充电器及充电系统
技术领域
本实用新型涉及电力补给领域,具体而言,涉及一种充电器及充电系统。
背景技术
当前蓄电池由于制造成本低、容量大等优点,已经成为人们日常生活中一种常见的储能方式,诸如为电动车提供能源动力的蓄电池。由于蓄电池的普及,为蓄电池充电的充电器也成为人们生活的必备品。
然而,现有的充电器种类繁多,充电性能却不佳。尤其是为电动车蓄电池充电的充电器,实现充电功能的电路结构复杂且充电效率低,易造成电能的损耗与浪费,同时容易对电池造成损伤,减少电池使用寿命。
针对上述充电器充电性能不佳的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型实施例的目的在于提供一种充电器及充电系统,能够改善充电器的充电性能。
第一方面,本实用新型实施例提供了一种充电器,包括:依次电连接的一次整流滤波电路、LLC谐振变换电路、二次整流滤波电路、正负脉冲电路,以及与LLC谐振变换电路、二次整流滤波电路和正负脉冲电路分别相连接的控制器;
上述一次整流滤波电路将外界交流电源输入的交流电进行整流和滤波处理后变换为直流电,输出直流电;
上述LLC谐振变换电路接收直流电,对直流电进行功率变换得到当 前设定功率对应的电流,输出电流;
上述二次整流滤波电路接收电流,对该电流进行整流和滤波处理,输出处理后的电流;
上述正负脉冲电路接收处理后的电流,将处理后的电流变换为正负脉冲电流,并将该正负脉冲电流输出至与正负脉冲电路相连接的充电电池;
上述控制器采集电流经二次整流滤波电路处理后的电压值和电流值,向LLC谐振变换电路发送与该电压值和该电流值相对应的第一控制信号,向正负脉冲电路发送与电压值和电流值相对应的第二控制信号;
上述LLC谐振变换电路还用于按照上述第一控制信号调整当前设定功率;
上述正负脉冲电路还用于按照上述第二控制信号控制正负脉冲电流的频率和/或幅度。
结合第一方面,本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中,上述控制器包括:采集器、半桥驱动控制电路和智能控制电路;
上述采集器分别与二次整流滤波电路、半桥驱动控制电路和智能控制电路电连接,采集电流经二次整流滤波电路处理后的电压值和电流值,并输出电压值和电流值;
上述半桥驱动控制电路分别与采集器和LLC谐振变换电路电连接,接收电压值和电流值,向LLC谐振变换电路发送与该电压值和电流值对应的第一控制信号;
上述智能控制电路分别与采集器和正负脉冲电路电连接,接收上述电压值和电流值,向正负脉冲电路发送与该电压值和电流值对应的第二控制信号。
结合第一方面的第一种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第 一方面的第二种可能的实施方式,其中,上述充电器还包括:与智能控制电路电连接的电池状态监测器。
结合第一方面的第二种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式,其中,上述充电器还包括:与智能控制电路电连接的充电状态指示器。
结合第一方面的第三种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式,其中,上述充电器还包括:与智能控制电路电连接的温度感测器。
结合第一方面的第四种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式,其中,上述充电器还包括风扇,该风扇与智能控制电路电连接。
结合第一方面的第五种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式,其中,上述充电器还包括外壳,该外壳上设置有把手;
一次整流滤波电路、LLC谐振变换电路、二次整流滤波电路、正负脉冲电路、控制器、电池状态监测器和温度感测器集成在电路板上,该电路板设置于外壳内,其中,充电状态指示器包括指示灯,该指示灯设置在外壳上;风扇设置在外壳内;
一次整流滤波电路、LLC谐振变换电路、二次整流滤波电路、正负脉冲电路依次横向排为第一列,控制器所包括的采集器、半桥驱动控制电路和智能控制电路依次排为第二列;
一次整流滤波电路与外界交流电源连接的插头、以及正负脉冲电路与充电电池连接的充电引线均设置于外壳外。
结合第一方面的第六种可能的实施方式,本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式,其中,上述插头与外壳为可拆卸式结构,充电引线与外壳为可拆卸式结构。
第二方面,本实用新型实施例还提供一种充电系统,包括第一方面的充电器,还包括与该充电器连接的充电电池。
结合第二方面,本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式,其中,上述充电电池为应用于电动交通设备的充电电池。
