专利名称：智能化电池充电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能化电池充电机，特别是适用于铅酸、铁锂、镍氢等多品种型号的电池，可用于电动汽车动力电池以及其他设备的电池的充电。
背景技术：
国内目前充电机生产厂较多，大多数厂家的用户对象为传统用户，比如汽车启动电池，叉车电池，电瓶车电池，程控交换机备用电源电池，电力操作电源备用电池等，但这些与电动汽车动力电池都有所不同。其主电路主要有工频变压器整流式，可控硅调压式，开关电源式等等。采用的充电曲线有恒压，恒流，脉冲，涓流等等。充电法有两段式，三段式等等。这些曲线要么独立设置，要么自动按流程运行。传统充电机存在以下缺陷I)对电池的状态不了解时，不能对电池进行检测判断，不知如何选择充电方式。2)充电模式的单一化，不能满足对多品种电池的充电。3)不能检测电池的温度及容量，无法优化充电曲线，导致充电低效或者影响电池寿命。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种智能化电池充电机。它是一种输入三相380V电源，依据电池的种类及容量的不同，自动生成充电曲线，采用软开关变换器，低耗高效，输出可变化的直流电压及电流的电源装置，功率4. 8KW。它能满足不同种类的电池及容量的充电要求。本实用新型的目的是通过如下技术措施来实现的智能化电池充电机，它包括三相输入整流滤波电路，电力软开关变换电路，单片机充电控制及显示控制电路，电压、电流、温度传感器检测电路等四部分。三相输入整流滤波电路的输入端与三相供电电源相连，其输出端与电力软开关变换电路的输入端相连。电力软开关变换电路的输出端与电池组相连，其输入控制端与单片机充电控制电路的输出端相连。单片机充电控制电路的输入端与传感器检测电路的输出端相连。传感器检测电路的输入端与电池组及电力软开关变换电路相连。在上述技术方案中，三相输入整流滤波电路由三相断路器，三相接触器，三相整流桥，限流电阻，直流继电器，输入滤波电解电容等元件组成。在上述技术方案中，传感器检测电路分别由电压传感器，电流传感器，温度传感器组成，他们分别将电源充电电压，充电电流，电池温度，散热器温度等参数传送给单片机充电控制电路。在上述技术方案中，单片机充电控制电路为本充电机的显示控制核心，它由单片机芯片80C51F040以及显示触摸屏0CM480I72T430为主要元件构成，单片机芯片处理传感器检测电路的信号，通过控制电力软开关变换电路从而控制充电电压及电流的变化。显示触摸屏一方面作充电状态显示，另一方面也通过它作充电参数的人机界面设置。[0011]在上述技术方案中，电力软开关变换电路作为功率变换的核心，包含控制驱动电路，准谐振高频变换电路，高频输出整流滤波电路。控制驱动电路由信号调理、直流母线过流检测、PI调节器、谐振控制芯片UC3875、隔离驱动电路组成、保护电路。准谐振高频变换电路由四只高速IGBT、谐振电感、隔直电容、高频变压器组成。高频输出整流滤波电路由高频整流二极管、输出滤波电感、输出电容组成。·[0012]本实用新型结构简单，功能完善，与现有技术相比具有以下优点I)充电方式可以选择手动与自动两种方式，充电参数的设置可以通过触摸屏设定，触摸屏还可以作为充电状态及故障显示。2)通过对电池种类的选择，可以对铅酸、铁锂、镍氢等多种电池充电，一机多用，节省开支。3)动态检测电池的状态温度、内阻、容量等参数，优化充电曲线，使充电低耗高效，延长电池使用寿命。
图I为本实用新型智能化电池充电机的整体电路原理框图。图2为本实用新型实施例中三相输入整流滤波电路原理图。图3为本实用新型实施例中传感器检测电路连接图。图4为本实用新型实施例中单片机充电控制电路原理框图。图5为本实用新型实施例中电力软开关变换主电路原理图。图6为本实用新型实施例中软开关变换谐振控制原理图。图7为本实用新型实施例中软开关变换IGBT驱动电路原理图。图8为本实用新型实施例中软开关变换保护控制原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。