多类型防热浮充控制器和多用型充电盒及充电操作方法

专利名称：多类型防热浮充控制器和多用型充电盒及充电操作方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202011084533.4

专利申请（专利权）人：成都锦城学院
权利人地址：四川省成都市西源大道1号

专利发明（设计）人：杨六一

专利摘要：一种多类型防热浮充控制器和多用型充电盒及充电操作方法，控制器由交直流转换及充电控制电路以及双时钟设置电路组成，双时钟设置电路又由数字限时电路、RC时间常数电路以及运放比较电路组成。还提供了配用不同类型电脑钥匙的小盒以及安装上述控制电路的印刷电路板的大盒，不同类型小盒共用一个大盒对各类电脑钥匙进行充电。本发明具有能快速充电，又能限时断电，让蓄电池多数时间处于冷机状态、有效延长使用寿命等特点。

主权利要求：
1.一种多类型防热浮充控制器，其特征在于，包括，
交直流转换及充电控制电路：端头①、②引入220V交流电，端头①依次串接电源开关K1、保险丝BX后接于端头⑥以及变压器B初级线圈一端，端头⑧串接二极管D3正极，D3负极串接汽车类负载FZ2后与端头②一同接于变压器B初级线圈另一端，变压器B次级线圈一端接于端头⑦和型号为KBP210G的桥堆IC1一个输入端，变压器B次级线圈另一端接于IC1另一输入端，IC1的“+”输出端串接型号为W7815的稳压集成块IC2后接于端头③，IC1的“—”输出端接于端头⑤，IC2的地脚接于电解电容C1负极以及IC1的“—”输出端，IC2的正输出端依次串接分压电阻R2和分压电阻R3后接于IC1的“—”输出端，IC2的正输出端依次串接发光二极管Fg1和电阻R1后接于IC1的“—”输出端，端头④接于R2和R3的结点；
汽车类负载和电脑钥匙类负载无极调压充电电路：用于选择端头⑥或者端头⑦的选择开关K2同时串接继电器J1和继电器J7的常开接点J1‑1和J7‑1后接于可控硅KG阳极，KG阴极接于用作选择端头⑧或端头⑨的选择开关K3，KG的控制极依次串接双向二极管D1和电阻R4以及电位器W1后接于KG阳极，双向二极管D1和电阻R4的结点串接电容C2后接于端头⑨，端头⑨串接二极管D2正极，D2负极依次串接电脑钥匙负载FZ1和端头⑩后接于变压器B次级线圈另一端，端头⑧接于二极管D3正极，D3负极串接汽车类负载FZ2后接于端头②；
电脑钥匙类负载充电电压测试电路：电压表YB一端接于D2正极，YB另一端接于变压器B次级线圈另一端；
数字限时电路：型号为CY‑56N的智能芯片IC3的13脚、14脚分别接于端头④和端头⑤，端头③接于压接开关K11一端，K11另一端同时接于继电器J1一端以及继电器J2一端，继电器J1另一端接于复合三极管BG1‑2的两个集电极，BG1‑2的发射极接于IC3的14脚，BG1‑2的基极串接于IC3的3脚，BG3‑4的发射极接于IC3的14脚，BG3‑4的基极串接于IC3的4脚，BG3‑4的两个集电极接于继电器J2的另一端，压接开关K7连接在IC3的7脚与12脚之间，IC3的9脚依次串接压接开关K4、K8后接于IC3的8脚，IC3的10脚依次串接压接开关K5、K9后接于IC3的
8脚，IC3的11脚依次串接压接开关K6、K10后接于IC3的8脚；
RC时间常数电路：K11另一端依次串接电位器W2、发光二极管Fg2、电阻R5后接于电解电容C3正极，C3负极接于端头⑤，继电器J4和继电器J3的常闭接点J3‑1‑2与C3并联；
K11另一端依次串接电位器W3、发光二极管Fg3、继电器J4常开接点J4‑1、电阻R6后接于电解电容C4正极，C4负极接于端头⑤；继电器J5和继电器J3的常闭接点J3‑2‑2与C4并联；
K11另一端依次串接电位器W4、发光二极管Fg4、继电器J5的常开接点J5‑1、电阻R7后、接于电解电容C5正极，C5负极接于端头⑤；继电器J6和继电器J3的常闭接点J3‑3‑2与C5并联；多组接点的继电器J3串接在K11另一端与端头⑤之间；
运放比较电路：K11另一端依次串接电位器W5、发光二极管Fg5后、接双排三档开关K12的继电器一侧模拟接点e端，K12的继电器另一侧模拟接点f端串接电阻R8后、接于电解电容C6正极，C6负极接于端头⑤，继电器J3的常闭接点J3‑4‑2与C6并联，继电器J4、J5、J6的常开接点J4‑1、J5‑1和J6‑1的一端分别接于a排、b排、d排的一端，按触头拨动分别接于K12c排的一个公共端e，常开接点J4‑1、J5‑1和J6‑1的另一端分别接分别接于a排、b排、d排的另一端，按触头拨动分别接于K12c排的另一个公共端的端f；K12的e端接于型号为uA741的运放IC4的负输入端，K11另一端串接电阻R9后接于IC4的正输入端，稳压二极管DY1正极接于端头⑤，DY1负极接于IC4的正输入端，IC4的7脚接于K11另一端，IC4的4脚接于端头⑤，IC4的6脚接于复合三极管BG5‑6的基极，BG5‑6的发射极串接电阻R10后接于端头⑤，BG5‑6的两个集电极合并串接继电器J7后接于K11另一端。
2.根据权利要求1所述的一种多类型防热浮充控制器，其特征在于，所述变压器B电压值为220V/24V/15V；电阻R2为100Ω，R3为11Ω，K12型号为DC‑2‑3，电容C1、C3～C6均为2200μff，C2为0.1μff，继电器J4、J5、J6均为JRC‑9V，J3型号为MY4N，J1、J7均为AR90，电阻R5、R6、R7、R8均为MΩ级；所述J3为四组接点的继电器。
