專利名稱：車備鎳隔電池快速充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種新式快速充電裝置，特別適用于與車輛電源配套對(duì)移動(dòng)通訊器材的鎳鎘電池進(jìn)行快速充電的場合。
隨著社會(huì)的發(fā)展，移動(dòng)通訊器材越來越廣泛地應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，特別是應(yīng)用在野外或行進(jìn)作業(yè)的場合。目前，這類通訊器材大多數(shù)使用鎳鎘電池做電源，鎳鎘電池價(jià)格比較昂貴，但體積小、容量大、反復(fù)充電次數(shù)多，仍然受到歡迎。但由于通訊器材工作電流較大使得電池的連續(xù)工作時(shí)間十分有限。為保證工作必須使電池得到及時(shí)而快速的充電。目前，為解決類似的技術(shù)問題人們?cè)O(shè)計(jì)有各種類型的快速充電機(jī)。但綜合起來有以下幾個(gè)明顯的有待改進(jìn)的缺陷。首先是目前快速充電機(jī)均利用交流電網(wǎng)電源。這樣在行進(jìn)中找不到交流電源時(shí)就會(huì)嚴(yán)重影響工作。再有目前快速充電機(jī)的直流大電流充電方式容易產(chǎn)生內(nèi)部氣體造成電池?zé)釗p傷或者浮充，影響到正常使用和電池壽命。特別是充電引起的損壞往往是十分嚴(yán)重的。而如果設(shè)置復(fù)雜的自動(dòng)控制充電電流措施往往使充電機(jī)的成本大大提高，從而影響到用戶的使用承受能力。所以，對(duì)鎳鎘電池的快速充電設(shè)備改進(jìn)已成為十分急迫的任務(wù)。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種可與車輛電源相配套應(yīng)用的新式鎳鎘電池快速充電裝置。使其以最簡化的結(jié)構(gòu)型式實(shí)現(xiàn)脈沖大電流充電和充電過程檢測(cè)，自動(dòng)完成切換充電電流等功能，最終實(shí)現(xiàn)行進(jìn)中的高質(zhì)量快速充電作業(yè)。
本實(shí)用新型的關(guān)鍵構(gòu)思是在于首先要使裝置能夠利用車輛上的電源，這里所指的電源主要是指車輛配備的電瓶所供給的直流電源。這樣就能保證在行進(jìn)中執(zhí)行通訊任務(wù)時(shí)隨時(shí)完成對(duì)器材電池充電，這對(duì)于行進(jìn)中作業(yè)，特別是公安、邊防、巡回檢測(cè)等工作部門特別重要。因而，在整體結(jié)構(gòu)中首先設(shè)計(jì)有一個(gè)與車用電源配套的接口。通過該接口將電瓶電壓轉(zhuǎn)換裝置所需的不同工作電壓。本裝置結(jié)構(gòu)的另外一個(gè)關(guān)鍵是采用脈沖式大電流充電對(duì)鎳鎘電池實(shí)現(xiàn)快速充電而又防止充電過剩氣體產(chǎn)生。因而，必須在結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有一個(gè)脈沖式?jīng)_電電流發(fā)生器，由于過充電不但造成時(shí)間與電的浪費(fèi)，更重要的是過充電會(huì)造成鎳鎘電池的嚴(yán)重?fù)p傷，必須在充電過程中加以監(jiān)測(cè)和控制。因而，本裝置中還包括有充電電流的控制電路?？刂齐娐纺軠?zhǔn)確地檢測(cè)出充電電池的電壓變化，并及時(shí)完成對(duì)電流的切換。所謂切換即是將大電流切換為小電流絹流充電。大多數(shù)鎳鎘電池均設(shè)有充電插口，但充電插口設(shè)置有限流電阻，無法實(shí)現(xiàn)大電流充電，因而本充電方式必須從放電接口上進(jìn)行，所以在本裝置的結(jié)構(gòu)之中必須配置一專用的電池插座，以接通脈沖電流輸出電池放電接口。根據(jù)以上所述，本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)是具有車輛電源接口，脈沖式充電電流發(fā)生器，充電電流控制電路和充電電池專用插座四部分組成。充電電池置入專用插座后，接通車輛電源接口，即會(huì)以脈沖式大電流對(duì)鎳鎘電池進(jìn)行充電，充電過程中定時(shí)檢測(cè)充電電池，待電壓至額定值后自動(dòng)切換充電電流進(jìn)入絹流狀態(tài)，可隨時(shí)裝機(jī)使用。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步來說明本實(shí)用新型的目的是如何實(shí)現(xiàn)的。