如图I所示，一种智能化电池充电机，它包括三相输入整流滤波电路，电力软开关变换电路，单片机充电控制及显示控制电路，电压、电流、温度传感器检测电路等四部分。以单片机充电控制及显控电路为核心，通过检测电池的电压、电流、温度、容量等信号，控制输出电力软开关变换电路的给定及反馈信号，从而控制软开关变换电路输出的充电电压及电流。如图2所示，所述三相输入整流滤波中，限流电阻Rl的作用是在接触器Jl开机闭合时，限制电解电容Cl的充电电流，防止电流过大损坏整流桥D1，当电容Cl上的电压与三相桥的输出电压相等时，直流继电器J2动作闭合，将限流电阻Rl短接切除。Jl的常闭辅点和R2串联连接，目的是当关机时，Jl断开，R2自动并联接入Cl，将Cl的余电尽快放完，以利设备安全。如图3所示，所述传感器检测电路中，包括四路信号(两个电压，两个电流)，即输出电压Uf，电池电压Vbt，输出电流If，变换器母线电流Ib。其电压传感器型号为LV25-P，电流传感器型号为LA100-P。两种传感器均采用磁平衡式，可以得到较高的精度及较快的反应时间。电池温度、容量、散热器温度等信号的数据采集由单片机控制电路完成。[0028]如图4所示，所述单片机充电控制电路中，其功能是通过软件分析计算确定恒压、恒流充电模式及充电数值。以单片机芯片80C51为核心(其内部包含A/D及D/A功能)，输
入Uf, VBT, If, FAULT等信号，温度、容量通过DS18B20采集。给定信号Vg由单片机D/A产生，反馈信号Vf由模拟信号开关芯片DG408切换电压Uf及电流If完成，分别对应恒压及恒流模式。CAN通讯芯片CTM1050作为对外的一种通讯连接方式，可以远程监控，显示触摸屏0CM480I72T430显示触摸屏一方面作充电状态显示，另一方面也通过它作充电参数的人机界面设置。如图5所示，所述电力软开关变换主电路中，主要包括准谐振高频变换电路，以及高频输出整流滤波电路。准谐振高频变换电路中，Tl - T4为高频IGBT，他们的寄生电容与谐振电感LI共同组成准谐振电路，工作频率20KHZ，准谐振电路的目的是实现零电压、零电流开关，即软开关，最大限度的降低IGBT的开关损耗；图中的C2为交流隔直电容，滤除掉电路中的直流分量，确保高频变压器线性工作；图中的D5/C5/R5为母线电压尖峰吸收电路；高频变压器B2通过变比使付边得到合适的输出高频电压。高频输出整流滤波电路的目的是将高频电压变成直流电压，它由高频整流二极管D2、D3，高频电感L2，输出滤波电容C3组成；R6/C6/R7/C7为高频整流二极管的RC尖峰吸收电路；在这里，我们使用了全波整流电路，原因是由于输出电压较低，全波整流电路可以使高频整流二极管的导通损耗最小。如图6所示，所述软开关变换谐振控制中，它包括555定时器芯片以及谐振移相控制芯片UC3875组成，555主要起定频作用，UC3875的作用是依据控制信号移相，即输出四个全桥IGBT控制脉冲0UTA/B/C/D，这四组信号频率相同，但相位不同，而且相位可调，通过这种移相方式，可以实现IGBT的软开关。如图7所示，所述IGBT驱动电路，为四路IGBT驱动电路中的一路。共地的信号要经过信号整形放大，单极性转双极性功放，驱动变压器三部分组成。TPS2812是一种IGBT小功率驱动电路，它兼有波形整形及放大的作用。11T1-11T4为两对图腾开关三极管，主要是极性转换及功率放大，最后是I : I的隔离驱动变压器。这种电路的最大好处是可以省略8路隔离驱动电源。如图8所示，所述电力软开关变换器保护控制电路，包括直流母线过流、输出过流、散热器过温三种保护，图中只给出了直流母线过流的典型电路。UlO为比较器芯片，它将直流母线传感器信号与固定设定值作比较，当大于设定值时，Uio翻转输出“0”，触发器Ulll将信号锁存，一方面LED显示，另外也封锁UC3875芯片，禁止脉冲输出，达到停机目的。另外，输出过流、散热器过温两种保护电路与此处理方式相同。综上所述，本实用新型功率放大器的各项技术性能如下I、输入电压(三相五线制)AC380V±10% ;50_60Hz±10%2、恒压输出DC 2-48V ;电位器或数字设置，连续可调。最大功率4. 8KW。3、恒流输出DC 0-100A ;电位器或数字设置，连续可调。