CN1005601B

CN1005601B - 智能快速充电机

Info

Publication number: CN1005601B
Application number: CN88100250.XA
Authority: CN
Inventors: 钱良国; 杨永平
Original assignee: Chinese People's Liberation Army 80438
Current assignee: Beijing Cetpower Co ltd
Priority date: 1988-01-30
Filing date: 1988-01-30
Publication date: 1989-10-25
Also published as: CN88100250A

Abstract

智能快速充电机是一种用于铅酸蓄电池快速充电的充电机。它能对蓄电池整个充电过程进行实时检测，并分析、确定蓄电池的状态，对充电电流的波形参数进行精确地调整，使得蓄电池在整个充电过程中始终处于微量出气状态，从而保证蓄电池在充电中既能处于高效率充电状态，使充电时间缩短，而其容量和寿命又能不受损害。

Description

智能快速充电机

本发明属于铅酸蓄电池快速充电机，自有铅酸蓄电池以来，人们就一直在想办法不断提高充电速度，缩短充电时间。在提高充电速度的同时，应该不使蓄电池的容量和寿命受到损害。因为，随着充电速度的提高，充电电流越来越大，当充电所提供的电能超过蓄电池内部产生电化学反应所需的电能时，多余的电能就会用于电解水，自产生多余的电阻热效应，这不但浪费电能，而且，电解水产生的气体和极板温度过高会使蓄电池极板上的活性物质松动，脱落，使极板栅架被氧化、腐蚀，从而使蓄电池的容量和寿命随之下降。为解决上述问题，现有技术中，采用防止过充电和当蓄电池温度达到规定值时，减小充电电流或停止充电的方法，避免因过充电而产生大量气体和蓄电池温度过高，做为现有技术中的代表。如日本专利JP-60-235373，美国专利US-4392101，US-3852652，以上技术只能防止过充电和蓄电池温度过高，但不能在保证蓄电池容量和寿命的基础上，大大缩短充电时间。其原因一是：现有技术只能防止因过充电而产生大量气体，却不能判断和防止蓄电池在未充足电期间产生大量气体，这期间产生的大量气体对蓄电池造成的损害更大于过充电期间造成的损害，其原因二是：当蓄电池产生大量气体和温度过高时，现有技术只是单纯靠减小充电电流来避免不良后果的发生，而不能准确、灵活地调整电流参数，故使充电效率不必要地过多降低，充电时间无谓延长。

本发明的目的：研制一种既能保证蓄电池的容量和寿命在充电中不受损害，又能将充电时间大大缩短的快速充电机。

为避免使蓄电池受到损害，在整个充电期间，应使蓄电池始终处于微量出气状态。出气量的大小取决于蓄电池极化程度的大小。那么，要使出气量被限制了微量出气状态，就需使极化程度被限制于一定范围。附图一是快速充电脉冲电流波形参数示意图，现有技术中，脉冲电流波形参数在充电中被调整的只是I1，以改变有效值，通过改变电流有效值来减小出气量，并避免蓄电池温度上升。我们研究发现：在充电电流一定的条件下，蓄电池极化程度与充电电流参数I1、I2、T1、T2、T3、T4有很大关系。通过调整上述各参数值，可进一步使极化程度有更大下降。本发明通过设计一种能随时对I1、I2、T1、T2、T3、T4做精确调整的电路，来实现将极化程度始终控制于最理想范围内。此电路同样能将蓄电池温度控制于最佳范围内。为了能随时根据蓄电池充电反应状况调整充电电流参数，本发明中还包括能随时对蓄电池的极化程度做准确分析判断的电路。

参照附图，附图二是本发明的原理框图;附图三是电源开关电路图;附图四中，方框2内是降压及整流电路图，方框3内是充电电流发生电路，方框8内是***工作电源电路;附图6是时序控制信号发生电路图;附图7及附图8是计算机电路图;附图9是采样电路图。

