专利名称：一种缓冲式充电系统及其充电电量的计量方法
技术领域：
本发明涉及一种蓄电池充电技术，特别是涉及一种应用储能器对蓄电池及电池组进行充电的缓冲式充电系统及其充电电量的计量方法。
背景技术：
蓄电池尤其是铅酸式蓄电池作为一种能量转存装置，在后备电源、机车等众多领 域，有着重要的应用。目前，围绕着如何提高充电效率、延长电池使用寿命、缩短充电时间等 关键技术，提出了多种充电方法，从早期的恒压、恒流，到目前的三段式充电理论、脉冲式充 电理论等，众多依据以上理论的充电设备已经商品化，并形成了规模可观的产业。蓄电池是依靠内部电化学反应来存储能量及产生能量的装置，无论是对其进行充 电还是放电，其内部的电化学过程比较复杂。但分析其充电过程中充电电流的变化过程，可 以得出充电电流基本按一定的方式递减，其放电电流，遵循基本相同的规律。如果能提供一 种充电方式，在一次充电过程中，能较好的模拟蓄电池在充电过程中充电电流的实际变化 曲线，则无论是对于蓄电池的使用寿命的延长、充电时间的缩短、充电效率的提高势必带来 极大的改观。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种通过交换缓冲式的充电系 统，对蓄电池的实际充电电流曲线进行最佳模拟，从而达到提高充电效率、缩短充电时间、 延长蓄电池使用寿命的目的。其实质是通过将电能存储在具有相似放电电流规律的储能部 件内部，然后通过储能部件对被充电的电池放电，实现对电池充电目的的缓冲式充电系统 及其充电电量的计量方法。本发明的目的通过下述技术方案予以实现包括直流源和电池，所述直流源和电 池之间顺序电连接缓冲开关，储能器和交换开关；所述缓冲开关和交换开关的驱动部分电 连接驱动模块；所述驱动模块电连接CPU及存贮器；所述CPU存贮器还电连接显示打印单 元、负脉冲单元、电池检测单元和储能检测单元；所述负脉冲单元和电池检测单元电连接电 池的接口 ；所述储能检测单元电连接储能器。一种适用于上述缓冲式充电系统的充电电量的计量方法，所述储能检测单元将每 次储能器放电期间的开始和结束的电压值记录并保存在CPU及存贮器的存贮器中，计算出 每次放电期间的电量值，将充电期间的电量值累加起来，就得出本次充到电池内部的电量， 实时在显示打印单元的显示器上显示，必要时通过显示打印单元的打印设备打印。本发明的目的还可以通过下述技术方案予以实现所述直流电源为直流源1-直 流源M、电池接口为Xl-XN ；所述直流电源和电池接口之间顺序电连接缓冲开关阵列，储能 器组和交换开关阵列；所述缓冲开关阵列和交换开关阵列的驱动部分电连接驱动模块；所 述驱动模块电连接CPU及存贮器；所述CPU存贮器还电连接显示打印单元、负脉冲单元、电 池检测单元和储能检测单元；所述负脉冲单元和电池检测单元电连接电池接口的Xl-XN ；所述储能检测单元电连接储能器组的每个个体。所述储能器组由储能器1-储能器K组成，每个单体与缓冲开关阵列，交换开关阵列和储能检测单元电连接。一种适用于上述缓冲式充电系统的充电电量的计量方法，所述储能检测单元将每 次储能器放电期间的开始和结束的电压值记录并保存在CPU及存贮器的存贮器中，计算出 每次放电期间的电量值，将充电期间的电量值累加起来，就得出本次充到电池内部的电量， 实时在显示打印单元的显示器上显示，必要时通过显示打印单元的打印设备打印。与现有技术相比，本发明具有以下优点充分利用储能器放电电流曲线与电池的 充电电流曲线一致的电气特性，提供一种最佳的电池充电方式，提高了充电速度，延长了电 池的使用寿命。还能够将充电的数据保存、显示并打印出来。适合于各种蓄电池及蓄电池 组充电。
