專利名稱：大功率智能充電機(jī)及其充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率智能充電機(jī)，特別是一種智能通用大功率智能充電機(jī)。
大功率智能充電機(jī)用于大功率蓄電池的充電。而大功率蓄電池的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，例如在鐵路、港口、各類倉(cāng)庫的貨物內(nèi)部裝卸運(yùn)輸中用到的帶有大功率鉛酸蓄電池或鎘鎳電池等蓄電池的平板運(yùn)輸車、蓄電池叉車，由于其利用可反復(fù)充電的蓄電池為能源，具有使用成本較低、噪音小、基本無污染的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境保護(hù)十分有利，因此是鐵路、工礦企業(yè)等單位內(nèi)部裝卸和短途運(yùn)輸?shù)膬?yōu)選車種，應(yīng)用十分廣泛。此外，隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益加強(qiáng)，可以預(yù)見到電動(dòng)汽車將在二十一世紀(jì)獲得大力推廣與應(yīng)用，因此適用于大功率蓄電池的大功率智能充電機(jī)的性能也將會(huì)變得越來越重要。
經(jīng)過數(shù)十年的努力，大功率智能充電機(jī)(或充電裝置、充電設(shè)備)經(jīng)歷了硒片整流器一→簡(jiǎn)單硅整流器—→手動(dòng)調(diào)壓式硅整流器—→手動(dòng)可調(diào)式可控硅整流器—→恒流或恒壓式分階段充電機(jī)等多個(gè)階段，其穩(wěn)定性、可靠性、操作的方便性、充電效率得到了很大的進(jìn)步，相對(duì)地縮短了充電時(shí)間、延長(zhǎng)了蓄電池壽命。
在對(duì)蓄電池進(jìn)行能源補(bǔ)充的大功率充電裝置中，硒片整流器或簡(jiǎn)單硅整流器是現(xiàn)代充電機(jī)的祖先，因其實(shí)用性不強(qiáng)、缺點(diǎn)甚多而早已淘汰。目前國(guó)內(nèi)使用較多的有一是手動(dòng)調(diào)壓式硅整流器或手動(dòng)可調(diào)式可控硅整流器，該充電裝置簡(jiǎn)單但易受電網(wǎng)電壓起伏的影響而發(fā)生充電電流的大幅度變化。充電電流過小時(shí)，蓄電池充不足；充電電流過大時(shí)，容易損壞充電機(jī)或蓄電池，充電時(shí)間也長(zhǎng)。這類充電機(jī)早已列入淘汰行列逐漸退出使用。二是恒壓充電機(jī)，其工作時(shí)輸出電壓恒定。在充電之初，由于蓄電池端電壓很低而與充電機(jī)的輸出電壓壓差大而引起充電電流過大；在充電過程中，由于蓄電池端電壓的上升而引起充電電流的急速減少。這類充電機(jī)同樣也存在著容易損壞充電機(jī)或蓄電池和充電時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。目前已不多見。三是快速充電機(jī)。該機(jī)以成倍地提高充電電流來縮短充電時(shí)間。充電期間雖輔以間隙放電的去極化措施(微秒數(shù)量級(jí)，)但由于充電電流實(shí)在太大(0.3—0.4C)，充電時(shí)蓄電池電解液溫度很高以至劇烈沸騰，蓄電池極板上的有效物質(zhì)很快脫落，對(duì)蓄電池造成了致命的損傷，蓄電池壽命大為縮短；同時(shí)充電時(shí)電能把大量的水分解成氫氣與氧氣，大大浪費(fèi)了能源，目前已不受用戶歡迎而逐漸退出市場(chǎng)。四是恒流分階段充電機(jī)，它是目前國(guó)內(nèi)使用最多的充電機(jī)。該機(jī)在充電的第一階段采用較大電流充電，在充電第二階段充電電流減半。它與其他老式充電機(jī)相比，充電電流恒定，不受電網(wǎng)電壓和蓄電池端電壓逐漸上升的影響，在一定程度上延長(zhǎng)了蓄電池的壽命，縮短了充電時(shí)間，節(jié)約了能源。但它的充電效果尚不夠理想，充電功能單一，也沒有智能化功能，更談不上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。另外，現(xiàn)有的充電機(jī)還存在著其它一此問題，例如由于我國(guó)幅員遼闊，一年四季溫差很大。在充電過程中如果蓄電池的溫度過高、溫升過大，將加快蓄電池極板上有效物質(zhì)的失效，甚至脫落，直接影響蓄電池的壽命；多組蓄電池串聯(lián)充電時(shí)，每組蓄電池的容量、新舊程度、放電情況可能不一致，因此可能產(chǎn)生有的蓄電池組早已充足、有的蓄電池組尚未充足的情況。如果已充足的蓄電池繼續(xù)充電，不但浪費(fèi)電能，而且要損壞蓄電池。如果未充足的蓄電池停止充電，將影響電池用電設(shè)備的的運(yùn)行。
通過以上分析，可知目前國(guó)內(nèi)一般的充電機(jī)存在著各種各樣的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種能克服以上現(xiàn)有技術(shù)的各種缺點(diǎn)同時(shí)綜合各種已有大功率智能充電機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)的變流充電機(jī)。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種具有自動(dòng)識(shí)別蓄電池的新舊程度并當(dāng)其充足關(guān)機(jī)并報(bào)訊功能的充電機(jī)。
本發(fā)明的目的之三在于提供一種在給多組蓄電池組串聯(lián)充電時(shí)，具有分別識(shí)別已充足的電池的功能的充電機(jī)。
本發(fā)明的目的之四在于提供一種裝有與中央主控計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊組態(tài)軟件，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)并由主控計(jì)算機(jī)實(shí)行中央集群監(jiān)控的智能充電機(jī)。
本發(fā)明的的目的之五在于提供一種具有充電過程曲線可事先演示的功能的充電機(jī)。
