專利名稱：牽引蓄電池自動充電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種牽引蓄電池自動充電機，屬于鉛酸蓄電池用自動充電裝置領域。
背景技術：
蓄電池屬于二次電池，可以通過充電機充電多次使用。但是對蓄電池進行充電需要一 定的專業(yè)知識。鉛酸蓄電池組在使用過程中由于各種原因會使個別蓄電池極板上的活性物 質得不到及時恢復，就會產生電池間參數(shù)不均衡現(xiàn)象。這樣就影響了蓄電池組的容量和壽 命，降低了整組電池的使用價值。因此需要每隔一段時間對電池組進行一次均衡充電?，F(xiàn) 有的一些充電機只能進行簡單的充電操作，在充電過程中需要人為進行調節(jié)，如果不懂充 電技術就不能正確使用好蓄電池，操作不當甚至還會發(fā)生爆炸。另一類充電機雖然號稱智 能型充電機，但是由于對蓄電池充電技術了解的不透徹，充電機性能并不符合蓄電池充電 的要求，從而引起蓄電池欠充或過充電，容易損壞蓄電池，大大減少了蓄電池的使用壽命。 這樣的充電機并不符合蓄電池的充電要求。
發(fā)明內容
根據(jù)以上現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠智能化充電、
均衡充電、延長蓄電池使用壽命的牽引蓄電池自動充電機。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是牽引蓄電池自動充電機，包括變壓器和 整流橋，變壓器的一次側連接電源主線，二次側連接整流橋輸入端，整流橋輸出端通過熔 斷保護器連接接線柱，其特征在于所述的變壓器一次側設置多個調節(jié)抽頭，設置由檢測 單元、微機處理單元和切換單元組成的檢測控制模塊，檢測單元包括電壓傳感器、電流傳 感器和溫度檢測器，電壓傳感器和電流傳感器設置在整流橋與接線柱之間的導線上，溫度 檢測器設置在變壓器上，檢測單元的輸出端連接微機處理單元的輸入端，微機處理單元的 輸出端連接切換單元的輸入端，切換單元對應設置在電源主線與變壓器一次側各個調節(jié)抽 頭之間，溫度檢測器的常閉觸點設置在微機處理單元和切換單元之間的導線上。
在充電過程中檢測單元采集反映蓄電池狀態(tài)的各種參數(shù)輸送到微機處理單元，微機處 理單元對各種信號進行識別，經過內部計算后與預先設定的最優(yōu)充電曲線參數(shù)比較，判斷
充電狀態(tài)是否正常，是否充滿，是否需要停機，并且通過切換單元控制線路，達到對蓄電 池自動充電的目的。 其中最優(yōu)方案是
所述檢測單元中的電壓傳感器為連接接線柱正極和微機處理單元輸入端的導線(或稱 電壓檢測線)。充電時，接線柱與蓄電池的正負極對應，通過連接接線柱正極的導線，取 得蓄電池的電壓信號。電流傳感器主要采用分流器進行釆樣，既簡單可靠又準確。
所述的微機處理單元包括電流轉換電路、電壓轉換電路、報警電路、顯示電路、CPU 電路、動作電路、電源電路和按鈕電路，電流轉換電路連接電流傳感器和CPU電路的輸入
端，電壓轉換電路連接在蓄電池正極的導線和CPU電路的輸入端之間，報警電路、顯示電 路和動作電路連接CPU電路的輸出端，按鈕電路連接CPU電路的輸入端，電源電路連接在 接線柱和CPU電路電源接口之間，CPU電路的輸入端還連接溫度檢測器。電流、電壓信號 經放大濾波等處理進入單片機進行測量處理。CPU電路首先檢測充電電流和充電電壓并監(jiān)
控充電狀態(tài)，判斷何時充滿可以停機，使每一次充電都達到最佳充電效果。
