專利名稱：動態(tài)跟蹤智能化快連充電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬于一種對蓄電池充電用的專用裝置及其實現(xiàn)理想化充電過程的方法，特別是借助于微電腦采樣動態(tài)調(diào)控的智能化快速充電儀器。
蓄電池充電技術(shù)關(guān)系到蓄電池的正常使用和壽命，因而一直受到重視。蓄電池的充電過程是個十分復雜的電化學反應(yīng)過程。對每一個蓄電池來講，它所接受的充電過程及充電電流的大小及其變化規(guī)律都不盡相同。如果充電過程中某一時刻超出它的最大允許電流值，則超出的能量非但不能做為化學能被貯存，反而引起電解液排出大量氣體，升高溫度，損害電極板，直接降低蓄電池的工作容量和大大降低電池的使用壽命。所以，保持充電過程中的充電電流在最大允許電流以下歷來是充電過程中的基本原則。實驗及理論上已經(jīng)證明，理想的充電電流應(yīng)當是個按指數(shù)規(guī)律下降的曲線，其參考方程是i＝Io·e－at其中(a＞0)。為了保證不使充電電流超越限度，且又保證最快的充電速度，則應(yīng)當在充電過程中不斷調(diào)整充電電流。否則，只能選擇一個較小的充電電流，這就大大延長充電時間，且不可能使電池充足容量。這正是目前一般普通充電極的致命弱點。一般蓄電池充電時間需十幾個乃至幾十個小時，充電量在總?cè)萘康?0－90％以下。所以，目前世界各國對研制快速充電機都十分重視。其基本出發(fā)點均是在充電過程中不斷調(diào)節(jié)充電電流，力求充電電流曲線接近理想曲線，而且盡可能充足容量。例如日本特許公報上公開的(A)照61－1229采用了與電網(wǎng)直接相連的帶有高頻轉(zhuǎn)換開關(guān)的充電電流發(fā)生回路，及在充電電流輸出端插入積分電路來檢測蓄電池電壓，并按檢出的電壓設(shè)置定時電路控制充電電流。在蓄電池充電后期采用降低電流法限制過充電的產(chǎn)生。在日本公開特許公報上記載的(A)昭61－26438，專利申請中則增加溫度檢測回路，并將充電電流曲線變?yōu)殡A梯形階段充電過程。以上種種措施雖然從不同程度上改善了充電過程中的條件，加快了充電速度。然而，其充電過程的充電電流曲線與實際理想曲線還相差甚遠。由于無法實現(xiàn)精確控制，其過充電，過溫，出氣等現(xiàn)象還是再所難免。中國專利CN86100795A中正式提出了采用微機控制，隨機檢測充電過程中的電流參數(shù)變化并力求將充電過程曲線與實際理想曲線i＝Io·e－at相吻合，其采用事先鍵盤預置最大充電流Io和充電電流效率系數(shù)a，并按電池的結(jié)構(gòu)，型號，容量所決定的Io，a參數(shù)，預置好充電過程曲線與之吻合。毫無疑問，這樣的快速充電機是大大進了一步，單按其過程控制來講是一種先進的方案。但是，該項專利申請中忽略這樣一個事實，在公式i＝Ioe－at中Io和a在整個過程中并不是一個常量，a與Io均是隨過程變化的一個量，而且即使是同一型號的蓄電池，因其使用狀態(tài)，充電前放電量，極板及電解液上的差異決定其充電參數(shù)Io和a也是不相同的。所以，這個方案只能說進了一步，而離理想曲線下充電過程還有相當?shù)牟罹?。而且，由于其充電回路中采用普通工頻電流整流，其諧波成份多，峰值電壓波動大，因此充電的效果與速度上均不可能有較大的突破。
本發(fā)明創(chuàng)造的目的是提供一種動態(tài)跟蹤式的快速充電機結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)最佳充電過程曲線的方法，力求采用微電腦控制下的閉環(huán)控制系統(tǒng)，隨機檢測并動態(tài)修改充電電流i＝Ioe－at中的參數(shù)，再根據(jù)修改的電流數(shù)值調(diào)整充電回路的輸出電流，從而實現(xiàn)以理想充電電流曲線完成蓄電池滿容量快速充電過程。
