本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性跟隨式智能充電方法及充電裝置。

背景技術(shù)：

二次電池能夠反復(fù)進(jìn)行充放電，具有良好的蓄電儲(chǔ)能特性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域及民用交通領(lǐng)域，能夠逐步替代燃油的使用，達(dá)到減排環(huán)保的目的。譬如電動(dòng)叉車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)及其它環(huán)保型電動(dòng)車(chē)就大量裝備使用了鉛酸電池或鋰離子電池。但目前市場(chǎng)上用戶普遍都反映兩個(gè)問(wèn)題：一是電池充電次數(shù)頻繁，每次充電后使用不了多久就要再次充電，二是電池的實(shí)際使用壽命通常只達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的1/2甚至更短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命；這二者使得二次電池的使用性價(jià)比降低，企業(yè)或個(gè)人不得不提前報(bào)廢大量舊電池，支付昂貴的費(fèi)用來(lái)更換新的電池，造成了社會(huì)資源的浪費(fèi)，不利于新能源政策的推廣實(shí)施。

究其實(shí)際原因，就是因?yàn)槭褂昧瞬磺‘?dāng)?shù)某潆娍刂品椒▽?dǎo)致了二次電池欠充或過(guò)充，即電池充不滿電或過(guò)早報(bào)廢。目前市面上電池充電設(shè)備的充電過(guò)程一般都采用：首先大電流恒流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到某個(gè)閾值(稍低于最高充電電壓)后轉(zhuǎn)為恒壓充電，之后任其充電電流逐漸減小。這種充電方式最大的缺點(diǎn)就是忽視了二次電池在充電的各個(gè)階段中的自然受電能力，在充電電流應(yīng)該減小的時(shí)候用大電流，應(yīng)該增大的時(shí)候反而用小電流；大電流恒流充電會(huì)使電池內(nèi)部活性物質(zhì)一直處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)克服阻力所產(chǎn)生的熱量沒(méi)有時(shí)間釋放，這就造成電池內(nèi)部的局部溫度一直升高，同時(shí)容易產(chǎn)生較多氣體；此處，蓄電池充電過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)析氣現(xiàn)象。析氣現(xiàn)象是指當(dāng)電極電位超過(guò)某一 特定值后，電解液會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，表現(xiàn)為負(fù)極析氫，正極析氧，這個(gè)特定的電壓值稱之為析氣電壓點(diǎn)。對(duì)于蓄電池而言，析氣電壓點(diǎn)為2.35v/節(jié)。進(jìn)入恒壓充電階段后也并未主動(dòng)將充電電流減小，多次惡劣充電后必然直接導(dǎo)致電池鼓脹，容量下降，縮短電池使用壽命；而且還存在較大的使用安全隱患，甚至可能發(fā)生電池冒煙起火的危險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于解決二次電池欠充、過(guò)充以及充電過(guò)程中溫升過(guò)高、析氣過(guò)多的技術(shù)問(wèn)題。

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的基本技術(shù)方案為：

具體的，本發(fā)明提供一種柔性跟隨式智能充電方法，其包括以下步驟：

對(duì)電池輸入預(yù)充電流進(jìn)行充電，直至電池電壓值大于放電時(shí)的截止電壓值，結(jié)束預(yù)充電階段；此處，所述預(yù)充電流范圍為0.04c～0.1c，此處c代表電池容量，單位用ah安時(shí)表示；

對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值，結(jié)束第一恒流充電階段；此處，所述第一恒流范圍為0.14c-0.5c，此處c代表電池容量，單位用ah安時(shí)表示；

對(duì)電池進(jìn)行恒壓恒流脈沖充電并使電池電壓的恒壓值始終保持低于所述最低析氣電壓值，持續(xù)30分鐘，結(jié)束恒壓恒流脈沖充電階段；

對(duì)電池恒壓充電，充電時(shí)使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值，直至充電電流降至所述第一恒流值的二分之一，結(jié)束第一恒壓充電階段；

對(duì)電池輸入第二恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值的1.05倍，結(jié)束第二恒流充電階段；

對(duì)電池恒壓充電，直至電池電流降至所述預(yù)充電電流，結(jié)束第二恒壓充電階段；

對(duì)電池輸入預(yù)充電電流，并將電池的總充電電壓設(shè)置為電池的最低析氣電壓值的1.1倍進(jìn)行充電，直至電池達(dá)到所設(shè)置的電壓值，結(jié)束均衡充電階段。

進(jìn)一步，所述恒壓恒流脈沖充電階段包括15個(gè)子循環(huán)充電階段，所述每個(gè)子循環(huán)充電階段充電持續(xù)2分鐘，每個(gè)子循環(huán)充電階段具體包括以下步驟：

