CN1558524A - 充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明充电装置用于对汽车电池进行充电并帮助汽车起动，其包括将外接交流电压转换为不同的电压输出的变压转换单元；与所述变压转换单元连接、将其交流电转换为直流电输出的整流单元；与所述整流单元连接的功率转换输出单元，其控制所述充电装置的输出；与所述功率转换输出单元连接的起动控制单元，其在起动时控制功率转换输出单元接通，对电池进行能量补充；与所述功率转换输出单元连接的充电控制单元，其控制电池充电过程中功率转换输出单元的接通及关断，使电池充电完成后所述充电装置可自动停止工作；与所述起动控制单元连接的控制开关，其控制起动控制单元发挥作用；及，与所述功率转换输出单元连接用于确保充电装置安全使用的保护单元。

Description

充电装置

技术领域

本发明涉及充电装置，尤其涉及一种可帮助汽车起动的充电装置。

背景技术

汽车中的电池是汽车起动及行使过程中必不可少动力元件之一，传统的汽车电池的充电装置，多为铅酸电池充电装置，其电路结构通常比较复杂。而且，现有汽车充电装置多是采用叠片变压器(EI变压器)，其不但体积重量较大不便于携带、且功率小、震动噪声大、成本也较高。

汽车起动时需要高电流，尤其是在寒冷环境下，需要电池有较高能量才能起动。因此，当电池的能量不够，无法提供起动所需的高电流时，汽车则难以或无法起动。而现有的充电装置无法直接在汽车起动时给电池补充能量，这样，在电池没有足够的能量提供汽车起动所需的高电流时，不能帮助汽车发动机起动。因此，当电池能量较低不能提供足够起动电流时，就必须事先对电池进行充电，经常进行充电操作不但给使用者带来不便，而且此时电池中往往还留有较多的电量，在此时充电，将影响电池的使用寿命。

另外，一般大功率充电装置只对输入单元进行保护，没有对输出单元进行保护，这也不利于对充电电池的保护而且影响充电装置的寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种体积小、重量轻、噪声小、使用安全、可帮助汽车起动的充电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明充电装置用于对电池进行充电并帮助汽车起动，其包括：

变压转换单元，用于将外接交流电压转换为不同的电压输出，其包括环形变压器及与所述环形变压器的初级线圈连接、用于进行不同输出电压选择的转换拔动开关；

与所述变压转换单元输出端连接的整流单元，用于将变压转换单元输出的交流电转换为直流电输出；

与所述整流单元的输出端连接的功率转换输出单元，用于控制所述充电装置的输出，所述功率转换输出单元接通使所述充电装置有输出，所述功率转换输出单元断开使所述充电装置没有输出；

与所述功率转换输出单元连接的起动控制单元，用于在起动时控制接通所述功率转换输出单元，使起动状态时可对电池进行能量补充，使其有足够的能量提供起动所需的电流；

与所述功率转换输出单元连接的充电控制单元，用于控制电池充电过程中接通及关断所述功率转换输出单元，使电池充电完成后所述充电装置可自动停止工作的；

与所述起动控制单元连接的控制开关，用于控制所述起动控制单元发挥作用；及

与所述功率转换输出单元连接用于确保充电装置安全使用的保护单元。

所述充电控制单元进一步包括：

与所述功率转换输出单元输出端连接的检测电路，用于检测电池电压；

与所述检测电路连接的滞回比较电路，用于根据检测电路提供的电压提供控制信号；

与所述滞回比较电路输出端连接的驱动电路，其由滞回比较电路提供的控制信号控制接通或断开，控制所述功率转换输出单元的输出；及

与所述滞回比较电路输入端和整流单元的输出端连接的稳压电路，其分别向所述充电控制电路提供控制电源及向滞回比较电路提供基准电源。

本发明实现的有益效果是：本发明充电装置设有独立于充电控制单元设置的起动控制单元，其可在起动时，控制充电装置对电池实时地进行能量补充，使电池有足够的能量提供起动时所需的电流，从而可帮助汽车起动；

本发明充电装置充电控制单元中的检测电路检测电池电压并反馈至滞回比较电路、由滞回比较电路根据提供的电压产生控制信号控制驱动电路工作，驱动电路接通时能量转换输出单元有输出，驱动电路断开时能量转换输出单元没有输出，从而其可根据电池的充电电压控制充电装置的输出，实现电池充电完成后充电装置自动停止输出；

