CN101707387A

CN101707387A - 间歇式充电控制电路及快速充电

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Publication number: CN101707387A
Application number: CN200910216247A
Authority: CN
Inventors: 李维民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: CN101707387B

Abstract

本发明是一种间歇式充电控制电路组成的快速充电方法，采用间歇式充电电流对电池充电是尊重电池内受电活性物临界疲劳状态时停止充电，待电池内受电活性物恢复活性状态后再次充电，是靠激发电池接受电能的活性力方式充电。这种间歇式电流充电需要足够大的直流电流源，因而就引入了一种组合整机从市电电网取得直流大电流的电路，这种组合整机电路是由多个高频开关电源单元模块组合而成，在具备足够大的直流电流源与快速充电方法条件下再引入一种串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电，充电结束后转换还原成串联高电压电池组投入放电使用的电路，是用两种充电压等级覆盖8种充电电压等级方法解决充电设备电压等级标准过多的问题。

Description

间歇式充电控制电路及快速充电

本发明涉及一种间歇式充电控制电路组成的快速充电方法。

目前的现有技术中，通常是将交流电源整流成直流电后对电池充电。这种直流电是连续不间断的，这种直流连续不间断的充电忽略掉了电池内用于帮助电池接受电量的活性物是否会产生疲劳，事实上，经实验证实，无间歇地连续的直流电向电池充电，被充电电池内用于帮助电池接受电量的活性物是要产生疲劳的，帮助接受电量的活性物疲劳后还继续充电则被充电电池会表现出噎住，继而被充电电池温度上升、产气，产气会使胶体电池因排气不良而鼓包，产气会使液体电池冒水汽泡，伴随鼓包，冒水汽泡的则是电池失水、失液，容纳电量能力加速衰减，缩短了电池使用周期寿命。无间歇的连续式直流充电是电流越大，电池内帮助电池接受电量的活性物愈易产生疲劳，因而无间歇的连续式直流充电不能采用加大电流实施对电池的快速充电，对于使用大容量电池组的纯电动汽车，充电的等待时间太长和电池使用周期寿命太短阻碍纯电动汽车发展，例如《先进电动汽车技术》一书(清华大学电动车研究室编写)中列举美国通用纯电动汽车EV-1的电池指标是55.3AH，12V电池26个串联，总电压312V，电池充放电周期寿命450次，充足电后可续行88.5～152km，每次充电等待时间需要7～8小时，因为充电等待时间太长，电池使用周期寿命太短，成了EV-1后续发展的重要阻碍之一。

本发明的任务是提供一种产生间歇式充电电流的电路，采用间歇式充电电流对电池充电是尊重电池内受电活性物临界疲劳状态时停止充电，待电池内受电活性物质恢复活性状态后再次充电，是靠激发电池接受电能的活性方式充电，这种间歇式电流充电与无间歇的连续式直流电流充电对电流大小的要求刚好相反。间歇式充电电流是在被充电电池极板载电流面积的大小和导线载电流截面积的大小能承受的条件下间歇电流越大越利于激发电池接受电能的活性，利用间歇式充电电流越大越利于激发电池接受电能活性的特点加大间歇充电电流，达到实现快速充电目的。间歇式充电过程中的间歇时间太长也会延长充电等待时间，间歇时间太短电池内受电活性物恢复活性状态不彻底又被再次充电也不利于快速充电，则在间歇式充电电路中设计为循环形式，每一循环10段，其中9段分配控制为充电器对电池充电，在充电器内设立一个负载体，将一个循环中的第10段分配控制为电池只对负载体放电，充电器对电池充电的电流称为正脉冲电流Am。电池对负载体放电的电流称为负脉冲电流-Am。在充电器内设立一个负载体，将10段为一个循环形式中第10段分配给电池只对负载体放电使电池在一个10段为一循环中获得1个整段的间歇让电池的活性物得以彻底恢复其活性状态，电池被单方向充电会累积极化，极化也是缩减电池使用周期寿命的一大危害。负脉冲电流加入到间歇式充电电路中对消减电池被极化和充电正脉冲电流与充电正脉冲电流之间间歇宽度不足影响充电速度均有积极的效果。

本发明的间歇式充电控制电路由集成电路IC₁～IC₁₄，电阻R₁～R₁₈，负脉冲电流负载体电阻R_f电容C₁～C₁₂，二极管D₀～D₉，功率场效应管G₁、G₂组成，其中IC₁型号EN555是方波信号振荡器，IC₂型号为CD4017是作为方波信号顺序分配输出用途，IC₃～IC₁₂型号为CD4010是作为方波信号整形用途。IC₁₃、IC₁₄是光电耦合器在电路中作为传送方波信号和隔离其它不安全信号用途，D₀～D₉的作用是限制方波信号只能单方向传送，G₁承担间歇充电正脉冲电流开关，G₂承担电池对负载体R_f放电负脉冲电流的开关，将间歇式充电控制电路串联在交流整流成无间歇直流充电电路与被充电电池之间的连接线中即可实现快速充电。

