CN103700901B - 一种多段式智能充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多段式智能充电方法，适用于可充电电池，包括检测电池电压的诊断步骤、充电电流从小到大慢慢升起的软启动步骤、恒流一充电、恒流二充电、恒流三充电、恒压充电、充满、重新充电步骤，更进一步地包括脉冲去硫化、预充、高压修复步骤。该多段式智能充电方法具有预充功能和软启动功能，可以减小大电流对正常电池的损害，延长电池的寿命；具有去硫化功能，能使得硫化严重的电池增加电池容量；具有修复功能，能使老化的电池恢复电池容量。

Description

一种多段式智能充电方法
技术领域
本发明涉及可充电电池的充电方法，具体地说，是一种多段式智能充电方法。
背景技术
可充电电池特别是铅酸蓄电池(6V、12V、24V)在日常生活中应用很广泛，正确良好的充电方法可以确保电池的寿命。怎样可以更好的给电池充电，怎样充电可以减小对电池的损害，怎样修复电池、延长电池寿命就成了人们需要考虑和解决的问题。申请号为201210275223.X的专利文献公开了一种多段式电池模块充电方法及其装置，该方法是将定电流充电分成数阶段，每阶段有不同的电流值以及充电时间，当充电达预定电压后，再进行定电压充电。该充电方法能稳定电压、提升电池充电效率，但该充电方法是适用于包括多个电芯并联组的电池模块。关于本发明针对可充电电池的充电方法，目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种多段式智能充电方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种多段式智能充电方法，适用于可充电电池，包括下列步骤：
(1)诊断，检测电池电压，判断充电器下一步动作，是预充、软启动、报错接、报坏电池还是报充满；
(2)软启动，充电电流从小到大慢慢升起，防止充电电流突变给电池带来冲击，保护电池；
(3)恒流一，以电流I1给电池充电直到电池电压到达V4；
(4)恒流二，以电流I2给电池充电直到电池电压到达V3；
(5)恒流三，以电流I3给电池充电直到电池电压到达充满电压V2；
(6)恒压，电池电压保持不变，慢慢降低充电电流直到充电电流到达I4；
(7)充满，当电池电压到达充满电压V2且充电电流小于I4时，电池已充满，关断充电开关，停止充电；
(8)重新充电，充满一段时间之后，电池电压下跌到V5时，充电器给电池重新充电；
其中，V2＞V3＞V4＞V5，I1＞I2＞I3＞I4。
作为本发明的一种实施方式，在所述的诊断步骤和软启动步骤之间还有预充步骤，是当电池电压很低时，为了保护电池以小电流给电池充电，直到电池电压到达一安全值。
作为本发明的一种实施方式，在所述的诊断步骤和软启动步骤之间还有脉冲去硫化步骤和预充步骤，脉冲去硫化步骤是找出硫化的电池，以脉冲电流和电压清除电池极板上的硫化物，恢复电池容量；预充步骤是当电池电压很低时，为了保护电池以小电流给电池充电，直到电池电压到达一安全值。
作为本发明的一种实施方式，在所述的充满步骤和重新充电步骤之间还有高压修复步骤，是当电池充满后电压下降太快时，说明电池容量已变小，这时以持续高压给电池充电，使电池内部产生一些可控气体与电池内部的酸性物质混合，恢复电池容量。进一步地，在所述的诊断步骤和软启动步骤之间还有预充步骤，是当电池电压很低时，为了保护电池以小电流给电池充电，直到电池电压到达一安全值；或者是，在所述的诊断步骤和软启动步骤之间还有脉冲去硫化步骤和预充步骤，脉冲去硫化步骤是找出硫化的电池，以脉冲电流和电压清除电池极板上的硫化物，恢复电池容量；预充步骤是当电池电压很低时，为了保护电池以小电流给电池充电，直到电池电压到达一安全值。
综上所述，本发明充电方法有以下几种方式，但不限于所列方式：
(Ⅰ)诊断、软启动、恒流一、恒流二、恒流三、恒压、充满、重新充电；
(Ⅱ)诊断、预充、软启动、恒流一、恒流二、恒流三、恒压、充满、重新充电；
(Ⅲ)诊断、脉冲去硫化、预充、软启动、恒流一、恒流二、恒流三、恒压、充满、重新充电；
(Ⅳ)诊断、软启动、恒流一、恒流二、恒流三、恒压、充满、高压修复、重新充电；
