專利名稱：鉛酸蓄電池充電方法及其充電器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池的充電方法及其充電器。
技術背景鉛酸蓄電池作為能量的轉存裝置或備用電源，被廣泛的應用于各種電力機車，電動自行 車和自動化設備中。普通的充電方法由于充電時間較長需要后備其它電池。電池充電過程對 鉛酸蓄電池充電時間和壽命影響很大，絕大多數(shù)的蓄電池不是使用壞的而是被充壞?？s短鉛 酸蓄電池充電時間，提高鉛酸蓄電池的使用壽命，快速脈沖充電控制器在充電器中的設計起 到了至關重要的作用?，F(xiàn)有充電器的充電方法通常有恒流充電法、階段恒流充電、恒壓充電、改進的恒壓充電、 快速充電法和脈沖充電法。恒流充電是充電過程中充電電流保持恒定的充電方法。階段恒流 充電是改進的恒流充電，其開始階段用較大的恒定電流充電，當被充電電池的端電壓達到預 定值后便轉入較小的恒定電流充電階段，直至充電結束。恒壓充電是充電過程中充電電壓保 持恒定的充電方法。改進的恒壓充電，是開始階段為恒流充電以后以恒壓充電的一種充電方 法。由于這幾種充電方式?jīng)]有遵循蓄電池固有的充電接受率、充電周期長、極板損害大、能 量損失多，并且不能針對不同工作需求做出不同的工作模式進行切換。隨著電子技術的發(fā)展，對脈沖充電進行精確控制成為可能。市場上也出現(xiàn)了各種各樣 的快速充電器。人們通過對某種蓄電池進行大量充放電試驗，總結較合理的充電參數(shù)。并采 用數(shù)字集成電路，調(diào)節(jié)充電器的脈沖輸出比例，實現(xiàn)了消除蓄電池極化的功能，但是蓄電池 并不是工作在理想狀態(tài)。目前的發(fā)展方向是每個鉛酸蓄電池在充電的任意時刻總存在一個最 佳的充電電流和充電模式。采用了正負脈沖作為對蓄電池的充放電控制波形，其中正脈沖為 充電脈沖，負脈沖為放電脈沖。通過調(diào)整這種波形可以仿真幾乎所有的充電波形和充電模式。 它具有自適應能力，即在充電的任何階段,單片機都能根據(jù)所檢測到的端電壓、電流、溫度 及其變化的趨勢，決定蓄電池下一步所能接受的最大充電電流，實現(xiàn)快速充電。與一般快速 充電器相比，這種充電器能充分發(fā)揮微機的優(yōu)勢，可以修改充電參數(shù)改變充電曲線，不斷優(yōu) 化充電算法。因此，充電參數(shù)的現(xiàn)場檢測是保證先進充電算法實現(xiàn)的關鍵。如正負脈沖期間 的充放電電流大小及其隨時間的變化量、電池溫度及其隨時間的變化量、蓄電池電壓及其隨時間的變化量。通過對這些信息的分析可以估算出電池的內(nèi)阻，進而計算出電池當前所處的 狀態(tài)等。對蓄電池在充電過程中是否已充滿的判斷是充電器的重要指標，如果電池未充滿而 錯判為充滿將導致電池欠充，反之則將導致電池過充，這兩種情況都嚴重影響電池的壽命。 同時，為了針對特殊情況適應不同的充電需求，很有必要設計具有多種充電模式功能的充電 器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的首要目的在于針對上述問題，提供一種鉛酸蓄電池充電方法，在不同的情況下 實施不同的充電模式，尤其在正常充電模式下，將充電過程分為多階段進行，能極大地延長 鉛酸蓄電池的使用壽命。本發(fā)明的另一目的在于提供相應的充電器。