变流脉冲充电及状态控制制造技术

本设计给出了充电电流无级减幅控制和系列化变流脉冲充电装置的电路。装置以应变于信息性电池取样电压而微分变幅变频地特性控制的充放电电流脉冲序列，自动进行使蓄电池状态良化的快充和浮充电，能保证电池寿命和使用，能广泛应用而利于民用蓄电池的推广；其中状态控制部分可使其他充电装置能点滴式浮充和限电压上升率停充等，以避免电池因过充和连续流浮充而受损。典型实施是可多种容量变节数串联充电的镉镍圆柱电池多功能自动充电器。（*该技术在1998年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本设计属于蓄电池充电装置，是在深入研究各类蓄电池充电特性基础上提出的、用于中小容量各类蓄电池的充电发生系统电路构成和充电装置附属的充电状态控制电路。一、充电特性和现有技术蓄电池充电是复杂的电化学过程，在实现高效和低副作用上尚有被忽略和实用中未解决的问题使电池的使用性能和寿命下降。现列举有关充电特性以说明现有技术的不足和本设计的依据。连续大电流充电的作用随充电的进行，电化学反应必有的正向阻碍因素连续累积而不断强化，电能转化效率和电导等下降，电极物质和电解液等的物化状态(包括浓度)趋向不均匀和不良，极板上电荷积累使局部表面电荷过高，从而无需充电电流超过电池可接受值就很快开始产气；析出微气泡大多来不及脱离电极，造成电极与电解液接触弱化和电极的活性、有效真实面积减少等，进一步恶化充电过程；电池内多种不利因素互为增强，易造成电极物质结构疏松、强度下降，促使正负极间物质迁移和电极物质、电解液的变性，产气发热则基本难免。适当增大电流幅值作用相对于经典小电流，有助于电极生成物质微晶化而提高活性、增加电极真实表面积和减小内阻，可使放电容量和电流增加，并因提高过电位而使明显产气滞后。长期连续流浮充电作用促使电极物质晶粒粗大和可能枝形生长，显著加强电极物质迁移，易造成正极增厚、电解液被分解和吸附而增浓和干涸、隔膜破损等，电池因而提前损坏。电池充电产气还有使电极物质受化学腐蚀、机械破损的作用。电池充电温度特性主要影响端电压和充电效果的电极极化和浓差极化有较大的负温度性且因充电方式而异，电动势呈较小的正温度系数一般可忽略，充电转化率在常温下较高、温度过高过低时下降；连续充电时端电压和可接受电流在温度较低时分别明显增加和减少。电池充电可接受电流主要取决于电池，并受具体充电规范的影响有相应的递减规律，其下降趋势在连续大电流和去极化的充电时分别变陡和变缓。现有定电流、定电压和数级减流的连续和脉冲充电方式都未对充电电流作特性控制，在快充时转换率低，副作用显著。全过程去极化放电的脉冲充电有效的充电停顿和放电脉冲，可使充电过程回复良好状态、基本消除不良因素及效应、极化和产气显著减弱、浓度和温度均衡，后续的充电因而有高水准的转化效率和可接受电流；相对于充足时间相同的连续流指数曲线减幅充电，可使充电可接受电流下降缓慢，实用中就可无需过大的初始电流而降低供电容量、保持一定的可充裕量而基本避免产气发热；辅以高速预放电可根本改善低温可充性。该方式可以避免连续充电的缺点，达到很高的时间效率和转化效率，保持电池良好性能。充电机理和特性的推荐参考资料《国外快速充电资料选编》上海科技出版社书号15192·21《铅酸蓄电池快速充电》天津科技出版社书号15212·122《电源技术》期刊86－6密封镉镍电池的失效分析及机理已检索过至第三卷第四十九期的全部《中国专利技术专利公报》和《中国技术专利公报》；已检索过《专利文献通报·电力分册》的八四年第一期至八六年第三期，《专利文献通报·电力电机分册》的八七年一至三期；已检索过日本《公开特许公报》的八六年三月至八七年四月的电力分册；未见与本设计有相似系统构成的申请。由于本设计涉及的充电特性研究结论和产生的充电方式较为新颖，目的是给中小容量蓄电池提供低成本低副作用的自适应快充手段，并非是对已有专利申请或实用装置的改进，无参考资料可对比说明。相关非专利资料王鸿麟主编的《小型充电机》和《蓄电池快速充电技术》两书中提到用555IC代换所述时序电路，虽无实施例也可知与本设计中的运用不同；姜绍信著的《铅酸蓄电池快速充电》一书中所述双选快充电路的变频与本设计中的在方式和效果上皆不可比。另外，公开日87.7.1的CN－85109573申请，可作为本设计快充效果的旁证。二、本设计目的和相关特性本设计的目的是提供以独立决定充电特性的全电子电路为构成的系列化充电装置，通过应变于电池电压按固有规律进行无级变幅的自适应脉冲充电方式，并以在很少取样电池数时就获得足够大变幅效果及硬负载性输出的特性，实现对民用各类小容量蓄电池的高可靠性快速充电，并使同一装置能对多档容量及变节数的电池组进行等时间的充电，从而取代现有低压半波整流的商品装置、定电压输出和数级恒流的装置。本设计的另一目的是提供适用于各类电池的、实现点滴式浮充和限电压上升率停充的充电状态控制电路，配用于本设计的充电发生系统以增强控制和保护功能，并可取代部分低水准的浮充和停充电路以避免电池因大电流过充和长期连续流浮充而受损害。该电路还可使充电系统有预放电和放完时自动进入充电的功能。本设计系统作用下蓄电池的相关特性由于基本消除充电副作用的累积效应和使电池内部均衡和高活性，充电方波电流间歇时的电池开路电压基本由电动势和继续充电所需克服的最低极化电压决定，因而指示了电池的荷电程度并有较好的重复性；同样的效应使具体电池间性能、端电压和温度特性等方面的差异及充电端电压值等比连续充电作用时为小。储有电能但较长时间未充电的电池在充电后，其开路电压很快就上升到与全放电后连续充至相同荷电量时的电压相同，后续的充电过程也相同。充足电的电池在停充数秒至数十秒后再加小电流时，其端电压或间歇开路电压很快上升到充电上限。因此充电脉冲间歇时的开路电压给我们以足够的信息，可用以控制充放电规范的自动调整和停充控制。小容量电池的端电压平均值因充电电流和内阻压降小而近于开路电压时，可直接用于控制。因端电压不呈“∽”特征和可能没有跃升，充电时间是变动的，现有相应停充方式无效。完整系统的特征和功能变流脉冲充电发生系统可以无需状态控制电路地独立工作，它与待充电池构成闭路反馈系统，按照设计调整时赋予的固有规律产生适宜的充电规范以电池的信息性电压取样值为变量，适于电池转化反应的方波充电电流，其幅值按基本上是非线性的设定规律应变递减(末期幅值可小于0.05C、初期与末期幅值比可达二十以上)；多个方波脉冲串的充电阶段时间受控应变递减(初期与末期时间比可大于5)；每个充电阶段后是前后停歇的单脉冲放电过程，放电频率相应递增、放电幅值是充电初期或全过程限定、放电量应变而减小；充电阶段的方波电流频率可以应变地增加以强化充电后期的调整精度和去极化效果。因此本设计产生的充电电流是确保不过大和可按电池可接受值提供的，充电间歇和放电作用基本上是适时适量的、放电消耗的储能是很少的。另外，多个单元电路可以附加对电池温度特性的补偿措施，应变于环境温度的变化动态调整充电规范，使蓄电池在超出常温的环境里不受损害和高效率地充电；也可以用热敏元件感受电池的升温、方便地减小充电时间及充电幅值以保护电池。系统自适应调整充电规范的方式可使放电不明的电池正常充电，部分电池取样和恒流性充放电执行电路的实施结构则使个数在取样数和电源限定数之间变动的同规格同工况电池串联充电效果相同，大变幅比的实施例可使快充至脉冲式浮充圆滑过渡无需控制。充电状态控制电路配用于充电规范是独立产生和可外控启停(含输出选通)的充电发生电路，以足够精确的双门限响应监控取样电池的端电压或开路取样电压，自动或手动响应地产生对充电发生电路的状态控制，实现如下功能使放电电路受控对电池进行连续予放电，系统通电和电池放电至下限时自动进入充电态，受强干扰时保持充电，在接近充足时自动进入短时间充电、长时间停本文档来自技高网...

