一种矿用镍氢电池充放电控制的方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体是指一种矿用镍氢电池充放电控制的方法。

背景技术

根据GB3836.2-2010附录E：隔爆外壳内使用的电池的规定，镍氢电池目前在井下隔爆产品中使用占有率很高。但是传统的充电采用恒压恒流的充电方式，一方面随着电池电压的升高，电池内部电芯温度会升高，对电池有较大的损坏；其次采用恒压恒流的充电方式不能够满足镍氢电池的充电特性，可能会存在充不满的问题，从而在很大程度上会降低电池的带载时间。另外一方面在放电过程，一般的充电器不具备放电保护，可能会导致电池存在过放的可能，降低电池的使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种矿用镍氢电池充放电控制的方法，包括充电检测控制模块、放电检测控制模块和数据检测处理模块；

所述充电检测控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、三极管Q1、场效应管Q2、二极管D1、电感L1、电容C3和电容C4，所述电阻R1与所述场效应管Q2并联连接，所述场效应管Q2、所述二极管D1、所述电杆L1与所述电阻R11依次串联连接，所述电阻R2分别与所述电阻R1、所述场效应管Q2和所述三极管Q1电连接，所述三极管Q1与所述电阻R3电连接，所述电阻R12分别与所述电阻R11、所述电阻R9和所述电容C3电连接，所述电容C4分别与所述电阻R13和所述R14并联连接；

所述放电检测控制模块包括电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R32、场效应管Q6、场效应管Q8、二极管D12和二极管D14，所述电阻R28、所述电阻R29与所述电阻R30串联连接，所述电阻R32与所述场效应管Q6并联连接，所述场效应管Q8与所述电阻R32串联连接，所述二极管D12与所述二极管D14并联连接，所述电阻R28、所述电阻R32、所述场效应管Q6与所述二极管D14串联连接；

所述数据检测处理模块包括STM32单片机U4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23和滤波器L2，所述电阻R6、所述电阻R7、所述电容C16、所述电容C17、所述滤波器L2、所述电阻R5、所述电容C23、所述电容C18、所述电容C19、所述电容C20、所述电容C21与所述电容C22均与所述STM32单片机电连接，所述电阻R5与所述电容C23电连接，所述电容C18、所述电容C19、所述电容C20、所述电容C21与所述电容C22并联连接；

进一步地，所述充电检测控制模块用于在充电过程中检测电池电压，通过PWM调节电池的充电电流，并当电池充满电量后切换至涓流充电；

进一步地，所述放电检测控制模块用于在电池放电电压低于预设值时，切断负载供电，并消除电池放电迟滞。

采用以上技术方案，本发明具有以下技术效果：

（1）检测电池电压，调节充电电流，可以更加科学的判断电池的充满状态；

（2）电池充满以后涓流补电，延长电池使用寿命，提高带载时长；

（3）放电过程中两级电压检测比较，用于消除放电迟滞效应。

附图说明

图1为本发明实施例一原理图；

图2为本发明实施例一程序流程图；

图3为本发明实施例一充电检测控制模块电路图；

图4为本发明实施例一放电检测控制模块电路图；

图5为本发明实施例一数据检测处理模块电路图。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，下面将结合实施例对本发明作进一步阐述，需要声明的是，以下内容仅是为了更好地说明本发明，并非是限制本发明权利要求书的保护范围；

实施例一

如图1所示，一种矿用镍氢电池充放电控制的方法，包括充电检测控制模块、放电检测控制模块和数据检测处理模块；

如图2所示，描述了该方法的充电检测逻辑过程，充电检测控制模块上电后程序初始化，首先判断是否接入电池，如果有电池开始给电池充电，充电电流通过采样电阻来设置，在电池没有充满的情况下采用额定的充电电流给电池充电；

在整个充电过程中实时采集电池组电压，当在持续一段时间内电池组电压保持不变时，则判断为检测到零增值0V，此时充电检测程序记录下该状态；

随着充电的持续充电，根据镍氢电池的特性，在完全充满电以后会有一个电压下降的过程，该状态即为电池电压负增值-V；

当同时判断到0V、-V状态时，则程序认为电池已经充满，通过PWM调节即可转为涓流充电过程，在涓流充电过程中，充电电流一般为额定电流的5%，该充电电流主要用于补充电池的自放电损耗，保持电池的充满状态；