参照附图二，电源开关电路1根据接口电路4发来的信号，接通或断开交流电源;降压及整流电路2将交流电变成低压直流电后输出给充电电流发生电路3;充电电流发生电路3根据接口电路4发来的信号，将低压直流电变成充电所需的脉冲电流，然后经采样电路7输出到蓄电池E;时序控制信号发生电路5在计算机6的控制下，根据降压及整流电路2提供的同步信号，向接口电路4输出时序控制信号;计算机6对采样电路7收集的参数进行分析、处理后，向时序控制信号发生电路5和接口电路4输出控制信号，***工作电源电路8将交流电变成低压直流电后提供给电源开关电路1、采样电路7、接口电路4、时序控制信号发生电路5和计算机6。

参照附图三，电源开关电路1的工作过程是：当PNP型三极管BG1的基极收到计算机6发出的低电平信号时，处于饱和导通状态，流过三极管的集电极的电流在电阻R1上产生电压经电阻R2后加到可控硅SR6的控制极上，使可控硅SR6导通，接通继电器J的电源回路。随着继电器的工作动作，其常开触点J闭合，使可控硅SR5的控制极经电阻R3与正极相连。之后，当可控硅SR3或SR4的控制极收到接口电路4发来的高电平脉冲信号时，就处于导通状态，接通交流接触器CJ1、CJ2的电源回路，使其处于工作状态。CJ1和CJ2各有一个常闭触点在对方电源回路中，用以互锁。当其中一个交流接触器工作时，因其在另一个交流接触器电源电路中的常闭触点的断开。使这个交流接触器不能工作。当其中一个交流接触器工作时，它的一个常开触点闭合，将导通这个交流接触器电源回路的可控硅短路，这样，其控制极就不必一直接收计算机6的高电平脉冲信号。交流接触器CJ1（或CJ2）工作时，其接在降压及整流电路2中的常开触点闭合，接通降压及整流电路2的电源回路。当需要断开降压及整流电路2的电源时，计算机6就向电源开关电路1中的三极管BG1的基极发来高电平信号，使BG1截止，则可控硅SR6截止，断电器J断电，其常开触点断开，使可控硅SR5截止，从而切断交流触CJ1（或CJ2）的电源回路，使其停止工作，因其在降压及整流电路2中的常开触点的断开，降压及整流电路2停止工作。

参照附图四，降压及整流电路2的工作过程是：当交流接触器的触点JC1（或JC2）闭合时，将交流电经降压变压器B1降压后，一面由桥式整流器QZ2，向时序控制信号发生电路5及接口电路4输出同步信号，一面由桥式整流器QZ1，向充电电流发生电路3输出直流电。

参照附图四，充电电流发生电路3的结构和工作过程是：它是由三个可控硅、一个电感、一个全波整流电路组成的。其中，三个可控硅以串联形式连接，按电流方向，第一个可控硅（SR0）的正极与降压及整流电路2中的一个桥式整流器（QZ1）的充电电流输出端相连，第一个可控硅（SR0）的负极及第二个可控硅（SR1）的正极与被充电的蓄电池的正极连接线相连;第二个可控硅（SR1）的负极及第三个可控硅（SR2）的正极与电感-电容的串联电路的一端相连;电感、电容串联电路的另一端与被充电蓄电池的负极连接线相连;全波整流电路中的二个整流二极管（D1、D2）的正极与第三个可控硅（SR2）的负极相连，全波整流电路的整流输出端与被充电蓄电池的负极连接线相连，全波整流电路中变压器的主绕组是充电机降压及整流电路（2）中降压变压器B1的主绕组。三个可控硅SR0、SR1和SR2分别在不同时刻接收来自接口电路1的触发信号，导通后产生充电电流波形参数示意图中充电电流的各部分波形，使整个充电电流波形参数I1、I2、T1、T2、T3、T4符合充电的需要。其中，SR0导通后产生正脉冲电流，SR1导通后产生负脉冲电流，SR2导通后，将电感L、电容C1中的电能和磁能通过由L、C1、SR2、全波整流电路和b、c点间的分流器（见附图九）组成的回路释放掉。

