CN101938160B - 车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法 - Google Patents

Abstract

一种车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法，属于蓄电池快速充电控制技术领域。包括输入输出过流欠压保护模块，功率因数校正模块，半桥逆变模块，半桥驱动模块，逆变输出整流稳压模块，蓄电池参数动态采样模块，充电智能控制模块，内部供电辅助电源模块，电动车综合仪表接口和远程控制接口；电动车综合仪表接口通过CAN_BUS数据通信模式与信号数据通信模块相连。充电控制方法为家用电网过流欠压情况判断，仪表盘显示电网状态，蓄电池状态检测，计算蓄电池可获得的最大初始充电电流，采用慢脉冲的充电控制方式进行蓄电池的快速充电过程等。具有不受家用电网功率限制，充电时间短和保护电池等优点。

Description

车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法

技术领域

车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法，属于蓄电池快速充电控制技术领域。

背景技术

目前，对于电动自行车，摩托车用蓄电池（电池容量一般在20AH以下）的快速充电技术已趋于成熟，以马斯三定律为基础的各种脉冲充电器广泛应用于市面，普遍被消费者接受，实际的充电效果比较理想，各种快速充电站也相继出现在各大超市，商场和重要交通路口，给人们出行带来极大地方便。

另一方面，与之同步的电动汽车用动力电池组的快速充电技术受家用电网的功率上限限制，这一技术难题一直难有突破，大多生产厂商还是在销售电动汽车时配套传统的三段式充电器；但由于电动汽车用动力电池组的容量大都在120AH以上，而大多传统充电器的充电电流上限基本维持在20A左右，一组电池的充电时间至少要在8小时以上，显然不能满足消费者的需求，而且电动汽车对于电池动力的需求远比电动汽车和电动摩托车苛刻，因此对于快速充电的要求也就更为迫切。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前车用动力电池组充电技术现状，提供一种车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法，以解决家用电网功率限制，充电时间过长和电池易充坏的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法，其特征在于：包括输入输出过流欠压保护模块，功率因数校正模块，半桥逆变模块，半桥驱动模块，逆变输出整流稳压模块，蓄电池参数动态采样模块，充电智能控制模块，内部供电辅助电源模块，信号数据通信模块，充电器液晶显示模块，电动车综合仪表接口和远程控制接口；输入输出过流欠压保护模块与功率因数校正模块相连，功率因数校正模块与半桥逆变模块相连，半桥驱动模块与半桥逆变模块相连，半桥逆变模块与逆变输出整流稳压模块相连，逆变输出整流稳压模块连接待充电蓄电池，蓄电池参数动态采样模块连接待充电蓄电池，充电智能控制模块分别与输入输出过流欠压保护模块，半桥驱动模块，蓄电池参数动态采样模块和内部供电辅助电源模块相连，内部供电辅助电源模块还与输入输出过流欠压保护模块，功率因数校正模块，半桥驱动模块，蓄电池参数动态采样模块相连，信号数据通信模块与充电智能控制模块互连，信号数据通信模块与充电器液晶显示模块相连，远程控制接口通过RS232数据通信模式与信号数据通信模块相连，电动车综合仪表接口通过CAN_BUS数据通信模式与信号数据通信模块相连；

具体步骤如下：

1.1家用电网输入后，充电器内部进行过流欠压情况判断，若出现电路过流或是欠压情况，则转入步骤1.9，否则，转入步骤1.2；

1.2仪表盘显示电网状态正常，按键启动内部供电辅助电源控制开关，充电器内部充电控制模块进行软硬件初始化操作，转入步骤1.3；

1.3进行蓄电池状态检测，判断蓄电池有无短路或失效现象，若出现短路或失效现象则仪表盘提示并预警，转入步骤1.9，否则，转入步骤1.4；

1.4充电器内部充电控制模块通过采样的蓄电池状态参数，判断蓄电池是否亏电，若是，则转入步骤1.5，否则，转入步骤1.9；

1.5充电器内部充电控制模块通过采样的蓄电池状态参数和家用电网状态参数，计算蓄电池可获得的最大初始充电电流，若算出的充电电流值不足蓄电池容量值的1/20，则转入步骤1.9，否则转入步骤1.6；

1.6充电器内部充电控制模块根据获得的充电电流值，采用慢脉冲的充电控制方式进行蓄电池的快速充电过程，若充电过程中蓄电池的温度采样值一定时间内持续超出充电控制模块中预设的蓄电池允许最大温度值，则同时转入步骤1.8和步骤1.3，否则，转入步骤1.7；

1.7快速充电进行过程中若蓄电池的端电压采样值一定时间内持续超出充电控制模块中预设的蓄电池低析气率下允许的最大电压值，则转入步骤1.3，如若不然，则继续快速充电过程；

