用於二次電池充電控制的高智能模糊控制電路的製作方法

2023-10-24 15:35:17 2

專利名稱：用於二次電池充電控制的高智能模糊控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及對二次電池充電過程進行控制的高智能、高效率、高可靠自動充電模糊控制電路。
背景技術：
二次蓄電池自發明以來，已有一百多年了，目前廣泛應用的有鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、鎳氫電池、鋰電池等。其中鉛酸蓄電池具有價格低廉、工藝成熟等優點；鎳氫電池、鋰電池具有體積小、容量大、對環境無汙染等優點，所以它們是對國防科研、交通電力、工農業生產、信息現代化、金融衛生等社會各個方面，有著巨大影響的基礎產品。隨著社會進步和經濟的快速發展，對二次電池的需求與依賴日漸增大，因此二次電池的性能得到極大的提高。而充電基本還是延用歷史上傳承的恆流、恆壓、脈衝及其衍生的充電方法，出現了二次電池產品質量的提高，已大大領先於其充電器技術的進步。因此研究發明出更具技術先進性、更符合客觀規律的充電控制電路，以節約資源，減輕報廢電池對環境的汙染與對有限資源的浪費，進一步提高效益、降低使用成本、延長電池使用壽命，是十分必要的。

發明內容
本發明的目的是，研製出用於二次電池充電控制的高智能模糊控制電路，它針對二次電池充電的經驗數據與客觀規律，通過對充電電壓、充電電流、環境溫度、該溫度下電池的接受能力、充電時間等一系列參數進行多參數優化及模糊控制，使該電路的工作性能更符合二次電池放電後的充電恢復特性，使電池在充電過程中按所處自然環境達到平衡。
本發明所述電路的技術方案是，它的電路結構為，輸出單元將前級功率變換單元輸出的一路作充電輸出，另一路接至輸出控制單元，該輸出控制單元將控制信號送至隔離反饋單元，而所述隔離反饋單元將控制信號反饋至前級功率變換單元而構成閉環控制電路；電阻R1與線性光電耦合器1的輸入側串聯後同電阻R2並聯，再通過並聯的電阻R3與負溫度係數熱敏電阻RT1接至電源負端而構成所述輸出控制單元，所述隔離反饋單元由線性電耦合器U1組成且其輸出側將控制信號反饋至前級功率變換單元。
以下做出進一步說明。
參見圖1，本發明所述控制電路的組成是，輸出單元1將前級功率變換單元4輸出的一路作充電輸出Vdc，另一路接至輸出控制單元3，該輸出控制單元3將控制信號送至隔離反饋單元2，而該隔離反饋單元2將控制信號反饋至前級功率變換單元4而構成閉環控制電路；參見圖3，電阻R1與線性光電耦合器U1的輸入側串聯後同電阻R2並聯，再通過並聯的電阻R3與負溫度係數熱敏電阻RT1接至電源負端而構成所述輸出控制單元3，所述隔離反饋單元2由線性光電耦合器U1組成且輸出側將控制信號反饋至前級功率變換單元4。
本發明的另一種實施例電路是(參見圖4)，電阻R1與線性光電耦合器U1的輸出側串聯後同電阻R2並聯，通過電阻R4接至並聯的電阻R3與負溫度係數熱敏電阻RT1，電阻R3與負溫度係數熱敏電阻RT1的另一併聯端接電源負端，由此構成輸出控制單元3。
本發明所述前級功率變換單元4可採用現有技術相應電路。
本發明的工作原理說明如下。
本發明的核心理論是充電過程中充電控制電路無硬關斷，可通過對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。
參見圖3，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、R3、RT1組成的輸出控制單元3，控制單元3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、RT1來精確控制，其中R1、R2、R3應選用誤差小於0.5％，溫漂小於±50ppM的高精度金屬膜電阻；RT1為定製的高精度負溫度係數熱敏電阻，R1經U1(PC817)輸入側與R2並聯，通過並聯的R3與RT1接至電源負端。當電路正常工作時，經R1、R2嚴格控制，流出U1、R2的電流將在R3、RT1上產生電壓降，隨著溫度與注入電流的不同，U1中發光二極體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。控制信號通過光電耦合器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，並且其傳輸比例要嚴格控制，耐壓一般要大於2500Vac。這個電路可以可靠地實現單節至1+N節電池等的自然平衡充電，但要高精度負溫度係數的熱敏電阻RT1支持，否則U1中發光二極體的陰極電壓浮置參數不對，無法達到優良的充電特性。
參見圖4，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、R3、R4、RT1組成的輸出控制單元3，控制單元(3)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、RT1來精確控制，其中R1、R2、R3、R4應選用誤差小於0.5％，溫漂小於±50ppM的高精度金屬膜電阻；RT1為高精度負溫度係數熱敏電阻，R1經U1(PC817)輸入側與R2並聯，通過R4接至並聯的R3與RT1，R3與RT1一端接電源負端。當電路正常工作時，經R1、R2嚴格控制，流出U1、R2的電流將在R3、R4、RT1上產生電壓降，隨著溫度與注入電流的不同，U1中發光二極體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。控制信號通過光電耦合器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，並且其傳輸比例要嚴格控制，耐壓一般要大於2500Vac。這個電路可以可靠地實現中、高電壓電池的自然平衡充電，彌補無定製的高阻值高精度負溫度係數的熱敏電阻RT1要求。
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U1中發光二極體的陰極電壓按充電特性要求，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，本發明為一種新型的充電控制方式———「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。該方法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。採用本控制電路的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。採用本控制電路的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。採用本控制電路的充電裝置，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。採用本控制電路的充電裝置，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。採用本控制電路的充電裝置，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。採用本控制電路的充電裝置其體積、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、適應廣與適用廣。採用本控制電路的充電裝置，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；採用本控制電路的充電裝置，可廣泛適用於鉛酸、鎘鎳、鎳氫、鋰電池等多品種電池的充電，小到普通的單節AAA、AA充電電池，大到大型的串聯充電電池組都可採用同樣的控制電路。
八、環境要求低。採用本控制電路的充電裝置，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。採用本控制電路的充電裝置，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。採用本控制電路的充電裝置不怕掉電，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。


