專利名稱：多種蓄電池多模式大功率充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種用于各種蓄電池、各種 充電模式的大功率充電技術(shù)裝置。
背景技術(shù)：
目前廣泛使用的大功率蓄電池一般有牽引型、動(dòng)力型液體鉛酸蓄 電池、免維護(hù)鉛酸蓄電池兩種。其充電裝置一般只對(duì)一種蓄電池充電， 一般也只有一種充電模式，即一臺(tái)充電裝置只能對(duì)一種蓄電池進(jìn)行一 種模式的充電。
隨著蓄電池科研和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，多種新型的動(dòng)力型、牽 引型蓄電池不斷地被發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用于各種實(shí)際場(chǎng)合，例如鎘鎳電 池、氫電池、鋰電池、電容電池……等等，還有各種在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)取 得成功、即將付諸實(shí)用的電池，正在大力研究開發(fā)的電池等等。但是 目前大多數(shù)充電裝置的充電模式僅僅適用于一種蓄電池。因此，每出 現(xiàn)一種新型的蓄電池，人們就得不勝其煩地設(shè)計(jì)專為該種蓄電池用的 充電裝置。由此充電裝置的種類規(guī)格也就不斷地增加。
在目前大多數(shù)充電裝置的輸出電流的控制過程中， 一般仍然采用
手動(dòng)控制或傳統(tǒng)的PID控制算法，很少采用智能控制技術(shù)。而傳統(tǒng)控 制方法已難以滿足蓄電池對(duì)充電裝置自動(dòng)化的程度和其輸出的電流 控制精度及效果等越來越高的要求。從20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)了較 為新穎的恒流分階段充電模式。這種充電模式在一定程度上可以提高 充電效率，延長(zhǎng)蓄電池壽命。但是實(shí)際應(yīng)用效果較差，還存在許多弊 病，例如一機(jī)不能同時(shí)適應(yīng)兩種以上的蓄電池，充電模式單一，充電效率低，易損壞蓄電池，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及無記憶能力等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的種種缺失，而提出一種多 種蓄電池多模式大功率充電裝置，其基于用若干個(gè)二元高階代數(shù)方 程，模擬充電裝置輸出的多個(gè)電流曲線(此代表多個(gè)充電模式)，并 把它們?cè)O(shè)計(jì)成程序語言，輸入單片機(jī)存儲(chǔ)器，以此來精確控制充電裝 置三相可控整流電路，把三相交流電變成可控的直流電流的充電全過 程的設(shè)計(jì)思路。
該裝置包括(如附圖l所示)三相可控整流系統(tǒng)、充電曲線的預(yù) 置和形成算法控制模塊、充電電流與預(yù)置曲線偏差的消除過程算法控 制模塊、充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊、蓄電池軟保護(hù)算法 模塊以及通訊接口及其通訊軟件等六部分組成。
其中，充電曲線的預(yù)置、形成、控制算法模塊含有輔助PID算法。 開機(jī)后充電裝置按照輸入的操作命令控制輸出直流電流。充電裝置的 輸出電壓、電流通過檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)與數(shù)值，與預(yù)選的充 電曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。如果比較結(jié)果出現(xiàn)偏差，該裝置會(huì)按照此偏差 信號(hào)與偏差數(shù)值不斷進(jìn)行修正。如此不斷地檢測(cè)——信號(hào)轉(zhuǎn)換——修 正，使得充電裝置的輸出電流曲線完全符合原來預(yù)選的充電曲線，直 至整個(gè)充電過程完成。因此，將來每出現(xiàn)一種新型的蓄電池，每需要 設(shè)計(jì)一種新的充電模式，都可以通過大型計(jì)算機(jī)計(jì)算出相應(yīng)充電曲線 的二元高階代數(shù)方程,并把它設(shè)計(jì)成程序語言，存入單片機(jī)存儲(chǔ)器中， 形成相對(duì)于一種新型的蓄電池所需要的一種新的充電模式。理論上，這種按照設(shè)計(jì)要求的新的二元高階代數(shù)方程可以計(jì)算出 無限多個(gè)，與此相對(duì)應(yīng)的充電曲線也就有無限多個(gè)。也就是說該種充 電裝置可以對(duì)目前和以后若干年內(nèi)出現(xiàn)的任何種類的蓄電池都可以 進(jìn)行任何充電模式的充電。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括
