蓄電池無損傷快速均衡充電器及控制策略的製作方法

2023-10-29 08:04:22

專利名稱：蓄電池無損傷快速均衡充電器及控制策略的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種蓄電池無損傷快速均衡充電器及控制策略，屬於開關電源式充電 器及控制方法。
背景技術：
過往的蓄電池充電器，通常採用整體充電的策略，即借鑑單體電池成熟的標準三 段式充電技術，通過簡單的數學計算，設計出針對蓄電池組的充電策略，此法基本適應了大 眾客戶的需求，形成了規模化的產品並普及開來。但隨著社會生活水平的不斷提高，環境資 源的相對惡化，人們對生活中各種生產資料的要求也越來越高，現有的充電器已不能滿足 客戶的要求，究其原因主要存在如下幾點①蓄電池循環使用壽命太短，一般是1-3年；②蓄電池充電速度過慢，一般8-10個小時；③蓄電池組落後電池出現頻率過高，導致蓄電池組整體性能報廢周期縮短。以上三點原因，從一定程度上抵消了蓄電池的性價比優勢，也衝激了蓄電池市場 的發展勢頭。面對這樣的結果，許多充電器研究單位，通過各種方式研發出了一系列令人可喜 的成果，比如現在市面上比較流行的脈衝快速充電器，自然均衡充電器等，然而這些產品要 不誇大其功能，要不就是功能不完整，出現快速則必然損傷電池，均衡則必然達不到快速的 設計矛盾。本發明設計人經過長期的實踐和探索，查閱大量的現有和過往技術資料，獲得了 開發蓄電池二次生命力的重大突破，一定程度上改善了現有充電器的技術缺陷。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的問題，提供一種蓄電池無損傷 快速均衡充電器，及利用該充電器按照既定的控制策略即時跟蹤蓄電池內部參數的動態變 化，採用二次斬波分段控制的方法和正負脈衝快速充電技術，將蓄電池的充電對象控制到 了單位個體，做到了無損傷快速均衡充電。本發明解決其技術問題採用的技術方案是該蓄電池的無損傷快速均衡充電器， 包括市電接口、保護電路、濾波電路、充電接口、整流電路、濾波穩壓穩流電路和微處理單 元，其特徵在於還包括功率因數校正電路、智能半橋斬波電路、反極放電電路、蓄電池參數 動態採樣電路，市電接口與保護電路相連，保護電路與濾波電路相連，濾波電路與整流電路 相連，整流電路與功率因數校正電路相連，功率因數校正電路與智能半橋斬波電路相連，智 能半橋斬波電路與濾波穩壓穩流電路相連，濾波穩壓穩流電路與充電接口相連，充電接口 與蓄電池參數動態採樣電路和反極放電電路相連，蓄電池參數動態採樣電路與微處理單元 相連，微處理單元與反極放電電路和智能半橋斬波電路相連。 所述的智能半橋斬波電路，包括微處理單元、一次斬波電路，多路二次斬波開關、電路控制開關K，二次斬波電路1…二次斬波電路η、二次斬波電路控制開關Kj，二次斬波電 路開關Κη，電容CL··· Cn，微處理單元與電路控制開關K和多路二次斬波開關相連，多路二 次斬波開關與一次斬波電路正極和二次斬波電路1···二次斬波電路η相連，電路控制開關 K 一端與多路二次斬波電路1相連，另一端與一次斬波電路正極相連，一次斬波電路負極與 多路二次斬波電路η相連。
