CN111585326B - 一种自动识别电池的充电电源装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种自动识别电池的充电电源装置及方法，包括：电源输出模块、开关模块、微控制处理模块和负载放电模块；所述电源输出模块，用于输出恒定的电压，给电池充电；所述开关模块，用于控制所述电源输出模块的开关状态；所述微控制处理模块，用于控制开关模块的开关，分析电池开路电压状态；所述负载放电模块，用于给电池放电，进一步分析电池开路电压状态，并识别电池的类型。可以有效实现对不同电池类型实施不同的充电方式和有效纠正用户对充电电池的错误选择，并且可以改善电池使用寿命问题；对已有按键切换的充电器可以更好的防错选功能，实现更安全的充电，可靠性高，改制简单，成本低。

Description

一种自动识别电池的充电电源装置及方法

技术领域

本发明涉及充电电源技术领域，特别是涉及一种自动识别电池的充电电源装置和一种自动识别电池的方法。

背景技术

电动车包括电动摩托车和电动自行车。铅酸电池是传统电动车所使用的电源。铅酸电池具有容量大、价格便宜的优点，但是存在重量大、充电时间长、容易造成污染等缺点。锂电池相比铅酸电池，重量小、充电时间短。

目前消费者的消费水平决定市场上所畅销的电动车类型仍然是铅酸电池型的电动车，但是，随着锂电池技术的不断发展与成熟以及国家对铅酸电池产量的严格控制，锂电池势必会完全取代铅酸电池成为主流的电动车电池。

现有的LA-LI(Lead acid&Lithium，铅酸电池和锂电池)充电电源主要是通过按键来切换Lead acid&Lithium电池。通过按键来切换使用时方便性不好，另外，可能有选错的风险，会导致充电电源充坏电池。还有一种方式为专业性比较强的充电电源，Lead acid充电器只给Lead acid电池充电，Lithium充电器只能给Lithium电池充电。这种方式给用户带来很大的不便性。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种自动识别电池的充电电源装置和相应的一种自动识别电池的方法。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种自动识别电池的充电电源装置，包括：电源输出模块、开关模块、微控制处理模块和负载放电模块；

所述电源输出模块，用于输出恒定的电压，给电池充电；

所述开关模块，用于控制所述电源输出模块的开关状态；

所述微控制处理模块，用于控制开关模块的开关，分析电池开路电压状态；

所述负载放电模块，用于给电池放电，进一步分析电池开路电压状态，并识别电池的类型。

进一步地，还包括串联的第一电阻和第二电阻，所述串联的第一电阻和第二电阻一端连接所述开关模块的输出端、另一端连接所述电池的负端，所述第一电阻和第二电阻分压后连接到所述微控制处理模块的转换端口。

进一步地，所述负载放电模块包括三个端口，其中两个端口分别连接到所述电池的正负端，实现对所述电池放电，另外一端为负载控制端口，连接到所述微控制处理模块的通用输入输出端口，实现对所述电池的放电控制。

进一步地，还包括电流控制模块，所述电流控制模块通过第三电阻采集所述电源输出模块的输出电流，再通过连接所述微控制处理模块的定时器端口，控制所述电源输出模块的电流值。

进一步地，所述微控制处理模块设置为数字信号处理器件或单片机。

进一步地，所述开关模块包括两个背靠背的可实现控制通断功能的MOS管。

进一步地，所述电源输出模块设置为交流输入直流输出电源或直流输入直流输出电源。

进一步地，所述开关模块设置为电子开关

进一步地，所述开关模块设置为继电器装置。

本发明实施例公开了一种自动识别电池的方法，包括上述的自动识别电池的充电电源，步骤包括：

所述微控制处理模块检测到所述电池的电压时，所述开关模块控制所述电源输出模块给所述电池充电；

根据所述电池电压值在空载、负载和充电时的变化情况，判断出所述电池的种类。

本发明实施例包括以下优点：通过保持输出电压连续供电，微控制处理单元实现对开关模块的控制，负载放电模块对电池电压的密集采集及平均化计算处理，可以有效实现对不同电池类型实施不同的充电方式和有效纠正用户对充电电池的错误选择，并且可以改善电池使用寿命问题；对已有按键切换的充电器可以更好的防错选功能，实现更安全的充电，可靠性高，改制简单，成本低。

附图说明

图1是本发明的一种自动识别电池的充电电源装置实施例的结构框图；

图2是本发明的电池特性曲线对比图；

图3是本发明的铅酸电池充电曲线图；

图4是本发明的电池识别软件流程图。

1电源输出模块、2开关模块、3微控制处理模块、4负载放电模块、5电池。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

