專利名稱：自然平衡充電控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及針對鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、鎳氫電池、鋰電池等二次蓄電池充電的高效率、高智能、高可靠自動充電控制裝置。
本發(fā)明的技術方案是，所述自然平衡充電控制裝置包括輸出單元、隔離反饋單元、溫度補償單元和輸出控制單元，其的電路結構是，輸出單元將前級功率變換的一路作充電器的充電輸出，而另兩路分別接至溫度補償單元和輸出控制單元，溫度補償單元所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元，該輸出控制單元將控制信號送至隔離反饋單元，而隔離反饋單元的輸出信號送至前級的功率變換，實現(xiàn)完整的閉環(huán)控制。
以下對本發(fā)明做出進一步說明。
參見圖2，本發(fā)明包括輸出單元1、隔離反饋單元2、溫度補償單元3和輸出控制單元4，其電路結構是，將輸出單元(1)前級功率變換的一路做充電器的充電輸出(Vdc)而另兩路分別接至溫度補償單元(3)和輸出控制單元(4)，溫度補償單元(3)所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元(4)，該輸出控制單元(4)將控制信號送至隔離反饋單元(2)，隔離反饋單元(2)的輸出信號送至前級的功率變換，實現(xiàn)完整的閉環(huán)控制。
以下結合實施例電路圖說明工作原理如下。
本發(fā)明的核心原理是充電過程中充電控制電路無硬關斷，可通過對由此所處環(huán)境與充電電流、充電電壓等的不間斷監(jiān)測，實時控制充電裝置的輸出特性曲線，模擬出在該環(huán)境下電池的最佳充電特性曲線，即

圖1的電池自然接受特性曲線。按客觀環(huán)境，達到自然平衡充電。
參見做為實施例之一的圖3電路，所述輸出單元(1)將前級功率變換后的直流電(Vdc)一路作充電輸出，一路送至由R1、R2、R4、R5、C1、U2、RT1組成的輸出控制單元(4)，另一路送至R3、RT2組成的溫度補償單元(3)，溫度補償單元(3)的輸出通過R4送至輸出控制單元(4)，控制單元(4)產(chǎn)生的控制信號通過U1反饋至隔離反饋單元(2)的另一側(cè)，形成閉環(huán)控制。輸出的直流電(Vdc)通過R1、R2、R3、R4、R5、U2、C1、RT1來精確控制，其中U1應選用精度優(yōu)于1％的高精度并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431；R3、R4、R5應選用誤差小于0.5％，溫漂小于±50ppM的高精度金屬膜電阻；R1、R2、C1可選用普通產(chǎn)品，其中RT1為高精度負溫度系數(shù)熱敏電阻，它有特殊的溫度特性曲線與B值要求，并對阻值有誤差優(yōu)于1％精度要求。R1經(jīng)U1(PC817)輸入側(cè)與R2并聯(lián)，再接至U2(TL431)的陽極，U2的陰極通過RT1接至電源負端。當電路正常工作時，經(jīng)R1、R2嚴格控制，注入U2的陰極電流將在RT1上產(chǎn)生電壓降，隨著溫度與注入電流的不同，U2的陰極電壓浮置在某一特定范圍，這樣即可使輸出的直流電依充電特性曲線實時可靠調(diào)整。RT2為通用負溫度系數(shù)熱敏電阻，它要求阻值與B值精度不低1％(在不需要負溫度系數(shù)的充電特性時不需要)?？刂菩盘柵c溫度補償信號混合后送至光電耦合器U1(PC817)，反饋至U1的另一側(cè)，形成完整的閉環(huán)反饋電路，其中U1要選擇線性光電耦合器，耐壓一般要大于2500Vac。這個電路雖較簡單，但要特殊的高精度負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT1支持，否則難達到優(yōu)良的充電特性，所以還可以采用下述的電路來實現(xiàn)。
