專利名稱：直流電能轉移器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電能轉移裝置，是一種直流電能轉移器。
背景技術：
目前的蓄電池種類繁多，那么，相適應的充電器亦種類繁多，各種蓄電池均需要配套的特定充電器才能進行充電。蓄電池充電時，需要將蓄電池的剩余電能放掉，以鎳鎘、鎳氫電池為例通常需用專用電阻接入蓄電池將剩余電能放掉，待達到終止放電電壓時再進行充電，這樣，才能保證重新充電的蓄電池的使用壽命，蓄電池充電時放掉剩余電能勢必造成大量電能的浪費。由于蓄電池種類繁多，現有技術必須使用相配套的特定充電器才能進行充電，其通用性差，使用、攜帶和保管均不方便、且成本高。迄今為止，尚未見能夠使蓄電池與蓄電池之間的剩余電能相互擬補和交換，通用性好，適用于各種蓄電池充電的直流電 能轉移器的文獻報導和實際應用。

實用新型內容本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種能夠滿足不同種類、不同電壓的蓄電池電能擬補和交換需要，通用性好，適用范圍廣，性能可靠，使用方便，充分回收電能的直流電能轉移器。本實用新型的目的是由以下技術方案來實現的一種直流電能轉移器，它包括直流電能轉移源29、直流電能轉存源30，其特征是還包括所述的直流電能轉移源29分別與電能轉移控制單元20、直流電能轉移單元21、電壓/轉存容量測量單元25和電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26電連接，所述的直流電能轉存源30分別與直流電能轉存單元23、電壓跟蹤控制單元24、電壓/轉存容量測量單元25和電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26電連接，電能轉移控制單元20分別與直流電能轉移單元21和電壓/轉存容量測量單元25電連接；直流電能轉移單元21分別與電壓跟蹤控制單元24和直流電能轉存單元23電連接；微處理器27分別與電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26、電壓/轉存容量測量單元25、直流電能轉存單元23、電能轉存電流控制單元22和數據處理及終端顯示報警系統28電連接；電能轉存電流控制單元22與直流電能轉存單元23電連接。所述電能轉移控制單元20包括比較器U13A，三極管Qll和電阻R32-R35、R64、R65、R83、R84、R49 電連接。所述直流電能轉移單元21包括電能升壓轉移器I、電能降壓轉移器2、升壓轉移開關3和降壓轉移開關4電連接；所述電能升壓轉移器I包括型號為MC33063升壓芯片U9，擴流管QW2，整流管DW3，電感LI，電阻R81、R54和電容C53電連接，所述電能降壓轉移器2包括型號為XL4005降壓芯片U2，二極管D4，電感L2，電阻R54、R55、R56和電容器C54、C56電連接，所述升壓轉移開關3包括三極管Q6，電阻R51、R21、R72，開關管QWl和三極管Q6電連接，所述降壓轉移開關4包括三極管Q4、Q5、Q7，電阻R22、R52、R73、R52和開關管Q12電連接。[0007]所述的直流電能轉存單元23包括閘流管Q2，光耦Ull和二極管D3、電阻R19、RO電連接。所述的電能轉存電流控制單元22包括三極管Q8，比較器U12A，電流取樣電阻R80//R88，放大器 Q10、Q13，電阻 R58、R48、R27、R86、R60、R61、R62、R59 和電容 C58 電連接。所述的電壓/轉存容量測量控制單元25包括容檢開關電路25-1和容量測量控制電路25-2電連接所述的容檢開關電路25-1包括三極管Q9、擴流管Q3和電阻R57、電阻RF I電連接，所述的容量測量控制電路25-2包括電阻R28、R40、R38、R43、R30、R31、R44、R39、R46、R45、R47，射隨器 U8A、射隨器 U8D、U8C，穩壓管 D6、D7、D8 和濾波電容 C40、C46、C48、C47、C44、C48 電連接。所述的電壓跟蹤控制單元24包括比較器U7，電阻R36、R37、R87、R66、R67和電容C45電連接。所述的電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26包括三極管QB1、QB2、QB3、QB4，二極管DB1、DB2和報警指示燈亮LED1、LED2電連接。所述微處理器27是具有點陣顯示驅動、測量判斷和控制功能的、型號為C8051F120 單片機。本實用新型的直流電能轉移器能夠滿足不同種類、不同電壓的蓄電池電能擬補和交換需要，通用性好，適用范圍廣，性能可靠，使用方便，充分回收電能。

