專利名稱：多種蓄電池多模式大功率充電裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及自動化技術(shù)領域，具體指一種用于各種蓄電池、各種 充電模式的大功率充電技術(shù)裝置。
背景技術(shù)：
目前廣泛使用的大功率蓄電池一般有牽引型、動力型液體鉛酸蓄 電池、免維護鉛酸蓄電池兩種。其充電裝置一般只對一種蓄電池充電， 一般也只有一種充電模式，即一臺充電裝置只能對一種蓄電池進行一 種模式的充電。
隨著蓄電池科研和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，多種新型的動力型、牽 引型蓄電池不斷地被發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和應用于各種實際場合，例如鎘鎳電 池、氫電池、鋰電池、電容電池……等等，還有各種在實驗室已經(jīng)取 得成功、即將付諸實用的電池，正在大力研究開發(fā)的電池等等。但是 目前大多數(shù)充電裝置的充電模式僅僅適用于一種蓄電池。因此，每出 現(xiàn)一種新型的蓄電池，人們就得不勝其煩地設計專為該種蓄電池用的 充電裝置。由此充電裝置的種類規(guī)格也就不斷地增加。
在目前大多數(shù)充電裝置的輸出電流的控制過程中， 一般仍然采用
手動控制或傳統(tǒng)的PID控制算法，很少采用智能控制技術(shù)。而傳統(tǒng)控 制方法已難以滿足蓄電池對充電裝置自動化的程度和其輸出的電流 控制精度及效果等越來越高的要求。從20世紀80年代開始出現(xiàn)了較 為新穎的恒流分階段充電模式。這種充電模式在一定程度上可以提高 充電效率，延長蓄電池壽命。但是實際應用效果較差，還存在許多弊 病，例如一機不能同時適應兩種以上的蓄電池，充電模式單一，充電效率低，易損壞蓄電池，無法實現(xiàn)遠程控制及無記憶能力等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的種種缺失，而提出一種多 種蓄電池多模式大功率充電裝置，其基于用若干個二元高階代數(shù)方 程，模擬充電裝置輸出的多個電流曲線(此代表多個充電模式)，并 把它們設計成程序語言，輸入單片機存儲器，以此來精確控制充電裝 置三相可控整流電路，把三相交流電變成可控的直流電流的充電全過 程的設計思路。
該裝置包括(如附圖l所示)三相可控整流系統(tǒng)、充電曲線的預 置和形成算法控制模塊、充電電流與預置曲線偏差的消除過程算法控 制模塊、充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊、蓄電池軟保護算法 模塊以及通訊接口及其通訊軟件等六部分組成。
其中，充電曲線的預置、形成、控制算法模塊含有輔助PID算法。 開機后充電裝置按照輸入的操作命令控制輸出直流電流。充電裝置的 輸出電壓、電流通過檢測電路轉(zhuǎn)換成相應的信號與數(shù)值，與預選的充 電曲線進行實時比較。如果比較結(jié)果出現(xiàn)偏差，該裝置會按照此偏差 信號與偏差數(shù)值不斷進行修正。如此不斷地檢測——信號轉(zhuǎn)換——修 正，使得充電裝置的輸出電流曲線完全符合原來預選的充電曲線，直 至整個充電過程完成。因此，將來每出現(xiàn)一種新型的蓄電池，每需要 設計一種新的充電模式，都可以通過大型計算機計算出相應充電曲線 的二元高階代數(shù)方程,并把它設計成程序語言，存入單片機存儲器中， 形成相對于一種新型的蓄電池所需要的一種新的充電模式。理論上，這種按照設計要求的新的二元高階代數(shù)方程可以計算出 無限多個，與此相對應的充電曲線也就有無限多個。也就是說該種充 電裝置可以對目前和以后若干年內(nèi)出現(xiàn)的任何種類的蓄電池都可以 進行任何充電模式的充電。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括
一、 三相可控整流系統(tǒng)
三相可控整流系統(tǒng)包括可控整流電路、移相觸發(fā)電路。該系統(tǒng) 的主要任務是把三相交流電流轉(zhuǎn)換成可以控制的直流電流。在該系統(tǒng) 中，采用線性度好、移相范圍寬、能寬脈沖觸發(fā)的集成移相觸發(fā)電路。 由微機D/A轉(zhuǎn)換電路送來的控制電壓對移相觸發(fā)電路進行控制，其受 控輸出的移相觸發(fā)脈沖去觸發(fā)可控整流電路中的大功率可控硅，改變 它們的控制角，進而改變充電裝置的輸出電流。
