专利名称：控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动车电瓶充电到适量后让充电器停止供电的自控装置，尤其是通过插头插座接插方式连接在充电器和电瓶之间，无需从充电器中弓丨线且能识别充电器“充电完成”前的工作时间长短，自动调节充电器“充电完成”后相对应的浮充电时间。本装置利用充电器输出电源为自己的用电电源和充电器输出电压变化为控制信号源，让充电器实现“充电完成”到适当时间的浮充电并最终停止充电的完整工作过程，充分满足电瓶充电的技术要求。
背景技术：
目前，公知电瓶车充电器在“充电完成”(充电器指示灯呈现绿色)，不能自动断电，充电完成后在未拔去充电器插头之前，电瓶充电回路始终维持在几百毫安电流的浮充电状态。按照电瓶充电技术要求，每次浮充电时间是个随机变量，因为电瓶充电前的耗电量是不定数，持续充电时间也是不定的，所以浮充电时间应随之而变化，电瓶耗电量深，相对应的浮充电时间需要长一些，耗电量浅，相对应的浮充时间需要短一些，这才是合理的充电方法，否则会影响电瓶的使用寿命。如果完全依赖人工切断电源，很难把握恰当的充电时间。中国专利公开的几种充电保护器能够解决充电完成后的断电的问题，但都存在着一定的缺陷1.CN200973016 “全自动过压过充电动车电瓶充电保护器”、CN201142468 “电动车充电保护插座”，它们能够让充电器在“充电完成”时立刻断电，解决了电瓶的过充电问题， 弊端是充电器刚转换成完成状态就切断电源，电瓶无浮充电过程，这不符合电瓶充电技术要求。另外，它们还要拆开充电器外壳进行接线用作自己的控制信号插头，这也违反了商品使用的相关原则，不能成为一个独立完整的产品推广使用。2. CN201118214 “电动车充电保护器”能使充电器断电，电瓶也能延时浮充，它的不足是浮充电时间不能调控，这往往也会造成电瓶的过充电情况的发生，而且它也要从充电器内部引线作为控制信号源来完成保护动作，这种需要打开其他产品引出线路作信号源的方法不能成为广大普通人群的直接应用品，亦即实用性存在着问题。3. CN201282343 “电动车充电保护器”，它解决的是减小充电电流，节约充电成本，无断电保护功能。综上所述，电动车充电器不能自动断电和现有公开的一些发明充电保护装置存在着一些的缺陷无法推广使用，电动车电瓶难以避免欠充电或过充电现象而影响正常使用寿命，同时也造成了社会电力资源的浪费和家庭的经济损失。
发明内容为了解决电动车充电器不能自动断电和现有的一些电动车充电保护器只具有固定的延时时间进行浮充电不能完全解决电瓶的过充电问题并且还需要打开充电器外壳从内部引线作为控信号源才能完成断电保护动作的这种实用性欠佳的等方面的不足，本实用新型提供一种控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，该装置能识别充电器“充电完成”前的工作时间长短，自动调节“充电完成”后相对应的浮充电时间，然后断开电瓶充电回路，防止电瓶的欠充电和过充电的发生。本实用新型无需打开充电器外壳从内部引线，只需通过充电器的输出插头和电动车的充电插座，插接在充电器与电瓶之间，可以让任何电动车用户直接方便的使用。充电器输出电源通过插座提供给本装置内部线路然后由本装置插头送出对电瓶充电，本装置控制电路同时获得用电。本装置内部电路主要有取样电路、 门控电路、延时电路、电子开关电路、继电器及其驱动电路、断电指示电路这几部分组成，取样电路是用一只二极管为元件，充电器不同工作阶段的不同的输出电压在它两端产生压降变化作为信号源，通过电阻送入门控电路。门控电路主要有一只单向可控硅和一只三极管组成，可控硅控制极作为门控的输入端，接收控制信号，充电器“充电完成”前的大电流在取样二极管两端产生的压降使可控硅导通；充电器“充电完成”时的输出电压跳变降低，取样二极管两端出现瞬时反相电压脉冲让可控硅截止；“充电完成”后的小电流在二极管两端的压降不能使可控硅导通。