1.8仪表盘发出温度预警，充电过程暂停并提示是否按键停止内部辅助电源供电；

1.9充电器内部充电控制模块发出电平信号，控制继电器使充电器主电路断电。

所述蓄电池参数动态采样模块包括多段模拟开关U4、三极管Q7、Q8、Q9、电位器R29、R60、隔直滤波电容C24、电解电容C25、电阻R27、R33、R35、R36、R37、R38、R40、R41、R42、R44、R45、R46、R54、R56、R58、R59、R65，多段模拟开关U4的内部数字0~7表示八路开关通道，外部数字1~16表示引脚，其特征在于：多段模拟开关U4的15脚一侧接霍尔电流传感器U10的3脚，一侧依次串接电阻R35，R38，R42，R46，R54，R58和电位器R60入信号地，电池的正极侧依次串接电阻R27，电位器R29，电阻R33，电阻R37，电阻R40，电阻R44入信号地，插座P3的20脚接在电位器R29和电阻R33之间，插座P3的19脚接在电阻R42和R46之间，多段模拟开关U4的4脚接在电阻R35和电阻R38之间，多段模拟开关U4的5脚接在电阻R46和电阻R54之间，多段模拟开关U4的1脚接在电阻R38和电阻R42之间，多段模拟开关U4的12脚接在电阻R33和电阻R37之间，多段模拟开关U4的13脚接在电阻R40和电阻R44之间，多段模拟开关U4的14脚接在电阻R54和电阻R58之间，多段模拟开关U4的2脚接在电阻R58和电位器R60之间。

所述电动车综合仪表接口通过CAN_BUS数据通信模式与信号数据通信模块相连，其特征在于：CAN_BUS数据通信电路包括CAN收发器MU3、排阻MP1、插排MP2、蜂鸣器LS1、电位器MR25、三极管MQ4、隔直滤波电容MC10、MC22、MC25、MC26、MC27、MC41、MC42、电解电容MC19、MC21、接口MJ4、电阻MR17、MR18、MR20、MR26、CAN收发器MU3的1脚接中央处理单元MCU的19脚，CAN收发器MU3的4脚接中央处理单元MCU的20脚，CAN收发器MU3的3脚接+5V，2脚接信号地，8脚串接电阻MR17入信号地，CAN收发器MU3的6脚和7脚之间串接电阻MR20，CAN收发器MU3的7脚接接口MJ4的1脚，CAN收发器MU3的6脚接接口MJ4的2脚；+5V与信号地之间分别串接电解电容MC19，MC21，隔直滤波电容MC41，MC22，MC25，MC26，MC42，排阻MP1的1脚接+5V；插排MP2的1脚接信号地，2脚接+5V，20脚接信号地，15脚接信号地，19脚接+5V，4脚接中央处理单元MCU的30脚，插排MP2的5脚接中央处理单元MCU的29脚，插排MP2的6脚接中央处理单元MCU的31脚，插排MP2的3脚和18脚之间串接电位器MR25，插排MP2的17脚和19脚之间串接电阻MR26，插排MP2的15脚和17脚之间串接隔直滤波电容MC27；三极管MQ4的基极串接电阻MR18接中央处理单元MCU的26脚，集电极经蜂鸣器LS1接信号地，发射极接+5V，+5V与信号地之间串接隔直滤波电容MC10。

所述内部供电辅助电源模块采用小功率开关电源。

与现有技术相比，本发明的车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法所具有的有益效果是：

①充分利用家用电网功率，提升有功功率效能15%~30%；

②充电过程严格监控蓄电池温度和电压上限阈值，并进行输出过流保护，3.5小时内无损伤快速充电至蓄电池荷电量95%以上，达到快速充电而不损伤电池的目的；

③对充电目标具有自适应检测的功能，充电控制部分采用传感器的检测信息（电流，电压），构成双闭环控制；

④充电目标参数采集通过CAN-BUS通信接口板实时输出，便于与全车控制总线接口和车用仪表系统的显示和监控。

⑤充电器备有远程控制接口，可以随时进行充电策略的调整。

附图说明

图1本发明车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法电路原理框图；

图2输入输出过流欠压保护模块电路原理图；

图3功率因数校正模块电路原理图；

图4半桥驱动模块电路原理图；

图5半桥逆变模块电路原理图；

图6逆变输出整流稳压模块电路原理图；

图7蓄电池参数动态采样模块电路原理图；

图8充电智能控制模块微处理器电路原理图；

图9充电智能控制模块复位电路原理图；

图10CAN通讯电路原理图；

图11按键及RS232数据传送电路原理图；

图12内部供电辅助电源模块电路原理图；

图13插座引脚示意图。

图14充电控制方法示意图。

图15中央处理单元快充/标充转换模块的充电处理流程。

附图1-15是本发明的车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法最佳实施例。

其中：图2中：RV1-RV3压敏电阻；DV1双极气体放电管；F1保险丝；P1，P6，P7双针插座；J1,J2,J3,J4,J6,J7,J8,J11,J12,J18,J19接口；RT1防浪涌电阻；L2共模滤波电感；B1隔离变压器；BD1整流桥；U3NPN晶体管阵列；K1继电器；U13RS触发器;U7高线性模拟光耦；U6，U11单电源供电双运放；U14双电压比较器；D10，D11，D12超快恢复二极管；D13，D14，D15，D16，D18，D20，D23，D24小信号肖特基二极管；D17普通塑封整流二极管；C1，C4，C9，C37，C54，C55，C56，C57，C59，C61，C62，C63隔直滤波电容；C23，C28电解电容；R24，R26，R30，R34，R39，R43，R48，R51，R55，R57，R70，R71，R75，R80，R81电阻；R25，R79电位器；