本發(fā)明中通過設定變壓器參數(shù)特性(如變比、阻抗、導磁率)可以使充電過程中的充 電電流隨著蓄電池狀態(tài)的變化而變化。充電前期蓄電池接受能力強，充電電流大。后期隨 著蓄電池電壓的升高接受能力變弱，充電電流逐漸減小，以符合蓄電池的自然特性。 微機處理單元中的動作電路包括繼電器和驅動電路，驅動電路連接繼電器的線圈，繼
電器的觸點連接切換單元。CPU電路發(fā)出動作信號，驅動電路驅動繼電器動作，通過觸點
的閉合或者打開，使得切換單元的交流接觸器動作。
所述的切換單元包括交流接觸器，交流接觸器的觸點通過導線連接變壓器一次側不同 變壓比的調節(jié)抽頭，交流接觸器的線圈與繼電器觸點串聯(lián)在電源主線的兩相之間。通過觸 點的閉合或者打開切換變壓器一次側的線圈匝數(shù)，實現(xiàn)變壓比的調整。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明牽引蓄電池自動充電機所具有的有益效果是通過在充電過
程中實時監(jiān)控蓄電池狀態(tài)，自動調整充電電流和充電時間，使蓄電池達到最佳狀態(tài)。本發(fā) 明實現(xiàn)了充電機智能化，充電過程無人職守，以最短的時間，最高的效率充電，充電過程 中電池發(fā)熱最少，失水最少，延長了蓄電池的壽命。
本發(fā)明有完善的保護措施，能夠自動判斷出充電過程中是否出現(xiàn)斷路，過流，過壓， 變壓器溫度過高等現(xiàn)象，出現(xiàn)以上不正常狀態(tài)時，就停機并報警。充電機輸出端裝有快速 熔斷保護器能最大限度的保護充電機和蓄電池的使用安全。本充電機預設有均衡充電程 序，通過撥動開關可以在正常充電和均衡充電之間轉換。本發(fā)明在使用過程中不產生任何
能污染大氣、水、土壤的有毒有害物質，也不會產生噪音污染，屬于環(huán)保產品。
本充電機有效的解決了蓄電池充電過程中由于不了解專業(yè)知識而產生的一系列問題。 經過簡單培訓就能讓操作者熟練的掌握使用，從而達到了簡單、易用、好用的目的。而且 還能有效延長蓄電池使用壽命，為使用者節(jié)約了大量經費，減少了資源利用，達到了一定 的環(huán)保效果。
圖1是本發(fā)明實施例的原理方框圖，
圖2是本發(fā)明的電路原理圖，
圖3是本發(fā)明的微機處理單元的電路原理圖。
圖4是本發(fā)明的充電曲線圖。
在圖1-3中Bl、變壓器 Tl、溫度傳感器 RD1、熔斷保護器 KM1、 KM2、 KM3 交流接觸器 J1-J3、接口 UC1、微機處理單元 Ul、單片機 U2-U4、運算放大器 U5、穩(wěn)壓器 U6、整流橋 U7、DC/DC電路 R1-R41、電阻 RW1-RW3、電位器 CI-C15、 電容 D1-D7、 二極管 LED1-LED8、發(fā)光二極管 CRY1、晶振 Zl、穩(wěn)壓二極管 Tl-T8、三極管 K1-K3、繼電器 IN1-IN4、按鈕 ST1-ST4、數(shù)碼管 FM1、蜂鳴器。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例作進一步描述
如圖1所示，變壓器的一次側連接電源主線，二次側連接整流橋輸入端，整流橋輸出 端連接接線柱。檢測單元設置在整流橋的輸出端和接線柱的導線上，檢測單元的輸出端連 接微機處理單元的輸入端，微機處理單元的輸出端連接切換單元的輸入端。切換單元設置 在電源主線和變壓器一次側的導線上。
整流橋輸出端和接線柱之間的導線上設置熔斷保護器(圖2所示)。
