CN201813191U - 蓄电池充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄电池充电器，其特征在于：输入单元用于提供可靠的交流电给调压整流单元；调压整流单元用于提供可靠的充电电流给输出单元，输出单元用于给负载充电；输出单元用于发送负载电压值给所述控制单元；所述控制单元用于控制调压整流单元的工作状态，控制输出单元的工作状态。本实用新型的显著效果是：既能对蓄电池充电，同时还能对用电器供电，适时调节充电电流，充电快速且不过充，小电流浮充对蓄电池有修复作用延长蓄电池使用寿命，充满后自动停止对蓄电池的充电，达到无人值守，充分保护充电电源和蓄电池，保证使用安全。

Description

蓄电池充电器

技术领域

本实用新型涉及一种充电器，特别涉及一种充电过程中能同时供电的蓄电池充电器。

背景技术

当前，蓄电池在机动车上的应用越来越广泛，蓄电池充电器也取得了很大的发展。现有蓄电池充电器用于对蓄电池充电，直流电源装置用于对直流用电器供电。

现有蓄电池充电器的不足是：不能同时对蓄电池充电和对直流用电器供电，充电性能不完善，多为恒压充电，保护性、安全性差。不能适时调节充电电流，充电时容易出现过充，充满后不能自动停止对蓄电池的充电，需要人值守。

实用新型内容

为解决上述现有设计的缺点，本实用新型的目的在于提供一种蓄电池充电器及充电方法，能实现同时对蓄电池充电和对直流用电器供电，充电性能优良、保护性、安全性好，且充电时不过充，实现无人值守。

为实现上述目的，本实用新型提供一种蓄电池充电器，包括输入单元、输出单元，其关键在于：

所述输入单元连接调压整流单元的输入端，输入单元用于提供可靠的交流电给调压整流单元；

所述调压整流单元的输出端连接有输出单元，调压整流单元用于提供可靠的充电电流给输出单元，输出单元用于给负载充电；

所述调压整流单元还设置有电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路和电流检测电路的输出端连接有控制单元，电压检测电路用于发送电压检测值给所述控制单元，电流检测电路用于发送电流检测值给所述控制单元；

输出单元还用于：发送负载电压值给所述控制单元；

所述控制单元设置有控制端连接所述调压整流单元，用于控制调压整流单元的工作状态；

所述控制单元还设置有开关控制端组，该开关控制端组连接所述输出单元，用于控制输出单元的工作状态。

所述控制单元为单片机及外围电路，所述单片机由控制程序控制。写入所述单片机的控制程序有四个：充电模式程序、充电电流控制程序、保护程序、输出控制程序。

所述输入单元设置有第一电阻，所述第一电阻的两端接220V交流电，所述第一电阻还并联有第一电容，所述第一电容的两端分别连接第一电感和第二电感的前端，所述第一电感的后端接第四电容后接地，所述第二电感的后端接第三电容后接地，所述第一电感和第二电感的后端之间还连接有第二电容，该第二电容的两个输出端连接所述调压整流单元。

输入单元为滤波电路，用于滤去220V交流电压中的杂波。

所述调压整流单元设置有整流稳压电路、高频变压电路和开关电路；

所述整流稳压电路设置有由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成的整流桥，该整流桥的两个输入端接所述输入单元的两个输出端，该整流桥的的正极输出端接所述高频变压电路，负极输出端接地，整流桥的正极输出端和负极输出端之间连接有第五极性电容；

整流稳压电路用于将交流电整流为直流电，发送给高频变压电路；

所述高频变压电路设置有高频变压器，所述高频变压器的初次绕组的前端接所述整流桥，所述高频变压器的初次绕组的后端接所述开关电路的输出端，该开关电路的输入端接所述控制单元的开关控制端；