本实用新型实施例提供的充电器及充电系统,通过一次整流滤波电路、LLC谐振变换电路、二次整流滤波电路、正负脉冲电路以及控制器,将外界输入的交流电处理为可输出至充电电池的正负脉冲电流。与现有技术的充电器相比,本实施例的充电器及充电系统通过多种电路的有效结合以及控制器对于相关电路的调节控制,在电路结构精简的基础上也提升了充电效率,改善了充电性能。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本实用新型实施例1所提供的一种充电器的结构示意图;
图2示出了本实用新型实施例2所提供的另一种充电器的结构示意图;
图3示出了本实用新型实施例3所提供的另一种充电器的结构示意图;
图4示出了本实用新型实施例4所提供的一种充电器系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
考虑到相关技术中的充电器产品电路结构复杂且充电效率低,充电性能不佳,本实用新型实施例提供了一种充电器及充电系统,下面通过实施例进行描述。
实施例1
参见图1所示的一种充电器的结构示意图。
该充电器包括:依次电连接的一次整流滤波电路11、LLC谐振变换电路12、二次整流滤波电路13、正负脉冲电路14,以及与LLC谐振变换电路12、二次整流滤波电路13和正负脉冲电路14分别相连接的控制器15。
上述一次整流滤波电路11将外界交流电源输入的交流电进行整流和滤波处理后变换为直流电,输出直流电;其中,一次整流滤波电路11可以为桥式整流滤波电路,例如,利用整流桥和高压电解电容,通过整流、滤波等处理过程后将外界输入的交流电(即图1中的AC输入)转换为较为平稳的直流电;
上述LLC谐振变换电路12接收直流电,对直流电进行功率变换得到 当前设定功率对应的电流,输出电流;其中,LLC谐振变换电路12可以包括CBB电容、两个功率MOS管以及变压器,通过该LLC谐振变换电路12改变预设的功率值。
上述二次整流滤波电路13接收电流,对该电流进行整流和滤波处理,输出处理后的电流;二次整流滤波电路13主要用于对上述电流进一步整流和滤波,且去掉电流所携带的诸如高频、尖峰等杂波,以使处理后的电流进一步满足要求。
上述正负脉冲电路14接收处理后的电流,将处理后的电流变换为正负脉冲电流,并将正负脉冲电流输出至与正负脉冲电路14相连接的充电电池;具体实现时,正负脉冲电路14可以包括两个功率MOS管以及若干电阻。通过正负脉冲充电电路14能够降低电池内阻,有效提高电池对电流的接受能力,从而提高充电效率,更节能环保。同时还可以除去电极板上的硫酸铅,降低电池析气量,延长电池使用寿命。
上述控制器15采集电流经二次整流滤波电路13处理后的电压值和电流值,向LLC谐振变换电路12发送与电压值和电流值相对应的第一控制信号,向正负脉冲电路14发送与电压值和电流值相对应的第二控制信号;控制器15可以根据采集的电压值和电流值而进一步控制LLC谐振变换电路12和正负脉冲电路14,通过反馈控制,使得充电器更为精确的运行。
上述LLC谐振变换电路12还用于按照上述第一控制信号调整当前设定功率;根据不同频率的第一控制信号,从而能够实现不同功率的输出。
上述正负脉冲电路14还用于按照上述第二控制信号控制正负脉冲电流的频率和/或幅度。通过该第二控制信号实现自动调节充电参数,并通过控制正负脉冲电路14中的功率MOS管的导通和关断等,来进一步实现对输出的正负脉冲电流的控制,确保不过充、不欠充,避免造成电能消耗。
本实用新型实施例提供的充电器,通过一次整流滤波电路、LLC谐振 变换电路、二次整流滤波电路、正负脉冲电路以及控制器,将外界输入的交流电处理为可输出至充电电池的正负脉冲电流。本实施例通过多种电路的有效结合以及控制器对于相关电路的调节控制,在电路结构精简的基础上也提升了充电效率,更好的利用了电能,减少了电能的损耗与浪费,从而综合改善了充电性能,延长了电池的使用寿命。
在具体实现过程中,上述正负脉冲电路14具体可以包括正脉冲电路和负脉冲电路,从而能生成所需的正负脉冲电流,可以采用相关技术达到多阶段充电模式,包括涓充、主充、次充、浮充以及正负脉冲修复等多个充电阶段,减少了充电时对电池造成的伤害,并提升了充电速度和效率。其中,正脉冲电路可以达到去硫化作用,负脉冲电路可以用于加快充电速度以及降低电池温升,从而对电池具备维护效果,可降低用户电池的淘汰率,延长用户电池的使用寿命。其中,正负脉冲电路14可以参照相关技术实现,在此不再赘述。
此外,本实施例所提供的采用正负脉冲电路的充电器与传统的充电器相比,正负脉冲电路的具体优势以及相应原理如下:在传统的充电器充电过程中,最初充电电流远小于蓄电池(即充电电池)的可接受充电电流,因而充电时间较长;然而在充电过程后期,充电电流又大于蓄电池的可接受电流,因而蓄电池内部会产生大量的气泡,极大影响了充电效率。但是,如果在整个充电过程中使用的实际充电电流始终等于或者接近于蓄电池的可接受充电电流,则可以大大加快充电速度。另外,充电过程中蓄电池产生的极化电压会阻碍本身的充电。因而若想实现快速的充电,必须消除极化电压对蓄电池充电的影响。如果给蓄电池提供一条放电通道,则可以消除电化学的极化影响,同时蓄电池的温度也会因为放电而得到控制。正负脉冲电路也就是基于上述原理而形成:在蓄电池的充电过程中,适当暂停充电,并适当加入放电脉冲(负脉冲),从而可以迅速消除各种极化电压,同时给予了蓄电池缓冲的时间,使得蓄电池允许在充电阶段使用较大的电流充电,进一步提高充电速度和充电效率,综合提升了充电器的充电 性能。
