专利名称：一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统，尤其涉及一种用于动力电池充电器的正脉冲充电和负脉冲放电交替进行的新型充电方法。
背景技术：
传统的恒流恒压浮充三段式充电器，由于采用某一速率充电，很容易使电池形成极化，降低充电接受能力，延长充电时间或出现充不满电现象，在快充满阶段，电池内部会析出大量气体，导致电池温度升高或失水，严重的会鼓胀破裂，缩短电池使用寿命。
实用新型内容针对上述现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统，其通过单片机做为控制芯片，根据电池电压和充电状态对电池进行正负脉冲交替充放电，减少析气，提高充电电流，达到延长电池寿命，提高充电速度的目的。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统，它主要由电源稳压器、智能控制器1C、电阻、二极管、三极管、场效晶体管、晶振和电容等组成。其包括充电器1，充电控制电路2，主输出电压采集模块3，放电控制电路4，充电信号采集模块5，稳压电源模块6，时钟振荡模块7和含有控制算法程序的智能控制器8。作为本实用新型专利优选实施例。所述充电器I :是一种由脉宽调制芯片控制的，具有电压限制和电流限制作用的主要电压输出端和输出电压在+7伏到+30伏之间的辅助电压输出端，并具有充电状态指示的开关电源电路系统。主要输出端通过充电控制电路2中PMOS管Ql做为充放电控制系统输出端(OUT)给电池输出电压。辅助输出端用于给稳压电源模块6中稳压芯片U2提供+7伏到+30伏之间的电压。充电状态电路能够分别对正在充电和已充满两种状态输出高低不高的两种电压信号，供充电信号采集模块5采集判断。所述充电控制模块2 =PMOS管Ql源极接充电器主要电压输出端，漏极做为充放电控制系统的输出端(0UT)，用于接电池，栅极通过电阻R4接三极管Q4集电极。电阻Rl接在PMOS管Ql源极和栅极之间。三极管Q4发射极接地，基极接二极管Dl阴极。二极管Dl阳极通过电阻RlO与智能控制器8中单片机U3 —个普通I/O引脚连接。电阻Rll接在三极管Q4基极与发射极之间。PMOS管Ql的栅极与源极无电压差时，PMOS管Ql的源极和漏极不导通，切断充电器I主要输出端与电池的连接，不对电池充电。PMOS管Ql栅极受到一定频率一定占空比的PffM电压信号控制时，其源极与漏极也以该频率该占空比导通和断开，将充电器I主要输出端输出的电压斩波，形成一定频率一定占空比的正脉冲电压，作用在电池上,产生正脉冲充电电流。所述主输出电压采集模块3 :电阻R15 —端接充放电控制系统输出端(0UT)，另一端经电阻R17接地。电阻R17非接地端经电阻R16接至智能控制器8中单片机U3的具有模数转换功能的一个引脚，该引脚经电容C6接地。充放电控制系统输出端(OUT)的电压经电阻分压器降低为智能控制器8中单片机U3引脚的可接受电压范围内，经电阻R16限流、电容C6滤波后，输入到智能控制器8中，单片机U3将该电压采集并转换为数字量，供程序判断充放电控制系统是否接电池及电池 是否欠压或过压。所述放电控制模块4 =NMOS管Q3源极接地，漏极通过功率电阻R3接充放电控制系统输出端(0UT)，栅极通过电阻R7接三极管Q2集电极。三极管Q2集电极通过电阻R14接地，发射极接充电器I辅助电压输出端，基极通过电阻R5接三极管Q5集电极。电阻R2接在三极管Q2发射极和基极之间。三极管Q5发射极接地，基极通过电阻R8接智能控制器8中单片机U3另一个普通I/O引脚。电阻R12接在三极管Q5发射极与基极之间。NMOS管Q3栅极与源极间无电压差时，其漏极与源极不导通，电池不能通过功率电阻R3进行放电。NMOS管Q3栅极受到一定频率一定占空比的PWM电压信号控制时，其漏极与源极也以该频率该占空比导通和断开，将电池输出的电压斩波，形成一定频率一定占空比的脉冲电压，作用在功率电阻R3上,产生负脉冲放电电流。