專利名稱：一種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池電源的電カ應(yīng)用領(lǐng)域。特別涉及是由大容量、多個(gè)蓄電池串聯(lián)成蓄電池組的充放電儲(chǔ)存能力的維護(hù)等的日常使用。
背景技術(shù)：
目前，電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車的使用與發(fā)展在減少廢氣排放、節(jié)能環(huán)保方面能起到的積極作用已是全球共識(shí)，是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的戰(zhàn)略方向。為此世界各國都用巨額投資來推動(dòng)這個(gè)產(chǎn)能的迅速成長。在我國，尤其是電動(dòng)自行車在城市的交通道路日益擁堵的今天， 已經(jīng)有替代了以前的腳踏自行車的趨勢。雖然電動(dòng)自行車的成長歷經(jīng)過非議、但電動(dòng)自行車的騎、駕方便、行使靈活、動(dòng)カ的能源成本較低，被廣大用戶所選擇，并得到了快速的發(fā)展。美中不足的是蓄電池的使用壽命較短、蓄電池更換成本較高。也就是因?yàn)樾铍姵厥褂脡勖^短，更換成本較高的因素。在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中受到了很大的制約。電動(dòng)汽車的主要成本高,蓄電池就是實(shí)際成本高的原因。蓄電池作為儲(chǔ)存電能的最重要的環(huán)節(jié)。蓄電池它的儲(chǔ)存電荷的能力下降是導(dǎo)致蓄電池失效的主要現(xiàn)象。而蓄電池失效的機(jī)理是由三個(gè)方面構(gòu)成；1、是蓄電池組在生產(chǎn)制造中的容量差異約占75 %的失效率。2、是電解質(zhì)中的電解液枯竭，密封特性不良、工作溫度過熱等導(dǎo)致電解液蒸發(fā)的約占15%的失效率。3、電極連接的エ藝不良導(dǎo)致可靠性下降及其他約占10%的失效率(后兩個(gè)問題可以通過其它エ藝方法出廠前予以剔除)。本發(fā)明主要是解決第一個(gè)問題，解決好第一個(gè)問題就是可以把普通蓄電池需要更換的平均周期延長ー 倍。使蓄電池達(dá)到應(yīng)該有的設(shè)計(jì)壽命。從而大大地降低了蓄電池的使用成本。目前蓄電池在實(shí)際的應(yīng)用中通常采用多個(gè)串聯(lián)而成。在充電時(shí)也串聯(lián)在一起充電。不論是哪種充電的模式恒定電壓、限制電流，還是恒定電流、限制電壓的方法，都沒有能夠克服整個(gè)蓄電池組的每一個(gè)蓄電池在充電時(shí)都充滿的要求和目的。這種充滿電或充電結(jié)束的主要標(biāo)志是看蓄電池組的端電壓是否達(dá)到飽和值電壓。這樣的充電，長期重復(fù)即每次充滿電的電荷量都是以最小、最壞的蓄電池為限度的充電運(yùn)行模式；蓄電池組中的就是好的電池也因?yàn)殚L期得不到充滿而效能下降。最后導(dǎo)致整個(gè)蓄電池組變成稍微一充電就充滿，稍微ー放電就放完的結(jié)局。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，對整個(gè)電池組的每只蓄電池進(jìn)行充電模式與充電的電荷量進(jìn)行管理的裝置，當(dāng)其中有一只或ニ只蓄電池充電完成后不影響其它蓄電池的繼續(xù)充電，一直到整個(gè)蓄電池組的每一個(gè)蓄電池都充滿電，才會(huì)完成充電。ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，包括AC/DC電源輸入模塊，用于將交流電源或直流高壓電源整流成供應(yīng)后面電路的平穩(wěn)直流電源；