3.一种采用权利要求1或权利要求2所述控制器的多用型电脑钥匙充电盒，其特征在于，由用作分别插入优特型、共创型或南瑞型电脑钥匙以及用于电动汽车类负载的交流型进行充电的4个小盒以及其内安装有控制器印刷电路板的大盒组成；上述4个小盒均由长方形框的内沿竖直向下延伸后，再由一个底板封口形成小盒壳体(601)；上述4个小盒的长方形框的上部(101)外沿尺寸以及壳体高度均相同，四个小盒的壳体内腔形状尺寸分别与优特型、共创型、南瑞型电脑钥匙以及交流型充电时插入部的形状尺寸相同；四个小盒的壳体同一位置处均设置有一个用作供大盒压接开关K11动触头向上穿入的穿透孔(401)，四个小盒上部(101)底面的四个角处分别设置有一个插针(501)，上述优特型小盒底板上面固定有两根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接的两根同柱弹簧导电杆，上述共创型小盒底板上面固定有一排四根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接一排的四根同柱弹簧导电杆，南瑞型小盒底板上面固定有呈方形布置的四根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接呈方形布置的四根同柱弹簧导电杆；用作电动汽车类负载充电的交流型小盒的底板底面上固定有用于与大盒内交流电源连接的三芯插片；
大盒结构为：长方体形盒体面板上部设置有供前述小盒插入的方形开口，该方形开口外侧四角位置处分别设有一个供小盒的插针插入固定的插孔(8)，设置在该方形开口处的压接开关K11动触头(7)，从插入小盒的穿透孔(401)向上伸出，大盒面板上设置有快充定时选择用的双排三档开关K12(3)，快充走时指示灯即发光二极管Fg2、Fg3、Fg4和Fg5(4)，数字调节、定时开关即开关K4～K10(6)，电源指示灯Fg1(11)，外接电压表插孔(10)，数字时间显示屏(5)，电源引线插头(13)，电源开关K1、选线开关K2、K3装在后背。
4.根据权利要求3所述的多用型电脑钥匙充电盒，其特征在于，所述导电杆采用由卡片固定的φ2*5弹簧杆，其上端与电脑钥匙充电端口以及通讯端口相接，下端接印刷电路板；
所述4个小盒的长方形框的外沿长*宽均为85*50mm，4个小盒的壳体高度均为40mm。
5.根据权利要求3所述的多用型电脑钥匙充电盒，其特征在于，所述优特型小盒体长*宽*高为65*30*40mm；共创型小盒体长*宽*高为70*35*40mm；南瑞型小盒体长*宽*高为75*
40*40mm；交流型小盒体长*宽*高为60*30*40mm。
6.一种采用权利要求3所述多用型电脑钥匙充电盒进行充电的操作方法，其特征在于，按以下步骤进行：
接通220V电源，闭合大盒背后开关K1以及将大盒上的选择开关K2、K3分别接至端头⑦和端头⑨，将与电脑钥匙对应型号的小盒插入大盒面板上的长方形开口内，开关K11受压接通，与此同时，小盒上的导电杆分别与电脑钥匙上的+、—充电口以及通讯口接通，根据不同型号电脑钥匙快充时间的需要，拨动开关K12至相关位置，即实现快速充电控制，根据大盒面板上的充电走时指示灯，有多少只灯亮即知充电时间是多少；而当电脑钥匙需用时取走，开关K11断开，继电器J3失电，常闭接点J3‑1‑2、J3‑2‑2、J3‑3‑2、J3‑4‑2连通，对各电容进行快速放电，等待电脑钥匙放回时，重复上面的工作流程；
当K2开关拨向端头⑦，K3开关拨向端头⑨时，快充时间结束后，继电器J7失电，常开接点J7‑1断开，停止充电，一是电脑钥匙可以快速投入现场使用，二是转入每日限充2小时状态；在数字时间显示屏上设定时间还未到达时，继电器J1不启动，常开接点J1‑1断开，此时完全中断电脑钥匙Fz1的充电，直到设置的时间到达时，继电器J1启动，常开接点J1‑1连通，恢复充电2小时，每天循环一次。
7.一种采用权利要求3所述多用型电脑钥匙充电盒对电动汽车进行充电的操作方法，其特征在于，按以下步骤进行：
电动汽车充电采用交流220伏电源，其充电功率为2kW，则可计算出充电电流约为：
I＝2000÷220＝9(A)
根据电流I计算值，对K1、K2、K3选择了电流大于10A的KCD4‑202型开关和J1、J7为电流大于20A的T90型号继电器；
合上开关K1，充电控制电路工作，同时将开关K2拨向上方，与端头⑥相接，开关K3拨向上方，与端头⑧相接，将直接连通220V交流电源，供给Fz2使用，再将三芯交流型小盒插入大盒面板上的长方形开口内，当RC设置时间与数字时间显示屏上设置的时间到达或结束时，继电器J1、J7启动或截止，其常开接点J1‑1和J7‑1闭合或断开，完成对汽车蓄电瓶的快充和每日2小时的限制充电控制；
将RC时间常数电路中的电容充放电支路增加到9条，同时K12改用10档以上的转动开关，或者将电容分3支路为一组，三档开关也可达到9条支路，以满足9个小时充电要求。 说明书 : 多类型防热浮充控制器和多用型充电盒及充电操作方法技术领域[0001] 本发明涉及充电装置，特别是防止热浮充的充电控制器及其充电操作方法。背景技术[0002] 新型发展方向的电动汽车，保证电力系统安全的五防电脑钥匙以及矿山开采、航空航天等，都要用到蓄电瓶作为动力源。当蓄电瓶使用后，又需立即充电补足电能，以做再用。但现在普遍是充满电后不切断电源，继续浮充，则存在使蓄电瓶发热、膨胀、老化损坏快的问题。发明内容[0003] 本发明目的在于提供一种多类型防热浮充控制器和多用型充电盒及充电操作方法，旨在能快速充电、又能限时断电、让蓄电池多数时间处于冷机状态，有效延长使用寿命。