CN210183080U - 一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，包括连接的EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、LLC功率变换电路、充放电管理电路和防反接/防倒灌电路；还包括ARM主控制器、辅助电源、报警单元、LCD显示单元、PC上位机、状态指示灯、串口通信模块、以太网通信模块、前级电流检测电路、前级电压检测电路、后级电压检测电路、后级电流检测电路和温度检测电路；该充电系统使充电电流更好的逼近马斯最佳充电电流，有效防止了铅酸蓄电池充电过程中出现的过充、欠充、析气失水、硫酸盐化、热失控问题，提高了充电效率和充电质量，延长了蓄电池的使用寿命，提高了功率因数，减小了无功功率，改善了供电质量。

Description

一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统

技术领域

本实用新型涉及电学技术领域，具体是一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统。

背景技术

由于能源危机的出现和环境污染问题的日益严重，越来越多的人们开始将目光投向作为清洁能源的电能领域。铅酸蓄电池以其具有价格低廉、电压波动小、供电可靠等特点，而且铅酸蓄电池具有无泄漏、无污染、无需维护、性价比高、大容量、安全可靠和原材料丰富等优点，使其得到了越来越广泛的应用。近年来，各行各业对铅酸蓄电池的需求量大增，如应用在自动牵引车、电动车和不间断电源 (Uninterruptible Power System, UPS)等方面，铅酸蓄电池给通信行业提供了运行保障，促进了电动汽车等产业的蓬勃发展。但充电方式的不合理造成了铅酸蓄电池的容量下降，缩短了铅酸蓄电池的服役寿命，使得蓄电池过早的报废，严重的浪费了资源，而且还造成了环境的污染；蓄电池在传统充电模式下都存在过充、超调量大等问题，致使其使用效率不高和寿命短。随着蓄电池使用量提高，寻求一种具有高效、安全、可靠的充电方法显得极为重要，这将对节约能源和抑制环境污染等问题具有很重大的意义，因此，极大地加速了人们对智能充电装置不断深入研究。

铅酸蓄电池有很多充电方式，如恒压充电、恒流充电等。在恒压充电模式下，充电初期采用大电流充电，这样容易造成蓄电池的极化，严重的话会变成电解液，使其内部温度出现升高，同时压力也增大，析气现象严重，使得蓄电池损坏。所以，在这种情况下，人们又考虑采用恒流充电方式对蓄电池充电，当检测到蓄电池快要充满时，主充电电路被切断，改为用蓄流电感对其进行小电流充电。恒流充电的不足之处在于对蓄电池进行长期大电流充电，充电将要结束的一段时间会发生大的析气现象，蓄电池内部的电解液得到的能量增加，出现沸腾，既消耗了电能，又造成电极板上的活性物质发生较严重的脱落，损坏蓄电池。由于上述原因，在实际的充电过程中往往选择分段式对蓄电池进行充电，即：先采用恒流式充电，再采用恒压式充电，伴随着充电的持续进行充电电流会慢慢变小，从而有效地缓解了电解液的沸腾，减少了电能的浪费，保护了蓄电池不被“充坏”。

传统充电器基本都是按照“安倍小时规则”设计的，以电流与时间的积分来表征的蓄电池的容量，所以往往没有按照以美国科学家J.A.Mas 为首的团队提出的最佳充电曲线进行充电，而且设计的充电器质量和效率都不高，没能有效地动态调整充电过程中的充电电流值。据统计传统的充电器一般的转换效率仅有60%，即便是最好的充电器也只有70%左右。

