专利名称：一种智能快速充电机的制作方法
技术领域：
本发明与电能存储系统有关，也与作为直接电源或备用电源的铅酸蓄电池有关，尤其与向蓄电池充电的电路装置有关。
背景技术：
目前流行的充电方法主要有以下几种1)脉冲式充电法，2)ReflexTM快速充电法，3)变电流，电压快速充电，4)变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，5)变电流间隙充电法。相关的较前沿的技术论文主要有2篇①孙频冬.基于专家系统的蓄电池智能充电装置[J].电源技术，2005，29(1).②海军航空工程学院.大容量铅酸蓄电池充电系统的实现[J].通信电源技术，2001(2)。这些充电理论和方法，在应用中取得了一定的充电效果。但是，在充电过程中均采用了加大电流的给定量，而本身的充电电流不高。根据铅酸蓄电池的特性过大的充电电流或者长时间的大电流充电不可避免的带来一些负面效应。例如，蓄电池的寿命，电能的消耗，温升快，出气量偏大等。有些甚至是以牺牲蓄电池的寿命为代价的。
近年来，人们对蓄电池智能充电装置反复进行研究，出现了许多新的技术方案，例如中国专利申请CN88100250号“智能快速充电机”、CN00117003.1号“大功率智能充电机及其充电方法”、CN92209178.1号“智能式快速充电机”、CN93220472.4号“智能化全自动充电机”、CN95237778.0号“智能开关电源型快速充电机”、CN95237661.X“铅酸蓄电池智能快速充电机”等。这些技术方案都能实现智能快速充电的功能，但人们还在探索最优化的充电控制方式，以改善充电效率、提高充电速度。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术充电效率不高、充电时间较长、对蓄电池的保护、缺少智能化的监控和管理功能等不足与缺陷，提供一种智能快速充电机。
为实现这一目的，发明人根据马斯定理，采用目前先进的控制方法，设计出的充电机由安装在控制柜中的操作面板、CPU及其接口模块、大功率器件、控制模块组成；其中，操作面板上安装有用来指示的红灯和绿灯、显示器件、键盘，安装在控制柜顶部，其上集成有人机界面电路；控制柜后面板上部安装有CPU及其接口模块，其上集成有单片机及接口电路、和数据采集及转换电路；控制柜中部有一块用隔热板材制成的隔离板，板上有用螺栓固定的导轨，悬挂有大功率器件；控制柜后面板下部安装有控制模块，控制模块内用隔离变压器和整流二极管，还集成有主电路和控制电路、充电功率电路；CPU及其接口模块、红灯和绿灯、键盘和显示器件之间用排线拔插的方式连接，其余电路板通过导线相连接。
上述CPU及其接口模块是模糊控制器的硬件核心组成部分，模糊控制器由硬件和软件两部分，硬件本质上是一个单片机系统；执行部件由充电功率部分来完成；当收到的外部指令通过模糊控制器判别以后由单片机输出移项控制信号给785芯片控制充电电流的大小。所用的应用软件即模糊控制程序是为模糊算法而编制的算法程序，其程序原理如下由于电压、电流、温度的检测是跟随充电过程的开始一直到充电的结束整个过程的，亦即处于循检的工作模式的，当电压、电流、温度的检测值与实际值对比后和实际规定的值发生偏差时，即进行保护处理再进行判别，直到达到条件为止；电压、电流、温度的检测是串行工作的，只要其中一个不满足则停止充电进行保护处理；然后进行模糊判别，并为信号输出提供依据。
上述控制柜后面板和隔离板上钻有供导线通过的穿线孔；底板带有通风孔；控制柜还有柜门和门锁；控制柜顶上的操作面板采用凸出式安装，并与水平面形成30°的夹角。
上述数据采集及转换电路又由检测电路和数据转换电路组成。检测电路包含温度检测、电流检测、电压检测。并将检测到的电流、温度、电压转换为模糊控制器的输入信号；数据转换电路包含了A/D转换和D/A转换现场采集的模拟信号经过放大、滤波等处理后送入A/D转换芯片后将其转化为单片机能处理的数字信号；D/A转换芯片将单片机处理得到的数字信号转化为模拟信号放大后输出。模拟信号输出给执行机构，执行机构得到指令后便动作。D/A和A/D转换都有两个输出通道，分别为电流量和电压量的输入、输出通道。
