CN2385461Y

CN2385461Y - 电动车智能充电器

Info

Publication number: CN2385461Y
Application number: CN99241153U
Authority: CN
Inventors: 甘立才; 秦小峰
Original assignee: HEBANG ELECTRIC POWER INVESTMENT CO Ltd SICHUAN PROV
Current assignee: Hebang New Power Technology Research and Development Co., Ltd., Xizang
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2000-06-28
Anticipated expiration: 2009-09-20

Abstract

本实用新型为电动车智能充电器。市电输入经低通滤波器A₁、变压器T₁、整流桥B₁和B₂输出直流电。B₁输出高电位端接BG₁的S极,低电位端接D极并通过L₃接充电电路3。BG₁的G极经R₄接集成块U₁的13脚。取样电阻R₇、R₈输出接U₁的18脚。互感器L₄接二极管D₁、D₂、D₃、D₄和并联的R₉、C₁₂、C₁₁,经电阻R₁₀接于U₁的17脚。整流桥B₂的输出经三端稳压器U₂稳压后作为U₁的工作电源。

Description

电动车智能充电器

本实用新型与充电器有关，尤其与电动车用阀控式密封铅酸蓄电池的充电器有关。

传统的蓄电池一直采用直流小电流充电，其充电时间长达10～1.5小时以上。

本实用新型的目的是提供一种结构简单、功能多样、使充电时间大大缩短，提高蓄电池使用寿命的电动车智能充电器。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型电压变换电路1有市电输入经低通滤波器A₁、变压器T₁、整流桥B_1和B2输出直流电，B₁输出高电位端接脉冲发生电路2的场效应管BG₁的源极S，输出的低电位端接BG₁的漏极D和接蓄电池BT的充电电路3，BG₁的栅极G接检测、控制电路6的集成块U₁(PIC16C71A或P1C16C71)的输出13脚。电路3的电压取样端接取样电阻R₇、R₈组成的电压取样电路4，其输出端接U₁的18脚，电流取样电路7经互感器L₄接二极管D₁、D₂、D₃、D₄和并联的R₉、C₁₂、C₁₁，经电阻R₁₀接于U₁的17脚。整流桥B₂的输出经三端稳压器U₂稳压后作为U₁的工作电源。

电路6的U₁的12脚输出，接去极化放电电路5的光电耦合器J₁的输入J₁的输出接场效应器BG₂的G极和通过R₅接地。三端稳压器的输出作为电路6的工作电源。

有热敏电阻RT₂和电阻R₁₁、C₈组成的环境温度取样电路8与U₁的1脚连接。

有R₃、C₅跨接在BG₁的S和D极两端。充电电路输出接二极管D₆和电流取样电路接D₅。

铅酸蓄电池的电特性主要有：开路电压、充放电特性曲线和电池容量等。电池开路电压V_开，可以估计电池的电容量。本实用新型在充电、放电过程中，检测这个量是非常必要的。充放电特性曲线，它描述了电池工作时的端电压V_工件随时间变化的情况，必须知道V_工作不仅是时间的函数，还受温度、充放电速度的影响。电池在充电、放电时，电池内部存在极化电位E_极化，其表达式V_工作＝V±E_极化，即放电时V_工作＝V_开-E_极化，充电时V_工作＝_开+E_极化。极化电位对充电有不利影响，必须加以去掉或削弱。本实用新型据理论和实践智，给电池施加一个逆向电流，即放电，可以消除极化，改善充电条件，保证快速充足电，而不损害电池。

本实用新型适应独特的充电模式：(1)多段定电流间歇充电；(2)双阶恒电压减电流充电；(3)多种放电脉冲模式。

多段定电流间歇充电阶段。开始按I₀₁电流值进行定电流充电至充电电压为V₁，停止充电5min，再按I₀₂电流值进行定电流充电至充电压V₁，又停止充电5min，再按I₀₃电流值进行充电至充电电压V₁后，控制充电电流小于或等于I₀₃继续充电至充电电压V₂。

双阶恒电压减电流阶段。充电电压到V₂后，恒定V₂进入第一阶段的恒压充电逐渐减小充电电流。当充电电流减小为I₁时，降低充电电压为V₃并恒定V₃进入第二阶段的恒压充电。当充电电流减小为I₂中时，完成充电。

多种放电脉冲模式。在停止充电间歇时，以脉冲串的形式进行放电。在第一恒压阶段以窄脉冲放电。在第二恒压以宽脉冲放电。

以上参数V₁、V₂、V₃，I₀₁、I₀₂、I₀₃、I₁、I₂，以及放电模式，见表1、表2和表3。表1 电压参数(12V)

