本发明属于电池充电
技术领域：
，特别涉及基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统及其充电方法。
背景技术：
：目前，以可充电锂电池作为储能元件的移动设备正在迅速发展，同时，设备的高使用率和高耗能对锂电池充电方式和充电算法提出了新的更高的要求。但国内的电源系统大多还是使用的有线充电方式，在很多场合下充电受限，充电方式不灵活。有些带有无线充电方式的电源系统，实现方法也较单一。充电系统使用的充电算法还是传统的二段式或者三段式充电，极少数存在的脉冲充电法也没有用合理的方法控制。很多电源系统在充电时不是牺牲速度换电池寿命就是牺牲电池寿命来换速度。而且一旦开始充电以后，由于算法固定，检测反馈单一不准确，电源调节适应能力差，安全性较低，充电速率和对锂电池的保护效果都不理想。给用户的日常生活带来了诸多不便。因此，电池充电
技术领域：
急需基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统及其充电方法。这是一种基于双变式间歇脉冲算法的充电系统，算法本身具有创新性，并具备无线和有线2种充电模式，通过温度和压力传感器对锂电池进行温度和压力监测，使电池的充电更加安全、快速、可靠；并且具有报警和可视功能，便于及时掌握充电情况，更加直观。技术实现要素：本发明提供了基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统及其充电方法，技术方案如下：基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统，包括：控制器、充电模块、传感器模块、显示模块、报警模块、锂电池和放电升降压保护模块、电压电流检测模块，并且控制器分别与充电模块、传感器模块、显示模块、报警模块、电压电流检测模块相连接；锂电池分别与充电模块、传感器模块、放电升降压保护模块、电压电流检测模块、外接直流电源相连接。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统中，传感器模块包括：温度传感器和压力传感器，都与控制器、锂电池相连接。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统中，充电模块还包括：无线充电模块和有线充电模块，都与控制器、锂电池相连接。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统中，无线充电模块还包括：电磁感应无线充电模块和WiFi感应无线充电模块，都与控制器、锂电池相连接。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统中，电磁感应无线充电模块还包括：电磁感应式无线电能输入端和第一整流斩波电路，并且第一整流斩波电路分别与电磁感应式无线电能输入端、控制器、锂电池相连接。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统中，WiFi感应无线充电模块还包括：WiFi感应式无线电能输入端和第二整流斩波电路，并且第二整流斩波电路分别与WiFi感应式无线电能输入端、控制器、锂电池相连接。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统中，有线充电模块还包括：市电输入端和第三整流斩波电路，并且第三整流斩波电路分别与市电输入端、控制器、锂电池相连接。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统中，控制器为STM32控制器，显示模块为LCD显示设备，报警模块为声光报警器。基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的充电方法，包括如下步骤：步骤一，首先在控制器上安装双变式间歇脉冲算法程序，通过电压电流检测模块检测锂电池的电压、电流，同时通过温度传感器和压力传感器检测锂电池的温度和压力；然后控制器判断该锂电池是否具备充电条件，充电条件为锂电池温度在45°以下；如果不具备充电条件，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上；如果具备充电条件则执行步骤二；步骤二，控制器命令充电模块开始充电，充电模块对充电模式进行判断和选定，选择有线或者无线充电模式，当锂电池电压低于1.0V时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用渐变式的小电流预充电模式对锂电池进行充电；步骤三，当电压电流检测模块检测到锂电池的电压处于1.0V-3.0V之间时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用0.4A小电流恒流充电模式对锂电池进行充电；步骤四，当电压电流检测模块检测到锂电池的电压处于3.0V-4.0V之间时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用变电流间歇充电法，即快速充电模式对锂电池进行充电；步骤五，当电压电流检测模块检测到锂电池的电压处于4.0V-4.3V之间时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用变电压间歇充电法对锂电池进行充电；步骤六，当锂电池的电流小于0.1A时，停止充电，然后控制器对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上；同时控制器命令电压电流检测模块和传感器模块对锂电池电量进行检测，当电压电流检测模块和传感器模块等检测到锂电池的自行放电量达到5%时，控制器命令充电模块采用变电压间歇充电法对锂电池进行充电，重复步骤五和步骤六的步骤，直至充电器电源移除，充电系统停止工作。