所述充电信号米集模块5 电阻R6 —端接充电器I充电状态信号，另一端经电阻R13接地。电阻R13非接地端经电阻R9接至智能控制器8中单片机U3的具有模数转换功能的另一个引脚，该引脚经电容C4接地。充电器I的充电状态信号经电阻分压器降低为智能控制器8中单片机U3引脚的可接受电压范围内，经电阻R9限流、电容C4滤波后，输入到智能控制器8中，单片机U3将该电压采集并转换为数字量，供程序判断电池是否充满或正在充电。所述稳压电源模块6 :稳压芯片U2 —端连接充电器I的辅助输出，并通过电容C3接地，另一端与智能控制器8中单片机U3的电源引脚连接，并通过电容Cl和C2并联后接地，第三端接地。其用于将充电器I辅助输出端输出的+7伏到+30伏之间的直流电降低并稳压，给智能控制器8中单片机U3正常运行提供合适的直流电压。所述时钟振荡模块7 :电容C5与电容C7 —端相连并接地，另一端分别接至智能控制器8中单片机U3的时钟振荡输入两引脚。晶振Yl两端分别接电容C5和电容C7的非接地端。该模块给智能控制器8中单片机U3提供工作所需的高频时钟信号。所述智能控制器8 :内部含有控制算法程序的单片机U3。该程序流程(见附图3)如下程序开始，配置I/o 口，断开充电器I主要输出，初始化模数转换器、定时器和PWM，接通充电器I主要输出。启动模数转换器，检测充放电控制系统输出端(OUT)电压，检测充电器I充电状态。判断若接入电池，启动PWM，产生一定频率、一定占空比的方波信号，同时启动定时器，进行充电时间、暂停时间、放电时间定时。给充电控制电路2输入PWM方波信号，充电器I对电池进行正脉冲充电，充电时间到，暂停充电，暂停时间到，给放电控制电路4输APWM方波信号，充电器I对电池进行负脉冲放电，放电时间到，暂停放电，暂停时间到，再次进行正脉冲充电，暂停，放电，暂停，如此循环。若电池充满，关闭PWM，关闭充电和放电。若充电结束拔下电池，则充电控制电路2和放电控制电路4保持在断开状态，充放电控制系统输出端(OUT)无电压输出。
[0014]附图1为本实用新型一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统在一种实施方式中的方框图；附图2为本实用新型一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统的最佳实施例的电路组成图；附图3为本实用新型一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统的最佳实施例的充放电电流波形图；附图4为本实用新型一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统的最佳实施例的程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图1-4，详细说明本实用新型的最佳实施例本实用新型的一种动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统，用于通过单片机控制实现一种用于动力电池的正脉冲充电和负脉冲放电交替进行的新型充电方式，其包括充电器I，充电控制电路2，主输出电压采集模块3，放电控制电路4，充电信号采集模块5，稳压电源模块6，时钟振荡模块7和含有控制算法程序的智能控制器8。接通电源，充电器I得电运行，主要电压输出端输出大小受限的电压到PMOS管Ql的源极，辅助电压输出端输出+7伏到+30伏之间的电压给稳压芯片U2，稳压芯片U2将此电压降低稳定并经电容Cl和电容C2滤波后输入单片机U3的电源引脚，单片机U3上电，运行内部程序配置与电阻R9、电阻R16分别相连的引脚为模数转换模式，配置与电阻R8、电阻RlO分别相连的引脚为普通I/O模式，输出低电平给电阻R10，该低电平经二极管Dl作用在三极管Q4基极，三极管Q4集电极与发射极不导通，电阻R4无电流流过，PMOS管Ql栅极与源极间无电压差，源极与漏极不导通，断开了充电器I主要电压输出端与正负脉冲充放电控制系统输出端(OUT)的连接，使系统输出端(OUT)无电压。