專利名稱：間歇式充電控制電路及快速充電的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種間歇式充電控制電路組成的快速充電方法。 目前的現(xiàn)有技術(shù)中，通常是將交流電源整流成直流電后對電池充電。這種直流電 是連續(xù)不間斷的，這種直流連續(xù)不間斷的充電忽略掉了電池內(nèi)用于幫助電池接受電量的活 性物是否會產(chǎn)生疲勞，事實(shí)上，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，無間歇地連續(xù)的直流電向電池充電，被充電電 池內(nèi)用于幫助電池接受電量的活性物是要產(chǎn)生疲勞的，幫助接受電量的活性物疲勞后還繼 續(xù)充電則被充電電池會表現(xiàn)出噎住，繼而被充電電池溫度上升、產(chǎn)氣，產(chǎn)氣會使膠體電池因 排氣不良而鼓包，產(chǎn)氣會使液體電池冒水汽泡，伴隨鼓包，冒水汽泡的則是電池失水、失液， 容納電量能力加速衰減，縮短了電池使用周期壽命。無間歇的連續(xù)式直流充電是電流越大， 電池內(nèi)幫助電池接受電量的活性物愈易產(chǎn)生疲勞，因而無間歇的連續(xù)式直流充電不能采用 加大電流實(shí)施對電池的快速充電，對于使用大容量電池組的純電動汽車，充電的等待時(shí)間 太長和電池使用周期壽命太短阻礙純電動汽車發(fā)展，例如《先進(jìn)電動汽車技術(shù)》 一書(清華 大學(xué)電動車研究室編寫)中列舉美國通用純電動汽車EV-1的電池指標(biāo)是55. 3AH， 12V電池 26個(gè)串聯(lián)，總電壓312V，電池充放電周期壽命450次，充足電后可續(xù)行88. 5 152km，每次 充電等待時(shí)間需要7 8小時(shí)，因?yàn)槌潆姷却龝r(shí)間太長，電池使用周期壽命太短，成了 EV-1 后續(xù)發(fā)展的重要阻礙之一。 本發(fā)明的任務(wù)是提供一種產(chǎn)生間歇式充電電流的電路，采用間歇式充電電流對電 池充電是尊重電池內(nèi)受電活性物臨界疲勞狀態(tài)時(shí)停止充電，待電池內(nèi)受電活性物質(zhì)恢復(fù)活 性狀態(tài)后再次充電，是靠激發(fā)電池接受電能的活性方式充電，這種間歇式電流充電與無間 歇的連續(xù)式直流電流充電對電流大小的要求剛好相反。間歇式充電電流是在被充電電池極 板載電流面積的大小和導(dǎo)線載電流截面積的大小能承受的條件下間歇電流越大越利于激 發(fā)電池接受電能的活性，利用間歇式充電電流越大越利于激發(fā)電池接受電能活性的特點(diǎn)加 大間歇充電電流，達(dá)到實(shí)現(xiàn)快速充電目的。間歇式充電過程中的間歇時(shí)間太長也會延長充 電等待時(shí)間，間歇時(shí)間太短電池內(nèi)受電活性物恢復(fù)活性狀態(tài)不徹底又被再次充電也不利于 快速充電，則在間歇式充電電路中設(shè)計(jì)為循環(huán)形式，每一循環(huán)10段，其中9段分配控制為充 電器對電池充電，在充電器內(nèi)設(shè)立一個(gè)負(fù)載體，將一個(gè)循環(huán)中的第10段分配控制為電池只 對負(fù)載體放電，充電器對電池充電的電流稱為正脈沖電流Am。電池對負(fù)載體放電的電流稱 為負(fù)脈沖電流-Am。在充電器內(nèi)設(shè)立一個(gè)負(fù)載體，將IO段為一個(gè)循環(huán)形式中第IO段分配給 電池只對負(fù)載體放電使電池在一個(gè)10段為一循環(huán)中獲得1個(gè)整段的間歇讓電池的活性物 得以徹底恢復(fù)其活性狀態(tài)，電池被單方向充電會累積極化，極化也是縮減電池使用周期壽 命的一大危害。負(fù)脈沖電流加入到間歇式充電電路中對消減電池被極化和充電正脈沖電流 與充電正脈沖電流之間間歇寬度不足影響充電速度均有積極的效果。 本發(fā)明的間歇式充電控制電路由集成電路IQ ICM，電阻& I^，負(fù)脈沖電流負(fù) 載體電阻Rf電容Q C12， 二極管D。 D9，功率場效應(yīng)管G^G2組成，其中IQ型號EN555是 方波信號振蕩器，IC2型號為CD4017是作為方波信號順序分配輸出用途，IC3 IC12型號為 CD4010是作為方波信號整形用途。IC『I(^是光電耦合器在電路中作為傳送方波信號和隔 離其它不安全信號用途，D。 D9的作用是限制方波信號只能單方向傳送，^承擔(dān)間歇充電正脈沖電流開關(guān)，G2承擔(dān)電池對負(fù)載體Rf放電負(fù)脈沖電流的開關(guān)，將間歇式充電控制電路 串聯(lián)在交流整流成無間歇直流充電電路與被充電電池之間的連接線中即可實(shí)現(xiàn)快速充電。
由IQ產(chǎn)生連續(xù)的脈沖方波振蕩信號且將該脈沖方波周期確定為T秒，將連續(xù)的 周期T秒的方波信號由IQ的第3腳輸出端傳送到IC2的14腳輸入端，由IC2的輸出端Q。