一種上述權利要求1所述的蓄電池無損傷快速均衡充電器的控制策略，其特徵在 於當市電接口接入市電後，充電器自檢，硬體電路初始化，微處理單元初始化；確認電路 安全後微處理單元通過蓄電池參數動態採樣電路採集蓄電池組信息包括各單體荷電狀態， 溫升變化率和端電壓；採樣信息獲得後，微處理單元將採樣信息進行預處理，判定是否進行 預充；若不需要預充，則計算蓄電池組此時刻允許最大初始充電電流；若需要預充電，則預 充一段時間後，再計算蓄電池組允許最大初始充電電流；當最大初始充電電流值獲得後，微 處理單元進行蓄電池組的快速充電，充電期間蓄電池參數動態採樣電路即時反饋信息予微 處理單元，微處理單元據此控制反極放電電路的動作時機，已達到快速充電的目的；當微處 理單元獲得的蓄電池各單體參數信息中的某些參數如溫升變化率，荷電狀態和端電壓，超 出預設蓄電池充電時各單體參數允許差別的最大範圍時，微處理單元發出控制信號，開啟 多路二次斬波開關，進行各單體蓄電池的隔離充電，充電原理與整體充電時相同，直至各單 體蓄電池採樣信息經微處理單元預處理後滿足停充條件後斷電。與現有技術相比，本發明的蓄電池無損傷快速均衡充電器及控制策略所具有的有 益效果是首先，採用微處理單元根據充電信息控制反極放電電路的做法，能夠及時的抑制 充電過程中出現的極化現象，並同時保持蓄電池的初始可接受電流的能力，加快了充電速 度；再次，微處理單元預先計算蓄電池組的最大初始充電電流和充電過程中隨時監測 各單體電池參數的動態信息，抑制高析氣率和熱失控現象的發生，保證了蓄電池的健康；最後，採用二次多路斬波分段控制進行蓄電池的隔離充電，最大程度的保證了蓄 電池組充電的均衡性，減少了落後電池產生的頻率，保證了蓄電池組的動力性能。


圖1本發明無損傷快速均衡充電器電路結構框圖；圖2本發明無損傷快速均衡充電器內部智能半橋斬波電路結構框圖；圖3本發明無損傷快速均衡充電器電路原理圖；圖4本發明無損傷快速均衡充電器集成有反極放電電路的二次斬波電路原理圖；圖5本發明無損傷快速均衡充電器蓄電池動態參數採樣電路原理圖；圖6本發明無損傷快速均衡充電器的控制策略示意圖。圖1-6是本發明的最佳實施例。圖3中Jl市電接口，Ul保護電路模塊，U2、U3濾 波整流模塊，U4功率因數校正模塊，U5半橋電路驅動模塊，U6.U7.U8蓄電池參數動態採樣 模塊，U9、U10、U11集成有反極放電電路的二次斬波電路模塊，肌2，肌5，肌6，肌7，肌9，似0， U21隔離器件；U13功率開關管驅動晶片；U14可控電子負載；U18運算放大器；ΚΙ、K2、K3、 K4、K5、K6可控開關模塊，VCC輔助電源，MCU1-13微處理單元引腳與模塊控制端接口，BATl、 BATN單個電池，BATK若干電池(> =1), R1-34電阻，WR1-2電位器，Ql、Q2，Q5，Q6，Q7驅動功率管，Q3，Q4，Q8，Q9 三極體，C1-C15 電容，D1、D2，D5-8，D10, D11 齊納二極體，D3、D4， D9，D12-16肖特基二極體，EC1-7電解電容，L1共模濾波電感，L2-4穩壓續流電感，T1半橋
變壓器。
具體實施例方式下面結合圖1-6對本發明的無損傷快速均衡充電器作進一步詳細說明如圖1所示為本發明無損傷快速均衡充電器內部結構框圖，包括市電接口，保護 電路，濾波電路，整流電路，功率因數校正電路，智能半橋斬波電路，濾波穩壓穩流電路，充 電接口，反極放電電路，蓄電池參數動態採樣電路和微處理單元；其中，市電接口與保護電 路相連，保護電路與濾波電路相連，濾波電路與整流電路相連，整流電路與功率因數校正電 路相連，功率因數校正電路與智能半橋斬波電路相連，智能半橋斬波電路與濾波穩壓穩流 電路和微處理單元相連，濾波穩壓穩流電路與充電接口相連，充電接口與蓄電池參數動態 採樣電路和反極放電電路相連，蓄電池參數動態採樣電路與微處理單元相連，微處理單元 與反極放電電路相連。