專利名稱：一種充電機用控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及適合蓄電池充電的控制器，特別涉及一種一端通過現(xiàn)有的接口電路與變流電路相連，另一端與計算機系統(tǒng)相連的充電機用控制裝置。
目前現(xiàn)有技術如國內(nèi)專利88100250.X所描述的技術是采用對蓄電池充電過程極化程度的大小測量來控制蓄電池充電過程中的析氣，充電過程極化程度高，析氣就嚴重，極化程度低，析氣就少甚至不析氣，而在溫度的控制方面是采用外接插在電解液中的溫度傳感器對充電過程蓄電池的溫度進行測量來控制的，當溫度超過一定值時，改變輸出電流的大小和脈沖間隔，降低充電電流的有效值，從而使被充蓄電池的溫度得以控制，當溫度低于一定購值時，采用對極化程度的測量來控制輸出電流的大小。運用此技術能有效地控制充電過程的析氣，但溫升比較高，如將溫度控制得太低，充電速度將會大大降低，同時由于溫度這--參數(shù)測量和控制過程慣性比較大，當溫度達到限定值時，要想溫度迅速下降很難，此時給蓄電池已經(jīng)開始造成影響，如將溫度降得很低，將會大大延長充電時間。在運用此技術生產(chǎn)的智能充電機性能監(jiān)測報告中，蓄電池的溫升達20多度，這一數(shù)據(jù)已遠遠超過蓄電池所規(guī)定的溫升值；對于密封蓄電池和成組使用的蓄電池組的溫度將會很難測量，同時在每次充電過程中接插溫度傳感器非常麻煩，而且傳感器的接線很易被腐蝕，同時這種方法在環(huán)境溫度相差比較大的地方不能自動適應，給使用帶來諸多不便，很多用戶經(jīng)常不接溫度傳感器，致使蓄電池溫升太高，充電效果不佳，影響蓄電池的使用壽命。
有鑒于此，如何能使充電電流能根據(jù)需要而自動調(diào)整，使得充電時間短，充電時析氣微量，延長蓄電池的使用壽命；需要能有隨時檢測被充電蓄電池的各種參數(shù)、并能將檢測的參數(shù)輸入計算機并執(zhí)行計算機的指令的控制裝置，以便自動控制充電機處于最佳的充電狀態(tài)，并且工作可靠，結(jié)構簡單，正是本新型研創(chuàng)動機所在。
本實用新型設計人憑借多年從事各類電子控制和檢測裝置的研究生產(chǎn)加工等領域的實際經(jīng)驗，在反復研究論證的基礎上，做一全新設計構成，終得本新型的產(chǎn)生。
針對現(xiàn)有技術的不足，本新型的目的是設計可以檢測蓄電池的各種參數(shù)，并能接受計算機的指令而控制充電機的控制裝置。
本實用新型的原理是決定蓄電池充電狀態(tài)的參數(shù)很多，其主要參數(shù)有蓄電池充電時的端電壓、無歐姆內(nèi)阻極化電壓、停充電時靜止電壓，充電電流等。通過對這幾種參數(shù)進行測量，綜合分析，確定給予蓄電池充電的最優(yōu)方式。其技術特點是充電全過程計算機通過電壓測量電路對所充蓄電池的充電電壓、無內(nèi)阻電壓、靜止電壓進行測量，和電流測量電路對充電過程中充電電流進行實時測量，得到?jīng)Q定蓄電池充電狀態(tài)的幾個主要參數(shù)，通過對這幾種參數(shù)進行綜合分析，確定所充蓄電池的動態(tài)內(nèi)阻和荷電狀態(tài)，當蓄電池的動態(tài)內(nèi)阻超過一定的值，蓄電池的端電壓還未超過析氣電壓時，在保證不析氣的情況下，充電電流可以上升，但如加大充電電流，蓄電池的溫升將會上升很快，這種情況對蓄電池壽命的影響很大。本實用新型在此種情況下運用PID調(diào)節(jié)，提前調(diào)整充電電流，使得蓄電池的溫升得到控制，保證蓄電池的溫升始終控制在一定的范圍之內(nèi)。當蓄電池的荷電狀態(tài)低(即蓄電池虧電)時，其接受充電電流的能力就強，就意味著我們可以用大電流進行充電，相反充電電流就要減小。