三极管集电极作为门控电路的输出端，对可控硅阳极电位进行倒相，门控电路的输出端电位的高低控制延时电路中的电容充放电状态。可控硅导通时，阳极为低电位，门控电路输出高电位，延时电路的电容处充电状态，电容充电时间越长，电容的正极电位就越高(不会超过门控输出电位)；可控硅截止时，阳极为高电位，门控输出为低电位，电容处放电状态，电容正极电位越高，放电时间越长，且通过元件参数的调整，可以取得最长的放电时间和复合要求的充放电时间比例，延时电路中电容正极电位的高低，控制电子开关的通断。电子开关主要由绝缘栅型场效应管构成，场效应管的漏极作为电子开关的输出端，电子开关输出电位与可控硅的阳极电位相关联，但电子开关的输出电位还与自身的通断相关，自身的通断受控于延时电路中的电容正极电位的高低，电容正极为高电位时，场效应管导通，电子开关输出为低电位，电容正极放电至低电位时，场效应管截止，电子开关输出为高电位，电子开关输出电位的高低控制继电器及其驱动电路的通断。继电器及其驱动电路分为前级放大和末级放大，前级放大是由复合管组成，通断状态受控于电子开关输出端电位的高低，末级放大主要由中功率三极管构成，它的通断受控于前级放大的通断，控制继电器的动作，当电子开关输出端为低电位时，继电器及其驱动电路截止，继电器不动作，继电器常闭接点与转换接点相连接，电瓶充电回路闭合；当电子开关输出端高电位时，继电器及其驱动电路导通，继电器动作，继电器的常闭接点与转换接点断开，常开接点与转换接点闭合，电瓶充电回路开路，断电指示电路与电源负极形成回路，指示灯亮。本实用新型辅助充电器实现了对电瓶的开始充电到“充电完成”后的不同时间的浮充电，最终断电的理想的工作过程。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是1.绝缘外壳正面小圆孔中安插一只绿色发光二极管，二极管连线焊接到内部印刷电路板中，用作停止充电的指示。2.外壳背面上端有一个三芯插座，用于接插充电器输出插头，提供本装置的输入电源。3.外壳下端孔中伸出的电缆线上连有一个三孔插头，用于接插电动车充电插座，提供本装置的输出电源。4.外壳内从插座的两个金属极柱上焊接两根导线到一块印刷电路板上，本装置的控制电路元件一一焊接在其中。引入的电源的正极线分两路，一路用作本装置供电电源的正极，另一路与本装置的插头线相连，用作本装置输出电源的正极；引入的电源的负极，作为本装置用电电源负极。5.取样二极管的正极有两路接线，一路通过一只电阻接到本装置电路中门控电路的输入端，控制可控硅的通断，另一路与继电器转换接点相连，用作常开接点和常闭接点相关联电路对电源负极形成通路，充电器不同的工作阶段的不同的输出电压在取样二极管两端会产生不同的压降用作控制信号源。6.继电器的常闭接点与输出插头相连，用作本装置输出电源的负极；继电器的常开接点连接到断电指示电路中的发光二极管负极，发光二极管正极通过一只限流电阻接到电源的正极。7.门控电路中的可控硅控制极与取样二极管正极通过电阻相连，电阻阻值大小的选取，决定着能让可控硅触发导通的取样二极管两端最小压降的高低水平；可控硅的阴极与电源的负极相连，可控硅的阳极接一只限流电阻到电源的正极。充电器“充电完成”前的大电流在取样二极管两端产生的压降让可控硅导通；“充电完成”时充电器输出电压跳变，取样二极管两端出现瞬时反相脉冲，可控硅由导通转为截止；充电器“充电完成”后的小电流在取样二极管两端所产生的压降不能再触发可控硅导通。可控硅的阳极又与一只二极管负极相连，该二极管正极接一只电阻到倒相三极管基极，用于对三极管基极进行低压钳位，同时阻止可控硅阳极高电位时对三极管基极的影响。可控硅的阳极又与另一只二极管负极相连，二极管正极串联一只阻值稍小的电阻与电子开关中的场效应管漏极相连，用作电子开关输出低压钳位，该支路还并联一只阻值稍大的电阻，为电子开关输出端提供高电位。