專利名稱：充電單元、充電器和充電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電能轉換與節(jié)能技術領域應用的充電單元、充電器和充電系統(tǒng)， 特別涉及一種智能型的三相電容式充電機。
背景技術：
對蓄電池進行充電，在工農業(yè)生產生活領域里無處不見。隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，在大型機械加工場合電動搬運車應該強制使用，電動汽車技術的成熟，便攜電動工具的普遍應用，對充電作業(yè)的需求會越來越多。在大容量充電作業(yè)中，充電作業(yè)的節(jié)能問題就越來越顯重要。目前，充電裝置主要以可控硅充電裝置、開關電源式充電裝置為主， 它們都是用變壓器變壓與蓄電池電壓匹配再進行整流變成直流電，對蓄電池充電。由于變壓器的損耗是不可避免的，所以充電過程的節(jié)能降耗受到了局限。CN93205472. 2和CN 00201796. 2公開的三相電容式充電機(三相電容式充電電源機)，提出了利用電力電容器傳輸電能用二極管整流電路整流的充電技術方案，為充電節(jié)能實現(xiàn)了飛躍性的突破。已經日益引起業(yè)界人士的重視。然而由于人們對電容式充電的特點認識不足，在應用中暴露了一些缺陷，本發(fā)明專利提出了對三相電容式充電機的一種完善方案。

發(fā)明內容
電容式充電機的突出特點是其恒流源特性，這種特點要求在操作過程中，要嚴格遵守操作規(guī)程，否則會自毀整流電路，損壞設備。本發(fā)明專利方案主要是在三相電容式充電機的輸出端口進行技術完善，實現(xiàn)三相電容式充電機的無人值守自動充電。三相電容式充電機主要用于大容量充電，目前多用于電動搬運車、公園游覽車、和礦用蓄電池機車充電。這些設備中都是低壓蓄電池組驅動，充電電壓低，適合多臺串聯(lián)充電。由于充電用戶的電池電量余量不同，隨時上線離線，違章操作難免。充電設備的安全存在很大隱患。為此我們提出了利用人工智能技術和科學的輸出端口技術實現(xiàn)設備自動、安全運行的方案。其特點在于1)充電輸出端口采用多插口串聯(lián)輸出方式；幻每個輸出插口采用二極管反向串聯(lián)并且串接接觸器節(jié)點。本發(fā)明的第一方面涉及一種充電單元，用于與充電電源的正、負極連接以便為待充電的負荷充電，該充電單元包括第一二極管、第二二極管、一個接觸器和一個用于插入所述負荷的插座，所述第一二極管和所述第二二極管的陽極之間串接設置有所述接觸器，所述第一二極管和所述第二二極管的陰極之間設置有所述插座，所述插座內沒有插入所述負荷時，所述接觸器閉合，所述第一二極管的陽極與所述充電電源的正極連接，所述第二二極管的陽極通過所述接觸器與所述充電電源的正極連接，所述第二二極管的陰極與所述充電電源的負極連接，所述負荷充電時，所述接觸器斷開，所述負荷充電完成后，所述接觸器閉
I=I O在上述充電單元中，優(yōu)選，所述充電電源為三相電容式充電電源機。在上述充電單元中，優(yōu)選，所述插座與負荷檢測機構連接，所述負荷檢測機構檢測有無負荷插入、插入的所述負荷的電量。