本實用新型能根據(jù)所測得的蓄電池荷電狀態(tài)來控制變流電路輸出合適的電流對蓄電池進行充電，當荷電狀態(tài)、蓄電池動態(tài)內(nèi)阻、蓄電池停充時的靜止端電壓及其變化率滿足一定條件時，充電機自動停止充電，與常規(guī)充電機比較，充電速度大大提高，延長了蓄電池的使用壽命，具有一定的智能化。對密封免維護蓄電池的充電尤為實用。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的其特征在于由電壓測量電路、電流測量電路、控制電路、保護電路構成，電壓測量電路由運算放大器U02A構成電壓比較器，充放電電容C104跨接在運算放大器輸入負端和接地端，被測電壓通過串聯(lián)的電阻R105、R107連接到放大器輸入正端；電流測量電路由電阻R127和電容C113構成濾波，再經(jīng)過運算放大器U104A線性放大，并經(jīng)運算放大器U104B和集成電路U103串聯(lián)實現(xiàn)的壓頻轉(zhuǎn)換電路構成；控制電路由光電耦合器OP2的輸出直接連接并控制三極管T105，三極管T105的發(fā)射極接輸出構成；保護電路由光電耦合器組成的電源控制電路、三極管T107、T106串聯(lián)組成的驅(qū)動繼電器的掉電、接反、斷相保護電路、兩只并聯(lián)二極管D102、D113組成或門電路的故障信號告知電路、兩只三極管T101、T102串聯(lián)驅(qū)動喇叭組成的報警電路構成。
運用本實用新型技術設計的控制器來控制充電機，與現(xiàn)有充電技術相比具有充電時間短，充電時溫升低，而且無需外接溫度傳感器，對被充蓄電池的型號和環(huán)境無特殊要求，充電時析氣微量，延長蓄電池的使用壽命等優(yōu)點，尤其適合密封免維護鉛酸蓄電池的充電；該控制器還可以適合隔鎳蓄電池的充電；由于采用計算機控制，該控制器還可以根據(jù)用戶的需要提供多種充電模式，如恒流充電、恒壓充電、限流恒壓恒流定時三階段充電模式等；各種模式的參數(shù)如電流、電壓、時間等用戶自己可自由設定，所設參數(shù)自動保存，下次開機時無需重新設置。同時由于采用硬件和軟件的優(yōu)化組合，使得該控制器的性能價格比得到很大的提高，其價格只為同類產(chǎn)品的1/4，而且調(diào)試更加簡單，操作更為簡便，可靠性更高。
本控制器通過接口電路與適當?shù)淖兞麟娐废噙B，構成一套完整的充電系統(tǒng)，控制器通過其電壓測量電路和電流測量電路對充電過程中蓄電池充電時的端電壓、無歐姆內(nèi)阻極化電壓、停充電時靜止電壓、充電電流等與蓄電池荷電狀態(tài)有關的幾種主要參數(shù)進行測量，并將所測得的參數(shù)送到計算機系統(tǒng)，計算機經(jīng)過綜合分析，確定出與被充蓄電池的狀態(tài)對應的兩個參數(shù)動態(tài)內(nèi)阻(指接點電阻、電極電阻、電解液電阻等歐姆內(nèi)阻、和集中極化內(nèi)阻和化學充電內(nèi)阻的綜合值)和荷電狀態(tài)(蓄電池能釋放出的容量與額定容量的比)，并送顯示裝置顯示。根據(jù)這兩個參數(shù)計算機系統(tǒng)能準確判斷被充蓄電池當前的狀態(tài)，確定在保證蓄電池壽命不受任何影響和溫升低于一定值的條件下，準確地通過控制電路給出信號控制外接的變流電路輸出合適的電流，對蓄電池進行充電，使得蓄電池的充電始終處于最優(yōu)化的狀態(tài)下進行。當計算機檢測到充電過程中蓄電池充電時的端電壓、無歐姆內(nèi)阻極化電壓、停充電時靜止電壓、充電電流、動態(tài)內(nèi)阻、荷電狀態(tài)滿足一定條件時，控制變流電路停止輸出電流，充電結(jié)束，同時給出聲響報警。當充電過程中，如出現(xiàn)過流、短路、斷路、電池接反、電源缺相等多種致命故障時，保護電路會立即將此信號送到計算機系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)會根據(jù)所發(fā)生的故障情況，通過保護電路執(zhí)行相應的保護操作，避免意外事故發(fā)生，同時向顯示裝置發(fā)出故障代碼信號，以供檢修用。


