一種饋能式變恒流值正負脈沖快速充電裝置及方法
【技術(shù)領域】
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[0001]本發(fā)明屬于電學技術(shù)領域，涉及一種充電設備及方法，特別是一種針對蓄電池的饋能式變恒流值的正負脈沖快速充電裝置及方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]蓄電池的充放電是一個復雜的電化學過程，充電過程中影響充電的因素很多，其中極化問題的比較突出，它會影響蓄電池的充電接受能力，導致蓄電池充電速度緩慢。傳統(tǒng)的充電方法有恒流充電、恒壓充電、分階段充電法等，這些充電方法無去極化措施，嚴重影響蓄電池的充電時間、容量和使用壽命。正負脈沖充電法作為近幾年研宄的新型充電法，在正脈沖充電很長時間后，停止充電一段時間，然后再負脈沖放電一段時間，這樣有利于消除蓄電池硫化、極化現(xiàn)象，延長電池使用壽命。但是，現(xiàn)有的正負脈沖充電法包括恒流正負脈沖和變恒流正負脈沖，其負放電脈沖是通過鉛酸蓄電池對電阻和電容的并聯(lián)回路放電產(chǎn)生的，電容中的能量被電阻消耗，并最終以熱能的形式散發(fā)到周圍環(huán)境中去，造成能量的浪費，且由于采用電阻放電，放電電流不能調(diào)節(jié)，僅能隨蓄電池端電壓的升高而增大，在充電后期僅能通過減少放電時間而減少放電電能，造成放電電流對蓄電池瞬間沖擊大。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，尋求設計提供一種饋能式變恒流值的正負脈沖快速充電裝置及方法，在整體上分為多個不同等級的恒流充電段，每個充電段由多個幅值逐漸減小的正負脈沖組成，且負脈沖階段可以將放電電能存儲到饋能電容中，在正脈沖到來時重新加以利用。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述饋能式變恒流正負脈沖快速充電裝置的主體結(jié)構(gòu)包括空氣開關(guān)、EMI濾波電路、全橋整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、蓄電池充放電管理主電路、第一電壓檢測電路、第二電壓檢測電路、電流互感器、第一輔助電源、第二輔助電源、控制器、比較調(diào)理電路、第一光耦器、第二光耦器、單片機控制電路、偏置電路、驅(qū)動電路和顯示電路；空氣開關(guān)與外接的220V交流電連接，220V交流電依次經(jīng)過空氣開關(guān)、EMI濾波電路、全橋整流濾波電路和功率因數(shù)校正電路，其中EMI濾波電路濾除電磁干擾；全橋整流濾波電路將交流電變成直流電；功率因數(shù)校正電路提高整個裝置的功率因數(shù)并把整流后的直流電變成蓄電池充放電管理主電路所需要的輸入直流電壓；功率因數(shù)校正電路分別與控制器和第一電壓檢測電路電連接，控制器分別與比較調(diào)理電路和第一輔助電源電連接，第一電阻和第二電阻組成第一電壓檢測電路，用于檢測整流后的電壓，電壓經(jīng)過與第一電壓檢測電路電連接的第一光耦器隔離后，送入比較調(diào)理電路，使控制器產(chǎn)生第一驅(qū)動來對功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管進行控制；蓄電池充放電管理主電路分別與第一電壓檢測電路和第二電壓檢測電路電連接，第三電阻和第四電阻組成第二電壓檢測電路，用于檢測蓄電池兩端的電壓；蓄電池充放電管理主電路采用雙向Buck-Boost直流變換電路，由電解電容、第一開關(guān)管、第一二極管、第二開關(guān)管、第二二極管、濾波電感、輸出濾波電容和蓄電池按照電學原理組裝構(gòu)成，蓄電池充電時，蓄電池充放電管理主電路工作于buck電路斷續(xù)工作模式疊加boost電路；蓄電池放電時，蓄電池充放電管理主電路工作于boost電路斷續(xù)工作模式疊加buck電路，電解電容為功率因數(shù)校正電路的輸出濾波電容，形成正負脈沖充放電電流；電流互感器分別與輸出濾波電容、蓄電池和偏置電路電連接，檢測蓄電池的充電電流和放電電流；第二光耦器分別與第二電壓檢測電路和單片機控制電路電連接，電流互感器的檢測值經(jīng)過偏置電路后與第四電阻上的分壓值經(jīng)過第二光耦器隔離后的分壓值一起送入單片機控制電路，單片機控制電路分別與第二輔助電源、顯示電路、驅(qū)動電路和偏置電路電連接，偏置電路將電流互感器檢測到的放電電流轉(zhuǎn)化為正電流；電壓經(jīng)單片機控制電路運算后輸出PWM控制信號，PWM控制信號經(jīng)驅(qū)動電路后產(chǎn)生第二驅(qū)動和第三驅(qū)動兩路驅(qū)動信號，分別用于控制與驅(qū)動電路連接的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管；顯示電路與第二輔助電源電連接，用于蓄電池充放電的指示。
