CN103236733A

CN103236733A - 具有延时断电功能的电动自行车充电装置

Info

Publication number: CN103236733A
Application number: CN2013101759772A
Authority: CN
Inventors: 杜江; 王刚
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: CN103236733B

Abstract

本发明是一种具有延时断电功能的电动自行车充电装置。该装置包括充电模块和延时断电模块；所述的充电模块包含输入整流单元，开关功率转换单元、输出整流单元、控制器和充电指示单元；所述的延时断电模块包括阻容降压单元、启动单元、继电器单元和定时控制单元。本发明采用阻容降压电路为所设计电路提供电源，通过NE555芯片定时电路，控制继电器触点的动作实现充电，能够延时阻断浮充电，工作过程自动完成不需要手动开关。浮充电时间在1～2小时范围内可以调节。有效地防止了电池的过充电和欠充电，延长了电池的寿命，同时节约电能。

Description

具有延时断电功能的电动自行车充电装置

技术领域

本发明涉及铅酸电池充电领域，尤其是一种具有延时断电功能的电动自行车充电装置。

背景技术

目前通用的电动自行车充电装置，采用三阶段充电，即恒流充电、恒压充电、浮充电。电池进入浮充电后充电装置以高于电池端电压小电流继续为电池充电，一般经过1～2小时的浮充电电池已经充满并且能够减小电池的硫化现象。但是现有电动自行车充电装置进入浮充电后除非人为断电否则会继续充电，结果是造成电池过充电影响其使用寿命，严重的会使电池过热燃烧。另外，长时间的浮充电造成不必要的能源损失。目前大多数电动自行车电池都处于这样的充电状态下。

发明CN102044901A，名称为“电动自行车充电器自动控制电路及插线板”公开了一种电动自行车自动断电的充电装置，其需要手工开关，充电器不能自动开始充电。

发明内容

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供了一种具有延时断电功能的电动自行车充电装置，能够有效防止电动自行车铅酸蓄电池的过充电和欠充电，可以延长蓄电池的使用寿命，节约电能。

本发明的技术方案为：

一种具有延时断电功能的电动自行车充电装置，该装置包括充电模块和延时断电模块；

所述的充电模块包含输入整流单元，开关功率转换单元、输出整流单元、控制器和充电指示单元；

其中，输入整流单元输出端与开关功率转换单元相连；开关功率转换单元的输出端与输出整流单元相连；输出整流单元输出端与被充电电池组连接；输出整流单元的输出端还和控制器相连；控制器的输出端还分别与开关功率转换单元和充电指示单元相连；充电指示单元与延时断电模块中的定时控制单元相连。

输入整流单元的输入端通过延时断电模块中继电器单元与220V市电相连；

所述的延时断电模块包括阻容降压单元、启动单元、继电器单元和定时控制单元组成；

其中，所述阻容降压单元的输出分别与启动单元和定时控制单元相连，启动单元的输出与定时控制单元相连，定时控制单元与充电模块的充电指示单元相连，其输出与继电器单元相连，继电器单元分别连接着220V市电与充电模块的输入整流单元。

所述的阻容降压单元包括电阻R7、电阻R8，二极管D2、二极管D3、稳压管D4、电容C2和电容C3；220V市电的火线经由电容C2与电阻R7并联电路降压后分别与二极管D3的正极和二极管D2的负极相连，二极管D2的正极接地，二极管D3起整流作用，负极分别接滤波电容C3的正极和限流电阻R8，电容C3的负极接地，电阻R8的另一端接稳压管D4的负极，得到延时断电模块所需直流电源。

所述的启动单元包括继电器K2、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电容C1，控制着延时断电模块的启动。三极管Q1的基极连接着电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别与电阻R1和电容C1的正极相连，所述电阻R1的另一端与阻容降压单元中的稳压管D4的负极相连，电容C1的负极接地；三极管Q1集电极与继电器K2线圈的一端连接，继电器K2线圈的另一端与阻容降压单元中的稳压管D4的负极连接；三极管Q1的发射极接地。