[0004] 本发明的目的是这样实现的：[0005] 一种多类型防热浮充控制器，具体包括：[0006] 交直流转换及充电控制电路：端头①、②引入220V交流电，端头①依次串接电源开关K1、保险丝BX后接于端头⑥以及变压器B初级线圈一端，端头⑧串接二极管D3正极，D3负极串接汽车类负载FZ2后与端头②一同接于变压器B初级线圈另一端，变压器B次级线圈一端接于端头⑦和型号为KBP210G的桥堆IC1一个输入端，变压器B次级线圈另一端接于IC1另一输入端，IC1的“+”输出端串接型号为W7815的稳压集成块IC2后接于端头③，IC1的“—”输出端接于端头⑤，IC2的地脚接于电解电容C1负极以及IC1的“—”输出端，IC2的正输出端依次串接分压电阻R2和分压电阻R3后接于IC1的“—”输出端，IC2的正输出端依次串接发光二极管Fg1和电阻R1后接于IC1的“—”输出端，端头④接于R2和R3的结点。[0007] 汽车类负载和电脑钥匙类负载无极调压充电电路：用于选择端头⑥或者端头⑦的选择开关K2同时串接继电器J1和继电器J7的常开接点J1‑1和J7‑1后接于可控硅KG阳极，KG阴极接于用作选择端头⑧或端头⑨的选择开关K3，KG的控制极依次串接双向二极管D1和电阻R4以及电位器W1后接于KG阳极，双向二极管D1和电阻R4的结点串接电容C2后接于端头⑨，端头⑨串接二极管D2正极，D2负极依次串接电脑钥匙负载FZ1和端头⑩后接于变压器B次级线圈另一端，端头⑧接于二极管D3正极，D3负极串接汽车类负载FZ2后接于端头②。[0008] 电脑钥匙类负载充电电压测试电路：电压表YB一端接于D2正极，YB另一端接于变压器B次级线圈另一端。[0009] 数字限时电路：型号为CY‑56N的智能芯片IC3的13脚、14脚分别接于端头④和端头⑤，端头③接于压接开关K11一端，K11另一端同时接于继电器J1一端以及继电器J2一端，继电器J1另一端接于复合三极管BG1‑2的两个集电极，BG1‑2的发射极接于IC3的14脚，BG1‑2的基极接于IC3的3脚，BG3‑4的发射极接于IC3的14脚，BG3‑4的基极接于IC3的4脚，BG3‑4的两个集电极接于继电器J2的另一端，压接开关K7连接在IC3的7脚与12脚之间，IC3的9脚依次串接压接开关K4、K8后接于IC3的8脚，IC3的10脚依次串接压接开关K5、K9后接于IC3的8脚，IC3的11脚依次串接压接开关K6、K10后接于IC3的8脚。[0010] RC时间常数电路：K11另一端依次串接电位器W2、发光二极管Fg2、电阻R5后接于电解电容C3正极，C3负极接于端头⑤，继电器J4和继电器J3的常闭接点J3‑1‑2与C3并联；K11另一端依次串接电位器W3、发光二极管Fg3、继电器J4常开接点J4‑1、电阻R6后接于电解电容C4正极，C4负极接于端头⑤；继电器J5和继电器J3的常闭接点J3‑2‑2与C4并联；K11另一端依次串接电位器W4、发光二极管Fg4、继电器J5的常开接点J5‑1、电阻R7后、接于电解电容C5正极，C5负极接于端头⑤；继电器J6和继电器J3的常闭接点J3‑3‑2与C5并联；多组接点的继电器J3串接在K11另一端与端头⑤之间。[0011] 运放比较电路：K11另一端依次串接电位器W5、发光二极管Fg5后、接双排三档开关K12的继电器一侧模拟接点e端，K12的继电器另一侧模拟接点f端串接电阻R8后、接于电解电容C6正极，C6负极接于端头⑤，继电器J3的常闭接点J3‑4‑2与C6并联，继电器J4、J5、J6的常开接点J4‑1、J5‑1和J6‑1的一端分别接于a排、b排、d排的一端，按触头拨动分别接于K12c排的一个公共端e，常开接点J4‑1、J5‑1和J6‑1的另一端分别接分别接于a排、b排、d排的另一端，按触头拨动分别接于K12c排的另一个公共端的端f，；K12的e端接于型号为uA741的运放IC4的负输入端，K11另一端串接电阻R9后接于IC4的正输入端，稳压二极管DY1正极接于端头⑤，DY1负极接于IC4的正输入端，IC4的7脚接于K11另一端，IC4的4脚接于端头⑤，IC4的6脚接于复合三极管BG5‑6串接的基极，BG5‑6的发射极串接电阻R10后接于端头⑤，BG5‑6的两个集电极合并串接继电器J7后接于K11另一端。上述变压器B电压值为220V/24V/15V；电阻R2为100Ω，R3为11Ω，K12型号为DC‑2‑3，电容C1、C3～C6均为2200μf，C2为0.1μf，继电器J4、J5、J6均为JRC‑9V，J3型号为MY4N，J1、J7均为AR90，电阻R5、R6、R7、R8均为MΩ级；J3为四组接点的继电器。[0012] 本发明第二目的在于提供一种上述控制器的多用型电脑钥匙充电盒。[0013] 本发明的第二目的是这样实现的：[0014] 多用型电脑钥匙充电盒由用作分别插入优特型、共创型或南瑞型电脑钥匙以及用于电动汽车类负载的交流型进行充电的4个小盒以及其内安装有控制器印刷电路板的大盒组成；上述4个小盒均由长方形框的内沿竖直向下延伸后，再由一个底板封口形成小盒壳体(601)；上述4个小盒的长方形框的上部(101)外沿尺寸以及壳体高度均相同，四个小盒的壳体内腔形状尺寸分别与优特型、共创型、南瑞型电脑钥匙以及交流型充电时插入部的形状尺寸相同；四个小盒的壳体同一位置处均设置有一个用作供大盒压接开关K11动触头向上穿入的穿透孔(401)，四个小盒上部(101)底面的四个角处分别设置有一个插针(501)，上述优特型小盒底板上面固定有两根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接的两根同柱弹簧导电杆，上述共创型小盒底板上面固定有一排四根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接一排的四根同柱弹簧导电杆，上述南瑞型小盒底板上面固定有呈方形布置的四根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接呈方形布置的四根同柱弹簧导电杆；上述用作电动汽车类负载充电的交流型小盒的底板底面上固定有用于与大盒内交流电源连接的三芯插片。