CN101345424B

CN101345424B - 牵引蓄电池自动充电机

Info

Publication number: CN101345424B
Application number: CN2007100168587A
Authority: CN
Inventors: 王培寿; 聂斌; 潘伟伟; 李宝军; 郭方营
Original assignee: ZIBO TORCH ENERGY CO Ltd
Current assignee: ZIBO TORCH ENERGY CO Ltd
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: CN101345424A

Abstract

一种牵引蓄电池自动充电机，包括变压器和整流桥，变压器的一次侧连接电源主线，二次侧连接整流桥输入端，整流桥输出端通过熔断保护器连接接线柱，主要技术特点是变压器一次侧设置多个调节抽头，设置由检测单元、微机处理单元和切换单元组成的检测控制模块，检测单元包括电压传感器、电流传感器和温度检测器，检测单元的输出端连接微机处理单元的输入端，微机处理单元的输出端连接切换单元的输入端，切换单元对应设置在电源主线与变压器一次侧各个调节抽头之间。本发明实现了充电机智能化，充电过程无人职守，以最短的时间，最高的效率充电，充电过程中电池发热最少，失水最少，延长了蓄电池的寿命。

Description

牵引蓄电池自动充电机

技术领域：

本发明涉及一种牵引蓄电池自动充电机，属于铅酸蓄电池用自动充电装置领域。

背景技术：

蓄电池属于二次电池，可以通过充电机充电多次使用。但是对蓄电池进行充电需要一定的专业知识。铅酸蓄电池组在使用过程中由于各种原因会使个别蓄电池极板上的活性物质得不到及时恢复，就会产生电池间参数不均衡现象。这样就影响了蓄电池组的容量和寿命，降低了整组电池的使用价值。因此需要每隔一段时间对电池组进行一次均衡充电。现有的一些充电机只能进行简单的充电操作，在充电过程中需要人为进行调节，如果不懂充电技术就不能正确使用好蓄电池，操作不当甚至还会发生爆炸。另一类充电机虽然号称智能型充电机，但是由于对蓄电池充电技术了解的不透彻，充电机性能并不符合蓄电池充电的要求，从而引起蓄电池欠充或过充电，容易损坏蓄电池，大大减少了蓄电池的使用寿命。这样的充电机并不符合蓄电池的充电要求。

发明内容：

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够智能化充电、均衡充电、延长蓄电池使用寿命的牵引蓄电池自动充电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：牵引蓄电池自动充电机，包括变压器和整流桥，变压器的一次侧连接电源主线，二次侧连接整流桥输入端，整流桥输出端通过熔断保护器连接接线柱，其特征在于：所述的变压器一次侧设置多个调节抽头，设置由检测单元、微机处理单元和切换单元组成的检测控制模块，检测单元包括电压传感器、电流传感器和温度检测器，电压传感器和电流传感器设置在整流桥与接线柱之间的导线上，温度检测器设置在变压器上，检测单元的输出端连接微机处理单元的输入端，微机处理单元的输出端连接切换单元的输入端，切换单元对应设置在电源主线与变压器一次侧各个调节抽头之间，温度检测器的常闭触点设置在微机处理单元和切换单元之间的导线上。

在充电过程中检测单元采集反映蓄电池状态的各种参数输送到微机处理单元，微机处理单元对各种信号进行识别，经过内部计算后与预先设定的最优充电曲线参数比较，判断充电状态是否正常，是否充满，是否需要停机，并且通过切换单元控制线路，达到对蓄电池自动充电的目的。

其中最优方案是：

所述检测单元中的电压传感器为连接接线柱正极和微机处理单元输入端的导线(或称电压检测线)。充电时，接线柱与蓄电池的正负极对应，通过连接接线柱正极的导线，取得蓄电池的电压信号。电流传感器主要采用分流器进行采样，既简单可靠又准确。

