CN1219348C - 充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电装置，其特征在于设计了电压检测器、电流检测器、温度检测器，用以采集充电负载的电压、电流、温度等重要参数，经处理后送给具有模糊控制功能的逆变控制器，逆变控制器根据以上数据按照设定的数学规律进行运算，产生用来改变高频逆变器的工作频率和占空比的控制信号，使充电器始终工作在特定的工作状态。本充电装置可应用在电机驱动的车辆及其它器械上，将它装在汽车上配以车载电机及充电自动控制器，能实现汽车的交、直流充电及在线自主充电。该充电装置还能作为电动摩托车、电动自行车、电动滑板车的电池组充电装置，并能与它们装配为一个整体，其用途广泛，性能安全、可靠。

Description

充电装置
技术领域
本发明涉及一种充电装置，尤其是快速交、直流充电装置。
背景技术
现有技术中的充电装置存在着充电时间太长，一般为5-12小时；低温状态下如0℃以下充电困难，大功率充电时会导致电池发热，以及难以消除电池钝化的现象。
发明内容
本发明的第一个目的，在于提供一种既能快速大功率充电，又不会导致电池非正常发热，同时耐侯性好(耐冷)，能消除电池的钝化的充电装置。
本发明的第二个目的在于：在上述基础上提供一种既能适应电源电压波动变化又能方便选择采用不通电压等级的交流或直流充电的电池快速充电装置。
本发明的第三个目的在于：提供一种具有上述充电装置的电动车驱动系统。
本发明的第四个目的在于：提供一种具有在线自主充电的电动车驱动系统。
本发明的第五个目的在于：提供一种具有上述充电装置的电动滑板车。
本发明的第一个目的是这样实现的：一种充电装置，其特征在于：交流输入端1与整流器2连接，整流器2的输出与高频逆变器3的输入端连接，高频逆变器3受逆变控制器4输出的控制信号的控制，高频逆变器3的输出端与高频变压整流器5连接，高频变压整流器5的输出端与负载输入端6连接，负载输入端6分别与电压检测器7、电流检测器8、温度检测器9的输入端连接，而电压检测器7、电流检测器8、温度检测器9采集得到的表示负载的电压、电流、温度的数据经集成电路处理后与逆变控制器4的输入端连接，具有模糊控制功能的逆变控制器4根据输入的数据进行运算，产生用来改变高频逆变器3的工作频率和占空比的控制信号，使充电装置始终工作在特定的工作状态，其中：电压检测器7的连接方式为：负载输入端6的负载电压直接跟电压检测器7的输入端相连接，经电感和第一电解电容器E4后，通过第一电阻R9、齐纳二极管Z1、晶体管N1，由晶体管N1的发射极再通过第二电阻R13连接到集成电路，同时经过电感和第一电解电容器E4后的信号由第三电阻R17及可变电阻P6分压后经第一光耦合器O2与集成电路连接；电流检测器8的连接方式为：表示负载输入端6的电流的信号经变压器T3变压后，经过二极管D5和第二电解电容器E3，并通过第四电阻R14、第五电阻R16分压后，通过第二光耦合器O1、第六电阻R12和集成电路连接；温度检测器9是通过第七电阻R28实现的。
市电交流电经交流输入端1进入，经整流器2转变为脉动直流电，经高频逆变器3转变为高频交流电。该电流是具有一定时间间隔与宽度的脉冲型高频直流电。由于该高频脉冲型有一定的时间间隔，可以有效的给充电过程提供一个吸收析气和热量散失的机会，不致于使密封型电池在大电流充电时产生过大气压力与过热，从而实现安全地快速充电。
上述方案可以这样完善：直流输入端10经防反接保护器11与高频逆变器3的输入端连接，高频逆变器3的输出端经电压转换器12与高频变压整流器5的输入端连接。设计的防反接保护器11的作用是用来防止直流输入端10在意外的情况下接错直流电源的极性，而导致电路损坏。设计电压转换器12的目的在于提高充电器对电源、电压等级的适应性，当输入为不同的等级时，电压转换器会通过继电器的触点将变压器切换到与此电压对应的抽头上。当输入电源为设定电压的直流时，它又会自动将变压器输入端切换到对应的抽头上，来保证该充电器的输出电压固定在一定的范围内不变。
