专利名称：能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种控制器，尤其是一种能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器及其控制方法。
背景技术：
近年来，以新能源汽车产业为代表的新能源产业引起了人们足够的重视，也取得了长足的发展。新能源汽车的充电过程涉及到能量的 转换问题，充电系数的概念就被提了出来，充电系数等于充电机输入能量与蓄电池输出能量的比值，根据能量守恒定律充电系数大于等于I。充电系数直观的反映了在一个完整的充放电周期内能量损耗的比例，充电系数越小表示能量在转换的过程中的损耗越小。由于蓄电池输出电能相对固定，因此减小充电系数的关键在于将蓄电池充满电的前提下尽可能的减小充电机输入电能，这主要由以下几个方面确定第一，充电机自身的效率；第二，充电曲线，充电机会根据蓄电池充电状态的变化实时的控制充电机的输出电压和输出电流，主要有WA曲线和U_I曲线，由于U_I曲线实现起来比较容易、使用较多；WA曲线实际使用时采用了折中式的控制曲线即分段恒流曲线；第三，充电结束的判断。在^1曲线下，恒压点的确定直接决定电池的充电状态，但是由于电池的一致性以及新旧电池的性能不同等问题，其需要的充电电压会有较大的差异，导致蓄电池多会处于轻度的欠充或者过充的状态。分段式WA曲线是根据蓄电池的电压分阶段的改变充电机的输出电流，这样就相对减少了恒压点的不同而造成的影响，但是分段式的电流给定在输出电流给定变化时会导致蓄电池的端电压的变化，容易导致充电结束的误判。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种能够显著减小充电系数、提高充电效率的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，包括用于采集直流输出电压、直流输出电流的隔离采样模块，其输出端通过A/D转换器与逻辑功能控制模块的输入端相连，逻辑功能控制模块的输出端与充电曲线控制模块的输入端相连，充电曲线控制模块的输出端与D/A转换器相连。本发明的另一目的在于提供一种能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤
(1)上电初始化，充电状态复位，A/D转换器将隔离采样模块采集的直流输出电压、直流输出电流进行模数转换，并对转换后的电压、电流进行奇异点数据剔除和数字滤波；
(2)逻辑功能控制模块根据A/D转换器输出的电压值V、电流值I，判断充电是否完成；
(3)充电曲线控制模块实时根据电池的直流电压计算出充电机的输出电流，即设定电流值Isrt,并将该值通过D/A转换器输出至充电机。由上述技术方案可知，本发明中的A/D转换器检测隔离采样模块采样的结果，逻辑功能控制模块根据电压采样的结果判断充电机与电池是否连接正常；充电曲线控制模块根据电压采样的计算电流给定值，D/A转换器将计算得到的数字控制量转换成模拟控制量，用于对充电机的充电电流进行控制。本发明按照WA曲线进行电压、电流和输出，充分发挥充电机和电池的特性可靠的快速充电；同时在充电结束判断方面也采取了多个判据组合判断的方式实现了对电池充满而不欠充、不过冲的可靠判断，能够显著减小充电系数、提高了充电效率。
图I是本发明的电路框 图2、3分别是本发明中直流电压采样电路、直流电流采样电路的电路原理 图4是本发明的工作流程图。
具体实施方式
一种能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，包括用于采集直流输出电压、直流输出电流的隔离采样模块1，其输出端通过A/D转换器2与逻辑功能控制模块3的输入端相连，逻辑功能控制模块3的输出端与充电曲线控制模块4的输入端相连，充电曲线控制模块4的输出端与D/A转换器5相连。还包括定时器6,定时器6的输出端与所述A/D转换器2的输入端相连；所述的隔离采样模块I由直流电压采样电路和直流电流采样电路组成。如图I所示。定时器6产生100毫秒为周期的中断，为控制系统提供时间基准，在每个定时中断内完成模数转换、逻辑功能判断、充电曲线控制、数模转换等任务。如图2所示，所述的直流电压采样电路包括芯片J1，其第I引脚通过电阻Rl与芯片Ul的第4引脚相连，其第3引脚通过电阻R2与芯片Ul的第5引脚相连，芯片Ul的第I、2引脚分别接-15V、+15V直流电，芯片Ul的第3引脚与运放UlA的正相输入端相连，运放UlA的反相输入端与其输出端相连，电容Cl的一端接运放UlA的正相输入端，电容Cl的另一端接地，电阻R3、R4、R5、R6、R7的一端均接运放UlA的正相输入端，电阻R3、R4、R5、R6、R7的一端并联后接地。首先对直流电压进行U/I转换，即直流电压经电阻R1、R2两个功率电阻后，在回路中形成直流电流I1，再进行I/I隔离比例转换，即I1经隔离比例变换芯片Ul后转换成与I1隔离的12，且I2等于2. 5倍的I1，最后经过I/U转换，即采样电流I2流经采样电阻R64 R68后，在米样电阻R64 R68两端产生的电压信号经运放UlA跟随后输出可供A/D转换器2采样的电压信号，将电流信号转换成A/D转换器2可以处理的电压信号。