專(zhuān)利名稱(chēng)：能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種控制器，尤其是一種能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，以新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)為代表的新能源產(chǎn)業(yè)引起了人們足夠的重視，也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。新能源汽車(chē)的充電過(guò)程涉及到能量的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，充電系數(shù)的概念就被提了出來(lái)，充電系數(shù)等于充電機(jī)輸入能量與蓄電池輸出能量的比值，根據(jù)能量守恒定律充電系數(shù)大于等于I。充電系數(shù)直觀的反映了在一個(gè)完整的充放電周期內(nèi)能量損耗的比例，充電系數(shù)越小表示能量在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中的損耗越小。由于蓄電池輸出電能相對(duì)固定，因此減小充電系數(shù)的關(guān)鍵在于將蓄電池充滿(mǎn)電的·前提下盡可能的減小充電機(jī)輸入電能，這主要由以下幾個(gè)方面確定第一，充電機(jī)自身的效率；第二，充電曲線，充電機(jī)會(huì)根據(jù)蓄電池充電狀態(tài)的變化實(shí)時(shí)的控制充電機(jī)的輸出電壓和輸出電流，主要有WA曲線和U_I曲線，由于U_I曲線實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易、使用較多；WA曲線實(shí)際使用時(shí)采用了折中式的控制曲線即分段恒流曲線；第三，充電結(jié)束的判斷。在^1曲線下，恒壓點(diǎn)的確定直接決定電池的充電狀態(tài)，但是由于電池的一致性以及新舊電池的性能不同等問(wèn)題，其需要的充電電壓會(huì)有較大的差異，導(dǎo)致蓄電池多會(huì)處于輕度的欠充或者過(guò)充的狀態(tài)。分段式WA曲線是根據(jù)蓄電池的電壓分階段的改變充電機(jī)的輸出電流，這樣就相對(duì)減少了恒壓點(diǎn)的不同而造成的影響，但是分段式的電流給定在輸出電流給定變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致蓄電池的端電壓的變化，容易導(dǎo)致充電結(jié)束的誤判。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠顯著減小充電系數(shù)、提高充電效率的能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器，包括用于米集直流輸出電壓、直流輸出電流的隔離米樣模塊，其輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與邏輯功能控制模塊的輸入端相連，邏輯功能控制模塊的輸出端與充電曲線控制模塊的輸入端相連，充電曲線控制模塊的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器相連。由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型中的A/D轉(zhuǎn)換器檢測(cè)隔離采樣模塊采樣的結(jié)果，邏輯功能控制模塊根據(jù)電壓采樣的結(jié)果判斷充電機(jī)與電池是否連接正常；充電曲線控制模塊根據(jù)電壓采樣的計(jì)算電流給定值，D/A轉(zhuǎn)換器將計(jì)算得到的數(shù)字控制量轉(zhuǎn)換成模擬控制量，用于對(duì)充電機(jī)的充電電流進(jìn)行控制。本實(shí)用新型按照WA曲線進(jìn)行電壓、電流和輸出，充分發(fā)揮充電機(jī)和電池的特性可靠的快速充電；同時(shí)在充電結(jié)束判斷方面也采取了多個(gè)判據(jù)組合判斷的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池充滿(mǎn)而不欠充、不過(guò)沖的可靠判斷，能夠顯著減小充電系數(shù)、提高了充電效率。
圖I是本實(shí)用新型的電路框圖；圖2、3分別是本實(shí)用新型中直流電壓采樣電路、直流電流采樣電路的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