本发明充电装置的变压转换单元包括环形变压器及与所述环形变压器的初级线圈连接用于进行不同输出电压选择的转换拔动开关，可通过选择初级线圈接入电路的线圈匝数控制输出不同的电压，且由于选用环形变压器而不是体积重量大的叠片变压器作为电压变换装置，使得整个充电装置体积小、重量轻、噪声小、成本较低；

本发明的充电装置设有保护单元，所述保护单元包括串联在所述功率转换输出单元输出支路上电流跳制部件，使充电装置输出支路在长时间输出重负载时可自动断开，保护充电装置不被烧毁。

附图说明

图1是本发明充电装置的结构框图；

图2是本发明充电装置的电路原理图。

具体实施方式

请参照图1，为本发明充电装置的原理框图。本发明充电装置用于对电池80进行充电及帮助汽车等设备起动，其包括变压转换单元20、整流单元30、功率转换输出单元40、起动控制单元50、充电控制单元60及保护单元70。

请参照图2，为本发明充电装置的电路原理图，所述充电装置的输出端一端接地、另一端与所述功率转换输出单元的输出端连接。

所述变压转换单元20用于将外接交流电压转换为不同低压交流电输出，其包括环形变压器T1及与所述环形变压器T1初级线圈连接的转换拔动开关S1。所述环形变压器次级线圈作一端接地、另一端与所述整流单元连接。所述转换拨动开关S1为多路开关，通过其各开关支路分别控制与环形变压器T1初级线圈不同位置的抽头连接，选择接入电路的环形变压器T1的初级线圈的线圈匝数，从而可输出不同的低压交流电。本实施例中，根据初级线圈接入电路的匝数设定开关S1-4为6V/12A档、S1-5为12V/2A档、S1-6为12V/12A档、S1-7为起动档。而且，由于本发明充电装置采用环形变压器进行电压变换，相较传统充电装置中采用的叠片变压器，具有负载能力大，隔离系数高，噪声系数小等特点。

另外，本实施例中，所述环形变压器T1上进一步加设有温度跳制部件RT1，当环形变压器T1的温度达到一定值时，本实施例中设定为温度升高到超过90摄氏度时，该温度跳制就会自动断开，切断交流电源，使充电装置停止工作，从而保护环形变压器避免其由于长时间重负载而烧掉损坏。

所述整流单元30与所述变压转换单元20输出端相连接，用于将变压转换单元20输出的交流电转换为脉动直流电输出。本发明整流单元30采用全波整流型电路以适应输出大电流的需要。选用4个25A二极管D1、D2、D3、D4作为整流子与所述环形变压器T1的次级线圈连接，确保瞬间大电流(如100A)时有足够的能力进行整流。同时，也减少了各整流子对发热能量的承受量。

所述功率转换输出单元40与所述整流单元30的输出端连接，用于控制充电装置输出端的输出。本实施例中，所述功率转换输出单元40包括机械转换的继电器K1，整流单元30的输出端连接至该继电器K1的主从触点。当继电器K1的触点闭合，电路接通其输出端有电信号输出，当继电器K1触点断开时，电路断开，其输出端没有电信号输出。所述继电器K1作为本发明输出通道的主要元件，考虑到大电流的问题，本实施例中，采用30A/277VAC20A/30VDC、COIL:12VDC的大功率继电器。这种类型的继电器可瞬间连续通过100A的电流20秒。

所述起动控制单元与所述功率转换单元40连接，用于在汽车起动时控制所述功率转换输出单元40的接通，对电池80能量进行补充，使电池80有足够的能量提供汽车起动所需的大电流。本实施例中，所述起动控制单元包括三极管Q1，及两端分别与所述三极管Q1的基极、所述继电器K1的输出支路连接的负载电阻R8，所述三极管Q1的集电极与所述继电器K1连接，在起动状态时，其射极接地。当正确接入电池80时，可通过电池80电压使三级管Q1导通，从而继电器K1触点闭合，电路接通将整流后的直流电向输出方向导通自充电装置输出端传输给电池80，对电池80进行能量补充，产生大电流，从而帮助汽车起动。

所述充电控制单元60与所述功率转换单元40连接，用于控制电池80充电过程中所述功率转换输出单元40的接通及关断，使电池80充电完成后充电装置可自动停止工作。

本发明充电装置接入交流电源后，通过环形变压器T1输出低压交流电，再经过整流后输出直流电，由于整流后没有经过滤波，其输出直流电的波形为脉动直流。当充电装置的输出接入电池80后，由于电池80两极间电压的影响，输出电源的波形变得比较平滑；而当输出断开电池80后，输出波形回复为脉动的直流，接入电池80后输出电源波形的峰值比未接入电源时波形峰值低，因此，可通过检测输出的最高峰值将其转化成信号来控制继电器K1停止工作，达到充电装置无输出的目的，使充电装置可自动停止工作。

