專利名稱:全自動(dòng)36v或48v智能一體快速電瓶車充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器,屬于家用電 器領(lǐng)域,能自動(dòng)識(shí)別和判斷不同類型電動(dòng)車電池電壓而選擇不同的充電狀態(tài),解決因充電 器種類多而易用混的問題。
背景技術(shù):
鉛酸蓄電池由于其制造成本低,容量大,價(jià)格低廉而得到了廣泛的使用。但是,若 使用不當(dāng),其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多,而采用正確的充電方式, 能有效延長蓄電池的使用壽命。研究發(fā)現(xiàn)電池充電過程對電池壽命影響最大,放電過程的 影響較少。也就是說,絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的,而是“充壞”的。由此可見,一個(gè)好的 充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來越多電瓶車走進(jìn)人們的日常生活,家庭使用的小容量 蓄電池的數(shù)量和種類都有大幅度的增加,如果我們給每一種蓄電池都配上一種充電器,顯 然會(huì)造成極大的資源浪費(fèi),且隨著蓄電池的老化,出現(xiàn)的各種問題也越來越多,最終都導(dǎo)致 蓄電池壽命的下降,廢棄電池的增多(充電器也隨之廢棄)。更重要的是極易用混充電器。 假若用混充電器不但是充電器造成損壞,電瓶車電瓶等更貴重的物品造成破壞,甚至是引 發(fā)其他意想不到的破壞,輕則報(bào)廢,重則爆炸,甚至引發(fā)火災(zāi)。90%電動(dòng)車電瓶是充壞的而 不是用壞的。電瓶的失水、硫化、放電不一致是電瓶提前報(bào)廢的主要原因。原裝充電器也會(huì) 充壞電瓶。電池的充電過程通??煞譃轭A(yù)充電、快速充電、補(bǔ)足充電、涓流充電四個(gè)階段。預(yù) 充電過程是對長期不用的或新電池充電時(shí)先用小電流充電使其滿足一定的充電條件??焖?充電顧名思義是用大電流充電,迅速恢復(fù)電池電能。快速充電速率一般在IC以上,快速充 時(shí)間由電池容量和充電速率決定??焖俪潆姺趾懔鞒潆姾兔}沖充電兩種,恒流充電就是以 恒定電流對電流充電,脈沖充電則是首先用脈沖電流對電池充電。然后讓電池放電,如此循 環(huán)。電池脈沖的幅值很大、寬度很窄。通常放電脈沖的幅值為充電脈沖的3倍左右。為防 止電池發(fā)熱和內(nèi)部產(chǎn)生過多氣體對其用小電流進(jìn)行長時(shí)間充電,一般過程比較長即為補(bǔ)足 充電。涓流充電器的主要問題是充電速度太慢,例如,容量為IAh的電池,采用C/10充電速 率時(shí),充電時(shí)間要IOh以上。大部分涓流充電器中,都沒有任何電壓或溫度反饋控制,因而 不能保證電池充足電后,立即關(guān)斷充電器。目前市場上常用的電瓶車的充電方法有兩類一、常規(guī)充電法常規(guī)充電制度是依據(jù)1940年前國際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的,有 以下3種1、恒流充電法恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻 的方法,保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法。其控制方法簡單,但由于電池的可接受電流能 力是隨著充電過程的進(jìn)行而逐漸下降的,到充電后期,充電電流多用于電解水,產(chǎn)生氣體, 使出氣過甚,因此,常選用階段充電法。2、階段充電法包括二階段充電法和三階段充電法。1) 二階段法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法。首先,以恒電流充電至預(yù)定的電壓值,然后,改為恒電壓完 成剩余的充電。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。2)三階段充電法在 充電開始和結(jié)束時(shí)采用恒電流充電,中間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí),由第二階 段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少,但作為一種快速充電方法使用,受到 一定的限制。3、恒壓充電法充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值,隨著蓄電池 端電壓的逐漸升高,電流逐漸減少。與恒流充電法相比,其充電過程更接近于最佳充電曲 線。用恒定電壓快速充電。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢較低,充電電流很大,隨著充電的進(jìn) 行,電流將逐漸減少,因此,只需簡易控制系統(tǒng)。這種充電方法電解水很少,避免了蓄電池過 充。但在充電初期電流過大,對蓄電池壽命造成很大影響,且容易使蓄電池極板彎曲,造成 電池報(bào)廢。鑒于這種缺點(diǎn),恒壓充電很少使用,只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)采用。