CN201355772Y - 电动车电池充电保护器 - Google Patents

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本实用新型涉及一种电动车电池充电保护器,其包括连接在充电器电源输入端负责控制电路通断的继电器的触点或无触点电子开关,所述继电器或无触点电子开关的控制端连接MCU的输出控制端,MCU的输入端分别连接用于检测充电器工作状态的充电电流检测电路,用于检测充电器拔插的充电器检测电路,以及电源电路。本实用新型可以动态记录充电器工作在恒流充电、恒压充电、浮充充电的规律,判断电池充电的三个过程,合理控制电池的有效充电时间,在电池充满电以后及时切断充电器的电源;在有效地使电池充满电的同时,防止电池进入过充状态,避免电池因长时间浮充而损坏,从而有效延长电池使用寿命;安全且节约电能,避免因充电产生的火灾隐患。

Description

电动车电池充电保护器
技术领域
本实用新型涉及一种电动车电池充电保护器,具体的说是一种用于电动 自行车电池充电保护的节电控制装置。 背景技术
电动车自诞生以来,己成为人们日常生活中不可或缺的伙伴,可以随时
提供出行的方便,全中国已有7000万台。由于"过充"引起的电动车电池损 坏很多,使大多数电池达不到1-1. 5年的使用寿命。更换一组电池要400-800 元。
蓄电池损坏有6种,其中有"过充"导致蓄电池损坏;蓄电池间电压不 平衡造成"过充"损坏;"失水"使电池损坏。
电池充电器充电一般为三个阶段:恒流充电,恒压充电,浮充充电。对
36V、 48V电动车蓄电池,在充电开始时保持一个充电电流1.8-2. 5A,此时电 池电压逐渐上升,即恒流充电;直到充电器设定的电压,此时充电器立即保 持充电电压不变,直到充电电流逐渐下降,即恒压充电阶段;当电流下降到 400-500mA时,充电器立即转为55. 5-56. 5的小电流充电——浮充阶段。
1. "过充"导致蓄电池损坏。
"过充"就是过量给蓄电池充电而产生一种对蓄电池化学和物理性能起 破坏作用的现象。
"过充"有充电器的原因,目前电动车充电器都有安全充电电压的设置, 充电电压设定在蓄电池标准电压的1.2倍以内,如48V的蓄电池,充电电压 设定在57.5V以内,蓄电池在放电过程中,电压会逐步下降,当再次给蓄电 池充电时,充电器的红灯会亮起,表示充电进行中,当电能不断的输入蓄电 池后,电压会不断升高,直至接近或等于充电电压时充电器绿灯会亮起,此 时充电停止或进入浮充,如果充电器电压元件损坏,充电就不会停止,充电 电流会不断输入蓄电池,电压会不断升高,引起蓄电池电解液的热液反应, 轻的引起蓄电池外壳变形,重的引起蓄电池被充爆。长时间的浮充也会引起 以上的结果。
2. 蓄电池间电压的不平衡造成"过充"。
电动车蓄电池组是由3-5节12V的蓄电池组成 电瓶刚出厂 ,每节电瓶电压十分接近配组,但使用一段时间-,蓄电池之间的电压就会产生差异, 电动车充电器在充电时是同时给串联的蓄电池组充电,电压较高的电瓶会先 充满,电压较低的蓄电池会后充满,甚至一直在充电,由于充电器是以总体 电压为充电或停止充电的,由此,先充满电的蓄电池就会处在"过充"状态, "压差"小时对电瓶影响不大,"压差"大时,经常"过充"的蓄电池也一样 会产生电解液热反应加剧,甚至把蓄电池充坏。 3."失水"使电瓶损坏
水是参加蓄电池反应的重要部分。 一旦蓄电池出现过充电,容易产生热 度并形成水蒸气,水蒸气在密封的电池盒内会大部分留住,但也有极少数部 分流失(由电池壳材的密度决定),过充电时间越长,"失水"越严重,电池 越容易损坏。
一般电动车充满电需要8小时,充电器在前5个小时用大电流充电,后 3个小时在电瓶充至9 5%时,跳转为小电流充电,充电时间过长,会引起蓄 电池失水加重,造成电解液过早干枯,容易引起蓄电池外壳变形,重的引起 蓄电池被充爆。这是长时间的浮充引起以上的结果。 发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足之处,提供一种带智能判断铅酸电 池恒流充电、恒压充电、浮充充电过程的充电保护器,它能够在必要时自动 切断电源,保护电池及充电器,减少电能消耗。
