專利名稱：一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于動力電池充電器的正脈沖充電和負脈沖放電交替進行的新型充電方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的恒流恒壓浮充三段式充電器，由于采用某一速率充電，很容易使電池形成極化，降低充電接受能力，延長充電時間或出現(xiàn)充不滿電現(xiàn)象，在快充滿階段，電池內(nèi)部會析出大量氣體，導致電池溫度升高或失水，嚴重的會鼓脹破裂，縮短電池使用壽命。
實用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型的目的在于提供一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，其通過單片機做為控制芯片，根據(jù)電池電壓和充電狀態(tài)對電池進行正負脈沖交替充放電，減少析氣，提高充電電流，達到延長電池壽命，提高充電速度的目的。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，它主要由電源穩(wěn)壓器、智能控制器1C、電阻、二極管、三極管、場效晶體管、晶振和電容等組成。其包括充電器1，充電控制電路2，主輸出電壓采集模塊3，放電控制電路4，充電信號采集模塊5，穩(wěn)壓電源模塊6，時鐘振蕩模塊7和含有控制算法程序的智能控制器8。作為本實用新型專利優(yōu)選實施例。所述充電器I :是一種由脈寬調(diào)制芯片控制的，具有電壓限制和電流限制作用的主要電壓輸出端和輸出電壓在+7伏到+30伏之間的輔助電壓輸出端，并具有充電狀態(tài)指示的開關(guān)電源電路系統(tǒng)。主要輸出端通過充電控制電路2中PMOS管Ql做為充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)給電池輸出電壓。輔助輸出端用于給穩(wěn)壓電源模塊6中穩(wěn)壓芯片U2提供+7伏到+30伏之間的電壓。充電狀態(tài)電路能夠分別對正在充電和已充滿兩種狀態(tài)輸出高低不高的兩種電壓信號，供充電信號采集模塊5采集判斷。所述充電控制模塊2 =PMOS管Ql源極接充電器主要電壓輸出端，漏極做為充放電控制系統(tǒng)的輸出端(0UT)，用于接電池，柵極通過電阻R4接三極管Q4集電極。電阻Rl接在PMOS管Ql源極和柵極之間。三極管Q4發(fā)射極接地，基極接二極管Dl陰極。二極管Dl陽極通過電阻RlO與智能控制器8中單片機U3 —個普通I/O引腳連接。電阻Rll接在三極管Q4基極與發(fā)射極之間。PMOS管Ql的柵極與源極無電壓差時，PMOS管Ql的源極和漏極不導通，切斷充電器I主要輸出端與電池的連接，不對電池充電。PMOS管Ql柵極受到一定頻率一定占空比的PffM電壓信號控制時，其源極與漏極也以該頻率該占空比導通和斷開，將充電器I主要輸出端輸出的電壓斬波，形成一定頻率一定占空比的正脈沖電壓，作用在電池上,產(chǎn)生正脈沖充電電流。所述主輸出電壓采集模塊3 :電阻R15 —端接充放電控制系統(tǒng)輸出端(0UT)，另一端經(jīng)電阻R17接地。電阻R17非接地端經(jīng)電阻R16接至智能控制器8中單片機U3的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的一個引腳，該引腳經(jīng)電容C6接地。充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)的電壓經(jīng)電阻分壓器降低為智能控制器8中單片機U3引腳的可接受電壓范圍內(nèi)，經(jīng)電阻R16限流、電容C6濾波后，輸入到智能控制器8中，單片機U3將該電壓采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，供程序判斷充放電控制系統(tǒng)是否接電池及電池 是否欠壓或過壓。所述放電控制模塊4 =NMOS管Q3源極接地，漏極通過功率電阻R3接充放電控制系統(tǒng)輸出端(0UT)，柵極通過電阻R7接三極管Q2集電極。三極管Q2集電極通過電阻R14接地，發(fā)射極接充電器I輔助電壓輸出端，基極通過電阻R5接三極管Q5集電極。電阻R2接在三極管Q2發(fā)射極和基極之間。三極管Q5發(fā)射極接地，基極通過電阻R8接智能控制器8中單片機U3另一個普通I/O引腳。電阻R12接在三極管Q5發(fā)射極與基極之間。NMOS管Q3柵極與源極間無電壓差時，其漏極與源極不導通，電池不能通過功率電阻R3進行放電。NMOS管Q3柵極受到一定頻率一定占空比的PWM電壓信號控制時，其漏極與源極也以該頻率該占空比導通和斷開，將電池輸出的電壓斬波，形成一定頻率一定占空比的脈沖電壓，作用在功率電阻R3上,產(chǎn)生負脈沖放電電流。