本發(fā)明采用如下技術方案一種鉛酸蓄電池充電方法，其特征在于包括第一步選擇充電模式，所述充電模式包括正常充電模式、緊急充電模式和維護充電模式；第二步充電，按選定充電模式下的充電步驟對電池進行充電； 在所述正常充電模式下，充電方法包括如下步驟 步驟一 以0.05C的電流恒流充電2分鐘；步驟二判斷電池電壓是否升到接近額定電壓的98%，如果結果為是，進入步驟十一， 否則進入下一步驟；步驟三以0JC的電流恒流充電2分鐘；步驟四判斷電池電壓是否升到額定電壓的90%，如果結果為是，進入步驟六，否則進 入下一步；步驟五進行脈沖充電，直到電池電壓達到額定電壓的卯％; 步驟六以額定電壓的90%~92%恒壓充電1小時； 步驟七以0.03C的電流恒流充電1.25小時；步驟八判斷電池電壓是否升到額定電壓的98%，如果結果為是，進入步驟十，否則進 入下一步；步驟九以額定電壓的96%~97%恒壓充電1小時；步驟十停止充電0.5小時，使電池內(nèi)部進行充分化學反應；步驟十一以廠商推薦的浮充電壓對電池浮充；在所述緊急充電模式下，充電方法為進行脈沖充電，直到電池電壓達到額定電壓的80% 時停止充電；在所述維護充電模式下，充電方法為以0.05C的電流恒流充電20小時，然后停止充電。 其中，C表示電池充放電時電流大小的比率，即倍率。一種實施上述充電方法的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于包括大功率開關電源、開關電 路、脈沖充放電回路、電壓電流檢測電路、充電模式開關模塊、微處理器和MOS (金屬-氧 化物-半導體)管驅(qū)動模塊，所述大功率開關電源用于完成對市電的交-直流轉換，提供充電 器中其他電路模塊的工作電源，并在微處理器的控制下提供可控的充電電流或充電電壓；所 述開關電路用于接收大功率開關電源提供的充電電流或充電電壓信號，受所述MOS管驅(qū)動 電路驅(qū)動，將所述充電電流或充電電壓信號提供給蓄電池和脈沖充放電回路；所述脈沖充放 電回路受MOS管驅(qū)動電路驅(qū)動，用于實現(xiàn)對電池進行脈沖充電；所述電壓電流檢測電路受 MOS管驅(qū)動電路驅(qū)動，實現(xiàn)電池電壓檢測或電流檢測，并將檢測結果送給微處理器；所述 充電模式開關模塊與微處理器連接，用于設定電池的充電模式；所述微處理器根據(jù)充電模式 開關模塊的設定控制充電器進入對應的充電模式對電池充電，在充電過程中根據(jù)電壓電流檢 測電路的檢測結果控制所述充電電流或充電電壓的大?。籑OS管驅(qū)動模塊受微處理器控制， 包含與開關電路、脈沖充放電回路和電壓電流檢測電路中每一個MOS管分別對應的驅(qū)動電 路單元。本發(fā)明的鉛酸蓄電池的充電方法，通過充電模式的選擇，能適應不同情況的充電需要。 在正常充電模式下采用多階段充電方式能夠快速充電，充電時間約為5 6個小時；在需要緊 急充電的情況下，進入緊急充電模式采用階梯式脈沖充電方式實現(xiàn)快速充電，在1小時內(nèi)充 電達到電池容量的80%，但只能在緊急情況下使用，如果過于頻繁使用該模式進行充電，會 降低鉛酸蓄電池的使用壽命；在電池閑置期間，通過維護充電模式，采用小電流長時間(20 小時左右)對電池充電，建議每周一次，能極大的延長鉛酸蓄電池的使用壽命。本發(fā)明的鉛酸蓄電池充電器，通過設置充電模式開關模塊，用于設定電池的充電模式， 最大限度的滿足不同的充電需求。微處理是充電器的控制核心，其響應充電模式開關模塊的 設置，通過對大功率開關電源、開關電路、脈沖充放電回路的控制來實現(xiàn)對電池充電。具體 的控制過程是當按下正常充電模式開關，進入正常充電模式，微處理器控制大功率開關電源，將市電 通過AC-DC (交流-直流)轉換為可控的充電電壓或充電電流信號。