一种智能充电系统的制作方法

1.本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种智能充电系统。


背景技术：

2.当今我们国内铅酸蓄电池的充电机的充电方法包括恒流、恒压、浮充等模式。上述充电模式对电池充电存在着许多缺陷：1、冬天充不满，处于欠充电状态，电池容易硫化然后失去了容量，最后电池失效无法使用；2、夏天蓄电池容易充鼓包。为了避免冬季充电出现欠充电现象，往往把充电机的恒压值设定为14.7-14.9v（单节12v电池），甚至还有更高的电压，这样大大超过了蓄电池的析氢和析氧电压，导致蓄电池不可逆的失水，特别在夏季按此方式充电的话，蓄电池失水会更严重。进一步，蓄电池失水会使蓄电池的极板有效面积下降，硫酸比重提高，继而形成极板腐蚀和正极活性物质的软化。最终，蓄电池被充电机充坏。
3.为此，需要一种能适应不同季节温度的充电系统，控制充电机对蓄电池进行合理充电，尽可能降低蓄电池失水量，并避免产生热失控而形成蓄电池鼓爆现象。
4.发明专利cn106451711b公开了一种复合脉冲铅酸蓄电池充电器及其充电方法，并具体公开了充电方法，包括以下步骤：将所述复合脉冲铅酸蓄电池充电器与电源连接，通过整流器将交流电转换为直流电，并传递给功率开关电路；功率开关电路接收pwm的脉冲信号，并通过该脉冲信号控制所述整流器输出的直流电信号，将其转换为交流电信号，并以电压的信号传递给变压器；变压器改变功率开关电路输出的电压的大小，并将电压信号通过模数转换器转换为数字信号，传递给单片机；检测充电过程中充电器的温度变化，并将检测信号通过模数转换器转换为数字信号，传递给单片机；单片机对温度检测电路检测到的温度变化信号与变压器传递的电压信号进行处理，将其变为复合脉冲信号，并将该复合脉冲信号传递给光电耦合器；光电耦合器接收所述单片机的复合脉冲信号，并将该信号进行处理，变为pwm可接收的脉冲信号；pwm接收所述光电耦合器传递的脉冲信号，并将其传递给功率开关电路，用于控制功率开关电路中开关的打开和闭合，进而调控正负脉冲占空比；所述复合脉冲信号的产生过程为：(1)慢脉冲内部套高频脉冲充电该阶段为充电过程，包括多个锯齿波型充电，每个锯齿波型为一个周期，周期的频率为180-210hz，每个大锯齿波里面又嵌有频率为50-65khz的小锯齿波型，整个慢脉冲内部套高频脉冲充电阶段时间为3-4h；(2)复合正负脉冲充电过程包括复合正负脉冲充电前阶段充电过程和后阶段充电过程，整个复合正负脉冲充电过程时间为1-2h；前阶段和后阶段充电过程均包括：正脉冲充电、零脉冲停放和负脉冲放电；正负脉冲内部均嵌有慢脉冲，正脉冲频率为180-210hz，慢脉冲频率为55-60khz。该发明是基于温度变化信号和电压信号合成复合脉冲信号来控制功率开关电路，进而调控正负脉冲占空比，即主要对脉冲充电模式的改进。并且，该发明并未具体说明如何基于温度变化信号和电压信号合成复合脉冲信号，仅仅说明了复合脉冲信号包括慢脉冲内部套高频脉冲充电该阶段、复合正负脉冲充电前阶段充电过程和后阶段充电过程，无法知晓如何解决温度对蓄电池充电影响的问题。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种智能充电系统，能适应不同季节充电使用，避免蓄电池硫化失效，提高充电机充电性能，延长蓄电池使用寿命。
6.本发明是通过以下技术方案得以实现的：一种智能充电系统,包括充电机和蓄电池；所述充电机包括开关电源模块、正负脉冲模块、控制模块、温控模块；所述开关电源模块一端连接电源电压，另一端分别连接所述控制模块和正负脉冲模块；所述正负脉冲模块还连接蓄电池；所述控制模块经所述温控模块连接蓄电池；所述温控模块用于检测蓄电池实时温度，以及当检测蓄电池实时温度高于阈值温度时，计算电压增量值并反馈给所述控制模块，所述控制模块基于电压增量值计算出调整后的充电电压，并控制开关电源模块输出调整后的充电电压给蓄电池；所述正负脉冲模块 用于输出正负脉冲电压给所述蓄电池，所述控制模块接收所述正负脉冲模块的脉冲信号并进行占空比调制，继而输出给所述开关电源模块。