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的充电方法中，在步骤一至六中，温度传感器和压力传感器均实时的对锂电池的温度和压力进行测试，并将其测定的温度和压力值反馈给控制器，当温度或者压力过高时，控制器命令充电模块停止工作，并通过报警模块和显示模块告知使用者。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的充电方法中，步骤一中的双变式间歇脉冲算法包括五个子算法：（1）渐变式预充电；（2）小电流恒流充电；（3）变电流间歇脉冲充电；（4）变电压间歇脉冲充电；（5）监测式间歇补偿充电；（1）渐变式预充电是根据实时采集反馈来的电压值进行预充电电流的选择，具体详见表1，在充电过程中，实时监测电压变化，根据电压变化情况分级改变充电电流等级，具体详见表1，直至采集的电压值为1.0V为止，本充电子算法结束；表1初始电压等级0.2-0.4V(包括)0.4-0.6V（包括）0.6-0.8V（包括）0.8-1.0V（包括）充电电流等级0.1A0.2A0.3A0.4A（2）小电流恒流充电，当检测电压值在1.0-3.0V电压之间时，采用0.4A小电流恒流充电，直至电池检测电压值至3.0V为止，本充电子算法结束；（3）变电流间歇脉冲充电是采用脉冲充电方式，将电流脉冲等级进行多级划分，从1.0A开始到0.4A，以0.15A为一个等级梯度分为5个等级；紧接于小电流恒流充电之后，本子算法的起始阶段，根据实时采集反馈的电压值，对脉冲电流等级进行选择，具体详见表2；充电过程中对电压进行实时监测，当电压上升至4.2V时，停止充电2s，此时电压值会迅速下降，对电压值进行检测，在电压下降至固定值时反馈此时电压，并根据表2选择对应的脉冲电流进行下一轮脉冲充电，如此反复，直至最后下降后的稳定电压值在4.0V以上，则停止本充电子算法；表2电压等级3.0-3.2V3.2-3.4V3.4-3.6V3.6-3.8V3.8-4.0V电流等级1A0.85A0.7A0.55A0.4A（4）变电压间歇脉冲充电是将电压脉冲等级进行3级划分，从4.3V到4.1V，以0.1V为梯度；紧接变电流间歇脉冲充电之后，本子算法的起始阶段，检测到电压值在4.0V以上，以4.3V的脉冲电压充电，对充电电压和电流进行检测反馈，直至电流值小于0.3A时，将脉冲电压降级至4.2V进行充电，对充电电压和电流进行检测反馈，直至电流值小于0.2A时，将脉冲电压降级至4.1V进行充电，对充电电压和电流进行检测反馈，直至电流值小于0.1A时，停止本充电子算法；（5）监测式间歇补偿充电主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量；紧接变电压间歇脉冲充电之后，当电池充满，充电结束时，未必会刚好拔下充电电源，此时充电器将自行断电，电能会慢慢消耗流失；当系统监测到自行放电量达到5%以上时，充电器会自行开启，并以变电压间歇充电方法，对电池进行电能补充，重复（4）变电压间歇脉冲充电和（5）监测式间歇补偿充电的步骤，直至充电器电源移除，充电系统停止工作。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的充电方法中，步骤二中采用的渐进式小电流充电模式的具体充电方法为：首先，使用一个稳定的小电流充电一段时间，当电压上升到一定阶段后，小幅抬升电流等级，继续恒流充电一段时间后，仍小幅提高电流等级，具体按照表1执行，继续充电，如此反复，直至电压等级上升至1.0V。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的充电方法中，步骤四中采用的变电流间歇充电法是建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，再将恒流充电段改为变电流间歇充电段，实现大电流充电。优选的，在上述的基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的充电方法中，步骤五中采用的变电压间歇充电法的具体方法为：采用间歇恒压的方式将充电等级分为3级，由于是恒压充电，充电电流按照指数规律下降，在每级恒压充电过程中，会实时监测充电电流的变化，以电流变化量作为分级标准，当电流变化量达到0.1A时，进行降级处理，同样的，降级不仅仅是电压等级的降低，电压下降0.1V，也是脉冲电压宽度和间歇时间的降级，脉冲宽度缩短5%，间歇时间缩短10%，直至充电电流下降至阈值0.1A以下。本发明的有益效果：1、本发明一种基于双变式间歇脉冲算法的充电系统，算法本身具有创新性，并具备无线和有线2种充电模式，通过温度和压力对锂电池进行温度和压力补偿，使电池的充电更加安全、快速、可靠；并且具有报警和可视功能，便于及时掌握充电情况，更加直观。