CN102544609A - 充电控制方法及*** - Google Patents

充电控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种充电控制方法及***。其中充电控制方法包括：在充电过程中实时测量单体/每组电池的温度及环境温度；将所述单体/每组电池的温度及环境温度与预设的温度阈值进行比较，确定下一阶段充电的充电参数；根据确定的充电参数控制单体/每组电池充电。本发明的充电控制方法及***，通过在充电过程中实时监控单体/每组电池的温度，根据电池温度的变化确定每个充电阶段的充电参数，根据这些充电参数控制对单体/每组电池的充电。这样，在使得电池完全充电的同时，避免电池充电温度过高造成电池损坏，保护电池，延长电池使用寿命。

Description

充电控制方法及***
技术领域
本发明涉及一种移动通信电源领域，尤其涉及一种充电控制方法及***。
背景技术
锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是一种理想电源。在实际使用中，为了获得更高的放电电压，一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用。现有技术中，对锂离子电池组进行充电会存在以下问题。
由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序。即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间，电池内阻和电压产生波动，产生差异。产生差异后，采用整体电压控制的方式是难以适用于锂动力电池的。
例如一个36V的电池堆，用10只电池串联。整体的充电控制电压是42V，而放电控制电压是26V。用整体电压控制放电的方式进行放电，如果10只电池放电时，其中两只电池的电压在2.8V，四只电池的电压是3.2V，四只是3.4V，现在的整体电压是32V，让其继续放电一直工作到26V。这样，两只2.8V的电池的电压会低于2.6V而处于过放状态，锂电池几次过放就会报废。反之，用整体电压控制充电的方式进行充电，如用上述10只电池当时的电压状态进行充电。整体电压达到42V时，那两只2.8V的电池处于饥饿的状态，而迅速吸收电量，就会超过4.2V，而过充的超过4.2V的电池，不仅由于电压过高产生报废，甚至还会发生危险性。
另外，虽然有些电池管理***带有均衡功能，但由于从成本、散热、可靠性等多方面考虑，电池管理***的均衡电流一般远小于串联充电的电流，因此均衡效果不是很明显，也会出现某些单体电池充不满电的情况，这对于需要大电流充电的锂离子电池组而言则更为明显。
一般电池充电方式可分为：定电压充电法、定电流充电法、定电压切换定电流充电法、脉冲式充电法、Reflex充电法；并可依电池种类特性不同，选用适合的充电方式。由于本研究使用之电池为锂电池，虽然Reflex充电效率较高，但会影响锂电池寿命，且Reflex充电法及脉冲式充电法其控制电路较复杂，容易受外界因素影响；定电压充电法充电初期因充电器设定电压与电池之端电压相差太大，充电初期会造成充电电流过大，且其充电时间较长；定电流充电法充电效率高，但充电后期容易造成锂电池过充电影响电池寿命，必须搭配精准的充电控制器。
采用电池管理***和充电机协调配合串联充电的方式，也无法解决电池组中某些电池充不满电的问题，特别是当电池组串数多、电池一致性差、充电电流较大时。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种充电控制方法及***，避免电池充电温度过高造成电池损坏，延长电池使用寿命。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种充电控制方法，包括：
预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的温度和环境温度的对应关系，存储到控制数据库中；
在充电过程中测量单体/每组电池的温度及环境温度；
根据所述单体/每组电池的温度及环境温度到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数；
根据确定的充电参数控制单体/每组电池充电。
优选地，该方法还包括：
预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的电压和/或电流的对应关系，存储到所述控制数据库中；
测量所述单体/每组电池的电压和/或电流；
根据所述单体/每组电池的电压和/或电流到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
优选地，该方法还包括：
预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池充入的电量的对应关系，存储到所述控制数据库中；
根据测量的所述单体/每组电池的电压和电流计算所述单体/每组电池充入的电量；
根据所述单体/每组电池充入的电量及电池的标称容量计算所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量；
根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
更优地，该方法还包括：
当所述单体/每组电池的温度超过预设的告警温度阈值时，停止对所述单体/每组电池充电，进行告警。
为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供一种充电控制***，包括：
控制数据库，用于存储预先设定的单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的温度和环境温度的对应关系；
采样电路，用于在充电过程中测量单体/每组电池的温度及环境温度；
充电配置装置，用于根据所述单体/每组电池的温度及环境温度到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数；
充电控制装置，用于根据确定的充电参数控制单体/每组电池充电。