Q9按順序Q。 Q9輸出10個(gè)寬度與周期T相同的T秒鐘的方波信號分別傳送到由R3C3 R12C12組成的10個(gè)微分電路輸入端，由10個(gè)微分電路分別各自將接收到的寬度為T秒的方 波信號壓縮變窄變尖后的信號再由這IO個(gè)微分電路的輸出端分別對應(yīng)輸入到IC3 IC12的 輸入端，其中R3C3 RnCu這9個(gè)微分電路數(shù)值設(shè)置相同，是將T寬度脈沖方波壓縮變窄為 R3C3， R12C12數(shù)值設(shè)置是將T寬度脈沖方波壓縮變窄為R12C12，由IC3 ICn的輸出端將已被壓 縮變窄變尖的信號整形為R3C3寬度的方波信號，將R3C3寬度的方波信號稱為tA1 tA9方波 脈沖信號，將tA1 tA9分別由D。 D8的陽極輸入陰極輸出傳送到IC13的QA輸入端，由IC13 的E輸出端推動^導(dǎo)通形成充電器對電池充電的正脈沖電流，正脈沖充電電流持續(xù)的時(shí)間 與tA1 、9脈沖方波寬度的差即為上一個(gè)充電正脈沖電流與下一個(gè)充電正脈沖電流之間的 間歇時(shí)間tB ;由IC12的輸出端將已被壓縮變窄變尖的信號整形為R12C12寬度的方波信號，將 R12C12寬度的方波信號稱為tD方波脈沖信號，將tD由D9的陽極輸入陰極輸出傳送到IC14的 QB輸入端，由IC14的F輸出端推動G2導(dǎo)通形成電池對負(fù)載體Rf放電的負(fù)脈沖電流，負(fù)脈沖 放電電流持續(xù)的時(shí)間與tD相同，T與t。脈沖方波寬度的差即為充電正脈沖電流與負(fù)脈沖放 電電流之間的間歇時(shí)間tc，這一過程稱為一個(gè)循環(huán)控制，間歇式充電控制電路是自動地循 環(huán)進(jìn)行控制。 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明

圖1是本發(fā)明間歇式充電控制電路串聯(lián)在交流整流成直流充電電路與被充電電 池之間實(shí)現(xiàn)快速充電方法的電路圖。 圖2是圖1所示電路對電池充電正脈沖電流Am和電池對負(fù)載體放電負(fù)脈沖電 流-Am波形圖。 圖3是圖1所示電路對串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換成多組低壓電池組并聯(lián)充電，充電 完成后又轉(zhuǎn)換成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用的轉(zhuǎn)換方法示意圖。 圖l所描述的間歇式充電控制電路由供電電源Vcc與地(符號4)供入12V直流穩(wěn) 壓電源，由集成電路IQ，電阻RpRy電容Q組成一個(gè)脈沖方波振蕩器，IQ的型號是EN555, 按圖1中IQ與電阻&、 Ry電容Q連接即能自動產(chǎn)生連續(xù)的脈沖方波信號，該脈沖方波的 時(shí)間周期T = 0. 693(R,2R》Q，T周期的脈沖方波信號由集成電路IQ的3腳輸出端傳送到 集成電路IG的14腳輸入端。IG是十進(jìn)制計(jì)數(shù)/脈沖分配器，型號為CD4017，連接到IC2 的第15腳與電源Vcc間的C2在電路中用作通電時(shí)快速啟動IC2進(jìn)入工作狀態(tài)的用途。C2用 0. 1 F普通電容，IC2將接收到的周期是T的脈沖方波信號按IC2的輸出端口 Q。 Q9順序 分配經(jīng)由R3C3 R12C12組成的微分電路輸入端口，此時(shí)的脈沖方波寬度等于T，微分電路的 作用是將方波信號寬度變窄同時(shí)也會將方波變尖，然后由微分電路的輸出端口將變窄變尖 的信號分別傳送到由集成電路IC3 IC12組成的信號整形器的輸入端口， IC3 IC12的型號 是CD4010。 CD4010是一片集成電路含有6個(gè)信號整形器，按圖1中IC3 IC12的數(shù)量需要 10個(gè)整形器則使用2片CD4010集成電路即可。由IC3 IC12將已被R3C3 R12C12微分電 路變窄變尖的信號整形為變窄且削去尖波的方波信號從IC3 IC12的各自輸出端口傳送到由二極管D。 D9組成的脈沖方波信號單方向傳送器的陽極輸入端，D。 D9采用普通的開 關(guān)二極管型號1N4148,由D。 D8的陰極輸出端Q1Q Q18分別輸出到由集成電路IC13的輸 入端QA， IC13和IC14是光電耦合器，其型號為PC817。 IC13和IC14的作用是傳送方波信號和 隔離其它不安全信號，由IC13的E輸出端輸出方波信號推動^導(dǎo)通形成充電器BTS對電池 BT的充電正脈沖電流Am(每一個(gè)正脈沖充電流Am的持續(xù)時(shí)間是tA1 tA9)，由D9的陰極輸 出端Q19輸出到由集成電路IC14輸入端QB，由IC14的F輸出端輸出方波信號推動G2導(dǎo)通形 成電池BT對負(fù)載體Rf的放電負(fù)脈沖電流_Am(負(fù)脈沖電流-Am的持續(xù)時(shí)間是tD)，分別連接 在IC13和IC14輸入端與地之間的電阻R13和R16是為IC13和IC14輸入端設(shè)置偏置工作點(diǎn)用 途，R^和4的電阻值選為IOKQ，連接在IC^輸出端與充電器BTS輸出-(負(fù))端的電阻 R14是為IC13設(shè)置偏置工作點(diǎn)用途，R14阻值選為10KQ ，連接在IC13輸出端與被充電電池組 + (正)端的電阻R15是為了防止IC13超過電流被燒壞而設(shè)置的限流電阻，1 15的阻值視被充 電電池組電壓高低，當(dāng)被充電電池組是48V時(shí)其最高充電電壓為56V， IC13的輸出端最大限 度流過2mA，則由R14+R15 = 56V/2mA = 28KQ ，得到R15 = 18KQ 。連接到1(:14輸出端與被充 電電池_(負(fù))端的R17是為IC14輸出端設(shè)置偏置工作點(diǎn)的電阻，R17的電阻值選10KQ ，連 接到IC14輸出端與被充電電池+(正)端的電阻R18是為了防止IC14超過電流被燒壞而設(shè) 置的限流電阻。R^的阻值視被充電電池組電壓高低，當(dāng)被充電電池是48V時(shí)，其最高充電 電壓為56V。 IC14的最大輸出電流限定為2mA，則由R17+R18 = 56V/2mA = 28KQ ，得到R18 = 18KQ 。 由間歇式充電控制電路及快速充電方法所構(gòu)成的系統(tǒng)形成充電器BTS對電池BT 充電正脈沖電流Am波形和電池對負(fù)載體Rf放電負(fù)脈沖電流_Am波形如圖2。