铅酸蓄电池的充电系统是一个比较复杂的系统，而且充电系统具有离散性大和非线性等特点，所以很难建立它的精确数学模型。近年国内外专家、学者尝试对蓄电池的充电过程建立数学模型，以便展开相关的研究，但是很不理想，有些误差大，有些过于复杂，应用的效果不好。近年来，模糊神经网络控制技术越来越成熟，而且已在工业生产过程中得到了广泛应用。它本身属于非线性控制，它无需建立被控对象的精确数学模型，模糊神经网络系统是由神经网络和模糊控制相结合构成。其中模糊控制器采用模糊推理规则，模仿人类在不确定性环境下的决策行为，但要从经验中产生规则且修改控制决策的自学习功能较为薄弱，而神经网络的引入为模糊控制器提供了一种良好的学习功能，为模糊控制系统增强学习修正功能。这里正是利用了模糊神经网络系统的特点，运用于对蓄电池电流接受力的预测，将充电器智能化，以此来提高其充电效率和质量，延长它的使用寿命，而且大大地节约了能源，减少了不必要的环境污染。在目前提倡节约和环保的社会中，它的研究具有现实意义。

现有铅酸蓄电池充电技术综述及存在的问题分析：

（1）恒流充电法：恒流充电是指蓄电池充电时，采用分段恒流的方法进行充电,并且该电流是用调整充电装置来达到的。此充电方法的主要特点是具有较大的适应性，可以任意选择和调整充电电流。因此可以对各种不同情况及状态的蓄电池充电，特别适用于小电流长时间充电的模式。对由多数电池串联的电池组充电，有利于容量恢复较慢的蓄电池的充电。该充电方法的主要缺点是开始阶段的充电电流过小，在充电后期充电电流又过大，所以整个充电过程时间长、析出气体多、对极板的冲击大、能耗高、效率低，且整个充电过程必须有专人看管。所以，目前只有对蓄电池进行初充电或需要长时间小电流充电以消除硫化时才使用。

（2）恒压充电法：恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。其主要特点为充电初期电流相当大，蓄电池电动势和电解液相对密度上升较快，随着充电的延续,充电电流逐渐减小，在充电终期只有很小的电流通过这种充电方法较之恒流充电，充电时间短、能耗低，一般充电一后蓄电池即可获得本身容量的如果充电电压选择得当，即可完成整个充电过程，且整个充电过程不需人照管，所以广泛应用于补充充电。其主要缺点为由于充电初始电流过大，对放电深度过大的蓄电池充电时，会引起初期充电电流急骤上升，易造成被充蓄电池过流及充电设备损坏等情况。充电过程中，由于不能调整充电电流的大小，因此不适用于蓄电池的初充电和去硫充电由于充电过程中对蓄电池端电压的变化很难补偿，所以对容量恢复较慢的蓄电池的完全充电很难完成，不适宜串联数量多的蓄电池组充电。这种方法充电应注意正确选择充电电压。若充电电压过高，会引起充电初期充电电流过大，严重时会引起板极弯曲、活性物质大量脱落以及蓄电池充电不足，导致容量降低、寿命缩短。

（3）恒压限流充电法：恒压限流充电是通过在恒压电源与蓄电池之间串联功率电阻，来实现自动调节充电电流的效果，避免了在恒压充电前期电流过大的弊端。当充电初期电流过大时，功率电阻上的电压降也随之增大，从而减小了蓄电池充电电压。当蓄电池进入充电后期时，电池电动势较大，使得充电电流维持在较小数值。既而，恒压限流在充电过程中，充电电流随时间逐渐减小。该方法目前被广泛应用于VRLA蓄电池的初始充电和普通电池的补充充电。恒压限流充电的优点是可以有效防止过充电，缺点是充电时间长以及由于电路中存在发热器件--功率电阻，降低了充电系统的效率。

（4）三段式充电法：通过对恒压、恒流充电方法的改进，出现了三段式充电方法。三段式充电就是充电过程经历三个阶段：恒流充电段—恒压充电段一涓流充电段。首先对蓄电池进行恒流充电，当蓄电池端电压达到预先设定值时充电系统转成恒压充电，在恒压充电过程中，充电电流逐步减小，当充电电流减小至某一值时转成涓流充电。三段式充电是目前应用最广泛的充电方法之一，虽然三段式充电方法较恒压充电、恒流充电有所改进，但此充电方法仍属于机械式充电，存在充电时间长、过充电等问题。