本發(fā)明創(chuàng)造的基本構(gòu)思的根據(jù)如下理論上認定蓄電池B可以接受的最大充電流是一個如下的時間函數(shù)i＝Ioe－at(UB≤出氣點電壓)(理想充電電壓)，其中a充電接受率(a＞0)，Io為初始充電最大允許電流；在充電至t時刻結(jié)束時蓄電池已充容量CC＝∫otIo·e－atat……(1b)即C＝ (Io)/(a) (1－e－at)……(2b)在t時刻以后還須再充的電量QQ＝∫ (∞)/(o) Io·e－atdt－∫otIo·e－atdt＝ (Io)/(a) － (Io)/(a) (1－e－at)＝ (IOe－at)/(a) ＝ (i)/(a)Q＝ (i)/(a) ……(3) a＝ (i)/(a) ……(4)
可見a是一個隨之變化的量，因從理論上講Q與之都是時間的函數(shù)但不具有線性關(guān)系。當然，這里在積分時，在一個不太長時間內(nèi)a可以視為常量。
實際Io的初值是很大的，例如156安時的蓄電池Io可能大于1000A，這無論對于蓄電池本身，還是對充電機來講均是不合適的。本發(fā)明中采用Im來代替Io，稱其為充電機許可的最大充電初始工作電流，當然對具體充電的蓄電池來講要根據(jù)其型號、容量，已放電情況來加以預置。
采用電流計算公式為in=Ime-a,i······(16)]]>其中an為tn時刻的充電電流接受率；in為tn時刻的充電電流(N＝0，1，2，3……)在一個采樣間隔tN－1－tn內(nèi)充入的容量為C(n)=∫tn-1tnIm·e-a,idt······(2c)]]>至tn末充入總?cè)萘繛镃＝∑Cn采用本發(fā)明設(shè)計控制過程要參考被充電電池的具體放電情況，預估算充入總?cè)萘緾O(當然粗略估計)，及設(shè)置參考初始充電電流IMO。在控制程序中預定下采樣周期時間t0，t1，……tN，tN＋1，開始進入充電狀態(tài)后根據(jù)蓄電池的電動勢E， (dE)/(dt) ， (dQ)/(dt) ，I(O)，I(t1)，并參照以下公式確定以Im，a的初始值ap。
ap＝1.38×1021/(t1) (lgI(O)－lgI(t1))C＝ (I(o))/(ap) ，Im＝K·ce－αCo……(3b)其中K為與蓄電池結(jié)構(gòu)型號有關(guān)的一個常數(shù)，取值范圍為K＝0.85－1.29α為導熱系統(tǒng)α＝K1·J×10－3(J熱功當量，K1＝0.8－1)進入充電過程中，充電電流根據(jù)調(diào)整結(jié)果，可能會上升到最大允許電流Io，其后可能會按指數(shù)規(guī)律下降，但無論充電電流升或降其Im和an的修正均參照以下公式經(jīng)微處理系統(tǒng)計算后轉(zhuǎn)入對充電電路的調(diào)控從而利用公式1b調(diào)整充電電流inan＝1.38×1021/(△t) (lgI(N)－lgI(N＋1))Cn＝ (In)/(an) ，Im＝K1·Cn＋1·e-αc n……4(b)當采樣系統(tǒng)采測蓄電池電壓UB接近或大于UICV(出氣電壓)時會立刻中斷充電電流in的輸出，轉(zhuǎn)入極化放電處理，當UB重小于UICV時，借助存貯在RAM中的Im和an重新恢復充電電流in的工作。
在以上的設(shè)計構(gòu)思中預先設(shè)定一個微小δ，當所需充入電量變化率dQ小于其值時，即可認為充電過程結(jié)束即已滿容量充電。
按以上的構(gòu)思過程即可以借助于微機處理系統(tǒng)在充電過程中對蓄電池電壓，充電電流按一定采樣周期采樣，將采樣信號按本發(fā)明確定的計算公式處理后調(diào)控充電電流in即可實現(xiàn)一個非常理想的充電過程，即按理想的充電曲線實現(xiàn)對蓄電池的快速充電。
下面將結(jié)合給出的具體實施例及軟硬件結(jié)構(gòu)附圖進一步說明本發(fā)明的目的是如何實現(xiàn)的附

