專利名稱：開關(guān)脈動(dòng)式鉛酸免維護(hù)蓄電池快速充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型開關(guān)脈動(dòng)式鉛酸免維護(hù)蓄電池快速充電器是一種用于中小型鉛酸免維護(hù)蓄電池的專用快速充電設(shè)備，屬于電子技術(shù)及應(yīng)用電化學(xué)領(lǐng)域。
目前各類充電器名目繁多，品種較多，但都針對(duì)性較強(qiáng)，主要是用于鎳鎘電池、鋰電池或是普通鉛酸蓄電池；而普通鉛酸蓄電池與鉛酸免維護(hù)蓄電池在性能和電池結(jié)構(gòu)上有著本質(zhì)的差別，在充電方式上有著較大的差別，因而用普通鉛酸蓄電池用的充電器不能直接用于鉛酸免維護(hù)蓄電池，否則將會(huì)引起鉛酸免維護(hù)蓄電池的損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起蓄電池的爆炸或爆裂。在充電方式上常規(guī)的充電器采用1/10C的電流充電，一般需要12--14小時(shí)才能將蓄電池充足，用這種充電器充電比較費(fèi)時(shí)，在某些應(yīng)急場(chǎng)合比較難以適應(yīng)；而目前隨著各種新型高性能的鉛酸免維護(hù)蓄電池的發(fā)展，正在企求一種能以快速充電方式工作的鉛酸免維護(hù)蓄電池用的充電器。
本實(shí)用新型的目的是提供一種電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單、合理，對(duì)鉛酸免維護(hù)蓄電池能起到快速充電效果、并在快速充電時(shí)能隨時(shí)根據(jù)電池極化大小及時(shí)消除極化，最大地利用電能，而充電的狀態(tài)隨著蓄電池的不同充電階段的接受電能的大小作自動(dòng)調(diào)整，以達(dá)到充電以最大的充電能力和最快的充電速度進(jìn)行，并在整個(gè)充電過(guò)程中始終監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)以保護(hù)蓄電池不至于過(guò)度極化或過(guò)充電的專用充電器。


圖1是本實(shí)用新型開關(guān)脈動(dòng)式鉛酸免維護(hù)蓄電池快速充電器電路原理圖。圖1中元件S1是作開關(guān)器件的單向可控硅，可控硅S1的導(dǎo)通與否由三極管N1、D5觸發(fā)和推動(dòng)；三極管N2、N3及外圍元件組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；三極管N4、N5、L2、L3組成雙穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)的指示電路；L4:A、LA:B是電壓比較電路與P3、R15、R16組成電池端電壓檢測(cè)窗口電壓比較器電壓比較器L4:C與P4、R22、E4組成充電電池反接或電池組部分失效檢測(cè)電路；穩(wěn)壓二極管Z1與R12、E2組成基準(zhǔn)電壓信號(hào)供各電壓比較器作參比電壓用；電阻R10、R11、R17是電壓比較器的上拉電阻與二極管D6、D7、L5組成單向觸發(fā)門電路；R22與E4和R20與E5組成延時(shí)電路，以保證電壓比較器正確地觸發(fā)；T1、T2是電源變壓器，可以是獨(dú)立的兩只，也可以合二為一。輸出端OUT+V和OUT-V分別接充電電池的正負(fù)極。
本實(shí)用新型中的N2和N3及外圍元件所組成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以用專用雙穩(wěn)態(tài)集成電路或類似電路代替；可控硅S1可用晶體管、達(dá)林頓管、開關(guān)管等開關(guān)器件代替。
本實(shí)用新型的工作原理如下所述當(dāng)待充電的鉛酸免維護(hù)蓄電池接入時(shí)，此時(shí)電池的端電壓較低，下限檢測(cè)電路L4:B通過(guò)R15、R16和P3將信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較后輸出觸發(fā)信號(hào)，使雙穩(wěn)態(tài)電路中的N3導(dǎo)通N2截止，進(jìn)而觸發(fā)N1導(dǎo)通，使S1可控硅導(dǎo)通，脈動(dòng)直流電通過(guò)S1加在蓄電池上對(duì)其進(jìn)行充電，此時(shí)由于電池端電壓較低，充電以較大的初始充電電流進(jìn)行；隨著充電的進(jìn)行，電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)部的極化在不斷增加，同時(shí)電池端電壓也隨之上升，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)與極化增加到一定設(shè)定值時(shí)，上限檢測(cè)電路L4:A將輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，將雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，N2導(dǎo)通N3截止，進(jìn)而關(guān)斷了N1和S1，使充電電流關(guān)斷，此時(shí)蓄電池進(jìn)入自適應(yīng)過(guò)程，電池的極化通過(guò)自身內(nèi)部的擴(kuò)散，而逐漸消除；當(dāng)極化消除達(dá)到一定程度時(shí)，端電壓也隨之下降，預(yù)視著又能重新接受外界的充電時(shí)，下限檢測(cè)電路又將雙穩(wěn)態(tài)電路置成N2截止N3導(dǎo)通和N1、S1導(dǎo)通，再次對(duì)蓄電池充電，直至充足。上限、下限的檢測(cè)點(diǎn)和充電電流的大小可根據(jù)不同電池的特性通過(guò)P1、P2和線電壓進(jìn)行選擇，在初始充電時(shí)一般可充至容量的80-90％或更高，在后期經(jīng)過(guò)有限的充息周期而補(bǔ)充充電至充足，電池充足后即使電池不取走，由于檢測(cè)電路仍在起作用，而不會(huì)使電池有過(guò)充的可能，并能對(duì)電池由于自放電造成的損耗隨時(shí)得到補(bǔ)充。