同時打開開關電路，對 電池以較小的0.05C的電流恒流充電，經(jīng)過2分鐘后微處理打開電壓檢測電路對電池電壓進 行檢測，如果檢測電壓值達到電池額定電壓的98%，電池視為滿電，直接轉為浮充階段，以 廠商推薦的浮充電壓對電池浮充；如果0.05C的電流恒流充電2分鐘內(nèi)電池電壓未接近額定 電壓的98%，采用較大的0.3C的電流充電2分鐘，如果在這2分鐘時間內(nèi)電池電壓上升到 額定電壓的90%，則以額定電壓的90%~92%恒壓充電1小時；如果0.3C的電流充電2分鐘時間內(nèi)電池電壓達不到額定電壓的90%，則轉到脈沖充電階段，在開關電路與脈沖充放電的開關管之間切換對電池充放電，直到電池電壓達到90%;然后微處理器關閉電壓檢測開啟電流檢測，通過PWM調(diào)節(jié)開關電源，然后改以更小的0.03C的電流恒流充電1.25小時，如果 此時電池電壓未達到額定電壓的98%，再通過微處理器關閉電流檢測開啟電壓檢測，以額定 電壓的96%~97%恒壓充電1小時，使電池電壓接近滿電；如果0.03C的電流恒流充電1.25 小時后電池電壓達到額定電壓的98%，微處理器關掉充電電路，讓電池休息0.5小時，使電 池內(nèi)部進行充分化學反應，然后進入浮充階段。當按下緊急充電模式開關，微處理器控制關斷電流檢測開啟電壓檢測，直接進入快速脈 沖充電階段，直到電池電壓達到額定電壓的80%時停止充電。當按下維護充電按鈕，微處理器控制關斷電壓檢測開啟電流檢測，控制充電器以0.05C 的電流對電池長時間(20小時左右)恒流充電。本發(fā)明的有益效果在于-1. 本發(fā)明設置了多種充電模式，能最大限度地滿足不同情況下的充電需要，同時有利 于延長鉛酸蓄電池的使用壽命。2. 本發(fā)明在正常充電模式下，采用多階段充電方式，根據(jù)電池電量的情況，分階段進 行充電，將充電時間縮短到5~6個小時，充電速度快，極板損害小，能量損失小， 大大提高了充電效率，極大的延長鉛酸蓄電池的使用壽命。3. 本發(fā)明的充電器，其脈沖充放電回路通過電容串并轉換實現(xiàn)放電能量回流，并利用 大電感使陡直脈沖轉化為階梯式脈沖，與傳統(tǒng)利用大電阻充放電的脈沖充放電電路 相比，不僅降低了快速脈沖時的能量損耗，提高了充電效率，還有效減少了快速脈 沖對鉛酸蓄電池極板的損耗，延長了蓄電池的使用壽命。4. 本發(fā)明的充電器，其電流檢測和電壓檢測共用一個檢測單元，通過開關管的設計實 現(xiàn)兩種檢測模式的切換，極大地優(yōu)化了電路結構，減小了電路面積，降低了成本。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的闡述。 圖1為本發(fā)明充電方法的流程示意圖； 圖2為本發(fā)明充電器的電路結構框圖；圖3為充電器電路原理圖；圖4是MOS管驅(qū)動電路單元原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種鉛酸蓄電池充電方法，包括:第一步選擇充電模式，所述充電模式包括正常充電模式、緊急充電模式和維護充電模式；第二步充電，按選定充電模式下的充電步驟對電池進行充電； 在所述正常充電模式下，充電方法包括如下步驟 步驟一 以0.05C的電流恒流充電2分鐘；步驟二判斷電池電壓是否升到接近額定電壓的98%，如果結果為是，進入步驟十一， 否則進入下一步驟；步驟三以0.3C的電流恒流充電2分鐘；步驟四判斷電池電壓是否升到額定電壓的90%，如果結果為是，進入步驟六，否則進 入下一步；步驟五進行脈沖充電，直到電池電壓達到額定電壓的90%; 步驟六以額定電壓的90%~92%恒壓充電1小時； 步驟七以0.03C的電流恒流充電L25小時；步驟八判斷電池電壓是否升到額定電壓的98%，如果結果為是，進入步驟十，否則進 入下一步；步驟九以額定電壓的96%~97%恒壓充電1小時；步驟十停止充電0.5小時，使電池內(nèi)部進行充分化學反應；步驟十一以廠商推薦的浮充電壓對電池浮充；在所述緊急充電模式下，充電方法為進行脈沖充電，直到電池電壓達到額定電壓的80% 時停止充電；在所述維護充電模式下，充電方法為以0.05C的電流恒流充電20小時，然后停止充電。 其中，C表示電池充放電時電流大小的比率，即倍率。圖2為充電器的電路結構框圖。