由IC₁产生连续的脉冲方波振荡信号且将该脉冲方波周期确定为T秒，将连续的周期T秒的方波信号由IC₁的第3脚输出端传送到IC₂的14脚输入端，由IC₂的输出端Q₀～Q₉按顺序Q₀～Q₉输出10个宽度与周期T相同的T秒钟的方波信号分别传送到由R₃C₃～R₁₂C₁₂组成的10个微分电路输入端，由10个微分电路分别各自将接收到的宽度为T秒的方波信号压缩变窄变尖后的信号再由这10个微分电路的输出端分别对应输入到IC₃～IC₁₂的输入端，其中R₃C₃～R₁₁C₁₁这9个微分电路数值设置相同，是将T宽度脉冲方波压缩变窄为R₃C₃，R₁₂C₁₂数值设置是将T宽度脉冲方波压缩变窄为R₁₂C₁₂，由IC₃～IC₁₁的输出端将已被压缩变窄变尖的信号整形为R₃C₃宽度的方波信号，将R₃C₃宽度的方波信号称为t_A1～t_A9方波脉冲信号，将t_A1～t_A9分别由D₀～D₈的阳极输入阴极输出传送到IC₁₃的Q_A输入端，由IC₁₃的E输出端推动G₁导通形成充电器对电池充电的正脉冲电流，正脉冲充电电流持续的时间与t_A1～t_A9脉冲方波宽度的差即为上一个充电正脉冲电流与下一个充电正脉冲电流之间的间歇时间t_B；由IC₁₂的输出端将已被压缩变窄变尖的信号整形为R₁₂C₁₂宽度的方波信号，将R₁₂C₁₂宽度的方波信号称为t_D方波脉冲信号，将t_D由D₉的阳极输入阴极输出传送到IC₁₄的Q_B输入端，由IC₁₄的F输出端推动G₂导通形成电池对负载体R_f放电的负脉冲电流，负脉冲放电电流持续的时间与t_D相同，T与t_D脉冲方波宽度的差即为充电正脉冲电流与负脉冲放电电流之间的间歇时间t_C，这一过程称为一个循环控制，间歇式充电控制电路是自动地循环进行控制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明

图1是本发明间歇式充电控制电路串联在交流整流成直流充电电路与被充电电池之间实现快速充电方法的电路图。

图2是图1所示电路对电池充电正脉冲电流A_m和电池对负载体放电负脉冲电流-A_m波形图。

图3是图1所示电路对串联高电压电池组转换成多组低压电池组并联充电，充电完成后又转换成串联高电压电池组投入放电使用的转换方法示意图。

图1所描述的间歇式充电控制电路由供电电源V_CC与地(符号)供入12V直流稳压电源，由集成电路IC₁，电阻R₁、R₂、电容C₁组成一个脉冲方波振荡器，IC₁的型号是EN555，按图1中IC₁与电阻R₁、R₂、电容C₁连接即能自动产生连续的脉冲方波信号，该脉冲方波的时间周期T＝0.693(R₁+2R₂)C₁，T周期的脉冲方波信号由集成电路IC₁的3脚输出端传送到集成电路IC₂的14脚输入端。IC₂是十进制计数/脉冲分配器，型号为CD4017，连接到IC₂的第15脚与电源V_CC间的C₂在电路中用作通电时快速启动IC₂进入工作状态的用途。C₂用0.1μF普通电容，IC₂将接收到的周期是T的脉冲方波信号按IC₂的输出端口Q₀～Q₉顺序分配经由R₃C₃～R₁₂C₁₂组成的微分电路输入端口，此时的脉冲方波宽度等于T，微分电路的作用是将方波信号宽度变窄同时也会将方波变尖，然后由微分电路的输出端口将变窄变尖的信号分别传送到由集成电路IC₃～IC₁₂组成的信号整形器的输入端口，IC₃～IC₁₂的型号是CD4010。CD4010是一片集成电路含有6个信号整形器，按图1中IC₃～IC₁₂的数量需要10个整形器则使用2片CD4010集成电路即可。由IC₃～IC₁₂将已被R₃C₃～R₁₂C₁₂微分电路变窄变尖的信号整形为变窄且削去尖波的方波信号从IC₃～IC₁₂的各自输出端口传送到由二极管D₀～D₉组成的脉冲方波信号单方向传送器的阳极输入端，D₀～D₉采用普通的开关二极管型号1N4148，由D₀～D₈的阴极输出端Q₁₀～Q₁₈分别输出到由集成电路IC₁₃的输入端Q_A，IC₁₃和IC₁₄是光电耦合器，其型号为PC817。IC₁₃和IC₁₄的作用是传送方波信号和隔离其它不安全信号，由IC₁₃的E输出端输出方波信号推动G₁导通形成充电器BTS对电池BT的充电正脉冲电流A_m(每一个正脉冲充电流A_m的持续时间是t_A1～t_A9)，由D₉的阴极输出端Q₁₉输出到由集成电路IC₁₄输入端Q_B，由IC₁₄的F输出端输出方波信号推动G₂导通形成电池BT对负载体R_f的放电负脉冲电流-A_m(负脉冲电流-A_m的持续时间是t_D)，分别连接在IC₁₃和IC₁₄输入端与地之间的电阻R₁₃和R₁₆是为IC₁₃和IC₁₄输入端设置偏置工作点用途，R₁₃和R₁₆的电阻值选为10KΩ，连接在IC₁₃输出端与充电器BTS输出-(负)端的电阻R₁₄是为IC₁₃设置偏置工作点用途，R₁₄阻值选为10KΩ，连接在IC₁₃输出端与被充电电池组+(正)端的电阻R₁₅是为了防止IC₁₃超过电流被烧坏而设置的限流电阻，R₁₅的阻值视被充电电池组电压高低，当被充电电池组是48V时其最高充电电压为56V，IC₁₃的输出端最大限度流过2mA，则由R₁₄+R₁₅＝56V/2mA＝28KΩ，得到R₁₅＝18KΩ。连接到IC₁₄输出端与被充电电池-(负)端的R₁₇是为IC₁₄输出端设置偏置工作点的电阻，R₁₇的电阻值选10KΩ，连接到IC₁₄输出端与被充电电池+(正)端的电阻R₁₈是为了防止IC₁₄超过电流被烧坏而设置的限流电阻。R₁₈的阻值视被充电电池组电压高低，当被充电电池是48V时，其最高充电电压为56V。IC₁₄的最大输出电流限定为2mA，则由R₁₇+R₁₈＝56V/2mA＝28KΩ，得到R₁₈＝18KΩ。