本發(fā)明的目的之六在于提供一種具有溫度修正功能的充電機(jī)，該充電機(jī)根據(jù)所檢測(cè)到的環(huán)境溫度，修正充電機(jī)的輸出電流。如果環(huán)境溫度較高，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定的適當(dāng)減少，以延長(zhǎng)蓄電池的壽命；反之，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定的適當(dāng)增加，以縮短充電時(shí)間。
本發(fā)明的大功率智能充電機(jī)，包括可控整流電路和控制單元，其特征在于還包含監(jiān)測(cè)電路，D/A轉(zhuǎn)換電路及A/D轉(zhuǎn)換電路及觸發(fā)電路，其中的控制單元為中央處理單元，常壓交流電經(jīng)輸入電網(wǎng)輸入后進(jìn)入可控整流電路整流。然后輸入待充電的蓄電池組的參數(shù)，監(jiān)測(cè)電路將監(jiān)測(cè)到的充電數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入中央處理單元，該數(shù)據(jù)經(jīng)中央處理單元處理后進(jìn)入D/A控制電路轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入觸發(fā)電路最后控制可控整流電路。
本發(fā)明的大功率智能充電機(jī)的充電方法，其特征在于包含以下步驟常壓交流電經(jīng)輸入電網(wǎng)輸入后進(jìn)入可控整流電路整流，再輸入待充電的蓄電池組，監(jiān)測(cè)電路將監(jiān)測(cè)到的充電數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入控制單元，該數(shù)據(jù)經(jīng)控制單元處理后進(jìn)入D/A控制電路轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入觸發(fā)電路，最后控制可控整流電路。
本發(fā)明的大功率智能充電機(jī)自動(dòng)變流控制充電的方法如下充電過程中電池電量監(jiān)測(cè)電路5檢測(cè)到的蓄電池的端電壓值(模擬信號(hào))通過A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)v1。充電機(jī)當(dāng)前輸出的電流值(模擬信號(hào))也通過A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)i1。把電壓值v1與控制程序儲(chǔ)存電路10儲(chǔ)存的充電曲線數(shù)學(xué)方程進(jìn)行快速運(yùn)算，得出當(dāng)前充電模式及當(dāng)前參數(shù)下應(yīng)有的電流值i1′。然后把i1與i1′進(jìn)行比較若i1＜i1′，中央處理單元8發(fā)出指令，使i1增加；若i1＞i1′，中央處理單元8則使i1減少。如此不斷的修正，直至i1＝i1′，達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡點(diǎn)。隨著充電過程的進(jìn)行，蓄電池的端電壓逐漸升高，微機(jī)檢測(cè)到的電壓值為v2，充電機(jī)當(dāng)前輸出的電流值i2。經(jīng)過充電曲線數(shù)學(xué)方程的快速運(yùn)算，得出當(dāng)前充電模式及當(dāng)前參數(shù)下應(yīng)有的電流值i2′。然后再把i2與i2′進(jìn)行比較中央處理單元8又發(fā)出修正指令。如此不斷的修正，直至i2＝i2′，達(dá)到又一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡點(diǎn)。i2如此，隨著充電進(jìn)程的推移，一個(gè)個(gè)平衡點(diǎn)即組成了一條近似于橫寫的“S”形曲線。它表示充電開始時(shí)，蓄電池的電壓較低，充電機(jī)的輸出電流較大；隨著蓄電池電壓的逐漸升高，充電機(jī)的輸出電流逐漸減少；蓄電池將近充滿時(shí)，充電電流急速減少；蓄電池充滿時(shí)，充電電流減為零，充電機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。本次充電過程結(jié)束，充電機(jī)再次進(jìn)入初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次充電。
具體說來，本發(fā)明具有以下技術(shù)功能和效果1變流充電功能。在變流充電模式下，整個(gè)充電過程中始終緊密監(jiān)測(cè)蓄電池電量情況，根據(jù)機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)學(xué)方程隨時(shí)變動(dòng)充電機(jī)的輸出電流蓄電池電量的逐漸上升，充電機(jī)的輸出電流逐漸下降；蓄電池電量充滿后充電電流快速減少至零后自動(dòng)關(guān)機(jī)。這樣可以進(jìn)一步縮短充電時(shí)間，延長(zhǎng)蓄電池壽命，節(jié)約能源。
2涵蓋變流控制充電、恒流分階段充電、恒流初充電、恒流恒壓分階段充電、定閾充電等五種目前已有的或未有的充電模式，和以上五種模式下的充電結(jié)束前加時(shí)充電、定時(shí)充電的工作方式，可以充分滿足用戶的各種充電要求。
3自動(dòng)識(shí)別蓄電池的新舊程度，充足即自動(dòng)關(guān)機(jī)并報(bào)訊。以避免較陳舊蓄電池在充足后繼續(xù)以較大電流充電的浪費(fèi)現(xiàn)象，以延長(zhǎng)蓄電池壽命，縮短充電時(shí)間和節(jié)約能源。本發(fā)明的智能充電機(jī)在充電時(shí)，充電機(jī)一邊監(jiān)視蓄電池電量的上升情況，一邊計(jì)算蓄電池電量上升時(shí)與時(shí)間之間的夾角。若小于某個(gè)預(yù)定的角度，充電機(jī)即認(rèn)為蓄電池已陳舊，應(yīng)當(dāng)及時(shí)停止繼續(xù)充電，以延長(zhǎng)蓄電池壽命，縮短充電時(shí)間和節(jié)約能源。
4多組蓄電池組串聯(lián)充電時(shí)，可以分別識(shí)別已充足的電池，以延長(zhǎng)蓄電池壽命，縮短充電時(shí)間和節(jié)約能源。