圖I為直流電能轉移器電路原理方框圖。圖2為電能轉移控制單元20電路原理圖；圖3為直流電能轉移單元21電路原理圖；圖4為直流電能轉移單元21電路中型號為MC33063的升壓芯片U9管腳功能示意圖；圖5為電能轉存電流控制單元22、直流電能轉存單元23、電壓/轉存容量測量單元25的容檢開關電路25-1和直流電能轉存源30電路原理圖；圖6為電壓/轉存容量測量單元25的容量測量控制電路25-2電路原理圖；圖7為電壓跟蹤控制單元24電路原理圖；圖8為電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26電路原理圖；圖9為微處理器27電路原理圖；圖10為直流電能轉移器顯示面板31示意圖；圖11為直流電能轉移器操作邏輯示意圖。圖中1電能升壓轉移器，2電能降壓轉移器，3升壓轉移開關，4降壓轉移開關，20電能轉移控制單元，21直流電能轉移單元，22電能轉存電流控制單元，23直流電能轉存單元，24電壓跟蹤控制單元，25電壓/轉存容量測量單元，25-1容檢開關電路，25-2容量測量控制電路，26電能轉移源和轉存源極性接反保護單元，27微處理器，28數據處理及終端顯示報警系統，29直流電能轉移源，30直流電能轉存源，31直流電能轉移器顯示面板。
具體實施方式
[0026]下面利用附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。參照圖1-10，直流電能轉移器包括直流電能轉移源29、直流電能轉存源30，所述的直流電能轉移源29分別與電能轉移控制單元20、直流電能轉移單元21、電壓/轉存容量測量單元25和電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26電連接，所述的直流電能轉存源30分別與直流電能轉存單元23、電壓跟蹤控制單元24、電壓/轉存容量測量單元25和電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26電連接，電能轉移控制單元20分別與直流電能轉移單元21和電壓/轉存容量測量單元25電連接；直流電能轉移單元21分別與電壓跟蹤控制單元24和直流電能轉存單元23電連接；微處理器27分別與電能轉移源和轉存源極性接反保護單元26、電壓/轉存容量測量單元25、直流電能轉存單元23、電能轉存電流控制單元22和數據處理及終端顯示報警系統28電連接；電能轉存電流控制單元22與直流電能轉存單元23電連接。直流電能轉移器工作時先將直流電能轉移源29(被轉移電能的電池或電 池組)和直流電能轉存源30 (被轉存電能的電池或電池組)分別與儀器連接。接通工作開關，直流電能轉移源29的電壓送到電能轉移控制單元20的VIN端，同時也與直流電能轉移單元21的VIN電連接。電能轉移控制單元20主要作用是識別直流電能轉移源29電壓和直流電能轉存源30電壓幅值的大小。參照圖2、圖3和圖5，所述電能轉移控制單元20包括比較器U13A，三極管Qll和電阻R32-R35、R64、R65、R83、R84、R49電連接。電能轉移控制單元20的VF端與電壓/轉存容量測量控制單元25的容檢開關電路25-1的VF端電連接，當VF端電壓高于VIN端電壓時，比較器U13A的I腳和A端輸出高電平。當VF端電壓低于VIN端電壓時，比較器U13A的I腳和A端輸出低電平，當比較器U13A的I腳為高電平時通過電阻R68驅動三極管Qll導通B端為低電平并送到直流電能轉移單元21的降壓轉移開關4的B端。電能轉移控制單元20的另一路A端與直流電能轉移單元21的升壓轉移開關3的A端電連接。當VF端與VIN端電壓發生相對高低變化時，A端、B端高低電平也交替變化實現電能轉移控制信號去控制電能轉移。參照圖3、圖4、圖5和圖7，所述直流電能轉移單元21包括電能轉移升壓器I、電能轉移降壓器2、升壓轉移開關3和降壓轉移開關4電連接，直流電能轉移單元21通過其升壓轉移開關3的VIN端與直流電能轉移源29的VIN+端電連接；所述電能升壓轉移器I包括升壓芯片U9，擴流管QW2，整流管DW3，電感LI，電阻R81、R54和電容C53電連接；升壓轉移開關3包括三極管Q6，電阻R51、R21、R72和開關管QWl電連接；所述電能降壓轉移器2包括降壓芯片U2，二極管D4，電感L2，電阻R54-R56和電容器C54、C56電連接；所述降壓轉移開關4包括三極管Q4，Q5、Q7，電阻R22、R50、R73、R52和開關管Q12電連接；當升壓轉移開關3的A端為高電平、降壓轉移開關4的B端為低電平時，電能轉移升壓器I工作VSC端有輸出；當升壓轉移開關3的A端為低電平、降壓轉移開關B端為高電平時，電能轉移降壓器2工作同樣VSC端有輸出。