CN102290846B - 一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路 - Google Patents

一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路 Download PDF

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本发明公开了一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路，其包括稳压电源以及由电阻，三极管、二极管、稳压二极管、瓷片电容所组成电路，以间隙式恒压恒流的方式，通过改变电路内阻，不断调整蓄电池在不同的状态下其所能接受的充电电流，使其充电曲线无限接近蓄电池的最佳充电曲线。这种智能式控制系统有效的解决恒压充电技术以及间隙变电压——恒压充电技术在对电池充电过程中产生的充电电流不能调、充电初期充电电流大并且温度高、易产易产生活性物质脱落现象、控制电路复杂、性价比低及高温环境下充电后期充电电流居高不下等影响电池循环使用寿命的问题，为蓄电池提供了一种最佳的充电方案。

Description

一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路
技术领域
本发明涉及一种蓄电池的充电电路，尤其是一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路。 
背景技术
在我们的日常生活中，蓄电池得到广泛的应用，而由于蓄电池的特殊性，充电方式对其寿命和性能有很大的影响。 
一、我们常用的蓄电池充电理论基础为： 
1、铅酸电池单体的额定电压为2V，正极性物质为二氧化铅，负极性物质为海绵性纯铅，电解液为稀硫酸，放电终了正、负极板上的物质均为硫酸铅，典型的化学反应式为：
            