综上所述,本实施例提供的充电器,通过一次整流滤波电路、LLC谐振变换电路、二次整流滤波电路、正负脉冲电路以及控制器,将外界输入的交流电处理为可输出至充电电池的正负脉冲电流。通过将上述多种电路的有效结合以及利用控制器对于相关电路的调节控制,在电路结构精简的基础上也提升了充电效率,改善了充电性能。
实施例2
参见图2所示,本实施例提供了一种充电器,在图1所示的充电器的基础上,本实施例的控制器15包括:采集器151、半桥驱动控制电路152和智能控制电路153;
上述采集器151分别与二次整流滤波电路13、半桥驱动控制电路152和智能控制电路153电连接,采集电流经二次整流滤波电路13处理后的电压值和电流值,并输出该电压值和电流值;
上述半桥驱动控制电路152分别与采集器151和LLC谐振变换电路12电连接,接收上述电压值和电流值,向LLC谐振变换电路12发送与该电压值和电流值对应的第一控制信号;具体的,半桥驱动控制电路152可以通过L6599半桥驱动控制电路实现,通过L6599半桥驱动控制电路输出不同频率的驱动信号来控制LLC谐振变换电路12,从而能够实现不同功率的输出。
上述智能控制电路153分别与采集器151和正负脉冲电路14电连接,接收上述电压值和电流值,向正负脉冲电路14发送与该电压值和电流值对应的第二控制信号。通过智能控制电路153对正负脉冲电路14的控制,可以自动调节充电参数,确保不过充、不欠充,避免造成电能消耗。其中,所述智能控制电路153具体可以为MCU(Micro controller Unit,微控制单元)智能控制电路,MCU智能控制电路可以参照相关技术实现,在此不再赘述。通常情况下,MCU智能控制电路可以为嵌入式集成芯片,体积 小巧,极大的节省了空间。
本实施例所提供的充电器将上述控制器15细分为采集器151、半桥驱动控制电路152以及智能控制电路153,通过功能性的划分,更有针对性的实现了控制效果,且便于实现与集成。其中,采集器151采集电流经二次整流滤波电路13处理后的电压值和电流值,半桥驱动控制电路152根据该电压值和电流值而生成用于控制LLC谐振变换电路12的第一控制信号,用于进行预设的功率变换,使其LLC谐振变换电路12能够输出预设的功率;智能控制电路153根据该电压值和电流值而生成用于控制正负脉冲电路14的第二控制信号,用于控制正负脉冲电流的频率和/或幅度,实现多段式充电。通过控制器15对上述电路实施动态的调节和控制,使充电器向充电电池较为精确的输出符合要求的电流。
本实施例所提供的充电器,其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同,为简要描述,本实施例部分未提及之处,可参考前述实施例中相应内容。
实施例3
为了能够使得充电器的性能更加完善,本实用新型实施例还提供了一种充电器,如附图3所示,该充电器除了包括上述实施例2中的充电器所示部件和结构外,还包括与智能控制电路153电连接的电池状态监测器16,用以检测电池是否在位,从而防止没有电池的空充电,提升充电器的可靠性。
此外,考虑到使用者需要对充电器的充电状态有所了解,本实施例所提供的充电器还包括与智能控制电路153电连接的充电状态指示器17。具体实现时,该充电状态指示器17可以包括LED灯,LED灯的数量可以根据实际需要而设定。例如,设定4颗LED灯,当有一颗灯亮时,表示已充电25%(即充电电池已获取25%的充电量),当有两颗灯亮时,表示已充电50%,当4颗灯都亮时,表示已充电100%。因而充电状态指示器 17不仅能表示充电状态,还能指示当前电池存储量。应当注意在此所示的数值仅为示例性,不应当被视为限制。此外,充电状态指示器17还可以是液晶显示屏,可以在该显示屏上以数字、图像等形式显示充电量等。
为了能够检测充电器内部的温度,以便实现对充电器更好的控制,上述充电器还包括与智能控制电路153电连接的温度感测器18。具体的,温度感测器18可以采用热敏电阻来感测温升,当温度达到设定值时,向智能控制电路153发送信号,以使智能控制电路153执行进一步降温操作,从而确保充电器能够良好的运行,降低了因温度影响而可能造成的充电性能不佳等后果。
进一步,为了能够确保充电器在安全温度范围内正常工作,上述充电器还包括风扇,该风扇与智能控制电路电153连接。为了保证附图的简洁,在图中未示出风扇。具体实施时,当上述温度感测器18感测到温度高于限定值时,向智能控制电路153发送预警信号,智能控制电路153接收到信号后则会开启风扇,从而将充电器的温度维持在安全范围内,防止因温度高于限定值而影响充电器的正常运行。应当注意的是,如果充电器内部的温度过于高,风扇开启后也无法降温至安全温度范围内,则智能控制电路153则会关闭充电器,从而起到保护充电器的目的。