微機處理單元、檢測單元和切換單元組成檢測控制模塊。檢測單元的電壓檢測線(電 壓傳感器)和電流傳感器設置在整流橋與接線柱之間的導線上(圖2所示)。
在充電過程中檢測單元采集反映蓄電池狀態(tài)的各種參數(shù)輸送到微機處理單元，微機處 理單元對各種信號進行識別，經過內部計算后與預先設定的最優(yōu)充電曲線參數(shù)比較，判斷 充電狀態(tài)是否正常，是否充滿，是否需要停機，并且通過執(zhí)行單元控制切換線路，已達到 對蓄電池的自動充電。變壓器溫度過高，則切斷執(zhí)行單元和切換線路之間的導線，停止工 作。
如圖2所示，電源主線通過變壓器Bl連接整流橋U6，整流橋U6的輸出端通過熔斷保 護器RD1連接接線柱。電流傳感器FL1設置在整流橋U6與接線柱之間的導線上，電流傳 感器FL1輸出端連接微機處理單元UC1。接線柱之間連接有DC/DC電路U7的輸入端，DC/DC 電路U7的輸出端連接微機處理單元UC1。
市電380V電源通過交流接觸器KM1、 KM2給變壓器Bl停送電來控制，變壓器Bl得電 后輸出三相交流電壓，經整流橋U6整流后變成直流電，正極直接輸出接蓄電池的+極，-極經過熔斷保護器RD1，再經過電流傳感器FL1，后輸出接蓄電池的-極，給蓄電池充電。
檢測單元的溫度檢測器Tl設置在變壓器Bl上。變壓器Bl的一次側設置多個調節(jié)抽 頭，切換單元的交流接觸器KM1、 KM2、 KM3的觸點KM1-1、 KM2-1、 KM3-1通過導線連接變 壓器B1不同變壓比的調節(jié)抽頭。通過觸點的閉合或者打開切換變壓器一次側的線圈匝數(shù)， 實現(xiàn)變壓比的調整。變壓器B1為高阻抗型變壓器，通過控制變壓器B1的技術參數(shù)達到控 制充電電流的目的。在充電初期，蓄電池電壓低，變壓器輸出電流大，隨著充電過程的進 行，蓄電池電壓慢慢升高，變壓器輸出電流也隨之而減小。變壓器一次側有兩至三個調節(jié) 抽頭，可以通過兩至三個交流接觸器進行調節(jié)。變壓器二次側也有調節(jié)抽頭，以適應各種 電壓環(huán)境情況。
電壓檢測線(電壓傳感器)為連接接線柱正極的導線。充電時，接線柱與蓄電池的正 負極對應，通過連接接線柱正極的導線,取得蓄電池的電壓信號，輸送到微機處理單元UC1 。 電流傳感器FL1主要采用分流器進行采樣，既簡單可靠又準確。
切換單元還包括交流接觸器KM1、KM2 、KM3和繼電器K1-K3的觸點Kl-l、 K2-l、 K3-l， 繼電器Kl、 K2、 K3的觸點K1-1、 K2-1、 K3-1分別串聯(lián)連接交流接觸器KM1、 KM2、 KM3 的線圈，然后并聯(lián)，通過溫度檢測器T1的常閉觸點T1-1、 T1-2的串聯(lián)在電源主線的B、 C 兩相之間。當變壓器溫度超過設定保護值時傳感器動作停止充電，正常情況下不會超過設 定值報警。
如圖3所示，微機處理單元包括電流轉換電路、電壓轉換電路、報警電路、顯示電路、 CPU電路、動作電路、電源電路和按鈕電路。
電流轉換電路連接電流傳感器和CPU電路的輸入端，輸入電流信號，包括電流傳感器 FL1的輸出端通過電容C6接地，同時通過串連的電阻R19、 R18連接運算放大器U3的5 腳，電阻R19、 R18的公共端通過電容C5接地。運算放大器U3的5腳分別通過電容C8、 二極管D1、 D2接地，6腳通過電阻R20接地，6腳和7腳之間連接有電阻R23， 7腳連接3 腳，2腳通過電阻R21接地，2腳和1腳之間連接有電位器RW1， 1腳連接單片機U1的2腳。
