專利名稱：自適應(yīng)電池充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池充電電路，具體是涉及能識(shí)別不同的電池種類 并選取相應(yīng)充電方案的電池充電電^>。
背景技術(shù)：
目前只對(duì)鎳氬、鎳隔電池充電，或單獨(dú)對(duì)石威性電池充電的充電 電路已經(jīng)較為普及，但是既對(duì)堿性電池又對(duì)鎳氫、鎳隔電池充電， 并能識(shí)別電池種類自動(dòng)選擇充電方案的全自動(dòng)自適應(yīng)充電電^各還遠(yuǎn) 未被人們認(rèn)識(shí)和廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的對(duì)堿性電池的充電，均只是采用 限流恒壓或定時(shí)的控制方法。此方法有很多不足之處，因石成性電池 隨著充電次數(shù)的增加其內(nèi)阻有著不同變化，其充電曲線也有明顯的 改變。只采用限流恒壓的充電方法有些堿性電池在循環(huán)充電多次后 因其內(nèi)部的電解液在充放過(guò)程中減少，內(nèi)阻變4尋4艮高，此時(shí)若還采 用與之前充電同樣的飽和截止電壓，其充電效率就會(huì)非常低，甚至 會(huì)充不進(jìn)電。另有些電池循環(huán)充電多次后因其負(fù)4及鋅膏產(chǎn)生了部分 結(jié)晶，內(nèi)阻變得很低，此時(shí)充電的電能大部分用在分解水上，使堿 性電池電解液中的水份電解產(chǎn)生氬氣與氧氣，這些氣體增高電池內(nèi)
部的壓力，容易產(chǎn)生漏液和爆炸。
現(xiàn)有技術(shù)中尚未有對(duì)堿性電池、鎳氳電電池、鎳隔電池的自適
應(yīng)充電技術(shù)，相關(guān)文獻(xiàn)中提到了一些現(xiàn)代充電技術(shù)的新方法，例如 l.在中國(guó)專利ZL01109995.X中提到一種多用途充電裝置，提出可對(duì)鎳氫、鎳隔、鉛酸、及一次普通鋅錳干電池充電。但是要根據(jù) 不同的電池種類人為的去調(diào)整開關(guān)S來(lái)選擇不同的恒壓輸出，由此 看此4支術(shù)并非自適應(yīng)，而且是采用串聯(lián)恒壓控制方式，因電池的內(nèi) 阻與充電曲線不可能完全一樣，所以此方式容易產(chǎn)生過(guò)充、欠充與 漏液。
2.在申請(qǐng)?zhí)枮?4111648.4的中國(guó)專利申請(qǐng)中指出了對(duì)兩種電 池類型的全自動(dòng)充電器，通過(guò)檢測(cè)電池的溫度與電壓，實(shí)現(xiàn)從9種 充電模式中選擇一種認(rèn)為是最佳的充電模式。但也不能對(duì)堿性電池 進(jìn)行全自動(dòng)充電。
從這些充電控制的新技術(shù)看來(lái)，目前尚未見從綜合因素考慮全 面解決堿性電池、鎳氫電電池、鎳隔電池的自適應(yīng)充電技術(shù)的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)電池充電電路，解決現(xiàn)有技術(shù) 中不能同時(shí)對(duì)堿性電池、鎳氫電池與鎳鎘電池進(jìn)行自適應(yīng)充電的問(wèn) 題。
所提供的自適應(yīng)電池充電電路，包括電源電路、控制電路與脈 沖充電電路，所述控制電路包括一單片機(jī)，所述脈沖充電電路包括 多條并聯(lián)的充電支路，每一充電支路由單片機(jī)一單獨(dú)引腳控制，所 述單片機(jī)從脈沖充電電路和電流采樣電路處實(shí)時(shí)獲取每一充電支路
的充電電壓信號(hào)和充電電流信號(hào)，與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷 電池種類；所述單片機(jī)計(jì)算各個(gè)充電支路的充電電壓信號(hào)與充電電流信號(hào)隨時(shí)間的變化量，及充電正脈沖與零脈沖間的電壓差值信息， 判斷電池當(dāng)前所處的充電狀態(tài)，根據(jù)該充電狀態(tài)修正制定電池的充 電曲線并確定充電階段；所述單片機(jī)獲取電池的最大充電電壓、電 壓正斜率、電壓零增量、電壓負(fù)增量、以及電池容量增量判斷電池 的充飽程度，根據(jù)電池充飽程度終止充電。