大盒结构为：长方体形盒体面板上部设置有供前述小盒插入的方形开口，该方形开口外侧四角位置处分别设有一个供小盒的插针插入固定的插孔，设置在该方形开口处的压接开关K11动触头，从插入小盒的穿透孔向上伸出，大盒面板上设置有快充定时选择用的双排三档开关K12，快充走时指示灯即发光二极管Fg2、Fg3、Fg4和Fg5，数字调节、定时开关即开关K4～K10，电源指示灯Fg1，外接电压表插孔、数字时间显示屏，电源引线插头，电源开关K1、选线开关K2、K3装在后背。[0015] 上述导电杆采用由卡片固定的φ2*5弹簧杆，其上端与电脑钥匙充电端口以及通讯端口相接，下端接印刷电路板。[0016] 上述4个小盒的长方形框的外沿长*宽均为85*50mm，4个小盒的壳体高度均为40mm。[0017] 上述优特型小盒体长*宽*高为65*30*40mm；共创型小盒体长*宽*高为70*35*40mm；南瑞型小盒体长*宽*高为75*40*40mm；交流型小盒体长*宽*高为60*30*40mm。[0018] 本发明的第三目的是提供一种对电脑钥匙进行充电的操作方法。[0019] 本发明的第三目的是这样实现的：[0020] 一种对电脑钥匙进行充电的操作方法，按以下步骤进行：[0021] 接通220V电源，闭合大盒上开关K1以及将大盒上的选择开关K2、K3分别接至端头⑦和端头⑨，将与电脑钥匙对应型号的小盒插入大盒面板上的长方形开口内，开关K11受压接通，与此同时，小盒上的导电杆分别与电脑钥匙上的+、—充电口以及通讯口接通，根据不同型号电脑钥匙快充时间的需要，拨动开关K12至相关位置，即实现快速充电控制，根据大盒面板上的充电走时指示灯，有多少只灯亮即知充电时间是多少；而当电脑钥匙需用时取走，开关K11断开，继电器J3失电，常闭接点J3‑1‑2、J3‑2‑2、J3‑3‑2、J3‑4‑2连通，对各电容进行快速放电，等待电脑钥匙放回时，重复上面的工作流程。[0022] 当K2开关拨向端头⑦，K3开关拨向端头⑨时，快充时间结束后，继电器J7失电，常开接点J7‑1断开，停止充电，一是电脑钥匙可以快速投入现场使用，二是转入每日限充2小时状态；在数字时间显示屏上设定时间还未到达时，继电器J1不启动，常开接点J1‑1断开，此时完全中断电脑钥匙Fz1的充电，直到设置的时间到达时，继电器J1启动，常开接点连通，恢复充电2小时，每天循环一次。[0023] 本发明的第四目的是提供一种对电动汽车进行充电的操作方法。[0024] 本发明的第四目的是这样实现的：[0025] 一种对电动汽车进行充电的操作方法，按以下步骤进行：[0026] 电动汽车充电采用交流220伏电源，其充电功率为2kW，则可计算出充电电流约为：[0027] I＝2000÷220＝9(A)[0028] 根据电流I计算值，我们对K1、K2、K3选择了电流大于10A的KCD4‑202型开关和J1、J7为电流大于20A的T90型号继电器。[0029] 合上开关K1，充电控制电路工作，同时将开关K2拨向上方，与端头⑥相接，开关K3拨向上方，与端头⑧相接，将直接连通220V交流电源，供给Fz2使用，再将交流型小盒插入大盒面板上的长方形开口内，当RC设置时间与数字时间显示屏上设置的时间到达或结束时，继电器J1、J7启动或截止，其常开接点J1‑1和J7‑1闭合或断开，完成对汽车蓄电瓶的快充和每日2小时的限制充电控制。[0030] 为满足电动汽车的一次性充满电的时间为9小时，将RC时间常数电路中的电容充放电支路增加到9条，同时K12改用10档以上的转动开关，或者将电容分3支路为一组，三档开关也可达到9条支路，以满足9个小时充电要求。[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0032] 1、本发明交直流转换电路及充电控制电路稳定输出DC1.5V和DC15V以及220V直通电压，分别对电力五防电脑钥匙以及电动汽车二者的蓄电池进行充电，并在此基础上，结合由数字限时电路、RC时间常数电路以及运放比较电路组成的双时钟设置电路，本发明具有以下特点：[0033] 一是智能化数字走时、定时，每天限制充电2个小时。[0034] 二是RC时间常数设时、走时，可随时启动，既快速又限时完成充电控制。[0035] 以上两者都在充电时间到达后，自动切断电源，避免蓄电瓶热浮充，对延长寿命大有益处。[0036] 2、我们结合机械电气结构原理，根据电动汽车和电脑钥匙不同类型，在磨具设计制作上，做出充电控制大盒固定，不同型号小盒更换的处置，实现一器多用，性价比增高，特色明显。[0037] 本发明人以电动汽车和电脑钥匙为例，进行了所用蓄电池智能数字和RC时间常数相结合的设计制作，既能解决快速充电需要，又可防止蓄电瓶长期热浮充，老化损坏的问题。[0038] 在设计中，采用了多支路串联式延时方法、常闭接点接通快速放电、交直流降压、可控硅全压和分压细调、大小充电盒共用与替换相结合的的方式，既扩展使用范围，又节约投资。[0039] 凡使用本技术后，对相关蓄电池即可实现快速充电，又能做到每日限充2小时，既补充电源，又90％时间处于冷机状态，将大幅延长蓄电瓶使用寿命。本发明适应电力、机械、航空、航天等多行业多类型范围，故应用前景广泛。[0040] 具体电路设计及电子元器件的选用见下述具体实施方式。附图说明[0041] 图1是本发明主体结构框图。[0042] 图2是交直流转换及充电控制电路图。[0043] 图3是双时钟设置电路图。[0044] 图4是充放电曲线图。[0045] 图5a、图5b、图5c分别是ikeyM‑1优特型、TCZ‑2共创型、WFBX南瑞型电脑钥匙立体示意图。