一种电动车的电池充电电路的制作方法

1.本实用新型涉及电池充电电路，尤其涉及一种电动车的电池充电电路。


背景技术：

2.电动车作为中小城市普遍的出行交通工具，为电动车配备充电站成为必然；但是电动车充电站在使用过程中，由于无法判断所用自行车电池电压规格，无法设置正确的充电电压，可能因此存在过充电或者欠充电状态，过充电状态下造成电池发热严重，影响电池使用寿命，甚至引起火灾等严重后果，存在较大的安全隐患；欠压充电状态下电池无法充至满电状态，影响用户使用以及充电站的充电效率；另外，由于充电站需要手动设置充电电压，在设置正确的前提下，充电站给电池充至所设电压值后立即断开输出，此时充电的电池容量还未达到满容量状态，长期以往，会影响电池的使用寿命。
3.专利号为cn201120129232.9的实用新型公开了一种能识别电压的电动自行车电池充电电路，包括漏电保护器，熔断器，电容，整流桥，比较电路和控制电路，其特征在于：所述漏电保护器与外部交流220v电源其中一进线连接后再经过熔断器接入并联有放电电阻的电容，电容和电源另一进线接于整流桥输入端，整流桥输出端经继电器k的常开触点和电流表与充电的蓄电池连接，蓄电池两端并联接由电阻串联构成的检测电路，熔断器后端取220v交流电源接电容和整流桥构成辅助电源电路。该实用新型能自动检测所充电的电动自行车的电池额定电压值，并根据此额定值调整充电电池充满后的电压值，达到对所有的上市合格电动自行车电池自动充电，并在电池充满后自动切除，具有较好的实用价值。
4.该实用新型完全采用模拟电路调节输出电压，准确性与可靠性较低。另外，常用的电动车电池的电压规格有36v、48v、60v和72v多种，该实用新型只能适应36v和48v的电压，无法适应60v和72v等更多的电压。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够适应电压范围宽的电池充电电路。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种电动车的电池充电电路，包括ac-dc转换电路和充电控制电路，ac-dc转换电路包括主控芯片和开关管驱动电路，开关管驱动电路的输入端接主控芯片的pwm信号输出引脚，ac-dc转换电路的直流输出端接充电的电池，充电控制电路包括电池电压采样电路、调压电路和恒压电路，调压电路包括占空比控制电压输出电路和电压跟随器、占空比控制电压输出电路包括pwm信号输入端、辅助电源和电压输出端；pwm信号输入端外接pwm充电电压控制信号，电压跟随器的输入端接所述的电压输出端；恒压电路包括第一比较器和光耦；第一比较器的反相输入端接电压跟随器的输出端，同相输入端接电池电压采样电路的电池电压信号输出端；光耦发光二极管的阳极接第一比较器的输出端，阴极接地；光耦光敏三极管的集电极接主控芯片的反馈信号输入引脚，发射极接地。
7.以上所述的电池充电电路，占空比控制电压输出电路包括两个三极管和电压输出
电阻；第一三极管的基极通过第一基极电阻接pwm信号输入端，通过第一下拉电阻接地；第一三极管的集电极通过第一上拉电阻接辅助电源，发射极接地；第二三极管的基极通过第二基极电阻接第一三极管的集电极，通过第二下拉电阻接地；第二三极管的集电极通过第二上拉电阻接辅助电源，发射极接地；电压输出电阻的第一端占作为空比控制电压输出电路的电压输出端接第二三极管的集电极，第二端接地。
8.以上所述的电池充电电路，电压跟随器包括运放，隔直电容、接地电容和三个电阻、第一电阻的第一端接所述的电压输出端，第一电阻的第二端接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端接运放的同相输入端；隔直电容接在第一电阻的第二端与运放的反相输入端之间，接地电容接在运放的同相输入端与地之间；运放的反相输入端与运放的输出端连接，第三电阻的第一端接运放的输出端，第三电阻的第二端作为电压跟随器的输出端接第一比较器的反相输入端。
9.以上所述的电池充电电路，调压电路包括第一分压电路，第一分压电路接在辅助电源与地之间，第一分压电路的电压信号输出端接第一比较器的反相输入端。
10.以上所述的电池充电电路，恒压电路包括第二分压电路、第一环路电容和第一环路电阻，第一环路电容和第一环路电阻串接在第一比较器的反相输入端与输出端之间；第二分压电路接在电池电压采样电路的电池电压信号输出端与地之间，第二分压电路的电压信号输出端接第一比较器的同相输入端。
11.以上所述的电池充电电路，充电控制电路包括电池电流采样电路和恒流电路，恒流电路包括第二比较器；第二比较器的反相输入端接基准电压，同相输入端接电池电流采样电路的采样电压，第二比较器的输出端接光耦发光二极管的阳极。