（5）脉冲充电法：脉冲充电是指在充电过程中，使充电器的输出电流周期性的变化。此充电方式是一种比较新且较为成熟的充电技术，也是当前运用比较多的充电方式。通常的脉冲充电是采用正脉冲的充电方式，这种充电方式在一定程度上了缓解电池极化现象和析气现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，该充电系统实现了智能、快速、高效、微损充电，延长了蓄电池的使用寿命。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，包括依次连接的EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、LLC功率变换电路、充放电管理电路和防反接/防倒灌电路；还包括ARM主控制器、辅助电源、报警单元、LCD显示单元、PC上位机、状态指示灯、串口通信模块、以太网通信模块、前级电流检测电路、前级电压检测电路、后级电压检测电路、后级电流检测电路和温度检测电路；ARM主控制器分别与辅助电源、串口通信模块、以太网通信模块、状态指示灯、LCD显示单元、报警单元、第一驱动电路、第二驱动电路、前级电压检测电路、前级电流检测电路、后级电压检测电路、后级电流检测电路和温度检测电路连接；ARM主控制器通过串口通信模块与PC上位机连接；

所述的LLC功率变换电路的输出端分别与前级电压检测电路、前级电流检测电路、充放电管理电路的输入端连接；

所述的第一驱动电路、第二驱动电路，输出端与充放电管理电路连接。；

所述的防反接/防倒灌电路的输出端与待充电的蓄电池连接；

所述的温度检测电路分两路与ARM控制器连接，一路温度传感器置于待充电蓄电池的表面；另一路温度传感器置于充电系统内部；

所述的充放电管理电路，包括双向同步整流BUCK-BOOST电路和间歇正负脉冲发生电路；LLC功率变换电路的输出端与双向同步整流BUCK-BOOST电路和辅助电源的输入端连接，双向同步整流BUCK-BOOST电路的输出端连接间歇正负脉冲发生电路的输入端；第一驱动电路的信号输出端与双向同步整流BUCK-BOOST电路输入端连接；第二驱动电路的信号输出端与间歇正负脉冲发生电路输入端连接；间歇正负脉冲发生电路的输出端分别与后级电压检测电路、后级电流检测电路连接和防反接/防倒灌电路的输入端连接。

所述的EMI滤波电路，用于滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰。

所述的整流滤波电路，用于把高压交流电变成脉动的直流电，并输送给下一级电路。

所述的功率因数校正电路（PFC），用于提高充电系统的功率因数，减小无功电流，减小线路损耗，改善电网供电质量。

所述的LLC功率变换电路，用于把高压脉动直流电变成后级蓄电池充放电管理主电路所需要的直流电。

所述的双向同步整流BUCK-BOOST电路，由同步BUCK电路和同步BOOST电路串联而成。

所述的间歇正负脉冲发生电路，由ARM处理器控制其产生充电过程所需的间歇正负脉冲信号，对蓄电池进行间歇正负脉冲充电，防止电池硫化。

所述的ARM主控制器，用于整个充电系统的信号采集处理及显示、充放电控制、通讯、充电算法等功能的实现。

所述的第一驱动电路、第二驱动电路，利用ARM主控制器的高分辨率脉宽调制（HRPWM）模块产生占空比可调的PWM信号，通过专用驱动芯片驱动充放电主电路中MOS管交替导通、关断，进而控制充放电的电压电流值。

所述的PC上位机，用于监控充电系统的运行状态，显示充电系统的状态信息（如正常、报警、故障等）和充电参数。

所述的辅助电源，用于为整个控制系统供电。

所述的前级电压检测电路，用于检测单端LLC功率变换电路的输出电压，并将检测值送给ARM处理器控制单元进行分析判断，当输出电压超过阈值或低于阈值时，控制充放电管理电路进入过压或欠压保护。

所述的前级电流检测电路，用于检测流过LLC功率变换电路的电流，并将检测值送给ARM处理器控制单元进行分析判断，当流过LLC功率变换电路的输出电流超过限值时，ARM处理器将封锁LLC功率变换电路，防止电路过流；

