一種簡單高效的充放電控制電路的制作方法

專利名稱：一種簡單高效的充放電控制電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池充放電裝置，尤其涉及一種簡單高效的充放電控制電路。
背景技術：
在電池生產或使用的過程(如電池的化成與分容)中，經常要用到充放電電路。充放電電路基本包括依次串聯(lián)的整流器、充電電路、電池；電池充放電電路可能但不僅限于圖I至3所示結構。如圖I所示，電池單接放電電路，整流器負責把交流電變換成一定電壓的直流電，作為后面的充電電路的輸入，給充電電路提供能量來源。如圖2所示，電池與整流器輸出端之間串接放電電路，形成能量回饋電路，放電電池的能量通過放電電路回饋到整流器的輸出端，可供其它充電電路使用，或通過其它的逆變器再將能量回饋至電網，以達到放電能量再利用的目的。此時，整流器的輸出電壓即為放電電路的輸出電壓。如圖3所示，充電電路和放電電路集合為充/放電電路，亦形成能量回饋電路。·由于電池電壓有著較寬的電壓范圍，而且不同類型的電池電壓范圍也不相同，為使充放電電路在電池在電壓全范圍都能正常工作，并且具有較為廣泛的應用范圍，因此一般來說整流器的輸出電壓一般都設定在一個比較高的值。因此，在很多情況下，功率變換電路(充電電路和/或放電電路)的輸入輸出電壓之差都較大。功率變換電路可以是基于線性電源工作原理的電路，也可以是基于開關電源原理的電路。無論其屬于何種電路，都有一種共同的特性，就是電路的輸入電壓和輸出電壓差距越大，其能量損耗越大。在線性電路里這種特性表現(xiàn)得尤為明顯，因為其損耗=(輸入電壓-輸出電壓)*電流比如在圖I至圖3任一的電路結構里，如果整流器輸出電壓6V，電池電壓2V，電流10A，那么給電池充電總共消耗60W的功率，但其中有40W都以發(fā)熱的形式消耗掉了。在一些高精度的電池生產環(huán)節(jié)(如化成和分容)，為了得到較小的充放電紋波，大多采用線性充放電電路。這也就是為什么電池生產企業(yè)一般都是高能耗的企業(yè)，每年的電費都是一筆很大的開支。如果是開關型的充電電路或放電電路，雖然能量損耗跟輸入輸出電壓之差的關系不如線性電路這么突出，但也不容小視。因此，如果在電池充放電的過程中，可以根據(jù)電池電壓的不同來調節(jié)整流器的輸出電壓，讓充放電電路的輸入輸出電壓之差盡可能的小，就可以極大的減小電路的能量損耗，給電池企業(yè)帶來極大的經濟效益。一種類似的辦法是臺灣致茂電子股份有限公司的專利CN200910132274. 5，其方法是針對線性充放電電路，控制電路中充放電的限流晶體管和限流電阻上的電壓為一個固定值，這樣可以在一定程度降低整流器的輸出電壓。在該方案里損耗=(控制的固定值+電路中其它的線路電阻*電流)*電流該方案雖具有一定的節(jié)能效果，但有一個突出的問題，就是為了控制限流晶體管和限流電阻上的電壓為一個固定值，需要復雜的閉環(huán)控制，成本高昂。
實用新型內容本實用新型是要解決現(xiàn)有技術的上述問題，提出成本低廉、電路簡單、電能利用率高的充放電控制電路。為解決上述技術問題，本實用新型提出的技術方案是設計一種簡單高效的充放電控制電路，包括依次串聯(lián)的整流器、充放電電路、電池，以及一個用以輸入控制參數(shù)的參數(shù)設置裝置，連接參數(shù)設置裝置對所述控制參數(shù)進行運算進而輸出控制信號的控制單元，所述整流器連接該控制單元并根據(jù)所述控制信號調整輸出直流電壓。所述整流器包含控制端、正極輸出端和負極輸出端，所述控制單元與整流器的控制端和正極輸出端之間連接一驅動電路。所述驅動電路包括運算放大器，串接在運算放大器反相輸入端與正極輸出端之間的第二電阻、串接在運算放大器反相輸入端與地之間的第四電阻、串聯(lián)后接在運算放大 器反相輸入端與輸出端之間的第三電阻和電容，運算放大器正相輸入端接控制單元第一控制端，運算放大器輸出端接整流器控制端。