例 如,汽車運(yùn)行過程中,蓄電池就是以恒壓充電法充電的。二、快速充電技術(shù)為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度,縮短蓄電池 達(dá)到滿充狀態(tài)的時(shí)間,同時(shí),保證蓄電池正負(fù)極板的極化現(xiàn)象盡量地少或輕,提高蓄電池使 用效率。快速充電技術(shù)近年來得到了迅速發(fā)展。下面是目前比較流行的幾種快速充電方法, 這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的,目的就是使其充電曲線盡可能地逼進(jìn)最佳 充電曲線。1、變電流間歇充電法這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上,特點(diǎn) 是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方 法,保證加大充電電流,獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段,獲得過充電量, 將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。通過間歇停充,使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間 重新化合而被吸收掉,使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除,從而減輕了蓄電池的 內(nèi)壓,使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行,使蓄電池可以吸收更多的電量。2、變電壓間歇充電法在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充 電法,與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流,而是間歇恒壓。3、變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法綜合脈沖充電法、變電流間 歇充電法及變電壓間歇充電法的優(yōu)點(diǎn),變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法得 到發(fā)展應(yīng)用。脈沖充電法充電電路的控制一般有兩種1)脈沖電流的幅值可變,而PWM (驅(qū) 動(dòng)充放電開關(guān)管)信號(hào)的頻率是固定的;2)脈沖電流幅值固定不變,PWM信號(hào)的頻率可調(diào)?;谝陨锨皩Τ潆娖鞯难芯堪l(fā)現(xiàn),探索出如何延長蓄電池的使用壽命,并設(shè)計(jì)、生 產(chǎn)出高質(zhì)量、高效率、符合家庭電動(dòng)車使用要求的通用型快速智能充電器,有著十分重要的
眉、ο
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本實(shí)用新型的目的是提供一種全自動(dòng)36V或48V智能一體 快速電瓶車充電器。主要由下述模塊構(gòu)成-電池檢測分析模塊,主要由LM324比較器、分壓網(wǎng)絡(luò)和繼電器單元構(gòu)成,用于檢 測預(yù)充電電池是36V或48V的電瓶車電瓶,為充電模塊提供參數(shù)并控制其工作狀態(tài);-充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊,主要由LM324比較器構(gòu)成,用于處理充電模塊得到的參數(shù),并發(fā)出調(diào)整充電器工作狀態(tài)所需的參數(shù);-綜合控制檢測模塊,進(jìn)行參數(shù)的綜合處理,使各個(gè)工作模塊的工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一;-充電模塊,主要由TL3842P、TL431、LM324和高頻變壓器等構(gòu)成的開關(guān)型充電電 路構(gòu)成;通過LM324實(shí)時(shí)進(jìn)行電壓比較來實(shí)現(xiàn)對電池電壓變化的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)電池的充電自 停,通過所述TL3842P的PWM控制的占空比調(diào)整處理控制實(shí)現(xiàn)電池的充電電壓;在綜合控制 檢測模塊、充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊的共同作用下實(shí)現(xiàn)對36V或48V充電。-指示模塊,對充電器的各工作狀態(tài)及電池電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)指示。前述的全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器,優(yōu)選的方案在于,所述指示 模塊分為充電器工作狀態(tài)指示單元和電池實(shí)時(shí)指示單元,所述充電器工作狀態(tài)指示單元實(shí) 時(shí)指示當(dāng)前充電器工作處在何種狀態(tài);所述電池實(shí)時(shí)指示單元通過4只LED指示燈實(shí)時(shí)指 示當(dāng)前充電電池的電壓及充電電壓。