一種電池充電器的製作方法
2023-05-08 10:59:56 4
專利名稱：一種電池充電器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池充電器，具體涉及一種鹼性電池及鎳鎘/鎳氫電池通用充電器。
背景技術：
用戶總是希望對可充電電池進行快速、有效、安全的充電，然而快速充電就需要使用較大的電流，電池在大電流的充電過程中會出現電池發熱的現象，而且當用大電流充電，電池充滿後，如不及時停止，電池會迅速發熱，嚴重時會導致電池燒毀或爆炸。
然而假如採用小電流慢充方式，充電時間過長，不但會拉長充電監測時間，造成電能的浪費；而且長時間小電流充電，極易造成充電過程出現「極化」現象，內部出現硫化結晶，極大地縮短了電池的循環使用壽命。
為了解決這一問題，現代的鎳鉻/鎳氫電池充電器大多採用脈衝充電方式。脈衝充電方式是電池充電理論的新發展，脈衝充電方式即是充電電流以脈衝方式輸出，使電池在充電的過程中，適時地暫停充電，就可迅速有效地消除各種極化電壓，從而提高充電速度，還可以加快活性物質的反應速度，有效地防止硫化結晶及電池發熱現象。
但是快速充電器不僅要能解決極化效應和發熱現象，同時也必須具備自停功能，才能使充電高效安全。
市場上具備自停功能的鎳鉻/鎳氫電池充電器是使用電壓負增量(-ΔV)的檢測方式判斷電池是否充滿(即利用電池在接受充電時電壓會上升，充滿時電壓為最大值，過充時電壓反而會下降，即出現「-ΔV」的特性來完成對充電過程的自動控制)，實用新型ZL02260542.8公開了一種具備自停功能的鎳鉻/鎳氫電池充電電路，其包括電壓峰值採樣保持與輸入電壓比較控制電路，所述的輸入電壓比較控制電路由電池電壓分壓取樣電路、峰值採用保持電路、-ΔV比較控制電路、D1反向漏電流抑制電路、穩定電壓作峰值採樣保持電容正端參考電壓電路、運放輸入端偏置電流抑制電路所組成。這種充電器的不足之處在於結構複雜，成本較高，而且不能根據充電情況自動調整充電電流的大小。
另外，以往消費者認為鹼性電池充電會引起爆炸或漏液，因而不敢對鹼性電池輕易充電，用光電之後即將鹼性電池拋棄，這樣不僅會浪費資源且容易造成環境汙染。專家指出「《現代電工手冊》修訂版中有這樣的記錄『LR6五號鹼性電池的充電壽命為30-45次』。」所以鹼性電池並非不能充電，只要解決好鹼性電池在充電過程中的發熱和極化現象，避免鹼性電池過度充電或過熱，就能對鹼性電池進行再生性充電，大大有利於環境保護和資源節約。
而鹼性電池與鎳鉻/鎳氫電池的充電終止電壓不同，現在市場上尚未有鹼性電池及鎳鎘/鎳氫電池通用自動充電器，給消費者帶來諸多不便。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構合理，能根據充電情況自動調整充電電流的大小，具有精確停充功能的鹼性電池及鎳鎘/鎳氫電池通用充電器。
為實現以上目的，本發明所採用的技術方案是一種電池充電器，充電基座由殼體和置於其內部的以脈衝充電方式工作的電路組成，殼體上表面設有供放置待充電池的凹座，凹座內設有充電埠6，充電埠6的設置及其與工作電路的電氣連接使待充電池置入凹座後，電池與電路之間能正確傳輸充電電流和電池信號，所述以脈衝充電方式工作的電路包括淺脈動直流電源發生電路1，其特徵在於所述以脈衝充電方式工作的電路還包括基準電壓預置電路2、採樣比較電路3、充電指示電路4、調整環節5；所述淺脈動直流電源發生電路1與調整環節5的充電電源輸入口連接，通過調整環節5為充電埠6提供淺脈動直流充電電流，所述淺脈動直流電源發生電路1與基準電壓預置電路2、採樣比較電路3的工作電源輸入口連接，為基準電壓預置電路2、採樣比較電路3提供工作電源；所述基準電壓預置電路2的基準電壓輸出端與採樣比較電路3的基準電壓輸入端連接；所述採樣比較電路3的採樣電壓輸入端與充電埠6採樣電壓輸出端連接，採樣比較電路3的輸出端與調整環節5的控制電流輸入端以及充電指示電路4的電流輸入端連接，採樣比較電路3通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣電壓輸入端的輸入電壓進行比較，在採樣比較電路3的輸出端分別輸出控制電流給調整環節5以及充電指示電路4，調整環節5根據該控制電流調整輸出到充電埠6的淺脈動直流充電電流的大小，並在採樣比較電路3的輸出端的輸出電流為零時停止輸出淺脈動直流充電電流，充電指示電路4在採樣比較電路3的輸出端有輸出電流時保持發光狀態，在採樣比較電路3的輸出端輸出電流為零時熄滅以指示充電完成。