使直流電能轉移單元21的VSC端連續有輸出給直流電能轉存單元23的VSC端和電壓跟蹤控制單元24的VSC端。參照圖4，所述電能轉移升壓電路I升壓芯片U9的型號為MC33063，具有電壓型DC/DC變換器的功能，其技術性能是I)工作電壓范圍 '2. 5V40V ；[0033]2)輸出開關電流> I. 5A ；3)輸出電壓范圍1. 25V40V ；4)具有電流限制功能；5)開關工作最高頻率為150KHZ ；6)升壓轉換效率彡90%。電能轉移升壓器輸出電壓由控制端ADJ電壓信號決定V0UT=1. 23V (1+R53/R54)。參照圖3，電能轉移降壓器2的降壓芯片U2的型號為XL4005，具有電壓型DC/DC變換器的功能，其技術性能是I)工作電壓范圍3. 5V32V ；2)輸出開關電流彡5A ；3)輸出電壓范圍5V26V ；4)具有電流限制功能；5)開關工作最高頻率為350KHZ ;6)降壓轉換效率^ 85%。電能轉移降壓器輸出電壓由控制端ADJ電壓信號決定V0UT=0. 8 (1+R55/R56)。參照圖5和圖9，電能轉存電流控制單元22、直流電能轉存單元23、電壓/轉存容量測量單元25的容檢開關電路25-1和直流電能轉存源30電連接。直流電能轉存單元23包括閘流管Q2，光耦UlI，二極管D3和電阻R19、R0。當光耦Ull有正向觸發信號時使閘流管Q2導通，來自直流電能轉移單元21的VSC端的信號經閘流管Q2、二極管D3由電壓/轉存容量測量控制單元25的容檢電路25-1的VF端輸出送到直流電能轉存源30的VE +端實現直流電能轉存。當光耦Ull無正向觸發信號時，閘流管Q2截止將停止電能轉存；光耦Ull的工作狀態受電能轉存電流控制單元22控制。電能轉存電流控制單元22包括電能轉存電流量控制和電能轉存電流控制方式的控制。電能轉存電流量控制的比較器U12A、電流取樣電阻R80//R88、來自微處理器CPU的Iadj基準電流信號、放大器QlO、Q13及電阻R48、尺27、1 86、1 60、1 61、1 62、1 59和電容058電連接。當電能轉存電流IFG流經R80//R88時在R80//R88兩端產生正比電流的電壓，即取樣電壓，此電壓加到比較器U12A的2腳反相端，來自微處理器CPU的Iadj基準電流信號電壓(可人為受控)加到比較器U12A的3腳同相端進行比較，當取樣電壓大于Iadj基準電流信號電壓時，比較器U12A的I腳輸出高電平使放大器Q10、Q13導通，反之放大器Q10、Q13截止，在放大器Q13導通時集電極輸出高電平并通過電阻R59送到直流電能轉存單元23光耦Ull的輸入端，控制轉存電流IFG使IFG穩定受控。電能轉存電流控制方式的控制由三極管Q8和電阻R58組成，三極管Q8集電極接到電能轉存電流量控制的電阻R59的輸出端。當來自微處理器CPU的Pl. I端脈沖信號通過電阻R58加到三極管Q8基極時，三極管Q8脈動工作，脈動工作頻率與Pl. I端脈沖頻率相同。由于三極管Q8為脈動狀態工作使得直流電能轉存單元23中的光耦U11、閘流管Q2也跟隨脈動工作實現脈動電能轉存。當微處理器CPU的Pl. I端無脈沖信號是低電平時，直流電能轉存單元23是處于恒流電能轉存狀態。所以Pl. I端是電能轉存電流方式控制端，即實現恒流、脈沖、脈動、停止轉移等功能。參照圖5、圖6和圖9，電壓/轉存容量測量控制單元25包括容檢開關電路25_1和容量測量控制電路25-2兩部分。容檢開關電路25-1包括三極管Q9、擴流管Q3和電阻R57、電阻RFl電連接，當電阻R57的Pl. O端為高電平時三極管Q9、擴流管Q3導通電阻RFl//VF放電，此時Pl. I端為高電平，微處理器CPU定時器開始計時并采集VF電壓量和VFG電流量，經60S后停止計時，電壓、電流量的采集通過微處理器CPU處理和儲存數據來實現電能轉存容量檢測功能。當Pl. O端與Pl. I端交替工作時電路還可以實現電流活化轉存功能。電壓/轉存容量測量單元25的容量測量控制電路25-2包括電阻R28、R40、R38、R43、R30、R31、R44、R39、R46、R45、R47，射隨器 U8A、射隨器 U8D、U8C,穩壓管 D6、D7、D8 和濾波電容(40、(46、(48、(47、(44、(48電連接。