一種能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器，包括用于采集直流輸出電壓、直流輸出電流的隔離采樣模塊1，其輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器2與邏輯功能控制模塊3的輸入
端相連，邏輯功能控制模塊3的輸出端與充電曲線控制模塊4的輸入端相連，充電曲線控制模塊4的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器5相連。還包括定時(shí)器6,定時(shí)器6的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器2的輸入端相連；所述的隔離采樣模塊I由直流電壓采樣電路和直流電流采樣電路組成。如圖I所示。定時(shí)器6產(chǎn)生100毫秒為周期的中斷，為控制系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)，在每個(gè)定時(shí)中斷內(nèi)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、邏輯功能判斷、充電曲線控制、數(shù)模轉(zhuǎn)換等任務(wù)。如圖2所示，所述的直流電壓采樣電路包括芯片J1，其第I引腳通過(guò)電阻Rl與芯片Ul的第4引腳相連，其第3引腳通過(guò)電阻R2與芯片Ul的第5引腳相連，芯片Ul的第I、2引腳分別接-15V、+15V直流電，芯片Ul的第3引腳與運(yùn)放UlA的正相輸入端相連，運(yùn)放UlA的反相輸入端與其輸出端相連，電容Cl的一端接運(yùn)放UlA的正相輸入端，電容Cl的另一端接地，電阻R3、R4、R5、R6、R7的一端均接運(yùn)放UlA的正相輸入端，電阻R3、R4、R5、R6、R7的一端并聯(lián)后接地。首先對(duì)直流電壓進(jìn)行U/I轉(zhuǎn)換，即直流電壓經(jīng)電阻R1、R2兩個(gè)功率電阻后，在回路中形成直流電流I1，再進(jìn)行I/Ι隔離比例轉(zhuǎn)換，即I1經(jīng)隔離比例變換芯片Ul后轉(zhuǎn)換成與I1隔離的12，且I2等于2. 5倍的I1，最后經(jīng)過(guò)I/U轉(zhuǎn)換，即采樣電流I2流經(jīng)采樣電阻R64 R68后，在米樣電阻R64 R68兩端產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放UlA跟隨后輸出可供A/D轉(zhuǎn)換器2采樣的電壓信號(hào)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器2可以處理的電壓信號(hào)。如圖3所示，所述的直流電流采樣電路包括用于采集直流輸出電流的電流霍爾傳感器U2，其第1、3引腳分別接-15V、+15V直流電，其第2引腳與運(yùn)放U2A的正相輸入端相連，運(yùn)放U2A的反相輸入端與其輸出端相連，電容C2的一端接運(yùn)放U2A的正相輸入端，電容C2的另一端接地，電阻R8、R9、RIO、Rll的一端均接運(yùn)放U2A的正相輸入端，電阻R8、R9、RIO,Rll的一端并聯(lián)后接地。直流電流經(jīng)I/Ι變換，即直流電流經(jīng)電流霍爾傳感器U2隔離采樣后形成采樣電流I，電流霍爾的變比為1000 :1，再經(jīng)I/U轉(zhuǎn)換，即采樣電流I流經(jīng)采樣電阻R19 R22后，在采樣電阻兩端產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放U2A跟隨后，輸出可供A/D轉(zhuǎn)換器2采樣的電壓信號(hào)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器2可以處理的電壓信號(hào)。如圖I所示，A/D轉(zhuǎn)換器2完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化，將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除和數(shù)字濾波處理，消除干擾，完成與實(shí)際的電壓值做對(duì)應(yīng)后將數(shù)據(jù)送入充電曲線控制模塊4。邏輯功能判斷模塊3的功能主要包括故障保護(hù)和充滿(mǎn)判斷，故障保護(hù)主要是判斷開(kāi)機(jī)條件完成開(kāi)機(jī)、故障判斷完成關(guān)機(jī)保護(hù)。充電曲線控制模塊4以A/D轉(zhuǎn)換器2的結(jié)果為基礎(chǔ)，控制輸出電流，使充電機(jī)按照WA曲線輸出電壓、電流。