專利名稱：快速充電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種快速充電機，尤其涉及一種對普通鉛酸蓄電池進行大電流充電的快速充電機，屬于充電設備技術領域。
背景技術：
由于能源危機和日益嚴重的環境污染問題，人們越來越多地將目光投向電動領域。鉛酸蓄電池在電動汽車和電動自行車以及EPS應急電源中的應用十分廣泛，鉛酸蓄電池具有價格低廉、電壓穩定、供電可靠等優點，尤其是全密封免維護鉛酸蓄電池具有密封好、無泄漏、無污染、無需維護等優點，有良好的應用前景。作為電動車輛動力電源的鉛酸蓄電池常規充電往往需要1 0小時以上，過長的充電時間使電動設備的利用率大大下降。為提高其利用率，現有技術采取提高一次充電的里程數，即增加電池容量，或備份一組電池的方法，但是會大大提高設備的成本和更換電池的麻煩。因此，設計開發一種快速充電機， 縮短鉛酸蓄電池充電時間，提高電動設備的利用率具有十分重要的意義。
電池的快速充電理論最早源于2 0世紀6 0年代中期美國人馬斯(J . A Ma s )的充電曲線，如圖1所示，這是馬斯采用小容量啟動型鉛酸蓄電池進行實驗而得到的曲線，并可歸納為馬斯定律，其主要論點為蓄電池是依據其充電接受率而接受充電，即低于曲線值的充電將延長充電時間，但超過曲線值的充電不僅不會縮短充電時間，相反會增高電池氣壓和溫度。由此推論蓄電池只有在獲得較大的充電接受率而同時能抑制電池析氣條件下，方可以在較短的時間內充足電量。依據充電電流特性曲線，在某個時間t內充入蓄電池的電量為當蓄電池經過長時間(t—⑴)充電而達到額定容量C時，則C= Ic/α，即充電電流接受率α是Ici與C的比值。由此可知，要使電池充電達到預期容量，則充電接受率愈大， 充電速度也愈快。由圖1看出，只要充電電流不超過蓄電池可接受的電流，電池內部就不會產生大量的氣體。倘若整個充電過程中實際充電電流始終等于或接近于蓄電池可接受的充電電流，則電量充足的時間將大大縮短，并且電池析氣率也能控制在最小范圍內。馬斯實驗表明蓄電池容量越大時，電池可接受的初始充電電流愈大。馬斯實驗還表明電池接受充電電流的能力，與電池放電電流有關，即放電電流愈大時，可接受的初始充電電流愈大。進行大電流脈沖充電時，為了消除極化作用，采用短時間的停止充電來解決離子擴散速度低于化學反應速度的問題，濃差極化將會減小；若在短時間停止充電后，接著以大電流進行短暫放電，則積累在正負極板上的電荷迅速消失，電化學極化也得到有效控制， 而且可減小電池溫升。因為蓄電池放電的電化學反應是吸熱反應，由內阻產生的熱量可以被電化學反應吸收。發明內容
本發明的目的在于提供一種快速充電機，對鉛酸蓄電池安全快速充電，以降低電動設備的電池成本，并提高電動設備的利用率。
本發明的目的通過以下技術方案予以實現一種快速充電機，包括輸入保護電路1、橋式整流電路2、無源PFC電路3、平滑濾波電路 4、DC/DC變換電路5、諧振電壓型雙環控制電路6、過溫保護電路7、反饋采樣電路8、微處理器9、放電檢測電路10、RS485通信接口 11、充放電參數顯示電路12、充電電壓檢測電路13， 三相交流電源接入輸入保護電路1，輸入保護電路1接橋式整流電路2，橋式整流電路2接無源PFC電路3，無源PFC電路3接平滑濾波電路4，平滑濾波電路4接DC/DC變換電路5， DC/DC變換電路5輸出至蓄電池組14，所述微處理器9與諧振電壓型雙環控制電路6相連， 諧振電壓型雙環控制電路6控制DC/DC變換電路5工作，所述反饋采樣電路8的反饋信號接入諧振電壓型雙環控制電路6，所述過溫保護電路7對諧振電壓型雙環控制電路6進行保護，所述放電檢測電路10檢測蓄電池組14的放電信號，并將放電信號傳遞給微處理器9，所述充電電壓檢測電路13檢測蓄電池組14的充電電壓，并將信號傳遞給微處理器9，所述微處理器9接充放電參數顯示電路12、RS485通信接口 11。