所述定时控制单元包括控制芯片U2、三极管Q2、三极管Q3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5和光耦U1；芯片U2的1脚接地，2脚通过电阻R6连接到4脚、8脚和阻容降压单元中稳压管D4的负极上，并与三极管Q3的集电极相连，3脚连接到所述继电器K1线圈的一端，5脚通过电容C4接地，6脚和7脚相连后连接到三极管Q2的集电极；所述三极管Q3的集电极与电阻R6的一端和芯片U2的2脚相连；三极管Q3基极和电阻R4和电阻R5的一端相连，所述电阻R4的另一端与光耦U1的3脚相连，所述电阻R5的另一端接地；三极管Q3的发射极接地；三级管Q2的集电极连接着电阻R3的一端和电容C5的正极，所述电阻R3的另一端连接到阻容降压单元中的稳压管D4，所述电容C5的负极接地并连接到三极管Q2的发射极；三极管Q2的基极连接到光耦U1的3脚；光耦U1的1脚和2脚串接在所述充电模块的充电指示单元的红色LED的电路中，3脚和4脚与所述继电器K2的常闭触点并联，且4脚连接到阻容降压单元中的稳压管D4的负极；其中控制芯片U2为时基集成电路NE555定时器。

发明的有益效果是：本发明采用阻容降压电路为所设计电路提供电源。通过采用NE555芯片定时电路，控制继电器触点的动作实现充电。本发明能够延时阻断浮充电，工作过程自动完成不需要手动开关。浮充电时间在1～2小时范围内可以调节。有效地防止了电池的过充电和欠充电，延长了电池一半以上的寿命，同时节约电能。

附图说明

图1是本发明充电装置结构框图；

图2是本发明充电装置的延时断电模块的电路原理图。

具体实施方式

本发明参照附图详细说明如下，但仅作说明而不是限制本发明。

本发明具有延时断电功能电动自行车充电装置包括充电模块1和延时断电模块2，其结构框图如图1所示。

充电模块1包含输入整流单元11，开关功率转换单元12、输出整流单元13、控制器14和充电指示单元15；

其中，输入整流单元11输出端与开关功率转换单元12相连；开关功率转换单元12的输出端与输出整流单元13相连；输出整流单元13输出端与被充电电池组连接；输出整流单元13的输出端还和控制器14相连；控制器14的输出端还分别与开关功率转换单元12和充电指示单元15相连；

输入整流单元11的输入端通过延时断电模块2中继电器单元23的继电器K1的常开触点与220V市电相连；

延时断电模块2包括阻容降压单元21、启动单元22、继电器单元23和定时控制单元24；

其中，所述阻容降压单元21的输出分别与启动单元22和定时控制单元24相连，启动单元22的输出与定时控制单元24相连，定时控制单元24与充电模块1的充电指示单元15相连，输出与继电器单元23相连，所述继电器单元23分别连接着220V市电与充电模块1的输入整流单元11。

所述阻容降压单元21的输出与启动单元22和定时控制单元24相连。阻容降压单元21包括电阻R7、电阻R8，二极管D2、二极管D3、稳压管D4、电容C2和电容C3；220V市电的火线经由电容C2与电阻R7并联电路降压后分别与二极管D3的正极和二极管D2的负极相连，二极管D2的正极接地，二极管D3起整流作用，其负极分别接滤波电容C3的正极和限流电阻R8，电容C3的负极接地，电阻R8的另一端接稳压管D4的负极，得到延时断电模块2所需直流电源。

所述启动单元22的输出与定时控制单元24相连。启动单元22包括继电器K2、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电容C1，控制着延时断电模块2的启动。三极管Q1的基极连接着电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别与电阻R1和电容C1的正极相连，所述电阻R1的另一端与阻容降压单元21中的稳压管D4的负极相连，电容C1的负极接地；三极管Q1的集电极与继电器K2线圈的一端连接，继电器K2线圈的另一端与阻容降压单元21中的稳压管D4的负极连接；三极管Q1的发射极接地。