12.以上所述的电池充电电路，恒流电路包括第一二极管、第二环路电容和第二环路电阻，第二环路电容和第二环路电阻串接在第二比较器的反相输入端与输出端之间；第二比较器的输出端通过第一二极管接光耦发光二极管的阳极，恒压电路包括第二二极管、第一比较器的输出端通过第二二极管接光耦发光二极管的阳极。
13.以上所述的电池充电电路，恒流电路包括可控精密稳压源和第三分压电路；可控精密稳压源的阴极和参考极接辅助电源，阳极接地；第三分压电路接在可控精密稳压源的阴极与地之间，第三分压电路的电压信号输出端接第二比较器的反相输入端。
14.本实用新型可以通过改变调压电路pwm信号的占空比调节电池的充电电压，适应的电压范围宽。
附图说明
15.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
16.图1是本实用新型实施例电池充电电路的电路框图。
17.图2是本实用新型实施例电池充电电路的主控芯片的接线图。
18.图3是本实用新型实施例电池充电电路的电路图。
具体实施方式
19.本实用新型实施例电池充电电路的结构和原理如图1至图3所示，包括ac-dc转换电路和充电控制电路，ac-dc转换电路包括主控芯片u6(模拟ic，ncp1252)和开关管驱动电
路，开关管驱动电路的输入端接主控芯片u6的pwm信号输出引脚drv，ac-dc转换电路的直流输出端接需要充电的电池。
20.ac-dc转换电路，输入为市电，输出电压20-90vdc，由于输出电压很宽， 一般的反激/llc谐振电路，很难满足要求，或结构复杂成本高，或成本低但可靠性差 ，故选用双管正激电路，电路简单，也能满足输出需求。
21.充电控制电路包括电池采样电路、调压电路、恒压电路和恒流电路。调压电路、恒压电路和恒流电路的结构如图3所示。电池采样电路包括电池电压采样电路和电池电流采样电路。
22.调压电路包括占空比控制电压输出电路和电压跟随器、占空比控制电压输出电路包括pwm信号输入端pwm、辅助电源vdd(电压5v)和电压输出端。占空比控制电压输出电路的 pwm信号输入端pwm外接充电电压控制信号，充电电压控制信号为pwm2信号，是用户根据的需求用模拟或数字控制发出的自选频率和幅值的信号方波，方波的电压和频率可由用户设置。电压跟随器的输入端接占空比控制电压输出电路的电压输出端。
23.恒压电路包括第一比较器u10-a（运放lm2904）和光耦ot1。第一比较器u10-a的反相输入端接电压跟随器的输出端，第一比较器u10-a同相输入端接电池电压采样电路的电池电压信号输出端v0 。第一比较器u10-a的输出端通过第二二极管（双二极管d9中的一个）接光耦ot1发光二极管ot1-b的阳极，发光二极管ot1-b的阴极通过限流电阻r77接地。光耦ot1光敏三极管ot1-a的集电极接主控芯片u6的反馈信号输入引脚fb，发射极接地。
24.占空比控制电压输出电路包括两个三极管和电压输出电阻r95。第一三极管q11的基极通过第一基极电阻r90接pwm信号输入端pwm，通过第一下拉电阻89接地。第一三极管q11的集电极通过第一上拉电阻r91接辅助电源vdd，发射极接地。第二三极管q12的基极通过第二基极电阻r94接第一三极管q11的集电极，通过第二下拉电阻r92接地。第二三极管q12的集电极通过第二上拉电阻r93接辅助电源vdd，发射极接地。电压输出电阻r95的第一端占作为空比控制电压输出电路的电压输出端接第二三极管q12的集电极，电压输出电阻r95的第二端接地。
25.电压跟随器包括运算放大器u11-a（运放lm2904），隔直电容c47、接地电容c48和三个电阻、第一电阻r96的第一端接电压输出电阻r95的第一端，第一电阻r96的第二端接第二电阻r97的第一端，第二电阻r97的第二端接运算放大器u11-a的同相输入端。隔直电容c47接在第一电阻r96的第二端与运算放大器u11-a的反相输入端之间，接地电容c48接在运算放大器u11-a的同相输入端与地之间。运算放大器u11-a的反相输入端与运算放大器u11-a的输出端连接，第三电阻r98的第一端接运算放大器u11-a的输出端，第三电阻r98的第二端作为电压跟随器的输出端接第一比较器u10-a的反相输入端。运算放大器u11-a电源(辅助电源)vdd与地agnd之间接滤波电容c49。
26.调压电路还包括由电阻r99和电阻r100串联组成的第一分压电路，第一分压电路接在辅助电源vdd与地之间，第一分压电路的电压信号输出端（电阻r99与电阻r100的连接点）接第一比较器u10-a的反相输入端。
27.恒压电路包括电阻r88、电阻r86和电阻r87串联组成的第二分压电路、第一环路电容c46和第一环路电阻r85，第一环路电容c46和第一环路电阻r85串接在第一比较器u10-a的反相输入端与输出端之间。第二分压电路接在电池电压采样电路的电池电压信号输出端