上述充电功率电路由大功率的晶闸管和整流二极管组成，输入电压为三相220电压，其充电电流可达100A以上；晶闸管的控制采用由单片机输出的脉冲信号与TCA785芯片配合使用进行移相控制；输出电压可调以适合不同的电池组电压等级，并有过流、过压保护；为了得到较高的充电效率在主电路中还采用了放电装置，进行瞬间的大电流放电以消除充电过程中产生的极化现象，提高电池的接受率。
上述单片机采用80C51系列单片机，它是构成模糊控制器的核心硬件，接受来自检测电路的信号，判断并输出控制信号；单片机中的CPU电路包含80C51芯片、程序存储器E2PROM、数据传输485电路；80C51芯片上分别接有外部晶振电路，P0口的8个上拉电阻后与2个功能芯片相连扩展成外部键盘，P2口外接功能芯片后片选外部显示LED，并进行相应的控制红信号灯为故障及维护指示，当充电机处于故障状态是该指示灯亮；绿色信号灯为系统处于正常工作状态时的指示，表明充电机处于工作状态且设备工作正常；蜂鸣器为系统工作过程中出现与设定的工作状态发生较大偏差时的声音报警在切断故障之前提醒设备管理人员；输出预留了一个通信接口端(RS485)，用于与在实现网络化充电时的接口；485电路用于数据的远程传输，其间加有两个光电隔离，可达到较为理想的传输效果。
上述人机界面电路由两片四位LED和4*4的键盘组成，它为用户查看、修改参数提供一个平台。
所用的单片机系统软件为方便人机对话操作，和调动硬、软件资源而编制的一个系统程序。
信号输出对两部分输出输出给变流装置或输出给放电装置，但不能同时输出给两者；当容量检测器检测到充电已满时，系统结束工作。
本发明提供的一种智能快速充电机充电效果接近理想充电曲线，达到了多项规定的技术性能指标，使蓄电池在充电过程中既达到快速的目的，又使蓄电池的温升、析气量及电池的寿命都得到保证；适用于作为直接电源或备用电源的铅酸蓄电池的充电。
下面附图用来进一步说明本发明图1为充电机的机构示意图，图2为充电机硬件系统框图，图3为充电功率电路图，图4为软件流程图，图5为充电控制电路图，图6为单片机及接口电路7为模糊控制器框图，图8为键盘及显示框图，图9为实际充电曲线图。
以上图中1为底版，2为左侧板，3为隔离板，4为拉手，5为后面板，6为红灯，7为绿灯，8为操作面板，9为过线孔，10为控制柜门，11为门锁，12为导轨，13为大功率器件，14为控制模块，15为CPU及接口模块，16为右侧板，17为显示器件，18为键盘。
具体实施例方式
实施例 一个如附图1的的智能快速充电机，外形采用箱体式的控制柜结构，分上下两层；该充电机由安装在控制柜中的操作面板8、CPU及其接口模块15、大功率器件13、控制模块14组成；其中，操作面板8上安装有红灯6和绿灯7、显示器件17、键盘18，安装在控制柜顶部，其上集成有人机界面电路；控制柜后面板5上部安装有CPU及其接口模块15，其上集成有单片机及接口电路、和数据采集及转换电路；控制柜中部有一块用隔热板材制成的隔离板3，板上有用螺栓固定的导轨12，悬挂有大功率器件13；控制柜后面板5下部安装有控制模块14，控制模块14内有变压器和整流二极管，还集成有主电路和控制电路、充电功率电路；CPU及其接口模块15、红灯6和绿灯7、键盘18和显示器件17之间用排线拔插的方式连接，其余模块通过导线相连接；后面板5和隔离板3上钻有导线通过的穿线孔9，电源线通过穿线孔9进入控制模块14的变压器入口端，经整流后输出5V的直流电，作为充电的电源；控制柜底板1带有通风孔，控制柜还有柜门10和门锁11；控制柜顶上的操作面板采用凸出式安装，并与水平面形成30°的夹角。