對(duì)電池輸入預(yù)充電電流進(jìn)行充電，時(shí)間持續(xù)1分鐘；

對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至?xí)r間達(dá)到1分鐘或電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值。

進(jìn)一步，在第一恒壓充電階段，當(dāng)充電電流過(guò)大使電池電壓大于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第一充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值；當(dāng)充電電流偏小使電池電壓小于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第二充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值。

作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，本發(fā)明還提供一種柔性跟隨式智能充電裝置，其包括：

采集模塊，用于采集電池的電壓和電流，輸出采集信號(hào)；

充電模塊，根據(jù)所述采集信號(hào)，充電時(shí)，對(duì)電池輸入預(yù)充電流進(jìn)行充電，直至電池電壓值大于放電時(shí)的截止電壓值，結(jié)束預(yù)充電階段；對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值，結(jié)束第一恒流充電階段；對(duì)電池進(jìn)行恒壓恒流脈沖充電并使電池電壓的恒壓值始終保持低于所述最低析氣電壓值，持續(xù)三十分鐘，結(jié)束恒壓恒流脈沖充電階段；對(duì)電池恒壓充電，充電時(shí)使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值，直至充電電流降至所述第一恒流值的二分之一，結(jié)束第一恒壓充電階段；對(duì)電池輸入第二恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值的1.05倍，結(jié)束第二恒流充電階段；對(duì)電池恒壓充電，直至電池電流降至所述預(yù)充電電流，結(jié)束第二恒壓充電階段；對(duì)電池輸入預(yù)充電流，并將電池的總充電電壓設(shè)置為電池的最低析氣電壓值的1.1倍進(jìn)行充電，直至電池電壓值達(dá)到所設(shè)置的電壓值，結(jié)束 均衡充電階段；此處，所述預(yù)充電流范圍為0.04g～0.1c，此處c代表電池容量，單位用ah安時(shí)表示；所述第一恒流范圍為0.14c-0.5c，此處c代表電池容量，單位用ah安時(shí)表示。

進(jìn)一步，所述恒壓恒流脈沖充電階段包括15個(gè)子循環(huán)充電階段，所述每個(gè)子循環(huán)充電階段充電持續(xù)2分鐘，每個(gè)子循環(huán)充電階段具體包括以下步驟：

對(duì)電池輸入預(yù)充電流進(jìn)行充電，時(shí)間持續(xù)1分鐘；

對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至?xí)r間達(dá)到1分鐘或電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值。

進(jìn)一步，在第一恒壓充電階段，當(dāng)充電電流過(guò)大使電池電壓大于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第一充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值；當(dāng)充電電流偏小使電池電壓小于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第二充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值。

進(jìn)一步，所述充電模塊包括：

微處理器，根據(jù)所述采集信號(hào)，輸出電流控制信號(hào)；

充電電流匹配模塊，根據(jù)所述電流控制信號(hào)，輸出對(duì)應(yīng)不同充電階段的匹配電壓信號(hào)；

變頻控制模塊，根據(jù)所述匹配電壓信號(hào)，輸出變頻脈沖信號(hào)；

隔離驅(qū)動(dòng)模塊，根據(jù)所述變頻脈沖信號(hào)，輸出同相位驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

功率變換模塊，根據(jù)所述同相位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)電池進(jìn)行充電。

進(jìn)一步，所述功率變換模塊包括：

第一整流濾波電路，外接交流電壓，并將所述交流電壓進(jìn)行整流和濾波，輸出直流電壓：

高頻斬波電路，根據(jù)所述同相位驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流電壓，輸出對(duì)應(yīng)脈寬的高頻脈沖電壓；

第二整流濾波電路，對(duì)所述高頻脈沖電壓進(jìn)行整流和濾波；

電池防反接電路，用于接通或斷開(kāi)充電回路；所述電池防反接電路的輸入端和所述第二整流濾波電路電連接，輸出端和二次電池組電連接。

進(jìn)一步，當(dāng)待充電電池正負(fù)極反接于充電電路，所述電池防反接電路檢測(cè)到待充電電池的電壓相對(duì)于地電位為負(fù)壓，此時(shí)電池防反接電路斷開(kāi)充電回路；當(dāng)待充電電池正確接入，電池防反接電路檢測(cè)到待充電電池的電壓大于設(shè)定的電壓閾值，延時(shí)數(shù)秒，接通充電回路。所述電壓閾值等于0.9*電池終止放電的電壓值。

進(jìn)一步，所述充電模塊還包括電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、電池溫度采集電路以及充電過(guò)流保護(hù)電路；

所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)當(dāng)前電池的充電電流，對(duì)微處理器輸出檢測(cè)信號(hào)，微處理器對(duì)該檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并顯示出當(dāng)前電池的充電電流值。