前述的全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器,優(yōu)選的方案在于,所述綜合 控制檢測模塊的核心為TL3842P和LM324。本實(shí)用新型全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器采用PWM控制技術(shù)和三 階段充電法,既解決了快速充電這一問題又提高蓄電池的充電接受能力,蓄電池自動(dòng)識(shí)別 判斷模塊又解決了充電器容易用混的困惑。其可以實(shí)現(xiàn)對36V48V類型鉛酸蓄電池進(jìn)行高 效充電,并能有效增加蓄電池循環(huán)次數(shù),切實(shí)延長蓄電池使用壽命,從而減少現(xiàn)代家庭電池 消費(fèi)開支。更為重要的是,它能極大延長電池使用壽命,減慢廢舊電池淘汰速度,一方面為 等待廢棄電池回收處理及二次利用技術(shù)的成熟贏得時(shí)間,另一方面可極大地減緩日益增多 的廢棄電池對環(huán)境造成的危害。該充電器是基于溫度變化率檢測法、電壓檢測法、最高溫度檢測法、最長充電時(shí)間控 制法,研制出的一種快速充電終止綜合檢測模塊,確保蓄電池不過充、不欠充,并能提高充電的 安全性,有效延長蓄電池的使用壽命。將蓄電池的預(yù)充電電壓判斷控制、快速充電控制、補(bǔ)充充 電控制和涓流充電控制四個(gè)過程集于一體,完成對充電執(zhí)行電路的全過程控制,能極大改善充 電水平,從而有效提高電池的實(shí)際使用壽命。自動(dòng)識(shí)別不同種類的電動(dòng)車電池,根據(jù)其最佳充 電曲線自動(dòng)對控制器里的充電參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,完成對不同類型的蓄電池充電。
圖1是本實(shí)用新型充電器的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是本實(shí)用新型充電器的電路原理圖。圖3是本實(shí)用新型充電器電池檢測和充電方式選擇原理框圖。圖4是本實(shí)用新型充電器分壓網(wǎng)絡(luò)原理圖。圖5是本實(shí)用新型充電器判斷電池電壓和自動(dòng)選擇充電電壓電路原理圖。圖6是本實(shí)用新型充電器36V及48V充電過程原理框圖。圖7是本實(shí)用新型充電器充電參數(shù)調(diào)整與自動(dòng)控制原理框圖。圖8是本實(shí)用新型充電器36V及48V自動(dòng)選擇電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明,但保護(hù)范圍不被此限制。[0033]實(shí)施例一種全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器。主要由下述模塊構(gòu)成-電池檢測分析模塊,主要由LM324比較器、分壓網(wǎng)絡(luò)和繼電器單元構(gòu)成,用于檢 測預(yù)充電電池是36V或48V的電瓶車電瓶,為充電模塊提供參數(shù)并控制其工作狀態(tài);-充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊,主要由LM324比較器構(gòu)成,用于處理充電模塊得 到的參數(shù),并發(fā)出調(diào)整充電器工作狀態(tài)所需的參數(shù);-綜合控制檢測模塊,進(jìn)行參數(shù)的綜合處理,使各個(gè)工作模塊的工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一;-充電模塊,主要用于剛開始充電時(shí)依據(jù)得到的電池檢測參數(shù)使充電器工作在相 應(yīng)的狀態(tài);在充電過程中實(shí)時(shí)檢測電池兩端充電參數(shù)并反饋給充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模 塊,并依據(jù)充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊得到的參數(shù)對充電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,使充電器 工作在相應(yīng)的狀態(tài);_指示模塊,對充電器的各工作狀態(tài)及電池電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)指示。所述充電模塊由TL3842P、高頻變壓器和LM324構(gòu)成;通過LM324實(shí)時(shí)進(jìn)行電壓比 較來實(shí)現(xiàn)對電池電壓變化的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)電池的充電自停,通過所述TL3842P的PWM控制的 占空比調(diào)整處理控制實(shí)現(xiàn)電池的充電電壓;所述充電模塊主要由TL3842P、TL431、LM324和 高頻變壓器等構(gòu)成的開關(guān)型充電電路構(gòu)成,在綜合控制檢測模塊、充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控 制模塊的共同作用下實(shí)現(xiàn)對36V或48V充電。