CN103490484B - 电动车充电器模糊控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车充电器模糊控制器，其采用模糊控制技术，控制向所适用的充电器提供或切断交流电源，它通过粗略判断输入电动车充电器的交流电源电流大小以确定充电器是否转换为浮充或停充电状态，设置浮充延时时间以弥补判断的误差，并为电池充电提供一定的浮充时间，设置超时计时时间以限制充电器的异常工作时间，防止系统故障扩大，设置逻辑判断电路以协调控制本发明的有序运转。

Description

电动车充电器模糊控制器

技术领域

本发明涉及一种电动车充电器模糊控制器，其采用模糊控制技术，根据设定的大概控制量值控制向所适用的充电器供、断交流电源。

背景技术

电动车充电器是使用非常广泛的电池充电装置，现在所使用的电动车充电器一般都是智能的，在充电器的交流电源线上连接有插头，以方便地连接至交流市电电网为其供电，其通常采用两种方式连接至交流市电电网。

1、直接将充电器通过插头-插座连接至交流市电电网，这种连接方式必须采用人工拔出插头才能切断电源，不能很好的掌握充电器的断电时刻，使用很不方便，断电过早则导致电池充电不足，容易使电池极板极化，断电过晚则浪费电能，特别是对于因电池缺水或其它故障导致充电器不能进入浮充或停充状态，将会导致损害电池，甚至引起火灾。

2、将充电器通过市售的时间控制器连接至交流市电电网，其采用人工凭直觉或经验设定延时时间控制切断充电器的交流供电电源，由于不可能合理地设定时间控制器的延时时间，极容易导致过早或过晚切断充电器的供电电源，并且容易使用户忽视充电系统存在的故障，其不利影响也是显而易见的。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题为：提供一种安全可靠、使用方便，能够合理控制向电动车充电器提供交流电源时间的电动车充电器模糊控制器。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的方案是：

第一、判断输入电动车充电器的交流电流大小、浮充延时时间和超时计时时间是所述的电动车充电器模糊控制器的三个主要判断控制量，控制器首先测量充电器交流供电电流的大小，根据该电流大小粗略地判断充电器所处的工作状态，当该电流小于预先设定的基准值时，就认为充电器进入浮充或停充状态，控制器开始浮充延时计时，当浮充延时计时完成时，控制器切断对充电器的供电，完成正常的充电工作过程，电池的电量已充足；超时定时器从充电器开始工作就开始计时，当超时计时时间结束而本发明依然没有完成完整的正常充电控制过程时，则本发明认为充电系统存在故障，控制器会在超时计时时间到达时切断对充电器的供电，以防止系统故障扩大；设置状态指示电路实时显示控制器所处的工作状态，便于用户操作。

第二、采用模糊控制技术，控制器设定的控制量值是模糊值，即大约值或大概值，根据这些值粗略地判断充电器所处的工作状态；这些值适用于所有适用的充电器，但并不能完全非常准确的代表具体使用的充电器的参数，而是将它们设定在能够使所适用的充电器正常工作的合理区间内。

第三、在硬件方面，本发明所述的电动车充电器模糊控制器使用电流互感器或采样电阻测量负载通过的交流电源电流，电流互感器的原边和采样电阻与负载串联，并且通过负载的交流电源电流会在采样电阻上产生端电压，使用此端电压作为输入的控制电量来间接地反映负载电流大小；使用电磁式继电器控制接通或关断充电器的交流电源；本发明的输出连接安装插座端口，充电器通过该插座连接至本发明，工作时充电器的电源插头插入该插座，以适应用户的使用习惯，便于实现充电器与本发明的方便快捷连接。