脈寬調(diào)制充電供電模塊，用于把電源的電能通過脈寬調(diào)制開關(guān)電路給各個(gè)蓄電池進(jìn)行充電，且把輸入電源的電網(wǎng)與蓄電池充電網(wǎng)絡(luò)物理隔離；多組檢測模塊，用于檢測對應(yīng)各個(gè)蓄電池的充電電壓、充電電流、充電時(shí)間；電池管理控制模塊，用于接收各組檢測模塊傳遞過來的充電電流、充電電壓信號(hào)和充電時(shí)間信號(hào)，實(shí)時(shí)記錄各個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累，井根據(jù)各個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累記錄來控制各個(gè)蓄電池的充電，當(dāng)某一個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累達(dá)到預(yù)定值時(shí)，則表明此蓄電池完成充電，電池管理控制模塊對此蓄電池停止充電； 電池管理控制模塊與各個(gè)蓄電池之間連接有充電控制線，用于給蓄電池提供充電電流的通路、給檢測和控制各個(gè)蓄電池提供通路，充電控制線的數(shù)目與需要充電的蓄電池個(gè)數(shù)相關(guān)，它們的數(shù)學(xué)關(guān)系是充電控制線數(shù)目為N，蓄電池個(gè)數(shù)為n，則N = n+1 ;其中兩根充電控制線連接到串聯(lián)在最外端的蓄電池上作為主充電控制線，電池管理控制模塊通過主充電控制線檢測串聯(lián)蓄電池組的總電壓和總電流，剰余的n-1根充電控制線作為輔助充電控制線串聯(lián)各個(gè)蓄電池。還包括輔助充電供電模塊，AC/DC電源輸入模塊連接輔助充電供電模塊，輔助充電供電模塊通過充電控制線連接電池管理控制模塊和各個(gè)蓄電池。還包括有充電維護(hù)供斷電切換開關(guān)陣列，設(shè)置在蓄電池組與脈寬調(diào)制充電供電模塊的輸出端之間，用于將蓄電池?cái)嚅_或接入輔助充電模塊，電池管理控制模塊動(dòng)態(tài)掃描各個(gè)蓄電池的充電電流，當(dāng)某個(gè)蓄電池的充電電流不足吋，控制充電維護(hù)供斷電切換開關(guān)陣列將蓄電池接入輔助充電供電模塊。設(shè)置有多組脈寬調(diào)制充電供電模塊，每組脈寬調(diào)制充電供電模塊連接ー組檢測模塊，并且對應(yīng)ー個(gè)蓄電池進(jìn)行充電。各組脈寬調(diào)制充電供電模塊之間設(shè)置有串并聯(lián)切換開關(guān)，串并聯(lián)切換開關(guān)連接電池管理控制模塊。還包括有工作狀態(tài)信號(hào)燈，工作狀態(tài)信號(hào)燈連接電池管理控制模塊，當(dāng)電池管理控制模塊檢測到某個(gè)蓄電池充電異常，驅(qū)動(dòng)工作狀態(tài)信號(hào)燈予以指示。輔助充電控制線的導(dǎo)線截面積比主充電控制線的導(dǎo)線截面積小40 % -60 %。因?yàn)樵谕ǔ３潆姇r(shí)，輔助充電控制線中的電流比主充電控制線的電流小很多，例如第一個(gè)蓄電池在充電電流I1是3八，第二個(gè)蓄電池在充電電流I2是3. 2A、第三個(gè)蓄電池I3是3. 3A、第四個(gè)蓄電池I4是2. 9A。則第一條輔助充電控制線Ifxl中的電流等于Ifxl = I2-I1 = 3. 2-3 = 0. 2A，則第二條輔助充電控制線Ifx2中的電流等于Ifx2 = I3-I2 = 3. 3-3. 2 = 0. 1A，則第三條輔助充電控制線Ifx3中的電流等于Ifx3 = I4-I3 = 2. 9-3. 3 = -0. 4A。而此時(shí)蓄電池正端主線Iz+的電流Iz+是第一個(gè)蓄電池正端的充入電流為3A，蓄電池負(fù)端主線Iz-的電流 Iz-是第四個(gè)蓄電池負(fù)端流出電流值-3. 3A，(充電導(dǎo)線電流流出設(shè)參考方向?yàn)檎?)。本發(fā)明在與蓄電池組的連接充電時(shí)每個(gè)串聯(lián)點(diǎn)之間必須連接一條輔助充電控制線，充電電路的連接方法主要特征是；正、負(fù)兩端，有ニ條主充電控制線，其中在電池組中間串聯(lián)點(diǎn)，須配置輔助充電控制線X條(X = n-l，n是電池的個(gè)數(shù)。例如10個(gè)電池時(shí)，X = 9 條)。充電的電路供電單元為n個(gè)，與電池的個(gè)數(shù)相同。本發(fā)明的ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置；經(jīng)過本裝置的反復(fù)使用，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的蓄電能力自行修復(fù)和維護(hù)。