專利名稱：車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于車載電池充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置。
背景技術(shù)：
提高車載鋰離子動(dòng)力電池充電質(zhì)量的唯一方法是使充電規(guī)律嚴(yán)格按照美國科學(xué)家J. A. Mas理論曲線進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)高效率和延長電池使用壽命等目的。這種曲線簡(jiǎn)稱“Mas 曲線”或“充電曲線”。根據(jù)J. A. Mas理論，最佳充電模式就是使每一種電池的充電規(guī)律嚴(yán)格按照固有可接受的Mas曲線進(jìn)行。只有這樣，才能使得充電效率最高、充電時(shí)間最短、電池的使用壽命最長。然而，由于電池的種類、制造工藝、環(huán)境溫度、使用/擱置時(shí)間、當(dāng)前電池SOC值、充電方法以及充電過程中的參數(shù)變化趨勢(shì)等因素影響，即使同一類電池，其可接受Mas曲線各不相同。目前的充電器，對(duì)于同類電池均按照同一曲線充電，必然導(dǎo)致充電規(guī)律的不匹配， 從而嚴(yán)重影響電池壽命和充電效果。特別是對(duì)于由多塊電池組成的動(dòng)力電池組，由于水桶效應(yīng)，最終致使整個(gè)電池組不能正常工作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題設(shè)計(jì)一種車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的獲取電池的Mas曲線，并使充電電流嚴(yán)格遵循該曲線軌跡進(jìn)行，提高充電質(zhì)量，延長電池壽命，實(shí)現(xiàn)無損傷充電。本實(shí)用新型的理論依據(jù)Mas(馬斯)理論指出，蓄電池在充電過程中任一時(shí)刻，如果充電電流處于在Mas曲線以下，為可接受的充電電流區(qū)。在此區(qū)間充電時(shí)，電流越小，其所需的充電時(shí)間越長；如果充電電流處于Mas曲線以上，則電流超過電池可接受的充電電流，雖充電速度提升，可能導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重，充電效率降低；如果充電電流沿著曲線軌跡變化， 可使電池充電效率高，充電時(shí)間短，并且對(duì)電池的容量和壽命沒有影響。因之準(zhǔn)確地估計(jì) Mas曲線是實(shí)現(xiàn)最佳充電的保障。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案一種車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置，由充電電路和充電控制監(jiān)控電路組成，充電電路將市電220V變換成380V直流電壓，經(jīng)過DC/DC變換，并且輸出電壓不經(jīng)過斬波，直接作為車載鋰離子動(dòng)力電池組的充電電源；充電控制監(jiān)控電路利用傳感器實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)估算Mas曲線，并以此曲線為依據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電路的輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無損傷充電。本實(shí)用新型采用橋式同步整流功率模塊MOSFET實(shí)現(xiàn)DC/DC變換。本實(shí)用新型采用NEC 0881單片機(jī)控制溫度、電壓、電流傳感器實(shí)時(shí)采集電池的電壓、電流及其變化率以及及環(huán)境溫度、電池內(nèi)部溫度信息。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果1、可以準(zhǔn)確獲得每一塊電池在任一次充電過程中的Mas曲線，為無損傷充電提供了保證；2、充電過程的發(fā)熱嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)，延長了電池使用壽命；3、實(shí)時(shí)在線測(cè)量電池溫度、充電電流、充電電壓等慢變參數(shù)，計(jì)算電池的SOC值， 保證電池充電容量達(dá)到最高；4、通過最佳估計(jì)求得當(dāng)前最佳充電電流，并預(yù)測(cè)Mas曲線的走向；5、采用數(shù)字PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)充電機(jī)工作，以保證其精度及可靠性。

圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖，圖2為本實(shí)用新型充電控制和監(jiān)控電路原理圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖1、2描述本實(shí)用新型的一種實(shí)施例。一種車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置，由充電電路和充電控制監(jiān)控電路組成，充電電路將市電220V變換成380V直流電壓，經(jīng)過DC/DC變換，并且輸出電壓不經(jīng)過斬波，直接作為車載鋰離子動(dòng)力電池組的充電電源；充電控制監(jiān)控電路利用傳感器實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)估算Mas曲線，然后，并以此曲線為依據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電路的輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無損傷充電。本實(shí)用新型采用橋式同步整流功率模塊MOSFET實(shí)現(xiàn)DC/DC變換。