图1为本发明实施例1电气原理框图；图2为本发明实施例2电气原理框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明实施例1参照附图1 包括直流源和电池，所述直流源和电池之间顺序电连接缓冲 开关，储能器和交换开关；所述缓冲开关和交换开关的驱动部分电连接驱动模块；所述驱 动模块电连接CPU及存贮器；所述CPU存贮器还电连接显示打印单元、负脉冲单元、电池检 测单元和储能检测单元；所述负脉冲单元和电池检测单元电连接电池的接口 ；所述储能检 测单元电连接储能器。实施例1的充电电量的计量方法，所述储能检测单元将每次储能器放电期间的开 始和结束的电压值记录并保存在CPU及存贮器的存贮器中，计算出每次放电期间的电量 值，将充电期间的电量值累加起来，就得出本次充到电池内部的电量，实时在显示打印单元 的显示器上显示，必要时通过显示打印单元的打印设备打印。实施例2参照附图2 所述直流电源为直流源1-直流源M、电池接口为Xl-XN ；所 述直流电源和电池接口之间顺序电连接缓冲开关阵列，储能器组和交换开关阵列；所述缓 冲开关阵列和交换开关阵列的驱动部分电连接驱动模块；所述驱动模块电连接CPU及存贮 器；所述CPU存贮器还电连接显示打印单元、负脉冲单元、电池检测单元和储能检测单元； 所述负脉冲单元和电池检测单元电连接电池接口的Xl-XN ；所述储能检测单元电连接储能 器组的每个个体。所述储能器组由储能器1-储能器K组成，每个单体与缓冲开关阵列，交换开关阵 列和储能检测单元电连接。实施例2的充电电量的计量方法与实施例1相同，不在赘述。在实施例中，所述接滤波器、驱动模块、缓冲开关、缓冲开关阵列、交换开关、显示 打印单元、负脉冲单元、交换开关阵列、电池检测单元和储能检测单元采用成熟的现有技术 的电路或产品。
负脉冲单元的作用，是通过连续若干次以缓冲交换方式对电池进行充电以后，负 脉冲单元可以对被充电电池实施一个短暂的放电过程，从而使充电过程具有一定的修复功 能。 所述CPU及存贮器采用成熟的现有技术产品，存贮器中能够保存专用软件和设置 的参数数据等。所述储能器采用成熟的现有技术产品，例如优选超级电容；所述储能器组为超级 电容组。工作原理实施例1 如附图1所示，直流源首先将电充给储能器，然后由储能器再给电池充 电，申请人自定义为缓冲式充电，这种缓冲取代了通常常用的降压斩波电路，而且超级电容 的放电特性曲线与电池充电特性曲线非常接近，可以提高充电质量和有效保护充电中的电 池。在本实施例中，电池之前还设置有负脉冲单元，其目的在CPU的控制下以负脉冲的方式 电池放电，其好处就是为了保护正在充电的电池。这种缓冲式充电由CPU及存贮器进行全 局控制和管理。首先，电池检测单元检测到电池已经连接，本系统才能进入工作，如果没有 接入电池，系统处于休眠状态。当储能检测单元检测到储能器的电压低于某一设定值时， CPU及存贮器的CPU指令驱动模块接通缓冲开关，同时断开交换开关，直流源向储能器充 电。当储能检测单元检测到储能器的电压达到某一设定值时，CPU及存贮器的CPU指令驱 动模块断开缓冲开关，同时接通交换开关，直流源向储能器充电停止工作，同时储能器开始 向电池充电，直到储能器的电压低于于某一设定值时，又回复到先前的状态进行下一个循 环的缓冲和充电工作。当电池检测单元检测到电池已经充满后，本系统自动进入浮充状态， 直到电池别拆除后，本系统才停止工作。实施例2 如附图2所示，不难看出，本技术方案实施例是技术方案1实施例的扩 展型。工作原理与技术方案1基本一样，不同的是，直流源、缓冲开关、储能器、交换开关和 电池分别被直流电源、缓冲开关阵列、储能器组、交换开关阵列和电池接口取代，这里的电 池与电池接口的单个接口是同一个概念。在专用软件的控制下，通过控制缓冲开关阵列、储 能器组、交换开关阵列的断通，实现缓冲充电。在本实施例中，可以实现根据检测到的在线 电池中需要充电的电池个数，随机地利用储能器向任意的电池充电。这里所说的需要充电 的电池个数是小于或者等于在线的电池个数。它们的缓冲充电工作是CPU及存贮器的CPU 通过控制缓冲开关阵列和交换开关阵列中的各个开关的通断来实现的。当在线所有电池充 满后，本系统自动进入浮充状态，直到所有电池别拆除后，本系统才停止工作。上述缓冲式充电系统充电电量的计量方法，来源于申请人推导出来的下列计算公 式①设第i次缓冲过程中超级电容的起始电压为Vis，缓冲结束后为Vie，则本次缓冲 到超级电容内部的电量Qi = CVie-CVis = C(Vie-Vis) = CAVp其中，Qi是第i次缓冲过程 中缓冲到超级电容内部的电量；C为超级电容的容量，AVi是缓冲开始到缓冲结束后超级电 容端电压的变化量。②若经过N次缓冲交换过程后，被充电对象已充电完成，则充入充电对象内部的 总电量
