一種蓄電池的充電狀態(tài)檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓄電池的充電狀態(tài)檢測裝置及方法，其檢測裝置包括電流互感器和邏輯控制電路，邏輯控制電路與電流互感器連接；所述電流互感器用于檢測蓄電池充電電流，將充電電流的信號輸入到邏輯控制電路；所述邏輯控制電路將電流互感器輸入的信號進(jìn)行測量和處理，根據(jù)充電電流的變化判定蓄電池是否充電滿，蓄電池充電滿后邏輯控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號，切斷充電回路的電流。本發(fā)明通過檢測充電電流變化率的變化，就可正確識別蓄電池充滿電的狀態(tài)，能適應(yīng)各種常用充電器負(fù)載的蓄電池充電保護(hù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)只能適用某種特定的充電器和蓄電池負(fù)載的技術(shù)問題。
【專利說明】—種蓄電池的充電狀態(tài)檢測裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測蓄電池是否充滿電的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)市場電動(dòng)自行車產(chǎn)品使用的蓄電池主要有:鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池和鋰鐵電池等，電池組額定電壓為12v、36v或48v，容量大約在300?100wH之間，一般配備大約為100?300w的充電器。市場上的充電器比較雜亂，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)或參數(shù)，可分為連續(xù)和間斷(脈沖)型充電器，也可分為恒流限壓型充電器和電壓型簡易充電器。市場主流充電器產(chǎn)品大多是采用先電流控、后電壓控的二段或三段充電方式。
[0003]目前充電保護(hù)方法主要是采用定時(shí)停止充電、直接檢測電池電壓、檢測充電過電流保護(hù)等；還有比較特別的方法:監(jiān)測充電電流低于設(shè)置的最小保持電流(比如:100mA)時(shí)，則認(rèn)為電池已充滿電了。
[0004]上述這些已有的充電保護(hù)方法只能適用某種特定的充電器和蓄電池負(fù)載，無法適用于不同類型的充電器或不同容量的蓄電池；而且必須在充電器能正?？刂苹虺錆M電即停的功能沒有失效的情況下，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電；或者不能通過間接測量電流來識別蓄電池充電完成的狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供蓄電池的充電狀態(tài)檢測裝置及方法:采用檢測充電電流變化率的變化，就可正確識別蓄電池充滿電的狀態(tài)，能適應(yīng)各種常用充電器負(fù)載的蓄電池充電保護(hù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)只能適用某種特定的充電器和蓄電池負(fù)載的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明充電狀態(tài)檢測裝置采用如下技術(shù)方案:蓄電池的充電狀態(tài)檢測裝置，包括電流互感器和邏輯控制電路，邏輯控制電路與電流互感器連接；所述電流互感器用于檢測蓄電池充電電流，將充電電流的信號輸入到邏輯控制電路；所述邏輯控制電路將電流互感器輸入的信號進(jìn)行測量和處理，根據(jù)充電電流的變化判定蓄電池是否充電滿，蓄電池充電滿后邏輯控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號，切斷充電回路的電流。
[0007]優(yōu)選的，所述充電狀態(tài)檢測裝置還包括與邏輯控制電路連接的繼電器；所述繼電器受控于邏輯控制電路，用于執(zhí)行充電控制，在蓄電池充電滿后在邏輯控制電路的驅(qū)動(dòng)下切斷充電回路的電流。
[0008]本發(fā)明的充電狀態(tài)檢測方法采用如下技術(shù)方案:蓄電池的充電狀態(tài)檢測方法基于所述充電狀態(tài)檢測裝置，包括如下步驟:
[0009]al、標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值和對應(yīng)的時(shí)間，準(zhǔn)備進(jìn)入第二階段充電；
[0010]a2、選取某一固定時(shí)間點(diǎn)A，標(biāo)記其對應(yīng)的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA ；
[0011]a3、將當(dāng)前電流值與Ia比較,若當(dāng)前電流值大于Ia,則標(biāo)記當(dāng)前電流值為電流最大值Ip，并把當(dāng)前電流值及所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)置換所標(biāo)記的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA ;若當(dāng)前電流值不大于Ia，則轉(zhuǎn)入a4 ；
[0012]a4、記錄當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值Ici和對應(yīng)的時(shí)間h ;同時(shí)每間隔周期T,標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)為更新的時(shí)間點(diǎn)B電流值Ib和對應(yīng)的時(shí)間tB ；