所述的后级电压检测电路，用于检测蓄电池组两端的电压值，并将检测值送给ARM处理器控制单元进行判断。判断电池是否可充电以及当前蓄电池组电压下充电电流的控制。

所述的后级电流检测电路，用于检测蓄电池组的充电电流，将检测值送入ARM处理器控制电路进行分析判断，进而控制充电电路输出最佳的充电电流。

所述的温度检测电路，用于检测充电过程中充电系统外部环境温度和蓄电池表面的温度，并将检测信号通过模数转换器转换为数字信号传递给ARM处理器，ARM处理器根据环境温度以及蓄电池温度的变化，及时调整充电的电压和电流，做到夏天不过充，冬天不欠充以及防止蓄电池“热失控”。

所述的LCD显示单元，主要用于显示电池电压、充电电压、充电电流、温度、充电时间等信息。

所述的状态指示灯，用于指示充放电的状态，充电时红灯常亮，充电发生故障时，红灯闪烁，充电结束时，绿灯亮。

所述的报警单元，用于当充电系统发生故障时，系统开启蜂鸣报警。

所述的串口通信模块，用于与PC上位机连接通信，在线调试并显示充电参数信息。

所述的以太网通信模块，实现服务器与充电系统的双向通信，一方面用来向服务器或客户端发送充电参数和状态信息；另一方面，用来实现对充电系统的远程控制。

所述的防反接/防倒灌电路，用于防止当蓄电池的正负极与充电系统正负输出端接反，从而导致充电系统短路烧毁；防倒灌电路是为了防止当蓄电池电动势高于充电系统电动势时，蓄电池的电流反向流入充电器，造成电路损坏。

有益效果：本实用新型提供的一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，由于铅酸蓄电池的充电是一个复杂的过程，具有非线性、多变量、不确定性等特点，提出利用模糊神经网络PID控制算法间歇正负脉冲充电的充电方法，同时通过设计合理、高效、安全的充电电路对铅酸蓄电池进行充电控制，使其充电电流逼近马斯最佳可接受电流，同时，在充电过程中加入间歇正负脉冲充电过程，采取正脉冲充电、间歇停充、负脉冲瞬时尖峰放电、间歇停放、再进行正脉冲充电的四阶段循环充电模式，各阶段时间经过专家经验、实验数据、神经网络训练等综合确定，从而提高了蓄电池的充电效率和充电质量，有效去除了电池硫化，延长了电池的使用寿命。此充电策略可以弥补传统充电技术所带来的过充、欠充、析气等多种缺点，实现智能、快速、高效、微损充电，延长蓄电池使用寿命。充电电路开关电源部分采用PFC-LLC设计，提高了系统的功率因数、减少了无功功率、改善了电网的供电质量。

附图说明

图1是一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统电路原理框图；

图2是整流滤波电路和功率因数校正电路的原理图；

图3是LLC功率变换电路原理图；

图4是双向同步整流BUCK-BOOST电路原理图；

图5是间歇正负脉冲发生电路原理图

图6是间歇正负脉冲充电示意图；

图7是模糊神经网络PID控制器结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。

如图1所示，一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，包括依次连接的EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、LLC功率变换电路、充放电管理电路和防反接/防倒灌电路；还包括ARM主控制器、辅助电源、报警单元、LCD显示单元、PC上位机、状态指示灯、串口通信模块、以太网通信模块、前级电流检测电路、前级电压检测电路、后级电压检测电路、后级电流检测电路和温度检测电路；ARM主控制器分别与辅助电源、串口通信模块、以太网通信模块、状态指示灯、LCD显示单元、报警单元、第一驱动电路、第二驱动电路、前级电压检测电路、前级电流检测电路、后级电压检测电路、后级电流检测电路和温度检测电路连接；ARM主控制器通过串口通信模块与PC上位机连接；

