CN202513632U - 一种双环路高可靠的充电控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双环路高可靠的充电控制装置，包括依次串接的直流输入单元、DC/DC变换器、蓄电池组，还包括硬件闭环反馈电路、电池电压采样电路、环境温度采样电路、MCU/DSP控制单元、数字DA闭环反馈电路、PWM发生器。该充电控制装置采用双环路的闭环反馈电路，对蓄电池组的充电电压进行实时闭环反馈，具有较高的充电电压精度，有效地控制充电电压均浮充转换，且具有温度补偿、过充保护，保护蓄电池组，延长蓄电池寿命，以及高可靠性的特点。

Description

一种双环路高可靠的充电控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种双环路高可靠的充电控制装置，特别是涉及一种能有效地控制充电电压均浮充转换，且具有温度补偿、过充保护；另外在软件环路或硬件环路单一失效时系统还可以正常工作，确保充电电路不失效，最大限度地保护电池，确保用户系统的可靠运行。

背景技术

UPS（不间断电源）之所以能够在断电后，继续为计算机、基站等设备供电，就是因为它的里面有一种储存电能的装置在起作用，这种储能的装置就是蓄电池。其主要功能是：(1)当市电正常时，将电能转换成化学能储存在蓄电池内部。(2)当市电故障时，将蓄电池的化学能转换成电能提供给逆变器或负载。

UPS蓄电池的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性程度，而蓄电池在整个UPS系统中是平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。如果用户能够正确使用和维护蓄电池，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会显著缩短。通常造成蓄电池(标称电压为12 V)异常寿命终了主要原因有：(1)电池充电不足，当电池开路电压在12.60～12.80 V以下，充电电压设置异常，或电压表显示有误，导致经常充电不足，引起损坏；(2)电池充电过量，电池过充电（一般指长期超过14.2 V）电池内部水分解严重，导致电池内阻偏大，开路电压偏高，电池重量减少；(3)浮充充电电流异常，长时间浮充充电电流超过1‰CA；(4)环境温度较高，电池离发热源过近，导致热吸收过高，环境温度每升高8摄氏度时，电池的寿命会降低一半，电压补偿就是，当环境温度发生改变时，控制器会根据温度改变的具体值改变停充电压。具体的改变规律是，环境温度每升高一摄氏度，控制器的停充电压值就降3 mV。同样的，当环境温度降低一摄氏度，控制器的停充电压就升高3 mV。因此，有效地控制电池均浮充转换，温度补偿以及过充保护对电池的寿命延长起到很重要的作用。

现有的一种电池充电控制装置，是基于恒流充电法的充电控制装置，该装置是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方式，来保持充电电流强度不变。该结构的充电方式开始阶段电流过小，在充电后期的电流过大，由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此造成了对极板冲击大，能耗高，效率低等缺点。

现有的另一种电池充电控制装置，是基于恒压充电法的充电控制装置，该装置使得充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。该结构的充电方式电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。

现有的另一种电池充电控制装置，是基于阶段充电法的充电控制装置，该装置是采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方式。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。该结构的充电方式主要是靠模拟电路实现，电路比较复杂，精度比较低。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种数字化的充电控制装置，能够有效地控制充电电压均浮充转换，具有温度补偿、过充保护；以及系统在软件或硬件单一失效时还可以正常工作，能够保护电池从而延长电池寿命，也可确保客户用电系统的可靠运行。

本实用新型解决技术问题，是采用如下方案：

一种双环路高可靠的充电控制装置，包括直流输入单元、DC/DC变换器、蓄电池组、硬件闭环反馈电路、电池电压采样电路、环境温度采样电路、MCU/DSP控制单元、数字DA闭环反馈电路、PWM发生器，所述直流输入单元、DC/DC变换器、蓄电池组依次串接，所述电池电压采样电路的输入端接至蓄电池组的正、负极，环境温度采样电路的输入端接至蓄电池组的外部，电池电压采样电路和环境温度采样电路的输出端分别接至MCU/DSP控制单元，MCU/DSP控制单元的输出端接至数字DA闭环反馈电路，数字DA闭环反馈电路的输出端接至PWM发生器，蓄电池组的正、负极接至硬件闭环反馈电路，硬件闭环反馈电路的输出端接至PWM发生器，PWM发生器的输出端接至DC/DC变换器。

在一实施例中，硬件闭环反馈电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第一三端可调分流基准源，所述第一电阻的一端接至蓄电池组的正极，第一电阻的另一端分别接至第二电阻的一端、第一电容的一端、第三电阻的一端、第一三端可调分流基准源的参考端，第二电阻的另一端分别接至蓄电池组的负极、第一三端可调分流基准源的阳极，第一电容的另一端接至第四电阻的一端，第四电阻的另一端分别接至第一三端可调分流基准源的阴极、第三电阻的另一端、PWM发生器且作为硬件闭环反馈电路的输出端。