所述充電信號米集模塊5 電阻R6 —端接充電器I充電狀態(tài)信號，另一端經(jīng)電阻R13接地。電阻R13非接地端經(jīng)電阻R9接至智能控制器8中單片機U3的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的另一個引腳，該引腳經(jīng)電容C4接地。充電器I的充電狀態(tài)信號經(jīng)電阻分壓器降低為智能控制器8中單片機U3引腳的可接受電壓范圍內(nèi)，經(jīng)電阻R9限流、電容C4濾波后，輸入到智能控制器8中，單片機U3將該電壓采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，供程序判斷電池是否充滿或正在充電。所述穩(wěn)壓電源模塊6 :穩(wěn)壓芯片U2 —端連接充電器I的輔助輸出，并通過電容C3接地，另一端與智能控制器8中單片機U3的電源引腳連接，并通過電容Cl和C2并聯(lián)后接地，第三端接地。其用于將充電器I輔助輸出端輸出的+7伏到+30伏之間的直流電降低并穩(wěn)壓，給智能控制器8中單片機U3正常運行提供合適的直流電壓。所述時鐘振蕩模塊7 :電容C5與電容C7 —端相連并接地，另一端分別接至智能控制器8中單片機U3的時鐘振蕩輸入兩引腳。晶振Yl兩端分別接電容C5和電容C7的非接地端。該模塊給智能控制器8中單片機U3提供工作所需的高頻時鐘信號。所述智能控制器8 :內(nèi)部含有控制算法程序的單片機U3。該程序流程(見附圖3)如下程序開始，配置I/o 口，斷開充電器I主要輸出，初始化模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器和PWM，接通充電器I主要輸出。啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器，檢測充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)電壓，檢測充電器I充電狀態(tài)。判斷若接入電池，啟動PWM，產(chǎn)生一定頻率、一定占空比的方波信號，同時啟動定時器，進行充電時間、暫停時間、放電時間定時。給充電控制電路2輸入PWM方波信號，充電器I對電池進行正脈沖充電，充電時間到，暫停充電，暫停時間到，給放電控制電路4輸APWM方波信號，充電器I對電池進行負脈沖放電，放電時間到，暫停放電，暫停時間到，再次進行正脈沖充電，暫停，放電，暫停，如此循環(huán)。若電池充滿，關(guān)閉PWM，關(guān)閉充電和放電。若充電結(jié)束拔下電池，則充電控制電路2和放電控制電路4保持在斷開狀態(tài)，充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)無電壓輸出。

[0014]附圖1為本實用新型一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)在一種實施方式中的方框圖；附圖2為本實用新型一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)的最佳實施例的電路組成圖；附圖3為本實用新型一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)的最佳實施例的充放電電流波形圖；附圖4為本實用新型一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)的最佳實施例的程序流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖1-4，詳細說明本實用新型的最佳實施例本實用新型的一種動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，用于通過單片機控制實現(xiàn)一種用于動力電池的正脈沖充電和負脈沖放電交替進行的新型充電方式，其包括充電器I，充電控制電路2，主輸出電壓采集模塊3，放電控制電路4，充電信號采集模塊5，穩(wěn)壓電源模塊6，時鐘振蕩模塊7和含有控制算法程序的智能控制器8。接通電源，充電器I得電運行，主要電壓輸出端輸出大小受限的電壓到PMOS管Ql的源極，輔助電壓輸出端輸出+7伏到+30伏之間的電壓給穩(wěn)壓芯片U2，穩(wěn)壓芯片U2將此電壓降低穩(wěn)定并經(jīng)電容Cl和電容C2濾波后輸入單片機U3的電源引腳，單片機U3上電，運行內(nèi)部程序配置與電阻R9、電阻R16分別相連的引腳為模數(shù)轉(zhuǎn)換模式，配置與電阻R8、電阻RlO分別相連的引腳為普通I/O模式，輸出低電平給電阻R10，該低電平經(jīng)二極管Dl作用在三極管Q4基極，三極管Q4集電極與發(fā)射極不導通，電阻R4無電流流過，PMOS管Ql柵極與源極間無電壓差，源極與漏極不導通，斷開了充電器I主要電壓輸出端與正負脈沖充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)的連接，使系統(tǒng)輸出端(OUT)無電壓。