其中，智能半橋電路包括一路一次斬波模塊，多路二次斬波模塊；蓄 電池參數動態採樣電路由多路蓄電池參數動態採樣模塊組成；反極放電電路由多路反極放 電電路模塊組成，併集成於多路二次斬波模塊和一次斬波模塊中。如圖2所示為本發明無損傷快速均衡充電器內部智能半橋斬波電路結構框圖，包 括一個一次斬波電路，多路二次斬波電路，一個一次斬波電路控制開關K，多路二次斬波電 路控制開關J，開關L，電容C1，Cn等。其中微處理單元根據蓄電池參數動態採樣信息，控制 開關K，開關J和開關L以決定是否進行隔離充電，多路二次斬波模塊電路之間都接有格直 電容C1和Cn，保證隔離充電的安全進行。如圖3所示為本發明無損傷快速均衡充電器電路原理圖，市電經市電接口 J1接 入，通過保護電路模塊U1進行過流檢測，若出現過流現象，則切斷市電；否則經共軛濾波電 感L1進入濾波整流模塊U2、U3，整流輸出後進入功率因數校正模塊U4,功率因數校正完畢 進入智能半橋斬波模塊；智能半橋斬波模塊包括一個一次斬波模塊，多路二次斬波模塊U9、U10、U11，開關 K1-K6，各路模塊輔助電源均採用VCC，微處理單元MCU3輸出信號控制開關K1，微處理單元 MCU4輸出信號控制開關K2，微處理單元MCU5輸出信號控制開關K4，微處理單元MCU6輸出 信號控制開關K5，微處理單元MCU7輸出信號控制開關K6，微處理單元MCU1輸出信號控制 開關K3，微處理單元MCU2輸出信號控制反極放電電路模塊U12 ；一次斬波模塊和多路二次斬波模塊均採用半橋式架構，以一次斬波模塊中的半橋 電路為例，包括半橋驅動電路模塊U5，兩個功率開關管Q1、Q2及其濾波吸收電路，一個半橋 變壓器和後級整流電路。電阻R5與二極體D3並聯串接電容C1作為吸收電路並接在功率 開關管Q1兩端，電阻R6與二極體D4並聯串接電容C2作為吸收電路並接在功率開關管Q2 兩端；功率開關管Q1和Q2的控制極和發射極之間分別串接電阻R3和電阻R4，半橋驅動模 塊U5分別串接電阻R1和電阻R2接入功率開關管Q1和功率開關管Q2的控制極進行驅動， 功率開關管Q1和Q2的兩端並接有齊納二極體D1和D2 ；兩個功率開關管Q1和Q2串接後 並接於迴路中；電解電容EC1和EC2分別並接電阻R7和R8，並以串接形式並於迴路兩端， 半橋變壓器T1初級的同名端通過電容C3接到電解電容EC1的負極端，另一側接到功率開關管Ql的發射極；半橋變壓器Tl副邊的同名端(非中間抽頭)串接電阻R9和電容C4，電 阻R9和電容C4兩端並接齊納二極體D5;另一側(非中間抽頭)串接電阻RlO和電容C5， 電阻RlO和電容C5兩端並接齊納二極體D6，齊納二極體D5和D6串接於迴路正極端連接濾 波穩壓穩流電路，半橋變壓器Tl的中間抽頭接電源地；多路二次斬波電路模塊的構架與之 相同，只不過各器件參數有變化。
濾波穩壓穩流電路由電感L2，L3，電解電容EC3、EC4和齊納二極體D7，D8組成；電 感L2，L3串接於齊納二極體D5和D6的輸出側，電感L2和L3的輸出端與電源地之間並接 電解電容EC3，EC4 ；齊納二極體D7，D8並接後串接於電感L3的輸出端。濾波穩壓穩流電路輸出端分別接有可控開關K3-K6，可控開關K3的3腳接蓄電池 充電接口的正極側；另外還接反極放電模塊U12的3腳；可控開關K4-K6的輸出端1腳分別 接二次斬波電路模塊U9、U10、U11的2腳，二次斬波電路模塊U9、U10、U11的1腳分別接單 體蓄電池接口的正極側，且可控開關K4-K6之間的接地端與1腳之間串有隔直電容C6，C7， 蓄電池接口之間串接可控開關Kl和K2 ；二次斬波電路模塊U9、U10、U11中均集成有反極放 電電路；另外，單體蓄電池接口的正極側接入蓄電池參數動態採樣模塊。 