5機(jī)內(nèi)裝有與中央主控計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通訊組態(tài)軟件，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)并由主控計(jì)算機(jī)實(shí)行中央集群監(jiān)控。該通訊組態(tài)軟件采用圖形顯示，圖象界面友好，各種操作均有提示，易懂易學(xué)。該通訊組態(tài)軟件設(shè)有二級(jí)口令(管理員口令與操作員口令，口令數(shù)不限)?？诹钶斎脲e(cuò)誤將無法開機(jī)，上級(jí)口令可覆蓋和修改下級(jí)口令，下級(jí)口令不能越過本級(jí)的權(quán)限操作。充電機(jī)的開機(jī)和參數(shù)的設(shè)置可以由中央主控計(jì)算機(jī)集中控制，也可以本機(jī)操作。各充電機(jī)的充電過程可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?？杀４婊蝻@示當(dāng)班及以前各班工作報(bào)表和充電機(jī)及蓄電池的歷史數(shù)據(jù)。所有操作過程、充電參數(shù)和報(bào)警記錄可在屏幕上顯示或打印。大大方便上級(jí)主管部門的查詢和業(yè)務(wù)管理。
6各種充電過程曲線可事先演示，以便操作人員根據(jù)實(shí)際充電情況選擇最合理、最經(jīng)濟(jì)的充電參數(shù)與曲線。由于該充電機(jī)具有多種充電模式，每個(gè)操作人員不是都很熟悉各種充電模式。特別是本機(jī)首創(chuàng)的變流充電模式，一般的操作人員都是首次操作。為了讓操作人員能根據(jù)實(shí)際充電情況選擇最合理、最經(jīng)濟(jì)的充電參數(shù)與曲線，本發(fā)明增加了對(duì)將要進(jìn)行的充電曲線的主要拐點(diǎn)事先演示的功能。為方便用戶，在充電過程中也可以修改而不影響充電過程的進(jìn)行。
7機(jī)內(nèi)儲(chǔ)有溫度修正函數(shù)，在充電過程中自動(dòng)根據(jù)環(huán)境溫度，修正充電機(jī)的輸出電流。如果環(huán)境溫度較高，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定值適當(dāng)減少，以延長(zhǎng)充電機(jī)與蓄電池的壽命；反之，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定值適當(dāng)增加，以縮短充電時(shí)間。


圖1為本發(fā)明的變流充電模式的充電曲線圖2為已有技術(shù)的恒流初充電模式的充電曲線圖；圖3為已有技術(shù)的恒流分階段充電模式的充電曲線圖；圖4為已有技術(shù)的恒流恒壓充電模式的充電曲線圖；圖5為本發(fā)明的定閾充電模式的充電曲線圖；圖6為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的原理方框圖；圖7為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的主程序框圖；圖8為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的充電參數(shù)測(cè)量運(yùn)算處理子程序框圖；圖9為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的參數(shù)設(shè)置子程序流程框圖；圖10為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的充電預(yù)演子程序流程框圖；圖11為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的充電模式轉(zhuǎn)換子程序流程框圖；圖12為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的蓄電池新舊程度判別子程序流程框圖；圖13為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的多組蓄電池充足鑒別子程序流程框圖；圖14為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的變流充電的工作原理流程框圖。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例進(jìn)行說明。
如圖6所示，本發(fā)明的一個(gè)較佳施例的充電機(jī)包括可控整流系統(tǒng)和主機(jī)系統(tǒng)，其中可控整流系統(tǒng)包括輸入電網(wǎng)1、可控整流電路2、移相觸發(fā)電路16；主機(jī)系統(tǒng)包括故障判斷電路4、電池電量監(jiān)測(cè)電路5、充電電流監(jiān)測(cè)電路6、A/D轉(zhuǎn)換電路7、中央處理單元8、總線9、控制程序儲(chǔ)存電路10、數(shù)據(jù)鎖存電路11、充電參數(shù)狀態(tài)顯示電路12、充電參數(shù)輸入電路13、D/A轉(zhuǎn)換電路14、溫度檢測(cè)電路15、與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的通訊接口電路17、關(guān)機(jī)控制電路18。
在本發(fā)明的充電機(jī)的可控整流系統(tǒng)中，采用線性度好、移相范圍寬、能寬脈沖觸發(fā)的專用觸發(fā)器組成移相觸發(fā)電路16。由主機(jī)系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換電路14送來的控制電壓對(duì)移相觸發(fā)電路16進(jìn)行控制，其受控輸出的移相觸發(fā)脈沖去觸發(fā)可控整流電路2中的大功率可控硅，改變它們的控制角α。從而使充電機(jī)輸出的電流改變。