8.门控电路中的三极管基极与可控硅阳极支路中的电阻和二极管之间接一只电阻到电源的正极，为三极管基极提供正相电压； 三极管的集电极接一只限流电阻到电源的正极；三极管的发射极通过一只稳压二极管接到电源的负极，稳压二极管的作用是提高三极管发射极静态工作点，让三极管能够充分截止。 当可控硅截止阳极高电位时，三极管饱和导通集电极为低电位，当可控硅导通阳极低电位时，三极管截止集电极呈高电位。9.门控电路中的三极管的集电极分别接两只二极管，用作延时电路中电容的充放电通路。在充电通路中，二极管的正极接门控电路中的倒相三极管的集电极，负极串联两只高阻值电阻到电解电容的正极，此两只电阻用作电容的充电电阻， 该电容的正极同时还通过另一只电阻相连到电子开关中的场效应管栅极，控制场效应管的通断；在放电通路中，二极管的负极与门控电路的倒相三极管集电极相连，二极管正极接到电容充电通路中两只串联电阻的中间点，在该二极管的负极与电容相连的电阻用作放电电阻。三极管集电极为高电位时，电容充电，集电极为低电位时，电容放电。充电器“充电完成”前的持续工作时间的长短决定电容正极电位的高低，电容正极电位的高低决定放电时间的长短，选取适当的阻值和适当的电容容量，以实现充电时间和放电时间的合理比例以及最长的放电时间极限。10.电子开关是一只绝缘栅型场效应管，该管的栅极作为电子开关的输入端与一只起保护作用的电阻和延时电路中的电解电容正极相连，漏极作为电子开关的输出端与一只大阻值的电阻接到门控中的可控硅阳极，获取高电位，漏极还接一只小阻值的电阻，该电阻与一只二极管正极相连，接到门控中可控硅的阳极，接受阳极低电位的快速钳制。当充电器“充电完成”前，可控硅阳极处低电位状态，电子开关输出被低电位钳制，门控电路输出高电位，延时电路的电容被充电；充电器“充电完成”时，可控硅阳极为高电位，由于延时电路中的电解电容正极高电位的作用，场效应管处导通状态，电子开关输出仍为低电位。由于门控电路输出低电位，电容开始放电，经过一段时间后电容放电完毕，场效应管截止，漏极转为高电位。11.继电器及其驱动电路分两级放大，既前级放大电路和末级放大电路。前级放大电路是一个复合管，由一只场效应管和一只三极管组成，它的通断受控于电子开关的输出端电位的高低，复合管中的集电极(或漏极)接一只限流电阻到电源正极；复合管的输入端(栅极)通过一只电阻耦合到电子开关的输出端，输入端与电源的负极之间还并有一只小容量电解电容，该电容作用是充电器在刚开始充电的短暂时间内，保证复合管处于截止状态，防止继电器的误动作；复合管的输出端(三极管的发射极)接继电器及其驱动末级放大电路。12.继电器及其驱动电路末级放大是一只NPN型中功率三极管，基极接复合管的输出端，集电极接一只限流电阻到电源正极，发射极接继电器线圈端子一端，继电器线圈端子的另一端接电源的负极。电子开关输出端低电位时，功率管截止，继电器不动作，常闭接点与转换接点闭合，电瓶充电回路处导通状态；电子开关输出端高电位时，功率管导通，继电器动作，常闭接点与转换接点断开，常开接点与转换接点闭合，电瓶充电回路断路，断电指示回路导通，指示灯发光。本实用新型的有益效果是1.利用充电器的输出直流电源为自身的用电电源，使电路更加简单。2.利用充电器充电完成前后输出电压的高低不同以及充电完成时输出电压的跳变所产生的瞬时反相电压脉冲作为电路工作状态转换的控制信号，无需再从充电器内部引线，使本装置实用性更强。3.能自动调整适宜的浮充电时间，然后断开电瓶充电同路， 最大程度上满足了电瓶充电技术要求。4.充电器增接本装置充电，就电瓶充电回来而言，实际上只是增加了一只二极管和继电器的接点，二极管作为本装置的取样元件，电瓶充电电流在它两端产生的微量压降控制本装置门控电路的输出电位，继电器的接点控制电瓶充电回路的通断，电瓶充电效果不受到任何影响，本装置耗电量在充电器充电阶段为几毫瓦，在停止充电阶段不足1瓦，所以不会造成对充电器的损害和电力资源浪费。