所述定时控制单元24与充电模块1的充电指示单元15相连，输出与继电器单元23相连，控制着继电器K1的通断。如图2所示，所述定时控制单元24包括控制芯片U2、三极管Q2、三极管Q3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5和光耦U1。芯片U2的1脚接地，2脚与三极管Q3的集电极相连，并通过电阻R6连接到4脚、8脚和阻容降压单元21中稳压管D4的负极上，3脚连接到所述继电器K1线圈的一端，5脚通过电容C4接地，6脚和7脚相连后连接到三极管Q2的集电极。所述三级管Q2的集电极连接着电阻R3的一端和电容C5的正极，所述电阻R3的另一端连接到阻容降压单元21中的稳压管D4的负极，所述电容C5的负极接地并连接到三极管Q2的发射极；三极管Q2的基极连接到光耦U1的3脚。所述三极管Q3的集电极与电阻R6的一端和芯片U2的2脚相连；三极管Q3基极和电阻R4和电阻R5的一端相连，所述电阻R4的另一端与光耦U1的3脚相连，所述电阻R5的另一端接地；三极管Q3的发射极接地；所述光耦U1的1脚和2脚串接在所述充电模块1的充电指示单元15的红色LED的电路中，3脚和4脚与所述继电器K2的常闭触点并联，且4脚连接到阻容降压单元21中稳压管D4的负极。其中控制芯片U2为时基集成电路NE555定时器，浮充电时间由R3和C5的参数值决定，R3和C5越大浮充电时间越长。所述的NE555芯片是市售公知产品。

所述继电器单元23连接着220V市电与充电模块1的输入整流单元11，由继电器K1和二极管D1并联组成，二极管D1的正极接地，负极与芯片U2的3脚相连；二极管D1的作用是抑制和吸收反相电动势。

充电模块1采用三段式充电，即恒流、恒压、浮充电。

充电模块1的设计为已知公开技术，这里仅进行简单介绍。

输入整流单元11主要包括二极管组成的全桥整流电路和滤波电容，将220V市电进行整流、滤波得到直流电送入开关功率转换单元12。开关功率转换单元12采用单管反激电路，利用芯片UC3842驱动场效应管实现直流电的逆变，输出一个高频电势到输出整流单元13。输出整流单元13采用二极管构成的半桥整流电路将开关功率单元12得到的高频电势转换为合适的直流电对电池充电。控制器14通过采集充电电流和电压信号，控制电池的充电过程；同时控制器14控制充电指示单元15的显示。充电指示单元15由红绿两色LED灯指示充电状态，在恒压和恒流充电时，红灯常亮，进入浮充电后，绿灯常亮。

下面结合图2对延时断电模块2做详细的说明。

充电装置接上电源后，阻容降压单元21经过电阻R7和电容C2降压，二极管D3整流和稳压管D4稳压得到延时断电模块2的工作电源VD。电源VD通过继电器K2的常闭触点加到三极管Q2Q3的基极上，三极管Q2Q3导通；由于三极管发射极接地，芯片U2的2脚和6脚被拉为低电平。芯片U2的输入2脚和6脚都为低电平控制输出3脚为高电平，使继电器单元23中继电器K1的线圈得电，继电器K1的常开触点闭合，充电模块1与220V市电联通开始对电池充电。充电开始后，所述充电模块1的控制器14控制充电指示单元15中红色LED灯亮，光耦U1输入端得电输出端导通，因为光耦U1输出端与继电器K2的常闭触点为并联连接，此时若电阻R1电容C1的延时时间到则继电器K2的常闭触点断开，三极管Q2Q3继续导通，芯片U2的输入为低电平，输出为高电平，继电器K1得电充电继续进行。

蓄电池进入浮充电后，所述充电模块1的控制器14控制充电指示单元15使得绿灯亮，红灯灭，光耦U1的输出端阻断。这时启动单元22中电阻R1和电容C1所定时间已过，与光耦U1输出端并联的继电器K2的常闭触点也已断开，三级管Q2Q3的基极没有输入电压而截止。此时因为芯片U2的2脚通过电阻R6接到电源VD，2脚电平为电压VD；6脚连接于电阻R3和电容C5之间，其电压无法突变，所以在浮充开始时6脚仍保持低电平；芯片U2的2脚为高电平，6脚为低电平，使3脚的输出保持原来的状态，即仍为高电平，继电器K1继续通电，充电模块1对蓄电池进行浮充电。进行浮充的同时，电源VD通过电阻R3对电容C5充电，充电电压逐渐上升，当电容C5端电压（即芯片U2的6脚电压）上升到2/3VD时，6脚转换为高电平，此时2脚也为高电平，芯片U2的3脚转换为低电平，使得继电器K1的线圈失电，充电模块1与220V市电的连接断开，充电完成。6脚电压上升到2/3VD的时间即为进行浮充电的时间，为1～2小时，由R3和C5的大小决定。