圖1為本發(fā)明構(gòu)思的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為單片機微處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為可調(diào)高頻脈沖方波充電電路，去極化放電電路的電原理圖；圖4為高頻振蕩電路13的一個實施例；圖5為采用一機控制多路輸出的原理框圖。
圖6為微處理系統(tǒng)中控制主程序結(jié)構(gòu)框圖；圖7為初始值運算子程序結(jié)構(gòu)框圖；圖8為充電過程控制子程序結(jié)構(gòu)框圖；圖9為充電過程中的運算子程序結(jié)構(gòu)框圖。
附圖中編號1為可調(diào)的高頻脈動方波直流電源，2為充電機本機電源，3為蓄電池充電工作組件，其中B即被充電蓄電池，4為去極化放電電路，5為單片機微處理系統(tǒng)，6為單片機，7為顯示器，8為鍵盤，9為顯示器驅(qū)動電路，10為打印機，11為打印機接口，12為鍵盤接口，13為高頻振蕩電路，14為高頻振蕩器的驅(qū)動器，15為同步高頻整流器，16為同步高頻整流器的驅(qū)動器，17為頻寬調(diào)制器IC1，18為頻寬調(diào)制器IC2，19為高頻隔離變壓器T1，20為被充電蓄電池電壓檢測點，21為被充電蓄電池充電電流檢測點，22為指向去極化電路啟動位線，23為中斷充電電流的單位機位線，24為來自本機電源電流過載信號，25為一或門電路，26并行接口，27為地址譯碼器。
從圖1的整機構(gòu)思框圖中可以看出，本發(fā)明可分為快速充電電路1，即充電電源，去極化放電電路3，即在充電過程中為克服極化現(xiàn)象而用來短暫放電的回路，本機供電電源2，單片機微處理系統(tǒng)5，加上被充電的蓄電池B及用來檢測電流的標準電阻R8組成工作組件3共5大部分。所不同的是充電電路1是一個可調(diào)的高頻脈沖方形波直流電源，其粗、細調(diào)節(jié)信號線及充電電流的截止信號線均與微處理系統(tǒng)相應(yīng)的輸出端相連，受來自于微處理系統(tǒng)信號的調(diào)控。而去極化放電電路的啟動信號線也與微處理系統(tǒng)的相應(yīng)輸出端相連。具體調(diào)節(jié)時依靠來自單片機D／A轉(zhuǎn)換的信號調(diào)節(jié)高頻脈沖方波的脈寬(即占空比)，從而達到調(diào)節(jié)輸出電流的大小。去極化放電回路是個窄脈沖放電電路。其放電回路的導通來自微處理系統(tǒng)的控制信號的啟動和關(guān)閉。在工作過程中，單片機控制的微處理系統(tǒng)采樣前可以發(fā)出信號中斷截止充電電流，或者在高頻脈沖方波的下降沿采樣。被充電的蓄電池電壓，電流等參數(shù)；經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器送入微處理系統(tǒng)，經(jīng)預先設(shè)置的理論及經(jīng)驗公式計算后，根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出調(diào)控信號，從而實現(xiàn)對充電電流的動態(tài)跟蹤調(diào)整，使充電過程能夠真正按理想化曲線進行。在本發(fā)明中采用高頻脈沖方波直流電源不但可以有效消除雜波干擾，提高充電質(zhì)量，而且可以極其快速實現(xiàn)計算機對脈沖方波的脈寬調(diào)整，達到精細調(diào)整充電電流的效果。因此，采用高質(zhì)量的且便于實現(xiàn)隨機動態(tài)跟蹤調(diào)整的直流充電電路乃是本發(fā)明的關(guān)鍵之一。圖3即給出了這種電路的一個實施例。