在一实施例中，数字DA闭环反馈电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第二电容、第三电容、第二三端可调分流基准源，所述第五电阻的一端接至MCU/DSP控制单元的输出端且作为数字DA闭环反馈电路的输入端，第五电阻的另一端接至运算放大器的正输入端，运算放大器的负输入端分别接至第二电容的一端、第六电阻的一端、第七电阻的一端，运算放大器的输出端分别接至第六电阻的另一端、第二电容的另一端、第八电阻的一端，第八电阻的另一端分别接至第三电容的一端、第十电阻的一端、第九电阻的一端、第二三端可调分流基准源的参考端，第七电阻的另一端分别接至蓄电池的负极、第九电阻的另一端、第二三端可调分流基准源的阳极，第三电容的另一端接至第十一电阻的一端，第十一电阻的另一端分别接至第十电阻的另一端、第二三端可调分流基准源的阴极、PWM发生器且作为数字DA闭环反馈电路的输出端。

在一实施例中，第一三端可调分流基准源、第二三端可调分流基准源可选用TL431芯片或TL432芯片。

与现有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

(1) 对蓄电池组的充电电压进行实时闭环反馈，提高充电电压的控制精度，有效地控制充电电压均浮充转换，且具有温度补偿、过充保护，能够保护电池从而延长电池寿命；

(2) 当系统中的数DA闭环反馈电路或硬件闭环反馈电路单一失效时，蓄电池组的充电电压仍可以保持在正常的电压范围内，不会因MCU/DSP控制单元的失效或硬件闭环反馈电路的失效导致电池损坏，提高充电系统的可靠性。

(3) 有效地保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命，确保客户用电系统的可靠运行。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型的闭环反馈模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

本实用新型，如附图1所示，一种双环路高可靠的充电控制装置，包括直流输入单元1、DC/DC变换器2、蓄电池组3、硬件闭环反馈电路4、电池电压采样电路5、环境温度采样电路6、MCU/DSP控制单元7、数字DA闭环反馈电路8、PWM发生器9，所述直流输入单元1、DC/DC变换器2、蓄电池组3依次串接，所述电池电压采样电路5的输入端接至蓄电池组3的正、负极，环境温度采样电路6的输入端接至蓄电池组3的外部，电池电压采样电路5和环境温度采样电路6的输出端分别接至MCU/DSP控制单元7，MCU/DSP控制单元7的输出端接至数字DA闭环反馈电路8，数字DA闭环反馈电路8的输出端接至PWM发生器9，蓄电池组3的正、负极接至硬件闭环反馈电路4，硬件闭环反馈电路4的输出端接至PWM发生器9，PWM发生器9的输出端接至DC/DC变换器2。

在本实施例中，如附图2所示，硬件闭环反馈电路4包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第一三端可调分流基准源IC1，所述第一电阻R1的一端接至蓄电池组3的正极BAT+，第一电阻R1的另一端分别接至第二电阻R2的一端、第一电容C1的一端、第三电阻R3的一端、第一三端可调分流基准源IC1的参考端，第二电阻R2的另一端分别接至蓄电池组3的负极BAT-、第一三端可调分流基准源IC1的阳极，第一电容C1的另一端接至第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端分别接至第一三端可调分流基准源IC1的阴极、第三电阻R3的另一端、PWM发生器9且作为硬件闭环反馈电路4的输出端。

在本实施例中，数字DA闭环反馈电路8包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第二电容C2、第三电容C3、第二三端可调分流基准源IC2，所述第五电阻R5的一端接至MCU/DSP控制单元7的输出端且作为数字DA闭环反馈电路8的输入端，第五电阻R5的另一端接至运算放大器IC3的正输入端，运算放大器IC3的负输入端分别接至第二电容C2的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端，运算放大器IC3的输出端分别接至第六电阻R6的另一端、第二电容C2的另一端、第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端分别接至第三电容C3的一端、第十电阻R10的一端、第九电阻R9的一端、第二三端可调分流基准源IC2的参考端，第七电阻R7的另一端分别接至蓄电池3的负极BAT-、第九电阻R9的另一端、第二三端可调分流基准源IC2的阳极，第三电容C3的另一端接至第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端分别接至第十电阻R10的另一端、第二三端可调分流基准源IC2的阴极、PWM发生器9且作为数字DA闭环反馈电路8的输出端。