v0 与地之间，第二分压电路的电压信号输出端(电阻r86与电阻r87的连接点)接第一比较器u10-a的同相输入端。
28.充电控制电路还包括恒流电路。恒流电路包括第二比较器u10-b（运放lm2904）、第二环路电容c44和第二环路电阻r80，第二环路电容c44和第二环路电阻r80串接在第二比较器u10-b的反相输入端与输出端之间。第二比较器u10-b的输出端通过电阻r79和第一二极管（双二极管d9中的另一个）接光耦ot1发光二极管ot1-b的阳极。第二比较器u10-b的反相输入端接基准电压，同相输入端通过波波电阻r81接电池电流采样电路的采样电压v0-，
29.恒流电路包括2.5v基准电压源，2.5v基准电压源包括可控精密稳压源u9和由电阻r82和电阻r83串联组成的第三分压电路。可控精密稳压源u9的阴极和参考极通过限流电阻r84接辅助电源vdd，可控精密稳压源u9的阳极接地, 可控精密稳压源u9的阳极通过电容c45接可控精密稳压源u9的阴极。第三分压电路接在可控精密稳压源u9的阴极与地之间，第三分压电路的电压信号输出端（电阻r82与电阻r83的连接点）接第二比较器u10-b的反相输入端。
30.当第二比较器u10-b同相输入端的电压大于反相输入端电压时，第二比较器u10-b的输出端输出高电平（电压为vdd电压），此时光耦ot1的发光二极管ot1-b导通，光耦ot1的光敏三极管ot1-a导通，向主控芯片u6的反馈信号输入引脚fb发出信号，主控芯片u6调节输出引脚drv输出的pwm信号的占空比，控制ac-dc转换电路的输出电流恒定。
31.当第一比较器u10-a同相输入端的电压大于反相输入端电压时，第一比较器u10-a的输出端输出高电平（电压为vdd电压），此时光耦ot1的发光二极管ot1-b导通，光耦ot1的光敏三极管ot1-a导通，向主控芯片u6的反馈信号输入引脚fb发出信号，主控芯片u6调节输出引脚drv输出的pwm信号的占空比，控制ac-dc转换电路的输出电压恒定。
32.当调压电路的pwm信号输入端pwm无充电电压控制信号时，调压电路的第一分压电路从辅助电源vdd既得的电压，分压后输入第一比较器u10-a的反相输入端作为初始基准电压，此时ac-dc转换电路的输出设定为20v，即输出电压vo 为20v初始输出。
33.当调压电路的pwm信号输入端pwm有充电电压控制信号时（常用设定为10khz，5v），通过改变输入pwm充电电压控制信号的占空比，输入占空比为0%
‑‑
100%之间的方波。三极管q11和 q12跟随pwm信号动作，从而改变电压输出电阻r95上的电压，电压跟随器输出端电阻r98上的电压等于电阻r95上的电压，当pwm充电电压控制信号的占空比为50%时，电阻r98叠加在第一比较器u10-a反相输入端的电压为2.5v，此时ac-dc转换电路输出电压vo 为55v。当pwm充电电压控制信号的占空比为100%时，电阻r98叠加在第一比较器u10-a反相输入端的电压达到最大，此时ac-dc转换电路输出电压vo 为90v。
34.pwm充电电压控制信号的电压幅度，可根据实际应用 频率设定0k-100khz，电压在0v-5v之间任意设定。
35.因此，ac-dc转换电路输出的电池充电电压vo 可以根据调压电路输入pwm充电电压控制信号占空比的不同，达到输出电压宽范围可调可控的目的。
36.电池采样电路为单片机组成的采样电路，目的是检测到电池电压，从而决定调压电路pwm充电电压控制信号的设定值。由于其功能简单，普通的单片机即可满足其充电的要求。
37.由于单节电池的电压为12v ，最低10.5v最高14.6v，对于 48v电池，电压范围则在
42v-58.4v. 而60v电池的电压范围在52.5v-73v之间。两者重叠的范围为52.5v-58.4v.
38.当电池电压被检测为非重叠区域电压时，电压采样电路即时可确认出电池的电压规格。并按照恒流充电，恒压充电，浮充充电。具体参考单节12v电池充电说明为例。
39.当电池电压检测为重叠区域时，假设检测到电压为54v，则电压是48v电池或者60v电池； 首先设定电压为 低压段电池充电的最高电压，即58.4v。
40.再根据200ms内的充电电流速率斜率，以45
°
为标准，电压越高的角度越大。当确定好电池的电压之后，再将电压调整为电池充电的最高电压。并按照恒流充电，恒压充电，浮充充电。具体参考单节12v电池充电说明为例。
41.12v电池充电过程如下，电池电压在10.5v以上时进行恒流充电（此时电压设定为上限值14.6v，恒流的电流可由硬件恒流电路或者电池电压采样电路设定，最大为硬件的恒流点），当恒流充电至电池电压升为14.6v时改成恒压充电，此时充电电流是会逐渐变小的，到充电电流小于一定值（设定为0.5a以下）时，进入浮充阶段，浮充电压可设为13.5v。并设置10分钟内电流如果仍小于0.5a，则判断电池已充满电。