按照本实用新型提供的技术方案, 一种电动车电池充电保护器,包括连 接在充电器电源输入端负责控制电路通断的继电器的触点或无触点电子开 关,所述继电器或无触点电子开关的控制端连接MCU的输出控制端,MCU
的输入端分别连接用于检测充电器工作状态的充电电流检测电路,用于检测 充电器拔插的充电器检测电路,以及电源电路。
所述MCU的输出控制端还分别通过第五限流电阻和第十限流电阻连接 用于工作状态指示的发光二极管的红灯引脚和绿灯引脚。
所述充电电流检测电路包括电流互感器,电流互感器的初级连接充电器 的工作电路,次级经过整流滤波电路和限流电阻连接MCU的A/D转换口 。
所述充电器检测电路采用光电耦合器,所述光电耦合器输入端连接充电 器的工作电路,输出端连接MCU的输入端。
本实用新型与已有技术相比具有以下优点:
充电器使用本充电保护器后,充电保护器可以动态记录充电器工作在恒流充电、恒压充电、浮充充电的规律,判断电池充电的三个过程,合理控制 电池的有效充电时间,可以在电池充满电以后及时切断充电器的电源;在有 效地使电池充满电的同时,防止电池进入过充状态,避免电池因长时间浮充
而损坏,从而有效延长电池使用寿命;安全且节约电能,避免因充电产生的
火灾隐患。
附图说明
图l为本实用新型结构框图。
图2为本实用新型电路原理图。 具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图l所示,本实用新型包括连接在充电器电源输入端负责控制电路通 断的继电器K1的触点或无触点电子开关,所述继电器K1或无触点电子开关 的控制端连接MCU (微控制器)的输出控制端,MCU的输入端分别连接用 于检测充电器工作状态的充电电流检测电路,用于检测充电器拔插的充电器 检测电路,以及电源电路。
以下仅以继电器为例说明本实用新型的实施方案,使用无触点电子开关 的实现方法和继电器类似。
如图l、 2所示:在MCU的输入端连接用于判断充电器实施恒流充电、 恒压充电、浮充充电功能的充电电流检测电路;在MCU的输出端连接用于 控制充电器电源供应的继电器K1,继电器K1的触点连接到充电器电源输入 端。充电电流检测电路包括一个电流互感器T1和为电流互感器T1信号整形 的一些分立器件。本实施例中MCU采用单片机。
电源电路包括实施降压电容C1、组成整流桥堆的二极管D1、 D2、 D3、 D4、用于限流保护的电阻R1、用于放电的电阻R2、稳压管D7、电源滤波电 容C6,电源电路负责给MCU提供电源。
交流市电正半周时,电流经限流保护电阻R1,降压电容C1,整流二极 管D1,继电器K1线包,稳压管D7,整流二极管D4,形成回路,对并接在 D7上的电源滤波电容C6充电,提供MCU的工作电源;交流市电负半周时, 电流经整流二极管D2,继电器K1线包,稳压管D7,整流二极管D3,降压 电容C1,限流保护电阻R1,形成回路,对并接在稳压管D7上的电源滤波 电容C6充电,提供MCU的工作电源。
继电器K1的触点闭合时,用电流互感器T1监控充电器充电过程,实时判断充电器的恒流充电、恒压充电和浮充充电。
继电器K1受MCU的控制,根据软件控制规则,导通或断开,以达到控 制充电器电源供应的目的。
充电保护器在上电时,继电器接通,当充电器接上电瓶处于充电状态时, 电流互感器T1中有较大的电流流过,大于300毫安级,使电流互感器T1的 次级产生感应电压,MCU就认为充电器在进行充电,处于工作状态;当恒流 充电时,电流互感器T1中流过很大的电流,超过1.5安培,电流互感器T1 的次级产生一个感应电压,经二极管D5、电阻R9、电容C3整形后产生一 个MCU可以识别的信号,MCU据此认为充电器处于恒流充电状态,二极管 D8是用于保护MCU的器件;当恒压充电时,电流互感器T1中流过很大的 电流,低于0.5安培,电流互感器Tl的次级产生一个感应电压,经二极管 D5、电阻R9、电容C3整形后产生一个MCU可以识别的信号,MCU据此 认为充电器处于恒压充电,当充电电流减少到l 5 O毫安级时,充电器处于 浮充充电,电流互感器T1的信号减少,MCU继续保持继电器K1接通,使 充电器保持浮充状态,浮充两个小时后MCU断开继电器K1,切断充电器电 源供应, 一个完整的充电过程结束。
本充电保护器还能够自动识别充电器是否连接在充电保护器上。