本發明的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現前述快速充電機，其中DC/DC變換電路5由18個相同的DC/DC模塊串聯而成，每個DC/ DC模塊輸出端接一個反向偏置二極管。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明研制的蓄電池快速充電機，以馬斯定律為指導，采用脈沖充電和脈沖放電去極化技術，當蓄電池以正脈沖電流充電結束時， 立即施加負脈沖電流放電，致使濃差極化和電化學極化電勢的影響快速消除。在正負脈沖周而復始作用下，蓄電池就能夠快速充足電量。
圖1是馬斯定律曲線； 圖2是本發明的電路結構圖； 圖3是DC/DC變換電路結構圖； 圖4是充電電壓檢測電路圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。如圖2所示，本發明包括輸入保護電路1、橋式整流電路2、無源PFC電路3、平滑濾波電路4、DC/DC變換電路5、諧振電壓型雙環控制電路6、過溫保護電路7、反饋采樣電路8、微處理器9、放電檢測電路10、RS485通信接口 11、充放電參數顯示電路12、充電電壓檢測電路 13，三相交流電源接入輸入保護電路1，輸入保護電路1接橋式整流電路2，橋式整流電路2 接無源PFC電路3，無源PFC電路3接平滑濾波電路4，平滑濾波電路4接DC/DC變換電路 5，DC/DC變換電路5輸出至蓄電池組14，所述微處理器9與諧振電壓型雙環控制電路6相連，諧振電壓型雙環控制電路6控制DC/DC變換電路5工作，所述反饋采樣電路8的反饋信號接入諧振電壓型雙環控制電路6，所述過溫保護電路7對諧振電壓型雙環控制電路6進行保護，所述放電檢測電路10檢測蓄電池組14的放電信號，并將放電信號傳遞給微處理器 9，所述充電電壓檢測電路13檢測蓄電池組14的充電電壓，并將信號傳遞給微處理器9，所述微處理器9接充放電參數顯示電路12、RS485通信接口 11。其中DC/DC變換電路5由18 個相同的DC/DC模塊串聯而成，每個DC/DC模塊輸出端接一個反向偏置二極管。
由于整機輸入功率較大，同時考慮開關電源的諧波電流較大，采用三相三線制供電較為合理，所以本充電機采用三相三線380VAC作為整機輸入電源。E MC網絡由差模濾波器和共模濾波器組合而成。功率因數補償網絡采用無源PFC補償，由L C并聯網絡和串聯網絡組成。可以將功率因數從0.7補償到0.9以上。由于輸入電壓為高壓380VAC，整流濾波后達到500V以上，所以DC/DC模塊采用了全橋移相諧振軟開關技術，實現了功率MOS 管的零電壓開關，降低了開關損耗和電壓應力，也大大降低了模塊的電磁干擾。功率MOS管選用了耐壓為800V的大功率M0SFET，提高了模塊的可靠性。高頻變壓器選用了鈷基非晶材料，由于非晶材料的飽和磁感應強度遠大于鐵氧體，所以體積小、重量輕，增加了電源模塊的功率密度。微處理器9選用TI公司的MSP430F1232型單片機，該單片機屬于中檔類型， 價格較低，功能強大。微處理器9根據對蓄電池實時檢測的電壓、電流等參數，通過快速充電的數學模型得到實時的充、放電控制指令，分別控制DC/DC變換電路5的充電輸出和放電回路的放電，達到快速充電的目的。微處理器9同時將充放電參數送顯示器顯示。放電是反極化的主要措施，放電回路工作的正常與否，會影響電池在充電過程中的極化反應，微處理器9對放電回路進行實時檢測和報警保護，確保放電回路正常工作。