一、 三相可控整流系統(tǒng)
三相可控整流系統(tǒng)包括可控整流電路、移相觸發(fā)電路。該系統(tǒng) 的主要任務(wù)是把三相交流電流轉(zhuǎn)換成可以控制的直流電流。在該系統(tǒng) 中，采用線性度好、移相范圍寬、能寬脈沖觸發(fā)的集成移相觸發(fā)電路。 由微機(jī)D/A轉(zhuǎn)換電路送來的控制電壓對(duì)移相觸發(fā)電路進(jìn)行控制，其受 控輸出的移相觸發(fā)脈沖去觸發(fā)可控整流電路中的大功率可控硅，改變 它們的控制角，進(jìn)而改變充電裝置的輸出電流。
二、 充電曲線的預(yù)置和形成過程
根據(jù)高等數(shù)學(xué)方程的原理，每根平面曲線都可以用一個(gè)或若干個(gè) 二元多階數(shù)學(xué)方程表達(dá)(為兼顧數(shù)學(xué)方程的計(jì)算復(fù)雜度和難易度，及 描述曲線符合度，本發(fā)明擬采用二元六階的數(shù)學(xué)方程較為適宜)。它 們的表達(dá)式為
Yi 二AiX6 + BA5 + dX4 + D!X3 + EtX2 + F,X + G1; Y2 =A2X6 + B2X5 + C2X4 + D2X3 + E2X2 + F2X+ G2; Y3 =A3X6 + B3X5 + C3X4 + D3X3 + E3X2 + F3X+ G3;
Yn 二AJ6 + BX + CnX4 + D X3 + EnX2 + FnX + Gn;注公式中的A2、 A3、 An; Bi、 B2、 B3、 B ; d、 G、 C3、 Cn; D,、
D2、 D3、 Dn; E!、 E2、 E3、 En; Ft、 F2、 F3、 Fn; G,、 G2、 G3、 Gn;......等
均為常數(shù)數(shù)值。
每一組數(shù)值與未知元素X、 Y的組合，就是一個(gè)二元六階方程，
也就是一根或者一段充電曲線。當(dāng)多組常數(shù)數(shù)值確定后，就建立了多
個(gè)二元六階方程，也就有多根充電曲線，由此可以構(gòu)成一種新的充電
模式。由此可知，可建立許多種乃至無窮多種的充電模式。
經(jīng)過大型計(jì)算機(jī)的模擬和運(yùn)算，把一個(gè)能夠完成該種充電模式的 多個(gè)二元六階數(shù)學(xué)方程的常數(shù)數(shù)值計(jì)算出來，然后把這些數(shù)學(xué)方程設(shè) 計(jì)成程序語言存入到充電裝置的存儲(chǔ)芯片中，充電裝置就將按照預(yù)先 設(shè)置的充電模式運(yùn)行。這就是充電裝置充電曲線的預(yù)置和形成過程。 三、充電電流與預(yù)置曲線偏差的消除過程
開機(jī)后充電裝置按照輸入的操作命令選擇某個(gè)充電模式控制輸 出直流電流。充電裝置內(nèi)的電壓、電流檢測(cè)電路實(shí)時(shí)把充電裝置輸出 的電壓、電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)與數(shù)值，并與預(yù)設(shè)的充電曲線進(jìn)行比 較。如果比較結(jié)果無偏差，充電裝置維持原輸出電流不變；如果出現(xiàn) 第一次偏差，充電裝置按照此偏差信號(hào)與偏差數(shù)值對(duì)充電裝置的輸出 電流進(jìn)行第一次修正，使充電裝置的輸出電流向預(yù)設(shè)的輸出電流接 近；如果出現(xiàn)第二次偏差，充電裝置按照此偏差信號(hào)與偏差數(shù)值對(duì)充 電裝置的輸出電流進(jìn)行第二次修正，使充電裝置的輸出電流向預(yù)設(shè)的 輸出電流更加接近。如此不斷地檢測(cè)——信號(hào)轉(zhuǎn)換——比較——修正 的循環(huán)，使充電裝置的輸出電流曲線最終精確地符合預(yù)設(shè)充電曲線， 直至整個(gè)充電過程完成。四、 充電完成鑒別并結(jié)束充電
