CN203707825U - 一种蓄电池充电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄电池充电机，包括用于与电源连接的可控整流电路，可控制流电路的输出端用于与蓄电池连接构成充电电路，该充电机还包括用于检测蓄电池电压的电压隔离检测电路，充电电路中串接有充电控制开关和用于检测电流的电流传感器。本实用新型的蓄电池充电机采用可控整流电路进行电压和电流的调节，既能采用恒流充电方式为普通铅酸蓄电池充电，也能采用恒压充电方式为免维护铅酸蓄电池充电。该充电机设置有辅助电源电路，通过多路输出变压器转换输出所需要的各种规格的直流电源，代替蓄电池为车辆的电气设备在调试时供电，即作为直流电源为用电设备进行检测或者供电使用，实现一机多用。

Description

一种蓄电池充电机

技术领域

本实用新型涉及一种蓄电池充电机。

背景技术

目前各种车辆的保有量越来越多，而且近年来我国每年新增的各种机动车都超过1千万辆，每辆车上面均装有1或2只12V铅酸蓄电池，其中占90%以上都是免维护铅酸蓄电池。如果加上电动车所配的免维护铅酸蓄电池其数量相当庞大。

而早期的开口式普通铅酸电池的充电大多是恒流充电方式，这种充电方式特点是充电电流开始到结束一直保持不变，充电电压高，充电速度快。但是这种充电方式的最大缺点是因出气量大，电池易失水充鼓变形，严重者电池发生爆炸，威胁人身安全，因此免维护电池必须使用恒压限流方式，充电电压保持不变，让电池在开始时以较大的电流充电，充电末期由于电压不变，电流会逐渐减少，避免大量电解水，减少出气，减少失水。目前市场上常用的充电机一般只能提供恒流充电或者恒压充电，功能较为单一，不能兼顾普通铅酸蓄电池和免维护铅酸蓄电池的充电问题，更没办法作为直流电源为用电设备进行检测或者供电使用，不能实现一机多用。

另外，由于蓄电池在长时间存放时内部极板生成的硫酸铅结晶容易硬化，造成电池内阻增大，容量严重下降，无法使用，此时用使用小电流长时间将其表面的硬化结晶逐步的清除，使之恢复容量，减少电池报废。现在的充电机也不能提供电池修复的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种蓄电池充电机，以解决现有充电机不能兼顾普通铅酸蓄电池和免维护铅酸蓄电池的充电问题。

为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种蓄电池充电机，包括用于与电源连接的可控整流电路，可控制流电路的输出端用于与蓄电池连接构成充电电路，该充电机还包括用于检测蓄电池电压的电压隔离检测电路，充电电路中串接有充电控制开关和用于检测电流的电流传感器。

所述可控整流电路包括顺次连接的整流电路、由两个开关管构成的可控半桥逆变电路、变压器和不控整流电路。

所述电流传感器为采样电阻。

该充电机还包括用于与蓄电池连接的接反保护电路，所述接反保护电路包括一个光耦，所述光耦的原边与蓄电池连接，光耦的副边两端分别与单片机和地相连。

该充电机还包括一个辅助电源电路，该电路包括顺次连接的整流电路和多路输出变压器，整流电路的输入端连接电磁兼容电路的输出端，所述变压器的原边连接有一个斩波开关管，斩波开关管由PWM控制芯片控制。

所述电压隔离检测电路的检测线和电流传感器的检测线分开设置。

本实用新型的蓄电池充电机采用可控整流电路进行电压和电流的调节，既能采用恒流充电方式为普通铅酸蓄电池充电，也能采用恒压充电方式为免维护铅酸蓄电池充电。该充电机为本领域技术人员提供了一个硬件平台，基于该硬件平台，本领域技术人员可以选择特定的控制手段实现所期望的充电方式，包括原有的充电方法和恒压充电方式等，使本领域技术人员拥有了自由选择控制手段的基础和前提；所以，本实用新型要求保护的技术方案并不涉及对方法的改进，其实现也不依赖于软件方法，属于实用新型保护的客体。

该充电机设置有辅助电源电路，通过多路输出变压器转换输出所需要的各种规格的直流电源，代替蓄电池对车辆的各种电器设备进行测试，调试，检修等使用，也可用于对硫化电池进行修复，充分做到一机多用，方便用户。