本发明实施例的核心构思之一在于，提供了一种自动识别电池的充电电源装置，包括：电源输出模块1、开关模块2、微控制处理模块3和负载放电模块4；电源输出模块1，用于输出恒定的电压，给电池5充电；开关模块2，用于控制电源输出模块1的开关状态；微控制处理模块3，用于控制开关模块2的开关，分析电池5开路电压状态；负载放电模块4，用于给电池5放电，进一步分析电池5开路电压状态，并识别电池5的类型。通过保持输出电压连续供电，微控制处理模块3实现对开关模块2的控制，负载放电模块4对电池5电压的密集采集及平均化计算处理，可以有效实现对不同电池5类型实施不同的充电方式和有效纠正用户对充电电池5的错误选择，并且可以改善电池5使用寿命问题；对已有按键切换的充电器可以更好的防错选功能，实现更安全的充电，可靠性高，改制简单，成本低。

参照图1，示出了本发明的一种自动识别电池的充电电源，包括：电源输出模块1、开关模块2、微控制处理模块3和负载放电模块4；

电源输出模块1，用于输出恒定的电压，给电池5充电；

开关模块2，用于控制电源输出模块1的开关状态；

微控制处理模块3，用于控制开关模块2的开关，分析电池5开路电压状态；

负载放电模块4，用于给电池5放电，进一步分析电池5开路电压状态，并识别电池5的类型。

在本实施例中公开了一种能够自动识别电池种类的智能充电电源，能够在充电过程中自动检测识别Lead acid(铅酸电池)和Lithium(锂电池)，实现对不同电池5类型实施不同的充电方式，同时能够有效纠正用户对充电电池5的错误选择。上述充电电源包括AC/DC(交流输入直流输出)或DC/DC(直流输入直流输出)电源输出模块1、开关模块2、微控制处理模块3和负载放电模块4。AC/DC或DC/DC电源输出模块1保持输出电压连续供电；开关模块2控制开关状态实现电源输出模块1对电池5充电控制；微控制处理模块3实现对开光模块的开关控制；负载放电模块4对电池5电压的密集采集及平均化计算处理，通过时钟振荡器对充电时间的管理和控制；负载放电模块4实现在电源输出模块1停止对电池5充电时，对电池5放电的作用，通过所述的微控制处理模块3，用于智能充电电源在分析电池OCV状态时，给Lead acid/Lithium电池5放电作用，更能达到对电池OCV状态的分析判断，并有效识别电池5类型。本发明可以有效解决LA-LI(Lead acid&Lithium，铅酸&锂)充电器对Lead acid/Lithium的错误充电导致的安全问题，并且可以改善电池5使用寿命问题；对已有按键切换的LA-LI充电器通过本申请可以更好的防错选功能，实现更安全的充电。本发明智能自动识别电路具有高可靠性，改制简单，低成本特点。

参照图1所示，在本实施例中还包括串联的第一电阻R₁和第二电阻R₂，串联的第一电阻R₁和第二电阻R₂一端连接开关模块2的输出端、另一端连接电池5的负端，第一电阻R₁和第二电阻R₂分压后连接到微控制处理模块3的转换端口。第一电阻R₁和第二电阻R₂为串联状态，上述串联的电阻一端连接到开关模块2输出端，一端连接到电池5负端。电压经第一电阻R₁和第二电阻R₂分压后连接到微控制处理模块3的转化端口ADC，通过高分辨率模/数转换器(AD转换器)采集精准的电池5的电压值。

在本实施例中，负载放电模块4包括三个端口，其中两个端口分别连接到电池5的正负端，实现对电池5放电，另外一端为负载控制端口，连接到微控制处理模块3的通用输入输出端口，实现对电池5的放电控制。

参照图1所示，在本实施例中还包括电流控制模块，电流控制模块通过第三电阻R₃采集电源输出模块1的输出电流，再通过连接微控制处理模块3的定时器端口，控制电源输出模块1的电流值。电流控制模块通过第三电阻R₃采集所述AC/DC或DC/DC电源输出模块1的输出电流，再通过连接微控制处理模块3的定时器端口(TIM端口)控制AC/DC或DC/DC电源输出模块1的电流值。