所述的电动车模糊充电控制器包括电流采样、电流-电压变换整理电路、电压判断、浮充延时、超时计时、逻辑判断、状态指示、驱动电路和电源电路。

所述的电动车充电器模糊控制器的电气负载是电动车充电器，电流采样电路包括与负载串联的采样电阻或电流互感器。

通过负载的电流等于通过采样电阻的电流，根据欧姆定律，电阻的端电压与通过它的电流呈线性正比关系，所以使用采样电阻的端电压作为输入的控制电量来间接真实地反映负载电流大小，即采样电阻也同时完成了把电流信号转换为电压信号；采样电阻的端电压幅值很低，相比充电器的额定电压可忽略不计，以免影响充电器的正常工作。

现有的电动车充电器采样高频电能变换技术，其交流侧的供电电流包含大量的高频交流成分，会使采样电阻的端电压出现同样的高频交流成分，容易使控制器误动作，本发明设置了电流-电压变换整理电路，把通过采样电阻的或电流互感器的负载电流信号转换为电压信号，消除高频信号的不利影响，同时对其中的有用信号加以适当放大，并变换为适用后续电路需要的直流电压信号。

用电压比较器实现电压判断功能，将整理后输出的直流电压信号与设定的基准值比较，粗略判断充电器是否转换为浮充或停充电状态，输出高电平或低电平信号。

由于采用模糊控制技术，本发明设置浮充延时电路，以弥补电压判断的误差，当电压比较器输出的信号是表示充电器转换为浮充或停充电状态时，启动浮充延时电路开始计时，计时结束后，继电器动作，切断向充电器的供电，正常的充电工作流程结束。

对于日常所用的电动车充电器，通过充电器的电源电流主要是有效的充电电流分量，其空载电流分量很低，充电器在转换为浮充或停充电前，其交流电源电流是逐渐下降的，在充电器转换为浮充或停充电状态的时刻，此电源电流将从高值突降至很小的值，不同的充电器即使向相同的电池充电，该电源电流高值和低值也是不同的；对于常用电动车电池容量范围内，相对于正常的电池充电电流，电池的充电转换电流的离散程度不大，所以充电器的电源电流高值和低值的离散程度不大，导致本发明连接不同的充电器时，其启动浮充延时电路开始计时的时刻是不同的，其可能被该电源电流的高值或低值启动，但此启动的时间误差不大，所以设定的浮充延时时间并不是准确的电池实际所需浮充时间，而是为了确保能使充电器能够安全、合适地充满电池电量并为电池充电提供一定的浮充时间而合理设定的模糊延时时间。

本发明设置超时延时电路，此延时时间是保护时间，当超时计时时间到达时，本发明切断向充电器供电，以防因电池缺水或其它故障导致充电器不能进入浮充或停充状态而导致损害电池，甚至引起火灾。

本发明设置逻辑判断电路，所述逻辑判断电路作为本发明所述的电动车充电器模糊控制器的控制核心以协调控制本发明的有序运转；设置驱动电路用于激励控制负载。

为了实时显示故障状态，以提醒用户及时处理，当超时计时时间结束并切断对充电器的供电后，继续保持电源电路对本发明的供电，当本发明完成完整的正常充电控制过程并切断对充电器的供电后，根据不同的应用要求，选择继续保持或切断电源电路对本发明的供电。

电源电路把交流市电转换为直流电，用于向本发明提供工作所需的合适的直流电源。

本发明所述的电动车充电器模糊控制器所具有的有益效果为：本发明适用于控制电动车充电器的合理工作时间，使用方便、安全、可靠；本发明采用模糊控制技术，控制方法简单，容易实施设计生产；通过对充电器工作状态的模糊判断和设定浮充延时时间，能够确保使充电器向电池充满电量，并为电池充电提供一定的浮充时间；设置超时延时电路，能够防止因电池缺水或其它故障导致充电器不能进入浮充或停充状态而导致损害电池，甚至引起火灾的风险；通过设置逻辑判断电路有利于实现系统的模块化、智能化和系统功能的灵活扩展。

