專利名稱：一種鋰電池充電電源管理方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池充電電源管理技術領域，特別涉及一種機車電子設備中的鋰電池充電電源管理。
背景技術：
隨著鐵路的飛速發(fā)展，越來越多的電子設備應用到機車運行、維護的各個方面，其中有一部分電子設備需要在無任何外接電源的情況下進行工作，這就需要配備可反復充電的蓄電池，鋰電池因其優(yōu)越的性能在電子設備中得到了廣泛應用。機車DCllOV電源在過分相區(qū)時不會斷電，故一般用作充電輸入電源。但該電源只有在司機通過受電鑰匙開啟供電開關，才能加載到機車直流線路上，一般每天都會中斷供電和反復上電。已有的機車電子產(chǎn)品一般在外部電源上電就開始對鋰電池充電，而不管鋰電池剩余多少電量，這使得每次機車運行時就會對鋰電池進行充電，這種頻繁充電會嚴重影響鋰電池使用壽命。并且輸入電源的反復通斷，對后續(xù)電路的沖擊也會嚴重影響這些電路的使用壽命。本發(fā)明正是針對上述充電方式不足，提出一種鋰電池充電電源管理方法，并根據(jù)這種方法提供了一種鋰電池充電電源管理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鋰電池充電電源管理方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有充電電源加載方式對鋰電池壽命的影響。一種鋰電池充電電源管理方法，包括如下步驟
Al 輸入電源上電，電源輸入開關自動閉合，給電池電壓檢測單元提供電源；同時，電源輸入控制單元開始計時，計時時間為2 3s ；
A2 若檢測到電池電壓高于額定電壓，則不作任何處理，等待電源輸入開關控制單元計時時間到，將電源輸入開關斷開，轉入步驟A4;若檢測到電池電壓低于額定電壓，則旁路電源輸入控制單元，不讓其斷開電源輸入開關，同時，接通鋰電池進行充電；
A3 在充電過程中實時檢測電池電壓，并判斷電壓是否超出額定電壓的10%，若是則解除電源輸入開關的旁路，斷開電源輸入開關； A4:等待下一次輸入電源上電，返回Al。根據(jù)所述鋰電池充電電源管理方法，本發(fā)明還提供了一種鋰電池充電電源管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的鋰電池是指鋰電池包(7 )，其額定電壓為7. 4V。一種鋰電池充電電源管理系統(tǒng)，包括分別與鋰電池正極相連的電壓檢測與控制模塊(6)和充電電路(5)，及分別與所述電源檢測和充電控制模塊(6)、保護模塊1 (1)和保護模塊2 (3)相連的電源輸入控制模塊(2)，保護模塊1 (1)與DCllOV輸入電源相連，所述系統(tǒng)還包括DC/DC電源模塊(4)分別與保護模塊2 (3)和充電電路(5)相連，并連接電壓檢測和充電控制模塊(6)的電源端。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的電源輸入控制模塊(2 )包括阻容電路和基極連接于阻容串聯(lián)點的三極管，利用阻容電路在上電時的充電延時，短時控制三極管處于飽和狀態(tài)，使串接于三極管發(fā)射極的繼電器Kl線圈得電，繼電器Kl的常開觸頭兩端分別連接保護模塊1和保護模塊2接通輸入電源。電源輸入控制模塊中阻容電路的延時時間為2 3s。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的電壓檢測與充電控制模塊(6)由型號為STC12C5204AD的單片機為核心，為保證檢測鋰電池電壓的準確性，所述模塊采用 STC12C5204AD的兩路A/D通道Pl. 0和Pl. 1分別連接鋰電池和基準電壓源。STC12C5204AD 的Pl. 7 口連接由三極管和繼電器K2組成的充電控制電路，繼電器K2的一對常開觸頭分別連接充電電路與鋰電池包，另一對常開觸頭旁路電源輸入控制模塊。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的電壓檢測與充電控制模塊(6)的控制策略為 上電時若檢測到鋰電池電壓高于額定電壓，STC12C5204AD的Pl. 7 口保持低電平，使