D/A轉(zhuǎn)換器5將充電曲線控制模塊4計(jì)算出的設(shè)定電流值Isrt數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，作為控制信號(hào)送入主電路的電流閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)充電過(guò)程的全電流環(huán)控制，以保證充電過(guò)程按照設(shè)定的充電曲線運(yùn)行。[0015]如圖4所示，在工作時(shí)，首先，上電初始化，充電狀態(tài)復(fù)位，A/D轉(zhuǎn)換器2將隔離采樣模塊I采集的直流輸出電壓、直流輸出電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓、電流進(jìn)行奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除和數(shù)字濾波；其次，邏輯功能控制模塊3根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器2輸出的電壓值V、電流值I，判斷充電是否完成；最后，充電曲線控制模塊4實(shí)時(shí)根據(jù)電池的直流電壓計(jì)算出充電機(jī)的輸出電流，即設(shè)定電流值Isrt,并將該值通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器5輸出至充電機(jī)。所述的奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除是指，A/D轉(zhuǎn)換器2判斷當(dāng)前電壓/電流采樣值與前一電壓/電流采樣值的差值是否大于O. 5，若判斷結(jié)果為是，則令當(dāng)前電壓/電流采樣值=前一電壓/電流采樣值+0. 5，然后進(jìn)行數(shù)字濾波；若判斷結(jié)果為否，則繼續(xù)判斷當(dāng)前電壓/電流采樣值與前一電壓/電流采樣值的差值是否小于-O. 5，若小于，則令當(dāng)前電壓/電流采樣值=前一電壓/電流采樣值-0.5，然后進(jìn)行數(shù)字濾波，若大于，則直接進(jìn)行數(shù)字濾波。所述的數(shù)字濾波是指，對(duì)電壓/電流采樣值進(jìn)行16階慣性濾波，得到電壓值V和電流值I。模數(shù)轉(zhuǎn)換以及后續(xù)的奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除和數(shù)字濾波必須能夠有效的濾除干擾，使A/D轉(zhuǎn)換器2的輸 出能夠精確反映出電池及充電機(jī)實(shí)際的狀態(tài)，以為后續(xù)的控制邏輯判斷和充電曲線控制提供可靠地輸入.所述的邏輯功能控制模塊3判斷電壓值V是否大于額定電壓，若判斷結(jié)果為是，則判定充電完成；否則，判斷連續(xù)3次十分鐘內(nèi)電池電壓變化是否小于O. IV，若小于，則判定充電完成。所述的邏輯功能控制模塊3判斷電流值I是否小于額定電流值的十分之一，若判斷結(jié)果為是，則判定充電完成。所述的充電曲線控制模塊4實(shí)時(shí)根據(jù)電壓值V計(jì)算出充電機(jī)的輸出電流，即設(shè)定電流值Isert，計(jì)算公式如下Iset = aV2+bV+c其中，a、b、c均為充電曲線系數(shù)，充電曲線為WA曲線。根據(jù)高等數(shù)學(xué)原理，任意曲線可以展開(kāi)為冪級(jí)數(shù)的形式，冪次越高則越精確，本實(shí)用新型采用二次冪函數(shù)近似冪級(jí)數(shù)，因此是ax2+bx+c的形式。對(duì)于二次冪函數(shù)，只有確定了二次項(xiàng)系數(shù)a，一次項(xiàng)系數(shù)b和常數(shù)項(xiàng)系數(shù)c即可確定曲線的形狀。a、b、c的具體數(shù)值是通過(guò)嵌入式計(jì)算機(jī)擬合計(jì)算的。判斷設(shè)定電流值Isrt是否大于額定電流，若判斷結(jié)果為是，則令設(shè)定電流值Isrt =額定電流值，否則，將設(shè)定電流值Isrt通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器5輸出至充電機(jī)。充電曲線控制模塊4必須能夠?qū)崟r(shí)的根據(jù)電池電壓計(jì)算出充電機(jī)的輸出電流(SP設(shè)定電流值Isrt),并通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器5可靠地輸出以完成對(duì)充電機(jī)的控制；另一方面為了保證充電機(jī)的安全可靠，計(jì)算出的電流設(shè)定值Isrt在大于充電機(jī)能夠承受的額定電流時(shí)(充電初期，電池電壓很低時(shí))必須對(duì)充電電流的最大值進(jìn)行限定，以防止充電機(jī)損壞?？