【技术保护点】
变流脉冲充电装置，具有直流供电部分，通过直接或滤波或采样保持等将电池组的部分或全部的端电压作为取样电压，由脉冲控制信号电路控制充电及放电脉冲，由功率执行电路产生充电及放电电流，其特征在于：应变产生微分变幅信号以驱动输出电路的充电电流控制 信号电路，包括交替工作于信号变换和截止状态的变换组件和辅助电压网络；变换组件是至少一个的Ｎ沟道场效应管或ＮＰＮ晶体管，其主控源极或发射极加取样电压，其主控栅极或基极接处理脉冲控制信号的辅助电压网络；辅助电压网络至少是稳压管和分压电阻等的脉冲限幅网络。

【技术特征摘要】
1.变流脉冲充电装置，具有直流供电部分，通过直接或滤波或采样保持等将电池组的部分或全部的端电压作为取样电压，由脉冲控制信号电路控制充电及放电脉冲，由功率执行电路产生充电及放电电流，其特征在于应变产生微分变幅信号以驱动输出电路的充电电流控制信号电路，包括交替工作于信号变换和截止状态的变换组件和辅助电压网络；变换组件是至少一个的N沟道场效应管或NPN晶体管，其主控源极或发射极加取样电压，其主控栅极或基极接处理脉冲控制信号的辅助电压网络；辅助电压网络至少是稳压管和分压电阻等的脉冲限幅网络。2.权利要求1所述装置的进一步特征是脉冲控制信号电路是555IC构成的至少一级的方波电路，可包括反相电压放大器或电池给定时回路供电以实现变频；功率执行电路至少包括输出充电电流的电压跟随器，其输入为变换组件负载电阻的压降，其电流负反馈电阻按电池容量选取。3.权利要求1和2所述装置的特征是可包括放电电路，受方波电路的零输出控制产生去极化放电；放电电路是由负触发的晶体管形状控制限流充电的电容放电并经...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃兆廷，
申请(专利权)人：沃兆廷，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]