圖2中Vm表 示充電正脈沖電壓高低，當(dāng)電池是48V時(shí)最高充電電壓是56V， -Vm表示放電放負(fù)脈沖電壓 高低。當(dāng)電池是48V時(shí)最高放電電壓是56V。間歇式充電控制電路是9個(gè)充電正脈沖電流 和一個(gè)放電負(fù)脈沖電流構(gòu)成一個(gè)循環(huán)控制。圖2中T表示圖1中第3腳輸出方波信號 的周期時(shí)間，圖2中tA1 t^表示一次循環(huán)中9個(gè)充電正脈沖電流各自持續(xù)的時(shí)間，圖2中 tB表示上一個(gè)充電正脈沖電流Am與下一個(gè)充電正脈沖電流Am之間的間歇時(shí)間，在第9個(gè)充 電正脈沖電流之后經(jīng)過tc間歇時(shí)間執(zhí)行電池對負(fù)載體Rf的放電負(fù)脈沖電流_Am， tD表示負(fù)
脈沖電流_Am持續(xù)時(shí)間，tc表示同一循環(huán)中第9個(gè)充電正脈沖電流Am與放電負(fù)脈沖電流_Am
之間的間歇時(shí)間。 圖2中T周期時(shí)間，tA1 tA9， tD持續(xù)時(shí)間，tB、 tc間歇時(shí)間是由圖1中電阻& R12，電容器Q和電容器C3 C12決定，其中T是由R2、 Q和集成電路共同組成的一 個(gè)方波信號振蕩器的頻率周期，T = 0. 693(R,2R2)C"當(dāng)確定& = 10K Q ， R2 = 1MQ ， Q = 1 ii F貝U T = 0. 693(104X2X 106) 10—6 = 1. 39秒鐘，U tA9是控制9個(gè)充電正脈沖電流的 持續(xù)時(shí)間，tA1 tA9的持續(xù)時(shí)間由R3C3 RUCU組成的微分電路確定，tA1 = R3C3，當(dāng)確定R3 =2MQ ， C3 = 0. 47ii ，則tA1 = 2X 106X0. 47X 10—6 = 0. 94秒鐘。在圖2的循環(huán)波形中是 設(shè)計(jì)為tA1 tA9相等，則R3 Rn都是取值為2M Q ， C3 Cn都取為0. 47 ，由此得到tB = T_tA1 = 1. 39秒-0. 94秒=0. 45秒，tB = 0. 45秒即為兩個(gè)正的充電脈沖電流Am之間的間 歇時(shí)間。tD的持續(xù)時(shí)間由R12C12組成的微分電路確定，t。 = R12C12，當(dāng)確定R12 = 1MQ ，C12 = 0. 47 ii時(shí)tD = 106X0. 47X 10—6 = 0. 47秒鐘，由此得tc = T_tD = 1. 39秒-0. 47秒=0. 92 秒，即在圖2的間歇式控制充電一個(gè)循環(huán)中第9個(gè)充電正脈沖電流Am與放電負(fù)脈沖電流-Am的間歇時(shí)間tc = 0. 92秒鐘。 充電正脈沖電流Am值大小的確定，放電負(fù)脈沖電流_Am值大小的確定，放電負(fù)脈沖
電流_Am的接受體Rf電阻值大小和散熱功率大小的確定，執(zhí)行導(dǎo)通正脈沖電流Am的功率場 效應(yīng)管^的耐壓等級和過電流大小能力的確定，執(zhí)行導(dǎo)通負(fù)脈沖電流_Am的功率場效應(yīng)管
G2的耐壓等級和過電流大小能力確定。這里的Am、-Am、Rf、Gp^首先確定Am，Am既與電池的 容量AH(安時(shí))大小有關(guān)，也與圖2中的T周期時(shí)間；tA1 tA9， tD持續(xù)時(shí)間；tB、 tc間歇時(shí) 間長短和這5個(gè)時(shí)間各自在一個(gè)循環(huán)中占有的比例值有關(guān)；按已確定的T = 1. 39秒，tA1 tA9 = 0. 94秒，tB = 0. 45秒，tc = 0. 92秒，tD = 0. 47秒的條件下經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果是每1AH(安 時(shí))容量的鉛酸或鎳氫電池接受Am二 3A的正脈沖電流充電是安全的，而沿用無間歇直流 充電1AH(安時(shí))容量的鉛酸或鎳氫電池接受>0. 2A的無間歇直流充電其持續(xù)時(shí)間〉l小 時(shí)即會出現(xiàn)電池溫升加快，電池產(chǎn)氣，電池外殼鼓包類縮減電池壽命現(xiàn)象產(chǎn)生，按每AH可 接受Am = 3A的間歇式脈沖電流充電的條件設(shè)置對容量大小為55. 3AH(安時(shí))的電池取Am =3X55. 3 = 165. 9A的正脈沖電流充電是安全的。 因?yàn)槌潆娬}沖電流Am和放電負(fù)脈沖電流_Am在圖1所示的間歇式控制充電電路
中充電器與被充電電池之間用同一條輸入(指Am由充電器流入電池)和輸出(指-Am由電
池向負(fù)載體Rf放電)線是同一條電線且這條電線要求載電流截面較大，為充分利用好這條
電線則盡量使Am與-Am相等，g卩卜A」二Am(絕對值相等)。Rf的電阻值由被充電電池電壓
確定，當(dāng)被充電電池電壓48V時(shí)，最高充電電壓為56V，則Rf = 56V/165. 9A = 0. 34Q ，Rf的 散熱功率為56VX 165. 9AX0. 34 Q = 3160W,因?yàn)镽f在圖2的波形中是一個(gè)循環(huán)13. 9秒中 僅工作0. 47秒，因而Rf的實(shí)際功率應(yīng)為3160WX (0. 47/13. 9) = 106. 8W。
