專利名稱：蓄電池快/慢充電控制方法
技術領域：
本發明涉及一種蓄電池的充電控制方法，具體講本發明就是結合可控型恒流源組件和放電去極化裝置，能夠實現正脈沖充電、負脈沖放電去極化的快速充電控制方法。
背景技術：
蓄電池作為一種儲能式電源，在交通運輸、通訊電力、工農業生產、特別是在軍隊武器裝備等領域，有著極為廣泛的應用。對蓄電池來說，其性能的好壞及使用壽命的長短又與蓄電池的充電方式密切相關，好的充電機能大大提高蓄電池的充電質量和使用壽命。蓄電池常規充電方法的充電時間長(12～24小時)，主要是滿足蓄電池的初充電和維護充電需要，而快速充電是解決蓄電池的應急充電場合需要，尤其在戰時需求更為突出。隨著電動汽車的發展，具有快速充電功能的充電機的需求量會越來越大。老式的硅整流和相控式充電機，不僅充電效率低，還容易造成嚴重的析氣、過熱、過充現象發生。析氣、過熱、過充極易使蓄電池極板腐蝕和鈍化，導致蓄電池提前老化或損壞，嚴重地影響了蓄電池的使用壽命。
技術內容本發明的目的是提供一種蓄電池的充電控制方法，該充電控制方法既能提高能量利用效率、加快充電速度，又能延長蓄電池的使用壽命。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種蓄電池快/慢充電控制方法，該方法包括以下過程a、恒流預充電，預充電過程中微電腦自動完成對蓄電池各項參數的檢測和比較；該預充電過程是針對蓄電池無電或嚴重虧電情況的充電步驟，在常規蓄電池有電進行補充電的情況下該步驟為非必要步驟。
b、檢測電池電壓的變化在正常范圍內，進入第二階段的大電流充電，隨著充電過程的進行，電池電壓也不斷上升，在其過程中采用定時的放電去極化，以消除在充電過程所產生的極化效應，提高充電效率；c、當電池電壓達到控制點時，進入快速充電和放電去極化過程，在此過程中，蓄電池的容量增加非常快；d、隨著蓄電池容量的增加，充、放電脈沖自適應加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升；e、當蓄電池的容量達到0.95C以上時，自動轉入蓄電池的浮充狀態。
f、浮充階段，恒定蓄電池端電壓始終處于浮充電壓，這時充電過程涓流浮充，允許長時間充電，當充電電流減小到控制值時，自動關機。
所述的控制方法包括CPU微處理器，CPU微處理器上連有輔助電源單元U1、輸出控制電路單元U2、放電去極化控制電路單元U3、取樣電路單元U4和保護輸出電路單元U5，其中輔助電源單元U1用于向各控制單元或器件提供電源，輔助電源單元U1具有功能設置端口、數據輸出端口遠傳打印和監控端口；輸出控制電路單元U2具有三路輸出，通過快速光耦相互隔離，通過控制輸出電壓范圍，分別控制或調節恒流源組件的電流、電壓和關斷口；放電去極化控制電路單元U3，在快速充電狀態時，由CPU控制，按照編程控制程序激勵驅動電路U3，觸發大功率放電回路，進行瞬間大電流放電而去極化，該驅動電路具有雙路輸出，可以同時驅動兩路，也可以任選一路，每路具有放電電流閉環負反饋控制；取樣電路單元U4，具有8個輸入通道，通過該單元實現充電過程的電流、電壓、電解液溫度等參數在線跟蹤檢測和控制，實現對各個狀態設置監控，通過CPU控制中心和保護輸出電路單元U5輸出驅動，控制輸入、輸出、報警、關機等操作。
本發明結合可控型恒流源組件和放電去極化裝置，能夠實現正脈沖充電、負脈沖放電去極化的快速充電和先恒流均充電再恒壓減流充電最后自動轉為涓流浮充的常規慢速充電功能，具有在線狀態參數檢測的A/D轉換和輸出控制的D/A轉換功能，提供多種形式的故障保護口，溫度檢測口，輸出控制口，還可以根據需要，通過編程技術，提供其它服務端口或實現輸入/輸出隔離等。該方法與可控型恒流源組件以及放電去極化裝置進行有機的結合，能派生出各種功率規格的智能型快慢兩用充電機，實現蓄電池充電過程的智能化管理，提高整機的可靠性和安全性。
