專利名稱：一種快速充電電源的制作方法
技術領域：
本發明是一種快速充電電源，屬于快速充電電源的創新技術。
背景技術：
蓄電池使用前及放電完畢后均需要充電，蓄電池充電通常采用恒流充電或恒壓充電的方法。在充電過程中，電池電壓較低時，充電電流保持恒定，蓄電池電壓逐漸升高，前期升高得比較快，但充電后期，則由于電池的電流接受率明顯下降，一般采取恒壓充電的方法，使充電電壓恒定，電流逐漸減小，此時充電速率明顯變慢。上述充電方法在充電過程中，均會出現以下問題，以致電池壽命縮短
I)電阻極化充電電流流過蓄電池內阻，產生一定的壓降，因此在充電過程中電池電壓 升高，電池內阻也發生變化，故也會引起電池端電壓的變化，這種現象稱為電阻極化。當充電電流流過極化電阻時，便產生了熱量，使電池溫度升高。2)濃差極化現象蓄電池充電過程中，內部離子電遷移運動速度遠小于化學反應的速度，因此引起電池極板與極板附近的離子濃度遠大于遠離極板的離子濃度，這樣必然引起電解液極化；這種極化引起了電極電位的變化，稱為濃差極化，充電電流越大，濃差極化越嚴重，也嚴重影響電池的壽命。3)電化學極化現象充電過程中，電源不斷從電池的正極板得到電子傳輸到負極板，正負極板與電解液發生電化學反應，但反應速度遠小于電子運動速度，因此正負極板上形成電荷積累，則正負極板形成一個電容器，該電容器積累電荷越多，電壓越高，蓄電池的端電壓也就越高。這三種極化電壓都會對充電過程產生很不利的影響，使得充電需要更多的能量和時間。為解決上述的問題，使電池充電既省時，又節能，并確保電池壽命不受影響，各種快速充電電源不斷被提出來，如中國專利申請號為00131102.6中公開了一種脈沖快速充電機；中國專利申請號為200610051271.5中公開了一種智能快速充電機，這種充電機充電速度快，也保證了電池的溫升小、析氣量少及電池的壽命不受影響；中國專利申請號為201010132294. 5中公開了一種節能型快速充電裝置以及方法。上述方法各有特點，總的來說，快速充電的方法大多在充電過程中給電池進行短時間放電，使電池去極化，只是不同的專利提供的實現方法不同。但是，現有大多快速充電方法都未能實現電池放電時的能量回收。
發明內容
本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種不僅能確保電池的快速充電，并保證在放電過程中電池釋放的能量得到高效回收的快速充電電源。本發明設計合理，方便實用。本發明的技術方案是本發明的快速充電電源，包括有AC/DC模塊、DC/DC模塊、充電選擇模塊、放電模塊、數字PWM控制器，AC/DC模塊的輸入端與工頻交流電源連接，AC/DC模塊的輸出端與DC/DC模塊的輸入端連接，DC/DC模塊的輸出端通過充電選擇模塊與電池相連接構成充電回路；且電池通過放電模塊與DC/DC模塊的輸入端連接構成能量回饋回路；電池的電壓信號與輸入至數字PWM控制器的輸入端，數字PWM控制器的輸出端分別與DC/DC模塊、充電選擇模塊及放電模塊連接，電池控制DC/DC模塊、充電選擇模塊及放電模塊協同運行。上述DC/DC模塊包括有電容Cl、C2及DC/DC變換電路，充電選擇模塊包括有開關管Ql、磁性元件TI的初級勵磁電感及電容C3，放電模塊包括有開關管Ql、Q2、二極管DI、磁性元件Tl及電容C3，其中電容Cl為DC/DC模塊的輸入端的儲能電容，電容Cl連接AC/DC模塊及DC/DC變換電路；電容C2為DC/DC模塊的輸出端的儲能電容，電容C2的正極與DC/DC變換電路連接及與開關管Ql連接，電容C2的負極與電池的負極相連接；開關管Ql的漏極與電容C2的正極連接，開關管Ql的源極與磁性元件Tl的初級勵磁電感的同名端連接，磁性元件Tl的初級勵磁電感的異名端與電容C3的正極連接，且電容C3的正極與電池的正極連接，電容C3的負極與電池的負極連接；開關管Q2的漏極與開關管Ql的源極連接及與磁性元件Tl的初級勵磁電感的同名端連接，開關管Q2的源極與電池的負極連接，磁性元件Tl的初級勵磁電感的異名端與電容C3連接及與電池的正極連接，數字PWM控制器分別與開關管Ql開關管Q2的柵極連接。 