CN203800681U - 间歇式电位逐点跟踪式电池充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了间歇式电位逐点跟踪式电池充电电路，其特征在于包括极性检测电路，电位逐点跟踪电路，充电电源电路与控制保护电路；所述极性检测电路用于对电池极性的检测；所述电位逐点跟踪电路用于实时检测电池电压变化；所述充电电源电路用于实施对电池充电；所述控制保护电路用于保护整体电源电路。本实用新型利用低频正相脉动电流做输入能源，间歇充电。用电位逐点跟踪法对电池的电位每个变化都进行甄别判定，通过“间歇式电位逐点跟踪充电方法”对电池的充电电源进行实时通断控制，达到间断式循环充电。

Description

间歇式电位逐点跟踪式电池充电电路

技术领域

本发明涉及电学领域，具体地说是一种应用电位逐点跟踪法充电的电池充电系统。

背景技术

现有充电器的充电电路为开关电源电路，是自激和反激的拓扑电路，这个电路的电路特性决定了电路效率只能达到68％-85％，因在某个充电阶段只耗电并不做功，所以在整个充电过程中的总效率只有68-70％，用高频直流充电，这种高频直流充电是靠电流慢慢的抬升电池电压，这个过程会造成大量的热量，并且伴随大量的析气。大量析气会导致电池失水。电池失水会导致不可逆硫酸铅晶体结晶，循环寿命随结晶上升而下降。电池的循环寿命除去外力因素损坏外，主要的老化失效全部来自于失水后的容量下降，用普通充电方式充电平均循环寿命在150-250次。远远没有到达铅酸电池的设计寿命。

发明内容

本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种应用电位逐点跟踪法原理进行充电的电池充电系统，以提高充电系统的充电效率及电池的循环使用寿命。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

间歇式电位逐点跟踪式电池充电电路，其结构特点在于，包括极性检测电路，电位逐点跟踪电路，充电电源电路与控制保护电路；所述极性检测电路用于对电池极性的检测；所述电位逐点跟踪电路用于实时检测电池电压变化；所述充电电源电路用于实施对电池充电；所述控制保护电路用于保护整体电源电路。

本发明结构特点还在于：

所述极性检测电路组成包括二极管D3、保险丝BX、电阻R9、电阻RB、稳压二极管Z1、三端稳压管Z2、电容C5；所述二极管D3的正极与充电电池正极连接，负极连接VCC端，VCC端与保险丝BX连接；所述保险丝BX、电阻R9、电阻RB依次串联后与三端稳压管Z2的输入端连接；所述稳压二极管Z1的正极与三端稳压管Z2的输入端连接，负极与三端稳压管Z2的接地端连接；所述电容C5一端与三端稳压管Z2的输出端链接，另一端与三端稳压管Z2的接地端连接；所述三端稳压管Z2的输出端连接单片机的正5V，所述单片机的负端与三端稳压管Z2的接地端连接。

所述电位逐点跟踪电路连接在充电电池的两极，由电阻R15、电阻R15B、电阻R16、稳压二级管Z3和电容C9以及单片机信号检测脚PVOL构成，所述电阻R15与电阻R15B串联；所述电阻R16、稳压二级管Z3、电容C9相互并联后与电阻R15、电阻R15B串联连接；所述稳压二级管Z3的正极与单片机信号检测检测脚PVOL连接；所述稳压二级管Z3的负极接地处理；所述单片机检测脚PVOL用于检测稳压二级管Z3正极端R16的电压逐点变化；以间接准确的得到电池电压的变化值。

所述充电电源电路由交流电的火线AVL、交流电的地线ACL、保护电阻RT、继电器K1、继电器K2、电容C3、放电电阻R8和桥堆组成；所述交流电的火线AVL通过继电器K1，电容C3与放电电阻R8并联后接在桥堆的第1脚；所述交流电的火线AVL经过保护电阻RT、继电器K2接到桥堆的第3脚；所述桥堆的第2脚得到一个正向波的脉动电流，用于电池充电。