蓄電池參數動態採樣模塊包括U6、U7、U8，其2腳均接入蓄電池接口正極側。微處理單元MCU通過其1-10各引腳，根據蓄電池參數動態採樣模塊TO、U7、U8的 反饋信息，控制開關K1-K6的開關時機，已決定多路二次斬波模塊U9、U10、U11的動作時機， 以及它們內部集成的反極放電電路和一次斬波反極放電電路模塊U12的動作時機。如圖4所示為本發明無損傷快速均衡充電器集成有反極放電電路的二次斬波電 路原理圖；其中任一路二次斬波電路包括電阻R11-R18、三極體Q3、Q4、Q8、Q9，功率開關管 Q5、Q6，電容C8-C11、電解電容EC6、EC7，電感L4，肖特基二極體D9、D12、D13、D14，齊納二極 管D10、D11，功率開關管驅動晶片U13，光隔離器件U12、U15，微處理單元接口 MCU11，MCU12 和電源VCC ；反極放電電路包括電阻R19-R21，三極體Q10、Q11，功率開關管Q7，可控電子負載 U14,電源VCC和微處理單元接口 MCU13 ；微處理單元MCU通過引腳11經由隔離器件U12接電阻Rl 1到達信號地，產生的PWM 方波，採用圖騰柱式輸出方式驅動功率開關管驅動晶片U13，圖騰柱由三極體Q3、Q4組成， 三極體Q3的集電極接VCC，同時與功率開關管驅動晶片U13的1腳相連；三極體Q3的發射 極與三極體Q4的發射極相連，並接入功率開關管驅動晶片U13的2腳，三極體Q3和三極體 Q4的基極相連，並經由電阻R12接電源地，三極體Q4的集電極接電源地，同時還接功率開關 管驅動晶片U13的3腳，功率開關管驅動晶片U13的1腳和3腳之間並接電解電容EC6和 電容C8，功率開關管驅動晶片U13的1腳和8腳之間接肖特基二極體D9，功率開關管驅動 晶片U13的6腳和8腳接電容C9，功率開關管驅動晶片U13的7腳和6腳之間接有齊納二 極管D10、D11，功率開關管驅動晶片U13的6腳和電源地之間接有反向肖特基二極體D14， 肖特基二極體D12、電容C10、電阻R13並聯，肖特基二極體D12反向端接功率開關管驅動芯 片U13的7腳，正向端接功率開關管Q5的門極，同時通過電阻R14接功率開關管驅動晶片 U13的6腳；功率開關管Q5的一端接電源VCC，另一端經由濾波電感L4，肖特基二極體D13 接蓄電池的正極側，蓄電池的負極側接有功率開關管Q6，蓄電池正極和負極之間並接電解電容EC7和電容C11，功率開關管Q6也採用圖騰柱式輸出驅動，圖騰柱由三極體Q8和三極 管Q9、電阻R16-R18以及電源VCC和隔離器件U15組成；微處理單元MCU的引腳12經由隔 離器件U15通過電阻R15接信號地；蓄電池的正極和負極側還串接有可控電子負載U14和 功率開關管Q7，功率開關管Q7也採用圖騰柱式輸出驅動，圖騰柱由三極體Q10、三極體Q11， 電阻R20-22以及電源VCC和隔離器件U16組成；微處理單元MCU的引腳13經由隔離期間 U16通過電阻R19接地。如圖5所示為本發明無損傷快速均衡充電器蓄電池動態參數採樣電路原理圖；其 中只給出了電流電壓採樣原理圖，溫度採樣採用經典的溫度採樣電路，除採用耐腐的傳感 器外，採樣電路並無差異，不再詳述；蓄電池的正極側接有電壓採樣電路，負極側接有電流 採樣電路，兩種採樣電路均有隔離器件.