优选地，所述控制数据库，还用于存储预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的电压和/或电流的对应关系；
所述采样电路，用于实测量所述单体/每组电池的电压和/或电流；
所述充电配置装置，用于根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
更优地，所述控制数据库，还用于存储预先设定的单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池充入的电量的对应关系；
所述充电配置装置，用于根据测量的所述单体/每组电池的电压和电流计算所述单体/每组电池充入的电量；根据所述单体/每组电池充入的电量及电池的标称容量计算所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量；根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
其中，所述充电配置装置包括：单片机，用于根据测量的单体/每组电池的温度、环境温度、电压和/或电流查询所述单片机中的控制数据库，确定下一阶段的充电参数，生成相应的配置信号发送至所述充电控制装置；
所述充电控制装置包括：双芯片冗余脉宽调制器，用于根据所述单片机生成的配置信号，分别控制下一阶段的充电电压和充电电流。
所述采样电路包括：第一级采样电路，用于在充电过程中测量单体电池的温度、电压和/或电流；第二级采样电路，用于在充电过程中测量单每组电池的温度、电压和/或电流，及环境温度。
更优地，该***还包括：告警装置，用于当所述单体/每组电池的温度超过预设的告警温度阈值时，进行告警。
本发明的充电控制方法及***，通过在充电过程中实时监控单体/每组电池的温度，根据电池温度的变化确定每个充电阶段的充电参数，根据这些充电参数控制对单体/每组电池的充电。这样，在使得电池完全充电的同时，避免电池充电温度过高造成电池损坏，保护电池，延长电池使用寿命。
附图说明
图1是本发明充电控制方法实施例的流程图；
图2是本发明充电控制过程示意图；
图3是本发明充电控制***实施例的结构图；
图4是本发明充电控制***另一实施例的结构图。
具体实施方式
本发明的基本充电原理由单片机根据待充电电池的温度、充电电压及充电电流来确定具体的充电参数，来为电池进行充电。以下结合附图对本发明进行详细说明。
方法实施例
如图1所示，本发明充电控制方法实施例的流程包括以下步骤：
步骤102，预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的温度和环境温度的对应关系，存储到控制数据库中；
步骤104，在充电过程中实时测量单体/每组电池的温度及环境温度；
步骤106，根据所述单体/每组电池的温度及环境温度到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数；
步骤108，根据确定的充电参数控制单体/每组电池充电。
进一步地，还预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的电压和/或电流的对应关系，存储到所述控制数据库中；测量所述单体/每组电池的电压和/或电流；根据所述单体/每组电池的电压和/或电流到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
或者，预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池充入的电量的对应关系，存储到所述控制数据库中；根据测量的所述单体/每组电池的电压和电流计算所述单体/每组电池充入的电量；根据所述单体/每组电池充入的电量及电池的标称容量计算所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量；根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
其中，电池的充电参数包括：电池的充电方式，如微电流充电、稳压稳流、微电流稳压充电等等，充电电压及充电电流。
以下举例对本发明充电控制方法进行具体说明。
如图2所示，曲线C1表示单体电池充电曲线，曲线C2表示每组电池充电的电流曲线，曲线C3表示每组电池充电的电压曲线。
在S1阶段，充电开始时，首先检测待充电电池的温度、电压及环境温度，如果电池温度正常(如25摄氏度)，电压低于3V，则进行预充电，一般选0.05C左右；如果充电电压比待充电池电压高0.25v，则控制进行恒压恒流充电半小时；如检测待充电池温度过高(如26-28摄氏度)就改为温度控制微电流充电阶段，选择充电电流为0.03C左右；如果温度正常后则按照充电电流为0.05C继续充电。控制数据库中，单体/每组电池及环境温度与充电方式、充电电压和充电电流的对应关系如下表1和表2所示。
表1
Figure BSA00000416412200051
Figure BSA00000416412200061
表2
Figure BSA00000416412200062
在S2阶段，充电过程中，始终根据单体/每组电池及环境的实时温度变化情况及时对充电电流大小进行调整。同时，根据电池的电压和放电电流调整充电方式、充电电压和充电电流。电池电压和放电电流与充电方式、充电电压和充电电流的对应关系如下表3所示。
表3
  电池电压(单体)   电池放电电流   充电方式   充电电压   充电电流
  3.16   0.05C   稳压稳流充电   4.2v   0.1c
  3.65222   0.1C   稳压稳流充电   4.2v   0.05c
  3.78637   0.02C   稳压稳流充电   4.2v   0.1c
  4.08047   0.1C   微电流稳压充电   4.2v   0.02c
  4.1   0.1C   微电流充电   4.2v   0.01c
在S3阶段，充电过程中，根据测量的电池的电压和电流计算电池充入的电量，根据电池充入的电量及标称容量计算电池的实际容量和剩余容量，并根据电池剩余容量所占百分比确定充电的电压和电流值。
其中，电池充入的电量为充电电流I(安)*充电时间h。