所述的LLC功率变换电路的输出端分别与前级电压检测电路、前级电流检测电路、充放电管理电路的输入端连接；

所述的第一驱动电路、第二驱动电路，输出端分别与充放电管理电路连接；

所述的防反接/防倒灌电路的输出端与待充电的蓄电池连接，待充电的蓄电还与温度检测电路连接。

所述的充放电管理电路，包括双向同步整流BUCK-BOOST电路、间歇正负脉冲发生电路；LLC功率变换电路的输出端与双向同步整流BUCK-BOOST电路和辅助电源的输入端连接，双向同步整流BUCK-BOOST电路的输出端连接间歇正负脉冲发生电路的输入端；第一驱动电路的信号输出端与双向同步整流BUCK-BOOST电路输入端连接；第二驱动电路的信号输出端与间歇正负脉冲发生电路输入端连接；间歇正负脉冲发生电路的输出端分别与后级电压检测电路、后级电流检测电路连接和防反接/防倒灌电路的输入端连接。

所述的EMI滤波电路，用于滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰。

如图2所示，所述的整流滤波电路，用于把高压交流电变成脉动的直流电，并输送给下一级电路。

所述的功率因数校正电路，该电路用于提高充电系统的功率因数，减小无功电流，减小线路损耗，改善电网供电质量。

如图3所示，所述的LLC功率变换电路，用于把高压脉动直流电变成后级蓄电池充放电管理主电路所需要的输入直流电；LLC转换器可以在宽负载范围内实现零电压开关，能够在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出，同时开关频率变化相对很小；采用频率控制，通过ARM处理器输出PWM信号，使上下管的占空比都为50%；减小次级同步整流MOSFET的电压应力，可以采用更低的电压MOSFET从而减少成本；无需输出电感，可以进一步降低系统成本；采用更低电压的同步整流MOSFET, 可以进一步提升效率。

如图4所示，所述的双向同步整流BUCK-BOOST电路，由同步BUCK电路和同步BOOST电路级串联而成，相对于同步BUCK电路或同步BOOST 电路，双向同步整流BUCK-BOOST电路在同一方向上实现了升降压功能，而不是在一个方向上只能实现升压或降压功能，该电路中Q4和Q5是一对互补导通MOS管，Q6和Q7是一对互导通MOS管。双向同步整流BUCK-BOOST电路根据输入输出的电压关系将电路工作状态分为降压区、升压区和降压-升压区；当输出电压显著小于输入电压时，电路工作在降压区，此时Q4和Q5互补导通，Q6常关，Q7常通，电路等效于同步BUCK电路；当输出电压显著大于输入电压时，电路工作在升压区，等效于同步BOOST电路。当输出电压和输入电压接近时，电路工作在降压-升压区，即在一个周期内一段时间按降压方式工作，一段时间按升压方式工作。本设计输出电压、电流由ARM处理器通过控制MOS管Q4，Q5，Q6以及Q7的通断来调整。具体是电压、电流检测电路对输入电压电流及输出电压电流值的检测，利用模糊神经网络PID算法计算电池当前最佳的充电电流，然后ARM处理器通过产生一定占空比的PWM的信号来控制双向同步整流BUCK-BOOST电路中MOS管的导通截止，进而实时控制充电电流的大小，使充电电流最优化。

如图5所示，所述的间歇正负脉冲发生电路，包括电容C6、开关MOS管Q8、二极管D4、开关MOS管Q9、二极管D5、滤波电感L3、电解电容C7及蓄电池；间歇正负脉冲的充电方式的实现方法是：正脉冲充电10分钟→间歇停充1分钟→负脉冲放电2秒钟→间歇停充1分钟→正脉冲充电10分钟，如此循环，直至电池充满电，其中间歇正负脉冲各阶段时间根据电池参数的不同自由设置。充电示意图如图6所示。