图3中：L1升压滤波电感；Q1，Q3功率开关管；U1功率管驱动芯片；U2功率因数校正芯片；J9接口；D1超快恢复二极管；C6，C7，C11，C12，C17，C26电解电容；C15，C21，C22，C27，C29，C31，C32隔直滤波电容；R1，R2，R5，R9，R13，R15功率电阻；R11，R12，R21，R31，R32电阻；

图4中：U8PWM输出控制芯片；U9，U12单通道高速光耦；U5门极驱动芯片；U10霍尔电流传感器；D19超快恢复二极管；Q10三极管；R28，R49，R50，R52，R53，R62，R63，R64，R66，R67，R69，R72，R73，R74，R76电阻；C33，C36，C41，C42，C44，C47电解电容；C30，C34，C35，C38，C39，C40，C43，C45，C46，C48，C49，C51，C52，C53，C58隔直滤波电容；

图5中：Q2，Q4，Q5，Q6超级功率晶体管；D3，D9齐纳二极管；D2，D8高效整流二极管；T1半桥变压器；R3，R4，R7，R10，R16，R18，R19，R22功率电阻；R6，R14，R20，R23电阻；C2，C16电解电容；C8，C10，C19隔直滤波电容；

图6中：D4，D5，D7，D25超快恢复二极管；R8，R17功率电阻；C3，C18隔直滤波电容；C13，C14电解电容；L3滤波稳压电感；

图7中：U4多段模拟开关；Q7，Q8，Q9三极管；R29，R60电位器；C24隔直滤波电容；C25电解电容；R27，R33，R35，R36，R37，R38，R40，R41，R42，R44，R45，R46，R54，R56，R58，R59，R65电阻；

图8中：MCU中央处理单元，MD2，MD3，MD4，MD5，MD6，MD7，MD8，MD9，MD10，MD11快速开关二极管；MC2，MC3，MC4，MC5，MC6，MC7，MC9滤波隔直电容；MC8电解电容；Y1晶振；MR6，MR14，MR15，MR16电阻；

图9中：MJ2程序下载接口；MU1CPU监视芯片；MD1小信号肖特基二极管；MS1按钮开关；MJ1接口；MC1电解电容；MR1，MR2，MR3，MR4，MR5，MR13电阻；

图10中：MU3CAN收发器；MP1排阻；MP2插排；LS1蜂鸣器；MR25电位器；MQ4三极管；MC10，MC22，MC25，MC26，MC27，MC41，MC42隔直滤波电容；MC19，MC21电解电容；MJ4接口；MR17，MR18，MR20，MR26电阻；

图11中：MU4多通道RS-232驱动器，MDB1串行通讯口，MLED1，MLED2，MLED3发光二极管；KEY1，KEY2，KEY3，KEY4按键；MRT1热敏电阻；MQ5，MQ6，MQ7三极管；MC11，MC12，MC14，MC16，MC17，MC18，MC38，MC39隔直滤波电容；MC15电解电容；MR19，MR21，MR22，MR23，MR24，MR30，MR31，MR32电阻；

图12中：NT1反激变压器；NU3离线电流模式控制器；NU4可控光耦；DSLED1数字发光二极管；NU1，NU2，NU5，NU6，NU7三端稳压电源；NQ1可编程精密参考；NC1，NC2，NC5，NC9，NC11，NC12，NC13，NC21，NC22，NC24，NC25电解电容；NC3，NC4，NC6，NC7，NC10，NC15，NC16，NC17，NC18，NC19，NC20，NC23，NC26，NC27隔直滤波电容；NR6功率电阻；NR1，NR2，NR3，NR4，NR5，NR7，NR8，NR9，NR10，NR11电阻；ND1，ND4超速开关二级管；ND2，ND3，ND4，ND5，ND6，ND7，ND8，ND9快速高效整流管；