由于卜A」=Am，因而執(zhí)行導(dǎo)通正脈沖電流Am的功率場效應(yīng)管^和執(zhí)行導(dǎo)通負(fù)脈 沖電流-Am的功率場效應(yīng)管G2的過電流能力選擇同為過電流能力200A功率場效應(yīng)管，如果 充電器散熱條件差亦可降額為選擇300A過流能力的功率場效應(yīng)管。在最高充電電壓為56V 時(shí)^和62的耐壓等級選100V能滿足安全工作的要求，這是采用圖1的間歇式充電控制電 路構(gòu)成快速充電方法第一種實(shí)施方案的圖1中各元器件參數(shù)的步驟，即預(yù)先確定圖2中T 的時(shí)間周期，最大充電脈沖電流Am，然后推導(dǎo)出& R12， Rf、 Q、 C3 C12、 -A邁、G" G2具體參 數(shù)。這種實(shí)施方案難度較小，但也存在成本偏高，且只適應(yīng)鉛酸(包括膠體、液體)電池和 鎳氫電池充電使用。 采用圖1的間歇式充電控制電路構(gòu)成快速充電方法的第二種實(shí)施方案確定圖1中 Am、 & R12、 Q、 C3 C12、 -Am、 G2、 Rf具體參數(shù)方法是用試驗(yàn)方法，例如鋰離子可充電池、 超級電容式可充電池在同等容量為55. 3AH時(shí)采用Am = 165. 9A， T = 1. 39秒、tA1 tA9 = 0. 94秒，tB = 0. 45秒，tc = 0. 92秒，tD = 0. 47秒的設(shè)置并不合適。其中對鋰離子電池充 電要對圖2的波形寬度總體變窄，即一個(gè)循環(huán)時(shí)段要< 13. 9秒，且具體的T、 tA1 tA9、 tB、
tc、tD各自變窄的比例也要適合間歇式脈沖大電流對鋰離子電池快速充電，因?yàn)殇囯x子可充
電池耐受連續(xù)無間歇直流充電能力比鉛酸和鎳氫電池更差。對超級電容式可充電電池要對 圖2的波形寬度總體變寬，即一個(gè)循環(huán)時(shí)間段要> 13. 9秒，因超級電容這種可充電電池耐 受無間歇式直流充電能力相比鉛酸和鎳氫電池強(qiáng)，且具體的T、 tA1 tA9、 tB、 tc、 tD各自變寬 的比例也要適合間歇式脈沖大電流對超級電容式電池快速充電。用試驗(yàn)減小或增大T的周 期( 一個(gè)循環(huán)時(shí)間段和tA1 tA9、 tB、 tc、 tD這5個(gè)量值會跟隨減小或增大)以適應(yīng)采用間
7歇式充電控制電路對不同種類可充電電池實(shí)現(xiàn)快速充電目的時(shí)也有T應(yīng)在周期為0. 5秒
IO秒鐘范圍取值。這是因?yàn)锳m和-Am脈沖電流的導(dǎo)通與關(guān)斷在執(zhí)行元件^和^內(nèi)會產(chǎn)生
電壓降，使^和G2產(chǎn)生電量消耗，當(dāng)T < 0. 5秒，T值越窄，^和G2導(dǎo)通與關(guān)斷頻率越快，由 ^和G2消耗的電量越多，由被充電電池接受到的有效電量比例就小。當(dāng)T值高于10秒鐘 時(shí)還能實(shí)現(xiàn)快速充電，則嘗試一下還回到無間歇的連續(xù)式直流充電；因T值高于10秒鐘已 經(jīng)變成了無嚴(yán)格意義的脈沖電流，回到無間歇的連續(xù)式直流電充電還能實(shí)現(xiàn)快速充電則證 實(shí)這類電池并不需要靠脈沖電流激發(fā)電池活性力方式加快充電速度。由T的周期和tA1 tA9， tB、 tc、 tD的寬窄度確定& R12， Q、 C3 C12具體參數(shù)的方法仍然采用實(shí)施方案一中T =0. 693 (Ri+2R》Q和tA1 tA9 = R3C3和tD = R12C12， tB = T_R3C3， tc = T_R12C12方法計(jì)算禾口 取值。 解決采用圖1的間歇式充電控制電路構(gòu)成快速充電方法的第二種實(shí)施方案中降 低成本和降低制造難度的方案是將無間歇連續(xù)的直流充電整體設(shè)備BTS改變?yōu)槎鄦卧M 合并聯(lián)形成足夠的電流來滿足間歇式充電控制電路對大電流的需求，具體實(shí)施步驟是首 先確定輸入電源只能是常規(guī)易于獲得的市電單相50HZ交流220V或市電三相50HZ交流 380V電源，然后確定總輸出電流及充電最高限壓兩個(gè)指標(biāo)，由總輸出電流X充電最高限壓 二總輸出功率，只有在總輸出功率〈10KW時(shí)才能考慮輸入電源是市電單相50HZ交流220V， 當(dāng)總輸出功率> 10KW時(shí)只能采用輸入電源是三相50HZ交流380V，多單元組合并聯(lián)無論最 終需要多少單元并聯(lián)，其每一單元的輸入電源都設(shè)計(jì)成單相交流220V輸入電源形式，當(dāng)總 功率< 10KW時(shí)其并聯(lián)單元的電源輸入端也同時(shí)并聯(lián)連接交流220V電源，當(dāng)總功率> 10KW 時(shí)只能將各單元的總數(shù)平均分成3組，每一組分別接在三相380V交流電源的三相火線與中 性線之間(三相火線與中線線之間的電壓是220V)。然后測算出將總電流分成多少單元組 合并聯(lián)形成所需要的總輸出電流成本最低。例如采用實(shí)施方案一中已確定的T二 1.39秒， tA1 tA9 = 0. 94秒，tB = 0. 45秒，tc = 0. 92秒，tD = 0. 47秒的設(shè)置對48V電池組容量為 55. 3AH的鉛酸電池取Am = 165. 9A的正脈沖電流充電，經(jīng)過測算與對比，采用每一個(gè)單元 能輸出電壓56V，輸出電流3 6A的模塊且是高頻率開關(guān)電源模塊并聯(lián)形成165. 9A電流， 56V電壓的無間歇式直流充電器與一臺整體式輸出165. 9A電流，56V電壓的無間歇式直流 充電器相比，在成本、標(biāo)準(zhǔn)件采購難度，易維修性，安全性(國家標(biāo)準(zhǔn)60V以下的電壓為安 全電壓)四個(gè)方面并聯(lián)式均優(yōu)于整體式，在具體實(shí)施過程中要將每一個(gè)并聯(lián)單元的限電流 和限電壓調(diào)試到一致，且在各個(gè)單元模塊輸出端串聯(lián)一只二級管用以防止各并聯(lián)單元間的 電流倒流，該二級管的過電流能力等于該模塊最大輸出電流能力，二極管的陽極接該模塊+ 極輸出端，陰極接該模塊與其它模塊并聯(lián)后的輸出端，在實(shí)施方案一中已經(jīng)算出Rf的耗散 熱功率為106. 