專利名稱：一種磷酸鐵鋰電池快速充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鋰電池快速充電器，尤其是一種磷酸鐵鋰電池快速充電器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及電化學(xué)材料及工藝技術(shù)的進步，人們不斷地研究、開發(fā)出新型電池材料及新型電池。繼鎳鎘、鎳氫可充電電池之后，在1991年開發(fā)出可充電的鋰離子電池，1995年又推出性能更好的聚合物鋰電池，到2002年后，新型磷酸鐵鋰電池問世，磷酸鐵鋰電池的全名應(yīng)是磷酸鐵鋰鋰離子電池，由于該電池非常適用于作動力電池，所以往往稱它為磷酸鐵鋰動力電池，本文簡寫成LiFePCM電池。目前市場上的鋰離子電池的正極材料主要是氧化鈷鋰(LiCo02)，另外還有少數(shù)采用氧化錳鋰(LiMn204)及氧化鎳鋰(LiNiC^)作正極材料，新型磷酸鐵鋰電池是一種用磷酸鐵鋰(Lii^ePCM)作電池正極，用石墨作負極的鋰離子電池，它的工作原理與鋰離子電池完全相同，是鋰離子電池家族中的新成員。在上述幾種鋰離子電池正極材料中，以金屬元素鈷(Co)最貴，并且世界上儲藏量不多、其次是鎳(Ni)、錳(Mn)較便宜、而鐵(Fe)最便宜，正極材料的價格也與這些金屬材料的價格行情一致，因此，LiFePCM電池應(yīng)是最便宜的，LiFePCM電池還具有放電平臺特別平坦、能用大放電率放電(5-10C)、特別安全(不會因過充電、過放電、甚至短路時發(fā)生燃燒或爆炸)、循環(huán)壽命長、對環(huán)境無污染等特點，作為大電流輸出的動力電池，它的性能是最佳的。市場上鋰電池充電器分為兩類一種是如圖1所示的0. 2C充電率的充電器，即只能提供2A充電電流，0. 2C的充電率將電池充滿需要6-8小時，時間太長了對用戶來說不是很方便，同時該種類型充電器也沒有完全將Lii^ePCM可以接受大電流充電的特性發(fā)揮出來。另一種是如圖2所示的0. 5C充電率的充電器，這種類型的充電器基本上都沒有采用功率因數(shù)校正，0. 5C充電率的充電器功率達到200W以上，沒有高功率因數(shù)校正(PFC， Power Factor Correction，功率因數(shù)校正)功能時，充電器就是個電磁干擾源，對其它同時使用的電器及用電線路有很強的污染，另因是半橋結(jié)構(gòu)如要實現(xiàn)寬電壓輸入，實現(xiàn)方式只能采用人工手動開關(guān)方式，對普通用戶來說是很不方便的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種磷酸鐵鋰電池快速充電器，其采用0. 5C充電率， 不但提高電能的利用率，降低電磁干擾，還可以很方便的實現(xiàn)寬電壓輸入。為達到上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種磷酸鐵鋰電池快速充電器，其包括交流輸入電路、橋式整流電路、充電管理電路，其中，還包括高功率因數(shù)校正(PFC)電路和準諧振反激式變換電路，交流輸入電路連接橋式整流電路，橋式整流電路連接高功率因數(shù)校正(PFC)電路，高功率因數(shù)校正電路連接準諧振反激式變換電路，準諧振反激式變換電路再連接充電管理電路。其中，高功率因數(shù)校正(PFC)電路可采用集成電路SG6961。其中，準諧振反激式變換電路采用FSCQ1565電路。其中，充電管理電路可采用PIC12F6^加LM358。本實用新型由于采用了高功率因數(shù)校正(PFC)電路，因此可以提高電能利用率， 還可以很方便的實現(xiàn)寬電壓輸入，由于采用了準諧振反激式變換電路，該電路因為是過零開關(guān)從而降低了開關(guān)損耗提高了電源效率及可靠性，而且準諧振技術(shù)使諧波含量降低從而降低了電磁(EMI)干擾。

下面根據(jù)附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種0. 2C充電率的充電器的框圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的一種0.5C充電率的充電器的框圖；圖3為本實用新型的磷酸鐵鋰電池快速充電器的框圖；圖4為本實用新型的磷酸鐵鋰電池快速充電器的具體電路；圖4. a-圖4. d為圖4的分塊圖；圖5為充電管理中理想的充電曲線圖；圖6為實現(xiàn)圖5中理想充電曲線圖所采用的硬件電路；圖6. a-圖6. d為圖6的分塊圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的描述。首先介紹一下本實用新型所涉及相關(guān)概念。