将电压检测线和电流检测线分开设置，避免因负载线上的充电电流引起的线压降影响电池两端的电压测试精度，大大的提高了输出电压的精度，防止充电机因电压不准而损坏电池。

附图说明

图1为本实用新型蓄电池充电机实施例的电路原理图；

图2为可控整流电路的原理图；

图3为控制器的电路原理图；

图4为电压隔离检测电路原理图；

图5为半桥电路的第一驱动放大电路原理图；

图6为半桥电路的第二驱动放大电路原理图；

图7为PWM控制器原理图；

图8A为接反保护电路正确连接的原理图；

图8B为接反保护电路反接时的原理图；

图9为过载保护电路原理图；

图10为辅助电源电路原理图；

图11为四端检测电路接线原理图；

图12为正常的充电曲线图；

图13为电池内部焊接不良的充电曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。

如图1所示为本实用新型蓄电池充电机实施例的电路原理图，由图可知，该电路包括用于与电源连接的可控整流电路，可控制流电路的输出端用于与蓄电池连接构成充电电路，该充电机还包括用于检测蓄电池电压的电压隔离检测电路，充电电路中串接有充电控制开关J1和用于检测电流的电流传感器。本实施例提供了一种利用控制器来实现充电控制的控制方式，所述充电控制开关、电流传感器及可控整流电路均与控制器连接。

如图2所示，本实施例的可控整流电路采用交流-直流—高频交流—可控直流的方式，包括顺次连接的电磁兼容电路、整流电路、由两个开关管构成的可控半桥逆变电路、变压器和不控整流电路，具体原理如下：先将电源的220V的交流电压通过由L1-2、L1-2组成的电磁兼容电路进行处理，再将处理后的电压经过整流电路BR1转换为300V直流电压，然后经由开关管Q1-5、Q1-6构成的可控半桥逆变电路将300V直流电压逆变为高频交流电压后，再通过变压器T调节，最后由不控整流电路将300V高频交流电压转换为15V的直流电压给蓄电池充电。

如图3所示，本实施例的控制器采用STM32F107单片机，它是意法半导体推出全新STM32互连型（Connectivity）系列微控制器中的一款性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。

单片机的FMQ端还连接有由BELL和控制开关Q1构成的报警电路；ADJ_MODE端连接有显示电路DISPLY，该显示电路采用触摸液晶显示屏，可通过串口接收单片机的数据，也可通过触摸屏发送指令给单片机，由单片机控制和调节充电电压、充电电流等参数。该单片机用于采集电池电压，充电电流、电池温度等数据，并将数据送到液晶显示屏显示，同时也可以直观显示充电曲线；还可以将数据通过RS485或USB接口传送到其他设备。另外，该单片机还输入连接有用于设置充电电压档位的手动电压调节按键。

单片机的电池电流检测显示A_IN端与图7中的A_IN端子连接；电池电压检测显示端子V_IN与电池电压检测电路中的V_IN端子连接，电池电压检测的另一端与VOUT+端连接，该电路是充电机自身控制信号，起到预稳压作用。

如图2所示，整流电路BR1输出端设有继电器JDQ2，用于实现预充电，三极管Q8控制JDQ2的线圈控制回路，三极管Q8的控制端标号为AC JDQ，连接到单片机的相应端子上；与VOUT+端连接的充电电路中串接有充电继电器JDQ1（即充电控制开关），JDQ1的线圈控制回路中连接有三级管Q7，Q7的控制端DC_JDQ连接到单片机的DC_JDQ端（如图3所示），以控制JDQ1的开断；与VOUT-端连接的充电电路中串接有电流采样电阻SAP1（即电流传感器），该采样电阻SAP1（采样端标号为DLCY）与图7中的DLCY端子连接。

如图4所示为本实施例的电压隔离检测电路，该电路电压输入端与蓄电池连接，其电压输出端与单片机连接，采用隔离光耦HCNR200来实现，HCNR200是一种高线性度模拟光电耦合器，具有一个发光二极管LED和两个受光二极管PD1、PD2，PD1和运放U1组成反馈电路监控LED发出的光，使LED输出的光信号更加稳定；PD2接收到光信号后，通过运放U2把接收到的电流转换为电压信号。该电路实现了由控制器对充电机进行微调。

如图5～图7所示，由开关管Q1-5、Q1-6构成的可控半桥逆变电路通过电压调节驱动电路与单片机连接，具体结构如下：如图3所示，单片机的PWM和PWM1端分别连接相应的驱动放大电路，输出对应的信号V_REF（如图5所示）和A_ADJ（如图6所示），V_REF和A_ADJ再连接到PWM控制器U1（型号为KA3525）输出对应的驱动控制信号DRV1和DRV2（如图7所示），DRV1和DRV2再通过一个驱动变压器和驱动电路控制半桥电路的开关管Q1-5、Q1-6（如图2所示）。

如图8A和图8B所示，本实用新型的充电机还包括一个接反保护电路，该电路包括一个电阻和与其串接的光耦G，光耦G的原边与蓄电池连接，副边与单片机（DCFJJC端）和地相连，光耦的原边还并联有一个电容，其控制原理如下：当蓄电池连接正确时，光耦G不导通，D点为高电位；当蓄电池反接时，光耦G导通，D点电位拉低，并且将光耦接反信号传递给单片机，当单片机检测到蓄电池接反时，发出报警，并禁止充电继电器动作。

如图9所示为本实施例的过载保护电路，变压器T原边设有一个用于保护的互感器CT（如图2所示），测量结果通过DL和DL1反馈到YBDL端子（DL、DL1经过二极管整流桥输出到YBDL），再通过三极管Q2连接到PWM控制器U1的SOFT_START端。

