一種蓄電池充電裝置輸出電壓反饋異常檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及單片機及電子測量、控制、保護技術在電源領域的應用，特別是涉及一種蓄電池充電裝置輸出電壓反饋異常檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，現階段蓄電池大量的用于傳統的后備電源設備及電動汽車等新能源領域；且蓄電池是昂貴的零部件，比如說電動汽車，蓄電池組成本約占電動汽車成本50%，因此如何保證蓄電池組可靠地使用就顯得非常重要。
[0003]蓄電池在放完電后需要充電，而充電是否得當對蓄電池的壽命有絕對的影響，絕大部分蓄電池組的早期失效都是因為充電不當的原因照成的。現在蓄電池充電大部分都是采用先恒流再恒壓(恒流可以是多段恒流)的方式，而問題往往發生在恒壓階段，恒壓充電階段時充電機輸出電壓的準確性對蓄電池充電的可靠性有著很大的決定性，且非常敏感，對充電機輸出電壓(以下簡稱輸出電壓)的準確性要求較高:
輸出電壓偏低則蓄電池欠充，電池欠充將影響用戶的使用，且鉛酸電池長期欠充會產生負極板硫化引起電池提前失效的冋題；
輸出電壓偏高則造成過充而損壞蓄電池，嚴重時還會引起蓄電池燃燒或爆炸；
而充電機在輸出電壓反饋電路發生故障時會使得輸出電壓偏低或偏高而引起上述問題的發生。
[0004]目前的充電機基本都設計有輸出過壓保護電路來防止充電機輸出過壓，采用的技術有兩種:
一種是硬件設置的保護點，將保護點設為比充電機所可能工作的最高電壓略高一些，這種技術有3個的缺點:1、由于很多蓄電池的充電電壓是隨充電狀態或溫度的變化而變化的，因此這種技術的保護點是固定于充電機可能的最高工作電壓的，否則會在正常工作時弓丨起誤保護，而蓄電池組往往在充電機的輸出電壓高于充電曲線規定的恒壓點而又低于這個保護點時就已經形成過充了，因此這使得保護點比實際應用要求的高，存在保護不及時、有效性差的問題；2、只能檢測出過壓的情況不能檢測出欠壓的情況，因此不能解決電壓偏低欠充的問題；3、不同標稱電壓的蓄電池組要進行不同的硬件的配置，硬件不一樣，不利于標準化生產。
[0005]第二種技術和第一種技術差不多，但它的保護點不是硬件設置的而是可以用軟件調節，因此它解決了第一種技術的不利于標準化生產的問題，但其它問題依然存在。另外電壓反饋異常可能是采樣反饋電阻網絡異常引起，也可能是反饋電路的基準電壓異常引起，因此上述兩種技術需要同時檢測反饋電阻網絡及基準電壓的情況，因此電路相對會復雜。
【發明內容】
[0006]為解決上述問題，本發明的目的之一在于提供一種過壓保護點適合、保護及時、有效，同時能夠檢測出實際輸出電壓低于設定電壓，避免充電機輸出電壓偏低使得蓄電池欠充問題的蓄電池充電裝置輸出電壓反饋異常檢測系統。
[0007]本發明的另一目的在于提供一種過壓保護點適合、保護及時、有效，同時能夠檢測出實際輸出電壓低于設定電壓，避免充電機輸出電壓偏低使得蓄電池欠充問題的蓄電池充電裝置輸出電壓反饋異常檢測方法。
[0008]本發明的再一目的在于提供一種過壓保護點適合、保護及時、有效，同時能夠檢測出實際輸出電壓低于設定電壓，避免充電機輸出電壓偏低使得蓄電池欠充問題且輸出電壓能夠自動進行校正的蓄電池充電裝置輸出電壓反饋異常檢測方法。
[0009]本發明解決其問題所采用的技術方案是:
一種蓄電池充電裝置輸出電壓反饋異常檢測系統，其特征在于包括:
單片機；
第一電壓比較電路，其采樣端正極與充電機輸出正極相連，其輸出端與單片機1/01 口相連，用于監測充電機的輸出電壓Vout，并將充電機輸出電壓Vout與比較電壓Vref比較后所得的邏輯信號COMPl傳送至單片機；
充電機輸出電壓實時檢測電路，包括電壓反饋采樣電阻電路和電壓信號調理放大器，所述電壓反饋采樣電阻電路的輸入端與充電機輸出端相連，電壓反饋采樣電阻電路的輸出端與電壓信號調理放大器的輸入端相連，電壓信號調理放大器的輸出端與單片機的A/D 口相連，將處理后的表征充電機輸出電壓的信號VFB傳送至單片機，VFB還作為充電機輸出電壓控制電路的電壓反饋信號；