圖1是二次電池自然接受特性曲線(I為充電電流，t為時間)；圖2是本發明電路框圖；圖3是一種實際電路圖；圖4是另一種實施例電路圖。
在附圖中1-輸出單元，2-隔離反饋單元，3-輸出控制單元，4-前級功率變換單元。
具體實施例方式
實施例1實際電路如圖3所示。
實施例2實際電路如圖4所示。
權利要求
1.一種用於二次電池充電控制的高智能模糊控制電路，其特徵是，它的電路結構為，輸出單元1將前級功率變換單元4輸出的一路作充電輸出Vdc，另一路接至輸出控制單元3，該輸出控制單元3將控制信號送至隔離反饋單元2，而該隔離反饋單元2將控制信號反饋至前級功率變換單元4而構成閉環控制電路；電阻R1與線性光電耦合器U1的輸入側串聯後同電阻R2並聯，再通過並聯的電阻R3與負溫度係數熱敏電阻RT1接至電源負端而構成所述輸出控制單元3，所述隔離反饋單元2由線性光電耦合器U1組成且輸出側將控制信號反饋至前級功率變換單元4。
2.根據權利要求1所述的用於二次電池充電控制的高智能模糊控制電路，其特徵是，電阻R1與線性光電耦合器U1的輸入側串聯後同電阻R2並聯，通過電阻R4接至並聯的電阻R3與負溫度係數熱敏電阻RT1，電阻R3與負溫度係數熱敏電阻RT1另一併聯端接電源負端而構成輸出控制單元3。
全文摘要
本發明為用於二次電池充電控制的高智能模糊控制電路，輸出單元1將前級功率變換單元4輸出的一路作充電輸出而另一路送至輸出控制單元3，該單元3將信號送至隔離反饋單元2，而該單元2將控制信號反饋至單元4，形成閉環控制電路。電阻R
文檔編號H02J7/00GK1521914SQ03118059
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月28日 優先權日2003年1月28日
發明者何毅然, 何鎮宇 申請人:何毅然