專利名稱：一種串聯(lián)電池組充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
本文所述的電池均為可充電的蓄電池，簡稱電池。眾所周知，單元電池指各類型電池的最小單位；單塊電池指數(shù)個單元電池串聯(lián)后封裝在一個殼體內(nèi)，只把串聯(lián)后的正端和負(fù)端引出。本發(fā)明所述的串聯(lián)電池組是指由單獨封裝的單元電池或單塊電池串聯(lián)的電池組。電池的充電可分為直流充電和脈沖電流沖電。直流充電常見的是簡單方式充電、恒流充電、恒流恒壓二段充電、恒流恒壓涓流三段式充電等方式。電池有許多種類，如鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰蓄電池、鈉米蓄電池等等。各類電池的充電要求各不相同，換句話說，各類電池的充電曲線各不相同。通常是把電池的充電全過程分為若干時間段，控制各時間段的充電電流或充電電壓，使電池充足電。以鉛酸蓄電池為例，目前比較理想的充電曲線如

圖1所示。在圖1中，可以看到在T0＜T＜T1時，電池恒流充電；在T1＜T＜T2時，電池恒壓充電；在T＞T2時，電池涓流維護(hù)充電。對不同種類的蓄電池充電，只需保證與其相適應(yīng)的充電曲線既可?，F(xiàn)有充電技術(shù)可以保證對整個串聯(lián)電池組實施比較理想的充電曲線，但不能保證串聯(lián)電池組內(nèi)每一塊電池的充電曲線。原因是由于串聯(lián)電池組內(nèi)各塊電池的性能不一致，使得各個電池的充電不均勻，會出現(xiàn)有的電池的充電電壓超出規(guī)定的最高電壓，而有的電池又達(dá)不到規(guī)定電壓。前一種情況會對電池造成直接的損害，后一種情況電池充電不足，影響整個電池組的放電能力，也容易發(fā)生過放電損害。兩種情況共同重復(fù)作用，導(dǎo)致串聯(lián)電池組荷電能力下降，使用壽命縮短。
本發(fā)明的目的是提供一種針對串聯(lián)電池組的充電器，它能使串聯(lián)電池組中每一塊電池達(dá)到規(guī)定的充電電壓，又不會出現(xiàn)過壓、過流現(xiàn)象，實現(xiàn)比較理想的充電曲線。
本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的首先對電池組實施串聯(lián)恒流充電，然后再對電池組中的每一個電池進(jìn)行等效并聯(lián)充電。具體的方案是在開關(guān)變壓器的副邊有與串聯(lián)電池組的電池一一對應(yīng)的繞組和整流二極管及濾波電容器，濾波電容器之間串聯(lián)連接，電池之間串聯(lián)連接組成串聯(lián)電池組，串聯(lián)電池組兩端與濾波電容器串聯(lián)后的兩端連接，多路開關(guān)一端分別接在各個串聯(lián)電池的連接點上，另一端接在與各個串聯(lián)電池的連接點對應(yīng)的各個濾波電容器之間的連接點上。如圖2所示。
本發(fā)明的工作原理如圖2所示，圖2示出的是對由三塊電池組成的串聯(lián)電池組充電的情況。充電器的開關(guān)變壓器副邊有對應(yīng)的三個繞組和整流二極管及濾波電容器，開關(guān)K斷開，對三塊電池進(jìn)行串聯(lián)恒流充電，每塊電池的電壓不斷上升。由于電池的差異，每塊電池上升的快慢不同。當(dāng)三塊電池中的任何一塊電池電壓上升至充電允許的最高電壓時，開關(guān)K閉合，開關(guān)變壓器副邊的三個繞組各自向?qū)?yīng)的一塊電池充電。由于電池性能的不同，三塊電池的電流會有差異。將最大的電流限制為串聯(lián)充電時的恒流值，此時三塊電池中充電相對不足的會得到補(bǔ)充電，三塊電池的電壓在開關(guān)變壓器的平衡作用下，會趨于一致，最終都會達(dá)到充電允許的最高電壓，此時的充電器相當(dāng)于對三塊電池進(jìn)行并聯(lián)充電狀態(tài)。
由于采用上述方案，它能使串聯(lián)電池組中每一塊電池都能充足，又不會出現(xiàn)過壓、過流現(xiàn)象。