V₁	V₂	V₃
V₁	V₂	V₃	13.1-14.2	13.8-15.0	13.2-14.4

表2 电流参数

Ah/12V	I₀₁	I₀₂	I₀₃	I₁	I₂
Ah/12V	I₀₁	I₀₂	I₀₃	I₁	I₂	12	5.0-7.0	3.9-5.5	3.0-4.2	0.42-0.58	0.15-0.21
17	7.2-10.0	5.5-7.7	4.3-5.8	0.60-0.84	0.22-0.33	12	5.0-7.0	3.9-5.5	3.0-4.2	0.42-0.58	0.15-0.21
17	7.2-10.0	5.5-7.7	4.3-5.8	0.60-0.84	0.22-0.33	20	8.4-11.8	6.5-9.1	5.0-7.0	0.71-1.0	0.25-0.35
24	10.2-14.2	7.8-11.0	6.9-8.4	0.84-1.16	0.30-0.42	20	8.4-11.8	6.5-9.1	5.0-7.0	0.71-1.0	0.25-0.35
24	10.2-14.2	7.8-11.0	6.9-8.4	0.84-1.16	0.30-0.42	36	15.5-21.2	11.71-6.3	9.9-12.6	1.25-1.75	1.17-1.63

表3 放电脉冲模式

Ah/12V	间歇停充期	第一恒压阶段	第二恒压阶段
Ah/12V	间歇停充期	第一恒压阶段	第二恒压阶段	12-7	幅值20A脉宽1ms间隔4s，放电10次	幅值20A，脉宽1ms(约1s一次)	幅值20A，脉宽2ms(约1s一次)
20-24	幅值30A脉宽1ms间隔4s，放电10次	幅值30A，脉宽1ms(约1s一次)	幅值30A，脉宽2ms(约1s一次)	12-7	幅值20A脉宽1ms间隔4s，放电10次	幅值20A，脉宽1ms(约1s一次)	幅值20A，脉宽2ms(约1s一次)
20-24	幅值30A脉宽1ms间隔4s，放电10次	幅值30A，脉宽1ms(约1s一次)	幅值30A，脉宽2ms(约1s一次)	36	幅值40A脉宽1ms间隔4s，放电10次	幅值40A，脉宽1ms(约1s一次)	幅值40A，脉宽2ms(约1s一次)

本实用新型的充电过程受微电脑控制，实现了智能化。果用PIC16C71A(或PIC16C71)芯片，经充电参数取样电路检测充电过程的动态参数，送控制电路数据处理后，调整充电脉冲，改变电压或电流，跟踪最佳充电电流曲线。电池在升温低、出气量极小的情况下充足电能。而电池的使用寿命也得到了最大限度的保护。

本实用新型，便于系列化和大批量生产。对不同容量的电池或电池组进行充电，只需改换电压变换和充电脉冲的参数，其他的充电参数取样、去极化放电和充电参数检测和控制等电路仍可以通用，扩展系列产品十分简便。另外，考虑到电动车充电器需要量非常大，批量生产十分重要。因此，为了保证产品质量和一致性所涉及的技术问题要十分简单。本实用新型所设计的充电器正具备此特点。

如下是本实用新型的附图：

图1为框图

图2为电路原理图

如下为本实用新型的实施例：

电压变换电路包括C₁、C₂、L₁、L₂、C₁₃和C₁₄构成的低通滤波器，变压器T₁，整流桥B₁和B₂等。低频开关充电脉冲发生电路由场效应管BG₁担任。充电状态参数取样电路有三部分：(1)电压取样由电阻R₇、R₈构成；(2)电流取样通过电流互感器L₄、二极管D₁、D₂、D₃、D₄，电阻R₉、R₁₀，电容C₁₁、C₁₂完成；(3)环境温度取样由热敏电阻R₁₂和R₁₁、C₈完成。去极化放电电路包括场效应管BG₂，光电耦合器J₁及电阻R₅、R₁₆等。充电状态参数检测和控制电路由U₁(PIC16C71A)及附属电路组成。

电压变换电路。市电经滤波器，从变压器T₁端1和2输入，由变压器T₁的端3～4和5～6变换成所需的电压，再由B₁、B₂分别桥式整流成直流电源。一路为充电主电源输出至低频开关充电脉冲发生电路，另一路经三端稳压器U₂稳压后，为充电状态参数检测控制电路及其他电路提供工作电源。此部份还设有滤波和启动限流电路。滤波电容C₃的容量选得比较小，这不仅节省开支，还能适应脉中充电所需要的减幅作用。R_T1负温度电阻可限制启动电流。