开关电路为MOS管Q电路。所述MOS管Q为逆变电源功率开关管，结合高频变压器，将所述整流稳压电路输出的直流电逆变为交流电，再通过高频变压电路变压。

所述高频变压器的第一次级绕组的后端接地，第一次级绕组的前端接第五二极管的阳极，该第五二极管的阴极接所述控制单元和输出单元；

所述高频变压器的第二次级绕组前端接第六二极管的阳极，该第六二极管的阴极接所述输出单元；

所述电压检测电路为第七二极管，该第七二极管的阳极接所述第二次级绕组的后端，阴极接所述控制单元的电压检测端；

所述电流检测电路为电流传感器，该电流传感器的采样端连接所述第二次级绕组，电流传感器的输出端接所述控制单元的电流检测端。

所述输出单元设置有继电器，该继电器线圈绕组的前端接所述第五二极管的阴极，该继电器线圈绕组的前端还接所述控制单元的第一开关控制端，该继电器线圈绕组的后端接所述控制单元的第二开关控制端；

继电器常开开关的前端接所述第六二极管的阳极，常开开关的后端接负载，该常开开关的后端还接所述控制单元负载电压检测端。

常开开关的后端与地之间连接有第六极性电容，第六极性电容的正极接继电器的后即为输出直流电源的正极输出端，所述第六极性电容的负极即为输出直流电源的负极输出端；

所述输出直流电源的正极输出端连接蓄电池的正极，负极输出端连接蓄电池的负极，所述蓄电池的正负极之间连接有用电器负载。

所述控制单元设置有充电饱和状态指示控制端和正常充电状态、故障状态指示控制端，充电饱和状态指示控制端和正常充电状态、故障状态指示控制端连接有状态指示单元；

所述状态指示单元设置有LED显示灯和LED双色显示灯，所述LED显示灯和LED双色显示灯的正极接接所述控制单元的5V电源端，所述LED显示灯的负极接所述充电饱和状态指示控制端，所述LED双色显示灯的负极接所述正常充电状态、故障状态指示控制端。

所述状态指示单元指示正常充电状态、充电饱和状态和故障状态。所述LED显示灯用于指示充电饱和状态，所述LED双色显示灯用于指示正常充电状态和故障状态。

所述控制单元还设置有内部环境温度采样端，该内部环境温度采样端连接有内部环境温度传感器。检测充电器内部环境温度。

一种蓄电池充电器的充电控制方法，其关键在于，包括以下步骤：

步骤1：控制单元对蓄电池初始电压采样；

步骤2：判断所述的蓄电池初始电压是否大于2.5V，小于14.5V，即2.5V＜U0＜14.5V，如果不是，断开输出，所述状态指示单元指示故障状态；如果是，则接通输出，输出电压等于所述的蓄电池初始电压；此时，所述状态指示单元指示正常充电状态；

步骤3：单片机对输出电压采样；

通过所述电流传感器对输出电流I采样；

通过所述内部环境温度传感器对内部环境温度T采样；

步骤4：判断所述的输出电流I是否小于或等于过电流的界限值I过，即I≤I过，如果不是，则输出电流I等于过电流的界限值I过，此时，控制单元通过控制MOS管Q电路的占空比，强制限流I＝I过，所述状态指示单元指示故障状态；如果是，则判断所述的内部环境温度T是否小于或等于60℃，即T≤60℃，如果不是，则断开输出，所述状态指示单元指示故障状态；如果是，则对间隔时间Δt内的输出电压采样；

步骤5：对间隔时间Δt内初始电压Ut始采样；

对间隔时间Δt内终点电压Ut终采样；

步骤6：判断所述初始电压Ut始是否等于所述终点电压Ut终，如果不是，则调波形占空比调整输出电压和输出电流I，并重复步骤3至步骤5和本步骤；如果是，则对用电器输出电流(I用)采样；

步骤7：判断输出电压是否大于2.5V，小于10.5V，即2.5V＜U＜10.5V，如果是，则进行小电流修复充电，输出电流I(A)＝0.05×电池容量(Ah)+I用时，重复步骤3至步骤6和本步骤，否则，进行步骤8；

步骤8：判断输出电压是否大于或等于10.5V，小于14.5V，即10.5V≤U＜14.5V，如果是，则进行恒流充电，输出电流I(A)＝0.1×电池容量(Ah)+I用时重复步骤3至步骤7和本步骤，否则进行步骤9；

步骤9：判断输出电压是否大于或等于14.5V，小于或等于15V，即14.5V≤U≤15V，如果不是，则输出电压大于15V，断开输出，所述状态指示单元指示故障状态；如果是，则进行恒压充电，输出电压为14.5V；