所述淺脈動直流電源發生電路1由電源變壓器T1及二極體D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路組成，電源變壓器T1將交流電220V的交流電壓變為所需的電壓值，然後通過二極體D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路將交流電壓變為脈動的直流電壓。
所述充電指示電路4為發光二極體LED1。
所述的調整環節5為一個調整三極體Q1，Q1的集電極通過限流電阻R3與橋式整流電路的電流輸出端連接，Q1的發射極接充電埠。
所述的採樣比較電路3為兩個運算放大器U3、U4，U3、U4的一個輸入端為基準電壓輸入端，另一輸入端連接充電埠的採樣電壓輸出端，U3、U4的工作電流輸入端通過限流電阻R5與橋式整流電路的電流輸出端連接，U4的輸出端通過限流電阻R1與Q1的基極連接，U4通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣電壓輸入端的輸入電壓進行比較後，輸出控制電流到調整三極體Q1的基極以控制Q1發射極電流的大小；U3的輸出端與LED1的P區連接，U3通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣電壓輸入端的輸入電壓進行比較後，輸出或停止輸出工作電流給LED1以指示充電進行中和充電結束。
所述的基準電壓預置電路包括分壓電阻R6、R8，發光二極體LED3，雙聯閘刀開關K，雙聯閘刀開關K在閉合狀態一時，發光二極體LED3與R6串聯後連接在橋式整流電路的工作電壓輸出端，R8空置，LED3並聯在U3、U4的基準電壓輸入端與它們的共同電位參考點之間，LED3的端電壓作為基準電壓輸入U3、U4，雙聯閘刀開關K在閉合狀態二時，R8與R6串聯後連接在橋式整流電路的工作電壓輸出端，發光二極體LED3空置，R8並聯在U3、U4的基準電壓輸入端與它們的共同電位參考點之間，R8的端電壓作為基準電壓輸入U3、U4，發光二極體LED3在雙聯閘刀開關K的兩種閉合狀態時分別處於發光和熄滅兩種狀態，從而起到指示當前所充電的電池類型的作用。
本發明能帶來的有益效果是(1)充分考慮到電池化學物質的電化學反應特性，採用淺脈衝電流進行充電，經過調試和參數匹配，能做到充分消除極化現象，真正有效的保護電池的使用壽命。
(2)不僅具有精確的自停功能，而且能根據充電情況自動調整充電電流的大小，杜絕電池在充電過程中的發熱現象，決不會過充或充電不足，結構合理，安全可靠。
(3)解決了鹼性電池及鎳鎘/鎳氫電池因充電終止電壓不同而不能通用一種充電器的問題，提供了一種性價比高的鹼性電池及鎳鎘/鎳氫電池通用自動充電器，為消費者帶來方便。
圖1本發明的工作電路結構方框2本發明的實施例的核心晶片結構示意3本發明的實施例的電路原理圖
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明做進一步說明。
參見圖1，本發明的工作電路包括淺脈動直流電源發生電路、基準電壓預置電路、採樣比較電路、充電指示電路、調整環節。
所述淺脈動直流電源發生電路與調整環節的充電電源輸入口連接，通過調整環節為充電埠提供淺脈動直流充電電流，所述淺脈動直流電源發生電路與基準電壓預置電路、採樣比較電路的工作電源輸入口連接，為基準電壓預置電路、採樣比較電路提供工作電源。