所述控制單元還連接控制所述充放電電路。所述整流器包含正極輸出端和負極輸出端，所述充放電電路包括充電晶體管、放電晶體管、限流電阻、公共端、接待充電池的充電正極和充電負極，其中充電晶體管的漏極接正極輸出端、源極接公共端、柵極接控制單元第二控制端；放電晶體管的漏極接公共端、源極接負極輸出端、柵極接控制單元第三控制端；限流電阻串接在公共端與充電正極之間，負極輸出端接充電負極。所述參數(shù)設置裝置為鍵盤或觸摸顯示屏或電腦。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型電路簡單，適應性強，能夠針對不同的電池類型，靈活調節(jié)整流器的輸出電壓，達到降低能量損耗的目的，并且產品成本低廉，電能利用率高，節(jié)能效果好。
以下結合附圖
和實施例對本實用新型作出詳細的說明，其中圖I為現(xiàn)有技術中一種基本的充放電控制電路框圖；圖2為現(xiàn)有技術中一種帶能量回饋電路的充放電控制電路框圖；圖3為現(xiàn)有技術中另一種帶能量回饋電路的充放電控制電路框圖；圖4為本實用新型較佳實施例的原理框圖；圖5為本實用新型較佳實施例的電路圖；圖6為一個整流器帶多個充放電電路和多個電池應用示意圖；圖7為多個整流器帶多個充放電電路和多個電池應用示意圖。
具體實施方式
在電池的充放電設備(如化成和分容設備)使用過程中，一般都會允許客戶設置很多的工作參數(shù)和結束條件，以決定充放電速度并保證電池不至于過沖或者過放如果在此基礎上，再讓客戶設置一下該類型電池的上下限電壓，就可以推論出在實際充放電過程中電池可能出現(xiàn)的最大電壓和最大電流。如。[0028](I) “恒流充電”模式最大電流=設置的充電電流，最大電壓=設置的截止電壓；( 2 ) “恒流恒壓充電”模式最大電流=設置的充電電流，最大電壓=設置的充電電壓；(3) “恒功率充電”模式最大電流=設置的充電功率/該類型電池的下限電壓，最大電壓=設置的截止電壓；(4)“恒阻放電”模式 最大電流=該類型電池的上限電壓/設置的放電電阻，最大電壓=設置的截止電壓。不同的設置方法可能造成不同的推論方法，但都是可以推論得出在實際充放電過程中電池可能出現(xiàn)的最大電壓和最大電流后，再根據(jù)一定的軟件算法，可以算得一個整流器最佳輸出電壓，該輸出電壓對應最低的能量損耗。例如VR=VMAX+ (RQ+RS+RL)*IMAX+VC.......................................... (I)VR 整流器最佳輸出電壓VMAX :充放電過程中電池可能出現(xiàn)的最大電壓RQ :限流晶體管導通電阻RS:限流電阻RL:線路電阻IMAX :充放電過程中電池可能出現(xiàn)的最大電流VC :保持控制裕量的預留電壓然后控制器通過任何一種通訊方式與整流器通訊，使其輸出該電壓，就能達到降低能量損耗的目的?；谏鲜鲈恚緦嵱眯滦驮O計提出一種簡單高效的充放電控制電路，參看圖4，其包括依次串聯(lián)的整流器、充放電電路、電池，以及一個用以輸入控制參數(shù)的參數(shù)設置裝置，連接參數(shù)設置裝置對所述控制參數(shù)進行運算進而輸出控制信號的控制單元，所述整流器連接該控制單元并根據(jù)所述控制信號調整輸出直流電壓。操作時，使用者通過參數(shù)設置裝置輸入控制參數(shù)(如待充電池的上下限電壓等參數(shù))，控制單元經過運算向整流器發(fā)出控制信號，整流器調整輸出適當?shù)某潆婋妷海瑥亩鴮崿F(xiàn)節(jié)能降耗的目的。圖5示出了較佳實施例的電路圖，整流器包含控制端、正極輸出端IN+和負極輸出端IN-，所述控制單元U2與整流器的控制端和正極輸出端IN+之間連接一驅動電路。