一种基于PWM动态均衡的蓄电池放电控制系统的制作方法

本发明涉及蓄电池，具体为一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统。

背景技术：

1、pwm动态均衡是一种通过改变开关频率和占空比来实现输出电压调节的方法，开关管会周期性地断开，来实现有脉冲的电压输出，以保持蓄电池中的所有电池单元的电压稳定。

2、在蓄电池充放电的过程中，正极和负极活性物质会逐渐转化成其它化合物，从而导致电池容量的上限发生变化，进而影响输出电压。正极活性物质的转化会导致电池内部的硫酸浓度下降，而负极活性物质的转化则会导致电池内部的铅酸浓度下降，此外，过度充电或过度放电也会加速活性物质的转化。但现有技术往往没有考虑到这一点，导致使用后期电压调节需要延迟修正，电压输出存在瞬时跳变，如果直接对浓度进行测量，为了保证测量准确度需要安装多个传感器，成本过高。因此，设计可预测输出电压的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，包括开关管、反馈电路、控制芯片，所述开关管用于控制电路的通断，实现电路的开关功能，所述反馈电路用于监测输出电压并将其与目标电压进行比较，以产生反馈信号，所述控制芯片根据反馈信号和设定值计算出开关管的工作状态，控制其通断时间和占空比，从而实现输出电压的稳定控制。

3、根据上述技术方案，所述反馈电路包括输出电压检测模块、时间计算模块、电池单元、电池单元状态判断模块、次数计量模块、损耗计算模块，所述控制芯片包括开关管控制模块、目标电压选取模块、对比修正模块，所述输出电压检测模块用于检测蓄电池各个电池单元的输出电压，所述时间计算模块用于计算蓄电池各个电池单元的充电时间和放电时间，所述电池单元为构成蓄电池的基本单元，所述电池单元状态判断模块用于判断电池单元此时是否处于充电和放电状态，所述次数计量模块用于计算蓄电池完成完整的充电放电循环的次数，所述损耗计算模块用于计算蓄电池正极和负极活性转化带来的损耗，所述开关管控制模块用于控制各个开关管的工作，所述目标电压选取模块用于设定目标电压，所述对比修正模块用于根据预测的输出电压对开关频率和占空比进行修正。

4、根据上述技术方案，该控制系统的工作方法为：

5、s0、根据需要，确定目标电压和容许偏差范围；

6、s1、根据目标电压和电路参数，计算出开关频率和占空比的合适取值；

7、s2、将计算得到的开关频率和占空比输入控制芯片，使其能够自动调节开关管的工作状态，以达到输出电压稳定的目的；

8、s3、随着蓄电池的充放电过程，计算蓄电池的损耗，在每次电路断开后对输出电压进行预测，从而对下次工作时的开关频率和占空比进行预先调整；

9、s4、监测输出电压和负载情况，根据需要对pwm控制电路进行调整，以保持输出电压稳定。

10、根据上述技术方案，上述步骤s1中，蓄电池中所有处于工作状态的电池单元都有各自的独立参数，每个电池单元的开关频率、占空比、实际输出电压和目标电压四者的计算公式为：，其中占空比是一个开关周期内电压为0的时间占比，开关频率为开关周期的倒数，由于蓄电池一般不满载运行，目标电压始终小于，在事先确定的前提下，增大会使得增大，减小，减小会使得减小，增大。

11、根据上述技术方案，上述步骤s3中，计算蓄电池的损耗的具体方法为：

12、s3-1、在蓄电池不工作的过程中，正极和负极活性物质会随着时间缓慢地转化，同时在蓄电池充电和放电的过程中，正极和负极活性物质会以相对快速的速度随着时间进行转化，且各自转化速度不相同，导致正极和负极活性物质浓度降低，具体为，其中为此次蓄电池工作过程中电池单元充电的总时间，为此次蓄电池工作过程中电池单元放电的总时间，、为电池单元的充电和放电的时间占比系数，为充放电导致的活性物质降低的速率，为此次蓄电池工作之前的活性物质浓度，为蓄电池经过一轮完整的充放电的次数。

13、根据上述技术方案，上述步骤s3中，对下次工作时的开关频率和占空比进行预先调整的具体方法为：

14、s3-2、通过得出的正极和负极活性物质浓度，带入正极和负极活性物质浓度与输出电压的换算关系，得出预测输出电压，其中为正极和负极活性物质浓度与输出电压之间的换算关系，值的大小不为常数，而是根据实验具体进行确定，从而将预测输出电压代入目标电压的计算公式进行运算，以此确定开关频率、占空比。

15、根据上述技术方案，上述步骤s4中，对pwm控制电路进行调整时，由于每个蓄电池的电池单元具体情况不同，预测输出电压与实际输出电压仍然存在误差，因此需要判断两者之间误差的变化趋势，是处于收敛状态还是扩大状态，并对预测输出电压进行二次修正。