所述基準電壓預置電路的基準電壓輸出端與採樣比較電路的基準電壓輸入端連接；所述採樣比較電路的採樣電壓輸入端與充電埠採樣電壓輸出端連接，採樣比較電路的輸出端與調整環節的控制電流輸入端以及充電指示電路的電流輸入端連接，採樣比較電路通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣電壓輸入端的輸入電壓進行比較，在採樣比較電路的輸出端分別輸出控制電流給調整環節以及充電指示電路，調整環節根據該控制電流調整輸出到充電埠的淺脈動直流充電電流的大小，並在採樣比較電路的輸出端的輸出電流為零時停止輸出淺脈動直流充電電流，充電指示電路在採樣比較電路的輸出端有輸出電流時保持發光狀態，在採樣比較電路的輸出端輸出電流為零時熄滅以指示充電完成。
圖2、圖3提供了本發明的一個實施例。該實施例提供了對二節電池同時進行充電的充電電路，即將兩個本發明中所述的用於一節電池充電的電路並聯，如果要對三節或以上的電池同時進行充電，只要將相同數目的本發明所述電路並聯即可。
參見圖2，核心晶片U為集成晶片，是由四個運算放大器U1、U2、U3、U4組成。腳11是集成晶片U的電源供應端；腳4是集成晶片U的接地端；腳1是U1的輸出端、腳7是U2的輸出端、腳8是U3的輸出端、腳14是U4的輸出端；腳2、腳3是U1的輸入端，腳5、腳6是U2的輸入端，腳9、腳10是U3的輸入端，腳12、腳13是U4的輸入端。
參見圖3，本發明所述淺脈動直流電源發生電路可以採用變壓、整流、濾波等技術組成所需電路，本實施例中先採用電源變壓器T1將交流電網220V的交流電壓變為所需的電壓值，然後通過二極體D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路將交流電壓變為脈動的直流電壓，所得到的直流電壓一方面它為集成晶片U提供工作電源，它的正端通過分壓電阻R6接集成晶片U的腳11，它的負端接集成晶片U的接地端腳4，在集成晶片U的腳11、腳4之間並聯由穩壓晶閘管DW和濾波電容C1並聯組成的穩壓濾波電路從而使作為集成晶片U工作電源的直流電壓更穩定；另一方面它為充電電路提供直流淺脈動充電電源，它的正端通過限流電阻R3接三極體Q1的集電極，以及通過限流電阻R4接三極體Q2的集電極。
集成晶片U的腳13、腳10短接後接三極體Q1的發射極，集成晶片U的腳14通過限流電阻R1接三極體Q1的基極；集成晶片U的腳2、腳5短接後接三極體Q2的發射極，集成晶片U的腳1通過限流電阻R2接三極體Q2的基極。需充電的電池BT1串聯在三極體Q1的發射極與集成晶片U的接地端腳4之間，BT1的正極接三極體Q1的發射極，BT1的負極接地；需充電的電池BT2串聯在三極體Q2的發射極與集成晶片U的接地端腳4之間，BT2的正極接三極體Q2的發射極，BT2的負極接地。
發光二極體LED1的P區接集成晶片U的腳8，N區接集成晶片U的接地端腳4；發光二極體LED2的P區接集成晶片U的腳7，N區接集成晶片U的接地端腳4。
集成晶片U的腳12、腳9、腳3、腳6短接後接雙聯閘刀開關K的觸點1和觸點4。閘刀開關K的觸點1和觸點4之間短接，並通過分壓電阻R6接集成晶片U的腳11，閘刀開關K的觸點5與集成晶片U的接地端腳4之間串聯發光二極體LED3，發光二極體LED3的P區接閘刀開關K的觸點5，N區接集成晶片U的接地端腳4。閘刀開關K的觸點6通過分壓電阻R8接集成晶片U的接地端腳4。