進(jìn)一步的，所述單片機(jī)包括一計(jì)數(shù)器，用于在電池充電開始后 開始計(jì)時(shí)，在達(dá)到預(yù)設(shè)的最長(zhǎng)充電時(shí)間后中止電池充電。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的自適應(yīng)電池充電電路可根據(jù)電池 的種類與充電情況做出全方位的調(diào)整，有效的保障了充電曲線與實(shí)際 曲線相符，以達(dá)到最佳的充電效果。此外通過(guò)對(duì)各個(gè)變化量的計(jì)算與 置信度考查而終止快速充電，對(duì)每條充電支路充電的電池實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的 電量檢測(cè)、容量檢測(cè)、時(shí)間計(jì)時(shí)等，有效的避免了電池過(guò)充與欠充現(xiàn) 象，大大延長(zhǎng)了電池的使用壽命。


圖l為本發(fā)明自適應(yīng)充電電路的電路框圖。
圖2為本發(fā)明自適應(yīng)充電電路一實(shí)施方式的具體電路圖。
具體實(shí)施例方式
參閱圖l所示，本發(fā)明的自適應(yīng)電池充電電路主要包括電源電 路20、控制電路30、脈沖充電電路40、電流采樣電路60、顯示部 分70以及基準(zhǔn)穩(wěn)壓源80。其中電源電路20接收寬電壓交流輸入AC85-265V 10作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后為控制電路30、顯示部分70以及基準(zhǔn) 穩(wěn)壓源80提供工作電壓。此外，由所述電源電路20提供電壓給基 準(zhǔn)穩(wěn)壓源80，再由基準(zhǔn)穩(wěn)壓源80輸出穩(wěn)定電壓，該穩(wěn),定電壓作為控 制電路30的基準(zhǔn)電壓。所述控制電路30內(nèi)部預(yù)存有系列參數(shù)與程 序。例如堿性電池、鎳氫電池以及鎳鎘電池等各自預(yù)先設(shè)定的最大 電壓、最長(zhǎng)時(shí)間、電源的初始輸出電壓、內(nèi)阻、電壓負(fù)增量-AV等。 所述控制電路30從所述電流采樣電路60實(shí)時(shí)獲取電池充電電流信 息，并從脈沖充電電路40實(shí)時(shí)獲取充電電壓信號(hào)，根據(jù)獲取的充電 信息判斷電池的充電情況，以此控制電源電路20的輸出與脈沖充電 電路40的充電脈寬或占空比完成電池50的充電。
下面結(jié)合圖2具體介紹本發(fā)明自適應(yīng)電池充電電路的各個(gè)模塊。 電源電路20:電源電路20接收85-265VAC IO的交流電壓，整流濾 波后經(jīng)開關(guān)調(diào)整模塊ICl送到變壓器Tl,由變壓器T1輸出兩組電壓， 一組經(jīng)二極管D3與電容C5整流濾波后輸出電壓Vccl (3V)到脈沖充 電路40給各電池充電，另 一組經(jīng)二極管D2與電容C4整流濾波后輸出 電壓Vcc2 (10V)到兩個(gè)電路，其一是到三極管Q2與芯片IC7經(jīng)穩(wěn)壓 后輸出電壓Vcc (5V)供控制電路30，即單片才幾IC5工作，其二是到 基準(zhǔn)穩(wěn)壓源80,由基準(zhǔn)穩(wěn)壓源80內(nèi)的穩(wěn)壓芯片IC6穩(wěn)壓后為控制電路 30提供基準(zhǔn)電壓。
電源電路20由單片機(jī)IC5通過(guò)光電耦合器IC2輸出控制信號(hào)控制。 具體為，電源電路20內(nèi)包括開關(guān)調(diào)整模塊IC1，光電耦合器IC2根據(jù)單 片機(jī)IC511腳輸出的控制信號(hào)來(lái)控制開關(guān)調(diào)整模塊IC1的輸出，使電源電路20根據(jù)電池的種類與狀態(tài)做出相應(yīng)的調(diào)整。
電源電路20內(nèi)部還包括由二極管D1、電阻R1及電容C3組成的尖 峰電壓吸收回路，用于吸收開關(guān)調(diào)整模塊IC1關(guān)斷時(shí)變壓器T1上產(chǎn)生 的尖峰電壓，確保開關(guān)調(diào)整模塊IC1工作安全。
開關(guān)調(diào)整模塊IC1內(nèi)含135度保護(hù)電路(未圖示)，當(dāng)溫度超過(guò)限 定溫度時(shí)，保護(hù)電路則自動(dòng)降低電源電路20的輸出功率，避免溫度過(guò) 高損壞元件。
電流采樣電路60由電阻R5與R4組成，其連接于電池充電路徑上， 主要用于將各類電池與各狀態(tài)電池的充電電流信號(hào)實(shí)時(shí)送往單片機(jī) IC5的13腳，來(lái)完成電池充電電流的采樣工作。
基準(zhǔn)穩(wěn)壓源80主要由三極管Q1、穩(wěn)壓芯片IC6、電阻R29、 R31、 R32、 R33、 R35、及電容C14組成，主要是根據(jù)單片機(jī)IC5的第4腳輸 出的控制信號(hào)將不同的穩(wěn)壓值送往單片機(jī)IC5的第12腳，來(lái)完成提供 基準(zhǔn)電壓的工作。