Figure 497601DEST_PATH_IMAGE002
为使充电电流Ic流过蓄电池，充电电源的电压Uc必须克服蓄电池的电动势E和内阻R产生的压降IcR，即：
Uc=E+IcR
2、美国科学家马斯在20世纪60年代对开口蓄电池的充电过程做了大量的实验和系统的研究，提出了以最低出气率为前提的蓄电池最佳充电接受曲线，如图1所示。其充电接受电流I与充电时间t的指数关系是：
I=I0e-at
上式中：I0--当t=0时蓄电池可能接受的充电电流最大值。
a--最大充电电流随充电时间的变化系数，即充电接受比。 
二、恒压充电技术 
在电池充电的过程中电压始终保持不变的技术即为恒压充电技术，其充电特性曲线图如图2所示，其优点有：在充电初期，充电电流较大，充电速度快，整体充电时间较快，其充电电流曲线接近理想特性曲线。其缺点有：1、电压恒定，充电电流不能调节；2、充电初期，电池极化较为严重，温度高，气泡多；3、充电后期电流较小，极板深处的活性物质不能充分恢复，故不能保证电池彻底充足电；4、在高温环境下，电池因其内阻的变化，导致充电后期充电电流居高不下，这种情况偏离了蓄电池最佳充电接受曲线，严重威胁着电池电使用寿命。
三、间隙变电压--恒压充电技术 
间隙变电压--恒压充电特性曲线图如图3所示。在每个恒压充电阶段，充电电流按照指数规律下降，使整个充电曲线更加符合最佳充电曲线。这种充电技术具有充电时间短，效率高，蓄电池容量恢复彻底等优点，但其缺点有：1、控制电路复杂、价格高；2、充电电流大、温度高；3、易产生活性物质脱落现象；4、充／放电循环次数多，缩短电池的使用寿命。
发明内容
为了克服以上技术的不足，本发明的目的在于提供一种负温度系数可变阻抗式恒压充电技术，并将其应用在应急灯电源--铅酸电池的充电领域里，用一种较为简洁的技术，利用充电电路本身的负温度系数特性，改变电路内阻来解决铅酸电池在高环境温度下由其内阻变小引起过压保护电压升高的问题。 
本发明采取的技术方案是： 
一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路，包括输出电压高于蓄电池电压的稳压电源，所述稳压电源的输出端的正极通过第一电阻和第二电阻分别与NPN型三极管的集电极和基极相连接，所述三极管的发射极直接与蓄电池的正极连接，在所述三极管的基极与发射极间并联有瓷片电容，所述三极管的基极还与负温度系数二极管的阳极相连接，所述负温度系数二极管的阴极与稳压二极管的阴极相连接，所述稳压二极管的阳极与蓄电池的负极以及所述稳压电源输出端的负极连接在一起；所述充电电路以间隙式恒压恒流的方式，通过改变电路内阻，不断调整蓄电池在不同的状态下其所能接受的充电电流，在充电初期，充电电流调整到电池所能接受的最大充电电流，并保持不变，从而最大限度的缩短电池的充电时间；在充电后期以及高温条件下，充电电流逐渐减小到此时电池所能接受的最大充电电流并最终截止，以延长电池使用寿命。
作为以上技术方案的一种改进，所述稳压电源可以采用线性变压器或者开关电源。
本发明的有益效果是： 
本发明所提出的负温度系数可变阻抗式恒压充电技术的核心电路以间隙式恒压恒流的方式，通过改变电路内阻，不断调整蓄电池在不同的状态下其所能接受的充电电流，这种智能式控制系统有效的解决恒压充电技术以及间隙变电压——恒压充电技术在对电池充电过程中产生的充电电流不能调、充电初期充电电流大并且温度高、易产易产生活性物质脱落现象、控制电路复杂、性价比低及高温环境下充电后期充电电流居高不下等影响电池循环使用寿命的问题。本发明为蓄电池提供了一种最佳的充电方案，具有无限接近蓄电池的最佳充电曲线的特性。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 
图1是以最低出气率为前提的蓄电池最佳充电接受曲线图； 
图2是恒压充电技术的充电特性曲线图；
图3是间隙变电压-恒压充电特性曲线图；
图4是本发明的电路示意图。
具体实施方式
参照图4，本发明提出了一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路，其首先通过线性变压器或开关电源为电路提供一个相对稳定的VCC电压，此电压要高于蓄电池的电压。 
所提供的VCC电源正极接有两个电阻（第一电阻R1和第二电阻R2）,其中R1的另一端接NPN三极管Q1的集电极，R2的另一端接NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1的发射极直接与电池的正极连接，瓷片电容C1横跨在NPN三极管Q1的基极与发射极间，负温度系数二极管D1的阳极接NPN三极管Q1的基极，其阴极与稳压二极管Z1的阴极相连，稳压二极管Z1的阳极与电池的负极及稳压电源VCC负极连在一起。 
在VCC提供高于电池电压时，NPN三极管Q1通过第二电阻R2提供其导通的电流，通过调整R1、R2阻值的大小和稳压二极管Z1的稳压值来改变NPN三极管Q1的工作状态，当第一电阻R1两端的压降大于电阻R2两端的压降，即U1>U2，二极管Z1还未击穿导通时，NPN三极管Q1进入饱和工作状态，此时电路电流方向为：VCC提供的NPN三极管Q1基极电流经第二电阻R2流入NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1导通，产生集电极电流，方向为VCC流过第一电阻R1流入NPN三极管Q1的集电极，NPN三极管Q1的基极和集电极汇合一起，从NPN三极管Q1的发射极流出，再流入蓄电池的正极，对蓄电池充电。此时的电池充电电流可以调整到电池所能接受的最大充电电流，且此最大充电电流在充电初期保持不变，从而最大限度的缩短电池的充电时间。 
针对铅酸电池以电池电压的高低来反应电池的电量，在充电过程中，蓄电池逐渐贮存电量，电池电压逐渐升高。充电后期，电池电压在升高，即NPN三极管Q1的发射极电压在升高，导致NPN三极管Q1的基极与发射极压降下降，NPN三极管Q1的基极电流减小，NPN三极管Q1逐渐退出饱和状态进入放大状态，NPN三极管Q1集电极电流随着基极的电流减小而减小。由于负载电流的减小，线性变压器或开关电源的VCC输出电压上升，致使NPN三极管Q1的基极电压增大，当NPN三极管Q1的基极电压达到负温度系数二极管D1和稳压二极管Z1的导通电压之和时，这条支路导通，并释放由VCC提供给NPN三极管Q1的基极电流，致使NPN三极管Q1截止，充电终止。此过程电池电压基本保持不变，充电电流逐渐减小，合理的设置使此阶段的充电电流为此时电池所能接受的最大充电电流。 
在高温环境下，由于蓄电池内阻的减小，使得在相同的VCC电压下有着更大的充电电流。在普通的恒压充电技术下，由于电池内阻的减小，电池电压在同等的电量下比常温条件下的电池电压低，这导致电池长期处在大电流充电状态，电池内部温度升高，引起电池加速水分解，干涸失效，甚至导致电池漏酸，严重地缩短电池的使用寿命。负温度系数可变阻抗式恒压充电技术完全可解决此类问题，过程如下：充电后期，电池电压升高，NPN三极管Q1的发射极电压在升高，NPN三极管Q1的基极与发射极压降下降，NPN三极管Q1的基极电流减小，NPN三极管Q1逐渐退出饱和状态进入放大状态，由于负载电流的减小，线性变压器或开关电源的VCC输出电压上升，致使NPN三极管Q1的基极电压增大，由于环境温度的升高，负温度系数二极管D1和稳压二极管Z1的导通压降都下降了，使得更小的NPN三极管Q1基极电压都可使这条支路导通，使NPN三极管Q1截止，使电池脱离充电后期大电流充电状态，进而保护电池，延长电池使用寿命。 
合理的选择稳压二极管Z1的稳压值和负温度系数二极管D1，恰到好处的设置电池过压保护的电压是此电路的精要所在。 
本发明所提出的负温度系数可变阻抗式恒压充电技术的核心电路以间隙式恒压恒流的方式，通过改变电路内阻，不断调整蓄电池在不同的状态下其所能接受的充电电流，这种智能式控制系统有效的解决恒压充电技术以及间隙变电压——恒压充电技术在对电池充电过程中产生的充电电流不能调、充电初期充电电流大并且温度高、易产易产生活性物质脱落现象、控制电路复杂、性价比低及高温环境下充电后期充电电流居高不下等影响电池循环使用寿命的问题。本发明为蓄电池提供了一种最佳的充电方案，具有无限接近蓄电池的最佳充电曲线的特性。 
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。 

Claims (2)

1.一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路，包括输出电压高于蓄电池电压的稳压电源，其特征在于：所述稳压电源的输出端的正极通过第一电阻（R1）和第二电阻（R2）分别与NPN型三极管（Q1）的集电极和基极相连接，所述三极管（Q1）的发射极直接与蓄电池的正极连接，在所述三极管（Q1）的基极与发射极间并联有瓷片电容（C1），所述三极管（Q1）的基极还与负温度系数二极管（D1）的阳极相连接，所述负温度系数二极管（D1）的阴极与稳压二极管（Z1）的阴极相连接，所述稳压二极管（Z1）的阳极与蓄电池的负极以及所述稳压电源输出端的负极连接在一起；所述充电电路以间隙式恒压恒流的方式，通过改变电路内阻，不断调整蓄电池在不同的状态下其所能接受的充电电流，在充电初期，充电电流调整到电池所能接受的最大充电电流，并保持不变，从而最大限度的缩短电池的充电时间；在充电后期以及高温条件下，充电电流逐渐减小到此时电池所能接受的最大充电电流并最终截止，以延长电池使用寿命。
2.根据权利要求1所述的一种负温度系数可变阻抗式恒压充电电路，其特征在于：所述稳压电源采用线性变压器或者开关电源。
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