充電裝置在充電過程中始終緊密地監(jiān)視充電電流，隨時(shí)檢測(cè)蓄電 池端電壓上升曲線的角度^ 。如果檢測(cè)到在充電過程蓄電池電壓上升 的角度(即蓄電池電壓上升曲線與時(shí)間水平線的夾角e)，小于微機(jī) 內(nèi)存儲(chǔ)的充電結(jié)束時(shí)的電壓上升角度^時(shí)，充電裝置即認(rèn)為在充的 蓄電池(不論新舊)即將充滿。充電裝置立即自動(dòng)轉(zhuǎn)入充電結(jié)束處理 程序，短時(shí)間內(nèi)迅速把充電電流降為零，然后關(guān)機(jī)。這種能自動(dòng)識(shí)別 新舊蓄電池是否充滿的功能，可以保證蓄電池精確地充滿充足，有效 地避免蓄電池"過充"和"欠充"現(xiàn)象的發(fā)生，有效地節(jié)約了電能、
縮短了充電時(shí)間、延長(zhǎng)了蓄電池的壽命。如附圖2蓄電池端電壓與時(shí) 間軸的夾角C所示。
五、 蓄電池軟保護(hù)
任何種類的蓄電池都有它的額定容量(例如蓄電池外殼上標(biāo)有 500Ah字樣，即表示該蓄電池的額定容量為500安時(shí))。蓄電池在充 電時(shí)，由于內(nèi)阻的存在，其內(nèi)部的電池極板和電介質(zhì)在電能——化學(xué) 能的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)發(fā)熱，而且蓄電池的電能——化學(xué)能的轉(zhuǎn)換速率也 有一定的限制。所以，每種蓄電池的適宜的充電電流與它的額定容量 都有一個(gè)合適的比例，即充電系數(shù)。如果超出這個(gè)充電系數(shù)，輕則造 成蓄電池溫升過快過熱，縮短蓄電池的壽命，重則造成蓄電池短時(shí)間 內(nèi)報(bào)廢的惡果。
現(xiàn)有的充電裝置，它只有保護(hù)充電裝置本身是否過載的保護(hù)功 能，而不能保護(hù)蓄電池是否被大電流充壞。本發(fā)明具有蓄電池軟保護(hù) 算法模塊，它可以根據(jù)在充蓄電池的額定容量大小，其設(shè)定一個(gè)既不影響充電過程的進(jìn)行，又可以保護(hù)蓄電池不會(huì)因充電電流過大損壞蓄 電池的充電系數(shù)(也稱保護(hù)系數(shù))，儲(chǔ)存在微機(jī)的存儲(chǔ)器中(必須指 出的是，不同種類的蓄電池由于其充電特性不同，其充電保護(hù)系數(shù)也 各不相同)。對(duì)于不同額定容量的某種蓄電池，保護(hù)系數(shù)相同，但是 它可充的最大的直流電流的數(shù)值則因蓄電池額定容量的不同而不同。 如果充電裝置輸出的電流一旦超出這個(gè)最大值但又沒有達(dá)到充電裝 置最大的輸出電流值，充電裝置也會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，從而有效地保護(hù)了蓄 電池。
六、通訊接口及其通訊軟件
本發(fā)明充電裝置的通訊接口及裝有的與中央主控計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通 信的軟件，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多機(jī)聯(lián)網(wǎng)和中央計(jì)算機(jī)集群監(jiān)控，開機(jī)停機(jī)和 各種充電參數(shù)可遠(yuǎn)程也可本地設(shè)置和控制，過去操作情況自動(dòng)記錄顯 示打印，當(dāng)前充電裝置全貌或單機(jī)充電狀態(tài)參數(shù)畫面均可顯示，大大 方便了操作人員和主管部門遙測(cè)、遙控、各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)管理。具有 完成遠(yuǎn)程訪問、通訊、操作等功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要有以下特點(diǎn)
具有多種充電模式，可以對(duì)目前現(xiàn)有的各種大功率蓄電池進(jìn)行有 效的高效率的充電；具有充電模式大容量擴(kuò)展的功能，可以對(duì)將來幾 十年內(nèi)出現(xiàn)的任何種類的大功率蓄電池進(jìn)行有效的高效率的充電；本 裝置以隨時(shí)檢測(cè)蓄電池端電壓上升曲線時(shí)間水平線的夾角C的方法， 檢測(cè)在充的蓄電池(不論新舊)是否充滿的方法，以精確保證在充蓄 電池充滿，防止對(duì)蓄電池有害的"過充"、"欠充"現(xiàn)象的發(fā)生；具有蓄電池軟保護(hù)功能，保護(hù)在充蓄電池不會(huì)被因過大電流充壞；本裝置