8W，現(xiàn)在也將Rf = 106. 8W分散平均到每一單元模塊中，由此算出Rf的耗散 熱功率降為106. 8W/并聯(lián)模塊數(shù)，每一并聯(lián)模塊Rf的電阻值增大為0. 34Q X并聯(lián)模塊數(shù)， 由此也降低了小電阻(電阻值越小成本越高)大耗散熱功率電阻在成本、標(biāo)準(zhǔn)件采購、集中 散熱這三方面的難度。 解決采用圖1的間歇式充電控制電路構(gòu)成快速充電方法的第三種實(shí)施方案是將 被充電高壓電池組轉(zhuǎn)換為若干低電壓電池組并聯(lián)充電，充電結(jié)束后又轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電 壓電池組投入放電使用。這 轉(zhuǎn)換方案如圖3，采用第三種實(shí)施方案的理由是間歇式充電 控制電路已能達(dá)到用正脈沖充電電流Am = 165. 9A對容量為55. 3AH電池組充電到80 %電量滿度其充電等待時(shí)間是55. 3AHX0. 8/165. 9AX0. 57 = 0. 47H(小時(shí))。算式中只計(jì)算用165. 9A的正脈沖電流對55. 3AH電池充電到80 %電量滿度是因?yàn)椴捎瞄g歇式充電在達(dá)到電池電量滿度> 80%以后，其Am值會逐漸自動遞減，這種遞減持續(xù)約0. 5 1小時(shí)才能將余下的20%電池電量充滿，因而這里只計(jì)算充電到80%滿電量等待時(shí)間；乘上0. 57是將間歇式充電的正脈沖電流換算成無間歇連續(xù)連續(xù)直流充電時(shí)的平均電流，其中的0. 57系數(shù)是在間歇式充電的一整個(gè)循環(huán)過程13.9秒鐘中真實(shí)充進(jìn)入電池的只有9X (tA1-tD)-tD=9X0. 94秒-0. 47秒=7. 99秒，7. 99秒/13. 9秒=0. 57。而美國通用的EV-1汽車對55. 3AH電池組充電到100%電量滿需要7 8小時(shí)，將0. 47小時(shí)與余下的80%充到100%滿電量所需1小時(shí)相加也能達(dá)到1. 47小時(shí)對55. 3AH容量的電池組100%充滿，比美國通用的EV-1充電時(shí)間縮短7/1. 47 = 4. 8倍。這一實(shí)踐結(jié)果是在對電池組電壓48V，電池組容量55. 3AH采用Am二 165.9A充電正脈沖電流條件下得出的。采用間歇式充電控制電路用激發(fā)電池(尤其是對鉛酸電池和鎳氫電池)接受電能的活性力方式充電是縮短充電等待時(shí)間有效途徑之一。采用間歇式充電控制是對電池充進(jìn)一個(gè)正脈沖電流Am后間歇te時(shí)間再對電池充進(jìn)下一個(gè)正脈沖電流Am，在一個(gè)循環(huán)中對電池充進(jìn)9個(gè)正脈沖電流Am中間有8個(gè)tB間歇，還有一個(gè)tc間歇和一個(gè)電池對Rf放電_Am時(shí)間tD間歇使電池內(nèi)幫助電池接受電量的活
性物恢復(fù)疲勞后接受Am電流，即采用間歇式充電控制是根據(jù)電池內(nèi)幫助電池接受電量的活性物恢復(fù)疲勞狀況由電池自動接受Am電流是幫助電池?cái)[脫了被強(qiáng)制灌電流的方式，將圖2
中T的周期時(shí)間和tA1 tA9、 tB、 tc、 t。各自所占寬窄時(shí)間這五個(gè)量值比例進(jìn)行優(yōu)化后還有
進(jìn)一步加大Am值縮短充電等待時(shí)間的空間。在此基礎(chǔ)上將被充電高壓電池組轉(zhuǎn)換為若干低
電壓電池組并聯(lián)充電。充電結(jié)束后又轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用既能縮短充電等待時(shí)間還能得到快速簡易地檢查出一長串電池組中各單個(gè)電池之間的性能差異的結(jié)果。電池組串聯(lián)中各個(gè)電池即使標(biāo)稱值相同其容納電量能力、電池內(nèi)阻阻值、電池接受充電時(shí)的溫升三種數(shù)值始終存在差異，這種差異在電池組串聯(lián)中單個(gè)電池越多判定越難。在《先進(jìn)電動汽車技術(shù)》書中列出了多種對電池組串聯(lián)中各單個(gè)電池差異的監(jiān)控檢查方案，這
些方案實(shí)施較復(fù)雜、成本高。采用圖3將高電壓電池組轉(zhuǎn)換為若干低電壓電池組并聯(lián)充電，
充電結(jié)束后又轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用，且在各低壓電池組并聯(lián)回路中串聯(lián)可加減計(jì)量電流表或可加減計(jì)量的脈沖電流功率表在充電過程中可直觀觀察各個(gè)低壓并聯(lián)電池組電流或功率變化狀況，間接地判斷出各個(gè)低壓并聯(lián)電池組之間的容納電量能力、電池內(nèi)阻、電池接受充電時(shí)的溫升三種數(shù)值的差異，減輕對電池組串聯(lián)中各單個(gè)電池差異的判別難度，這種實(shí)施方案是分組越細(xì)對串聯(lián)電池組中各個(gè)電池差異的判別越準(zhǔn)確。 現(xiàn)有的可充電池用電設(shè)備(例如電動自行車、電動汽車)的電壓等級有36V、48V、96V、 120V、 240V、 312V、 336V、 384V、 396V ; 10種等級數(shù)據(jù)除36V、48V外是摘自《先進(jìn)電動汽車技術(shù)》 一書，這10種電壓等級都是由單個(gè)為12V的電池串聯(lián)而成的。