功率因數(shù)校正(PFC)是供用電系統(tǒng)的一項重要技術(shù)經(jīng)濟指標，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時，還需大量的無功功率由電源送往負荷，功率因數(shù)反映的是用電設(shè)備在消耗一定的有功功率的同時所需的無功功率，即是指交流電源推動負載時如果負載呈容性或感性，會使電流波形與電壓波形之間發(fā)生相移，結(jié)果推動負載的有用功率小于在該電流波形下系統(tǒng)消耗的總功率，它們的比值就是功率因數(shù)。功率因數(shù)小的時候可能達到0. 6以下(目前的充電器都是如此)，這就意味著40%以上的電能都損耗在線路上了，而這個電能是不會記錄到一般的電度表上的，產(chǎn)生的費用是由國家承擔的，所以國際標準、國家標準都越來越嚴格地對電器的功率因數(shù)做出限制，一般要求達到0.8以上，也就是說用電質(zhì)量的好壞直接取決于功率因數(shù)的大小。節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為全球經(jīng)濟發(fā)展的主旋律，隨著國家電荒現(xiàn)狀的日益凸顯，消費者的節(jié)能意識也越來越強，提高用電設(shè)備的功率因數(shù)是實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的一大舉措，國家對大部分的家電產(chǎn)品現(xiàn)在強制執(zhí)行CCC認證，對功率因數(shù)提出了要求。電動車充電器遲早是要納入家電產(chǎn)品并要執(zhí)行CCC認證的。如圖3所示，在本實用新型的快速充電器中，交流輸入電路連接橋式整流電路，橋式整流電路連接作為高功率因數(shù)校正(PFC)電路的SG6961電路，SG6961電路再連接作為準諧振反激式變換電路的FSCQ1565電路，F(xiàn)SCQ1565電路最后再連接充電管理電路，充電管理電路采用了 PIC12F6^加LM358。
4[0028]LiFePCM電池的充電率一般在0. 2C-1C，考慮到綜合成本的原因，本實用新型充電器采用0. 5C充電率。SG6961的主要特色具極佳功因及總諧波表現(xiàn)，用于臨界電流模式下的電流轉(zhuǎn)換操作，適用于70 200W的電源轉(zhuǎn)換，除整合多項保護電路，如過電壓(OVP)、輸出過電壓、電壓過低鎖定(UVLO)、斷回路鎖定等功能外，并提供快速動態(tài)響應(yīng)及過壓鉗制功能。引腳功能簡介1腳(INV)誤差放大器反向輸入端。PFC輸出電壓由分壓電阻分壓后送入該，該腳用于過電壓鉗位和開環(huán)反饋保護；2腳(comp)誤差放大器輸出端。補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在該腳與INV端以完成電壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性和保證有高度PF值與低端諧波失真(THD)；3腳(MOT)在該引腳與GND之間連接一只電阻，用于確定外部開關(guān)(MOSFET)的最大導(dǎo)通時間，該引腳用于替代傳統(tǒng)IC中一象限乘法器；4腳(CS)過電流保護比較器的輸入端。當電流檢測電阻上的電壓達到內(nèi)部0.8V 的閥值時開關(guān)將關(guān)斷；5腳(Z⑶)過零電流檢測端。該引腳經(jīng)過一只電阻連接到變壓器輔助繞組，一旦檢測到開關(guān)電流過零，將開始新的開關(guān)周期；6 腳(GND)地；7腳(⑶)柵極驅(qū)動輸出；8腳(VCC)電壓供給。FSCQ1565是一款優(yōu)化的準諧振轉(zhuǎn)化器，具有多重保護功能，并且將功率管集成到芯片內(nèi)部，設(shè)計的要點集中在變壓器上。引腳功能簡介1腳(Drain):內(nèi)置高壓功率管漏極連接點；2 腳(GND)接地；3腳(VCC)正電源輸入，提供芯片啟動和穩(wěn)定運行；4腳(VFB)反饋信號輸入，該腳電壓達到7. 5V，過載保護觸發(fā)電源關(guān)閉；5腳(SYNC)準諧振轉(zhuǎn)換檢測；PIC12F629是美國MICROCHIP公司的8引腳內(nèi)存8位的CMOS單片機，該單片機最大特點是器件內(nèi)部內(nèi)置了一個模擬比較器，利用這個比較器的資源配合相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)電池