插上充电器后,充电器对电池进行充电,充电保护器上发光二极管D9 红色常亮,当充电器进入到浮充阶段,充电保护器上的发光二极管D9红色 常亮,两小时后自动断开继电器K1,断开充电器电源,充电保护器上的发光 二极管D9绿色闪烁,表示充电过程完成。
充电保护器上电时,MCU的6脚输出高,三极管Q2导通,三极管Q1 同时也导通,经二极管D1、 D2、 D3、 D4整流过的电流不流经继电器K1的 吸合线包,吸合线包两端电压迅速降至三极管Ql的饱和压降,继电器Kl 的常闭触点导通,提供给充电器电源。
当MCU认为断开输出电源时,MCU的6脚输出一个低电平,三极管 Q2截止,再引起三极管Q1的截止,经二极管D1、 D2、 D3、 D4整流过的 电流流经继电器K1的吸合线包,继电器K1的常闭触点由导通变为断开,切 断了对充电器的供电,此时MCU通过5、 9脚输出一个高电平,经电阻R5、 RIO,使得发光二极管D9点亮,告知用户,电池充电结束或没充电状态,在 此以后充电器将不会再次工作。
光电耦合器件由一个光敏三极管和一个发光二极管构成。当光电耦合器U2或U3的1、 2脚,也就是发光二极管一侧流过一定电流的时候,光敏三 极管将随着发光二极管亮度的变化,改变导通状态,假如发光二极管的亮度 足够强,也就是发光二极管中的电流足够大时,光敏三极管将处于饱和状态, 完成输出电平的转换。当发光二极管亮度不够大时,光敏三极管将处于线性 工作状态。利用光电耦合器的这一特性,MCU的IO脚可以检测有无充电器 信号的变化。经过MCU的处理,充电保护器就可以判断有无连接充电器, 当充电保护器感知无充电器,十分钟断开继电器的输出。
当接上充电器后,充电保护器感知有充电器,但电流互感器Tl中无较 大的电流流过,充电器不对电池充电,则认为电池不需要充电或电池没接, 十分钟断开继电器的输出,发光二极管D9红灯闪烁。
当充电过程完成后,绿灯闪烁,继电器断开,充电器失电,如果需对另 一组电池充电或强制充电,只需插拔一次充电保护器,充电保护器重新工作。
也可以插拔一次充电器电源,充电保护器把充电器的一次开关动作看作 为用户要求强制充电,又对充电器进行控制,根据电池状态如需充电,则控 制充电器对电池充电,充满自动断开电源,如不需充电则十分钟断开电源。
有了光电耦合器U2、 U3和电流互感器Tl的检测功能,充电保护器就 可以顺利地实现对充电器的控制,对充电器的充电过程进行动态控制,自动 实行保护电池的功能,从而避免充电器对电池的过充,避免电池出现"失水", "发热"的损坏电池的情形出现。
充电器使用本充电保护器后,节约了传统充电器充电完成后不断开电源 产生的电能消耗。相比于市场上已有的定时型充电控制器,本实用新型专利 具有更好的适应性和灵活性,无需设定时钟,总是能够确保电池充满电,避 免定时不合理造成的欠充电和过充电弊端。
本实用新型通过实时监测电池充电的过程,无论电池余量还剩多少,都 能合理控制最佳的电池充电时间,恰到好处地断开充电器电源,大大保护和 延长了电池寿命,同时,还具有安全省电的功效。

Claims (4)

1、一种电动车电池充电保护器,包括连接在充电器电源输入端负责控制电路通断的继电器(K1)的触点或无触点电子开关,其特征是:所述继电器(K1)或无触点电子开关的控制端连接MCU的输出控制端,MCU的输入端分别连接用于检测充电器工作状态的充电电流检测电路,用于检测充电器拔插的充电器检测电路,以及电源电路。
2、 根据权利要求1所述的电动车电池充电保护器,其特征在于,所述 MCU的输出控制端还分别通过第五限流电阻(R5)和第十限流电阻(R10) 连接用于工作状态指示的发光二极管(D9)的红灯引脚和绿灯引脚。
3、 根据权利要求1所述的电动车电池充电保护器,其特征在于,所述充 电电流检测电路包括电流互感器(Tl),电流互感器(Tl)的初级连接充电 器的工作电路,次级经过整流滤波电路和限流电阻连接MCU的A/D转换口 。
4、 根据权利要求1所述的电动车电池充电保护器,其特征在于,所述充 电器检测电路采用光电耦合器,所述光电耦合器输入端连接充电器的工作电 路,输出端连接MCU的输入端。
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