本發(fā)明的鉛酸蓄電池充電器包括大功率開關電源1、 開關電路2、脈沖充放電回路3、電壓電流檢測電路4、環(huán)境溫度檢測電路5、充電模式開關 模塊6、微處理器7和充電狀態(tài)顯示模塊8和MOS管驅(qū)動模塊9。大功率開關電源1用于完 成對市電的交-直流轉換，提供充電器中其他電路模塊的工作電源，并在微處理器7的控制 下提供可控的充電電流或充電電壓；開關電路2的充電信號輸入端與大功率開關電源1的充 電電流或充電電壓輸出端連接，接收大功率開關電源l提供的充電電流或充電電壓信號，受 MOS管驅(qū)動電路9驅(qū)動，將充電電流或充電電壓信號提供給蓄電池和脈沖充放電回路3;脈 沖充放電回路3受MOS管驅(qū)動電路9驅(qū)動，用于實現(xiàn)對蓄電池進行脈沖充電；電壓電流檢 測電路4受MOS管驅(qū)動電路9驅(qū)動，實現(xiàn)電池電壓檢測或電流檢測，并將檢測結果送給微 處理器7;所述充電模式開關模塊6與微處理器7連接，用于設定電池的充電模式；微處理器7根據(jù)充電模式開關模塊的設定控制充電器進入對應的充電模式對電池充電，在充電過程 中根據(jù)電壓電流檢測電路4的檢測結果控制所述充電電流或充電電壓的大小；MOS管驅(qū)動 模塊9包含與開關電路2、脈沖充放電回路3和電壓電流檢測電路4中每一個MOS管分別 對應的驅(qū)動電路單元，驅(qū)動電路單元分別受微處理器7控制，用于驅(qū)動對應的MOS管。環(huán) 境溫度檢測電路5用于檢測電池周圍環(huán)境溫度，并將檢測結果送給微處理器7處理。充電狀 態(tài)顯示模塊8在微處理器7的控制下，用于顯示充電模式狀態(tài)。圖3為充電器電路原理圖。大功率開關電源1對220V市電進行AC-DC轉換，提供充 電器中其他電路模塊的工作電源，并提供可控的充電電流或充電電壓，充電電流或充電電壓 的大小由微處理器7脈寬調(diào)制(PWM)輸出口 OSC1控制。微處理7采用Microchip公司生 產(chǎn)的型號為PIC16F876A的單片機。開關電路2包括第一MOS管Ml，其漏極作為充電信號 輸入端與大功率開關電源1的充電電流或充電電壓輸出端連接，用于接收大功率開關電源1 提供的充電電流或充電電壓信號，其漏極和源極之間串聯(lián)了二極管Dl和電容Cl， 二極管 D1兩端還并聯(lián)電阻R1，其源極與脈沖充放電回路3的充電輸入端連接。脈沖充放電回路3 包括第二、第三、第四MOS管M2、 M3、 M4，還包括第二、第三電容C2、 C3和電感Z1。 第二MOS管M2的漏極連接電感Zl的一端，電感Z1的另一端提供電池的正極充電端。第 二 MOS管M2與電感Zl的中間抽頭即為脈沖充放電回路3的充電輸入端，該充電輸入端還 與第二電容C2的一端連接。第二電容C2的另一端連接第三MOS管M3的漏極，其中間抽 頭連接第四MOS管M4的漏極，第三MOS管M3的源極分別連接第二 MOS管M2的源極 和第三電容C3的一端，第三電容C3的另一端與第四MOS管M4的源極連接，并提供電池 的負極充電端。電壓電流檢測電路4包括檢測模式切換單元和檢測單元。其檢測單元釆用常規(guī)的檢測電 路設計，電壓檢測和電流檢測共用一個檢測單元，檢測模式的切換通過檢測模式切換單元實 現(xiàn)。檢測模式切換單元包括第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7和第八 MOS管M8。在微處理器7的控制下，當?shù)谖錗OS管M5和第六MOS管M6導通時，第七 MOS管M7和第八MOS管M8截止，檢測單元對電池進行電壓檢測；當?shù)谖錗OS管M5 和第六MOS管M6截止時，第七MOS管M7和第八MOS管M8導通，檢測單元對電池進 行電流檢測。