输出低电平给电阻R8，三极管Q5基极为低电平，集电极与发射极不导通，电阻R5无电流流过，三极管Q2发射极与基极无电压差，发射极与集电极不导通，电阻R14非接地端为低电位，该低电位经电阻R7作用在NMOS管Q3的栅极，NMOS管Q3漏极和源极不导通，使功率电阻R3无电流流过。初始化模数转换器、定时器和PWM。启动模数转换，采集电阻R15与电阻R17连接处的电压值，通过电阻分压比计算出充放电控制系统输出端(OUT)的电压值。采集电阻R6与电阻Rl3连接处的电压值，通过电阻分压比计算出充电器I的充电状态信号。接上电池，单片机U3检测到充放电控制系统输出端(OUT)电压(SP电池电压)低于电压阀值1，并且充电器I的充电状态信号为正在充电信号，启动PWM，产生一定频率、一定占空比的PWM方波，该PWM方波经电阻RlO和二极管Dl作用在三极管Q4基极，三极管Q4集电极与发射极也以一定频率、一定占空比导通和断开，通过电阻R4作用在PMOS管Ql栅极，使PMOS管Ql源极和漏极也经一定频率、一定占空比导通和断开，将充电器I主要输出端输出的电压斩波，形成一定频率、一定占空比的脉冲电压，作用在电池上，对电池进行正脉冲充电，与此同时，开启定时器，进行时间I定时，当定时时间I到时，关闭PWM，输出低电平到电阻R10，断开PMOS管源极和漏极，暂停对电池充电。使用定时器，进行时间2定时，当定时时间2到时，启动PWM，产生一定频率、一定占空比的PWM方波，该PWM方波经电阻R8控制三极管Q5基极，三极管Q5集电极与发射极经一定频率、一定占空比导通和断开，使三极管Q2的发射极与集电极也经一定频率、一定占空比导通和断开，使电阻R14非接地端产生一定频率、一定占空比的PWM方波电压，该电压经电阻R7作用在NMOS管Q3栅极，使NMOS管Q3漏极与源极也以一定频率、一定占空比导通和断开，将电池输出的电压斩波，形成一定频率、一定占空比的脉冲电压，作用在功率电阻R3上，对电池进行负脉冲放电，与此同时，使用定时器，进行时间3定时，当定时时间3到时，关闭PWM，输出低电平到电阻R8，断开NMOS管Q3漏极和源极，暂停对电池放电，此时再进行时间2定时，当定时时间2到时，再启动PWM，产生一定频率、一定占空比的PWM方波，作用在PMOS管Ql上，对电池再进行正脉冲充电，如此循环。当检测到充电器I的充电状态为已充满状态时，单片机关闭PWM，输出低电平到电阻RlO和电阻R8，停止对电池正脉冲充电和负脉冲放电，保护电池不会过充。当检测到充放电系统输出端(OUT)电压高于电压阀值I时，认为电池电压过高，则关闭PWM，输出低电平到电阻RlO和电阻R8，停止对电池正脉冲充电和负脉冲放电。保护电池不因过压损坏。本实用新型的正负脉冲充放电控制系统，通过单片机做为控制芯片，根据电池电压和充电状态对电池进行正负脉冲交替充放电，具有以下优点I、智能，可靠，不会出现误动作，具备过压，过充保护；2、脉冲充电，提高电池的电流接受能力，可以增大充电电流，缩短充电时间；3、大幅度窄脉冲放电，减少电池析气，降低电池温升，减少失水，延长电池使用寿命O 以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
权利要求1.一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统，其特征在于包括充电器(1)，充电控制电路(2)，主输出电压采集模块(3)，放电控制电路(4)，充电信号采集模块(5),稳压电源模块(6)，时钟振荡模块(7)和含有控制算法程序的智能控制器(8)。
