專利名稱：一種串聯(lián)電池組充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
本文所述的電池均為可充電的蓄電池，簡(jiǎn)稱電池。眾所周知，單元電池指各類型電池的最小單位；單塊電池指數(shù)個(gè)單元電池串聯(lián)后封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，只把串聯(lián)后的正端和負(fù)端引出。本發(fā)明所述的串聯(lián)電池組是指由單獨(dú)封裝的單元電池或單塊電池串聯(lián)的電池組。電池的充電可分為直流充電和脈沖電流沖電。直流充電常見(jiàn)的是簡(jiǎn)單方式充電、恒流充電、恒流恒壓二段充電、恒流恒壓涓流三段式充電等方式。電池有許多種類，如鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰蓄電池、鈉米蓄電池等等。各類電池的充電要求各不相同，換句話說(shuō)，各類電池的充電曲線各不相同。通常是把電池的充電全過(guò)程分為若干時(shí)間段，控制各時(shí)間段的充電電流或充電電壓，使電池充足電。以鉛酸蓄電池為例，目前比較理想的充電曲線如

圖1所示。在圖1中，可以看到在T0＜T＜T1時(shí)，電池恒流充電；在T1＜T＜T2時(shí)，電池恒壓充電；在T＞T2時(shí)，電池涓流維護(hù)充電。對(duì)不同種類的蓄電池充電，只需保證與其相適應(yīng)的充電曲線既可?，F(xiàn)有充電技術(shù)可以保證對(duì)整個(gè)串聯(lián)電池組實(shí)施比較理想的充電曲線，但不能保證串聯(lián)電池組內(nèi)每一塊電池的充電曲線。原因是由于串聯(lián)電池組內(nèi)各塊電池的性能不一致，使得各個(gè)電池的充電不均勻，會(huì)出現(xiàn)有的電池的充電電壓超出規(guī)定的最高電壓，而有的電池又達(dá)不到規(guī)定電壓。前一種情況會(huì)對(duì)電池造成直接的損害，后一種情況電池充電不足，影響整個(gè)電池組的放電能力，也容易發(fā)生過(guò)放電損害。兩種情況共同重復(fù)作用，導(dǎo)致串聯(lián)電池組荷電能力下降，使用壽命縮短。
本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)串聯(lián)電池組的充電器，它能使串聯(lián)電池組中每一塊電池達(dá)到規(guī)定的充電電壓，又不會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)比較理想的充電曲線。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的首先對(duì)電池組實(shí)施串聯(lián)恒流充電，然后再對(duì)電池組中的每一個(gè)電池進(jìn)行等效并聯(lián)充電。具體的方案是在開(kāi)關(guān)變壓器的副邊有與串聯(lián)電池組的電池一一對(duì)應(yīng)的繞組和整流二極管及濾波電容器，濾波電容器之間串聯(lián)連接，電池之間串聯(lián)連接組成串聯(lián)電池組，串聯(lián)電池組兩端與濾波電容器串聯(lián)后的兩端連接，多路開(kāi)關(guān)一端分別接在各個(gè)串聯(lián)電池的連接點(diǎn)上，另一端接在與各個(gè)串聯(lián)電池的連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各個(gè)濾波電容器之間的連接點(diǎn)上。如圖2所示。
本發(fā)明的工作原理如圖2所示，圖2示出的是對(duì)由三塊電池組成的串聯(lián)電池組充電的情況。充電器的開(kāi)關(guān)變壓器副邊有對(duì)應(yīng)的三個(gè)繞組和整流二極管及濾波電容器，開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，對(duì)三塊電池進(jìn)行串聯(lián)恒流充電，每塊電池的電壓不斷上升。由于電池的差異，每塊電池上升的快慢不同。當(dāng)三塊電池中的任何一塊電池電壓上升至充電允許的最高電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)K閉合，開(kāi)關(guān)變壓器副邊的三個(gè)繞組各自向?qū)?yīng)的一塊電池充電。由于電池性能的不同，三塊電池的電流會(huì)有差異。將最大的電流限制為串聯(lián)充電時(shí)的恒流值，此時(shí)三塊電池中充電相對(duì)不足的會(huì)得到補(bǔ)充電，三塊電池的電壓在開(kāi)關(guān)變壓器的平衡作用下，會(huì)趨于一致，最終都會(huì)達(dá)到充電允許的最高電壓，此時(shí)的充電器相當(dāng)于對(duì)三塊電池進(jìn)行并聯(lián)充電狀態(tài)。
由于采用上述方案，它能使串聯(lián)電池組中每一塊電池都能充足，又不會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流現(xiàn)象。