電壓採樣電路包括電阻R28-R34、電容C14-C17、電位器WR1、運算放大器U18的5 腳，6腳和7腳、光隔離器件U20、U21，電源VCC、+5V及微處理單元接口 MCUk，電壓採樣電 路分為兩路一路串接電阻R23，電阻R25接入運算放電器U18的正反饋端，另一路串接電阻 R26接運算放大器U18的負反饋端，運算放大器U18的正反饋端和負反饋端還並接有電阻 R24，電容C12—端接地，另一端接電阻R23的輸出端，運算放大器U18的電源接VCC，4腳接 電源地，1腳串接電阻R27經由兩路隔離器件U17和隔離器件U19接電源地，運算放大器U18 的1腳和2腳之間還並接有電容C13，隔離器件U17的受激發端一側接電源VCC，另一側接 運算放大器U18的2腳；隔離器件U19的受激發端一側接電源+5V，另一側通過串接電位器 WR2接信號地，電位器WR2的中端接電阻R33，從電阻R33輸出的電壓信號與微處理單元的 引腳8、9或10相連，而且在引腳與信號地之間並接電容C16。電流採樣電路包括電阻R28-R34，電容C14-C17，電位器WR1，運算放大器U18的5 腳，6腳和7腳，光隔離器件U20，U21，電源VCC，+5V及微處理單元接口 MCUk，電流採樣電路 分為兩路，一路串接電阻R31，接入運算放電器U18的正反饋端，另一路經由並聯的兩個功 率電阻R28和R29串接電阻R30接運算放大器U18的負反饋端，電容C14 一端接地，另一端 接蓄電池負極側，運算放大器U18的7腳串接電阻R32經由兩路隔離器件U20，U21接電源 地，運算放大器U18的7腳和6腳之間還並接有電容C15，隔離器件U20的受激發端一側接 電源VCC，另一側接運算放大器的6腳；隔離器件U21的受激發端一側接電源+5V，另一側通 過串接電位器WRl接信號地，電位器WRl的中端接電阻R34，從電阻R34輸出的電壓信號與 微處理單元的引腳8、9或10相連，而且與引腳與信號地之間並接電容C17。如圖6所示為本發明無損傷快速均衡充電器控制策略流程圖，具體控制策略是 開始上電進行系統初始化，軟體初始化，硬體初始化，過流檢查等操作，若出現系統異常或 是過流警告則切斷市電，否則微處理單元發出控制信號啟動蓄電池參數動態採集電路，獲 取蓄電池初始狀態參數，微處理單元根據採樣值判斷是否進行蓄電池預充電，若需要預充 電，則先進入預充電狀態，否則微處理單元根據採樣值計算出的蓄電池最大初始充電可接 受電流開始大電流快速充電；快速充電過程中，微處理單元隨時根據採樣值計算並判定各 單體蓄電池參數是否超出預設一致性要求上限，若是則啟動多路二次斬波電路開關，進行 隔離充電，否則，繼續整體充電過程；隔離充電過程中，微處理單元隨時監測蓄電池參數動 態採樣值，若各單體蓄電池參數動態採樣值滿足停充要求則停止充電過程，否則，繼續隔離 充電過程。
控制策略一些細節的描述蓄電池進行大電流快速充電和隔離充電時，蓄電池各 項參數，如端電壓，溫升變化率等都需要滿足一定的上限閾值才能達到無損傷充電，一般端 電壓的上限為析氣率為0. 05%的蓄電池開路電壓，溫升變化率的上限為不超過1-6個溫升 變化單位；大電流快速充電和隔離充電過程中，微處理單元根據實驗獲得的經驗值進行正 負脈衝充電，一是解決充電過程中迅速上升的極化問題；二是維持蓄電池允許初始最大可 充電電流值，加快充電過程。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等 效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。
權利要求
一種蓄電池無損傷快速均衡充電器，包括市電接口、保護電路、濾波電路、充電接口、整流電路、濾波穩壓穩流電路和微處理單元，其特徵在於還包括功率因數校正電路、智能半橋斬波電路、反極放電電路、蓄電池參數動態採樣電路，市電接口與保護電路相連，保護電路與濾波電路相連，濾波電路與整流電路相連，整流電路與功率因數校正電路相連，功率因數校正電路與智能半橋斬波電路相連，智能半橋斬波電路與濾波穩壓穩流電路相連，濾波穩壓穩流電路與充電接口相連，充電接口與蓄電池參數動態採樣電路和反極放電電路相連，蓄電池參數動態採樣電路與微處理單元相連，微處理單元與反極放電電路和智能半橋斬波電路相連。