由圖3中可以看到快速充電電路及去極化放電電路全部采用大功率場效應(yīng)管做核心部件。可調(diào)脈沖方波直流電源1由三個主要部分組成一部分是脈沖寬度可調(diào)的高頻振蕩器。它可以產(chǎn)生30－60KHz的高頻振蕩，輸出對稱脈沖方波，該方波的占空比可以按照充電電流的具體需要而加以調(diào)整，調(diào)控的信號來自于微處理器D／A轉(zhuǎn)換器(X1)；另一部分是隔離式高頻變壓器(T1)19，它用來傳遞高頻電源并將電網(wǎng)與充電工作回路隔離開來；還有一部分是脈沖寬度可調(diào)節(jié)的高頻同步整流器，它與高頻變壓器19輸出端相連，將高頻度變壓器電源轉(zhuǎn)化為高頻脈動直流，其波形的占空比可調(diào)節(jié)，其調(diào)控信號同樣來自于微處理系統(tǒng)的D／A轉(zhuǎn)換器(X1，X2)以實現(xiàn)精細調(diào)節(jié)。充電用的高頻脈動直流由高頻整流器的輸出端引出至被充電的蓄電池B端(通過檢流電阻R8)。
從圖3中還可以看出脈寬可調(diào)的高頻振蕩器具體包括三部分電路一個是高頻振蕩電路13，驅(qū)動器14和一個頻寬調(diào)制器(IC1)17，其中高頻振蕩電路可以由1－4個大功率場效應(yīng)管(VMOS)組成全橋式，半橋式，推挽式或各類電感儲能式高頻振蕩電路，在本機電源2的支持下將一般工頻電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)化為高頻脈沖方波高變電源。圖4即給出高頻振蕩電路13的一個具體參考電路。IC1可以采用現(xiàn)成的頻寬調(diào)制器集成片子，來做高頻振蕩電路的脈寬調(diào)節(jié)，例如可采用莫特羅拉(MOTOROLA)公司的SG1525A／2525A／3525A／……等。實施例中例舉的是SG1525A／3525A。IC1接上外部電阻R1，C1產(chǎn)生合適的高頻振蕩。接在IC1的引腳8上的電容C2用來做IC1的軟啟動。其振蕩輸出經(jīng)驅(qū)動器14加在高頻振蕩電路13的VMOS管的控制極上，對高頻振蕩電路的工作狀態(tài)實現(xiàn)調(diào)控。具體調(diào)控如下來自微處理系統(tǒng)的調(diào)制信號X1通過分壓電阻R3、R4組成的分壓器加在IC1的引腳2上，IC1的引腳1通過電位器W1取得穩(wěn)定的輸出電壓的作用，在這個基本條件下來自X1的信號變化即可變換頻寬調(diào)制器的振蕩頻率，從而改變了高頻振蕩電路中VMOS管的導通時間間隔，而完成對高頻方波脈沖寬度的調(diào)節(jié)。接在IC1引腳10的是來自本機電源2的電流過載信號24，它可以中斷IC1的工作達到過流保護的目的。
從圖3給出的實施例電原理圖中可以看到快速充電回路中的另一重要組成部分是脈寬可調(diào)的同步高頻整流器，它也由三部分電路組成，頻寬調(diào)制器(IC2)驅(qū)動器(drive)16和高頻整流電路15。頻寬調(diào)制器(IC2)18可以采用與IC1相同或類似的集成片子，其中搭接電容C4(從引腳8至地線)所起到的作用也是輸出關(guān)閉后的軟啟動，其引腳4與IC1的引腳4連接以保證控制信號同步，實現(xiàn)同步高頻脈沖直流的輸出與調(diào)節(jié)。IC2的引腳2與IC1的引腳2相連，在來自微處理系統(tǒng)的調(diào)制電壓信號X1發(fā)生變化時，根據(jù)其信號變化的規(guī)律實現(xiàn)對高頻振蕩器13和高頻整流器15的同步脈寬調(diào)節(jié)。IC2的引腳1與IC1的引腳1也相連通過電位器W1與高頻整流器輸出端相連以保證輸出電壓的穩(wěn)定。除了與高頻振蕩電路13可實現(xiàn)同步脈沖之外，在IC2的信號校正引腳9通過二極管D1與電阻R6、R7組成的分壓器，將來自微處理系統(tǒng)D／A轉(zhuǎn)換器控制信號X2引入，從而實現(xiàn)獨立于IC2的對輸出直流脈寬進一步精細調(diào)節(jié)。IC2的引腳10通過一個或門與IC1的引腳10相連，或門25的另一個信號線與微處理系統(tǒng)的一根位線23相連，這樣就可以在過電流時實現(xiàn)高頻振蕩與高頻整流輸出的同步關(guān)斷，達到保護機器及蓄電池的目的。