電壓轉換電路連接在蓄電池正極的導線和CPU電路的輸入端之間，輸入電壓信號，包 括導線通過電容C7接地，還通過電阻R15連接接觸點。接觸點通過串聯(lián)的電阻R28、 R27 接地。電阻R28、 R27的公共端通過電阻R16連接運算放大器U4的5腳，電阻R28、 R27 的公共端還設置有2個接觸點。運算放大器U4的5腳通過電容C10接地，6腳通過電阻 R17接地，6腳和7腳之間連接有電位器RW2， 7腳連接單片機U1的3腳。
報警電路包括蜂鳴器FM1、 二極管D7、三極管T2和電阻R25，其中蜂鳴器FM1和二極 管D7并聯(lián)連接在+ 12V電源和三極管T2的集電極之間。三極管T2的射電極接地，基極連 接單片機U1的39腳。
顯示電路包括數(shù)碼管電路和發(fā)光二極管電路。數(shù)碼管電路用于顯示數(shù)字充電參數(shù)充 電電流，充電電壓，充電時間，充電安時。包括數(shù)碼管ST1-ST4、電阻Rl-R12和三極管 T5-T8。電阻R9-R12分別與三極管T5-T8組成數(shù)碼管驅動電路，數(shù)碼管ST1-ST4分別通過 電阻Rl-R8連接單片機Ul的27-30腳和19-22腳。發(fā)光二極管電路與數(shù)碼管電路配合， 用于顯示狀態(tài)，包括電阻R34-41和發(fā)光二極管LED1-LED8，電阻R34-41和發(fā)光二極管 LED1-LED8分別串聯(lián)連接在單片機U1的15、 16、 18、 38、 37、 35、 34、 33腳和地之間。
CPU電路包括單片機U1、 二極管D3、電阻R22、 R24、穩(wěn)壓二極管Zl、電位器RW3、 電容C1-C3、 C14、 C15和晶振CRY1， CPU電路按照常規(guī)使用方法。電位器RW3與穩(wěn)壓二極 管Zl并聯(lián)連接在單片機Ul的5腳和地之間。單片機Ul的4腳、12腳、31腳接地，32 腳連接+5V， 31腳和32腳之間連接有電容C1-C3， 5腳通過電阻R24連接+ 12V， 11腳連 接+ 5V， 13腳和14腳之間連接電容C14、 C15和晶振CRY1組成的時鐘電路。
動作電路包括電阻R26-R28、 二極管D4-D6、三極管T1、 T3、 T4和繼電器K1-K3。繼 電器Kl和二極管D4并聯(lián)連接在+12V電源和三極管Tl的集電極之間。三極管Tl的射電 極接地，基極連接單片機U1的40腳。繼電器K2和二極管D5并聯(lián)連接在+ 12V電源和三 極管T3的集電極之間。三極管T3的射電極接地，基極連接單片機U1的36腳。繼電器K3 和二極管D6并聯(lián)連接在+ 12V電源和三極管T4的集電極之間。三極管T4的射電極接地， 基極連接單片機U1的9腳。
電源電路包括穩(wěn)壓器U5和電容C4。穩(wěn)壓器U5的輸入端連接DC/DC電路U7的輸出端， 穩(wěn)壓器U5的輸入端和地之間連接有電容C4，輸出端提供+5V電壓。電源釆用DC/DC電路，
直接從蓄電池獲得電源。
按鈕電路包括按鈕IN1-IN4、電阻R30-R33。按鈕INI-IN4分別連接單片機Ul的6、 7、
8、 IO腳和地。單片機U1的6、 8、 7、 10腳和+5V之間分別連接有電阻R30-R33。按 鈕IN1-IN4分別設置為均衡充電、溫度、開停和顯示功能。