电缆用专用线鼻子挂在电源点的空气开关上后用螺母固定。电缆通过后板板5上的穿线孔9进入控制柜后固定，然后进入变压器原边，从副边出后用螺母固定在导轨12上。同时用4mm2的导线将220V的电源到控制模块14上并整流出5V的直流电为各模块提供工作电源。控制模块14中的主电路输出端引出电源线通过后面板5的穿线孔9进入并接到被充电的蓄电池上，红色导线为正端接大功率场效应管甲后接蓄电池的正极，黑色为负端接蓄电池的负极。同时蓄电池的的正极用一蓝色电缆通过后面板5的穿线孔9后连到场效应管乙的一端后从另一端出连到一限流电阻后到蓄电池的负极性端。场效应管甲和乙由控制模块14中的控制电路的两个输出端子来控制。
权利要求
1一种智能快速充电机，其特征在于该充电机由安装在控制柜中的操作面板(8)、CPU及其接口模块(15)、大功率器件(13)、控制模块(14)组成；其中，操作面板(8)上安装有红灯(6)和绿灯(7)、显示器件(17)、键盘(18)，安装在控制柜顶部，其上集成有人机界面电路；控制柜后面板(5)上部安装有CPU及其接口模块(15)，其上集成有单片机及接口电路、和数据采集及转换电路；控制柜中部有一块隔离板(3)，板上有用螺栓固定的导轨(12)，悬挂有大功率器件(13)；控制柜后面板(5)下部安装有控制模块(14)，其内有变压器和整流二极管，还集成有主电路和控制电路、充电功率电路；CPU及其接口模块(15)、红灯(6)和绿灯(7)、键盘(18)和显示器件(17)之间用排线拔插的方式连接，其余模块通过导线相连接。
2如权利要求1所述的智能快速充电机，其特征在于所述CPU及其接口模块中含有一个模糊控制器，它包括硬件和软件两部分，硬件是一个单片机系统；所用的应用软件即模糊控制程序是为模糊算法而编制的算法程序；执行部件由充电功率部分来完成；当通过模糊控制器判别以后由单片机输出移项控制信号给785芯片控制充电电流的大小。
3如权利要求1所述的智能快速充电机，其特征在于所述控制柜后面板(5)和隔离板(3)上钻有导线通过的穿线孔(9)，电源线通过穿线孔(9)进入控制模块(14)的变压器入口端，经整流后输出不同要求的直流电，作为充电的电源；控制柜底板(1)带有通风孔，控制柜还有柜门(10)和门锁(11)；操作面板采用凸出式安装，并与水平面成30°的夹角。
4如权利要求1所述的智能快速充电机，其特征在于所述数据采集及转换电路又由检测电路和数据转换电路组成。
5如权利要求1所述的智能快速充电机，其特征在于所述充电功率电路由大功率的晶闸管和大功率场效应管组成。
6如权利要求1所述的智能快速充电机，其特征在于所述单片机采用80C51系列单片机。
7如权利要求1所述的智能快速充电机，其特征在于所述人机界面电路由两片四位LED和4*4的键盘组成。
全文摘要
本发明公开了一种智能快速充电机，它采用控制柜结构，主体是模糊控制器；充电机由操作面板(8)、CPU及其接口模块(15)、大功率器件(13)、控制模块(14)组成；其中，操作面板(8)上有红灯(6)和绿灯(7)、显示器件(17)、键盘(18)，安装在柜顶；后面板(5)上部有CPU及其接口模块(15)；中部有隔离板(3)，板上有导轨(12)，悬挂大功率器件(13)；下部有控制模块(14)，其内有变压器和整流二极管；CPU及其接口模块(15)、红灯(6)和绿灯(7)、键盘(18)和显示器件(17)用排线拔插的方式连接，其余模块用导线相连接。该充电机充电效果接近理想充电曲线，使蓄电池在充电过程中既达到快速的目的，又使蓄电池的温升、析气量及电池的寿命都得到保证；适用于作为直接电源或备用电源的铅酸蓄电池的充电。
文档编号H02J7/04GK1964157SQ20061005127
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月10日 优先权日2006年11月10日
发明者陈正慧, 丁琼, 郭汝华 申请人:贵州大学, 贵州昕春科技贸易有限公司