[发明专利]铅酸蓄电池组串并转换和智能充电系统

说明书

技术领域

本发明适用于工业生产及民用电动自行车的智能充电。

背景技术

铅酸电池具有价格低廉、供电可靠、电压稳定等优点，因此广泛应用于国防、通讯、铁路、交通、工农业生产部门。我国的电动车以及备用电源用动力蓄电池大多为铅酸蓄电池，它与一般蓄电池有所不同，一般工作在深度充放电状态，要求充电时间短，充电效率高以及对蓄电池寿命影响小的特点。而目前大部分该类铅酸蓄电池采用的是恒压或则恒流方式充电。这两种方式在实际中存在很大缺陷：恒压充电是初始电流很大，因而要降压，到了充电后期则因电压过低导致充电不足，长期欠充会使极板严重硫酸盐化；而恒流充电在充电初期小于蓄电池可接受最大电流，延长了充电周期，后期则超过蓄电池可接受电流的能力，电能不能有效转化为化学能，多变为热能消耗掉了。解决的办法之一是根据理想充电曲线综合两种充电方式的优点，采用智能分段脉冲充电技术，使充电过程更加科学化，以达到最短时间内充电效率最高。

放完电的铅酸电池开始充电时，在保证电池不明显析气的条件下(即单格电池的电压不大于2.40V)，电池初始充电电流可以很大，然后以指数形式逐渐减小。这是由于充电过程在极板上进行的电化学反应，基本上是由表及里逐步深入进行的。越到充电后期，电化学反应要在电极深处进行，反应物和生成物的扩散过程速度就越慢，因而充电电流必须减小。由此可见，蓄电池在充电过程中用某一充电电流充电时，只能充到某一极限值Us，当蓄电池的电解液硫酸比重不同时，电池的浮充电压取值也在差异。当达到这一极限值后，必须减小充电电流。否则若用原电流继续充电，只能导致加速电解水反应析出氢和氧，提高温升，不能提高蓄电池充电程度和速度，甚至缩短蓄电池的寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对电动自行车用铅酸动力电池的充电特性，提出了智能分段脉冲充电技术，增加了蓄电池反向瞬时放电功能，减少电池的硫化现象，提高电池的接受率，加快了充电速度，延长电池使用寿命。系统由电源主电路、控制电路、简易键盘及显示电路、能量回馈电路、电池组串并转换电路及测温电路组成。电源主电路是以全桥整流电路、IGBT组成的全桥逆变电路及全波整流电路组成，控制电路是以C8051F020单片机为核心，简易键盘及显示电路能够实现峰谷时选择充电，能量回馈电路是以变压器为反馈通道，将放电能量存储到滤波电容。电池组串并转换电路是以三刀双掷开关和二极管组成，串联电池组转接为并联电池进行充电，避免了电池组中单节电池损坏而使所有电池无法充电的问题。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明公布了一种铅酸蓄电池组串并转换和智能充电系统，提出了智能分段脉冲充电技术，增加了蓄电池反向瞬时放电功能，减少电池的硫化现象，提高电池的接受率，加快了充电速度，延长电池使用寿命。系统由电源主电路、控制电路、能量回馈电路、电池组串并转换电路及测温电路组成。电源主电路是以全桥整流电路、IGBT组成的全桥逆变电路及全波整流电路组成，控制电路是以C8051F020单片机为核心，能量回馈电路是以变压器为反馈通道，将放电能量存储到滤波电容。电池组串并转换电路是以三刀双掷开关和二极管组成，串联电池组转接为并联电池进行充电，避免了电池组中单节电池损坏而使所有电池无法充电的问题。

本发明电池组串并转换电路是以三刀双掷开关和二极管组成，避免了电池组中单节电池损坏而使所有电池无法充电的问题，同时又可以降低充电电压，该电路和电池组安装在一起。

智能充电系统的控制是以C8051F020为核心，外设简易键盘及显示电路、DS18B20温度传感器、控制电路、IGBT驱动保护电路等。简易键盘及显示电路利用单片机的I/O口外扩的人机交换电路，能够设置充电的具体时间，如果用户不急需充电，可以设置选择在几个小时后，即谷时进行充电，可以降低充电成本，如果着急充电可不设置直接进入充电状态。

温度测量是利用DS18B20数字温度传感器，DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需一条连接线(加上地线)。温度传感器安装在电池盒中，用3根引线将温度以数字量的形式直接传输到单片机，充电器外壳设有一个数据接口。测量的温度决定补偿量，并由单片机调整输出的PWM波形来实现，当温度为25℃时，无需补偿。

软件采用模块化设计，主要由简易键盘及显示电路程序设计、电池组电压电流测量软件设计、温度测量及补偿、PWM脉冲产生等部分组成。

附图说明

下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细说明。

图1：智能充电系统的总框图；