所述電池溫度采集電路采集電池充電溫度，對(duì)所述變頻控制模塊輸出采集信號(hào)，以便所述變頻控制模塊控制充電時(shí)的最高充電電壓。

所述充電過(guò)流保護(hù)電路根據(jù)所述電流控制信號(hào)，得出電流誤差信號(hào)，并將所述電流誤差信號(hào)輸入變頻控制模塊，控制所述變頻脈沖信號(hào)的頻率。

本發(fā)明的有益效果是：該柔性跟隨式智能充電方法及智能充電裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)并根據(jù)電池在每個(gè)階段的受電能力，主動(dòng)改變充電電壓及電流參數(shù)，自動(dòng)實(shí)施整個(gè)充電過(guò)程，解決了二次電池欠充、過(guò)充以及充電過(guò)程中溫升過(guò)高、析氣過(guò)多的普遍問(wèn)題，有助于在充電過(guò)程中充進(jìn)更多電量，同時(shí)延長(zhǎng)電池的單次使用時(shí)間及實(shí)際使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種柔性跟隨式智能充電方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供一種柔性跟隨式智能充電裝置的示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的采集模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的微處理器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的充電電流匹配模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的變頻控制模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的隔離驅(qū)動(dòng)模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的電池防反接電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的電池溫度采集電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的充電過(guò)流保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖1至11對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。為了方便說(shuō)明并且理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下說(shuō)明所使用的方位詞均以附圖所展示的方位為準(zhǔn)。

請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種柔性跟隨式智能充電方法的流程圖。如圖1所示，該柔性跟隨式智能充電方法包括以下步驟：

s1、對(duì)電池輸入預(yù)充電流進(jìn)行充電，直至電池電壓值大于放電時(shí)的截止電壓值，結(jié)束預(yù)充電階段；

在本步驟s1中，由于二次電池過(guò)度放電或者長(zhǎng)期放置后，電池內(nèi)部活性物質(zhì)會(huì)處于一種惰性或者休眠狀態(tài)，只能用小電流來(lái)激活到正常狀態(tài)。根據(jù)不同類型的二次電池，本實(shí)施例提供的預(yù)充電電流ista設(shè)置范圍是0.04c-0.1c，此處c代表電池容量，單位用ah安時(shí)表示。預(yù)充電階段的時(shí)間長(zhǎng)短取決于電池電壓是否恢復(fù)到放電截至電壓之上。本實(shí)施例的電池為二次電池組。

s2、對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值，結(jié)束第一恒流充電階段：

在本步驟s2中，此處第一恒流范圍為0.14c-0.5c，此處c代表電池容量，單位用ah安時(shí)表示。電池處于第一恒流充電階段，可以充進(jìn)80％左右的電量。 隨著電池電壓緩慢升高，內(nèi)部活性物質(zhì)的快速運(yùn)動(dòng)亦使溫度升高。當(dāng)電池正負(fù)極電壓接近電池的最低析氣電壓點(diǎn)vpx時(shí)，正負(fù)極開(kāi)始逐漸析出氣體，析氣反應(yīng)的過(guò)程也伴隨熱量產(chǎn)生，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫升加劇。

s3、對(duì)電池進(jìn)行恒壓恒流脈沖充電并使電池電壓的恒壓值始終保持低于所述最低析氣電壓值，持續(xù)30分鐘，結(jié)束恒壓恒流脈沖充電階段；

在本步驟s3中，針對(duì)步驟s2出現(xiàn)的電池內(nèi)部溫升，此時(shí)需要給電池內(nèi)部提供散熱的時(shí)間，并且充電過(guò)程盡量保證不能析出氣體，于是進(jìn)入減小平均電流的恒壓恒流脈沖充電階段；充電時(shí)使電池電壓的恒壓值保持低于所述最低析氣電壓值。恒壓恒流脈沖充電階段包括15個(gè)子循環(huán)充電階段，每個(gè)子循環(huán)充電階段充電持續(xù)2分鐘，每個(gè)子循環(huán)充電階段具體包括以下步驟：

對(duì)電池輸入預(yù)充電流進(jìn)行充電，時(shí)間持續(xù)1分鐘：

對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至?xí)r間達(dá)到1分鐘或電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值。

經(jīng)過(guò)恒壓恒流脈沖充電階段，電池內(nèi)部溫升漸降，析氣減少，達(dá)到一個(gè)自平衡狀態(tài)。

s4、對(duì)電池恒壓充電，充電時(shí)使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值，直至充電電流降至所述第一恒流值的二分之一，結(jié)束第一恒壓充電階段；