所述控制保护电路由输入双路控制包括继电器K1、继电器K2、电容C1、电容C2、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、稳压二级管Z4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和二极管D1；所述电容C1的一端与单片机PACL控制脚连接，另一端通过电阻R1与三极管Q1的基极连接，电阻R2连接三极管Q1的基级与发射极；三极管Q1的集电极通过依次串联的电阻R3、R4与三极管Q2基极连接，电阻R5连接三极管Q2的基级与发射极；电容C2与连接电阻R4的输入端和三极管Q2的发射极；所述稳压二极管Z4负极接地，正极与三极管Q2的发射极连接；所述三极管Q2的集电极与依次串联的继电器K1、继电器K2线圈连接；所述继电器K1、继电器K2线圈两端并联有释放二极管D1；所述继电器K1用于控制电火线AVL输入端的通断；所述继电器K2用于控制地线ACN输入端的通断；所述稳压二极管Z4用于为整个控制电路提供稳定电压。

所述输出单路控制电路包括继电器K3、电容C7、电容C8、NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q4、二极管D2、电阻R10、电阻R11电阻R12、电阻R13、电阻R14；所述电容C7的一端与单片机PCHCR控制脚连接，另一端通过电阻R10与三极管Q3的基极连接，电阻R11连接三极管Q3的基级与发射极；三极管Q1的集电极通过依次串联的电阻R12、R13与三极管Q4基极连接，电阻R14连接三极管Q4的基级与发射极；电容C8与连接电阻R13的输入端和三极管Q4的发射极；所述三极管Q4的发射极与稳压二极管Z4正极相连，集电极与继电器K3线圈连接；所述继电器K3线圈两端并联有释放二极管D2；所述继电器K3与二极管D2并联。

所述火线AVL输入端通过电阻R6与单片机PZERO检测脚连接，所述单片机PZERO检测脚用于检测火线AVL输入端的电压信号。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明利用低频正相脉动电流做输入能源，间歇充电。用电位逐点跟踪法对电池的电位每个变化都进行甄别判定，通过“间歇式电位逐点跟踪充电方法”对电池的充电电源进行实时通断控制，达到间断式循环充电。这样的充电方式可以没有温升并且减少大量的析气，降低失水。同样温度条件下，本发明充电的析气量只有普通充电器直流充电析气量的10％以下，而这种数量级析出的气体可以完全被电池自身的催化剂中和，不会失水。这就避免了普通充电器在充电过程中的高热和大量的析气，高热又促使析气增加，从而解决了电池自身催化剂来不及完全中和的难题。解决了析气就是解决了失水，解决了失水就解决了电池容量下降的难题。使得电池循环寿命可以达到千次以上。超过现在250次的平均寿命。并且为了提高充电电路的安全性，对输入实行双路控制(PZERO信号检测)，双路控制的优点是无论任何状态下确保断电彻底。对输出实行单路控制(INITO信号检测)保护电池。确保在任何情况下的使用安全。本发明实际综合效率比现有普通充电器充电方式高出30％左右，即节约大量的能源。又可以使电池的循环寿命到1100次以上，可以节省因电池的生产对铅污染的排放；且无电磁辐射；利国利民。

附图说明

图1为本发明充电电路系统电路结构示意图。

以下结合附图通过具体实施例对本发明技术方案做进一步解释说明。

具体实施方式

间歇式电位逐点跟踪式电池充电电路，其结构特点在于包括极性检测电路，电位跟踪电路，电源电路和控制保护电路；所述极性检测电路用于对电池极性的检测；所述电位跟踪电路用于实时检测电池电压变化；所述电源电路用于实施电池充电；所述控制保护电路用于保护电源电路。

所述极性检测电路组成包括二极管D3、保险丝BX、电阻R9、电阻RB、稳压二极管Z1、三端稳压管Z2以及电容C5；所述二极管D3的正极与充电电池正极连接，负极连接VCC端，VCC端与保险丝BX连接；所述保险丝BX、电阻R9、电阻RB依次串联后与三端稳压管Z2的输入端连接；所述稳压二极管Z1的正极与三端稳压管Z2的输入端连接，负极与三端稳压管Z2的接地端连接；所述电容C5一端与三端稳压管Z2的输出端链接，一端与三端稳压管Z2的接地端连接；所述极性检测电路输出端与电阻R19连接。

所述电位跟踪电路连接在充电电池的两极，由电阻R15、电阻R15B、电阻R16、稳压二级管Z3和电容C9构成，所述电阻R15与电阻R15B串联，所述电阻R16、稳压二级管Z3、电容C9相互并联后与电阻R15、电阻R15B串联连接；所述稳压二级管Z3的正极与单片机信号检测地脚PVOL连接；所述稳压二级管Z3的负极接地处理；所述检测地脚PVOL用于检测稳压二级管Z3正极端的R16的变化电压。所述Z3是5.1V稳压管，为了保护单片机的采样电压不至于超过5.1V，其中所述电容C9用于信号滤波。