步骤10：对恒压充电时输出电流I采样；

步骤11：判断输出电流IA是否小于或等于0.02倍电池容量Ah加用电器输出电流I用，即I(A)≤0.02×电池容量(Ah)+I用，如果不是，则重复步骤3至步骤10和本步骤，如果是，则进行步骤12；

步骤12：开始对恒压充电计时；

步骤13：恒压充电截止输出电流I(A)等于0.02倍电池容量(Ah)加用电器输出电流I用，即I(A)＝0.02×电池容量(Ah)+I用，判断恒压充电时间t1是否大于或等于2小时，如果是，则进行步骤14；如果不是，则重复步骤3至步骤6，再判断恒压充电时间t1是否大于或等于2小时，如果不是，则重复本步骤，如果是，则进行步骤15；

步骤14：开始对浮充充电计时；

步骤15：浮充充电输出电压为13.8V，判断浮充充电时间t2是否大于或等于2小时，如果是，则进行步骤16；如果不是，则重复步骤3至步骤6，再判断恒压充电时间t1是否大于或等于2小时，如果不是，则重复步骤13，如果是，则进行本步骤；

步骤16：充电终止，输出电流I(A)等于用电器电流(I用)。

上述技术方案中的蓄电池充电方法包括了写入所述单片机的四个控制程序：充电模式程序、充电电流控制程序、保护程序、输出控制程序。其中步骤8至步骤15包含了所述充电模式程序的方法，所述充电模式程序为三段式充电模式：1段：恒流充电，2段：恒压充电，3段：浮充充电；

步骤7至步骤13包含了所述充电电流控制程序的方法，所述充电电流控制程序控制充电电源自动判别输出电流中充电电流或用电器电流的大小，适时调节充电电流的大小，使蓄电池获得快速充电且充电电流不会过大，充分保护蓄电池；

步骤1和步骤2实现了逆接保护(U0＜0V)、短路保护(U0＝0V)和欠压保护(0V＜U0＜2.5V)，步骤4实现了过流保护和过温保护，步骤9实现了过压保护；上述步骤包含了所述保护程序的方法，使充电电源在使用中具备短路保护、欠压保护、过压保护、逆接保护、过流保护、过温保护等功能，充分保护充电电源和蓄电池，保证使用安全。

步骤16包含了所述输出控制程序的方法，所述输出控制程序控制充电器在蓄电池充满时自动停止对蓄电池充电，实现无人值守充电。

本实用新型的有益效果是：既能对对蓄电池充电，同时还能对用电器供电，适时调节充电电流，充电快速且不过充，小电流浮充对蓄电池有修复作用延长蓄电池使用寿命，充满后自动停止对蓄电池的充电，达到无人值守，充分保护充电电源和蓄电池，保证使用安全。

附图说明

图1为本实用新型中蓄电池充电器的结构示意图。

图2为本实用新型中蓄电池充电器的电路图。

图3为本实用新型中蓄电池充电器的前段控制流程图。

图4为本实用新型中蓄电池充电器的后段控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是一种蓄电池充电器，包括输入单元1、输出单元6，

所述输入单元1连接调压整流单元2的输入端，输入单元1用于提供可靠的交流电给调压整流单元2；

所述调压整流单元2的输出端连接有输出单元6，调压整流单元2用于提供可靠的充电电流给输出单元6，输出单元6用于给负载充电；

所述调压整流单元2还设置有电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路和电流检测电路的输出端连接有控制单元3，电压检测电路用于发送电压检测值给所述控制单元3，电流检测电路用于发送电流检测值给所述控制单元3；

输出单元6还用于：发送负载电压值给所述控制单元3；

所述控制单元3设置有控制端QH连接所述调压整流单元2，用于控制调压整流单元2的工作状态；

所述控制单元3还设置有开关控制端组，该开关控制端组连接所述输出单元6，用于控制输出单元6的工作状态。

如图2所示，所述输入单元1设置有第一电阻R1，所述第一电阻R1的两端接220V交流电，所述第一电阻R1还并联有第一电容C1，所述第一电容C1的两端分别连接第一电感L1和第二电感L2的前端，所述第一电感L1的后端接第四电容C4后接地，所述第二电感L2的后端接第三电容C3后接地，所述第一电感L1和第二电感L2的后端之间还连接有第二电容C2，该第二电容C2的两个输出端连接所述调压整流单元2。