實際工作時，在雙聯閘刀開關K的觸點1和觸點5連通，觸點3與觸點6連通的情況下，上電後，220V交流電通過變壓、整流、穩壓、濾波後產生的直流淺脈動電源提供直流脈動電流到Q1、Q2的集電極；並提供直流工作電壓到集成晶片U的腳11、接地端腳4；同時該直流電壓在串聯在集成晶片U的接地端腳4、腳11之間的R6、LED3上產生壓降。雙聯閘刀開關K此時的導通狀態使LED3的兩端壓降作為預置基準電壓分別輸入到集成晶片U的12腳即U4的一個輸入端，9腳即U3的一個輸入端；以及集成晶片U的3腳即U1的一個輸入端，6腳即U2的一個輸入端。同時接在BT1正極的集成晶片U的13腳即U4的另一輸入端，及10腳即U3的另一輸入端；以及接在BT2正極的集成晶片U的2腳即U1的另一輸入端，及5腳即U2的另一輸入端，採樣BT1、BT2的當前電壓，通過運算放大器對兩輸入端的電壓比較，在集成晶片U的14腳即U4的輸出端，以及在集成晶片U的1腳即U1的輸出端輸出合適的控制電流到Q1、Q2的基極，Q1、Q2的發射極輸出淺脈動直流充電電流給BT1、BT2進行充電，並在集成晶片U的8腳即U3的輸出端輸出電流使LED1發光，在集成晶片U的7腳即U2的輸出端輸出電流使LED2發光，用於分別指示電池BT1、BT2正處於充電過程中。隨著充電過程的進行，BT1、BT2的電壓逐漸增大，也使得集成晶片U中的四個運算放大器的輸入端之間的壓差逐漸變小，從而使四個運算放大器的輸出端輸出到三極體Q1、Q2基極的電流隨充電過程的進行而變化，以控制Q1、Q2發射極電流的大小，BT1、BT2充電到預置電壓後，集成晶片U中的四個運算放大器的輸入端之間的壓差變為零，四個運算放大器的輸出端的輸出電流也變為零，Q1、Q2的基極電流變為零，Q1、Q2的發射極電流隨之變為零，對BT1、BT2的充電及時停止，LED1、LED2也同時熄滅。
同樣，當雙聯閘刀開關K處在觸點4與觸點6連通，觸點2與觸點5連通的狀態時，R8代替了LED3的位置，R8兩端的壓降成為預置比較電壓，因而，只要通過對LED3、R8參數的合理設置，就能使得在對充電終止電壓互不相同的鹼性電池和鎳鉻/鎳氫電池進行充電時，只要通過簡單的轉換開關K，即可以為充電器預置不同的終止電壓，決不會造成充電不足或是過充，同時隨著開關K的轉換，使LED3分別處在與R6串聯或空置狀態，從而LED3分別處於發光或是熄滅的狀態，從而起到指示當前所充電的電池類型的作用。
雖然參照具體的實施例已經描述了本發明，但此描述不意味著構成限制。在參照本發明的描述後，對於本技術領域的熟練人員來說，顯然能夠對所公開的實施例作出各種各樣的修正。如從三級管的輸入電流控制輸出電流這一點看來，本發明以基極電流作為輸入控制電流，但也可以變通為以發射極電流作為輸入控制電流，並以相應修正的電路連接等效替換本發明實施例中描述的電路連接，類似的修正均落入本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
1.一種電池充電器，充電基座由殼體和置於其內部的以脈衝充電方式工作的電路組成，殼體上表面設有供放置待充電池的凹座，凹座內設有充電埠[6]，充電埠[6]的設置及其與工作電路的電氣連接使待充電池置入凹座後，電池與電路之間能正確傳輸充電電流和電池信號，所述以脈衝充電方式工作的電路包括淺脈動直流電源發生電路[1]，其特徵在於所述以脈衝充電方式工作的電路還包括基準電壓預置電路[2]、採樣比較電路[3]、充電指示電路[4]、調整環節[5]；所述淺脈動直流電源發生電路[1]與調整環節[5]的充電電源輸入口連接，通過調整環節[5]為充電埠[6]提供淺脈動直流充電電流，所述淺脈動直流電源發生電路[1]與基準電壓預置電路[2]、採樣比較電路[3]的工作電源輸入口連接，為基準電壓預置電路[2]、採樣比較電路[3]提供工作電源；所述基準電壓預置電路[2]的基準電壓輸出端與採樣比較電路[3]的基準電壓輸入端連接；所述採樣比較電路[3]的採樣電壓輸入端與充電埠[6]採樣電壓輸出端連接，採樣比較電路[3]的輸出端與調整環節[5]的控制電流輸入端以及充電指示電路[4]的電流輸入端連接，採樣比較電路[3]通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣電壓輸入端的輸入電壓進行比較，在採樣比較電路[3]的輸出端分別輸出控制電流給調整環節[5]以及充電指示電路[4]，調整環節[5]根據該控制電流調整輸出到充電埠[6]的淺脈動直流充電電流的大小，並在採樣比較電路[3]的輸出端的輸出電流為零時停止輸出淺脈動直流充電電流，充電指示電路[4]在採樣比較電路[3]的輸出端有輸出電流時保持發光狀態，在採樣比較電路[3]的輸出端輸出電流為零時熄滅以指示充電完成。
