CN205029404U - 一种后备锂电池的在线充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种后备锂电池的在线充电装置，它包括充电控制电路，该充电控制电路包括DC/DC电源变压器隔离变换电路、PWM电源转换控制电路、电流采样信号放大电路和微电脑智能监控电路；该充电控制电路可以实现后备锂电池满充电压/在线维持电压的分段充电电压控制和后备锂电池分阶段充电电流大小控制。这种后备锂电池的在线充电装置，可以达到长期给锂电池在线充电而不影响电池寿命的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种充电装置，尤其涉及一种后备锂电池的在线充电装置。
背景技术
随着锂电池生产技术的成熟，锂电池的价格已经下降到合理的范围，很多需要后备供电的设备也由原来的铅酸电池改为锂电池以减小体积，延长备用时间。当设备的交流电供电情况良好时，该设备后备锂电池的使用概率就很低，因此后备锂电池长期处于一种只充电不放电的状态，又由于锂电池充电技术的特殊性，使得目前的电池充电技术无法保证后备锂电池在长时间连接电源充电的情况下的正常使用寿命。比如根据使用经验反馈，目前公安部天网的后备锂电池使用寿命约为一年，比锂电池正常使用寿命短了数倍之多，这一情况大大的增加了电池的使用成本和系统维护成本。
用于后备供电的锂电池，通常长期处于充电状态以避免电量不足，这就是在线充电的概念。当锂电池已经充满后还反复进行充电，就会造成锂电池过充和极化现象，大大缩短了电池本身的循环寿命；另外锂电池虽然支持大电流快速充电，但是锂电池在完全放电或者过放电后，电子高浓度聚集在电极上，此时锂电池内阻很大，直接用大电流充电就会造成电极发热膨胀，甚至电池损坏，直接影响了电池的寿命。
在实际应用中，单节锂电池电压低，设备使用的高电压后备锂电池多为多节串联的锂电池组。现有技术中，锂电池组设有保护板，保护板可以确保锂电池组在充满后电池电压不超过保护电压，当电池电压超过保护电压时会切断充电输入，当电池电压低于保护电压时会恢复充电输入继续对锂电池组充电，当电池电压又高于保护电压时再次切断充电输入，这种充电状况会一直反复，导致后备锂电池组在没有放电的情况下被反复充电，直接缩短了电池的寿命。
实用新型内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种后备锂电池的在线充电装置，可以达到长期给锂电池在线充电而不影响电池寿命的效果。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
一种后备锂电池的在线充电装置，连接于交流电源和后备锂电池之间，包括交流/直流电源转换电路，其特征在于，还包括充电控制电路，所述交流/直流电源转换电路的输入端接交流电源，所述充电控制电路的输入端与交流/直流电源转换电路的输出端连接，所述充电控制电路的输出端与后备锂电池连接。
所述后备锂电池可以为单节锂电池或者多节串联的锂电池组。
所述充电控制电路包括DC/DC电源变压器隔离变换电路、PWM电源转换控制电路、电流采样信号放大电路和微电脑智能监控电路；DC/DC电源变压器隔离变换电路，从PWM电源转换控制电路接收控制信号，输出采样信号到电流采样信号放大电路；PWM电源转换控制电路，从电流采样信号放大电路接收放大的信号，从微电脑智能监控电路接收控制信号，输出控制信号到DC/DC电源变压器隔离变换电路，输出采样信号到微电脑智能监控电路；电流采样信号放大电路，从DC/DC电源变压器隔离变换电路接收采样信号，从微电脑智能监控电路接收控制信号，从微电脑智能监控电路接收切换信号，输出放大的信号到PWM电源转换控制电路，输出采样信号到微电脑智能监控电路；微电脑智能监控电路，从PWM电源转换控制电路接收采样信号，从电流采样信号放大电路接收采样信号，输出控制信号到PWM电源转换控制电路，输出控制信号到电流采样信号放大电路，输出切换信号到电流采样信号放大电路。
所述充电控制电路通过微电脑智能监控电路进行高低电压调节实现满充电压/在线维持电压的切换。
电池自放电是指电池在开路静置过程中电压下降的现象，在磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元材料电极中，锂电池自放电现象是不可避免的。但相对于其他类型电池来说，锂电池的自放电很小，且引起的容量损失大部分都可以恢复的。通常，锂电池在室温条件下的月自放电率为3%-6%。
经研究发现，锂电池一旦接通负载开始放电，电池电压会很快跌落到一个初始电压，然后再缓慢下降，并且绝大部分放电器件维持一个差异不大的电压平台。如一节锂电池充满时电压达到4.2V，当接通负载开始放电时，其初始放电电压很快跌落到4V左右，并从4V开始跟随时间同步下降。
从以上两点锂电池的特性，我们可以得知，当锂电池充满后，将在线维持电压降低到满充电压和起始放电电压之间的一个合理值，那么因为在线维持电压低于电池充满的电压，就可以避免反复给已经充满的电池充电；同时因为在线维持电压又高于电池放电的起始电压，就可以防止电池因为漏电流或者自放电而损失电量。
通过研究和实验发现，实际使用中需要对不同的锂电池设置不同的在线维持电压，对单节锂电池在线充电，在线维持电压设置为97.5%的满充电压，比如单节满充为4.2V的锂电池，维持电压就设置为4.1V左右；对多节串联的锂电池组充电，在线维持电压设定为96.5%的满充电压，比如满充为8.4V的锂电池组，则在线维持电压为8.1V；满充为12.6V的锂电池组，则在线维持电压为12.15V左右。