本發(fā)明的第二方面涉及一種充電器，用于與充電電源的正、負極連接以便為待充電的一個或者多個負荷充電，該充電器包括串聯(lián)連接在一起的N個充電單元，所述N個充電單元包括一個與所述充電電源的正極連接的頭充電單元、一個與所述充電電源的負極連接的尾充電單元、和串聯(lián)連接在所述頭充電單元和所述尾充電單元之間的N-2個中間充電單元，所述N為大于等于2的整數，所述N個充電單元中的每一個充電單元均包括第一二極管、第二二極管、一個接觸器和一個用于插入所述負荷的插座，在每一個充電單元中所述第一二極管和所述第二二極管的陽極之間串接設置有所述接觸器，所述第一二極管和所述第二二極管的陰極之間串接設置有所述插座，所述插座內沒有插入所述負荷時，所述接觸器閉合；所述頭充電單元的第一二極管的陽極與所述充電電源的正極連接，所述頭充電單元的第二二極管的陽極通過所述接觸器與所述充電電源的正極連接，所述尾充電單元的第二二極管的陰極與所述充電電源的負極連接，所述N-2個中間充電單元的每一個中間充電單元都是所述每一個中間充電單元的第一二極管的陽極與上游側所串聯(lián)的充電單元的第二二極管的陰極連接，所述每一個中間充電單元的第二二極管的陰極與下游側所串聯(lián)的充電單元的第一二極管的陽極連接，為所述負荷充電時，所述N個充電單元中插入有所述負荷的充電單元稱為負載充電單元、所述N個充電單元中沒有插入所述負荷的充電單元稱為空載充電單元，為所述負荷充電時，所述負載充電單元的所述接觸器斷開，所述空載充電單元的所述接觸器閉合，所述負荷完成充電后，完成充電的所述負荷所對應的所述負載充電單元的所述接觸器閉合。在上述充電器中，優(yōu)選，所述充電電源為三相電容式充電電源機。在上述充電器中，優(yōu)選，所述插座與負荷檢測機構連接，所述負荷檢測機構檢測有無負荷插入、插入的所述負荷的電量。本發(fā)明的第三方面涉及一種充電機，該充電機包括充電機主體；和串聯(lián)連接在所述充電機主體的正、負極之間的N個充電單元，所述N個充電單元包括一個與所述充電機主體的正極連接的頭充電單元、一個與所述充電機主體的負極連接的尾充電單元、和串聯(lián)連接在所述頭充電單元和所述尾充電單元之間的N-2個中間單元，所述N為大于等于2的整數，所述N個充電單元中的每一個充電單元均包括第一二極管、第二二極管、一個接觸器和一個用于插入待充電的負荷的插座，在每一個充電單元中所述第一二極管和所述第二二極管的陽極之間串接設置有所述接觸器，所述第一二極管和所述第二二極管的陰極之間串接設置有所述插座，所述插座內沒有插入所述負荷時，所述接觸器閉合；所述頭充電單元的第一二極管的陽極與所述充電機主體的正極連接，所述頭充電單元的第二二極管的陽極通過所述接觸器與所述充電機主體的正極連接，所述尾充電單元的第二二極管的陰極與所述充電機主體的負極連接，所述N-2個中間充電單元的每一個中間充電單元都是所述每一個中間充電單元的第一二極管的陽極與上游側所串聯(lián)的充電單元的第二二極管的陰極連接，所述每一個中間充電單元的第二二極管的陰極與下游側所串聯(lián)的充電單元的第一二極管的陽極連接，為所述負荷充電時，所述N個充電單元中插入有所述負荷的充電單元稱為負載充電單元、所述N個充電單元中沒有插入所述負荷的充電單元稱為空載充電單元，為所述負荷充電時，所述負載充電單元的所述接觸器斷開，所述空載充電單元的所述接觸器閉合，所述負荷完成充電后，完成充電的所述負載充電單元的所述接觸器閉合，所述空載充電單元的所述接觸器依然閉合，所述N個充電單元的所述接觸器均為閉合狀態(tài)時，所述充電機主體的充電電源被斷開。在上述充電機中，優(yōu)選，所述充電機主體為三相電容式充電電源機。在上述充電機中，優(yōu)選，所述插座與負荷檢測機構連接，所述負荷檢測機構檢測有無負荷插入、插入的所述負荷的電量。


