CN2336506Y

CN2336506Y - 一种充电机用控制装置

Info

Publication number: CN2336506Y
Application number: CN 98206646
Authority: CN
Inventors: 陈宝中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 1999-09-01
Anticipated expiration: 2008-07-03

Abstract

本新型涉及蓄电池充电的控制器，特别涉及一种一端通过现有的接口电路与变流电路相连，另一端与计算机系统相连的充电机用控制装置。充电控制器是利用计算机对所充蓄电池的动态内阻和荷电状态进行监测，由此控制充电机输出合适的电流对蓄电池充电，当荷电状态、蓄电池动态内阻、蓄电池的静止端电压及其变化率达到一定值时，停止充电，与常规充电机比较，充电速度大大提高，并可延长蓄电池使用寿命。本新型特征为由电压测量电路、电流测量电路、控制电路、保护电路构成。

Description

一种充电机用控制装置

本实用新型涉及适合蓄电池充电的控制器，特别涉及一种一端通过现有的接口电路与变流电路相连，另一端与计算机系统相连的充电机用控制装置。

目前现有技术如国内专利88100250.X所描述的技术是采用对蓄电池充电过程极化程度的大小测量来控制蓄电池充电过程中的析气，充电过程极化程度高，析气就严重，极化程度低，析气就少甚至不析气，而在温度的控制方面是采用外接插在电解液中的温度传感器对充电过程蓄电池的温度进行测量来控制的，当温度超过一定值时，改变输出电流的大小和脉冲间隔，降低充电电流的有效值，从而使被充蓄电池的温度得以控制，当温度低于一定购值时，采用对极化程度的测量来控制输出电流的大小。运用此技术能有效地控制充电过程的析气，但温升比较高，如将温度控制得太低，充电速度将会大大降低，同时由于温度这--参数测量和控制过程惯性比较大，当温度达到限定值时，要想温度迅速下降很难，此时给蓄电池已经开始造成影响，如将温度降得很低，将会大大延长充电时间。在运用此技术生产的智能充电机性能监测报告中，蓄电池的温升达20多度，这一数据已远远超过蓄电池所规定的温升值；对于密封蓄电池和成组使用的蓄电池组的温度将会很难测量，同时在每次充电过程中接插温度传感器非常麻烦，而且传感器的接线很易被腐蚀，同时这种方法在环境温度相差比较大的地方不能自动适应，给使用带来诸多不便，很多用户经常不接温度传感器，致使蓄电池温升太高，充电效果不佳，影响蓄电池的使用寿命。

有鉴于此，如何能使充电电流能根据需要而自动调整，使得充电时间短，充电时析气微量，延长蓄电池的使用寿命；需要能有随时检测被充电蓄电池的各种参数、并能将检测的参数输入计算机并执行计算机的指令的控制装置，以便自动控制充电机处于最佳的充电状态，并且工作可靠，结构简单，正是本新型研创动机所在。

本实用新型设计人凭借多年从事各类电子控制和检测装置的研究生产加工等领域的实际经验，在反复研究论证的基础上，做一全新设计构成，终得本新型的产生。

针对现有技术的不足，本新型的目的是设计可以检测蓄电池的各种参数，并能接受计算机的指令而控制充电机的控制装置。

本实用新型的原理是：决定蓄电池充电状态的参数很多，其主要参数有蓄电池充电时的端电压、无欧姆内阻极化电压、停充电时静止电压，充电电流等。通过对这几种参数进行测量，综合分析，确定给予蓄电池充电的最优方式。其技术特点是：充电全过程计算机通过电压测量电路对所充蓄电池的充电电压、无内阻电压、静止电压进行测量，和电流测量电路对充电过程中充电电流进行实时测量，得到决定蓄电池充电状态的几个主要参数，通过对这几种参数进行综合分析，确定所充蓄电池的动态内阻和荷电状态，当蓄电池的动态内阻超过一定的值，蓄电池的端电压还未超过析气电压时，在保证不析气的情况下，充电电流可以上升，但如加大充电电流，蓄电池的温升将会上升很快，这种情况对蓄电池寿命的影响很大。本实用新型在此种情况下运用PID调节，提前调整充电电流，使得蓄电池的温升得到控制，保证蓄电池的温升始终控制在一定的范围之内。当蓄电池的荷电状态低(即蓄电池亏电)时，其接受充电电流的能力就强，就意味着我们可以用大电流进行充电，相反充电电流就要减小。本实用新型能根据所测得的蓄电池荷电状态来控制变流电路输出合适的电流对蓄电池进行充电，当荷电状态、蓄电池动态内阻、蓄电池停充时的静止端电压及其变化率满足一定条件时，充电机自动停止充电，与常规充电机比较，充电速度大大提高，延长了蓄电池的使用寿命，具有一定的智能化。对密封免维护蓄电池的充电尤为实用。