參見做為實施例之二的圖4電路，輸出單元(1)將前級功率變換產(chǎn)生的直流電(Vdc)一路用于充電輸出，一路送至由R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R13、C1、U2、U3、Q1組成控制單元(4)，一路送至由R8、R9、R10、R11、R12、R14、C2、C3、Z1、U4、U5組成的溫度補償單元(3)。其中R3、R4、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12應選用高精度金屬膜電阻，R1、R2、R5、R14可采用普通電阻，C1、C2、C3采用溫度特性良好的高頻電容。Z1選用精度優(yōu)于1％的穩(wěn)壓二極管，Q1選用普通開關三極管。U3選用單刀雙擲的微型光電繼電器，U4選用高精度集成溫度傳感器(LM334)，U5選用單電源運算放大器。電路正常工作時，當Vdc小于特定閥值時，R6、R7分壓控制的Q1截止。U3(微型光電繼電器)將U2(TL431)的陰極接至R13，這時經(jīng)R1、R2嚴格控制，注入U3的陰極電流在R13上產(chǎn)生電壓降，使U3的陰極浮置在特定值，即可使直流電Vdc達到充電特性要求。當Vdc大于這一電壓閥值時，Q1導通，其中R5用于防止U3、Q1過流，U3將U2陰極接至U5(單電源運放)的輸出，U5的輸出是由U4(LM334)產(chǎn)生的高精度溫度信號，通過運算放大器比較放大產(chǎn)生的。通過溫度的檢測，對U5的輸出電壓與注入R12的電流進行控制，使U2陰極電壓浮置在某一特定范圍，并通過光電耦合器U1(PC817)進行反饋控制，使直流電Vdc隨環(huán)境實現(xiàn)自動平衡充電，它的優(yōu)點是元件容易得到，控制精確，但電路稍復雜。
參見做為實施例之三的圖5電路，，它的輸出單元(1)，控制單元(4)隔離反饋電壓(2)，與上面的方式大同小異。但由于采用了單片電腦控制補償，不但可以實現(xiàn)精確的自然平衡充電，而且可以將充電中的各項參數(shù)進行數(shù)據(jù)傳送，實現(xiàn)由數(shù)據(jù)中心遠程監(jiān)控，使之更適合大型的數(shù)字化系統(tǒng)，它的工作原理是，通過U3(高精度集成溫度傳感器)、U4(單電源運算放大器)將溫度信號送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號送入單片電腦，完成各項數(shù)據(jù)處理；再將數(shù)字信號送出至數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，然后將轉(zhuǎn)換成的模擬信號送入單電源高阻抗運放，高阻抗運放的輸出，可以控制U2(TL431)陰極的電壓，使U2的陰極電壓浮置，然后通過光電耦合器U1(PC817)反饋至前級功率變換，實現(xiàn)完整的閉環(huán)控制。
在采用它激式開關電源做前級功率變換時，有些芯片自帶高精度片內(nèi)電壓基準，從而不需采用外加基準與光電耦合器反饋，可以通過推動變壓器使輸入與輸出隔離。并通過對充電電壓、充電電流、環(huán)境溫度等的實時檢測，將輸出基準浮置在特定曲線，使充電輸出盡可能接近自然接受特性曲線，實現(xiàn)“自然平衡”充電。
從整個電路設計可以看出，本發(fā)明的最大特點與突破是通過將輸出基準(并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431的陰極)按充電特性要求，浮置在特定曲線，使充電輸出盡可能接近自然接受特性曲線，實現(xiàn)“自然平衡”充電。也由此可知，本發(fā)明是一種新型的充電控制——“自然平衡”充電控制。所設計出的充電裝置，更符合二次電池放電后的充電恢復特性，并且對任何二次電池的充電，其工作模式一樣，只要在個別元件的選擇與使用上有所針對即可。而所設計的充電裝置，在對電池的整個充電過程中，由于充電裝置的高度智能化，即其隨環(huán)境自動平衡的特性，可以不需要人工進行監(jiān)測與調(diào)整；也絕不存在過充電與充電不足對電池壽命造成的危害，因此可以極大的延長電池的使用壽命；同時該裝置通過嚴格的自動平衡設計與生產(chǎn)控制，使得電池充電過程中析氣量極少，也無熱積累與爆炸可能。本發(fā)明設計的充電裝置體積輕巧、適應范圍寬。其高智能與高安全性使得操作者無須經(jīng)過專業(yè)培訓就可在任何有交流電的地方自由操作。因此它是一個有別于其它充電控制的新型模式，采用本電路設計產(chǎn)生的電池充電裝置，有如下的諸多優(yōu)點。