所述充电电源电路由交流电的火线AVL，交流电的地线ACL保护电阻RT继电器K1K2电容C3放电电阻R8和桥堆组成。所述交流电的火线AVL通过K1经过C3和R8并联后接在桥堆的1脚。所述交流电的火线经过RT、K2到桥堆的3脚。这样可以从桥堆的2脚得到一个正向波的脉动电流给电池充电。

所述控制保护电路由输入双路控制电路和输出单路控制电路组成；

所述输入双路控制包括继电器K1、继电器K2、电容C1、电容C2、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、稳压二级管Z4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和二极管D1；所述电容C1的一端与单片机PACL脚连接，另一端通过电阻R1与三极管Q1的基极连接，电阻R2连接三极管Q1的基级与发射极；三极管Q1的集电极通过依次串联的电阻R3、R4与三极管Q2基极连接，电阻R5连接三极管Q2的基级与发射极；电容C2与连接电阻R4的输入端和三极管Q2的发射极；所述稳压二极管Z4负极接地，正极与三极管Q2的发射极连接；所述三极管Q2的集电极与依次串联的继电器K1、继电器K2线圈连接；所述继电器K1、继电器K2线圈两端并联有续流二极管D1；所述继电器K1用于电源AVL输入端的通断；所述继电器K2用于电源ACN输入端的通断；所述电源AVL输入端依次连接继电器K1、并联连接的电阻R8和电容C3和整流桥电路，所述电源ACN输入端依次连接的继电器K2、整流桥电路；所述电源经整流桥整流后为VCC提供电压。所述Z4为整个控制电路提供稳定电压。

所述输出单路控制电路包括继电器K3、电容C7、电容C8、NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q4、二极管D2、电阻R10、电阻R11电阻R12、电阻R13、电阻R14；所述电容C7的一端与单片机PCHCR脚连接，另一端通过电阻R10与三极管Q3的基极连接，电阻R11连接三极管Q3的基级与发射极；三极管Q1的集电极通过依次串联的电阻R12、R13与三极管Q4基极连接，电阻R14连接三极管Q4的基级与发射极；电容C8与连接电阻R13的输入端和三极管Q4的发射极；所述三极管Q4的发射极与稳压二极管Z4正极相连，集电极与继电器K3线圈连接；所述继电器K3线圈两端并联有释放二极管D2；所述继电器K3与二极管D2并联。

所述电源AVL输入端通过电阻R6与单片机PZERO检测脚连接，所述单片机PZERO检测脚用于检测电源AVL输入端的电压信号。

下面就48V电动自行车电池充电举例；如图1所示，工作顺序如下；1起始极性检测，2电路附件检测，3逐点跟踪电路4充电电路实施方案，5控制保护电路

1、起始电池极性检测电路组成包括二极管D3，保险丝BX、电阻R9、电阻RB、稳压二极管Z1以及三端稳压管组成，当电池的极性正确时，利用二极管D3单项导电性给VCC提供电压，电流流经保险丝BX，经电阻R9、电阻RB分压限流、再经稳压二极管Z1、三端稳压管Z2稳压后给单片机提供稳压电路、保证单片机可以在5V电压下稳定工作。电容C5为单片机起到抗干扰作用；当电池的极性为反向时，D3不导通，VCC没有电压，单片机不工作。

2、电路附件检测：单片机工作后，PZERO和INITO就开始分别进行检测。单片机INTTO检测脚检测三极管Q5的的电压信号。单片机PZERO检测脚检测电阻R6的电压信号信号。R6为做探头用的电阻。当AVL有电压时R6就可以有感应电压。PZERO就可以检测到。INITO检测电路组成包括电阻R17、R19三极管Q5。电阻R17给Q5限流、电阻R19为Q5的钳制限压，以保证电压信号不超过5V。当D3有电流通过，R17即产生电压，三极管Q5的C脚集电极产生电压信号，通过INITO脚传给单片机。感应电压不应该为0V。PZEZO的检测电路是由电阻R6组成，利用R6的电阻得到电压感应信号，感应电压不应该为0V。上述检查后两种处理方式：一：如果单片机检查的值：INITO不为0V，PZERO不为0V，电池的电压在允许充电的范围内(单片机具有区别不同电压型号的电池的功能)则单片机通过PACL和PCHGR发出接通指令，接通控制K1、K2、K3的控制电路，给电池充电。B如果检查上述条件INITO和PZERO的电压有一个或者两个都为0，则整个电路处于检测状态，K1、K、2K3不接通；电路不充电。

