专利名称:开关脉动式铅酸免维护蓄电池快速充电器的制作方法
技术领域:
本实用新型开关脉动式铅酸免维护蓄电池快速充电器是一种用于中小型铅酸免维护蓄电池的专用快速充电设备,属于电子技术及应用电化学领域。
目前各类充电器名目繁多,品种较多,但都针对性较强,主要是用于镍镉电池、锂电池或是普通铅酸蓄电池;而普通铅酸蓄电池与铅酸免维护蓄电池在性能和电池结构上有着本质的差别,在充电方式上有着较大的差别,因而用普通铅酸蓄电池用的充电器不能直接用于铅酸免维护蓄电池,否则将会引起铅酸免维护蓄电池的损坏,严重时会引起蓄电池的爆炸或爆裂。在充电方式上常规的充电器采用1/10C的电流充电,一般需要12--14小时才能将蓄电池充足,用这种充电器充电比较费时,在某些应急场合比较难以适应;而目前随着各种新型高性能的铅酸免维护蓄电池的发展,正在企求一种能以快速充电方式工作的铅酸免维护蓄电池用的充电器。
本实用新型的目的是提供一种电路设计比较简单、合理,对铅酸免维护蓄电池能起到快速充电效果、并在快速充电时能随时根据电池极化大小及时消除极化,最大地利用电能,而充电的状态随着蓄电池的不同充电阶段的接受电能的大小作自动调整,以达到充电以最大的充电能力和最快的充电速度进行,并在整个充电过程中始终监测电池的状态以保护蓄电池不至于过度极化或过充电的专用充电器。
图1是本实用新型开关脉动式铅酸免维护蓄电池快速充电器电路原理图。图1中元件S1是作开关器件的单向可控硅,可控硅S1的导通与否由三极管N1、D5触发和推动;三极管N2、N3及外围元件组成双稳态触发器;三极管N4、N5、L2、L3组成双稳态两种状态的指示电路;L4:A、LA:B是电压比较电路与P3、R15、R16组成电池端电压检测窗口电压比较器电压比较器L4:C与P4、R22、E4组成充电电池反接或电池组部分失效检测电路;稳压二极管Z1与R12、E2组成基准电压信号供各电压比较器作参比电压用;电阻R10、R11、R17是电压比较器的上拉电阻与二极管D6、D7、L5组成单向触发门电路;R22与E4和R20与E5组成延时电路,以保证电压比较器正确地触发;T1、T2是电源变压器,可以是独立的两只,也可以合二为一。输出端OUT+V和OUT-V分别接充电电池的正负极。
本实用新型中的N2和N3及外围元件所组成的双稳态触发器,可以用专用双稳态集成电路或类似电路代替;可控硅S1可用晶体管、达林顿管、开关管等开关器件代替。
本实用新型的工作原理如下所述当待充电的铅酸免维护蓄电池接入时,此时电池的端电压较低,下限检测电路L4:B通过R15、R16和P3将信号与基准电压比较后输出触发信号,使双稳态电路中的N3导通N2截止,进而触发N1导通,使S1可控硅导通,脉动直流电通过S1加在蓄电池上对其进行充电,此时由于电池端电压较低,充电以较大的初始充电电流进行;随着充电的进行,电池的电动势和内部的极化在不断增加,同时电池端电压也随之上升,当电动势与极化增加到一定设定值时,上限检测电路L4:A将输出一个触发信号,将双稳态电路翻转,N2导通N3截止,进而关断了N1和S1,使充电电流关断,此时蓄电池进入自适应过程,电池的极化通过自身内部的扩散,而逐渐消除;当极化消除达到一定程度时,端电压也随之下降,预视着又能重新接受外界的充电时,下限检测电路又将双稳态电路置成N2截止N3导通和N1、S1导通,再次对蓄电池充电,直至充足。上限、下限的检测点和充电电流的大小可根据不同电池的特性通过P1、P2和线电压进行选择,在初始充电时一般可充至容量的80-90%或更高,在后期经过有限的充息周期而补充充电至充足,电池充足后即使电池不取走,由于检测电路仍在起作用,而不会使电池有过充的可能,并能对电池由于自放电造成的损耗随时得到补充。
若电池极性接反或电池组有部分短路则检测比较电路L4:C将会输出信号,将双稳态触发器进入输出关断状态,从而保护充电器和电池组不至损坏。以上几种状态均有指示灯指示。
本实用新型的特点是具有快速充电,对电池的不同充电状态自动检测和控制,由于所用的开关器件S1可控硅的压降较小,所以能以大电流方式充电,而充电器本身的损耗很小,能效比较高,另外由于采用脉动直流电充电比之脉冲充电可大大减小充电电容所造成的电流无功的功率,无用功率基本消除,可降低由此造成的充电电池的温升,而电池的温度升高对电池是极其有害的。本实用新型与反向放电方式来消除极化方式的充电器相比,也有无功功率小、大电流充电时电能利用率高,因而温升较低的优点。
本实用新型的典型的实施方案是可控S1用单向可控硅BT151或电流更大的;三极管N1、N2、N3、N4和N5用9013;电压比较器L4:A、L4:B、L4:C用四电压比较器LM339;二极管D1、D2用大电流整流二极管加散热片;二极管D3、D4、D5、D6、D7用普通整流二极管IN4002;L1、L2、L3、L5用发光二极管LED。变压器T1用大功率变压器,T2用小功率变压器,也可将T1和T2做成一只变压器;Z1用稳压二极管;E1、E2、E3、E4和E5用漏电较小的电解电容器。各类电阻可根据不同的电池组、电池容量、电池的性能进行调整。
权利要求1.一种开关脉动式铅酸免维护蓄电池快速充电器,由可控硅S1、晶体管N1、N2、N3、N4、N5、电压比较电路LA:A、LA:B、LA:C及外围电阻电容等组成,其特征在于三极管N2与N3联接成互补型双稳态触发器,其中一个输出端,此处为N2的集电极与N1的基极相连,双稳态触发器的一个输入端N2的基极通过D6和L5分别与电压比较器LA:A的输出端2和L4:C的输出端14相连;双稳态触发器的另一个输入端通过D7与电压比较器L4:B的输出端1相连。
2.根据权利要求1所述的开关脉动式铅酸免维护蓄电池快速充电器,其特征在于电压比较器L4:A的正输入端与L4:B的负输入端相连并通过电阻R20与电位器P3的滑动端相连,同时通过电容E5与地相连,R20与E5组成延时电路。电阻R22与E4亦组成延时电路。
3.根据权利要求1和2所述的开关脉动式铅酸免维护蓄电池快速充电器,其特征在于电压比较器L4:A的负输入端与电位器P1的滑动端相连;L4:B的正输入端与电位器P2的滑动端相连,组成窗口电压比较器。
专利摘要本实用新型开关脉动式铅酸免维护蓄电池快速充电器是一种针对目前正在普及使用的铅酸免维护蓄电池尤其是高性能超高性能铅酸免维护蓄电池而设计的一种快速充电装置,属于电子技术及应用电化学领域。充电过程中能自动检测蓄电池的状态,自动消除由充电引起的极化,避免了电池的气胀和损坏,充电具有快速、电能利用率高和电路设计简单合理的特点。可用于铅酸免维护蓄电池、电动自行车蓄电池,小型电动汽车电池和普通铅酸蓄电池的快速充电。具有一定的社会经济效益。
文档编号H02J7/10GK2343708SQ98225599
公开日1999年10月13日 申请日期1998年11月11日 优先权日1998年11月11日
发明者刘文涵, 高云芳 申请人:浙江工业大学