專利名稱：電動車智能充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型與充電器有關(guān)，尤其與電動車用閥控式密封鉛酸蓄電池的充電器有關(guān)。
傳統(tǒng)的蓄電池一直采用直流小電流充電，其充電時間長達(dá)10～1.5小時以上。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、功能多樣、使充電時間大大縮短，提高蓄電池使用壽命的電動車智能充電器。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型電壓變換電路1有市電輸入經(jīng)低通濾波器A1、變壓器T1、整流橋B1和B2輸出直流電，B1輸出高電位端接脈沖發(fā)生電路2的場效應(yīng)管BG1的源極S，輸出的低電位端接BG1的漏極D和接蓄電池BT的充電電路3，BG1的柵極G接檢測、控制電路6的集成塊U1(PIC16C71A或P1C16C71)的輸出13腳。電路3的電壓取樣端接取樣電阻R7、R8組成的電壓取樣電路4，其輸出端接U1的18腳，電流取樣電路7經(jīng)互感器L4接二極管D1、D2、D3、D4和并聯(lián)的R9、C12、C11，經(jīng)電阻R10接于U1的17腳。整流橋B2的輸出經(jīng)三端穩(wěn)壓器U2穩(wěn)壓后作為U1的工作電源。
電路6的U1的12腳輸出，接去極化放電電路5的光電耦合器J1的輸入J1的輸出接場效應(yīng)器BG2的G極和通過R5接地。三端穩(wěn)壓器的輸出作為電路6的工作電源。
有熱敏電阻RT2和電阻R11、C8組成的環(huán)境溫度取樣電路8與U1的1腳連接。
有R3、C5跨接在BG1的S和D極兩端。充電電路輸出接二極管D6和電流取樣電路接D5。
鉛酸蓄電池的電特性主要有開路電壓、充放電特性曲線和電池容量等。電池開路電壓V開，可以估計(jì)電池的電容量。本實(shí)用新型在充電、放電過程中，檢測這個量是非常必要的。充放電特性曲線，它描述了電池工作時的端電壓V工件隨時間變化的情況，必須知道V工作不僅是時間的函數(shù)，還受溫度、充放電速度的影響。電池在充電、放電時，電池內(nèi)部存在極化電位E極化，其表達(dá)式V工作＝V±E極化，即放電時V工作＝V開-E極化，充電時V工作＝開+E極化。極化電位對充電有不利影響，必須加以去掉或削弱。本實(shí)用新型據(jù)理論和實(shí)踐智，給電池施加一個逆向電流，即放電，可以消除極化，改善充電條件，保證快速充足電，而不損害電池。
本實(shí)用新型適應(yīng)獨(dú)特的充電模式(1)多段定電流間歇充電；(2)雙階恒電壓減電流充電；(3)多種放電脈沖模式。
多段定電流間歇充電階段。開始按I01電流值進(jìn)行定電流充電至充電電壓為V1，停止充電5min，再按I02電流值進(jìn)行定電流充電至充電壓V1，又停止充電5min，再按I03電流值進(jìn)行充電至充電電壓V1后，控制充電電流小于或等于I03繼續(xù)充電至充電電壓V2。
雙階恒電壓減電流階段。充電電壓到V2后，恒定V2進(jìn)入第一階段的恒壓充電逐漸減小充電電流。當(dāng)充電電流減小為I1時，降低充電電壓為V3并恒定V3進(jìn)入第二階段的恒壓充電。當(dāng)充電電流減小為I2中時，完成充電。
多種放電脈沖模式。在停止充電間歇時，以脈沖串的形式進(jìn)行放電。在第一恒壓階段以窄脈沖放電。在第二恒壓以寬脈沖放電。
以上參數(shù)V1、V2、V3，I01、I02、I03、I1、I2，以及放電模式，見表1、表2和表3。表1電壓參數(shù)(12V)<
表2電流參數(shù)
表3 放電脈沖模式
本實(shí)用新型的充電過程受微電腦控制，實(shí)現(xiàn)了智能化。果用PIC16C71A(或PIC16C71)芯片，經(jīng)充電參數(shù)取樣電路檢測充電過程的動態(tài)參數(shù)，送控制電路數(shù)據(jù)處理后，調(diào)整充電脈沖，改變電壓或電流，跟蹤最佳充電電流曲線。電池在升溫低、出氣量極小的情況下充足電能。而電池的使用壽命也得到了最大限度的保護(hù)。