通過(guò)控制電路控制多路開(kāi)關(guān)，如繼電器、雙向可控硅等機(jī)械或電子開(kāi)關(guān)，上述充電過(guò)程可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是充電電流、充電電壓曲線；圖2是本發(fā)明的電路原理圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的電路原理圖；其中，U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8是比較器，G1、G2是PNP晶體管，G3、G4是光耦合器，G5是功率場(chǎng)效應(yīng)管，E1、E2是電池，TL431是可編程穩(wěn)壓管，T是高頻脈沖變壓器，其次級(jí)繞組L3、L4參數(shù)相同，J是繼電器，帶有一組常開(kāi)觸點(diǎn)，AC是市電輸入。
圖3示出的是由兩個(gè)電池組成的串聯(lián)電池組的充電器。在圖3中，C1、C2左側(cè)電路是市電輸入、二組直流輸出的脈寬調(diào)制單端反激式開(kāi)關(guān)電源。這里，也可用其它類型的開(kāi)關(guān)電源，只要高頻脈沖變壓器次級(jí)繞組L3、L4參數(shù)相同，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同即可。
G1 R13 R14是電池E1的電壓取樣電路，R23、R24是電池E2的電壓取樣電路。TL431提供可編程的電壓基準(zhǔn)，當(dāng)比較器U5飽和導(dǎo)通時(shí)，TL431提供對(duì)應(yīng)充電最高電壓Vmax的基準(zhǔn)；當(dāng)U5關(guān)斷時(shí)，TL431提供對(duì)應(yīng)涓流維護(hù)充電電壓V0的基準(zhǔn)。
由U7 U8和E1、E2的電壓取樣電路、電壓基準(zhǔn)TL431及G4構(gòu)成充電器的限壓電路。只要R13或R23上的電壓大于電壓基準(zhǔn)，U7或U8就會(huì)導(dǎo)通，通過(guò)光耦管G4反饋到初級(jí)PWM的FB端，初級(jí)PWM就會(huì)減小G5的導(dǎo)通率，最終把對(duì)E1或E2的充電電壓限制在給定值最高充電電壓Vmax(當(dāng)比較器U5飽和導(dǎo)通時(shí))或限制在V0(當(dāng)比較器U5關(guān)斷時(shí))。
U7、U8與G4的連接是負(fù)或關(guān)系，總是把E1、E2的充電電壓較大的首先限壓。因此，兩個(gè)電池的充電電壓都只能等于或小于Vmax。
RS1是E1充電電流取樣電阻，當(dāng)E1充電電流在RS1的壓降大于R11和R12的壓降之和，比較器U1就會(huì)導(dǎo)通，通過(guò)光耦管G3反饋至初級(jí)PWM，G5的導(dǎo)通率就會(huì)減小，最終把對(duì)E1的充電電流限制在給定值Imax。
同理，由RS2、R21、R22及U3組成的E2的限流電路，能把對(duì)E2的充電電流限制在給定值Imax。
U1、U3與G3的連接是負(fù)或關(guān)系，總是把E1、E2的充電電流較大的首先限流。因此，兩個(gè)電池的充電電流都只能等于或小于Imax。
比較器U6和D4、D5、D6等組成一個(gè)電壓滯后的比較器電路，接通電源之后，U6的初始狀態(tài)是關(guān)斷的，此時(shí)，E1和E2串聯(lián)充電；只要E1和E2任一塊電池達(dá)到Vmax，U6即能翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)并維持，此時(shí)繼電器J的線圈通電，J的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，L3專向E1充電，L4專向E2充電。由于變壓器磁路耦合作用，E1、E2之中電壓低的就會(huì)獲得較大的充電電流，這就使串聯(lián)連接的E1和E2獲得了等效并聯(lián)充電的效果，最終使每塊電池的電壓都接近給定的最高電壓Vmax，都能充足電，從而達(dá)到本發(fā)明的目的。
由變壓器工作原理可知，理想變壓器的等效電路就是把次級(jí)各個(gè)繞組的負(fù)載，按初次級(jí)的匝數(shù)比折算到初級(jí)后并聯(lián)。這就從理論上證明了對(duì)串聯(lián)電池組進(jìn)行等效并聯(lián)充電的可行性。