[0013]a5、計(jì)算電流變化率的當(dāng)前值與平均值，比較電流變化率的當(dāng)前值與平均值，若差異明顯則轉(zhuǎn)入a6,否則返回a3 ；
[0014]a6、進(jìn)入第三階段充電，重新選取固定時(shí)間點(diǎn)A，標(biāo)記其對應(yīng)的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)
tA ；
[0015]a7、記錄當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值Ici和對應(yīng)的時(shí)間h ;同時(shí)每間隔周期T,標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)為更新的時(shí)間點(diǎn)B電流值Ib和對應(yīng)的時(shí)間tB ；
[0016]a8、計(jì)算電流變化率的當(dāng)前值與平均值，比較電流變化率的當(dāng)前值與平均值，若差異明顯則判斷充電完成，邏輯控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號切斷充電電源；否則返回a7。
[0017]本發(fā)明將蓄電池充電過程劃分為三個(gè)階段，標(biāo)識第三階段充電電流變化的兩個(gè)重要的拐點(diǎn)，以第二個(gè)電流變化拐點(diǎn)作為蓄電池充滿電的判據(jù)，從而能正確識別蓄電池充滿狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0018]1、不需要直接測量被測蓄電池電壓，可通過間接地測量充電電流就可以識別蓄電池充滿時(shí)的狀態(tài)。
[0019]2、不需要檢測具體充電電流值的大小，只需檢測充電電流的相對變化率的變化，就可以識別蓄電池充滿電的狀態(tài)，因此可以不受充電器的種類和具體蓄電池容量大小的影響，正確識別蓄電池充滿狀態(tài)。所以能適用各種充電器和蓄電池充電過程的保護(hù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的電原理框圖；
[0021]圖2是蓄電池充電過程特性曲線圖；
[0022]圖3是第一、第二及第三階段識別蓄電池充電狀態(tài)的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不局限于此。
[0024]實(shí)施例:
[0025]參見圖1，本發(fā)明蓄電池的充電狀態(tài)檢測裝置，主要由電流互感器、邏輯控制電路和繼電器組成，邏輯控制電路分別與電流互感器、繼電器連接。圖1電路中所采用的保險(xiǎn)絲(fuse)和電壓互感器不是本發(fā)明的必要部件，可用于其他安全保護(hù)功能之作用。其中:
[0026](I)電流互感器用于檢測蓄電池充電電流，將充電電流的信號輸入到邏輯控制電路。本實(shí)例中電流互感器采用的是交流電流互感器；如果需要檢測直流充電電流，則改用直流電流互感器。
[0027](2)邏輯控制電路可以采用由單片機(jī)電路實(shí)現(xiàn)，也可以采用門陣列電路或者其他組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)。邏輯控制電路將電流互感器輸入的信號進(jìn)行測量和處理，并從中提取識別蓄電池充電狀態(tài)的信息，蓄電池充電滿后向繼電器輸出驅(qū)動(dòng)信號，通過繼電器切斷充電回路的電流。
[0028](3)繼電器受控于邏輯控制電路，用于執(zhí)行充電控制，在蓄電池充電滿后在邏輯控制電路的驅(qū)動(dòng)下切斷充電回路的電流，從而使蓄電池不會過充電。
[0029]本發(fā)明的檢測原理是，將常用的各種類型和不同容量的蓄電池在充電過程中電流變化規(guī)律，劃分為三個(gè)階段，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:各種不同的充電器和不同容量的蓄電池都具有三個(gè)階段充電過程共同的特性，無論是鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池和鋰鐵電池等種類，還是各種不同容量的蓄電池的充電過程都可劃分為三個(gè)階段。圖2中細(xì)實(shí)線表示使用間斷脈沖充電器的電池充電特性，粗實(shí)線表示為恒流限電壓充電器的電池充電特性，點(diǎn)劃線表示為簡易電壓型充電器的充電特性。
[0030]具體一點(diǎn)來描述，蓄電池充電過程特性曲線的三個(gè)階段分別如下:
[0031]第一階段:預(yù)充電過程。在這個(gè)過程中，充電電流的變化比較大，電流上升有快的，也有慢的，規(guī)律性比較不明顯。預(yù)充電過程中電流變化較大的過程大約持續(xù)2?5分鐘，然后充電電流會逐漸平穩(wěn)下來。因此監(jiān)測充電電流時(shí)，在第一階段將不作處理，等待電流平穩(wěn)階段。
[0032]第二階段:主要的充電過程。在這個(gè)過程中，充電器會以恒流、恒壓或者加電壓等方式進(jìn)行充電，而充電電流的幅值都各有不同。這時(shí)可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算第二階段電流變化率K2。一般充電器為了保障充電安全，都要控制充電電流允許的最大值；而另一方面，為了提高充電效率則需要增大充電電流，因此充電器會采取恒流充電控制。