图13中：P3，P4，P5插座。

具体实施方式

下面结合附图1-15，对本发明的车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法做进一步详细说明。

如附图1所示

本发明车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法包括输入输出过流欠压保护模块，功率因数校正模块，半桥逆变模块，半桥驱动模块，逆变输出整流稳压模块，蓄电池参数动态采样模块，充电智能控制模块，内部供电辅助电源模块，信号数据通信模块，充电器液晶显示模块，电动车综合仪表，远程控制；输入输出过流欠压保护模块与功率因数校正模块相连，功率因数校正模块与半桥逆变模块相连，半桥驱动模块与半桥逆变模块相连，半桥逆变模块与逆变输出整流稳压模块相连，逆变输出整流稳压模块连接蓄电池，蓄电池参数动态采样模块连接蓄电池，充电智能控制模块分别与输入输出过流欠压保护模块，半桥驱动模块，蓄电池参数动态采样模块和内部供电辅助电源模块相连，内部供电辅助电源模块还与输入输出过流欠压保护模块，功率因数校正模块，半桥驱动模块，蓄电池参数动态采样模块相连，信号数据通信模块与充电智能控制模块互连，信号数据通信模块与充电器液晶显示模块相连，远程控制接口通过RS232数据通信模式与信号数据通信模块相连，电动车综合仪表接口通过CAN_BUS数据通信模式与信号数据通信模块相连。

如附图2所示

输入输出过流欠压保护模块电路原理图，NPN晶体管阵列U3的13脚接继电器K1的一端，并和+12V电源之间串接超快恢复二极管D12；NPN晶体管阵列U3的8脚和9脚之间接有电解电容C23，8脚接入信号地；插座P1的1脚接交流输入的N极，2脚通过继电器K1接交流输入的L极；高线性模拟光耦U7的1脚接电源地，高线性模拟光耦U7的2脚通过电阻R48接入单电源供电双运放U6的1脚，高线性模拟光耦U7的3脚接单电源供电双运放U6的8脚，高线性模拟光耦U7的4脚接单电源供电双运放U6的2脚，高线性模拟光耦U7的5脚接单电源供电双运放U11的3脚，高线性模拟光耦U7的6脚接单电源供电双运放U11的8脚；单电源供电双运放U6的1脚和2脚之间串联隔直滤波电容C37，单电源供电双运放U6的3脚串接电阻R51入电源地，单电源供电双运放U6的3脚和4脚之间串联电阻R57，单电源供电双运放U6的4脚接电源地，单电源供电双运放U6的5脚接电源地，单电源供电双运放U6的6脚和7脚相连；单电源供电双运放U11的1脚与2脚连接，单电源供电双运放U11的3脚与4脚之间串联电阻R55，单电源供电双运放U11的5脚接信号地，单电源供电双运放U11的6脚和7脚相连，单电源供电双运放U11的8脚接+5V电源，并与信号地之间串接有隔直滤波电容C63；双电压比较器U14的1脚接小信号肖特基二极管D23的输出侧，并与信号地之间串接有隔直滤波电容C57，双电压比较器U14的2脚接current out端，并于信号地之间串接有隔直滤波电容C55，双电压比较器U14的3脚和8脚之间串接有电阻R70，并和信号地之间串联电位器R68，双电压比较器U14的4脚接信号地，6脚接short端，双电压比较器U14的7脚接小信号肖特基二极管D24的输出侧，8脚接+5V电源，双电压比较器U14的5脚和8脚之间串联电阻R80,且5脚和信号地之间串联电位器R79，双电压比较器U14的8脚和信号地之间串联隔直滤波电容C59；RS触发器U13的1脚通过串联电阻R71接+5V电源，并通过串接电阻R75接RS1端口，另外小信号肖特基二极管D23和D24的输入侧也接在的RS触发器U13的1脚，RS触发器U13的3脚接Shutd端，RS触发器U13的6脚串接电阻R81接+5V，RS触发器U13的1脚和6脚之间串接有隔直滤波电容C56，C61；隔直滤波电容C56和C61之间接信号地。

J6，J7为继电器强电接口，用于控制防浪涌电阻RT1的接入时机，保护整流桥BD1免受电网尖峰的破坏；插座P1，P6，P7为继电器弱电接口，由NPN晶体管阵列U3驱动而分别控制市电电路的通断，防浪涌电阻电路的通断及散热风扇电路的通断；隔离变压器B1用于感应电路的过流电压，通过小信号肖特基二极管D13-D16进行整流并经过滤波后，输出至双电压比较器U14一侧U14B的负反馈端，通过RS触发器来控制Shutd端的高低电平，从而控制PWM输出控制芯片U8的关断，从而实现对整个电路进行输入过流保护，同时双电压比较器U14的另一侧U14A的负反馈端接入current out端进行输出过流保护；通过单电源供电双运放U6，U11和高速线性光耦U7组成的电路接入整流输出的正极侧，并将输出的A/D值送入插座P3的14脚，等待中央处理器MCU进行电路的欠压保护操作。