按照以上研究设计的一种后备锂电池的在线充电装置，充电控制电路可以实现锂电池满充电压/在线维持电压的分段充电电压控制。充电控制电路首先采样后备锂电池的电压，如果电池电压在安全充电范围内，则开始以电池本身的满充电压要求的参数输出充电，电池充满后维持一定的涓流充电时间确保电池完全充满，然后将输出电压切换到在线维持电压值，则可以实现长期给锂电池在线充电而不影响电池的寿命。
此外，锂电池的充电控制是通过充电控制电路内的微电脑智能监控电路进行控制的，充电控制电路还可以实现锂电池分阶段充电电流大小控制。当整个装置上电后，如果采样发现锂电池电压低于安全充电范围，则先通过小电流对锂电池进行预充电，等电池电压恢复到安全充电范围内，再输出设定的最大电流对锂电池进行快速充电，从而保护了锂电池的寿命。
本实用新型的有益效果在于，使用按照以上研究技术设计的后备锂电池的在线充电装置，可以让电池的寿命完全达到电池本身的设计寿命，按照每7天完全放电一次的模拟使用情况，在循环150次模拟实际运行3年的测试后，电池的容量下降不超过17%，大大延长了此类后备锂电池的实际寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例设备供电和后备锂电池在线充电系统。
图2是本实用新型实施例充电控制电路的结构框图。
图3是本实用新型实施例充电控制电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例
请参见图1，本实施例提供了一种实际设计的设备的供电和后备锂电池组在线充电的系统，它包括：
交流/直流电源转换电路，该电路将市电220V或380V交流电通过交流/直流电源转换电路输出一路可供用电设备使用的电压和一路可供后备锂电池组充电使用的电压。
请参见图2充电控制电路，包括DC/DC电源变压器隔离变换电路、PWM电源转换控制电路、电流采样信号放大电路和微电脑智能监控电路；DC/DC电源变压器隔离变换电路，从PWM电源转换控制电路接收控制信号，输出采样信号到电流采样信号放大电路；PWM电源转换控制电路，从电流采样信号放大电路接收放大的信号，从微电脑智能监控电路接收控制信号，输出控制信号到DC/DC电源变压器隔离变换电路，输出采样信号到微电脑智能监控电路；电流采样信号放大电路，从DC/DC电源变压器隔离变换电路接收采样信号，从微电脑智能监控电路接收控制信号，从微电脑智能监控电路接收切换信号，输出放大的信号到PWM电源转换控制电路，输出采样信号到微电脑智能监控电路；微电脑智能监控电路，从PWM电源转换控制电路接收采样信号，从电流采样信号放大电路接收采样信号，输出控制信号到PWM电源转换控制电路，输出控制信号到电流采样信号放大电路，输出切换信号到电流采样信号放大电路。
后备锂电池组的输出端通过防反向输出电路与用电设备连接。
请参见图3充电控制电路的电路图，该电路可以实时检测后备锂电池组的电压状态和电流状态；实现锂电池组满充电压/在线维持电压的分段充电电压控制；实现锂电池组分阶段充电电流大小控制。
Claims (5)
1.一种后备锂电池的在线充电装置，连接于交流电源和后备锂电池之间，包括交流/直流电源转换电路，其特征在于，还包括充电控制电路，所述交流/直流电源转换电路的输入端接交流电源，所述充电控制电路的输入端与交流/直流电源转换电路的输出端连接，所述充电控制电路的输出端与后备锂电池连接。
2.根据权利要求1所述的一种后备锂电池的在线充电装置，其特征在于，所述后备锂电池可以为单节锂电池或者多节串联的锂电池组。
3.根据权利要求1所述的一种后备锂电池的在线充电装置，其特征在于，所述充电控制电路包括DC/DC电源变压器隔离变换电路、PWM电源转换控制电路、电流采样信号放大电路和微电脑智能监控电路；DC/DC电源变压器隔离变换电路，从PWM电源转换控制电路接收控制信号，输出采样信号到电流采样信号放大电路；PWM电源转换控制电路，从电流采样信号放大电路接收放大的信号，从微电脑智能监控电路接收控制信号，输出控制信号到DC/DC电源变压器隔离变换电路，输出采样信号到微电脑智能监控电路；电流采样信号放大电路，从DC/DC电源变压器隔离变换电路接收采样信号，从微电脑智能监控电路接收控制信号，从微电脑智能监控电路接收切换信号，输出放大的信号到PWM电源转换控制电路，输出采样信号到微电脑智能监控电路；微电脑智能监控电路，从PWM电源转换控制电路接收采样信号，从电流采样信号放大电路接收采样信号，输出控制信号到PWM电源转换控制电路，输出控制信号到电流采样信号放大电路，输出切换信号到电流采样信号放大电路。
4.根据权利要求3所述的一种后备锂电池的在线充电装置，其特征在于，所述充电控制电路通过微电脑智能监控电路进行高低电压调节实现满充电压/在线维持电压的切换。
5.根据权利要求4所述的一种后备锂电池的在线充电装置，其特征在于，所述的在线维持电压，对单节锂电池，采用97.5%的满充电压作为在线维持电压；对多节串联的锂电池组，采用96.5%的满充电压作为在线维持电压。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113541231A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-10-22 | 利天万世新能源有限公司 | 通讯基站锂电池系统充电控制系统及其方法 |
| CN113985300A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 星恒电源股份有限公司 | 一种锂离子电池包自放电测试方法及系统 |
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