若電池極性接反或電池組有部分短路則檢測(cè)比較電路L4:C將會(huì)輸出信號(hào)，將雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入輸出關(guān)斷狀態(tài)，從而保護(hù)充電器和電池組不至損壞。以上幾種狀態(tài)均有指示燈指示。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是具有快速充電，對(duì)電池的不同充電狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)和控制，由于所用的開關(guān)器件S1可控硅的壓降較小，所以能以大電流方式充電，而充電器本身的損耗很小，能效比較高，另外由于采用脈動(dòng)直流電充電比之脈沖充電可大大減小充電電容所造成的電流無(wú)功的功率，無(wú)用功率基本消除，可降低由此造成的充電電池的溫升，而電池的溫度升高對(duì)電池是極其有害的。本實(shí)用新型與反向放電方式來(lái)消除極化方式的充電器相比，也有無(wú)功功率小、大電流充電時(shí)電能利用率高，因而溫升較低的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的典型的實(shí)施方案是可控S1用單向可控硅BT151或電流更大的；三極管N1、N2、N3、N4和N5用9013；電壓比較器L4:A、L4:B、L4:C用四電壓比較器LM339；二極管D1、D2用大電流整流二極管加散熱片；二極管D3、D4、D5、D6、D7用普通整流二極管IN4002；L1、L2、L3、L5用發(fā)光二極管LED。變壓器T1用大功率變壓器，T2用小功率變壓器，也可將T1和T2做成一只變壓器；Z1用穩(wěn)壓二極管；E1、E2、E3、E4和E5用漏電較小的電解電容器。各類電阻可根據(jù)不同的電池組、電池容量、電池的性能進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求1．一種開關(guān)脈動(dòng)式鉛酸免維護(hù)蓄電池快速充電器，由可控硅S1、晶體管N1、N2、N3、N4、N5、電壓比較電路LA:A、LA:B、LA:C及外圍電阻電容等組成，其特征在于三極管N2與N3聯(lián)接成互補(bǔ)型雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其中一個(gè)輸出端，此處為N2的集電極與N1的基極相連，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一個(gè)輸入端N2的基極通過(guò)D6和L5分別與電壓比較器LA:A的輸出端2和L4:C的輸出端14相連；雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的另一個(gè)輸入端通過(guò)D7與電壓比較器L4:B的輸出端1相連。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)脈動(dòng)式鉛酸免維護(hù)蓄電池快速充電器，其特征在于電壓比較器L4:A的正輸入端與L4:B的負(fù)輸入端相連并通過(guò)電阻R20與電位器P3的滑動(dòng)端相連，同時(shí)通過(guò)電容E5與地相連，R20與E5組成延時(shí)電路。電阻R22與E4亦組成延時(shí)電路。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的開關(guān)脈動(dòng)式鉛酸免維護(hù)蓄電池快速充電器，其特征在于電壓比較器L4:A的負(fù)輸入端與電位器P1的滑動(dòng)端相連；L4:B的正輸入端與電位器P2的滑動(dòng)端相連，組成窗口電壓比較器。
專利摘要本實(shí)用新型開關(guān)脈動(dòng)式鉛酸免維護(hù)蓄電池快速充電器是一種針對(duì)目前正在普及使用的鉛酸免維護(hù)蓄電池尤其是高性能超高性能鉛酸免維護(hù)蓄電池而設(shè)計(jì)的一種快速充電裝置,屬于電子技術(shù)及應(yīng)用電化學(xué)領(lǐng)域。充電過(guò)程中能自動(dòng)檢測(cè)蓄電池的狀態(tài),自動(dòng)消除由充電引起的極化,避免了電池的氣脹和損壞,充電具有快速、電能利用率高和電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理的特點(diǎn)?？捎糜阢U酸免維護(hù)蓄電池、電動(dòng)自行車蓄電池,小型電動(dòng)汽車電池和普通鉛酸蓄電池的快速充電。具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2343708SQ98225599
公開日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月11日
發(fā)明者劉文涵, 高云芳 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)