同時，也可根據(jù)充電過程的需要(例如采集蓄電池瞬時電動勢)由微處理系統(tǒng)隨時關(guān)斷高頻整流器的輸出，IC2的同步高頻控制信號通過驅(qū)動器16加在高頻整流電路15的VMOS管控制板的引腳上，具體到高頻整流電路，可采用1只、2只甚至4VMOS管組成全波或半波整流線路，圖3給出的實施例中是由2只VMOS管(BG5，BG6)組成的整流電路15。與蓄電池B串聯(lián)在一起的標準電阻R8所起的作用是構(gòu)成一個電流測試點21，通過該點電位的測試既可檢到充電電流值，也可檢到去極化放電電流值，蓄電池B與電阻R8一起稱為充電工作組件3。
從圖3還可看到去極化放電電路的一個實例它是一個窄脈沖放電電路，由一個VMOS管BG7和一個放電電阻R9組成，跨接在正在充電的蓄電池B兩端，實際上放電電流還要經(jīng)過檢流電阻R8。VMOS管的控制極接至微處理系統(tǒng)D／A轉(zhuǎn)換器的一個控制信號線22上，其放電導通受來自微處理系統(tǒng)信號22控制。當微處理系統(tǒng)采樣蓄電池B的電動勢超過出氣點電壓UICV時，則信號線23變高電位截止高頻直流電流的輸出，同時，根據(jù)來自D／A轉(zhuǎn)換器控制線22的電壓變化導通VMOS 管BG7從而完成放電去極化過程。待蓄電池電壓恢復至出氣點電壓以下，BG7截止同時位線23變?yōu)榈碗娢?，IC1、IC2軟啟動，高頻振蕩器的矩形脈沖寬度由窄變寬在0.5ms之內(nèi)進入穩(wěn)態(tài)，高頻整流電路15也同時恢復正常工作整機又進入充電狀態(tài)。整個過程受微處理系統(tǒng)的主控軟件控制。
圖2中給出了整個單片機微處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中主要組成部分包括單片機6，可以選擇48／51系例中的任意型號存有計算與控制軟件的擴展ROM，圖中給出了一個與ROM配制的地址鎖存器(74LS273)，向外輸出控制信號(X1、X2、22)的數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(D／A)，采集蓄電池電壓信號(20)和充電(放電)電流信號(21)的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)，顯示器7和顯示驅(qū)動電路9組成的顯示系統(tǒng)，鍵盤8和接口12組成的鍵盤輸入系統(tǒng)，打印機10和打印機接口11組成打印系統(tǒng)組成了一個完整的單片機微處理系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)主控程序及存在ROM中的公式和數(shù)據(jù)(也包括經(jīng)鍵盤修正輸入的數(shù)據(jù))控制整機實現(xiàn)智能化的動態(tài)跟蹤調(diào)節(jié)充電的全過程。來自電壓檢測點20的電壓信號及電流檢測點21的電流(充電或放電)信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進入單片機，接在主程序中預置的采樣周期，在整個充電過程中要不間斷地采集以上信號值。這些數(shù)值進入單片機后經(jīng)過計算和判斷后重新校正充電電流值，校正充電電流的信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器D／A轉(zhuǎn)化為控制電壓由X1、X2，22三條線輸送到可調(diào)高頻脈沖方波直流電源1或去極化電路15，從而實現(xiàn)對充電全過程連續(xù)不斷的動態(tài)調(diào)節(jié)及恰如其分的去極化放電處理。同時，出自于保護性及創(chuàng)造采樣環(huán)境可通過位線23實現(xiàn)對充電電流的截止，以上工作過程按一定采樣周期同而復始構(gòu)成一個完整的工作系統(tǒng)。