当蓄电池处于正向充电时，ARM处理器控制MOS管Q9处于关断状态，同时控制MOS管Q8周期性快速导通关断，产生正脉冲，并通过由MOS管Q8、电感L3和续流二极管D5以及电容C6组成的电路对蓄电池进行正脉冲充电；间歇停充时，ARM处理器封锁PWM输出信号，关断MOS管Q8和Q9；在负脉冲放电期间，ARM处理器首先给LLC功率变换电路驱动芯片和正向充电控制MOS管Q8输出PWM封锁信号，将LLC功率变换电路的开关MOS管以及正向充电控制MOS管关断，其目的是当铅酸蓄电池放电时，防止LLC变换电路继续向蓄电池充放电管理主电路传输电能，同时，控制MOS管Q9瞬间导通，由MOS管Q9、电感L3、二极管D4以及C6组成的电路，在很短的时间内以尖脉冲的形式对蓄电池进行放电，减轻蓄电池的极化现象。同时，与传统的放电回路相比，这种负脉冲的形式可使充电系统的体积大大减小。当蓄电池去极化放电结束后，转入正向脉冲充电模式，由于蓄电池去极化时放电的部分能量储存在电容C6内，提高了电容两端的电压，因此电容C6将所储存的电能量释放给蓄电池，当电容C6的电压低于一定数值，整流电路开始工作，供电电源通过充电装置对蓄电池进行充电。

所述的ARM主控制器，用于整个充电系统的信号采集处理、充放电控制、通讯、充电算法等功能的实现。

所述的第一驱动电路、第二驱动电路，利用ARM主控制器的高分辨率脉宽调制（HRPWM）模块产生占空比可调的PWM信号，通过专用驱动芯片驱动充放电主电路中MOS管导通关断，进而控制充放电的电压电流值。

所述的PC上位机，用于监控充电系统的运行状态，显示充电系统的状态信息（如正常、报警、故障等）和充电参数。

所述的辅助电源，用于为整个控制系统供电。

所述的前级电压检测电路，用于检测单端LLC功率变换电路的输出电压，并将检测值送给ARM处理器控制单元进行分析判断，当输出电压超过阈值或低于阈值时进入过压或欠压保护。

所述的前级电流检测电路，用于检测流过LLC功率变换电路中MOS管的电流，并将检测值送给ARM处理器控制单元进行分析判断，当流过LLC功率变换电路中MOS管的电流超过限值，ARM处理器将封锁MOS管，防止电路过流；

所述的后级电压检测电路，用于检测蓄电池组两端的电压值，并将检测值送给ARM处理器控制单元进行判断。判断电池是否可充电以及当前蓄电池组电压下充电电流的控制。

所述的后级电流检测电路，用于检测蓄电池组的充电电流，将检测值送入ARM处理器控制电路进行分析判断，进而控制充电电路输出最佳的充电电流。

所述的温度检测电路，用于检测充电过程中充电系统外部环境温度和蓄电池表面的温度，并将检测信号通过模数转换器转换为数字信号传递给ARM处理器，ARM处理器根据环境温度以及蓄电池温度的变化，及时调整充电的电压和电流，做到夏天不过充，冬天不欠充以及防止蓄电池“热失控”。

所述的LCD显示单元，主要用于显示电池电压、充电电压、充电电流、温度、充电时间等信息。

所述的状态指示灯，用于指示充放电的状态，充电时红灯常亮，充电发生故障时，红灯闪烁，充电结束时，绿灯亮。

所述的报警单元，用于当充电系统发生故障时，开启蜂鸣报警。

所述的串口通信模块，用于与上位机连接通信，在线调试并显示充电参数信息。

所述的以太网通信模块，实现服务器或客户端与充电系统的双向通信。一方面用来向服务器或客户端发送充电参数和状态信息；另一方面，用来实现对充电系统的远程控制。

所述的防反接/防倒灌电路，用于防止当蓄电池的正负极与充电系统正负输出端接反，从而导致充电系统短路烧毁；防倒灌电路是为了防止当蓄电池电动势高于充电系统电动势时，蓄电池的电流反向流入充电器，造成电路损坏。