上述數字PWM控制器包括有ADC轉換器、充放電參數管理器、恒壓充電PID調節器、恒流充電PID調節器、恒流放電PID調節器及充放電控制PWM發生器；其中ADC轉換器的信號輸入端與DC/DC模塊的信號輸出端連接，ADC轉換器的信號輸出端分別與恒壓充電PID調節器的信號輸入端連接、與恒流充電PID調節器的信號輸入端連接及與恒流放電PID調節器的信號輸入端連接，預設有充放電參數的充放電參數管理器分別與恒壓充電PID調節器的信號輸入端連接、與恒流充電PID調節器的信號輸入端連接及與恒流放電PID調節器的信號輸入端連接，恒壓充電PID調節器、恒流充電PID調節器及恒流放電PID調節器的信號輸出端均與充放電控制PWM發生器的信號輸入端連接，充放電控制PWM發生器的信號輸出端分別與DC/DC模塊、充電選擇模塊及放電模塊連接。上述充電選擇模塊與放電模塊共用開關管Ql及磁性元件Tl。本發明與現有技術相比，具有如下優點
I)本發明相比于傳統的充電電源而言，增加的器件很少，所以成本增加相對少；
2 )本發明相比于其他快速充電電源，將電池放電的能量高效地轉移到電源的直流變換模塊輸入端，實現電池放電能量回收，無需要另外增加儲能裝置，另外，放電模塊采用軟開關變換器，更突出其節能的特點；
3)對本發明的直流變換模塊、充電選擇模塊與放電模塊的控制極簡單，各模塊只需要按照電池快速充電要求進行切換工作即可。本發明是一種不僅能實現電池的快速充電，并保證在放電過程中電池釋放的能量得到高效回收的方便實用的快速充電電源。
圖I是本發明的原理框 圖2是本發明的充電選擇模塊、放電模塊的電路原理 圖3是本發明數字PWM控制器的原理框圖；具體實施方式
實施例本發明的原理框圖如圖I所示，本發明的快速充電電源，包括有AC/DC模塊1、DC/DC模塊2、充電選擇模塊3、放電模塊4、數字PWM控制器5，AC/DC模塊I的輸入端與工頻交流電源連接，AC/DC模塊I的輸出端與DC/DC模塊2的輸入端連接，DC/DC模塊2的輸出端通過充電選擇模塊3與電池6相連接構成充電回路；且電池6通過放電模塊4與DC/DC模塊2的輸入端連接構成能量回饋回路；電池6的電壓信號與輸入至數字PWM控制器5的輸入端，數字PWM控制器5的輸出端分別與DC/DC模塊2、充電選擇模塊3及放電模塊4連接，電池控制DC/DC模塊2、充電選擇模塊3及放電模塊4協同運行。上述DC/DC模塊2包括有電容Cl、C2及DC/DC變換電路201，充電選擇模塊3包括有開關管Q1、磁性元件Tl的初級勵磁電感及電容C3，放電模塊4包括有開關管Ql、Q2、二極管Dl、磁性元件Tl及電容C3，其中電容Cl為DC/DC模塊2的輸入端的儲能電容，電容Cl連接AC/DC模塊I及DC/DC變換電路201 ;電容C2為DC/DC模塊2的輸出端的儲能電 容，電容C2的正極與DC/DC變換電路201連接及與開關管Ql連接，電容C2的負極與電池的負極相連接；開關管Ql的漏極與電容C2的正極連接，開關管Ql的源極與磁性元件Tl的初級勵磁電感的同名端連接，磁性元件Tl的初級勵磁電感的異名端與電容C3的正極連接，且電容C3的正極與電池的正極連接，電容C3的負極與電池的負極連接；開關管Q2的漏極與開關管Ql的源極連接及與磁性元件Tl的初級勵磁電感的同名端連接，開關管Q2的源極與電池的負極連接，磁性元件Tl的初級勵磁電感的異名端與電容C3連接及與電池的正極連接，數字PWM控制器5分別與開關管Ql開關管Q2的柵極連接。