(Ⅴ)诊断、预充、软启动、恒流一、恒流二、恒流三、恒压、充满、高压修复、重新充电；
(Ⅵ)诊断、脉冲去硫化、预充、软启动、恒流一、恒流二、恒流三、恒压、充满、高压修复、重新充电。
实现本发明充电方法的充电器包括单片机、控制电路、开关电源、继电器K1、两个二极管、三极管Q1、两个电容和十个电阻，其中控制电路一端与单片机连接，另一端与开关电源连接，开关电源的另一端分别接继电器K1和接***地；
所述单片机1脚与电阻九R9相连，输出脉冲宽度调制PWM，通过阻容滤波之后控制充电电压，单片机2脚与电阻十一R11相连，输出脉冲宽度调制PWM，通过阻容滤波之后控制充电电流，单片机3脚与电阻三R3相连，控制继电器K1的通断，单片机4脚与电阻一R1、电阻二R2相连，采集电池电压，单片机5脚与电阻七R7相连，采集充电电流，单片机6脚连接+5V电源，单片机7脚接***地；
电阻一R1一脚接电池正极，另一脚与电阻二R2相连；电阻二R2一脚与电阻一R1相连，另一脚接***地；电阻三R3一脚接单片机3脚，另一脚接三极管Q1基极；电阻五R5一脚接+12V电源，另一脚接第一二极管D1正极；电阻六R6一脚与电池负极相连，另一脚接***地；电阻七R7一脚与单片机5脚相连，另一脚接电池负极；电阻八R8一脚与电阻九R9相连，另一脚接控制电路；电阻九R9一脚与单片机1脚相连，另一脚与电阻八R8相连；电阻十R10一脚接控制电路，另一脚与电阻十一R11相连；电阻十一R11一脚与单片机2脚相连，另一脚与电阻十R10相连；第一电容C4一脚与电阻八R8、电阻九R9相连，另一脚接***地；第二电容C5一脚与电阻十R10、电阻十一R11相连，另一脚接***地；
第一二极管D1正极与电阻五R5相连，负极接继电器K1的2脚；第二二极管D2正极接三极管Q1集电极，负极接继电器K1的2脚；
三极管Q1基极与电阻三R3相连，集电极与第二二极管D2正极相连，发射极接***地；
继电器K1的1脚与三极管Q1集电极相连，2脚与第一二极管D1负极相连，3脚和4脚短接后与开关电源输出正极相连，5脚与电池正极相连。
不同的电池有不同的充满电压，6V电池的充满电压为7.2V；12V电池的充满电压为14.6V；24V电池的充满电压为28.8V。老化的电池可以采用上述第(Ⅵ)种充电方法，正常的电池可以采用第(Ⅰ)种充电方法，正常低压电池可以采用第(Ⅱ)种充电方法。
本发明优点在于：
1、本发明多段式智能充电方法具有去硫化功能，硫化严重的电池用普通充电方法充电时会很快充满，但电池内部实际并没有充进多少电量，用高压脉冲可以清除电池极板上的硫化物，增加电池容量；
2、具有预充功能，电池电压很低时，用大电流充电会对电池造成很大伤害，损害电池寿命，先用小电流把电池电压充到一安全值，可以有效保护电池，延长电池寿命；
3、具有软启动功能，充电电流从小到大慢慢升起，防止充电电流突变给电池带来冲击，保护电池；
4、正常充电时电流分段，长期以大电流给电池充电会损害电池，随着电池电压的升高逐步降低电流可以减少对电池的损害，延长电池寿命；
5、具有修复功能，老化电池在充满后，电池电压会降的很快，这时以持续高压对其进行修复，可恢复电池容量。
附图说明
附图1是老化电池的充电曲线图。
附图2是充电电路图。
附图3是正常电池的充电曲线图。
附图4是正常低压电池的充电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
实施例1
以12V电池、10A充电机为例，12V电池的充满电压为14.6V。针对老化电池的多段式智能充电方法，请参照图1的充电曲线图，包括下列步骤：
(1)诊断，检测电池电压，判断充电器下一步动作；
(2)脉冲去硫化，以脉冲电流和电压清除电池极板上的硫化物，恢复电池容量；
(3)预充，当电池电压低于12V时，为了保护电池以小电流给电池充电，直到电池电压到达一安全值；
(4)软启动，充电电流从小到大慢慢升起，防止充电电流突变给电池带来冲击，保护电池；
(5)恒流一，以电流I1给电池充电直到电池电压到达13.6V；
(6)恒流二，以电流I2给电池充电直到电池电压到达14V；
(7)恒流三，以电流I3给电池充电直到电池电压到达充满电压14.6V；
(8)恒压，电池电压保持不变，慢慢降低充电电流直到充电电流到达I4；