由间歇式充电控制电路及快速充电方法所构成的***形成充电器BTS对电池BT充电正脉冲电流A_m波形和电池对负载体R_f放电负脉冲电流-A_m波形如图2。图2中V_m表示充电正脉冲电压高低，当电池是48V时最高充电电压是56V，-V_m表示放电放负脉冲电压高低。当电池是48V时最高放电电压是56V。间歇式充电控制电路是9个充电正脉冲电流和一个放电负脉冲电流构成一个循环控制。图2中T表示图1中IC₁第3脚输出方波信号的周期时间，图2中t_A1～t_A9表示一次循环中9个充电正脉冲电流各自持续的时间，图2中t_B表示上一个充电正脉冲电流A_m与下一个充电正脉冲电流A_m之间的间歇时间，在第9个充电正脉冲电流之后经过t_C间歇时间执行电池对负载体R_f的放电负脉冲电流-A_m，t_D表示负脉冲电流-A_m持续时间，t_C表示同一循环中第9个充电正脉冲电流A_m与放电负脉冲电流-A_m之间的间歇时间。

图2中T周期时间，t_A1～t_A9，t_D持续时间，t_B、t_C间歇时间是由图1中电阻R₁～R₁₂，电容器C₁和电容器C₃～C₁₂决定，其中T是由R₁、R₂、C₁和集成电路IC₁共同组成的一个方波信号振荡器的频率周期，T＝0.693(R₁+2R₂)C₁，当确定R₁＝10KΩ，R₂＝1MΩ，C₁＝1μF则T＝0.693(10⁴×2×10⁶)10^-6＝1.39秒钟，t_A1～t_A9是控制9个充电正脉冲电流的持续时间，t_A1～t_A9的持续时间由R₃C₃～R₁₁C₁₁组成的微分电路确定，t_A1＝R₃C₃，当确定R₃＝2MΩ，C₃＝0.47μ，则t_A1＝2×10⁶×0.47×10^-6＝0.94秒钟。在图2的循环波形中是设计为t_A1～t_A9相等，则R₃～R₁₁都是取值为2MΩ，C₃～C₁₁都取为0.47μ，由此得到t_B＝T-t_A1＝1.39秒-0.94秒＝0.45秒，t_B＝0.45秒即为两个正的充电脉冲电流A_m之间的间歇时间。t_D的持续时间由R₁₂C₁₂组成的微分电路确定，t_D＝R₁₂C₁₂，当确定R₁₂＝1MΩ，C₁₂＝0.47μ时t_D＝10⁶×0.47×10^-6＝0.47秒钟，由此得t_C＝T-t_D＝1.39秒-0.47秒＝0.92秒，即在图2的间歇式控制充电一个循环中第9个充电正脉冲电流A_m与放电负脉冲电流-A_m的间歇时间t_C＝0.92秒钟。

