自然平衡充電控制裝置的製作方法
2023-05-26 19:47:46 2
專利名稱：自然平衡充電控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及針對鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、鎳氫電池、鋰電池等二次蓄電池充電的高效率、高智能、高可靠自動充電控制裝置。
本發明的技術方案是，所述自然平衡充電控制裝置包括輸出單元、隔離反饋單元、溫度補償單元和輸出控制單元，其的電路結構是，輸出單元將前級功率變換的一路作充電器的充電輸出，而另兩路分別接至溫度補償單元和輸出控制單元，溫度補償單元所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元，該輸出控制單元將控制信號送至隔離反饋單元，而隔離反饋單元的輸出信號送至前級的功率變換，實現完整的閉環控制。
以下對本發明做出進一步說明。
參見圖2，本發明包括輸出單元1、隔離反饋單元2、溫度補償單元3和輸出控制單元4，其電路結構是，將輸出單元(1)前級功率變換的一路做充電器的充電輸出(Vdc)而另兩路分別接至溫度補償單元(3)和輸出控制單元(4)，溫度補償單元(3)所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元(4)，該輸出控制單元(4)將控制信號送至隔離反饋單元(2)，隔離反饋單元(2)的輸出信號送至前級的功率變換，實現完整的閉環控制。
以下結合實施例電路圖說明工作原理如下。
本發明的核心原理是充電過程中充電控制電路無硬關斷，可通過對由此所處環境與充電電流、充電電壓等的不間斷監測，實時控制充電裝置的輸出特性曲線，模擬出在該環境下電池的最佳充電特性曲線，即
圖1的電池自然接受特性曲線。按客觀環境，達到自然平衡充電。
參見做為實施例之一的圖3電路，所述輸出單元(1)將前級功率變換後的直流電(Vdc)一路作充電輸出，一路送至由R1、R2、R4、R5、C1、U2、RT1組成的輸出控制單元(4)，另一路送至R3、RT2組成的溫度補償單元(3)，溫度補償單元(3)的輸出通過R4送至輸出控制單元(4)，控制單元(4)產生的控制信號通過U1反饋至隔離反饋單元(2)的另一側，形成閉環控制。輸出的直流電(Vdc)通過R1、R2、R3、R4、R5、U2、C1、RT1來精確控制，其中U1應選用精度優於1％的高精度並聯穩壓器TL431；R3、R4、R5應選用誤差小於0.5％，溫漂小於±50ppM的高精度金屬膜電阻；R1、R2、C1可選用普通產品，其中RT1為高精度負溫度係數熱敏電阻，它有特殊的溫度特性曲線與B值要求，並對阻值有誤差優於1％精度要求。R1經U1(PC817)輸入側與R2並聯，再接至U2(TL431)的陽極，U2的陰極通過RT1接至電源負端。當電路正常工作時，經R1、R2嚴格控制，注入U2的陰極電流將在RT1上產生電壓降，隨著溫度與注入電流的不同，U2的陰極電壓浮置在某一特定範圍，這樣即可使輸出的直流電依充電特性曲線實時可靠調整。RT2為通用負溫度係數熱敏電阻，它要求阻值與B值精度不低1％(在不需要負溫度係數的充電特性時不需要)。控制信號與溫度補償信號混合後送至光電耦合器U1(PC817)，反饋至U1的另一側，形成完整的閉環反饋電路，其中U1要選擇線性光電耦合器，耐壓一般要大於2500Vac。這個電路雖較簡單，但要特殊的高精度負溫度係數的熱敏電阻RT1支持，否則難達到優良的充電特性，所以還可以採用下述的電路來實現。