[0033]第三階段:接近充電完成的階段。在這個(gè)階段中，由于充電的電化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)大量減少，正常情況下充電電流將會逐漸減小。這個(gè)過程可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算第三階段電流變化率K30 一般充電器會采取限壓充電控制。因?yàn)殡娏髯兓仕硎镜氖切铍姵爻潆娺^程中，電流值-時(shí)間曲線的斜率；因此其斜率變化比較明顯時(shí)(比如:電流變化率的當(dāng)前值與電流變化率的平均值比較相差10?50%以上)，將出現(xiàn)蓄電池充電過程電流值-時(shí)間曲線的拐點(diǎn)。由于第二階段電流變化率K2與第三階段電流變化率K3有比較大的變化，因此可以標(biāo)定出電流變化的第一個(gè)拐點(diǎn)。這個(gè)拐點(diǎn)將表示蓄電池進(jìn)入最后充電階段。
[0034]在本實(shí)施例中，對充電電流變化率檢測是通過邏輯控制電路不斷地對充電電流進(jìn)行測量來實(shí)現(xiàn)的。邏輯控制電路可以每隔固定的時(shí)間周期T標(biāo)記充電電流值Ip I2-.，以及對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)t2....，(其中T可以設(shè)定在5?10分鐘之間)。邏輯控制電路再根據(jù)每兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對應(yīng)的電流值，計(jì)算電流變化率K:
[0035]K= (I2-11) / (t2_ti) 即:K = Δ I/ Δ t
[0036]在進(jìn)入第三階段后，本發(fā)明將會不斷地檢測第三階段電流變化率K3的當(dāng)前值，并且與第三階段電流變化率K3的平均值進(jìn)行比較，如果監(jiān)測到K3的當(dāng)前值與平均值相比有明顯變化，即出現(xiàn)了電流變化的第二個(gè)拐點(diǎn)，就可識別為蓄電池充電滿的標(biāo)志。這時(shí)可控制繼電器切斷充電電流，完成充電保護(hù)。
[0037]電流變化率的當(dāng)前值定義為:最后一個(gè)周期T(標(biāo)記為點(diǎn)B)到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之間的充電電流值變化率，即(Ic1-1b)/(tcrtB)，其中&為最后一個(gè)周期T所標(biāo)記的充電電流值，10為當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的充電電流值，tB為最后一個(gè)周期T所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，t0為當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)。
[0038]電流變化率的平均值定義為:選擇某一固定時(shí)間點(diǎn)A到最后一個(gè)周期T之間的充電電流值變化率，即(Ib-1a)/(tB_tA)，其中Ib為最后一個(gè)周期T所標(biāo)記的充電電流值，Ia為點(diǎn)A的充電電流值，tB為最后一個(gè)周期T所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，tA為點(diǎn)A所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)。
[0039]如圖3所示，本發(fā)明檢測蓄電池是否充滿電的步驟如下:
[0040]S1、給蓄電池上電，開始充電，進(jìn)入預(yù)充電即第一階段，延時(shí)等待5-10分鐘。
[0041 ] S2、標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值和對應(yīng)的時(shí)間，準(zhǔn)備進(jìn)入第二階段充電。
[0042]S3、選取某一固定時(shí)間點(diǎn)A，標(biāo)記其對應(yīng)的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA。
[0043]S4、將當(dāng)前電流值與Ia比較，若當(dāng)前電流值大于Ia，則標(biāo)記當(dāng)前電流值為電流最大值Ip，并把當(dāng)前電流值及所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)置換所標(biāo)記的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA ;若當(dāng)前電流值不大于Ia，則轉(zhuǎn)入S5。
[0044]S5、記錄當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值Ici和對應(yīng)的時(shí)間h ;同時(shí)每間隔周期T,標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)為更新的時(shí)間點(diǎn)B電流值Ib和對應(yīng)的時(shí)間tB ；
[0045]S6、計(jì)算電流變化率的當(dāng)前值與平均值，比較電流變化率的當(dāng)前值與平均值，若差異明顯則轉(zhuǎn)入S7，否則返回S4。若電流變化率的當(dāng)前值與電流變化率的平均值相比，相差10?50%以上，則判斷為差異明顯。
[0046]S7、進(jìn)入第三階段充電，重新選取固定時(shí)間點(diǎn)A，標(biāo)記其對應(yīng)的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA。本步驟選取的時(shí)間點(diǎn)A實(shí)際上位于第二階段充電過渡到第三階段充電的時(shí)候，即充電過程從恒流充電階段過渡到充電電流逐漸減小的階段的時(shí)候。