充电正脉冲电流A_m值大小的确定，放电负脉冲电流-A_m值大小的确定，放电负脉冲电流-A_m的接受体R_f电阻值大小和散热功率大小的确定，执行导通正脉冲电流A_m的功率场效应管G₁的耐压等级和过电流大小能力的确定，执行导通负脉冲电流-A_m的功率场效应管G₂的耐压等级和过电流大小能力确定。这里的A_m、-A_m、R_f、G₁、G₂首先确定A_m，A_m既与电池的容量AH(安时)大小有关，也与图2中的T周期时间；t_A1～t_A9，t_D持续时间；t_B、t_C间歇时间长短和这5个时间各自在一个循环中占有的比例值有关；按已确定的T＝1.39秒，t_A1～t_A9＝0.94秒，t_B＝0.45秒，t_C＝0.92秒，t_D＝0.47秒的条件下经试验结果是每1AH(安时)容量的铅酸或镍氢电池接受A_m＝3A的正脉冲电流充电是安全的，而沿用无间歇直流充电1AH(安时)容量的铅酸或镍氢电池接受＞0.2A的无间歇直流充电其持续时间＞1小时即会出现电池温升加快，电池产气，电池外壳鼓包类缩减电池寿命现象产生，按每AH可接受A_m＝3A的间歇式脉冲电流充电的条件设置对容量大小为55.3AH(安时)的电池取A_m＝3×55.3＝165.9A的正脉冲电流充电是安全的。

因为充电正脉冲电流A_m和放电负脉冲电流-A_m在图1所示的间歇式控制充电电路中充电器与被充电电池之间用同一条输入(指A_m由充电器流入电池)和输出(指-A_m由电池向负载体R_f放电)线是同一条电线且这条电线要求载电流截面较大，为充分利用好这条电线则尽量使A_m与-A_m相等，即|-A_m|＝A_m(绝对值相等)。R_f的电阻值由被充电电池电压确定，当被充电电池电压48V时，最高充电电压为56V，则R_f＝56V/165.9A＝0.34Ω，R_f的散热功率为56V×165.9A×0.34Ω＝3160W，因为R_f在图2的波形中是一个循环13.9秒中仅工作0.47秒，因而R_f的实际功率应为3160W×(0.47/13.9)＝106.8W。

由于|-A_m|＝A_m，因而执行导通正脉冲电流A_m的功率场效应管G₁和执行导通负脉冲电流-A_m的功率场效应管G₂的过电流能力选择同为过电流能力200A功率场效应管，如果充电器散热条件差亦可降额为选择300A过流能力的功率场效应管。在最高充电电压为56V时G₁和G₂的耐压等级选100V能满足安全工作的要求，这是采用图1的间歇式充电控制电路构成快速充电方法第一种实施方案的图1中各元器件参数的步骤，即预先确定图2中T的时间周期，最大充电脉冲电流A_m，然后推导出R₁～R₁₂，R_f、C₁、C₃～C₁₂、-A_m、G₁、G₂具体参数。这种实施方案难度较小，但也存在成本偏高，且只适应铅酸(包括胶体、液体)电池和镍氢电池充电使用。

采用图1的间歇式充电控制电路构成快速充电方法的第二种实施方案确定图1中A_m、R₁～R₁₂、C₁、C₃～C₁₂、-A_m、G₁、G₂、R_f具体参数方法是用试验方法，例如锂离子可充电池、超级电容式可充电池在同等容量为55.3AH时采用A_m＝165.9A，T＝1.39秒、t_A1～t_A9＝0.94秒，t_B＝0.45秒，t_C＝0.92秒，t_D＝0.47秒的设置并不合适。其中对锂离子电池充电要对图2的波形宽度总体变窄，即一个循环时段要＜13.9秒，且具体的T、t_A1～t_A9、t_B、t_C、t_D各自变窄的比例也要适合间歇式脉冲大电流对锂离子电池快速充电，因为锂离子可充电池耐受连续无间歇直流充电能力比铅酸和镍氢电池更差。对超级电容式可充电电池要对图2的波形宽度总体变宽，即一个循环时间段要＞13.9秒，因超级电容这种可充电电池耐受无间歇式直流充电能力相比铅酸和镍氢电池强，且具体的T、t_A1～t_A9、t_B、t_C、t_D各自变宽的比例也要适合间歇式脉冲大电流对超级电容式电池快速充电。用试验减小或增大T的周期(一个循环时间段和t_A1～t_A9、t_B、t_C、t_D这5个量值会跟随减小或增大)以适应采用间歇式充电控制电路对不同种类可充电电池实现快速充电目的时也有T应在周期为0.5秒～10秒钟范围取值.这是因为A_m和-A_m脉冲电流的导通与关断在执行元件G₁和G₂内会产生电压降，使G₁和G₂产生电量消耗，当T＜0.5秒，T值越窄，G₁和G₂导通与关断频率越快，由G₁和G₂消耗的电量越多，由被充电电池接受到的有效电量比例就小。当T值高于10秒钟时还能实现快速充电，则尝试一下还回到无间歇的连续式直流充电；因T值高于10秒钟已经变成了无严格意义的脉冲电流，回到无间歇的连续式直流电充电还能实现快速充电则证实这类电池并不需要靠脉冲电流激发电池活性力方式加快充电速度。由T的周期和t_A1～t_A9，t_B、t_C、t_D的宽窄度确定R₁～R₁₂，C₁、C₃～C₁₂具体参数的方法仍然采用实施方案一中T＝0.693(R₁+2R₂)C₁和t_A1～t_A9＝R₃C₃和t_D＝R₁₂C₁₂，t_B＝T-R₃C₃，t_C＝T-R₁₂C₁₂方法计算和取值。

