[发明专利]一种基于嵌入式微计算机控制的高能脉冲快速充电系统

说明书

一、技术领域：

本发明涉及蓄电池储能技术及微计算机控制技术，具体涉及一种基于嵌入式微计算机控制的高能脉冲快速充电系统。

二、背景技术：

以动力蓄电池为能源的电动车开发，被认为是21世纪的绿色工程，关乎世界环保和能源结构转型，引起世界各国的重要关注。目前，我国电动汽车商业化和上路运行，存在两大制约瓶颈：电池性能和配套基础设施建设。电池性能取决于新原理、新材料应用和制造工艺创新；而基础设施，如充电桩、充电站的核心技术是蓄电池快速充电技术，这是解决电动车上路能量补充的关键。其它应用领域，如：电动自行车、电力拖动、移动设备、照明、手机、掌上电脑以及军工产品等，同样迫切需要蓄电池快充技术的创新应用。

目前应用的蓄电池充电技术，可大致分为两大类：1)常规充电技术：这种充电方法，耗时长，效率低，给人们的出行带来不便；2)快速充电技术：针对常规充电耗时长提出的充电方法，技术方案包括：恒压充电、恒流充电、恒压/恒流混合充电、单片机控制的脉冲充电、脉冲充放电等多种方式。上述技术方案，对提高充电速度具有一定的效果，但也存在下述问题：1)恒压充电方式：充电前期电流过大，电池发热；后期随着电池电压升高而电流逐渐减小，快充效果不佳；2)恒流充电方式：易造成充电后期电池过热甚至损坏；3)恒压/恒流混合方式，控制过程复杂，影响电池的安全使用。特别是铅酸电池，在充电后期将产生析气现象，导致充电效率低，甚至损坏电池，且单向充电产生的电池极化现象，影响电池的正常使用；4)脉冲充电方式：是目前广泛使用的快充方式，存在问题：①脉冲间歇期将使充电时间延长，违背快充设计的初衷；②单向脉冲充电同样存在电池极化现象；③大脉冲电流将对电源系统造成污染。5)脉冲充、放电方式：较脉冲充电方式可减小电池极化现象，但同样存在电源污染和脉冲间歇抵消快充时间的问题；6)现有快充产品均没有解决高能脉冲源的问题，这将导致电源系统污染，制约快充效果。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种基于嵌入式微计算机控制的高能脉冲快速充电系统，解决上述常规充电方法耗时长、效率低和快充方式易产生电池发热、脉冲电流对电网的污染等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于嵌入式微计算机控制的高能脉冲快速充电系统，包括系统主控单元，其特征在于：在交流输入电源ACin与电池之间依次串接有AC/DC变换单元、高能脉冲源、充电控制单元和电流采样单元，在电流采样单元和充电控制单元依次连接有信号调理接口单元和流控驱动单元，在电池和高能脉冲源连接有电池状态检测单元，在主控单元和电池之间连接有放电控制单元，所述的流控驱动单元与电池之间连接有电池温度检测单元。

所述主控单元包括：人机界面、控制流、数据流、硬件接口和嵌入式微处理器；所述嵌入式微处理器，包括8位、16位、32位各型MCU，如MCS51系列、AVR系列、PIC系列、MSP430系列、ARM系列、CORTEX系列，DSP如TIC2000系列，FPGA如XILINK系列，SOC如M6117D/A1的主控器件，所述硬件接口包括：GPIO、UART、SSP、SPI、I2C、I2S等，所述主控单元支持系统控制流和数据流的发布与传输，如高能变换控制、充放电控制，高能源电压、电池电压、电池温度、电压梯度、温度梯度的数据采集、处理等，支持充电全程实时动态监测、参量计算、人机对话和充电过程控制。

所述的参量计算，通过电流采样单元、信号调理单元、控制流、数据流和MCU主控单元，利用软件算法实现充电时间、进度、能耗和效率计算。

所述人机界面，包括：数显、液显、语音提示和LED指示，数显器件如LED数码管、VFD显示器，液显器件如段显、点阵、单色LCM和真彩LCM，语音提示如专用语音模块ISD1700、I2S数字语音接口芯片如UDA1341TS等。

所述高能脉冲源包括依次连接的压控接口驱动单元、高能变换器、电压检测单元、均衡电路和超级电容。

所述串、并联连接的超级电容及其均衡电路，包括：1）基于多路开关同步控制的均衡电路；2）基于反激式同轴多绕组输出的均衡电路；3）基于微计算机测量、控制的多路均衡电路。

所述的高能变换器，其电路构成包括：模拟电路、模/数混合电路或数字电路的任意电路形式，输入和反馈信号包括：模拟信号、模/数量化信号、PWM信号或MCU 控制信号的任意信号形式。