如图3所示

功率因数校正模块电路原理图，升压滤波电感L1的接入端为接口J3，输出端与功率开关管Q1的漏极相连；功率开关管Q1和Q3并联在交流输入端之间，功率开关管Q1的门极串接功率电阻R2，功率开关管Q3的门极串接功率电阻R9，功率开关管Q1的门极和源极之间串联电阻R11，功率开关管Q3的门极和源极之间串联电阻R12，功率开关管Q1和Q3的源极分别接电源地；超快恢复二极管D1的输入侧接功率开关管Q3的漏极，输出端与电源地之间串联功率电阻R1，R5和R13；接口J9串联功率电阻R15后接电源地，接口J9还依次串接有电阻R21，隔直滤波电容C22入电源地；功率开关管驱动芯片U1的1脚和6脚相连，且接在插座P5的4脚，并和电源地之间分别串有电解电容C17和隔直滤波电容C15，功率开关管驱动芯片U1的3脚接电源地，7脚接在功率电阻R2，R9的输入侧，2脚接功率因数校正芯片U2的8脚；功率因数校正芯片U2的3脚串接隔直滤波电容C22入电源地，功率因数校正芯片U2的1脚接电源地，6脚接在功率电阻R5和R13之间，并串接隔直滤波电容C21入电源地，功率因数校正芯片U2的2脚串接隔直滤波电容C31入电源地，功率因数校正芯片U2的4脚串接电阻R31入电源地，功率因数校正芯片U2的5脚一侧依次串接电阻R32和隔直滤波电容C32入电源地，另一侧串接隔直滤波电容C29入电源地，功率因数校正芯片的7脚接插座P5的4脚，并分别通过串接电解电容C26和隔直滤波电容C27入电源地。

功率因数校正芯片U2通过3脚接入电路电流的参考电压值和6脚接入的升压后的分压电压值，经过内部比较输出门极驱动信号，并通过功率开关管驱动芯片U1来控制功率开关管Q1，Q3的开关时机，确保输出电压稳定在380V/DC，即构成所谓的双闭环控制电路，有效提高有功功率值，减少谐波污染。

如图4所示

半桥驱动模块电路原理图，由PWM输出控制芯片U8、单通道高速光耦U9、U12、门极驱动芯片U5及其外围电路组成，在PWM输出控制芯片U8的9脚和1脚之间设补偿器，补偿器包括电阻R67、R69,电容C48、C49、C52和C53，电阻R67和电容C48相串联后再与电容C52并接，电阻R67和电容C52一端接PWM输出控制芯片U8的9脚，电容C48和电容C52一端接PWM输出控制芯片U8的1脚，PWM输出控制芯片U8的1脚通过电容C53接地，电阻R69和电容C49并接一端接PWM输出控制芯片U8的1脚，另一端接芯片U4。

如图5所示

半桥逆变模块电路原理图，超级功率晶体管Q2和Q4并联，Q2的漏极接380V/DC输入端，源极接门极驱动芯片U5的6脚，基极串接功率电阻R3后接在门极驱动芯片U5的7脚，基极和源极之间串接电阻R6，Q3的漏极接380V/DC输入端，源极接门极驱动芯片U5的6脚，基极串接功率电阻R10后接在门极驱动芯片U5的7脚，基极和源极之间串接电阻R14；超级功率晶体管Q5和Q6并联，Q5的漏极接接门极驱动芯片U5的6脚，源极接电源地，基极串接功率电阻R16后接在门极驱动芯片U5的4脚，基极和源极之间串接电阻R20，Q6的漏极接门极驱动芯片U5的6脚，源极接电源地，基极串接功率电阻R22后接在门极驱动芯片U5的4脚，基极和源极之间串接电阻R23；380V/DC输入端与门极驱动芯片U5的6脚之间接有齐纳二极管D3；高效整流管D2和电阻R4并联后与隔直滤波电容C10串联并接在380V/DC输入端与门极驱动芯片U5的6脚之间；极驱动芯片U5的6脚与门极驱动芯片U5的4脚之间接有齐纳二极管D9；高效整流管D8和电阻R18并联后与隔直滤波电容C19串联并接在极驱动芯片U5的6脚与门极驱动芯片U5的4脚之间；电解电容C12和C16串联后并接在380V/DC输入端与电源地之间；电阻R7和电阻R19串联后并接在380V/DC输入端与电源地之间；半桥变压器T1的初级侧同名端串联隔直滤波电容C8后一侧接在电阻R7和R19之间，另一侧接在电解电容C2和C16之间，半桥变压器T1的次级侧以同名端为首从上到下依次接半桥变压器T1的T11端，半桥变压器T1的T12端和半桥变压器T1的T13端。

功率开关管Q2，Q4并联，功率开关管Q5，Q6并联，意在增大半桥变压器T1初级侧的负载电流，从而提升次级侧输出电流的调整范围，节省充电时间；其中功率开关管Q2，Q4，Q5，Q6的门极和源极之间都加有负载电阻，目的是给功率开关管Q2，Q4，Q5，Q6内部的电容放电，抑制电流尖峰，防止功率开关管发热严重而爆管，且半桥逆变电路的上下两个桥臂加有RDC的吸收网络和齐纳二极管D3，D9，有效地保证了半桥变压器输入端电流的稳健性，防止半桥变压器T1过热和偏磁，磁饱和现象的发生。