电池的标称容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。
电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，即放电电流I(安)*放电时间h(小时)。放电时间一般是电池单体电压到规定值的时间如10.5V等，500AH电池60A放电到10.5V时间是50分钟(0.83小时)，其实际容量就是50/60*60＝50AH。电池的实际容量主要受放电倍率和温度的影响。
其中，剩余的容量＝标称容量-实际容量。已知电池负荷的设备功率为W瓦，电池电压为v伏，电池标称容量为Q安时，那么，当电池工作了T小时后，电池剩余容量为：Q-(W/V)*T，剩余容量的单位是“安时”。
电池剩余容量与端电压对照表如下表4所示，
表4
 锂电池端电压(V)   剩余容量(mAh)   剩余容量(％)
  3.16   0   0
  3.49796   64.59   3
  3.59629   107.6   5
  3.65222   150.59   7
  3.68579   214.77   10
  3.73665   429.92   20
  3.77137   644.84   30
  3.78637   859.67   40
  3.81443   1074.9   50
  3.86209   1289.536   60
  3.93642   1504.677   70
  4.00057   1719.838   80
  4.08047   1934.603   90
  4.17463   2150   100
例如，当电池的剩余容量为70％时，确定下一阶段充电电压为4.00057V，充电电流为0.1C。
在S4阶段，监测充入单体电池的容量与剩余容量，用微小电流快速提升电压的方式对每个容量落后单体电池重复进行充电，充电过程中始终监控电池温度变化情况来调整充电电流和电压的大小。
电池电压升到4.20V时，改为常规恒压充电，保持充电电压为4.20V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。
综上所述，对单体电池充电压维持至4.2v分为四个步骤：
1、检测是否有单体电池低于3.5V，如有，使用正常充电流值0.1C的2％-3％的小电流对低于3.5V的电池轮流充电，如单体电池温度连续1-2小时没有变化，改用比正常充电流值的4％-5％充电，使其升压到3.5V；
2、如果有电池单体达到4.2V，进入下个步骤；
3、逐渐降低比正常充电流值的4％-5％充电流的值和波浪层叠梯田循环次数，使单体电池的最高电压维持在4.2V；
4、对未到4.2V的电池进行轮流充电，使用正常充电流值的1％-2％的小电流对低于4.2V的电池轮流充电一个周期，使其升压到4.2V，充电结束。
优选地，本实施例中，当单体/每组电池的温度超过预设的告警温度阈值时，停止对所述单体/每组电池充电，进行告警。在整个充电过程中，始终对电池的温度进行监控，可以使电池的温度控制在用户设置的范围内。可以设置当电池温度超过设置的范围0.5秒钟以后，将停止对电池充电；电池温度回到设置范围以内0.5秒钟以后充电继续。通过对温度的实时监控告警，能够及时发现电池充电过程中的问题，避免电池由于温度过高损坏。
本发明的充电控制方法，通过在充电过程中实时监控单体/每组电池的温度及环境温度，根据电池温度的变化确定每个充电阶段的充电参数，根据这些充电参数控制对单体/每组电池的充电。这样，在使得电池完全充电的同时，避免电池充电温度过高造成电池损坏，保护电池，延长电池使用寿命。另外，在充电过程中，进一步考虑电池的电压、电流和剩余电量等，使得对电池充电更加准确。
***实施例
如图3所示，本发明充电控制***实施例包括：
控制数据库31，用于存储预先设定的单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的温度和环境温度的对应关系；
采样电路32，用于在充电过程中测量电池38的温度及环境温度；
充电配置装置34，用于根据所述单体/每组电池的温度及环境温度到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数；
充电控制装置34，用于根据确定的充电参数控制电池38充电。
优选地，所述控制数据库31，还用于存储预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的电压和/或电流的对应关系；采样电路32，用于实时测量单体/每组电池的电压和/或电流；充电配置装置34，用于根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
更优地，所述控制数据库31，还用于存储预先设定的单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池充入的电量的对应关系；所述充电配置装置34，用于根据测量的所述单体/每组电池的电压和电流计算所述单体/每组电池充入的电量；根据所述单体/每组电池充入的电量及电池的标称容量计算所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量；根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
如图4所示，本实施例中，充电配置装置34包括：单片机，用于根据测量的单体/每组电池的温度、环境温度、电压和/或电流查询所述单片机中的控制数据库，确定下一阶段的充电参数，生成相应的配置信号发送至所述充电控制装置；充电控制装置36包括：双芯片冗余脉宽调制器，用于根据所述单片机生成的配置信号，分别控制下一阶段的充电电压和充电电流。
其中该单片机可以为P89LPC936芯片；双芯片冗余脉宽调制器包含UC3845和SG2525A两个芯片，分别控制充电电流和充电电压。UC3845是高性能固定频率电流模式PWM控制器，SG2525芯片采用恒频脉宽调制控制方式。当充电电路发生故障出现过流过载情况时，则及时关闭SG2525A和UC3845，使充电电路的主电路停止工作。