圖1為本裝置結(jié)構(gòu)邏輯框圖。
圖2為本裝置的電原理圖。
圖3為充電電池專用插座結(jié)構(gòu)示意圖。
其中A代表為車用電源接口，K是與車用電源的插頭，B代表控制電路，其中B1代表控制電路，B2代表檢測(cè)沖發(fā)生器。C代表脈沖式充電電源，C1代表開關(guān)電路，C2代表脈沖方波發(fā)生器，D代表專用充電電池插座，BAT代表充電電池，J1－1為繼電器的一組常閉觸點(diǎn)，R9為絹流電阻。電原理圖上的標(biāo)號(hào)為常規(guī)電路標(biāo)號(hào)，其中，L1、L2、L3、L4是四與非門中的四個(gè)獨(dú)立單元，J為控制電流切換的繼電器。F為電極片，P為卡簧。
從附圖1、2可以看出，所謂車用電源接口A主要作用是將車配電并電源轉(zhuǎn)換為適合于本裝置需要的工作電源，它包括插頭K，基準(zhǔn)電壓源，充電穩(wěn)壓器和線路工作時(shí)所需穩(wěn)壓電路三部分組成。線路工作的穩(wěn)壓電路，主要根據(jù)整機(jī)所選用的電子元器件額定工作電壓而定，具體可由一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊IC8組成，具體可采用7812，其輸入端通過接插頭K接至車輛電源上，由其輸出端提供整機(jī)電子元器件的工作電壓。穩(wěn)壓塊輸入端所跨接的大電容C1是削弱電并因車輛工作所需引起的電壓波動(dòng)。充電電流穩(wěn)壓器是用來提供脈沖電路所需的工作電壓的，它取決于充電電池所需的電壓峰值和所選脈沖開關(guān)元件的工作電壓，附圖中所給出的實(shí)施例由一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊IC7具體可采用7809構(gòu)成；輸入端通過二極管組D5、D6、D7跨接在車輛電源上，輸出端提供充電開關(guān)管T4的工作電壓；基準(zhǔn)電壓源是控制電路中檢測(cè)電池狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)比較電壓，它的電壓值要求準(zhǔn)確無誤才能保證本裝置的技術(shù)可靠性。因此，雖然也可由一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊IC6組成，但其輸入端接在一次穩(wěn)壓之后，即接在三端穩(wěn)壓集成塊IC5的輸出端，且串聯(lián)了一個(gè)校準(zhǔn)電阻R8，利用R8校準(zhǔn)輸出電壓為所需的標(biāo)準(zhǔn)電壓值，基準(zhǔn)電壓源輸出端接至電壓比較器的一個(gè)輸入端。車輛電源接口為本裝置提供了穩(wěn)定的工作電壓和檢測(cè)參數(shù)。
脈沖式充電電流發(fā)生器C是本實(shí)用新型的關(guān)鍵設(shè)計(jì)之一。其組成包括一個(gè)頻率與占空比可調(diào)的方波發(fā)生器C2和受其調(diào)制的開關(guān)電路C1所組成。從圖2給出的實(shí)施例電原理圖可以看出，具體結(jié)構(gòu)中方波發(fā)生器C2是由一個(gè)555集成塊與可調(diào)電阻R2、R3，二極管D1、D2，電阻R1，電容C1所搭接而成的。