2.根据权利要求I所述用于动力电池正负脉冲充放电控制系统，其特征在于 所述的充电器(1)，是一种由脉宽调制芯片控制的，具有电压限制和电流限制作用的主要电压输出端和输出电压在+7伏到+30伏之间的辅助电压输出端，并具有充电状态指示的开关电源电路系统； 所述的充电控制模块(2)，PMOS管Ql源极接充电器主要电压输出端，漏极做为充放电控制系统的输出端(0UT)，用于接电池，栅极通过电阻R4接三极管Q4集电极；电阻Rl接在PMOS管Ql源极和栅极之间；三极管Q4发射极接地，基极接二极管Dl阴极；二极管Dl阳极通过电阻RlO与智能控制器(8)中单片机U3 —个普通I/O引脚连接；电阻Rll接在三极管Q4基极与发射极之间； 所述的主输出电压采集模块(3 )，电阻Rl5 —端接充放电控制系统输出端(OUT )，另一端经电阻R17接地；电阻R17非接地端经电阻R16接至智能控制器(8)中单片机U3的具有模数转换功能的一个引脚，该引脚经电容C6接地； 所述的放电控制模块(4)，NMOS管Q3源极接地，漏极通过功率电阻R3接充放电控制系统输出端(0UT)，栅极通过电阻R7接三极管Q2集电极；三极管Q2集电极通过电阻R14接地，发射极接充电器(I)辅助电压输出端，基极通过电阻R5接三极管Q5集电极；电阻R2接在三极管Q2发射极和基极之间；三极管Q5发射极接地，基极通过电阻R8接智能控制器(8)中单片机U3另一个普通I/O引脚；电阻R12接在三极管Q5发射极与基极之间； 所述的充电信号采集模块(5)，电阻R6 —端接充电器(I)充电状态信号，另一端经电阻R13接地；电阻R13非接地端经电阻R9接至智能控制器(8)中单片机U3的具有模数转换功能的另一个引脚，该引脚经电容C4接地； 所述的稳压电源模块(6)，稳压芯片U2—端连接充电器(I)的辅助输出，并通过电容C3接地，另一端与智能控制器(8)中单片机U3的电源引脚连接，并通过电容Cl和C2并联后接地，第三端接地； 所述的时钟振荡模块(7)，电容C5与电容C7 —端相连并接地，另一端分别接至智能控制器(8)中单片机U3的时钟振荡输入两引脚；晶振Yl两端分别接电容C5和电容C7的非接地端； 所述的智能控制器(8)，内部含有控制算法程序的单片机U3 ;该程序流程为程序开始，配置I/O 口，断开充电器(I)主要输出，初始化模数转换器、定时器和PWM，接通充电器(I)主要输出；启动模数转换器，检测充放电控制系统输出端(OUT)电压，检测充电器(I)充电状态；判断若接入电池，启动PWM，产生一定频率、一定占空比的方波信号，同时启动定时器，进行充电时间、暂停时间、放电时间定时；给充电控制电路(2 )输入PWM方波信号，充电器(I)对电池进行正脉冲充电，充电时间到，暂停充电，暂停时间到，给放电控制电路(4 )输入PWM方波信号，充电器(I)对电池进行负脉冲放电，放电时间到，暂停放电，暂停时间到，再次进行正脉冲充电，暂停，放电，暂停，如此循环；若电池充满，关闭PWM，关闭充电和放电；若充电结束拔下电池，则充电控制电路(2)和放电控制电路(4)保持在断开状态，充放电控制系统输出端(OUT)无电压输出。
专利摘要本实用新型提供了一种用于动力电池充电器的正负脉冲充放电控制系统，用于实现一种对动力电池进行正脉冲和负脉冲交替充放电的新型充电方式的充电器，其包括充电器(1)，充电控制电路(2)，主输出电压采集模块(3)，放电控制电路(4)，充电信号采集模块(5)，稳压电源模块(6)，时钟振荡模块(7)和智能控制器(8)。本实用新型由于采用了单片机来控制充电器对电池进行正负脉冲充放电，具有智能化、可靠性高、无误动作等优点，并且由于电池采用了脉冲方式充电，提高电池的电流接受能力，从而提高充电电流，缩短了充电时间；大幅度的窄脉冲放电电流，减少电池析气，改善电池极化，延长电池使用寿命。
文档编号H02J7/00GK202424264SQ201220041028
公开日2012年9月5日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者吴汉朝, 孙好庚 申请人:广州市君盘实业有限公司