沿用傳統(tǒng)無間歇式直流充電且是串聯(lián)充電時(shí)，充電器也需要作成這么多電壓等級的標(biāo)準(zhǔn)充電器，過多的標(biāo)準(zhǔn)會降低社會資源利用率，現(xiàn)在分析這10種電壓等級中排列在后的8種有6種可以直接落在前兩種的倍率之中。例如96V是48V的2倍，240V是48V的5倍，288V是48V的6倍，336V是48V的7倍，384V是48V的8倍，396V是36V的11倍，剩下的120V等級如果減少一只12V的電池串聯(lián)成為108V是36V的3倍，將120V增加兩只12V的電池串聯(lián)成為144V是48V的3倍，剩下的312V如果增加一只12V的電池串聯(lián)為324V是36V的9倍，采用圖3將高電壓
9電池組轉(zhuǎn)換為若干低電壓電池組并聯(lián)充電，充電結(jié)束后又轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用的方案既有快速簡易地檢查出一長串電池組各單個(gè)電池之間的性能差異的效果又帶來充電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)種數(shù)減少從而增加社會資源利用率的效果。 達(dá)到用36V和48V兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋其它8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的具體實(shí)施方法是將圖3中QA1和QA2的兩個(gè)直流接觸器各自的4對常開主觸頭對數(shù)根據(jù)需要擴(kuò)展為8對，12對，根據(jù)充電正脈沖電流Am的大小將間歇式充電器劃定特大型(例如Am > 104A)，大型(例如104A > Am> 1(fA)、中型(例如103A > Am > 100A)、小型(例如Am < 100A)，其中特大型、大型、中型做成固定式或推車形式用于為流動的電池用戶進(jìn)行快速充電服務(wù)，小型的做成便攜式。因?yàn)榇笮驮靸r(jià)高，又因?yàn)殚g歇式充電器無論其充電正脈沖電流Am值大小如何，電池組容量AH大小如何在實(shí)際充電過程中只有電池總?cè)萘康?0%電量是按間歇式充電器標(biāo)定的Am值的速率充進(jìn)電池，充滿電池總?cè)萘?0%到100%的等待時(shí)間都需要0. 5 1小時(shí)，而經(jīng)常性地只將電池充電到80%滿而投入放電使用會引起電池鈍化(鈍化是在電池內(nèi)逐漸生成和累積不能存儲電量的固化物的表述，電池鈍化和電池產(chǎn)生極化是縮減電池使用壽命周期兩個(gè)主要危害現(xiàn)象)，電池容量會隨電池鈍化物的累積增加而逐漸地衰減，小型便攜式專用于對充電等待時(shí)間不嚴(yán)格時(shí)使用，小型便攜式是對快速充電又要防止電池鈍化累積的一種補(bǔ)充措施。 圖3中的符號⑩表示由電池串聯(lián)后驅(qū)動的用電設(shè)備，QA1和QA2是使用電池供電而吸合的直流接觸器，符號@和@是使用電池供電吸合的直流接觸器線圈，該線圈的電壓等于串聯(lián)電池組分組后的分組電壓，BT1 BT4是將串聯(lián)供給用于驅(qū)動用電設(shè)備的高電壓電池串聯(lián)組被轉(zhuǎn)換分組成低電壓電池組后的分組示意。QA11 QA14是QA1直流接觸器的4對常開主觸頭，QA21 QA24是直流接觸器QA2的4對常開主觸頭，QA1N是QA1直流接觸器的輔助常開觸頭，QA1P是QA1直流接觸器的輔助常閉觸頭，QA2N是QA2直流接觸器的輔助常開觸頭，QA2P是QA2直流接觸器的輔助常閉觸頭，SF1是啟動直流接觸器QA1吸合的按鈕，SF2是啟動直流接觸器QA2吸合的按鈕，BTSS是間歇式快速充電器，Al A4是串聯(lián)在已被轉(zhuǎn)換分組成低電壓電池組內(nèi)的可加減計(jì)量電流表或可加減計(jì)量脈沖電流功率表。工作過程是當(dāng)需要各電池組串聯(lián)向用電設(shè)備⑩供電時(shí)按SF1按鈕QA1吸合，QA1N和QA2P自動
保持QA1吸合，QAll QA14也吸合，QA1P被斷開，^]被斷開，形成BT1 BT4串聯(lián)向@供電回路；當(dāng)需要各電池組并聯(lián)后接受BTSS充電器充電時(shí)按SF2按鈕QA2吸合，QA2N和QA1P自動保持QA1的吸合，QA21 QA24也吸合，QA2P被斷開，,被斷開，形成BT1 BT4并聯(lián)接受BTSS充電回路，充電過程中觀察電流表Al A4根據(jù)流過的電流大小與電流大小的變化情況可簡易地判斷出各分組電池容納電量能力，電池內(nèi)阻、電池接受充電時(shí)的溫升這三種數(shù)值的差異。 圖3中的QA1和QA2是普通的直流接觸器，QA1的QA11 QA14四對主觸頭的承受過電流能力等于由電池組串聯(lián)供電設(shè)備最大用電電流值，QA2的QA21 QA24四對主觸頭的承受過電流能力等于電池組并聯(lián)充電最大正脈沖充電電流Am值/并聯(lián)電池組數(shù)，實(shí)施將高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并聯(lián)充電的分組數(shù)超過4組(例如8組、12組)時(shí)因?yàn)槠胀ㄖ绷鹘佑|器最多只有4對主觸頭，因而圖3中的QA1和QA2各自由2個(gè)或3個(gè)直流接觸器構(gòu)成并聯(lián)連接來滿足對觸頭對數(shù)增加的要求。