在一個實施例中驅動電路包括運算放大器U1，串接在運算放大器反相輸入端與正極輸出端之間的第二電阻R2、串接在運算放大器反相輸入端與地之間的第四電阻R4、串聯(lián)后接在運算放大器反相輸入端與輸出端之間的第三電阻R3和電容Cl，運算放大器正相輸入纟而接控制單兀U2弟一控制纟而DACl，運算放大器輸出纟而接整流器控制 而。所述控制單元還連接控制所述充放電電路。所述整流器包含正極輸出端IN+和負極輸出端IN-，所述充放電電路包括充電晶體管Q1、放電晶體管Q2、限流電阻R1、公共端COM、接待充電池的充電正極OUT+和充電負極OUT-，其中充電晶體管Ql的漏極接正極輸出端IN+、源極接公共端COM、柵極接控制單元U2第二控制端；放電晶體管的漏極接公共端COM、源極接負極輸出端IN-、柵極接控制單元U2第三控制端；限流電阻Rl串接在公共端與充電正極之間OUT+，負極輸出端IN-接充電負極OUT-。下面以圖5示出的較佳實施方案為例，進一步闡述本實用新型工作原理，220V交流電經整流器的變換輸出一個直流電壓，給后級充放電電路提供能量來源。整流器可以是任何的常規(guī)的電子電路，如全橋電路、半橋電路。但在本實用新型方案里，其特點是整流器的輸出電壓值可調。U1、Cl、R2、R3、R4構成一個整流器輸出閉環(huán)控制電路，運算放大器Ul的正相輸入端被接到控制單元U2的一個模擬信號輸出端DACl。因此整流器的輸出電壓是被控制單元U2控制的，高低可調。整流器后級為充放電電路，其中Ql為充電的限流晶體管，Q2為放電的限流晶體管，Rl為充放電的限流電阻，其兩端的電壓值表征了充放電的電流值，因此也稱電流采樣電阻。控制單元U2就是通過控制Ql或Q2的導通程度，將Rl兩端的電壓控制在一個特定的值，從而將充電或放電電流控制在一個特定的值。所述參數(shù)設置裝置U3為鍵盤或觸摸顯示屏或電腦，也可能是任何可以設置充放·電參數(shù)的終端設備?？刂茊卧猆2可以是單片機、DSP等等，也可以是單片機、DSP等的組合，功能是除了控制充電晶體管Ql和放電晶體管Q2以實現(xiàn)充放電控制外，還可根據(jù)客戶設置的充放電工作參數(shù)，進行運算，輸出一個電壓信號，該信號作為整流器輸出電壓的控制信號，可以調整整流器輸出電壓，從而達到節(jié)能降耗的目的。需要指出，圖5中給出了充放電電路和驅動電路的較佳實施方案，業(yè)內人士應該了解到，實施方案并不限于以上所舉例子，還有其它的功能模塊也能達到相同作用，在不脫離本申請總體思路，而對其功能模塊進行等效修改或和替換的，均應包含于本申請的權利要求范圍之中。值得注意的是，本實用新型在某些充放電模式下，設置電池的上下限電壓并不是必需的，如前述的恒流充電和恒流恒壓充電模式。在這樣的一些模式下，可以直接根據(jù)客戶設置的工作參數(shù)，根據(jù)一定的軟件算法，即可算得需將整流器調節(jié)至的輸出電壓值，達到降低能量損耗的目的。同樣，也可以不考慮設置的工作參數(shù)，直接根據(jù)設置的電池上限電壓和一些已知的參數(shù)，通過一定的軟件算法，也可以得到一個粗略的整流器輸出調整值。雖然此時調整的幅度可能非常有限，但比完全不調整，還是有這明顯的節(jié)能效果的。例如VR=VULimit+ (RQ+RS+RL)*IULimit+VC.................................... (2)VR 整流器最佳輸出電壓VULimit :設置的電池上限電壓RQ :限流晶體管導通電阻RS:限流電阻RL:線路電阻IULimit :已知的設備極限電流VC :保持控制裕量的預留電壓與傳統(tǒng)的充放電方案相比，本實用新型能大大降低電路的能量損耗。還是舉上面那個例子如果整流器輸出電壓6V，電池電壓2V，電流10A，那么給電池充電總共消耗60W的功率，但其中有40W都以發(fā)熱的形式消耗掉了。采用本實用新型，在對某種電池進行恒流充電時，設置的充電電流為10A，截止電壓為3. 