第五MOS管M5、第六MOS管M6的漏極分別連接蓄電池的正、負極充電端， 第五MOS管M5的源極連接檢測單元中電阻R3連接，第六MOS管M6的源極接地。第七 MOS管M7、第八MOS管M8的漏極分別連接第五MOS管M5、第六MOS管M6的源極。 檢測單元中的電阻R2用于將電池電流轉換為電壓供檢測，其一端連接電池的負極充電端， 另一端接地。第七MOS管M7、第八MOS管M8的源極分別連接電阻R2的兩端。電壓電 流檢測電路4的檢測結果輸出端連接單片機PIC16F876A的電壓電流檢測結果輸入端口RA0。環(huán)境溫度檢測電路5采用常規(guī)設計，精密電壓源MC1403提供的電壓經(jīng)過電阻R16、RW3、 R14、 R15、 R13、 R12、 RW2與一個運算放大器uA741調(diào)節(jié)后作為集成溫度傳感器AD590 的偏置電壓，流過集成溫度傳感器AD590的電流隨著溫度的變化相應的變化，該電流經(jīng)另 一個運算放大器uA741傳輸?shù)絾纹瑱CPIC16F876A的溫度檢測結果輸入端口 RA1，并轉化 為反映環(huán)境溫度的電壓，單片機將該電壓與設定的基準電壓進行比較，如果溫度過高，通過 端口 OSC1控制大功率開關電源1，實時降低充電電壓以保護鉛酸蓄電池。單片機PIC16F876A的端口 RC3、 RC4和RC5分別用作正常充電、緊急充電和維護充電 三種充電模式的輸入端口 。充電模式開關模塊6包括分別與三個充電模式輸入端口連接的第 一、第二和第三開關SW1、 SW2和SW3，三個開關分別對應正常充電、緊急充電和維護充 電三種模式。三個開關的一端接地，另一端接對應的充電模式輸入端口，當任何一個開關閉 合，對應的充電模式輸入端口連接到地，單片機響應該閉合信號，控制充電器進入對應的充 電模式對電池充電。電阻R17 R19為對應的上拉電阻。三個開關可以采用按鈕開關，以利 于電路集成。充電狀態(tài)顯示模塊8包括第一、第二、第三發(fā)光二極管LED1 LED3，三個發(fā)光二極管 的正極分別與單片機PIC16F876A的端口 RCO、 RC1和RC2連接，負極分別通過電阻R9、 R10和R11接地，分別用于顯示三種充電模式狀態(tài)。當?shù)谝婚_關SW1閉合，單片機點亮第 一發(fā)光二極管LED1，表明進入正常充電模式，以此類推，當?shù)谌_關SW3閉合，單片機 點亮第三發(fā)光二極管LED3，表明進入維護和充電模式。MOS管驅(qū)動模塊9包含8個具有相同結構的驅(qū)動電路單元，分別對應第一 第八MOS 管M1 M8， 8個驅(qū)動電路單元與8個M0S管M1 M8之間形成——對應關系。8個驅(qū)動電 路單元的8個控制輸入端分別連接單片機PIC16F876A的8個驅(qū)動輸出端口 RB0 RB7, 8個 驅(qū)動電路單元與單片機PIC16F876A的8個驅(qū)動輸出端口 RB0 RB7之間形成一一對應關系， 在單片機的控制下，8個驅(qū)動電路單元分別驅(qū)動對應的MOS管，控制對應的MOS管導通或 截止。驅(qū)動電路單元的電路原理圖如圖4所示。單片機PIC16F876A對應的RB 口 (RB0 RB7 中之一)接光耦U3的原邊，經(jīng)光耦U3隔離可以減少充電主電路對控制電路的干擾。光耦 U3的副邊接上拉電阻R20,并經(jīng)電阻R21接三極管Ql、 Q2的基極，三極管Ql的集電極 通過電阻R22接三極管Q3的基極，三極管Q2的集電極接上拉電阻R23，并通過電阻R24 接三極管Q4的基極。處于開關工作狀態(tài)的三極管Q3、 Q4的集電極通過電阻R26和R27 連接，組成推挽式電路，在電路工作的任何時間內(nèi)，兩個三極管Q3、 Q4處于一個導通另一 個關斷的狀態(tài)，自舉電容C7負端接與該驅(qū)動電路單元對應的被驅(qū)動MOS管的源極，正端 接電源。