本發(fā)明的充電機(jī)通電后，主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)，在中央處理單元8的控制下，電池電量監(jiān)測(cè)電路5、充電電流監(jiān)測(cè)電路6、環(huán)境溫度檢測(cè)電路15把各自檢測(cè)到的模擬信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換電路7；由A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入數(shù)據(jù)鎖存電路11，在中央處理單元8結(jié)合控制程序儲(chǔ)存電路10的控制下，準(zhǔn)備接受充電參數(shù)輸入電路13輸入的充電參數(shù)。由充電參數(shù)輸入電路13輸入充電參數(shù)后，經(jīng)過中央處理單元8和控制程序儲(chǔ)存電路10的數(shù)據(jù)運(yùn)算、處理后，中央處理單元8發(fā)出充電指令，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路14轉(zhuǎn)換成控制電壓，控制移相觸發(fā)電路16，觸發(fā)和控制可控硅的導(dǎo)通角，充電機(jī)輸出受控的直流電流對(duì)蓄電池組充電。同時(shí)由溫度檢測(cè)電路15送來的溫度模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在中央處理單元8的控制下修正輸出的直流電流。如果本發(fā)明的充電機(jī)已聯(lián)網(wǎng)，則通訊接口電路17負(fù)責(zé)與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通訊。
下面介紹各單元電路的功能1.故障判斷電路4具有較全面的保護(hù)報(bào)警功能。若充電機(jī)輸出開路、短路或蓄電池極性接反，充電機(jī)會(huì)立即判斷故障并報(bào)警關(guān)機(jī)，并顯示故障原因。若蓄電池極性接反，充電機(jī)無法啟動(dòng)，也顯示故障原因。若充電機(jī)輸出電流過載或蓄電池輸入電流過載，會(huì)把該過載信號(hào)快速輸入中央處理單元8，經(jīng)過運(yùn)算處理后由控制程序儲(chǔ)存電路10發(fā)出報(bào)警關(guān)機(jī)信號(hào)，有效地保護(hù)了充電機(jī)不會(huì)因過載而損壞，保護(hù)蓄電池不會(huì)因輸入電流過大而損壞。2.電池電量監(jiān)測(cè)電路5在充電過程中，該電池電量監(jiān)測(cè)電路會(huì)自動(dòng)檢測(cè)蓄電池組的電量情況。此電量情況經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入中央處理單元8計(jì)算處理，再由控制程序儲(chǔ)存電路10按蓄電池組的電量情況和不同的充電模式輸出，相應(yīng)地控制電壓控制可控硅的導(dǎo)通角，使充電機(jī)輸出的電流按預(yù)定的充電曲線變化。3.充電電流監(jiān)測(cè)電路6在充電過程中，該充電電流監(jiān)測(cè)電路會(huì)自動(dòng)檢測(cè)輸出的充電電流。充電電流經(jīng)過預(yù)放大后由A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入中央處理單元8計(jì)算處理，再由控制程序儲(chǔ)存電路10按蓄電池組當(dāng)前的電量情況和不同的充電模式，輸出相應(yīng)的控制電壓控制可控硅的導(dǎo)通角，使充電機(jī)輸出的電流按預(yù)定的充電曲線變化。4.A/D轉(zhuǎn)換電路7A/D轉(zhuǎn)換器采用低功耗多通道串行高數(shù)位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。用于把充電機(jī)檢測(cè)到的蓄電池組的電量模擬量信號(hào)、充電機(jī)輸出的充電電流模擬量信號(hào)、環(huán)境溫度模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成高精度數(shù)字信號(hào)，送入中央處理單元8進(jìn)行計(jì)算處理。5.中央處理單元8本單元是主機(jī)系統(tǒng)的核心部分。各種檢測(cè)到的數(shù)據(jù)都由中央處理單元8進(jìn)行運(yùn)算處理，然后發(fā)出各種控制指令。6.總線9總線9是地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線的總稱。主機(jī)系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)和控制指令均根據(jù)中央處理單元8在各單元電路間按不同的地址進(jìn)行傳輸。7.控制程序儲(chǔ)存電路10控制程序儲(chǔ)存電路10是存放所有本發(fā)明的主程序和各種子程序的地方，其中包括蓄電池組數(shù)設(shè)置子程序、充電參數(shù)設(shè)置子程序、充電模式設(shè)置子程序、充電過程預(yù)演子程序、充電狀態(tài)參數(shù)測(cè)量運(yùn)算子程序、蓄電池狀態(tài)參數(shù)顯示子程序等。主機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)經(jīng)過中央處理單元8的運(yùn)算、處理，按該電路儲(chǔ)存的控制程序由中央處理單元8發(fā)出指令，充電機(jī)或改變輸出相應(yīng)的直流電流，或充足關(guān)機(jī)，或緊急報(bào)警關(guān)機(jī)，并顯示相應(yīng)的參數(shù)及狀態(tài)。8.數(shù)據(jù)鎖存電路11主機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)鎖存電路11中鎖存。經(jīng)中央處理單元8進(jìn)行運(yùn)算處理后，按照控制程序儲(chǔ)存電路10中存放的控制程序然后發(fā)出各種控制指令。9.充電參數(shù)狀態(tài)顯示電路12充電參數(shù)顯示采用了雙窗口8段超高亮度大面積LED發(fā)光二極管，分別顯示蓄電池組當(dāng)前電壓和充電機(jī)輸出電流及過載、充電結(jié)束等狀態(tài)信息。由充電參數(shù)狀態(tài)顯示電路12顯示，以便操作人員了解目前充電機(jī)的狀況。10.充電參數(shù)輸入電路13本發(fā)明的充電機(jī)在開機(jī)前，須輸入各種充電參數(shù)和設(shè)置充電模式，即輸入待充蓄電池組的額定電壓、額定容量、蓄電池組數(shù)、充電模式、是否加時(shí)充電或定時(shí)工作方式。