位于外部市电与充电模块(3)之间用于充电的电路上且由主控电路(9)控制导通和断开;所述主控模块(2)上设置有DC-DC降压模块(10),所述DC-DC降压模块(10)分别与待充电电池及主控模块(2)上的各用电电路连接。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种用于可充电电池的充电管理系统,其特征在于,所述充电模块(3)为与各待充电电池相适配的充电器;在开关模块(1)上设置有与第一自动开关元件(1b)电路连接的第一快速接头(1c),在主控模块(2)上设置有与主控电路(9)电路连接的第二快速接头(2a),与各待充电电池相适配的充电器两端分别与第一快速接头(1c)和第二快速接头(2a)对应连接;所述开关模块(1)和主控模块(2)通过线缆(7)连接。
6.根据权利要求1至4任一所述的一种用于可充电电池的充电管理系统,其特征在于,所述充电模块(3)由依序连接的AC-DC整流电路(3a)、充电电路(3b)和保护电路(3c)组成;AC-DC整流电路(3a)与第一自动开关元件(1b)电路连接,充电电路(3b)和防护电路(3c)分别与主控电路(9)电路连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于可充电电池的充电管理系统,其特征在于,所述电流电压检测电路(6)由充电电压检测电路(6a)、充电电流检测电路(6b)和电池电压检测电路(6c)组成;所述充电电压检测电路(6a)、充电电流检测电路(6b)和电池电压检测电路(6c)分别与主控电路(9)连接。
8.一种基于权利要求1所述充电管理系统的充电方法,其特征在于,该方法包括下述步骤:
(1)当采用分体式充电管理系统时,将充电管理系统与待充电电池适配的充电器连接后,再将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;当采用一体式充电管理系统时,则直接将充电管理系统分别连接市电和待充电电池;
(2)连接完成后,第一自动开关元件处于断开状态,电池电压检测电路首先检测待充电电池的电压,若未检测到电池电压,则主控电路进行故障提示并不进行充电;若检测到电池电压,则由主控电路控制第一自动开关元件导通,市电进入充电模块,充电电压检测电路检测充电电压并通过主控电路进行数据对比,对比数据匹配时主控电路导通电路对电池进行充电,充电电流检测电路检测充电电流正常则启动安全计时,安全计时时长上限为2-15小时;若充电电流检测电路检测充电电流异常则进行故障提示并结束充电;
当电池电量充满后,由主控电路控制第一自动开关元件断开;当安全计时结束时,不管电池电量是否充满,主控电路控制第一自动开关元件强行断开,结束充电并进行报警提示。
9.根据权利要求8所述的一种充电管理系统的充电方法,其特征在于,所述主控电路由由主控器和与主控器连接第二自动开关元件组成;所述第二自动开关元件位于充电模块与待充电电池之间的电路上,所述主控器分别控制开关模块和第二自动开关元件的导通和断开;
步骤(2)具体为:连接完成后,第一自动开关元件和第二自动开关元件处于断开状态,电池电压检测电路首先检测待充电电池的电压,若未检测到电池电压,则主控器进行故障提示并不进行充电;若检测到电池电压,则由主控器控制第一自动开关元件导通,市电进入充电模块,充电电压检测电路检测充电电压并通过主控器进行数据对比,对比数据匹配时主控器控制第二自动开关元件导通,对电池进行充电,充电电流检测电路检测充电电流正常则启动安全计时,安全计时时长上限为8-15小时;若充电电流检测电路检测充电电流异常则进行故障提示并结束充电;
当电池电量充满后,由主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件断开;当安全计时结束时,不管电池电量是否充满,主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件强行断开,结束充电并进行报警提示。
10.根据权利要求9所述的一种充电管理系统的充电方法,其特征在于,步骤(2)中,对电池进行充电,当充电电流检测电路检测到充电模块进入涓流充电时,主控器启动计时模块进行涓流充电计时,计时时长为2-4小时,当涓流充电计时结束时,由主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件断开。
11.根据权利要求9所述的一种充电管理系统的充电方法,其特征在于,步骤(2)中,市电进入充电模块后,充电电压检测电路对充电模块输出的充电电压进行实时检测,通过主控器进行数据对比,如果电压与待充电电池电压不匹配,由主控器控制第一自动开关元件关闭并同时进行故障提示,结束充电;如果与待充电电池电压匹配,由主控器控制第二自动开关元件导通,对电池进行充电,同时充电电流检测电路对充电模块的电流进行检测,充电电流正常则启动安全计时,若电流异常由主控器控制第一自动开关元件、第二自动开关元件关闭并同时进行故障提示。
12.根据权利要求8至11任一所述的一种充电管理系统的充电方法,其特征在于,在充电过程中临时中断充电或充电电流检测电路未检测到电池,则主控器发出信号控制第一自动开关元件、第二自动开关元件关闭并同时进行故障提示,计时模块所执行的计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电。
13.根据权利要求9所述的一种充电管理系统的充电方法,其特征在于,步骤(2)中,当电池电量充满后,由主控器控制第一自动开关元件和第二自动开关元件断开;同时主控器启动计时模块执行循环计时,循环计时为25-180天,当达到循环计时时间将按步骤(2)重新执行充电;在循环计时过程中,如果拔出电池或电池电压检测电路未检测到电池,主控器发出信号进行故障提示,循环计时终止,在重新接入电池后,按步骤(2)重新执行充电;在循环计时过程中,当电池电压检测电路检测到充电电池的电压过低时,按步骤(2)重新执行充电。
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WO2021114683A1 (zh) * 2019-12-09 2021-06-17 超威电源集团有限公司 一种充电器及其充电方法

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