設(shè)有與中央主控計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通信的軟件，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多機(jī)聯(lián)網(wǎng)和中央
計(jì)算機(jī)集群監(jiān)控。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖； 圖2為本發(fā)明的一種充電特性曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
本發(fā)明的一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其由三相可控 整流系統(tǒng)l、充電曲線的預(yù)置和形成過程算法控制模塊2、充電電流 與預(yù)置曲線偏差的消除過程算法控制模塊3、充電完成鑒別并結(jié)束充 電算法控制模塊4、蓄電池軟保護(hù)算法模塊5和通訊接口及其通訊軟 件6組成。
所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其中 充電曲線的預(yù)置和形成過程算法控制模塊2儲(chǔ)存有經(jīng)大型計(jì)算
機(jī)的模擬和運(yùn)算，將完成某一充電模式的多個(gè)二元六階數(shù)學(xué)方程的常
數(shù)計(jì)算數(shù)值并程序化的語言；
充電電流與預(yù)置曲線偏差的消除過程算法控制模塊3儲(chǔ)存有某
一充電模式控制輸出直流電流，并與預(yù)設(shè)的充電曲線進(jìn)行比較并不斷
地檢測(cè)——信號(hào)轉(zhuǎn)換——比較——修正的循環(huán)，直至完成整個(gè)充電過
程的程序。
充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊4儲(chǔ)存有在充電過程中充電電流，隨時(shí)檢測(cè)蓄電池端電壓上升曲線的角度C變化及小于設(shè)定
充電結(jié)束時(shí)的電壓上升角度(T時(shí)的充電結(jié)束處理、關(guān)機(jī)的程序。
蓄電池軟保護(hù)算法模塊5儲(chǔ)存有根據(jù)不同種類的蓄電池因其充 電特性不同，其充電保護(hù)系數(shù)和充蓄電池的額定容量大小不同，設(shè)定 了一個(gè)既不影響充電過程的進(jìn)行，又可以保護(hù)蓄電池不會(huì)因充電電流 過大損壞蓄電池的保護(hù)系數(shù)的程序。
所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其三相可控整流系統(tǒng) 1，包括可控整流電路、移相觸發(fā)電路。
綜上所述，本發(fā)明的一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，具 有適應(yīng)多種蓄電池和多種充電模式的各種大功率蓄電池進(jìn)行有效的 高效率的充電及擴(kuò)展充電模式的功能；具有蓄電池軟保護(hù)功能，保護(hù) 在充蓄電池不會(huì)被因過大電流充壞；具有隨時(shí)檢測(cè)和鑒別在充蓄電池 是否已經(jīng)充滿和自動(dòng)結(jié)束關(guān)機(jī)的功能，避免蓄電池不會(huì)出現(xiàn)"過充" 和"欠充"現(xiàn)象發(fā)生，節(jié)約了電能、縮短了充電時(shí)間、延長(zhǎng)了蓄電池 的壽命；并具有與中央主控計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通信的軟件，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多機(jī) 聯(lián)網(wǎng)和中央計(jì)算機(jī)集群監(jiān)控等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其特征是，由三相可控整流系統(tǒng)(1)、充電曲線的預(yù)置和形成過程算法控制模塊(2)、充電電流與預(yù)置曲線偏差的消除過程算法控制模塊(3)、充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊(4)、蓄電池軟保護(hù)算法模塊(5)和通訊接口及其通訊軟件(6)組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其 