如图6所示

逆变输出整流稳压模块电路原理图，功率电阻R8和隔直滤波电容C3串联后并接在超快恢复二极管D5的两端；功率电阻R17和隔直滤波电容C18串联后并接在超快恢复二极管D7的两端；超快恢复二极管D5的输入侧接半桥变压器T1的T11端，输出侧接滤波稳压电感L3的输入侧；超快恢复二极管D7的输入侧接半桥变压器T1的T13端，输出侧接滤波稳压电感L3的输入侧；半桥变压器T1的T12端接电池负极侧；超快恢复二极管D4和D5并联后接电池正极侧；滤波稳压电感L3的输出侧接超快恢复二极管D4的输入侧；超快恢复二极管D5的输入侧与信号地之间依次并接有电解电容C13和电解电容C14。

逆变输出整流稳压模块在保留RDC吸收网络的同时，在整流输出端又加入一级电容值较大的电解电容进行稳流，并同时在输出正极侧并联两个超快恢复二极管D4，D25，确保充电电压的稳健性和提高充电电路的安全系数。

如图7所示

蓄电池参数动态采样模块电路原理图，多段模拟开关U4的内部数字0~7表示八路开关通道，外部数字1~16表示引脚，其中6脚接信号地；三极管Q7的集电极一侧接多段模拟开关U4的11脚，另一侧串接电阻R36接+15V，三极管Q7的基极串接电阻R41后接插座P3的16脚，三极管Q7的发射极接信号地；三极管Q8的集电极一侧接多段模拟开关U4的10脚，另一侧串接电阻R45接+15V，三极管Q8的基极串接电阻R56后接插座P3的17脚，三极管Q8的发射极接信号地；三极管Q9的集电极一侧接多段模拟开关U4的9脚，另一侧串接电阻R59接+15V，三极管Q9的基极串接电阻R65后接插座P3的8脚，三极管Q9的发射极接信号地；多段模拟开关U4的7脚和8脚相接后入信号地，多段模拟开关U4的16脚接+15V，+15V与信号地之间依次串接有隔直滤波电容C24和电解电容C25；多段模拟开关U4的15脚一侧接霍尔电流传感器U10的3脚，一侧依次串接电阻R35，R38，R42，R46，R54，R58和电位器R60入信号地；电池的正极侧依次串接电阻R27，电位器R29，电阻R33，电阻R37，电阻R40，电阻R44入信号地；插座P3的20脚接在电位器R29和电阻R33之间，插座P3的19脚接在电阻R42和R46之间；多段模拟开关U4的4脚接在电阻R35和电阻R38之间，多段模拟开关U4的5脚接在电阻R46和电阻R54之间，多段模拟开关U4的1脚接在电阻R38和电阻R42之间，多段模拟开关U4的12脚接在电阻R33和电阻R37之间，多段模拟开关U4的13脚接在电阻R40和电阻R44之间，多段模拟开关U4的14脚接在电阻R54和电阻R58之间，多段模拟开关U4的2脚接在电阻R58和电位器R60之间。

采用三极管Q7，Q8和Q9控制多段模拟开关U4的9，10和11脚，保证了三个引脚有足够强度的信号，保证了多段模拟开关U4的工作稳健性，另外多段模拟开关U4的14，15，12，1，5，2，4引脚分别从串联到信号地的精密电阻和精密电位器采样获得电压信号，且电池两端并联精密电阻和精密电位器相结合的分压策略，使充电控制更加准确及时，提高了充电效率。

如图8所示

充电智能控制模块微处理器电路原理图，中央处理单元MCU的1脚接插座P3的8脚，2脚接插座P3的17脚，4脚接插座P3的16脚，5脚接插座P3的15脚，35脚接插座P3的20脚，36脚接插座P3的10脚，37脚接插座P3的19脚，38脚接插座P3的14脚，43脚接插座P3的9脚，44脚接插座P3的18脚，33脚接信号地，10脚接信号地；中央处理单元MCU的11脚与12脚之间串接电阻MR14，中央处理单元MCU的11脚与13脚之间串接电阻MR15，中央处理单元MCU的11脚与14脚之间串接电阻MR16，中央处理单元MCU的11脚接+5V；中央处理单元MCU的9脚串接电解电容MC8入信号地，中央处理单元MCU的6脚串接电阻MR6入信号地，中央处理单元MCU的7脚串接隔直滤波电容MC7入信号地，中央处理单元MCU的7脚串接隔直滤波电容MC9入信号地，中央处理单元MCU的7脚和8脚之间串接晶振Y1，中央处理单元MCU的32脚接+5V。