[0046] 图6a、图6b、图6c、图6d分别是优特型、共创型、南瑞型以及交流型小盒(即插接盒)的立体示意图。[0047] 图7a为小盒(分体盒)更换插入示意图。[0048] 图7b为电脑钥匙插入对应小盒内(该小盒已插入大盒内)的示意图。[0049] 图8是汽车充电排结构图。具体实施方式[0050] 下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。[0051] 图1示出本控制器主体结构，根据图1结构，我们实施了电路设计，分别为：[0052] 图2、图3示出本多类型防热浮充控制器，交直流转换及充电控制电路：端头①、②引入220V交流电，端头①依次串接电源开关K1、保险丝BX后接于端头⑥以及变压器B初级线圈一端，端头⑧串接二极管D3正极，D3负极串接汽车类负载FZ2后与端头②一同接于变压器B初级线圈另一端，变压器B次级线圈一端接于端头⑦和型号为KBP210G的桥堆IC1一个输入端，变压器B次级线圈另一端接于IC1另一输入端，IC1的“+”输出端串接型号为W7815的稳压集成块IC2后接于端头③，IC1的“—”输出端接于端头⑤，IC2的地脚接于电解电容C1负极以及IC1的“—”输出端，IC2的正输出端依次串接分压电阻R2和分压电阻R3后接于IC1的“—”输出端，IC2的正输出端依次串接发光二极管Fg1和电阻R1后接于IC1的“—”输出端，端头④接于R2和R3的结点；[0053] 汽车类负载和电脑钥匙类负载无极调压充电电路：用于选择端头⑥或者端头⑦的选择开关K2同时串接继电器J1和继电器J7的常开接点J1‑1和J7‑1后接于可控硅KG阳极，KG阴极接于用作选择端头⑧或端头⑨的选择开关K3，KG的控制极依次串接双向二极管D1和电阻R4以及电位器W1后接于KG阳极，双向二极管D1和电阻R4的结点串接电容C2后接于端头⑨，端头⑨串接二极管D2正极，D2负极依次串接电脑钥匙负载FZ1和端头⑩后接于变压器B次级线圈另一端，端头⑧接于二极管D3正极，D3负极串接汽车类负载FZ2后接于端头②；[0054] 电脑钥匙类负载充电电压测试电路：电压表YB一端接于D2正极，YB另一端接于变压器B次级线圈另一端；[0055] 数字限时电路：型号为CY‑56N的智能芯片IC3的13脚、14脚分别接于端头④和端头⑤，端头③接于压接开关K11一端，K11另一端同时接于继电器J1一端以及继电器J2一端，继电器J1另一端接于复合三极管BG1‑2的两个集电极，BG1‑2的发射极接于IC3的14脚，BG1‑2的基极接于IC3的3脚，BG3‑4的发射极接于IC3的14脚，BG3‑4的基极接于IC3的4脚，BG3‑4的两个集电极接于继电器J2的另一端，压接开关K7连接在IC3的7脚与12脚之间，IC3的9脚依次串接压接开关K4、K8后接于IC3的8脚，IC3的10脚依次串接压接开关K5、K9后接于IC3的8脚，IC3的11脚依次串接压接开关K6、K10后接于IC3的8脚；[0056] RC时间常数电路：K11另一端依次串接电位器W2、发光二极管Fg2、电阻R5后接于电解电容C3正极，C3负极接于端头⑤，继电器J4和继电器J3的常闭接点J3‑1‑2与C3并联；K11另一端依次串接电位器W3、发光二极管Fg3、继电器J4常开接点J4‑1、电阻R6后接于电解电容C4正极，C4负极接于端头⑤；继电器J5和继电器J3的常闭接点J3‑2‑2与C4并联；K11另一端依次串接电位器W4、发光二极管Fg4、继电器J5的常开接点J5‑1、电阻R7后、接于电解电容C5正极，C5负极接于端头⑤；继电器J6和继电器J3的常闭接点J3‑3‑2与C5并联；多组接点的继电器J3串接在K11另一端与端头⑤之间；[0057] 运放比较电路：K11另一端依次串接电位器W5、发光二极管Fg5后、接双排三档开关K12的继电器一侧模拟接点e端，K12的继电器另一侧模拟接点f端串接电阻R8后、接于电解电容C6正极，C6负极接于端头⑤，继电器J3的常闭接点J3‑4‑2与C6并联，继电器J4、J5、J6的常开接点J4‑1、J5‑1和J6‑1的一端分别接于a排、b排、d排的一端，按触头拨动分别接于K12c排的一个公共端e，常开接点J4‑1、J5‑1和J6‑1的另一端分别接分别接于a排、b排、d排的另一端，按触头拨动分别接于K12c排的另一个公共端的端f；K12的e端接于型号为uA741的运放IC4的负输入端，K11另一端串接电阻R9后接于IC4的正输入端，稳压二极管DY1正极接于端头⑤，DY1负极接于IC4的正输入端，IC4的7脚接于K11另一端，IC4的4脚接于端头⑤，IC4的6脚接于复合三极管BG5‑6的基极，BG5‑6的发射极串接电阻R10后接于端头⑤，BG5‑6的两个集电极合并串接继电器J7后接于K11另一端。[0058] 图2是交直流转换及无极调压充电控制电路，220V交流电源在①②端口引入，经开关K1，保险管BX传递给变压器B原边，经变压器降压，副边输出15V交流电压，又经IC1桥堆KBP210G整流，电容C1滤波，IC2集成块W7815稳压，发光二极管Fg1与电阻R1支路做电源正常与否指示，电阻R2、R3分压，在③④端头输出1.5V电压，在③⑤端头输出15V电压，供给后续电路工作使用。[0059] 其中无极调压和不同负载板块则在后面功能应用部分介绍。[0060] 图1图2电路中主要器件型号如表1所示。