附图说明

图1所示为本发明的总体原理方框图；

图2所示为本发明的一个实施例电气原理图；

图3所示为本发明在整个充电系统中的连接关系和所处位置示意图；

图4所示为本发明的电流采样电路采用电流互感器时的实施例局部电路连接关系示意图；

图5所示为本发明具有选择性断电功能的主电路实施例局部电路示意图；

图6所示为本发明具有选择性断电功能的控制电路实施例局部电路示意图；

图7所示为本发明采用单片机的实施例原理示意图；

其中在图1中，负载指的是电动车充电器；在图2中，R1～R52、电阻R1、采样电阻C1～C19、电容L1、L2、电感D2、稳压二极管D3～D6、发光二极管D1、D7～D13、整流二极管V1～V6、三极管Tr、电流互感器T、降压变压器FU1、FU2、熔断器FZ、负载KA、KA0、继电器SB、复位按钮SB0、启动按钮IC3、IC4、IC5、程控定时器CD4541BE IC7、三端集成稳压器门1～门8、与非门运放1～运放3、集成运算放大器；在图3中，控制器就是本发明所述的电动车充电器模糊控制器；

另外，L、N分别表示交流市电电源的零线和火线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

日常所用的电动车充电器通常采用分阶段的方式对电池实施充电，通过充电器的电源电流主要是有效的充电电流分量，其空载电流分量很低，充电器在转换为浮充或停充电前，其交流电源电流是逐渐下降的，在充电器转换为浮充或停充电状态的时刻，此电源电流将从高值突降至很小的值，本发明通过判断此电源电流的从高值向低值转换来判断充电器是否转换为浮充或停充电状态；但不同的充电器即使向相同的电池充电，该电源电流的高值和低值也是不同的，在一定的电池容量范围内，由于电池的充电转换电流的离散程度不大，所以此电源电流的高值和低值的离散程度不大，针对具体使用的充电器来说，精确的设定判断充电器转换充电状态的电流值是不可能的，因此本发明采用模糊控制技术，粗略地判断充电器是否转换为浮充或停充电状态，同时设置浮充延时时间，以弥补判断的误差，确保充电器的合理工作时间并向电池充足电量，并为电池充电提供一定的浮充时间；在充电器的实际使用过程中，有时会发生因电池缺水或其它故障导致充电器不能进入浮充或停充电状态，从而导致损害电池，甚至引发火灾，本发明设置超时延时时间以防止此类风险的发生，当在超时延时时间到达时，若本发明没有完成对充电器的完整正常充电控制过程，本发明立即切断充电器的交流供电电源，使充电器停止工作。

图1所示为本发明的总体原理方框图，包括电流采样、电流-电压变换整理电路、电压判断、浮充延时、超时计时、逻辑判断、状态指示、驱动电路和电源电路。

电流采样电路测量充电器的交流电源电流；电流-电压变换整理电路把测量的交流电源电流信号转换为电压信号，衰减其中的高频成分，转换为直流电压信号，并对信号进行适当地放大；电压判断电路将输入的直流电压信号与基准电压比较，输出高电平或低电平信号，据此判断充电器是否转换为浮充或停充电状态；当电压判断电路输出的电平信号表示充电器已转换为浮充或停充电状态时，则启动浮充延时电路开始计时，当计时完成后逻辑判断电路转换输出电平，经驱动电路切断对负载的供电，同时复位超时计时电路，完成正常的充电过程；超时计时电路从充电器接通电源开始计时，当在超时延时时间到达时，若正常的充电过程还没有结束，则本发明认为充电系统存在故障，逻辑判断电路转换输出电平，经驱动电路切断对负载的供电；状态指示电路实时显示所述的电动车充电器模糊控制器所处的工作状态，便于用户操作。