所述的微机处理单元包括电流转换电路、电压转换电路、报警电路、显示电路、CPU电路、动作电路、电源电路和按钮电路，电流转换电路连接电流传感器和CPU电路的输入端，电压转换电路连接在蓄电池正极的导线和CPU电路的输入端之间，报警电路、显示电路和动作电路连接CPU电路的输出端，按钮电路连接CPU电路的输入端，电源电路连接在接线柱和CPU电路电源接口之间，CPU电路的输入端还连接温度检测器。电流、电压信号经放大滤波等处理进入单片机进行测量处理。CPU电路首先检测充电电流和充电电压并监控充电状态，判断何时充满可以停机，使每一次充电都达到最佳充电效果。

本发明中通过设定变压器参数特性(如变比、阻抗、导磁率)可以使充电过程中的充电电流随着蓄电池状态的变化而变化。充电前期蓄电池接受能力强，充电电流大。后期随着蓄电池电压的升高接受能力变弱，充电电流逐渐减小，以符合蓄电池的自然特性。

微机处理单元中的动作电路包括继电器和驱动电路，驱动电路连接继电器的线圈，继电器的触点连接切换单元。CPU电路发出动作信号，驱动电路驱动继电器动作，通过触点的闭合或者打开，使得切换单元的交流接触器动作。

所述的切换单元包括交流接触器，交流接触器的触点通过导线连接变压器一次侧不同变压比的调节抽头，交流接触器的线圈与继电器触点串联在电源主线的两相之间。通过触点的闭合或者打开切换变压器一次侧的线圈匝数，实现变压比的调整。

与现有技术相比，本发明牵引蓄电池自动充电机所具有的有益效果是：通过在充电过程中实时监控蓄电池状态，自动调整充电电流和充电时间，使蓄电池达到最佳状态。本发明实现了充电机智能化，充电过程无人职守，以最短的时间，最高的效率充电，充电过程中电池发热最少，失水最少，延长了蓄电池的寿命。

本发明有完善的保护措施，能够自动判断出充电过程中是否出现断路，过流，过压，变压器温度过高等现象，出现以上不正常状态时，就停机并报警。充电机输出端装有快速熔断保护器能最大限度的保护充电机和蓄电池的使用安全。本充电机预设有均衡充电程序，通过拨动开关可以在正常充电和均衡充电之间转换。本发明在使用过程中不产生任何能污染大气、水、土壤的有毒有害物质，也不会产生噪音污染，属于环保产品。

本充电机有效的解决了蓄电池充电过程中由于不了解专业知识而产生的一系列问题。经过简单培训就能让操作者熟练的掌握使用，从而达到了简单、易用、好用的目的。而且还能有效延长蓄电池使用寿命，为使用者节约了大量经费，减少了资源利用，达到了一定的环保效果。

附图说明

图1是本发明实施例的原理方框图，

图2是本发明的电路原理图，

图3是本发明的微机处理单元的电路原理图。

图4是本发明的充电曲线图。

在图1-3中：B1、变压器T1、温度传感器RD1、熔断保护器KM1、KM2、KM3交流接触器J1-J3、接口UC1、微机处理单元U1、单片机U2-U4、运算放大器U5、稳压器U6、整流桥U7、DC/DC电路R1-R41、电阻RW1-RW3、电位器C1-C15、电容D1-D7、二极管LED1-LED8、发光二极管CRY1、晶振Z1、稳压二极管T1-T8、三极管K1-K3、继电器IN1-IN4、按钮ST1-ST4、数码管FM1、蜂鸣器。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例作进一步描述：

如图1所示，变压器的一次侧连接电源主线，二次侧连接整流桥输入端，整流桥输出端连接接线柱。检测单元设置在整流桥的输出端和接线柱的导线上，检测单元的输出端连接微机处理单元的输入端，微机处理单元的输出端连接切换单元的输入端。切换单元设置在电源主线和变压器一次侧的导线上。