为了保证充电全过程始终处于受控状态，特设计了电压检测器7、电流检测器8、温度检测器9，一来采集充电负载的电压、电流、温度等重要参数，经处理后送给具有模糊控制功能的逆变控制器4，逆变控制器4根据以上数据按照设定的数学规律进行运算，产生用来改变高频逆变器3的工作频率和占空比的控制信号，使充电器始终工作在特定的工作状态。
上述方案可以这样完善：直流输入端10经防反接保护器11与高频逆变器3的输入端连接，高频逆变器3的输出端经电压转换器12与高频变压整流器5的输入端连接。设计的防反接保护器11的作用是用来防止直流输入端10在意外的情况下接错直流电源的极性，而导致电路损坏。设计电压转换器12的目的在于提高充电器对电源、电压等级适应性，当输入为不同的等级时，电压转换器会通过一个继电器的触点将变压器切换到与此电压对应的抽头上。当输入电源为设定电压的直流时，它又会自动将变压器输入端切换到对应的抽头上，来保证该充电器的输出电压固定在一定的范围内不变。
本发明的第三个目的是这样实现的：一种具有上述充电装置的电动车动力系统，其特征在于：充电装置C与电池组15连接，电池组15与电机控制器18连接；电机控制器18与速度控制器20连接，电机21分别通过温度检测器22、电流检测器23、刹车断电器24与电机控制器18连接，电机21的输出端与汽车传动系统25连接。将具有上述特征的充电装置的输出端与电动汽车的电池组15连接，实现对电池组的快速充电及一系列优越性的实现。电机控制器18是将电池组15的电能在受控状态下传递给驱动电机21的重要装置，它是通过控制器20来根据驾驶者的意向改变电动机的转速，从而实现对汽车行驶速度及功率的控制。为了保证电动机、电池组及控制器本身安全、可靠运行，特别设计了温度检测器22、电流检测器23、刹车断电器24等传感系统，用来判断电动机在工作过程中的温度电流等信号。当这些参数超过设定的安全数据时，就会通过控制器中的控制电路来产生保护信号，改变控制器的工作状态，从而有效地保证电机、电池组控制器本身的安全。
本发明的第三个目的可以这样完善：电池组15通过充电自动控制器19与车载发电机16连接，车载发电机16与充电装置C连接。在电动机21与充电装置C之间连接回馈制动器17。由于电池组容量所限，目前的汽车续驶里程受到限制，当电池组缺电时，如无法及时补充电能，汽车无法行走，为此，特设计了电动车车载发电机组16和充电自动控制器19，这样发电机组16可以使用汽油或天然气等燃料，当电池组缺电时，充电自动控制器19就会自动也可以人为控制启动发电机16。发电机可以是各种燃油发电机，也可以是其它发电机，例如：汽油、柴油、天然气、燃料电池、光电池等的发电机。通过车载充电装置将发电机提供的交流电转换为高频脉冲型直流电。通过上述充电装置的输出端6给电池组在线补充电能。能够在线充电的原因是上述充电装置具有恒压、恒流特征，可以完全保证在线充电时与电池组联接的各部分器件电路不被干扰或损坏充电器，充电器本身也不会被烧坏。由于电动车在行驶过程中经常出现下坡、刹车等情况，会导致由于制动而造成的能量损失。本发明充分考虑到这些因素，为了提高电动机的续驶里程，特设计了回馈制动器17，它可以将电动机在出现上述制动过程时产生的电能传给上述充电器的直流输入端，将此部分电能回馈充给电池组保存起来。