2、本发明采用的无线充电方式包括电磁感应式无线充电方式和WiFi感应式无线充电方式，可以通过靠近专用的无线电磁感应充电模块进行近距离无线充电，也可以利用WiFi信号为设备进行无线充电，非常灵活实用。3、本发明采用的双变式间歇脉冲算法是一种高效安全的充电算法，同时兼顾了速度和安全，可以在有效提高充电速度的同时更加有效的保护锂电池，提高锂电池的使用寿命。双变式间歇脉冲算法还是一种适应性非常强的充电算法，由于是实时检测电流电压，并以此为充电控制依据，所以它可非常好的适用市面上各种品牌规格的锂电池，且充电效果好，通用性非常强。4、本发明采用了压力和温度等多种传感器，保护电路可靠；同时加入了可视化界面，用户可以通过LCD显示器非常直观地掌握实时充放电状态，为电源系统的维护、保养提供便捷。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：图1是本发明基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的结构框图。具体实施方式为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。实施例1：图1是本发明基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的结构框图。如图1所示，基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统，包括：控制器1、充电模块2、传感器模块3、显示模块4、报警模块5、锂电池6和放电升降压保护模块7、电压电流检测模块8，并且控制器1分别与充电模块2、传感器模块3、显示模块4、报警模块5、电压电流检测模块8相连接；锂电池6分别与充电模块2、传感器模块3、放电升降压保护模块7、电压电流检测模块8、外接直流电源相连接。实施例2：图1是本发明基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的结构框图。如图1所示，基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统，包括：控制器1、充电模块2、传感器模块3、显示模块4、报警模块5、锂电池6和放电升降压保护模块7、电压电流检测模块8，并且控制器1分别与充电模块2、传感器模块3、显示模块4、报警模块5、电压电流检测模块8相连接；锂电池6分别与充电模块2、传感器模块3、放电升降压保护模块7、电压电流检测模块8、外接直流电源相连接。本实施例中，传感器模块3包括：温度传感器301和压力传感器302，都与控制器1、锂电池6相连接。本实施例中，充电模块2还包括：无线充电模块201和有线充电模块202，都与控制器1、锂电池6相连接。本实施例中，无线充电模块201还包括：电磁感应无线充电模块2011和WiFi感应无线充电模块2012，都与控制器1、锂电6池相连接。本实施例中，电磁感应无线充电模块2011还包括：电磁感应式无线电能输入端和第一整流斩波电路，并且第一整流斩波电路分别与电磁感应式无线电能输入端、控制器、锂电池相连接。本实施例中，WiFi感应无线充电模块2012还包括：WiFi感应式无线电能输入端和第二整流斩波电路，并且第二整流斩波电路分别与WiFi感应式无线电能输入端、控制器1、锂电池6相连接。本实施例中，有线充电模块202还包括：市电输入端和第三整流斩波电路，并且第三整流斩波电路分别与市电输入端、控制器1、锂电池6相连接。本实施例中，控制器1为STM32控制器，显示模块4为LCD显示设备，报警模块5为声光报警器。基于双变式间歇脉冲算法的多功能电源系统的充电方法，包括如下步骤：步骤一，首先在控制器上安装双变式间歇脉冲算法程序，通过电压电流检测模块检测锂电池的电压、电流，同时通过温度传感器和压力传感器检测锂电池的温度和压力；然后控制器判断该锂电池是否具备充电条件；如果不具备充电条件，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上；如果具备充电条件则执行步骤二；双变式间歇脉冲算法包括五个子算法：（1）渐变式预充电；（2）小电流恒流充电；（3）变电流间歇脉冲充电；（4）变电压间歇脉冲充电；（5）监测式间歇补偿充电；（1）渐变式预充电是根据实时采集反馈来的电压值进行预充电电流的选择，具体详见表1，在充电过程中，实时监测电压变化，根据电压变化情况分级改变充电电流等级，具体详见表1，直至采集的电压值为1.0V为止，本充电子算法结束；表1初始电压等级0.2-0.4V(包括)0.4-0.6V（包括）0.6-0.8V（包括）0.8-1.0V（包括）充电电流等级0.1A0.2A0.3A0.4A（2）小电流恒流充电，当检测电压值在1.0-3.0V电压之间时，采用0.4A小电流恒流充电，直至电池检测电压值至3.0V为止，本充电子算法结束；（3）变电流间歇脉冲充电是采用脉冲充电方式，将电流脉冲等级进行多级划分，从1.0A开始到0.4A，以0.15A为一个等级梯度分为5个等级；紧接于小电流恒流充电之后，本子算法的起始阶段，根据实时采集反馈的电压值，对脉冲电流等级进行选择，具体详见表2；充电过程中对电压进行实时监测，当电压上升至4.2V时，停止充电2s，此时电压值会迅速下降，对电压值进行检测，在电压下降至固定值时反馈此时电压，并根据表2选择对应的脉冲电流进行下一轮脉冲充电，如此反复，直至最后下降后的稳定电压值在4.0V以上，则停止本充电子算法；表2电压等级3.0-3.2V3.2-3.4V3