另外，采样电路32包括：第一级采样电路，用于在充电过程中测量单体电池的温度、电压和/或电流；第二级采样电路，用于在充电过程中测量每组电池的温度，即测量每个电池箱内的温度，并测量每组电池的电压和/或电流。其中，第一级采用电路包括芯片TMP300和S-8204B，TMP300用于检测单体电池的温度，S-8204B用于检测单体电池的电压和/或电流。第二级采样电路包括温度测量模块，用于检测每组电池的温度及环境温度；还包括芯片LTC1769(LTC1760)，用于测量每组电池的电压和/或电流。
第一级采样电路将测量得到的单体电池的温度、电压和/或电流发送给第二级采样电路及充电配置装置的单片机，第二级采样电路将检测得到的每组电池的温度、电压和/或电流、环境温度发送给单片机，单片机根据获得的这些测量值确定单体/每组电池的充电方式，即充电电压和充电电流，以及采用该充电电压和充电电流充电多长时间。
该充电控制***具体控制电池进行充电的过程在上述方法实施例中已经详细描述，在此不再赘述。
本实施例的***还包括：告警装置39，用于当所述单体/每组电池的温度超过预设的告警温度阈值时，进行告警。
本发明的充电控制***，通过在充电过程中实时监控单体/每组电池的温度，根据电池温度的变化确定每个充电阶段的充电参数，根据这些充电参数控制对单体/每组电池的充电。这样，在使得电池完全充电的同时，避免电池充电温度过高造成电池损坏，保护电池，延长电池使用寿命。另外，在充电过程中，进一步考虑电池的电压、电流和剩余电量等，使得对电池充电更加准确。
应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种充电控制方法，其特征在于，包括：
预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的温度和环境温度的对应关系，存储到控制数据库中；
在充电过程中测量单体/每组电池的温度及环境温度；
根据所述单体/每组电池的温度及环境温度到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数；
根据确定的充电参数控制单体/每组电池充电。
2.根据权利要求1所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：
预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的电压和/或电流的对应关系，存储到所述控制数据库中；
测量所述单体/每组电池的电压和/或电流；
根据所述单体/每组电池的电压和/或电流到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
3.根据权利要求2所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：
预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池充入的电量的对应关系，存储到所述控制数据库中；
根据测量的所述单体/每组电池的电压和电流计算所述单体/每组电池充入的电量；
根据所述单体/每组电池充入的电量及电池的标称容量计算所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量；
根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
4.根据权利要求1所述的充电控制方法，其特征在于，还包括：
当所述单体/每组电池的温度超过预设的告警温度阈值时，停止对所述单体/每组电池充电，进行告警。
5.一种充电控制***，其特征在于，包括：
控制数据库，用于存储预先设定的单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的温度和环境温度的对应关系；
采样电路，用于在充电过程中测量单体/每组电池的温度及环境温度；
充电配置装置，用于根据所述单体/每组电池的温度及环境温度到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数；
充电控制装置，用于根据确定的充电参数控制单体/每组电池充电。
6.根据权利要求5所述的充电控制***，其特征在于，
所述控制数据库，还用于存储预先设定单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池的电压和/或电流的对应关系；
所述采样电路，用于实测量所述单体/每组电池的电压和/或电流；
所述充电配置装置，用于根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
7.根据权利要求6所述的充电控制***，其特征在于，
所述控制数据库，还用于存储预先设定的单体/每组电池的充电参数与单体/每组电池充入的电量的对应关系；
所述充电配置装置，用于根据测量的所述单体/每组电池的电压和电流计算所述单体/每组电池充入的电量；根据所述单体/每组电池充入的电量及电池的标称容量计算所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量；根据所述单体/每组电池的实际容量和剩余容量到所述控制数据库中进行查询，确定下一阶段充电的充电参数。
8.根据权利要求6或7所述的充电控制***，其特征在于，所述充电配置装置包括：单片机，用于根据测量的单体/每组电池的温度、环境温度、电压和/或电流查询所述单片机中的控制数据库，确定下一阶段的充电参数，生成相应的配置信号发送至所述充电控制装置；
所述充电控制装置包括：双芯片冗余脉宽调制器，用于根据所述单片机生成的配置信号，分别控制下一阶段的充电电压和充电电流。
9.根据权利要求5所述的充电控制***，其特征在于，所述采样电路包括：第一级采样电路，用于在充电过程中测量单体电池的温度、电压和/或电流；第二级采样电路，用于在充电过程中测量单每组电池的温度、电压和/或电流，及环境温度。
10.根据权利要求5所述的充电控制***，其特征在于，还包括：
告警装置，用于当所述单体/每组电池的温度超过预设的告警温度阈值时，进行告警。
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