在本步驟s4中，在保證不增加析氣的前提下，根據(jù)電池本身的受電能力，由電池自主選擇充電電流，而充電系統(tǒng)要做的就是保證充電時(shí)使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值，監(jiān)控充電電流并進(jìn)行合理地干預(yù)。具體的，在第一恒壓充電階段，當(dāng)充電電流過(guò)大使電池電壓大于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第一充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值；當(dāng)充電電流偏小使電池電壓小于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第二充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值。

當(dāng)充電電流偏大造成電池電壓出現(xiàn)正增量+δvpx，即充電電流過(guò)大使電池 電壓大于電池的最低析氣電壓，意味著該電流已超出電池對(duì)應(yīng)電壓下的受電能力，超出受電能力的電能會(huì)用來(lái)析氣并產(chǎn)生熱量，使電池內(nèi)部溫度升高，于是充電系統(tǒng)輸出第一充電電流，給充電電流設(shè)置一個(gè)負(fù)增量-δiy1，抵消此前的電壓正增量+δvpx，使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值。當(dāng)充電電流偏小導(dǎo)致電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量-δvpx，即充電電流偏小使電池電壓小于電池的最低析氣電壓，意味著電池在對(duì)應(yīng)電壓下還可以接受更多的電量，于是，充電系統(tǒng)輸出第二充電電流，給電流設(shè)置一個(gè)正增量+δiy2，補(bǔ)償此前的電壓負(fù)增量-δvpx，使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值。因此，在電池電壓值穩(wěn)定于電池的最低析氣電壓值的前提下，實(shí)際的充電電流會(huì)跟隨電池的理想受電電流曲線作微小的變化，其包絡(luò)線也正反應(yīng)了其理想受電電流曲線。

充電電流降至所述第一恒流值的二分之一，此時(shí)的充電電流屬于慢充電流，不會(huì)對(duì)電池造成不良影響。

s5、對(duì)電池輸入第二恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值的1.05倍，結(jié)束第二恒流充電階段；

s6、時(shí)電池恒壓充電，直至電池電流降至預(yù)充電電流，結(jié)束第二恒壓充電階段；

在本步驟s6中，充電系統(tǒng)要做的就是保證電池電壓穩(wěn)定在1.05vpx，其具體實(shí)施原理和第一恒壓充電階段一樣，在此不再贅述。

s7、對(duì)電池輸入預(yù)充電電流，并將電池的總充電電壓設(shè)置為電池的最低析氣電壓值的1.1倍進(jìn)行充電，直至電池達(dá)到所設(shè)置的電壓值，結(jié)束均衡充電階段。

在步驟s7中，考慮到所有的大容量二次電池組均由數(shù)十甚至數(shù)百節(jié)電池單元串并聯(lián)而成，這樣在充電結(jié)束后，就會(huì)存在單個(gè)電池單元端電壓不一致甚至相差較大的情況，長(zhǎng)期下去會(huì)導(dǎo)致各個(gè)電池單元的放電能力出現(xiàn)較大差異；針對(duì)這個(gè)情況，我們?cè)黾泳獬潆婋A段。此階段采用小電流高電壓的充電方法 來(lái)提高較低的電池端電壓，調(diào)節(jié)電池電解液的比重，減小各電池單元內(nèi)阻的差異，同時(shí)使各個(gè)電池單元電動(dòng)勢(shì)盡量保持一致。

其中，電池充電時(shí)，端充電電壓u＝電池電勢(shì)e+充電電流i*電池內(nèi)阻r；在上式中，各個(gè)電池單元的串聯(lián)充電電流i是一致的，電池內(nèi)阻則與電池電解液比重、活性物質(zhì)濃度及溫度等因素有關(guān)，電池電動(dòng)勢(shì)e隨著充進(jìn)電量越多而逐漸上升，但是到了充電后期，隨著電池內(nèi)部活性物質(zhì)的濃度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，電池電動(dòng)勢(shì)e已基本不再變化，用小電流，即預(yù)充電電流充電目的主要是為了調(diào)節(jié)電池電解液的比重，減小內(nèi)阻差異；對(duì)于內(nèi)阻r較大的電池單元，需要端充電電壓較高，而內(nèi)阻較小的電池單元，需要端充電電壓較低，因此總充電電壓需要提高至1.1*vpx，以滿足電池自身的動(dòng)態(tài)均衡要求。