取樣電壓VIN端與直流電能轉移源29的VIN+端電連，通過電阻R28、R40、R38分壓經U8A射隨器放大通過電阻R43送到微處理器CPU的ΑΙΝΟ. O端檢測和判斷VIN端的電壓值。取樣電壓VF端通過電阻R30、R3UR44分壓經U8D射隨器放大通過電阻R46送到微處理器CPU的ΑΙΝΟ. 2端檢測和判斷VF的電壓值。電流取樣電壓VFG端通過電阻R45經射隨器U8C放大通過電阻R47送到微處理器CPU的ΑΙΝΟ. 3端檢測和判斷VFG端的電流值。在VIN、VF、VFG端取樣電路中的穩壓管D6、D7、D8是射隨器放大器輸入端口保護穩壓管，C40、C46、C48、C47、C44、C48是電路中的濾波電容。 參照圖3、圖5、圖6和圖7，為了提高電能轉移效率在電路中設置了電壓跟蹤控制單元24，電壓跟蹤控制單元24電路中VSC來自直流電能轉移單元21的輸出電壓，通過電阻R36、R37、R87分壓加到比較器U7的第3腳同相端，DCJZ端與來自電壓/轉存容量測量控制單元25的取樣電壓VF端連接，該信號經電阻R67加到比較器U7的第4腳反相端。兩個電壓信號經比較放大后由I腳輸出送到Adj端控制轉移輸出電壓實現電壓跟蹤。參照圖8，電能轉移源和轉存源極性反接保護單元26包括三極管QBl、QB2、QB3、QB4、二極管DB1、DB2組成雙端輸入的差動放大器，VIN端接到直流電能轉移源29的VIN+極，VF端接到直流電能轉存源30的VF+極，當直流電能轉移源29或直流電能轉存源30只要有一端接反時，二極管DB1、DB2將導通，三極管QB1、QB2和QB4、QB3構成的放大器工作，BV輸出高電平送到微處理器27的ΑΙΝ0. 5在CPU的Pl. 2端輸出高電平送入直流電能轉移單元21的降壓轉移開關4的Pl. 2端，使三極管Q4、Q5同時導通而同時關閉三極管Q6、Q7，也就關閉了輸入電源，同時微處理器CPU的Pl. 2端驅動報警器報警，報警指示燈亮LED1、LED2達到保護功能。電能轉移源接反紅色燈亮，電能轉存源接反綠色燈亮。參照圖9，微處理器27，即微處理器CPU采用C8051F120單片機實現點陣顯示驅動，測量判斷和控制功能。本系統選用SOC單片機C8051F120作為直流電能轉移器的數據處理和控制核心。C8051F120是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，具有56個數字I/O引腳。主要內部資源有8通道12位ADC，2通道12位DAC，8KB的RAM，128KB的FLASH，以及硬件實現的SPI、SMBus/12C和兩個UART串行接口，另外還有時鐘振蕩器，看門狗定時器，VIN監視器，溫度傳感器等。C8051F120的所有模擬和數字外設均可由IDE軟件使能/禁止和配置。C8051F120可在2. 7-3. 6V的電壓低功耗工作，使用溫度可滿足_40°C _+85°C條件下工作。，顯示的點陣為320*240，藍膜高亮、LED背光、板載負壓、帶RA8835控制芯片。參照圖10，直流電能轉移器顯示面板31對直流電能轉移器狀態進行直觀顯示。直流電能轉移器數據處理及終端顯示報警系統28采用軟件處理數據電能轉移電壓值、電能轉存電壓值、電能轉存電流值、電能轉存時間、電能轉存容量值以及電能轉存曲線。在顯示轉存曲線時其它項將不顯示。系統配有LCM3202401型5. 7寸液晶顯示器顯示。[0054]參照圖11，直流電能轉移器操作邏輯的操作方法是當轉移源接通后，為控制系統供電。通過顯示屏進入選擇頁面，通過“上” “下”按鍵功能按鍵可選擇“參數設置”項目或開始測試。按“確認”按鍵進入所選擇界面。設置參數界面中，通過“上”“下”按鍵選擇“轉移源終止電壓”、“轉存源終止電壓”、“轉存時間”、“轉存方式”、“轉存電流”等項目，按“確認”按鍵進入所選擇界面進行設置。設置完成后，按“確認”按鍵保存返回上一級菜單。按“取消”按鍵不保存直接返回上一級菜單。開始測試后，直流電能轉移器按設置好的參數對轉存源充電。當轉存時間到達或按“取消”按 鍵后，停止轉移并返回。
權利要求1.一種直流電能轉移器，它包括直流電能轉移源(29)、直流電能轉存源(30)，其特征是還包括所述的直流電能轉移源(29)分別與電能轉移控制單元(20)、直流電能轉移單元(21)、電壓/轉存容量測量單元(25)和電能轉移源和轉存源極性接反保護單元(26)電連接，所述的直流電能轉存源(30)分別與直流電能轉存單元(23)、電壓跟蹤控制單元(24)、電壓/轉存容量測量單元(25)和電能轉移源和轉存源極性接反保護單元(26)電連接，電能轉移控制單元(20 )分別與直流電能轉移單元(21)和電壓/轉存容量測量單元(25 )電連接；直流電能轉移單元(21)分別與電壓跟蹤控制單元(24)和直流電能轉存單元(23)電連接；微處理器(27)分別與電能轉移源和轉存源極性接反保護單元(26)、電壓/轉存容量測量單元(25)、直流電能轉存單元(23)、電能轉存電流控制單元(22)和數據處理及終端顯示報警系統(28)電連接；電能轉存電流控制單元(22)與直流電能轉存單元(23)電連接。
