CN104037915B - 一种电动车自动均衡充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车自动均衡充电器。该充电器包括传统三段式智能充电器、铅酸电池组、自动均衡控制器，所述自动均衡充控制器由MCU微控制器、D1功率二极管、开关组件构成。本发明的充电器对电池组中每一个电池进行单独充电，以避免因电池制造工艺所决定的电池内阻差别所导致的电池过充电的情况出现。通过实时监测和控制充电过程中每一电池的充电状态，有效地提高了电池组的整体寿命，可以极大地减少电池组中因一只或几只电池失效所导致整组电池报废的情况出现，在延长整组电池寿命的同时降低了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及电动车充电器，具体涉及一种电动车自动均衡充电器。
背景技术
电动自行车在我国已经成为仅次于汽车的城市内主要代步工具。电动自行车的主要动力源是动力电源，目前电动自行车的动力电源绝大部分是铅酸电池。铅酸电池已经有100多年的历史，随着科技的进步，对铅酸电池充电的理论和控制技术已经得到了极大的发展，从早期的低电流长时间充电到最新的三段式正负脉冲充电技术，不仅极大地缩短了充电时间，还有效地延长了电池的寿命。
随着电动车性能的提升和功率加大，几乎所有的电动车都朝高电压驱动的方向发展，48V的电动自行车驱动电压已经成为了越来越普遍的实际使用标准。然而单只铅酸电池的输出电压仍然是12V，为了得到更高的电压，最有效的方法就是串联多只12V电池来达到要求的驱动电压。在功率一定的条件下，升高驱动电压，可以降低驱动电流，这无疑是有益的，但带来的一个弊端是在低电压驱动***中电池失效因素较低的充电失衡逐渐上升成为了越来越主要的失效主导因素。
在铅酸电池的失水、硫化以及充放电失衡这三类主要失效因素中，随着电池串联数量的增加，充放电失衡将导致过热、失水加剧，并由此引发快速硫化。由于制造工艺问题，无法做到每只电池内阻绝对平衡，充电器使用平均电流充电，使容量小的单只电池最先充满，不立即停止充电过程，先充满电的电池在等待电容量大的电池充满的期间处于过充电状态，会加剧发热，引起失水，长期以往，将导致该只电池很快失效，电池组中的一只或多只电池失效后，整组电池将无法充满电量，形成一充即满，一放即光的整组报废现象；若停止充电，其余容量大的电池还未充满，处于欠充电状态。放电时，容量小的电池最先放完，不立即停止放电，该只电池将形成过放。长期如此，恶性循环，整组电池只要有单只失效，就导致整组电池报废。在三段式充电器的浮充阶段，有500mA的小电流，它的作用是补偿充电，让电池充满。但它也带来两个副作用:其一是电池充满后，多余的电流没有关断，电能转化为热能，进行水分解，加速水份的散发；其次，小电流充电，在电池内阻差别较大时，进一步加剧了电池组的不平衡，形成恶性循环，加速了铅酸电池的失效进程。极大地缩短了铅酸电池寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动车自动均衡充电器。该充电器对电池组中每一个电池进行单独充电，以避免因电池制造工艺所决定的电池内阻差异所导致的电池过充电的情况出现。通过实时监测和控制充电过程中每一电池的充电状态，有效地提高了电池组的整体寿命。
本发明所采用的技术方案是：
一种电动车自动均衡充电器，包括传统三段式智能充电器、铅酸电池组、自动均衡控制器，所述自动均衡充控制器由MCU微控制器、D1功率二极管、开关组件构成。
本发明的这种电动车自动均衡充电器，所述自动均衡控制器的输入端与传统三段式智能充电器的充电输出端电连接，自动均衡控制器的多组充电输出正负端分别与铅酸电池组各只电池的正负极端电连接。