3逐点跟踪电位电路：由电阻R15、电阻R15B、电阻R16稳压二级管Z3和电容C9构成，电阻R15与电阻R15B串联组成限流分压电路，电阻R16、稳压二级管Z3、电容C9相互并联后与电阻R15、电阻R15B串联连接；在R16上可以得到一个分压，通过滤波电容C9的正极与信号检测脚PVOL连接。单片机则根据PVOL检测脚的传回的电压数据和单片机内设定的参数值进行逐点比对，单片机内的参数值为充电时间-电压曲线参数。参数内容包括电压和循环时间；自身保护和电路保护程序。单片机采样比对自身设定的参数后控制K1、K2、K3动作，当电池的电压达到充电的高点V1(为单片机内设的参数值为充电电池的1.1---2倍)时，单片机控制K1、K2、K3断开，当断开后电池会按自身特性电压下降，当下降到V2(为单片机内设的参数值是充电电池参数的0.8----1.1倍)时，单片机控制接通K1、K2、K3，如此间断式循环充电。间断循环的次数为A次，循环次数达到后结束。A是可以是1-20的自然数。当电池是退化的电池时，被充电电池的电压达会不到设定的V1，本设计对此类电池做了专门的技术处理，当到达某个电压不在上升的时候：允许充电T分钟后关闭，(T可以是1-120分钟)并且不再下面的循环。这样可以保护已经退化的电池不会损坏，任然可以物尽其用。普通的充电方式会因此而将电池充至报废。无法控制。

4：充电电路实施方案：电源充电电路由交流电的火线AVL、交流电的地线ACL、保护电阻RT、继电器K1、继电器K2、电容C3、放电电阻R8和桥堆组成；所述交流电的火线AVL通过继电器K1，经电容C3、并联放电电阻R8后接在桥堆的第1脚；所述交流电的火线AVL经过保护电阻RT、继电器K2接到桥堆的第3脚；所述桥堆的第4脚接到共地端；所述桥堆的第2脚得到一个正相波的脉动电流接到VCC端用于电池充电。其中C3为关键件决定充电电流的大小，通过并联的方式增加容量来增加电流。

5：控制电路实施方案；包括控制电路由输入双路控制电路和输出单路控制电路；输入双路控制电路由继电器K1、继电器K2、电阻R1、R2、R3、R4、R5、电容C1、C2、三极管Q1、Q2、稳压二级管Z4组成。其中C1是Q1的触发电容，C2为Q2的触发电容。电阻R1给Q1限流、电阻R2为Q1的下偏执电阻起到钳制电压作用，R3给Q2限流分压、电阻R4为Q2限流分压、电阻R5为Q2的上偏执电阻，二极管D1为K1、K2的释放二极管，起到继电器释放时候减少继电器自感电压，消除干扰。Q1为Q2提供信号，Q2为继电器K1、K3提供驱动电压，控制K1、K2的通与断。Z4为双路控制电路提供稳压电源。在单片机在完成前述的检测过程并确认可以接通后，通过控制脚PACL给出5V脉冲正电压信号后，输入双路控制K1、K2接通。

输出单路控制电路由继电器K3、电容C7，C8、三极管Q3、Q4、二极管D2、电阻R10、R11、R12、R13、R14组成。其中C7是Q3的触发电容，C8是Q4的触发电容。R1O是Q3的限流电阻，R11是Q3的下偏执电阻起到钳制电压作用，R12、R13是Q4的分压限流电阻，R14是Q4的上偏执电阻起钳制电压用，单片机通过PCHGR脚给C7正电压脉冲信号后(同上)，通过K3接通后可以给电池正常充电了。

保护电路组成包括保险丝BX、电阻R6、以及R17、R19、Q5。其中保护一：电子保险丝BX是为整个单片机控制电路的过流保护器。当有过流时，瞬间电阻为无穷大，断开了单片机的供电，单片机停止工作，脉冲信号停止。C1、C2、C7在没有单片机脉冲信号的状态下呈不导通状态，这样K1、K2、K3的线圈就没有了电能，继电器全部断开。至此起到整体电路的关断保护。其中保护二：当输入断开时：R6就没有了感应电压，单片机PZERO脚检测R6电压信号为0V时，通知单片机关闭K1K2K3。其中保护三：当输出断开既电池连接端断开时，R17的电压为0V，INITO通过R17、R19检测Q5的电压信号为0V，单片机也会按设定程序关断K1、K2、K3起到保护作用。其中保护四：充电前单片机会检测电池的电压是否在充电范围内。过高和过低，电池电压型号不对等，都不会不给电池充电。

