专利名称：蓄电池快/慢充电控制方法
技术领域：
本发明涉及一种蓄电池的充电控制方法，具体讲本发明就是结合可控型恒流源组件和放电去极化装置，能够实现正脉冲充电、负脉冲放电去极化的快速充电控制方法。
背景技术：
蓄电池作为一种储能式电源，在交通运输、通讯电力、工农业生产、特别是在军队武器装备等领域，有着极为广泛的应用。对蓄电池来说，其性能的好坏及使用寿命的长短又与蓄电池的充电方式密切相关，好的充电机能大大提高蓄电池的充电质量和使用寿命。蓄电池常规充电方法的充电时间长(12～24小时)，主要是满足蓄电池的初充电和维护充电需要，而快速充电是解决蓄电池的应急充电场合需要，尤其在战时需求更为突出。随着电动汽车的发展，具有快速充电功能的充电机的需求量会越来越大。老式的硅整流和相控式充电机，不仅充电效率低，还容易造成严重的析气、过热、过充现象发生。析气、过热、过充极易使蓄电池极板腐蚀和钝化，导致蓄电池提前老化或损坏，严重地影响了蓄电池的使用寿命。
技术内容本发明的目的是提供一种蓄电池的充电控制方法，该充电控制方法既能提高能量利用效率、加快充电速度，又能延长蓄电池的使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种蓄电池快/慢充电控制方法，该方法包括以下过程a、恒流预充电，预充电过程中微电脑自动完成对蓄电池各项参数的检测和比较；该预充电过程是针对蓄电池无电或严重亏电情况的充电步骤，在常规蓄电池有电进行补充电的情况下该步骤为非必要步骤。
b、检测电池电压的变化在正常范围内，进入第二阶段的大电流充电，随着充电过程的进行，电池电压也不断上升，在其过程中采用定时的放电去极化，以消除在充电过程所产生的极化效应，提高充电效率；c、当电池电压达到控制点时，进入快速充电和放电去极化过程，在此过程中，蓄电池的容量增加非常快；d、随着蓄电池容量的增加，充、放电脉冲自适应加快，其效果是提高充电效率、减少析气、降低温升；e、当蓄电池的容量达到0.95C以上时，自动转入蓄电池的浮充状态。
f、浮充阶段，恒定蓄电池端电压始终处于浮充电压，这时充电过程涓流浮充，允许长时间充电，当充电电流减小到控制值时，自动关机。
所述的控制方法包括CPU微处理器，CPU微处理器上连有辅助电源单元U1、输出控制电路单元U2、放电去极化控制电路单元U3、取样电路单元U4和保护输出电路单元U5，其中辅助电源单元U1用于向各控制单元或器件提供电源，辅助电源单元U1具有功能设置端口、数据输出端口远传打印和监控端口；输出控制电路单元U2具有三路输出，通过快速光耦相互隔离，通过控制输出电压范围，分别控制或调节恒流源组件的电流、电压和关断口；放电去极化控制电路单元U3，在快速充电状态时，由CPU控制，按照编程控制程序激励驱动电路U3，触发大功率放电回路，进行瞬间大电流放电而去极化，该驱动电路具有双路输出，可以同时驱动两路，也可以任选一路，每路具有放电电流闭环负反馈控制；取样电路单元U4，具有8个输入通道，通过该单元实现充电过程的电流、电压、电解液温度等参数在线跟踪检测和控制，实现对各个状态设置监控，通过CPU控制中心和保护输出电路单元U5输出驱动，控制输入、输出、报警、关机等操作。
本发明结合可控型恒流源组件和放电去极化装置，能够实现正脉冲充电、负脉冲放电去极化的快速充电和先恒流均充电再恒压减流充电最后自动转为涓流浮充的常规慢速充电功能，具有在线状态参数检测的A/D转换和输出控制的D/A转换功能，提供多种形式的故障保护口，温度检测口，输出控制口，还可以根据需要，通过编程技术，提供其它服务端口或实现输入/输出隔离等。该方法与可控型恒流源组件以及放电去极化装置进行有机的结合，能派生出各种功率规格的智能型快慢两用充电机，实现蓄电池充电过程的智能化管理，提高整机的可靠性和安全性。
