專利名稱：一種緩沖式充電系統(tǒng)及其充電電量的計(jì)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池充電技術(shù)，特別是涉及一種應(yīng)用儲(chǔ)能器對(duì)蓄電池及電池組進(jìn)行充電的緩沖式充電系統(tǒng)及其充電電量的計(jì)量方法。
背景技術(shù)：
蓄電池尤其是鉛酸式蓄電池作為一種能量轉(zhuǎn)存裝置，在后備電源、機(jī)車等眾多領(lǐng) 域，有著重要的應(yīng)用。目前，圍繞著如何提高充電效率、延長(zhǎng)電池使用壽命、縮短充電時(shí)間等 關(guān)鍵技術(shù)，提出了多種充電方法，從早期的恒壓、恒流，到目前的三段式充電理論、脈沖式充 電理論等，眾多依據(jù)以上理論的充電設(shè)備已經(jīng)商品化，并形成了規(guī)?？捎^的產(chǎn)業(yè)。蓄電池是依靠?jī)?nèi)部電化學(xué)反應(yīng)來(lái)存儲(chǔ)能量及產(chǎn)生能量的裝置，無(wú)論是對(duì)其進(jìn)行充 電還是放電，其內(nèi)部的電化學(xué)過(guò)程比較復(fù)雜。但分析其充電過(guò)程中充電電流的變化過(guò)程，可 以得出充電電流基本按一定的方式遞減，其放電電流，遵循基本相同的規(guī)律。如果能提供一 種充電方式，在一次充電過(guò)程中，能較好的模擬蓄電池在充電過(guò)程中充電電流的實(shí)際變化 曲線，則無(wú)論是對(duì)于蓄電池的使用壽命的延長(zhǎng)、充電時(shí)間的縮短、充電效率的提高勢(shì)必帶來(lái) 極大的改觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種通過(guò)交換緩沖式的充電系 統(tǒng)，對(duì)蓄電池的實(shí)際充電電流曲線進(jìn)行最佳模擬，從而達(dá)到提高充電效率、縮短充電時(shí)間、 延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的目的。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)將電能存儲(chǔ)在具有相似放電電流規(guī)律的儲(chǔ)能部 件內(nèi)部，然后通過(guò)儲(chǔ)能部件對(duì)被充電的電池放電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充電目的的緩沖式充電系統(tǒng) 及其充電電量的計(jì)量方法。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)包括直流源和電池，所述直流源和電 池之間順序電連接緩沖開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能器和交換開(kāi)關(guān)；所述緩沖開(kāi)關(guān)和交換開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)部分電 連接驅(qū)動(dòng)模塊；所述驅(qū)動(dòng)模塊電連接CPU及存貯器；所述CPU存貯器還電連接顯示打印單 元、負(fù)脈沖單元、電池檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)脈沖單元和電池檢測(cè)單元電連接電 池的接口 ；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器。一種適用于上述緩沖式充電系統(tǒng)的充電電量的計(jì)量方法，所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元將每 次儲(chǔ)能器放電期間的開(kāi)始和結(jié)束的電壓值記錄并保存在CPU及存貯器的存貯器中，計(jì)算出 每次放電期間的電量值，將充電期間的電量值累加起來(lái)，就得出本次充到電池內(nèi)部的電量， 實(shí)時(shí)在顯示打印單元的顯示器上顯示，必要時(shí)通過(guò)顯示打印單元的打印設(shè)備打印。本發(fā)明的目的還可以通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)所述直流電源為直流源1-直 流源M、電池接口為Xl-XN ；所述直流電源和電池接口之間順序電連接緩沖開(kāi)關(guān)陣列，儲(chǔ)能 器組和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)部分電連接驅(qū)動(dòng)模塊；所 述驅(qū)動(dòng)模塊電連接CPU及存貯器；所述CPU存貯器還電連接顯示打印單元、負(fù)脈沖單元、電 池檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)脈沖單元和電池檢測(cè)單元電連接電池接口的Xl-XN ；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器組的每個(gè)個(gè)體。所述儲(chǔ)能器組由儲(chǔ)能器1-儲(chǔ)能器K組成，每個(gè)單體與緩沖開(kāi)關(guān)陣列，交換開(kāi)關(guān)陣列和儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接。