本發明應用現代的16位微處理器和CMOS接口芯片通過單片機的編程技術，實現多種功能的識別和控制。該控制模塊能夠準確地檢測蓄電池的數量、容量、電壓、溫度、充放電速率等信息和數據，實現在線自動跟蹤檢測和控制。通過功能設置，該模塊的控制程序自動轉入快充控制子程序或慢充控制子程序，根據所采集的數據由CPU按照編程要求，自動調節恒流組件輸出的充電電流、充電電壓、放電去極化裝置的放電頻率，使整個充電過程始終處于最佳的充電和微量析氣狀態，消除極化和減小熱效應，從而達到快速、無損、高效充電的目的。
附圖概述
圖1是本發明的控制原理框圖；圖2是本發明控制主程序流程圖；圖3是本發明中快速充電子程序流程圖；圖4是本發明中放電去極化程序流程圖；具體實施方式
控制可以分為以下階段第一階段恒流預充電，預充電過程中微電腦自動完成對蓄電池各項參數的檢測和比較；第二階段檢測電池電壓的變化在正常范圍內，進入第二階段的大電流充電，隨著充電過程的進行，電池電壓也不斷上升。在其過程中采用定時的放電去極化措施，以消除在充電過程所產生的極化效應，提高充電效率；第三階段當電池電壓達到控制點時，進入快速充電和放電去極化過程，在此過程中，蓄電池的容量增加非常快；第四階段隨著蓄電池容量的增加，充、放電脈沖自適應加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升；第五階段當蓄電池的容量達到0.95C以上時，自動轉入蓄電池的浮充狀態。
第六階段浮充階段，恒定蓄電池端電壓始終處于浮充電壓，這時充電過程涓流浮充，允許長時間充電，當充電電流減小到控制值時，自動關機。
結合圖1說明本發明的控制過程和原理該控制模塊工作電源由U1單元提供直流15V和5V，除此之外，U1單元還具有功能設置端口和提供數據輸出端口，可以進行初始狀態設置，遠傳打印和監控；U2單元輸出控制電路具有三路輸出，通過快速光耦相互隔離，輸出電壓的控制范圍0.5～5.0V(也可根據需要設置)，分別控制或調節恒流源組件的電流、電壓和關斷口；U3單元是放電去極化控制電路，在快速充電狀態時，由CPU控制，按照編程控制程序激勵U3驅動電路，觸發大功率放電回路，進行瞬間大電流放電而去極化，該驅動電路具有雙路輸出，可以同時驅動兩路，也可以任選一路，每路具有放電電流閉環負反饋控制；U4單元是取樣電路，具有8個輸入通道，通過該單元實現充電過程的電流、電壓、電解液溫度等參數在線跟蹤檢測和控制，實現對各個狀態設置監控，通過CPU控制中心和U5單元輸出驅動，控制輸入、輸出、報警、關機等操作。CPU單元是該控制板的核心部件，具有16位微處理器和接口轉換電路，整個工作過程是按著軟件設計程序進行，所以軟件的設計是該控制技術的關鍵。
本發明在與4.5KW和13.6KW兩臺可控型恒流源組件以及放電去極化裝置結合后，所派生的兩臺智能型快慢兩用充電機(TZ-1796C和TZ-1796D)，經多次實驗和長期使用，該種機器具有如下特點在快充狀態，蓄電池電解液的溫升低(≤10℃，在環境溫度25℃)，析氣微弱，充電速度快(≤2.5小時，電解液比重從1.20升到1.30，在環境溫度25℃)；常規充電(慢充)，輸出的電流電壓穩定，浮充狀態轉換控制可靠，長時間工作，無人職守，蓄電池的析氣微弱，溫升較低(≤5℃)，充電時間達到充電率的100％～110％。除此之外，該機器還具有多種識別和保護功能，如蓄電池塊數識別，充電機負載性質識別，輸入過、欠壓、短路保護，輸出過流、過充、過熱、蓄電池反接保護等。在此基礎上，推廣該模塊控制技術的應用對提高蓄電池的充電質量，延長蓄電池的使用壽命具有深遠的經濟意義。
以下結合控制方法的主程序和子程序的編制對本發明作進一步的詳細說明。
結合圖2給出的主程序流程圖，軟件初始化后，首先調用功能設置子程序，讀入初始狀態設置的參數、功能選擇、檢查輸入輸出狀態是否正確等。然后置好相應的狀態識別位是“0”或“1”，為下一步轉入相應的功能子程序做好準備。
主程序定時地按照規定程序(主程序流程圖)進行巡位檢查，執行規定的任務。