圖1為本實用新型的電壓測量電路圖。
圖2為本實用新型的電流測量電路圖。
圖3為本實用新型的控制電路圖。
圖4為本實用新型的計算機系統(tǒng)存儲電路圖。
圖5為本實用新型的電壓測量電路電容充放電曲線圖。
圖6為本實用新型的保護電路圖。
圖7為本實用新型的電路結(jié)構框圖電壓測量電路是運用電容充放電時間和電容兩端充電電壓成一一對應關系和運用線性差值方法來實現(xiàn)的。電容充放電過程如圖五所示，電容充電時兩端的電壓U=Uo*(1-e-αt)，放電時電容兩端的電壓U=Uo*e-αt，從圖中可以看出當電容充電時電容兩端的電壓從0上升到1/2Uo和當電容放電時電容兩端的電壓從Uo下降1/2Uo時，充電時間和電壓基本成線性關系，電壓測量電路如圖一所示，5端為一基準電壓輸入，6端為控制電容充放電的一開關信號，當6端從高變?yōu)榈碗娖綍r，電容C104開始放電，其端電壓開始下將，當U102A的2腳電壓低于U102A的3腳時，U102A的1腳輸出由低變?yōu)楦?，?端由高變低到，U102A的1腳即8端變?yōu)楦叩臅r間與U102A的3腳的電壓成一一對應關系。7端為電壓輸入，經(jīng)電阻R105和R106分壓后經(jīng)R107送到U102A的3腳，我們用固定的已知電壓從7端輸入，重復一次電容充放電，就可以得到一個與此電壓值相對應的時間值，在一個我們要測量的電壓范圍內(nèi)，分若干段進行測量，就會得到一張表，我們可以首先將這張表存人圖四U102-93C46中，當一個未知電壓從7端輸入時，我們同樣會得到一個與之對應的時間值，運用線性插值的方法就可以得出7端輸入的電壓值。
電流測量電路(參見圖2)包括電流放大電路和電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，電流信號從1端經(jīng)電阻R127和電容Cl13濾波后，送人U104A進行線性放大，放大后的電壓信號由2端輸出，再經(jīng)3端輸人，經(jīng)電阻R122送人由U104B和U103組成的壓頻轉(zhuǎn)換電路該電路將送入的電壓信號轉(zhuǎn)換成與之對應脈沖信號，其頻率和電壓成一一對應線性關系，該信號由4端輸出，此信號送人計算機系統(tǒng)U101的8腳進行定時計數(shù)，單位時間內(nèi)所計得的數(shù)，與從1端輸人的電流信號是一一對應的，經(jīng)過計算機運算后就可以測出對應的電流值。
控制電路(參見圖3)是由通過11端接受計算機系統(tǒng)發(fā)出的一種脈寬調(diào)制信號，經(jīng)過變換后，由14端去控制變流電路輸出，脈沖信號的占空比可以有效地控制變流電路輸出的大小，變流電路的開和關。當我們控制的變流電路為可控硅整流電路時，控制電路輸出一個脈動信號，去控制可控硅的導通角，從而控制整流電流輸出的大小。當我們控制的變流電路為高頻開關電路時，控制電路將計算機發(fā)來的脈寬調(diào)制信號進行濾波，變成一個比較平穩(wěn)的與占空比成正比的直流電壓信號去控制高頻變換電路的輸出。圖三為控制可控硅整流電路的電路示意圖，10端接電源正，11端接受計算機發(fā)來的脈寬調(diào)制信號，OP2起光電隔離作用，12、13端為交流輸入，經(jīng)D107-D110嬌式整流后，為觸發(fā)信號提供電源，T105起電流放大作用，14端為觸發(fā)信號的輸出端。