一種適用于上述緩沖式充電系統(tǒng)的充電電量的計(jì)量方法，所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元將每 次儲(chǔ)能器放電期間的開(kāi)始和結(jié)束的電壓值記錄并保存在CPU及存貯器的存貯器中，計(jì)算出 每次放電期間的電量值，將充電期間的電量值累加起來(lái)，就得出本次充到電池內(nèi)部的電量， 實(shí)時(shí)在顯示打印單元的顯示器上顯示，必要時(shí)通過(guò)顯示打印單元的打印設(shè)備打印。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)充分利用儲(chǔ)能器放電電流曲線與電池的 充電電流曲線一致的電氣特性，提供一種最佳的電池充電方式，提高了充電速度，延長(zhǎng)了電 池的使用壽命。還能夠?qū)⒊潆姷臄?shù)據(jù)保存、顯示并打印出來(lái)。適合于各種蓄電池及蓄電池 組充電。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1電氣原理框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2電氣原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1參照附圖1 包括直流源和電池，所述直流源和電池之間順序電連接緩沖 開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能器和交換開(kāi)關(guān)；所述緩沖開(kāi)關(guān)和交換開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)部分電連接驅(qū)動(dòng)模塊；所述驅(qū) 動(dòng)模塊電連接CPU及存貯器；所述CPU存貯器還電連接顯示打印單元、負(fù)脈沖單元、電池檢 測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)脈沖單元和電池檢測(cè)單元電連接電池的接口 ；所述儲(chǔ)能檢 測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器。實(shí)施例1的充電電量的計(jì)量方法，所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元將每次儲(chǔ)能器放電期間的開(kāi) 始和結(jié)束的電壓值記錄并保存在CPU及存貯器的存貯器中，計(jì)算出每次放電期間的電量 值，將充電期間的電量值累加起來(lái)，就得出本次充到電池內(nèi)部的電量，實(shí)時(shí)在顯示打印單元 的顯示器上顯示，必要時(shí)通過(guò)顯示打印單元的打印設(shè)備打印。實(shí)施例2參照附圖2 所述直流電源為直流源1-直流源M、電池接口為Xl-XN ；所 述直流電源和電池接口之間順序電連接緩沖開(kāi)關(guān)陣列，儲(chǔ)能器組和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩 沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)部分電連接驅(qū)動(dòng)模塊；所述驅(qū)動(dòng)模塊電連接CPU及存貯 器；所述CPU存貯器還電連接顯示打印單元、負(fù)脈沖單元、電池檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元； 所述負(fù)脈沖單元和電池檢測(cè)單元電連接電池接口的Xl-XN ；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能 器組的每個(gè)個(gè)體。所述儲(chǔ)能器組由儲(chǔ)能器1-儲(chǔ)能器K組成，每個(gè)單體與緩沖開(kāi)關(guān)陣列，交換開(kāi)關(guān)陣 列和儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接。實(shí)施例2的充電電量的計(jì)量方法與實(shí)施例1相同，不在贅述。在實(shí)施例中，所述接濾波器、驅(qū)動(dòng)模塊、緩沖開(kāi)關(guān)、緩沖開(kāi)關(guān)陣列、交換開(kāi)關(guān)、顯示 打印單元、負(fù)脈沖單元、交換開(kāi)關(guān)陣列、電池檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元采用成熟的現(xiàn)有技術(shù) 的電路或產(chǎn)品。
負(fù)脈沖單元的作用，是通過(guò)連續(xù)若干次以緩沖交換方式對(duì)電池進(jìn)行充電以后，負(fù) 脈沖單元可以對(duì)被充電電池實(shí)施一個(gè)短暫的放電過(guò)程，從而使充電過(guò)程具有一定的修復(fù)功 能。 所述CPU及存貯器采用成熟的現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，存貯器中能夠保存專用軟件和設(shè)置 的參數(shù)數(shù)據(jù)等。所述儲(chǔ)能器采用成熟的現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，例如優(yōu)選超級(jí)電容；所述儲(chǔ)能器組為超級(jí) 電容組。工作原理實(shí)施例1 如附圖1所示，直流源首先將電充給儲(chǔ)能器，然后由儲(chǔ)能器再給電池充 電，申請(qǐng)人自定義為緩沖式充電，這種緩沖取代了通常常用的降壓斬波電路，而且超級(jí)電容 的放電特性曲線與電池充電特性曲線非常接近，可以提高充電質(zhì)量和有效保護(hù)充電中的電 池。