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1、(10)申请公布号 CN 102496993 A (43)申请公布日 2012.06.13 C N 1 0 2 4 9 6 9 9 3 A *CN102496993A* (21)申请号 201110391954.6 (22)申请日 2011.12.01 H02J 7/02(2006.01) (71)申请人江苏银佳企业集团有限公司 地址 212200 江苏省镇江市扬中市开发区港 兴路868号 (72)发明人檀三强 肖练 朱忠伟 宁振坤 吴宗强 季程荣 (74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人楼高潮 (54) 发明名称 快速充电机 (57) 摘要 本发明公开了一种快速。
2、充电机，三相交流电 源接入输入保护电路、桥式整流电路、无源PFC电 路、平滑滤波电路、DC/DC变换电路，DC/DC变换电 路输出至蓄电池组，微处理器与谐振电压型双环 控制电路相连以控制DC/DC变换电路工作，反馈 采样电路的反馈信号接入谐振电压型双环控制电 路，过温保护电路对谐振电压型双环控制电路进 行保护，放电检测电路检测蓄电池组的放电信号， 并将放电信号传递给微处理器，充电电压检测电 路检测蓄电池组的充电电压，并将信号传递给微 处理器，微处理器接充放电参数显示电路、RS485 通信接口。本发明对铅酸蓄电池安全快速充电，并 提高电动设备的利用率。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说。
3、明书3页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种快速充电机，其特征在于，包括输入保护电路（1）、桥式整流电路（2）、无源PFC 电路（3）、平滑滤波电路（4）、DC/DC变换电路（5）、谐振电压型双环控制电路（6）、过温保护 电路（7）、反馈采样电路（8）、微处理器（9）、放电检测电路（10）、RS485通信接口（11）、充放 电参数显示电路（12）、充电电压检测电路（13），三相交流电源接入输入保护电路（1），输入 保护电路（1）接桥式整流电路（2），桥式整流电路（2）接无源PFC电路（3。
4、），无源PFC电路 （3）接平滑滤波电路（4），平滑滤波电路（4）接DC/DC变换电路（5），DC/DC变换电路（5）输 出至蓄电池组（14），所述微处理器（9）与谐振电压型双环控制电路（6）相连，谐振电压型双 环控制电路（6）控制DC/DC变换电路（5）工作，所述反馈采样电路（8）的反馈信号接入谐 振电压型双环控制电路（6），所述过温保护电路（7）对谐振电压型双环控制电路（6）进行保 护，所述放电检测电路（10）检测蓄电池组（14）的放电信号，并将放电信号传递给微处理器 （9），所述充电电压检测电路（13）检测蓄电池组（14）的充电电压，并将信号传递给微处理 器（9），所述微处理器（9）接充。
5、放电参数显示电路（12）、RS485通信接口（11）。 2.如权利要求1所述的快速充电机，其特征在于，所述DC/DC变换电路（5）由18个相 同的DC/DC模块串联而成，每个DC/DC模块输出端接一个反向偏置二极管。 权 利 要 求 书CN 102496993 A 1/3页 3 快速充电机 技术领域 0001 本发明涉及一种快速充电机，尤其涉及一种对普通铅酸蓄电池进行大电流充电的 快速充电机，属于充电设备技术领域。 背景技术 0002 由于能源危机和日益严重的环境污染问题，人们越来越多地将目光投向电动领 域。铅酸蓄电池在电动汽车和电动自行车以及EPS应急电源中的应用十分广泛，铅酸蓄电 池具有价。
6、格低廉、电压稳定、供电可靠等优点，尤其是全密封免维护铅酸蓄电池具有密封 好、无泄漏、无污染、无需维护等优点，有良好的应用前景。作为电动车辆动力电源的铅酸蓄 电池常规充电往往需要 1 0小时以上，过长的充电时间使电动设备的利用率大大下降。为 提高其利用率，现有技术采取提高一次充电的里程数， 即增加电池容量，或备份一组电池 的方法， 但是会大大提高设备的成本和更换电池的麻烦。因此，设计开发一种快速充电机， 缩短铅酸蓄电池充电时间，提高电动设备的利用率具有十分重要的意义。 0003 电池的快速充电理论最早源于2 0世纪6 0年代中期美国人马斯( J A Ma s ) 的充电曲线，如图1所示，这是马斯。