電源和自舉電容C7正端之間串接一個二極管D2和一電阻R25，使電流只能從電源流向自舉電容C7而不能反向流動。穩(wěn)壓二極管Z1的正極與該驅(qū)動電路單元對應的被驅(qū) 動MOS管的柵極連接，還接電阻R26、 R27的中間抽頭，穩(wěn)壓二極管Zl的負極接穩(wěn)壓二極 管Z2的負極，電阻R28、電容C8并聯(lián)接三極管Q4的集電極，并與穩(wěn)壓管Z3的正極相連， 穩(wěn)壓管Z3的負極同時與穩(wěn)壓管Z2的正極和自舉電容C7的負端連接。驅(qū)動電路單元即是通 過控制與其對應的MOS管的柵極和源極來控制對應MOS管的通斷。在圖3充電器的電路 原理圖中，為了圖示簡潔明了，只畫出第一 第八MOS管Ml M8的柵極與MOS管驅(qū)動模 塊9之間的連接線，以此表明MOS管驅(qū)動模塊與MOS管之間驅(qū)動和被驅(qū)動的關系，而省 略了源極與MOS管驅(qū)動模塊9之間的連接線。下面介紹本發(fā)明在各充電模式下的工作過程在正常充電模式和維護充電模式下，單片 機PIC16F876A通過0SC1 口控制大功率開關電源提供的充電電壓、電流，并通過對應的驅(qū) 動輸出端口控制對應的驅(qū)動電路單元使第一 MOS管Ml導通，第二 MOS管M2、第三MOS 管M3、第四MOS管M4截止，通過電感Z1對電池進行充電。充電過程中，電壓電流檢測 電路在單片機的控制下通過檢測模式切換單元在檢測模式之間切換，對電池電壓或電流進行實時檢測。充電方法在前面的描述中已經(jīng)詳細介紹，此處不再贅述。電壓電流檢測電路中， 檢測模式的切換和檢測原理如下電壓檢測時，單片機PIC16F876A通過對應的驅(qū)動輸出端 口控制對應的驅(qū)動電路單元使第五MOS管M5、第六MOS管M6導通，同時第七MOS管 M7、第八MOS管M8截止，電池兩端電壓進入檢測單元，經(jīng)電阻R3、 R4、 R5和電容C4 濾波、衰減后傳給運放LM324。根據(jù)運虛地的原理，通過電阻R6給光耦U1的副邊提供電 流，運放LM324通過電阻R7、電容C5給光耦U1、 U2原邊提供相同的電流。由于光耦制 造工藝相同，可以近似認為電流的放電倍數(shù)是相同的。再通過電阻RW1、 R8、電容C6和二 極管D2的作用將蓄電池兩端的電壓衰減到0~5V，并傳遞給單片機PIC16F876A的RA0 口 。 電流檢測時，單片機通過對應的端口控制對應的驅(qū)動電路單元使第五MOS管M5、第六MOS 管M6截止，同時第七MOS管M7、第八MOS管M8導通，將流經(jīng)電阻R2的電流轉換為 電壓進行檢測，流經(jīng)電阻R2的電流即電池電流，其工作原理與電壓檢測相同。在快速脈沖 階段充電階段，單片機PIC16F876A首先通過對應的端口控制對應的驅(qū)動電路單元使第一 MOS管Ml、第三MOS管M3導通，而第二 MOS管M2、第四MOS管M4截止，電源經(jīng) 第一MOS管Ml對第二電容C2、第三電容C3組成的串聯(lián)電容充電，并通過電感Z1對蓄 電池充電，之后單片機控制第一 MOS、第三MOS管M3管截止，同時第二MOS管M2、 第四MOS管M4導通，使第二電容C2、第三電容C3并聯(lián)，通過蓄電池對并聯(lián)電容充電， 這個過程也就是脈沖放電階段，通過放電將能量存入并聯(lián)的中。放電結束后，單片機控制第 二 MOS管M2、第四MOS管M4截止，然后控制第一 MOS管Ml、第三MOS管M3導通， 第二電容C2、第三電容C3重新形成充電電壓和蓄電池的電壓，電容將放電使能量回流至蓄電池。隨著能量回流的進行，串聯(lián)電 容兩端電壓將降低直至主電源接替電容以充電電壓對蓄電池充電，同時對串聯(lián)電容充電，如 此往復，實現(xiàn)對蓄電池進行快速脈沖充電。在脈沖充電階段，是通過對開關電路與脈沖充放 電回路的開關的控制來對電路進行脈沖充電，脈沖充放電回路由大電容與大電感組成，利用 開關電路與脈沖充放電回路中電容的串并轉換相配合，實現(xiàn)對鉛酸蓄電池充放電。脈沖充放 電回路利用電容串并轉換實現(xiàn)了能量回流，減少了能量的損失；并利用大電感使陡直脈沖轉 化為階梯式脈沖，有效減少了快沖對鉛酸蓄電池極板的損耗，延長了蓄電池的壽命。