顯示部分70包括多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的顯示支路，每一支路包括指示燈 單元以及與發(fā)光單元串聯(lián)的電阻。圖2中顯示部分包括四條顯示支路， 由發(fā)光二極管LED1、 LED2、 LED3、 LED4、以及分別與該等發(fā)光二 極管連接的電阻R22、 R23、 R24、 R25、 R26、 R40、 R41、 R42組成。 所述四條顯示支路從單片IC5的第7腳、8腳、9腳、IO腳獲取各個(gè)電池 的顯示信息，進(jìn)而做出相應(yīng)的顯示，具體顯示內(nèi)容如下
自檢插電源后所有指示燈亮分別以紅綠交替閃爍一秒后熄滅。 鎳氫電池充電指示電池充電，相對(duì)應(yīng)指示燈中以紅燈長(zhǎng)亮。"減性電池充電指示電池充電，相對(duì)應(yīng)指示燈以紅綠色交替閃爍。 充滿指示相對(duì)應(yīng)指示燈中以綠燈長(zhǎng)亮。
鋅錳干電池接入自適應(yīng)充電電路拒絕充電，相對(duì)應(yīng)指示燈不做 任何顯示。
電池沖妾反自適應(yīng)充電電^^全測(cè)為異常，相對(duì)應(yīng)指示燈以紅燈閃爍。
電池接觸不良相對(duì)應(yīng)指示燈以紅燈閃爍。
損壞電池4妻入自適應(yīng)充電電3各不充電，相對(duì)應(yīng)指示燈以紅燈閃爍。
脈沖充電電路40主要由MOS管開關(guān)與電阻串聯(lián)后接地構(gòu)成， MOS管開關(guān)與電阻連接處連接至電池給電池充電。圖2中，釆用了四 個(gè)MOS管開關(guān)IC3A、 IC3B、 IC4A、 IC4B分別與四電阻RIO、 R12、 R13、 R15串聯(lián)后接地構(gòu)成四條并聯(lián)設(shè)置的充電支路，該四條并聯(lián)的 充電支路主要根據(jù)單片機(jī)IC5的第1腳、20腳、17腳、14腳獲取各個(gè)電 池的控制信號(hào)，進(jìn)而做出相應(yīng)的開通與關(guān)閉，充電與停止等工作。該 四條充電支路的充電情況分別由顯示部分70的四條顯示支路顯示， 另，每一充電支路中MOS管開關(guān)與電阻的連接處還分別連接至與單片 機(jī)IC5的第2腳、3腳、18腳與19腳，用于實(shí)時(shí)采樣各充電電池的充電 電壓情況。
控制電路30主要由單片機(jī)IC5、電阻R27、 R28、 C13組成，R27 與C13為IC5的組成單片機(jī)IC5的上電復(fù)位電路，電阻R28根據(jù)單片機(jī) IC5的第4腳的輸出控制基準(zhǔn)穩(wěn)壓源80輸出的穩(wěn)壓值。單片機(jī)IC5為本發(fā)明自適應(yīng)電池充電電路的核心部分，其具體工 作如下
初始化單片機(jī)復(fù)位后首先對(duì)各參數(shù)如各類電池的最大充電電 壓、最長(zhǎng)充電時(shí)間、電源的初始輸出電壓、內(nèi)阻、電壓負(fù)增量-厶V (3MV)等進(jìn)行設(shè)定，并且將各輸入輸出端口進(jìn)行定義，然后進(jìn)行自 檢；
確定電池種類將單片機(jī)IC5的第3腳、2腳、19腳、18腳從各個(gè) 電池獲取的電壓數(shù)據(jù)與第13腳采樣的電流數(shù)據(jù)與單片機(jī)IC5內(nèi)部設(shè)定 的各基準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較進(jìn)行綜合判斷后，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷出電池的種類。
判斷充電階l殳充電開始即進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)，充電時(shí)將不停的采 集檢測(cè)各個(gè)電池的電壓、電流隨時(shí)間的變化量，及正脈沖與0脈沖間 的電壓差值等信息，通過(guò)綜合分析估算出電池的內(nèi)阻，進(jìn)而計(jì)算出電 池當(dāng)前所處的狀態(tài)，根據(jù)電池當(dāng)前所處狀態(tài)通過(guò)軟件修正制定電池的 充電曲線，并才艮據(jù)電池的不同狀態(tài)確定充電的不同階"^殳。