本實(shí)用新型，便于系列化和大批量生產(chǎn)。對不同容量的電池或電池組進(jìn)行充電，只需改換電壓變換和充電脈沖的參數(shù)，其他的充電參數(shù)取樣、去極化放電和充電參數(shù)檢測和控制等電路仍可以通用，擴(kuò)展系列產(chǎn)品十分簡便。另外，考慮到電動車充電器需要量非常大，批量生產(chǎn)十分重要。因此，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和一致性所涉及的技術(shù)問題要十分簡單。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的充電器正具備此特點(diǎn)。
如下是本實(shí)用新型的附圖

圖1為框圖圖2為電路原理圖如下為本實(shí)用新型的實(shí)施例電壓變換電路包括C1、C2、L1、L2、C13和C14構(gòu)成的低通濾波器，變壓器T1，整流橋B1和B2等。低頻開關(guān)充電脈沖發(fā)生電路由場效應(yīng)管BG1擔(dān)任。充電狀態(tài)參數(shù)取樣電路有三部分(1)電壓取樣由電阻R7、R8構(gòu)成；(2)電流取樣通過電流互感器L4、二極管D1、D2、D3、D4，電阻R9、R10，電容C11、C12完成；(3)環(huán)境溫度取樣由熱敏電阻R12和R11、C8完成。去極化放電電路包括場效應(yīng)管BG2，光電耦合器J1及電阻R5、R16等。充電狀態(tài)參數(shù)檢測和控制電路由U1(PIC16C71A)及附屬電路組成。
電壓變換電路。市電經(jīng)濾波器，從變壓器T1端1和2輸入，由變壓器T1的端3～4和5～6變換成所需的電壓，再由B1、B2分別橋式整流成直流電源。一路為充電主電源輸出至低頻開關(guān)充電脈沖發(fā)生電路，另一路經(jīng)三端穩(wěn)壓器U2穩(wěn)壓后，為充電狀態(tài)參數(shù)檢測控制電路及其他電路提供工作電源。此部份還設(shè)有濾波和啟動限流電路。濾波電容C3的容量選得比較小，這不僅節(jié)省開支，還能適應(yīng)脈中充電所需要的減幅作用。RT1負(fù)溫度電阻可限制啟動電流。
低頻開關(guān)充電脈沖發(fā)生電路。這電路接受充電狀態(tài)參數(shù)檢測和控制電路U1發(fā)來的指令，開啟、關(guān)閉充電電路。開關(guān)管BG1是如何受控呢？BG1接在充電主電路上，它的源極S接在電壓高電位上，柵極G接在電阻R2和R4的連點(diǎn)上，R4的另一端與U1的RB7口相連。BG1的漏極D接在主電路低電位端。BG1導(dǎo)通(開關(guān)開啟)的條件是VGS為為負(fù)電壓，即G電位低于S。如果U1的RB7口的電平為“0”或“1”變化，經(jīng)R2、R4分壓，G比S為低或同電位，開關(guān)就開啟(充電)或關(guān)閉(停充)。RB7口輸出電平高低交替變化，并調(diào)整它們占時比例，改變脈沖寬度，變更或恒定充電電壓和充電電流，適應(yīng)當(dāng)前的充電過程。電流開關(guān)的驅(qū)動電路，選P型場效應(yīng)管，并從R2、R4電阻分壓獲得開關(guān)條件，十分簡單、可靠。R3、C5組成吸收電路跨接在BG1的S、D極上，減少開關(guān)管BG1開關(guān)損耗，提高整機(jī)效率，并降低了器件上的溫度。L3高頻扼流圈，可抑制充電脈沖上的正負(fù)小尖峰，減少對電池的損害(過充)。輸出端接有二極管D6，可防止電池電壓過高時的反向電流產(chǎn)生。
這部分電路顯示了本實(shí)用新型充電器的特點(diǎn)，通過軟件實(shí)現(xiàn)多段定電流間歇充電和雙階恒電壓減電流充電。遵循蓄電池的充、放電規(guī)律，按其可接受的最佳充電電流曲線，在微量出氣和溫升低狀態(tài)下，快速充足電能。由于開關(guān)頻率低，不會產(chǎn)生不參與電化學(xué)反應(yīng)的電流流過電池內(nèi)部，而影響充足電量和損傷電池。
充電狀態(tài)參數(shù)取樣電路獲取的電壓、電流信息(模擬電壓)，送U1的RA3、RA0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再由RB7向充電開關(guān)電路發(fā)出指令，調(diào)整充電參數(shù)。在開始充電時，將電池所處的環(huán)境溫度信息，送U1數(shù)據(jù)處理，修改充電參數(shù)，減少溫度對充電的影響。電流取樣電路中的D5可以防止過流，保護(hù)充電電路不受損壞。