另外，還可以設置備用的模擬輸出端口。包括單片機U1的17腳通過電阻R13連接運 算放大器U2的5腳。運算放大器U2的5腳通過電容Cll接地，6腳通過電阻R29連接單 片機U1的2腳，6腳還通過電阻R14接地，6腳和7腳之間連接有電位器RW3， 7腳通過 電容C12接地，7腳通過導線輸出。
如圖4所示，本發(fā)明采用Wa+Eq充電方式下的充電曲線。
W特性是蓄電池的自然特性，在這種情況下充電，蓄電池的接受能力最好，能使蓄 電池充完電后達到最佳狀態(tài)。
a特性是指蓄電池充滿電后，充電機自動判斷并停機，即不欠充也不過充。Wa充電 曲線就是能自動停機的自然充電曲線，它是一種近似于恒功率充電特性。
Eq是指均衡充電。鉛酸蓄電池組在使用過程中由于各種原因會使個別蓄電池極板上的 活性物質得不到及時恢復，就會產生電池間參數(shù)不均衡現(xiàn)象。這樣就影響了蓄電池組的容 量和壽命，降低了整組電池的使用價值。因此需要每隔一段時間對電池組進行一次均衡充 電。
使用過程插上電源插頭連接電源主線，接線柱連接蓄電池的連接器，啟動本發(fā)明， 開始充電。通過電壓檢測線取得電壓信號，判斷充電電壓是否正常，正常就繼續(xù)充電，不 正常則停機并報警。通過電流檢測器(分流器)檢測充電電流是否在正常值范圍內，如果 電流過高或過低，則通過調節(jié)變壓器一次側的交流接觸器觸點KM1-3，使其依次吸合，達 到將充電電流控制在合適值范圍內的目的，如果通過調節(jié)三個接觸器KMl-3，充電電流還 不正常時，則停機并報警。在充電全過程中一直監(jiān)測充電電流和電壓，隨時根據(jù)充電電流 變化通過調節(jié)接觸器從而控制充電電流。
根據(jù)充電電壓的升高判斷充電的每一個階段。在蓄電池充到總電量的80%時，開始判 斷充電電壓和充電電流是否達到充滿電停機的需要條件(此條件需要通過檢測充電電流， 終止電壓和充電時間綜合判斷)，這個判斷過程大約需要4個小時，不同的型號的蓄電池 這個判斷過程時間長短不一?？梢詫偟某潆娺^程進行計時監(jiān)控，總充電過程時間不超過 12個小時，如超過則認為蓄電池有問題，需要停機并報警。如果在充電過程中出現(xiàn)電源缺 相，則導致充電電流太小，變壓器個別線圈因電流太大而溫度過高超過溫度檢測器設定值， 則停機并報警。
本充電機有完善的保護措施，能夠自動判斷出充電過程中是否出現(xiàn)斷路，過流，過壓， 元件溫度過高等現(xiàn)象，出現(xiàn)以上不正常狀態(tài)時，就停機并報警。充電機輸出端裝有快速熔 斷保護器能最大限度的保護充電機和蓄電池的使用安全。本充電機預設有均衡充電程序， 通過撥動按鍵IN1、 IN2可以在正常充電和均衡充電之間轉換。合理使用均衡充電可以延 長蓄電池的使用壽命。
本充電機在使用過程中不產生任何能污染大氣、水、土壤的有毒有害物質，也不會產 生噪音污染，屬于環(huán)保產品。
本充電機有效的解決了蓄電池充電過程中由于不了解專業(yè)知識而產生的一系列問題。 經過簡單培訓就能讓操作者熟練的掌握使用，從而達到了簡單、易用、好用的目的。而且 還能有效延長蓄電池使用壽命，為使用者節(jié)約了大量經費，減少了資源利用，達到了一定 的環(huán)保效果。
權利要求
1、一種牽引蓄電池自動充電機，包括變壓器和整流橋，變壓器的一次側連接電源主線，二次側連接整流橋輸入端，整流橋輸出端通過熔斷保護器連接接線柱，其特征在于所述的變壓器一次側設置多個調節(jié)抽頭，設置由檢測單元、微機處理單元和切換單元組成的檢測控制模塊，檢測單元包括電壓傳感器、電流傳感器和溫度檢測器，電壓傳感器和電流傳感器設置在整流橋與接線柱之間的導線上，溫度檢測器設置在變壓器上，檢測單元的輸出端連接微機處理單元的輸入端，微機處理單元的輸出端連接切換單元的輸入端，切換單元對應設置在電源主線與變壓器一次側各個調節(jié)抽頭之間，溫度檢測器的常閉觸點設置在微機處理單元和切換單元之間的導線上。
