一种电池充电电路结构及充电控制方法与流程

本发明涉及电池充电技术领域，具体涉及一种电池充电电路结构及充电控制方法。

背景技术：

目前，对铅酸蓄电池的充电通常采用小电流小电压的三段式充电模式，充电电压略高于蓄电池的饱和电压，充电电流为0.1c。充电时间长，导致内压增大，电池老化快，使用寿命减少。更换废旧电池的数量日益增多，对国家推动绿色新能源带来主要问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，本发明提供了一种电池充电电路结构及充电控制方法。

第一方面，本发明采取的一种技术方案为：一种电池充电电路结构，包括整流桥、缓冲电阻、电解电容、控制器、第一驱动电路、第一开关、变压器、储能元件、第二驱动电路和第二开关；

所述控制器分别与所述第一驱动电路和第二驱动电路连接，所述第一驱动电路还与所述第一开关连接，所述第一开关还分别与所述缓冲电阻的一端和变压器的原边连接，所述缓冲电阻的另一端与所述整流桥的一端连接，所述整流桥的另一端还通过所述电解电容与所述第一开关连接，所述变压器的副边依次与所述储能元件和第二开关连接，所述第二开关用于控制与其连接待充电蓄电池的电源通断，还与所述第二驱动电路连接，所述控制器还通过对应的检测电路分别与所述储能元件和蓄电池连接。

优选的，所述缓冲电阻的两端还并联有继电器，所述继电器与所述控制器连接。

优选的，所述变压器为高频隔离变压器或工频变压器。

优选的，所述变压器的副边与所述储能元件之间还连接有二极管。

优选的，所述第一开关和第二开关均可采用可控硅、mos管和igbt中的任意一种。

第二方面，本发明采取的另一种技术方案为：一种充电控制方法，应用于第一方面所述的一种电池充电电路结构，所述方法包括：

获取蓄电池实时的电池电压，并与预先设定的饱和电压进行比较以判断出所述蓄电池是否需要充电；其中，所述电池电压通过检测电路监测所得；

需要充电时，获取储能元件实时的电容电压并与设定的阈值电压进行比较，以得出控制模式；其中，所述控制模式包括充电模式和放电模式，所述阈值电压包括设定的最高电压和最低电压；

充电模式时，接通继电器，并开启第一开关，关闭第二开关，直到储能元件达到所述最高电压；

放电模式时，关闭第一开关，开启第二开关，通过所述储能元件给蓄电池充电，直到所述储能元件放电至所述最低电压；

放电完成后，调用预先设定的停止模式，并在停止条件到达后再次判断是否需要下一周期充电，若需要则重复前述步骤，直到蓄电池达到所述饱和电压为完成充电；

充电完成后，停止对所述蓄电池的充电，直到下一次充电条件的开启；其中，所述充电条件包括断电复位开启和人工操作开启。

优选的，所述方法还包括：

所述充电模式完成后，调用预先设定的停止模式，并在停止条件到达后，再进入所述放电模式。

优选的，在所述储能元件充电时，通过检测所述电容电压来调节占空比，市电输入电压越高占空比越小，反之越大。

优选的，在所述储能元件给蓄电池放电时，采用固定或可调占空比方式。

优选的，所述方法还包括：还对所述蓄电池设置有保护电压，在所述电池电压小于所述保护电压时，进行电池故障报警。

采用上述技术方案，具有以下优点：本发明提出的一种电池充电电路结构及控制方法：通过该电路结构形成的充电方式，能使铅酸蓄电池在充电过程中所产生的氧气和氢气在停止充电脉冲下，大部分析出的氧气和氢气又被还原成了电解液。有效的使浓差极化和欧姆极化得到消除，从而减轻了蓄电池的内压。使下一轮的充电能够更加顺利的进行，这种充电方法有充分的反应时间，减少了析气量，不仅提高了蓄电池的充电接受力，而且很大程度的缩短了充电时间，同时还有效击穿粗大硫酸铅结晶，能起到修复电池的作用。可延长其使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电池充电电路结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种充电控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参考图1所示，本实施例提供了一种电池充电电路结构，包括整流桥、缓冲电阻、电解电容、控制器、第一驱动电路、第一开关、变压器、储能元件、第二驱动电路和第二开关；

所述控制器分别与所述第一驱动电路和第二驱动电路连接，所述第一驱动电路还与所述第一开关连接，所述第一开关还分别与所述缓冲电阻的一端和变压器的原边连接，所述缓冲电阻的另一端与所述整流桥的一端连接，所述整流桥的另一端还通过所述电解电容与所述第一开关连接，所述变压器的副边依次与所述储能元件和第二开关连接，所述第二开关用于控制与其连接待充电蓄电池的电源通断，还与所述第二驱动电路连接，所述控制器还通过对应的检测电路分别与所述储能元件和蓄电池连接。

具体地，实施时，所述整流桥与外部的三相交流电或市电连接，为防止外部浪涌，所述整流桥的输入端还连接有浪涌控制器，控制器、驱动电路通过设有的开关电源提供所需要的电源；同样的，为实现对所述述储能元件的缓冲，所述缓冲电阻的两端还并联有继电器，所述继电器与所述控制器连接；图1中的第一驱动即为第一驱动电路，第二驱动即为第二驱动电路；

应用时，为更好的适用于不同的蓄电池，进而与对应的储能元件匹配，所述变压器为高频或工频隔离变压器；所述储能元件采用超级电容；进一步地，所述变压器的副边与所述储能元件之间还连接有二极管和电容，使得直流电更加纯净；

所述控制器采用为微处理器，例如，stm32f103；同时，为实现更好的充电控制，所述第一开关和第二开关均可采用可控硅、mos管和igbt中的任意一种，本实施例中，均可采用igbt；对应的，与之相匹配的第一驱动电路和第二驱动电路，本领域技术人员应当熟知，在此不再赘述；