傊?，本實(shí)用新型中的A/D轉(zhuǎn)換器2檢測(cè)隔離采樣模塊I采樣的結(jié)果，邏輯功能控制模塊3根據(jù)電壓采樣的結(jié)果判斷充電機(jī)與電池是否連接正常；充電曲線控制模塊4根據(jù)電壓采樣的計(jì)算電流給定值，D/A轉(zhuǎn)換器5將計(jì)算得到的數(shù)字控制量轉(zhuǎn)換成模擬控制量，用于對(duì)充電機(jī)的充電電流進(jìn)行控制。本實(shí)用新型按照WA曲線進(jìn)行電壓、電流和輸出，充分發(fā)揮充電機(jī)和電池的特性可靠的快速充電；同時(shí)在充電結(jié)束判斷方面也采取了多個(gè)判據(jù)組合判斷的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池充滿(mǎn)而不欠充、不過(guò)沖的可靠判斷，能夠顯著減小充電系數(shù)、提高了充電效率。
權(quán)利要求1.一種能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器，其特征在于包括用于采集直流輸出電壓、直流輸出電流的隔離采樣模塊(1)，其輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(2)與邏輯功能控制模塊(3)的輸入端相連，邏輯功能控制模塊(3)的輸出端與充電曲線控制模塊(4)的輸入端相連，充電曲線控制模塊(4)的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器，其特征在于還包括定時(shí)器(6)，定時(shí)器(6)的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器(2)的輸入端相連；所述的隔離采樣模塊(I)由直流電壓采樣電路和直流電流采樣電路組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器，其特征在于所述的直流電壓采樣電路包括芯片J1，其第I引腳通過(guò)電阻Rl與芯片Ul的第4引腳相連，其第3引腳通過(guò)電阻R2與芯片Ul的第5引腳相連，芯片Ul的第1、2引腳分別接-15V、+15V直流電，芯片Ul的第3引腳與運(yùn)放UlA的正相輸入端相連，運(yùn)放UlA的反相輸入端與其輸出端相連，電容Cl的一端接運(yùn)放UlA的正相輸入端，電容Cl的另一端接地，電阻R3、R4、R5、R6、R7的一端均接運(yùn)放UlA的正相輸入端，電阻R3、R4、R5、R6、R7的一端并聯(lián)后接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器，其特征在于所述的直流電流采樣電路包括用于采集直流輸出電流的電流霍爾傳感器U2，其第1、3引腳分別接_15V、+15V直流電，其第2引腳與運(yùn)放U2A的正相輸入端相連，運(yùn)放U2A的反相輸入端與其輸出端相連，電容C2的一端接運(yùn)放U2A的正相輸入端，電容C2的另一端接地，電阻R8、R9、R10、R11的一端均接運(yùn)放U2A的正相輸入端，電阻R8、R9、RIO、Rll的一端并聯(lián)后接地。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種能夠減小充電系數(shù)的鉛酸電池充電機(jī)控制器，包括用于采集直流輸出電壓、直流輸出電流的隔離采樣模塊，其輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與邏輯功能控制模塊的輸入端相連，邏輯功能控制模塊的輸出端與充電曲線控制模塊的輸入端相連，充電曲線控制模塊的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器相連。本實(shí)用新型按照WA曲線進(jìn)行電壓、電流和輸出，充分發(fā)揮充電機(jī)和電池的特性可靠的快速充電；同時(shí)在充電結(jié)束判斷方面也采取了多個(gè)判據(jù)組合判斷的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池充滿(mǎn)而不欠充、不過(guò)沖的可靠判斷，能夠顯著減小充電系數(shù)、提高了充電效率。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202712907SQ20122035951
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者陳滋健, 程益德, 曹明秀 申請(qǐng)人:合肥華耀電子工業(yè)有限公司