本實(shí)施例柔性跟隨式智能充電方法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)并根據(jù)電池在每個(gè)階段的受電能力，主動(dòng)改變充電電壓及電流參數(shù)，自動(dòng)實(shí)施整個(gè)充電過(guò)程，解決了二次電池欠充、過(guò)充以及充電過(guò)程中溫升過(guò)高、析氣過(guò)多的普遍問(wèn)題，有助于在充電過(guò)程中充進(jìn)更多電量，同時(shí)延長(zhǎng)電池的單次使用時(shí)間及實(shí)際使用壽命。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種柔性跟隨式智能充電裝置，該充電裝置包括采集模塊10和充電模塊，采集模塊10采集電池不同充電階段的電壓和電流，根據(jù)不同充電階段輸出縮小或放大的采集信號(hào)。充電模塊根據(jù)采集信號(hào)，對(duì)電池充電時(shí)，對(duì)電池輸入預(yù)充電流進(jìn)行充電，直至電池電壓值大于放電時(shí)的截止電壓值，結(jié)束預(yù)充電階段。根據(jù)不同類型的二次電池，本實(shí)施例提供的預(yù)充電電流ista設(shè)置范圍是0.04c-0.1c，此處c代表電池容量，單位用ah安時(shí)表示。預(yù)充電階段的時(shí)間長(zhǎng)短取決于電池電壓是否恢復(fù)到放電截至電壓之上。本實(shí)施例的電池為二次電池組。

對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值，結(jié)束第一恒流充電階段。此處第一恒流范圍為0.14c-0.5c，此處c代表電 池容量，單位用ah安時(shí)表示。電池處于第一恒流充電階段，可以充進(jìn)80％左右的電量。

對(duì)電池進(jìn)行恒壓恒流脈沖充電并使電池電壓的恒壓值始終保持低于所述最低析氣電壓值，持續(xù)30分鐘，結(jié)束恒壓恒流脈沖充電階段；針對(duì)第一恒流充電階段中電池內(nèi)部溫升，此時(shí)需要給電池內(nèi)部提供散熱的時(shí)間，并且充電過(guò)程盡量保證不能析出氣體，于是進(jìn)入減小平均電流的恒壓恒流脈沖充電階段。充電時(shí)使電池電壓的恒壓值保持低于所述最低析氣電壓值。恒壓恒流脈沖充電階段包括15個(gè)子循環(huán)充電階段，每個(gè)子循環(huán)充電階段充電持續(xù)2分鐘，每個(gè)子循環(huán)充電階段具體包括以下步驟：對(duì)電池輸入預(yù)充電流進(jìn)行充電，時(shí)間持續(xù)1分鐘；對(duì)電池輸入第一恒流進(jìn)行充電，直至?xí)r間達(dá)到1分鐘或電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值。經(jīng)過(guò)恒壓恒流脈沖充電階段，電池內(nèi)部溫升漸降，析氣減少，達(dá)到一個(gè)自平衡狀態(tài)。

對(duì)電池恒壓充電，充電時(shí)使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值，直至充電電流降至所述第一恒流值的二分之一，結(jié)束第一恒壓充電階段；在保證不增加析氣的前提下，根據(jù)電池本身的受電能力，由電池自主選擇充電電流，而充電系統(tǒng)要做的就是保證充電時(shí)使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值，監(jiān)控充電電流并進(jìn)行合理地干預(yù)。具體的，在第一恒壓充電階段，當(dāng)充電電流過(guò)大使電池電壓大于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第一充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值；當(dāng)充電電流偏小使電池電壓小于電池的最低析氣電壓時(shí)，充電系統(tǒng)輸入第二充電電流，以使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值。當(dāng)充電電流偏大造成電池電壓出現(xiàn)正增量+δvpx，即充電電流過(guò)大使電池電壓大于電池的最低析氣電壓，意味著該電流已超出電池對(duì)應(yīng)電壓下的受電能力，超出受電能力的電能會(huì)用來(lái)析氣并產(chǎn)生熱量，使電池內(nèi)部溫度升高，于是充電系統(tǒng)輸入第一充電電流，給充電電流設(shè)置一個(gè)負(fù)增量-δiy1，抵消此前的電壓正增量+δvpx，使電池電壓值穩(wěn)定在電池 的最低析氣電壓值。當(dāng)充電電流偏小導(dǎo)致電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量-δvpx，即充電電流偏小使電池電壓小于電池的最低析氣電壓，意味著電池在對(duì)應(yīng)電壓下還可以接受更多的電量，于是，充電系統(tǒng)輸入第二充電電流，給電流設(shè)置一個(gè)正增量+δiy2，補(bǔ)償此前的電壓負(fù)增量-δvpx，使電池電壓值穩(wěn)定在電池的最低析氣電壓值。因此，在電池電壓值穩(wěn)定于電池的最低析氣電壓值的前提下，實(shí)際的充電電流會(huì)跟隨電池的理想受電電流曲線作微小的變化，其包絡(luò)線也正反應(yīng)了其理想受電電流曲線。充電電流降至所述第一恒流值的二分之一，此時(shí)的充電電流屬于慢充電流，不會(huì)對(duì)電池造成不良影響。

