CN1521914A

CN1521914A - 用于二次电池充电控制的高智能模糊控制电路

Info

Publication number: CN1521914A
Application number: CNA031180590A
Authority: CN
Inventors: 何毅然; 何镇宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-18

Abstract

本发明为用于二次电池充电控制的高智能模糊控制电路，输出单元1将前级功率变换单元4输出的一路作充电输出而另一路送至输出控制单元3，该单元3将信号送至隔离反馈单元2，而该单元2将控制信号反馈至单元4，形成闭环控制电路。电阻R₁与光电耦合器U₁与R₂并联，再通过并联的R₃与负温度系数热敏电阻RT₁接至电源负端而构成单元3；应用本发明设计的充电装置可对充电电压、电流时间、环境温度、该温度下电池接受能力等诸多参数进行优化模糊控制，使电池在充电过程中按所处自然环境达到平衡，实现充电过程析气量极少、无热积累的特点，还使装置体积小、重量轻、可靠性高、适应范围广。

Description

用于二次电池充电控制的高智能模糊控制电路

技术领域

本发明涉及对二次电池充电过程进行控制的高智能、高效率、高可靠自动充电模糊控制电路。

背景技术

二次蓄电池自发明以来，已有一百多年了，目前广泛应用的有铅酸蓄电池、镉镍电池、镍氢电池、锂电池等。其中铅酸蓄电池具有价格低廉、工艺成熟等优点；镍氢电池、锂电池具有体积小、容量大、对环境无污染等优点，所以它们是对国防科研、交通电力、工农业生产、信息现代化、金融卫生等社会各个方面，有着巨大影响的基础产品。随着社会进步和经济的快速发展，对二次电池的需求与依赖日渐增大，因此二次电池的性能得到极大的提高。而充电基本还是延用历史上传承的恒流、恒压、脉冲及其衍生的充电方法，出现了二次电池产品质量的提高，已大大领先于其充电器技术的进步。因此研究发明出更具技术先进性、更符合客观规律的充电控制电路，以节约资源，减轻报废电池对环境的污染与对有限资源的浪费，进一步提高效益、降低使用成本、延长电池使用寿命，是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是，研制出用于二次电池充电控制的高智能模糊控制电路，它针对二次电池充电的经验数据与客观规律，通过对充电电压、充电电流、环境温度、该温度下电池的接受能力、充电时间等一系列参数进行多参数优化及模糊控制，使该电路的工作性能更符合二次电池放电后的充电恢复特性，使电池在充电过程中按所处自然环境达到平衡。

本发明所述电路的技术方案是，它的电路结构为，输出单元将前级功率变换单元输出的一路作充电输出，另一路接至输出控制单元，该输出控制单元将控制信号送至隔离反馈单元，而所述隔离反馈单元将控制信号反馈至前级功率变换单元而构成闭环控制电路；电阻R₁与线性光电耦合器1的输入侧串联后同电阻R₂并联，再通过并联的电阻R₃与负温度系数热敏电阻RT₁接至电源负端而构成所述输出控制单元，所述隔离反馈单元由线性电耦合器U₁组成且其输出侧将控制信号反馈至前级功率变换单元。

以下做出进一步说明。

参见图1，本发明所述控制电路的组成是，输出单元1将前级功率变换单元4输出的一路作充电输出V_dc，另一路接至输出控制单元3，该输出控制单元3将控制信号送至隔离反馈单元2，而该隔离反馈单元2将控制信号反馈至前级功率变换单元4而构成闭环控制电路；参见图3，电阻R₁与线性光电耦合器U₁的输入侧串联后同电阻R₂并联，再通过并联的电阻R₃与负温度系数热敏电阻RT₁接至电源负端而构成所述输出控制单元3，所述隔离反馈单元2由线性光电耦合器U₁组成且输出侧将控制信号反馈至前级功率变换单元4。

本发明的另一种实施例电路是(参见图4)，电阻R₁与线性光电耦合器U₁的输出侧串联后同电阻R₂并联，通过电阻R₄接至并联的电阻R₃与负温度系数热敏电阻RT₁，电阻R₃与负温度系数热敏电阻RT₁的另一并联端接电源负端，由此构成输出控制单元3。

本发明所述前级功率变换单元4可采用现有技术相应电路。

本发明的工作原理说明如下。

本发明的核心理论是：充电过程中充电控制电路无硬关断，可通过对所处环境与充电电流、充电电压等的不间断监测，实时控制充电装置的输出特性曲线，模拟出在该环境下电池的最佳充电特性曲线，即图1的电池自然接受特性曲线。按客观环境，达到自然平衡充电。

