CN102496993A - 快速充电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速充电机，三相交流电源接入输入保护电路、桥式整流电路、无源PFC电路、平滑滤波电路、DC/DC变换电路，DC/DC变换电路输出至蓄电池组，微处理器与谐振电压型双环控制电路相连以控制DC/DC变换电路工作，反馈采样电路的反馈信号接入谐振电压型双环控制电路，过温保护电路对谐振电压型双环控制电路进行保护，放电检测电路检测蓄电池组的放电信号，并将放电信号传递给微处理器，充电电压检测电路检测蓄电池组的充电电压，并将信号传递给微处理器，微处理器接充放电参数显示电路、RS485通信接口。本发明对铅酸蓄电池安全快速充电，并提高电动设备的利用率。

Description

快速充电机

技术领域

本发明涉及一种快速充电机，尤其涉及一种对普通铅酸蓄电池进行大电流充电的快速充电机，属于充电设备技术领域。

背景技术

由于能源危机和日益严重的环境污染问题，人们越来越多地将目光投向电动领域。铅酸蓄电池在电动汽车和电动自行车以及EPS应急电源中的应用十分广泛，铅酸蓄电池具有价格低廉、电压稳定、供电可靠等优点，尤其是全密封免维护铅酸蓄电池具有密封好、无泄漏、无污染、无需维护等优点，有良好的应用前景。作为电动车辆动力电源的铅酸蓄电池常规充电往往需要 1 0小时以上，过长的充电时间使电动设备的利用率大大下降。为提高其利用率，现有技术采取提高一次充电的里程数， 即增加电池容量，或备份一组电池的方法， 但是会大大提高设备的成本和更换电池的麻烦。因此，设计开发一种快速充电机，缩短铅酸蓄电池充电时间，提高电动设备的利用率具有十分重要的意义。

电池的快速充电理论最早源于2 0世纪6 0年代中期美国人马斯( J ． A  Ma s ) 的充电曲线，如图1所示，这是马斯采用小容量启动型铅酸蓄电池进行实验而得到的曲线，并可归纳为马斯定律，其主要论点为： 蓄电池是依据其充电接受率而接受充电，即低于曲线值的充电将延长充电时间，但超过曲线值的充电不仅不会缩短充电时间，相反会增高电池气压和温度。由此推论： 蓄电池只有在获得较大的充电接受率而同时能抑制电池析气条件下，方可以在较短的时间内充足电量。依据充电电流特性曲线，在某个时间t 内充入蓄电池的电量为： 

当蓄电池经过长时间(t→∞) 充电而达到额定容量 C时，则 C= I₀/α，即充电电流接受率α是I₀与 C的比值。由此可知，要使电池充电达到预期容量，则充电接受率愈大，充电速度也愈快。由图 1 看出，只要充电电流不超过蓄电池可接受的电流，电池内部就不会产生大量的气体。倘若整个充电过程中实际充电电流始终等于或接近于蓄电池可接受的充电电流，则电量充足的时间将大大缩短，并且电池析气率也能控制在最小范围内。   

   马斯实验表明蓄电池容量越大时，电池可接受的初始充电电流愈大。马斯实验还表明电池接受充电电流的能力，与电池放电电流有关，即放电电流愈大时，可接受的初始充电电流愈大。 进行大电流脉冲充电时，为了消除极化作用，采用短时间的停止充电来解决离子扩散速度低于化学反应速度的问题，浓差极化将会减小；若在短时间停止充电后，接着以大电流进行短暂放电，则积累在正负极板上的电荷迅速消失，电化学极化也得到有效控制，而且可减小电池温升。因为蓄电池放电的电化学反应是吸热反应， 由内阻产生的热量可以被电化学反应吸收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速充电机，对铅酸蓄电池安全快速充电，以降低电动设备的电池成本，并提高电动设备的利用率。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种快速充电机，包括输入保护电路1、桥式整流电路2、无源PFC电路3、平滑滤波电路4、DC/DC变换电路5、谐振电压型双环控制电路6、过温保护电路7、反馈采样电路8、微处理器9、放电检测电路10、RS485通信接口11、充放电参数显示电路12、充电电压检测电路13，三相交流电源接入输入保护电路1，输入保护电路1接桥式整流电路2，桥式整流电路2接无源PFC电路3，无源PFC电路3接平滑滤波电路4，平滑滤波电路4接DC/DC变换电路5，DC/DC变换电路5输出至蓄电池组14，所述微处理器9与谐振电压型双环控制电路6相连，谐振电压型双环控制电路6控制DC/DC变换电路5工作，所述反馈采样电路8的反馈信号接入谐振电压型双环控制电路6，所述过温保护电路7对谐振电压型双环控制电路6进行保护，所述放电检测电路10检测蓄电池组14的放电信号，并将放电信号传递给微处理器9，所述充电电压检测电路13检测蓄电池组14的充电电压，并将信号传递给微处理器9，所述微处理器9接充放电参数显示电路12、RS485通信接口11。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述快速充电机，其中DC/DC变换电路5由18个相同的DC/DC模块串联而成，每个DC/DC模块输出端接一个反向偏置二极管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明研制的蓄电池快速充电机， 以马斯定律为指导，采用脉冲充电和脉冲放电去极化技术，当蓄电池以正脉冲电流充电结束时，立即施加负脉冲电流放电，致使浓差极化和电化学极化电势的影响快速消除。在正负脉冲周而复始作用下，蓄电池就能够快速充足电量。 