二、 充電曲線的預置和形成過程
根據(jù)高等數(shù)學方程的原理，每根平面曲線都可以用一個或若干個 二元多階數(shù)學方程表達(為兼顧數(shù)學方程的計算復雜度和難易度，及 描述曲線符合度，本發(fā)明擬采用二元六階的數(shù)學方程較為適宜)。它 們的表達式為
Yi 二AiX6 + BA5 + dX4 + D!X3 + EtX2 + F,X + G1; Y2 =A2X6 + B2X5 + C2X4 + D2X3 + E2X2 + F2X+ G2; Y3 =A3X6 + B3X5 + C3X4 + D3X3 + E3X2 + F3X+ G3;
Yn 二AJ6 + BX + CnX4 + D X3 + EnX2 + FnX + Gn;注公式中的A2、 A3、 An; Bi、 B2、 B3、 B ; d、 G、 C3、 Cn; D,、
D2、 D3、 Dn; E!、 E2、 E3、 En; Ft、 F2、 F3、 Fn; G,、 G2、 G3、 Gn;......等
均為常數(shù)數(shù)值。
每一組數(shù)值與未知元素X、 Y的組合，就是一個二元六階方程，
也就是一根或者一段充電曲線。當多組常數(shù)數(shù)值確定后，就建立了多
個二元六階方程，也就有多根充電曲線，由此可以構(gòu)成一種新的充電
模式。由此可知，可建立許多種乃至無窮多種的充電模式。
經(jīng)過大型計算機的模擬和運算，把一個能夠完成該種充電模式的 多個二元六階數(shù)學方程的常數(shù)數(shù)值計算出來，然后把這些數(shù)學方程設 計成程序語言存入到充電裝置的存儲芯片中，充電裝置就將按照預先 設置的充電模式運行。這就是充電裝置充電曲線的預置和形成過程。 三、充電電流與預置曲線偏差的消除過程
開機后充電裝置按照輸入的操作命令選擇某個充電模式控制輸 出直流電流。充電裝置內(nèi)的電壓、電流檢測電路實時把充電裝置輸出 的電壓、電流轉(zhuǎn)換成相應的信號與數(shù)值，并與預設的充電曲線進行比 較。如果比較結(jié)果無偏差，充電裝置維持原輸出電流不變；如果出現(xiàn) 第一次偏差，充電裝置按照此偏差信號與偏差數(shù)值對充電裝置的輸出 電流進行第一次修正，使充電裝置的輸出電流向預設的輸出電流接 近；如果出現(xiàn)第二次偏差，充電裝置按照此偏差信號與偏差數(shù)值對充 電裝置的輸出電流進行第二次修正，使充電裝置的輸出電流向預設的 輸出電流更加接近。如此不斷地檢測——信號轉(zhuǎn)換——比較——修正 的循環(huán)，使充電裝置的輸出電流曲線最終精確地符合預設充電曲線， 直至整個充電過程完成。四、 充電完成鑒別并結(jié)束充電
充電裝置在充電過程中始終緊密地監(jiān)視充電電流，隨時檢測蓄電 池端電壓上升曲線的角度^ 。如果檢測到在充電過程蓄電池電壓上升 的角度(即蓄電池電壓上升曲線與時間水平線的夾角e)，小于微機 內(nèi)存儲的充電結(jié)束時的電壓上升角度^時，充電裝置即認為在充的 蓄電池(不論新舊)即將充滿。充電裝置立即自動轉(zhuǎn)入充電結(jié)束處理 程序，短時間內(nèi)迅速把充電電流降為零，然后關機。這種能自動識別 新舊蓄電池是否充滿的功能，可以保證蓄電池精確地充滿充足，有效 地避免蓄電池"過充"和"欠充"現(xiàn)象的發(fā)生，有效地節(jié)約了電能、
縮短了充電時間、延長了蓄電池的壽命。如附圖2蓄電池端電壓與時 間軸的夾角C所示。
五、 蓄電池軟保護
任何種類的蓄電池都有它的額定容量(例如蓄電池外殼上標有 500Ah字樣，即表示該蓄電池的額定容量為500安時)。蓄電池在充 電時，由于內(nèi)阻的存在，其內(nèi)部的電池極板和電介質(zhì)在電能——化學 能的轉(zhuǎn)換過程中會發(fā)熱，而且蓄電池的電能——化學能的轉(zhuǎn)換速率也 有一定的限制。所以，每種蓄電池的適宜的充電電流與它的額定容量 都有一個合適的比例，即充電系數(shù)。如果超出這個充電系數(shù)，輕則造 成蓄電池溫升過快過熱，縮短蓄電池的壽命，重則造成蓄電池短時間 內(nèi)報廢的惡果。