如果想多路充電系統(tǒng)并用，則微處理系統(tǒng)可以公用一個，分時管理多充電回路。具體充電電路可采用如圖3所示實施例。所不同的是在微處理系統(tǒng)的采樣及控制線與充放電回路之間增設(shè)一個并行接口26，和地址譯碼器27，將各路充電系統(tǒng)編碼，將主程序的控制改為分時控制和增設(shè)中斷請求，從而實現(xiàn)一機多路控制。圖5即結(jié)出這一結(jié)構(gòu)的示意圖。
下面根據(jù)圖6－圖9給出的程序結(jié)構(gòu)框圖來進一步說本機充電過程控制是如何為本發(fā)明目的服務(wù)的。
從圖6可以看出本機啟動后主程序即開始工作，預先將初始化參數(shù)主要是Imo及充電接受率參數(shù)a置入初始化程序，這個參數(shù)選擇與本機的輸出能力有關(guān)，也與將被充電的蓄電池的結(jié)構(gòu)，型號及充電前的放電狀況有關(guān)，程序設(shè)計上允許用戶現(xiàn)場通過鍵盤進行初始化參數(shù)的調(diào)整。初始化參數(shù)預定之后程序?qū)Ⅱ?qū)動顯示器顯示預充電前的參數(shù)。隨后程序采樣蓄電池B電壓測試點20，如果UB＜0說明電池僅接應(yīng)顯示報警以提醒操作改正錯誤重新裝上電池。如果UB＝0則說明未接入蓄電池B，只有當UB＞0時才進行下一步。下一步給操作者一個選擇初始充電電流io的機會，可以通過鍵盤預設(shè)定初始充電電流。如果操作者不選送則主程序?qū)⒄{(diào)入初始值運算子程序以求出初始的電流i，電流接受率a及充電量c，(詳可參考圖7)。圖7給出初始值運算的子程序框圖。它根據(jù)設(shè)定的一個較小的電流參考Imo，然后進入初始數(shù)據(jù)采集過程，要采集兩組以上的數(shù)據(jù)組，包括t0－t1時刻時的E(0)，I(0)，t1－t2時刻的E(1)，I(1)及t1，t2等數(shù)值。當然在采樣過程中要啟動充電電路，采樣結(jié)束后即關(guān)閉充電電路，然后運算出初始化階段的C，Im，a及下一時刻應(yīng)采用的瞬時電流值in。以上過程結(jié)束后返回主程序。主程序?qū)⒊跏贾荡嫒腚S機存貯器，然后調(diào)入充電過程控制子程序(圖8)。
充電過程子程序調(diào)入后即根據(jù)初始計算值初始化，并根據(jù)計算出的in結(jié)果啟動充電電路，按in要求調(diào)節(jié)充電電流開始充電工作。在充電過程中，程序按預選的采樣周期對檢測點20，21，不間斷地采集數(shù)據(jù)，一般情況下至少采集兩組以上數(shù)據(jù)，其中包括平均電動勢E(N)，平均(電流I(N)，tn，在采樣結(jié)束后去判斷一下是否蓄電池電壓達到出氣點電壓，如果達到則立即中斷充電電路的直流輸出，啟動去極化電路放電處理。當UB小于出氣點電壓后關(guān)閉去極化電路，調(diào)入過程運算子程序(見圖9)。計算出修正后的Im，a，c值及下一時刻的充電電流值in。再判斷一下充電量的變化是否小于預定微小量δ，如果小于δ則認為已經(jīng)充滿電量，如果否，則返回充電電流調(diào)節(jié)繼續(xù)充電作業(yè)，直至將蓄電池B充滿電量為止(dQ＜δ)。然后返回主程序。
主程序?qū)⑺潆娍偭浚潆娊Y(jié)束后的電動勢能有關(guān)數(shù)據(jù)寫入隨機存貯器，再根據(jù)用戶的命令可以將充電過程的各種參數(shù)打印下來記入蓄電池檔案。于是整個充電過程即告結(jié)束。如果須繼續(xù)對另一蓄電池充電則主控程序可以返回循環(huán)執(zhí)行。由于采用的動態(tài)跟蹤，隨機校正充電電流和及時處理極化現(xiàn)象，使得充電的全過程非常理想和快速。