對(duì)電池輸入第二恒流進(jìn)行充電，直至電池電壓值等于電池的最低析氣電壓值的1.05倍，結(jié)束第二恒流充電階段；

對(duì)電池恒壓充電，直至電池電流降至預(yù)充電電流，結(jié)束第二恒壓充電階段；充電系統(tǒng)要做的就是保證電池電壓穩(wěn)定在1.05vpx，其具體實(shí)施原理和第一恒壓充電階段一樣，在此不再贅述。

對(duì)電池輸入預(yù)充電電流，并將電池的總充電電壓設(shè)置為電池的最低析氣電壓值的1.1倍進(jìn)行充電，結(jié)束均衡充電階段?？紤]到所有的大容量二次電池組均由數(shù)十甚至數(shù)百節(jié)電池單元串并聯(lián)而成，這樣在充電結(jié)束后，就會(huì)存在單個(gè)電池單元端電壓不一致甚至相差較大的情況，長(zhǎng)期下去會(huì)導(dǎo)致各個(gè)電池單元的放電能力出現(xiàn)較大差異；針對(duì)這個(gè)情況，我們?cè)黾泳獬潆婋A段。此階段采用小電流高電壓的充電方法來(lái)提高較低的電池端電壓，調(diào)節(jié)電池電解液的比重，減小各電池單元內(nèi)阻的差異，同時(shí)使各個(gè)電池單元電動(dòng)勢(shì)盡量保持一致。

其中，電池充電時(shí)，端充電電壓u＝電池電勢(shì)e+充電電流i*電池內(nèi)阻r；在上式中，各個(gè)電池單元的串聯(lián)充電電流i是一致的，電池內(nèi)阻則與電池電解液比重、活性物質(zhì)濃度及溫度等因素有關(guān)，電池電動(dòng)勢(shì)e隨著充進(jìn)電量越多而逐漸上升，但是到了充電后期，隨著電池內(nèi)部活性物質(zhì)的濃度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，電池電動(dòng)勢(shì)e已基本不再變化，用小電流，即預(yù)充電電流充電目的主要是 為了調(diào)節(jié)電池電解液的比重，減小內(nèi)阻差異；而對(duì)于內(nèi)阻r較大的電池單元，需要端充電電壓較高，內(nèi)阻較小的電池單元，需要端充電電壓較低，因此總充電電壓需要提高至1.1*vpx，以滿足電池自身的動(dòng)態(tài)均衡要求。

請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供一種柔性跟隨式智能充電裝置的示意圖。如圖2所示，微處理器20根據(jù)采集信號(hào)輸出電流控制信號(hào)，充電電流匹配模塊30根據(jù)電流控制信號(hào)輸出對(duì)應(yīng)不同充電階段的匹配電壓信號(hào)，變頻控制模塊40根據(jù)匹配電壓信號(hào)輸出變頻脈沖信號(hào)，隔離驅(qū)動(dòng)模塊50根據(jù)變頻脈沖信號(hào)輸出同相位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，功率變換模塊60根據(jù)同相位驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)電池進(jìn)行充電。電池溫度采集電路70采集電池充電溫度，對(duì)變頻控制模塊40輸出采集信號(hào)，以便變頻控制模塊40控制充電時(shí)的最高充電電壓。充電過(guò)流保護(hù)電路80根據(jù)電流控制信號(hào)得到電流誤差信號(hào)，并將電流誤差信號(hào)輸入變頻控制模塊40，控制變頻脈沖信號(hào)的頻率。電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路90檢測(cè)當(dāng)前電池的充電電流，對(duì)微處理器輸出檢測(cè)信號(hào)，微處理器對(duì)該檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并顯示出當(dāng)前電池的充電電流值。

請(qǐng)參考圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的采集模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該采集模塊10包括π型濾波電路、電壓跟隨器以及分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，此處的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)接入回路中的電池電壓進(jìn)行采樣，得到按比例縮小的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)π型濾波電路及電壓跟隨器處理，送入單片機(jī)的a/d轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)對(duì)縮小后的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)結(jié)果設(shè)置不同的充電電流，使電池進(jìn)入相應(yīng)的充電階段。

請(qǐng)參考圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的微處理器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。此處的微處理器采用型號(hào)為stm8s105s4t6c的單片機(jī)。此處的微處理器20包括單片機(jī)本身、在線操作界面電路模塊以及電池充電狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示模塊。

請(qǐng)參考圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的充電電流匹配模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，充電電流匹配模塊30包括π型濾波電路，電壓跟隨器以 及同相比例放大器。根據(jù)在線監(jiān)測(cè)到的電池狀態(tài)，單片機(jī)i/o口給出相應(yīng)的電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)π型濾波電路及電壓跟隨器處理后，接入運(yùn)算放大器的同相輸入端，放大2倍后得到2倍的電壓信號(hào)，以該2倍的電壓信號(hào)去控制系統(tǒng)的充電電流。