這些均由充電參數(shù)輸入電路13進(jìn)行輸入，然后由主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行充電電流的控制。本機(jī)的輸入按鍵有蓄電池額定電壓預(yù)置、蓄電池額定容量預(yù)置、蓄電池組數(shù)預(yù)置、溫度補(bǔ)償、參數(shù)增加、參數(shù)減少、參數(shù)存入、充電曲線演示、充電模式與充電方式轉(zhuǎn)換等按鍵。按鍵輸入全部由按鍵管理子程序控制。11.D/A轉(zhuǎn)換電路14中央處理單元8進(jìn)行運(yùn)算處理后，按照控制程序儲(chǔ)存電路10中存放的控制程序發(fā)出控制的電壓均為數(shù)字信號(hào)，須把它通過D/A轉(zhuǎn)換電路14轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，再輸入移相觸發(fā)電路16控制可控硅的導(dǎo)通角，改變充電機(jī)輸出的直流電流。12.溫度檢測(cè)電路15充電機(jī)的環(huán)境溫度由溫度檢測(cè)電路15檢測(cè)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路14轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，輸入中央處理單元8，控制程序儲(chǔ)存電路10中存放的溫度補(bǔ)償系數(shù)對(duì)中央處理單元8發(fā)出的電流控制信號(hào)進(jìn)行修正。如果環(huán)境溫度較高，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定的適當(dāng)減少，以延長(zhǎng)蓄電池的壽命；反之，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定的適當(dāng)增加，以縮短充電時(shí)間。13.通訊接口電路17通訊接口電路17是專門與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊的接口，所有的充電機(jī)的狀態(tài)、參數(shù)和中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令均通過通訊接口電路17進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和控制。它具有減少轉(zhuǎn)換速率、減少電磁干擾的特點(diǎn)，能進(jìn)行高速無誤差地傳送數(shù)據(jù)。14.關(guān)機(jī)控制電路18充電機(jī)在充電過程中，遇到充電電流過大(過載)，或者充電機(jī)與蓄電池組的連接線突然斷開，或者充電過程自然結(jié)束，中央處理單元8將發(fā)出關(guān)機(jī)指令。這個(gè)關(guān)機(jī)指令就通過關(guān)機(jī)控制電路18結(jié)束充電過程。
下面參照?qǐng)D7至圖14描述本發(fā)明的充電機(jī)的工作過程。
如圖7所示，充電機(jī)在輸入連上電網(wǎng)、輸出連上蓄電池組后，合上控制電源按鈕，充電機(jī)上電進(jìn)行初始化，步驟71檢測(cè)是否有禁止啟動(dòng)的情況。如有，充電機(jī)將報(bào)警并顯示故障原因；如果充電機(jī)允許啟動(dòng)，可先設(shè)置充電參數(shù)，設(shè)置參數(shù)時(shí)依次啟動(dòng)蓄電池組數(shù)設(shè)置子程序、充電參數(shù)設(shè)置子程序、充電模式設(shè)置子程序、充電過程預(yù)演子程序、充電狀態(tài)參數(shù)測(cè)量運(yùn)算子程序、蓄電池狀態(tài)參數(shù)顯示子程序，參數(shù)設(shè)置完畢后即可啟動(dòng)充電；在充電過程中，充電機(jī)把檢測(cè)到的各種參數(shù)，輸入中央處理單元8進(jìn)行運(yùn)算、處理，并在主程序的控制下，使得充電機(jī)的輸出電流按開機(jī)前設(shè)置的參數(shù)和模式作修正，充電電流按預(yù)定的充電曲線進(jìn)行變化。
圖8的充電參數(shù)測(cè)量運(yùn)算處理子程序本發(fā)明在充電過程中，充電機(jī)隨時(shí)通過監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)充電參數(shù)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入數(shù)據(jù)鎖存電路11，步驟81讀入充電模式；步驟82采集充電參數(shù)；步驟83讀入充電參數(shù)；步驟84判斷充電電流是否符合規(guī)定的曲線，如符合則移相控制電壓不變并重新從步驟82開始，如不符合則進(jìn)入步驟85判斷充電電流是否過大，如過大則減小移相控制電壓并重新從步驟82開始，如沒有過大則增加移相控制電壓該并重新從步驟82開始。
在圖9的充電參數(shù)設(shè)置子程序中充電開始前，必須先進(jìn)行充電參數(shù)設(shè)置先設(shè)置待充電蓄電池組數(shù)N，再通過面板上的輸入按鍵依次設(shè)置第一組到第N組的蓄電池組的額定電壓、額定容量、蓄電池組數(shù)、電池放電情況、電池新舊程度，可設(shè)置合適的充電參數(shù)與充電方式，并存入數(shù)據(jù)鎖存電路11。此時(shí)，充電機(jī)主變壓器次級(jí)將選中合適的電壓輸出檔次(以提高充電機(jī)的功率因數(shù))。最后充電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。
如圖10所示的充電預(yù)演子程序可以預(yù)先演示本機(jī)涵蓋的所有五種充電曲線主要轉(zhuǎn)折點(diǎn)的充電參數(shù)。該程序步驟101判斷工作模式；步驟102及步驟103從數(shù)據(jù)鎖存電路11中讀出相應(yīng)充電模式的數(shù)學(xué)方程并讀出輸入的充電參數(shù)；步驟104解出該充電模式下主要拐點(diǎn)的數(shù)學(xué)方程；最后步驟105顯示該充電模式下主要拐點(diǎn)的充電數(shù)據(jù)。
