專利名稱：一種動(dòng)力型車載鋰電池組的智能充電系統(tǒng)及充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，涉及一種充電器，特別是涉及汽車的動(dòng)力鋰電池充電 器。
背景技術(shù)：
目前，在已知技術(shù)中，與本發(fā)明相近似的技術(shù)材料有大功率智能充電機(jī)及其充電 方法(CN1333589A)。該裝置包括可控整流電路、控制單元、監(jiān)測電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn) 換電路及觸發(fā)電路。常壓交流電經(jīng)輸入電網(wǎng)輸入后進(jìn)入可控整流電路整流，再輸入待充電 的蓄電池組，監(jiān)測電路監(jiān)測到充電數(shù)據(jù)經(jīng)A/D換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入控制單元，該數(shù) 據(jù)經(jīng)控制單元處理后進(jìn)入D/A控制電路轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入觸發(fā)電路，最后控制可控整 流電路。 上述充電裝置只對充電電流進(jìn)行控制，無法模擬鋰電池充電的恒壓充電階段，不 能有效跟蹤鋰電池充電曲線，且D/A轉(zhuǎn)換輸出存在一定的轉(zhuǎn)換誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種動(dòng)力型車載鋰電池組的智能充電系統(tǒng)，包括電源濾波器模塊、 PFC功率因數(shù)校正模塊和DC-DC模塊，其特征在于還包括DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊以及單片機(jī)控制 單元，其中單片機(jī)控制單元輸出兩路p麗波形，經(jīng)DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊放大處理后控制DC-DC模 塊M0S管的通斷，從而控制DC-DC模塊輸出電壓及電流，跟蹤最佳充電曲線。
其中，DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊包含用于將P麗信號(hào)放大的放大電路和產(chǎn)生四路兩兩完全 相同的P麗信號(hào)的變壓器電路。 進(jìn)一步，單片機(jī)控制單元檢測電池管理系統(tǒng)發(fā)送的電池組信息信號(hào)及充電允許信
號(hào)選擇相應(yīng)充電曲線對電池組充電，其中所述最佳充電曲線為 當(dāng)檢測到電池組電壓小于設(shè)定電壓VI時(shí)，對電池組進(jìn)行涓流充電； 當(dāng)檢測到電池組電壓接近設(shè)定最大充電電壓V2時(shí)，對電池組進(jìn)行恒壓充電； 當(dāng)檢測到電池組電壓處于設(shè)定電壓V1和設(shè)定最大充電電壓V2之間時(shí)，根據(jù)電池
組充電曲線特性進(jìn)行分段恒流充電。 進(jìn)一步，還包括輸出保護(hù)電路，提供過壓、欠壓、過流和/或過溫保護(hù)。還包括LCM 液晶顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示電池組的電池荷電狀態(tài)、充電電流、充電電壓及充電器當(dāng)前狀 態(tài)。還包括輔助電源模塊，提供5V和12V電壓給單片機(jī)控制單元、散熱風(fēng)扇和隔離放大模 塊。 本發(fā)明還公開了采用上述智能充電系統(tǒng)進(jìn)行智能充電的方法，其特征在于單片 機(jī)控制單元輸出兩路P麗波形，經(jīng)DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊放大處理后控制DC-DC模塊M0S管的通 斷，從而控制DC-DC模塊輸出電壓及電流，跟蹤最佳充電曲線。 單片機(jī)控制單元檢測到電池管理系統(tǒng)發(fā)送的電池組信息信號(hào)及充電允許信號(hào)選 擇相應(yīng)充電曲線對電池組充電。
當(dāng)檢測到電池組電壓小于設(shè)定電壓V1時(shí)，對電池組進(jìn)行涓流充電。
當(dāng)檢測到電池組電壓接近設(shè)定最大充電電壓V2時(shí)，對電池組進(jìn)行恒壓充電。
當(dāng)檢測到電池組電壓處于設(shè)定電壓V1和設(shè)定最大充電電壓V2之間時(shí)，根據(jù)電池 組充電曲線特性進(jìn)行分段恒流充電。 當(dāng)檢測到電流小于充滿閾值時(shí)，認(rèn)為電池組已充滿，單片機(jī)控制關(guān)閉PFC功率因 數(shù)校正模塊，并停止P麗輸出。 進(jìn)行所述恒壓充電的恒壓值設(shè)定為稍高于設(shè)定最大充電電壓V2，防止充電曲線在
恒壓段與恒流段頻繁跳變。 所述稍高于設(shè)定最大充電電壓V2的電壓值為比V2高10伏。 采用本發(fā)明的智能充電方法，可以為一定容量和電壓范圍內(nèi)的鋰電池組自動(dòng)充 電，并進(jìn)行自動(dòng)充電維護(hù)。該方法通過單片機(jī)輸出P麗波驅(qū)動(dòng)DC-DC電路進(jìn)而控制充電電 壓及電流，無需DC-DC控制電路及DA轉(zhuǎn)換電路，降低了充電器成本，提高了控制精度。