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)而選定的頻率可調(diào)范圍為1－20Hz，占空比為21－81，在該頻率與占空比的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)可以適應(yīng)一般移動(dòng)通訊材鎳鎘電池的充電需要且能充分保證在大電流充電過程中不會(huì)產(chǎn)生氣泡、過熱能現(xiàn)象，保證電池不受損害。實(shí)施例中所給出的開關(guān)電路C1由大功率Vmos管T4來擔(dān)任，例名如選用TCEV30A，其控制極G通過反相器L1接至方波發(fā)生器C2的輸出端(圖中為IC1的3腳)方波發(fā)生器C1中的555塊(IC1)第四腳與檢測(cè)脈沖發(fā)生器的輸出端相連接，是為了保證檢測(cè)時(shí)IC1無有輸出，以防止干擾檢測(cè)即時(shí)的電池電壓真值。這樣，隨著IC1的脈沖輸入開關(guān)管導(dǎo)通，從而形成一個(gè)脈沖電流加在被充電的電池BAT上。
充電電流控制電路B是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)中的又一關(guān)鍵部分，這部分電路主要用來監(jiān)測(cè)充電過程中電池電壓的變化，防止過充電。同時(shí)還要避免因浮充而造成的誤檢。為實(shí)現(xiàn)以上的目的該電路包括比較器B2、檢測(cè)脈沖發(fā)生器B3和電流切換控制電路B1所組成。切換控制電路B1中包括一個(gè)電流切換執(zhí)行元件J和控制繼電器J啟閉的雙路控制通道，電器J的一組常閉觸點(diǎn)與絹流電阻R9并聯(lián)后，串聯(lián)在充電回路之中，一般情況下充電電流直接通過觸點(diǎn)，當(dāng)電池充足后或檢測(cè)過程中常閉觸點(diǎn)打開，形成R9限流，電路進(jìn)入絹流充電狀態(tài)。所說的繼電器J兩路控制通道即為實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)下電流的切換。一路控制由三極管T1，電阻R6組成以J為負(fù)載的電流放大電路，它擔(dān)負(fù)檢測(cè)狀態(tài)下電流的切換，一路由可控硅T5和自鎖二極管D1組成的開關(guān)電路，擔(dān)負(fù)在充電完成后將大電流切換為絹流，自鎖三極管D11接在可控硅T5正極和檢測(cè)脈沖輸出端以實(shí)現(xiàn)切換后自鎖。比較器B2可采用LM339一類的集成塊擔(dān)任，其輸入端分別是接至標(biāo)準(zhǔn)電壓源和充電電池，其輸出端則通過電阻R12接控制電路B1中可控硅控制通道的與非門L3的一個(gè)輸入端，當(dāng)充電電池電壓大于等于標(biāo)準(zhǔn)電源電壓后比較器就由輸出端通過R12在與非門L3的一輸入端加上一個(gè)高電位(也可稱為電路切換觸發(fā)信號(hào))。檢測(cè)脈沖發(fā)生器B3實(shí)質(zhì)上是控制電路的總指揮，它定時(shí)發(fā)出脈沖控制兩個(gè)切換通道和脈沖充電流中的方波發(fā)生器C2，控制C2的目的是為了在實(shí)測(cè)充電電池電壓時(shí)使脈沖電流轉(zhuǎn)換為純直流狀態(tài)，以防止干擾信號(hào)進(jìn)入比較器。實(shí)質(zhì)上，檢測(cè)脈沖發(fā)生器是一個(gè)方波發(fā)生器，圖2給出的實(shí)施例中是由一個(gè)555集成塊與電阻R4、R5，電容C6、C7搭成的電路，檢測(cè)脈沖分三路輸出，一路通過電阻R6加在三極管T1的基極上，控制三極管T1的導(dǎo)通，從而保證在檢測(cè)脈沖發(fā)出后充電回路進(jìn)入絹流狀態(tài)以防止浮充造成的誤檢。一路輸出反饋至充電電流發(fā)生器C中的集成塊555(IC1)第四腳，當(dāng)檢測(cè)脈沖發(fā)出后555停止輸出，Vmos管即處于導(dǎo)通狀態(tài)。另一路輸出通過反相器(L2)延時(shí)整形集成塊IC8接至控制電路B1中的與非門L3的另一輸出端。加入延時(shí)整形電路的作用是保證此路輸出加在與非門L3上的時(shí)間比其它兩路有一個(gè)滯后系數(shù)，從而保證檢測(cè)電池電壓的可靠成度，避免誤檢。根據(jù)反復(fù)實(shí)驗(yàn)篩選出來的參數(shù)，檢測(cè)脈沖的寬度為3－5秒，脈沖間隔為3－6分鐘，可以保證良好的檢測(cè)精度和實(shí)現(xiàn)理想的電流切換。