所述指示模塊分為充電器工作狀態(tài)指示單元 和電池實(shí)時(shí)指示單元,所述充電器工作狀態(tài)指示單元實(shí)時(shí)指示當(dāng)前充電器工作處在何種狀 態(tài);所述電池實(shí)時(shí)指示單元通過4只LED指示燈實(shí)時(shí)指示當(dāng)前充電電池的電壓及充電電壓。 所述綜合控制檢測模塊的核心為TL3842P和LM324。本充電器的工作原理是1、電池檢測分析模塊圖3是本實(shí)用新型充電器電池檢測和充電方式選擇原理框 圖,圖4是本實(shí)用新型充電器分壓網(wǎng)絡(luò)原理圖。當(dāng)充電器接入電瓶車電瓶時(shí),采用電阻分壓 網(wǎng)絡(luò)采集所充電瓶電壓。綜合控制檢測部分(模塊)接收到信號(hào)發(fā)給電池檢測分析部分,既 而反饋給綜合控制檢測部分,綜合控制檢測部分再給指示部分發(fā)出相應(yīng)的電平控制信號(hào)。 電池檢測部分同時(shí)將做出判斷的信號(hào)傳給充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制部分,充電參數(shù)調(diào)整與 動(dòng)態(tài)控制部分進(jìn)而輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)控制高頻變壓器調(diào)整蓄電池的充電所需電壓。它 們之間相互反饋,進(jìn)而用最佳充電曲線自動(dòng)對蓄電池快速高效地充電。在圖4中,其1端接 LM324的4腳,2端接電瓶正極,3端接LM324的3腳,4端接LM324的2腳。當(dāng)電池輸入的電壓低于42伏時(shí),判斷將要充的電瓶為36伏的;當(dāng)電池輸入的電壓 高于45伏時(shí),判斷將要充的電瓶為48伏的。電池檢測分析部分主要檢測兩種電壓36V和 48V。接入電池檢測電路進(jìn)而判斷出預(yù)充電電池電壓得出參數(shù)。進(jìn)而控制充電部分依據(jù)所 采集到得參數(shù)為充電部分提供準(zhǔn)確充電參數(shù)。2、充電模塊圖6是本實(shí)用新型充電器36V及48V充電過程原理框圖。充電部分 分36V充電部分和48V充電部分。充電部分分36V充電部分和48V充電部分。所述充電模 塊主要由TL3842P、TL431、LM324和高頻變壓器等構(gòu)成的開關(guān)型充電電路構(gòu)成,可很好的達(dá) 到設(shè)計(jì)目的,充電電流隨電池電壓的增高而減小,與最佳充電曲線相吻合,達(dá)到一定值時(shí)自 動(dòng)停充,有效防止電池的過充、欠充。主要用于剛開始充電時(shí)依據(jù)得到的電池檢測參數(shù)使充 電器工作在相應(yīng)的狀態(tài)。充電過程中實(shí)時(shí)檢測電池兩端充電參數(shù)反饋給充電參數(shù)調(diào)整與自動(dòng)控制部分,并依據(jù)充電參數(shù)調(diào)整與自動(dòng)控制部分得到的參數(shù)對充電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整, TL3842P接收到相應(yīng)的控制信號(hào)而輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)控制高頻變壓器調(diào)整蓄電池的充電 所需電壓,使充電器工作在相應(yīng)的狀態(tài)。在不同的時(shí)間選擇對電池進(jìn)行不同階段充電(三 階段充電法)。3、充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊圖7是本實(shí)用新型充電器充電參數(shù)調(diào)整與自動(dòng) 控制原理框圖。本部分的工作主要由LM324完成,LM324通過對外圍各部分采集到的數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理比較,準(zhǔn)確的判斷當(dāng)前的接入電壓,進(jìn)而控制三極管工作狀態(tài)驅(qū)動(dòng)繼電器進(jìn)而控制 充電電壓的選擇及調(diào)整電池充電所需的參數(shù)。對所充電瓶實(shí)時(shí)監(jiān)控,用來對充電部分得到 的參數(shù)進(jìn)行處理,并發(fā)出充電器調(diào)整工作狀態(tài)所需的參數(shù)。保證電池不過充和不欠充。圖8 是本實(shí)用新型充電器36V及48V自動(dòng)選擇電路原理圖。由圖8得知,當(dāng)接入36V這一類型 的電瓶時(shí),R4比R5的值大于R2比R6的值(或者改成R4 R5 > R2 R6),即LM324的2 腳電壓大于3腳電壓進(jìn)而1腳輸出低電平不能通過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器。