专利名称：一种串联电池组充电器的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域。
本文所述的电池均为可充电的蓄电池，简称电池。众所周知，单元电池指各类型电池的最小单位；单块电池指数个单元电池串联后封装在一个壳体内，只把串联后的正端和负端引出。本发明所述的串联电池组是指由单独封装的单元电池或单块电池串联的电池组。电池的充电可分为直流充电和脉冲电流冲电。直流充电常见的是简单方式充电、恒流充电、恒流恒压二段充电、恒流恒压涓流三段式充电等方式。电池有许多种类，如铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂蓄电池、钠米蓄电池等等。各类电池的充电要求各不相同，换句话说，各类电池的充电曲线各不相同。通常是把电池的充电全过程分为若干时间段，控制各时间段的充电电流或充电电压，使电池充足电。以铅酸蓄电池为例，目前比较理想的充电曲线如
图1所示。在图1中，可以看到在T0＜T＜T1时，电池恒流充电；在T1＜T＜T2时，电池恒压充电；在T＞T2时，电池涓流维护充电。对不同种类的蓄电池充电，只需保证与其相适应的充电曲线既可。现有充电技术可以保证对整个串联电池组实施比较理想的充电曲线，但不能保证串联电池组内每一块电池的充电曲线。原因是由于串联电池组内各块电池的性能不一致，使得各个电池的充电不均匀，会出现有的电池的充电电压超出规定的最高电压，而有的电池又达不到规定电压。前一种情况会对电池造成直接的损害，后一种情况电池充电不足，影响整个电池组的放电能力，也容易发生过放电损害。两种情况共同重复作用，导致串联电池组荷电能力下降，使用寿命缩短。
本发明的目的是提供一种针对串联电池组的充电器，它能使串联电池组中每一块电池达到规定的充电电压，又不会出现过压、过流现象，实现比较理想的充电曲线。
本发明目的是这样实现的首先对电池组实施串联恒流充电，然后再对电池组中的每一个电池进行等效并联充电。具体的方案是在开关变压器的副边有与串联电池组的电池一一对应的绕组和整流二极管及滤波电容器，滤波电容器之间串联连接，电池之间串联连接组成串联电池组，串联电池组两端与滤波电容器串联后的两端连接，多路开关一端分别接在各个串联电池的连接点上，另一端接在与各个串联电池的连接点对应的各个滤波电容器之间的连接点上。如图2所示。
本发明的工作原理如图2所示，图2示出的是对由三块电池组成的串联电池组充电的情况。充电器的开关变压器副边有对应的三个绕组和整流二极管及滤波电容器，开关K断开，对三块电池进行串联恒流充电，每块电池的电压不断上升。由于电池的差异，每块电池上升的快慢不同。当三块电池中的任何一块电池电压上升至充电允许的最高电压时，开关K闭合，开关变压器副边的三个绕组各自向对应的一块电池充电。由于电池性能的不同，三块电池的电流会有差异。将最大的电流限制为串联充电时的恒流值，此时三块电池中充电相对不足的会得到补充电，三块电池的电压在开关变压器的平衡作用下，会趋于一致，最终都会达到充电允许的最高电压，此时的充电器相当于对三块电池进行并联充电状态。
由于采用上述方案，它能使串联电池组中每一块电池都能充足，又不会出现过压、过流现象。
通过控制电路控制多路开关，如继电器、双向可控硅等机械或电子开关，上述充电过程可自动实现。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是充电电流、充电电压曲线；图2是本发明的电路原理图；图3是本发明实施例的电路原理图；其中，U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8是比较器，G1、G2是PNP晶体管，G3、G4是光耦合器，G5是功率场效应管，E1、E2是电池，TL431是可编程稳压管，T是高频脉冲变压器，其次级绕组L3、L4参数相同，J是继电器，带有一组常开触点，AC是市电输入。
图3示出的是由两个电池组成的串联电池组的充电器。在图3中，C1、C2左侧电路是市电输入、二组直流输出的脉宽调制单端反激式开关电源。这里，也可用其它类型的开关电源，只要高频脉冲变压器次级绕组L3、L4参数相同，感应电动势相同即可。
G1 R13 R14是电池E1的电压取样电路，R23、R24是电池E2的电压取样电路。TL431提供可编程的电压基准，当比较器U5饱和导通时，TL431提供对应充电最高电压Vmax的基准；当U5关断时，TL431提供对应涓流维护充电电压V0的基准。
由U7 U8和E1、E2的电压取样电路、电压基准TL431及G4构成充电器的限压电路。只要R13或R23上的电压大于电压基准，U7或U8就会导通，通过光耦管G4反馈到初级PWM的FB端，初级PWM就会减小G5的导通率，最终把对E1或E2的充电电压限制在给定值最高充电电压Vmax(当比较器U5饱和导通时)或限制在V0(当比较器U5关断时)。
