CN2888717Y

CN2888717Y - 节能型二次电池快速充电装置

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Publication number: CN2888717Y
Application number: CN 200620024037
Authority: CN
Inventors: 杨建华; 高润普
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2016-04-07

Abstract

本实用新型涉及二次电池充电装置，具体地说是一种采用正、负脉冲组合式快速充电技术的节能型二次电池快速充电装置，本装置包括电压检测部件、电流检测部件、放电开关部件、充电开关部件、控制部件、电力供应部件，DC－DC变换部件、储能电容，该DC－DC变换部件串联在由放电开关部件、电流检测部件和二次电池构成的放电回路中，该储能电容并联在该电力供应部件的输出端。本装置可以解决正、负脉冲组合式快速充电过程中耗能和设备发热的技术问题，通过微处理器程序控制，建立二次电池的技术档案，并且使本装置具有充电、修复的双重功能，同时采用放电能量回馈技术实现节能。

Description

节能型二次电池快速充电装置

技术领域：

本实用新型涉及二次电池充电装置，具体地说是一种采用正、负脉冲组合式快速充电技术的节能型二次电池快速充电装置。

背景技术：

二次电池是指可反复充电使用的电池。在二次电池快速充电过程中，因充电电流较大，内部会产生氢气和氧气，当气体不能被及时吸收时，便堆积在极板周围，使电池内部的压力加大，温度上升，同时缩小了极板面积，表现为电池内阻上升，这种现象称为二次电池的极化。二次电池充电过程中的极化现象极大的限制了电池的充电速度。

为了加快充电速度，有效地消除二次电池充电过程中所产生的极化现象，目前普遍采用正、负脉冲组合式快速充电技术。

正、负脉冲组合式快速充电技术是在一个或几个正向充电脉冲后，进行一次反向瞬间放电过程(如图1a、1b、1c、1d所示)，这个放电过程称为负脉冲。在现有技术中，用于电池放电的负脉冲通过电阻性负载转化成热能散发到周围空间，电池的容量越大，消耗的电能越多，要求电阻性负载的功率越大，所以散发的热量也越多，对环境的影响越大。在二次电池充电过程中，热能是无用的，即浪费了电能、影响了环境，又加大了设备体积和成本，影响了该项技术的推广应用。

发明内容：

本实用新型的发明目的在于提供一种采用正、负脉冲组合式快速充电技术的节能型二次电池快速充电装置，它可以解决正、负脉冲组合式快速充电过程中耗能和设备发热的技术问题，通过微处理器程序控制，建立二次电池的技术档案，并且使该装置具有充电、修复的双重功能，同时采用放电能量回馈技术实现节能。

实现上述发明目的的技术方案是：该节能型二次电池快速充电装置包括电压检测部件、电流检测部件、放电开关部件、充电开关部件、控制部件、电力供应部件，DC-DC变换部件、储能电容，该DC-DC变换部件串联在由放电开关部件、电流检测部件和二次电池构成的放电回路中，该储能电容并联在该电力供应部件的输出端。

由本装置实现的二次电池快速充电的方法步骤如下：

充电步骤，用于对二次电池的充电，同时二次电池放电时存储在储能电容的电能反馈给电池；

放电和电能储能步骤，用于消除二次电池的极化现象和放电能量储能；

电量计算步骤，用于对二次电池的充、放电能量计量；

控制步骤，用于控制充、放电步骤，其中当电量计算步骤达到标定充、放电量时，控制步骤停止充、放电操作。

其中所述放电和电能储能步骤在每个充电步骤之后，也可在几个充电步骤之后，或在每个充电步骤之后的间歇之后，或在几个充电步骤之后的间歇之后。

本装置与已知的采用正、负脉冲组合式快速充电技术的充电装置相比，其积极效果通过下述试验说明可知：

以普通电动三轮车48V100AH电瓶充电为例，快速充电1小时充满，耗电为5KWH，去极化放电按1/10计算为0.5KWH，总耗能约5.5KWH。采用本装置的放电能量回馈技术，经实测回馈电能利用率可达85％以上，对48V100AH电瓶充电，实际耗电5KWH[(0.6+0.9)10/2](1+0.15)＝38.0625KWH，节能3KWH。已经发生硫化的铅酸电瓶具体表现为容量下降，修复硫化的电瓶要经过数次充、放电过程才能完成。仍以48V100AH电瓶为例，其容量由60％恢复到90％，10次充、放电完成，平均耗能：5.5KWH(0.6+0.9)×10/2＝41.25KWH，采用放电能量回馈技术，实际平均耗能为：5KWH+(0.5*(1-0.85))＝5.075KWH，具有明显的节能效果。

