CN115472937A - 一种具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空蓄电池充电设计技术领域,具体涉及一种具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法。该方法包括:将V11作为恒流电压基准,通过调节充电器的输出电压,对蓄电池进行第一阶段充电,至蓄电池反馈的充电电压上升至第一设定值;将V22作为恒压电压基准,通过调节充电器的输出电压,对蓄电池进行第二阶段充电,至蓄电池反馈的充电电流降至第二设定值,恒压电压基准V22具有随蓄电池温度发生变化的第一相关函数;将V33作为浮充电压基准,通过调节充电器的输出电压,对蓄电池进行第三阶段充电,浮充电压基准V33具有随蓄电池温度发生变化的第二相关函数。本申请能够延长蓄电池的使用寿命,提高蓄电池的安全性。
Description
技术领域
本申请属于航空蓄电池充电设计技术领域,具体涉及一种具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法。
背景技术
蓄电池充电器的温度补偿功能可以更好的保护和管理蓄电池电能。蓄电池在低温时,电化学反应缓慢,电池可用容量降低,为了达到较好的充电性能,需要适当提高蓄电池的充电电压来增强其化学反应,以保证能量的正常转换;高温时,蓄电池化学反应加剧,需要降低充电电压来减缓化学反应。温度补偿是根据蓄电池的实际温度,进行充电电压的补偿。
目前,现有的蓄电池温度补偿设计主要针对传统电池(铅酸、镍镉)单一的“恒压(或恒流)”模式和两阶段的“恒压+恒流”充电模式,缺少对三阶段式充电模式“恒流+恒压+浮充”的温度补偿方法。
发明内容
为了解决上述问题,本申请提供了一种具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,以防止蓄电池过热。
本申请具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,主要包括:
步骤S1、将V11作为恒流电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第一阶段充电,至所述蓄电池反馈的充电电压上升至第一设定值;
步骤S2、将V22作为恒压电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第二阶段充电,至所述蓄电池反馈的充电电流降至第二设定值,所述恒压电压基准V22具有随蓄电池温度发生变化的第一相关函数,在所述第一相关函数中,当蓄电池温度低于第一温度阈值T1时,恒压电压基准V22为预设的第一电压,当蓄电池温度在第一温度阈值T1与第三温度阈值T3之间时,设定所述恒压电压基准V22沿与蓄电池温度呈第一负相关关系变化,当蓄电池温度超过第三温度阈值T3时,所述恒压电压基准V22设定为0;
步骤S3、将V33作为浮充电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第三阶段充电,所述浮充电压基准V33具有随蓄电池温度发生变化的第二相关函数,在所述第二相关函数中,当蓄电池温度低于第二温度阈值T2时,浮充电压基准V33为预设的第二电压,当蓄电池温度在第二温度阈值T2与第三温度阈值T3之间时,设定所述浮充电压基准V33沿与蓄电池温度呈第二负相关关系变化,当蓄电池温度超过第三温度阈值T3时,所述浮充电压基准V33设定为0。
优选的是,通过设定在蓄电池上的温度传感器反馈蓄电池温度。
优选的是,所述温度传感器埋置于蓄电池内部或粘贴在电池表面。
优选的是,所述充电器内置有三个选择性开关,用于将充电器选择性的连通恒流电压基准V11、恒压电压基准V22及浮充电压基准V33,根据所述第一设定值及所述第二设定值选择性的接通其中一个开关。
优选的是,设定所述恒压电压基准V22沿与蓄电池温度呈第一负相关关系变化包括:
基于温度检测电路将蓄电池的温度采样信号转换为电压值V1,蓄电池温度越高,电压值V1越低,当所述电压值V1降至低于恒压给定电压V1T1时,表示所述蓄电池温度大于第一温度阈值T1;
通过温度补偿电路将电压值V1转换为恒压电压基准V22,以使得充电器基于所述恒压电压基准V22输出的充电电压在恒压模式温度补偿曲线范围内;
控制所述充电器按照所述恒压电压基准V22进行输出。
优选的是,设定所述浮充电压基准V33沿与蓄电池温度呈第二负相关关系变化包括:
基于温度检测电路将蓄电池的温度采样信号转换为电压值V2,蓄电池温度越高,电压值V2越低,当所述电压值V2降至低于恒压给定电压V2T2时,表示所述蓄电池温度大于第二温度阈值T2;