7.本发明精确测量蓄电池的真实温度，计算出电池大量析气的电位，使充电电压始终控制在大量析氢和析氧电位以下充电，减小失水量，提高蓄电池使用寿命。并且，充电机采用可调占空比式的脉冲充电，具有去极化脉冲，，从而降低电池充电时的温度。
8.作为优选，所述温控模块包括：温度检测单元，用于检测蓄电池实时温度；电压增量计算单元，用于根据电压增量公式
△
u=n*
△
ubase（t
ꢀ‑
tt）确定电压增量值
△
u；其中，n为电池组串联的单格电池数量；
△
ubase为每升高1℃需要降低的电压值；t为温度检测单元检测的蓄电池实时温度，tt为阈值温度。
9.作为优选，所述控制模块包括：电池析气电压计算单元，用于根据电池析气电压公式u=n*umax
△
u确定电池析气电压u；其中，umax为氧气和氢气均被析出时的最大浮充电压；
△
u为电压增量值；充电电压控制单元，用于控制输出低于电池析气电压的充电电压经开关电源模块给蓄电池；占空比调制单元，用于根据正负脉冲模块发送的脉冲信号进行占空比调制，并输出给开关电源模块。
10.作为优选，所述控制模块还包括过充控制单元，用于定期控制充电电压上升为过充电压，并将过充电压输出给蓄电池。
11.作为优选，所述控制模块还包括周期设定单元，用于设定过充控制单元启动周期。
12.作为优选，所述过充控制单元启动周期根据充电机使用次数或充电机使用容量确定。
13.作为优选，所述过充电压等于（1 10%）*充电电压。
14.作为优选，所述控制模块还包括修复单元，用于控制正负脉冲电压输出的振荡频率 。
15.作为优选，所述开关电源模块包括多路开关电路。
16.作为优选，所述充电机还包括显示屏，用于显示充电机的充电电压、充电电流、使用容量。
17.本发明具有以下有益效果：
一种智能充电系统，能利用可调占空比式的脉冲充电，实现去极化；能根据蓄电池温度，计算出蓄电池析气电压，控制充电电压在蓄电池析气电压以下，避免产生大量析气，进而减少失水量；利用正负脉冲充电模式，消除充电时蓄电池极化，降低蓄电池升温。
附图说明
18.图1为本发明一种智能充电系统的原理框图；图2为图1充电机内部部分电气原理图；图3a、图3b分别为图1中正负脉冲模块的充电电路的电路图和放电电路的电路图；图4为图1中正负脉冲控制时间逻辑图。
具体实施方式
19.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
20.如图1，一种智能充电系统,包括充电机和蓄电池。所述充电机包括开关电源模块、正负脉冲模块、控制模块、温控模块。所述开关电源模块一端连接电源电压，另一端分别连接所述控制模块和正负脉冲模块。所述正负脉冲模块还连接蓄电池。所述控制模块经所述温控模块连接蓄电池。所述温控模块用于检测蓄电池实时温度，以及当检测蓄电池实时温度高于阈值温度时，计算电压增量值并反馈给所述控制模块，所述控制模块基于电压增量值输出调整后的充电电压给蓄电池。所述正负脉冲模块用于输出正负脉冲电压给所述蓄电池，所述控制模块接收所述正负脉冲模块的脉冲信号并进行占空比调制，继而输出给所述开关电源模块。
21.所述电源电压采用三相电。所述开关电源模块采用ac/dc开关电源，用于为控制模块、正负脉冲模块供电。当控制模块接收到脉冲信号进行占空比调制时，开关电源模块输出调制后的电源信号给正负脉冲模块，以控制正负脉冲模块输出去极化脉冲给蓄电池。所述开关电源模块可采用市面上现成模块，其内可设置多路开关。