本发明的第五个目的是这样实现的：充电装置C与电池组26连接，电池组26与电机控制器27连接，电机控制器27分别与速度控制器28、电机29连接，电机29分别通过温度检测器30、电流检测器31、刹车断电器32与电机控制器27连接，电机29与安装在2个以上滑轮33的滑板34的车身35上的传动系统连接。传统的电动滑板车一般是另附一个充电器，当电池缺电时，用此充电器给它充电，使用麻烦，而且不能方便地在汽车上利用12V直流电源充电。本发明着重解决上述缺点，特别是将上述交直流两用充电装置设置在电动滑板上，使其与电池组连接，使使用者可以自由地根据所在场合方便地选择市电交流电源充电，或者选择汽车上的12V直流充电，而且不需再另外携带充电器，从而实现了电动滑板车的一体化设计。该电动滑板车的工作原理是这样的：电机控制器将电池组的电能有控制地提供给电动机，电动机将电能转变为机械能驱动车轮旋转。为了保证电池组26、电机29和控制器27本身安全可靠地运行，特别设计了电流检测器31、温度检测器30、刹车断电器32、电压检测器36，当这些参数超出设定的数值时，这些装置就会发出信号通过改变控制器27的工作状态来保护电池组、电机和控制器本身。
本发明由于采用了高频逆变及变压整流电路结构，产生了如下积极效果：1、可以实现电池的快速充电；2、可以消除电池的钝化，尤其是镍-铬电池的钝化；3、可以将充电器的体积大大减小，从而可以实现将这种充电器用于装配空间受到限制的场合，如用于电动汽车、电动摩托车、电动自行车、电动滑板车等场合；4、由于采用了交直流两种电源供电电路方式和电压转换器，可以自动适应不同电压等级的交流电源的功能。
本发明由于采用了上述充电装置，电动车具有了上述良好的充电功能，而且，为了使电动汽车能够完好运行，该车动力系统还设计了集充电、控制、检测、电能回收于一体的完整电路结构系统。
本发明由于采用了上述充电装置，电动滑板车能够将充电装置置于滑板车上，无需另附充电器；并且可以自由地选择不同电压等级的交流电源或汽车的12V直流充电。
附图说明
图1：本发明的一种充电装置的结构示意图；
图2：本发明的一种电动车动力系统的结构示意图；
图3：本发明的一种电动滑板车的电路结构示意图；
图4：图3的电动滑板车的一种结构示意图；
图4-1：电动滑板横向剖面图；
图5：本发明的一种充电装置产品电路图；
图6：本发明的一种电动滑板车的产品电路图；
图7：本发明的一种电动车的产品结构示意图；
图8：本发明的一种电动摩托车的产品零部件装配图。
具体实施方式
实施例1：一种快速交直流两用充电器
参见图1、图5，交流输入端1包括连接交流输入电源的两个接线端子和保险F1整流器2，是由R1、R2、R3、R4、R7、L2、C3、C4、C6、T1、T2、B1组成的整流、滤波电路。
高频逆变器3由E1、E2、M1、M2、S4、C8、R15组成。
高频变压整流器5由T4、D2、D3、C2、R8组成。
输出端6由输出正负接线端子、地线、IC1的POW脚组成。
电压检测器7由R17、R9、N1、Z1、P6、E4、O2、I1、R13组成。
电流检测器8由T3、D5、E3、R14、R16、O1、R12、IC1的W脚、地线组成。
温度检测器9由R28、IC1、的W脚、地线组成。
逆变控制器4由T5、D7、D6、R25、R26、N3、N4、N5、N6、E6、E7组成。
直流输入端10由接与防反保护器11输入端的一个专用直流插座组成。
防反保护器11由D8组成。主要用来防止直流输入端由于意外将极性接反时损坏电路。
电压转换器12由S4组成。当输入电压等级不同时，它会根据预先设定将变压器的输入端抽头端抽头调到相应的位置，保证充电器输出电压不变。当采用直流时，可采用专门设定的直流输入端插孔，电压转换器又能自动将变压器输入端抽头调到预先设定的位置。
实施例2：一种带快速交直流两用充电器可在先充电的电动汽车动力系统。
参见图2、图7：
(C)为实施例1的快速车载在线充电器
(15)为电动车的可充电电池组，一般为铅一酸蓄电池
(16)为车载交流燃气发电机
