專利名稱：充電控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型與電動車充電器控制裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
電動車已經(jīng)在許多城市成為代步工具，大有與自行車平分秋色之勢。然而，其重要組件蓄電瓶快速報廢卻成了令用戶頭痛，令環(huán)保擔(dān)憂的嚴(yán)重的問題。
從生產(chǎn)廠家到使用者都知道，一組蓄電瓶的壽命只有一到兩年，經(jīng)一定充、用電次數(shù)之后，便會發(fā)熱、鼓肚、至直燒毀。但現(xiàn)有蓄電瓶報廢前的充電經(jīng)歷中，都有一段失去自動控制，不能脫離充電電源的過程。這時，商家和維修部會提示你手動斷電?？墒牵看纬潆姸夹枰獛讉€小時，不論白天還是晚上，間隔這么長時間，是很容易被人疏忽和遺忘的。然而接上電源后稍有不慎，便會形成長充不斷，這樣只需一次到幾次，就會使蓄電瓶充爆而完全廢棄。由此，給使用者造成經(jīng)濟(jì)損失，其化學(xué)物品給環(huán)境造成嚴(yán)重污染，再因量大反復(fù)，故后果是極為不利的。
有經(jīng)驗的人或通過測試均可以知道，蓄電瓶即使電力用完，空載電壓仍在額定值(一般是36v)以上，但一帶負(fù)載便會急劇下降，而不能使電動機(jī)運轉(zhuǎn)，這便是有電壓不一定有電能，此時便需要充電。為保證電能充足，原充電器普遍運用了功率判斷法，比如，用一標(biāo)準(zhǔn)電阻結(jié)合集成運放做比較器，在功率弱時，負(fù)載電流乘電阻達(dá)不到門檻電壓，比較器不翻轉(zhuǎn)；而當(dāng)功率達(dá)到額定值時，比較器由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，從而啟動控制器件，截止充電。
這種方式的突出優(yōu)點是，保證了蓄電瓶須達(dá)到額定能量才停止充電。但又潛伏著以下兩個缺點(1)、當(dāng)蓄電瓶稍許老化，質(zhì)量有所下降，但遠(yuǎn)不至于報廢時，便會因儲能達(dá)不到額定度而不能自動斷電，從而使蓄電瓶在長充中加劇發(fā)熱、漲肚、燒損。
(2)、原充電器在充滿電后，斷開的是脈動電流，而不是交流電源，即斷電不徹底，這就為長充留下了危害隱患。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，控制可靠的充電控制器。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型充電控制器，交流電源控制器4接于充電器和交流電源之間，時基振蕩器1與倍率組合器2連接，時基振蕩器1的輸出與步進(jìn)驅(qū)動選擇器3的時鐘脈沖控制腳連接，步進(jìn)驅(qū)動選擇器3的輸出與交流電源控制器4連接。
時基振蕩器1由555集成電路IC1和RC電路組成，IC1的兩個腳分別與電阻R1、R2連接，電阻R1、R2與步進(jìn)驅(qū)動選擇器3連接，IC1的一個腳通開關(guān)K1與并聯(lián)的電容C2、C3、C4、C5連接。
倍率組合器2為二連三擋開關(guān)K1，K1的公共端與集成電路IC1的2腳連接，左、右擋分別與并聯(lián)的電容C2、C3和C4、C5連接，當(dāng)K1位于左擋，K1-1接通電容C2、C3，當(dāng)K1位于中擋，K1-2接通電容C4、C5，當(dāng)K1位于右擋，K1-1與K1-2將電容C2、C3、C4、C5全部接通。
步進(jìn)驅(qū)動選擇器3，由D觸發(fā)器IC2組成，IC1第三腳連接IC2的CP時鐘控制腳，IC2的RD腳開關(guān)K3，IC2的輸出端2Q、3Q、4Q接交流電源控制器4的二聯(lián)三擋開關(guān)K2，K2的左、中、右擋采用對應(yīng)并聯(lián)連接，K2的另一端接復(fù)合管BG1、BG2的基極，復(fù)合管BG1、BG2的集電極接繼電器J，繼電器J的常閉結(jié)點J1-1串接于交流電源SR1和充電器SC1之間。
