一种带自动温度补偿功能的电动车充电器
技术领域
本实用新型是一种带自动温度补偿功能的电动车充电器,属于带自动温度补偿功能的电动车充电器的改造技术。
背景技术
目前电动车市场使用的电动车充电器多为三段式充电器,从近几年的使用情况来看,三段式充电器普遍存在一个问题。以铅酸蓄电池组为例,充电器充电参数的设定主要考虑了充电电压和充电电流,充电电压主要与电池充得满不满有关,充电电流主要与充电充得快不快有关,也就是说在设计过程中只考虑了以上情况以及所配电池单体极板面积大小、电极特性、电解液密度等因素的影响,没有考虑蓄电池受环境温度的影响,实际上电池的这种负温度特性会影响到电池的容量和寿命。
在我国几乎所有的地区,使用无温度补偿的充电器,都会对电池造成损害。夏季过充,冬季欠充,过充和欠充容易造成电池失水和硫酸盐化,电池失水后,硫酸浓度提高,加剧了板极腐蚀,就更容易产生硫酸盐化,硫酸盐化的电池表现为更容易失水,这会形成一种连锁的反应。铅酸电池硫酸盐化会严重影响到电动车续驶里程和电池使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种根据环境温度的变化来对充电电压进行自动调节的带自动温度补偿功能的电动车充电器。
本实用新型的技术方案是:包括有输入EMI滤波整流电路、PWM控制驱动电路、输出整流滤波及电压反馈电路、充电电流检测电路,其中输出整流滤波及电压反馈电路包括输出整流滤波电路和电压反馈电路,输入EMI滤波整流电路的输出端与PWM控制驱动电路的输入端相连,输出整流滤波及电压反馈电路的输出端与PWM控制驱动电路的反馈输入端相连,充电电流检测电路输入端与输出整流滤波及电压反馈电路中的输出整流滤波电路的输出端相连,充电电流检测电路的输出端与输出整流滤波及电压反馈电路中的电压反馈电路的控制输入端相连。
上述输入EMI滤波整流电路包括有两个绕向相同、匝数相同的共模电感L01、L02,连接在零线和地之间及连接在火线和地之间的用来抑制共模噪声的共模电容CY1、CY2,连接在零线和火线之间的用来抑制差模噪声的差模电容CX1、CX2,连接在两共模电感L01、L02的初级绕组和次级绕组之间的由四个二极管D05、D06、D07、D08组成的整流电路。
上述PWM控制驱动电路包括集成控制芯片U2,功率开关管Q01及其外围电路,由电阻R03、R04及电容C02、二极管D01组成的初级尖峰电压吸收保护电路,由电阻R30、电容C12、二极管D17组成的初级突变电流吸收回路,由电阻R02、二极管D04、三极管Q03组成的初级过流保护电路。
上述集成控制芯片U2为电流型脉宽集成控制芯片。
上述集成控制芯片为U2为电流型脉宽控制芯片UC3842。
上述输出整流滤波电路及电压反馈电路中的输出整流滤波电路包括有变压器T3、二极管D10、电容C14,输出整流滤波电路及电压反馈电路中的电压反馈电路包括有光耦U1、三端可调基准源芯片U4及与之相连的阻容网络、反馈电阻RJ1、RJ2、RJ3、RJ5、R36及实时检测环境温度变化的NTC传感器。
上述NTC传感器固定在充电器外壳通风口。上述NTC传感器为具有负温度系数的热敏电阻。
上述光耦U1为PC817,三端可调基准源芯片U4为芯片TL431。
上述充电电流检测电路包括采样电阻R31、比较器U3及其外围电路组成的电流采样比较电路。