(17)是由自动接触器组成的回馈制动器
(18)为中山市发思特电源有限公司(广东)制造的FK-300130型电动汽车控制器
(19)充电自动控制器19由接触器、电压传感器等组成
(20)由带磁霍尔传感器、调节器的手把组成
(21)为复合励磁或重载启动永磁直流电动机
(22)由温度传感器组成
(23)由电流传感器组成
(24)由行程开关组成
(25)由汽车主减速器和传动轴组成
实施例3：一种电动滑板车
参见图3、图4、图4-1、图6，滑板用铝合金型材挤压制作，加工方便。分隔肋板既起分隔作用，又起增加强度作用的盖板，置于空腔上方时可用铝合金板，也可以用木板或塑料成型板，既作踏板，又作元件保护。交直流两用充电器，其电路结构与实施例1相同。
以上是该滑板车的充电装置。交流输入端1是该滑板车连接交流电源进行充电的电源接口。直流输入端10是该滑板车用12V汽车电源充电的电源输入接口。防反接保护器11是防止在意外情况下直流输入端错接极性时造成电器损坏。速度控制器28是驾驶者用来调节电动滑板车行驶速度的控制元件，控制器27是该电动滑板车实现速度控制的重要元件，用来控制电机的功率及对电机、电池等的保护。
实施例4：一种电动摩托车
电动摩托车的快速充电器与实施例1相同。
电动摩托车的动力系统元件的连接关系参见图2。电动摩托车的各个零部件在车身上的装置位置见图8。
(C)为实施例1的快速车载在线充电器
(15)为电动摩托车的可充电电池组，一般为铅-酸蓄电池
(16)为车载交流燃气发电机
(17)是由自动接触器组成的回馈制动器
(18)为中山市发思特电源有限公司(广东)制造的FK-4850型电动摩托车控制器
(19)充电自动控制器19是一个用来判断电池组是否缺电的装置，当电池、电压低于设定值时，它会发出信号，提示操作者，由接触器、电压传感器组成
(20)由带磁霍尔传感器的调节器手把组成
(21)为复合励磁或重载启动永磁直流电动机
(22)由温度传感器组成
(23)由电流传感器组成
(24)由行程开关组成
(25)由摩托车主减速器和传动轴组成

Claims (1)

1、一种充电装置，其特征在于：交流输入端(1)与整流器(2)连接，整流器(2)的输出与高频逆变器(3)的输入端连接，高频逆变器(3)受逆变控制器(4)输出的控制信号的控制，高频逆变器(3)的输出端与高频变压整流器(5)连接，高频变压整流器(5)的输出端与负载输入端(6)连接，负载输入端(6)分别与电压检测器(7)、电流检测器(8)、温度检测器(9)的输入端连接，而电压检测器(7)、电流检测器(8)、温度检测器(9)采集得到的表示负载的电压、电流、温度的数据经集成电路处理后与逆变控制器(4)的输入端连接，具有模糊控制功能的逆变控制器(4)根据输入的数据进行运算，产生用来改变高频逆变器(3)的工作频率和占空比的控制信号，使充电装置始终工作在特定的工作状态，其中：电压检测器(7)的连接方式为：负载输入端(6)的负载电压直接跟电压检测器(7)的输入端相连接，经电感和第一电解电容器(E4)后，通过第一电阻(R9)、齐纳二极管(Z1)、晶体管(N1)，由晶体管(N1)的发射极再通过第二电阻(R13)连接到集成电路，同时经过电感和第一电解电容器(E4)后的信号由第三电阻(R17)及可变电阻(P6)分压后经第一光耦合器(O2)与集成电路连接；电流检测器(8)的连接方式为：表示负载输入端(6)的电流的信号经变压器(T3)变压后，经过二极管(D5)和第二电解电容器(E3)，并通过第四电阻(R14)、第五电阻(R16)分压后，通过第二光耦合器(O1)、第六电阻(R12)和集成电路连接；温度检测器(9)是通过第七电阻(R28)实现的。
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