現(xiàn)有的充電裝置，它只有保護充電裝置本身是否過載的保護功 能，而不能保護蓄電池是否被大電流充壞。本發(fā)明具有蓄電池軟保護 算法模塊，它可以根據(jù)在充蓄電池的額定容量大小，其設定一個既不影響充電過程的進行，又可以保護蓄電池不會因充電電流過大損壞蓄 電池的充電系數(shù)(也稱保護系數(shù))，儲存在微機的存儲器中(必須指 出的是，不同種類的蓄電池由于其充電特性不同，其充電保護系數(shù)也 各不相同)。對于不同額定容量的某種蓄電池，保護系數(shù)相同，但是 它可充的最大的直流電流的數(shù)值則因蓄電池額定容量的不同而不同。 如果充電裝置輸出的電流一旦超出這個最大值但又沒有達到充電裝 置最大的輸出電流值，充電裝置也會自動關機，從而有效地保護了蓄 電池。
六、通訊接口及其通訊軟件
本發(fā)明充電裝置的通訊接口及裝有的與中央主控計算機聯(lián)機通 信的軟件，可實現(xiàn)遠程多機聯(lián)網(wǎng)和中央計算機集群監(jiān)控，開機停機和 各種充電參數(shù)可遠程也可本地設置和控制，過去操作情況自動記錄顯 示打印，當前充電裝置全貌或單機充電狀態(tài)參數(shù)畫面均可顯示，大大 方便了操作人員和主管部門遙測、遙控、各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計管理。具有 完成遠程訪問、通訊、操作等功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要有以下特點
具有多種充電模式，可以對目前現(xiàn)有的各種大功率蓄電池進行有 效的高效率的充電；具有充電模式大容量擴展的功能，可以對將來幾 十年內(nèi)出現(xiàn)的任何種類的大功率蓄電池進行有效的高效率的充電；本 裝置以隨時檢測蓄電池端電壓上升曲線時間水平線的夾角C的方法， 檢測在充的蓄電池(不論新舊)是否充滿的方法，以精確保證在充蓄 電池充滿，防止對蓄電池有害的"過充"、"欠充"現(xiàn)象的發(fā)生；具有蓄電池軟保護功能，保護在充蓄電池不會被因過大電流充壞；本裝置
設有與中央主控計算機聯(lián)機通信的軟件，可實現(xiàn)遠程多機聯(lián)網(wǎng)和中央
計算機集群監(jiān)控。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖； 圖2為本發(fā)明的一種充電特性曲線。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述
本發(fā)明的一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其由三相可控 整流系統(tǒng)l、充電曲線的預置和形成過程算法控制模塊2、充電電流 與預置曲線偏差的消除過程算法控制模塊3、充電完成鑒別并結(jié)束充 電算法控制模塊4、蓄電池軟保護算法模塊5和通訊接口及其通訊軟 件6組成。
所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其中 充電曲線的預置和形成過程算法控制模塊2儲存有經(jīng)大型計算
機的模擬和運算，將完成某一充電模式的多個二元六階數(shù)學方程的常
數(shù)計算數(shù)值并程序化的語言；
充電電流與預置曲線偏差的消除過程算法控制模塊3儲存有某
一充電模式控制輸出直流電流，并與預設的充電曲線進行比較并不斷
地檢測——信號轉(zhuǎn)換——比較——修正的循環(huán)，直至完成整個充電過
程的程序。
充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊4儲存有在充電過程中充電電流，隨時檢測蓄電池端電壓上升曲線的角度C變化及小于設定
充電結(jié)束時的電壓上升角度(T時的充電結(jié)束處理、關機的程序。
蓄電池軟保護算法模塊5儲存有根據(jù)不同種類的蓄電池因其充 電特性不同，其充電保護系數(shù)和充蓄電池的額定容量大小不同，設定 了一個既不影響充電過程的進行，又可以保護蓄電池不會因充電電流 過大損壞蓄電池的保護系數(shù)的程序。
所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其三相可控整流系統(tǒng) 1，包括可控整流電路、移相觸發(fā)電路。
綜上所述，本發(fā)明的一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，具 有適應多種蓄電池和多種充電模式的各種大功率蓄電池進行有效的 高效率的充電及擴展充電模式的功能；具有蓄電池軟保護功能，保護 在充蓄電池不會被因過大電流充壞；具有隨時檢測和鑒別在充蓄電池 是否已經(jīng)充滿和自動結(jié)束關機的功能，避免蓄電池不會出現(xiàn)"過充" 和"欠充"現(xiàn)象發(fā)生，節(jié)約了電能、縮短了充電時間、延長了蓄電池 的壽命；并具有與中央主控計算機聯(lián)機通信的軟件，可實現(xiàn)遠程多機 聯(lián)網(wǎng)和中央計算機集群監(jiān)控等特點。