并且使蓄電池組內(nèi)的每ー個(gè)電池都獲得充盈的電能，在使用時(shí)整個(gè)電池組放電的伏安特性得到效能最大化。使電動(dòng)車的運(yùn)行達(dá)到使用方便、安全、環(huán)保、低廉的使用目的。具體特點(diǎn)如下，第一、充電的電能采用恒定電流定時(shí)記錄電能的定量控制的方法。即實(shí)時(shí)累計(jì)蓄電池的實(shí)際儲(chǔ)存的電量。用顯示電路，提示每ー個(gè)電池充電充滿的后的狀態(tài)。當(dāng)所有蓄電池都充滿后，完成該次的充電。經(jīng)過三次以上的充電，放電使用與的循環(huán)就可以將以前長期充電不佳而本身是沒有失效的電池得到蓄電能力恢復(fù)，從而讓整個(gè)蓄電池組經(jīng)過充電后保持蓄電池容量均衡、電量充沛。第二、對蓄電池組中任意ー個(gè)的失效，在充電過程中用顯示電路進(jìn)行提示性閃爍。 通常蓄電池的每ー個(gè)電池的電荷量相差越小，使用效能越高，由于每個(gè)電池都由一個(gè)單元的供電器提供充電電流，若該電池已經(jīng)失效，則表現(xiàn)為內(nèi)阻變大，充電電流達(dá)不到額定的強(qiáng)度、和特定的充電所需要的時(shí)間。第三、本發(fā)明裝置中設(shè)計(jì)留有一個(gè)通訊接ロ ；可以用多個(gè)本發(fā)明裝置的級(jí)連使用， 對方便地統(tǒng)ー整合管理。通過通訊接ロ電源管理控制臺(tái)與單個(gè)蓄電池通訊。第四、本發(fā)明應(yīng)用在單個(gè)蓄電池上后的蓄電池仍然可以常規(guī)地進(jìn)行連接組合使用，只需要對蓄電池的連接形式和運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)置。即蓄電池是串聯(lián)或并聯(lián)、自動(dòng)監(jiān)控或集合聯(lián)控。第五、LED顯示或聲光提示、報(bào)警等功能。采取了即多個(gè)蓄電池串聯(lián)又具有單個(gè)蓄電池獨(dú)立并聯(lián)形式的蓄能，充電。


圖I為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明裝置的總體方框圖一。圖3本本發(fā)明裝置的總體方框圖ニ。圖4本發(fā)明裝置的一種應(yīng)用原理圖。圖5本發(fā)明裝置在電動(dòng)助動(dòng)車的蓄電池充電中的一種應(yīng)用原理圖。圖6本發(fā)明裝置在電動(dòng)助動(dòng)車的蓄電池充電的一種應(yīng)用原理圖。
具體實(shí)施例方式下面以四個(gè)蓄電池串聯(lián)充電形式為例，對本發(fā)明作詳細(xì)說明。如圖1，充電裝置包括外殼4，外殼4設(shè)置有蓄電池一充電狀態(tài)指示燈5、蓄電池ニ 充電狀態(tài)指示燈6、蓄電池三充電狀態(tài)指示燈7、蓄電池四充電狀態(tài)指示燈8以及交流電輸入電源指示燈9，外殼4兩端連接有交流電輸入電源插頭I，充電輸出多芯插頭2，此實(shí)施例為五芯插頭，對應(yīng)五根充電控制線。如圖2，充電裝置由交流電源輸入，經(jīng)過AC/DC電源輸入模塊的整流、濾波成特定方向能滿足后面電路需要的平穩(wěn)的直流電源，AC/DC電源輸入模塊連接脈寬調(diào)制充電供電模塊，脈寬調(diào)制充電供電模塊把AC/DC電源輸入模塊的直流電源通過脈寬調(diào)制開關(guān)電路并經(jīng)過變壓器耦合把電能以蓄電池合適的電壓、電流對蓄電池充電，且把輸入電源的電網(wǎng)與蓄電池充電網(wǎng)絡(luò)的物理隔離，提供使用安全，脈寬調(diào)制充電供電模塊給電池管理控制模塊供電。同時(shí)需要充電的四個(gè)蓄電池串聯(lián)組成蓄電池組，蓄電池一和蓄電池四位于最外端，蓄電池ニ和蓄電池三位于中間，蓄電池一的正極和蓄電池四的負(fù)極分別連出一根充電控制線接到檢測模塊，這兩根充電控制線稱為主充電控制線，蓄電池一的負(fù)極與蓄電池ニ 