輸出低電平給電阻R8，三極管Q5基極為低電平，集電極與發(fā)射極不導通，電阻R5無電流流過，三極管Q2發(fā)射極與基極無電壓差，發(fā)射極與集電極不導通，電阻R14非接地端為低電位，該低電位經(jīng)電阻R7作用在NMOS管Q3的柵極，NMOS管Q3漏極和源極不導通，使功率電阻R3無電流流過。初始化模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器和PWM。啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換，采集電阻R15與電阻R17連接處的電壓值，通過電阻分壓比計算出充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)的電壓值。采集電阻R6與電阻Rl3連接處的電壓值，通過電阻分壓比計算出充電器I的充電狀態(tài)信號。接上電池，單片機U3檢測到充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)電壓(SP電池電壓)低于電壓閥值1，并且充電器I的充電狀態(tài)信號為正在充電信號，啟動PWM，產(chǎn)生一定頻率、一定占空比的PWM方波，該PWM方波經(jīng)電阻RlO和二極管Dl作用在三極管Q4基極，三極管Q4集電極與發(fā)射極也以一定頻率、一定占空比導通和斷開，通過電阻R4作用在PMOS管Ql柵極，使PMOS管Ql源極和漏極也經(jīng)一定頻率、一定占空比導通和斷開，將充電器I主要輸出端輸出的電壓斬波，形成一定頻率、一定占空比的脈沖電壓，作用在電池上，對電池進行正脈沖充電，與此同時，開啟定時器，進行時間I定時，當定時時間I到時，關(guān)閉PWM，輸出低電平到電阻R10，斷開PMOS管源極和漏極，暫停對電池充電。使用定時器，進行時間2定時，當定時時間2到時，啟動PWM，產(chǎn)生一定頻率、一定占空比的PWM方波，該PWM方波經(jīng)電阻R8控制三極管Q5基極，三極管Q5集電極與發(fā)射極經(jīng)一定頻率、一定占空比導通和斷開，使三極管Q2的發(fā)射極與集電極也經(jīng)一定頻率、一定占空比導通和斷開，使電阻R14非接地端產(chǎn)生一定頻率、一定占空比的PWM方波電壓，該電壓經(jīng)電阻R7作用在NMOS管Q3柵極，使NMOS管Q3漏極與源極也以一定頻率、一定占空比導通和斷開，將電池輸出的電壓斬波，形成一定頻率、一定占空比的脈沖電壓，作用在功率電阻R3上，對電池進行負脈沖放電，與此同時，使用定時器，進行時間3定時，當定時時間3到時，關(guān)閉PWM，輸出低電平到電阻R8，斷開NMOS管Q3漏極和源極，暫停對電池放電，此時再進行時間2定時，當定時時間2到時，再啟動PWM，產(chǎn)生一定頻率、一定占空比的PWM方波，作用在PMOS管Ql上，對電池再進行正脈沖充電，如此循環(huán)。當檢測到充電器I的充電狀態(tài)為已充滿狀態(tài)時，單片機關(guān)閉PWM，輸出低電平到電阻RlO和電阻R8，停止對電池正脈沖充電和負脈沖放電，保護電池不會過充。當檢測到充放電系統(tǒng)輸出端(OUT)電壓高于電壓閥值I時，認為電池電壓過高，則關(guān)閉PWM，輸出低電平到電阻RlO和電阻R8，停止對電池正脈沖充電和負脈沖放電。保護電池不因過壓損壞。本實用新型的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，通過單片機做為控制芯片，根據(jù)電池電壓和充電狀態(tài)對電池進行正負脈沖交替充放電，具有以下優(yōu)點I、智能，可靠，不會出現(xiàn)誤動作，具備過壓，過充保護；2、脈沖充電，提高電池的電流接受能力，可以增大充電電流，縮短充電時間；3、大幅度窄脈沖放電，減少電池析氣，降低電池溫升，減少失水，延長電池使用壽命O 以上所述的本實用新型實施方式，并不構(gòu)成對本實用新型保護范圍的限定。任何在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，其特征在于包括充電器(1)，充電控制電路(2)，主輸出電壓采集模塊(3)，放電控制電路(4)，充電信號采集模塊(5),穩(wěn)壓電源模塊(6)，時鐘振蕩模塊(7)和含有控制算法程序的智能控制器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于動力電池正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的充電器(1)，是一種由脈寬調(diào)制芯片控制的，具有電壓限制和電流限制作用的主要電壓輸出端和輸出電壓在+7伏到+30伏之間的輔助電壓輸出端，并具有充電狀態(tài)指示的開關(guān)電源電路系統(tǒng)； 