2.按權利要求1所述的一種電池充電器，其特徵在於所述淺脈動直流電源發生電路[1]由電源變壓器[T1]及二極體[D1]、[D2]、[D3]、[D4]組成的橋式整流電路組成，電源變壓器[T1]將交流電網220V的交流電壓變為所需的電壓值，然後通過二極體[D1]、[D2]、[D3]、[D4]組成的橋式整流電路將交流電壓變為脈動的直流電壓。
3.按權利要求1所述的一種電池充電器，其特徵在於所述充電指示電路[4]為發光二極體[LED1]。
4.按權利要求1所述的一種電池充電器，其特徵在於所述的調整環節[5]為一個調整三極體[Q1]，[Q1]的集電極通過限流電阻[R3]與橋式整流電路的電流輸出端連接，[Q1]的發射極接充電埠。
5.按權利要求1所述的一種電池充電器，其特徵在於所述的採樣比較電路[3]為兩個運算放大器[U3]、[U4]，[U3]、[U4]的一個輸入端為基準電壓輸入端，另一輸入端連接充電埠的採樣電壓輸出端，[U3]、[U4]的工作電流輸入端通過限流電阻[R5]與橋式整流電路的電流輸出端連接，[U4]的輸出端通過限流電阻[R1]與[Q1]的基極連接，[U4]通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣電壓輸入端的輸入電壓進行比較後，輸出控制電流到調整三極體[Q1]的基極以控制[Q1]發射極電流的大小；[U3]的輸出端與[LED1]的P區連接，[U3]通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣電壓輸入端的輸入電壓進行比較後，輸出或停止輸出工作電流給[LED1]以指示充電進行中和充電結束。
6.按權利要求1所述的一種電池充電器，其特徵在於所述的基準電壓預置電路包括分壓電阻[R6]、[R8]，發光二極體[LED3]，雙聯閘刀開關[K]，雙聯閘刀開關[K]在閉合狀態一時，發光二極體[LED3]與[R6]串聯後連接在橋式整流電路的工作電壓輸出端，[R8]空置，[LED3]並聯在[U3]、[U4]的基準電壓輸入端與它們的共同電位參考點之間，[LED3]的端電壓作為基準電壓輸入[U3]、[U4]，雙聯閘刀開關[K]在閉合狀態二時，[R8]與[R6]串聯後連接在橋式整流電路的工作電壓輸出端，發光二極體[LED3]空置，[R8]並聯在[U3]、[U4]的基準電壓輸入端與它們的共同電位參考點之間，[R8]的端電壓作為基準電壓輸入[U3]、[U4]，發光二極體[LED3]在雙聯閘刀開關[K]的兩種閉合狀態時分別處於發光和熄滅兩種狀態，從而起到指示當前所充電的電池類型的作用。
全文摘要
本發明提供了一種結構合理，能根據充電情況自動調整充電電流的大小，具有精確停充功能的鹼性電池及鎳鎘/鎳氫電池通用充電器。其特徵在於本發明的工作電路包括淺脈動直流電源發生電路、基準電壓預置電路、採樣比較電路、充電指示電路、調整環節。通過基準電壓預置電路可在採樣比較電路輸入端預設基準電壓；採樣比較電路通過對其有著共同電位參考點的基準電壓輸入端及採樣充電電池當前電壓的輸入端的輸入電壓進行比較，在輸出端分別輸出相應的控制電流給調整環節以及充電指示電路，控制調整環節輸出到充電埠的淺脈動直流充電電流的大小及停止，以及控制充電指示電路的發光和熄滅狀態。
文檔編號H02J7/00GK1707902SQ20041002508
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月10日 優先權日2004年6月10日
發明者孫逸平 申請人:孫逸平, 周永強