其中，所述單片機根據接收到的邏輯信號COMPl和電壓信號VFB判斷充電機的輸出電壓Vout是否正常并控制充電機的動作。
[0010]進一步，所述電壓比較電路的比較電壓Vref設置在上升的充電曲線必經的一個電壓點上且這個電壓比蓄電池充電曲線恒壓階段時的電壓低(0.1V~0.3V) XN，其中，N為蓄電池組電池的節數，鉛酸電池單體標稱電壓為2V，鋰電池單體標稱電壓為3.2V~3.7V，如果電池單體標稱電壓與上不同可進行對應換算。
[0011]作為上述方案的進一步改進，該系統還包括:
第二電壓比較電路，其采樣端正極與充電機輸出正極相連，其輸出端與單片機1/02 口相連，用于監測充電機的輸出電壓Vout，并將輸出電壓Vout與比較電壓Vref比較后所得的邏輯信號C0MP2傳送至單片機；
PID調節器，其同相輸入端經一個RC濾波電路與單片機的PWM 口相連，用于給定充電機的輸出電壓值，其反相輸入端經PID調節器的比例電阻與電壓信號調理放大器的輸出端相連，其輸出端通過PID調節器的積分電容和比例積分電阻與反相輸入端相連，其輸出端還與充電機的控制電路相連，用于校正充電機的輸出電壓。
[0012]進一步，所述第一電壓比較電路I包括分別與單片機相連的數字電位器RVl和基準電壓源Ul，所述數字電位器RVl還通過一分壓采樣電阻Rl與充電機輸出端相連，所述數字電位器RVl與分壓采樣電阻Rl的連接處與基準電壓源Ul相連。
[0013]作為上述方案的進一步改進，所述基準電壓源Ul為TL431，TL431的參考端與連接處A相連，陽極與充電機的輸出負極相連，陰極與單片機2的1/01 口相連；TL431只有3個引腳，內部自帶基準電壓構成比較器，不需要另外再設計基準電壓，用一個上拉電阻將它的陰極與Vcc相連就既可為它供電又可形成比較器的輸出信號，因此用它設計的電壓比較器的電路結構非常簡潔，成本低、體積小、可靠高。另外TL431通常是作為基準電壓或高精度的可調電源使用，它內部的基準電壓的誤差、溫漂、時漂都很小，這保證了電壓比較電路長期工作的精度及穩定性。
[0014]作為上述方案的進一步改進，所述數字電位器RVl通過I2C總線與單片機相連。
[0015]進一步，所述第二電壓比較電路包括分別與單片機相連的數字電位器RV2和基準電壓源U2，所述數字電位器RV2還通過一分壓采樣電阻R2與充電機輸出端相連，所述數字電位器RV2與分壓采樣電阻R2的連接處與基準電壓源U2相連。
[0016]作為上述方案的進一步改進，所述基準電壓源U2為TL431，TL431的參考端與連接處B相連，陽極與充電機的輸出負極相連，陰極與單片機2的1/02 口相連。
[0017]作為上述方案的進一步改進，所述數字電位器RV2通過I2C總線與單片機相連。
[0018]一種蓄電池充電裝置輸出電壓反饋異常檢測方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:設定比較電壓Vref的值，所述比較電壓Vref設置在上升的充電曲線必經的一個電壓點上且小于蓄電池充電曲線恒壓階段時的電壓；
步驟2:第一比較電路采集充電機的輸出電壓Vout，并把采集到的輸出電壓Vout與比較電壓Vref進行比較處理后的邏輯信號COMPl傳送至單片機的1/01 口 ；
步驟3:單片機的1/01 口實時監測第一比較電路的輸出邏輯信號C0MP1，當監測到邏輯信號COMPl發生邏輯反轉的瞬間，馬上執行步驟4 ;如果監測到的邏輯信號COMPl沒有發生反轉則返回步驟2;
步驟4:單片機的A/D 口實時檢測充電機輸出電壓的反饋信號VFB，并將反饋信號VFB與預設的比較電壓信號VREF的比較值來判斷充電機輸出電壓反饋正常與否:
如果VFB=VREF,表征充電機輸出電壓反饋正常，則返回步驟2 ；
如果VFB > VREF，表征充電機輸出電壓反饋異常，在蓄電池充電進入恒壓階段時充電機實際輸出電壓將低于規定的恒壓點，引起蓄電池欠充，則向用戶進行告警提示；