本发明的这种电动车自动均衡充电器，所述自动均衡控制器的开关组件由开关器件K1、k2、K3、k4、K5、k6、K7、k8、K9组成，开关器件K1的一个负载端与铅酸电池BT1的负极以及开关器件K4的一个负载端电连接，K1的另一个负载端与铅酸电池BT2的正极以及开关器件K5的一个负载端电连接；开关器件K2的一个负载端与铅酸电池BT2的负极以及开关器件K6一个负载端电连接，K2的另一个负载端与铅酸电池BT3的正极以及开关器件K7的一个负载端电连接；开关器件K3的一个负载端与铅酸电池BT3的负极以及开关器件K8一个负载端电连接，K3的另一个负载端与铅酸电池BT4的正极以及开关器件K9的一个负载端电连接；铅酸电池BT1的正极分别与开关器件K5、K7、K9的一个负载端以及MCU的第2引脚，功率二极管D1的负极电连接；铅酸电池BT4的负极分别与开关器件K4、K6、K8的一个负载端以及MCU的第1引脚，以及自动均衡控制器的负极电连接；自动均衡控制器的电源正极与功率二极管D1的正极电连接；开关器件K1、k2、K3、k4、K5、k6、K7、k8、K9的驱动控制端的高电位端与控制电源VCON以及MCU的引脚3电连接； k4、K5、k6、K7、k8、K9、K1、k2、K3的驱动控制端的低电位端分别与MCU的4、5、6、7、8、9、10、11、12引脚端电连接。
与现有技术相比较，本发明通过实时监测和控制充电过程中每一电池的充电状态，有效地提高了电池组的整体寿命。通过实时监测、控制和提示更换电池组中失效电池的方式，可以极大地减少电池组中因一只或几只电池失效所导致整组电池报废的情况出现，在延长整组电池寿命的同时降低了环境污染。
附图说明
图1为本发明的电动车自动均衡充电器原理框图。
图2为本发明的电动车自动均衡控制器的电路图。
具体实施方式
实施例
图1为本发明的一种电动车自动均衡充电器原理框图。本发明的这种电动车自动均衡充电器在现有技术的充电器中增加了一个自动均衡控制器，将传统的充电器与铅酸电池组分隔开。现有技术的传统三段式充电器与自动均衡控制器相连接，铅酸电池组每只电池的正负极端均与自动均衡控制器各组充电输出端的正负极端电连接。通过本发明新增的自动均衡控制器，将现有技术仅仅对电池组进行串联充电的方式改变为对电池组中每一只电池单独充电，单独监控。通过这种方式，可以避免过充电情况出现，确保电池组中的每只电池不至于因充电失衡而加剧失水、硫化现象和由此引发的电池组过早失效的情况发生。自动均衡控制器3的输入端与传统三段式智能充电器1的充电输出端电连接，自动均衡控制器3的多组充电输出正负端分别与铅酸电池组2的各只电池的正负极端电连接。自动均衡控制器3由MCU微控制器31、D1功率二极管、开关组件32构成。在本实施例中，开关组件32由9只电磁继电器K1—K9构成，MCU微控制器31为PIC24F16KA102。
图2中，自动均衡控制器3的开关组件32由9只电磁继电器K1、k2、K3、k4、K5、k6、K7、k8、K9组成，电磁继电器K1的一个负载端与铅酸电池BT1的负极以及电磁继电器K4的一个负载端电连接，K1的另一个负载端与铅酸电池BT2的正极以及电磁继电器K5的一个负载端电连接；电磁继电器K2的一个负载端与铅酸电池BT2的负极以及电磁继电器K6一个负载端电连接，K2的另一个负载端与铅酸电池BT3的正极以及电磁继电器K7的一个负载端电连接；电磁继电器K3的一个负载端与铅酸电池BT3的负极以及电磁继电器K8一个负载端电连接，K3的另一个负载端与铅酸电池BT4的正极以及电磁继电器K9的一个负载端电连接；铅酸电池BT1的正极分别与电磁继电器K5、K7、K9的一个负载端以及MCU的第2引脚，功率二极管D1的负极电连接；铅酸电池BT4的负极分别与电磁继电器K4、K6、K8的一个负载端以及MCU的第1引脚，以及自动均衡控制器的负极电连接；自动均衡控制器的电源正极与功率二极管D1的正极电连接；电磁继电器K1、k2、K3、k4、K5、k6、K7、k8、K9的驱动控制端的高电位端与控制电源VCON以及MCU的引脚3电连接； k4、K5、k6、K7、k8、K9、K1、k2、K3的驱动控制端的低电位端分别与MCU的4、5、6、7、8、9、10、11、12引脚端电连接。