本發(fā)明首次采用動態(tài)跟蹤的方式隨機調(diào)節(jié)充電電流，并且將充電電流嚴格控制在每一時刻的最大允許電流值范圍，因此實現(xiàn)了按最佳充電電流曲線的快速充電，并嚴格保證了充電的質(zhì)量，基本上不會出現(xiàn)出氣現(xiàn)象，可以達到滿容量充電。由于其設(shè)計了充電電流時間函數(shù)中參數(shù)的自動跟蹤修正，它可以適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)與型號的蓄電池，不會產(chǎn)生因同型號蓄電池的結(jié)構(gòu)或放電狀況的差異而造成蓄電池的損害。經(jīng)實驗表明它適應(yīng)于各種形式的密封式蓄電池。尤其對應(yīng)用于精密的控制場合，如，飛機、火箭、魚雷等，由于可以保證高質(zhì)量的快速充電則顯得具有十分重要的意義。經(jīng)權(quán)威蓄電池廠試驗表明本發(fā)明不僅可以節(jié)省充電時間而且可以大大延長蓄電池的使用壽命，對大量使用蓄電池的部門具有十分現(xiàn)實的意義。
權(quán)利要求1.一種微機控制的快速充電機，其結(jié)構(gòu)中包括單片機微處理系統(tǒng)，快速充電電路，去極化電路，本機電源供給系統(tǒng)，其特征在于，快速充電電路是一個可調(diào)的高頻脈動方形波直流電源1，該電源輸出端跨接在充電電瓶B的兩端，依靠對方波占空比的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)充電電流大小，去極化電路是窄脈沖放電電路4，可調(diào)高頻脈動方波直流電源1的脈寬粗、細調(diào)節(jié)信號線及充電電流的截止信號線均與微處理系統(tǒng)5的相應(yīng)輸出端相連，去極化放電電路4的啟動信號線也與微處理系統(tǒng)5的相應(yīng)輸出端相連，由微處理系統(tǒng)5根據(jù)在充電電流截止的中斷間隔采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)機內(nèi)控制軟件計算處理結(jié)果發(fā)出控制信號(X1，X2，22)加以調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的快速充電機，其特征在于可調(diào)高頻脈動方波直流電源1中包括脈沖寬度可調(diào)的高頻振蕩器，隔離式高頻變壓器(T1)19，脈沖寬度可調(diào)的高頻同步整流器，其直流輸出由同步整流器引出，其受控制調(diào)節(jié)脈寬信號來自微處理機系統(tǒng)的D／A轉(zhuǎn)換器(X1，X2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的快速充電機，其特征在于可調(diào)脈沖方波直流電源1中的脈寬可調(diào)高頻振蕩器由頻寬調(diào)制器(IC1)17，驅(qū)動器14和高頻振蕩電路13三部組成，頻寬調(diào)制器IC1具體可采用莫特洛拉公司生產(chǎn)的SG1525A／3525A配接電阻R1，C1，C2搭成，其輸出通過驅(qū)動器14加在高頻振蕩電路13的VMOS管控制極實現(xiàn)對高頻振蕩電路工作狀態(tài)調(diào)控，來自微處理系統(tǒng)的調(diào)制信號X1通過電阻R3、R4組成的分壓電路加在頻寬調(diào)制器IC1的引腳2上，從而在引腳1電壓基本恒定時實現(xiàn)對高頻振蕩電路13的脈寬調(diào)節(jié)，高頻振蕩電路13具體可用1－4只VMOS管組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的快速充電機，其特征在于可調(diào)高頻脈沖方波直流電源1中的脈寬可調(diào)的同步高頻整流器也由三部分構(gòu)成，頻寬調(diào)制器(IC2)18，驅(qū)動器16和高頻整流電路15組成，頻寬調(diào)制器IC2可以采用與IC1相同或相類似型號，引腳8配上一只軟啟動電容C4，其管腳4與IC1引 