如图10所示，本实用新型的充电机还包括一个辅助电源电路，该电路的输入端连接电磁兼容电路的输出端AC、AC1，输入的交流电压经整流电路后，再通过一个4路输出变压器转换为所需要的各种规格的直流电源，所述变压器的原边连接有一个斩波开关管Q3，Q3由PWM控制芯片U5（型号为UC3845）控制，以调节原边电压。

如图11所示，本实用新型单片机的用于检测电压的输入端口通过电压检测线与检测电流的电流负载线分离的四端检测电路单独输入电池电压信号，也就是将充电的电流负载线和电压检测线分开，避免因负载线上的充电电流引起的线压降影响电池两端的电压测试精度。

本实用新型的工作原理和过程如下：

（1）恒压工作模式（主要用于12V免维护电池的充电）：当用户在触摸屏上选择“恒压充电模式”后，充电机自动检测是否接入电池，当检测到电池后，充电机自动按恒压限流模式充电，充电流可默认为25A，也可认为调节充电电流大小以符合电池的充电要求。当充电电流小于1A时自动延时一小时关闭本机；当电池接反时本机自动提醒。

另外，该充电机在恒压充电模式时具有充电电压可根据温度进行自动补偿的功能，在充电过程中本机会自动检测环境温度并按每升高1度降低0.009V，每降低1度升高0.009V进行补偿；以室温25℃为基准，其对应的基准电压为15V，当温度每升高1度充电电压降低0.009V，即(15-0.009)V；每降低1度充电电压升高0.009V，即（15+0.009）V，以确保电池充足。

（2）恒流充电模式：主要用于普通电池充电会硫化电池进行修复行充电，当用户在触摸屏上选择“恒流充电模式”后，充电机自动检测是否接入电池，当检测到电池后，充电机自动按恒流模式充电，充电流可默认为10A，也可人为调节充电电流大小以符合电池的充电要求。当充电电压连续2小时不变化时自动关闭本机。

（3）直流电源工作模式：主要代替蓄电池对车辆的电气设备调试用，如调试车辆电脑版，空调，灯光等，避免蓄电池因大电流放电而亏电。当用户在触摸屏上选择直流电源模式时，本机将输出稳定的14V电源，输出电流可达100A，可完全满足车辆各种电器的用电需要。

（4）电池修复模式：如果电池存放时间超过2个月后电池容量下降严重，充不上电。此时可用本机的恒流档，将电流调到3A并保持10小时后，改用正常充电电流将电池充足。一般情况下电池都能恢复。如发现恢复情况达不到要求，可将电池放电后，再修复一次即可。

如果需要对大批量电池进行充电（如汽车整机厂），可通过网络将多台充电机连接成充电站，并可由一台电脑主机对每个电池的充电情况进行监控，并将每只电池的数据存储打印。

免维护铅酸蓄电池由于其外壳是密封的，因此电池的好坏无法通过外观检查发现电池的故障。本实用新型的充电机可以通过观察显示屏上蓄电池的充电曲线判断电池好坏，检查蓄电池是否内部存在故障，这个功能对于检察新电池内部焊接不良很有用，特别是汽车整机厂如果将内部焊接不良的电池装车，很可能因为车辆启动时电流较大，电池内部打火，造成电池爆炸，这种现象已经在某汽车生产厂家出现过。如图12为正常的充电曲线，充电电流非常平滑；图13所示为电池内部焊接不良的充电曲线，充电电流会因蓄电池内部焊接不良而成为锯齿状。因此焊接不良的电池非常容易通过充电曲线检查出来。

Claims (6)

1.一种蓄电池充电机，其特征在于：包括用于与电源连接的可控整流电路，可控制流电路的输出端用于与蓄电池连接构成充电电路，该充电机还包括用于检测蓄电池电压的电压隔离检测电路，充电电路中串接有充电控制开关和用于检测电流的电流传感器。

2.根据权利要求1所述的蓄电池充电机，其特征在于：所述可控整流电路包括顺次连接的整流电路、由两个开关管构成的可控半桥逆变电路、变压器和不控整流电路。

3.根据权利要求1所述的蓄电池充电机，其特征在于：所述电流传感器为采样电阻。

4.根据权利要求1所述的蓄电池充电机，其特征在于：该充电机还包括用于与蓄电池连接的接反保护电路，所述接反保护电路包括一个光耦，光耦的原边与蓄电池连接，光耦的副边两端分别与单片机和地相连。

5.根据权利要求2所述的蓄电池充电机，其特征在于：该充电机还包括一个辅助电源电路，该电路包括顺次连接的整流电路和多路输出变压器，整流电路的输入端连接电磁兼容电路的输出端，所述变压器的原边连接有一个斩波开关管，斩波开关管由PWM控制芯片控制。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的蓄电池充电机，其特征在于：所述电压隔离检测电路的检测线和电流传感器的检测线分开设置。