如图9所示

充电智能控制模块复位电路原理图，上电复位电路使用的是CPU监视芯片MU1的上电复位功能。

如图10所示

CAN通讯电路原理图，CAN收发器MU3的1脚接中央处理单元MCU的19脚，CAN收发器MU3的4脚接中央处理单元MCU的20脚，CAN收发器MU3的3脚接+5V，2脚接信号地，8脚串接电阻MR17入信号地，CAN收发器MU3的6脚和7脚之间串接电阻MR20，CAN收发器MU3的7脚接接口MJ4的1脚，CAN收发器MU3的6脚接接口MJ4的2脚。

如图11所示

按键及RS232数据传送电路原理图，MLED1，MLED2，MLED3用于显示充满，故障和快充状态的指示灯，KEY1，KEY2，KEY3，KEY4四个按键用于启动停止充电状态，快速充电与标准充电切换，内部辅助电源启动停止状态，数据通信模式通道选择的控制。

如图12所示

内部供电辅助电源模块电路原理图，反激变压器NT1次级侧通过可编程精密参考NQ1获得比较信号后，经由可控光耦NU4将光电信号传送给离线开关电源电流模式控制器NU3，用以控制调整初级侧输入占空比，达到根据电路负载自动调整输出的目的，此设计主要是为了保证电路供电的稳健性。

如图14所示

为本发明充电控制方法示意图，具体步骤如下：

1家用电网输入后，充电器内部进行过流欠压情况判断，若出现电路过流或是欠压情况，则转入步骤9；否则，转入步骤2；

2仪表盘显示电网状态正常，按键启动内部供电辅助电源控制开关，充电器内部充电控制模块进行软硬件初始化操作，转入步骤3；

3进行蓄电池状态检测，判断蓄电池有无短路或失效现象，若出现短路或失效现象则仪表盘提示并预警，转入步骤9；否则，转入步骤4；

4充电器内部充电控制模块通过采样的蓄电池状态参数，判断蓄电池是否亏电，若是，则转入步骤5；否则，转入步骤9；

5充电器内部充电控制模块通过采样的蓄电池状态参数和家用电网状态参数，计算蓄电池可获得的最大初始充电电流，若算出的充电电流值不足蓄电池容量值的1/20，则转入步骤9；否则转入步骤6；

6充电器内部充电控制模块根据获得的充电电流值，采用慢脉冲的充电控制方式进行蓄电池的快速充电过程，若充电过程中蓄电池的温度采样值一定时间内持续超出充电控制模块中预设的蓄电池允许最大温度值，则同时转入步骤8和步骤3；否则，转入步骤7；

7快速充电进行过程中若蓄电池的端电压采样值一定时间内持续超出充电控制模块中预设的蓄电池低析气率下允许的最大电压值，则转入步骤3；如若不然，则继续快速充电过程；

8仪表盘发出温度预警，充电过程暂停并提示是否按键停止内部辅助电源供电；

9充电器内部充电控制模块发出电平信号，控制继电器使充电器主电路断电。

现就智能充电控制模块的某一单元的工作过程进行一些具体描述：

如图15所示，

以淄博火炬电池充电过程为例，对本发明车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法中央处理单元快充/标充转换模块的充电处理流程部分进行说明，淄博火炬电池组6节12V/120AH单体电池串联，快充充电时间在3.5小时~3.7小时，标准充电时间在8小时以上。具体充电处理流程如下：

智能充电控制模块首先进行初始化操作，并检测蓄电池是否接入电路，若否，则返回智能充电控制模块的初始化状态；否则将进行人工选择充电模式：标准充电或快速充电。

若选择标准充电则智能充电控制模块判断充电标志runstate的值，确认为标准充电模式后，先进行蓄电池故障检测，一旦发现蓄电池短路或是其他故障则立即停止充电过程；若智能充电控制模块检测蓄电池无故障，则首先进行电池的恢复性充电，并判断充电标志runstate的状态值为0；时间判定若一分钟时间未到，则显示处理充电标志runstate值，继续恢复性充电；若一分钟时间到，则充电标志runstate的值加2并显示处理判断充电标志runstate值而进入23A的恒流充电阶段，此时判断蓄电池端电压是否超过84.6V（此值为保守值，实际中此电压的取值由智能充电控制模块根据蓄电池实际参数获得，一般为84.6V～87.6V之间），若超过此电压阈值则充电标志runsta的值加1，经显示处理并判断其标志位数据值而进入15A恒流充电阶段；否则显示处理充电标志并判断其标志位数据值后继续23A恒流充电过程；进入15A恒流充电过程时，依旧判断蓄电池端电压是否超出84.6V，若未超出则显示处理充电标志并判断其标志位数据继续进行15A的恒流充电过程，否则，充电标志runstate值加1，显示处理并判断充电标志位数值后进入恒压充电阶段，此时改为判断充电电流值是否小于5A（此值为保守值，实际中此电流的取值由智能充电控制模块根据蓄电池实际参数获得，一般为蓄电池额定容量的1/20左右），若否则继续恒压充电过程，否则结束充电过程。