TQ2-5V繼電器不動作，RTE24110繼電器在輸入電源控制模塊延時時間到后失電，斷開輸入電源；上電時若檢測到鋰電池電壓低于額定電壓時，STC12C5204AD的Pl. 7 口輸出高電平使 TQ2-5V繼電器動作，旁路輸入電源控制模塊(2)，并接通鋰電池進行充電；在充電過程中， 每隔IOs檢測一次電池電壓，每次采集10個電壓數(shù)據(jù)求出平均值作為電池電壓，當檢測電壓高于額定電壓的10%時，STC12C5204AD的Pl. 7 口輸出低電平，TQ2-5V繼電器失電，斷開鋰電池，解除輸入電源控制模塊(2 )的旁路，斷開輸入電源。采用所述鋰電池充電管理方法和實現(xiàn)系統(tǒng)，能減少充電電路的通電時間，減少鋰電池的充電次數(shù)和避免鋰電池一直處于接近滿容量的狀態(tài)，延長鋰電池及其充電電路的使用壽命。


圖1為本發(fā)明所述充電電源管理方法的流程圖。圖2為本發(fā)明所述充電電源管理系統(tǒng)的組成框圖。圖3為本發(fā)明所述充電電源管理系統(tǒng)的原理圖。
具體實施例方式為解決類似機車直流供電環(huán)境下的電子設備中鋰電池充電電源管理問題，本發(fā)明首先提供一種鋰電池充電電源管理方法，如圖1所示，本發(fā)明所述鋰電池充電電源管理方法包括如下步驟
51輸入電源上電；
52輸入控制開關閉合，電源輸入控制單元開始計時，電壓檢測單元開始工作；
53電壓檢測單元檢測鋰電池電壓；
S4:充電控制單元判斷鋰電池電壓值，若電壓值高于額定電壓，則轉入S9，若電壓值低于額定值則繼續(xù)執(zhí)行S5 ；
55充電控制單元輸出控制信號旁路輸入控制開關，并接通鋰電池充電開關對鋰電池充電；
56在充電過程中，電壓檢測單元不斷檢測鋰電池電壓；
57充電控制單元判斷鋰電池電壓，若電壓值未超出電池額定電壓的10%，則返回S6繼續(xù)檢測鋰電池電壓；否則順序執(zhí)行S8 ；S8 充電控制單元輸出控制信號解除對輸入控制開關的旁路，斷開充電控制開關，轉入步驟Sll ；
S9:上電時若檢測到電池電壓高于額定電壓，充電開關保持斷開狀態(tài)，鋰電池不會有充電電源輸入；
510等待輸入控制單元延遲時間到，執(zhí)行步驟Sll ；
511斷開輸入控制開關，輸入控制開關的后續(xù)電路不帶電?？紤]到鋰電池充電是一個電池電壓緩慢上升的過程，在步驟S6中檢測電壓可以隔一段時間取樣一次，如5 30s檢測一次，在檢測過程中為保證取樣電壓的準確性，每次檢測可以采集多個樣本，并對樣本進行均值或中值濾波。本發(fā)明還提供一種應用上述方法的鋰電池充電電源管理系統(tǒng)，如圖2描述了系統(tǒng)的組成，包括分別與鋰電池(7)正極相連的電壓檢測與控制模塊(6)和充電電路(5)，及分別與所述電源檢測和充電控制模塊(6)、保護模塊1 (1)和保護模塊2 (3)相連的電源輸入控制模塊(2)，保護模塊1 (1)與DCllOV輸入電源相連，所述系統(tǒng)還包括DC/DC電源模塊 (4)分別與保護模塊2和充電電路相連，并連接電壓檢測和充電控制模塊(6)的電源端。圖3是所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的原理圖。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的保護模塊1 (1)包括與DCllOV電源相連的熔斷器FU1，并接于電源正負極的用于濾波處理的電容器C3，串接用于防反接保護二極管Dl作為，采用瞬態(tài)抑制二極管TVSl和壓敏電阻URl作浪涌保護。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的電源輸入控制模塊(2)包括由R2、R37、C1和C2組成的阻容電路，連接三極管Ql的基極，在上電時的充電延時控制三極管Ql處于飽和狀態(tài)， 使串接于三極管繼電器Kl的線圈得電，Kl常開觸頭的兩端分別聯(lián)接保護模塊1和保護模塊2。