电池组充电设想
2017-2-7 17:45 查看: 5320电池组充电时当电池组中某一单体电池先充满后，其内阻会急剧增大致使整个电池组电阻增大，这时候充电机输出电流减小，致使其他未充满电池不能继续充电。当此电池组在使用时，未充满电的电池将会提前放完电，致使充满的电池不能把剩余电量放完。第二次充电时为放完电的电池将会更快充满，使得放完电的电池充进的电量更小。循环往复，电池越来越不均衡，使用电池组时放电时间越来越小。由于这个原因产生了均衡充电的概念。
锂电池均衡充电常用的方法是每个电池单元增加一个均衡电路，当电池组某一组电压过高时接于单体电池两端的MOS管会导通，从而消耗掉一些电量以达到降低电池组中个别电压过高的电池。此方法缺点是MOS管消耗的电量有限，当电池组不均衡度稍微偏高时，均衡就起不来作用，均衡能力十分有限。另外MOS管发热散热问题也是此种方法的很大缺点。
本设计充电机采用7（多）路独立高频开关电源对单节锂电池进行充电。以确保锂电池充电均衡。其优点在于充电机给电池组每个单体电池独立充电，当电池组中有电池充满后内阻增大完全不影响其他电池充电。架构如下图：
(图中每个隔离模块即为一个高频开关电源)
本申请是在现有高频开关电源的基础上，对多路电源进行协调实现充电，采用单片机管理整个充电过程。每个隔离模块完全独立，不共地。单片机与隔离模块也不共地，单片机采用固态继电器轮流与隔离模块共地，在同一时间，单片机有且只有跟一个隔离模块共地，采用轮询方式采集各个模块的电压电流。单片机通过光耦隔离控制模块的充电与否。
单片机采集模块电压电流过程：
1.关机时，单片机控制与所有隔离模块相连的电压电流采集继电器。
2.开机后，单片机内部建立一个以秒为单位的定时器。此时间不随任何操作变化而改变。
3.当时间为1秒时，单片机控制与隔离模块1相连，当时间为2秒时单片机开始采集隔离模块1的电压，电流，电压是否稳定，电流是否稳定。如果电压为稳定并且电压超过2.2V，判定为此组隔离模块有接入电池。
4.当时间为6秒时，关掉与隔离模块1的继电器；
5.当时间为7秒时，接通模块2的继电器，继续与3步骤一样的过程。
6.当采集完毕所有模块电池电压后，把电池电压从小到大排列。让充电机从最低电压电池开始充电，当电池电量抵达第二低电压电池时，第二低电池开始充电。如此往复直达所有电池组开始充电。
7.充电过程采用多种算法判定电池是否充满包括：电流一定时间下滑速度、充电电流、充电时间等综合判定。当某组电池先充满后，断开此模块输出，停止充电。
8.低电量电池先开始充电，高电量电池后面充电，充电末期充电机会停留一段时间再次均衡所有电池组。当所有模块充电完毕后，充满灯亮起。机器进入待机状态，等待下一次充电。
充电机的组成：
1.
辅助电源：主要负责为主控单片机进行供电，为散热风扇供电；采用30W多路输出电源，采用反激高频开关电源。输出电源有-5V（单片机供电），12V（散热风扇供电）, -5V（单片机采集电流信号放大运放供电）几组输出；
2.
主控单片机：主要负责整个充电机的运行停止以及各隔离模块运行控制和运行状态采集，采集方式采用全隔离方式进行通信以确保通信时不影响各模块的运行；
隔离模块：
主功率部分：采用100K左右频率的高频开关电源。输出为4.2V15A；
电压电流控制：负反馈环路控制输出电压电流。加入过流过压保护电路；
通信：将本模块的输出电压，输出电流，运行状态隔离传递给主单片机控制；
此方法的优点在于无论原电池组均衡状态如何，只要采用本充电机充电一次，即可均衡回所有电池。此方法不存在MOS管放电浪费电量和发热散热等问题。延长电池寿命，使得每组电池不过充，充满电。