专利名称：多种蓄电池多模式大功率充电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动化技术领域，具体指一种用于各种蓄电池、各种 充电模式的大功率充电技术装置。
背景技术：
目前广泛使用的大功率蓄电池一般有牵引型、动力型液体铅酸蓄 电池、免维护铅酸蓄电池两种。其充电装置一般只对一种蓄电池充电， 一般也只有一种充电模式，即一台充电装置只能对一种蓄电池进行一 种模式的充电。
随着蓄电池科研和制造技术的迅速发展，多种新型的动力型、牵 引型蓄电池不断地被发明、发现和应用于各种实际场合，例如镉镍电 池、氢电池、锂电池、电容电池……等等，还有各种在实验室已经取 得成功、即将付诸实用的电池，正在大力研究开发的电池等等。但是 目前大多数充电装置的充电模式仅仅适用于一种蓄电池。因此，每出 现一种新型的蓄电池，人们就得不胜其烦地设计专为该种蓄电池用的 充电装置。由此充电装置的种类规格也就不断地增加。
在目前大多数充电装置的输出电流的控制过程中， 一般仍然采用
手动控制或传统的PID控制算法，很少采用智能控制技术。而传统控 制方法已难以满足蓄电池对充电装置自动化的程度和其输出的电流 控制精度及效果等越来越高的要求。从20世纪80年代开始出现了较 为新颖的恒流分阶段充电模式。这种充电模式在一定程度上可以提高 充电效率，延长蓄电池寿命。但是实际应用效果较差，还存在许多弊 病，例如一机不能同时适应两种以上的蓄电池，充电模式单一，充电效率低，易损坏蓄电池，无法实现远程控制及无记忆能力等。
发明内容
本发明目的是克服上述现有技术存在的种种缺失，而提出一种多 种蓄电池多模式大功率充电装置，其基于用若干个二元高阶代数方 程，模拟充电装置输出的多个电流曲线(此代表多个充电模式)，并 把它们设计成程序语言，输入单片机存储器，以此来精确控制充电装 置三相可控整流电路，把三相交流电变成可控的直流电流的充电全过 程的设计思路。
该装置包括(如附图l所示)三相可控整流系统、充电曲线的预 置和形成算法控制模块、充电电流与预置曲线偏差的消除过程算法控 制模块、充电完成鉴别并结束充电算法控制模块、蓄电池软保护算法 模块以及通讯接口及其通讯软件等六部分组成。
其中，充电曲线的预置、形成、控制算法模块含有辅助PID算法。 开机后充电装置按照输入的操作命令控制输出直流电流。充电装置的 输出电压、电流通过检测电路转换成相应的信号与数值，与预选的充 电曲线进行实时比较。如果比较结果出现偏差，该装置会按照此偏差 信号与偏差数值不断进行修正。如此不断地检测——信号转换——修 正，使得充电装置的输出电流曲线完全符合原来预选的充电曲线，直 至整个充电过程完成。因此，将来每出现一种新型的蓄电池，每需要 设计一种新的充电模式，都可以通过大型计算机计算出相应充电曲线 的二元高阶代数方程,并把它设计成程序语言，存入单片机存储器中， 形成相对于一种新型的蓄电池所需要的一种新的充电模式。理论上，这种按照设计要求的新的二元高阶代数方程可以计算出 无限多个，与此相对应的充电曲线也就有无限多个。也就是说该种充 电装置可以对目前和以后若干年内出现的任何种类的蓄电池都可以 进行任何充电模式的充电。
本发明的技术方案包括
一、 三相可控整流系统
三相可控整流系统包括可控整流电路、移相触发电路。该系统 的主要任务是把三相交流电流转换成可以控制的直流电流。在该系统 中，采用线性度好、移相范围宽、能宽脉冲触发的集成移相触发电路。 由微机D/A转换电路送来的控制电压对移相触发电路进行控制，其受 控输出的移相触发脉冲去触发可控整流电路中的大功率可控硅，改变 它们的控制角，进而改变充电装置的输出电流。
二、 充电曲线的预置和形成过程
根据高等数学方程的原理，每根平面曲线都可以用一个或若干个 二元多阶数学方程表达(为兼顾数学方程的计算复杂度和难易度，及 描述曲线符合度，本发明拟采用二元六阶的数学方程较为适宜)。它 们的表达式为
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
均为常数数值。
每一组数值与未知元素X、 Y的组合，就是一个二元六阶方程，
也就是一根或者一段充电曲线。当多组常数数值确定后，就建立了多
个二元六阶方程，也就有多根充电曲线，由此可以构成一种新的充电
模式。由此可知，可建立许多种乃至无穷多种的充电模式。