電源輸入控制模塊中阻容電路的延時時間為2 3s。該模塊中的電阻R3串接于三級管的基極，用于保護三級管Ql不被擊穿，R4為阻容延時電路的放電電阻，D2為并接于繼電器Kl的線圈兩端，為續(xù)流二極管。所述三極管Q2型號為A94，繼電器Kl型號為RTE24110。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的保護模塊2 (3)包括由安規(guī)電容C5、C6和共模電感Tl組成共模電壓抑制電路、用于浪涌保護的瞬態(tài)抑制二極管TVS2以及由C4、C6、C7組成濾波電路。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的DC/DC電源模塊(4)包括電源模塊DYl和濾波電容C9、C22，DC/DC電源模塊輸出電源接于電壓檢測與充電控制模塊的電源輸入端，所述模土夬 DYl 型號為 WD12-110S12。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的充電電路(5)包括由R44和LED4組成的電源指示電路、由功率電阻Rll和R36組成的限流電路以及由二極管D3和K2C觸頭組成的充電開關電路。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的電壓檢測與充電控制模塊(6)由單片機MCU為核心，其兩路A/D通道Pl. 0和Pl. 1分別采集鋰電池電壓和基準電壓，STC12C5204AD的Pl. 7 口連接由三極管和繼電器K2組成的充電控制電路，繼電器K2的一對常開觸頭分別連接充電電路與鋰電池包，另一對常開觸頭旁路電源輸入控制模塊(2)。精密電阻R9和R41組成了鋰電池的分壓電路，以保證所采集的電壓信號在MCU所允許的范圍之內(nèi)，R39和C34組成的阻容濾波電路使采集的信號比較平滑。所述模塊的基準電壓電路的核心器件是三端穩(wěn)壓器D7，其型號為LM4040CIZ-2. 5，所述基準電壓為2. 5V。電壓檢測與充電控制模塊的充電控制由MCU的Pl. 7 口輸出控制信號，驅(qū)動由三極管Q2和繼電器K2組成的充電控制電路，K2 的常開觸頭K2B和K2C分別用于旁路電源輸入控制模塊O)的Ql使Kl保持得電，以及接通充電電路(5)充電開關。R7、R38和C30組成的降壓濾波電路，以防單片機上電時引腳上的高電平會使三極管Q2飽和導通以致繼電器K2產(chǎn)生誤動作。R15為限流電阻保護三極管 Q2，D8為繼電器K2的續(xù)流二極管。MCU的5V工作電源由三端穩(wěn)壓器DY6提供，所述模塊中的繼電器K2的型號為TQ2-5V。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的電壓檢測與充電控制模塊的控制策略為
上電時若檢測到鋰電池電壓高于額定電壓，MCU的Pl. 7 口輸出低電平，繼電器K2不動作，繼電器Kl在輸入電源控制模塊(2)延時時間到后失電，斷開輸入電源；上電時若檢測到鋰電池電壓低于額定電壓時，MCU的Pl. 7 口輸出高電平使K2動作，常開觸頭K2B旁路輸入電源控制模塊(2)，常開觸頭K2C接通鋰電池進行充電；在充電過程中，每隔IOs檢測一次電池電壓，每次采集10個電壓數(shù)據(jù)求出平均值作為電池電壓，當檢測電壓高于額定電壓的10%時，M⑶的Pl. 7 口輸出低電平，K2繼電器失電，K2C斷開鋰電池，K2B解除輸入電源控制模塊(2)的旁路，輸入電源斷開。所述鋰電池充電電源管理系統(tǒng)的鋰電池包(7)由兩只鋰電池串聯(lián)組成，內(nèi)含過充過放等功能的保護板，額定電壓為7. 4V。采用所述鋰電池充電管理方法和實現(xiàn)系統(tǒng)，能減少鋰電池的充電次數(shù)和避免鋰電池一直處于接近滿容量的狀態(tài)，延長鋰電池及其充電電路的使用壽命。