设二次电池容量为C，在正、负脉冲组合式快速充电技术中，采用本装置的放电电能回馈技术，可节省电能：0.85C/10＝0.085C。

本装置的第一充电阶段实质上是对二次电池的修复过程，具有恢复二次电池容量的作用。

附图说明：

图1为本实用新型充电过程中的一种充、放电波形图。

图2为本实用新型充电过程中的第二种充、放电波形图。

图3为本实用新型充电过程中的第三种充、放电波形图。

图4为本实用新型充电过程中的第四种充、放电波形图。

图5为本实用新型的结构框图。

图6为本实用新型的控制软件流程图。

图7为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式：

以下结合附图及实施例详述本实用新型。

本实施例给出的节能型二次电池快速充电装置1如图5所示，它由用于提供电池充电电力的正极(+)端子3和负极(-)端子4、用于检测电池电压的电压检测部件5、用于检测电池充、放电电流的电流检测部件6、用于电池放电的放电开关部件7、DC-DC变换部件8、用于电池充电的充电开关部件9、用于储能的电容10、用于本装置控制的控制部件11、电力供应部件12、直流DC输入正极(+)端子13和DC输入负极(-)端子14组成。

二次电池充电装置1和二次电池2在正极端子3、负极端子4处进行连接，并可自由拆卸。直流DC输入正极(+)端子13和DC输入负极(-)端子14由外部提供本装置工作和电池充电所需的电力。

二次电池2具有多种类型(电容量和单元特性)，根据电池的特性由连接在控制装置11的键盘(图2未标出)输入电池的类型、容量和标称电动势等参数，本装置可自动调节对电池的充、放电电流和充电时间等。

电路的脉冲时序由控制部件11产生。

电池2充电开始时，首先把电池2接入正极端子3、负极端子4，由键盘输入电池的类型、容量和标称电动势等参数，启动充电机1。控制部件11通过电压检测部件5经内部A/D转换测试电池2的端电压，确定电力供应部件12的输出电压、脉冲周期T和充电基本算法。电池2分预充电、快速充电和涓流充电三个阶段，以n倍(n＝1，2，3，4)电池容量的平均电流快速充电，充电脉冲占/空比可调，去极化放电电量与快速充电阶段的电流强度相关，一般小于电池容量的1/10，充、放电电量由电流检测部件6检测供控制部件11进行A/D转换后计算控制。充电终止根据电池的类型，由电压检测部件5检测达到标称电压后停止充电。

参见图1，图1给出的放电和电能储能步骤是在每个充电步骤之后。如T1周期，在t_1a时刻控制部件11产生充电控制信号，使充电开关部件9导通，电力供应部件12经充电开关部件9给电池2充电，电流检测部件6检测充电电流供控制部件11进行A/D转换计算充电电量。t_1b时刻控制部件11的充电脉冲控制信号停止，使充电开关部件9关断，T1周期充电过程结束。

在t_1b时刻控制部件11产生放电控制信号，使放电开关部件7导通，电池通过DC-DC变换部件8放电，同时放电电能经DC-DC变换后给储能电容10充电，实现放电电能储能。电流检测部件6检测放电电流供控制部件11进行A/D转换计算放电电量，达到额定数值时控制部件11的放电控制信号停止，使放电开关部件7关断，T1周期放电过程结束。

t_1c时段为休止期，电池2无充电、放电。控制部件11通过电压检测部件5经内部A/D转换测试电池2的端电压，控制部件11调整下个周期的算法和充电进程。

在T2周期的充电过程中，由于放电电流对储能电容10的充电作用，使当前储能电容10两端的电压高于电力供应部件12的输出电压，充电脉冲开始时的充电电流由储能电容10供给，电池2的放电电能通过储能电容作用回馈到充电电路中，当储能电容10的端电压下降到低于电力供应部件12的电压时，电力供应部件12开始向电瓶充电，其过程如T1周期所述。

其后，参照图6软件流程图对本实用新型的发明目的、特征和优点及效果作进一步说明。

在图6的s301步骤中，控制部件11根据当前采集到的电流、电压数据和预定的步骤比较，以确定其过程是否正常，当确定了处于错误状态时则进入s307步骤，停止充电操作并报错提示。当确定状态正常时则进入后续步骤s302。

s302步骤判断本装置是否处于充电状态中，当确定没有开始充电时，则进入s303步骤，把由键盘输入的参数和本装置采集到的数据进行比较，以确定电池状态是否正常，如果确定电池属于正常范围，则进入s306步骤设置第二阶段进行快速充电的参数，否则进入s305步骤设置第一阶段进行预充电的参数。

S308步骤判断本装置是否处于第一阶段充电状态中，当确定处于第一阶段充电状态时，进入s309步骤。第一阶段充电是一种补救措施，目的在于企图修复有故障的二次电池。因此，在s309步骤中，首先判断是否达到规定的时间，未达到规定时间则保持充电操作，达到规定的时间后则进入s310步骤，分析当前采集的二次电池参数是否满足充电要求，满足充电要求时进行s311步骤操作，设置第二阶段充电参数，否则进行s312步骤，停止充电操作并报错提示。

S314步骤判断本装置是否处于第二阶段充电状态，当确定处于第二阶段充电状态时，进入s315步骤判断本阶段充电是否结束，充电结束则在s316步骤中修改参数，准备第三阶段充电，否则进入s317步骤保持第二阶段充电操作。