溫度傳感器5由負(fù)溫系數(shù)熱敏電阻Rt和電阻R4組成分壓電阻與復(fù)合管BG3、BG4的基極連接，復(fù)合管BG3、BG4的集電極與二繼電器J連接，熱敏電阻位于蓄電瓶金屬插接處。
交流電源SC1經(jīng)開關(guān)K3后一路經(jīng)變壓器B1降壓接直流穩(wěn)壓電源6給上述器件供電，另一路送經(jīng)繼電器J的常閉結(jié)點J1-1。
穩(wěn)壓器輸出與Fg1相聯(lián)、充電器SC1與Fg2相聯(lián)，溫控復(fù)合管BG3、BG4與Fg3相聯(lián)。
當(dāng)對D觸發(fā)器清零處理時，開關(guān)K3-2位于中擋，IC2的RD端聯(lián)通電源負(fù)極，開關(guān)K3-2位于右擋，正常充電時，RD端聯(lián)通電源正極。
本實用新型有如下優(yōu)點時間控制器的設(shè)置以時間做控制，這在許多電氣化設(shè)備中已被廣泛運用，現(xiàn)引用到充電限制中也必然是可行可取的，尤其是在電動車生產(chǎn)廠家電能判斷失控的情況下，應(yīng)用時間功能，是保持自動控制的另一種有效措施。
本實用新型運用振蕩方法設(shè)置時間基本電路，改變電容配置，便形成0.5、1.0、1.5三個倍率關(guān)系，再通過多D觸發(fā)器實現(xiàn)步進(jìn)計數(shù)，結(jié)合三檔開關(guān)，可以選擇接通不同的驅(qū)動端口，從而構(gòu)成間隔30分鐘及0.5-12小時的時段控制，故能適應(yīng)不同電動車蓄電瓶正常充電和性能變壞所需時間調(diào)節(jié)控制的要求。
時間選定后，每次需要充電時，只要接上插頭，撥動電源開關(guān)，便進(jìn)入充電程序，直到時間到達(dá)時，控制器件啟動，跳開充電電源。
每當(dāng)控制時段一旦選定，在沒有新情況下，可以一直運作下去，直到蓄電瓶再度發(fā)熱發(fā)燙時，才又縮短充電時間。這樣一次又一次地調(diào)整，直到完全不能儲能，必須報廢為止。由此真正做到了物盡其用。這便是本實用新型的突出特點之一。
交流電控制器的設(shè)置如框圖中所示，時間控制器經(jīng)時基振蕩、倍率和步進(jìn)驅(qū)動選擇、設(shè)置出控制時間。而每當(dāng)時鐘到達(dá)時，直接控制交流電斷開。此法不象原充電器，不斷交流電，脈動電流也停不了，而當(dāng)其蓄電瓶性能下降，電能無法充滿時，卻要長期續(xù)充，由此必然導(dǎo)致蓄電瓶的燒毀。
實際使用中，本實用新型接于220V交流電源與充電器之間，這樣的好處是(1)、已大批量銷售于市面的充電器功能照樣發(fā)揮，只要整定時間略大于充電時間，則對原充電方式毫無影響。
(2)、當(dāng)蓄電瓶質(zhì)量下降(但不至于報廢時)，原充電器無法斷開電源的情況下，略大于充電的整定間到達(dá)時，本實用新型啟動，切斷交流電，停止充電。這時已充入的電量可使電動車?yán)^續(xù)奔跑，從而延長了蓄電瓶的使用壽命。
以上設(shè)計，直接切斷交流電，徹底根除了蓄電瓶長期充電、加速其燒損的隱患。這也是本儀器的特點之二。
溫度控制器的設(shè)置充電器須有脈動電流注入蓄電瓶方能充上電，而在此過程中將產(chǎn)生低微熱量，這是正常的。但是，若溫度急劇上升，至觸摸時燙手，測量中高于60℃，這便不正常了，此時若不及時切斷電源，繼續(xù)向蓄電瓶注入脈動電流，則勢必造成蓄電瓶漲裂燒損。反之，若及時跳閘，停止充電，蓄電瓶即可得到保護(hù)，并已充入的電量也能讓電動車延續(xù)使用。
在溫度控制中，我們設(shè)置的是用熱敏電阻靠著永久磁鐵吸附在蓄電瓶金屬接插處，直接感應(yīng)溫度的最高點，并配合電壓比較判斷、功率放大、繼電器通斷來實現(xiàn)功能的。
采溫度保護(hù)與時間調(diào)整(逐步縮短)相結(jié)合，將為蓄電瓶壽命的延長發(fā)揮出更大作用。這也是本儀器的特點之三。
另外，本儀器還增設(shè)了電源開關(guān)，由此避免了過去電源插頭必須拔上拔下的繁瑣操作等，這些也不失為一種改進(jìn)。