本实用新型的目的是这样实现的：其特征在于由电压测量电路、电流测量电路、控制电路、保护电路构成，电压测量电路由运算放大器U02A构成电压比较器，充放电电容C104跨接在运算放大器输入负端和接地端，被测电压通过串联的电阻R105、R107连接到放大器输入正端；电流测量电路由电阻R127和电容C113构成滤波，再经过运算放大器U104A线性放大，并经运算放大器U104B和集成电路U103串联实现的压频转换电路构成；控制电路由光电耦合器OP2的输出直接连接并控制三极管T105，三极管T105的发射极接输出构成；保护电路由光电耦合器组成的电源控制电路、三极管T107、T106串联组成的驱动继电器的掉电、接反、断相保护电路、两只并联二极管D102、D113组成或门电路的故障信号告知电路、两只三极管T101、T102串联驱动喇叭组成的报警电路构成。

运用本实用新型技术设计的控制器来控制充电机，与现有充电技术相比具有充电时间短，充电时温升低，而且无需外接温度传感器，对被充蓄电池的型号和环境无特殊要求，充电时析气微量，延长蓄电池的使用寿命等优点，尤其适合密封免维护铅酸蓄电池的充电；该控制器还可以适合隔镍蓄电池的充电；由于采用计算机控制，该控制器还可以根据用户的需要提供多种充电模式，如恒流充电、恒压充电、限流恒压恒流定时三阶段充电模式等；各种模式的参数如电流、电压、时间等用户自己可自由设定，所设参数自动保存，下次开机时无需重新设置。同时由于采用硬件和软件的优化组合，使得该控制器的性能价格比得到很大的提高，其价格只为同类产品的1/4，而且调试更加简单，操作更为简便，可靠性更高。

本控制器通过接口电路与适当的变流电路相连，构成一套完整的充电系统，控制器通过其电压测量电路和电流测量电路对充电过程中蓄电池充电时的端电压、无欧姆内阻极化电压、停充电时静止电压、充电电流等与蓄电池荷电状态有关的几种主要参数进行测量，并将所测得的参数送到计算机系统，计算机经过综合分析，确定出与被充蓄电池的状态对应的两个参数：动态内阻(指接点电阻、电极电阻、电解液电阻等欧姆内阻、和集中极化内阻和化学充电内阻的综合值)和荷电状态(蓄电池能释放出的容量与额定容量的比)，并送显示装置显示。根据这两个参数计算机系统能准确判断被充蓄电池当前的状态，确定在保证蓄电池寿命不受任何影响和温升低于一定值的条件下，准确地通过控制电路给出信号控制外接的变流电路输出合适的电流，对蓄电池进行充电，使得蓄电池的充电始终处于最优化的状态下进行。当计算机检测到充电过程中蓄电池充电时的端电压、无欧姆内阻极化电压、停充电时静止电压、充电电流、动态内阻、荷电状态满足一定条件时，控制变流电路停止输出电流，充电结束，同时给出声响报警。当充电过程中，如出现过流、短路、断路、电池接反、电源缺相等多种致命故障时，保护电路会立即将此信号送到计算机系统，计算机系统会根据所发生的故障情况，通过保护电路执行相应的保护操作，避免意外事故发生，同时向显示装置发出故障代码信号，以供检修用。

图1为本实用新型的电压测量电路图。

图2为本实用新型的电流测量电路图。

图3为本实用新型的控制电路图。

图4为本实用新型的计算机系统存储电路图。

图5为本实用新型的电压测量电路电容充放电曲线图。

图6为本实用新型的保护电路图。

图7为本实用新型的电路结构框图

电压测量电路是运用电容充放电时间和电容两端充电电压成一一对应关系和运用线性差值方法来实现的。电容充放电过程如图五所示，电容充电时两端的电压U=U_o ^*(1-e^-αt)，放电时电容两端的电压U=U_o ^*e^-αt，从图中可以看出当电容充电时电容两端的电压从0上升到1/2Uo和当电容放电时电容两端的电压从Uo下降1/2U_o时，充电时间和电压基本成线性关系，电压测量电路如图一所示，5端为一基准电压输入，6端为控制电容充放电的一开关信号，当6端从高变为低电平时，电容C104开始放电，其端电压开始下将，当U102A的2脚电压低于U102A的3脚时，U102A的1脚输出由低变为高，从6端由高变低到，U102A的1脚即8端变为高的时间与U102A的3脚的电压成一一对应关系。7端为电压输入，经电阻R105和R106分压后经R107送到U102A的3脚，我们用固定的已知电压从7端输入，重复一次电容充放电，就可以得到一个与此电压值相对应的时间值，在一个我们要测量的电压范围内，分若干段进行测量，就会得到一张表，我们可以首先将这张表存人图四U102-93C46中，当一个未知电压从7端输入时，我们同样会得到一个与之对应的时间值，运用线性插值的方法就可以得出7端输入的电压值。