16、根据上述技术方案，上述步骤s4中，对预测输出电压进行二次修正的具体过程为：当预测输出电压与此次实际输出电压的差值，相比上一次预测输出电压与上次实际输出电压的差值大时，判断两者之间误差的变化趋势处于扩大状态，此时二次修正电压，其中γ为电压修正系数，当时，二次修正电压为两者相减，当时，二次修正电压为两者相加，当预测输出电压与此次实际输出电压的差值，相比上一次预测输出电压与上次实际输出电压的差值小时，判断两者之间误差的变化趋势处于收敛状态，则。

17、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过对蓄电池充电和放电时间进行统计，来对因为正极和负极活性转化带来的损耗进行预测，从而对开关频率和占空比进行修正，在下次使用蓄电池时，由于电压修正的作用，不会造成电压的大幅度跳变，修正延迟低，有效保护蓄电池的使用寿命的同时适用于高精度用电器。

技术特征：

1.一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：包括开关管、反馈电路、控制芯片，所述开关管用于控制电路的通断，实现电路的开关功能，所述反馈电路用于监测输出电压并将其与目标电压进行比较，以产生反馈信号，所述控制芯片根据反馈信号和设定值计算出开关管的工作状态，控制其通断时间和占空比，从而实现输出电压的稳定控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：所述反馈电路包括输出电压检测模块、时间计算模块、电池单元、电池单元状态判断模块、次数计量模块、损耗计算模块，所述控制芯片包括开关管控制模块、目标电压选取模块、对比修正模块，所述输出电压检测模块用于检测蓄电池各个电池单元的输出电压，所述时间计算模块用于计算蓄电池各个电池单元的充电时间和放电时间，所述电池单元为构成蓄电池的基本单元，所述电池单元状态判断模块用于判断电池单元此时是否处于充电和放电状态，所述次数计量模块用于计算蓄电池完成完整的充电放电循环的次数，所述损耗计算模块用于计算蓄电池正极和负极活性转化带来的损耗，所述开关管控制模块用于控制各个开关管的工作，所述目标电压选取模块用于设定目标电压，所述对比修正模块用于根据预测的输出电压对开关频率和占空比进行修正。

3.根据权利要求2所述的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：该控制系统的工作方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：上述步骤s1中，蓄电池中所有处于工作状态的电池单元都有各自的独立参数，每个电池单元的开关频率、占空比、实际输出电压和目标电压四者的计算公式为：，其中占空比是一个开关周期内电压为0的时间占比，开关频率为开关周期的倒数，由于蓄电池一般不满载运行，目标电压始终小于，在事先确定的前提下，增大会使得增大，减小，减小会使得减小，增大。

5.根据权利要求4所述的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：上述步骤s3中，计算蓄电池的损耗的具体方法为：

6.根据权利要求5所述的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：上述步骤s3中，对下次工作时的开关频率和占空比进行预先调整的具体方法为：

7.根据权利要求6所述的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：上述步骤s4中，对pwm控制电路进行调整时，由于每个蓄电池的电池单元具体情况不同，预测输出电压与实际输出电压仍然存在误差，因此需要判断两者之间误差的变化趋势，是处于收敛状态还是扩大状态，并对预测输出电压进行二次修正。

8.根据权利要求7所述的一种基于pwm动态均衡的蓄电池放电控制系统，其特征在于：上述步骤s4中，对预测输出电压进行二次修正的具体过程为：当预测输出电压与此次实际输出电压的差值，相比上一次预测输出电压与上次实际输出电压的差值大时，判断两者之间误差的变化趋势处于扩大状态，此时二次修正电压，其中γ为电压修正系数，当时，二次修正电压为两者相减，当时，二次修正电压为两者相加，当预测输出电压与此次实际输出电压的差值，相比上一次预测输出电压与上次实际输出电压的差值小时，判断两者之间误差的变化趋势处于收敛状态，则。

技术总结
本发明公开了一种基于PWM动态均衡的蓄电池放电控制系统，包括开关管、反馈电路、控制芯片，所述开关管用于控制电路的通断，实现电路的开关功能，所述反馈电路用于监测输出电压并将其与目标电压进行比较，以产生反馈信号，所述控制芯片根据反馈信号和设定值计算出开关管的工作状态，控制其通断时间和占空比，从而实现输出电压的稳定控制，所述反馈电路包括输出电压检测模块、时间计算模块、电池单元、电池单元状态判断模块、次数计量模块、损耗计算模块，所述控制芯片包括开关管控制模块、目标电压选取模块、对比修正模块，所述输出电压检测模块用于检测蓄电池各个电池单元的输出电压，本发明，具有可预测输出电压的特点。

技术研发人员：童国道,沈启鹏,田永富
受保护的技术使用者：南京鼎尔特科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15