充電管理。本實用新型的快速充電器具體工作原理如下參考圖4，在接通交流供電電源后，電源先經(jīng)過EMI、橋式整流濾波電路后通過電阻R3-R4對SG6961的VCC腳上的電容ECl充電，同時有部分電流流入VCC腳，在ECl上的電壓達到欠電壓關(guān)斷電平(9. 5V)之前，IC的啟動電流只有IOuA(這在同類IC中是最小的)。 一旦電容ECl上的電壓達到啟動門限典型值12V，IC則啟動開始工作，ECl放電。在ECl 上的電壓降至IC的關(guān)斷閥值(典型值是9. 5V)之前，變壓器輔佐繞組、CC2、R5、D1、ZD1等組成輔佐電源電路給IC的VCC腳提供穩(wěn)定的工作電流。因SG6961的啟動電流很小R3-R4 用0. 25W的電阻就可以了。當IC弓丨腳5通過R6檢測到變壓器輔佐繞組的電流過零信號時，IC引腳7就輸出一個驅(qū)動脈沖推動開關(guān)MOSFET (Ql)導(dǎo)通，流過Tl變壓器初級繞組的電流從零線性增加到峰值，而Ql開始截至。初級繞組中的儲能因Ql的截至而釋放，經(jīng)D4整流EC2濾波后加到準諧振反激變換器的功率變壓器的輸入端，R12-R15分壓取樣經(jīng)IC的1腳送入IC內(nèi)部誤差放大器的反相端，誤差放大器的同相輸入端連接內(nèi)部2. 5V的固定電壓參考，二者的比較結(jié)果反映在IC的2腳，2腳外接補償回路，2腳的信號與3腳設(shè)定的信號進行比較來控制Ql 導(dǎo)通的時間從而決定輸出電壓為穩(wěn)定的400V高壓。通過變壓器初級的電流線性減小至零， MOSFET將再一次導(dǎo)通，新的開關(guān)周期開始，如此周而復(fù)始，在每一個開關(guān)周期中電感峰值電流都追蹤交流輸入電壓的變化軌跡，高頻電感電流被輸入電容CCl濾波掉高頻成分從而得到呈正弦波形的輸入平均電流。這就是高功率因數(shù)的關(guān)鍵。RS是接在Ql源極上的用來檢測開關(guān)電流，將檢測到的開關(guān)電流送到IC的4腳，該腳上的逐周電流限制保護點門限為0. 82V，只要引腳上的輸入電壓高于這個閥值，電流開關(guān)周期則立即終止。穩(wěn)定的400V高壓通過功率變壓器T2接到FSCQ1565的1腳(Drain)，另一路通過 R16、R17給準諧振模塊FSCQ1565供電啟動模塊工作，T2輔助繞組R19、R20、D4、EC3、Q2、 CC8、ZD2、EC4等構(gòu)成二次穩(wěn)壓電路保證FSCQ1565穩(wěn)定工作，D9、R36、R37、EC5將輔助繞組的過零信號送給FSCQ1565的5腳(SYNC)，通過該信號控制FSCQ1565內(nèi)置功率管的開關(guān)從而降低功率轉(zhuǎn)換的損耗，提高電源的可靠性。功率管導(dǎo)通電流流過變壓器T2初級繞組產(chǎn)生能量，能量儲存在氣隙里，功率管關(guān)閉此時儲存在氣隙里的能量通過D5、EC6、EC7、L3、L4整流濾波給電池充電提供能量。圖5顯示了充電管理中理想的充電曲線圖，為了實現(xiàn)上述理想的充電曲線圖，充電模式應(yīng)為CC-CV-CC模式，圖6顯示了實現(xiàn)圖5中理想充電曲線圖所采用的硬件電路。
權(quán)利要求1.一種磷酸鐵鋰電池快速充電器，包括交流輸入電路、橋式整流電路、充電管理電路，其特征在于，還包括高功率因數(shù)校正電路和準諧振反激式變換電路，交流輸入電路連接橋式整流電路，橋式整流電路連接高功率因數(shù)校正電路，高功率因數(shù)校正電路連接準諧振反激式變換電路，準諧振反激式變換電路再連接充電管理電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰電池快速充電器，其特征在于，高功率因數(shù)校正電路采用集成電路SG6961。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磷酸鐵鋰電池快速充電器，其特征在于，準諧振反激式變換電路采用FSCQ1565電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磷酸鐵鋰電池快速充電器，其特征在于，充電管理電路采用 PIC12F629 加 LM358。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磷酸鐵鋰電池快速充電器，其特征在于，充電管理電路采用 PIC12F629 加 LM358。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰電池快速充電器，其特征在于，該快速充電器采用 0. 5C的充電率。
專利摘要本實用新型公開一種磷酸鐵鋰電池快速充電器，該充電器在電路中采用高功率因數(shù)校正(PFC)電路和準諧振反激式變換電路，可以提高電能利用率，還可以很方便的實現(xiàn)寬電壓輸入，另外還降低了開關(guān)損耗提高了電源效率及可靠性，而且準諧振技術(shù)使諧波含量降低從而降低了電磁(EMI)干擾。
文檔編號H02J7/10GK202260588SQ20112024789
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者周曉強, 陸勇 申請人:無錫新暢電子有限公司