一種智能快速充電機的製作方法
2023-06-03 04:54:41 1
專利名稱：一種智能快速充電機的製作方法
技術領域：
本發明與電能存儲系統有關，也與作為直接電源或備用電源的鉛酸蓄電池有關，尤其與向蓄電池充電的電路裝置有關。
背景技術：
目前流行的充電方法主要有以下幾種1)脈衝式充電法，2)ReflexTM快速充電法，3)變電流，電壓快速充電，4)變電壓變電流波浪式間歇正負零脈衝快速充電法，5)變電流間隙充電法。相關的較前沿的技術論文主要有2篇①孫頻冬.基於專家系統的蓄電池智能充電裝置[J].電源技術，2005，29(1).②海軍航空工程學院.大容量鉛酸蓄電池充電系統的實現[J].通信電源技術，2001(2)。這些充電理論和方法，在應用中取得了一定的充電效果。但是，在充電過程中均採用了加大電流的給定量，而本身的充電電流不高。根據鉛酸蓄電池的特性過大的充電電流或者長時間的大電流充電不可避免的帶來一些負面效應。例如，蓄電池的壽命，電能的消耗，溫升快，出氣量偏大等。有些甚至是以犧牲蓄電池的壽命為代價的。
近年來，人們對蓄電池智能充電裝置反覆進行研究，出現了許多新的技術方案，例如中國專利申請CN88100250號「智能快速充電機」、CN00117003.1號「大功率智能充電機及其充電方法」、CN92209178.1號「智能式快速充電機」、CN93220472.4號「智能化全自動充電機」、CN95237778.0號「智能開關電源型快速充電機」、CN95237661.X「鉛酸蓄電池智能快速充電機」等。這些技術方案都能實現智能快速充電的功能，但人們還在探索最優化的充電控制方式，以改善充電效率、提高充電速度。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術充電效率不高、充電時間較長、對蓄電池的保護、缺少智能化的監控和管理功能等不足與缺陷，提供一種智能快速充電機。
為實現這一目的，發明人根據馬斯定理，採用目前先進的控制方法，設計出的充電機由安裝在控制櫃中的操作面板、CPU及其接口模塊、大功率器件、控制模塊組成；其中，操作面板上安裝有用來指示的紅燈和綠燈、顯示器件、鍵盤，安裝在控制櫃頂部，其上集成有人機界面電路；控制櫃後面板上部安裝有CPU及其接口模塊，其上集成有單片機及接口電路、和數據採集及轉換電路；控制櫃中部有一塊用隔熱板材製成的隔離板，板上有用螺栓固定的導軌，懸掛有大功率器件；控制櫃後面板下部安裝有控制模塊，控制模塊內用隔離變壓器和整流二極體，還集成有主電路和控制電路、充電功率電路；CPU及其接口模塊、紅燈和綠燈、鍵盤和顯示器件之間用排線拔插的方式連接，其餘電路板通過導線相連接。
上述CPU及其接口模塊是模糊控制器的硬體核心組成部分，模糊控制器由硬體和軟體兩部分，硬體本質上是一個單片機系統；執行部件由充電功率部分來完成；當收到的外部指令通過模糊控制器判別以後由單片機輸出移項控制信號給785晶片控制充電電流的大小。所用的應用軟體即模糊控制程序是為模糊算法而編制的算法程序，其程序原理如下由於電壓、電流、溫度的檢測是跟隨充電過程的開始一直到充電的結束整個過程的，亦即處於循檢的工作模式的，當電壓、電流、溫度的檢測值與實際值對比後和實際規定的值發生偏差時，即進行保護處理再進行判別，直到達到條件為止；電壓、電流、溫度的檢測是串行工作的，只要其中一個不滿足則停止充電進行保護處理；然後進行模糊判別，並為信號輸出提供依據。
上述控制櫃後面板和隔離板上鑽有供導線通過的穿線孔；底板帶有通風孔；控制櫃還有櫃門和門鎖；控制櫃頂上的操作面板採用凸出式安裝，並與水平面形成30°的夾角。
上述數據採集及轉換電路又由檢測電路和數據轉換電路組成。檢測電路包含溫度檢測、電流檢測、電壓檢測。並將檢測到的電流、溫度、電壓轉換為模糊控制器的輸入信號；數據轉換電路包含了A/D轉換和D/A轉換現場採集的模擬信號經過放大、濾波等處理後送入A/D轉換晶片後將其轉化為單片機能處理的數位訊號；D/A轉換晶片將單片機處理得到的數位訊號轉化為模擬信號放大後輸出。模擬信號輸出給執行機構，執行機構得到指令後便動作。D/A和A/D轉換都有兩個輸出通道，分別為電流量和電壓量的輸入、輸出通道。