7、采用小容量启动型铅酸蓄电池进行实验而得到的曲 线，并可归纳为马斯定律，其主要论点为： 蓄电池是依据其充电接受率而接受充电，即低 于曲线值的充电将延长充电时间，但超过曲线值的充电不仅不会缩短充电时间，相反会增 高电池气压和温度。由此推论： 蓄电池只有在获得较大的充电接受率而同时能抑制电池 析气条件下，方可以在较短的时间内充足电量。依据充电电流特性曲线，在某个时间t 内充 入蓄电池的电量为： 当蓄电池经过长时间(t) 充电而达到额定容量 C时，则 C= I 0 /，即充电电流 接受率是I 0 与 C的比值。由此可知，要使电池充电达到预期容量，则充电接受率愈大， 充电速度也愈快。由图 1 看出，只要。
8、充电电流不超过蓄电池可接受的电流，电池内部就不 会产生大量的气体。倘若整个充电过程中实际充电电流始终等于或接近于蓄电池可接受的 充电电流，则电量充足的时间将大大缩短，并且电池析气率也能控制在最小范围内。 马斯实验表明蓄电池容量越大时，电池可接受的初始充电电流愈大。马斯实验还表 明电池接受充电电流的能力，与电池放电电流有关，即放电电流愈大时，可接受的初始充电 电流愈大。 进行大电流脉冲充电时，为了消除极化作用，采用短时间的停止充电来解决离 子扩散速度低于化学反应速度的问题，浓差极化将会减小；若在短时间停止充电后，接着以 大电流进行短暂放电，则积累在正负极板上的电荷迅速消失，电化学极化也得到有效控。
9、制， 而且可减小电池温升。因为蓄电池放电的电化学反应是吸热反应， 由内阻产生的热量可以 被电化学反应吸收。 说 明 书CN 102496993 A 2/3页 4 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种快速充电机，对铅酸蓄电池安全快速充电，以降低电 动设备的电池成本，并提高电动设备的利用率。 0005 本发明的目的通过以下技术方案予以实现： 一种快速充电机，包括输入保护电路1、桥式整流电路2、无源PFC电路3、平滑滤波电路 4、DC/DC变换电路5、谐振电压型双环控制电路6、过温保护电路7、反馈采样电路8、微处理 器9、放电检测电路10、RS485通信接口11、充放电参数显示电路12、充电。
10、电压检测电路13， 三相交流电源接入输入保护电路1，输入保护电路1接桥式整流电路2，桥式整流电路2接 无源PFC电路3，无源PFC电路3接平滑滤波电路4，平滑滤波电路4接DC/DC变换电路5， DC/DC变换电路5输出至蓄电池组14，所述微处理器9与谐振电压型双环控制电路6相连， 谐振电压型双环控制电路6控制DC/DC变换电路5工作，所述反馈采样电路8的反馈信号 接入谐振电压型双环控制电路6，所述过温保护电路7对谐振电压型双环控制电路6进行保 护，所述放电检测电路10检测蓄电池组14的放电信号，并将放电信号传递给微处理器9，所 述充电电压检测电路13检测蓄电池组14的充电电压，并将信号传递给微。
11、处理器9，所述微 处理器9接充放电参数显示电路12、RS485通信接口11。 0006 本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现： 前述快速充电机，其中DC/DC变换电路5由18个相同的DC/DC模块串联而成，每个DC/ DC模块输出端接一个反向偏置二极管。 0007 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明研制的蓄电池快速充电机， 以马 斯定律为指导，采用脉冲充电和脉冲放电去极化技术，当蓄电池以正脉冲电流充电结束时， 立即施加负脉冲电流放电，致使浓差极化和电化学极化电势的影响快速消除。在正负脉冲 周而复始作用下，蓄电池就能够快速充足电量。 附图说明 0008 图1是马斯定律曲线； 图。
12、2是本发明的电路结构图； 图3是DC/DC变换电路结构图； 图4是充电电压检测电路图。 具体实施方式 0009 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。 如图2所示，本发明包括输入保护电路1、桥式整流电路2、无源PFC电路3、平滑滤波电 路4、DC/DC变换电路5、谐振电压型双环控制电路6、过温保护电路7、反馈采样电路8、微处 理器9、放电检测电路10、RS485通信接口11、充放电参数显示电路12、充电电压检测电路 13，三相交流电源接入输入保护电路1，输入保护电路1接桥式整流电路2，桥式整流电路2 接无源PFC电路3，无源PFC电路3接平滑滤波电路4，平滑滤波电路4接DC/DC变换电。