22.所述正负脉冲模块用于输出正负脉冲电压给所述蓄电池，通过正负充电脉冲前后沿抑止和消除蓄电池硫化。正负脉冲模块充电由充电和放电两个硬件电路实现（参见图3a、图3b），图2示出了该正负脉冲模块在充电机内部实现的电气原理图，正脉冲充电、负脉冲充电均由控制模块输出pwm控制实现。图3a为充电电路，图3b为放电电路，充电时充电电路中的mosfet管m5、m1、m2导通，充电回路导通，放电电路中的mosfet管m6、m7、m3关闭，放电回路断开，开关电源模块给电池充电。在充电时间持续之后，放电时使放电电路中mosfet管m6、m7、m3导通，放电电路导通；充电电路中mosfet管m5、m1、m2关闭，充电电路断开，电池通过放电电阻放电，放电持续时间为t放。具体充放电回路通断的时序控制如图4所示。
23.电池充电时会有三大极化（浓差极化、欧姆定律极化、电化学极化），因此产生热量。所述正负脉冲模块在控制模块的调制下，输出正负脉冲电压给蓄电池。其中，负脉冲具有改善蓄电池极化的作用，从而降低电池充电时的温度。
24.所述温控模块包括温度检测单元、电压增量计算单元。所述温度检测单元用于检测蓄电池实时温度。所述温度检测单元可采用温度检测电路实现，将采集到的温度数据送入电压增量计算单元。所述电压增量计算单元，用于根据电压增量公式
△
u=n*
△
ubase（t
ꢀ‑
tt）确定电压增量值
△
u；其中，n为电池组串联的单格电池数量；
△
ubase为每升高1℃需要降低的电压值；t为温度检测单元检测的蓄电池实时温度，tt为阈值温度。一般，将
△
ubase设为3-5mv，tt设为25摄氏度。
25.所述控制模块包括电池析气电压计算单元、充电电压控制单元、占空比调制单元。所述电池析气电压计算单元，用于根据电池析气电压公式u=n*umax
△
u确定电池析气电压u。其中，umax为氧气和氢气均被析出时的最大浮充电压；
△
u为电压增量值。所述充电电压控制单元用于控制输出低于电池析气电压的充电电压给蓄电池。本发明利用单位时间的电压增量控制减少充电电压，从而避免产生大量析气，以使失水量减少。所述占空比调制单元，用于根据正负脉冲模块发送的脉冲信号进行占空比调制，并输出给开关电源模块。所述控制模块优选采用由stm32f72cbt6芯片及其外围电路组成的模块，其分别与正负脉冲模块、温控模块、开关电源模块连接。
26.由于电池在长期低电位下工作，可能会对电池有容量衰减，故每隔一段时间需要给蓄电池一次过充电的模式，这样会增加蓄电池的使用效果，避免蓄电池的硫化。所述控制模块还包括过充控制单元，用于定期控制充电电压上升为过充电压，并将过充电压输出给蓄电池。所述控制模块还包括周期设定单元，用于设定过充控制单元启动周期。所述过充控制单元启动周期根据充电机使用次数或充电机使用容量确定。例如，使用了15-25次左右启动一次过充模式，可以根据设定自动启动，也可以根据需要人为启动。所述过充电压可根据需要进行设定，例如可将过充电压设定为（1 10%）*充电电压。该充电电压是根据充电机日常使用情况确定的，例如按照最近一次充电电压作为标准，或者按最近一段时间内的平均充电电压作为标准确定。
27.所述控制模块还包括修复单元，用于控制正负脉冲电压输出的振荡频率。
28.利用共振原理将硫酸铅结晶的相同的震荡频率对硫酸盐化硫酸铅进行激碎硫酸铅结晶，对蓄电池进行修复。所述修复单元根据预设的振荡频率，输出pwm控制充电电路mosfet通断，在该频率下能够有效消除结晶，延长电池寿命。所述修复功能一般在电池衰减程度比较严重的情况下使用，需要在显示屏上手动开启。例如，在小电流（额定电流10%）模式下，频率8.333khz（与硫酸铅结晶振荡频率一致），控制充电电路mosfet管通断，在此模式下电流频率与硫酸铅结晶共振，击碎结晶。
29.所述充电机还包括显示屏，用于显示充电机的充电电压、充电电流、使用容量。
30.本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。