如圖11所示的充電模式轉(zhuǎn)換子程序步驟111讀入當(dāng)前充電模式的標(biāo)志；步驟112讀入轉(zhuǎn)換充電模式的命令；接著步驟113轉(zhuǎn)換當(dāng)前充電模式；最后步驟114顯示當(dāng)前充電模式。本發(fā)明的充電機(jī)在具有變流充電功能的同時(shí)，也涵蓋了目前常用的多種充電模式。通過充電模式轉(zhuǎn)換子程序，可在開機(jī)選擇上述五種充電模式中的任意一種模式充電，并可在充電過程中隨意進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
狀態(tài)參數(shù)顯示子程序顯示當(dāng)前充電機(jī)輸出的電壓、電流，及發(fā)生故障時(shí)的原因和充電機(jī)的當(dāng)前與結(jié)束狀態(tài)。
蓄電池使用日久，極板上的有效物質(zhì)會(huì)逐漸脫落、失效，表現(xiàn)在同樣使用條件下，蓄電池可蓄的電量逐漸降低，即蓄電池逐漸陳舊老化。如圖12所示的蓄電池新舊程度判別子程序的步驟121讀入當(dāng)前蓄池電壓的數(shù)值；步驟122讀入最后前一段時(shí)間蓄電池電壓的數(shù)值；步驟123計(jì)算最近前一段時(shí)間蓄電池電壓上升的數(shù)值；步驟124計(jì)算近15分鐘內(nèi)蓄電池電壓上升值與時(shí)間軸的夾角α；步驟125判斷蓄電池升值夾角α是否小于或等于舊電池判別角β；如不是則返回到步驟121；如是則繼續(xù)步驟126保持當(dāng)前充電參數(shù)，以節(jié)約能源，縮短充電時(shí)間和延長(zhǎng)蓄電池壽命。
由于多組蓄電池串聯(lián)充電時(shí)，每組蓄電池的容量、新舊程度、放電情況可能不一致。因此可能產(chǎn)生有的蓄電池組早已充足、有的蓄電池組尚未充足的情況。不論繼續(xù)充電還是停止充電，都對(duì)蓄電池不利，應(yīng)該分別處理。如圖13所示的多組蓄電池充足分別鑒別子程序用于在整個(gè)充電過程中，密切監(jiān)測(cè)各組蓄電池的電量情況。如果哪一組蓄電池已充足，就發(fā)出報(bào)訊信號(hào)通知操作人員更換，以利于節(jié)約能源和延長(zhǎng)蓄電池壽命。該程序步驟131讀入第N組蓄電池的額定電壓；步驟132讀入第N組蓄電池的當(dāng)前電壓；步驟133判斷第N組蓄電池是否達(dá)到結(jié)束電壓；如是則進(jìn)入步驟135維持較小的電流繼續(xù)充電；步驟136發(fā)出第N組蓄電池已充足的聲光信號(hào)；如不是則進(jìn)入步驟134判別第N組蓄電池是舊的嗎？；如是舊的則執(zhí)行步驟135及步驟136；如不是舊的則繼續(xù)充電并回到步驟133。
在圖14的變流充電的工作原理流程框圖中充電過程中電池電量監(jiān)測(cè)電路5檢測(cè)到的蓄電池的端電壓值(模擬信號(hào))通過A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)v1。充電機(jī)當(dāng)前輸出的電流值(模擬信號(hào))也通過A/D轉(zhuǎn)換電路7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)i1。把電壓值v1與控制程序儲(chǔ)存電路10儲(chǔ)存的充電曲線數(shù)學(xué)方程進(jìn)行快速運(yùn)算，得出當(dāng)前充電模式及當(dāng)前參數(shù)下應(yīng)有的電流值i1′。步驟141把i1與i1′進(jìn)行比較若i1＜i1′，中央處理單元8發(fā)出指令，使i1增加；若i1＞i1′，中央處理單元8則使i1減少。如此不斷的修正，直至i1＝i1′，達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡點(diǎn)。隨著充電過程的進(jìn)行，蓄電池的端電壓逐漸升高，微機(jī)檢測(cè)到的電壓值為v2，充電機(jī)當(dāng)前輸出的電流值i2。經(jīng)過充電曲線數(shù)學(xué)方程的快速運(yùn)算，得出當(dāng)前充電模式及當(dāng)前參數(shù)下應(yīng)有的電流值i2′。然后再把i2與i2′進(jìn)行比較中央處理單元8又發(fā)出修正指令。如此不斷的修正，直至i2＝i2′，達(dá)到又一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡點(diǎn)。如此，隨著充電進(jìn)程的推移，一個(gè)個(gè)平衡點(diǎn)即組成了一條近似于橫寫的“S”形曲線。它表示充電開始時(shí)，蓄電池的電壓較低，充電機(jī)的輸出電流較大；隨著蓄電池電壓的逐漸升高，充電機(jī)的輸出電流逐漸減少；蓄電池將近充滿時(shí)，充電電流急速減少；蓄電池充滿時(shí)，充電電流減為零，充電機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。本次充電過程結(jié)束，充電機(jī)再次進(jìn)入初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次充電。
權(quán)利要求
1.一種大功率智能充電機(jī)，包括可控整流電路和控制單元，其特征在于所述控制單元由中央處理單元、控制程序存儲(chǔ)電路及數(shù)據(jù)鎖存電路組成，該充電機(jī)還包含監(jiān)測(cè)電路，用于判斷故障和/或監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、電池電量、充電電流；A/D轉(zhuǎn)換電路，用于將監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入數(shù)據(jù)鎖存電路鎖存或直接送入中央處理單元進(jìn)行處理；D/A轉(zhuǎn)換電路，用于將中央處理單元處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；移相觸發(fā)電路，用于采用輸入的模擬信號(hào)控制可控整流電路輸出相應(yīng)的充電電流；