通過控制電路控制多路開關(guān)，如繼電器、雙向可控硅等機(jī)械或電子開關(guān)，上述充電過程可自動實現(xiàn)。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是充電電流、充電電壓曲線；圖2是本發(fā)明的電路原理圖；圖3是本發(fā)明實施例的電路原理圖；其中，U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8是比較器，G1、G2是PNP晶體管，G3、G4是光耦合器，G5是功率場效應(yīng)管，E1、E2是電池，TL431是可編程穩(wěn)壓管，T是高頻脈沖變壓器，其次級繞組L3、L4參數(shù)相同，J是繼電器，帶有一組常開觸點，AC是市電輸入。
圖3示出的是由兩個電池組成的串聯(lián)電池組的充電器。在圖3中，C1、C2左側(cè)電路是市電輸入、二組直流輸出的脈寬調(diào)制單端反激式開關(guān)電源。這里，也可用其它類型的開關(guān)電源，只要高頻脈沖變壓器次級繞組L3、L4參數(shù)相同，感應(yīng)電動勢相同即可。
G1 R13 R14是電池E1的電壓取樣電路，R23、R24是電池E2的電壓取樣電路。TL431提供可編程的電壓基準(zhǔn)，當(dāng)比較器U5飽和導(dǎo)通時，TL431提供對應(yīng)充電最高電壓Vmax的基準(zhǔn)；當(dāng)U5關(guān)斷時，TL431提供對應(yīng)涓流維護(hù)充電電壓V0的基準(zhǔn)。
由U7 U8和E1、E2的電壓取樣電路、電壓基準(zhǔn)TL431及G4構(gòu)成充電器的限壓電路。只要R13或R23上的電壓大于電壓基準(zhǔn)，U7或U8就會導(dǎo)通，通過光耦管G4反饋到初級PWM的FB端，初級PWM就會減小G5的導(dǎo)通率，最終把對E1或E2的充電電壓限制在給定值最高充電電壓Vmax(當(dāng)比較器U5飽和導(dǎo)通時)或限制在V0(當(dāng)比較器U5關(guān)斷時)。
U7、U8與G4的連接是負(fù)或關(guān)系，總是把E1、E2的充電電壓較大的首先限壓。因此，兩個電池的充電電壓都只能等于或小于Vmax。
RS1是E1充電電流取樣電阻，當(dāng)E1充電電流在RS1的壓降大于R11和R12的壓降之和，比較器U1就會導(dǎo)通，通過光耦管G3反饋至初級PWM，G5的導(dǎo)通率就會減小，最終把對E1的充電電流限制在給定值Imax。
同理，由RS2、R21、R22及U3組成的E2的限流電路，能把對E2的充電電流限制在給定值Imax。
U1、U3與G3的連接是負(fù)或關(guān)系，總是把E1、E2的充電電流較大的首先限流。因此，兩個電池的充電電流都只能等于或小于Imax。
比較器U6和D4、D5、D6等組成一個電壓滯后的比較器電路，接通電源之后，U6的初始狀態(tài)是關(guān)斷的，此時，E1和E2串聯(lián)充電；只要E1和E2任一塊電池達(dá)到Vmax，U6即能翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)并維持，此時繼電器J的線圈通電，J的常開觸點閉合，L3專向E1充電，L4專向E2充電。由于變壓器磁路耦合作用，E1、E2之中電壓低的就會獲得較大的充電電流，這就使串聯(lián)連接的E1和E2獲得了等效并聯(lián)充電的效果，最終使每塊電池的電壓都接近給定的最高電壓Vmax，都能充足電，從而達(dá)到本發(fā)明的目的。
由變壓器工作原理可知，理想變壓器的等效電路就是把次級各個繞組的負(fù)載，按初次級的匝數(shù)比折算到初級后并聯(lián)。這就從理論上證明了對串聯(lián)電池組進(jìn)行等效并聯(lián)充電的可行性。
R S1 R11、U2組成比較器電路。當(dāng)E1的充電電流大于I0時，U2飽和導(dǎo)通；當(dāng)E1的充電電流小于I0時，U2關(guān)斷。同樣，由RS2 R21、U4組成的比較器電路，當(dāng)E2的充電電流大于I0時，U4飽和導(dǎo)通；當(dāng)E2的充電電流小于I0時，U4關(guān)斷。由于U2、U4連接成正與關(guān)系，所以，當(dāng)E1和E2的充電電流都小于I0時，U2、U4都關(guān)斷，比較器U5的同向端出現(xiàn)高電平，高于反相端，U5關(guān)斷，使TL431的穩(wěn)壓值降低，對E1、E2充電的限壓值降到浮充電壓值V0，實現(xiàn)了對E1、E2進(jìn)行涓流維護(hù)充電。至此，串聯(lián)電池組中的每一塊電池已基本充足電，可以隨時結(jié)束充電投入使用。