(9)充满，当电池电压到达充满电压14.6V且充电电流小于I4时，电池已充满，关断充电开关，停止充电；
(10)高压修复，当电池充满后电压下降太快时，说明电池容量已变小，这时以持续高压给电池充电，使电池内部产生一些可控气体与电池内部的酸性物质混合，恢复电池容量；
(11)重新充电，充满一段时间之后，电池电压下跌到12.8V时，充电器给电池重新充电。
其中，I1为10A，I2为7.55A，I3为5A，I4为0.8A。
实现该多段式智能充电方法的充电器包括单片机IC1、控制电路、开关电源、继电器K1、两个二极管、三极管Q1、两个电容和十个电阻，请参照图2所示的电路图，其中控制电路一端与单片机连接，另一端与开关电源连接，开关电源的另一端分别接继电器K1和接***地。
所述单片机IC1的1脚与电阻九R9相连，输出脉冲宽度调制PWM，通过阻容滤波之后控制充电电压；单片机IC1的2脚与电阻十一R11相连，输出脉冲宽度调制PWM，通过阻容滤波之后控制充电电流；单片机IC1的3脚与电阻三R3相连，控制继电器K1的通断；单片机IC1的4脚与电阻一R1、电阻二R2相连，采集电池电压；单片机IC1的5脚与电阻七R7相连，采集充电电流；单片机IC1的6脚连接+5V电源，单片机IC1的7脚接***地。
电阻一R1一脚接电池正极，另一脚与电阻二R2相连；电阻二R2一脚与电阻一R1相连，另一脚接***地；电阻三R3一脚接单片机IC1的3脚，另一脚接三极管Q1基极；电阻五R5一脚接+12V电源，另一脚接二极管D1正极；电阻六R6一脚与电池负极相连，另一脚接***地；电阻七R7一脚与单片机IC1的5脚相连，另一脚接电池负极；电阻八R8一脚与电阻九R9相连，另一脚接控制电路；电阻九R9一脚与单片机IC1的1脚相连，另一脚与电阻八R8相连；电阻十R10一脚接控制电路，另一脚与电阻十一R11相连；电阻十一R11一脚与单片机IC1的2脚相连，另一脚与电阻十R10相连。
电容C4一脚与电阻八R8、电阻九R9相连，另一脚接***地；电容五C5一脚与电阻十R10、电阻十一R11相连，另一脚接***地。
二极管D1正极与电阻五R5相连，负极接继电器K1的2脚；二极管D2正极接三极管Q1集电极，负极接继电器K1的2脚；三极管Q1基极与电阻三R3相连，集电极与二极管D2正极相连，发射极接***地。
继电器K1的1脚与三极管Q1集电极相连，2脚与二极管D1负极相连，3脚和4脚短接后与开关电源输出正极相连，5脚与电池正极相连。
工作原理为：单片机IC1通过4脚检测到待充电电池与充电器相连，通过诊断判断此电池为可充电电池后，单片机IC1的3脚输出高电平把三极管Q1打开，进而把继电器K1打开，单片机IC1通过1脚控制充电电压、2脚控制充电电流给电池充电。充电电流和电压的大小根据图1所示的充电曲线图来控制。
实施例2
以12V电池、10A充电机为例，12V电池的充满电压为14.6V。针对正常电池的多段式智能充电方法，请参照图3的充电曲线图，包括下列步骤：
(1)诊断，检测电池电压，判断充电器下一步动作；
(2)软启动，充电电流从小到大慢慢升起，防止充电电流突变给电池带来冲击，保护电池；
(3)恒流一，以电流I1给电池充电直到电池电压到达13.6V；
(4)恒流二，以电流I2给电池充电直到电池电压到达14V；
(5)恒流三，以电流I3给电池充电直到电池电压到达充满电压14.6V；
(6)恒压，电池电压保持不变，慢慢降低充电电流直到充电电流到达I4；
(7)充满，当电池电压到达充满电压14.6V且充电电流小于I4时，电池已充满，关断充电开关，停止充电；
(8)重新充电，充满一段时间之后，电池电压下跌到12.8V时，充电器给电池重新充电。
其中，I1为10A，I2为7.55A，I3为5A，I4为0.8A。
实现该多段式智能充电方法的充电器同实施例1中所述。
实施例3
以12V电池、10A充电机为例，12V电池的充满电压为14.6V。针对正常低压电池的多段式智能充电方法，请参照图4的充电曲线图，包括下列步骤：
(1)诊断，检测电池电压，判断充电器下一步动作；
(2)预充，当电池电压低于12V时，为了保护电池以小电流给电池充电，直到电池电压到达一安全值；
(3)软启动，充电电流从小到大慢慢升起，防止充电电流突变给电池带来冲击，保护电池；