權利要求
1.一種鉛酸蓄電池充電方法，其特征在于包括第一步選擇充電模式，所述充電模式包括正常充電模式、緊急充電模式和維護充電模式；第二步充電，按選定充電模式下的充電步驟對電池進行充電；在所述正常充電模式下，充電方法包括如下步驟步驟一以0.05C的電流恒流充電2分鐘；步驟二判斷電池電壓是否升到接近額定電壓的98％，如果結果為是，進入步驟十一，否則進入下一步驟；步驟三以0.3C的電流恒流充電2分鐘；步驟四判斷電池電壓是否升到額定電壓的90％，如果結果為是，進入步驟六，否則進入下一步；步驟五進行脈沖充電，直到電池電壓達到額定電壓的90％；步驟六以額定電壓的90％～92％恒壓充電1小時；步驟七以0.03C的電流恒流充電1.25小時；步驟八判斷電池電壓是否升到額定電壓的98％，如果結果為是，進入步驟十，否則進入下一步；步驟九以額定電壓的96％～97％恒壓充電1小時；步驟十停止充電0.5小時，使電池內(nèi)部進行充分化學反應；步驟十一以廠商推薦的浮充電壓對電池浮充；在所述緊急充電模式下，充電方法為進行脈沖充電，直到電池電壓達到額定電壓的80％時停止充電；在所述維護充電模式下，充電方法為以0.05C的電流恒流充電20小時，然后停止充電。
2. —種實施權利要求1所述充電方法的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于包括大功率開 關電源(1)、開關電路(2)、脈沖充放電回路(3)、電壓電流檢測電路(4)、充電模式開關 模塊(6)、微處理器(7)和MOS管驅(qū)動模塊(9)，所述大功率開關電源(1)用于完成對 市電的交-直流轉換，提供充電器中其他電路模塊的工作電源，并在微處理器(7)的控制下 提供可控的充電電流或充電電壓；所述開關電路(2)用于接收大功率開關電源(1)提供的 充電電流或充電電壓信號，受所述MOS管驅(qū)動電路(9)驅(qū)動，將所述充電電流或充電電壓 信號提供給蓄電池和脈沖充放電回路(3);所述脈沖充放電回路(3)受MOS管驅(qū)動電路(9)驅(qū)動，用于實現(xiàn)對電池進行脈沖充電；所述電壓電流檢測電路(4)受MOS管驅(qū)動電路(9) 驅(qū)動，實現(xiàn)電池電壓檢測或電流檢測，并將檢測結果送給微處理器(7);所述充電模式開關 模塊(6)與微處理器(7)連接，用于設定電池的充電模式；所述微處理器(7)根據(jù)充電 模式開關模塊的設定控制充電器進入對應的充電模式對電池充電，在充電過程中根據(jù)電壓電 流檢測電路(4)的檢測結果控制所述充電電流或充電電壓的大小；MOS管驅(qū)動模塊(9) 包含與開關電路(2)、脈沖充放電回路(3)和電壓電流檢測電路(4)中每一個MOS管分 別對應的驅(qū)動電路單元，驅(qū)動電路單元分別受微處理器(7)控制，用于驅(qū)動對應的MOS 管。
3. 如權利要求2所述的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于所述充電模式開關模塊(6)包 括分別與微處理器(7)的三個充電模式輸入端口連接的三個開關，三個開關分別對應正常 充電、緊急充電和維護充電三種模式，當其中一個開關閉合時，微處理器響應其閉合信號， 控制充電器進入對應的充電模式對電池充電。