圖1是本發(fā)明的充電機的串聯(lián)插口輸出示意圖。圖2是插口單元(充電單元)的結構原理圖。符號說明1充電機主體(充電電源)；2充電輸出端口(充電單元組)；加第一充電單元(頭充電單元)；2b第二充電單元(中間充電單元)；2c第三充電單元(中間充電單元)；2d第四充電單元(尾充電單元)；31、32、33、；34負荷；10接觸器；21第一二極管；22 第二二極管；30插座；40待充電蓄電池(負荷)。
具體實施例方式本發(fā)明專利的實施例是一種用于電動搬運車的充電機，考慮到電動車上蓄電池組的額定電壓為48V，所以我們給每臺充電機設立4個串聯(lián)充電插口，這樣可同時為4臺電動車充電。本發(fā)明的充電機及其充電輸出端口如圖1所示。在圖1中1為充電機主體，作為該主體，可以為背景技術中提及的三相電容式充電電源機，也可以為本領域內能夠提供的其它提供充電電源的電源機，2為充電輸出端口(充電單元組)，31、32、33、34為待充電蓄電池組(負荷)，該充電機包括四個相互串聯(lián)連接的充電單元，該充電機可同時為接到這四個充電單元上的負荷(蓄電池)充電。充電單元及其上每個插口的結構如圖2所示。每一個充電單元包括兩個二極管 (第一二極管21和第二二極管2 ，一個接觸器10和一個插座30，第一二極管21和第二二極管22反向串聯(lián)連接，而且在第一二極管21和第二二極管22的陽極之間串接有接觸器 10，插座30的兩個座腳分別與第一二極管21和第二二極管22的陰極連接，即接觸器10設置在兩個二極管的陽極之間，插座30設置在兩個二極管的陰極之間。充電機運行中，人工智能系統(tǒng)隨時監(jiān)測每個插口(插座)的負載狀況，做出適當的控制。下面介紹一下該充電系統(tǒng)的工作原理。一般情況下，接觸器10是閉合的，如果充電機的負荷檢測機構檢測到全部插座沒有負荷插入即零負載時，充電機就會關閉充電電源，設備進入待機狀態(tài)。當負荷檢測機構檢測到某個插座上有負荷(比如負荷31)插入時，該插座所在的充電單元(比如稱為第一充電單元(頭充電單元)2a)的接觸器10就由閉合改為斷開，而其它未加載有負荷的全部充電單元(比如稱為第二充電單元(中間充電單元)2b、第三充電單元(中間充電單元)2c、第四充電單元(尾充電單元)2d)的接觸器仍然保持閉合，以便為該負荷31充電提供充電通路(即維持如下的通路充電電源的正極(圖1中的+)— 第一二極管21 —負荷31 —其它充電單元(其它充電單元內的接觸器10 —第二二極管22 之間連通)一充電電源的負極(圖1中的_))，充電過程中隨時檢測蓄電池(負荷)電壓， 當蓄電池充滿時，閉合該充電單元的接觸器該插口充電停止，并通知和顯示告知用戶(盡管閉合接觸器時，即使沒有取下負荷(蓄電池)，但是由于該充電單元的兩個二極管反向串聯(lián)，所以無論電池極性如何，都不會出現(xiàn)已經充好電的蓄電池因反向放電而受損的事情)。 在閉合該充電單元的接觸器的同時如果充電檢測機構沒有發(fā)現(xiàn)其它負荷在充電即所有充電單元空載，就關斷充電電源。如果在為負荷31充電的過程中，發(fā)現(xiàn)有新負荷(比如負荷33)插入，則將負荷33 所對應的第三充電單元2c的接觸器10由閉合改為斷開，而第二、四充電單元的接觸器依然保持閉合，以便為負荷31和33的充電提供充電通路(即維持如下的通路充電電源的正極 —第一充電單元的第一二極管21 —負荷31 —第二充電單元內的接觸器10 —第二充電單元內的第二二極管22 —第三充電單元的第一二極管21 —負荷33 —第四充電單元內的接觸器10 —第四充電單元內的第二二極管22 —充電電源的負極)，在檢測到負荷31先充滿而負荷33依然在充電時，就將第一充電單元內的接觸器10閉合，則此時整個充電器的充電通路為充電電源的正極一第一充電單元的接觸器10 —第一充電單元的第二二極管22 — 第二充電單元內的接觸器10 —第二充電單元內的第二二極管22 —第三充電單元的第一二極管21 —負荷33 —第四充電單元內的接觸器10 —第四充電單元內的第二二極管22 —充電電源的負極。