参见图3，所述输出单元1将前级功率变换后的直流电(Vdc)一路作充电输出，一路送至由R₁、R₂、R₃、RT₁组成的输出控制单元3，控制单元3产生的控制信号通过U₁反馈至隔离反馈单元2的另一侧，形成闭环控制。输出的直流电(Vdc)通过R₁、R₂、R₃、RT₁来精确控制，其中R₁、R₂、R₃应选用误差小于0.5％，温漂小于±50ppM的高精度金属膜电阻；RT₁为定制的高精度负温度系数热敏电阻，R₁经U₁(PC817)输入侧与R₂并联，通过并联的R₃与RT₁接至电源负端。当电路正常工作时，经R₁、R₂严格控制，流出U₁、R₂的电流将在R₃、RT₁上产生电压降，随着温度与注入电流的不同，U₁中发光二极管的阴极电压浮置在某一特定范围，这样即可使输出的直流电依充电特性曲线实时可靠调整。控制信号通过光电耦合器U₁(PC817)，反馈至U₁的另一侧，形成完整的闭环反馈电路，其中U₁要选择线性光电耦合器，并且其传输比例要严格控制，耐压一般要大于2500Vac。这个电路可以可靠地实现单节至1+N节电池等的自然平衡充电，但要高精度负温度系数的热敏电阻RT₁支持，否则U₁中发光二极管的阴极电压浮置参数不对，无法达到优良的充电特性。

参见图4，所述输出单元1将前级功率变换后的直流电(Vdc)一路作充电输出，一路送至由R₁、R₂、R₃、R₄、RT₁组成的输出控制单元3，控制单元(3)产生的控制信号通过U₁反馈至隔离反馈单元2的另一侧，形成闭环控制。输出的直流电(Vdc)通过R₁、R₂、R₃、R₄、RT₁来精确控制，其中R₁、R₂、R₃、R₄应选用误差小于0.5％，温漂小于±50ppM的高精度金属膜电阻；RT₁为高精度负温度系数热敏电阻，R₁经U₁(PC817)输入侧与R₂并联，通过R₄接至并联的R₃与RT₁，R₃与RT₁一端接电源负端。当电路正常工作时，经R₁、R₂严格控制，流出U₁、R₂的电流将在R₃、R₄、RT₁上产生电压降，随着温度与注入电流的不同，U₁中发光二极管的阴极电压浮置在某一特定范围，这样即可使输出的直流电依充电特性曲线实时可靠调整。控制信号通过光电耦合器U₁(PC817)，反馈至U₁的另一侧，形成完整的闭环反馈电路，其中U₁要选择线性光电耦合器，并且其传输比例要严格控制，耐压一般要大于2500Vac。这个电路可以可靠地实现中、高电压电池的自然平衡充电，弥补无定制的高阻值高精度负温度系数的热敏电阻RT₁要求。

从整个电路设计可以看出，本发明的最大特点与突破是：通过将U₁中发光二极管的阴极电压按充电特性要求，浮置在特定曲线，使充电输出尽可能接近自然接受特性曲线，实现“自然平衡”充电。也由此可知，本发明为一种新型的充电控制方式———“自然平衡”充电控制。所设计出的充电装置，更符合二次电池放电后的充电恢复特性，并且对任何二次电池的充电，其工作模式一样，只要在个别元件的选择与使用上有所针对即可。而所设计的充电装置，在对电池的整个充电过程中，由于充电装置的高度智能化，即其随环境自动平衡的特性，可以不需要人工进行监测与调整；也绝不存在过充电与充电不足对电池寿命造成的危害，因此可以极大的延长电池的使用寿命；同时该装置通过严格的自动平衡设计与生产控制，使得电池充电过程中析气量极少，也无热积累与爆炸可能。该方法设计的充电装置体积轻巧、适应范围宽。其高智能与高安全性使得操作者无须经过专业培训就可在任何有交流电的地方自由操作。因此它是一个有别于其它充电控制的新型模式，采用本电路设计产生的电池充电装置，有如下的诸多优点。

一、节电。采用本控制电路的充电装置功率变换控制与充电控制融为一体，采用先进的高频开关电源作功率变换，转换效率极高，效率≥80％(可控硅、开关电源与专用芯片控制相结合难于达到)。