如图3所示，充电检测控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、三极管Q1、场效应管Q2、二极管D1、电感L1、电容C3和电容C4，电阻R1与场效应管Q2并联连接，场效应管Q2、二极管D1、电杆L1与电阻R11依次串联连接，电阻R2分别与电阻R1、场效应管Q2和三极管Q1电连接，三极管Q1与电阻R3电连接，电阻R12分别与电阻R11、电阻R9和电容C3电连接，电容C4分别与电阻R13和R14并联连接；

外电电源经过处理后为VIN标识，在与电池端通过一个型号为IRF4905PBF的P-MOS管进行连接，控制端PWM为数据检测处理模块的一个PWM输出接口，通过程序对PWM脉宽的调节，实现对充电电流的调节；

镍氢电池的充电定电流由电阻R14决定，计算值为100mV/R14，当R14取值为0.1Ω时充电定电流为1000mA，通过PWM调节使得在电池电量不满时维持在定电流附近，而当电池充满以后涓流充电电流为定电流的5%；

判断充满的标志为0V、-V状态，此状态通过BAT_V端的电压进行采集计算得出；

以20节镍氢电池串联为例，根据GB3836.2-2010附录E的规定，单节镍氢电池最大开路电压为1.5V，考虑到电池差异，BAT_V端的电压设置为1.417V时，电池充满时能够正常检测到0V、-V，从而通过PWM脉宽调节即可使电池转换为涓流充电，保护电池；

如图4所示，放电检测控制模块包括电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R32、场效应管Q6、场效应管Q8、二极管D12和二极管D14，电阻R28、电阻R29与电阻R30串联连接，电阻R32与场效应管Q6并联连接，场效应管Q8与电阻R32串联连接，二极管D12与二极管D14并联连接，电阻R28、电阻R32、场效应管Q6与二极管D14串联连接；

程序在数据检测处理模块上电后初始化，检测电池是否处于放电状态，当电池处于放电状态时，执行放电逻辑；

检测模块通过两路电压检测来判断当前电池的电压，分别为FDJC_1和FDJC_2，当检测到FDJC_1的电压低于程序预设的下行阈值时，在短暂延时后，FDKZ端输出低电平，从而使得Q8处于截至状态，相应的Q6也处于截至状态，电池停止对负载放电；

当检测到FDJC_2的电压高于程序预设的上行阈值时，FDKZ端输出高电平，从而使得Q8处于导通状态，相应的Q6也处于导通状态，电池可以对负载放电；

因此在实际使用中，通过对程序上行阈值和下行阈值的设置，只有当低于下行阈值时才截至放电，高于上行阈值时才开始放电，两者中间的差值通过程序设置，可以消除由于噪声或者负载突变造成的输出紊乱；

如图5所示，数据检测处理模块包括STM32单片机U4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23和滤波器L2，电阻R6、电阻R7、电容C16、电容C17、滤波器L2、电阻R5、电容C23、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21与电容C22均与STM32单片机电连接，电阻R5与电容C23电连接，电容C18、电容C19、电容C20、电容C21与电容C22并联连接；

采用STM32F103C8T6作为核心控制芯片，一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器；

采用控制芯片的ADC采样接口，采用DMA的传输方式，无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式类似保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与I/O设备开启一条直接传输数据的通路，可以使CPU的效率大大提高，从而提高了ADC采样效率及转化速度；

充电检测控制模块用于在充电过程中检测电池电压，通过PWM调节电池的充电电流，并当电池充满电量后切换至涓流充电；

放电检测控制模块用于在电池放电电压低于预设值时，切断负载供电，并消除电池放电迟滞；

充电检测控制模块和放电检测控制模块通过实时的电压采集、逻辑判断及控制，可以实现对镍氢电池充放电的科学管理及控制，提高电池的使用寿命及后备带载能力，对煤矿现场使用的电池具有良好的使用指导意义。

以上即为本发明的实施例内容，在未对本发明做出任何创造性的改进的前提下，皆属于本发明权利要求书保护范围内。