从上面实例我们可以看出，该充电装置可实现对电动自行车蓄电池的充电控制，自动实现充电，并且在电池浮充电1～2小时后自动断电，操作方便安全，有效地防止了电池的过充电和欠充电，延长了电池的寿命，同时节约了电能。按照一辆普通电动自行车的蓄电池来算，如果每天从晚上7点开始充电（下班），4-5小时后开始浮充电，早晨7点断电（上班）。浮充电时间为7-8小时，浮充电电流为200-300毫安左右，电压为220V，则浮充电所消耗的电能约为：200×10^-3A×220V×5h×10^-3=0.22kW·h，其中5小时是扣除了电池必须的1-2小时的浮充电时间。电动自行车数量庞大，节能效果较可观。从延长电池寿命来说，普通电动自行车用蓄电池的正常寿命在1年左右，原因是过长时间的浮充电会损坏蓄电池内部的极板和活性物质使其寿命缩短，在指示灯未灭前说明电池未充满，用户不可停止充电，防止电池的欠充电，减少电池的硫化现象增加其寿命，本发明可控制蓄电池浮充电时间使电池寿命可以延长。

以上未尽事宜为公知技术。

Claims

1.一种具有延时断电功能的电动自行车充电装置，其特征为该装置包括充电模块和延时断电模块；

其中，输入整流单元输出端与开关功率转换单元相连；开关功率转换单元的输出端与输出整流单元相连；输出整流单元输出端与被充电电池组连接；输出整流单元的输出端还和控制器相连；控制器的输出端还分别与开关功率转换单元和充电指示单元相连；充电指示单元与延时断电模块中的定时控制单元相连；

所述的延时断电模块包括阻容降压单元、启动单元、继电器单元和定时控制单元；

2.如权利要求1所述的具有延时断电功能的电动自行车充电装置，其特征为所述的阻容降压单元包括电阻R7、电阻R8，二极管D2、二极管D3、稳压管D4、电容C2和电容C3；220V市电的火线经由电容C2与电阻R7并联电路降压后分别与二极管D3的正极和二极管D2的负极相连，二极管D2的正极接地，二极管D3起整流作用，负极分别接滤波电容C3和限流电阻R8，电容C3的另一端接地，电阻R8的另一端接稳压管D4，得到延时断电模块所需直流电源。

3.如权利要求1所述的具有延时断电功能的电动自行车充电装置，其特征为所述的启动单元包括继电器K2、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电容C1，控制着延时断电模块的启动。三极管Q1的基极连接着电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别与电阻R1和电容C1的正极相连，所述电阻R1的另一端与阻容降压单元中的稳压管D4的负极相连，电容C1的负极接地；三极管Q1集电极与继电器K2线圈的一端连接，继电器K2线圈的另一端与阻容降压单元中的稳压管D4的负极连接；三极管Q1的发射极接地。

4.如权利要求1所述的具有延时断电功能的电动自行车充电装置，其特征为所述定时控制单元包括控制芯片U2、三极管Q2、三极管Q3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C5和光耦U1；芯片U2的1脚接地，2脚通过电阻R6连接到4脚、8脚和阻容降压单元中的稳压管D4上，并与三极管Q3的集电极相连，3脚连接到所述继电器K1线圈的一端，5脚通过电容C4接地，6脚和7脚相连后连接到三极管Q2的集电极；所述三极管Q3的集电极与电阻R6的一端和芯片U2的2脚相连；三极管Q3基极和电阻R4和电阻R5的一端相连，所述电阻R4的另一端与光耦U1的3脚相连，所述电阻R5的另一端接地；三极管Q3的发射极接地；三级管Q2的集电极连接着电阻R3的一端和电容C5的正极，所述电阻R3的另一端连接到阻容降压单元中的稳压管D4，所述电容C5的负极接地并连接到三极管Q2的发射极；三极管Q2的基极连接到光耦U1的3脚；光耦U1的1脚和2脚串接在所述充电模块的充电指示单元的红色LED的电路中，3脚和4脚与所述继电器K2的常闭触点并联，且4脚连接到阻容降压单元中的稳压管D4的负极；其中控制芯片U2为时基集成电路NE555定时器。