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的外形图。图2是本实用新型电路方块图。图3是本实用新型电路原理图。图1中A1-本装置塑料外壳，A2-电源输入三芯插座，A3-电源输出插头连接线， A4-电源输出三孔插头，A5-断电指示灯，Bl-电源输入端子，B2-电源输出端子，B3-断电指示电路，B4-继电器接点，B5-取样电路，B6-门控电路，B7-延时电路，B8-电子开关，B9-继电器及其驱动电路。Vi-输入电源，Vo-输出电源，Jl-继电器常闭接点，J2-继电器常开接点，J3-继电器转换接点，Rl-电阻，Dl-发光二极管，D2-二极管，R2-电阻，R3-电阻，DT-单相可控硅，R4-电阻，R5-电阻，D3- 二极管，R6-电阻，R7-电阻，BGl-NPN型三极管，D4- 二极管，D5- 二极管，D6- 二极管，R8-电阻，R9-电阻，Cl-电解电容，RlO-电阻，BG2-绝缘栅型场效应管，Rll-电阻，C2-电解电容，R12-电阻，GB3-绝缘栅型场效应管，BG4-NPN型小功率三极管，BG5-NPN型中功率三极管，R13-电阻，R14-电阻，J-微型继电器。
具体实施方式
在图1所示实施例中，三孔插头(A4)由电缆线(A3)从外壳(Al)的下端孔内引出，电瓶充电电源由此提供，三芯插座(A2)与(Al)为一体，位于(Al)的背面，金属端子延伸(Al)内部，用于引入充电器的输出电源，断电指示灯(A5)安插在外壳(Al)正面下方圆孔中，当(A4)无输出电压时，(A5)发光指示。在图2所示实施例中，输入电源端子(Bi)引入充电器的输出电源，输出电源端子 (B2)提供电瓶充电电压，(Bi)的正极与(B2)的正极相连，电瓶充电时，充电电流回路为外接充电器输出电源的正极-(Bi)的正极端子-(B2)的正极端子-外接电瓶的正负极-继电器接点(B4)-取样电路((B5)-(B1)的负极端子-外接充电器输出电源的负极。充电回路中电流的大小在取样电路(B5)两端产生的压差变化作为信号源，送入门控电路(B6)，充电器 “充电完成”前输出高电压，(B5)两端的压差较大，(B6)输出高电位，让延时电路(B7)中的电容处于充电状态，同时(B6)输出前端的低电位把电子开关(B8)的输出端钳制为低电位； 充电器“充电完成”时输出电压跳变降低，由于外接电瓶的存在，(B4)两端形成瞬时反相脉冲，使(B6)输出转变成低电位，(B7)中的电容开始放电，在放电完毕之前，虽然(B6)输出前端的高电位通过电阻与电子开关输出端相连，但电容正极电位使电子开关(B8)输出端仍然保持低电位状态，随着时间的持续，电容放电完毕，(B8)输出转变成高电位。继电器及其驱动电路(B9)通断状态受控于(B8)输出电位的高低，(B8)输出高电位时(B9)中的继电器动作，(B4)中的常闭接点与转换接点断开，常开接点与转换接点接通，导致(B2)无电压输出，电瓶停止充电，(B3)形成回路，指示灯亮。 在图3所示实施例中，一块印刷电路板安插在绝缘外壳内部，控制电路的元器件焊接其中。在印刷电路板上，输入电源(Vi)的正极与输出电源(Vo)正极相连，(Vo)的负极与继电器(J)的常闭接点(J2)相连。继电器(J)的常开接点(J3)与发光二极管(Dl)负极相连，(Dl)正极接电阻(Rl)到电源正极。继电器(J)的转换接点(Jl)与取样二极管(D2) 正极相连，(D2)正极接电阻(R2)到门控电路中可控硅(DT)的控制极，(D2)的负极与电源的负极相连，通过(R2)阻值的选取，可使得大的充电电流在(D2)两端所产生的压降能触发 (DT)导通，而小的充电电流(浮充状态)在(D2)两端所产生的压降不能触发(DT)导通， 对(D2)规格的选取，额定电流要满足要求。(DT)的阴极与电源的负极相连，(DT)的阳极接电阻(R3)到电源的正极。