考虑到需要使上述充电器的内部结构受到进一步保护,并且更方便使用者对充电器的携带,上述充电器还包括外壳,外壳上设置有把手;其中,外壳包括但不限于金属外壳、塑料材质外壳或防水外壳等。而把手的设置则使得使用者便于手持充电器,在日常生活中携带以及拿取该充电器更为方便。在该充电器内部,一次整流滤波电路11、LLC谐振变换电路12、二次整流滤波电路13、正负脉冲电路14、控制器15、电池状态监测器16和温度感测器18集成在电路板上,该电路板设置于外壳内,其中,充电状态指示器17包括指示灯,指示灯设置在外壳上;上述风扇设置在外壳内。
为了能够精简充电器的体积,可以将上述电路合理布置,一次整流滤 波电路11、LLC谐振变换电路12、二次整流滤波电路13、正负脉冲电路14依次横向排为第一列,控制器15所包括的采集器151、半桥驱动控制电路152和智能控制电路153依次排为第二列;一次整流滤波电路11与外界交流电源连接的插头、以及正负脉冲电路14与充电电池连接的充电引线均设置于外壳外。通过将上述电路紧凑而合理的列式布置,可以简化充电器的体积,使充电器更小巧,便于使用者携带。
进一步,考虑到充电器的整体便捷性以及兼容性,上述插头与外壳为可拆卸式结构,充电引线与外壳为可拆卸式结构。因此使用者更便于将插线(即充电器与外界交流电源连接的插头以及用于为充电电池充电的充电引线)与充电器分开携带,而避免了传统的一体式充电器那样缠绕插线而引起的携带不便。此外,充电器与外界交流电源连接的插头以及用于为充电电池充电的充电引线,可以兼容并适用于其它同类型充电器中,使得充电器的使用更为灵活。
综上所述,本实用新型实施例所提供了一种充电器,在前述实施例的基础上,进一步采用能够检测电池是否在位的电池状态监测器、显示充电状态的充电状态指示器、检测充电器温度的温度感测器、为充电器降温的风扇、设置有把手的外壳、可拆卸的插头和充电引线等,更好的提升了充电器的可靠性,改善了充电器的充电性能,同时为使用者带来了一定程度的便捷,综合提升了使用者的体验。
实施例4
参见图4所示的一种充电器系统的结构示意图。
本实施例所提供的充电器系统,其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同,为简要描述,本实施例部分未提及之处,可参考前述实施例中相应内容。
该充电系统包括充电器10,还包括与充电器连接的充电电池20。在实际实施中,充电电池20与充电器10通过充电引线相连接。
充电器10可以采用前述实施例中的结构实现,这里不再赘述。
充电电池20为应用于电动交通设备的充电电池。在实施中,电动交通设备包括电动自行车、电动汽车、电动船以及电动滑板等。
上述充电器及充电系统具有如下的优点:
(1)采用高频开关电源技术,充电效率高,减少电能损耗;
(2)通过正负脉冲充电技术,降低电池内阻,有效提高电池电流的接受能力,从而提高充电效率,更节能环保;同时可以除去电极板上的硫酸铅,降低电池析气量,延长电池使用寿命;
(3)采用多阶段充电模式,包括涓充、主充、次充、浮充以及正负脉冲修复等多个充电阶段,减少了充电器在充电过程中对电池造成的伤害;
(4)通过控制器,可以自动调节充电参数,确保不过充、不欠充,避免造成电能消耗;
(5)充电器内部的电路结构精简,有效降低成本;
(6)充电器内部的电路布局合理,减小充电器空间,使充电器更小巧,便于携带。
综上所述,采用本实施例所提供的充电器及充电系统,充电效率可高达94%,同时增强了充电可靠性,保护了充电电池,综合提升了充电性能;且电路结构精简,使得充电器小巧便携。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统具体工作过程,可以参考前述实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本实用新型所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的充电器和系统,可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的,例如,所述电路单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以 有另外的划分方式,又例如,多个电路单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
需要注意的是,在本实用新型的描述中,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
另外,在本实用新型的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。