经过大型计算机的模拟和运算，把一个能够完成该种充电模式的 多个二元六阶数学方程的常数数值计算出来，然后把这些数学方程设 计成程序语言存入到充电装置的存储芯片中，充电装置就将按照预先 设置的充电模式运行。这就是充电装置充电曲线的预置和形成过程。 三、充电电流与预置曲线偏差的消除过程
开机后充电装置按照输入的操作命令选择某个充电模式控制输 出直流电流。充电装置内的电压、电流检测电路实时把充电装置输出 的电压、电流转换成相应的信号与数值，并与预设的充电曲线进行比 较。如果比较结果无偏差，充电装置维持原输出电流不变；如果出现 第一次偏差，充电装置按照此偏差信号与偏差数值对充电装置的输出 电流进行第一次修正，使充电装置的输出电流向预设的输出电流接 近；如果出现第二次偏差，充电装置按照此偏差信号与偏差数值对充 电装置的输出电流进行第二次修正，使充电装置的输出电流向预设的 输出电流更加接近。如此不断地检测——信号转换——比较——修正 的循环，使充电装置的输出电流曲线最终精确地符合预设充电曲线， 直至整个充电过程完成。四、 充电完成鉴别并结束充电
充电装置在充电过程中始终紧密地监视充电电流，随时检测蓄电 池端电压上升曲线的角度^ 。如果检测到在充电过程蓄电池电压上升 的角度(即蓄电池电压上升曲线与时间水平线的夹角e)，小于微机 内存储的充电结束时的电压上升角度^时，充电装置即认为在充的 蓄电池(不论新旧)即将充满。充电装置立即自动转入充电结束处理 程序，短时间内迅速把充电电流降为零，然后关机。这种能自动识别 新旧蓄电池是否充满的功能，可以保证蓄电池精确地充满充足，有效 地避免蓄电池"过充"和"欠充"现象的发生，有效地节约了电能、
縮短了充电时间、延长了蓄电池的寿命。如附图2蓄电池端电压与时 间轴的夹角C所示。
五、 蓄电池软保护
任何种类的蓄电池都有它的额定容量(例如蓄电池外壳上标有 500Ah字样，即表示该蓄电池的额定容量为500安时)。蓄电池在充 电时，由于内阻的存在，其内部的电池极板和电介质在电能——化学 能的转换过程中会发热，而且蓄电池的电能——化学能的转换速率也 有一定的限制。所以，每种蓄电池的适宜的充电电流与它的额定容量 都有一个合适的比例，即充电系数。如果超出这个充电系数，轻则造 成蓄电池温升过快过热，縮短蓄电池的寿命，重则造成蓄电池短时间 内报废的恶果。
现有的充电装置，它只有保护充电装置本身是否过载的保护功 能，而不能保护蓄电池是否被大电流充坏。本发明具有蓄电池软保护 算法模块，它可以根据在充蓄电池的额定容量大小，其设定一个既不影响充电过程的进行，又可以保护蓄电池不会因充电电流过大损坏蓄 电池的充电系数(也称保护系数)，储存在微机的存储器中(必须指 出的是，不同种类的蓄电池由于其充电特性不同，其充电保护系数也 各不相同)。对于不同额定容量的某种蓄电池，保护系数相同，但是 它可充的最大的直流电流的数值则因蓄电池额定容量的不同而不同。 如果充电装置输出的电流一旦超出这个最大值但又没有达到充电装 置最大的输出电流值，充电装置也会自动关机，从而有效地保护了蓄 电池。
六、通讯接口及其通讯软件
本发明充电装置的通讯接口及装有的与中央主控计算机联机通 信的软件，可实现远程多机联网和中央计算机集群监控，开机停机和 各种充电参数可远程也可本地设置和控制，过去操作情况自动记录显 示打印，当前充电装置全貌或单机充电状态参数画面均可显示，大大 方便了操作人员和主管部门遥测、遥控、各种数据的统计管理。具有 完成远程访问、通讯、操作等功能。
与现有技术相比，本发明主要有以下特点
具有多种充电模式，可以对目前现有的各种大功率蓄电池进行有 效的高效率的充电；具有充电模式大容量扩展的功能，可以对将来几 十年内出现的任何种类的大功率蓄电池进行有效的高效率的充电；本 装置以随时检测蓄电池端电压上升曲线时间水平线的夹角C的方法， 检测在充的蓄电池(不论新旧)是否充满的方法，以精确保证在充蓄 电池充满，防止对蓄电池有害的"过充"、"欠充"现象的发生；具有蓄电池软保护功能，保护在充蓄电池不会被因过大电流充坏；本装置
设有与中央主控计算机联机通信的软件，可实现远程多机联网和中央
计算机集群监控。
图l为本发明结构原理框图； 图2为本发明的一种充电特性曲线。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步描述
本发明的一种多种蓄电池多模式大功率充电装置，其由三相可控 整流系统l、充电曲线的预置和形成过程算法控制模块2、充电电流 与预置曲线偏差的消除过程算法控制模块3、充电完成鉴别并结束充 电算法控制模块4、蓄电池软保护算法模块5和通讯接口及其通讯软 件6组成。