本實施例中，上述充電選擇模塊3與放電模塊4共用開關管Ql及磁性元件Tl。上述數字PWM控制器5的原理圖如圖3所示，上述數字PWM控制器5包括有ADC轉換器501、充放電參數管理器502、恒壓充電PID調節器503、恒流充電PID調節器504、恒流放電PID調節器505及充放電控制PWM發生器506 ;其中ADC轉換器501的信號輸入端與DC/DC模塊2的信號輸出端連接，ADC轉換器501的信號輸出端分別與恒壓充電PID調節器503的信號輸入端連接、與恒流充電PID調節器504的信號輸入端連接及與恒流放電PID調節器505的信號輸入端連接，預設有充放電參數的充放電參數管理器502分別與恒壓充電PID調節器503的信號輸入端連接、與恒流充電PID調節器504的信號輸入端連接及與恒流放電PID調節器505的信號輸入端連接，恒壓充電PID調節器503、恒流充電PID調節器504及恒流放電PID調節器505的信號輸出端均與充放電控制PWM發生器506的信號輸入端連接，充放電控制PWM發生器506的信號輸出端分別與DC/DC模塊2、充電選擇模塊3及放電模塊4連接。上述ADC轉換器501對電池的電壓、電流、DC/DC模塊2的電壓、電流信號進行轉換后分別得到電池電壓Ubatt、充電實時電流Icbatt及放電實時電流Idbatt ;充放電參數管理器502根據用戶設定的參數分別送出給定電壓Uref、給定充電電流Icref及給定放電電流Idref ；電池電壓Ubatt及給定電壓Uref經恒壓充電PID調節器503，得到恒壓充電時的控制量；充電實時電流Icbatt及給定充電電流Icref經恒流充電PID調節器504，得到恒流充電時的控制量；放電實時電流Idbatt及給定放電電流Idref經恒流放電PID調節器505，得到恒流放電控制量；上述控制量，經充放電控制PWM發生器506后，分別生成Ql、Q2與DC/DC模塊的控制信號，充放電控制PWM發生器506還根據DC/DC模塊輸入、輸出電容的電壓Uin、Uoc來產生Ql、Q2及DC/DC模塊的控制信號，當電壓Uin、Uoc出現過壓時，便停
止信號輸出。本發明工作時，數字PWM控制器5通過檢測電池電壓變信號控制DC/DC模塊2、充電選擇模塊3及放電模塊4協同運行；數字PWM控制器5控制充電選擇模塊3開通時，同時控制放電模塊4關閉，電源給電池充電，由數字PWM控制器5控制Q2關斷，Ql開通，Ql用作充電開關，磁性元件Tl用作輸出濾波電感，此時Tl的初級勵磁電感等效為一導線，直接當 C2、C3及電池的正極互相連接起來；所述數字PWM控制器5控制充電選擇模塊3關閉時，對電池進行放電，同時控制放電模塊4工作，開關管Ql、Q2與磁性元件Tl構成軟開關雙向變換電路，由數字PWM控制器5控制開關管Q1、Q2按互補PWM方式工作，Tl用作變壓器，并通過Tl將電池能量充回至Cl、C2。根據以上實施例，可以較好實現本發明。上述關于本發明各部分的具體實施例及說明較為具體，并不能因此認為是對本發明的專利保護范圍的限制，本發明的專利保護范圍應以所附權力要求為準，對上述實施例的修改和變化是可能的，這些對本領域的技術人員來說是顯而易見的修改和變化，仍屬于本發明的專利保護范圍。
權利要求
1.一種快速充電電源，其特征在于包括有AC/DC模塊(I )、DC/DC模塊(2)、充電選擇模塊(3)、放電模塊(4)、數字PWM控制器(5)，AC/DC模塊(I)的輸入端與工頻交流電源連接，AC/DC模塊(I)的輸出端與DC/DC模塊(2)的輸入端連接，DC/DC模塊(2)的輸出端通過充電選擇模塊(3 )與電池(6 )相連接構成充電回路；且電池(6 )通過放電模塊(4)與DC/DC模塊(2 )的輸入端連接構成能量回饋回路；電池(6 )的電壓信號與輸入至數字PWM控制器(5 )的輸入端，數字PWM控制器(5)的輸出端分別與DC/DC模塊(2)、充電選擇模塊(3)及放電模塊(4 )連接，電池控制DC/DC模塊(2 )、充電選擇模塊(3 )及放電模塊(4 )協同運行。