[0047]S8、記錄當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值Ici和對應(yīng)的時(shí)間h ;同時(shí)每間隔周期T,標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)為更新的時(shí)間點(diǎn)B電流值Ib和對應(yīng)的時(shí)間tB ；
[0048]S9、計(jì)算電流變化率的當(dāng)前值與平均值，比較電流變化率的當(dāng)前值與平均值，若差異明顯則判斷充電完成，驅(qū)動(dòng)繼電器跳閘，切斷充電電源；否則返回S8。
[0049]上述實(shí)施例為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限定與此，從事該領(lǐng)域技術(shù)人員在未背離本發(fā)明精神和原則下所做的任何修改、替換、改進(jìn)，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電池的充電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，包括電流互感器和邏輯控制電路，邏輯控制電路與電流互感器連接；所述電流互感器用于檢測蓄電池充電電流，將充電電流的信號輸入到邏輯控制電路；所述邏輯控制電路將電流互感器輸入的信號進(jìn)行測量和處理，根據(jù)充電電流的變化判定蓄電池是否充電滿，蓄電池充電滿后邏輯控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號，切斷充電回路的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述充電狀態(tài)檢測裝置還包括與邏輯控制電路連接的繼電器；所述繼電器受控于邏輯控制電路，用于執(zhí)行充電控制，在蓄電池充電滿后在邏輯控制電路的驅(qū)動(dòng)下切斷充電回路的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述邏輯控制電路為單片機(jī)電路或門陣列電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述電流互感器為交流電流互感器或直流電流互感器。
5.基于權(quán)利要求1所述充電狀態(tài)檢測裝置的蓄電池的充電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: al、標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值和對應(yīng)的時(shí)間；a2、選取某一固定時(shí)間點(diǎn)A，標(biāo)記其對應(yīng)的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA ；a3、將當(dāng)前電流值與Ia比較,若當(dāng)前電流值大于Ia,則標(biāo)記當(dāng)前電流值為電流最大值Ip，并把當(dāng)前電流值及所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)置換所標(biāo)記的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA ;若當(dāng)前電流值不大于Ia，則轉(zhuǎn)入a4 ； a4、記錄當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值Ici和對應(yīng)的時(shí)間h ;同時(shí)每間隔周期T,標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)為更新的時(shí)間點(diǎn)B電流值Ib和對應(yīng)的時(shí)間tB ； a5、計(jì)算電流變化率的當(dāng)前值與平均值，比較電流變化率的當(dāng)前值與平均值，若差異明顯則轉(zhuǎn)入a6,否則返回a3 ； a6、重新選取固定時(shí)間點(diǎn)A，標(biāo)記其對應(yīng)的充電電流Ia、時(shí)間點(diǎn)tA ；a7、記錄當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的電流值Ici和對應(yīng)的時(shí)間h ;同時(shí)每間隔周期T,標(biāo)記當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)為更新的時(shí)間點(diǎn)B電流值Ib和對應(yīng)的時(shí)間tB ； a8、計(jì)算電流變化率的當(dāng)前值與平均值，比較電流變化率的當(dāng)前值與平均值，若差異明顯則判斷充電完成，邏輯控制電路輸出驅(qū)動(dòng)信號切斷充電電源；否則返回a7。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，步驟a5及a8中，若電流變化率的當(dāng)前值與電流變化率的平均值相比，相差10?50%，則判斷為差異明顯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，步驟a6選取的時(shí)間點(diǎn)A位于充電過程從恒流充電階段過渡到充電電流逐漸減小的階段的時(shí)候。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，步驟a8判斷充電完成時(shí)，邏輯控制電路的驅(qū)動(dòng)信號輸出到繼電器，由繼電器切斷充電電源。
【文檔編號】H02J7/00GK104242412SQ201410541793
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】鐘卓鵬, 鐘建華, 張文英 申請人:廣州市德百順電氣科技有限公司