待發(fā)現(xiàn)負荷33也完成充電時，負荷33所對應的第三充電單元的接觸器10閉合， 并通知用戶，而且根據插座上負載插入狀況確定充電電源的通斷。由于在這些充電單元內兩個二極管是反向串聯(lián)，無論電池極性如何，都不會有電流通路，不會出現(xiàn)反向放電損害蓄電池的問題。當檢測到正確接入的負荷時，接觸器斷開， 開始向負荷充電。充電過程隨時檢測蓄電池電壓(也可由負荷檢測機構完成)，當蓄電池充滿時，閉合接觸器為其它插口提供充電通路，該插口充電停止，并通知和顯示告知用戶。當檢測到負荷接入錯誤，發(fā)出報警，令用戶糾正。接觸器是閉合不變，該插口沒有電流輸出，所以也不會對錯誤接入的負荷帶來損害。當檢測到所有插口沒有負荷時的狀態(tài)時，設備關斷充電電源，設備進入待機狀態(tài)。
權利要求
1.一種充電單元，用于與充電電源的正、負極連接以便為待充電的負荷充電，其特征在于，該充電單元包括第一二極管、第二二極管、一個接觸器和一個用于插入所述負荷的插座，所述第一二極管和所述第二二極管的陽極之間串接設置有所述接觸器， 所述第一二極管和所述第二二極管的陰極之間設置有所述插座， 所述插座內沒有插入所述負荷時，所述接觸器閉合， 所述第一二極管的陽極與所述充電電源的正極連接， 所述第二二極管的陽極通過所述接觸器與所述充電電源的正極連接， 所述第二二極管的陰極與所述充電電源的負極連接， 所述負荷充電時，所述接觸器斷開， 所述負荷充電完成后，所述接觸器閉合。
2.如權利要求1所述的充電單元，其特征在于， 所述充電電源為三相電容式充電電源機。
3.如權利要求1所述的充電單元，其特征在于， 所述插座與負荷檢測機構連接，所述負荷檢測機構檢測有無負荷插入、插入的所述負荷的電量。
4.一種充電器，用于與充電電源的正、負極連接以便為待充電的一個或者多個負荷充電，其特征在于，該充電器包括串聯(lián)連接在一起的N個充電單元， 所述N個充電單元包括 一個與所述充電電源的正極連接的頭充電單元、 一個與所述充電電源的負極連接的尾充電單元、和串聯(lián)連接在所述頭充電單元和所述尾充電單元之間的N-2個中間充電單元，所述N為大于等于2的整數，所述N個充電單元中的每一個充電單元均包括第一二極管、第二二極管、一個接觸器和一個用于插入所述負荷的插座，在每一個充電單元中所述第一二極管和所述第二二極管的陽極之間串接設置有所述接觸器，所述第一二極管和所述第二二極管的陰極之間串接設置有所述插座，所述插座內沒有插入所述負荷時，所述接觸器閉合；所述頭充電單元的第一二極管的陽極與所述充電電源的正極連接， 所述頭充電單元的第二二極管的陽極通過所述接觸器與所述充電電源的正極連接， 所述尾充電單元的第二二極管的陰極與所述充電電源的負極連接， 所述N-2個中間充電單元的每一個中間充電單元都是所述每一個中間充電單元的第一二極管的陽極與上游側所串聯(lián)的充電單元的第二二極管的陰極連接，所述每一個中間充電單元的第二二極管的陰極與下游側所串聯(lián)的充電單元的第一二極管的陽極連接，為所述負荷充電時，所述N個充電單元中插入有所述負荷的充電單元稱為負載充電單元、所述N個充電單元中沒有插入所述負荷的充電單元稱為空載充電單元，為所述負荷充電時，所述負載充電單元的所述接觸器斷開，所述空載充電單元的所述接觸器閉合，所述負荷完成充電后，完成充電的所述負荷所對應的所述負載充電單元的所述接觸器閉合。