的正極、蓄電池ニ的負(fù)極與蓄電池三的正極、蓄電池三的負(fù)極與蓄電池四的正極都通過導(dǎo)線串聯(lián)起來，此三根串聯(lián)導(dǎo)線同時(shí)也分別連接到檢測模塊，此三根串聯(lián)導(dǎo)線稱為輔助充電控制線，檢測模塊連接到電池管理控制模塊，檢測模塊檢測每個(gè)蓄電池是否短路，如果短路表明蓄電池已經(jīng)損壞，同時(shí)采用采樣電阻對充電電流進(jìn)行采樣，檢測每個(gè)蓄電池的充電電流、充電電壓，電池管理控制模塊用于接收檢測模塊傳遞過來的各個(gè)蓄電池的充電電流、充電電壓信號(hào)和充電時(shí)間信號(hào)，實(shí)時(shí)記錄各個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累，井根據(jù)各個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累記錄來控制各個(gè)蓄電池的充電，當(dāng)某一個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累達(dá)到預(yù)定值時(shí)，則表明此蓄電池完成充電，電池管理控制模塊對此蓄電池停止充電。如圖3，交流電接入后通過AC/DC電源輸入模塊的整流濾波電路變成直流電，然后分成四路脈沖調(diào)制充電供電模塊輸出，分別接入四個(gè)蓄電池上進(jìn)行充電。如圖4為一組充電電路的原理不意圖，此圖中相同的標(biāo)號(hào)表不選用相同的兀器件，110 220V的交流電輸入INPUT，經(jīng)過整流濾波電路變成合適的直流電，然后經(jīng)過采用集成芯片5L0380R組成的脈沖寬度調(diào)制電路，通過變壓器T2隔離，最后通過輸出端OUTPUT 給電池充電，輸出電壓Vout，輸出電流Iout即是給電池的充電電壓和充電電流。檢測電路通過采樣取值電阻R7取值充電電壓和電流，通過光耦合器OC輸出充電電壓和電流信號(hào)。如圖5所示為四組充電裝置可分別對四組串聯(lián)的電池進(jìn)行充電，此圖中相同的標(biāo)號(hào)表示選用相同的元器件，交流電接入后通過AC/DC電源輸入模塊的整流濾波電路變成直流電，然后經(jīng)過變壓器Tl變換后變成合適的電壓，并且分成四路輸出，分別接入四個(gè)蓄電池上進(jìn)行充電，同時(shí)檢測電路通過取值采樣電阻R對充電電流和充電電壓進(jìn)行檢測，并將得到的電流電壓信號(hào)輸入到電池管理控制模塊。此實(shí)施例中増加了ー個(gè)輔助充電供電模塊，電池管理控制模塊根據(jù)輸入的充電電流電壓信號(hào)，判斷如果充電電流和充電電壓過低，就將開關(guān)陣列的開關(guān) JK1-1、JK1-2、JK2-1、JK2-2、JK3-1、JK3-2、JK4-1、JK4-2 全部合上接通，將輔助充電供電模塊接入原先的充電模塊，如果充電電流和充電電壓正常，就斷開 JKl-I、JK1-2、JK2-1、JK2-2、JK3-1、JK3-2、JK4-1、JK4-2。如圖6為四組充電裝置可分別對四組串聯(lián)的電池進(jìn)行充電，同時(shí)每組充電裝置接入蓄電池的時(shí)候連接有開關(guān)JK1、JK2、JK3，可以根據(jù)需要進(jìn)行切換，當(dāng)四組蓄電池是串聯(lián)時(shí)，就接通開關(guān)JK1、JK2、JK3，四組充電裝置可分別對四組串聯(lián)的電池進(jìn)行充電，當(dāng)四組蓄電池并聯(lián)時(shí)，電池管理控制模塊控制切換模塊斷開開關(guān)JK1、JK2、JK3，將充電裝置作為一路接入并聯(lián)的蓄電池進(jìn)行充電。
權(quán)利要求
1.ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，其特征在于，包括AC/DC電源輸入模塊，用于將交流電源或直流高壓電源整流成供應(yīng)后面電路的平穩(wěn)直流電源；脈寬調(diào)制充電供電模塊，用于把電源的電能通過脈寬調(diào)制開關(guān)電路給各個(gè)蓄電池進(jìn)行充電，且把輸入電源的電網(wǎng)與蓄電池充電網(wǎng)絡(luò)物理隔離；檢測模塊，用于檢測各個(gè)蓄電池的充電電壓、充電電流、充電時(shí)間；電池管理控制模塊，用于接收檢測模塊傳遞過來的各個(gè)蓄電池的充電電流、充電電壓信號(hào)和充電時(shí)間信號(hào)，實(shí)時(shí)記錄各個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累，井根據(jù)各個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