本實(shí)用新型采用NEC 0881單片機(jī)控制溫度、電壓、電流傳感器實(shí)時(shí)采集電池的電壓、電流及其變化率以及及環(huán)境溫度、電池內(nèi)部溫度信息。其中，對(duì)Mas曲線的估計(jì)采用動(dòng)態(tài)跟蹤的模式，包括數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)估計(jì)兩部分。數(shù)據(jù)采集包括電池電壓負(fù)增量及延時(shí)時(shí)間檢測(cè)，環(huán)境溫度、電池內(nèi)部溫度的檢測(cè)， 充電電流檢測(cè)，積累充電時(shí)間等；且各測(cè)量值應(yīng)在線進(jìn)行，即在其充電過程中進(jìn)行，使得測(cè)量值最貼近真實(shí)值；電池組中單體電池端電壓測(cè)量采用浮動(dòng)地技術(shù)該地接于被測(cè)電池負(fù)極，每次只測(cè)一個(gè)單體元；測(cè)量對(duì)象的轉(zhuǎn)換通過單片機(jī)控制的繼電器組實(shí)施，實(shí)現(xiàn)基于浮動(dòng)地的測(cè)量方法。估算Mas曲線的方法1、調(diào)出歷史紀(jì)錄，包括使用/擱置時(shí)間、已執(zhí)行過的Mas曲線、充電參數(shù)；2、利用數(shù)據(jù)采集程序采集的數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前電池荷電狀態(tài)(SOC)；3、以當(dāng)前SOC值為切入點(diǎn)，以原始Mas曲線對(duì)應(yīng)該點(diǎn)電壓/電流參數(shù)作為初始值， 啟動(dòng)充電過程；4、不斷將電池的采集參數(shù)作為新信息，估計(jì)當(dāng)前電池狀態(tài)；5、根據(jù)當(dāng)前電池狀態(tài)選擇最佳充電方式(定壓/限流；均衡；浮充；再生)；6、以當(dāng)前電池狀態(tài)為依據(jù)，外推SOC曲線走勢(shì)，通過kalman濾波求得充電過程每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的最佳參數(shù)；Kalman濾波是一種均方誤差意義下的最佳濾波器，適合于非平穩(wěn)過程(例如充電過程)的最佳估計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)平滑、濾波與外推功能，以便用來對(duì)特定電池在特定狀態(tài)下特定Mas曲線進(jìn)行精確估計(jì)。7、通過SOC值和電壓走勢(shì)，判斷充電程度，發(fā)出充電結(jié)束指令；[0031]8、紀(jì)錄充電過程，形成新的Mas曲線并存儲(chǔ)，作為下一次充電參考。本實(shí)用新型利用溫度、電壓、電流傳感器實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)信息，再利用Kalman 濾波求得屬于每一塊電池的真實(shí)Mas曲線。然后，以此曲線為依據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電參數(shù)，使其能對(duì)電池進(jìn)行無損傷充電，使電池使用壽命最長、充電效率最高。
權(quán)利要求1.一種車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置，其特征是所述充電裝置由充電電路和充電控制監(jiān)控電路組成，充電電路將市電220V變換成380V直流電壓，經(jīng)過DC/DC變換，并且輸出電壓不經(jīng)過斬波，直接作為車載鋰離子動(dòng)力電池組的充電電源；充電控制監(jiān)控電路利用傳感器實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)估算Mas曲線，并以此曲線為依據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電路的輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無損傷充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置，其特征是采用橋式同步整流功率模塊MOSFET實(shí)現(xiàn)DC/DC變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置，其特征是采用NEC 0881單片機(jī)控制溫度、電壓、電流傳感器實(shí)時(shí)采集電池的電壓、電流及其變化率以及及環(huán)境溫度、電池內(nèi)部溫度信息。
專利摘要一種車載鋰離子動(dòng)力電池?zé)o損傷充電裝置，由充電電路和充電控制監(jiān)控電路組成，充電電路將市電220V變換成380V直流電壓，經(jīng)過DC/DC變換，并且輸出電壓不經(jīng)過斬波，直接作為車載鋰離子動(dòng)力電池組的充電電源；充電控制監(jiān)控電路利用傳感器實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)估算Mas曲線，并以此曲線為依據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電路的輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無損傷充電。本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的獲取電池的Mas曲線，并使充電電流嚴(yán)格遵循該曲線軌跡進(jìn)行，提高充電質(zhì)量，延長電池壽命，實(shí)現(xiàn)無損傷充電。
文檔編號(hào)H02J7/02GK202268731SQ201120316520
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者景占榮 申請(qǐng)人:陜西群力電工有限責(zé)任公司