[0061] 表1电器元件[0062] 器件名称 电路序号 器件型号 器件名称 电路序号 器件型号电源开关 K1 KCD4‑202N 压接开关 K10 T1102选线开关 K2‑K3 KCD4‑202N 双排开关 K12 DC‑2‑3桥堆 IC1 KBP210G 电容器 C1.C3‑Cn 2200uf稳压电源 Ic2 W7815 电容器 C2 0.1uf智能芯片 IC3 CY‑56N 继电器 J4‑6 JRC‑9V电位器 W1 B500K 继电器 J3 MY4N电位器 W2‑4 BAOTER103 继电器 J1.J7 AR90稳压二极管 WY1 1N47404 可控硅 KG1 BTA16变压器 B 220/24/15V 双向二极管 D1 BT33电阻 R2、R3 100、11Ω 电阻 R5‑8 MΩ级[0063] 数字限时电路[0064] 在图3中的③④⑤端头以上，是以智能芯片CY‑56N为主体的数字时钟电路，它接收③④端头来的1.5电压开展工作，经开关K4‑K10进行校时、定时设置，使蓄电瓶每日充电2小时，则相对关系是：[0065] (24‑2)÷24×100％＝92％[0066] 即全天有92％的时间处于冷机状态，以利于减少热浮充，延长设备使用寿命。[0067] 图中继电器J1或J2(扩展备用)根据设置时间启动、关闭，给出蓄电瓶充、断电控制信号。[0068] 由于图1中虚线框架及本部分电路所示，曾经申报过专利，故这里只作组合内容简单介绍，不作保护条例申请。[0069] 时间常数电路[0070] 如电力五防电脑钥匙，当使用一次后，需要快速充电，以备再用。为此我们以RC时间常数为基础，进行了相关电路设计。[0071] 请见图3下半部分，首先电脑钥匙放入时，自身重量压下微型开关K11动触头，从③⑤端头上接通15V直流电源，多组继电器J3启动，各常闭接点断开，对后续电路暂不造成影响。[0072] 15V电压U+经电位器W2、发光二极管Fg2、电阻R5向电容C3充电，其它支路类似，形成RC时间常数。经欧姆定律确定电流i为：[0073] i＝U+/(Rw2+R5)[0074] 以该电流值对电容进行充电，其电压Uc3从0V到电源电压U+的15V上积分，如算式：[0075][0076] 根据经验，我们希望每组RC时间常数电路充电时间达到1小时以上，故电阻选择1.2MΩ，电容2200uf，使电流i在uA范围，各电位器做微调校正。[0077] 后面我们选J4为9V继电器，即达到9V翻转，常开接点J4‑1闭合，启动以电容C4为中心的充电线路；J5启动，常开接点J5‑1闭合，启动以电容C5为中心的充电线路；同理，如省略线类推，J6‑1等又启动后面n个充电线路，形成多级充电结构。而每路一个小时，可以做到数小时以上。[0078] 串联在各支路中的发光二极管，点亮即表示该支路进入充电范围，并按点亮的二极管个数可以计算所充小时数。[0079] 由此设计的各支路串联充电，比原普遍采用的并联电容充电方式好，因所有并联电容虽扩大了容量，但都在同时被充电中，时间很难有大的变化；而本电路分段启动，从头开始的方法，对分别和总体时间都有保障。充放电概况如图4。[0080] 图4中，纵坐标是电压幅度，中间各上升曲线Ⅰ,表示在RC时间常数下的充电积分情况，横坐标为时间轴，表示每段曲线在1小时中转化启动，随着支路、曲线越多，总体时间越长。综合可见，本段设计的电路和时间串联叠加方式是颇具特色的。[0081] 在图3中部还可看到，有一个双排三档开关K12，这是为了将J4、J5、J6继电器的常开接点并联到相应端头，使之拨动开关键，就能做出充电时间的选择。[0082] 为什么要选双排开关？因为各常开接点的静、动触头位置不一样，不能公用，既要分开连接，又要同步运作，则双排开关可以实现。具体是c排为开关公共点，分别连接e.f端点(虚线为模拟常开接点)，这样，当开关键拨向上方时，公共点与J4‑1常开接点的两端接通，再向C6充电；同理，当开关键拨到b和d端头时，公共点又分别把J5‑1、J6‑1的常开接点的两端接通，再向C6充电。这样就可实现单一或多段串联延时选择。比如接通J5‑1常开接点时，前面充电时间便有C3、C4两支路的两小时选入，以此类推。[0083] 快速放电[0084] 现要考虑另一重要情况，如C3—C6的各电容充满电，当电脑钥匙使用过后，需对所带蓄电池(图2中的fz1、fz2)马上充电。但因各电容充满电，集成运放IC4和继电器J7翻转不了，故做不到。这就需要对相关电容快速放电。为此，我们设计了四组接点的继电器J3，当电脑钥匙取走，压接开关K11断开时，J3截止，并接在各电容旁的常闭接点J3‑1‑2、J3‑2‑2、J3‑3‑2、J3‑4‑2闭合，对各充满电的电容做金属短路式放电，亦如图4中近乎于垂直的粗实线Ⅱ，基本上在几十秒级时间内即可将电量放完。电量放完后，各电容又可恢复到充电延时的原始功能，这是本电路的又一独到特色。[0085] 运放比较电路[0086] 图3中W5、R8、C6构成K12开关后的再次充电支路；另与电阻R9、1N47404稳压器二极管DY1支路构成集成运放IC4正、负端工作点，并进行电压比较。[0087] 在K11接通初期，各电容进入充电，但电压很低，这时1N47404稳定在9V(电压高充电时间长)的正相端3的电压U3高于负相端2的电压U2，即U3＞U2，此时IC4导通，6脚输出高电平，使复合管BG5‑6导通，继电器J7启动。[0088] 在K11接通一定时间后，依开关K12的档位选取，，包括C6在内的各支路电容陆续充电，使负相端2的电压U2上升，逐步超过正相端电压U3，即变为U3＜U2，IC4翻转，6脚输出低电平，复合管BG5‑6转为截止，继电器J7关闭。而继电器J7的常开接点J7‑1会去控制自动汽车和电脑钥匙等不同负载的工作状态。[0089] 负载控制单元[0090] 转换控制：结合图2图3，由于负载有需220V充电的电动汽车，也有15V以下充电的电脑钥匙，并因型号不同电压变化大，加上可控硅结点影响，很难将220V电压降到40V以下，为此我们设计了变压器降压与可控硅调节相结合的双重调控电路，以满足要求。