進入快充子程序，首先通過檢測蓄電池的端電壓U0，判斷是否進入預充電(小電流充電)階段。當U0超過Uk(最小充電電壓)時，即進行大電流充電，蓄電池兩端的電壓逐漸升高。在此過程中，通過定時放電的方法消除所產生的各種極化，隨著充電過程的進行，蓄電池兩端的電壓逐漸升高到控制點電壓，充放電頻率逐漸加快，其頻率的控制和變化受充電的上位點電壓和放電的下位點電壓影響，而上、下位點電壓的確定和改變由蓄電池電解液的溫度K值的檢測量，通過程序計算而定。在每次進入放電子程序之前，都要檢查蓄電池的電量C，當蓄電池的電量超過0.95C時，即轉入浮充子程序(通過改變狀態識別位)，否則，返回控制程序繼續大電流充電。在浮充子程序，控制/調節充電電流和充電電壓，使蓄電池始終處于浮充狀態，通過檢測最小充電電流值，判斷是否關機(進入關機子程序)。
在快充狀態，每個充放電周期都要調用放電子程序。在放電子程序，首先通過快速關斷口和屏蔽口，停止充電和放電。此時，由于沒有電流，消除了電阻極化；然后通過觸發放電回路的電子開關管，接通蓄電池的放電回路，進行瞬間大電流放電，由于電流方向相反，從而消除電解液的濃差極化。根據蓄電池放電的下位點電壓Uxin，判斷是否進行多次放電去極化，以達到徹底消除極化為目的。
權利要求
1.一種蓄電池快/慢充電控制方法，該方法包括以下過程a、檢測電池電壓的變化在正常范圍內，進入大電流充電，隨著充電過程的進行，電池電壓也不斷上升，在其過程中采用定時的放電去極化，以消除在充電過程所產生的極化效應，提高充電效率；b、當電池電壓達到控制點時，進入快速充電和放電去極化過程，在此過程中，蓄電池的容量快速增加；c、隨著蓄電池容量的增加，充、放電脈沖自適應加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升。
2.根據權利要求1所述的蓄電池快/慢充電控制方法，其特征在于在進入大電流充電之前檢測到蓄電池無電或嚴重虧電情況，應進行恒流預充電，預充電過程中微電腦自動完成對蓄電池各項參數的檢測和比較。
3.根據權利要求1所述的蓄電池快/慢充電控制方法，其特征在于本發明還包括以下過程當蓄電池的容量達到0.95C以上時，自動轉入蓄電池的浮充狀態。浮充階段，恒定蓄電池端電壓始終處于浮充電壓，這時充電過程涓流浮充，允許長時間充電，當充電電流減小到控制值時，自動關機。
4.根據權利要求1所述的蓄電池快/慢充電控制方法，其特征在于所述的控制方法包括CPU微處理器，CPU微處理器上連有輔助電源單元U1、輸出控制電路單元U2、放電去極化控制電路單元U3、取樣電路單元U4和保護輸出電路單元U5，其中輔助電源單元U1用于向各控制單元或器件提供電源，輔助電源單元U1具有功能設置端口、數據輸出端口、遠傳打印和監控端口；輸出控制電路單元U2具有三路輸出，通過快速光耦相互隔離，分別控制或調節恒流源組件的電流、電壓和關斷口；放電去極化控制電路單元U3，在快速充電狀態時，由CPU控制，按照編程控制程序激勵驅動電路U3，觸發大功率放電回路，進行瞬間大電流放電而去極化，該驅動電路具有雙路輸出，可以同時驅動兩路，也可以任選一路，每路具有放電電流閉環負反饋控制；取樣電路單元U4，具有8個輸入通道，通過該單元實現充電過程的電流、電壓、電解液溫度等參數在線跟蹤檢測和控制，實現對各個狀態設置監控，通過CPU控制中心和保護輸出電路單元U5輸出驅動，控制輸入、輸出、報警、關機等操作。
全文摘要
本發明涉及一種結合可控型恒流源組件和放電去極化裝置，能夠實現正脈沖充電、負脈沖放電去極化的快速充電控制方法，本發明主要包括以下步驟檢測電池電壓的變化在正常范圍內，進入大電流充電，隨著充電過程的進行，電池電壓也不斷上升，在其過程中采用定時的放電去極化，提高充電效率；當電池電壓達到控制點時，進入快速充電和放電去極化過程，蓄電池的容量快速增加；充、放電脈沖自適應加快，其效果是提高充電效率、減少析氣、降低溫升。
文檔編號H02J7/02GK1655419SQ20041001407
公開日2005年8月17日 申請日期2004年2月13日 優先權日2004年2月13日
發明者張紅, 鄧立榮 申請人:合肥同智科技發展有限公司