为实现电池80充电完成后充电装置可自动停止工作，本发明充电控制单元60包括与所述功率转换输出单元40输出端连接的检测电路61、与所述检测电路61连接的滞回比较电路62、与所述滞回比较电路62输出端连接的驱动电路63、及与所述滞回比较电路62及整流单元的输出端连接的稳压电路64。

本实施例中，所述稳压电路64包括TL431三端稳压器U2、滤波电容C1、C3及电阻R1、R2、R3，所述三端稳压器U2的阳极接地，所述滤波电容C1与电阻R1串联后与所述滤波电容C3所在支路并联形成的支路一端接地、另一端与所述三端稳压器阴极连接，所述电阻R2两端分别与所述三端稳压器的参考端及阴极连接，所述电阻R3一端接地、另一端与所述三端稳压器的参考端连接。采用TL431三端稳压器U2在其阴极端的节点100、参考端的节点200可同时得到两组不同的稳压电源，用于分别向充电控制电路60提供控制电源及向滞回比较电路62提供基准电源。

所述检测电路61用于检测电池80电压，本实施例中，所述检测电路61包括串联在所述充电装置输出端之间的可调电阻VR1、固定电阻R11、R12。

所述滞回比较电路62用于根据检测电路61提供的电压向驱动电路63提供控制信号，控制驱动电路63接通或断开。本实施例中，所述滞回比较电路62包括LM358集成电路芯片U1、负载电阻R4、R5及连接在所述LM358集成电路芯片U1引脚2和引脚3之间的电容C2，且所述LM358集成电路芯片U1的引脚1、引脚6短接后与所述电阻R5一端串接，所述电阻R5另一端与所述LM358集成电路芯片U1的引脚3连接后与所述电阻R4串联并与所述稳压电路64中的参考端节点200连接，所述LM358集成电路芯片U1的引脚8也与所述稳压电路64中的参考端节点200连接，获取其工作所需的基准电压；电源引脚8与所述稳压电路64的阴极端节点100连接获取控制电源；输入引脚2与所述检测电路61中固定电阻R11的高电平端连接，获取检测电压；输出引脚7与所述驱动电路63连接输出控制信号；引脚4接地。

所述驱动电路63用于根据所述滞回比较电路62输出的控制信号控制功率转换输出单元40的输出，其包括与LM358集成电路芯片U1输出引脚7连接的电压跟随器631及驱动三级管Q2，所述驱动三级管Q2基极同时连接到电阻R9、R10组成的分压电路及所述电压跟随器631的输出端，且其射极接地，集电极与所述继电器K1连接。所述电阻R9、R10组成的分压电路串联在所述充电装置的输出端之间。所述滞回比较电路62输出的高电平或低电平的控制信号经过电压跟随器控制驱动三极管Q2的导通及关断，从而控制继电器K1通道的接通或断开，使充电装置断开连接时无电压输出，达到控制充电完成后自动终止的目的。

所述保护单元70用于工作过程中对充电装置的保护。其包括用于重负载保护的电流跳制部件71及用于输出短路和反接保护的保护电路72。本实施例中，所述电流跳制部件71采用250VAC/20A 12VDC/24VDC的线路断路器F1，其串联在继电器K1输出的主支路上，该线路断路器F1在通过100A电流时，在5-20秒之间即可断开，从而实现重负载时对充电装置的保护。本实施例中，可以三级管Q1所在电路作为起动状态的短路和反接保护电路；三级管Q2所在电路控制其充电状态时的短路和反接保护电路，所述短路和反接保护电路72通过控制继电器K1的完全断开，达到无电源输出的目的，从而保证充电装置的使用安全性。

另外，为实现起动功能与充电功能的切换，本发明充电装置可进一步设有控制开关S2，将所述控制开关S2为单刀双掷开关，其动触点与所述起动控制单元50的三极管Q1的射极连接，其静触点分别为空置和接地状态，当所述控制开关S2置于S2-1的空置位置时，进入充电功能选项，当其置于S2-2的接地位置时，起动控制单元发挥作用，进入起动功能选项。