2.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于所述監(jiān)測(cè)電路為故障判斷與顯示電路，用于在充電機(jī)輸出開路、短路或蓄電池極性接反時(shí)立即判斷故障并報(bào)警關(guān)機(jī)，并顯示故障原因。
3.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于所述監(jiān)測(cè)電路為一電池電量監(jiān)測(cè)電路，用于在充電過程中自動(dòng)檢測(cè)蓄電池組的電量情況。
4.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于所述監(jiān)測(cè)電路為一充電電流監(jiān)測(cè)電路，用于在充電過程中自動(dòng)檢測(cè)輸出的充電電流。
5.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于還包含一充電參數(shù)狀態(tài)顯示電路(12)，用于分別顯示蓄電池組當(dāng)前電壓和充電機(jī)輸出電流及過載、充電結(jié)束等狀態(tài)信息。
6.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于還包含一充電參數(shù)輸入電路(13)，用于在充電機(jī)開機(jī)前輸入待充蓄電池組的額定電壓、額定容量、蓄電池組數(shù)和設(shè)置充電模式，是否加時(shí)充電或定時(shí)充電的工作方式，然后由主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行充電電流的控制，以上充電參數(shù)的設(shè)置全部由相應(yīng)的按鍵來完成，按鍵輸入全部由控制單元控制完成。
7.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于所述監(jiān)測(cè)電路為一環(huán)境溫度檢測(cè)電路(15)，用于檢測(cè)充電機(jī)的環(huán)境溫度，該數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路(14)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入中央處理單元(8)，控制程序儲(chǔ)存電路(10)中存放的溫度補(bǔ)償系數(shù)對(duì)中央處理單元發(fā)出的電流控制信號(hào)進(jìn)行修正，如果環(huán)境溫度較高，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定的適當(dāng)減少，反之，充電機(jī)輸出的電流將比預(yù)定的適當(dāng)增加，以縮短充電時(shí)間。
8.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于還包含一通訊接口電路(17)，該通訊接口電路是專門與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊的接口，用于傳輸和控制所有的充電機(jī)的狀態(tài)、參數(shù)和中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令。
9.如權(quán)利要求1所述的充電機(jī)，其特征在于還包含一關(guān)機(jī)控制電路(18)，用于在遇到充電電流過大(過載)，或者充電機(jī)與蓄電池組的連接線突然斷開，或者充電過程自然結(jié)束，由中央處理單元(8)將發(fā)出關(guān)機(jī)指令。
10.一種大功率智能充電機(jī)的充電方法，其特征在于包含以下步驟常壓交流電經(jīng)輸入電網(wǎng)(11)進(jìn)入可控整流電路(2)整流后輸入待充電的蓄電池組，監(jiān)測(cè)電路將監(jiān)測(cè)到的值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路(7)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入控制單元，該數(shù)字信號(hào)經(jīng)控制單元處理后進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換電路(14)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后輸入移相觸發(fā)電路(16)最后控制可控整流電路，使充電機(jī)輸出受控的充電電流。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述控制單元的處理步驟如下步驟1讀入當(dāng)前蓄池電壓的數(shù)值；步驟2讀入預(yù)定時(shí)間前的蓄電池電壓的數(shù)值；步驟3計(jì)算最近的預(yù)定時(shí)間內(nèi)的蓄電池電壓上升的數(shù)值；步驟4計(jì)算近的預(yù)定時(shí)間內(nèi)蓄電池電壓上升值與時(shí)間軸的夾角α；步驟5判斷蓄電池上升夾角α是否小于或等于舊電池判別角β；如不是則返回到步驟1；如是則繼續(xù)步驟6保持當(dāng)前充電參數(shù)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述控制單元的處理步驟如下步驟1讀入第N組蓄電池的額定電壓；步驟2讀入第N組蓄電池的當(dāng)前電壓；步驟3判斷第N組蓄電池是否達(dá)到結(jié)束電壓；如是則進(jìn)入步驟5維持較小的電流繼續(xù)充電；步驟6發(fā)出第N組蓄電池已充足的聲光信號(hào)；如不是則進(jìn)入步驟4判別第N組蓄電池是否舊電池；如是舊的則執(zhí)行步驟5及步驟6；如不是舊的則繼續(xù)充電并回到步驟3。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述控制單元的處理步驟如下步驟1讀入當(dāng)前充電模式的標(biāo)志；步驟2讀入轉(zhuǎn)換充電模式的命令；步驟3轉(zhuǎn)換當(dāng)前充電模式；步驟4顯示當(dāng)前充電模式。