2.根據權利要求I所述的快速充電電源，其特征在于上述DC/DC模塊(2)包括有電容C1、C2及DC/DC變換電路(201)，充電選擇模塊(3)包括有開關管Ql、磁性元件Tl的初級勵磁電感及電容C3，放電模塊(4)包括有開關管Ql、Q2、二極管DI、磁性元件TI及電容C3，其中電容Cl為DC/DC模塊(2)的輸入端的儲能電容，電容Cl連接AC/DC模塊(I)及DC/DC變換電路(201);電容C2為DC/DC模塊(2)的輸出端的儲能電容，電容C2的正極與DC/DC變換電路(201)連接及與開關管Ql連接，電容C2的負極與電池的負極相連接；開關管Ql的漏極與電容C2的正極連接，開關管Ql的源極與磁性元件Tl的初級勵磁電感的同名端連接，磁性元件Tl的初級勵磁電感的異名端與電容C3的正極連接，且電容C3的正極與電池的正極連接，電容C3的負極與電池的負極連接；開關管Q2的漏極與開關管Ql的源極連接及與磁性元件Tl的初級勵磁電感的同名端連接，開關管Q2的源極與電池的負極連接，磁性元件Tl的初級勵磁電感的異名端與電容C3連接及與電池的正極連接，數字PWM控制器(5)分別與開關管Ql開關管Q2的柵極連接。
3.根據權利要求I所述的快速充電電源，其特征在于上述數字PWM控制器(5)包括有ADC轉換器(501)、充放電參數管理器(502)、恒壓充電PID調節器(503)、恒流充電PID調節器(504)、恒流放電PID調節器(505)及充放電控制PWM發生器(506);其中ADC轉換器(501)的信號輸入端與DC/DC模塊(2)的信號輸出端連接，ADC轉換器(501)的信號輸出端分別與恒壓充電PID調節器(503)的信號輸入端連接、與恒流充電PID調節器(504)的信號輸入端連接及與恒流放電PID調節器(505)的信號輸入端連接，預設有充放電參數的充放電參數管理器(502)分別與恒壓充電PID調節器(503)的信號輸入端連接、與恒流充電PID調節器(504)的信號輸入端連接及與恒流放電PID調節器(505)的信號輸入端連接，恒壓充電PID調節器(503)、恒流充電PID調節器(504)及恒流放電PID調節器(505)的信號輸出端均與充放電控制PWM發生器(506)的信號輸入端連接，充放電控制PWM發生器(506)的信號輸出端分別與DC/DC模塊(2)、充電選擇模塊(3)及放電模塊(4)連接。
4.根據權利要求I所述的快速充電電源，其特征在于上述充電選擇模塊(3)與放電模塊(4)共用開關管Ql及磁性元件Tl。
全文摘要
本發明是一種快速充電電源。包括有AC/DC模塊、DC/DC模塊、充電選擇模塊、放電模塊、數字PWM控制器，AC/DC模塊的輸入端與工頻交流電源連接，AC/DC模塊的輸出端與DC/DC模塊的輸入端連接，DC/DC模塊的輸出端通過充電選擇模塊與電池相連接構成充電回路；且電池通過放電模塊與DC/DC模塊的輸入端連接構成能量回饋回路；電池的電壓信號與輸入至數字PWM控制器的輸入端，數字PWM控制器的輸出端分別與DC/DC模塊、充電選擇模塊及放電模塊連接，電池控制DC/DC模塊、充電選擇模塊及放電模塊協同運行。本發明的快速充電電源實現了對電池的快速充電，并保證在放電過程中電池釋放的能量得到高效回收。
文檔編號H02J7/10GK102832683SQ201210293639
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者周映虹, 李志忠, 陳正一, 李優新, 劉方銘, 姚震, 梁秀玲, 黎勉, 黃熙 申請人:廣東工業大學