本发明应用现代的16位微处理器和CMOS接口芯片通过单片机的编程技术，实现多种功能的识别和控制。该控制模块能够准确地检测蓄电池的数量、容量、电压、温度、充放电速率等信息和数据，实现在线自动跟踪检测和控制。通过功能设置，该模块的控制程序自动转入快充控制子程序或慢充控制子程序，根据所采集的数据由CPU按照编程要求，自动调节恒流组件输出的充电电流、充电电压、放电去极化装置的放电频率，使整个充电过程始终处于最佳的充电和微量析气状态，消除极化和减小热效应，从而达到快速、无损、高效充电的目的。
附图概述
图1是本发明的控制原理框图；图2是本发明控制主程序流程图；图3是本发明中快速充电子程序流程图；图4是本发明中放电去极化程序流程图；具体实施方式
控制可以分为以下阶段第一阶段恒流预充电，预充电过程中微电脑自动完成对蓄电池各项参数的检测和比较；第二阶段检测电池电压的变化在正常范围内，进入第二阶段的大电流充电，随着充电过程的进行，电池电压也不断上升。在其过程中采用定时的放电去极化措施，以消除在充电过程所产生的极化效应，提高充电效率；第三阶段当电池电压达到控制点时，进入快速充电和放电去极化过程，在此过程中，蓄电池的容量增加非常快；第四阶段随着蓄电池容量的增加，充、放电脉冲自适应加快，其效果是提高充电效率、减少析气、降低温升；第五阶段当蓄电池的容量达到0.95C以上时，自动转入蓄电池的浮充状态。
第六阶段浮充阶段，恒定蓄电池端电压始终处于浮充电压，这时充电过程涓流浮充，允许长时间充电，当充电电流减小到控制值时，自动关机。
结合图1说明本发明的控制过程和原理该控制模块工作电源由U1单元提供直流15V和5V，除此之外，U1单元还具有功能设置端口和提供数据输出端口，可以进行初始状态设置，远传打印和监控；U2单元输出控制电路具有三路输出，通过快速光耦相互隔离，输出电压的控制范围0.5～5.0V(也可根据需要设置)，分别控制或调节恒流源组件的电流、电压和关断口；U3单元是放电去极化控制电路，在快速充电状态时，由CPU控制，按照编程控制程序激励U3驱动电路，触发大功率放电回路，进行瞬间大电流放电而去极化，该驱动电路具有双路输出，可以同时驱动两路，也可以任选一路，每路具有放电电流闭环负反馈控制；U4单元是取样电路，具有8个输入通道，通过该单元实现充电过程的电流、电压、电解液温度等参数在线跟踪检测和控制，实现对各个状态设置监控，通过CPU控制中心和U5单元输出驱动，控制输入、输出、报警、关机等操作。CPU单元是该控制板的核心部件，具有16位微处理器和接口转换电路，整个工作过程是按着软件设计程序进行，所以软件的设计是该控制技术的关键。
本发明在与4.5KW和13.6KW两台可控型恒流源组件以及放电去极化装置结合后，所派生的两台智能型快慢两用充电机(TZ-1796C和TZ-1796D)，经多次实验和长期使用，该种机器具有如下特点在快充状态，蓄电池电解液的温升低(≤10℃，在环境温度25℃)，析气微弱，充电速度快(≤2.5小时，电解液比重从1.20升到1.30，在环境温度25℃)；常规充电(慢充)，输出的电流电压稳定，浮充状态转换控制可靠，长时间工作，无人职守，蓄电池的析气微弱，温升较低(≤5℃)，充电时间达到充电率的100％～110％。除此之外，该机器还具有多种识别和保护功能，如蓄电池块数识别，充电机负载性质识别，输入过、欠压、短路保护，输出过流、过充、过热、蓄电池反接保护等。在此基础上，推广该模块控制技术的应用对提高蓄电池的充电质量，延长蓄电池的使用寿命具有深远的经济意义。
以下结合控制方法的主程序和子程序的编制对本发明作进一步的详细说明。
结合图2给出的主程序流程图，软件初始化后，首先调用功能设置子程序，读入初始状态设置的参数、功能选择、检查输入输出状态是否正确等。然后置好相应的状态识别位是“0”或“1”，为下一步转入相应的功能子程序做好准备。
主程序定时地按照规定程序(主程序流程图)进行巡位检查，执行规定的任务。