綜上所述，本發(fā)明實施例充電器接上充電電源和裝上待充串聯(lián)電池組后，由于每塊電池的電壓都較低，低于Vmax，所以此時U6是關(guān)斷的，繼電器J的線圈未通電，J的常開觸點不能閉合，充電器對電池組進(jìn)行串聯(lián)充電，充電電流被限流在Imax以內(nèi)，每塊電池的充電電流是一樣的，避免了并聯(lián)充電的各塊電池電流不一樣的缺點。此時，各塊電池的電壓上升值由于每塊電池性能的差異而有所不同。當(dāng)任何一塊電池電壓升至Vmax附近時，比較器U6飽和導(dǎo)通，繼電器J的常開觸點閉合，充電器對串聯(lián)電池組進(jìn)行等效并聯(lián)充電，此時，電壓較低的電池可得到較大的充電電流，電壓上升較快。由于U7、U8的限壓作用和U1、U3的限流作用，所有的電池都不會過壓、過流，電壓最終都等于或接近Vmax，體現(xiàn)了并聯(lián)充電的優(yōu)點。電流越來越小，當(dāng)每塊電池的充電電流均小于I0時，比較器U5關(guān)斷，限壓值降至浮充電壓V0，進(jìn)行涓流維護(hù)充電，此時串聯(lián)電池組中的每塊電池已基本充足電，可以隨時結(jié)束充電。由此可知，本實施例充電器可對串聯(lián)電池組中的每一塊電池安全、高效地進(jìn)行充電。
權(quán)利要求
1 一種串聯(lián)電池組充電器，其特征是在開關(guān)變壓器的副邊有與串聯(lián)電池組的電池一一對應(yīng)的繞組和整流二極管及濾波電容器，濾波電容器串聯(lián)連接，電池串聯(lián)連接組成串聯(lián)電池組，串聯(lián)電池組兩端與濾波電容器串聯(lián)后的兩端連接，多路開關(guān)各路的一端分別接在各個串聯(lián)電池組的連接點上，另一端接在與各個串聯(lián)電池組的連接點對應(yīng)的各個濾波電容器之間的連接點上。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組充電器，其特征是所述的多路開關(guān)的功能是由繼電器J實現(xiàn)的，其工作受比較器F控制，在串聯(lián)電池組充電初始階段，每塊電池的電壓均低于Vmax，此時比較器F是關(guān)斷的，繼電器J的線圈未通電，J的常開觸點不能閉合，充電器對電池組進(jìn)行串聯(lián)充電，當(dāng)任何一塊電池的電壓升至Vmax附近時，比較器F飽和導(dǎo)通，繼電器J的常開觸點閉合，充電器對串聯(lián)電池組進(jìn)行等效并聯(lián)充電。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組充電器，其特征是所述的多路開關(guān)也可采用其它機(jī)械或電子開關(guān)。
全文摘要
一種能對串聯(lián)電池組中的每一個電池進(jìn)行恒流、恒壓、涓流三段式充電的充電器,它是在開關(guān)變壓器的副邊有與電池一一對應(yīng)的數(shù)個繞組和整流二極管及濾波電容器,電池串聯(lián)連接組成串聯(lián)電池組,串聯(lián)電池組兩端與濾波電容器串聯(lián)后的兩端連接,開關(guān)一端接在各個濾波電容器之間,另一端接在各個串聯(lián)電池的對應(yīng)連接點。這樣通過開關(guān)的作用,就實現(xiàn)了首先對電池組實施串聯(lián)恒流充電,然后再對電池組中的每一塊電池進(jìn)行等效并聯(lián)充電的充電過程。使得串聯(lián)電池組中每一塊電池充足,又不會出現(xiàn)過壓、過流現(xiàn)象。
文檔編號H02J7/02GK1360385SQ00120608
公開日2002年7月24日 申請日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月20日
發(fā)明者白孟銑, 李瑾 申請人:成都宏明電子股份有限公司