65V，經軟件計算，可將整流器的輸出電壓調節(jié)為4. 5V，則同樣在電池電壓為2V時能量的損耗則由40W變成了 25W，節(jié)能37. 5% !與致茂的方案相比，本實用新型有著非常突出的成本優(yōu)勢，只需增加很少的通訊通路。本發(fā)明方案可以推廣到多個整流器、多個充放電電路和多個電池的場合 ，如圖6和圖7所示圖6所示為一個整流器帶η個充放電電路和η個電池，和一個整流器帶一個充放電電路和I個電池的控制方式類似，使用者通過參數(shù)設置裝置輸入控制參數(shù)，控制單元經過運算向整流器發(fā)出控制信號，整流器調整輸出適當?shù)某潆婋妷?，向η個充放電電路同時供電，向η個電池同時充電。圖7所示為m個整流器并聯(lián)，后面帶η個充放電電路和η個電池，使用者通過參數(shù)設置裝置輸入控制參數(shù)，由于有多個整流器，且每個整流器的輸出端都是并聯(lián)在一起的，輸出電壓必須一致，因此控制單元向所有的整流器發(fā)出控制信號，η個充放電電路同時得電向η個電池充電。以上實施例僅為舉例說明，非起限制作用。任何未脫離本申請精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含于本申請的權利要求范圍之中。
權利要求1.一種簡單高效的充放電控制電路，包括依次串聯(lián)的整流器、充放電電路、電池，其特征在于還包括一用以輸入控制參數(shù)的參數(shù)設置裝置、連接參數(shù)設置裝置對所述控制參數(shù)進行運算進而輸出控制信號的控制單元，所述整流器連接該控制單元并根據(jù)所述控制信號調整輸出直流電壓。
2.如權利要求I所述的充放電控制電路，其特征在于所述整流器包含控制端、正極輸出端和負極輸出端，所述控制單元與整流器的控制端和正極輸出端之間連接一驅動電路。
3.如權利要求2所述的充放電控制電路，其特征在于所述驅動電路包括運算放大器，串接在運算放大器反相輸入端與正極輸出端之間的第二電阻、串接在運算放大器反相輸入端與地之間的第四電阻、串聯(lián)后接在運算放大器反相輸入端與輸出端之間的第三電阻和電容，運算放大器正相輸入端接控制單元第一控制端，運算放大器輸出端接整流器控制端。
4.如權利要求I所述的充放電控制電路，其特征在于所述控制單元還連接控制所述充放電電路。
5.如權利要求4所述的充放電控制電路，其特征在于所述整流器包含正極輸出端和負極輸出端，所述充放電電路包括充電晶體管、放電晶體管、限流電阻、公共端、接待充電池的充電正極和充電負極， 其中充電晶體管的漏極接正極輸出端、源極接公共端、柵極接控制單元第二控制端； 放電晶體管的漏極接公共端、源極接負極輸出端、柵極接控制單元第三控制端； 限流電阻串接在公共端與充電正極之間，負極輸出端接充電負極。
6.如權利要求I或5所述的任一項充放電控制電路，其特征在于所述參數(shù)設置裝置為鍵盤或觸摸顯示屏或電腦。
專利摘要本實用新型公開了一種簡單高效的充放電控制電路，包括依次串聯(lián)的整流器、充放電電路、電池，以及一個用以輸入控制參數(shù)的參數(shù)設置裝置、連接參數(shù)設置裝置對所述控制參數(shù)進行運算進而輸出控制信號的控制單元，所述整流器連接該控制單元并根據(jù)所述控制信號調整輸出直流電壓。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型電路簡單，適應性強，能夠針對不同的電池類型，靈活調節(jié)整流器的輸出電壓，達到降低能量損耗的目的，并且產品成本低廉，電能利用率高，節(jié)能效果好。
文檔編號H02J7/02GK202633981SQ20122016531
公開日2012年12月26日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權日2012年4月18日
發(fā)明者汪躍輝 申請人:汪躍輝