通过温度补偿电路将电压值V2转换为浮充电压基准V33,以使得充电器基于所述浮充电压基准V33输出的充电电压在浮充模式温度补偿曲线范围内;
控制所述充电器按照所述浮充电压基准V33进行输出。
本申请能够延长蓄电池的使用寿命,提高蓄电池的安全性,并具有通用性。
附图说明
图1为温度补偿曲线示意图。
图2是本申请具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法的一优选实施例的三段式充电温度补偿原理框图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施方式中的附图,对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式,而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,主要包括:
步骤S1、将V11作为恒流电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第一阶段充电,至所述蓄电池反馈的充电电压上升至第一设定值;
步骤S2、将V22作为恒压电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第二阶段充电,至所述蓄电池反馈的充电电流降至第二设定值,所述恒压电压基准V22具有随蓄电池温度发生变化的第一相关函数,在所述第一相关函数中,当蓄电池温度低于第一温度阈值T1时,恒压电压基准V22为预设的第一电压,当蓄电池温度在第一温度阈值T1与第三温度阈值T3之间时,设定所述恒压电压基准V22沿与蓄电池温度呈第一负相关关系变化,当蓄电池温度超过第三温度阈值T3时,所述恒压电压基准V22设定为0;
步骤S3、将V33作为浮充电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第三阶段充电,所述浮充电压基准V33具有随蓄电池温度发生变化的第二相关函数,在所述第二相关函数中,当蓄电池温度低于第二温度阈值T2时,浮充电压基准V33为预设的第二电压,当蓄电池温度在第二温度阈值T2与第三温度阈值T3之间时,设定所述浮充电压基准V33沿与蓄电池温度呈第二负相关关系变化,当蓄电池温度超过第三温度阈值T3时,所述浮充电压基准V33设定为0。
本申请在图1所示的温度补偿曲线的基础上,首先根据充电器本身构造,得出具体的充电参考基准电压V11、V22、V33,之后根据这三个参考电压设计对应的温度检测电路和温度补偿电路,从而实现具有温度补偿的三段式充电方法。
需要说明的是,温度补偿曲线可以是根据电池厂家的建议设定,也可以是考虑机上直流电源系统电压限制以及蓄电池过温保护的实际情况,例如电压限制、电流限制等,温度补偿曲线为已知值,生产厂家通常也会给定电池的输出电压与基准电压的比例关系,据此即可根据温度补偿曲线计算出充电参考基准电压V11、V22、V33。
本申请设定了两个温度补偿曲线,如图1所示,包括恒压模式温度补偿曲线及浮充模式温度补偿曲线,在这两条曲线上下分别形成恒压模式电压补偿范围及浮充模式电压补偿范围,蓄电池温度补偿具有一定的限制范围。在恒压模式,设定蓄电池的温度补偿范围[T1,T3],当蓄电池温度<T1时,以某一恒定的限值电压(具有一定范围)对蓄电池充电;当T1<蓄电池温度<T3时,按照恒压模式温度补偿曲线电压对蓄电池充电;当蓄电池温度>T3时,蓄电池过温,充电器停止对蓄电池充电。同理,在浮充模式,设定蓄电池的温度补偿范围[T2,T3],当蓄电池温度<T2时,以某一恒定的限值电压(具有一定范围)对蓄电池浮充充电;当T2<蓄电池温度<T3时,按照浮充模式温度补偿曲线电压对蓄电池充电;当蓄电池温度>T3时,蓄电池出现过温,充电器停止对蓄电池充电。
在一些可选实施方式中,通过设定在蓄电池上的温度传感器反馈蓄电池温度。
在一些可选实施方式中,所述温度传感器埋置于蓄电池内部或粘贴在电池表面。
在一些可选实施方式中,所述充电器内置有三个选择性开关,用于将充电器选择性的连通恒流电压基准V11、恒压电压基准V22及浮充电压基准V33,根据所述第一设定值及所述第二设定值选择性的接通其中一个开关。
本申请通过补偿充电器的参考电压实现蓄电池的温度补偿设计。首先将温度传感器(埋置于蓄电池内部或粘贴在电池表面)检测的信号通过温度检测电路转换为电压信号(设定反关系,即温度越高,输出电压越低);其次在每个充电模式下通过补偿电路进行基准电压的温度补偿设计,得到基准电压V11/V22/V33;然后充电器根据蓄电池当前所处的充电模式,控制S1/S2/S3其中一个开关闭合,得到具有温度补偿的Vref,将Vref作为充电器的参考电压,调节充电器的输出电压,实现蓄电池的温度补偿。