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述控制單元的處理步驟如下步驟1判斷工作模式；步驟2及步驟3從數(shù)據(jù)鎖存電路(11)中讀出相應(yīng)充電模式的數(shù)學(xué)方程并讀出輸入的充電參數(shù)；步驟4解出該充電模式下數(shù)學(xué)方程的主要拐點(diǎn)；步驟5顯示該充電模式下主要拐點(diǎn)的充電參數(shù)。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在包含以下步驟充電機(jī)隨時(shí)監(jiān)測(cè)充電參數(shù)的變化，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路(7)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入數(shù)據(jù)鎖存電路(11)，并與中央處理器內(nèi)儲(chǔ)存的曲線方程比較、運(yùn)算處理后，控制移相觸發(fā)電路(15)，改變可控硅導(dǎo)通角控制電壓，使充電機(jī)的輸出電壓、電流發(fā)生改變。充電機(jī)把每次監(jiān)測(cè)到的參數(shù)經(jīng)中央處理單元(8)運(yùn)算處理后，又使充電機(jī)的輸出電壓、電流改變，最終使充電機(jī)的輸出電流符合預(yù)定的充電曲線。
16.如權(quán)利要求1所述的大功率智能充電機(jī)，其特征在于所述監(jiān)測(cè)電路由溫度檢測(cè)電路、電池電量監(jiān)測(cè)電路、充電電流監(jiān)測(cè)電路共同組成。
17.如權(quán)利要求16所述的大功率智能充電機(jī)的充電方法，其特征在于包含以下步驟充電機(jī)在輸入連上電網(wǎng)、輸出連上蓄電池組后，合上控制電源按鈕，充電機(jī)上電進(jìn)行初始化，檢測(cè)是否有禁止啟動(dòng)的情況，如有，充電機(jī)將報(bào)警并顯示故障原因；如果充電機(jī)允許啟動(dòng)，可先設(shè)置充電參數(shù)，其中包括蓄電池組數(shù)、充電參數(shù)、充電模式，然后預(yù)演充電過程、測(cè)量運(yùn)算充電狀態(tài)參數(shù)、顯示蓄電池狀態(tài)參數(shù)，隨后啟動(dòng)充電，在充電過程中，充電機(jī)把檢測(cè)到的各種參數(shù)，輸入中央處理單元進(jìn)行運(yùn)算、處理，并在主程序的控制下，使得充電機(jī)的輸出電流按開機(jī)前設(shè)置的參數(shù)和模式作修正，充電電流按預(yù)定的充電曲線進(jìn)行變化。
18.一種大功率智能充電機(jī)自動(dòng)變流控制充電的方法，其特征在于充電過程中電池電量監(jiān)測(cè)電路(5)檢測(cè)到的蓄電池的端電壓值(模擬信號(hào))通過A/D轉(zhuǎn)換電路(7)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)v1；充電機(jī)當(dāng)前輸出的電流值(模擬信號(hào))也通過A/D轉(zhuǎn)換電路(7)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)i1；把電壓值v1與控制程序儲(chǔ)存電路(10)儲(chǔ)存的充電曲線數(shù)學(xué)方程進(jìn)行快速運(yùn)算，得出當(dāng)前充電模式及當(dāng)前參數(shù)下應(yīng)有的電流值i1′，然后把i1與i1′進(jìn)行比較若i1＜i1′，中央處理單元(8)發(fā)出指令，使i1增加；若i1＞i1′，中央處理單元(8)則使i1減少，如此不斷的修正，直至i1＝i1′，達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡點(diǎn)，隨著充電過程的進(jìn)行，蓄電池的端電壓逐漸升高，微機(jī)檢測(cè)到的電壓值為v2，充電機(jī)當(dāng)前輸出的電流值i2；經(jīng)過充電曲線數(shù)學(xué)方程的快速運(yùn)算，得出當(dāng)前充電模式及當(dāng)前參數(shù)下應(yīng)有的電流值i2′；然后再把i2與i2′進(jìn)行比較中央處理單元(8)又發(fā)出修正指令。如此不斷的修正，直至i2＝i2′，達(dá)到又一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡點(diǎn)。如此，隨著充電進(jìn)程的推移，一個(gè)個(gè)平衡點(diǎn)即組成了一條近似于橫寫的“S”形曲線，它表示充電開始時(shí)，蓄電池的電壓較低，充電機(jī)的輸出電流較大；隨著蓄電池電壓的逐漸升高，充電機(jī)的輸出電流逐漸減少；蓄電池將近充滿時(shí)，充電電流急速減少；蓄電池充滿時(shí)，充電電流減為零，充電機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)；本次充電過程結(jié)束，充電機(jī)再次進(jìn)入初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次充電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率智能充電機(jī)及變流充電方法,該充電機(jī)包括可控整流電路和控制單元,還包含監(jiān)測(cè)電路,D/A轉(zhuǎn)換電路及A/D轉(zhuǎn)換電路及觸發(fā)電路。變流充電根據(jù)檢測(cè)到的蓄電池電量充足程度,從初充電時(shí)的大電流逐漸減小直至充足時(shí),充電電流降為零,從而規(guī)定了充電電流按預(yù)定的充電曲線從頭至尾自動(dòng)完成。另外,本發(fā)明的充電機(jī)還有智能化,能大大延長(zhǎng)蓄電池壽命,縮短充電時(shí)間,節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M10/44GK1333589SQ0011700
公開日2002年1月30日 申請(qǐng)日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月6日
發(fā)明者陳祖康, 王義慶, 倪成鳳 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué), 上海高創(chuàng)電腦技術(shù)工程公司