[发明专利]基于能量在线估计的蓄电池充电控制器及其控制方法

权利要求书

1.基于能量在线估计的蓄电池充电控制器，其连接到一个或多个蓄电池，其特征在于，包括信号采集和处理模块、DSP控制器、第一PWM波发生电路、第二PWM波发生电路、充电电路；

充电电路包括两个拓朴结构相同的同步Buck电路模块，每个同步Buck电路模块由三组相互并联的桥臂与电感、电容组成，即每个同步Buck电路模块均包括六个开关管：第一开关管和第二开关管串联形成第一个桥臂，第三开关管和第四开关管串联形成第二个桥臂，第五开关管和第六开关管串联形成第三个桥臂，第一个桥臂、第二个桥臂和第三个桥臂相互并联后一端连接输入电源正极，另一端连接输入电源负极；电感的一端同时连接第一开关管的发射极、第三开关管的发射极、第五开关管的发射极、第二开关管的集电极、第四开关管的集电极和第六开关管的集电极，另一端连接电容的一端，电容的另一端连接输入电源负极；电容两端还分别连接蓄电池正极和负极；通过控制上述同步Buck电路的开关管的通断实现变Buck电路拓朴结构；

信号采集和处理模块的输入端分别连接输入电源和蓄电池，输出端连接DSP控制器，用以分别实时监测输入电源和蓄电池的电压和电流并输出到DSP控制器；

第一PWM波发生电路为：第一PI控制器的输入端连接DSP控制器，输出端连接第一PWM调制器的输入端，第一PWM调制器的输出依次经过逻辑开关和互补开关后分别连接每个同步Buck电路中的每个开关管的栅极；受控于DSP控制器输出第一PWM波分别控制每个同步Buck电路中的每个开关管的通断以选择Buck电路拓朴结构；

第二PWM波发生电路采用电压外环和电流内环的双闭环控制方法，第二PI控制器的输入端连接DSP控制器，输出端和DSP控制器分别连接第三PI控制器的输入端，第三PI控制器的输出端连接第二PWM调制器的输入端，第二PWM调制器的输出端分别连接每个同步Buck电路中的每个开关管的栅极；受控于DSP控制器输出第二PWM波分别控制所导通开关管的占空比以控制分阶段充电方式。

2.如权利要求1所述的基于能量在线估计的蓄电池充电控制器，其特征在于，还包括由第一电容和第一电阻串联的第一RC串联支路并联在第一开关管、第三开关管和第五开关管的两端；由第二电容和第二电阻串联的第二RC串联支路并联在第二开关管、第四开关管和第六开关管的两端；用以消除尖峰电压。

3.如权利要求1所述的基于能量在线估计的蓄电池充电控制器，其特征在于，所述信号采集和处理模块采用电池监测芯片，型号为DS2438；或者采用如下模块：包括传感器、信号跟随模块、反向求和模块、反向放大模块，传感器为至少为两个，分别连接电源输入端和蓄电池；传感器的输出端连接信号跟随模块的输入端，信号跟随模块的输出端连接反向求和模块的输入端；反向求和模块的输出端连接反向放大模块的输入端，反向放大模块的输出端连接DSP控制器。

4.如权利要求1至3之一所述的基于能量在线估计的蓄电池充电控制器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）参数设置：在DSP控制器中分别设置Buck电路模块的数目、蓄电池的充电电压和充电电流等级、信号采集与处理模块与DSP控制器间的通讯协议；

（2）模拟信号采集调理：信号采集和处理模块分别实时采集输入电源的电流和电压、蓄电池的电流和电压，并分别依次进行隔离放大、反向求和、反向放大运算后输出到DSP控制器；输入电源输出直流电压；

（3）数字信号处理：DSP控制器将步骤（2）所得的各模拟信号分别进行A/D转换后获得相应的数字信号：输入电源的电流i_i和电压U_in、蓄电池的电流I_bat和电压U_bat；

（4）选择Buck电路拓朴结构：假设充电过程中消耗电量为 ，蓄电池充电量为，则放充比η 通过下式获得：

DSP控制器采用PSO算法寻找最优放充比η *，再将经步骤（3）所得到蓄电池的电流和输入电源的电流进行比对得到实时的放充比η ，将最优放充比η*和该实时的放充比η 输入第一PI控制器，由第一PI控制器驱动第一PWM调制器经过逻辑开关电路和互补开关输出第一PWM波分别控制每个同步Buck电路的每个开关管的通断以选择充电电路的Buck电路拓朴结构；

（5）控制充电方式分阶段充电：选择Buck电路拓朴结构后，由第二PWM波发生电路采用电压外环和电流内环的双闭环控制充电；

在蓄电池处于充电初期，蓄电池的电压U_bat低于设定充电电压U_bat*，此时进入电流内环控制，将蓄电池的电流I_bat和设定充电电流I_bat*做差，差值经过第三PI控制器得到相应的占空比，经第二PWM调制器调制得到第二PWM波控制Buck电路模块进行恒流充电；当充电进入末期，进入电压外环控制，将蓄电池的电压U_bat和设定充电电压U_bat*做差，差值经第二PI控制器得到相应的占空比，经第二PWM调制器调制得到第二PWM波控制Buck电路模块进行恒压充电。