一、節(jié)電。本充電裝置功率變換控制與充電控制融為一體，采用先進的高頻開關電源作功率變換，轉(zhuǎn)換效率極高，效率≥80％(可控硅、開關電源與專用芯片控制相結合難于達到)；二、高安全性。本充電裝置因為通過隔離反饋單元，完成閉環(huán)控制，所以很容易使隔離電壓大于2500Vac甚至更高，漏電流也很小，有效保證了操作人員的人身安全；三、延長壽命。本充電裝置在充電開始后，會自動偵測電池的放電深度，以一系列由小到大，由窄到寬的電流脈沖序列對該環(huán)境下電池的受電能力進行探測與化學分子反應的激活。進行預充，當達到特定條件后，轉(zhuǎn)入正常充電，這樣可以大大提高電池使用壽命，(這是一般充電方法沒有的特點)；四、全自動。本充電裝置具有電池電壓、充電電流、環(huán)境溫度、充電時間、掉電后恢復等自動檢測功能，在整個充電過程中根本不必人為控制。轉(zhuǎn)入正常充電后，充電裝置會以一種電壓引導的方式，使電池逐漸恢復容量，最后轉(zhuǎn)入有別于浮充與點滴充電的微電流補充充電。因此可以保證電池即使長期接在充電裝置上充電，也不會影響電池的壽命；五、復活電池。本充電裝置會產(chǎn)生可變的電流脈沖序列，采用該裝置給電池充電，經(jīng)幾次充放循環(huán)后可恢復鈍化了的電池；六、體積小、重量輕。本充電裝置的體積、重量只有同等普通開關電源充電器的1/3以下，可控硅式的1/10以下。
七、適用廣。本充電裝置采用優(yōu)質(zhì)開關電源作功率變換，輸入的交流電范圍極寬在100V～240Vac，47～63Hz的條件下都可以正常工作，在環(huán)境溫度-10℃～45℃下都可以使電池充滿又不過充。
八、環(huán)境要求低。本充電裝置在整個充電過程中電池析氣量極少，電解液溫度幾乎沒有升高，電池不可能發(fā)生熱積累與爆炸。采用外接保險，電池極性反接也有保護，因此對充電環(huán)境要求不高；九、無污染。本充電裝置在整個電池充電過程中電池析氣量極小，能十分有效的防止有害氣體的產(chǎn)生，采用高頻開關電源，無低頻噪聲污染。
十、以變應變?！白匀黄胶狻背潆姺确呛銐撼潆娨卜呛懔鞒潆?，也不是兩充電方式的簡單結合，雖有脈沖電流序列輸出但也完全不同于脈沖充電。而是吸取三種充電方式的長處，達到以變應變，實時調(diào)整，因此對電池的適應能力非常強；十一、可靠性。本充電裝置不怕掉電，充電過程中，沒有硬關斷，它按特有的，不同于浮充與點滴充電的微電流充電方式，來彌補電池充滿后，自放電對電池實際容量下降造成的影響，保證電池的電量始終處在最高值；
十二、經(jīng)濟性。因為1、安全系數(shù)高，無須專業(yè)人員操作，可以大范圍推廣使用，免除培訓專業(yè)人員的費用。2、充電效率高達到優(yōu)質(zhì)開關電源的效率，所以市電轉(zhuǎn)化率高。3、可以極大的延長電池使用壽命。
在附圖中1—輸出單元，2—隔離反饋單元，3—溫度補償單元，4—輸出控制單元。
權利要求
1.一種自然平衡充電控制裝置，包括輸出單元1、隔離反饋單元2、溫度補償單元3和輸出控制單元4，其特征是，它的電路結構是，輸出單元1將前級功率變換的一路作充電器的充電輸出，而另兩路分別接至溫度補償單元3和輸出控制單元4，溫度補償單元3所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元4，該輸出控制單元4將控制信號送至隔離反饋單元2，而隔離反饋單元2的輸出信號送至前級的功率變換。
2.根據(jù)權利要求1所述的自然平衡充電控制裝置，其特征是，采用電源變壓器做為前級功率變換器件，由R1、R2、R4、R5、C1、U2、RT1組成的輸出控制單元(4)，R3、RT2組成的溫度補償單元(3)，溫度補償單元(3)的輸出通過R4送至輸出控制單元(4)，控制單元(4)產(chǎn)生的控制信號通過U1反饋至隔離反饋單元(2)的另一側(cè)而形成閉環(huán)控制，R1經(jīng)U1輸入側(cè)與R2并聯(lián)，再接至U2(TL431)的陽極，U2的陰極通過RT1接至電源負端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自然平衡充電控制裝置，包括輸出單元1、隔離反饋單元2、溫度補償單元3和輸出控制單元4，輸出單元1將前級功率變換的一路作充電器的充電輸出，而另兩路分別接至溫度補償單元3和輸出控制單元4，溫度補償單元3所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元4，該輸出控制單元4將控制信號送至隔離反饋單元2，而隔離反饋單元2的輸出信號送至前級的功率變換。本發(fā)明為全自動安全節(jié)能充電裝置，對充電環(huán)境要求低、無污染、可靠性與經(jīng)濟性好，適用范圍廣，能延長電池壽命并可復活鈍化電池。
文檔編號H02J7/10GK1479426SQ0211436
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月27日 優(yōu)先權日2002年8月27日
發(fā)明者何毅然, 何鎮(zhèn)宇 申請人:何鎮(zhèn)宇