电流测量电路(参见图2)包括电流放大电路和电压频率转换电路，电流信号从1端经电阻R127和电容Cl13滤波后，送人U104A进行线性放大，放大后的电压信号由2端输出，再经3端输人，经电阻R122送人由U104B和U103组成的压频转换电路该电路将送入的电压信号转换成与之对应脉冲信号，其频率和电压成一一对应线性关系，该信号由4端输出，此信号送人计算机系统U101的8脚进行定时计数，单位时间内所计得的数，与从1端输人的电流信号是一一对应的，经过计算机运算后就可以测出对应的电流值。

控制电路(参见图3)是由通过11端接受计算机系统发出的一种脉宽调制信号，经过变换后，由14端去控制变流电路输出，脉冲信号的占空比可以有效地控制变流电路输出的大小，变流电路的开和关。当我们控制的变流电路为可控硅整流电路时，控制电路输出一个脉动信号，去控制可控硅的导通角，从而控制整流电流输出的大小。当我们控制的变流电路为高频开关电路时，控制电路将计算机发来的脉宽调制信号进行滤波，变成一个比较平稳的与占空比成正比的直流电压信号去控制高频变换电路的输出。图三为控制可控硅整流电路的电路示意图，10端接电源正，11端接受计算机发来的脉宽调制信号，OP2起光电隔离作用，12、13端为交流输入，经D107-D110娇式整流后，为触发信号提供电源，T105起电流放大作用，14端为触发信号的输出端。

计算机系统(参见图4)U101选用89 C2051作为主控芯片，该芯片具有8个输入输出脚、3个多功能脚、二个中断、一个串行接口、2K字节的EPROM程序存储器、128个RAM。是一种体积小功能强价格低的芯片。其主要完成充电电流、电压等参数的测量；各种分析判断和计算；控制信号的产生；保护信号的识别和相应控制信号的发出等任务。U102为可电擦除存储芯片93C46，该芯片具有存入参数掉电后自动保存不丢失的特点。其主要用于存放电压、电流校准用的插值表和充电过程的一些重要参数以及各种充电机额定参数值和用户根据自己需要而设定的参数，参数设定后会自动保存，下次使用时不必重新设置。电容C101和电阻R101构成计算机系统复位电路。晶振CRL和电容C102、C103组成振荡电路。

保护电路(参见图6)，主要完成故障信号的检测、指示、报警和保护等操作，其主要是由以下四部分组成，电源控制电路：16端接+5V，当17端为低时，28、29端导通而有输出，充电机电源接通；如有故障时，17端变为高，光电耦合器OP3不工作，28、29端无输出，主机电源被切断。掉电、接反、断相保护电路：外接被充电池连接正确后，由21端输入电压为正，经T107、T106两只三极管放大后T106的集电极为低，继电器JDQ工作，当外接电池接反或不接时，继电器不工作，继电器的两组触点，用于控制外接变流电路可控硅的触发极，24、25两端分别接可控硅的阴极。当继电器工作时，22、23分别和26、27端相连，和26、27两端断开，可控硅触发信号受控制电路的控制；当继电器不工作时，和26、27两端断开，可控硅触发极无触发信号，可控硅停止工作。故障信号告知电路；由两只关联的二极管D102、D103构成或门电路，只要有一只二极管的阳极为高，19端为高，给计算机发故障信号，当二极管的阳极都为低时，19端为低，表明无故障。当电池接反或不接时，三极管T106的集电极为高，19端为高，计算机读取信号后执行掉电保护操作。报警电路：由T101、T102、喇叭BBP组成，当需要声响提示时，计算机控制18端为低，喇叭发出声响，当18端为高时，喇叭关闭。

Claims

1、一种充电机用控制装置，其特征在于由电压测量电路、电流测量电路、控制电路、保护电路构成，电压测量电路由运算放大器U02A构成电压比较器，充放电电容C104跨接在运算放大器输入负端和接地端，被测电压通过串联的电阻R105、R107连接到放大器输入正端；电流测量电路由电阻R127和电容C113构成滤波，再经过运算放大器U104A线性放大，并经运算放大器U104B和集成电路U103串联实现的压频转换电路构成；控制电路由光电耦合器OP2的输出直接连接并控制三极管T105，三极管T105的发射极接输出构成；保护电路由光电耦合器OP3组成的电源控制电路、三极管T107、T106串联组成的驱动继电器的掉电、接反、断相保护电路、两只并联二极管D102、D113组成或门电路的故障信号告知电路、两只三极管T101、T102串联驱动喇叭组成的报警电路构成。