若选择快速充电，则智能充电控制模块判断充电标志runstate的值，确认为快速充电模式后，先进行蓄电池故障检测，一旦发现蓄电池短路或是其他故障则立即停止充电过程；若智能充电控制模块检测蓄电池无故障，则首先进行电池的恢复性充电，并判断充电标志runstate的状态值为0；时间判定若一分钟时间未到，则显示处理充电标志runstate值，继续恢复性充电；若一分钟时间到，则充电标志runstate的值加1并显示处理判断充电标志runstate值而进入46A的恒流慢脉冲充电阶段，此时判断蓄电池端电压是否超过84.6V（此值为保守值，实际中此电压的取值由智能充电控制模块根据蓄电池实际参数获得，一般为84.6V~87.6V之间），若超过此电压阈值则充电标志runsta的值加1，经显示处理并判断其标志位数据值而进入32A恒流慢脉冲充电阶段；否则显示处理充电标志并判断其标志位数据值后继续46A恒流慢脉冲充电过程；进入32A恒流慢脉冲充电过程时，依旧判断蓄电池端电压是否超出84.6V，若未超出则显示处理充电标志并判断其标志位数据继续进行32A的恒流慢脉冲充电过程，否则，充电标志runstate值加1，进入20A恒流慢脉冲充电过程时，依旧判断蓄电池端电压是否超出84.6V，若未超出则显示处理充电标志并判断其标志位数据继续进行20A的恒流慢脉冲充电过程，否则，充电标志runstate值加1，显示处理并判断充电标志位数值后进入恒压慢脉冲充电阶段，此时改为判断充电电流值是否小于9A（此值为保守值，实际中此电流的取值由智能充电控制模块根据蓄电池实际参数获得，一般为蓄电池额定容量的1/20左右），若否则继续恒压充电过程，否则结束充电过程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法，其特征在于：包括输入输出过流欠压保护模块，功率因数校正模块，半桥逆变模块，半桥驱动模块，逆变输出整流稳压模块，蓄电池参数动态采样模块，充电智能控制模块，内部供电辅助电源模块，信号数据通信模块，充电器液晶显示模块，电动车综合仪表接口和远程控制接口；输入输出过流欠压保护模块与功率因数校正模块相连，功率因数校正模块与半桥逆变模块相连，半桥驱动模块与半桥逆变模块相连，半桥逆变模块与逆变输出整流稳压模块相连，逆变输出整流稳压模块连接待充电蓄电池，蓄电池参数动态采样模块连接待充电蓄电池，充电智能控制模块分别与输入输出过流欠压保护模块，半桥驱动模块，蓄电池参数动态采样模块和内部供电辅助电源模块相连，内部供电辅助电源模块还与输入输出过流欠压保护模块，功率因数校正模块，半桥驱动模块，蓄电池参数动态采样模块相连，信号数据通信模块与充电智能控制模块互连，信号数据通信模块与充电器液晶显示模块相连，远程控制接口通过RS232数据通信模式与信号数据通信模块相连，电动车综合仪表接口通过CAN_BUS数据通信模式与信号数据通信模块相连；

具体步骤如下：

1.1家用电网输入后，充电器内部进行过流欠压情况判断，若出现电路过流或是欠压情况，则转入步骤1.9，否则，转入步骤1.2；

1.2仪表盘显示电网状态正常，按键启动内部供电辅助电源控制开关，充电器内部充电控制模块进行软硬件初始化操作，转入步骤1.3；

1.3进行蓄电池状态检测，判断蓄电池有无短路或失效现象，若出现短路或失效现象则仪表盘提示并预警，转入步骤1.9，否则，转入步骤1.4；

1.4充电器内部充电控制模块通过采样的蓄电池状态参数，判断蓄电池是否亏电，若是，则转入步骤1.5，否则，转入步骤1.9；

1.5充电器内部充电控制模块通过采样的蓄电池状态参数和家用电网状态参数，计算蓄电池可获得的最大初始充电电流，若算出的充电电流值不足蓄电池容量值的1/20，则转入步骤1.9，否则转入步骤1.6；

1.6充电器内部充电控制模块根据获得的充电电流值，采用慢脉冲的充电控制方式进行蓄电池的快速充电过程，若充电过程中蓄电池的温度采样值一定时间内持续超出充电控制模块中预设的蓄电池允许最大温度值，则同时转入步骤1.8和步骤1.3，否则，转入步骤1.7；

1.7快速充电进行过程中若蓄电池的端电压采样值一定时间内持续超出充电控制模块中预设的蓄电池低析气率下允许的最大电压值，则转入步骤1.3，如若不然，则继续快速充电过程；

1.8仪表盘发出温度预警，充电过程暂停并提示是否按键停止内部辅助电源供电；

1.9充电器内部充电控制模块发出电平信号，控制继电器使充电器主电路断电。

2.根据权利要求1所述的车用动力电池组无损伤快速充电器的充电方法，其特征在于：所述内部供电辅助电源模块采用小功率开关电源。

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