.4-3.6V3.6-3.8V3.8-4.0V电流等级1A0.85A0.7A0.55A0.4A（4）变电压间歇脉冲充电是将电压脉冲等级进行3级划分，从4.3V到4.1V，以0.1V为梯度；紧接变电流间歇脉冲充电之后，本子算法的起始阶段，检测到电压值在4.0V以上，以4.3V的脉冲电压充电，对充电电压和电流进行检测反馈，直至电流值小于0.3A时，将脉冲电压降级至4.2V进行充电，对充电电压和电流进行检测反馈，直至电流值小于0.2A时，将脉冲电压降级至4.1V进行充电，对充电电压和电流进行检测反馈，直至电流值小于0.1A时，停止本充电子算法；（5）监测式间歇补偿充电主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量；紧接变电压间歇脉冲充电之后，当电池充满，充电结束时，未必会刚好拔下充电电源，此时充电器将自行断电，电能会慢慢消耗流失；当系统监测到自行放电量达到5%以上时，充电器会自行开启，并以变电压间歇充电方法，对电池进行电能补充，重复（4）变电压间歇脉冲充电和（5）监测式间歇补偿充电的步骤，直至充电器电源移除，充电系统停止工作；步骤二，控制器命令充电模块开始充电，充电模块对充电模式进行判断和选定，选择有线或者无线充电模式，当锂电池电压低于1.0V时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用渐变式的小电流预充电模式对锂电池进行充电；；步骤三，当电压电流检测模块检测到锂电池的电压处于1.0V-3.0V之间时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用0.4V小电流恒流充电模式对锂电池进行充电；步骤四，当电压电流检测模块检测到锂电池的电压处于3.0V-4.0V之间时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用变电流间歇充电法，即快速充电模式对锂电池进行充电；步骤五，当电压电流检测模块检测到锂电池的电压处于4.0V-4.3V之间时，首先对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上，同时控制器命令充电模块停止工作，直至温度小于45°时，控制器命令充电模块采用变电压间歇充电法对锂电池进行充电；步骤六，当锂电池的电流小于0.1A时，停止充电，然后控制器对锂电池的温度进行判断，如果温度大于等于45°时，则控制器命令报警模块进行报警，同时将状态显示在显示模块上；同时控制器命令电压电流检测模块和传感器模块等对锂电池电量进行检测，当电压电流检测模块和传感器模块等检测到锂电池的自行放电量达到5%时，控制器命令充电模块采用变电压间歇充电法对锂电池进行充电，重复步骤五和步骤六的步骤，直至充电器电源移除，充电系统停止工作。本实施例中，在步骤一至六中，温度传感器和压力传感器均实时的对锂电池的温度和压力进行测试，并将其测定的温度和压力值反馈给控制器，当温度或者压力过高时，控制器命令充电模块停止工作，并通过报警模块和显示模块告知使用者。本实施例中，步骤二中采用的渐进式小电流充电模式的具体充电方法为：首先，使用一个稳定的小电流充电一段时间，当电压上升到一定阶段后，小幅抬升电流等级，继续恒流充电一段时间后，仍小幅提高电流等级，具体按照表1执行，继续充电，如此反复，直至电压等级上升至1.0V。本实施例中，步骤四中采用的变电流间歇充电法是建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，再将恒流充电段改为变电流间歇充电段，实现大电流充电。本实施例中，步骤五中采用的变电压间歇充电法的具体方法为：采用间歇恒压的方式将充电等级分为多级，由于是恒压充电，充电电流按照指数规律下降，在每级恒压充电过程中，会实时监测充电电流的变化，以电流变化量作为分级标准，当电流变化量达到0.1A时，进行降级处理，同样的，降级不仅仅是电压等级的降低，电压下降0.1V，也是脉冲电压宽度和间歇时间的降级，脉冲宽度缩短5%，间歇时间缩短10%，直至充电电流下降至阈值0.1A以下。本发明一种基于双变式间歇脉冲算法的充电系统，算法本身具有创新性，并具备无线和有线2种充电模式，通过温度和压力对锂电池进行温度和压力补偿，使电池的充电更加安全、快速、可靠；并且具有报警和可视功能，便于及时掌握充电情况，更加直观。本发明采用的无线充电方式包括电磁感应式无线充电方式和WiFi感应式无线充电方式，可以通过靠近专用的无线电磁感应充电模块进行近距离无线充电，也可以利用WiFi信号为设备进行无线充电，非常灵活实用。本发明采用的双变式间歇脉冲算法是一种高效安全的充电算法，同时兼顾了速度和安全，可以在有效提高充电速度的同时更加有效的保护锂电池，提高锂电池的使用寿命。双变式间歇脉冲算法是一种适应性非常强的充电算法，由于是实时检测电流电压，并以此为充电控制依据，所以它可非常好的适用市面上各种品牌规格的锂电池，且充电效果好，通用性非常强。本发明采用了压力和温度等多种传感器，保护电路可靠；同时加入了可视化界面，用户可以通过LCD显示器非常直观地掌握实时充放电状态，为电源系统的维护、保养提供便捷。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。当前第1页1 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