[0005]本發(fā)明實現(xiàn)饋能式變恒流正負脈沖快速充電的具體過程為:
[0006](I)、先將單片機控制電路中的單片機初始化并進行PWM模式配置，顯示電路的指示燈紅燈亮，提示蓄電池需充電；
[0007](2)、開始進行充電，先由第二電壓檢測電路檢測蓄電池的端電壓，若蓄電池為滿電量，則不需要充電，直接閉鎖PWM，顯示電路的指示燈變綠，提示充電完成；若蓄電池需要充電，則根據(jù)蓄電池的端電壓判斷其荷電狀態(tài)選擇對應的充電電流和放電電流；
[0008](3)、設置正脈沖時間為m，進行正脈沖充電，當m>0時，正脈沖時間未結(jié)束，繼續(xù)進行正脈沖充電，當m〈0時，正脈沖充電結(jié)束，進入負脈沖放電；
[0009](4)、設置負脈沖放電時間為n，進行負脈沖放電，當n>0時，負脈沖時間未結(jié)束，繼續(xù)進行負脈沖充電，當n〈0時，負脈沖充電結(jié)束，判斷是否達到設定的間歇檢測時間；
[0010](5)、若達到間歇檢測時間，則進入間歇狀態(tài)，此時第一開關(guān)管和第二開關(guān)管均處于關(guān)斷狀態(tài)，間歇時間大于O時，間歇未結(jié)束，繼續(xù)間歇；當間歇時間小于O時，間歇結(jié)束；若未達到間歇檢測時間，則繼續(xù)使用正負脈沖進行充放電，直到達到間歇檢測時間；
[0011](6)、間歇過后，重新檢測蓄電池的端電壓，若蓄電池充滿電，則閉鎖PWM，停止充電，且指示燈變綠，提示充電完畢；若電池沒有充滿電，則根據(jù)蓄電池端電壓判斷電池的荷電狀態(tài)選擇對應的充電電流和放電電流繼續(xù)充電，如此循環(huán)，直到電池充滿能量，實現(xiàn)蓄電池的饋能式變恒流正負脈沖快速充電。
[0012]本發(fā)明所述充電過程采用變恒流的充電方法，以蓄電池的兩端電壓為基準，按階梯形原則，分為多個恒流充電段，當蓄電池的電壓升高到指定電壓時(即達到一定荷電量時)，將充電電流減小一個階梯，直至充電結(jié)束，恒流充電段的數(shù)量根據(jù)實際需要由單片機控制電路中的單片機設置，分的恒流充電段越多，整個充電過程的充電電流波形越接近馬斯曲線；隨著充電過程的進行，蓄電池的端電壓逐漸升高，充電電流會降低，則通過電流互感器與單片機配合，調(diào)整第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的占空比，以保持充電電流恒定；每個恒流充電段由多個正脈沖和負脈沖組成，正脈沖對蓄電池充電，負脈沖用于蓄電池放電，從而提高蓄電池的充電接受能力；負脈沖的放電電流為正脈沖的充電電流的比值恒定，其比值通過電流互感器8與單片機配合，調(diào)整一開關(guān)管和第二開關(guān)管的占空比實現(xiàn)；負脈沖的放電電能會存儲在電解電容中，在正脈沖到來時重新加以利用；在每個開關(guān)周期內(nèi)，電感中流過的電流為三角波電流，均存在電流為零的時刻，此時第一開關(guān)管和第二開關(guān)管都工作在零電壓軟開關(guān)狀態(tài)，以提尚電路的效率。
[0013]本發(fā)明的正脈沖充電時間Tl (比如30ms)比負脈沖放電時間T2 (比如Ims)多，具體的正負脈沖充放電時間Tl和T2由單片機控制電路設定。
[0014]本發(fā)明通過調(diào)整第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的占空比來實現(xiàn)每一充電段的充放電電流恒定及充放電電流段的改變，單片機控制電路內(nèi)部輸出的兩路PWM波形改變第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的的占空比，通過單片機控制電路自動控制兩個開關(guān)管的導通時間，從而實現(xiàn)變電流快速充電方法。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過調(diào)整正負脈沖的交替頻率，可以在一定程度上對蓄電池進行修復，屬于修復型充電方法，與現(xiàn)有正負脈沖充電方法相比，一方面在充電過程中逐漸減小充放電電流，