Claims (1)

1.间歇式电位逐点跟踪式电池充电电路，其特征在于包括极性检测电路，电位逐点跟踪电路，充电电源电路与控制保护电路；所述极性检测电路用于对电池极性的检测；所述电位逐点跟踪电路用于实时检测电池电压变化；所述充电电源电路用于实施对电池充电；所述控制保护电路用于保护整体电源电路； 

所述极性检测电路组成包括二极管D3、保险丝BX、电阻R9、电阻RB、稳压二极管Z1、三端稳压管Z2、电容C5；所述二极管D3的正极与充电电池正极连接，负极连接VCC端，VCC端与保险丝BX连接；所述保险丝BX、电阻R9、电阻RB依次串联后与三端稳压管Z2的输入端连接；所述稳压二极管Z1的正极与三端稳压管Z2的输入端连接，负极与三端稳压管Z2的接地端连接；所述电容C5一端与三端稳压管Z2的输出端链接，另一端与三端稳压管Z2的接地端连接；所述三端稳压管Z2的输出端连接单片机的正5V，所述单片机的负端与三端稳压管Z2的接地端连接； 

所述电位逐点跟踪电路连接在充电电池的两极，由电阻R15、电阻R15B、电阻R16、稳压二极管Z3和电容C9以及单片机信号检测脚PVOL构成，所述电阻R15与电阻R15B串联；所述电阻R16、稳压二极管Z3、电容C9相互并联后与电阻R15、电阻R15B串联连接；所述稳压二极管Z3的正极与单片机信号检测检测脚PVOL连接；所述稳压二极管Z3的负极接地处理；所述单片机信号检测脚PVOL用于检测稳压二极管Z3正极端R16的电压逐点变化；以间接准确的得到电池电压的变化值； 

所述充电电源电路由交流电的火线AVL、交流电的地线ACL、保护电阻RT、继电器K1、继电器K2、电容C3、放电电阻R8和桥堆组成；所述交流电的火线AVL通过继电器K1，并经过并联的电容C3、放电电阻R8后接在桥堆的第1脚；所述交流电的火线AVL经过保护电阻RT、继电器K2接到桥堆的第3脚；所述桥堆的第4脚接到共地接地端；所述桥堆的第2脚得到一个正向波的脉动电流，用于电池充电； 

所述控制保护电路由输入双路控制电路和输出单路控制电路组成； 

所述输入双路控制包括继电器K1、继电器K2、电容C1、电容C2、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、稳压二极管Z4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和二极管D1；所述电容C1的一端与单片机PACL控制脚连接，另一 端通过电阻R1与三极管Q1的基极连接，电阻R2连接三极管Q1的基级与发射极；三极管Q1的集电极通过依次串联的电阻R3、R4与三极管Q2基极连接，电阻R5连接三极管Q2的基级与发射极；电容C2与连接电阻R4的输入端和三极管Q2的发射极；所述稳压二极管Z4负极接地，正极与三极管Q2的发射极连接；所述三极管Q2的集电极与依次串联的继电器K1、继电器K2线圈连接；所述继电器K1、继电器K2线圈两端并联有释放二极管D1；所述继电器K1用于控制电火线AVL输入端的通断；所述继电器K2用于控制地线ACN输入端的通断；所述稳压二极管Z4用于为整个控制电路提供稳定电压； 

所述输出单路控制电路包括继电器K3、电容C7、电容C8、NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q4、二极管D2、电阻R10、电阻R11电阻R12、电阻R13、电阻R14；所述电容C7的一端与单片机PCHCR控制脚连接，另一端通过电阻R10与三极管Q3的基极连接，电阻R11连接三极管Q3的基级与发射极；三极管Q1的集电极通过依次串联的电阻R12、R13与三极管Q4基极连接，电阻R14连接三极管Q4的基级与发射极；电容C8与连接电阻R13的输入端和三极管Q4的发射极；所述三极管Q4的发射极与稳压二极管Z4正极相连，集电极与继电器K3线圈连接；所述继电器K3线圈两端并联有释放二极管D2；所述继电器K3与二极管D2并联； 

所述火线AVL输入端通过电阻R6与单片机PZERO检测脚连接，所述单片机PZERO检测脚用于检测火线AVL输入端的电压信号。