S318步骤判断本装置是否处于第三阶段充电状态，当确定处于第三阶段充电状态时，进入s319步骤判断本阶段充电是否结束，充电结束则在s320步骤中整理充电过程数据，把二次电池的初始电压、终止电压、充入二次电池的电量等参数打印输出(微型针式打印机接在本装置控制部件11上，图5未标出)，建立二次电池的技术档案。否则执行s322步骤保持第三阶段充电操作。

当S318步骤判断本装置未处于第三阶段充电状态，属于状态不明，执行S321步骤操作，停止充电作并报错提示。

参见图2，图2给出的放电和电能储能步骤是在在几个充电步骤之后，即在几个充电脉冲后进行一次放电过程，这是根据二次电池的极化深度进行的调整，其原理和控制方式与图1中所述的完全相同。

参见图3，图3给出的放电和电能储能步骤是在每个充电步骤之后的间歇之后，即在一个充电脉冲后进行一次放电过程，并且放电脉冲在充电脉冲结束其后的休止期以后，即放电脉冲的两侧为充电、放电休止期，这是根据二次电池的单元特性进行的调整，其原理和控制方式与图1中所述的完全相同。

参见图4，图4给出的放电和电能储能步骤是在几个充电步骤之后的间歇之后，即在几个充电脉冲后进行一次放电过程，并且放电脉冲在充电脉冲结束其后的休止期以后，即放电脉冲的两侧为充电、放电休止期，这是根据二次电池的单元特性和极化深度进行的调整，其原理和控制方式与图1中所述的完全相同。

参见图7，图7给出了本实施例所述的节能型二次电池快速充电装置的电路原理图。图中：

该电压检测部件5由并联在二次电池两端的霍尔电压传感器U3以及和U3输出端相连接的微处理器IC5构成。

该电流检测部件6由串联在二次电池负极的霍尔电流传感器U4以及和霍尔电流传感器U4输出端相连接的运算放大器IC6、可控增益放大器IC7、IC8、微处理器IC5构成，并且由E4供给霍尔电流传感器U4、运算放大器IC6、可控增益放大器IC7、IC8工作用电源。

该放电开关部件7由连接在二次电池正极端的脉冲变压器Z2、放电开关管Q2、光电耦合器U2、微处理器IC5构成，并且由E3供给光电耦合器U2工作用电源。

该充电开关部件9由连接在二次电池正极端的充电开关管Q1、光电耦合器U1、微处理器IC5构成，并且由E2供给光电耦合器U1工作用电源。

该控制部件11由微处理器IC5、键盘电路、显示电路构成，并且由E4供给微处理器IC5工作用电源。

该电力供应部件12由可控恒流恒压电源E1、正15V电源E2、正15V电源E3、正、负5V电源E4构成。

该DC-DC变换部件8由脉冲变压器Z2、开关二极管D2、开关二极管D3、电感Z1构成。

Claims

1、一种节能型二次电池快速充电装置，包括电压检测部件、电流检测部件、放电开关部件、充电开关部件、控制部件、电力供应部件，其特征在于它还包括DC-DC变换部件、储能电容，该DC-DC变换部件串联在由放电开关部件、电流检测部件和二次电池构成的放电回路中，该储能电容并联在该电力供应部件的输出端。

2、根据权利要求1所述的节能型二次电池快速充电装置，其特征在于该电压检测部件由并联在二次电池两端的霍尔电压传感器U3以及和U3输出端相连接的微处理器IC5构成。

3、根据权利要求1所述的节能型二次电池快速充电装置，其特征在于该电流检测部件由串联在二次电池负极的霍尔电流传感器U4以及和霍尔电流传感器U4输出端相连接的运算放大器IC6、可控增益放大器IC7、IC8、微处理器IC5构成，并且由E4供给霍尔电流传感器U4、运算放大器IC6、可控增益放大器IC7、IC8工作用电源。

4、根据权利要求1所述的节能型二次电池快速充电装置，其特征在于该放电开关部件由连接在二次电池正极端的脉冲变压器Z2、放电开关管Q2、光电耦合器U2、微处理器IC5构成，并且由E3供给光电耦合器U2工作用电源。

5、根据权利要求1所述的节能型二次电池快速充电装置，其特征在于该充电开关部件由连接在二次电池正极端的充电开关管Q1、光电耦合器U1、微处理器IC5构成，并且由E2供给光电耦合器U1工作用电源。

6、根据权利要求1所述的节能型二次电池快速充电装置，其特征在于该控制部件由微处理器IC5、键盘电路、显示电路构成，并且由E4供给微处理器IC5工作用电源。

7、根据权利要求1所述的节能型二次电池快速充电装置，其特征在于该电力供应部件由可控恒流恒压电源E1、正15V电源E2、正15V电源E3、正、负5V电源E4构成。

8、根据权利要求1所述的节能型二次电池快速充电装置，其特征在于该DC-DC变换部件由脉冲变压器Z2、开关二极管D2、开关二极管D3、电感Z1构成。