[0091] 具体是在图3中，当数字或RC常数设置时间到达时，继电器J1(J2待用)、J7任中一个或同时启动时，在图2中，若开关K2打向端头⑥、开关K3打向端头⑧时，接通220V交流电压，由闭合的常开接点J1‑1或J7‑1经无极调压向电动汽车等负载Fz2提供充电电源。当开关K2打向端头⑦时，开关K3打向端头⑨时，降压到15V的交流电源同样由闭合的J1‑1或J7‑1常开接点经无极调压向电脑钥匙类Fz1提供充电电源。[0092] 另外说明，由于使用电压等级的区别，则引用变压器前后的火线、零线不一样，故采用了K2、K3开关做同步转换，这亦为本电路的又一特点。[0093] 由于蓄电池充电需用脉动电源，故我们增加了二极管D2、D3做半波整流，既保留脉动功能，又减少负半波的反向影响，具有双重作用。[0094] 无极调压以可控硅BTA16/600B为中心，因是常规电路，故于此不多述。[0095] 电压监测单元：因为电脑钥匙品种多，所需充电电压不一样，为此我们设置了A、B插孔，以供调试时外接电压表或万用表进行监测。[0096] 当充电对象确定，开关档位、阻容参数、控制时钟等不再变化，整个电路投入自动运行状态。[0097] 机电多用型充电控制盒设计[0098] 多用机械控制盒[0099] 我们先以电脑钥匙为例，对多用型充电控制盒设计做出介绍。电脑钥匙有优特ikey‑M、共创TCZ‑2、南瑞WFBX等多种型号结构，如图5a、5b、5c所示。[0100] 从图5可见各电脑钥匙形体、大小、面板布局、充电端头等位置不一样，现我们着重对相关充电底部做介绍。表2给出了各自结构尺寸和端头位置：[0101] 表2电脑钥匙相关参数表[0102]型号 ikeyM‑1 TCZ‑2 WFBX尺寸 30x65 35x70 40x75端头 2个放一侧 4个放一侧 4个4放4角形体 上下收缩并侧面弧形 中方形 大方形[0103] 从表2可见各型号差异，即说明不能共用一个充电器，但每个都单独设计一套盒体，又工作量大，成本过高。为此，我们进一步做出异同点的观察分析：[0104] 第一，时控主体相同，可共用。[0105] 第二，带“+‑”的是充电位置，余下的是通讯端头，它们都在仪器底部。[0106] 第三，形体大小有所不同，但均比较接近。[0107] 以上说明它们有差异，也有相近处，为此我们将都需充电的时间控制部份设为同一主体大盒(如后面图7)，并据电脑钥匙不同形状设置为可替换的插接小盒，如图6a、图6b、图6c、图6d所示。[0108] 图6b中的标注是：101为充电小盒固定外沿，201为充电小盒可变内壁，301是充电小盒导电杆，401是压接开关动柱头穿透孔，501为充电小盒与充电大盒连接插针，601为充电小盒壳体，701是小盒与印刷电路板连接弹簧导电杆；图6d中801则是交流电源连接片。各相关尺寸如表3：[0109] 表3电脑钥匙插接盒相关参数表[0110][0111][0112] 具体设计是：[0113] 1)各型号上部外沿大小宽窄分相同，为50x85。[0114] 2)各型号下部桶式壳体高度统一为40mm，但大小、椭圆、方体形状有别。[0115] 3)电脑钥匙各充电和通讯端头位置不同，上下端采用同一弹簧导电杆，中间用卡片固定，，上端与各电脑钥匙充电、通讯位置对应，下端与印刷电路板设计位置对应。[0116] 这样，大小盒配合，什么型号采用什么盒体，既扩大适用范围，又减少投资，并具有方便灵活的重要特色。[0117] 充电大盒设计[0118] 前面介绍了充电插接小盒设计情况，那么它们与时间控制的主体怎样配合呢？这就是我们将要开展的充电装载大盒的设计，请见图7。[0119] 图7中a是将更换小盒插入大盒的形状；b是电脑钥匙插入盒体充电应用的情况。而大盒结构按序是：[0120] 1.大盒外壳，2.替换小盒插入槽，3.快充定时选择开关K12，4.快充走时指示灯Fg2‑4，5.数字时间显示屏，6.数字调节、定时开关K4‑10键，7.压接开关K11动柱头与配套穿透孔，8.大小盒连接插针和插孔，9.多类型替换插接小盒，10.外接电压表插孔，11.电源指示灯Fg1,12.电脑钥匙插入大小盒体形状，13.交流电源插头,14.电源开关K1(K2、K3等在后面板，为常规件被遮挡不再画)。[0121] 前面在图3所述的智能芯片和时间常数中包含的电阻、电容、继电器、可控硅等元器件，统一设计制作成印刷电路板，安装在大盒内，位置与小盒插针等紧密配合。插入连接后，投入运行，实现双时控功能。[0122] 特别说一下，在图7b的大盒上方例举插入了南瑞WFBX型电脑钥匙，也可以根据现场情况，更换其它型号，包括交流小盒。这便是本直插式电力、机械配合制作，扩大使用的有益和重要特点。[0123] 一种上述控制器的多用型电脑钥匙充电盒，由用作分别插入优特型、共创型或南瑞型电脑钥匙以及用于电动汽车类负载的交流型进行充电的4个小盒以及其内安装有控制器印刷电路板的大盒组成；上述4个小盒均由长方形框的内沿竖直向下延伸后，再由一个底板封口形成小盒壳体601；上述4个小盒的长方形框的上部101外沿尺寸以及壳体高度均相同，四个小盒的壳体内腔形状尺寸分别与优特型、共创型、南瑞型电脑钥匙以及交流型充电时插入部的形状尺寸相同；四个小盒的壳体同一位置处均设置有一个用作供大盒压接开关K11动触头向上穿入的穿透孔401，四个小盒上部101底面的四个角处分别设置有一个插针501，上述优特型小盒底板上面固定有两根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接的两根同柱弹簧导电杆，上述共创型小盒底板上面固定有一排四根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接一排的四根同柱弹簧导电杆，上述南瑞型小盒底板上面固定有呈方形布置的四根弹簧导电杆、底板底面上固定有用作与印刷电路板连接呈方形布置的四根同柱弹簧导电杆；上述用作电动汽车类负载充电的交流型小盒的底板底面上固定有用于与大盒内交流电源连接的三芯插片；[0124] 