(D3)的负极与(DT)的阳极相连，(D3)的正极还接电阻(R6)到倒相三极管(BGl)的基极，电源的正极通过(R4)接到(D3)的正极，(D3)的作用是让(DT) 的阳极对(BGl)基极低电位钳制，且阻止(DT)阳极高电位时对(BGl)基极的影响。倒相三极管(BGl)的集电极通过电阻(R5)接到电源的正极，发射极通过稳压二极管(DW)接到电源的负极，(Dff)的作用是提高(BGl)的静态工作点，保证(BG)在截止时集电极有足够高的电位。延时电路中的二极管(D5)作为电容(Cl)的充电通路，(D5)的正极接(BGl)的集电极，负极接电阻(R9)，(R9)与电阻(RlO)串联接到电解电容(Cl)的正极，(BGl)的阳极高电位通过(D5)-(R9)_(RlO)对(Cl)充电，(Cl)的负极与电源的负极相连；二极管(D6)作为延时电路中电容(Cl)的放电通路，(D6)的负极接(BGl)的集电极，(D6)正极接到(R9)与 (RlO)之间，(Cl)通过(R10)-(D6)对(BGl)集电极放电，(Cl)的正极电位通过电阻(Rll) 与绝缘栅型场效应管(BG2)的栅极相连，通过(Cl)、(R9)、(RlO)值的适当选取，可以达到充电时间和放电时间的合适比例，且最长不会超过一定的放电时间。电子开关中的场效应管 (BG2)源极与电源的负极相连，(BG2)的漏极通过电阻(R8)接到二极管(D4)的正极，(D4) 的负极接(DT)的阳极，该支路用作(DT)导通时，阳极对(BG2)漏极的低压钳位，(BG2)的漏极还接电阻(R7)到(DT)的阳极，该支路的作用是(DT)截止时，阳极高电位传递到(BG2) 的漏极，当(Cl)放电完毕，(BG2)漏极为高电位，(BG2)的漏极通过电阻(R12)与场效应管 (BG3)的栅极相连，同时(BG2)漏极接电解电容(C2)到电源的负极用作刚开始通电时继电器(J)动作的防误。场效应管(BG3)与NPN型三极管(BG4)组成符合管用作继电器及其驱动电路的前级放大，(BG3)的漏极与(BG4)的集电极相连，(BG3)的源极与(BG4)的基极相连，(BG3)的漏极通过电阻(R13)与电源的正极相连，(BG4)的发射极接三极管(BG5)的基极，NPN型中功率管(BG5)用作继电器及其放大电路的末级，其集电极通过电阻(R14)与电源的正极相连，发射极接继电器(J)的线圈到电源的负极，根据输入电源额定值(电瓶充电额定值)的不同，(R14) 的值和(J)的额定电压值的选取有所不同。
权利要求1.一种控制信号源无弓丨线式电动车充电适时断电保护器，包括绝缘壳体和由电缆线与壳体内部连接的三芯插头，其特征在于所述的壳体正面设置有发光二极管，壳体的背面固定有三芯插座，连接三芯插头的电缆线由壳体下端孔中引出，所述壳体内有一块印刷电路板，控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器的控制电路的元器件都安装在该电路板上，其中包括取样电路、门控电路、延时电路、电子开关、继电器及其驱动电路、断电指示电路，它们彼此电连接，并分别与所述的三芯插座、三芯插头、发光二极管电连接。
2.根据权利要求1所述的控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，其特征在于所述的控制电路的用电电源Vi，由外接充电器输出电源提供，通过三芯插座A2引入到输入电源端子Bi，Bl的正极与输出电源端子B2的正极相连，Bl的负极、取样电路B5中的二极管D2、继电器接点B4的J1-J2、输出电源端子B2的负极，这些依次串联，形成输出电源 Vo的负极通路，电缆线A3焊接到B2上，A3的另一端连接三芯插头A4。
3.根据权利要求1所述的控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，其特征在于取样电路B5中用二极管D2为取样元件，D2的正极与继电器接点B4中的Jl及耦合电阻R2相连，D2的负极与电源端子Bl的负极相连。