以上所述的本發(fā)明的實施方式，并非成為本發(fā)明保護范圍的限定，倘若對本發(fā)明實施方式進行各種變形或修改，但尚在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，均應包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種鋰電池充電電源管理方法，其特征在于，包括如下步驟Al 輸入電源上電，電源輸入開關自動閉合，給電池電壓檢測單元提供電源；同時，電源輸入控制單元開始計時；A2 若檢測到電池電壓高于額定電壓，則不作任何處理，等待電源輸入開關控制單元計時時間到，將電源輸入開關斷開，轉入步驟A4;若檢測到電池電壓低于額定電壓，則旁路電源輸入控制單元，不讓其斷開電源輸入開關，同時，接通鋰電池進行充電；A3 在充電過程中實時檢測電池電壓，并判斷電壓是否超出額定電壓的10%，若是則解除電源輸入開關的旁路，斷開電源輸入開關；A4:等待下一次輸入電源上電，返回Al。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟Al中電源輸入控制單元的計時時間為2 3S。
3.一種鋰電池充電電源管理系統(tǒng)，其特征在于，包括分別與鋰電池(7)正極相連的電壓檢測與控制模塊(6)和充電電路(5)，及分別與所述電源檢測和充電控制模塊(6)、保護模塊1 (1)和保護模塊2 (3)相連的電源輸入控制模塊(2)，保護模塊1 (1)與DCllOV輸入電源相連，所述系統(tǒng)還包括DC/DC電源模塊(4)分別與保護模塊2 (3)和充電電路(5)相連，并連接電壓檢測和充電控制模塊(6)的電源端。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，電源輸入控制模塊(2)包括充電時間為纊3s 的阻容電路、三極管和繼電器K1，其中電容一端接于電源地，另一端連接三極管的基極，三極管的發(fā)射極連接繼電器Kl線圈，繼電器Kl常開觸頭的兩端分別連接保護模塊1 (1)和保護模塊2 (3)。
5.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓檢測與充電控制模塊(6)由型號為 STC12C5204AD的單片機為核心，其兩路A/D通道Pl. 0和Pl. 1分別采集鋰電池電壓和基準電壓，STC12C5204AD的Pl. 7 口連接由三極管和繼電器K2組成的充電控制電路，繼電器K2 的一對常開觸頭分別連接充電電路(5)與鋰電池包(7)，另一對常開觸頭旁路電源輸入控制模塊(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰電池充電電源管理方法，根據(jù)輸入電源上電時檢測的鋰電池電壓決定是否進行充電，若需充電才接通充電開關，并在充電過程中實時檢測電池電壓，當充電超出電池額定電壓的10%時停止充電，并斷開外部電源。本發(fā)明還公開了一種用于實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，輸入電源經(jīng)保護模塊1(1)給其他模塊提供電源，電源輸入控制模塊(2)在上電時提供短時電源，電壓檢測與充電控制模塊(6)根據(jù)電池電壓檢測情況由繼電器K2控制繼電器K1的通斷，DC/DC電源模塊(4)將輸入電壓轉換至模塊電路工作電壓，充電電路(5)經(jīng)繼電器K2的一對常開觸頭連接鋰電池(7)。采用所述發(fā)明可避免因鋰電池被頻繁充電和長期處于滿容量狀態(tài)而影響其使用壽命。
文檔編號H02J7/02GK102496995SQ20111042197
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權日2011年12月16日
發(fā)明者尹路, 易吉良, 蔡葉菁, 黃曉峰, 齊夢, 龍永紅 申請人:湖南工業(yè)大學