所述检测电路包括电压检测电路和电流检测电路；

其中，对蓄电池进行电压检测，对储能元件进行电压和电流检测。

所述第二开关与蓄电池之间，还连接有防倒流二极管。

本方案的工作原理如下：外部220v或380v电源，经过整流桥整流获得稳定的直流电，再通过控制器控制继电器和第一开关的导通时间，对储能元件进行恒流充电，该充电过程通过检测电路检测储能元件两端电压和充电电流进行闭环控制，等储能元件达到设定电压后，关闭所述第一开关；进入过渡模式，经过设定时间间隙后，打开第二开关使储能元件对电池放电，形成闪击脉冲式充电。

通过该电路结构形成的充电方式，能使铅酸蓄电池在充电过程中所产生的氧气和氢气在停止充电脉冲下，大部分析出的氧气和氢气又被还原成了电解液。有效的使浓差极化和欧姆极化得到消除，从而减轻了蓄电池的内压。使下一轮的充电能够更加顺利的进行，这种充电方法有充分的反应时间，减少了析气量，不仅提高了蓄电池的充电接受力。很大程度的缩短了充电时间，同时还有效击穿粗大硫酸铅结晶。能起到修复电池的作用，可延长其使用寿命。

参考图2所示，本发明实施例还提供了一种充电控制方法，应用于前文所述的一种电池充电电路结构，所述方法包括：

s101，获取蓄电池实时的电池电压，并与预先设定的饱和电压进行比较以判断出所述蓄电池是否需要充电；其中，所述电池电压通过检测电路监测所得。

具体地，所述控制器通过检测电路获取蓄电池实时的电池电压，并根据识别蓄电池是否低于饱和电压进行开启，饱和电压以下均可实施充电，达到饱和电压时，充电完成。

s102，需要充电时，获取储能元件实时的电压并与设定的阈值电压进行比较，以得出控制模式；其中，所述控制模式包括充电模式和放电模式，所述阈值电压包括设定的最高电压和最低电压。

具体地，检测点以取样电容为基准，电容电压小于最低电压时，需先对储能元件充电，进入充电模式；电容电压高于最高电压时，储能元件进入放电模式，通过放电实现对蓄电池的充电。

s103，充电模式时，接通继电器，并开启第一开关，关闭第二开关，直到储能元件达到所述最高电压。

具体地，充电模式时，对储能元件进行恒流充电，控制器通过不断读取实时电压、充电电流，通过pi闭环控制igbt占空比。

在另一实施例中，为给蓄电池一定的间歇时间，使其内部充分反应，所述充电模式完成后，调用预先设定的停止模式，并在停止条件到达后，再进入所述放电模式；其中，所述停止条件可为到达设定的停止时间，在此只是举例，不是对其进行限制。

s104，放电模式时，关闭第一开关，开启第二开关，通过所述储能元件给蓄电池充电，直到所述储能元件放电至所述最低电压。

具体地，以储能元件的电容电压为基准点，达到设定最高电压后延时两毫秒打开，放电降至最低电压即关闭。实际按电池接受能力为准，可任意设定间隙时间周期。

s105，放电完成后，调用预先设定的停止模式，并在停止条件到达后再次判断是否需要下一周期充电，若需要则重复前述步骤，直到蓄电池达到所述饱和电压为完成充电。

具体地，通过放电后，若蓄电池的电池电压未达到所述饱和电压，则进入充电模式对储能元件进行充电，储能元件达到设定电压后，关闭igbt，进入过渡模式，经过设定时间间隙后，打开第二开关使储能元件对蓄电池放电，如此循环，直到蓄电池充满电量。

s106，充电完成后，停止对所述蓄电池的充电，直到下一次充电条件的开启；其中，所述充电条件包括断电复位开启和人工操作开启。例如，可关闭各个开关，停止电源的输入。

通过该电路结构形成的充电方式，能使蓄电池在充电过程中所产生的氧气和氢气在停止充电脉冲下，大部分析出的氧气和氢气又被还原成了电解液。有效的使浓差极化和欧姆极化得到消除，从而减轻了蓄电池的内压。使下一轮的充电能够更加顺利的进行，这种充电方法有充分的反应时间，减少了析气量，不仅提高了蓄电池的充电接受力。很大程度的缩短了充电时间，同时还有效击穿粗大硫酸铅结晶。能起到修复电池的作用。可延长其使用寿命。

进一步地，在所述储能元件充电时，通过检测所述电容电压来调节占空比，市电输入电压越高占空比越小，反之越大。

实施时，输入功率由调整igbt占空比控制，可根据具体需要任意设定输入电流，输入时未超设置输入占空比无需调整，输入电流超出时调整占空比。

进一步地，在所述储能元件给蓄电池放电时，采用固定占空比方式或可调占空比方式。

选择恒流输出时，未达设置电流时无需调整占空比，达到限制电流时调整占空比，可任意设定该电流；需要说明的是，本实施例中，所有涉及的设定值、阈值、设置值等，均可调整；所述储能元件有电容、高压包两种，或混合使用等，在此不做限制。

进一步地，为更好的实现对蓄电池充电，所述方法还包括：还对所述蓄电池设置有保护电压，在所述电池电压小于所述保护电压时，进行出错报警。

具体地，控制器在得到所述电池电压小于所述保护电压时，产生相应的驱动信号驱动外部的报警装置动作，或是利用通信传输至相应的终端，在此不做限制；

同样地，在充电之前，还对整个电路结构的工作状态进行读取，并对相应的加密程序进行判断，若判断有错，则进行出错报警；其中，加密程序为执行前文所述的充电控制方法。

最后需要说明的是，上述描述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。