整流桥输出端和接线柱之间的导线上设置熔断保护器(图2所示)。

微机处理单元、检测单元和切换单元组成检测控制模块。检测单元的电压检测线(电压传感器)和电流传感器设置在整流桥与接线柱之间的导线上(图2所示)。

在充电过程中检测单元采集反映蓄电池状态的各种参数输送到微机处理单元，微机处理单元对各种信号进行识别，经过内部计算后与预先设定的最优充电曲线参数比较，判断充电状态是否正常，是否充满，是否需要停机，并且通过执行单元控制切换线路，已达到对蓄电池的自动充电。变压器温度过高，则切断执行单元和切换线路之间的导线，停止工作。

如图2所示，电源主线通过变压器B1连接整流桥U6，整流桥U6的输出端通过熔断保护器RD1连接接线柱。电流传感器FL1设置在整流桥U6与接线柱之间的导线上，电流传感器FL1输出端连接微机处理单元UC1。接线柱之间连接有DC/DC电路U7的输入端，DC/DC电路U7的输出端连接微机处理单元UC1。

市电380V电源通过交流接触器KM1、KM2给变压器B1停送电来控制，变压器B1得电后输出三相交流电压，经整流桥U6整流后变成直流电，正极直接输出接蓄电池的+极，-极经过熔断保护器RD1，再经过电流传感器FL1，后输出接蓄电池的-极，给蓄电池充电。

检测单元的温度检测器T1设置在变压器B1上。变压器B1的一次侧设置多个调节抽头，切换单元的交流接触器KM1、KM2、KM3的触点KM1-1、KM2-1、KM3-1通过导线连接变压器B1不同变压比的调节抽头。通过触点的闭合或者打开切换变压器一次侧的线圈匝数，实现变压比的调整。变压器B1为高阻抗型变压器，通过控制变压器B1的技术参数达到控制充电电流的目的。在充电初期，蓄电池电压低，变压器输出电流大，随着充电过程的进行，蓄电池电压慢慢升高，变压器输出电流也随之而减小。变压器一次侧有两至三个调节抽头，可以通过两至三个交流接触器进行调节。变压器二次侧也有调节抽头，以适应各种电压环境情况。

电压检测线(电压传感器)为连接接线柱正极的导线。充电时，接线柱与蓄电池的正负极对应，通过连接接线柱正极的导线，取得蓄电池的电压信号，输送到微机处理单元UC1。电流传感器FL1主要采用分流器进行采样，既简单可靠又准确。

切换单元还包括交流接触器KM1、KM2、KM3和继电器K1-K3的触点K1-1、K2-1、K3-1，继电器K1、K2、K3的触点K1-1、K2-1、K3-1分别串联连接交流接触器KM1、KM2、KM3的线圈，然后并联，通过温度检测器T1的常闭触点T1-1、T1-2的串联在电源主线的B、C两相之间。当变压器温度超过设定保护值时传感器动作停止充电，正常情况下不会超过设定值报警。

如图3所示，微机处理单元包括电流转换电路、电压转换电路、报警电路、显示电路、CPU电路、动作电路、电源电路和按钮电路。

电流转换电路连接电流传感器和CPU电路的输入端，输入电流信号，包括电流传感器FL1的输出端通过电容C6接地，同时通过串连的电阻R19、R18连接运算放大器U3的5脚，电阻R19、R18的公共端通过电容C5接地。运算放大器U3的5脚分别通过电容C8、二极管D1、D2接地，6脚通过电阻R20接地，6脚和7脚之间连接有电阻R23，7脚连接3脚，2脚通过电阻R21接地，2脚和1脚之间连接有电位器RW1，1脚连接单片机U1的2脚。

电压转换电路连接在蓄电池正极的导线和CPU电路的输入端之间，输入电压信号，包括导线通过电容C7接地，还通过电阻R15连接接触点。接触点通过串联的电阻R28、R27接地。电阻R28、R27的公共端通过电阻R16连接运算放大器U4的5脚，电阻R28、R27的公共端还设置有2个接触点。运算放大器U4的5脚通过电容C10接地，6脚通过电阻R17接地，6脚和7脚之间连接有电位器RW2，7脚连接单片机U1的3脚。