請(qǐng)參考圖6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的變頻控制模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，變頻控制模塊40通過(guò)采樣原邊開(kāi)關(guān)峰值電流，輸出電壓及電流誤差信號(hào)，使充電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大，電池電壓較低及輸出電流變化較大的工作環(huán)境下，能夠?qū)λ矔r(shí)變化的電流峰值信號(hào)進(jìn)行即時(shí)響應(yīng)。原邊采樣得到功率變換主回路中瞬時(shí)的諧振電流信號(hào)，通過(guò)橋式整流器整流后，經(jīng)單周期積分變換還原為電壓信號(hào)，并形成表征主諧振回路中諧振電流的平均值大小(i)及上升斜率(di/dt)的鋸齒波電壓信號(hào)，接入即時(shí)變頻控制電路中。當(dāng)原邊開(kāi)關(guān)峰值電流急劇增大時(shí)，采樣電路會(huì)給單周期積分變換電路中的積分電容灌入大電流，此時(shí)鋸齒波電壓信號(hào)的上升斜率(di/dt)急劇增大，積分時(shí)間縮短，積分電容上的電壓信號(hào)隨之增大，快速響應(yīng)了主回路中瞬時(shí)變化的諧振電流信號(hào)。當(dāng)輸出電壓或充電電流降低，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比就會(huì)變大，占空比越大，其半周期的時(shí)間就越長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越低；反之，當(dāng)輸出電壓或充電電流升高，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比就會(huì)減小，占空比越小，其半周期的時(shí)間就越短，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率就越高，這樣就完成了變頻控制的過(guò)程。

請(qǐng)參考圖7，圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的隔離驅(qū)動(dòng)模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，隔離驅(qū)動(dòng)模塊50包括脈沖變壓器和電荷泄放電路。脈沖發(fā)生器中開(kāi)關(guān)mosfet的柵極接入控制模塊驅(qū)動(dòng)脈沖，利用mosfet的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及脈沖變壓器中磁通不能突變?cè)恚棺儔浩鞲边呁溯敵雒}沖跟隨控制模塊驅(qū)動(dòng)正向脈沖的相位，去驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)工作的功率mosfet；同時(shí)變壓器采用主繞組與復(fù)位繞組央副邊繞組的繞法，增加耦合，減小漏感，大大改善了副邊驅(qū)動(dòng)波形的上升沿。考慮到多個(gè)并聯(lián)mosfet的柵極電荷較大，必須在toff階段將其 全部泄放完畢，否則會(huì)影響下一個(gè)周期的導(dǎo)通狀態(tài)，因此驅(qū)動(dòng)模塊中增加了電荷泄放電路。其工作原理為：正向驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)，npn三極管基極電位為負(fù)，三極管截止；驅(qū)動(dòng)脈沖為零時(shí)，變壓器中感應(yīng)電勢(shì)反向，npn三極管基極電位為正，三極管導(dǎo)通，將mosfet的柵極電荷快速泄放掉，使其轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)，減小因布線較長(zhǎng)而造成mosfet關(guān)斷不一致的影響。

本實(shí)施例功率變換模塊60包括第一整流濾波電路601、高頻斬波電路602、第二整流濾波電路603以及電池防反接電路604。第一整流濾波電路601外接交流電壓，并將交流電壓進(jìn)行整流和濾波，輸出直流電壓；高頻斬波電路602根據(jù)同相位驅(qū)動(dòng)信號(hào)和直流電壓，輸出對(duì)應(yīng)脈寬的高頻脈沖電壓；第二整流濾波電路603對(duì)高頻脈沖電壓進(jìn)行整流和濾波；電池防反接電路604用于接通或斷開(kāi)充電回路，電池防反接電路604的輸入端和第二整流濾波電路603電連接，輸出端和電池電連接。此處的第一整流濾波電路601為常用的emi整流濾波電路。第二整流濾波電路603包括整流二極管和濾波電容。此處的高頻斬波電路602包括功率開(kāi)關(guān)電路6021和高頻變壓器6022，此處的功率開(kāi)關(guān)電路6021和隔離驅(qū)動(dòng)模塊50輸出端連接，接收隔離驅(qū)動(dòng)模塊50輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高頻變壓器6022對(duì)直流電壓進(jìn)行逆變降壓。