實(shí)施例中給出的三極管T3、R10、D7是服務(wù)于充電狀態(tài)顯示的發(fā)光二極管LED1一樣，在本實(shí)用新型的發(fā)明構(gòu)思中不占有特殊地位和作用，不再贅述。復(fù)位按鈕AN的作用是在完成充電后電路進(jìn)入絹流自鎖狀態(tài)，按動(dòng)AN才能使繼電器J復(fù)位，以進(jìn)入下一個(gè)充電過程。
綜上所述可以看出，本裝置在進(jìn)入工作狀態(tài)后立即由IC1產(chǎn)生脈沖控制大功率Vmos管T4產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)電流對(duì)電池BAT進(jìn)行充電。由于合理占空比的應(yīng)用使充電過程中的汽泡被吸收，與此同時(shí)，電池BAT的電壓變化與標(biāo)準(zhǔn)電壓通過IC3做監(jiān)視比較。在檢測(cè)過程中，為保證檢測(cè)輸出不為電池的浮充或脈沖源所干擾，在檢測(cè)有效期間，檢測(cè)脈沖截止脈沖源IC1的工作使Vmos管T4進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，同時(shí)導(dǎo)通T1使J1－1開啟進(jìn)入充電絹流系統(tǒng)狀態(tài)，此時(shí)，比較器IC3的輸出才成為有效輸出(當(dāng)然這是由于與非門L3的作用)，當(dāng)輸出表明電池BAT電壓來充至額定值時(shí)，與非門L3輸出無法啟動(dòng)可控硅T5，檢測(cè)脈沖過后，T1截止J1－1重新閉合，IC1工作充電回路重新進(jìn)入脈沖大電流充電狀態(tài)。一旦充電電池BAT電壓等于大于額定值，IC1輸出與IC2的信號(hào)壓加在L3上相與后導(dǎo)通可控硅T5。由于D11自鎖作用，檢測(cè)脈沖過后T5將無法截止從而使整機(jī)進(jìn)入絹流狀態(tài)。LED發(fā)光顯示充電工作完成。在絹流狀態(tài)下即使暫時(shí)不取下充電電池也無有任何損害，這種絹流狀態(tài)保持到復(fù)位按鈕AN的接下。由以上敘述可見本實(shí)用新型的基本構(gòu)思和所給出的實(shí)施例可以圓滿實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的并克服了以往快速充電的不足。
由于大多數(shù)鎳鎘電池均有充電接口和放電接口之分，而且充電口的充電電流受電池結(jié)構(gòu)內(nèi)部的限流電阻決定只能通過較小的電流，為了保證本實(shí)用新型的實(shí)用性，本裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒有專用電池插座，通過這個(gè)專用部件實(shí)現(xiàn)通過使用接口充電。圖3即為專用電池插座的結(jié)構(gòu)示意圖，整體為一個(gè)代凹槽的盒體，凹槽可設(shè)置1－4個(gè)，根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品具有的充電通道而定，其凹環(huán)的尺寸根據(jù)鎳鎘電池的外形尺寸相匹配，正式產(chǎn)生可配套有不同型號(hào)電池插座，凹槽內(nèi)設(shè)有卡簧P，它主要用來夾固電池防止松動(dòng)，電極片F(xiàn)，通過導(dǎo)線與通電回路相連。應(yīng)用時(shí)從通訊器材上抽出電池插入凹槽即可進(jìn)行充電。
整機(jī)設(shè)計(jì)可以根據(jù)需要做成單路、雙路、三路或四路充電裝置，可以配套12V整流電源即可在有交流電源地方直接應(yīng)用交流電實(shí)現(xiàn)充電作業(yè)。