圖1 :本發(fā)明智能充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2 :本發(fā)明充電控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖以標(biāo)稱容量為40Ah，標(biāo)稱電壓為345. 6V，最大充電電壓為394. 2V的 電池組為實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。 如圖1所示，此系統(tǒng)主要由電源濾波器模塊、PFC功率因數(shù)校正模塊、DC-DC驅(qū)動(dòng)模 塊、DC-DC模塊、輸出保護(hù)電路、輸助電源電路及單片機(jī)控制單元組成。其中PFC功率因數(shù) 校正模塊中包含IR1150模塊及LM339模塊，IR1150提供過流保護(hù)，當(dāng)發(fā)生過流故障時(shí)，關(guān) 閉PFC和DC-DC模塊，LM339提供過壓、欠壓、過溫檢測，當(dāng)LM339檢測到系統(tǒng)過壓、欠壓、過 溫，送相關(guān)信號(hào)到單片機(jī)控制單元，單片機(jī)動(dòng)作關(guān)閉PFC和停止P麗波輸出。DC-DC驅(qū)動(dòng)模 塊包含用于將P麗信號(hào)放大的光耦6N137和產(chǎn)生四路兩兩完全相同的P麗信號(hào)的變壓器電 路。 充電流程如圖2所示。充電器接入220V交流電，電池管理系統(tǒng)檢測電池組狀態(tài)， 電池組正常則通過CAN總線送充電允許信號(hào)及相關(guān)電池組信息信號(hào)給單片機(jī)控制單元。單 片機(jī)控制單元檢測充電器溫度，溫度正常則調(diào)用相應(yīng)充電曲線，檢測充電電流、充電電壓切 入相應(yīng)充電階段充電。檢測電壓小于280V時(shí)，設(shè)置充電電壓為280V，涓流充電電流I1為 0. 5A-0. 8A進(jìn)行涓流充電。檢測電壓大于等于280V小于380V時(shí)采用階段恒流充電，根據(jù)電 池組充電曲線特性兼顧單片機(jī)內(nèi)存容量設(shè)置充電階段，根據(jù)電池最佳充電曲線設(shè)置各階段 充電電流，實(shí)時(shí)改變P麗輸出占空比以保證檢測到的輸出電流與設(shè)定電流一致。檢測電壓 大于等于380V時(shí)，以390V電壓進(jìn)行恒壓充電，改變P麗輸出占空比保持輸出電壓在390V 附近波動(dòng)，380V到390V之間為恒流充電與恒壓充電的緩沖帶，避免恒流充電與恒壓充電之 間頻繁跳變，有效跟蹤最佳充電曲線。恒壓充電過程中充電電流不斷減小，當(dāng)充電電流減小 到充滿電流閾值12 (如0. 1-0. 3A)時(shí)表明電池組已充滿，單片機(jī)控制單元控制關(guān)閉PFC并 停止P麗輸出，充電結(jié)束。
充電過程中單片機(jī)控制單元檢測到欠壓、過壓異常，控制關(guān)閉PFC并停止P麗輸 出，充電異常結(jié)束。 輔助電源模塊提供5V和12V電壓給單片機(jī)、散熱風(fēng)扇和隔離放大模塊6N137。充 電器散熱風(fēng)扇由單片機(jī)另外提供一路P麗波進(jìn)行控制，當(dāng)單片機(jī)控制單元檢測到充電器溫 度高于30度時(shí)，送P麗波風(fēng)扇模塊驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)散熱，調(diào)節(jié)P麗占空比可調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng) 充電器溫度大于55度時(shí)，單片機(jī)控制單元控制關(guān)閉PFC并停止P麗輸出，充電異常結(jié)束。
整個(gè)充電過程中，單片機(jī)控制單元通過CAN總線將實(shí)時(shí)充電電壓、充電電流及充 電器狀態(tài)信號(hào)送給電池管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)控制電池組進(jìn)行均衡充電及實(shí)現(xiàn)對電池組 的相關(guān)保護(hù)。 單片機(jī)控制單元實(shí)時(shí)將電池荷電狀態(tài)、充電電壓、充電電流及充電器相關(guān)狀態(tài)送 LCM液晶顯示模塊顯示。 系統(tǒng)在停電恢復(fù)供電后，自動(dòng)檢測切入停電前斷點(diǎn)進(jìn)行充電。
權(quán)利要求
一種動(dòng)力型車載鋰電池組的智能充電系統(tǒng)，包括電源濾波器模塊、PFC功率因數(shù)校正模塊和DC-DC模塊，其特征在于還包括DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊以及單片機(jī)控制單元，其中單片機(jī)控制單元輸出兩路PWM波形，經(jīng)DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊放大處理后控制DC-DC模塊MOS管的通斷，從而控制DC-DC模塊輸出電壓及電流，跟蹤最佳充電曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能充電系統(tǒng)，其特征在于DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊包含用于將P麗 信號(hào)放大的放大電路和產(chǎn)生四路兩兩完全相同的P麗信號(hào)的變壓器電路，用于將單片機(jī)控 制單元輸出的兩路P麗波形放大和產(chǎn)生兩兩完全相同的P麗信號(hào)，再通過四路P麗信號(hào)控 制DC-DC模塊中的四個(gè)MOS管的通斷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能充電系統(tǒng)，其特征在于單片機(jī)控制單元檢測電池 管理系統(tǒng)發(fā)送的電池組信息信號(hào)及充電允許信號(hào)選擇相應(yīng)充電曲線對電池組充電，其中所 