如图3所示，所述的直流电流采样电路包括用于采集直流输出电流的电流霍尔传感器U2，其第1、3引脚分别接-15V、+15V直流电，其第2引脚与运放U2A的正相输入端相连，运放U2A的反相输入端与其输出端相连，电容C2的一端接运放U2A的正相输入端，电容C2的另一端接地，电阻R8、R9、RIO、Rll的一端均接运放U2A的正相输入端，电阻R8、R9、RlO、Rl I的一端并联后接地。直流电流经I/I变换，即直流电流经电流霍尔传感器U2隔离采样后形成采样电流I，电流霍尔的变比为1000 :1，再经I/U转换，即采样电流I流经采样电阻R19 R22后，在采样电阻两端产生的电压信号经运放U2A跟随后，输出可供A/D转换器2采样的电压信号，将电流信号转换成A/D转换器2可以处理的电压信号。如图I所示，A/D转换器2完成模拟量到数字量的转化，将转换结果通过奇异点数据剔除和数字滤波处理，消除干扰，完成与实际的电压值做对应后将数据送入充电曲线控制模块4。逻辑功能判断模块3的功能主要包括故障保护和充满判断，故障保护主要是判断开机条件完成开机、故障判断完成关机保护。充电曲线控制模块4以A/D转换器2的结果为基础，控制输出电流，使充电机按照WA曲线输出电压、电流。D/A转换器5将充电曲线控制模块4计算出的设定电流值Isrt数字量转换为模拟量，作为控制信号送入主电路的电流闭环，实现整个充电过程的全电流环控制，以保证充电过程按照设定的充电曲线运行。如图4所示，在工作时，首先，上电初始化，充电状态复位，A/D转换器2将隔离采样模块I采集的直流输出电压、直流输出电流进行模数转换，并对转换后的电压、电流进行奇异点数据剔除和数字滤波；其次，逻辑功能控制模块3根据A/D转换器2输出的电压值V、电流值I，判断充电是否完成；最后，充电曲线控制模块4实时根据电池的直流电压计算出充电机的输出电流，即设定电流值Isrt,并将该值通过D/A转换器5输出至充电机。所述的奇异点数据剔除是指，A/D转换器2判断当前电压/电流采样值与前一电压/电流采样值的差值是否大于0. 5，若判断结果为是，则令当前电压/电流采样值=前一 电压/电流采样值+0. 5，然后进行数字滤波；若判断结果为否，则继续判断当前电压/电流采样值与前一电压/电流采样值的差值是否小于-0. 5，若小于，则令当前电压/电流采样值=前一电压/电流采样值-0.5，然后进行数字滤波，若大于，则直接进行数字滤波。所述的数字滤波是指，对电压/电流采样值进行16阶惯性滤波，得到电压值V和电流值I。模数转换以及后续的奇异点数据剔除和数字滤波必须能够有效的滤除干扰，使A/D转换器2的输出能够精确反映出电池及充电机实际的状态，以为后续的控制逻辑判断和充电曲线控制提供可靠地输入.
所述的逻辑功能控制模块3判断电压值V是否大于额定电压，若判断结果为是，则判定充电完成；否则，判断连续3次十分钟内电池电压变化是否小于0. IV，若小于，则判定充电完成。所述的逻辑功能控制模块3判断电流值I是否小于额定电流值的十分之一，若判断结果为是，则判定充电完成。所述的充电曲线控制模块4实时根据电压值V计算出充电机的输出电流，即设定电流值Isert,计算公式如下
Iset = aV2+bV+c
其中，a、b、c均为充电曲线系数，充电曲线为WA曲线。根据高等数学原理，任意曲线可以展开为幂级数的形式，幂次越高则越精确，本发明采用二次幂函数近似幂级数，因此是ax2+bx+c的形式。对于二次幂函数，只有确定了二次项系数a，一次项系数b和常数项系数c即可确定曲线的形状。a、b、c的具体数值是通过嵌入式计算机拟合计算的。判断设定电流值Iset是否大于额定电流，若判断结果为是，则令设定电流值Iset =额定电流值，否则，将设定电流值Isrt通过D/A转换器5输出至充电机。充电曲线控制模块4必须能够实时的根据电池电压计算出充电机的输出电流(SP设定电流值Isrt),并通过D/A转换器5可靠地输出以完成对充电机的控制；另一方面为了保证充电机的安全可靠，计算出的电流设定值Isrt在大于充电机能够承受的额定电流时(充电初期，电池电压很低时)必须对充电电流的最大值进行限定，以防止充电机损坏。总之，本发明中的A/D转换器2检测隔离采样模块I采样的结果，逻辑功能控制模块3根据电压采样的结果判断充电机与电池是否连接正常；充电曲线控制模块4根据电压采样的计算电流给定值，D/A转换器5将计算得到的数字控制量转换成模拟控制量，用于对充电机的充电电流进行控制。本发 明按照WA曲线进行电压、电流和输出，充分发挥充电机和电池的特性可靠的快速充电；同时在充电结束判断方面也采取了多个判据组合判断的方式实现了对电池充满而不欠充、不过冲的可靠判断，能够显著减小充电系数、提高了充电效率。
权利要求
1.一种能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于包括用于采集直流输出电压、直流输出电流的隔离采样模块，其输出端通过A/D转换器与逻辑功能控制模块的输入端相连，逻辑功能控制模块的输出端与充电曲线控制模块的输入端相连，充电曲线控制模块的输出端与D/A转换器相连。