解决采用图1的间歇式充电控制电路构成快速充电方法的第二种实施方案中降低成本和降低制造难度的方案是将无间歇连续的直流充电整体设备BTS改变为多单元组合并联形成足够的电流来满足间歇式充电控制电路对大电流的需求，具体实施步骤是：首先确定输入电源只能是常规易于获得的市电单相50HZ交流220V或市电三相50HZ交流380V电源，然后确定总输出电流及充电最高限压两个指标，由总输出电流×充电最高限压＝总输出功率，只有在总输出功率＜10KW时才能考虑输入电源是市电单相50HZ交流220V，当总输出功率＞10KW时只能采用输入电源是三相50HZ交流380V，多单元组合并联无论最终需要多少单元并联，其每一单元的输入电源都设计成单相交流220V输入电源形式，当总功率＜10KW时其并联单元的电源输入端也同时并联连接交流220V电源，当总功率＞10KW时只能将各单元的总数平均分成3组，每一组分别接在三相380V交流电源的三相火线与中性线之间(三相火线与中线线之间的电压是220V)。然后测算出将总电流分成多少单元组合并联形成所需要的总输出电流成本最低。例如采用实施方案一中已确定的T＝1.39秒，t_A1～t_A9＝0.94秒，t_B＝0.45秒，t_C＝0.92秒，t_D＝0.47秒的设置对48V电池组容量为55.3AH的铅酸电池取A_m＝165.9A的正脉冲电流充电，经过测算与对比，采用每一个单元能输出电压56V，输出电流3～6A的模块且是高频率开关电源模块并联形成165.9A电流，56V电压的无间歇式直流充电器与一台整体式输出165.9A电流，56V电压的无间歇式直流充电器相比，在成本、标准件采购难度，易维修性，安全性(国家标准60V以下的电压为安全电压)四个方面并联式均优于整体式，在具体实施过程中要将每一个并联单元的限电流和限电压调试到一致，且在各个单元模块输出端串联一只二级管用以防止各并联单元间的电流倒流，该二级管的过电流能力等于该模块最大输出电流能力，二极管的阳极接该模块+极输出端，阴极接该模块与其它模块并联后的输出端，在实施方案一中已经算出R_f的耗散热功率为106.8W，现在也将R_f＝106.8W分散平均到每一单元模块中，由此算出R_f的耗散热功率降为106.8W/并联模块数，每一并联模块R_f的电阻值增大为0.34Ω×并联模块数，由此也降低了小电阻(电阻值越小成本越高)大耗散热功率电阻在成本、标准件采购、集中散热这三方面的难度。