參見做為實施例之二的圖4電路，輸出單元(1)將前級功率變換產生的直流電(Vdc)一路用於充電輸出，一路送至由R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R13、C1、U2、U3、Q1組成控制單元(4)，一路送至由R8、R9、R10、R11、R12、R14、C2、C3、Z1、U4、U5組成的溫度補償單元(3)。其中R3、R4、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12應選用高精度金屬膜電阻，R1、R2、R5、R14可採用普通電阻，C1、C2、C3採用溫度特性良好的高頻電容。Z1選用精度優於1％的穩壓二極體，Q1選用普通開關三極體。U3選用單刀雙擲的微型光電繼電器，U4選用高精度集成溫度傳感器(LM334)，U5選用單電源運算放大器。電路正常工作時，當Vdc小於特定閥值時，R6、R7分壓控制的Q1截止。U3(微型光電繼電器)將U2(TL431)的陰極接至R13，這時經R1、R2嚴格控制，注入U3的陰極電流在R13上產生電壓降，使U3的陰極浮置在特定值，即可使直流電Vdc達到充電特性要求。當Vdc大於這一電壓閥值時，Q1導通，其中R5用於防止U3、Q1過流，U3將U2陰極接至U5(單電源運放)的輸出，U5的輸出是由U4(LM334)產生的高精度溫度信號，通過運算放大器比較放大產生的。通過溫度的檢測，對U5的輸出電壓與注入R12的電流進行控制，使U2陰極電壓浮置在某一特定範圍，並通過光電耦合器U1(PC817)進行反饋控制，使直流電Vdc隨環境實現自動平衡充電，它的優點是元件容易得到，控制精確，但電路稍複雜。
參見做為實施例之三的圖5電路，，它的輸出單元(1)，控制單元(4)隔離反饋電壓(2)，與上面的方式大同小異。但由於採用了單片電腦控制補償，不但可以實現精確的自然平衡充電，而且可以將充電中的各項參數進行數據傳送，實現由數據中心遠程監控，使之更適合大型的數位化系統，它的工作原理是，通過U3(高精度集成溫度傳感器)、U4(單電源運算放大器)將溫度信號送入模/數轉換器，轉換成的數位訊號送入單片電腦，完成各項數據處理；再將數位訊號送出至數/模轉換器，然後將轉換成的模擬信號送入單電源高阻抗運放，高阻抗運放的輸出，可以控制U2(TL431)陰極的電壓，使U2的陰極電壓浮置，然後通過光電耦合器U1(PC817)反饋至前級功率變換，實現完整的閉環控制。
在採用它激式開關電源做前級功率變換時，有些晶片自帶高精度片內電壓基準，從而不需採用外加基準與光電耦合器反饋，可以通過推動變壓器使輸入與輸出隔離。並通過對充電電壓、充電電流、環境溫度等的實時檢測，將輸出基準浮置在特定曲線，使充電輸出儘可能接近自然接受特性曲線，實現「自然平衡」充電。
從整個電路設計可以看出，本發明的最大特點與突破是通過將輸出基準(並聯穩壓器TL431的陰極)按充電特性要求，浮置在特定曲線，使充電輸出儘可能接近自然接受特性曲線，實現「自然平衡」充電。也由此可知，本發明是一種新型的充電控制——「自然平衡」充電控制。所設計出的充電裝置，更符合二次電池放電後的充電恢復特性，並且對任何二次電池的充電，其工作模式一樣，只要在個別元件的選擇與使用上有所針對即可。而所設計的充電裝置，在對電池的整個充電過程中，由於充電裝置的高度智能化，即其隨環境自動平衡的特性，可以不需要人工進行監測與調整；也絕不存在過充電與充電不足對電池壽命造成的危害，因此可以極大的延長電池的使用壽命；同時該裝置通過嚴格的自動平衡設計與生產控制，使得電池充電過程中析氣量極少，也無熱積累與爆炸可能。本發明設計的充電裝置體積輕巧、適應範圍寬。其高智能與高安全性使得操作者無須經過專業培訓就可在任何有交流電的地方自由操作。因此它是一個有別於其它充電控制的新型模式，採用本電路設計產生的電池充電裝置，有如下的諸多優點。