請(qǐng)參考圖8，圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的電池防反接電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，當(dāng)待充電電池正負(fù)極反接于充電電路，電池防反接電路604檢測(cè)到待充電電池的電壓相對(duì)于地電位為負(fù)壓，此時(shí)電池防反接電路604斷開(kāi)充電回路；當(dāng)待充電電池正確接入，電池防反接電路604檢測(cè)到待充電電池的電壓大于設(shè)定的電壓閾值，延時(shí)數(shù)秒，確定了電池已經(jīng)可靠接入系統(tǒng)后，便利用電池的電壓信號(hào)開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路的pnp三板管，接通+14v供電電壓經(jīng)過(guò)柵極電阻到開(kāi)關(guān)管的柵極，于是開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，充電系統(tǒng)的地線與待充電池的負(fù)極短接，形成閉合的充電回路。此處的電壓閥值等于0.9*電池終止放電的電壓值。

此處，本實(shí)施例充電裝置還包括電池溫度采集電路70、充電過(guò)流保護(hù)電路 80以及電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路90。

電池溫度采集電路70采集二次電池組的充電溫度，對(duì)變頻控制模塊40輸出采集信號(hào)，以便變頻控制模塊控制充電時(shí)的最高充電電壓。具體的，請(qǐng)參考圖9，圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的電池溫度采集電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，電池溫度采集電路70根據(jù)不同類別電池開(kāi)路電壓的溫度特性，采用正/負(fù)溫度傳感器的阻抗與電壓采樣電阻串聯(lián)，使采樣電阻的總阻抗跟隨外界環(huán)境電壓的變化而改變，從而調(diào)節(jié)最高充電電壓，減小欠充或過(guò)充的可能性。

充電過(guò)流保護(hù)電路80根據(jù)電流控制信號(hào)，得出電流誤差信號(hào)，并將電流誤差信號(hào)輸入變頻控制模塊40，控制變頻脈沖信號(hào)的頻率。具體的，請(qǐng)參考圖10，圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的充電過(guò)流保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，充電過(guò)流保護(hù)電路80由π型濾波電路，一個(gè)改進(jìn)型的電壓跟隨器，電壓誤差放大器，負(fù)反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以及共集電極放大電路構(gòu)成。該充電過(guò)流保護(hù)電路80運(yùn)用了運(yùn)放當(dāng)中虛短的原理，即反相輸入端的電壓等于同相輸入端的電壓；同相輸入端為單片機(jī)輸出的對(duì)應(yīng)電流信號(hào)的控制電壓，反相輸入端電壓由vcc電壓經(jīng)電阻分壓而取得，通過(guò)合理設(shè)置電阻參數(shù)，可以限制跟隨電壓的最大值，也就限定了充電電流的最大值，避免因單片機(jī)失控而造成的充電電流過(guò)大的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在電壓跟隨器的運(yùn)放輸出端接一阻性負(fù)載，提供對(duì)地的電位；反相輸入端與輸出端接入一低vf小信號(hào)開(kāi)關(guān)二極管，箝位最低跟隨電壓，即限定了充電電流的最小值。該反相輸入端電壓接入電壓誤差放大器，誤差放大器采用單極點(diǎn)單零點(diǎn)的pi補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)電流環(huán)路的響應(yīng)速度。誤差放大器的輸出經(jīng)分壓后，接入共集電極放大電路中npn三極管的基極，三極管集電極經(jīng)上拉電阻及電位器(電位器用來(lái)微調(diào)電壓)接到vcc電源，經(jīng)合理的電壓設(shè)置使npn三極管集電極處電勢(shì)大于基極處電勢(shì)，三極管的工作狀態(tài)處于線性放大區(qū)，其集電極電壓線性反映了電壓誤差信號(hào)，因此將集電極電壓接入變頻控制模塊中誤差放大器的同相輸入端。

電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路90檢測(cè)當(dāng)前電池的充電電流，對(duì)微處理器20輸出檢測(cè)信號(hào)，微處理器20對(duì)該檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并顯示出當(dāng)前電池的充電電流值。具體的，請(qǐng)參考圖11，圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11所示，電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路90包括rc采樣器，反相比例放大器，π型濾波電路以及電壓跟隨器構(gòu)成。利用改進(jìn)型的rc采樣器來(lái)采樣充電電流平均值，并聯(lián)電容用以濾除電阻上的尖峰電壓干擾。反相比例放大器工作在線性放大區(qū)，其放大倍數(shù)設(shè)置為100-150之間，將mv級(jí)別的電流小信號(hào)放大為小于6.0v的大電壓信號(hào)。電壓跟隨器能夠降低負(fù)載情況下的紋波系數(shù)。工作過(guò)程原理為：rc采樣器采集到充電回路中的平均值電流信號(hào)，將其輸入反相比例放大器的反相輸入端，該電流信號(hào)按比例放大為電壓信號(hào)；所獲得的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)π型濾波電路及電壓跟隨器的處理后，送入單片機(jī)的a/d轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，將其放大到實(shí)際輸出電流值，并直接顯示在數(shù)碼管顯示屏上。

根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。