圖1為本實用新型框圖。
圖2為本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
1時間控制電路時基振蕩電路時控方式很多，各有優(yōu)缺點。比如以晶振為基礎(chǔ)的數(shù)顯式及電腦型時控器，穩(wěn)定性強、精度高，但價格昂貴，并需要校準(zhǔn)和根據(jù)開機(jī)時刻不同反復(fù)制定控制時間等，使用反倒有所不便；RC振蕩電路漂移大，精度不高，但造價低廉，參數(shù)選定后，任何時候開機(jī)均按同一時段控制啟停，無須重新置數(shù)，故在同一類受控器上使用更顯方便。
綜上所述，并結(jié)合蓄電瓶充電時間精度要求不高，幾到10余分鐘的變化差異(只要非長期充電)都影響不大的實際情況，我們選用以電容為主的定時方式。但卻在單一電容C充放電的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，即采用555集成元件配以RC做振蕩的時基電路。這樣有兩點好處，其一，電路仍然簡潔，經(jīng)濟(jì)造價不高，易于實現(xiàn)；其二，所需控制時間可以在振蕩時基上迭加，長短不受限制，然而RC阻容參數(shù)卻能夠大幅度縮小，從而較好地減少漂移，較多地提高精度。這是本儀器設(shè)計的電路特點之一。
時基振蕩器由圖二中的IC1及電阻R1、R2和電容C2、C3、C4、C5所構(gòu)成。
倍率組合器聯(lián)接于IC1第二腳的二連三檔開關(guān)K1是為實現(xiàn)倍率擴(kuò)展而設(shè)置的。當(dāng)開關(guān)撥于左檔時，K1-1接通電容C2、C3，基本時間是半小時。這里電容C2較大，確定主體時間，C3較小，作補償用，以提高所設(shè)時間準(zhǔn)確度。當(dāng)開關(guān)撥于中檔時，K1-2接通電容C4、C5，基本時間是1小時。與上同理，C4、C5是為了提高時間準(zhǔn)確度作互補用的。當(dāng)開關(guān)撥于右檔時，K1-1與K1-2將電容C2、C3，C4、C5全部接通，形成并聯(lián)振蕩，基本時間也迭加為1小時半。
若以1小時整為基本倍率，那么便形成了以下關(guān)系基本時間 倍率數(shù)(相當(dāng)于)半小時×0.51小時 ×1.01小時半 ×1.5通過一個開關(guān)轉(zhuǎn)換，即將電容進(jìn)行不同組合，從而獲得更多的時段，這是本儀器設(shè)計電路的又一特點。
步進(jìn)驅(qū)動選擇器圖2中IC2是8D觸發(fā)器。D1接于正電源，隨后前級輸出Qn與后級輸入Dn+1相串接。IC1第三腳的輸出，聯(lián)結(jié)于IC2的CP時鐘控制腳，選定的基本時間隨著振蕩器的變化，逐次向IC2送出脈沖信號。CP端每接到一個時鐘信號，便步進(jìn)式地增加導(dǎo)通一個D觸發(fā)器，而各D觸發(fā)器的Q端對應(yīng)輸出高電平，即為下級Dn+1觸發(fā)器的導(dǎo)通做好準(zhǔn)備，也做為充電控制時間的待定選擇。
從圖二和上面介紹可以看到，D觸發(fā)器每多導(dǎo)通一個，時間便增加1倍。比如以0.5小時作基準(zhǔn)時間，選定觸發(fā)器1D導(dǎo)通或以1.0小時作基準(zhǔn)時間，選定觸發(fā)器4D導(dǎo)通及以1.5小時作基準(zhǔn)時間，選定觸發(fā)器8D導(dǎo)通時，則各對應(yīng)輸出端1Q、4Q、8Q將分別得到0.5×1＝0.5小時
1.0×4＝4小時1.5×8＝12 小時與上同理，前面有3個倍率，后面有8個驅(qū)動，可以任意匹配，這樣便有3×8＝24 (組狀態(tài))這24種組合狀態(tài)，分別對應(yīng)0.5～12小時，每隔30分鐘的一個段位，通過K1、K2開關(guān)的撥動，便可以作出選擇?？梢娛窍喈?dāng)寬闊的，足以覆蓋所有電動車蓄電瓶正常充電與滿足本“延壽型”時間調(diào)節(jié)控制的需要。這是本儀器設(shè)計電路的第三個特點。