充电开始时，MCU微控制器31控制电磁继电器K1、K2、K3断开，k4、K5、k6、K7、k8、K9闭合，电池BT1、BT2、BT3、BT4同时处于单独充电状态，在每个脉冲充电周期内，MCU微控制器31轮流控制与4只电池负极相连接的电磁继电器中的3个电磁继电器断开2毫秒，在断开期间监测另外一只未断开电池充电回路的充电电压和充电电流，并以此参数作为监控充电效果和电池充电状态的控制依据。当某只电池的电压和充电电流达到预先设定的转折点时，MCU微控制器31根据预先设定的充电程序控制相应的电磁继电器执行闭合和断开动作，通过脉宽调制的方式控制充电电量。当电池组所有电池均达到预先设定的充电电量指标后，电磁继电器K4、K5、K6、K7、K8、K9断开，K1、K2、K3闭合，在电池组BT1正极端和BT4负极端得到最终所需的串联充电电压。
本发明中的三段式智能充电器为公知技术的正负脉冲三段式智能充电器，其所包含的降压整流电路、单片机***电路、正负脉冲控制电路均属于公知技术，在此不再赘述。
本实施例中的开关组件均由电磁继电器构成，除此之外，还可以选择功率开关管作为开关器件。本实施例仅仅是基于本发明权利要求的多种实施方式中的一种，任何形式上的代换均属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种电动车自动均衡充电器，包括三段式智能充电器、铅酸电池组、自动均衡控制器，其特征在于：所述自动均衡控制器由微控制器MCU、功率二极管D1、开关组件构成；
所述自动均衡控制器的开关组件由开关器件K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9组成，开关器件K1的一个负载端与铅酸电池BT1的负极以及开关器件K4的一个负载端电连接，K1的另一个负载端与铅酸电池BT2的正极以及开关器件K5的一个负载端电连接；开关器件K2的一个负载端与铅酸电池BT2的负极以及开关器件K6一个负载端电连接，K2的另一个负载端与铅酸电池BT3的正极以及开关器件K7的一个负载端电连接；开关器件K3的一个负载端与铅酸电池BT3的负极以及开关器件K8一个负载端电连接，K3的另一个负载端与铅酸电池BT4的正极以及开关器件K9的一个负载端电连接；铅酸电池BT1的正极分别与开关器件K5、K7、K9的另一个负载端以及MCU的第2引脚，功率二极管D1的负极电连接；铅酸电池BT4的负极分别与开关器件K4、K6、K8的另一个负载端以及MCU的第1引脚，以及自动均衡控制器的负极电连接；自动均衡控制器的电源正极与功率二极管D1的正极电连接；开关器件K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9的驱动控制端的高电位端与控制电源VCON以及MCU的引脚3电连接； K4、K5、K6、K7、K8、K9、K1、K2、K3的驱动控制端的低电位端分别对应与MCU的4、5、6、7、8、9、10、11、12引脚端电连接；
所述MCU微控制器（31）为PIC24F16KA102。
2.根据权利要求1所述的电动车自动均衡充电器，其特征在于：所述自动均衡控制器的输入端与三段式智能充电器的充电输出端电连接，自动均衡控制器的多组充电输出正负端分别与铅酸电池组各只电池的正负极端电连接。
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