所述调压整流单元2设置有整流稳压电路21、高频变压电路22和开关电路23；

所述整流稳压电路21设置有整流桥，该整流桥的两个输入端接所述输入单元1的两个输出端，该整流桥的的正极输出端接所述高频变压电路22，负极输出端接地，整流桥的的正极输出端和负极输出端之间连接有第五极性电容C5；

整流稳压电路21用于将交流电整流为直流电，发送给高频变压电路22；

所述高频变压电路22设置有高频变压器T1，所述高频变压器T1的初次绕组的前端接所述整流桥，所述高频变压器T1的初次绕组N1的后端接所述开关电路23的输出端，该开关电路23的输入端所述控制单元3的开关控制端QH；

所述高频变压器T1的第一次级绕组的后端接地，第一次级绕组N21的前端接第五二极管D5.的阳极，该第五二极管D5的阴极接所述控制单元3和输出单元6；

所述高频变压器T1的第二次级绕组前端接第六二极管D6的阳极，该第六二极管D6的阴极接所述输出单元6；

所述电压检测电路为第七二极管D7，该第七二极管D7的阳极接所述第二次级绕组的后端，阴极接所述控制单元3的电压检测端U；

所述电流检测电路为电流传感器，该电流传感器的采样端连接所述第二次级绕组，电流传感器的输出端接所述控制单元3的电流检测端I。

所述输出单元6设置有继电器J，该继电器J线圈绕组的前端接所述第五二极管D5的阴极，该继电器J线圈绕组的前端还接所述控制单元3的第一开关控制端，该继电器J线圈绕组的后端接所述控制单元3的第二开关控制端；

继电器J常开开关的前端接所述第六二极管D6的阳极，常开开关的后端接负载，该常开开关的后端还接所述控制单元3负载电压检测端。

所述控制单元3设置有充电饱和状态指示控制端K1和正常充电状态、故障状态指示控制端K2，充电饱和状态指示控制端K1和正常充电状态、故障状态指示控制端K2连接有状态指示单元4；

所述状态指示单元4设置有LED显示灯D8和LED双色显示灯D9，所述LED显示灯D8和LED双色显示灯D9的正极接接所述控制单元3的5V电源端U，所述LED显示灯D8的负极接所述充电饱和状态指示控制端K1，所述LED双色显示灯D9的负极接所述正常充电状态、故障状态指示控制端K2。

所述控制单元3还设置有内部环境温度采样端T，该内部环境温度采样端T连接有内部环境温度传感器ST。

本实用新型中的蓄电池充电器的工作过程是：所述输入单元1输入220V交流电，经所述输入单元1滤去220V交流电压中的杂波，滤波后的220V交流电压通过所述调压整流单元2中的整流稳压电路21整流为直流电，所述调压整流单元2中的开关电路23中的作为逆变电源功率开关管的所述MOS管Q将直流电逆变为交流电，再通过高频变压电路22变压，变压后输出交流电转换为直流电后，由输出单元6输出。

所述控制单元3根据检测到的充电电压、充电电流和内部环境温度等参数，经充电模式程序、充电电流控制程序、保护程序、输出控制程序等四个单片机控制程序实现对所述调压整流单元2的控制，经输出单元6获得直流12V电源，所述状态指示单元4指示正常充电饱和状态，正常充电状态和故障状态。

如图3、4所示：本实用新型实施例中的一种蓄电池充电控制方法，包括以下步骤：

步骤1：单片机对蓄电池初始电压采样；

步骤2：判断所述的蓄电池初始电压是否大于2.5V，小于14.5V，即2.5V＜U0＜14.5V，如果不是，断开输出，指示故障状态；如果是，则接通输出，输出电压U等于所述的蓄电池初始电压U0；