进入快充子程序，首先通过检测蓄电池的端电压U0，判断是否进入预充电(小电流充电)阶段。当U0超过Uk(最小充电电压)时，即进行大电流充电，蓄电池两端的电压逐渐升高。在此过程中，通过定时放电的方法消除所产生的各种极化，随着充电过程的进行，蓄电池两端的电压逐渐升高到控制点电压，充放电频率逐渐加快，其频率的控制和变化受充电的上位点电压和放电的下位点电压影响，而上、下位点电压的确定和改变由蓄电池电解液的温度K值的检测量，通过程序计算而定。在每次进入放电子程序之前，都要检查蓄电池的电量C，当蓄电池的电量超过0.95C时，即转入浮充子程序(通过改变状态识别位)，否则，返回控制程序继续大电流充电。在浮充子程序，控制/调节充电电流和充电电压，使蓄电池始终处于浮充状态，通过检测最小充电电流值，判断是否关机(进入关机子程序)。
在快充状态，每个充放电周期都要调用放电子程序。在放电子程序，首先通过快速关断口和屏蔽口，停止充电和放电。此时，由于没有电流，消除了电阻极化；然后通过触发放电回路的电子开关管，接通蓄电池的放电回路，进行瞬间大电流放电，由于电流方向相反，从而消除电解液的浓差极化。根据蓄电池放电的下位点电压Uxin，判断是否进行多次放电去极化，以达到彻底消除极化为目的。
权利要求
1.一种蓄电池快/慢充电控制方法，该方法包括以下过程a、检测电池电压的变化在正常范围内，进入大电流充电，随着充电过程的进行，电池电压也不断上升，在其过程中采用定时的放电去极化，以消除在充电过程所产生的极化效应，提高充电效率；b、当电池电压达到控制点时，进入快速充电和放电去极化过程，在此过程中，蓄电池的容量快速增加；c、随着蓄电池容量的增加，充、放电脉冲自适应加快，其效果是提高充电效率、减少析气、降低温升。
2.根据权利要求1所述的蓄电池快/慢充电控制方法，其特征在于在进入大电流充电之前检测到蓄电池无电或严重亏电情况，应进行恒流预充电，预充电过程中微电脑自动完成对蓄电池各项参数的检测和比较。
3.根据权利要求1所述的蓄电池快/慢充电控制方法，其特征在于本发明还包括以下过程当蓄电池的容量达到0.95C以上时，自动转入蓄电池的浮充状态。浮充阶段，恒定蓄电池端电压始终处于浮充电压，这时充电过程涓流浮充，允许长时间充电，当充电电流减小到控制值时，自动关机。
4.根据权利要求1所述的蓄电池快/慢充电控制方法，其特征在于所述的控制方法包括CPU微处理器，CPU微处理器上连有辅助电源单元U1、输出控制电路单元U2、放电去极化控制电路单元U3、取样电路单元U4和保护输出电路单元U5，其中辅助电源单元U1用于向各控制单元或器件提供电源，辅助电源单元U1具有功能设置端口、数据输出端口、远传打印和监控端口；输出控制电路单元U2具有三路输出，通过快速光耦相互隔离，分别控制或调节恒流源组件的电流、电压和关断口；放电去极化控制电路单元U3，在快速充电状态时，由CPU控制，按照编程控制程序激励驱动电路U3，触发大功率放电回路，进行瞬间大电流放电而去极化，该驱动电路具有双路输出，可以同时驱动两路，也可以任选一路，每路具有放电电流闭环负反馈控制；取样电路单元U4，具有8个输入通道，通过该单元实现充电过程的电流、电压、电解液温度等参数在线跟踪检测和控制，实现对各个状态设置监控，通过CPU控制中心和保护输出电路单元U5输出驱动，控制输入、输出、报警、关机等操作。
全文摘要
本发明涉及一种结合可控型恒流源组件和放电去极化装置，能够实现正脉冲充电、负脉冲放电去极化的快速充电控制方法，本发明主要包括以下步骤检测电池电压的变化在正常范围内，进入大电流充电，随着充电过程的进行，电池电压也不断上升，在其过程中采用定时的放电去极化，提高充电效率；当电池电压达到控制点时，进入快速充电和放电去极化过程，蓄电池的容量快速增加；充、放电脉冲自适应加快，其效果是提高充电效率、减少析气、降低温升。
文档编号H02J7/02GK1655419SQ20041001407
公开日2005年8月17日 申请日期2004年2月13日 优先权日2004年2月13日
发明者张红, 邓立荣 申请人:合肥同智科技发展有限公司