腳4相連以實現(xiàn)同步高頻脈沖輸出，其引腳2與IC1引腳2相連，根據(jù)微處理系統(tǒng)來的控制電壓信號X1而同步實現(xiàn)脈寬調(diào)節(jié)，其引腳1與IC1引腳1相連并通過電位器W1與整流器輸出端相連是為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，另外來自微處理系統(tǒng)D／A轉(zhuǎn)換器的控制信號X2通過電阻R6、R7組成的分壓器及二極管D1加在引腳9上以實現(xiàn)獨立于IC1的對輸出電流脈寬的精細調(diào)節(jié)，IC2的引腳10通過一個或門25與微處理系統(tǒng)的位線23及過電流信號引線相連以實現(xiàn)對整流電路15的全關(guān)斷，其調(diào)節(jié)脈寬的信號是通過驅(qū)動器16加在高頻整流器的VMOS管控制引腳上，高頻整流器由1－4只VMOS管(BG5，BG6)搭成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電機，其特征在于窄脈沖放電電路由一個受微處理系統(tǒng)D／A轉(zhuǎn)換器引出線22控制的VMOS管BG7加放電電阻R9組成，通過檢流電阻R8跨接在被充電蓄電池B的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的快速充電機，其特征在于單片機微處理系統(tǒng)5包括單片機6，存有計算與控制軟件的ROM，模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)，數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(D／A)，鍵盤輸入系統(tǒng)(8，12)，顯示系統(tǒng)(7，9)，打印系統(tǒng)(10，11)，微處理系統(tǒng)根據(jù) 主程序、及存在ROM中的數(shù)據(jù)(或經(jīng)鍵盤修正的數(shù)據(jù))控制整機，實現(xiàn)智能化動態(tài)跟蹤調(diào)節(jié)充電全過程，來自充電蓄電池B電壓測試點20的電壓信號和電流檢測點21的充電電流信號按一定的采樣周期經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進入單片機，經(jīng)計算判斷后電流校正信號X1，X2，22經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器D／A實現(xiàn)對充電電流連續(xù)不斷的動態(tài)調(diào)節(jié)和去極化處理，并通過位線23，實現(xiàn)保護性或創(chuàng)造采樣環(huán)境時的電流關(guān)斷，形成一個完整的工作系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型提供了一種由電腦參與控制的對充電電流采取動態(tài)跟蹤調(diào)節(jié)的智能化快速充電機。其結(jié)構(gòu)包括微處理控制系統(tǒng)，可調(diào)脈寬的高頻脈沖直流充電回路，可控去極化放電電路，及充電工作組件。充電電路采用VMOS大功率管組成，控制方便、結(jié)構(gòu)簡單，不但可以實現(xiàn)快速充電，充滿電而且可以從根本上防止出氣，溫升等現(xiàn)象，可以大大延長蓄電池壽命，適用于各種結(jié)構(gòu)及各種功率的蓄電池。
文檔編號H02J7/06GK2038295SQ8821610
公開日1989年5月24日 申請日期1988年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月10日
發(fā)明者趙宗哲 申請人:趙宗哲