<formula>formula see original document page 6</formula>其中Q是充电完成后交换到充电对象内部的总电量。本发明的有益效果在于1、提供了一种缓冲交换式对电池进行充电的方法。即首先将能量缓冲到中间的储 能部件，再通过储能部件的放电，实现对电池的充电。如果储能部件的放电电流曲线与电池 的充电电流曲线一致，则可以提供一种最佳的电池充电方式，提高了充电速度，延长了电池 的使用寿命。2、由于可以采用超级电容器等电化学电容器作为缓冲的能量储存部件。超级电容 具有容量大、内阻低、充电速度快等特点，因此一次缓冲交换过程可将较多的电量交换到被 充电电池的内部，所以可以降低电路中开关器件的工作频率，因此降低了系统的自身功耗。3、可以在缓冲交换过程中引入对电池瞬间放电的负脉冲，从而使缓冲交换的充电 过程对电池具有一定的修复功能。4、根据缓冲交换充电方法的基本原理，可以形成缓冲队列式的一对一、一对多、多 对一、多对多等充电模式，实现多个直流源同时对多个被充电电池充电，因此能极大地提高 充电速度及充电效率。5、通过调节两次相邻交换过程的时间间隔，可以将充电效果控制在最佳状态。
权利要求
一种缓冲式充电系统，包括直流源和电池，其特征在于所述直流源和电池之间顺序电连接缓冲开关，储能器和交换开关；所述缓冲开关和交换开关的驱动部分电连接驱动模块；所述驱动模块电连接CPU及存贮器；所述CPU存贮器还电连接显示打印单元、负脉冲单元、电池检测单元和储能检测单元；所述负脉冲单元和电池检测单元电连接电池的接口；所述储能检测单元电连接储能器。
2.一种适用于权利要求1所述的缓冲式充电系统的充电电量的计量方法，其特征在 于所述储能检测单元将每次储能器放电期间的开始和结束的电压值记录并保存在CPU及 存贮器的存贮器中，计算出每次放电期间的电量值，将充电期间的电量值累加起来，得出本 次充到电池内部的电量，实时在显示打印单元的显示器上显示，必要时通过显示打印单元 的打印设备打印。
3.一种缓冲式充电系统，包括直流电源和电池接口，其特征在于所述直流电源为直 流源1-直流源M、电池接口为X1-XN ；所述直流电源和电池接口之间顺序电连接缓冲开关阵 列，储能器组和交换开关阵列；所述缓冲开关阵列和交换开关阵列的驱动部分电连接驱动 模块；所述驱动模块电连接CPU及存贮器；所述CPU存贮器还电连接显示打印单元、负脉冲 单元、电池检测单元和储能检测单元；所述负脉冲单元和电池检测单元电连接电池接口的 X1-XN ；所述储能检测单元电连接储能器组的每个储能器。
4.根据权利要求3所述的一种缓冲式充电系统，其特征在于所述储能器组由储能器 1-储能器K组成，每个储能器与缓冲开关阵列，交换开关阵列和储能检测单元电连接。
5.一种适用于权利要求3或4所述的缓冲式充电系统的充电电量的计量方法，其特征 在于所述储能检测单元将每次储能器放电期间的开始和结束的电压值记录并保存在CPU 及存贮器的存贮器中，计算出每次放电期间的电量值，将充电期间的电量值累加起来，就得 出本次充到电池内部的电量，实时在显示打印单元的显示器上显示，必要时通过显示打印 单元的打印设备打印。
全文摘要
一种缓冲式充电系统及其充电电量的计量方法，所述缓冲式充电系统包括直流电源和电池接口，所述直流电源为直流源1-直流源M、电池接口为XI-XN；所述直流电源和电池接口之间顺序电连接缓冲开关阵列，储能器组和交换开关阵列；所述缓冲开关阵列和交换开关阵列的驱动部分电连接驱动模块；所述驱动模块电连接CPU及存贮器；所述CPU存贮器还电连接显示打印单元、负脉冲单元、电池检测单元和储能检测单元；所述负脉冲单元和电池检测单元电连接电池接口的X1-XN；所述储能检测单元电连接储能器组的每个个体。本发明充分利用储能器放电电流曲线与电池充电电流曲线一致的电气特性，既提高了充电速度，又延长了电池的使用寿命。
文档编号H02J7/34GK101807812SQ201010153438
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者周少军, 张伟, 李勇周 申请人:张伟