报警电路包括蜂鸣器FM1、二极管D7、三极管T2和电阻R25，其中蜂鸣器FM1和二极管D7并联连接在+12V电源和三极管T2的集电极之间。三极管T2的射电极接地，基极连接单片机U1的39脚。

显示电路包括数码管电路和发光二极管电路。数码管电路用于显示数字充电参数：充电电流，充电电压，充电时间，充电安时。包括数码管ST1-ST4、电阻R1-R12和三极管T5-T8。电阻R9-R12分别与三极管T5-T8组成数码管驱动电路，数码管ST1-ST4分别通过电阻R1-R8连接单片机U1的27-30脚和19-22脚。发光二极管电路与数码管电路配合，用于显示状态，包括电阻R34-41和发光二极管LED1-LED8，电阻R34-41和发光二极管LED1-LED8分别串联连接在单片机U1的15、16、18、38、37、35、34、33脚和地之间。

CPU电路包括单片机U1、二极管D3、电阻R22、R24、稳压二极管Z1、电位器RW3、电容C1-C3、C14、C15和晶振CRY1，CPU电路按照常规使用方法。电位器RW3与稳压二极管Z1并联连接在单片机U1的5脚和地之间。单片机U1的4脚、12脚、31脚接地，32脚连接+5V，31脚和32脚之间连接有电容C1-C3，5脚通过电阻R24连接+12V，11脚连接+5V，13脚和14脚之间连接电容C14、C15和晶振CRY1组成的时钟电路。

动作电路包括电阻R26-R28、二极管D4-D6、三极管T1、T3、T4和继电器K1-K3。继电器K1和二极管D4并联连接在+12V电源和三极管T1的集电极之间。三极管T1的射电极接地，基极连接单片机U1的40脚。继电器K2和二极管D5并联连接在+12V电源和三极管T3的集电极之间。三极管T3的射电极接地，基极连接单片机U1的36脚。继电器K3和二极管D6并联连接在+12V电源和三极管T4的集电极之间。三极管T4的射电极接地，基极连接单片机U1的9脚。

电源电路包括稳压器U5和电容C4。稳压器U5的输入端连接DC/DC电路U7的输出端，稳压器U5的输入端和地之间连接有电容C4，输出端提供+5V电压。电源采用DC/DC电路，直接从蓄电池获得电源。

按钮电路包括按钮IN1-IN4、电阻R30-R33。按钮IN1-IN4分别连接单片机U1的6、7、8、10脚和地。单片机U1的6、8、7、10脚和+5V之间分别连接有电阻R30-R33。按钮IN1-IN4分别设置为均衡充电、温度、开停和显示功能。

另外，还可以设置备用的模拟输出端口。包括单片机U1的17脚通过电阻R13连接运算放大器U2的5脚。运算放大器U2的5脚通过电容C11接地，6脚通过电阻R29连接单片机U1的2脚，6脚还通过电阻R14接地，6脚和7脚之间连接有电位器RW3，7脚通过电容C12接地，7脚通过导线输出。

如图4所示，本发明采用Wa+Eq充电方式下的充电曲线。

W特性是蓄电池的自然特性，在这种情况下充电，蓄电池的接受能力最好，能使蓄电池充完电后达到最佳状态。

a特性是指蓄电池充满电后，充电机自动判断并停机，即不欠充也不过充。Wa充电曲线就是能自动停机的自然充电曲线，它是一种近似于恒功率充电特性。

Eq是指均衡充电。铅酸蓄电池组在使用过程中由于各种原因会使个别蓄电池极板上的活性物质得不到及时恢复，就会产生电池间参数不均衡现象。这样就影响了蓄电池组的容量和寿命，降低了整组电池的使用价值。因此需要每隔一段时间对电池组进行一次均衡充电。

使用过程：插上电源插头连接电源主线，接线柱连接蓄电池的连接器，启动本发明，开始充电。通过电压检测线取得电压信号，判断充电电压是否正常，正常就继续充电，不正常则停机并报警。通过电流检测器(分流器)检测充电电流是否在正常值范围内，如果电流过高或过低，则通过调节变压器一次侧的交流接触器触点KM1-3，使其依次吸合，达到将充电电流控制在合适值范围内的目的，如果通过调节三个接触器KM1-3，充电电流还不正常时，则停机并报警。在充电全过程中一直监测充电电流和电压，随时根据充电电流变化通过调节接触器从而控制充电电流。