低频开关充电脉冲发生电路。这电路接受充电状态参数检测和控制电路U₁发来的指令，开启、关闭充电电路。开关管BG₁是如何受控呢？BG₁接在充电主电路上，它的源极S接在电压高电位上，栅极G接在电阻R₂和R₄的连点上，R₄的另一端与U₁的RB₇口相连。BG₁的漏极D接在主电路低电位端。BG₁导通(开关开启)的条件是V_GS为为负电压，即G电位低于S。如果U₁的RB₇口的电平为“0”或“1”变化，经R₂、R₄分压，G比S为低或同电位，开关就开启(充电)或关闭(停充)。RB₇口输出电平高低交替变化，并调整它们占时比例，改变脉冲宽度，变更或恒定充电电压和充电电流，适应当前的充电过程。电流开关的驱动电路，选P型场效应管，并从R₂、R₄电阻分压获得开关条件，十分简单、可靠。R₃、C₅组成吸收电路跨接在BG₁的S、D极上，减少开关管BG₁开关损耗，提高整机效率，并降低了器件上的温度。L₃高频扼流圈，可抑制充电脉冲上的正负小尖峰，减少对电池的损害(过充)。输出端接有二极管D₆，可防止电池电压过高时的反向电流产生。

这部分电路显示了本实用新型充电器的特点，通过软件实现多段定电流间歇充电和双阶恒电压减电流充电。遵循蓄电池的充、放电规律，按其可接受的最佳充电电流曲线，在微量出气和温升低状态下，快速充足电能。由于开关频率低，不会产生不参与电化学反应的电流流过电池内部，而影响充足电量和损伤电池。

充电状态参数取样电路获取的电压、电流信息(模拟电压)，送U₁的RA₃、RA₀进行数据处理，再由RB₇向充电开关电路发出指令，调整充电参数。在开始充电时，将电池所处的环境温度信息，送U₁数据处理，修改充电参数，减少温度对充电的影响。电流取样电路中的D₅可以防止过流，保护充电电路不受损坏。

去极化放电电路。接受控制电路U₁的RB₇来的指令，使光电耦合器J₁工作，放电管BG₂从R₅上取得正电压而导通，使电池BT流出电流，即放电。电阻R₆限制放电电流的大小。放电脉冲的宽度、脉冲串的周期、及放电脉冲个数受U₁控制作相应的变化。

充电状诚参数检测和控制电路中的U₁。它是一种高性能、低价格、采用CMOS工艺制造，全静态设计的8位单片机，内部带有4路8位A/D转换器，当它接受充电状态(电压、电流)和环境温度信号(模拟电压)后，经内部的A/D转换、运算和比较(设置量)发出指令，开启和关闭充电、放电、让充电状态参数与蓄电池的荷电状态相适应，并以三个发光二极管显示不同的充电状态。

多段定电流间歇充电，本实例是三段定电流I₀₁、I₀₂、I₀₃。充电时取样电路送来电压、电流信息，在稳定I₀₁情况，判定充电电压Vt等于(大于)设定值V₁时，就停止充电5分钟，并在这期间以脉冲串放电。5分钟后，又开始充电，却稳定的I₀₂，Vt≥V₁后，又停止充电5分钟，脉冲串放电，接着以稳定在I₀₃充电，Vt≤V₁后，就将进入双阶恒电压减电流充电。双恒电压为V₂和V₃(V₂＞V₃)。当第三次出现Vt≤V后，就不停止充电，继续充电(限制电流I₁＜I₀₃)，Vt继续上升，到达Vt≤V₂时，就恒定V₂电压，作减流充电，It将下降，降到It≤Il后，恒电压由V₂变为V₃，继续作减电流充电，It降到It≤IZ时，为充满电，结束充电。

Claims

1、一种电动车智能充电器，其特征在于电压变换电路(1)有市电输入经低通滤波器A₁、变压器T₁、整流桥B₁和B₂输出直流电，B₁输出高电位端接脉冲发生电路(2)的场效应管BG₁的源极S，输出的低电位端接BG₁的漏极D和接蓄电池BT的充电电路(3)，BG₁的栅极G接检测、控制电路(6)的集成块U₁(PIC16C71A或PIC16C71)的输出13脚。电路(3)的电压取样端接取样电阻R₇、R₈组成的电压取样电路(4)，其输出端接U₁的18脚，电流取样电路(7)经互感器L₄接二极管D₁、D₂、D₃、D₄和并联的R₉、C₁₂、C₁₁，经电阻R₁₀接于U₁的17脚。整流桥B₂的输出经三端稳压器U₂稳压后作为U₁的工作电源。

2、根据权利要求1所述的充电器，其特征在于电路(6)的U₁的12脚输出，接去极化放电电路(5)的光电耦合器J₁的输入，J₁的输出接场效应器BG₂的G极和通过R₅接地。三端稳压器的输出作为电路(6)的工作电源。

3、根据权利要求1或2所述的充电器，其特征在于有热敏电阻RT₂和电阻R₁₁、C₈组成的环境温度取样电路(8)与U₁的1脚连接。

4、根据权利要求1或2所述的充电器，其特征在于有R₃、C₅跨接在BG₁的S和D极两端，充电电路输出接二极管D₆和电流取样电路接D₅。