(4)恒流一，以电流I1给电池充电直到电池电压到达13.6V；
(5)恒流二，以电流I2给电池充电直到电池电压到达14V；
(6)恒流三，以电流I3给电池充电直到电池电压到达充满电压14.6V；
(7)恒压，电池电压保持不变，慢慢降低充电电流直到充电电流到达I4；
(8)充满，当电池电压到达充满电压14.6V且充电电流小于I4时，电池已充满，关断充电开关，停止充电；
(9)重新充电，充满一段时间之后，电池电压下跌到12.8V时，充电器给电池重新充电。
其中，I1为10A，I2为7.55A，I3为5A，I4为0.8A。
实现该多段式智能充电方法的充电器同实施例1中所述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多段式智能充电方法，适用于可充电电池，其特征在于，包括下列步骤：
(1)诊断，检测电池电压，判断充电器下一步动作；
(2)软启动，充电电流从小到大慢慢升起，防止充电电流突变给电池带来冲击，保护电池；
(3)恒流一，以电流I1给电池充电直到电池电压到达V4；
(4)恒流二，以电流I2给电池充电直到电池电压到达V3；
(5)恒流三，以电流I3给电池充电直到电池电压到达充满电压V2；
(6)恒压，电池电压保持不变，慢慢降低充电电流直到充电电流到达I4；
(7)充满，当电池电压到达充满电压V2且充电电流小于I4时，电池已充满，关断充电开关，停止充电；
(8)重新充电，充满一段时间之后，电池电压下跌到V5时，充电器给电池重新充电；
其中，V2＞V3＞V4＞V5，I1＞I2＞I3＞I4；在所述的诊断步骤和软启动步骤之间还有脉冲去硫化步骤和预充步骤，脉冲去硫化步骤是找出硫化的电池，以脉冲电流和电压清除电池极板上的硫化物，恢复电池容量；预充步骤是当电池电压很低时，为了保护电池以小电流给电池充电，直到电池电压到达一安全值。
2.根据权利要求1所述的多段式智能充电方法，其特征在于，在所述的充满步骤和重新充电步骤之间还有高压修复步骤，是当电池充满后电压下降太快时，说明电池容量已变小，这时以持续高压给电池充电，使电池内部产生一些可控气体与电池内部的酸性物质混合，恢复电池容量。
3.根据权利要求1所述的多段式智能充电方法，其特征在于，实现所述充电方法的充电器包括单片机、控制电路、开关电源、继电器K1、两个二极管、三极管Q1、两个电容和十个电阻，其中控制电路一端与单片机连接，另一端与开关电源连接，开关电源的另一端分别接继电器K1和接***地；
所述单片机1脚与电阻九R9相连，输出脉冲宽度调制PWM，通过阻容滤波之后控制充电电压，单片机2脚与电阻十一R11相连，输出脉冲宽度调制PWM，通过阻容滤波之后控制充电电流，单片机3脚与电阻三R3相连，控制继电器K1的通断，单片机4脚与电阻一R1、电阻二R2相连，采集电池电压，单片机5脚与电阻七R7相连，采集充电电流，单片机6脚连接+5V电源，单片机7脚接***地；
电阻一R1一脚接电池正极，另一脚与电阻二R2相连；电阻二R2一脚与电阻一R1相连，另一脚接***地；电阻三R3一脚接单片机3脚，另一脚接三极管Q1基极；电阻五R5一脚接+12V电源，另一脚接第一二极管D1正极；电阻六R6一脚与电池负极相连，另一脚接***地；电阻七R7一脚与单片机5脚相连，另一脚接电池负极；电阻八R8一脚与电阻九R9相连，另一脚接控制电路；电阻九R9一脚与单片机1脚相连，另一脚与电阻八R8相连；电阻十R10一脚接控制电路，另一脚与电阻十一R11相连；电阻十一R11一脚与单片机2脚相连，另一脚与电阻十R10相连；第一电容C4一脚与电阻八R8、电阻九R9相连，另一脚接***地；第二电容C5一脚与电阻十R10、电阻十一R11相连，另一脚接***地；
第一二极管D1正极与电阻五R5相连，负极接继电器K1的2脚；第二二极管D2正极接三极管Q1集电极，负极接继电器K1的2脚；
三极管Q1基极与电阻三R3相连，集电极与第二二极管D2正极相连，发射极接***地；
继电器K1的1脚与三极管Q1集电极相连，2脚与第一二极管D1负极相连，3脚和4脚短接后与开关电源输出正极相连，5脚与电池正极相连。
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