去極化放電電路。接受控制電路U1的RB7來的指令，使光電耦合器J1工作，放電管BG2從R5上取得正電壓而導(dǎo)通，使電池BT流出電流，即放電。電阻R6限制放電電流的大小。放電脈沖的寬度、脈沖串的周期、及放電脈沖個數(shù)受U1控制作相應(yīng)的變化。
充電狀誠參數(shù)檢測和控制電路中的U1。它是一種高性能、低價格、采用CMOS工藝制造，全靜態(tài)設(shè)計(jì)的8位單片機(jī)，內(nèi)部帶有4路8位A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)它接受充電狀態(tài)(電壓、電流)和環(huán)境溫度信號(模擬電壓)后，經(jīng)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算和比較(設(shè)置量)發(fā)出指令，開啟和關(guān)閉充電、放電、讓充電狀態(tài)參數(shù)與蓄電池的荷電狀態(tài)相適應(yīng)，并以三個發(fā)光二極管顯示不同的充電狀態(tài)。
多段定電流間歇充電，本實(shí)例是三段定電流I01、I02、I03。充電時取樣電路送來電壓、電流信息，在穩(wěn)定I01情況，判定充電電壓Vt等于(大于)設(shè)定值V1時，就停止充電5分鐘，并在這期間以脈沖串放電。5分鐘后，又開始充電，卻穩(wěn)定的I02，Vt≥V1后，又停止充電5分鐘，脈沖串放電，接著以穩(wěn)定在I03充電，Vt≤V1后，就將進(jìn)入雙階恒電壓減電流充電。雙恒電壓為V2和V3(V2＞V3)。當(dāng)?shù)谌纬霈F(xiàn)Vt≤V后，就不停止充電，繼續(xù)充電(限制電流I1＜I03)，Vt繼續(xù)上升，到達(dá)Vt≤V2時，就恒定V2電壓，作減流充電，It將下降，降到It≤Il后，恒電壓由V2變?yōu)閂3，繼續(xù)作減電流充電，It降到It≤IZ時，為充滿電，結(jié)束充電。
權(quán)利要求1.一種電動車智能充電器，其特征在于電壓變換電路(1)有市電輸入經(jīng)低通濾波器A1、變壓器T1、整流橋B1和B2輸出直流電，B1輸出高電位端接脈沖發(fā)生電路(2)的場效應(yīng)管BG1的源極S，輸出的低電位端接BG1的漏極D和接蓄電池BT的充電電路(3)，BG1的柵極G接檢測、控制電路(6)的集成塊U1(PIC16C71A或PIC16C71)的輸出13腳。電路(3)的電壓取樣端接取樣電阻R7、R8組成的電壓取樣電路(4)，其輸出端接U1的18腳，電流取樣電路(7)經(jīng)互感器L4接二極管D1、D2、D3、D4和并聯(lián)的R9、C12、C11，經(jīng)電阻R10接于U1的17腳。整流橋B2的輸出經(jīng)三端穩(wěn)壓器U2穩(wěn)壓后作為U1的工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電器，其特征在于電路(6)的U1的12腳輸出，接去極化放電電路(5)的光電耦合器J1的輸入，J1的輸出接場效應(yīng)器BG2的G極和通過R5接地。三端穩(wěn)壓器的輸出作為電路(6)的工作電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充電器，其特征在于有熱敏電阻RT2和電阻R11、C8組成的環(huán)境溫度取樣電路(8)與U1的1腳連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充電器，其特征在于有R3、C5跨接在BG1的S和D極兩端，充電電路輸出接二極管D6和電流取樣電路接D5。
專利摘要本實(shí)用新型為電動車智能充電器。市電輸入經(jīng)低通濾波器A
文檔編號H02J7/02GK2385461SQ9924115
公開日2000年6月28日 申請日期1999年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月20日
發(fā)明者甘立才, 秦小峰 申請人:四川合邦電力投資有限責(zé)任公司