4.根据权利要求1所述的控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，其特征在于门控电路B6中用一只单相可控硅DT的阴极作为输入端，通过耦合电阻R2与取样二极管D2的正极相连，可控硅DT的阳极通过电阻R7与电子开关B8中场效应管BG2漏极相连， 用于传递DT阳极的高电位，同时BG2漏极通过R8与D4相串联的支路接到DT的阳极，以接受DT阳极低电位的钳制，另外，可控硅DT阳极通过D3和R6的串联接到三极管BGl基极， 使BGl集电极倒相，用作门控电路B6的输出，控制延时电路B7充放电状态的转换。
5.根据权利要求1所述的控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，其特征在于延时电路B7中用两只二极管D5、D6不同的一个极相并联，接到门控电路B6中BGl的集电极，D5、D6的另一端分别接不同的高值电阻R9、R10，然后串联到电解电容Cl的正极， 用作电容Cl的充电和放电通路，通过电阻R9、RlO和电容Cl不同值的选择，以达到所需的充放电时间的比例和最长的放电时间极限，电容Cl充放电状态的转换受控于门控电路B6 中BGl集电极电位的高低，该电容的充电电位通过电阻Rll耦合到电子开关B8中场效应管 BG2栅极，控制BG2漏极电位的高低。
6.根据权利要求1所述的控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，其特征在于电子开关B8中用一只绝缘栅型场效应管BG2的栅极作为电子开关的输入端，BG2的漏极用作电子开关B8的输出，B8的输出电位由门控电路B6中可控硅DT阳极提供，受控于延时电路B7中电容Cl正极电位，控制继电器驱动电路B9的通断。
7.根据权利要求1所述的控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，其特征在于继电器及其驱动电路B9由BG3、BG4组成复合管作为驱动电路的前级放大，电子开关B8 中BG2的漏极通过R12与BG3的栅极相连接，控制复合管的通断，用一只NPN型中功率三极管BG5作为驱动电路的末级放大，微型继电器线圈J接到该三极管发射极与电源负极之间， 三极管的集电极通过一只限流电阻R14接到电源的正极，BG5基极与复合管中BG4的发射极相连，BG5的通断控制继电器接点的转换，亦即控制电瓶充电回路的通断。
8.根据权利要求1所述的控制信号源无引线式电动车充电适时断电保护器，其特征在于断电指示电路B3用一只发光二极管Dl作为电瓶停止充电的发光指示，Dl的正极接一只限流电阻Rl到电源的正极，Dl的负极接继电器的接点J3，当继电器动作时，与电源的负极形成回路，Dl发光。
专利摘要一种辅助电瓶车充电器使用的通过插头插座接插在充电器与电瓶车之间的充电保护装置，当充电器“充电完成”指示灯变成绿色后，本装置能根据“充电完成”前的充电器持续工作时间长短，按相应时间比例且不超过一定时间极限的延时浮充电，然后自动断开电瓶充电回路，使充电器停止对电瓶充电。本装置包括壳体和壳体内部控制电路。壳体正面有一个断电指示灯，壳体背面有一个插座，壳体下端引申一个插头；壳体内控制电路板上有取样电路、门控电路、延时电路、电子开关、继电器及其驱动电路、断电指示电路。该装置体积小巧，功能完善，使用方便，既满足了电瓶的适当浮充电，又保证了充电器适时停止对电瓶的充电，从而可延长电瓶的使用寿命和节约用电成本。
文档编号H02J7/00GK202121342SQ201120189998
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者陶钢 申请人:陶钢