由繼電器的常閉狀 態(tài)為TL431選擇了 Rll下偏電阻,為充電器選取了 36V的基準(zhǔn)電壓,此時(shí)充電器為36V的充 電器。當(dāng)接入48V的電瓶時(shí),LM324的1腳輸出高電平,繼電器工作為TL431選擇R12下偏 電阻,為充電器選取了 48V的基準(zhǔn)電壓,此時(shí)充電器為48V的充電器。4、指示模塊用4只LED指示燈對充電器的各種工作狀態(tài)及電池兩端電壓進(jìn)行實(shí) 時(shí)指示。指示部分分充電器工作狀態(tài)指示部分和電池實(shí)時(shí)指示部分。充電器工作狀態(tài)指示 部分實(shí)時(shí)指示當(dāng)前充電器工作在何種狀態(tài),包括恒流充狀態(tài)、涓流充狀態(tài)、36V充電、48V充 電、電池充滿、涓流保持狀態(tài)等等。電池實(shí)時(shí)指示部分是通過4個(gè)LED指示燈實(shí)時(shí)指示當(dāng)前 充電電池的電壓及充電電壓。使充電器的工作過程更直觀人性化。5、綜合檢測控制模塊本部分為整個(gè)充電器工作的核心,進(jìn)行參數(shù)的綜合處理,使 各個(gè)工作模塊的工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一。綜合檢測控制部分核心為TL3842P和LM324,這兩片芯片價(jià) 格實(shí)惠、性能可靠,可很好的達(dá)到設(shè)計(jì)目的。
權(quán)利要求全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器,其特征在于,主要由下述模塊構(gòu)成 電池檢測分析模塊,主要由LM324比較器、分壓網(wǎng)絡(luò)和繼電器單元構(gòu)成,用于檢測預(yù)充電電池是36V或48V的電瓶車電瓶,為充電模塊提供參數(shù)并控制其工作狀態(tài); 充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊,主要由LM324比較器構(gòu)成,用于處理充電模塊得到的參數(shù),并發(fā)出調(diào)整充電器工作狀態(tài)所需的參數(shù); 綜合控制檢測模塊,進(jìn)行參數(shù)的綜合處理,使各個(gè)工作模塊的工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一; 充電模塊,主要由TL3842P、TL431、LM324和高頻變壓器構(gòu)成的開關(guān)型充電電路構(gòu)成;通過LM324實(shí)時(shí)進(jìn)行電壓比較來實(shí)現(xiàn)對電池電壓變化的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)電池的充電自停,通過所述TL3842P的PWM控制的占空比調(diào)整處理控制實(shí)現(xiàn)電池的充電電壓;在綜合控制檢測模塊、充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊的共同作用下實(shí)現(xiàn)對36V或48V充電; 指示模塊,對充電器的各工作狀態(tài)及電池電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器,其特征在于, 所述指示模塊分為充電器工作狀態(tài)指示單元和電池實(shí)時(shí)指示單元,所述充電器工作狀態(tài)指 示單元實(shí)時(shí)指示當(dāng)前充電器工作處在何種狀態(tài);所述電池實(shí)時(shí)指示單元通過4只LED指示 燈實(shí)時(shí)指示當(dāng)前充電電池的電壓及充電電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器,其特征在于, 所述綜合控制檢測模塊的核心為TL3842P和LM324。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全自動(dòng)36V或48V智能一體快速電瓶車充電器。其主要由電池檢測分析模塊、充電參數(shù)調(diào)整與動(dòng)態(tài)控制模塊、綜合控制檢測模塊、充電模塊和指示模塊構(gòu)成。該充電器采用TL3842P、LM324為控制單元,將蓄電池的預(yù)充電控制、快速充電控制、補(bǔ)充充電控制和涓流充電控制四個(gè)過程集于一體,完成對充電執(zhí)行電路的全過程控制,能極大改善充電水平,從而有效提高電池的實(shí)際使用壽命。自動(dòng)識(shí)別不同種類的電池,根據(jù)其最佳充電曲線自動(dòng)對控制器里的充電程序進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,完成對不同類型的蓄電池充電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201708569SQ20102024066
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者于會(huì)山, 劉文婷, 王保杰, 馬玲軍, 高全喜 申請人:聊城大學(xué)