CN204597592U - 一种智能化锂电池车载充电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化锂电池车载充电机，包括：启动单元、测量单元、计算单元、控制单元和输出单元，其特征在于：所述启动单元包括软启动电路、整流滤波电路、功率因数补偿电路、谐振转换电路和辅助电源电路；所述测量单元包括荷电状态检测电路、电压电流采样电路和温度采集电路；所述计算单元包括微处理器、LCD显示屏；所述控制单元包括PWM控制器和按键输入电路；所述输出单元包括整流滤波电路和输出防反接电路。所述充电系统采用反馈控制系统，可有效地避免充电过程中过流、过压及过热现象，同时微处理器根据电池厂家提供的电池参数，给定即时充电电压和电流，实现最优化的充电方案，充电均衡性好，有利于延长电池的使用寿命。

Description

一种智能化锂电池车载充电机

技术领域

[0001] 本实用新型涉及充电管理技术领域，尤其涉及一种智能化锂电池车载充电机。

背景技术

[0002] 锂电池自发明以来，具有单体工作电压高、体积小、质量轻、能量密度高、循环使用寿命长、自放电电流小、无记忆效应、无污染和性价比高等优点。近年来，随着锂电池的应用领域不断扩大，产量也在快速发展，并成为21世纪具有重要意义的高新技术产品。由于锂电池的放电曲线很平坦，可以在电池的整个放电期间内产生稳定的功率，因此，锂电池成为车用动力电池的首选。但随着电动汽车续航能力的不断扩张，锂电池电容量被尽量做大；同时锂电池的缺点也非常明显，那就是比较“娇气”，对温度、电流和电压都有严格要求，因此不同种类和容量的锂电池往往需要不同的充电机进行匹配，如果蓄电池的充电机匹配不好会出现过充、过热等不安全现象，从而影响蓄电池的正常使用并缩短蓄电池寿命，稍不小心，还有可能导致电池受损、报废，甚至燃烧、爆炸等危险，造成生命财产的严重损失。

实用新型内容

[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能化锂电池车载充电机，所述充电机能够快速、稳定的为不同类型和不同容量的锂电池充电，具有功能强大，充电效率高等特点。

[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:

[0005] 一种智能化锂电池车载充电机，包括:

[0006]启动单元，用于保证充电安全，提高充电效率；

[0007] 测量单元，用于检测锂电池的参数；

[0008] 计算单元，用于根据所述参数计算所述锂电池的充电电流；

[0009] 控制单元，用于控制充电机按照计算的充电电流对锂电池充电；以及

[0010] 输出单元，用于整流滤波及防反接保护，其特征在于:所述启动单元包括软启动电路、整流滤波电路、功率因数补偿电路、谐振转换电路和辅助电源电路；所述测量单元包括荷电状态检测电路、电压电流采样电路和温度采集电路；所述计算单元包括微处理器、LCD显示屏；所述控制单元包括PWM控制器和按键输入电路；所述输出单元包括整流滤波电路和输出防反接电路。

[0011] 优选的，所述软启动电路的输入端与外部电源AC220V相接，所述软启动电路的输出端与整流滤波电路的输入端连接，整流滤波电路的输出端与功率因数补偿电路的输入端连接，同时和辅助电源电路的输入端连接，功率因数补偿电路的输出端与谐振转换电路的输入端连接，谐振转换电路的输出端与输出单元的整流滤波电路的输入端相连接。

[0012] 优选的，所述荷电状态检测电路、电压电流采样电路和温度采集电路分别与充电蓄电池组相连接，同时分别与微处理器进行双向连接。

[0013] 优选的，所述微处理器分别与IXD显示屏和PWM控制器双向连接，所述IXD显示屏同时与按键输入电路进行双向连接，同时按键输入电路与PWM控制器相连接。

[0014] 优选的，所述输出单元的整流滤波电路的输入端分别与PWM控制器和输出防反接电路相连接，所述输出防反接电路与充电蓄电池组相连接。

[0015] 优选的，所述辅助电源电路分别与所述辅助电源电路与微处理器、LCD显示屏、功率因数补偿电路、PWM控制器和按键输入电路相连接。

[0016] 优选的，所述按键输入电路选用4*4矩阵键盘，通过按键可切换到充电电压、充电电流、充电时间等参数设定。

[0017] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:

[0018] 1、充电机采用先进的软启动电路，开关损耗小，效率高，同时采用有源功率因数补偿技术，功率因数高达0.99，而谐振转换电路可提高电能转换效率，保证充电时间短，同时可有效减少谐波对电网的污染。

[0019] 2、采用按键输入模式，提升充电机的输出电压、电流调节范围宽度，可满足不同类型蓄电池组端电压的充电要求，通过LCD显示屏实时显示充电电流和电压，能为不同类型的蓄电池及容量不同的蓄电池充电。