在本实施例中，第一三端可调分流基准源IC1、第二三端可调分流基准源IC2可选用TL431芯片或TL432芯片。

本实用新型的一种双环路高可靠的充电控制装置，其具体工作原理如下：

环境温度采样电路6实时监测蓄电池组3的环境温度，电池电压采样电路5实时监测蓄电池组3的充电电压，MCU/DSP控制单元7根据电池电压采样电路5、环境温度采样电路6发送的数据进行分析处理，计算当前温度下理想的均充电压以及浮充电压，MCU/DSP控制单元7的DA信号输出经数字DA闭环反馈电路8接至PWM发生器9，控制输出PWM占空比信号用以驱动DC/DC变换器2输出电压以对蓄电池组3进行充电。

当数字DA闭环反馈电路8反馈作用未失效时，DC/DC变换器2输出电压为Vo。当DC/DC变换器2对蓄电池组进行均充限流时，数字DA闭环反馈电路8以开环方式进行工作，由硬件闭环反馈电路4对蓄电池组3的进行限流充电；当蓄电池组4的充电电压达到均充电压时，MCU/DSP控制单元7通过调整数字DA闭环反馈电路8的DA反馈输出量，使得充电电压稳定于均充电压点，稳定一定时间后MCU/DSP控制单元7调整DA反馈输出量使得系统转浮充充电，使得蓄电池组3依据蓄电池的特性进行限流均充以及限流浮充，并带有环境温度补偿，最大限度地保护蓄电池，延长蓄电池的寿命。

当数字DA闭环反馈电路8反馈作用失效时，硬件闭环反馈电路4才起作用，由其反馈作用后，DC/DC变换器2输出的充电电压为V1，此电压V1一般控制在数字DA闭环反馈电路8调整最高电压V0+⊿V，即V1〉V0。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种数字化的充电控制装置不局限于实施例。

Claims (5)

1.一种双环路高可靠的充电控制装置，包括直流输入单元、DC/DC变换器、蓄电池组、硬件闭环反馈电路、电池电压采样电路、环境温度采样电路、MCU/DSP控制单元、数字DA闭环反馈电路、PWM发生器，其特征在于：所述直流输入单元、DC/DC变换器、蓄电池组依次串接，所述电池电压采样电路的输入端接至蓄电池组的正、负极，环境温度采样电路的输入端接至蓄电池组的外部，电池电压采样电路和环境温度采样电路的输出端分别接至MCU/DSP控制单元，MCU/DSP控制单元的输出端接至数字DA闭环反馈电路，数字DA闭环反馈电路的输出端接至PWM发生器，蓄电池组的正、负极接至硬件闭环反馈电路，硬件闭环反馈电路的输出端接至PWM发生器，PWM发生器的输出端接至DC/DC变换器。

2.根据权利要求1所述一种双环路高可靠的充电控制装置，其特征在于：所述硬件闭环反馈电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第一三端可调分流基准源，所述第一电阻的一端接至蓄电池组的正极，第一电阻的另一端分别接至第二电阻的一端、第一电容的一端、第三电阻的一端、第一三端可调分流基准源的参考端，第二电阻的另一端分别接至蓄电池组的负极、第一三端可调分流基准源的阳极，第一电容的另一端接至第四电阻的一端，第四电阻的另一端分别接至第一三端可调分流基准源的阴极、第三电阻的另一端、PWM发生器且作为硬件闭环反馈电路的输出端。

3.根据权利要求2所述一种双环路高可靠的充电控制装置，其特征在于：所述的第一三端可调分流基准源为TL431芯片或TL432芯片。

4.根据权利要求1所述一种双环路高可靠的充电控制装置，其特征在于：所述数字DA闭环反馈电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第二电容、第三电容、第二三端可调分流基准源，所述第五电阻的一端接至MCU/DSP控制单元的输出端且作为数字DA闭环反馈电路的输入端，第五电阻的另一端接至运算放大器的正输入端，运算放大器的负输入端分别接至第二电容的一端、第六电阻的一端、第七电阻的一端，运算放大器的输出端分别接至第六电阻的另一端、第二电容的另一端、第八电阻的一端，第八电阻的另一端分别接至第三电容的一端、第十电阻的一端、第九电阻的一端、第二三端可调分流基准源的参考端，第七电阻的另一端分别接至蓄电池的负极、第九电阻的另一端、第二三端可调分流基准源的阳极，第三电容的另一端接至第十一电阻的一端，第十一电阻的另一端分别接至第十电阻的另一端、第二三端可调分流基准源的阴极、PWM发生器且作为数字DA闭环反馈电路的输出端。

5.根据权利要求4所述一种双环路高可靠的充电控制装置，其特征在于：所述第二三端可调分流基准源为TL431芯片或TL432芯片。

Images