本实用新型的交流输入为国标市电220V/50HZ,EMI滤波整流电路主要切断电源噪声和主电路、电网之间的耦合途径,有效抑制电源噪声的干扰,再经过整流后的直流电压施加给储能电容和高频变压器的初级;PWM控制驱动电路根据输出电压的变化或者初级回路电流的采样值,通过调整开关管的开关频率,来达到稳定输出电压和实现初级过流保护的作用;输出整流滤波及电压反馈电路主要对次级的感应电压整流滤波后供给负载,同时由电压取样电路、一个三端可调基准源芯片以及反馈隔离光耦,通过三者的配合将输出电压的变化趋势反馈给PWM控制主控芯片,通过调节开关管的占空比来实现输出稳压;充电电流检测电路通过对充电电流的检测来调整电压反馈电路基准电压的标准,实现充电过程恒流-恒压-浮充的转化;NTC传感器固定在外壳通风口,实时检测环境温度的变化,NTC传感器为具有负温度系数的热敏电阻,环境温度的变化会引起热敏电阻阻值反方向的变化,热敏电阻阻值反方向的变化又会反方向调整基准电压,从而实现充电电压的调整,即环境温度升高,热敏电阻阻值减小,基准电压增加,反馈的电压变化为增大,调整后的控制开关管的占空比减小,充电电压减小。反之亦然。本实用新型由于仔细分析了铅酸蓄电池充电过程和电池的负温度特性等特点,得出铅酸蓄电池充电电压与环境温度的关系:当环境温度大于常温(25℃),电池的内阻会减小,充电电流会自动增大,电流自动增大会使导电元件腐蚀加剧,降低电池的使用寿命;当环境温度小于常温(25℃),电池的内阻会增大,充电电流会自动减小,电流自动减小会使电池欠充,不能有效的向负载释放能量。另外,具有负温度系数的热敏电阻自身的电阻随环境温度的变化也具有朝一个方向变化的负温度特性,这种特性可以反应电池的负温度特性,将这种特性巧妙的引入到单端反激式模式的反馈回路中来,将反馈基准电压改为具有负温度系数特性的基准电压,通过调节基准电压来达到自动调节充电电压的目的。本实用新型可以很好的实现根据环境温度自动补偿充电电压并调整充电参数,确保蓄电池在夏天不过充电,减小电池发热、耗水和消除鼓包变形;冬天不欠充电,防止电池因欠充电而引起的电池容量衰减,从而大大延长蓄电池的使用寿命,保证电动车的续驶里程。本实用新型设计巧妙,简单易行,可以很有效的实现电动车充电器的自动温度补偿,是一种性能优良,方便实用的带自动温度补偿功能的电动车充电器。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图;
图2为本实用新型中输入EMI滤波整流电路的电路图;
图3为本实用新型中PWM控制驱动电路的电路图;
图4为本实用新型中输出整流滤波及电压反馈电路的电路图;
图5为本实用新型中充电电流检测电路的电路图。
具体实施方式
实施例
本实用新型的电路原理图如图1所示,包括有输入EMI滤波整流电路1、PWM控制驱动电路2、输出整流滤波及电压反馈电路3、充电电流检测电路4,其中输出整流滤波及电压反馈电路3包括输出整流滤波电路和电压反馈电路,输入EMI滤波整流电路1的输出端与PWM控制驱动电路2的输入端相连,输出整流滤波及电压反馈电路3的输出端与PWM控制驱动电路2的反馈输入端相连,充电电流检测电路4的输入端与输出整流滤波及电压反馈电路3中的输出整流滤波电路的输出端相连,充电电流检测电路4的输出端与输出整流滤波及电压反馈电路3中的电压反馈电路的控制输入端相连。
本实施例中,上述输入EMI滤波整流电路1的电路图如图2所示,包括有两个绕向相同、匝数相同的共模电感L01、L02,连接在零线和地、火线和地之间共模电容CY1、CY2一起用来抑制共模噪声,连接在零线和火线之间的差模电容CX1、CX2用来抑制差模噪声,连接在两共模电感L01、L02的初级绕组和次级绕组之间的由四个二极管D05、D06、D07、D08组成的整流电路。
本实施例中,上述输入EMI滤波整流电路1的电路图如图2所示,包括有两个绕向相同、匝数相同的共模电感L01、L02,连接在零线和地之间及连接在火线和地之间的用来抑制共模噪声的共模电容CY1、CY2,连接在零线和火线之间的用来抑制差模噪声的差模电容CX1、CX2,连接在两共模电感L01、L02的初级绕组和次级绕组之间的由四个二极管D05、D06、D07、D08组成的整流电路。