判斷電池飽和情況通過(guò)對(duì)充時(shí)電池的最大電壓Vmax、電壓正 斜率、電壓零增量0AV、電壓負(fù)增量-AV、最長(zhǎng)時(shí)間Tmax、電池容 量增量等多個(gè)變量的采后樣進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合模糊控制技術(shù)對(duì)各 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行置信度考察去除真?zhèn)?，若現(xiàn)象為真實(shí)，則采取相應(yīng)的措施， 反之則忽略。單片機(jī)IC5內(nèi)部還包括一計(jì)數(shù)器(未圖示)，用于在充電 開始后開始計(jì)時(shí)，當(dāng)其它參^L不起作用時(shí)，在該計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)達(dá)到預(yù)設(shè) 的最長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，終止充電過(guò)程，防止各電池嚴(yán)重過(guò)充。
對(duì)部分O伏與短路電池進(jìn)行恢復(fù)當(dāng)充電電路檢測(cè)到O伏電池時(shí)，單片機(jī)IC5控制脈沖充電電路40以高頻脈沖對(duì)電池進(jìn)行恢復(fù)性充電，
若經(jīng)恢復(fù)后電池電壓達(dá)到一預(yù)定電壓(0.8V)后則進(jìn)行快速充電。反 之則控制顯示部分70顯示壞電并停止充電。當(dāng)充電電路檢測(cè)到短路電 池時(shí)，單片機(jī)IC5控制電源電路20及脈沖充電電路40,輸出高頻大電 流脈沖對(duì)電池進(jìn)ff激活。
本發(fā)明自適應(yīng)電池充電電路的工作原理可簡(jiǎn)述為單片機(jī)IC5把
電壓正斜率、電壓零增量OAV、電壓負(fù)增量-AV、最大電壓Vmax等 變量置信度考查與綜合判斷，進(jìn)而控制脈沖充電電路40工作。電流采 樣電路60將采樣充電電流信號(hào)送入單片機(jī)IC5，經(jīng)單片機(jī)IC5轉(zhuǎn)換與基 準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后輸控制信號(hào)到電源電路20,使整個(gè)電源電路20根據(jù) 電池的種類做出充電電流與輸出功率的調(diào)整，并結(jié)合電壓信號(hào)的判斷 結(jié)果使充電的曲線與實(shí)際電池的曲線一致。此外，最長(zhǎng)時(shí)間控制采用 單片機(jī)IC5內(nèi)部計(jì)數(shù)器。當(dāng)電池開始充電后計(jì)數(shù)器開始工作。單片機(jī) IC5還根據(jù)采樣的電流信號(hào)計(jì)算出電池充電容量，并根據(jù)電池充電容 量不斷地校正最大電壓。當(dāng)上述條件符合一定要求時(shí)，單片機(jī)IC5關(guān) 閉脈沖輸出，完成充電過(guò)程。
本自適應(yīng)充電電路的優(yōu)點(diǎn)為
本充電電路硬件電路簡(jiǎn)潔可靠，控制電路30使用單片機(jī)IC5控制， 電源電路20采用了集成的開關(guān)調(diào)整模塊，而且通過(guò)單片機(jī)IC5可直接 控制開關(guān)調(diào)整模塊，實(shí)現(xiàn)了高度集成，整個(gè)電路外圍元件大量減少， 非常簡(jiǎn)潔可靠。寬電壓交流輸入85-265VAC,可通用全球電壓。單片機(jī)IC5可直接控制電源電路20,使整個(gè)電源電路20可根據(jù)電 池的種類與充電情況做出全方位的調(diào)整，有效的保障了充電曲線與實(shí) 際曲線相符，以達(dá)到最佳的充電效果。
建立動(dòng)態(tài)模型，通過(guò)對(duì)各個(gè)變化量的計(jì)算與置信度考查而終止快 速充電，有效的避免了電池過(guò)充與欠充現(xiàn)象，大大延長(zhǎng)了電池的使用 壽命。
可對(duì)部分O伏與短路電池進(jìn)行恢復(fù)。
可實(shí)現(xiàn)高倍率電流充電，充電時(shí)間短，充電電路成本^氐，單片機(jī)
IC5與電源的結(jié)合性好，充分利用的電源與單片機(jī)IC5資源。
硬件電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠并具有充電電路自身保護(hù)，更安全可靠。 可對(duì)每條充電支路充電的電池實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的電量檢測(cè)、容量檢測(cè)、
時(shí)間記時(shí)等，避免了串聯(lián)充電不能對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)所帶來(lái)的
過(guò)充與欠充等現(xiàn)象。
此充電電路允許鎳氫與堿性電池混合充電，并可同時(shí)對(duì)多粒AA