在本實(shí)施例中，電池之前還設(shè)置有負(fù)脈沖單元，其目的在CPU的控制下以負(fù)脈沖的方式 電池放電，其好處就是為了保護(hù)正在充電的電池。這種緩沖式充電由CPU及存貯器進(jìn)行全 局控制和管理。首先，電池檢測(cè)單元檢測(cè)到電池已經(jīng)連接，本系統(tǒng)才能進(jìn)入工作，如果沒(méi)有 接入電池，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)。當(dāng)儲(chǔ)能檢測(cè)單元檢測(cè)到儲(chǔ)能器的電壓低于某一設(shè)定值時(shí)， CPU及存貯器的CPU指令驅(qū)動(dòng)模塊接通緩沖開(kāi)關(guān)，同時(shí)斷開(kāi)交換開(kāi)關(guān)，直流源向儲(chǔ)能器充 電。當(dāng)儲(chǔ)能檢測(cè)單元檢測(cè)到儲(chǔ)能器的電壓達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，CPU及存貯器的CPU指令驅(qū) 動(dòng)模塊斷開(kāi)緩沖開(kāi)關(guān)，同時(shí)接通交換開(kāi)關(guān)，直流源向儲(chǔ)能器充電停止工作，同時(shí)儲(chǔ)能器開(kāi)始 向電池充電，直到儲(chǔ)能器的電壓低于于某一設(shè)定值時(shí)，又回復(fù)到先前的狀態(tài)進(jìn)行下一個(gè)循 環(huán)的緩沖和充電工作。當(dāng)電池檢測(cè)單元檢測(cè)到電池已經(jīng)充滿后，本系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入浮充狀態(tài)， 直到電池別拆除后，本系統(tǒng)才停止工作。實(shí)施例2 如附圖2所示，不難看出，本技術(shù)方案實(shí)施例是技術(shù)方案1實(shí)施例的擴(kuò) 展型。工作原理與技術(shù)方案1基本一樣，不同的是，直流源、緩沖開(kāi)關(guān)、儲(chǔ)能器、交換開(kāi)關(guān)和 電池分別被直流電源、緩沖開(kāi)關(guān)陣列、儲(chǔ)能器組、交換開(kāi)關(guān)陣列和電池接口取代，這里的電 池與電池接口的單個(gè)接口是同一個(gè)概念。在專用軟件的控制下，通過(guò)控制緩沖開(kāi)關(guān)陣列、儲(chǔ) 能器組、交換開(kāi)關(guān)陣列的斷通，實(shí)現(xiàn)緩沖充電。在本實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)檢測(cè)到的在線 電池中需要充電的電池個(gè)數(shù)，隨機(jī)地利用儲(chǔ)能器向任意的電池充電。這里所說(shuō)的需要充電 的電池個(gè)數(shù)是小于或者等于在線的電池個(gè)數(shù)。它們的緩沖充電工作是CPU及存貯器的CPU 通過(guò)控制緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列中的各個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)在線所有電池充 滿后，本系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入浮充狀態(tài)，直到所有電池別拆除后，本系統(tǒng)才停止工作。上述緩沖式充電系統(tǒng)充電電量的計(jì)量方法，來(lái)源于申請(qǐng)人推導(dǎo)出來(lái)的下列計(jì)算公 式①設(shè)第i次緩沖過(guò)程中超級(jí)電容的起始電壓為Vis，緩沖結(jié)束后為Vie，則本次緩沖 到超級(jí)電容內(nèi)部的電量Qi = CVie-CVis = C(Vie-Vis) = CAVp其中，Qi是第i次緩沖過(guò)程 中緩沖到超級(jí)電容內(nèi)部的電量；C為超級(jí)電容的容量，AVi是緩沖開(kāi)始到緩沖結(jié)束后超級(jí)電 容端電壓的變化量。②若經(jīng)過(guò)N次緩沖交換過(guò)程后，被充電對(duì)象已充電完成，則充入充電對(duì)象內(nèi)部的 總電量
<formula>formula see original document page 6</formula>其中Q是充電完成后交換到充電對(duì)象內(nèi)部的總電量。本發(fā)明的有益效果在于1、提供了一種緩沖交換式對(duì)電池進(jìn)行充電的方法。即首先將能量緩沖到中間的儲(chǔ) 能部件，再通過(guò)儲(chǔ)能部件的放電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電。如果儲(chǔ)能部件的放電電流曲線與電池 的充電電流曲線一致，則可以提供一種最佳的電池充電方式，提高了充電速度，延長(zhǎng)了電池 的使用壽命。2、由于可以采用超級(jí)電容器等電化學(xué)電容器作為緩沖的能量?jī)?chǔ)存部件。超級(jí)電容 具有容量大、內(nèi)阻低、充電速度快等特點(diǎn)，因此一次緩沖交換過(guò)程可將較多的電量交換到被 充電電池的內(nèi)部，所以可以降低電路中開(kāi)關(guān)器件的工作頻率，因此降低了系統(tǒng)的自身功耗。3、可以在緩沖交換過(guò)程中引入對(duì)電池瞬間放電的負(fù)脈沖，從而使緩沖交換的充電 過(guò)程對(duì)電池具有一定的修復(fù)功能。