R S1 R11、U2組成比較器電路。當(dāng)E1的充電電流大于I0時(shí)，U2飽和導(dǎo)通；當(dāng)E1的充電電流小于I0時(shí)，U2關(guān)斷。同樣，由RS2 R21、U4組成的比較器電路，當(dāng)E2的充電電流大于I0時(shí)，U4飽和導(dǎo)通；當(dāng)E2的充電電流小于I0時(shí)，U4關(guān)斷。由于U2、U4連接成正與關(guān)系，所以，當(dāng)E1和E2的充電電流都小于I0時(shí)，U2、U4都關(guān)斷，比較器U5的同向端出現(xiàn)高電平，高于反相端，U5關(guān)斷，使TL431的穩(wěn)壓值降低，對(duì)E1、E2充電的限壓值降到浮充電壓值V0，實(shí)現(xiàn)了對(duì)E1、E2進(jìn)行涓流維護(hù)充電。至此，串聯(lián)電池組中的每一塊電池已基本充足電，可以隨時(shí)結(jié)束充電投入使用。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例充電器接上充電電源和裝上待充串聯(lián)電池組后，由于每塊電池的電壓都較低，低于Vmax，所以此時(shí)U6是關(guān)斷的，繼電器J的線圈未通電，J的常開(kāi)觸點(diǎn)不能閉合，充電器對(duì)電池組進(jìn)行串聯(lián)充電，充電電流被限流在Imax以內(nèi)，每塊電池的充電電流是一樣的，避免了并聯(lián)充電的各塊電池電流不一樣的缺點(diǎn)。此時(shí)，各塊電池的電壓上升值由于每塊電池性能的差異而有所不同。當(dāng)任何一塊電池電壓升至Vmax附近時(shí)，比較器U6飽和導(dǎo)通，繼電器J的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，充電器對(duì)串聯(lián)電池組進(jìn)行等效并聯(lián)充電，此時(shí)，電壓較低的電池可得到較大的充電電流，電壓上升較快。由于U7、U8的限壓作用和U1、U3的限流作用，所有的電池都不會(huì)過(guò)壓、過(guò)流，電壓最終都等于或接近Vmax，體現(xiàn)了并聯(lián)充電的優(yōu)點(diǎn)。電流越來(lái)越小，當(dāng)每塊電池的充電電流均小于I0時(shí)，比較器U5關(guān)斷，限壓值降至浮充電壓V0，進(jìn)行涓流維護(hù)充電，此時(shí)串聯(lián)電池組中的每塊電池已基本充足電，可以隨時(shí)結(jié)束充電。由此可知，本實(shí)施例充電器可對(duì)串聯(lián)電池組中的每一塊電池安全、高效地進(jìn)行充電。
權(quán)利要求
1 一種串聯(lián)電池組充電器，其特征是在開(kāi)關(guān)變壓器的副邊有與串聯(lián)電池組的電池一一對(duì)應(yīng)的繞組和整流二極管及濾波電容器，濾波電容器串聯(lián)連接，電池串聯(lián)連接組成串聯(lián)電池組，串聯(lián)電池組兩端與濾波電容器串聯(lián)后的兩端連接，多路開(kāi)關(guān)各路的一端分別接在各個(gè)串聯(lián)電池組的連接點(diǎn)上，另一端接在與各個(gè)串聯(lián)電池組的連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各個(gè)濾波電容器之間的連接點(diǎn)上。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組充電器，其特征是所述的多路開(kāi)關(guān)的功能是由繼電器J實(shí)現(xiàn)的，其工作受比較器F控制，在串聯(lián)電池組充電初始階段，每塊電池的電壓均低于Vmax，此時(shí)比較器F是關(guān)斷的，繼電器J的線圈未通電，J的常開(kāi)觸點(diǎn)不能閉合，充電器對(duì)電池組進(jìn)行串聯(lián)充電，當(dāng)任何一塊電池的電壓升至Vmax附近時(shí)，比較器F飽和導(dǎo)通，繼電器J的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，充電器對(duì)串聯(lián)電池組進(jìn)行等效并聯(lián)充電。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組充電器，其特征是所述的多路開(kāi)關(guān)也可采用其它機(jī)械或電子開(kāi)關(guān)。
全文摘要
一種能對(duì)串聯(lián)電池組中的每一個(gè)電池進(jìn)行恒流、恒壓、涓流三段式充電的充電器,它是在開(kāi)關(guān)變壓器的副邊有與電池一一對(duì)應(yīng)的數(shù)個(gè)繞組和整流二極管及濾波電容器,電池串聯(lián)連接組成串聯(lián)電池組,串聯(lián)電池組兩端與濾波電容器串聯(lián)后的兩端連接,開(kāi)關(guān)一端接在各個(gè)濾波電容器之間,另一端接在各個(gè)串聯(lián)電池的對(duì)應(yīng)連接點(diǎn)。這樣通過(guò)開(kāi)關(guān)的作用,就實(shí)現(xiàn)了首先對(duì)電池組實(shí)施串聯(lián)恒流充電,然后再對(duì)電池組中的每一塊電池進(jìn)行等效并聯(lián)充電的充電過(guò)程。使得串聯(lián)電池組中每一塊電池充足,又不會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H02J7/02GK1360385SQ00120608
公開(kāi)日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月20日
發(fā)明者白孟銑, 李瑾 申請(qǐng)人:成都宏明電子股份有限公司