参照附图五，接口电路4的组成和工作过程是：接口电路4由五个组成结构相同的单元电路组成。每个单元电路中包括，一个PNP型三极管（BG2），三个电阻，一个可控硅（SR7）和一个变压器。其中，三极管（BG2）的发射极与电源正极相连，它的集成电极一面经一个电阻（R4）与电源负极相连，一面经一个电阻（R5）与一个可控硅（SR7）的控制极相连;这个可控硅（SR7）的负极与电源负极相连，这个可控硅（SR7）的正极与一个变压器（B3）三绕组的一端相连，这个变压器（B3）的主绕组的另一端经一个电阻（R6）与电源正极相连。有三个单元电路中的变压器的副绕组输出端分别连接至降压及整流电路（2）中的三个可控硅的控制极及负极。其余二个单元电路中三极管的基极分别与计算机（4）中PI0元件的两个PB端口相连;这个单元电路中变压器的副绕组输出端分别与电源开关电路（1）中的控制交流接触器电源电路的两个可控硅的控制极及负极相连。PNP型三极管BG2的基极收到来自时序控制信号发生电路5的低压电平信号时，饱和导通，集电极电流经电阻R4产生的压降通过电阻R5加到可控硅SR7的控制极，使SR7导通，同时，变压器B3的副绕组输出一个脉冲信号。其中，三极管基极输入端109、110的低电平信号是来自计算机6的。

参照附图六，时序控制信号发生电路5的组成和工作过程是：时序控制信号发生电路5主要包括一个可编程序计数器（8253）集成电路块，它的数据端口和地址端口分别与计算机6中的数据线和地址线相连，其时钟端口与计算机6电路中时钟信号线相连，其GATE1端口和GATE2端口同经两个史密特触发器（U1、U3）与降压及整流电路（2）中降压变压器的一个整流器（QZ2）的输出端相连。这两个史密特触发器的连接线与第三个史密特触发器（U2）的输入端相连，第三个史密特触发器（U2）的输出端与接口电路（4）中一个单元电路的三极管的基极相连。可编程序计数器（8253）的OUT1端口经两个非门电路（U4、U5）与一个与门电路（U6）的一个输入端相连，这个与门的输出端与接口电路（4）的一个单元电路中的三极管的基极相连。可编程序计数器（8253）的OUT0端口经两个非门电路（U7、U8）与接口电路（4）的一个单元电路中的三极管的基极相连。接口电路（4）中的各单元电路的三极管的基极均只有一个外线输入端。计算机的控制充电电流参数的指令由数据线和地址线送入可编程序计数器，充电电流同步信号由VS1端输入，能控制产生充电所需电流的时序控制信号通过106、107和108端输出到接口电路4中。

参照附图七、附图八，计算机6的主要工作过程是：将与PI0元件的PA0端口相连的起动按钮按一下时，计算机开始工作。CPU元件从ROM元件中读取要执行的指令，根据指令，向A/D元件发出开始测取蓄电池参数的信号。于是，A/D元件开始将从IN0端口、IN1端口、IN2端口输入的反映蓄电池状态的模拟量信号转换成数字量，并把这些数字量存于RAM元件中。接着，CPU元件根据ROM中程序的指令将RAM元件内的参数及ROM元件中相应的数据读取至寄存器中，进行一定分析、处理后，判明蓄电池的状态，并向时序控制信号发生电路5中的8253元件和计算机6中的PIO元件发出控制充电机工作的信号。PIO元件通过PB2端口、PB1端口和PB0端口向接口电路4和电源开关电路1发出控制信号在整个充电过程中，计算机6对蓄电池的状态进行连续检测，并随时根据反应状态对充电电流参数的调整发出控制信号。

参照附图九，采样电路7的工作过程是：与蓄电池正极、负极相连的分压器9、流过充电电流的分流器10和插在电解液中的温度传感器11分别将蓄电池的端电压信号、充电电流信号和电解液温度信号送到A/D元件的IN0、IN1、IN2端口，转换成数字量后存储于RAM元件中。

本发明与现有技术相比，实现了在保证蓄电池容量和寿命的前提下，将蓄电池的充电时间大大缩短，充电效率高，整个充电过程按着最理想过程进行。

Claims

1、一种用于对蓄电池进行充电的快速充电机。它是由电源开关电路（1）、降压及整流电路（2）、***工作电源电路（3）、采样电路（7）和计算机（6）组成，其中，电源开关电路（1）控制向降压及整流电路（2）输送交流电，***工作电源电路（8）将交流电变成合适的电源提供给电源开关电路（1）、采样电路（7）和计算机（6），采样电路（7）将检测到的蓄电池参数信号和充电电流信号输送到计算机（6）中。