或AAA電池充電。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)電池充電電路，包括電源電路、控制電路與脈沖充電電路，其特征在于，所述控制電路包括一單片機(jī)，所述脈沖充電電路包括多條并聯(lián)的充電支路，每一充電支路由單片機(jī)一單獨(dú)引腳控制，所述單片機(jī)從脈沖充電電路及電流采樣電路實(shí)時(shí)獲取每一充電支路的充電電壓信號(hào)和充電電流信號(hào)，與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷電池種類；所述單片機(jī)計(jì)算各個(gè)充電支路的充電電壓信號(hào)與充電電流信號(hào)隨時(shí)間的變化量，及充電正脈沖與零脈沖間的電壓差值信息，判斷電池當(dāng)前所處的充電狀態(tài)，根據(jù)該充電狀態(tài)修正制定電池的充電曲線并確定充電階段；所述單片機(jī)獲取電池的最大充電電壓、電壓正斜率、電壓零增量、電壓負(fù)增量、以及電池容量增量判斷電池的充飽程度，根據(jù)電池充飽程度終止充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，所述單 片機(jī)包括一計(jì)數(shù)器，用于在電池充電開始后開始計(jì)時(shí)，在達(dá)到預(yù)設(shè) 的最長(zhǎng)充電時(shí)間后中止電池充電。
3. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，還包括 一顯示部分，所述顯示部分包括多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的顯示支路，每一顯 示支路顯示對(duì)應(yīng)充電支路上電池的充電情況。
4. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，所述控 制電路還包括一上電復(fù)位電路用于使所述單片機(jī)上電時(shí)復(fù)位。
5. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，還包括 一光電耦合器，所述單片機(jī)根據(jù)電池種類通過(guò)該光電耦合器輸出控 制信號(hào)控制電源電路的輸出，以適應(yīng)電池類別給電池克電。
6. 如權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，所述電 源電路包括一開關(guān)調(diào)整模塊，所述開關(guān)調(diào)整模塊根據(jù)單片機(jī)輸出的 控制信號(hào)控制電源電路的輸出，以適應(yīng)電池類別給電池充電。
7. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，所述電 源電路包括一尖峰電壓吸收回路，用于吸收開關(guān)調(diào)整模塊關(guān)斷時(shí)電 源電路上產(chǎn)生的尖峰電壓。
8. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，還包括 一基準(zhǔn)電壓源用于給所述單片機(jī)提供基準(zhǔn)電壓。
9. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電池充電電路，其特征在于，所述電 源電路接收寬電壓交流輸入AC85-265V。
全文摘要
一種可對(duì)多類電池充電并能避免電池過(guò)充與欠充的自適應(yīng)電池充電電路，包括電源電路、控制電路與脈沖充電電路。控制電路包括一單片機(jī)，脈沖充電電路包括多條并聯(lián)的充電支路，每一充電支路由單片機(jī)一單獨(dú)引腳控制。單片機(jī)從脈沖充電電路及電流采樣電路處實(shí)時(shí)獲取每一充電支路的充電電壓信號(hào)和充電電流信號(hào)，與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較判斷電池種類；單片機(jī)另計(jì)算各個(gè)充電支路的充電電壓信號(hào)與充電電流信號(hào)隨時(shí)間的變化量，及正脈沖與零脈沖間的電壓差值信息，判斷電池當(dāng)前所處的充電狀態(tài)，以此修正電池的充電曲線并確定充電階段；單片機(jī)還獲取電池的最大充電電壓、電壓正斜率、電壓零增量、電壓負(fù)增量以及電池容量增量判斷電池的充飽程度，確定是否終止充電。
文檔編號(hào)H02J7/02GK101291079SQ20071007410
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者李仕清, 王慶海 申請(qǐng)人:李仕清