計算機系統(tǒng)(參見圖4)U101選用89 C2051作為主控芯片，該芯片具有8個輸入輸出腳、3個多功能腳、二個中斷、一個串行接口、2K字節(jié)的EPROM程序存儲器、128個RAM。是一種體積小功能強價格低的芯片。其主要完成充電電流、電壓等參數(shù)的測量；各種分析判斷和計算；控制信號的產(chǎn)生；保護信號的識別和相應控制信號的發(fā)出等任務。U102為可電擦除存儲芯片93C46，該芯片具有存入?yún)?shù)掉電后自動保存不丟失的特點。其主要用于存放電壓、電流校準用的插值表和充電過程的一些重要參數(shù)以及各種充電機額定參數(shù)值和用戶根據(jù)自己需要而設定的參數(shù)，參數(shù)設定后會自動保存，下次使用時不必重新設置。電容C101和電阻R101構成計算機系統(tǒng)復位電路。晶振CRL和電容C102、C103組成振蕩電路。
保護電路(參見圖6)，主要完成故障信號的檢測、指示、報警和保護等操作，其主要是由以下四部分組成，電源控制電路16端接+5V，當17端為低時，28、29端導通而有輸出，充電機電源接通；如有故障時，17端變?yōu)楦撸怆婑詈掀鱋P3不工作，28、29端無輸出，主機電源被切斷。掉電、接反、斷相保護電路外接被充電池連接正確后，由21端輸入電壓為正，經(jīng)T107、T106兩只三極管放大后T106的集電極為低，繼電器JDQ工作，當外接電池接反或不接時，繼電器不工作，繼電器的兩組觸點，用于控制外接變流電路可控硅的觸發(fā)極，24、25兩端分別接可控硅的陰極。當繼電器工作時，22、23分別和26、27端相連，和26、27兩端斷開，可控硅觸發(fā)信號受控制電路的控制；當繼電器不工作時，和26、27兩端斷開，可控硅觸發(fā)極無觸發(fā)信號，可控硅停止工作。故障信號告知電路；由兩只關聯(lián)的二極管D102、D103構成或門電路，只要有一只二極管的陽極為高，19端為高，給計算機發(fā)故障信號，當二極管的陽極都為低時，19端為低，表明無故障。當電池接反或不接時，三極管T106的集電極為高，19端為高，計算機讀取信號后執(zhí)行掉電保護操作。報警電路由T101、T102、喇叭BBP組成，當需要聲響提示時，計算機控制18端為低，喇叭發(fā)出聲響，當18端為高時，喇叭關閉。
權利要求1.一種充電機用控制裝置，其特征在于由電壓測量電路、電流測量電路、控制電路、保護電路構成，電壓測量電路由運算放大器U02A構成電壓比較器，充放電電容C104跨接在運算放大器輸入負端和接地端，被測電壓通過串聯(lián)的電阻R105、R107連接到放大器輸入正端；電流測量電路由電阻R127和電容C113構成濾波，再經(jīng)過運算放大器U104A線性放大，并經(jīng)運算放大器U104B和集成電路U103串聯(lián)實現(xiàn)的壓頻轉(zhuǎn)換電路構成；控制電路由光電耦合器OP2的輸出直接連接并控制三極管T105，三極管T105的發(fā)射極接輸出構成；保護電路由光電耦合器OP3組成的電源控制電路、三極管T107、T106串聯(lián)組成的驅(qū)動繼電器的掉電、接反、斷相保護電路、兩只并聯(lián)二極管D102、D113組成或門電路的故障信號告知電路、兩只三極管T101、T102串聯(lián)驅(qū)動喇叭組成的報警電路構成。
專利摘要本新型涉及蓄電池充電的控制器，特別涉及一種一端通過現(xiàn)有的接口電路與變流電路相連，另一端與計算機系統(tǒng)相連的充電機用控制裝置。充電控制器是利用計算機對所充蓄電池的動態(tài)內(nèi)阻和荷電狀態(tài)進行監(jiān)測，由此控制充電機輸出合適的電流對蓄電池充電，當荷電狀態(tài)、蓄電池動態(tài)內(nèi)阻、蓄電池的靜止端電壓及其變化率達到一定值時，停止充電，與常規(guī)充電機比較，充電速度大大提高，并可延長蓄電池使用壽命。本新型特征為由電壓測量電路、電流測量電路、控制電路、保護電路構成。
文檔編號H02J7/00GK2336506SQ9820664
公開日1999年9月1日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權日1998年7月3日
發(fā)明者陳寶中 申請人:陳寶中