所述充电装置输出端的负极还可进一步串联一直流电流表90，该直流电流表90另一端接地，以显示整个充电装置的充电过程中的电流情况。

操作时，将所述充电装置外接220V的交流电源，闭合开关S1-7(即选择起动档)，交流电从N端流经环形变压器T1的初级线圈，经过温度跳制RT1到达L端，形成了闭合回路，同时，在环形变压器T1的次级线圈输出相应的低压交流电。次级线圈输出的交流电经由D1、D2、D3、D4四个整流二极管所组成的全波整流电路整流后，成为脉动直流电，由于此时继电器K1触电没有闭合，所以其输出端无电压输出。再把开关S2拔到S2-2的位置(即起动控制单元发挥作用)，将充电装置输出端的正极和负极分别接入相应的电池80的正极和负极。由于电池80两极间存在一定的电压，因此，此时电池80向继电器K1和三极管Q1供电。即，当电池80的电压经电阻R8给三极管Q1提供足够的基极与发射极间正向导通电压，使三极管Q1处于完全导通状态时，在另一条回路上，电池80输出的电流经继电器K1，三极管Q1到电路的零电位，形成完整的电流回路，继电器K1触点闭合电路接通，整流后的直流电向输出方向导通，经电流跳制F1和输出导线把直流电传输给电池80，对电池80进行能量补充，使其有足够的能量提供起动所需的大电流，从而可以帮助汽车起动。起动后，将电池与充电装置断开即可，由于所述继电器K1主输出支路上串接有电流跳制F1，因此，当起动时间过长时，其可自动跳制，切断输出通路，从而不会烧损充电装置。

将开关S1拔到S1-6档(12V/12A充电档)，开关S2拔到S2-1(充电功能选项)位置，接入220V外接交流电，由于继电器K1还没有开始工作，所以充电装置的输出端没有输出，即输出的短路与反接不会接通电路造成充电装置或电池80的损坏。

当充电装置的输出正确接入电池80的瞬间，进入电池80的自动充电过程，电阻R9、R10组成的分压电路为三级管Q2提供正向的导通电压，使继电器K1的触点闭合，控制继电器K1进入工作状态，将直流电导通输出，再经电流跳制F1和输出导线对电池80进行自动充电。

同时，检测电路61反馈电压信号到集成电路LM358的引脚2，由于刚进入充电状态时的电池80电压比较低，所以集成电路LM358引脚2的电压比引脚3的基准电压低，从引脚7输出低电平，三极管Q3不能控制Q2的基极电压，驱动三级管Q2仍处于导通状态，继电器仍处于工作状态，充电装置继续给电池80充电。当电池80电压上升到一定值(本实施例中为14.60VDC)时，集成电路LM358的引脚2电压比引脚3电压高，集成电路的引脚7输出高电平，经过电阻R7到三级管Q3的基极，使三极管Q3完全导通，从而控制驱动三极管Q2的基极为低电平，Q2不再处于导通状态，继电器K1停止工作，充电装置停止给电池80充电。但是，由于此快速充电后电池80的化学效应，电池80充电并未达到饱和状态，其电压会缓慢的下降，当下降到一定值(本实施例中为13VDC)时，集成电路LM358的引脚2的电压比引脚3的电压低，集成电路的引脚7输出低电平，驱动三级管Q2导通，继电器K1的工作电路又开始工作，再次对电池80进行充电。如此循环，至电池80充电饱和为止，继电器K1停止工作，充电过程自动终止。

另外，当开关S1选择不同值的充电档，开关S2拔到S2-2档时，正确接入电池80后，还可对电池80进行手动充电。电池80提供的电压经电阻R8使二极管Q1完全导通，继电器K1处于工作状态中，外接交流电经交流变压和整流后输出脉动直流直接经输出电线给电池80充电。充电完成后，将电池80与充电装置断开即可。

所述充电装置还可进一步设置工作状态的指示装置，例如设置红色发光二极管，当输出反接电池时点亮；设置绿色发光二极管，当充电结束后点亮。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种充电装置，用于对电池进行充电并帮助设备起动，其特征在于包括：

变压转换单元，用于将外接交流电压转换为不同的电压输出，其包括环形变压器及与所述环形变压器的初级线圈连接、用于进行不同输出电压选择的转换拔动开关；

与所述变压转换单元输出端连接的整流单元，用于将变压转换单元输出的交流电转换为直流电输出；

与所述整流单元的输出端连接的功率转换输出单元，用于控制所述充电装置的输出，所述功率转换输出单元接通使所述充电装置有输出，所述功率转换输出单元断开使所述充电装置没有输出；