解决采用图1的间歇式充电控制电路构成快速充电方法的第三种实施方案是将被充电高压电池组转换为若干低电压电池组并联充电，充电结束后又转换还原成串联高电压电池组投入放电使用。这种转换方案如图3，采用第三种实施方案的理由是：间歇式充电控制电路已能达到用正脉冲充电电流A_m＝165.9A对容量为55.3AH电池组充电到80％电量满度其充电等待时间是55.3AH×0.8/165.9A×0.57＝0.47H(小时).算式中只计算用165.9A的正脉冲电流对55.3AH电池充电到80％电量满度是因为采用间歇式充电在达到电池电量满度＞80％以后，其A_m值会逐渐自动递减，这种递减持续约0.5～1小时才能将余下的20％电池电量充满，因而这里只计算充电到80％满电量等待时间；乘上0.57是将间歇式充电的正脉冲电流换算成无间歇连续连续直流充电时的平均电流，其中的0.57系数是在间歇式充电的一整个循环过程13.9秒钟中真实充进入电池的只有9×(t_A1-t_D)-t_D＝9×0.94秒-0.47秒＝7.99秒，7.99秒/13.9秒＝0.57。而美国通用的EV-1汽车对55.3AH电池组充电到100％电量满需要7～8小时，将0.47小时与余下的80％充到100％满电量所需1小时相加也能达到1.47小时对55.3AH容量的电池组100％充满，比美国通用的EV-1充电时间缩短7/1.47＝4.8倍。这一实践结果是在对电池组电压48V，电池组容量55.3AH采用A_m＝165.9A充电正脉冲电流条件下得出的。采用间歇式充电控制电路用激发电池(尤其是对铅酸电池和镍氢电池)接受电能的活性力方式充电是缩短充电等待时间有效途径之一。采用间歇式充电控制是对电池充进一个正脉冲电流A_m后间歇t_B时间再对电池充进下一个正脉冲电流A_m，在一个循环中对电池充进9个正脉冲电流A_m中间有8个t_B间歇，还有一个t_C间歇和一个电池对R_f放电-A_m时间t_D间歇使电池内帮助电池接受电量的活性物恢复疲劳后接受A_m电流，即采用间歇式充电控制是根据电池内帮助电池接受电量的活性物恢复疲劳状况由电池自动接受A_m电流是帮助电池摆脱了被强制灌电流的方式，将图2中T的周期时间和t_A1～t_A9、t_B、t_C、t_D各自所占宽窄时间这五个量值比例进行优化后还有进一步加大A_m值缩短充电等待时间的空间。在此基础上将被充电高压电池组转换为若干低电压电池组并联充电。充电结束后又转换还原成串联高电压电池组投入放电使用既能缩短充电等待时间还能得到快速简易地检查出一长串电池组中各单个电池之间的性能差异的结果。电池组串联中各个电池即使标称值相同其容纳电量能力、电池内阻阻值、电池接受充电时的温升三种数值始终存在差异，这种差异在电池组串联中单个电池越多判定越难。在《先进电动汽车技术》书中列出了多种对电池组串联中各单个电池差异的监控检查方案，这些方案实施较复杂、成本高。采用图3将高电压电池组转换为若干低电压电池组并联充电，充电结束后又转换还原成串联高电压电池组投入放电使用，且在各低压电池组并联回路中串联可加减计量电流表或可加减计量的脉冲电流功率表在充电过程中可直观观察各个低压并联电池组电流或功率变化状况，间接地判断出各个低压并联电池组之间的容纳电量能力、电池内阻、电池接受充电时的温升三种数值的差异，减轻对电池组串联中各单个电池差异的判别难度，这种实施方案是分组越细对串联电池组中各个电池差异的判别越准确。

现有的可充电池用电设备(例如电动自行车、电动汽车)的电压等级有36V、48V、96V、120V、240V、312V、336V、384V、396V；10种等级数据除36V、48V外是摘自《先进电动汽车技术》一书，这10种电压等级都是由单个为12V的电池串联而成的.沿用传统无间歇式直流充电且是串联充电时，充电器也需要作成这么多电压等级的标准充电器，过多的标准会降低社会资源利用率，现在分析这10种电压等级中排列在后的8种有6种可以直接落在前两种的倍率之中.例如96V是48V的2倍，240V是48V的5倍，288V是48V的6倍，336V是48V的7倍，384V是48V的8倍，396V是36V的11倍，剩下的120V等级如果减少一只12V的电池串联成为108V是36V的3倍，将120V增加两只12V的电池串联成为144V是48V的3倍，剩下的312V如果增加一只12V的电池串联为324V是36V的9倍，采用图3将高电压电池组转换为若干低电压电池组并联充电，充电结束后又转换还原成串联高电压电池组投入放电使用的方案既有快速简易地检查出一长串电池组各单个电池之间的性能差异的效果又带来充电设备标准种数减少从而增加社会资源利用率的效果.

达到用36V和48V两个标准覆盖其它8个标准的具体实施方法是将图3中QA1和QA2的两个直流接触器各自的4对常开主触头对数根据需要扩展为8对，12对，根据充电正脉冲电流Am的大小将间歇式充电器划定特大型(例如A_m＞10⁴A)，大型(例如10⁴A＞A_m＞10³A)、中型(例如10³A＞A_m＞100A)、小型(例如A_m＜100A)，其中特大型、大型、中型做成固定式或推车形式用于为流动的电池用户进行快速充电服务，小型的做成便携式。因为大型造价高，又因为间歇式充电器无论其充电正脉冲电流A_m值大小如何，电池组容量AH大小如何在实际充电过程中只有电池总容量的80％电量是按间歇式充电器标定的A_m值的速率充进电池，充满电池总容量80％到100％的等待时间都需要0.5～1小时，而经常性地只将电池充电到80％满而投入放电使用会引起电池钝化(钝化是在电池内逐渐生成和累积不能存储电量的固化物的表述，电池钝化和电池产生极化是缩减电池使用寿命周期两个主要危害现象)，电池容量会随电池钝化物的累积增加而逐渐地衰减，小型便携式专用于对充电等待时间不严格时使用，小型便携式是对快速充电又要防止电池钝化累积的一种补充措施。

图3中的符号

表示由电池串联后驱动的用电设备，QA1和QA2是使用电池供电而吸合的直流接触器，符号和

是使用电池供电吸合的直流接触器线圈，该线圈的电压等于串联电池组分组后的分组电压，BT1～BT4是将串联供给用于驱动用电设备的高电压电池串联组被转换分组成低电压电池组后的分组示意。QA11～QA14是QA1直流接触器的4对常开主触头，QA21～QA24是直流接触器QA2的4对常开主触头，QA1N是QA1直流接触器的辅助常开触头，QA1P是QA1直流接触器的辅助常闭触头，QA2N是QA2直流接触器的辅助常开触头，QA2P是QA2直流接触器的辅助常闭触头，SF1是启动直流接触器QA1吸合的按钮，SF2是启动直流接触器QA2吸合的按钮，BTSS是间歇式快速充电器，A1～A4是串联在已被转换分组成低电压电池组内的可加减计量电流表或可加减计量脉冲电流功率表。工作过程是：当需要各电池组串联向用电设备