所述的充電控制模塊(2)，PMOS管Ql源極接充電器主要電壓輸出端，漏極做為充放電控制系統(tǒng)的輸出端(0UT)，用于接電池，柵極通過電阻R4接三極管Q4集電極；電阻Rl接在PMOS管Ql源極和柵極之間；三極管Q4發(fā)射極接地，基極接二極管Dl陰極；二極管Dl陽極通過電阻RlO與智能控制器(8)中單片機U3 —個普通I/O引腳連接；電阻Rll接在三極管Q4基極與發(fā)射極之間； 所述的主輸出電壓采集模塊(3 )，電阻Rl5 —端接充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT )，另一端經(jīng)電阻R17接地；電阻R17非接地端經(jīng)電阻R16接至智能控制器(8)中單片機U3的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的一個引腳，該引腳經(jīng)電容C6接地； 所述的放電控制模塊(4)，NMOS管Q3源極接地，漏極通過功率電阻R3接充放電控制系統(tǒng)輸出端(0UT)，柵極通過電阻R7接三極管Q2集電極；三極管Q2集電極通過電阻R14接地，發(fā)射極接充電器(I)輔助電壓輸出端，基極通過電阻R5接三極管Q5集電極；電阻R2接在三極管Q2發(fā)射極和基極之間；三極管Q5發(fā)射極接地，基極通過電阻R8接智能控制器(8)中單片機U3另一個普通I/O引腳；電阻R12接在三極管Q5發(fā)射極與基極之間； 所述的充電信號采集模塊(5)，電阻R6 —端接充電器(I)充電狀態(tài)信號，另一端經(jīng)電阻R13接地；電阻R13非接地端經(jīng)電阻R9接至智能控制器(8)中單片機U3的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的另一個引腳，該引腳經(jīng)電容C4接地； 所述的穩(wěn)壓電源模塊(6)，穩(wěn)壓芯片U2—端連接充電器(I)的輔助輸出，并通過電容C3接地，另一端與智能控制器(8)中單片機U3的電源引腳連接，并通過電容Cl和C2并聯(lián)后接地，第三端接地； 所述的時鐘振蕩模塊(7)，電容C5與電容C7 —端相連并接地，另一端分別接至智能控制器(8)中單片機U3的時鐘振蕩輸入兩引腳；晶振Yl兩端分別接電容C5和電容C7的非接地端； 所述的智能控制器(8)，內(nèi)部含有控制算法程序的單片機U3 ;該程序流程為程序開始，配置I/O 口，斷開充電器(I)主要輸出，初始化模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器和PWM，接通充電器(I)主要輸出；啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器，檢測充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)電壓，檢測充電器(I)充電狀態(tài)；判斷若接入電池，啟動PWM，產(chǎn)生一定頻率、一定占空比的方波信號，同時啟動定時器，進行充電時間、暫停時間、放電時間定時；給充電控制電路(2 )輸入PWM方波信號，充電器(I)對電池進行正脈沖充電，充電時間到，暫停充電，暫停時間到，給放電控制電路(4 )輸入PWM方波信號，充電器(I)對電池進行負脈沖放電，放電時間到，暫停放電，暫停時間到，再次進行正脈沖充電，暫停，放電，暫停，如此循環(huán)；若電池充滿，關(guān)閉PWM，關(guān)閉充電和放電；若充電結(jié)束拔下電池，則充電控制電路(2)和放電控制電路(4)保持在斷開狀態(tài)，充放電控制系統(tǒng)輸出端(OUT)無電壓輸出。
專利摘要本實用新型提供了一種用于動力電池充電器的正負脈沖充放電控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)一種對動力電池進行正脈沖和負脈沖交替充放電的新型充電方式的充電器，其包括充電器(1)，充電控制電路(2)，主輸出電壓采集模塊(3)，放電控制電路(4)，充電信號采集模塊(5)，穩(wěn)壓電源模塊(6)，時鐘振蕩模塊(7)和智能控制器(8)。本實用新型由于采用了單片機來控制充電器對電池進行正負脈沖充放電，具有智能化、可靠性高、無誤動作等優(yōu)點，并且由于電池采用了脈沖方式充電，提高電池的電流接受能力，從而提高充電電流，縮短了充電時間；大幅度的窄脈沖放電電流，減少電池析氣，改善電池極化，延長電池使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK202424264SQ201220041028
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者吳漢朝, 孫好庚 申請人:廣州市君盤實業(yè)有限公司