上述充電功率電路由大功率的晶閘管和整流二極體組成，輸入電壓為三相220電壓，其充電電流可達100A以上；晶閘管的控制採用由單片機輸出的脈衝信號與TCA785晶片配合使用進行移相控制；輸出電壓可調以適合不同的電池組電壓等級，並有過流、過壓保護；為了得到較高的充電效率在主電路中還採用了放電裝置，進行瞬間的大電流放電以消除充電過程中產生的極化現象，提高電池的接受率。
上述單片機採用80C51系列單片機，它是構成模糊控制器的核心硬體，接受來自檢測電路的信號，判斷並輸出控制信號；單片機中的CPU電路包含80C51晶片、程序存儲器E2PROM、數據傳輸485電路；80C51晶片上分別接有外部晶振電路，P0口的8個上拉電阻後與2個功能晶片相連擴展成外部鍵盤，P2口外接功能晶片後片選外部顯示LED，並進行相應的控制紅信號燈為故障及維護指示，當充電機處於故障狀態是該指示燈亮；綠色信號燈為系統處於正常工作狀態時的指示，表明充電機處於工作狀態且設備工作正常；蜂鳴器為系統工作過程中出現與設定的工作狀態發生較大偏差時的聲音報警在切斷故障之前提醒設備管理人員；輸出預留了一個通信接口端(RS485)，用於與在實現網絡化充電時的接口；485電路用於數據的遠程傳輸，其間加有兩個光電隔離，可達到較為理想的傳輸效果。
上述人機界面電路由兩片四位LED和4*4的鍵盤組成，它為用戶查看、修改參數提供一個平臺。
所用的單片機系統軟體為方便人機對話操作，和調動硬、軟體資源而編制的一個系統程序。
信號輸出對兩部分輸出輸出給變流裝置或輸出給放電裝置，但不能同時輸出給兩者；當容量檢測器檢測到充電已滿時，系統結束工作。
本發明提供的一種智能快速充電機充電效果接近理想充電曲線，達到了多項規定的技術性能指標，使蓄電池在充電過程中既達到快速的目的，又使蓄電池的溫升、析氣量及電池的壽命都得到保證；適用於作為直接電源或備用電源的鉛酸蓄電池的充電。
下面附圖用來進一步說明本發明圖1為充電機的機構示意圖，圖2為充電機硬體系統框圖，圖3為充電功率電路圖，圖4為軟體流程圖，圖5為充電控制電路圖，圖6為單片機及接口電路7為模糊控制器框圖，圖8為鍵盤及顯示框圖，圖9為實際充電曲線圖。
以上圖中1為底版，2為左側板，3為隔離板，4為拉手，5為後面板，6為紅燈，7為綠燈，8為操作面板，9為過線孔，10為控制櫃門，11為門鎖，12為導軌，13為大功率器件，14為控制模塊，15為CPU及接口模塊，16為右側板，17為顯示器件，18為鍵盤。
具體實施例方式
實施例 一個如附圖1的的智能快速充電機，外形採用箱體式的控制櫃結構，分上下兩層；該充電機由安裝在控制櫃中的操作面板8、CPU及其接口模塊15、大功率器件13、控制模塊14組成；其中，操作面板8上安裝有紅燈6和綠燈7、顯示器件17、鍵盤18，安裝在控制櫃頂部，其上集成有人機界面電路；控制櫃後面板5上部安裝有CPU及其接口模塊15，其上集成有單片機及接口電路、和數據採集及轉換電路；控制櫃中部有一塊用隔熱板材製成的隔離板3，板上有用螺栓固定的導軌12，懸掛有大功率器件13；控制櫃後面板5下部安裝有控制模塊14，控制模塊14內有變壓器和整流二極體，還集成有主電路和控制電路、充電功率電路；CPU及其接口模塊15、紅燈6和綠燈7、鍵盤18和顯示器件17之間用排線拔插的方式連接，其餘模塊通過導線相連接；後面板5和隔離板3上鑽有導線通過的穿線孔9，電源線通過穿線孔9進入控制模塊14的變壓器入口端，經整流後輸出5V的直流電，作為充電的電源；控制櫃底板1帶有通風孔，控制櫃還有櫃門10和門鎖11；控制櫃頂上的操作面板採用凸出式安裝，並與水平面形成30°的夾角。