2.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述電能轉移控制單元(20)包括比較器U13A，三極管Qll和電阻R32-R35、R64、R65、R83、R84、R49電連接。
3.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述直流電能轉移單元(21)包括電能升壓轉移器(I)、電能降壓轉移器(2)、升壓轉移開關(3)和降壓轉移開關(4)電連接；所述電能升壓轉移器(I)包括型號為MC33063升壓芯片U9，擴流管QW2，整流管DW3，電感LI，電阻R81、R54和電容C53電連接，所述電能降壓轉移器(2)包括型號為XL4005降壓芯片U2，二極管D4，電感L2，電阻R54、R55、R56和電容器C54、C56電連接，所述升壓轉移開關(3)包括三極管Q6，電阻R51、R21、R72，開關管QWl和三極管Q6電連接，所述降壓轉移開關(4)包括三極管Q4、Q5、Q7，電阻R22、R52、R73、R52和開關管Q12電連接。
4.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述的直流電能轉存單元(23)包括閘流管Q2，光耦UlI、二極管D3和電阻R19、RO電連接。
5.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述的電能轉存電流控制單元(22)包括三極管Q8，比較器U12A，電流取樣電阻R80//R88，放大器Q10、Q13，電阻R58、R48、R27、R86、R60、R61、R62、R59 和電容 C58 電連接。
6.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述的電壓/轉存容量測量控制單元(25)包括容檢開關電路(25-1)和容量測量控制電路(25-2)電連接所述的容檢開關電路(25-1)包括三極管Q9、擴流管Q3和電阻RFl電連接，所述的容量測量控制電路(25-2)包括電阻 R28、R40、R38、R43、R30、R31、R44、R39、R46、R45、R47，射隨器 U8A、U8D、U8C，穩壓管06、07、08和濾波電容040、046、048、047、044、〇48電連接。
7.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述的電壓跟蹤控制單元(24)包括比較器U7，電阻R36、R37、R87、R66、R67和電容C45電連接。
8.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述的電能轉移源和轉存源極性接反保護單元(26)包括三極管QBl、QB2、QB3、QB4，二極管DBl、DB2和報警指示燈亮LEDl、LED2電連接。
9.根據權利要求I所述的直流電能轉移器，其特征是所述微處理器(27)是具有點陣顯示驅動、測量判斷和控制功能的、型號為C8051F120單片機。
專利摘要本實用新型是一種直流電能轉移器，其特點是直流電能轉移源分別與電能轉移控制單元、直流電能轉移單元、電壓/轉存容量測量單元電連接，直流電能轉存源分別與直流電能轉存單元、電壓跟蹤控制單元、電能轉移控制單元分別與直流電能轉移單元和電壓/轉存容量測量單元電連接；直流電能轉移單元分別與電壓跟蹤控制單元和直流電能轉存單元電連接；微處理器分別與電壓/轉存容量測量單元、直流電能轉存單元、電能轉存電流控制單元和數據處理及終端顯示報警系統電連接；電能轉存電流控制單元與直流電能轉存單元電連接。能夠滿足不同種類、不同電壓的蓄電池電能擬補和交換需要，通用性好，適用范圍廣，性能可靠，使用方便，充分回收電能。
文檔編號H02M3/155GK202564980SQ20122013863
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者董金元, 杜研, 姚東偉, 劉子源, 劉泓俠 申請人:吉林市江機民科實業有限公司