供电时按SF1按钮QA1吸合，QA1N和QA2P自动保持QA1吸合，QA11～QA14也吸合，QA1P被断开，

被断开，形成BT1～BT4串联向

供电回路；当需要各电池组并联后接受BTSS充电器充电时按SF2按钮QA2吸合，QA2N和QA1P自动保持QA1的吸合，QA21～QA24也吸合，QA2P被断开，

被断开，形成BT1～BT4并联接受BTSS充电回路，充电过程中观察电流表A1～A4根据流过的电流大小与电流大小的变化情况可简易地判断出各分组电池容纳电量能力，电池内阻、电池接受充电时的温升这三种数值的差异。

图3中的QA1和QA2是普通的直流接触器，QA1的QA11～QA14四对主触头的承受过电流能力等于由电池组串联供电设备最大用电电流值，QA2的QA21～QA24四对主触头的承受过电流能力等于电池组并联充电最大正脉冲充电电流A_m值/并联电池组数，实施将高电压电池组转换为低电压电池组并联充电的分组数超过4组(例如8组、12组)时因为普通直流接触器最多只有4对主触头，因而图3中的QA1和QA2各自由2个或3个直流接触器构成并联连接来满足对触头对数增加的要求。

亦可研制专用直流接触器用于图3中的QA1和QA2，专用的QA1和QA2是每一个接触器有2～3个吸合线圈，当主触头8对时该接触器设立2个吸合线圈，当主触头是12对时该接触器设立3个吸合线圈，以每一个吸合线圈对应4对主触头形式排列，有2～3个吸合线圈的吸合电压与吸合时间与吸合力都相等。专用接触器QA1和QA2的2～3个吸合线圈电压等于串联电池组分组后的分组电压，专用接触器QA1的主触头的承受过电流能力等于由电池组串联供电设备最大用电电流值，专用接触器QA2的主触头承受过电流能力等于电池组并联充电最大正脉冲电流A_m值/并联电池组数。

图3中符号JA1～JA4和JB1～JB4是为便于实施图3的方案而设置的一种专用插座和插头示意。一个符号

代表一位插座孔位，一个符号←代表一位插头位，JA1～JA4和JB1～JB4的过电流能力等于间歇式充电控制设备的正脉冲最大充电电流A_m/串联高电压电池组转换成低电压电池组并联接受充电的分组数，当串联高电压电池组转换成低电压电池组并联接受充电的分组数超过4组达到8组，12组时其JA1～JA4和JB1～JB4各自的插座插头位数也增加到JA1～JA12和JB1～JB12，最多是12个插座孔位及其对应12个插头位，图3中的BTSS是间歇式充电控制充电器。

图3的专用插座插头做成一套插座插头包含有能满足串联高电压电池组转换成低电压电池组并联充电的分组数相匹配的插座孔位数和插头孔位数且插座与插头是可自动锁紧的整体形状。

图3的实施方案是以专用插座，专用插头为界，专用插座以左(包括插座本身)部分连接成一套整体设备，插头以右(包括一端与插头连接另一端与BTSS连接用于输送Am与-Am的电线)部分连接成间歇式充电控制整体设备。

Claims

1.一种间歇式充电控制电路，由IC₁产生连续的脉冲方波振荡信号且将该脉冲方波周期确定为[T]秒，将连续的周期[T]秒的方波信号由IC₁的第[3]脚输出端传送到IC₂的[14]脚输入端，由IC₂的输出端[Q₀～Q₉]按顺序[Q₀～Q₉]输出10个宽度与周期[T]相同的[T]秒钟的方波信号分别传送到由R₃C₃～R₁₂C₁₂组成的10个微分电路输入端，由10个微分电路分别各自将收到的宽度为[T]秒的方波信号压缩变窄变尖的信号再由这10个微分电路的输出端分别对应输入到IC₃～IC₁₂的输入端。其中R₃C₃～R₁₁C₁₁这9个微分电路数值设置相同是将[T]宽度脉冲方波压缩变窄为R₃C₃，R₁₂C₁₂数值设置是将[T]宽度方波压缩变窄为R₁₂C₁₂，由IC₃～IC₁₁的输出端将已被压缩变窄变尖的信号整形为R₃C₃宽度的方波信号，将R₃C₃宽度的方波信号称为t_A1～t_A9方波脉冲信号，将[t_A1～t_A9]分别由D₀～D₈的阳极输入阴极输出传送到IC₁₃的[Q_A]输入端，由IC₁₃的[E]输出端推动G₁导通形成充电器对电池充电的正脉冲电流，正脉冲充电电流持续的时间与[t_A1～t_A9]相同，[T]与[t_A1～t_A9]脉冲方波宽度的差即为上一个充电正脉冲电流与下一个充电正脉冲电流之间的间歇时间[t_B]，由IC₁₂的输出端将已被压缩变窄变尖的信号整形为R₁₂C₁₂宽度的方波信号，将R₁₂C₁₂宽度的方波信号称为[t_D]方波脉冲信号，将[t_D]由D₉的阳极输入阴极输出传送到IC₁₄的[Q_B]输入端，由IC₁₄的[F]输出端推动G₂导通形成电池对负载体R_f放电的负脉冲电流，放电负脉冲电流持续的时间与[t_D]相同，[T]与[t_D]脉冲方波宽度的差即为充电正脉冲电流与负脉冲放电电流之间的间歇时间[t_C]，这一过程称为一个循环控制，间歇式充电控制电路是自动地循环进行控制。