又根據(jù)電動車蓄電瓶充電時間大約在4-6小時的普遍情況和時間下調(diào)的最佳限度，我們選擇了1～6小時的調(diào)控范圍(其它段位可根據(jù)需要另行組合派用)。電路上是采用二聯(lián)三檔開關(guān)K2與IC2輸出端的2Q、3Q、4Q相接的方式來實現(xiàn)的。結(jié)合前后倍乘關(guān)系，將有下表系列時間值表一 三檔倍率及2-4Q匹配的時間數(shù)值

根據(jù)表中內(nèi)容，高端有了6小時的上限取值，可以保證通常蓄電瓶充滿額定度；而低端1小時，則是在蓄電瓶性能下降，充電時間逐步調(diào)低的下限取值。這個時間即讓蓄電瓶壽命盡量延長，同時也能充入一定電量，使電動車還可行駛幾到10公里，以保證上下班族基本跑個來回。
交電控制器二聯(lián)三檔開關(guān)K2，左-中-右檔采用對應(yīng)并聯(lián)接法，以增強可靠性。其公共端將前級驅(qū)動器送來的時鐘信號，傳送給復(fù)合管BG1、BG2，進(jìn)行功率放大，隨之啟動繼電器J，其常閉結(jié)點J1-1因此斷開，切斷交流源，蓄電瓶停止充電。經(jīng)此實現(xiàn)對交流電源的控制目的。
2、溫度傳感控制器接于正負(fù)電源間的負(fù)溫系數(shù)熱敏電阻Rt和R4，形成分壓關(guān)系。正常時，熱敏電阻阻值高，分壓多，即URt大，而UR4小，由此復(fù)合管BG3、BG4截止，不影響蓄電瓶充電。
但在蓄電瓶出現(xiàn)異常，原判斷方式失靈，不能發(fā)出斷電指令而形成長充，使之溫度升高，負(fù)溫系數(shù)的Rt阻值下降，則URt降低，UR4升高，至達(dá)到60℃以上時，UR4超過門限電壓，復(fù)和管BG3、BG4導(dǎo)通，啟動繼電器J。后面電路與時控結(jié)構(gòu)一樣，其常閉結(jié)點J1-1斷開，切斷交流電源，蓄電瓶停止充電，達(dá)到溫度控制目的。
熱敏電阻是經(jīng)小型磁鐵吸附在蓄電瓶發(fā)熱量最大的接插頭處感溫變化的，這是一種即準(zhǔn)確又巧妙的溫度信號采集方法。
3、交、直電源交流電源SR1通過三芯插頭從外部接入，經(jīng)保險管BX和開關(guān)K3控制，分成兩路。
一路由變壓器B降壓，二極管D1-D4整流，電容C5濾波，WY穩(wěn)壓后，向內(nèi)部各相關(guān)器件供給直流工作電源。
另一路則送往繼電器J的常閉結(jié)點J1-1，當(dāng)電源開關(guān)K3撥到2、3檔時，接通交流電源，后續(xù)器件帶電，立即給蓄電瓶充電。直到控制時間到達(dá)或溫度過高時，才啟動繼電器J，斷開交流電源，停止蓄電瓶充電。
另外，K3開關(guān)的引入，做為電源通斷控制，減少了原有充電器需扒接插頭，收理電纜的繁瑣操作，不失為一種方便實用的改進(jìn)方式。
4、兩個副加功能光電顯示器本實用新型器均采用發(fā)光二極管做光電指示，共指明三個工作狀態(tài)，它們是當(dāng)K3開關(guān)撥到2、3檔時，F(xiàn)g1點亮，表示電源工作正常。
當(dāng)繼電器常閉結(jié)點JI-1接通帶電，F(xiàn)g2點亮，指示正在充電。
當(dāng)蓄電瓶超過60℃，熱敏轉(zhuǎn)換斷電，F(xiàn)g3點亮，表示溫度保護(hù)動作。
清零方式為保證在開機(jī)狀態(tài)或使用者在操作過程中需要從頭開始充電，則有必要對D觸發(fā)器進(jìn)行清零處理。清零方式主要是讓IC2中的R0端聯(lián)通負(fù)極性，隨之各D觸發(fā)器的輸出端Qn全部變成低電平，使所有工作從頭開始。但要注意的是，回到正常充電運行中時，R0又需搭接正電源，否則，D觸發(fā)器將出現(xiàn)漂移，邏輯關(guān)系產(chǎn)生混亂，時控功能將遭到破壞。
為滿足以上兩方面的要求，又盡量讓電路簡化，我們是借用開關(guān)K3來完成的。K3的一組開關(guān)K3-1控制電源，而另一組開關(guān)K3-2，當(dāng)其撥于中檔時，其公共腳RD端聯(lián)接負(fù)極，實現(xiàn)清零；當(dāng)K3-2打于右檔時，接通正電源，保證運行穩(wěn)定。