U7、U8与G4的连接是负或关系，总是把E1、E2的充电电压较大的首先限压。因此，两个电池的充电电压都只能等于或小于Vmax。
RS1是E1充电电流取样电阻，当E1充电电流在RS1的压降大于R11和R12的压降之和，比较器U1就会导通，通过光耦管G3反馈至初级PWM，G5的导通率就会减小，最终把对E1的充电电流限制在给定值Imax。
同理，由RS2、R21、R22及U3组成的E2的限流电路，能把对E2的充电电流限制在给定值Imax。
U1、U3与G3的连接是负或关系，总是把E1、E2的充电电流较大的首先限流。因此，两个电池的充电电流都只能等于或小于Imax。
比较器U6和D4、D5、D6等组成一个电压滞后的比较器电路，接通电源之后，U6的初始状态是关断的，此时，E1和E2串联充电；只要E1和E2任一块电池达到Vmax，U6即能翻转为导通状态并维持，此时继电器J的线圈通电，J的常开触点闭合，L3专向E1充电，L4专向E2充电。由于变压器磁路耦合作用，E1、E2之中电压低的就会获得较大的充电电流，这就使串联连接的E1和E2获得了等效并联充电的效果，最终使每块电池的电压都接近给定的最高电压Vmax，都能充足电，从而达到本发明的目的。
由变压器工作原理可知，理想变压器的等效电路就是把次级各个绕组的负载，按初次级的匝数比折算到初级后并联。这就从理论上证明了对串联电池组进行等效并联充电的可行性。
R S1 R11、U2组成比较器电路。当E1的充电电流大于I0时，U2饱和导通；当E1的充电电流小于I0时，U2关断。同样，由RS2 R21、U4组成的比较器电路，当E2的充电电流大于I0时，U4饱和导通；当E2的充电电流小于I0时，U4关断。由于U2、U4连接成正与关系，所以，当E1和E2的充电电流都小于I0时，U2、U4都关断，比较器U5的同向端出现高电平，高于反相端，U5关断，使TL431的稳压值降低，对E1、E2充电的限压值降到浮充电压值V0，实现了对E1、E2进行涓流维护充电。至此，串联电池组中的每一块电池已基本充足电，可以随时结束充电投入使用。
综上所述，本发明实施例充电器接上充电电源和装上待充串联电池组后，由于每块电池的电压都较低，低于Vmax，所以此时U6是关断的，继电器J的线圈未通电，J的常开触点不能闭合，充电器对电池组进行串联充电，充电电流被限流在Imax以内，每块电池的充电电流是一样的，避免了并联充电的各块电池电流不一样的缺点。此时，各块电池的电压上升值由于每块电池性能的差异而有所不同。当任何一块电池电压升至Vmax附近时，比较器U6饱和导通，继电器J的常开触点闭合，充电器对串联电池组进行等效并联充电，此时，电压较低的电池可得到较大的充电电流，电压上升较快。由于U7、U8的限压作用和U1、U3的限流作用，所有的电池都不会过压、过流，电压最终都等于或接近Vmax，体现了并联充电的优点。电流越来越小，当每块电池的充电电流均小于I0时，比较器U5关断，限压值降至浮充电压V0，进行涓流维护充电，此时串联电池组中的每块电池已基本充足电，可以随时结束充电。由此可知，本实施例充电器可对串联电池组中的每一块电池安全、高效地进行充电。
权利要求
1 一种串联电池组充电器，其特征是在开关变压器的副边有与串联电池组的电池一一对应的绕组和整流二极管及滤波电容器，滤波电容器串联连接，电池串联连接组成串联电池组，串联电池组两端与滤波电容器串联后的两端连接，多路开关各路的一端分别接在各个串联电池组的连接点上，另一端接在与各个串联电池组的连接点对应的各个滤波电容器之间的连接点上。
2 根据权利要求1所述的一种串联电池组充电器，其特征是所述的多路开关的功能是由继电器J实现的，其工作受比较器F控制，在串联电池组充电初始阶段，每块电池的电压均低于Vmax，此时比较器F是关断的，继电器J的线圈未通电，J的常开触点不能闭合，充电器对电池组进行串联充电，当任何一块电池的电压升至Vmax附近时，比较器F饱和导通，继电器J的常开触点闭合，充电器对串联电池组进行等效并联充电。
3 根据权利要求1所述的一种串联电池组充电器，其特征是所述的多路开关也可采用其它机械或电子开关。
全文摘要
一种能对串联电池组中的每一个电池进行恒流、恒压、涓流三段式充电的充电器,它是在开关变压器的副边有与电池一一对应的数个绕组和整流二极管及滤波电容器,电池串联连接组成串联电池组,串联电池组两端与滤波电容器串联后的两端连接,开关一端接在各个滤波电容器之间,另一端接在各个串联电池的对应连接点。这样通过开关的作用,就实现了首先对电池组实施串联恒流充电,然后再对电池组中的每一块电池进行等效并联充电的充电过程。使得串联电池组中每一块电池充足,又不会出现过压、过流现象。
文档编号H02J7/02GK1360385SQ00120608
公开日2002年7月24日 申请日期2000年12月20日 优先权日2000年12月20日
发明者白孟铣, 李瑾 申请人:成都宏明电子股份有限公司