大盒结构为：长方体形盒体面板上部设置有供前述小盒插入的方形开口，该方形开口外侧四角位置处分别设有一个供小盒的插针插入固定的插孔8，设置在该方形开口处的压接开关K11动触头7，从插入小盒的穿透孔401向上伸出，大盒面板上设置有快充定时选择用的双排三档开关K12，快充走时指示灯即发光二极管Fg2、Fg3、Fg4和Fg5，数字调节、定时开关即开关K4～K10，电源指示灯Fg1，外接电压表插孔10、数字时间显示屏5，电源引线插头13，电源开关K1、选线开关K2、K3如装在后背。[0125] 导电杆采用由卡片固定的φ2*5弹簧杆，其上端与电脑钥匙充电端口以及通讯端口相接，下端接印刷电路板；[0126] 所述4个小盒的长方形框的外沿长*宽均为85*50mm，4个小盒的壳体高度均为40mm。[0127] 应用解析[0128] 在电路设计、装配制作完成后，我们将投入正式充电应用。[0129] 仍以电脑钥匙充电为例，接通220V电源，当仪器插入大小盒内，图3中开关K11受压接通，图7中序号3是K12开关，根据不同型号电脑钥匙快充时间的需要，拨动到相关位置，即可实现充电控制。图中序号4是充电走时指示灯组，据灯亮个数即知充电时间是多少。[0130] 而当电脑钥匙需用取走，开关K11断开，继电器J3失电，常闭接点J3‑1‑2——J3‑4‑2连通，对各电容金属性短路放电，等待电脑钥匙放回时，重复上面的工作流程。[0131] 当K2开关拨向端头⑦，K3开关拨向端头⑨时，快充时间结束后，继电器J7失电，常开接点J7‑1断开，一是电脑钥匙可以快速投入现场使用，二是转入每日限充2小时状态；在智能数字设定时间还未到达时，继电器J1不启动，常开接点J1‑1断开，此时完全中断电脑钥匙Fz1的充电，直到如图7中设置的8:30到达时，继电器J1启动，常开接点连通，恢复充电2小时。每天循环一次。[0132] 一种上述多类型防热浮充控制器对电脑钥匙进行充电的操作方法，按以下步骤进行：[0133] 接通220V电源，闭合大盒上开关K1以及将大盒上的选择开关K2、K3分别接至端头⑦和端头⑨，将与电脑钥匙对应型号的小盒插入大盒面板上的方形开口内，开关K11受压接通，与此同时，小盒上的导电杆分别与电脑钥匙上的+、—充电端以及通讯端接通，根据不同型号电脑钥匙快充时间的需要，拨动开关K12至相关位置，即实现充电控制，根据大盒面板上的充电走时指示灯，有多少只灯亮即知充电时间是多少，而当电脑钥匙需用时取走，开关K11断开，继电器J3失电，常闭接点J3‑1‑2、J3‑2‑2、、J3‑3‑2、J3‑4‑2连通，对各电容进行快速放电，等待电脑钥匙放回时，重复上面的工作流程；[0134] 电动汽车充电要领[0135] 在能源扩展方面，电动汽车作为发展方向，已被广泛推广应用，而蓄电瓶是汽车动力之源，即被不断使用，又需及时补充能量。[0136] 电动汽车电瓶组由多个电池串并联叠置而成，一辆车的电池件由多达几十个分装电池组构成，就充电到4.2V的锂离子电池而言，可以产生超过400V的总电压。当组合仪表上的相应指示图标点亮或仪表指示余量小于25％时，则电动汽车必须进行充电。[0137] 充电又主分三种方式：[0138] 1.充电站充电；[0139] 2.停车场充电；[0140] 3.家庭充电。[0141] 这三种形式，除充电站有专职人员管理以外，其它两种基本是驾驶人员停车后，插上充电器便离开，直到次日甚至更长时间，需用车时才去撤出电源。这样，汽车的重要组成部分——蓄电瓶长期处于热浮充状态，老化快，寿命短，损失大。[0142] 这样，我们的双时钟控制器，就能发挥很大作用了。[0143] 具体如图8所示。[0144] 图8是一小区停车场对电动汽车充电排的结构示意，其中1是停车位置，2是电动汽车，3是电源墙壁，壁后附交流电源线，4是本专利研制的充电时控器，5是充电连接线。[0145] 现我们以比亚迪电动汽车为例，该型电动汽车充电，采用交流220伏电源，其充电功率为2kW，则可计算出充电电流约为：[0146] I＝2000÷220＝9(A)[0147] 根据电流I计算值，我们对K1、K2、K3选择了电流大于10A的KCD4‑202型开关和J1、J7为电流大于20A的T90型继电器。[0148] 在图2工作中，当开关K2拨向上方，与端头⑥相接，开关K3拨向上方，与端头⑧相接，将直接连通220V交流电源，供给Fz2使用。再结合图3电路、图7替换为220V交流小盒，图8充电排以及前面的应用解析，在智能数字和时间常数设置的时间到达或结束时，继电器J1、J7启动或截止，其常开接点J1‑1和J7‑1闭合或断开，完成对汽车蓄电瓶的快充和每日2小时的限制充电控制。[0149] 我们还需进一步考虑的是：因如比亚迪电动汽车的一次性充满电的时间约为9小时，这样，RC时间常数电容充放电支路(图3中，W2、R5、C3、W3、R6、C4以及W4、R7、C5)还需增加到9条，则仅有3档的开关K12不够用了，为此，可改用10档以上的转动开关，或者将电容分3支路为一组，三档开关也可达到9条支路，以满足9个小时没要求了，这也是一个创新结构特点。

专利地区：四川

专利申请日期：2020-10-12

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112104055B