在本实施例中，微控制处理模块3设置为数字信号处理器件或单片机。微控制处理模块3包括数字信号处理器件DSP或单片机MCU。

在本实施例中，开关模块2包括两个背靠背的可实现控制通断功能的MOS管。开关模块2若为MOS管，则为两个背靠背的可实现控制通断功能电路。PMOS是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管。全称：positive channel Metal Oxide Semiconductor；别名positive MOS。

在本实施例中，电源输出模块1设置为交流输入直流输出电源或直流输入直流输出电源。

在本实施例中，开关模块2设置为电子开关

在本实施例中，开关模块2设置为继电器装置。

本发明实施例公开了一种自动识别电池的方法，包括上述的自动识别电池的充电电源，步骤包括：

微控制处理模块3检测到电池5的电压时，开关模块2控制电源输出模块1给电池5充电；

根据电池5电压值在空载、负载和充电时的变化情况，判断出电池5的种类。

参照上述步骤所述，在AC/DC或DC/DC电源输出模块1接通输入电压时，电源输出模块1输出恒定的输出电压和输出电流；

微控制处理模块3检测到电池5电压时，电子开关或继电器装置打开，电源输出模块1给电池5充电；

具体地，充电电源对铅酸电池充电主要有以下阶段：

1)Soft-start stage，此时充电电压一般为1.0V-10.5V(NUM)；

2)Bulk stage，此时充电电压为一般在10.5V-14..4V(NUM)；

3)Absorption stage，此时充电电压一般稳定在14.4V(NUM)；

4)Equalization stage，此时充电电压可能高达16V(NUM)；

5)Float stage，此时充电电压一般稳定在13.5V(NUM)；

充电电源对锂电池(主要针对Lifepo4电池)充电主要有以下阶段：

1)Bulk stage，此时充电电压为一般在10.5V-14..4V(NUM)；

2)Absorption stage，此时充电电压一般稳定在14.4V(NUM)；

3)Full stage，此时充电器停止输出。

通过以上充电描述可发现，两种不同类型电池的充电方式最主要区别是Absorption stage之后。

1)铅酸电池针对有些硫化的电池或CAL电池通常要设置更高电压Equalization充电，达到对电池能量的补充。然而锂电池的寿命和CV电压很是敏感，有些未加BMS保护的锂电池如果过充可能，锂电池可能会有爆炸的，起火的风险。

2)针对铅酸电池，基本都有Float stage，它能起到保养维护电池，保持电池能量作用，通常方式为充电电压维持比CV电压略小或Pulse电充电。

而针对锂电池，这样的充电方式对电池的寿命有很大影响。

参照图2，示出了铅酸/锂电池特性电池每CELL的OCV电压与SOC曲线对比图，铅酸电池OCV曲线斜率曲线比较抖，最大每mv电压对应SOC变化率为0.4％左右，但锂(LIFEPO4)电池OCV斜率曲线比较平缓，最大每mv电压对应的SOC变化率超过4％。

参照图3，示出了铅酸电池充电曲线图，针对上面电池特性描述，需要在Equalization stage前自动检测出电池类型。其中，蓝色为充电电压值，红色为充电电流值，微控制处理模块3需检测判断以下三个条件才能正确自动识别Lead acid&Lithium电池5：

充电电源给电池5充电到V₀时，通过对电池5静置一定时间T₀后，微控制处理模块3读取到OCV电压为V_O-V_drop1值。

充电电源给电池5充电到V₀时，通过对电池5静置一定时间T₀时，微控制处理模块3控制所述负载放电模块4放电，微控制处理模块3读取到OCV(Open Circuit Voltage，开路电压)电压为V₀-V_drop2值。

充电电源连接电池5后，微控制处理模块3读取到电池5电压为V₁,经过充电T₀时间后，所述微控制处理单元读取到电池5电压为V₂,微控制处理模块3计算出T₀时间内电池5电压变化量ΔV＝V₂-V₁。

判断电池类型需要满足以下条件：

1)在analysis2 stage停止充电一定时间T0，以确保微控制处理模块3能读取到准确的OCV电压，一般为T0≥3min，时间越长，检测到的OCV电压更加准确；通常为了能更短时间以及更准确的获得OCV电压，会在电池端并接所述负载放电模块4，放电电流通常小于充电电流Io1/10,检测读取电压时微控制处理模块3控制负载放电模块4放电。

电池静止时间T0后，电池OCV和SOC的特性关系，电池电压会跌落到比Absorption电压低的一个电压值，即为OCV电压值，但因为铅酸电池和锂电池OCV和SOC的特性关系的差异，最终表现出OCV电压差异。判断流程如下图4。