[0020] 3、整个充电系统为反馈控制系统，微处理器通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测整个充电过程，有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，充电均衡性好，有利于延长电池的使用寿命。

附图说明

[0021] 图1为本实用新型的结构示意图

[0022] 图2为EMC整流滤波及软启动电路图

[0023] 图3为功率因素补偿电路图

[0024] 图4为谐振转换电路图

[0025] 附图中:1、启动单元；2、测量单元；3、计算单元；4、控制单元；5、输出单元；6、充电锂电池组；11、软启动电路；12、整流滤波电路；13、功率因数补偿电路；14、谐振转换电路；15、辅助电源电路；21、荷电状态检测电路；22、电压电流采样电路；23、温度采集电路；31、微处理器；32、IXD显示屏；41、PWM控制器；42、按键输入电路；51、整流滤波电路；52、输出防反接电路

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

[0027] 如图1所示，一种智能化锂电池车载充电机，包括:启动单元(I)、测量单元⑵、计算单元(3)、控制单元(4)和输出单元(5)，

[0028] 所述启动单元⑴包括软启动电路(11)、整流滤波电路(12)、功率因数补偿电路

(13)、谐振转换电路(14)和辅助电源电路(15)，主要用于保证充电安全，提高充电效率；

[0029] 所述测量单元⑵包括荷电状态检测电路(21)、电压电流采样电路(22)和温度采集电路(23)，主要用于检测锂电池的参数；

[0030] 所述计算单元(3)包括微处理器(31)和IXD显示屏(32)，所述微处理器(31)选用WOLFSON系列WM8770单片机，该型微处理器价格较低，功能强大。

[0031] 所述微处理器(31)包括四个计算模块，主要根据测量单元(2)所测量的参数计算所述锂电池的充电电流，前三个模块分别用于计算温度补偿系数Kt、荷电状态补偿系数Kh和电流补偿系数Kd，第四计算模块用于根据温度补偿系数Kt、荷电状态补偿系数Kh、电流补偿系数Kd以及锂电池的额定容量Qr和锂电池的倍率系数Kc，来确定锂电池的充电电流，具体是按照公式I = KcQrKtKhKd计算锂电池的充电电流，其中锂电池的额定容量Qr和锂电池的倍率系数Kc可以通过查询锂电池的出厂参数得知，并通过按键输入电路输入并进行保存；所述微处理器(31)可根据蓄电池(6)实时检测的电压、电流等参数，将充放电参数送LCD显示屏(32)显示，通过快速充电的数学模型得到实时的充、放电控制指令，从而控制PWM控制器(41)进行充电输出和放电回路的放电，达到快速充电的目的。

[0032] 所述控制单元(4)包括P丽控制器(41)和按键输入电路(42)，主要用于控制充电机按照计算的充电电流对锂电池充电。

[0033] 其线路连接方式包括:软启动电路(11)的输入端与外接电源相连接，软启动电路

(11)的输出端与整流滤波电路(12)的输入端连接，整流滤波电路(12)的输出端与功率因数补偿电路(13)的输入端连接，同时和辅助电源电路(15)的输入端连接，功率因数补偿电路(13)的输出端与谐振转换电路(14)的输入端连接，辅助电源电路(15)的输出端与微处理器(31)、IXD显示屏(32)、功率因数补偿电路(13)和PWM控制器(41)及按键输入电路

(42)等连接；谐振转换电路(14)的输出端与输出单元(5)的整流滤波电路(51)相连接，所述整流滤波电路(51)主要对PWM控制器(41)进行参数反馈，所述整流滤波电路(51)还与输出防反接电路(52)相连接，通过整流滤波电路(51)和输出防反接电路(52)对充电蓄电池组(6)进行保护；同时PWM控制器(41)与微处理器(31)进行双向连接，并与按键输入电路(42)的输出端相连接，通过PWM控制器(41)的控制来为待充电的蓄电池组(6)充电；

[0034] 所述辅助电源电路(32)与整流滤波电路(12)、微处理器(31)和IXD显示屏(32)相连接，由辅助电源电路(32)对微处理器(31)和LCD显示屏(32)进行供电，所述荷电状态检测电路(21)、电压电流采样电路(22)和温度采集电路(23)分别与微处理器(31)进行双向连接，通过微处理器(31)对充电过程进行监控和保护，实现充电机的充电智能化。

[0035] 下面对各部分电路进行简单介绍:

[0036] 整流滤波电路(12):所述整流滤波电路(12)主要是为了提升充电机电磁抗干扰能力，主要包括:充电机在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值和充电机对所在环境中存在的电磁干扰具备的抗扰度，我们采用桥式电路并联电容器的方式来实现电路的整流和滤波，具体电路见图2。