本实施例中,上述PWM控制驱动电路2的电路图如图3所示,包括集成控制芯片U2,功率开关管Q01及其外围电路,由电阻R03、R04及电容C02、二极管D01组成的初级尖峰电压吸收保护电路,由电阻R30、电容C12、二极管D17组成的初级突变电流吸收回路,由电阻R02、二极管D04、三极管Q03组成的初级过流保护电路。
上述集成控制芯片U2为电流型脉宽集成控制芯片。本实施例中,上述集成控制芯片为U2为电流型脉宽控制芯片UC3842。
上述输出整流滤波电路及电压反馈电路3的电路图如图4所示,输出整流滤波电路及电压反馈电路3中的输出整流滤波电路包括有变压器T3、二极管D10、电容C14,输出整流滤波电路及电压反馈电路中的电压反馈电路包括有光耦U1、三端可调基准源芯片U4及与之相连的阻容网络、反馈电阻RJ1、RJ2、RJ3、RJ5、R36及实时检测环境温度变化的NTC传感器。
上述NTC传感器固定在充电器外壳通风口。上述NTC传感器为具有负温度系数的热敏电阻。本实施例中,上述光耦U1为PC817,三端可调基准源芯片U4为芯片TL431。
本实施例中,上述充电电流检测电路4的电路图如图5所示,包括采样电阻R31、比较器U3及其外围电路组成的电流采样比较电路。
本实施例以4组12V/12AH蓄电池组为例,根据蓄电池的充电特性和经验公式,单体的蓄电池充电电压为14.7V,浮充电压为13.7V,对48V/12AH蓄电池组,关键技术指标如下:输入电压:220V±10%/50HZ,充电电压:59.0±0.2V,浮充电压56.0±0.2V充电最大电流:1.8A±0.2A,NTC热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。
本实用新型工作时,交流输入EMI滤波器,市网工频电流在两绕组中流过的方向相反,产生的磁场互相抵消,呈现低阻抗,但共模噪声电流通过时,电流是同方向的,产生的磁场同相叠加,对干扰电流呈现出高阻抗,起到了抑制共模干扰的作用,连接在零线和地、火线和地之间共模电容CY1、CY2抑制高频的共模噪声,连接在零线和火线之间的差模电容CX1、CX2抑制高频的差模噪声。
PWM控制驱动电路2中芯片U2为电流型脉宽控制芯片UC3842,开关频率由外接的电容和电阻共同决定,振荡器产生的波形电压与反馈的电压变化信号进行比较,再经过IC内部的逻辑控制电路,转换成方波脉冲,在UC3842的6脚输出,并驱动功率开关管。
电压反馈电路3由电压取样电路、三端可调基准源芯片TL431和光耦PC817配合完成,电压反馈有两种情况,第一常温(25℃)下,充电器充电电压59V,输出电压经分压电阻分压后得到采样电压,比较采样电压与TL431 2.5V参考电压,当输出电压偏高(大于59V)时,采样电压大于2.5V,TL431的K极电位下降,通过光耦二极管的电流增大,反馈电流增大,UC3842的脚1电位下降,6脚输出驱动脉冲的占空比下降,输出电压降低,实现反馈稳压。反之亦然。同样当控制输入端为高电平时,相同条件下基准电压增大,充电电压由59V转为56V,反馈稳压过程同上。第二当环境温度变化时,NTC传感器实时检测进风口温度,环境温度的变化会引起NTC阻值反方向的变化,热敏电阻阻值反方向的变化又会反方向调整基准电压,从而实现充电电压的调整,即环境温度升高,热敏电阻阻值减小,基准电压增加,反馈的电压变化为增大,调整控制开关管的占空比减小,充电电压减小,即在其它条件不变的情况下充电电压会向下调整,反之亦然。不同的环境温度,充电电压按一定的温度补偿系数来调整,根据温度补偿系数调节公式,对本实施中48V/12AH蓄电池组而言,以常温(25℃)为基准,温度每升高、下降5℃,电压调整0.5V。
充电电流检测电路4通过回路电阻R31对充电电流采样,实时检测充电电流,对本实施例中48V/12AH蓄电池组而言,在额定条件下,充电器的充电电流为1.8A,当充电电流降为0.3A时,通过比较器U3与基准电压的比较,控制输出端输出高电平,充电电压由59V转为浮充56V,完成充电过程的转化。