4. 如權利要求2所述的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于所述開關電路包括第一MOS管 (Ml)，其通斷受與該MOS管對應的驅(qū)動電路單元控制，其漏極接收大功率開關電源(1)提供的充電電流或充電電壓信號，其源極與脈沖充放電回路(3)的充電輸入端連接。
5. 如權利要求4所述的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于所述脈沖充放電回路(3)包括 第二、第三、第四MOS管(M2、 M3、 M4)，還包括第二、第三電容(C2、 C3)和一電感(Zl)，每一MOS管的通斷分別受與其對應的驅(qū)動電路單元控制，第二MOS管(M2)的 漏極連接電感(Zl)的一端，電感(Zl)的另一端提供電池的正極充電端，第二 MOS管(M2) 與電感(Zl)的中間抽頭分別與所述第一 MOS管(Ml)的源極和第二電容(C2)的一端 連接，第二電容(C2)的另一端連接第三MOS管(M3)的漏極，其中間抽頭連接第四MOS 管(M4)的漏極，第三MOS管(M3)的源極分別連接第二 MOS管(M2)的源極和第三 電容(C3)的一端，第三電容(C3)的另一端與第四MOS管的源極連接，并提供電池的負 極充電端。
6. 如權利要求2所述的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于所述電壓電流檢測電路包括檢 測模式切換單元和檢測單元，所述檢測模式切換單元包括第五MOS管(M5)、第六MOS 管(M6)、第七MOS管(M7)和第八MOS管(M8)，四個MOS管的通斷分別受與其對應 的驅(qū)動電路單元控制，當?shù)谖錗OS管(M5)和第六MOS管(M6)被導通時，第七MOS 管(M7)和第八MOS管(M8)被截止，檢測單元對電池進行電壓檢測；當?shù)谖錗OS管(M5) 和第六MOS管(M6)被截止時，第七MOS管(M7)和第八MOS管(M8)被導通，檢測 單元對電池進行電流檢測。
7. 如權利要求2所述的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于所述充電器還包括環(huán)境溫度檢測電路(5)，用于檢測電池周圍環(huán)境溫度，并將檢測結果送給微處理器(7)處理。
8.如權利要求2所述的鉛酸蓄電池充電器，其特征在于所述充電器還包括充電狀態(tài)顯 示模塊(8)，在微處理器(7)的控制下，用于顯示充電模式狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種鉛酸蓄電池充電方法，設置了多種充電模式，在正常模式下，根據(jù)電池容量情況，分多階段對電池進行充電。本發(fā)明還公開相應的充電器，該充電器包括大功率開關電源，開關電路，脈沖充放電回路，電壓電流檢測電路，充電模式開關模塊和微處理器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比設置了多種充電模式，分多階段充電，能最大限度地滿足不同情況下的充電需要，同時有利于延長鉛酸蓄電池的使用壽命。本發(fā)明的脈沖充放電回路通過電容串并轉換實現(xiàn)放電能量回流，并利用大電感使陡直脈沖轉化為階梯式脈沖，與傳統(tǒng)利用大電阻充放電的脈沖充放電電路相比，降低了能量損耗，減少了快速脈沖對鉛酸蓄電池極板的損耗。
文檔編號H01M10/44GK101246976SQ20081002447
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權日2008年3月25日
發(fā)明者孫偉鋒, 申 徐, 時龍興, 陸生禮, 高海翔 申請人:東南大學