根据充电电压的升高判断充电的每一个阶段。在蓄电池充到总电量的80％时，开始判断充电电压和充电电流是否达到充满电停机的需要条件(此条件需要通过检测充电电流，终止电压和充电时间综合判断)，这个判断过程大约需要4个小时，不同的型号的蓄电池这个判断过程时间长短不一。可以对总的充电过程进行计时监控，总充电过程时间不超过12个小时，如超过则认为蓄电池有问题，需要停机并报警。如果在充电过程中出现电源缺相，则导致充电电流太小，变压器个别线圈因电流太大而温度过高超过温度检测器设定值，则停机并报警。

本充电机有完善的保护措施，能够自动判断出充电过程中是否出现断路，过流，过压，元件温度过高等现象，出现以上不正常状态时，就停机并报警。充电机输出端装有快速熔断保护器能最大限度的保护充电机和蓄电池的使用安全。本充电机预设有均衡充电程序，通过拨动按键IN1、IN2可以在正常充电和均衡充电之间转换。合理使用均衡充电可以延长蓄电池的使用寿命。

本充电机在使用过程中不产生任何能污染大气、水、土壤的有毒有害物质，也不会产生噪音污染，属于环保产品。

Claims

1.一种牵引蓄电池自动充电机，包括变压器和整流桥，变压器的一次侧连接电源主线，二次侧连接整流桥输入端，整流桥输出端通过熔断保护器连接接线柱，其特征在于：所述的变压器一次侧设置多个调节抽头，充电机中设置由检测单元、微机处理单元和切换单元组成的检测控制模块，检测单元包括电压传感器、电流传感器和温度检测器，电压传感器和电流传感器设置在整流桥与接线柱之间的导线上，温度检测器设置在变压器上，检测单元的输出端连接微机处理单元的输入端，微机处理单元的输出端连接切换单元的输入端，切换单元对应设置在电源主线与变压器一次侧各个调节抽头之间，温度检测器的常闭触点设置在微机处理单元和切换单元之间的导线上，所述切换单元包括第一交流接触器(KM1)、第二交流接触器(KM2)、第三交流接触器(KM3)和第一继电器(K1)的触点(K1-1)、第二继电器(K2)的触点(K2-1)、第三继电器(K3)的触点(K3-1)，三个交流接触器的触点通过导线分别连接变压器一次侧不同变压比的调节抽头，第一继电器(K1)的触点(K1-1)、第二继电器(K2)的触点(K2-1)、第三继电器(K3)的触点(K3-1)分别串联连接第一交流接触器(KM1)、第二交流接触器(KM2)、第三交流接触器(KM3)的线圈，然后并联，通过温度检测器(T1)的第一常闭触点(T1-1)、第二常闭触点(T1-2)串联在电源主线的B、C两相之间。

2.根据权利要求1所述的牵引蓄电池自动充电机，其特征在于所述检测单元中的电压传感器为连接接线柱正极和微机处理单元输入端的导线。

3.根据权利要求1所述的牵引蓄电池自动充电机，其特征在于所述微机处理单元包括电流转换电路、电压转换电路、报警电路、显示电路、CPU电路、动作电路、电源电路和按钮电路，电流转换电路连接电流传感器和CPU电路的输入端，电压转换电路连接在蓄电池正极的导线和CPU电路的输入端之间，报警电路、显示电路和动作电路连接CPU电路的输出端，按钮电路连接CPU电路的输入端，电源电路连接在接线柱和CPU电路电源接口之间，CPU电路的输入端还连接温度检测器。

4.根据权利要求3所述的牵引蓄电池自动充电机，其特征在于所述动作电路包括继电器和驱动电路，驱动电路连接继电器的线圈，继电器的触点连接切换单元。