2.根据权利要求I所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于还包括定时器，定时器的输出端与所述A/D转换器的输入端相连；所述的隔离采样模块由直流电压采样电路和直流电流采样电路组成。
3.根据权利要求2所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于所述的直流电压采样电路包括芯片J1，其第I引脚通过电阻Rl与芯片Ul的第4引脚相连，其第3引脚通过电阻R2与芯片Ul的第5引脚相连，芯片Ul的第1、2引脚分别接-15V、+15V直流电，芯片Ul的第3引脚与运放UlA的正相输入端相连，运放UlA的反相输入端与其输出端相连，电容Cl的一端接运放UlA的正相输入端，电容Cl的另一端接地，电阻R3、R4、R5、R6、R7的一端均接运放UlA的正相输入端，电阻R3、R4、R5、R6、R7的一端并联后接地。
4.根据权利要求2所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于所述的直流电流采样电路包括用于采集直流输出电流的电流霍尔传感器U2，其第1、3引脚分别接-15V、+15V直流电，其第2引脚与运放U2A的正相输入端相连，运放U2A的反相输入端与其输出端相连，电容C2的一端接运放U2A的正相输入端，电容C2的另一端接地，电阻R8、R9、R10、R11的一端均接运放U2A的正相输入端，电阻R8、R9、RIO、Rll的一端并联后接地。
5.根据权利要求I至4所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤 (1)上电初始化，充电状态复位，A/D转换器将隔离采样模块采集的直流输出电压、直流输出电流进行模数转换，并对转换后的电压、电流进行奇异点数据剔除和数字滤波； (2)逻辑功能控制模块根据A/D转换器输出的电压值V、电流值I，判断充电是否完成； (3)充电曲线控制模块实时根据电池的直流电压计算出充电机的输出电流，即设定电流值Isrt,并将该值通过D/A转换器输出至充电机。
6.根据权利要求5所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于所述的奇异点数据剔除是指，A/D转换器判断当前电压/电流采样值与前一电压/电流采样值的差值是否大于0. 5，若判断结果为是，则令当前电压/电流采样值=前一电压/电流采样值+0. 5，然后进行数字滤波；若判断结果为否，则继续判断当前电压/电流采样值与前一电压/电流采样值的差值是否小于-0. 5，若小于，则令当前电压/电流采样值=前一电压/电流采样值-0. 5，然后进行数字滤波，若大于，则直接进行数字滤波。
7.根据权利要求5或6所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于所述的数字滤波是指，对电压/电流采样值进行16阶惯性滤波，得到电压值V和电流值Io
8.根据权利要求5所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于所述的逻辑功能控制模块判断电压值V是否大于额定电压，若判断结果为是，则判定充电完成；否则，判断连续3次十分钟内电池电压变化是否小于0. IV，若小于，则判定充电完成。
9.根据权利要求5所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于所述的逻辑功能控制模块判断电流值I是否小于额定电流值的十分之一，若判断结果为是，则判定充电完成。
10.根据权利要求5所述的能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，其特征在于所述的充电曲线控制模块实时根据电压值V计算出 充电机的输出电流，即设定电流值Isrt，计算公式如下Iset = aV2+bV+c 其中，a、b、c均为充电曲线系数，充电曲线为WA曲线； 判断设定电流值Isrt是否大于额定电流，若判断结果为是，则令设定电流值Isrt =额定电流值，，否则，将设定电流值Isrt通过D/A转换器输出至充电机。
全文摘要
本发明涉及一种能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器，包括用于采集直流输出电压、直流输出电流的隔离采样模块，其输出端通过A/D转换器与逻辑功能控制模块的输入端相连，逻辑功能控制模块的输出端与充电曲线控制模块的输入端相连，充电曲线控制模块的输出端与D/A转换器相连。本发明还公开了一种能够减小充电系数的铅酸电池充电机控制器的控制方法。本发明按照WA曲线进行电压、电流和输出，充分发挥充电机和电池的特性可靠的快速充电；同时在充电结束判断方面也采取了多个判据组合判断的方式实现了对电池充满而不欠充、不过冲的可靠判断，能够显著减小充电系数、提高了充电效率。
文档编号H02J7/00GK102761164SQ201210256988
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者曹明秀, 程益德, 陈滋健 申请人:合肥华耀电子工业有限公司