5.如權利要求4所述的充電器，其特征在于， 所述充電電源為三相電容式充電電源機。
6.如權利要求4所述的充電器，其特征在于， 所述插座與負荷檢測機構連接，所述負荷檢測機構檢測有無負荷插入、插入的所述負荷的電量。
7.一種充電機，其特征在于，該充電機包括 充電機主體；和串聯(lián)連接在所述充電機主體的正、負極之間的N個充電單元， 所述N個充電單元包括一個與所述充電機主體的正極連接的頭充電單元、 一個與所述充電機主體的負極連接的尾充電單元、和串聯(lián)連接在所述頭充電單元和所述尾充電單元之間的N-2個中間單元，所述N為大于等于2的整數，所述N個充電單元中的每一個充電單元均包括第一二極管、第二二極管、一個接觸器和一個用于插入待充電的負荷的插座，在每一個充電單元中所述第一二極管和所述第二二極管的陽極之間串接設置有所述接觸器，所述第一二極管和所述第二二極管的陰極之間串接設置有所述插座，所述插座內沒有插入所述負荷時，所述接觸器閉合；所述頭充電單元的第一二極管的陽極與所述充電機主體的正極連接， 所述頭充電單元的第二二極管的陽極通過所述接觸器與所述充電機主體的正極連接， 所述尾充電單元的第二二極管的陰極與所述充電機主體的負極連接， 所述N-2個中間充電單元的每一個中間充電單元都是所述每一個中間充電單元的第一二極管的陽極與上游側所串聯(lián)的充電單元的第二二極管的陰極連接，所述每一個中間充電單元的第二二極管的陰極與下游側所串聯(lián)的充電單元的第一二極管的陽極連接，為所述負荷充電時，所述N個充電單元中插入有所述負荷的充電單元稱為負載充電單元、所述N個充電單元中沒有插入所述負荷的充電單元稱為空載充電單元，為所述負荷充電時，所述負載充電單元的所述接觸器斷開，所述空載充電單元的所述接觸器閉合，所述負荷完成充電后，完成充電的所述負載充電單元的所述接觸器閉合，所述空載充電單元的所述接觸器依然閉合，所述N個充電單元的所述接觸器均為閉合狀態(tài)時，所述充電機主體的充電電源被斷開。
8.如權利要求7所述的充電機，其特征在于， 所述充電機主體為三相電容式充電電源機。
9.如權利要求7所述的充電機，其特征在于， 所述插座與負荷檢測機構連接，所述負荷檢測機構檢測有無負荷插入、插入的所述負荷的電量。
全文摘要
本發(fā)明涉及充電單元、充電器和充電機，其中，充電單元用于與充電電源的正、負極連接以便為待充電的負荷充電，該充電單元包括第一二極管、第二二極管、一個接觸器和一個用于插入所述負荷的插座，所述第一二極管和所述第二二極管的陽極之間串接設置有所述接觸器，所述第一二極管和所述第二二極管的陰極之間設置有所述插座，所述插座內沒有插入所述負荷時，所述接觸器閉合，所述第一二極管的陽極與所述充電電源的正極連接，所述第二二極管的陽極通過所述接觸器與所述充電電源的正極連接，所述第二二極管的陰極與所述充電電源的負極連接，所述負荷充電時，所述接觸器斷開，所述負荷充電完成后，所述接觸器閉合。
文檔編號H02J7/00GK102361337SQ201110329368
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權日2011年10月26日
發(fā)明者楊文國, 邵蒙 申請人:國電龍源電力技術工程有限責任公司