亦可研制專用直流接觸器用于圖3中的QA1和QA2，專用的QA1和QA2是每一個(gè)接觸器有2 3個(gè)吸合線圈，當(dāng)主觸頭8對時(shí)該接觸器設(shè)立2個(gè)吸合線圈，當(dāng)主觸頭是12對時(shí)該接觸器設(shè)立3個(gè)吸合線圈，以每一個(gè)吸合線圈對應(yīng)4對主觸頭形式排列，有2 3個(gè)吸合線圈的吸合電壓與吸合時(shí)間與吸合力都相等。專用接觸器QA1和QA2的2 3個(gè)吸合線圈電壓等于串聯(lián)電池組分組后的分組電壓，專用接觸器QA1的主觸頭的承受過電流能力等于由電池組串聯(lián)供電設(shè)備最大用電電流值，專用接觸器QA2的主觸頭承受過電流能力等于電池組并聯(lián)充電最大正脈沖電流Am值/并聯(lián)電池組數(shù)。 圖3中符號JA1 JA4和JB1 JB4是為便于實(shí)施圖3的方案而設(shè)置的一種專用插座和插頭示意。 一個(gè)符號^C代表一位插座孔位， 一個(gè)符號一代表一位插頭位，JA1 JA4和JB1 JB4的過電流能力等于間歇式充電控制設(shè)備的正脈沖最大充電電流Am/串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換成低電壓電池組并聯(lián)接受充電的分組數(shù)，當(dāng)串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換成低電壓電池組并聯(lián)接受充電的分組數(shù)超過4組達(dá)到8組，12組時(shí)其JA1 JA4和JB1 JB4各自的插座插頭位數(shù)也增加到JA1 JA12和JB1 JB12，最多是12個(gè)插座孔位及其對應(yīng)12個(gè)插頭位，圖3中的BTSS是間歇式充電控制充電器。 圖3的專用插座插頭做成一套插座插頭包含有能滿足串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換成低電壓電池組并聯(lián)充電的分組數(shù)相匹配的插座孔位數(shù)和插頭孔位數(shù)且插座與插頭是可自動鎖緊的整體形狀。 圖3的實(shí)施方案是以專用插座，專用插頭為界，專用插座以左(包括插座本身)部分連接成一套整體設(shè)備，插頭以右(包括一端與插頭連接另一端與BTSS連接用于輸送Am與-Am的電線)部分連接成間歇式充電控制整體設(shè)備。
權(quán)利要求
一種間歇式充電控制電路，由IC1產(chǎn)生連續(xù)的脈沖方波振蕩信號且將該脈沖方波周期確定為[T]秒，將連續(xù)的周期[T]秒的方波信號由IC1的第[3]腳輸出端傳送到IC2的[14]腳輸入端，由IC2的輸出端[Q0～Q9]按順序[Q0～Q9]輸出10個(gè)寬度與周期[T]相同的[T]秒鐘的方波信號分別傳送到由R3C3～R12C12組成的10個(gè)微分電路輸入端，由10個(gè)微分電路分別各自將收到的寬度為[T]秒的方波信號壓縮變窄變尖的信號再由這10個(gè)微分電路的輸出端分別對應(yīng)輸入到IC3～I(xiàn)C12的輸入端。其中R3C3～R11C11這9個(gè)微分電路數(shù)值設(shè)置相同是將[T]寬度脈沖方波壓縮變窄為R3C3，R12C12數(shù)值設(shè)置是將[T]寬度方波壓縮變窄為R12C12，由IC3～I(xiàn)C11的輸出端將已被壓縮變窄變尖的信號整形為R3C3寬度的方波信號，將R3C3寬度的方波信號稱為tA1～tA9方波脈沖信號，將[tA1～tA9]分別由D0～D8的陽極輸入陰極輸出傳送到IC13的[QA]輸入端，由IC13的[E]輸出端推動G1導(dǎo)通形成充電器對電池充電的正脈沖電流，正脈沖充電電流持續(xù)的時(shí)間與[tA1～tA9]相同，[T]與[tA1～tA9]脈沖方波寬度的差即為上一個(gè)充電正脈沖電流與下一個(gè)充電正脈沖電流之間的間歇時(shí)間[tB]，由IC12的輸出端將已被壓縮變窄變尖的信號整形為R12C12寬度的方波信號，將R12C12寬度的方波信號稱為[tD]方波脈沖信號，將[tD]由D9的陽極輸入陰極輸出傳送到IC14的[QB]輸入端，由IC14的[F]輸出端推動G2導(dǎo)通形成電池對負(fù)載體Rf放電的負(fù)脈沖電流，放電負(fù)脈沖電流持續(xù)的時(shí)間與[tD]相同，[T]與[tD]脈沖方波寬度的差即為充電正脈沖電流與負(fù)脈沖放電電流之間的間歇時(shí)間[tC]，這一過程稱為一個(gè)循環(huán)控制，間歇式充電控制電路是自動地循環(huán)進(jìn)行控制。
2. —種組合整機(jī)從市電電網(wǎng)獲得直流大電流的電路，這種組合整機(jī)電路是由多個(gè)高頻 開關(guān)電源單元模塊并聯(lián)組合而成，每一個(gè)高頻開關(guān)電源單元模塊都設(shè)計(jì)為輸入電源是50Hz 交流220V，輸出直流電壓等于多個(gè)單元模塊并聯(lián)組合后的電壓，輸出直流電流的大小折算 成每一單元模塊做多大的輸出電流總成本最低的方式并聯(lián)達(dá)到組合整機(jī)所需要的直流輸 出總電流數(shù)，這種多單元高頻開關(guān)電源模塊并聯(lián)成整機(jī)輸出電壓X總電流的總?cè)萘啃∮?10KW是所有模塊的輸入端并聯(lián)接入50HZ交流220V電源，所有模塊的輸出端按正極與正極 并聯(lián)，負(fù)極與負(fù)極并聯(lián)輸出，這種多單元高頻開關(guān)電源模塊并聯(lián)成整機(jī)輸出電壓X總電流 的容量大于IOKW是將模塊總數(shù)平均分成三組，每一組的輸入端并聯(lián)分接在三相50HZ交流 380V電源的三相火線與中性線之間，三組高頻開關(guān)電源模塊的所有輸出端按正極與正極并 聯(lián)，負(fù)極與負(fù)并聯(lián)輸出。