電纜用專用線鼻子掛在電源點的空氣開關上後用螺母固定。電纜通過後板板5上的穿線孔9進入控制櫃後固定，然後進入變壓器原邊，從副邊出後用螺母固定在導軌12上。同時用4mm2的導線將220V的電源到控制模塊14上並整流出5V的直流電為各模塊提供工作電源。控制模塊14中的主電路輸出端引出電源線通過後面板5的穿線孔9進入並接到被充電的蓄電池上，紅色導線為正端接大功率場效應管甲後接蓄電池的正極，黑色為負端接蓄電池的負極。同時蓄電池的的正極用一藍色電纜通過後面板5的穿線孔9後連到場效應管乙的一端後從另一端出連到一限流電阻後到蓄電池的負極性端。場效應管甲和乙由控制模塊14中的控制電路的兩個輸出端子來控制。
權利要求
1一種智能快速充電機，其特徵在於該充電機由安裝在控制櫃中的操作面板(8)、CPU及其接口模塊(15)、大功率器件(13)、控制模塊(14)組成；其中，操作面板(8)上安裝有紅燈(6)和綠燈(7)、顯示器件(17)、鍵盤(18)，安裝在控制櫃頂部，其上集成有人機界面電路；控制櫃後面板(5)上部安裝有CPU及其接口模塊(15)，其上集成有單片機及接口電路、和數據採集及轉換電路；控制櫃中部有一塊隔離板(3)，板上有用螺栓固定的導軌(12)，懸掛有大功率器件(13)；控制櫃後面板(5)下部安裝有控制模塊(14)，其內有變壓器和整流二極體，還集成有主電路和控制電路、充電功率電路；CPU及其接口模塊(15)、紅燈(6)和綠燈(7)、鍵盤(18)和顯示器件(17)之間用排線拔插的方式連接，其餘模塊通過導線相連接。
2如權利要求1所述的智能快速充電機，其特徵在於所述CPU及其接口模塊中含有一個模糊控制器，它包括硬體和軟體兩部分，硬體是一個單片機系統；所用的應用軟體即模糊控制程序是為模糊算法而編制的算法程序；執行部件由充電功率部分來完成；當通過模糊控制器判別以後由單片機輸出移項控制信號給785晶片控制充電電流的大小。
3如權利要求1所述的智能快速充電機，其特徵在於所述控制櫃後面板(5)和隔離板(3)上鑽有導線通過的穿線孔(9)，電源線通過穿線孔(9)進入控制模塊(14)的變壓器入口端，經整流後輸出不同要求的直流電，作為充電的電源；控制櫃底板(1)帶有通風孔，控制櫃還有櫃門(10)和門鎖(11)；操作面板採用凸出式安裝，並與水平面成30°的夾角。
4如權利要求1所述的智能快速充電機，其特徵在於所述數據採集及轉換電路又由檢測電路和數據轉換電路組成。
5如權利要求1所述的智能快速充電機，其特徵在於所述充電功率電路由大功率的晶閘管和大功率場效應管組成。
6如權利要求1所述的智能快速充電機，其特徵在於所述單片機採用80C51系列單片機。
7如權利要求1所述的智能快速充電機，其特徵在於所述人機界面電路由兩片四位LED和4*4的鍵盤組成。
全文摘要
本發明公開了一種智能快速充電機，它採用控制櫃結構，主體是模糊控制器；充電機由操作面板(8)、CPU及其接口模塊(15)、大功率器件(13)、控制模塊(14)組成；其中，操作面板(8)上有紅燈(6)和綠燈(7)、顯示器件(17)、鍵盤(18)，安裝在櫃頂；後面板(5)上部有CPU及其接口模塊(15)；中部有隔離板(3)，板上有導軌(12)，懸掛大功率器件(13)；下部有控制模塊(14)，其內有變壓器和整流二極體；CPU及其接口模塊(15)、紅燈(6)和綠燈(7)、鍵盤(18)和顯示器件(17)用排線拔插的方式連接，其餘模塊用導線相連接。該充電機充電效果接近理想充電曲線，使蓄電池在充電過程中既達到快速的目的，又使蓄電池的溫升、析氣量及電池的壽命都得到保證；適用於作為直接電源或備用電源的鉛酸蓄電池的充電。
文檔編號H02J7/04GK1964157SQ20061005127
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月10日 優先權日2006年11月10日
發明者陳正慧, 丁瓊, 郭汝華 申請人:貴州大學, 貴州昕春科技貿易有限公司