图2所示为本发明的一个实施例电气原理图，此实施例采用纯电路硬件实现本发明。

在电路接通电源后，程控定时器IC3的8脚初态为低电平，程控定时器IC4的8脚初态为高电平，所以继电器KA的线圈通电动作接通负载，充电器开始工作。

R1为采样电阻，实现对充电器电源电流的测量，通过充电器的交流电源电流会在R1上产生端电压，根据欧姆定律u＝Ri，此端电压能够真实地反映充电器的电源电流大小，此端电压经L1、L2和C1组成的高频隔离滤波网络输入由运放1为核心组成的放大电路，放大输入信号中的有用低频成分，同时衰减其中无用的高频成分，运放1输出的信号包含一定的交流电压成分，经D1隔离、整流、C8滤波输出完整的直流电压，二极管D1能够使电容C8不向前级放大电路放电，降低电容C8端电压的波动，该直流电压经由运放2为核心组成的放大电路进行适当放大，输出合适的直流电压信号，此直流电压信号输入以运放3为核心组成的迟滞电压比较器进行电压比较，它根据输入的直流电压值输出高电平或低电平，也就是表示充电器是否转换为浮充或停充电状态，低电平表示充电器没有转换为浮充或停充电状态，发光二极管D3点亮，表示充电器处于持续充电状态，高电平则表示充电器已转换为浮充或停充电状态，发光二极管D3熄灭，程控定时器IC3开始计时，即开始浮充延时计时，其8脚初态为低电平，发光二极管D4点亮，当程控定时器IC3计时结束，其8脚输出高电平，使继电器KA的线圈断电动作切断对负载的供电，充电器停止工作，发光二极管D4点亮，同时使IC4的6脚为高电平，复位程控定时器IC4。

程控定时器IC4实现超时计时功能，当IC4的计时结束，而IC3的8脚依然输出低电平时，则认为充电系统存在故障，IC4的8脚输出低电平信号，，使继电器KA的线圈断电动作切断对负载的供电，充电器停止工作，发光二极管D6点亮，同时封锁程控定时器IC3的8脚信号进入IC4的复位端6脚，以记忆这种异常状态，便于提示用户处理；要使电路重新开始工作，可按下复位按钮SB或重新接通电源。

本发明采用电磁式继电器KA控制通、断充电器的交流电源，以降低对充电器的不利影响。

为了适应用户的使用习惯，便于实现充电器与本发明的方便快捷连接，本发明的输出连接安装插座端口，充电器通过该插座连接至本发明，工作时充电器的电源插头插入该插座。

图3所示为本发明在整个充电系统中的连接关系和所处位置示意图，工作时，先把充电器与待充电电池连接好，再把充电器的电源插头插入本发明的插座端口，接通交流市电电源，无需进行任何设置，本发明就会自动实现对充电器的控制，完成充电任务。

图4所示为本发明的电流采样电路采用电流互感器时的实施例局部电路连接关系示意图，图中电流互感器Tr的原边与负载FZ串联，Tr的副边连接至电流-电压变换整理电路以及其它后续电路。

图5所示为本发明具有选择性断电功能的主电路实施例局部电路示意图，图6所示为本发明具有选择性断电功能的控制电路实施例局部电路示意图，图5和图6是在图2的基础上稍加改造实现的具有选择性断电功能的电路实施例局部电路示意图，IC5的8脚初态为低电平，启动按钮SB0的常开触点与继电器KA0的常开触点并联，当按下启动按钮SB0时本发明通电工作，同时继电器KA0的线圈通电动作，其常开触点闭合继续保持电源电路对本发明的供电；当超时计时时间结束并切断对充电器的供电后，IC4和IC5的8脚输出低电平，继电器KA0的线圈继续通电，其常开触点继续闭合以保持电源电路对本发明的供电，以实时显示故障状态，便于提示用户操作；当本发明完成完整的正常充电控制过程并切断对充电器的供电后，IC4的8脚输出高电平，IC5受IC3的启动开始计时，以继续显示电路的工作状态，经过一段延时后，IC5的8脚输出高电平，继电器KA0的线圈断电动作，其常开触点断开，切断电源电路对本发明的供电，以节约电能。