本发明的特征是：

还包括充电电流发生电路（3）、接口电路（4）和时序控制信号发生电路（5）。其中，接口电路（4）和时序控制信号发生电路（5）是由***工作电源电路（8）提供工作电源的;时序控制信号发生电路（5）根据降压及整流电路（2）提供的同步信号，在计算机（6）的控制下，将时序控制信号经接口电路（1）送至充电电流发生电路（3）;充电电流发生电路（3）将降压及整流电路（2）输出的电流变成充电所需的电流后，经采样电路（7）送至蓄电池（E）;接口电路（4）接收计算机（6）发出的控制信号，并将其放大送到电源开关电路（1）。

2、按照权利要求1所述的充电机，其特征是：充电电流发生电路（3）由三个可控硅、一个电感、一个电容、一个全波整流电路组成。其中，三个可控硅以串联形式连接，按电流方向，第一个可控硅（SR0）的正极与降压及整流电路（2）中的一个桥式整流器（QZ1）的充电电流输出端相连，第一个可控硅（SR0）的负极及第二个可控硅（SR1）的正极与被充电的蓄电池的正极连接线相连;第二个可控硅（SR1）的负极及第三个可控硅（SR2）的正极与电感、电容的串联电路的一端相连;电感、电容串联电路的另一端与被充电蓄电池的负极连接线相连;全波整流电路中的二个整流二极管（D1、D2）的正极与第三个可控硅（SR2）的负极相连，全波整流电路的整流输出端与被充电蓄电池的负极连接线相连，全波整流电路中变压器的主绕组是充电机降压及整流电路（2）中降压变压器的主绕组。

3、按照权利要求1或2所述的充电机，其特征是接口电路（4）由五个组成结构相同的单元组成。每个单元电路中包括：一个PNP型三极管（BG2）、三个电阻、一个可控硅（SR7）、一个变压器。其中，三极管（BG2）的发射极与电源正极相连，它的集电极一边经一个电阻（R4）与电极负极相连;一边经一个电阻（R5）与一个可控硅（SR7）的控制极相连;这个可控硅（SR7）的负极与电源负极相连，这个可控硅（SR7）的正极与一个变压器（R3）主绕组的一端相连;这个变压器（B3）的主绕组的另一端经一个电阻（R6）与电源正极相连，有三个单元电路中的变压器的副绕组输出端分别连接至降压及整流电路（2）中的三个可控硅的控制极及负极。其余二个单元电路中三极管的基极分别与计算机（4）中PI0元件的两个PB端口相连;这两个单元中变压器的负绕组输出端分别与电源开关电路（1）中的控制交流接触器电源电路的两个可控硅的控制极及负极相连接。

4、按权利要求1所述的充电机，其特征是时序控制信号发生电路（5）中包括一个可编程序计数器（8253）集成电路块。

5、按照权利要求1或4所述的充电机，其特征是：时序控制信号发生电路（5）中的可编程序计数器（8253）的数据端口和地址端口分别与计算机（6）电路中的数据线和地址线相连，其时钟端口与计算机（6）电路中时钟信号线相连，GATE1端口和GATE2端口同经两个史密特触发器（U1、U3）与降压及整流电路（2）中降压变压器的一个整流器（QZ2）的输出端相连。这两个史密特触发器（U1、U3）的连接线与第三个史密特触发器（U2）的输入端相连，第三个史密特触发器（U2）的输出端与接口电路（4）中一个单元电路的三极管的基极相连。可编程序计数器（8253）的OUT1端口经两个非门电路（U4、U5）与一个与门电路（U6）的一个输入端相连，这个与门的输出端与接口电路（4）和一个单元电路中的三极管的基极相连，可编程序计数器（8253）的OUT0端口经两个非门电路（U7、U8）与接口电路（4）的一个单元电路中的三极管的基极相连。接口电路（4）中的各单元电路的三极管基极均只有一个外线输入端。