2.根據權利要求1所述的蓄電池無損傷快速均衡充電器，其特徵在於所述的智能半 橋斬波電路，包括微處理單元、一次斬波電路，多路二次斬波開關、電路控制開關K，二次斬 波電路1…二次斬波電路n、二次斬波電路控制開關Kj，二次斬波電路開關Kn，電容C1…Cn， 微處理單元與電路控制開關K和多路二次斬波開關相連，多路二次斬波開關與一次斬波電 路正極和二次斬波電路1…二次斬波電路n相連，電路控制開關K一端與多路二次斬波電路 1相連，另一端與一次斬波電路正極相連，一次斬波電路負極與多路二次斬波電路n相連。
3.根據權利要求1所述的蓄電池的無損傷快速均衡充電器，其特徵在於所述的蓄電 池參數動態採樣電路包括電壓採樣電路和電流採樣電路，電壓採樣電路包括電阻R28-R34、 電容C14-C17、電位器WR1、運算放大器U18的5腳，6腳和7腳、光隔離器件U20、U21，電源 VCC.+5V及微處理單元接口 MCUk，電壓採樣電路分為兩路一路串接電阻R23，電阻R25接入 運算放電器U18的正反饋端，另一路串接電阻R26接運算放大器U18的負反饋端，運算放大 器U18的正反饋端和負反饋端還並接有電阻R24，電容C12 —端接地，另一端接電阻R23的 輸出端，運算放大器U18的電源接VCC，4腳接電源地，1腳串接電阻R27經由兩路隔離器件 U17和隔離器件U19接電源地，運算放大器U18的1腳和2腳之間還並接有電容C13，隔離器 件U17的受激發端一側接電源VCC，另一側接運算放大器U18的2腳；隔離器件U19的受激 發端一側接電源+5V，另一側通過串接電位器WR2接信號地，電位器WR2的中端接電阻R33， 從電阻R33輸出的電壓信號與微處理單元的引腳8、9或10相連，而且在引腳與信號地之間 並接電容C16;電流採樣電路包括電阻R28-R34，電容C14-C17，電位器WR1，運算放大器U18的5腳，6 腳和7腳，光隔離器件U20，U21，電源VCC，+5V及微處理單元接口 MCUk，電流採樣電路分為 兩路，一路串接電阻R31，接入運算放電器U18的正反饋端，另一路經由並聯的兩個功率電 阻R28和R29串接電阻R30接運算放大器U18的負反饋端，電容C14 一端接地，另一端接蓄 電池負極側，運算放大器U18的7腳串接電阻R32經由兩路隔離器件U20，U21接電源地，運 算放大器U18的7腳和6腳之間還並接有電容C15，隔離器件U20的受激發端一側接電源 VCC，另一側接運算放大器的6腳；隔離器件U21的受激發端一側接電源+5V，另一側通過串 接電位器WR1接信號地，電位器WR1的中端接電阻R34，從電阻R34輸出的電壓信號與微處 理單元的引腳8、9或10相連，而且與引腳與信號地之間並接電容C17。
4.根據權利要求1或2所述的蓄電池無損傷快速均衡充電器，其特徵在於智能半橋 斬波電路及反極放電電路，由多路反極放電電路模塊組成，併集成於多路二次斬波模塊和 一次斬波模塊中，其中任一路二次斬波電路包括電阻R11-R18、三極體Q3、Q4、Q8、Q9，功率 開關管Q5、Q6，電容C8-C11、電解電容EC6、EC7，電感L4，肖特基二極體D9、D12、D13、D14，齊納二極體D10、D11，功率開關管驅動晶片U13，光隔離器件U12、U15，微處理單元接口 MCU11， MCU12和電源VCC ；反極放電電路包括電阻R19-R21，三極體Q10、Q11，功率開關管Q7，可控 電子負載U14，電源VCC和微處理單元接口 MCU13 ；微處理單元MCU通過引腳11經由隔離器 件U12接電阻Rl 1到達信號地，產生的PWM方波，採用圖騰柱式輸出方式驅動功率開關管驅 