2.一种组合整机从市电电网获得直流大电流的电路，这种组合整机电路是由多个高频开关电源单元模块并联组合而成，每一个高频开关电源单元模块都设计为输入电源是50H_Z交流220V，输出直流电压等于多个单元模块并联组合后的电压，输出直流电流的大小折算成每一单元模块做多大的输出电流总成本最低的方式并联达到组合整机所需要的直流输出总电流数，这种多单元高频开关电源模块并联成整机输出电压×总电流的总容量小于10KW是所有模块的输入端并联接入50H_Z交流220V电源，所有模块的输出端按正极与正极并联，负极与负极并联输出，这种多单元高频开关电源模块并联成整机输出电压×总电流的容量大于10KW是将模块总数平均分成三组，每一组的输入端并联分接在三相50H_Z交流380V电源的三相火线与中性线之间，三组高频开关电源模块的所有输出端按正极与正极并联，负极与负并联输出。

3.一种串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电，充电结束后转换还原成串联高电压电池组投入放电使用的电路，该电路由串联成高电压电池组驱动的用电设备

；低电压电池组[BT1～BT4]；串联在低电压电池组回路的可加减计量电流表或可加减计量脉冲电流功率表A1～A4；直流接触器[QA1，QA2]，直流接触器[QA1]的4对常开主触头[QA11～QA14]，直流接触器[QA1]的一对常开辅助触头[QA1N]和一对常闭辅助触头[QA1P]，直流接触器[QA2]的4对常开主触头[QA21～QA24]，直流接触器[QA2]的一对常开辅助触头[QA2N]和一对常闭辅助触头[QA2P]；启动直流接触器[QA1]吸合的按钮[SF1]；启动直流接触器[QA2]吸合的按钮[SF2]；专用插座插头[JA1～JA4，JB1～JB4]；间歇式快速充电器[BTSS]组成，由专用插座插头的插座部分与[

，BT1～BT4，A1～A4，QA1，QA2，SF1，SF2]构成接受充电设备整体，由专用插座插头的插头部分与间歇式快速充电器[BTSS]构成充电设备整体，按[SF1]按钮使直流

接触器[QA1]吸合[QA1N]闭合，[QA2P]断开将[BT1～BT4]电池组串联形成高电压电池组向用电设备供电，按[SF2]按钮使直流接触器[QA2]吸合[QA2N]闭合[QA1P]断开将[BT1～BT4]电池组并联形成低电压电池组并联接受[BTSS]充电。

4.根据权利要求3所述的串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电，充电结束后转换还原成串联高电压电池组投入放电使用电路，其特征在于直流接触器[QA1、QA2]的常开主触头[QA11～QA14，QA21～QA24]对数是随串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电的分组数增加常开主触头对数也等量增加，常开主触头对数做成4对，8对，12对三种；直流接触器[QA1、QA2]的吸合线圈是每4对常开主触头设计一个吸合线圈，8对常开主触头设计成2个吸合线圈，12对常开主触头设计成3个吸合线圈，同一直流接触器有2～3个吸合线圈者是并联连接。

5.根据权利要求3所述的串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电，充电结束后转换还原成串联高电压电池组投入放电使用电路，其特征在于串联在低电压电池组[BT1～BT4]回路中的可加减计量电流表或可加减计量脉冲电流功率表[A1～A4]只数是随串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电的分组数增加也等量增加，最多是12只可加减计量电流表或可加减计量脉冲电流功率表。

6.根据权利要求3所述的串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电，充电结束后转换还原成串联高电压电池组投入放电使用电路，其特征在于专用插座插头[JA1～JA4，JB1～JB4]的插座孔位数和插头位数是随串联高电压电池组转换为低电压电池组并联充电的分组数增加插座孔位数和插头位数也等量增加，最多是12个插座孔位及其对应12个插头位，这种专插座插头是整体形，插头***插座后是自动锁紧。