3. —種串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并聯(lián)充電，充電結(jié)束后轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián) 高電壓電池組投入放電使用的電路，該電路由串聯(lián)成高電壓電池組驅(qū)動的用電設(shè)備[⑩];低 電壓電池組[BT1 BT4];串聯(lián)在低電壓電池組回路的可加減計(jì)量電流表或可加減計(jì)量脈沖 電流功率表A1 A4 ;直流接觸器[QA1，QA2]，直流接觸器[QA1]的4對常開主觸頭[QA11 QA14]，直流接觸器[QA1]的一對常開輔助觸頭[QA1N]和一對常閉輔助觸頭[QA1P]，直流 接觸器[QA2]的4對常開主觸頭[QA21 QA24]，直流接觸器[QA2]的一對常開輔助觸頭 [QA2N]和一對常閉輔助觸頭[QA2P];啟動直流接觸器[QA1]吸合的按鈕[SF1];啟動直流 接觸器[QA2]吸合的按鈕[SF2];專用插座插頭[JA1 JA4，JB1 JB4];間歇式快速充電 器[BTSS]組成，由專用插座插頭的插座部分與[ ， BT1 BT4， Al A4， QA1， QA2， SF1， SF2]構(gòu)成接受充電設(shè)備整體，由專用插座插頭的插頭部分與間歇式快速充電器[BTSS]構(gòu) 成充電設(shè)備整體，按[SF1]按鈕使直流接觸器[QA1]吸合[QA1N]閉合，[QA2P]斷開將[BT1 BT4]電池組串聯(lián)形成高電壓電池組向用電設(shè)備[頓]供電，按[SF2]按鈕使直流接觸 器[QA2]吸合[QA2N]閉合[QA1P]斷開將[BT1 BT4]電池組并聯(lián)形成低電壓電池組并聯(lián) 接受[BTSS]充電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并聯(lián)充電，充電結(jié)束 后轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用電路，其特征在于直流接觸器[QA1、QA2]的 常開主觸頭[QA11 QA14，QA21 QA24]對數(shù)是隨串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組 并聯(lián)充電的分組數(shù)增加常開主觸頭對數(shù)也等量增加，常開主觸頭對數(shù)做成4對，8對，12對 三種；直流接觸器[QA1、QA2]的吸合線圈是每4對常開主觸頭設(shè)計(jì)一個(gè)吸合線圈，8對常開 主觸頭設(shè)計(jì)成2個(gè)吸合線圈，12對常開主觸頭設(shè)計(jì)成3個(gè)吸合線圈，同一直流接觸器有2 3個(gè)吸合線圈者是并聯(lián)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并聯(lián)充電，充電結(jié) 束后轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用電路，其特征在于串聯(lián)在低電壓電池組 [BT1 BT4]回路中的可加減計(jì)量電流表或可加減計(jì)量脈沖電流功率表[Al A4]只數(shù)是 隨串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并聯(lián)充電的分組數(shù)增加也等量增加，最多是12 只可加減計(jì)量電流表或可加減計(jì)量脈沖電流功率表。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并聯(lián)充電，充電結(jié) 束后轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用電路，其特征在于專用插座插頭[JA1 JA4， JB1 JB4]的插座孔位數(shù)和插頭位數(shù)是隨串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并 聯(lián)充電的分組數(shù)增加插座孔位數(shù)和插頭位數(shù)也等量增加，最多是12個(gè)插座孔位及其對應(yīng) 12個(gè)插頭位，這種專插座插頭是整體形，插頭插入插座后是自動鎖緊。
全文摘要
本發(fā)明是一種間歇式充電控制電路組成的快速充電方法，采用間歇式充電電流對電池充電是尊重電池內(nèi)受電活性物臨界疲勞狀態(tài)時(shí)停止充電，待電池內(nèi)受電活性物恢復(fù)活性狀態(tài)后再次充電，是靠激發(fā)電池接受電能的活性力方式充電。這種間歇式電流充電需要足夠大的直流電流源，因而就引入了一種組合整機(jī)從市電電網(wǎng)取得直流大電流的電路，這種組合整機(jī)電路是由多個(gè)高頻開關(guān)電源單元模塊組合而成，在具備足夠大的直流電流源與快速充電方法條件下再引入一種串聯(lián)高電壓電池組轉(zhuǎn)換為低電壓電池組并聯(lián)充電，充電結(jié)束后轉(zhuǎn)換還原成串聯(lián)高電壓電池組投入放電使用的電路，是用兩種充電壓等級覆蓋8種充電電壓等級方法解決充電設(shè)備電壓等級標(biāo)準(zhǔn)過多的問題。
文檔編號H02M7/02GK101707387SQ20091021624
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者李維民 申請人:李維民