附图说明

图1是马斯定律曲线；

图2是本发明的电路结构图；

图3是DC/DC变换电路结构图；

图4是充电电压检测电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。     

如图2所示，本发明包括输入保护电路1、桥式整流电路2、无源PFC电路3、平滑滤波电路4、DC/DC变换电路5、谐振电压型双环控制电路6、过温保护电路7、反馈采样电路8、微处理器9、放电检测电路10、RS485通信接口11、充放电参数显示电路12、充电电压检测电路13，三相交流电源接入输入保护电路1，输入保护电路1接桥式整流电路2，桥式整流电路2接无源PFC电路3，无源PFC电路3接平滑滤波电路4，平滑滤波电路4接DC/DC变换电路5，DC/DC变换电路5输出至蓄电池组14，所述微处理器9与谐振电压型双环控制电路6相连，谐振电压型双环控制电路6控制DC/DC变换电路5工作，所述反馈采样电路8的反馈信号接入谐振电压型双环控制电路6，所述过温保护电路7对谐振电压型双环控制电路6进行保护，所述放电检测电路10检测蓄电池组14的放电信号，并将放电信号传递给微处理器9，所述充电电压检测电路13检测蓄电池组14的充电电压，并将信号传递给微处理器9，所述微处理器9接充放电参数显示电路12、RS485通信接口11。其中DC/DC变换电路5由18个相同的DC/DC模块串联而成，每个DC/DC模块输出端接一个反向偏置二极管。

由于整机输入功率较大，同时考虑开关电源的谐波电流较大，采用三相三线制供电较为合理，所以本充电机采用三相三线380VAC作为整机输入电源。E MC网络由差模滤波器和共模滤波器组合而成。功率因数补偿网络采用无源PFC补偿，由 L C并联网络和串联网络组成。可以将功率因数从 0.7补偿到 0.9以 上。由于输入电压为高压380VAC，整流滤波后达到500V以上，所以DC/DC模块采用了全桥移相谐振软开关技术，实现了功率 MOS管的零电压开关，降低了开关损耗和电压应力，也大大降低了模块的电磁干扰。功率 MOS管选用了耐压为800V的大功率 MOSFET，提高了模块的可靠性。高频变压器选用了钴基非晶材料，由于非晶材料的饱和磁感应强度远大于铁氧体，所以体积小、重量轻，增加了电源模块的功率密度。微处理器9选用TI公司的MSP430F1232型单片机，该单片机属于中档类型，价格较低，功能强大。微处理器9根据对蓄电池实时检测的电压、电流等参数，通过快速充电的数学模型得到实时的充、放电控制指令，分别控制DC/DC变换电路5的充电输出和放电回路的放电，达到快速充电的目的。微处理器9同时将充放电参数送显示器显示。放电是反极化的主要措施，放电回路工作的正常与否，会影响电池在充电过程中的极化反应，微处理器9对放电回路进行实时检测和报警保护，确保放电回路正常工作。 

如图3所示为D C/D C模块的串联组合图 ，每个DC/D C模块输出为 1 5 V /200 A，在本充电机中采用18个相同的模块串联组，其中Dl ～D 18 为反向偏置二极管，在负载短路或在电源开机时，反向偏置二极管提供了一个反向电流的通路，限制了加在各输出端上的反向电压，可以起到保护作用。18个模块串联组合后输出最高可达 270V/200A。用微处理器9控制,使得开关电源给出脉冲电压，对电池快速充电。 

如图4所示为充电电压检测电路13，在此电路中主要运用到U1(型号为A7840)线性光耦，它的主要功能是强、弱电信号的隔离，它的最大输入电压为320mV，差分信号输出方式。内部输入电路有放大作用，且为高阻抗输入，能不失真的传输mV级交、直流信号，输出信号作为后级运算放大器差分输入信号，具有1000倍左右的电压放大倍数。在此电路中，DC+为电池组正极，DC-为电池组负极，电池组电压通过分压电阻R1、R2分压，得到200mV～300mV电压，此电压信号经电阻R3引入到U1（A7840）的2、3输入脚上，经U1实施强、弱电隔离后，形成差分信号输入到U2（OP27）运算放大器的2、3脚，本级电路接成电压跟随器，输出端DCOUT引入单片机AD采样端，通过AD采样计算出实时充电电压。 

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (2)

1. 一种快速充电机，其特征在于，包括输入保护电路（1）、桥式整流电路（2）、无源PFC电路（3）、平滑滤波电路（4）、DC/DC变换电路（5）、谐振电压型双环控制电路（6）、过温保护电路（7）、反馈采样电路（8）、微处理器（9）、放电检测电路（10）、RS485通信接口（11）、充放电参数显示电路（12）、充电电压检测电路（13），三相交流电源接入输入保护电路（1），输入保护电路（1）接桥式整流电路（2），桥式整流电路（2）接无源PFC电路（3），无源PFC电路（3）接平滑滤波电路（4），平滑滤波电路（4）接DC/DC变换电路（5），DC/DC变换电路（5）输出至蓄电池组（14），所述微处理器（9）与谐振电压型双环控制电路（6）相连，谐振电压型双环控制电路（6）控制DC/DC变换电路（5）工作，所述反馈采样电路（8）的反馈信号接入谐振电压型双环控制电路（6），所述过温保护电路（7）对谐振电压型双环控制电路（6）进行保护，所述放电检测电路（10）检测蓄电池组（14）的放电信号，并将放电信号传递给微处理器（9），所述充电电压检测电路（13）检测蓄电池组（14）的充电电压，并将信号传递给微处理器（9），所述微处理器（9）接充放电参数显示电路（12）、RS485通信接口（11）。

2. 如权利要求1所述的快速充电机，其特征在于，所述DC/DC变换电路（5）由18个相同的DC/DC模块串联而成，每个DC/DC模块输出端接一个反向偏置二极管。

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