累記錄來控制各個(gè)蓄電池的充電，當(dāng)某一個(gè)蓄電池充電電流和充電時(shí)間的積累達(dá)到預(yù)定值時(shí)，則表明此蓄電池完成充電，電池管理控制模塊對此蓄電池停止充電；電池管理控制模塊與各個(gè)蓄電池之間連接有充電控制線，用于給蓄電池提供充電電流的通路、給檢測和控制各個(gè)蓄電池提供通路，充電控制線的數(shù)目與需要充電的蓄電池個(gè)數(shù)相關(guān)，它們的數(shù)學(xué)關(guān)系是充電控制線數(shù)目為N，蓄電池個(gè)數(shù)為n，則N = n+1 ;其中兩根充電控制線連接到串聯(lián)在最外端的蓄電池上作為主充電控制線，電池管理控制模塊通過主充電控制線檢測串聯(lián)蓄電池組的總電壓和總電流，剰余的n-1根充電控制線作為輔助充電控制線串聯(lián)各個(gè)蓄電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，其特征在于，還包括輔助充電供電模塊，AC/DC電源輸入模塊連接輔助充電供電模塊，輔助充電供電模塊通過充電控制線連接電池管理控制模塊和各個(gè)蓄電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，其特征在于，還包括有充電維護(hù)供斷電切換開關(guān)陣列，設(shè)置在蓄電池組與脈寬調(diào)制充電供電模塊的輸出端之間，用于將蓄電池?cái)嚅_或接入輔助充電模塊，電池管理控制模塊動(dòng)態(tài)掃描各個(gè)蓄電池的充電電流，當(dāng)某個(gè)蓄電池的充電電流不足吋，控制充電維護(hù)供斷電切換開關(guān)陣列將蓄電池接入輔助充電供電模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，其特征在于，設(shè)置有多組脈寬調(diào)制充電供電模塊，每組脈寬調(diào)制充電供電模塊連接檢測模塊，并且對應(yīng)ー 個(gè)蓄電池進(jìn)行充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，其特征在于，各組脈寬調(diào)制充電供電模塊之間設(shè)置有串并聯(lián)切換開關(guān)，串并聯(lián)切換開關(guān)連接電池管理控制模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，其特征在于，還包括有工作狀態(tài)信號(hào)燈，工作狀態(tài)信號(hào)燈連接電池管理控制模塊，當(dāng)電池管理控制模塊檢測到某個(gè)蓄電池充電異常，驅(qū)動(dòng)工作狀態(tài)信號(hào)燈予以指示。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，其特征在于，輔助充電控制線的導(dǎo)線截面積比主充電控制線的導(dǎo)線截面積小40 % -60 %。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有修復(fù)維護(hù)功能的蓄電池充電裝置，對整個(gè)電池組的每只蓄電池進(jìn)行充電模式與充電的電荷量進(jìn)行管理的裝置，當(dāng)其中有一只或二只蓄電池充電完成后不影響其它蓄電池的繼續(xù)充電，一直到整個(gè)蓄電池組的每一個(gè)蓄電池都充滿電，才會(huì)完成充電。經(jīng)過本裝置的反復(fù)使用，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的蓄電能力自行修復(fù)和維護(hù)。并且使蓄電池組內(nèi)的每一個(gè)電池都獲得充盈的電能，在使用時(shí)整個(gè)電池組放電的伏安特性得到效能最大化。使電動(dòng)車的運(yùn)行達(dá)到使用方便、安全、環(huán)保、低廉的使用目的。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102611176SQ201210072158
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者胡會(huì)明, 陸華洋 申請人:德清勃朗特能源科技有限公司