[实用新型]三阶段控制均衡充电器

说明书

本实用新型涉及一种能对串联蓄电池组进行恒流、恒压、涓流浮充三阶段控制均衡充电的开关电源式充电器。

目前，对蓄电池公认的最佳充电方式是在初充阶段采用恒定电流充电，当额定电压为12V的铅酸蓄电池端电压上升至14.6V左右，转入恒定电压充电，在此阶段充电电流由额定值逐步下降，当充电电流下降至末期电流值时(12AH蓄电池为200mA左右)即认为电池已充足，转入涓流浮充阶段，浮充电压为13.6V左右，三阶段充电方式可有效地延长蓄电池的循环使用寿命。但是对于由多个电传串联而成的电池组，如果使用通常单组输出的充电器，仅控制电池组的总电压，由于电池组中各电池特性差异，电池端电压不能同步上升，上述电压设定也就失去了意义，这种由于充电不均衡而造成的个别电池充电不足，而其它电池过充电的现象，将会加速电池老化，电池组总体容量锐减，严重影响电池组的使用寿命。为了解决这个问题，国内外电池业界进行了大量研究，提出了多种能对串联蓄电池组实施均衡充电的方案。由于均衡充电器具有多组输出电压，分别对各电池进行均衡充电，如何分别采集各电池的电压电流信号并加以综合控制，是一个比较复杂的问题，这是因为串联电池组中各电池处于不同的电位，采样信号之间存在很高的共模电压，不能直接连接到充电控制器上去。国外在电动汽车的充电系统采用如下方式：每个蓄电池上分别安装了电流与电压传感器，模拟信号经A/D转换为数字量后，通过隔离光耦输入计算机进行集中控制，根据各电池的实际状况由软件程序确定充电参数，达到最佳的充电效果。这种方式虽然性能很好，但是电路复杂，价格昂贵，不可能应用在诸如电动助力车等民用产品上。中国实用新型说明书(00217070.1)提供了一种低成本的均衡充电器方案，该方案的主要特点是采用多个结构相同的输出绕组与整流电路，多组直流电压串联后分别与电池组中各个电池相连接，使得电池组中个电池的端电压同步上升，简化了电压控制电路，但是该方案没有提供在均衡充电的情况下，充电末期电流的采样与测量方法。缺少涓流浮充阶段的控制功能，按目前公知技术，直接采样某个电池充电电流的方法，在均衡充电器中并不适用，这是因为在均衡充电器中每个电池都有各自的充电回路，充电电流各不相同。

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、性能可靠，具有恒流、恒压、涓流浮充三阶段控制功能的均衡充电器。

本实用新型提供的是一种由电源整流电路、逆变电路、脉冲变压器、输出整流电路、恒流控制电路、恒压控制电路、涓流浮充控制电路等构成的开关电源式充电器，其特点在于：脉冲变压器1有多个相同的输出饶组，其脉冲电压分别整流成直流后接至输出端，充电器输出的多组电压与串联电池组中各个电池相连接，每个电池都有自己的充电回路，用电流互感器2进行充电末期电流采样，以实现涓流浮充控制功能，电流互感器2的初级串接在由脉冲变压器1初级W0与开关晶体管构成的回路中，次级与涓流浮充控制电路电路相连接。

为了保证均衡充电的效果，充电器的多组输出必须具有完全相同的输出电压特性，因此，脉冲变压器的多个输出绕组除了匝数相同外还应尽量做到电感量、内阻、与初级饶组的耦合度等各种参数完全一致，以下两种方法可以实现这个目的：

(1)脉冲变压器的多个输出绕组由平行并列的多根绝缘导线在变压器骨架上一次绕制而成。

(2)脉冲变压器的多个输出绕组由绞合成一股的多根绝缘导线在变压器骨架上一次绕制而成。

本实用新型均衡充电的功能是这样实现的：由于充电器多组输出饶组具有相同感应电势E，每个电池都有各自的充电回路，设某个电池的端电压为VX，整流元件压降为VD，回路内阻为r，根据欧姆定理，该回路的充电电流ix=(E-VD-VX)/r，当各电池的端电压不一致时，电路有自动调节各回路电流的功能，在总电流不变的情况下(输出总电流由恒流电路控制)，落后电池的端电压与输出绕组感应电势E的电压差较大，流经该回路的充电电流也较大，该电池端电压上升速度较快，反之，端电压较高的电池分配到的充电电流较小，端电压上升速度较慢，这样的充电效果使得各电池之间原有的端电压差在充电过程中不断减少，直至完全消失。由于在充电末期各电池具有相同的端电压，因此只要对输出总电压进行测量和控制，就可以保证串联电池组中每个电池都能充到预定的恒压值与浮冲电压值，大大简化了电路。

单个蓄电池的额定电压一般在12V或12V以下，因此，输出整流元件可以采用肖特基二极管，以降低整流元件压降所引起功率损耗。