步骤3：单片机对输出电压U采样；

通过所述电流传感器SI对输出电流(I)采样；

通过所述内部环境温度传感器ST对内部环境温度T采样；

步骤4：判断所述的输出电流I是否小于或等于过电流的界限值I过，即I≤I过，如果不是，则输出电流I等于过电流的界限值I过，指示故障状态；如果是，则判断所述的内部环境温度T是否小于或等于60℃，即T≤60℃，如果不是，则断开输出，指示故障状态；如果是，则对间隔时间Δt内的输出电压采样；

步骤5：对间隔时间Δt内初始电压Ut始采样；

       对间隔时间Δt内终点电压Ut终采样；

步骤6：判断所述初始电压Ut始是否等于所述终点电压Ut终，如果不是，则调波形占空比调整输出电压U和输出电流I，并重复步骤3至步骤5和本步骤；如果是，则对用电器输出电流I用采样；

步骤7：判断输出电压U是否大于2.5V，小于10.5V，即2.5V＜U＜10.5V，如果是，则进行小电流修复充电，输出电流I(A)＝0.05×电池容量(Ah)+I用时，重复步骤3至步骤6和本步骤，否则，进行步骤8；

步骤8：判断输出电压U是否大于或等于10.5V，小于14.5V，即10.5V≤U＜14.5V，如果是，则进行恒流充电，输出电流I(A)＝0.1×电池容量(Ah)+I用时重复步骤3至步骤7和本步骤，否则进行步骤9；

步骤9：判断输出电压U是否大于或等于14.5V，小于或等于15V，即14.5V≤U≤15V，如果不是，则输出电压U大于15V，断开输出，指示故障状态；如果是，则进行恒压充电，输出电压U为14.5V；

步骤10：对恒压充电时输出电流I采样；

步骤11：判断输出电流I(A)是否小于或等于0.02倍电池容量Ah加用电器输出电流I用，即I(A)≤0.02×电池容量(Ah)+I用，如果不是，则重复步骤3至步骤10和本步骤，如果是，则进行步骤12；

步骤12：开始对恒压充电计时；

步骤13：恒压充电截止输出电流I(A)等于0.02倍电池容量Ah加用电器输出电流I用，即I(A)＝0.02×电池容量(Ah)+I用，判断恒压充电时间t1是否大于或等于2小时，如果是，则进行步骤14；如果不是，则重复步骤3至步骤6，再判断恒压充电时间t1是否大于或等于2小时，如果不是，则重复本步骤，如果是，则进行步骤15；

步骤14：开始对浮充充电计时；

步骤15：浮充充电输出电压U为13.8V，判断浮充充电时间t2是否大于或等于2小时，如果是，则进行步骤16；如果不是，则重复步骤3至步骤6，再判断恒压充电时间t1是否大于或等于2小时，如果不是，则重复步骤13，如果是，则进行本步骤；

步骤16：充电终止，输出电流I(A)等于用电器电流I用。

本实用新型中的蓄电池充电方法的工作过程是：先对蓄电池初始电压U0采样，将蓄电池初始电压U0控制在2.5V至14.5V之间，实现逆接保护、短路保护和欠压保护；接通输出，输出电压等于蓄电池初始电压U0；然后对输出电压U、输出电流I、内部环境温度T采样，使输出电流I不超过过电流的界限值I过，实现过流保护，使内部环境温度T不超过60℃，实现过温保护，使输出电压不超过15V，实现过压保护；接着根据输出电压的值进行三段式充电，输出电压U大于2.5V，小于10.5V时，进行小电流修复充电；输出电压U大于或等于10.5V，小于14.5V时，进行恒流充电；

输出电压U大于或等于14.5V，小于或等于15V时，进行输出电压U为14.5V的恒压充电，充两个小时以上则进行输出电压U为13.8V的浮充充电，充两个小时以上则充电终止，输出电流I(A)等于用电器电流，充电终止。

Claims (6)

1.一种蓄电池充电器，包括输入单元(1)、输出单元(6)，其特征在于：

所述输入单元(1)连接调压整流单元(2)的输入端，输入单元(1)用于提供可靠的交流电给调压整流单元(2)；

所述调压整流单元(2)的输出端连接有输出单元(6)，调压整流单元(2)用于提供可靠的充电电流给输出单元(6)，输出单元(6)用于给负载充电；

所述调压整流单元(2)还设置有电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路和电流检测电路的输出端连接有控制单元(3)，电压检测电路用于发送电压检测值给所述控制单元(3)，电流检测电路用于发送电流检测值给所述控制单元(3)；