特征是，充電曲線的預(yù)置和形成過程控制模塊(2)采用輔助PID算 法，儲(chǔ)存有經(jīng)大型計(jì)算機(jī)的模擬和運(yùn)算，將完成某一充電模式的多個(gè) 二元六階數(shù)學(xué)方程的常數(shù)計(jì)算數(shù)值并程序化的語言；充電電流與預(yù)置 曲線偏差的消除過程控制模塊(3)儲(chǔ)存有某一充電模式控制輸出直 流電流，并與預(yù)設(shè)的充電曲線進(jìn)行比較并不斷地檢測(cè)——-信號(hào)轉(zhuǎn)換一 一比較——修正的循環(huán)，直至完成整個(gè)充電過程的程序；充電完成鑒 別并結(jié)束充電算法控制模塊(4)儲(chǔ)存有在充電過程中充電電流，隨 時(shí)檢測(cè)蓄電池端電壓上升曲線的角度C變化及小于設(shè)定充電結(jié)束時(shí) 的電壓上升角度《'時(shí)的充電結(jié)束處理、關(guān)機(jī)的程序；蓄電池軟保護(hù) 算法模塊(5)儲(chǔ)存有根據(jù)不同種類的蓄電池因其充電特性不同，其 充電保護(hù)系數(shù)和充蓄電池的額定容量大小不同，設(shè)定一個(gè)既不影響充 電過程的進(jìn)行，又可以保護(hù)蓄電池不會(huì)因充電電流過大損壞蓄電池的 保護(hù)系數(shù)的程序。
3、 如權(quán)利要求2所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其 特征是，多個(gè)二元六階數(shù)學(xué)方程與多種充電曲線、充電模式一一對(duì)應(yīng)，其表達(dá)式為Y, 4X6 + B!X5 + dX4 + D,X3 + EA2 + F,X + G1;Y2 =A2X6 + B2X5 + C2X4 + D2X3 + E2X2 + F2X+ G2;Y3 =A3X6 + B3X5 + C3X4 + D3X3 + E3X2 + F3X+ G3;Yn =AnX6 + BnX5 + CnX4 + D XJ + EnX' + FnX + Gn; 其公式中的At、 A2、 A3、 An; Bi、 B2、 B3、 Bn; d、 C2、 C3、 Cn; D2、 D3、 Dn; E,、 E2、 E3、 En; F,、 F2、 F3、 Fn; G,、 G2、 G3、 Gn;……均為由大型計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際所需充電曲線的圖形計(jì)算完成的常數(shù)數(shù)值。 4、如權(quán)利要求l所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其特 征是，三相可控整流系統(tǒng)(1)包括可控整流電路、移相觸發(fā)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的充電模式單一，效率低，易損壞蓄電池，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及無記憶能力等缺失。通過大型計(jì)算機(jī)計(jì)算出相應(yīng)充電曲線的二元高階代數(shù)方程，并將其設(shè)計(jì)成程序語言，存入單片機(jī)存儲(chǔ)器中，形成相對(duì)于一種新的蓄電池所需要的一種新的充電模式。由三相可控整流系統(tǒng)、充電曲線的預(yù)置和形成過程算法控制模塊、充電電流與預(yù)置曲線偏差的消除過程算法控制模塊、充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊、蓄電池軟保護(hù)算法模塊和通訊接口及其通訊軟件組成的充電裝置，具有可對(duì)多種大功率蓄電池、多種充電模式進(jìn)行高效率充電和擴(kuò)展功能以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多機(jī)聯(lián)網(wǎng)和中央計(jì)算機(jī)集群監(jiān)控等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101320917SQ20081003571
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者王義慶, 陳祖康 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)