采用该充电系统，向蓄电池充电时，220VAC依次经过EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、LLC功率变换电路后一路输出接充放电管理电路的输入端，另一路接辅助电源；ARM主控制器作为充放电管理电路的核心，一方面，通过对前、后级电压、电流的检测和分析，运用模糊神经网络PID算法计算出蓄电池充电所需的最佳充电电流，如图7所示，并通过输出一定占空比的PWM信号到LLC变换电路的驱动芯片来实现；另一方面，在蓄电池放电去极化给LLC变换电路的MOS管驱动控制器发送PWM封锁信号，使其停止电能输出，同时控制间歇正负脉冲发生电路的MOS管，产生充放电所需的间歇正负脉冲。蓄电池充电时，Q8导通、Q9断开，快速恢复二极管D5用于充电续流；放电时，Q8断开、Q9导通，快速恢复二极管D4用于放电续流；前级电压检测电路和前级电流检测电路，与ARM处理器一起用于调控LLC功率变换电路的输出电压，使之符合后级蓄电池充放电管理电路所需要的直流输入电压；同理，后级电压检测电路和后级电流检测电路，与ARM处理器一起用于调控蓄电池充放电管理主电路，使之符合蓄电池组的充放电电压和电流的要求，防止对蓄电池过充或者过放电。

充电的电压电流大小，由ARM处理器输出占空比受控的PWM信号控制，ARM处理器根据后级电压、电流检测电路以及温度检测电路的检测值，再经过模糊神经PID控制算法的在线参数计算，输出相应占空比的PWM信号，进而控制充电电压和充电电流，实现最佳电流充电，使充电电流曲线逼近马斯最佳充电曲线；

外界环境温度是影响蓄电池充电效果的一个重要因素，外界环境温度过低或者过高，都会导致电池欠充或者过充电，本系统在充电算法中设置有补偿充电功能，根据外界环境温度情况，及时调整充电电压和充电电流，以达到不同温度条件下均能达到使蓄电池充满电的状态；

ARM处理器内运行有模糊神经PID控制算法和间歇正负脉冲充电的充电程序。充电系统根据马斯定律，基于本设计的智能控制策略实时调整充电电流，使充电电流逼近马斯最佳充电电流，同时通过间歇正负脉冲发生电路对铅酸蓄电池进行间歇正负脉冲充电，实现充电—停充—放电—停放—充电的循环充电模式，这种充电模式，使得蓄电池在充电过程减少了析气和硫化现象，提高了蓄电池的充电电流可接受能力，提高了充电效率，延长了电池寿命。

Claims (3)

1.一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，其特征在于，包括依次连接的EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路（PFC）、LLC功率变换电路、充放电管理电路和防反接/防倒灌电路；还包括ARM主控制器、辅助电源、报警单元、LCD显示单元、PC上位机、状态指示灯、串口通信模块、以太网通信模块、前级电流检测电路、前级电压检测电路、后级电压检测电路、后级电流检测电路和温度检测电路；ARM主控制器分别与辅助电源、串口通信模块、以太网通信模块、状态指示灯、LCD显示单元、报警单元、第一驱动电路、第二驱动电路、前级电压检测电路、前级电流检测电路、后级电压检测电路、后级电流检测电路和温度检测电路连接；ARM主控制器还通过串口通信模块与PC上位机连接；

所述的LLC功率变换电路的输出端分别与前级电压检测电路、前级电流检测电路、充放电管理电路的输入端连接；

所述的第一驱动电路、第二驱动电路，输出端分别与充放电管理电路连接；

所述的防反接/防倒灌电路的输出端与待充电的蓄电池连接，待充电的蓄电还与温度检测电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，其特征在于，所述的充放电管理电路，包括双向同步整流BUCK-BOOST电路、间歇正负脉冲发生电路；LLC功率变换电路的输出端与双向同步整流BUCK-BOOST电路和辅助电源的输入端连接，双向同步整流BUCK-BOOST电路的输出端连接间歇正负脉冲发生电路的输入端；第一驱动电路的信号输出端与双向同步整流BUCK-BOOST电路输入端连接；第二驱动电路的信号输出端与间歇正负脉冲发生电路输入端连接；间歇正负脉冲发生电路的输出端分别与后级电压检测电路、后级电流检测电路连接和防反接/防倒灌电路的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能控制技术的铅酸蓄电池充电系统，其特征在于，所述的双向同步整流BUCK-BOOST电路，由同步BUCK电路和同步BOOST电路串联而成。

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