4、根據(jù)緩沖交換充電方法的基本原理，可以形成緩沖隊(duì)列式的一對(duì)一、一對(duì)多、多 對(duì)一、多對(duì)多等充電模式，實(shí)現(xiàn)多個(gè)直流源同時(shí)對(duì)多個(gè)被充電電池充電，因此能極大地提高 充電速度及充電效率。5、通過(guò)調(diào)節(jié)兩次相鄰交換過(guò)程的時(shí)間間隔，可以將充電效果控制在最佳狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種緩沖式充電系統(tǒng)，包括直流源和電池，其特征在于所述直流源和電池之間順序電連接緩沖開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能器和交換開(kāi)關(guān)；所述緩沖開(kāi)關(guān)和交換開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)部分電連接驅(qū)動(dòng)模塊；所述驅(qū)動(dòng)模塊電連接CPU及存貯器；所述CPU存貯器還電連接顯示打印單元、負(fù)脈沖單元、電池檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)脈沖單元和電池檢測(cè)單元電連接電池的接口；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器。
2.一種適用于權(quán)利要求1所述的緩沖式充電系統(tǒng)的充電電量的計(jì)量方法，其特征在 于所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元將每次儲(chǔ)能器放電期間的開(kāi)始和結(jié)束的電壓值記錄并保存在CPU及 存貯器的存貯器中，計(jì)算出每次放電期間的電量值，將充電期間的電量值累加起來(lái)，得出本 次充到電池內(nèi)部的電量，實(shí)時(shí)在顯示打印單元的顯示器上顯示，必要時(shí)通過(guò)顯示打印單元 的打印設(shè)備打印。
3.一種緩沖式充電系統(tǒng)，包括直流電源和電池接口，其特征在于所述直流電源為直 流源1-直流源M、電池接口為X1-XN ；所述直流電源和電池接口之間順序電連接緩沖開(kāi)關(guān)陣 列，儲(chǔ)能器組和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)部分電連接驅(qū)動(dòng) 模塊；所述驅(qū)動(dòng)模塊電連接CPU及存貯器；所述CPU存貯器還電連接顯示打印單元、負(fù)脈沖 單元、電池檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)脈沖單元和電池檢測(cè)單元電連接電池接口的 X1-XN ；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器組的每個(gè)儲(chǔ)能器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種緩沖式充電系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能器組由儲(chǔ)能器 1-儲(chǔ)能器K組成，每個(gè)儲(chǔ)能器與緩沖開(kāi)關(guān)陣列，交換開(kāi)關(guān)陣列和儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接。
5.一種適用于權(quán)利要求3或4所述的緩沖式充電系統(tǒng)的充電電量的計(jì)量方法，其特征 在于所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元將每次儲(chǔ)能器放電期間的開(kāi)始和結(jié)束的電壓值記錄并保存在CPU 及存貯器的存貯器中，計(jì)算出每次放電期間的電量值，將充電期間的電量值累加起來(lái)，就得 出本次充到電池內(nèi)部的電量，實(shí)時(shí)在顯示打印單元的顯示器上顯示，必要時(shí)通過(guò)顯示打印 單元的打印設(shè)備打印。
全文摘要
一種緩沖式充電系統(tǒng)及其充電電量的計(jì)量方法，所述緩沖式充電系統(tǒng)包括直流電源和電池接口，所述直流電源為直流源1-直流源M、電池接口為XI-XN；所述直流電源和電池接口之間順序電連接緩沖開(kāi)關(guān)陣列，儲(chǔ)能器組和交換開(kāi)關(guān)陣列；所述緩沖開(kāi)關(guān)陣列和交換開(kāi)關(guān)陣列的驅(qū)動(dòng)部分電連接驅(qū)動(dòng)模塊；所述驅(qū)動(dòng)模塊電連接CPU及存貯器；所述CPU存貯器還電連接顯示打印單元、負(fù)脈沖單元、電池檢測(cè)單元和儲(chǔ)能檢測(cè)單元；所述負(fù)脈沖單元和電池檢測(cè)單元電連接電池接口的X1-XN；所述儲(chǔ)能檢測(cè)單元電連接儲(chǔ)能器組的每個(gè)個(gè)體。本發(fā)明充分利用儲(chǔ)能器放電電流曲線與電池充電電流曲線一致的電氣特性，既提高了充電速度，又延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/34GK101807812SQ201010153438
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者周少軍, 張偉, 李勇周 申請(qǐng)人:張偉