2、 根據(jù)權利要求1所述的牽引蓄電池自動充電機，其特征在于所述檢測單元中的電 壓傳感器為連接接線柱正極和微機處理單元輸入端的導線。
3、 根據(jù)權利要求1所述的牽引蓄電池自動充電機，其特征在于所述微機處理單元包括電流轉換電路、電壓轉換電路、報警電路、顯示電路、CPU電路、動作電路、電源電路 和按鈕電路，電流轉換電路連接電流傳感器和CPU電路的輸入端，電壓轉換電路連接在蓄 電池正極的導線和CPU電路的輸入端之間，報警電路、顯示電路和動作電路連接CPU電路 的輸出端，按鈕電路連接CPU電路的輸入端，電源電路連接在接線柱和CPU電路電源接口 之間，CPU電路的輸入端還連接溫度檢測器。
4、 根據(jù)權利要求3所述的牽引蓄電池自動充電機，其特征在于所述動作電路包括繼 電器和驅動電路，驅動電路連接繼電器的線圈，繼電器的觸點連接切換單元。
5、 根據(jù)權利要求4所述的牽引蓄電池自動充電機，其特征在于所述動作電路包括電 阻R26-R28、 二極管D4-D6、三極管T1、 T3、 T4和繼電器K1-K3，繼電器Kl和二極管D4 并聯(lián)連接在+12V電源和三極管Tl的集電極之間，三極管T1的射電極接地，基極連接單 片機Ul的40腳，繼電器K2和二極管D5并聯(lián)連接在十12V電源和三極管T3的集電極之間， 三極管T3的射電極接地，基極連接單片機U1的36腳，繼電器K3和二極管D6并聯(lián)連接 在+ 12V電源和三極管T4的集電極之間，三極管T4的射電極接地，基極連接單片機Ul 的9腳。
6、 根據(jù)權利要求1所述的牽引蓄電池自動充電機，其特征在于所述切換單元包括交 流接觸器KM1、 KM2、 KM3和繼電器K1-K3的觸點K1-1、 K2-1、 K3-1，交流接觸器的觸點 KM1-1、 KM2-1、 KM3-1通過導線連接變壓器一次側不同變壓比的調節(jié)抽頭，繼電器K1、 K2、 K3的觸點K1-1、 K2-1、 K3-1分別串聯(lián)連接交流接觸器KM1、 KM2、 KM3的線圈，然后并聯(lián)， 通過溫度檢測器T1的常閉觸點T1-1、 T1-2串聯(lián)在電源主線的B、 C兩相之間。
全文摘要
一種牽引蓄電池自動充電機，包括變壓器和整流橋，變壓器的一次側連接電源主線，二次側連接整流橋輸入端，整流橋輸出端通過熔斷保護器連接接線柱，主要技術特點是變壓器一次側設置多個調節(jié)抽頭，設置由檢測單元、微機處理單元和切換單元組成的檢測控制模塊，檢測單元包括電壓傳感器、電流傳感器和溫度檢測器，檢測單元的輸出端連接微機處理單元的輸入端，微機處理單元的輸出端連接切換單元的輸入端，切換單元對應設置在電源主線與變壓器一次側各個調節(jié)抽頭之間。本發(fā)明實現(xiàn)了充電機智能化，充電過程無人職守，以最短的時間，最高的效率充電，充電過程中電池發(fā)熱最少，失水最少，延長了蓄電池的壽命。
文檔編號H02J7/00GK101345424SQ200710016858
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權日2007年7月12日
發(fā)明者李寶軍, 潘偉偉, 王培壽, 斌 聶, 郭方營 申請人:淄博蓄電池廠