二、高安全性。采用本控制电路的充电装置因为通过隔离反馈单元，完成闭环控制，所以很容易使隔离电压大于2500Vac甚至更高，漏电流也很小，有效保证了操作人员的人身安全。

三、延长寿命。采用本控制电路的充电装置，在充电开始后，会自动侦测电池的放电深度，以一系列由小到大，由窄到宽的电流脉冲序列对该环境下电池的受电能力进行探测与化学分子反应的激活。进行预充，当达到特定条件后，转入正常充电，这样可以大大提高电池使用寿命(这是一般充电方法没有的特点)。

四、全自动。采用本控制电路的充电装置，具有电池电压、充电电流、环境温度、充电时间、掉电后恢复等自动检测功能，在整个充电过程中根本不必人为控制。转入正常充电后，充电装置会以一种电压引导的方式，使电池逐渐恢复容量，最后转入有别于浮充与点滴充电的微电流补充充电。因此可以保证电池即使长期接在充电装置上充电，也不会影响电池的寿命。

五、复活电池。采用本控制电路的充电装置，会产生可变的电流脉冲序列，采用该装置给电池充电，经几次充放循环后可恢复钝化了的电池。

六、体积小、重量轻。采用本控制电路的充电装置其体积、重量只有同等普通开关电源充电器的1/3以下，可控硅式的1/10以下。

七、适应广与适用广。采用本控制电路的充电装置，采用优质开关电源作功率变换，输入的交流电范围极宽在100V～240Vac，47～63Hz的条件下都可以正常工作，在环境温度-10℃～45℃下都可以使电池充满又不过充；采用本控制电路的充电装置，可广泛适用于铅酸、镉镍、镍氢、锂电池等多品种电池的充电，小到普通的单节AAA、AA充电电池，大到大型的串联充电电池组都可采用同样的控制电路。

八、环境要求低。采用本控制电路的充电装置，在整个充电过程中电池析气量极少，电解液温度几乎没有升高，电池不可能发生热积累与爆炸。采用外接保险，电池极性反接也有保护，因此对充电环境要求不高。

九、无污染。采用本控制电路的充电装置，在整个电池充电过程中电池析气量极小，能十分有效的防止有害气体的产生，采用高频开关电源，无低频噪声污染。

十、以变应变。“自然平衡”充电法既非恒压充电也非恒流充电，也不是两充电方式的简单结合，虽有脉冲电流序列输出但也完全不同于脉冲充电。而是吸取三种充电方式的长处，达到以变应变，实时调整，因此对电池的适应能力非常强。

十一、可靠性。采用本控制电路的充电装置不怕掉电，充电过程中，没有硬关断，它按特有的，不同于浮充与点滴充电的微电流充电方式，来弥补电池充满后自放电对电池实际容量下降造成的影响，保证电池的电量始终处在最高值。

十二、经济性。因为：1、安全系数高，无须专业人员操作，可以大范围推广使用，免除培训专业人员的费用。2、充电效率高：达到优质开关电源的效率，所以市电转化率高。3、可以极大的延长电池使用寿命。

附图说明

图1是二次电池自然接受特性曲线(I为充电电流，t为时间)；

图2是本发明电路框图；

图3是一种实际电路图；

图4是另一种实施例电路图。

在附图中：

1-输出单元，2-隔离反馈单元，

3-输出控制单元，4-前级功率变换单元。

具体实施方式

实施例1：实际电路如图3所示。

实施例2：实际电路如图4所示。

Claims

1、一种用于二次电池充电控制的高智能模糊控制电路，其特征是，它的电路结构为，输出单元1将前级功率变换单元4输出的一路作充电输出V_dc，另一路接至输出控制单元3，该输出控制单元3将控制信号送至隔离反馈单元2，而该隔离反馈单元2将控制信号反馈至前级功率变换单元4而构成闭环控制电路；电阻R₁与线性光电耦合器U₁的输入侧串联后同电阻R₂并联，再通过并联的电阻R₃与负温度系数热敏电阻RT₁接至电源负端而构成所述输出控制单元3，所述隔离反馈单元2由线性光电耦合器U₁组成且输出侧将控制信号反馈至前级功率变换单元4。

2、根据权利要求1所述的用于二次电池充电控制的高智能模糊控制电路，其特征是，电阻R₁与线性光电耦合器U₁的输入侧串联后同电阻R₂并联，通过电阻R₄接至并联的电阻R₃与负温度系数热敏电阻RT₁，电阻R₃与负温度系数热敏电阻RT₁另一并联端接电源负端而构成输出控制单元3。