与所述功率转换输出单元连接的起动控制单元，用于在起动时控制接通所述功率转换输出单元，使起动状态时可对电池进行能量补充，使其有足够的能量提供起动所需的电流；

与所述功率转换输出单元连接的充电控制单元，用于控制电池充电过程中接通及关断所述功率转换输出单元，使电池充电完成后所述充电装置可自动停止工作的；

与所述起动控制单元连接的控制开关，用于控制所述起动控制单元发挥作用；及

与所述功率转换输出单元连接用于确保充电装置安全使用的保护单元。

2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述充电装置的输出端一端接地、另一端与所述功率转换输出单元的输出端连接，所述环形变压器次级线圈一端接地、一端与所述整流单元输入端连接，所述转换拔动开关为多路开关，其各支路开关分别与环形变压器的初级线圈的不同抽头对应使不同支路开关闭合时将不同匝数线圈接入电路，所述环形变压器初级线圈输入端进一步设有温度跳制部件。

3.如权利要求2所述的充电装置，其特征在于：所述功率转换输出单元包括与所述整流单元输出端连接的继电器，所述继电器的触点闭合接通电路，使输出端有电信号输出，所述继电器触点断开时电路断开，使输出端没有电信号输出。

4.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于：所述起动控制单元包括三极管Q1及两端分别与所述三极管Q1的基极、所述继电器K1的输出支路连接的负载电阻R8，所述三极管Q1的集电极与所述继电器K1连接，所述控制开关为单刀双掷开关，其动触点与所述三极管Q1的射极连接，静触点分别为空置及接地状态，所述控制开关拨至接地触点时，所述的起动控制单元发挥作用。

5.如权利要求4所述的充电装置，其特征在于：所述充电控制单元包括：

与所述功率转换输出单元输出端连接的检测电路，用于检测电池电压；

与所述检测电路连接的滞回比较电路，用于根据检测电路提供的电压提供控制信号；

与所述滞回比较电路输出端连接的驱动电路，其由滞回比较电路提供的控制信号控制接通或断开，控制所述功率转换输出单元的输出；及

与所述滞回比较电路输入端和整流单元的输出端连接的稳压电路，其分别向所述充电控制电路提供控制电源及向滞回比较电路提供基准电源。

6.如权利要求5所述的充电装置，其特征在于：所述检测电路包括串联在充电装置输出端之间的可调电阻VR1、固定电阻R11、R12。

7.如权利要求6所述的充电装置，其特征在于：所述稳压电路包括TL431三端稳压器、滤波电容C1、C3及电阻R1、R2、R3，所述三端稳压器的阳极接地，所述滤波电容C1与电阻R1串联后与所述滤波电容C3所在支路并联形成的支路一端接地、另一端与所述三端稳压器阴极连接，所述电阻R2两端分别与所述三端稳压器的参考端及阴极连接，所述电阻R3一端接地、另一端与所述三端稳压器的参考端连接，所述三端稳压器在其阴极端的节点(100)、参考端的节点(200)同时得到两组稳压电源。

8.如权利要求7所述的充电装置，其特征在于：所述滞回比较电路包括LM358集成电路芯片U1、负载电阻R4、R5及连接在所述LM358集成电路芯片U1引脚2和引脚3之间的电容C2，且所述LM358集成电路芯片U1的引脚1、引脚6短接后与所述电阻R5一端串接，所述电阻R5另一端与所述LM358集成电路芯片U1的引脚3连接后与所述电阻R4串联并与所述稳压电路中的参考端节点(200)连接，所述LM358集成电路芯片U1的引脚8也与所述稳压电路中的参考端节点(200)连接，获取基准电压；电源引脚8与所述稳压电路的阴极端节点(100)连接获取控制电源；输入引脚2与所述检测电路中固定电阻R11的高电平端连接，获取检测电压；输出引脚7与所述驱动电路63连接输出控制信号；引脚4接地。

9.如权利要求8所述的充电装置，其特征在于：所述驱动电路包括与LM358集成电路芯片U1输出引脚7连接的电压跟随器及驱动三级管Q2，所述驱动三级管Q2的基极同时连接到由电阻R9、R10组成的分压电路及所述电压跟随器的输出端，且其射极接地，集电极与所述继电器连接，所述电阻R9、R10组成的分压电路串联在所述充电装置的输出端之间。

10.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述保护单元70包括串联在所述功率转换输出单元输出支路上用于重负载保护的电流跳制部件及用于输出短路和反接保护的保护电路。

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