述最佳充電曲線為當(dāng)檢測到電池組電壓小于設(shè)定電壓VI時(shí)，對電池組進(jìn)行涓流充電； 當(dāng)檢測到電池組電壓接近設(shè)定最大充電電壓V2時(shí)，對電池組進(jìn)行恒壓充電；當(dāng)檢測到電池組電壓處于設(shè)定電壓V1和設(shè)定最大充電電壓V2之間時(shí)，根據(jù)電池組充電曲線特性進(jìn)行分段恒流充電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的智能充電系統(tǒng)，其特征在于還包括輸出保護(hù)電路，提供過壓、欠壓、過流和/或過溫保護(hù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)所述的智能充電系統(tǒng)，其特征在于還包括LCM液晶顯示 模塊，用于實(shí)時(shí)顯示電池組的電池荷電狀態(tài)、充電電流、充電電壓及充電器當(dāng)前狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的智能充電系統(tǒng)，其特征在于還包括輔助電源模塊，提供5V和12V電壓給單片機(jī)控制單元、散熱風(fēng)扇和隔離放大模塊。
7. 利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行智能充電的方法，其特征在于單片機(jī)控制單元輸出兩路P麗波形，經(jīng)DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊放大處理后控制DC-DC模塊MOS管的通斷，從而控制 DC-DC模塊輸出電壓及電流，跟蹤最佳充電曲線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于單片機(jī)控制單元檢測到電池管理系統(tǒng)發(fā) 送的電池組信息信號(hào)及充電允許信號(hào)選擇相應(yīng)充電曲線對電池組充電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于當(dāng)檢測到電池組電壓小于設(shè)定電壓V1 時(shí)，對電池組進(jìn)行涓流充電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于當(dāng)檢測到電池組電壓接近設(shè)定最大充電 電壓V2時(shí)，對電池組進(jìn)行恒壓充電。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于當(dāng)檢測到電池組電壓處于設(shè)定電壓V1和設(shè)定最大充電電壓V2之間時(shí)，根據(jù)電池組充電曲線特性進(jìn)行分段恒流充電。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于當(dāng)檢測到電流小于充滿閾值 時(shí)，認(rèn)為電池組已充滿，單片機(jī)控制關(guān)閉PFC功率因數(shù)校正模塊，并停止P麗輸出。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于進(jìn)行所述恒壓充電的恒壓值設(shè)定為稍高于設(shè)定最大充電電壓V2，防止充電曲線在恒壓段與恒流段頻繁跳變。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述稍高于設(shè)定最大充電電壓V2的電 壓值為比V2高10伏。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7-14任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在整個(gè)充電過程中，不斷檢測電壓、電流及溫度，當(dāng)發(fā)生過流、過壓、欠壓和/或過溫故障時(shí)，單片機(jī)控制單元控制關(guān)閉 PFC功率因數(shù)校正模塊并停止P麗輸出，停止充電。
16.根據(jù)權(quán)利要求7-15任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于單片機(jī)控制單元實(shí)時(shí)將檢測 到的電流、電壓及計(jì)算得出的電池荷電狀態(tài)和充電器狀態(tài)送LCM液晶顯示模塊顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動(dòng)力型車載鋰電池組的智能充電系統(tǒng)和智能充電方法，所述系統(tǒng)包括電源濾波器模塊、PFC功率因數(shù)校正模塊和DC-DC模塊，其特征在于還包括DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊以及單片機(jī)控制單元，其中單片機(jī)控制單元輸出兩路PWM波形，經(jīng)DC-DC驅(qū)動(dòng)模塊放大處理后控制DC-DC模塊MOS管的通斷，從而控制DC-DC模塊輸出電壓及電流，跟蹤最佳充電曲線。采用本發(fā)明的智能充電方法，可以為一定容量和電壓范圍內(nèi)的鋰電池組自動(dòng)充電，并進(jìn)行自動(dòng)充電維護(hù)。該方法通過單片機(jī)輸出PWM波驅(qū)動(dòng)DC-DC電路進(jìn)而控制充電電壓及電流，無需DC-DC控制電路及DA轉(zhuǎn)換電路，降低了充電器成本，提高了控制精度。
文檔編號(hào)H02H7/18GK101795015SQ201010138719
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者朱得亞, 王建輝, 龔立秋 申請人:奇瑞汽車股份有限公司