本實用新型有如下兩種用途1、獨立成器，接在原充電器與蓄電瓶之間，增加控制功能。
2、將時溫、控制器與原充電方式相結(jié)合，設(shè)計制作成新型的、多功能充電控制器。
權(quán)利要求1.充電控制器，其特征在于交流電源控制器(4)接于充電器和交流電源之間，時基振蕩器(1)與倍率組合器(2)連接，時基振蕩器(1)的輸出與步進(jìn)驅(qū)動選擇器(3)的時鐘脈沖控制腳連接，步進(jìn)驅(qū)動選擇器(3)的輸出與交流電源控制器(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于時基振蕩器(1)由555集成電路IC1和RC電路組成，IC1的兩個腳分別與電阻R1、R2連接，電阻R1、R2與步進(jìn)驅(qū)動選擇器(3)連接，IC1的一個腳通開關(guān)K1與并聯(lián)的電容C2、C3、C4、C5連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于倍率組合器(2)為二連三擋開關(guān)K1，K1的公共端與集成電路IC1的2腳連接，左、右擋分別與并聯(lián)的電容C2、C3和C4、C5連接，當(dāng)K1位于左擋，K1-1接通電容C2、C3，當(dāng)K1位于中擋，K1-2接通電容C4、C5，當(dāng)K1位于右擋，K1-1與K1-2將電容C2、C3、C4、C5全部接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制器，其特征在于步進(jìn)驅(qū)動選擇器(3)，由D觸發(fā)器IC2組成，IC1第三腳連接IC2的CP時鐘控制腳，IC2的RD腳開關(guān)K3，IC2的輸出端2Q、3Q、4Q接交流電源控制器(4)的二聯(lián)三擋開關(guān)K2，K2的左、中、右擋采用對應(yīng)并聯(lián)連接，K2的另一端接復(fù)合管BG1、BG2的基極，復(fù)合管BG1、BG2的集電極接繼電器J，繼電器J的常閉結(jié)點J1-1串接于交流電源SR1和充電器SC1之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器，其特征在于溫度傳感器(5)由負(fù)溫系數(shù)熱敏電阻Rt和電阻R4組成分壓電阻與復(fù)合管BG3、BG4的基極連接，復(fù)合管BG3、BG4的集電極與二繼電器J連接，熱敏電阻位于蓄電瓶金屬插接處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于交流電源SC1經(jīng)開關(guān)K3后一路經(jīng)變壓器B1降壓接直流穩(wěn)壓電源(6)給上述器件供電，另一路送經(jīng)繼電器J的常閉結(jié)點J1-1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制器，其特征在于穩(wěn)壓器輸出與Fg1相聯(lián)、充電器SC1與Fg2相聯(lián)，溫控復(fù)合管BG3、BG4與Fg3相聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器，其特征在于當(dāng)對D觸發(fā)器清零處理時，開關(guān)K3-2位于中擋，IC2的RD端聯(lián)通電源負(fù)極，開關(guān)K3-2位于右擋，正常充電時，RD端聯(lián)通電源正極。
專利摘要本實用新型充電控制器，交流電源控制器(4)接于充電器和交流電源之間，時基振蕩器(1)與倍率組合器(2)連接，時基振蕩器(1)的輸出與步進(jìn)驅(qū)動選擇器(3)的時鐘脈沖控制腳連接，步進(jìn)驅(qū)動選擇器(3)的輸出與交流電源控制器(4)連接。
文檔編號H02H7/18GK2867691SQ20052003672
公開日2007年2月7日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者粟和林, 張玲玲 申請人:粟和林, 張玲玲