最大功率4. 8KW。4、输出纹波彡1% (满载)5、电压稳定精度彡O. 5% ;电流稳定精度<1%7、工作效率(应用于车载，输出电压200-400VDC时)彡90%8、工作状态可以保持长期工作和单次充电9、安全指标绝缘电阻彡200ΜΩ 耐压1500V/min[0042]10、充电模式手动+自动[0043]11、具有充电电压、电流、充电状态、显示和参数设定功能。[0044]11、具有过流，短路，电池反接，过温保护，故障报警和显示功能。[0045]12、冷却方式风冷[0046]13、体积400 X 335 X 260 (mm)14、重量15kg
权利要求1.智能化电池充电机，其特征在于它包括单片机充电控制电路将传感器检测电路的信号以及触摸屏的参数设置信息综合计算，产生充电电压及电流的控制信号，控制电力软开关变换电路使之输出相应的充电电压及充电电流；电力软开关变换电路的功率输入端与三相输入整流滤波电路的输出端相连，电力软开关变换电路的控制信号输入端与单片机充电控制电路的输出端相连，电力软开关变换电路的功率输出端与电池组相连。
2.根据权利要求I所述的智能化电池充电机，其特征是电力软开关变换电路中的控制驱动电路包含的信号调理、PI调节器、谐振控制芯片UC3875电路；由单片机充电控制电路提供的充电电压、电流给定信号Vg、Vf经0P07芯片组成的信号调理电路后，再经过一个0P07芯片进行PI调节，最后提供给谐振芯片UC3875N，由它产生四个谐振移相信号输出给隔离驱动电路。
3.根据权利要求I所述的智能化电池充电机，其特征是电力软开关变换电路中的控制驱动电路包含的隔离驱动电路是由TPS2812芯片电路为核心的驱动电路，它内部将输入的单极性信号转变为双极性信号输出并功率放大，然后通过两对开关三极管利用单极性电源将双极性信号功率再放大，输出给驱动变压器的原边，驱动变压器的付边输出与IGBT的栅极相连；本电路中IGBT共有四只，其栅极驱动本需要八路独立的电源，此驱动电路只需要一路共地的单电源就可以解决四只IGBT的栅极驱动需要八路独立电源的问题。
4.根据权利要求I所述的智能化电池充电机，其特征是电力软开关变换电路中的控制驱动电路包含的保护电路是由变换器直流母线过流、输出电流过流、散热器过温三种保护电路组成；过流信号由电流传感器信号If、Ib与可设置的门槛值经比较器LM311芯片后产生，散热器过温信号由常开的温度继电器动作产生；这三种信号通过触发器芯片CD4044后自动锁存，最后封锁谐振芯片UC3875N电路以及TPS2812芯片的驱动电路。
5.根据权利要求I所述的智能化电池充电机，其特征是单片机充电控制电路为本充电机的显示控制核心，它由单片机芯片80C51F040以及显示触摸屏0CM480I72T430为主要元件构成，单片机芯片处理传感器检测电路的信号，包括电压、电流、容量、温度等，通过输出Vg、Vf给控制电力软开关变换电路从而控制充电电压及电流的变化；显示触摸屏一方面作充电状态显示，另一方面也通过它作充电参数的人机界面设置；对外通讯使用CAN总线芯片CTM1050实现。
6.根据权利要求I所述的智能化电池充电机，其特征是单片机充电控制电路为本充电机的显示控制核心，它对电池的温度采样通过使用DS18B20芯片实现，简单、准确、可靠。
专利摘要目前市场上的充电机，充电模式单一，不能满足对多品种电池的充电，不能检测电池的温度及容量，无法优化充电曲线，导致充电低效或者影响电池寿命。本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种智能化电池充电机。它是一种输入三相380V电源，依据电池的种类及容量的不同，自动生成充电曲线，采用软开关变换器，低耗高效，输出可变化的直流电压及电流的电源装置，功率4.8KW。它能满足不同种类的电池及容量的充电要求。
文档编号H02J7/02GK202737550SQ20122041585
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者王映波, 张阳, 龚林, 张家贵, 吴小丽, 盖忠伟, 何锦坤, 易先兵 申请人:武汉新瑞科电气技术有限公司