在一些可选实施方式中,设定所述恒压电压基准V22沿与蓄电池温度呈第一负相关关系变化包括:
基于温度检测电路将蓄电池的温度采样信号转换为电压值V1,蓄电池温度越高,电压值V1越低,当所述电压值V1降至低于恒压给定电压V1T1时,表示所述蓄电池温度大于第一温度阈值T1;
通过温度补偿电路将电压值V1转换为恒压电压基准V22,以使得充电器基于所述恒压电压基准V22输出的充电电压在恒压模式温度补偿曲线范围内;
控制所述充电器按照所述恒压电压基准V22进行输出。
在一些可选实施方式中,设定所述浮充电压基准V33沿与蓄电池温度呈第二负相关关系变化包括:
基于温度检测电路将蓄电池的温度采样信号转换为电压值V2,蓄电池温度越高,电压值V2越低,当所述电压值V2降至低于恒压给定电压V2T2时,表示所述蓄电池温度大于第二温度阈值T2;
通过温度补偿电路将电压值V2转换为浮充电压基准V33,以使得充电器基于所述浮充电压基准V33输出的充电电压在浮充模式温度补偿曲线范围内;
控制所述充电器按照所述浮充电压基准V33进行输出
如图2所示,在恒流模式下,充电器以某一恒定电流(结合蓄电池的充电效率和实际温度确定)对蓄电池进行充电,蓄电池电压逐渐上升,直到达到某一电压,蓄电池进入恒压充电模式。恒流模式充电属于常规设计,充电器控制闭合S1,断开S2和S3,得到Vref=V11作为充电器的参考电压(该模式下V11始终是一个固定值),充电器输出恒定电流。
在恒压模式下,首先温度传感器检测电池温度,通过温度检测电路将温度采样信号转换为电压值V1;其次根据蓄电池的温度补偿曲线进行电压补偿得到电压基准V22;然后充电器控制闭合开关S2,断开S1和S3,得到V22=Vref作为充电器的参考电压;最后通过调节充电器的输出电压,实现对蓄电池的温度补偿。
恒压模式温度补偿电路设计思想为,在蓄电池温度T1时,设计温度检测电路输出V1T1,将V1T1作为恒压给定电压值。当蓄电池温度<T1时(即V1>V1T1),由于电源系统电压限制和充电电压过高对蓄电池寿命的影响,充电器以恒定的“恒压限制电压”对蓄电池充电,设计温度补偿电路输出V22为恒定电压值;当T1<蓄电池温度<T3时(即V1<V1T1),温度补偿电路按照恒压模式下的温度补偿曲线进行补偿设计,输出补偿后的恒压模式电压基准V22(随温度变化而变化);当蓄电池温度>T3时,充电器停止对蓄电池充电,恒压模式电压基准V22=0。充电器控制闭合S2,断开S1和S3,得到Vref=V22作为充电器的参考电压,调节充电器输出电压,实现蓄电池温度补偿。
浮充模式的温度补偿设计思想与恒压模式相同,在蓄电池温度T2时,温度检测电路输出V2T2,将V2T2作为浮充给定电压值;当蓄电池温度<T2时(即V2>V2T2),由于电源系统电压限制和充电电压过高对蓄电池寿命的影响,充电器以恒定的“浮充限制电压”对蓄电池充电,设计温度补偿电路输出基准电压V33为恒定电压值;当T2<蓄电池温度<T3时(即V2<V2T2),温度补偿电路按照浮充模式下的温度补偿曲线进行补偿设计,输出补偿后的浮充模式电压基准V33(随温度变化而变化);当蓄电池温度>T3时,充电器停止对蓄电池充电,恒压模式电压基准V33=0。然后充电器控制S3闭合,断开S1和S2,得到Vref=V33作为充电器的参考电压,最后通过调节充电器的输出电压,实现该模式下蓄电池的温度补偿。充电器控制S3闭合,S1和S2断开,得到V33=Vref作为充电器的参考电压,调节充电器输出电压,实现蓄电池温度补偿。
本申请主要针对铅酸、镍镉等传统电池的三段式充电模式,同时也可应用在任意两段式充电模式或单一恒压充电模式,具有通用性。
基于三段式充电的温度补偿设计,能够在整个充电过程中根据不同温度补偿曲线,全自动实现对蓄电池的温度补偿,自动控制蓄电池充电速率,防止蓄电池过热,能够延长蓄电池的使用寿命,提高蓄电池的可靠性,满足适航对蓄电池的安全设计要求。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述,但在本申请基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本申请要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,其特征在于,包括:
步骤S1、将V11作为恒流电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第一阶段充电,至所述蓄电池反馈的充电电压上升至第一设定值;
步骤S2、将V22作为恒压电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第二阶段充电,至所述蓄电池反馈的充电电流降至第二设定值,所述恒压电压基准V22具有随蓄电池温度发生变化的第一相关函数,在所述第一相关函数中,当蓄电池温度低于第一温度阈值T1时,恒压电压基准V22为预设的第一电压,当蓄电池温度在第一温度阈值T1与第三温度阈值T3之间时,设定所述恒压电压基准V22沿与蓄电池温度呈第一负相关关系变化,当蓄电池温度超过第三温度阈值T3时,所述恒压电压基准V22设定为0;
步骤S3、将V33作为浮充电压基准调节充电器输出电压,对蓄电池进行第三阶段充电,所述浮充电压基准V33具有随蓄电池温度发生变化的第二相关函数,在所述第二相关函数中,当蓄电池温度低于第二温度阈值T2时,浮充电压基准V33为预设的第二电压,当蓄电池温度在第二温度阈值T2与第三温度阈值T3之间时,设定所述浮充电压基准V33沿与蓄电池温度呈第二负相关关系变化,当蓄电池温度超过第三温度阈值T3时,所述浮充电压基准V33设定为0。
2.如权利要求1所述的具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,其特征在于,通过设定在蓄电池上的温度传感器反馈蓄电池温度。
3.如权利要求2所述的具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,其特征在于,所述温度传感器埋置于蓄电池内部或粘贴在电池表面。
4.如权利要求1所述的具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,其特征在于,所述充电器内置有三个选择性开关,用于将充电器选择性的连通恒流电压基准V11、恒压电压基准V22及浮充电压基准V33,根据所述第一设定值及所述第二设定值选择性的接通其中一个开关。
5.如权利要求1所述的具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,其特征在于,设定所述恒压电压基准V22沿与蓄电池温度呈第一负相关关系变化包括:
基于温度检测电路将蓄电池的温度采样信号转换为电压值V1,蓄电池温度越高,电压值V1越低,当所述电压值V1降至低于恒压给定电压V1T1时,表示所述蓄电池温度大于第一温度阈值T1;
通过温度补偿电路将电压值V1转换为恒压电压基准V22,以使得充电器基于所述恒压电压基准V22输出的充电电压在恒压模式温度补偿曲线范围内;
控制所述充电器按照所述恒压电压基准V22进行输出。
6.如权利要求1所述的具有温度补偿的航空蓄电池充电器三段式充电方法,其特征在于,设定所述浮充电压基准V33沿与蓄电池温度呈第二负相关关系变化包括:
基于温度检测电路将蓄电池的温度采样信号转换为电压值V2,蓄电池温度越高,电压值V2越低,当所述电压值V2降至低于恒压给定电压V2T2时,表示所述蓄电池温度大于第二温度阈值T2;
通过温度补偿电路将电压值V2转换为浮充电压基准V33,以使得充电器基于所述浮充电压基准V33输出的充电电压在浮充模式温度补偿曲线范围内;
控制所述充电器按照所述浮充电压基准V33进行输出。
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CN116435634A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-14 | 深圳市泰昂能源科技股份有限公司 | 基于蓄电池温度状态监控及管理系统 |
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2022
- 2022-09-30 CN CN202211214863.XA patent/CN115472937A/zh active Pending
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CN116435634A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-14 | 深圳市泰昂能源科技股份有限公司 | 基于蓄电池温度状态监控及管理系统 |
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