根据电池特性，通常锂电池电压会较小的跌落，一般为≤0.6V，如果增加了所述负载放电模块4，因为负载原因，一般为≤0.8V。一般铅酸电池电压会较大的跌落，一般大于>0.6V,如果增加了所述负载放电模块4，因为负载原因，一般为>0.8V,但是正常铅酸电池不会有＞1.8V的电压跌落。

2)补充判断：如果已经确定电池容量及充电电流，可以通过在Bulk stage充电一定时间T0，通过判断电池ΔV来判断电池类型。一般在bulk stage插入两个点进行分析判断，一般铅酸电池ΔV>锂电池ΔV。详细数据由电池容量大小，充电电流确认。

如果判断为铅酸电池，充电电源电池指示灯自动跳转到铅酸电池灯，并根据铅酸电池情况自适应充电,铅酸电池可增加Equalization stage及增加float stage。如果判断为锂电池，充电电源电池指示灯自动跳转到锂电池灯，并根据锂电池情况自适应充电，锂电池不能有Equalization stage及float stage。这样方式能达到自动识别电池及合理的充电方式，达到保护电池作用。

OCV就是不接任何负载的状态，V_drop是漏失电压(空置装态下，即未接任何负载的情况)，电池5在充完电静置一段时间后电压会略微下降，接负载后电池5的电压会比空置时又要略有下降，铅酸电池和锂电池性能不一样，空载压降和负载压降都是不一样的，根据三次判断，一是充电时分压电阻的反馈，二是空载直接分压电阻的反馈，三是加负载的反馈，负载的导通是由MCU控制的，能识别出电池5的种类。

本申请的一种自动检测识别Lead acid电池和Lithium电池的方法，可满足LA-LI充电电源对Lead acid&Lithium电池的充电需求，可以实现不同电池类型的充电曲线需求。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种自动识别电池的充电电源装置和相应的一种自动识别电池的方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，包括：电源输出模块、开关模块、微控制处理模块和负载放电模块；

所述电源输出模块，用于输出恒定的电压，给电池充电；

所述开关模块，用于控制所述电源输出模块的开关状态；

所述微控制处理模块，用于控制开关模块的开关，分析电池开路电压状态；

所述负载放电模块，用于给电池放电，进一步分析电池开路电压状态，并识别电池的类型；

所述微控制处理模块检测到所述电池的电压时，所述开关模块控制所述电源输出模块给所述电池充电；

所述微控制处理模块根据所述电池电压值在空载、负载和充电时的变化情况，判断出所述电池的种类；其中，所述空载电压为充电电源给电池充电到V₀时，通过对电池静置T₀时间后，微控制处理模块读取到的电压；

所述负载电压为充电电源给电池充电到V₀时，通过对电池静置T₀时间后，微控制处理模块控制所述负载放电模块放电，微控制处理模块读取到的电压；

所述充电时电压为充电电源连接电池后，微控制处理模块读取到电池电压为V₁，经过充电T₀时间后，所述微控制处理单元读取到电池电压为V₂，微控制处理模块计算出T₀时间内电池电压变化量。

2.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，还包括串联的第一电阻和第二电阻，所述串联的第一电阻和第二电阻一端连接所述开关模块的输出端、另一端连接所述电池的负端，所述第一电阻和第二电阻分压后连接到所述微控制处理模块的转换端口。

3.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，所述负载放电模块包括三个端口，其中两个端口分别连接到所述电池的正负端，实现对所述电池放电，另外一端为负载控制端口，连接到所述微控制处理模块的通用输入输出端口，实现对所述电池的放电控制。

4.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，还包括电流控制模块，所述电流控制模块通过第三电阻采集所述电源输出模块的输出电流，再通过连接所述微控制处理模块的定时器端口，控制所述电源输出模块的电流值。

5.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，所述微控制处理模块设置为数字信号处理器件或单片机。

6.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，所述开关模块包括两个背靠背的可实现控制通断功能的MOS管。

7.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，所述电源输出模块设置为交流输入直流输出电源或直流输入直流输出电源。

8.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，所述开关模块设置为电子开关。

9.根据权利要求1所述的自动识别电池的充电电源装置，其特征在于，所述开关模块设置为继电器装置。

10.一种自动识别电池的方法，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的自动识别电池的充电电源，包括：

所述微控制处理模块检测到所述电池的电压时，所述开关模块控制所述电源输出模块给所述电池充电；

根据所述电池电压值在空载、负载和充电时的变化情况，判断出所述电池的种类。