本发明的另一个实施例是采用单片机，编制单片机程序，通过软件程序控制实现上述的电压判断、延时计时和逻辑判断等功能，见图7所示。

以上公布各集成电路型号和其它电路参数的目的是为了更好地说明理解本发明具体实施方式，通过具体实施例更好地理解本发明。

当然，在不脱离本发明的框架的情况下，还可以有其它的选择和发展以及我们能够预想得到的等效装置。

Claims (7)

1.一种电动车充电器模糊控制器，它判断输入电动车充电器的交流电源电流大小和充电时间的长短来控制向充电器供、断电，其特征在于：所述的电动车充电器模糊控制器包括电流采样、电流-电压变换整理电路、电压判断、浮充延时、超时计时、逻辑判断、状态指示、驱动电路和电源电路，所述逻辑判断电路作为所述的电动车充电器模糊控制器的控制核心以协调控制所述的电动车充电器模糊控制器的有序运转，当电压判断电路输出的电平信号表示充电器已转换为浮充或停充电状态时，则启动浮充延时电路开始计时，当计时完成后逻辑判断电路转换输出电平，经驱动电路切断对负载的供电，同时复位超时计时电路，完成正常的充电过程；超时计时电路从充电器接通电源开始计时，当在超时延时时间到达时，若正常的充电过程还没有结束，则所述的电动车充电器模糊控制器认为充电系统存在故障，所述逻辑判断电路转换输出电平，经驱动电路切断对负载的供电；状态指示电路受逻辑判断电路的控制以实时显示所述的电动车充电器模糊控制器所处的工作状态，便于用户操作。

2.根据权利要求1所述的电动车充电器模糊控制器，其特征在于：所述的电动车充电器模糊控制器的电气负载是电动车充电器，电动车充电器模糊控制器的输出连接一个插座端口，正常工作期间该端口电压为市电交流电压，电动车充电器通过该插座端口连接至电动车充电器模糊控制器。

3.根据权利要求1所述的电动车充电器模糊控制器，其特征在于：所述的电动车充电器模糊控制器使用电磁式继电器KA控制负载通、断交流电源。

4.根据权利要求1所述的电动车充电器模糊控制器，其特征在于：使用电流互感器Tr或采样电阻R1测量负载通过FZ的交流电源电流，电流互感器Tr的原边和采样电阻R1与负载FZ串联，并且通过负载FZ的交流电源电流会在采样电阻R1上产生端电压，使用此端电压作为输入的控制电量来间接地反映负载电流大小。

5.根据权利要求1所述的电动车充电器模糊控制器，其特征在于：采用模糊控制技术，判断输入电动车充电器的交流电流大小、浮充延时时间和超时计时时间是所述的电动车充电器模糊控制器的三个主要判断控制量，它们设定在能够使所适用的充电器正常工作的合理区间内，这三个判断控制量值对于具体使用的充电器是模糊值，即大概值，对于所有适用的充电器，采用统一标准的判断控制量值。

6.根据权利要求1所述的电动车充电器模糊控制器，其特征在于：当输入电动车充电器的交流电流值小于某个设定值时，浮充延时开始计时；当浮充延时计时完成后，控制器切断向充电器的供电，充电器停止工作；当超时计时时间结束而所述的电动车充电器模糊控制器依然没有完成完整的正常充电控制过程时，则所述的电动车充电器模糊控制器认为充电系统存在故障，所述的电动车充电器模糊控制器会在超时计时时间到达时切断对充电器的供电，以防系统故障扩大；设置状态指示电路实时显示所述的电动车充电器模糊控制器所处的工作状态。

7.根据权利要求6所述的电动车充电器模糊控制器，其特征在于：当超时计时时间结束并切断对充电器的供电后，继续保持电源电路对所述的电动车充电器模糊控制器的供电，以实时显示故障状态，当所述的电动车充电器模糊控制器完成完整的正常充电控制过程并切断对充电器的供电后，根据不同的应用要求，选择继续保持或切断电源电路对所述的电动车充电器模糊控制器的供电。