如圖3所示為D C/D C模塊的串聯組合圖，每個DC/D C模塊輸出為1 5 V /200 A，在本充電機中采用18個相同的模塊串聯組，其中Dl D 18為反向偏置二極管，在負載短路或在電源開機時，反向偏置二極管提供了一個反向電流的通路，限制了加在各輸出端上的反向電壓，可以起到保護作用。18個模塊串聯組合后輸出最高可達270V/200A。用微處理器9控制，使得開關電源給出脈沖電壓，對電池快速充電。
如圖4所示為充電電壓檢測電路13，在此電路中主要運用到Ul (型號為A7840)線性光耦，它的主要功能是強、弱電信號的隔離，它的最大輸入電壓為320mV，差分信號輸出方式。內部輸入電路有放大作用，且為高阻抗輸入，能不失真的傳輸mV級交、直流信號，輸出信號作為后級運算放大器差分輸入信號，具有1000倍左右的電壓放大倍數。在此電路中， DC+為電池組正極，DC-為電池組負極，電池組電壓通過分壓電阻R1、R2分壓，得到200mV 300mV電壓，此電壓信號經電阻R3引入到Ul (A7840)的2、3輸入腳上，經Ul實施強、弱電隔離后，形成差分信號輸入到U2 (0P27)運算放大器的2、3腳，本級電路接成電壓跟隨器， 輸出端DCOUT引入單片機AD采樣端，通過AD采樣計算出實時充電電壓。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種快速充電機，其特征在于，包括輸入保護電路(1)、橋式整流電路(2)、無源PFC 電路(3)、平滑濾波電路(4)、DC/DC變換電路(5)、諧振電壓型雙環控制電路(6)、過溫保護電路(7)、反饋采樣電路(8)、微處理器(9)、放電檢測電路(10)、RS485通信接口(11)、充放電參數顯示電路(12)、充電電壓檢測電路(13)，三相交流電源接入輸入保護電路(1)，輸入保護電路(1)接橋式整流電路(2)，橋式整流電路(2)接無源PFC電路(3)，無源PFC電路 (3 )接平滑濾波電路(4 )，平滑濾波電路(4 )接DC/DC變換電路(5 )，DC/DC變換電路(5 )輸出至蓄電池組(14)，所述微處理器(9)與諧振電壓型雙環控制電路(6)相連，諧振電壓型雙環控制電路(6)控制DC/DC變換電路(5)工作，所述反饋采樣電路(8)的反饋信號接入諧振電壓型雙環控制電路(6 )，所述過溫保護電路(7 )對諧振電壓型雙環控制電路(6 )進行保護，所述放電檢測電路(10)檢測蓄電池組(14)的放電信號，并將放電信號傳遞給微處理器 (9)，所述充電電壓檢測電路(13)檢測蓄電池組(14)的充電電壓，并將信號傳遞給微處理器(9 )，所述微處理器(9 )接充放電參數顯示電路(12 )、RS485通信接口( 11)。
2.如權利要求1所述的快速充電機，其特征在于，所述DC/DC變換電路(5)由18個相同的DC/DC模塊串聯而成，每個DC/DC模塊輸出端接一個反向偏置二極管。
全文摘要
本發明公開了一種快速充電機，三相交流電源接入輸入保護電路、橋式整流電路、無源PFC電路、平滑濾波電路、DC/DC變換電路，DC/DC變換電路輸出至蓄電池組，微處理器與諧振電壓型雙環控制電路相連以控制DC/DC變換電路工作，反饋采樣電路的反饋信號接入諧振電壓型雙環控制電路，過溫保護電路對諧振電壓型雙環控制電路進行保護，放電檢測電路檢測蓄電池組的放電信號，并將放電信號傳遞給微處理器，充電電壓檢測電路檢測蓄電池組的充電電壓，并將信號傳遞給微處理器，微處理器接充放電參數顯示電路、RS485通信接口。本發明對鉛酸蓄電池安全快速充電，并提高電動設備的利用率。
文檔編號H02J7/02GK102496993SQ20111039195
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者吳宗強, 季程榮, 寧振坤, 朱忠偉, 檀三強, 肖練 申請人:江蘇銀佳企業集團有限公司