動晶片U13，圖騰柱由三極體Q3、Q4組成，三極體Q3的集電極接VCC，同時與功率開關管驅 動晶片U13的1腳相連；三極體Q3的發射極與三極體Q4的發射極相連，並接入功率開關管 驅動晶片U13的2腳，三極體Q3和三極體Q4的基極相連，並經由電阻R12接電源地，三極 管Q4的集電極接電源地，同時還接功率開關管驅動晶片U13的3腳，功率開關管驅動晶片 U13的1腳和3腳之間並接電解電容EC6和電容C8，功率開關管驅動晶片U13的1腳和8 腳之間接肖特基二極體D9，功率開關管驅動晶片U13的6腳和8腳接電容C9，功率開關管 驅動晶片U13的7腳和6腳之間接有齊納二極體D10、D11，功率開關管驅動晶片U13的6腳 和電源地之間接有反向肖特基二極體D14，肖特基二極體D12、電容C10、電阻R13並聯，肖特 基二極體D12反向端接功率開關管驅動晶片U13的7腳，正向端接功率開關管Q5的門極， 同時通過電阻R14接功率開關管驅動晶片U13的6腳；功率開關管Q5的一端接電源VCC， 另一端經由濾波電感L4，肖特基二極體D13接蓄電池的正極側，蓄電池的負極側接有功率 開關管Q6，蓄電池正極和負極之間並接電解電容EC7和電容C11，功率開關管Q6也採用圖 騰柱式輸出驅動，圖騰柱由三極體Q8和三極體Q9、電阻R16-R18以及電源VCC和隔離器件 U15組成；微處理單元MCU的引腳12經由隔離器件U15通過電阻R15接信號地；蓄電池的 正極和負極側還串接有可控電子負載U14和功率開關管Q7，功率開關管Q7也採用圖騰柱式 輸出驅動，圖騰柱由三極體Q10、三極體Q11，電阻R20-22以及電源VCC和隔離器件U16組 成；微處理單元MCU的引腳13經由隔離期間U16通過電阻R19接地。
5. 一種上述權利要求1所述的蓄電池無損傷快速均衡充電器的控制策略，其特徵在 於當市電接口接入市電後，充電器自檢，硬體電路初始化，微處理單元初始化；確認電路 安全後微處理單元通過蓄電池參數動態採樣電路採集蓄電池組信息包括各單體荷電狀態， 溫升變化率和端電壓；採樣信息獲得後，微處理單元將採樣信息進行預處理，判定是否進行 預充；若不需要預充，則計算蓄電池組此時刻允許最大初始充電電流；若需要預充電，則預 充一段時間後，再計算蓄電池組允許最大初始充電電流；當最大初始充電電流值獲得後，微 處理單元進行蓄電池組的快速充電，充電期間蓄電池參數動態採樣電路即時反饋信息予微 處理單元，微處理單元據此控制反極放電電路的動作時機，已達到快速充電的目的；當微處 理單元獲得的蓄電池各單體參數信息中的某些參數如溫升變化率，荷電狀態和端電壓，超 出預設蓄電池充電時各單體參數允許差別的最大範圍時，微處理單元發出控制信號，開啟 多路二次斬波開關，進行各單體蓄電池的隔離充電，充電原理與整體充電時相同，直至各單 體蓄電池採樣信息經微處理單元預處理後滿足停充條件後斷電。
全文摘要
本發明涉及一種蓄電池無損傷快速均衡充電器及控制策略，屬於開關電源式充電器及控制方法。包括市電接口、充電接口、整流電路、濾波穩壓穩流電路和微處理單元，還包括功率因數校正電路、智能半橋斬波電路、反極放電電路、蓄電池參數動態採樣電路；控制策略為當市電接口接入市電後，微處理單元通過蓄電池參數動態採樣電路採集蓄電池組信息；採樣信息獲得後，微處理單元將採樣信息進行預處理，計算蓄電池組此時刻允許最大初始充電電流；當最大初始充電電流值獲得後，微處理單元進行蓄電池組的快速充電。充電器根據控制策略即時跟蹤蓄電池內部參數的動態變化，採用二次斬波分段控制的方法和正負脈衝快速充電技術，將蓄電池的充電對象控制到了單位個體，做到了無損傷快速均衡充電等優點。
文檔編號H02H7/18GK101872990SQ20101021022
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者劉東林, 劉洪娥, 王任超, 高小群, 高述轅 申請人:山東申普汽車控制技術有限公司