權(quán)利要求
1、一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其特征是，由三相可控整流系統(tǒng)(1)、充電曲線的預置和形成過程算法控制模塊(2)、充電電流與預置曲線偏差的消除過程算法控制模塊(3)、充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊(4)、蓄電池軟保護算法模塊(5)和通訊接口及其通訊軟件(6)組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其 特征是，充電曲線的預置和形成過程控制模塊(2)采用輔助PID算 法，儲存有經(jīng)大型計算機的模擬和運算，將完成某一充電模式的多個 二元六階數(shù)學方程的常數(shù)計算數(shù)值并程序化的語言；充電電流與預置 曲線偏差的消除過程控制模塊(3)儲存有某一充電模式控制輸出直 流電流，并與預設的充電曲線進行比較并不斷地檢測——-信號轉(zhuǎn)換一 一比較——修正的循環(huán)，直至完成整個充電過程的程序；充電完成鑒 別并結(jié)束充電算法控制模塊(4)儲存有在充電過程中充電電流，隨 時檢測蓄電池端電壓上升曲線的角度C變化及小于設定充電結(jié)束時 的電壓上升角度《'時的充電結(jié)束處理、關機的程序；蓄電池軟保護 算法模塊(5)儲存有根據(jù)不同種類的蓄電池因其充電特性不同，其 充電保護系數(shù)和充蓄電池的額定容量大小不同，設定一個既不影響充 電過程的進行，又可以保護蓄電池不會因充電電流過大損壞蓄電池的 保護系數(shù)的程序。
3、 如權(quán)利要求2所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其 特征是，多個二元六階數(shù)學方程與多種充電曲線、充電模式一一對應，其表達式為Y, 4X6 + B!X5 + dX4 + D,X3 + EA2 + F,X + G1;Y2 =A2X6 + B2X5 + C2X4 + D2X3 + E2X2 + F2X+ G2;Y3 =A3X6 + B3X5 + C3X4 + D3X3 + E3X2 + F3X+ G3;Yn =AnX6 + BnX5 + CnX4 + D XJ + EnX' + FnX + Gn; 其公式中的At、 A2、 A3、 An; Bi、 B2、 B3、 Bn; d、 C2、 C3、 Cn; D2、 D3、 Dn; E,、 E2、 E3、 En; F,、 F2、 F3、 Fn; G,、 G2、 G3、 Gn;……均為由大型計算機根據(jù)實際所需充電曲線的圖形計算完成的常數(shù)數(shù)值。 4、如權(quán)利要求l所述的多種蓄電池多模式大功率充電裝置，其特 征是，三相可控整流系統(tǒng)(1)包括可控整流電路、移相觸發(fā)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多種蓄電池多模式大功率充電裝置，為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的充電模式單一，效率低，易損壞蓄電池，不能實現(xiàn)遠程控制及無記憶能力等缺失。通過大型計算機計算出相應充電曲線的二元高階代數(shù)方程，并將其設計成程序語言，存入單片機存儲器中，形成相對于一種新的蓄電池所需要的一種新的充電模式。由三相可控整流系統(tǒng)、充電曲線的預置和形成過程算法控制模塊、充電電流與預置曲線偏差的消除過程算法控制模塊、充電完成鑒別并結(jié)束充電算法控制模塊、蓄電池軟保護算法模塊和通訊接口及其通訊軟件組成的充電裝置，具有可對多種大功率蓄電池、多種充電模式進行高效率充電和擴展功能以及實現(xiàn)遠程多機聯(lián)網(wǎng)和中央計算機集群監(jiān)控等特點。
文檔編號G05B19/04GK101320917SQ20081003571
公開日2008年12月10日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者王義慶, 陳祖康 申請人:上海師范大學