13、路 5，DC/DC变换电路5输出至蓄电池组14，所述微处理器9与谐振电压型双环控制电路6相 连，谐振电压型双环控制电路6控制DC/DC变换电路5工作，所述反馈采样电路8的反馈信 号接入谐振电压型双环控制电路6，所述过温保护电路7对谐振电压型双环控制电路6进 说 明 书CN 102496993 A 3/3页 5 行保护，所述放电检测电路10检测蓄电池组14的放电信号，并将放电信号传递给微处理器 9，所述充电电压检测电路13检测蓄电池组14的充电电压，并将信号传递给微处理器9，所 述微处理器9接充放电参数显示电路12、RS485通信接口11。其中DC/DC变换电路5由18 个相同的DC/DC模块串。
14、联而成，每个DC/DC模块输出端接一个反向偏置二极管。 0010 由于整机输入功率较大，同时考虑开关电源的谐波电流较大，采用三相三线制供 电较为合理，所以本充电机采用三相三线380VAC作为整机输入电源。E MC网络由差模滤波 器和共模滤波器组合而成。功率因数补偿网络采用无源PFC补偿，由 L C并联网络和串联 网络组成。可以将功率因数从 0.7补偿到 0.9以 上。由于输入电压为高压380VAC，整流 滤波后达到500V以上，所以DC/DC模块采用了全桥移相谐振软开关技术，实现了功率 MOS 管的零电压开关，降低了开关损耗和电压应力，也大大降低了模块的电磁干扰。功率 MOS管 选用了耐压为8。
15、00V的大功率 MOSFET，提高了模块的可靠性。高频变压器选用了钴基非晶材 料，由于非晶材料的饱和磁感应强度远大于铁氧体，所以体积小、重量轻，增加了电源模块 的功率密度。微处理器9选用TI公司的MSP430F1232型单片机，该单片机属于中档类型， 价格较低，功能强大。微处理器9根据对蓄电池实时检测的电压、电流等参数，通过快速充 电的数学模型得到实时的充、放电控制指令，分别控制DC/DC变换电路5的充电输出和放电 回路的放电，达到快速充电的目的。微处理器9同时将充放电参数送显示器显示。放电是 反极化的主要措施，放电回路工作的正常与否，会影响电池在充电过程中的极化反应，微处 理器9对放电回路进。
16、行实时检测和报警保护，确保放电回路正常工作。 0011 如图3所示为D C/D C模块的串联组合图 ，每个DC/D C模块输出为 1 5 V /200 A，在本充电机中采用18个相同的模块串联组，其中Dl D 18 为反向偏置二极管，在负载 短路或在电源开机时，反向偏置二极管提供了一个反向电流的通路，限制了加在各输出端 上的反向电压，可以起到保护作用。18个模块串联组合后输出最高可达 270V/200A。用微 处理器9控制,使得开关电源给出脉冲电压，对电池快速充电。 0012 如图4所示为充电电压检测电路13，在此电路中主要运用到U1(型号为A7840)线 性光耦，它的主要功能是强、弱电信号的。
17、隔离，它的最大输入电压为320mV，差分信号输出方 式。内部输入电路有放大作用，且为高阻抗输入，能不失真的传输mV级交、直流信号，输出 信号作为后级运算放大器差分输入信号，具有1000倍左右的电压放大倍数。在此电路中， DC+为电池组正极，DC-为电池组负极，电池组电压通过分压电阻R1、R2分压，得到200mV 300mV电压，此电压信号经电阻R3引入到U1（A7840）的2、3输入脚上，经U1实施强、弱电 隔离后，形成差分信号输入到U2（OP27）运算放大器的2、3脚，本级电路接成电压跟随器， 输出端DCOUT引入单片机AD采样端，通过AD采样计算出实时充电电压。 0013 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形 成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。 说 明 书CN 102496993 A 1/4页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102496993 A 2/4页 7 图2 说 明 书 附 图CN 102496993 A 3/4页 8 图3 说 明 书 附 图CN 102496993 A 4/4页 9 图4 说 明 书 附 图CN 102496993 A 。