[0037] 功率因数补偿电路(13):所述功率因数补偿电路(13)主要是为了提高用电设备的利用率，减少线路的功率损失，节约电能，提升电力系统的电气运行环境，具体电路图如图3所示。

[0038] 谐振转换电路(14):所述谐振转换电路(14)可以采用串联谐振转换电路，通过该电路，可以提升充电电路的电流值，实现快速充电，电路图如图4所示。

[0039] 按键输入电路(42):所述按键输入电路(42)选用4*4矩阵键盘，通过按键可切换到充电电压、充电电流、充电时间等参数设定。

[0040] IXD显示屏(32):所述IXD显示屏用于充电电压、充电电流、电池温度、充电完成情况及充电时间等界面的显示。

[0041] 辅助电源电路(15):所述辅助电源电路(15)主要是将整流后的直流电压转换成24V，并给微处理器(31)和LCD显示屏(32)供电。

[0042] 在工作时，可事先对微处理器(31)进行设置，通过微处理器(31)可以分别设置单电池的电压值，由于微处理器(31)可接收到待充电蓄电池组(5)各单体电池的电压信号，故在充电过程中，微处理器(31)会通过预设值与各单体电池的电压情况进行分析对比，当单节电池的电压值达到微处理器(31)事先设定的预设值时，微处理器(31)发出控制指令至PWM控制器(41)，通过控制PWM控制器(41)从而停止为单节电池进行充电。当然，在整个充电过程中，因为充电器、电池、线路电压等各种因素导致单体电池充电结束时间不一致，但由于PWM控制器(41)可以直接对单体电池的充电过程进行控制，故在充电过程中，当第I节单电池的电压达到了微处理器(31)的设定值后，只对该已完成充电的单电池进行断电，不影响其他单体电池的充电；当第2节单电池的电压达到了微处理器(31)的设定值后，同样也只对该已完成充电的单电池进行断电，以此类推，不再赘述，从而达到所有单电池间不存在压差。

[0043] 尽管上文对本实用新型的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能化锂电池车载充电机，包括: 启动单元(I)，用于保证充电安全，提高充电效率； 测量单元(2)，用于检测锂电池的参数； 计算单元(3)，用于根据所述参数计算所述锂电池的充电电流； 控制单元(4)，用于控制充电机按照计算的充电电流对锂电池充电；以及 输出单元(5)，用于整流滤波及防反接保护，其特征在于:所述启动单元(I)包括软启动电路(11)、整流滤波电路(12)、功率因数补偿电路(13)、谐振转换电路(14)和辅助电源电路(15);所述测量单元(2)包括荷电状态检测电路(21)、电压电流采样电路(22)和温度采集电路(23);所述计算单元(3)包括微处理器(31)、LCD显示屏(32);所述控制单元(4)包括PWM控制器(41)和按键输入电路(42);所述输出单元(5)包括整流滤波电路(51)和输出防反接电路(52)。

2.根据权利要求1所述的一种智能化锂电池车载充电机，其特征在于:所述软启动电路(11)的输入端与外部电源AC220V相接，所述软启动电路(11)的输出端与整流滤波电路(12)的输入端连接，整流滤波电路(12)的输出端与功率因数补偿电路(13)的输入端连接，同时和辅助电源电路(15)的输入端连接，功率因数补偿电路(13)的输出端与谐振转换电路(14)的输入端连接，谐振转换电路(14)的输出端与输出单元(5)的整流滤波电路(51)的输入端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能化锂电池车载充电机，其特征在于:所述荷电状态检测电路(21)、电压电流采样电路(22)和温度采集电路(23)分别与充电蓄电池组(6)相连接，同时分别与微处理器(31)进行双向连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能化锂电池车载充电机，其特征在于:所述微处理器(31)分别与LCD显示屏(32)和PWM控制器(41)双向连接，所述LCD显示屏(32)同时与按键输入电路(42)进行双向连接，同时按键输入电路(42)与PWM控制器(41)相连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能化锂电池车载充电机，其特征在于:所述输出单元(5)的整流滤波电路(51)的输入端分别与PWM控制器(41)和输出防反接电路(52)相连接，所述输出防反接电路(52)与充电蓄电池组(6)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能化锂电池车载充电机，其特征在于:所述辅助电源电路(15)分别与微处理器(31)、LCD显示屏(32)、功率因数补偿电路(13)、PWM控制器(41)和按键输入电路(42)相连接。

7.根据权利要求4所述的一种智能化锂电池车载充电机，其特征在于:所述按键输入电路(42)选用4*4矩阵键盘，通过按键可切换到充电电压、充电电流、充电时间等参数设定。