输出单元(6)还用于：发送负载电压值给所述控制单元(3)；

所述控制单元(3)设置有控制端(QH)连接所述调压整流单元(2)，用于控制调压整流单元(2)的工作状态；

所述控制单元(3)还设置有开关控制端组，该开关控制端组连接所述输出单元(6)，用于控制输出单元(6)的工作状态。

2.根据权利要求1所述的蓄电池充电器，其特征在于：所述输入单元(1)设置有第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)的两端接220V交流电，所述第一电阻(R1)还并联有第一电容(C1)，所述第一电容(C1)的两端分别连接第一电感(L1)和第二电感(L2)的前端，所述第一电感(L1)的后端接第四电容(C4)后接地，所述第二电感(L2)的后端接第三电容(C3)后接地，所述第一电感(L1)和第二电感(L2)的后端之间还连接有第二电容(C2)，该第二电容(C2)的两个输出端连接所述调压整流单元(2)。

3.根据权利要求1所述的蓄电池充电器，其特征在于：所述调压整流单元(2)设置有整流稳压电路(21)、高频变压电路(22)和开关电路(23)；

所述整流稳压电路(21)设置有整流桥，该整流桥的两个输入端接所述输入单元(1)的两个输出端，该整流桥的的正极输出端接所述高频变压电路(22)，负极输出端接地，整流桥的的正极输出端和负极输出端之间连接有第五极性电容(C5)；

整流稳压电路(21)用于将交流电整流为直流电，发送给高频变压电路(22)；

所述高频变压电路(22)设置有高频变压器(T1)，所述高频变压器(T1)的初次绕组的前端接所述整流桥，所述高频变压器(T1)的初次绕组(N1)的后端接所述开关电路(23)的输出端，该开关电路(23)的输入端接所述控制单元(3)的开关控制端(QH)；

所述高频变压器(T1)的第一次级绕组的后端接地，第一次级绕组(N21)的前端接第五二极管(D5)的阳极，该第五二极管(D5)的阴极接所述控制单元(3)和输出单元(6)；

所述高频变压器(T1)的第二次级绕组前端接第六二极管(D6)的阳极，该第六二极管(D6)的阴极接所述输出单元(6)；

所述电压检测电路为第七二极管(D7)，该第七二极管(D7)的阳极接所述第二次级绕组的后端，阴极接所述控制单元(3)的电压检测端(U)；

所述电流检测电路为电流传感器，该电流传感器的采样端连接所述第二次级绕组，电流传感器的输出端接所述控制单元(3)的电流检测端(I)。

4.根据权利要求3所述的蓄电池充电器，其特征在于：所述输出单元(6)设置有继电器(J)，该继电器(J)线圈绕组的前端接所述第五二极管(D5)的阴极，该继电器(J)线圈绕组的前端还接所述控制单元(3)的第一开关控制端，该继电器(J)线圈绕组的后端接所述控制单元(3)的第二开关控制端；

继电器(J)常开开关的前端接所述第六二极管(D6)的阳极，常开开关的后端接负载，该常开开关的后端还接所述控制单元(3)负载电压检测端。

5.根据权利要求1所述的蓄电池充电器，其特征在于：所述控制单元(3)设置有充电饱和状态指示控制端(K1)和正常充电状态、故障状态指示控制端(K2)，充电饱和状态指示控制端(K1)和正常充电状态、故障状态指示控制端(K2)连接有状态指示单元(4)；

所述状态指示单元(4)设置有LED显示灯(D8)和LED双色显示灯(D9)，所述LED显示灯(D8)和LED双色显示灯(D9)的正极接接所述控制单元(3)的5V电源端(U)，所述LED显示灯(D8)的负极接所述充电饱和状态指示控制端(K1)，所述LED双色显示灯(D9)的负极接所述正常充电状态、故障状态指示控制端(K2)。

6.根据权利要求1所述的蓄电池充电器，其特征在于：所述控制单元(3)还设置有内部环境温度采样端(T)，该内部环境温度采样端(T)连接有内部环境温度传感器(ST)。

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