所述的多种蓄电池多模式大功率充电装置，其中 充电曲线的预置和形成过程算法控制模块2储存有经大型计算
机的模拟和运算，将完成某一充电模式的多个二元六阶数学方程的常
数计算数值并程序化的语言；
充电电流与预置曲线偏差的消除过程算法控制模块3储存有某
一充电模式控制输出直流电流，并与预设的充电曲线进行比较并不断
地检测——信号转换——比较——修正的循环，直至完成整个充电过
程的程序。
充电完成鉴别并结束充电算法控制模块4储存有在充电过程中充电电流，随时检测蓄电池端电压上升曲线的角度C变化及小于设定
充电结束时的电压上升角度(T时的充电结束处理、关机的程序。
蓄电池软保护算法模块5储存有根据不同种类的蓄电池因其充 电特性不同，其充电保护系数和充蓄电池的额定容量大小不同，设定 了一个既不影响充电过程的进行，又可以保护蓄电池不会因充电电流 过大损坏蓄电池的保护系数的程序。
所述的多种蓄电池多模式大功率充电装置，其三相可控整流系统 1，包括可控整流电路、移相触发电路。
综上所述，本发明的一种多种蓄电池多模式大功率充电装置，具 有适应多种蓄电池和多种充电模式的各种大功率蓄电池进行有效的 高效率的充电及扩展充电模式的功能；具有蓄电池软保护功能，保护 在充蓄电池不会被因过大电流充坏；具有随时检测和鉴别在充蓄电池 是否已经充满和自动结束关机的功能，避免蓄电池不会出现"过充" 和"欠充"现象发生，节约了电能、縮短了充电时间、延长了蓄电池 的寿命；并具有与中央主控计算机联机通信的软件，可实现远程多机 联网和中央计算机集群监控等特点。
权利要求
1、一种多种蓄电池多模式大功率充电装置，其特征是，由三相可控整流系统(1)、充电曲线的预置和形成过程算法控制模块(2)、充电电流与预置曲线偏差的消除过程算法控制模块(3)、充电完成鉴别并结束充电算法控制模块(4)、蓄电池软保护算法模块(5)和通讯接口及其通讯软件(6)组成。
2、 如权利要求1所述的多种蓄电池多模式大功率充电装置，其 特征是，充电曲线的预置和形成过程控制模块(2)采用辅助PID算 法，储存有经大型计算机的模拟和运算，将完成某一充电模式的多个 二元六阶数学方程的常数计算数值并程序化的语言；充电电流与预置 曲线偏差的消除过程控制模块(3)储存有某一充电模式控制输出直 流电流，并与预设的充电曲线进行比较并不断地检测——-信号转换一 一比较——修正的循环，直至完成整个充电过程的程序；充电完成鉴 别并结束充电算法控制模块(4)储存有在充电过程中充电电流，随 时检测蓄电池端电压上升曲线的角度C变化及小于设定充电结束时 的电压上升角度《'时的充电结束处理、关机的程序；蓄电池软保护 算法模块(5)储存有根据不同种类的蓄电池因其充电特性不同，其 充电保护系数和充蓄电池的额定容量大小不同，设定一个既不影响充 电过程的进行，又可以保护蓄电池不会因充电电流过大损坏蓄电池的 保护系数的程序。
3、 如权利要求2所述的多种蓄电池多模式大功率充电装置，其 特征是，多个二元六阶数学方程与多种充电曲线、充电模式一一对应，其表达式为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;……均为由大型计算机根据实际所需充电曲线的图形计算完成的常数数值。 4、如权利要求l所述的多种蓄电池多模式大功率充电装置，其特 征是，三相可控整流系统(1)包括可控整流电路、移相触发电路。
全文摘要
本发明涉及一种多种蓄电池多模式大功率充电装置，为克服现有技术存在的充电模式单一，效率低，易损坏蓄电池，不能实现远程控制及无记忆能力等缺失。通过大型计算机计算出相应充电曲线的二元高阶代数方程，并将其设计成程序语言，存入单片机存储器中，形成相对于一种新的蓄电池所需要的一种新的充电模式。由三相可控整流系统、充电曲线的预置和形成过程算法控制模块、充电电流与预置曲线偏差的消除过程算法控制模块、充电完成鉴别并结束充电算法控制模块、蓄电池软保护算法模块和通讯接口及其通讯软件组成的充电装置，具有可对多种大功率蓄电池、多种充电模式进行高效率充电和扩展功能以及实现远程多机联网和中央计算机集群监控等特点。
文档编号G05B19/04GK101320917SQ20081003571
公开日2008年12月10日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者王义庆, 陈祖康 申请人:上海师范大学