一、節電。本充電裝置功率變換控制與充電控制融為一體，採用先進的高頻開關電源作功率變換，轉換效率極高，效率≥80％(可控矽、開關電源與專用晶片控制相結合難於達到)；二、高安全性。本充電裝置因為通過隔離反饋單元，完成閉環控制，所以很容易使隔離電壓大於2500Vac甚至更高，漏電流也很小，有效保證了操作人員的人身安全；三、延長壽命。本充電裝置在充電開始後，會自動偵測電池的放電深度，以一系列由小到大，由窄到寬的電流脈衝序列對該環境下電池的受電能力進行探測與化學分子反應的激活。進行預充，當達到特定條件後，轉入正常充電，這樣可以大大提高電池使用壽命，(這是一般充電方法沒有的特點)；四、全自動。本充電裝置具有電池電壓、充電電流、環境溫度、充電時間、掉電後恢復等自動檢測功能，在整個充電過程中根本不必人為控制。轉入正常充電後，充電裝置會以一種電壓引導的方式，使電池逐漸恢復容量，最後轉入有別於浮充與點滴充電的微電流補充充電。因此可以保證電池即使長期接在充電裝置上充電，也不會影響電池的壽命；五、復活電池。本充電裝置會產生可變的電流脈衝序列，採用該裝置給電池充電，經幾次充放循環後可恢復鈍化了的電池；六、體積小、重量輕。本充電裝置的體積、重量只有同等普通開關電源充電器的1/3以下，可控矽式的1/10以下。
七、適用廣。本充電裝置採用優質開關電源作功率變換，輸入的交流電範圍極寬在100V～240Vac，47～63Hz的條件下都可以正常工作，在環境溫度-10℃～45℃下都可以使電池充滿又不過充。
八、環境要求低。本充電裝置在整個充電過程中電池析氣量極少，電解液溫度幾乎沒有升高，電池不可能發生熱積累與爆炸。採用外接保險，電池極性反接也有保護，因此對充電環境要求不高；九、無汙染。本充電裝置在整個電池充電過程中電池析氣量極小，能十分有效的防止有害氣體的產生，採用高頻開關電源，無低頻噪聲汙染。
十、以變應變。「自然平衡」充電法既非恆壓充電也非恆流充電，也不是兩充電方式的簡單結合，雖有脈衝電流序列輸出但也完全不同於脈衝充電。而是吸取三種充電方式的長處，達到以變應變，實時調整，因此對電池的適應能力非常強；十一、可靠性。本充電裝置不怕掉電，充電過程中，沒有硬關斷，它按特有的，不同於浮充與點滴充電的微電流充電方式，來彌補電池充滿後，自放電對電池實際容量下降造成的影響，保證電池的電量始終處在最高值；
十二、經濟性。因為1、安全係數高，無須專業人員操作，可以大範圍推廣使用，免除培訓專業人員的費用。2、充電效率高達到優質開關電源的效率，所以市電轉化率高。3、可以極大的延長電池使用壽命。
在附圖中1—輸出單元，2—隔離反饋單元，3—溫度補償單元，4—輸出控制單元。
權利要求
1.一種自然平衡充電控制裝置，包括輸出單元1、隔離反饋單元2、溫度補償單元3和輸出控制單元4，其特徵是，它的電路結構是，輸出單元1將前級功率變換的一路作充電器的充電輸出，而另兩路分別接至溫度補償單元3和輸出控制單元4，溫度補償單元3所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元4，該輸出控制單元4將控制信號送至隔離反饋單元2，而隔離反饋單元2的輸出信號送至前級的功率變換。
2.根據權利要求1所述的自然平衡充電控制裝置，其特徵是，採用電源變壓器做為前級功率變換器件，由R1、R2、R4、R5、C1、U2、RT1組成的輸出控制單元(4)，R3、RT2組成的溫度補償單元(3)，溫度補償單元(3)的輸出通過R4送至輸出控制單元(4)，控制單元(4)產生的控制信號通過U1反饋至隔離反饋單元(2)的另一側而形成閉環控制，R1經U1輸入側與R2並聯，再接至U2(TL431)的陽極，U2的陰極通過RT1接至電源負端。
全文摘要
本發明公開了一種自然平衡充電控制裝置，包括輸出單元1、隔離反饋單元2、溫度補償單元3和輸出控制單元4，輸出單元1將前級功率變換的一路作充電器的充電輸出，而另兩路分別接至溫度補償單元3和輸出控制單元4，溫度補償單元3所輸出的溫度信號又送至所述輸出控制單元4，該輸出控制單元4將控制信號送至隔離反饋單元2，而隔離反饋單元2的輸出信號送至前級的功率變換。本發明為全自動安全節能充電裝置，對充電環境要求低、無汙染、可靠性與經濟性好，適用範圍廣，能延長電池壽命並可復活鈍化電池。
文檔編號H02J7/10GK1479426SQ0211436
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月27日 優先權日2002年8月27日
發明者何毅然, 何鎮宇 申請人:何鎮宇