根據(jù)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的制造出的樣機(jī)、實(shí)測(cè)其充電時(shí)間可以在24－35分鐘內(nèi)完成，充電量放電實(shí)驗(yàn)表明，其充電量可超過普通電流充電20％，且過程中無氣泡和溫升現(xiàn)象，浮充誤檢率低于3％以下，特別是它可以隨車輛行進(jìn)完成機(jī)動(dòng)充電，這對(duì)于公安、巡邏、邊防等作業(yè)有特殊重要的意義，而其價(jià)格成本比國外類似質(zhì)量的充電低60％以上，因而具有特殊的實(shí)用和推廣價(jià)值，結(jié)構(gòu)稍加改變還可以用于攝像，巡回檢測(cè)儀器等應(yīng)用鎳鎘電池的場合，是一種極有前途的充電專用設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種可與車輛電源相配套的鎳鎘電池快速充電裝置，其特征在于該裝置由車用電源接口A、脈沖式?jīng)_電電流發(fā)生器B，充電電流控制電路C和鎳鎘電池專用插座D組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的快速充電裝置，其特征在于車用電源接口A結(jié)構(gòu)中包括連接車輛電源的插頭K，基準(zhǔn)電壓源，充電穩(wěn)壓器和線路穩(wěn)壓電路三部分組成，具體結(jié)構(gòu)如下a、線路穩(wěn)壓電路由一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊IC5構(gòu)成，輸入端接車輛電源輸出端提供整機(jī)電子元器件工作電壓，b、充電電流穩(wěn)壓器由一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊IC7構(gòu)成，輸入通過二極管組D5、D6、D7接至車輛電源，輸出端提供給充電開關(guān)管T4工作電壓，c、基準(zhǔn)電壓源由一個(gè)三端穩(wěn)壓集成塊IC6組成，輸入端通過校準(zhǔn)電阻R8接在IC5的輸出端，輸出端接至電壓比較器的一個(gè)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的快速充電裝置，其特征在于脈沖式充電電流發(fā)生器C由一個(gè)頻率與占空比可調(diào)的方波發(fā)生器C2和受其調(diào)控的開關(guān)電C1組成，具體結(jié)構(gòu)如下a、方波發(fā)生器C2由一個(gè)555集成塊與可調(diào)電阻R2、R3、二極管D1、D2，電阻R1與電容C5所搭成，頻率范圍1－20HZ，占空比21－81可調(diào)，b、開關(guān)電路C1采用大功率Vmos管T4來擔(dān)任，其控制電極G通過一個(gè)反相器L2接方波發(fā)生器IC1的輸出端，方波發(fā)生器C2中的555塊IC4腳與充電電流控制電路中的檢測(cè)脈沖輸出端相連，以保證檢測(cè)時(shí)無脈沖干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電裝置，其特征在于充電電流控制電路B包括比較器B2、檢測(cè)脈沖發(fā)生器B3、電流切換控制電路B1組成，其具體結(jié)構(gòu)如下，a、電流切換控制電路B1包括執(zhí)行元件繼電器J和控制繼電器J啟閉的雙路控制通道，一路由三極管T1、電阻R6組成電流放大電路，一路可控硅T5反向器L4與非門L3，電容C10和自鎖二極管D11組成的開關(guān)電路組成，繼電器J的一組常閉觸點(diǎn)J1－1與絹流電阻R9并聯(lián)后串接充電電流回路中，自鎖二極管D11接在可控硅T5正極和檢測(cè)脈沖輸出端之間。b、比較器B2可采用LM339一類的集成電路但任，其比較輸入端分別接至標(biāo)準(zhǔn)電壓源和充電電池，其輸出端通過電阻R12接到控制電路B2中可控硅控制通道中與非門L3的一個(gè)輸入端相連，c、檢測(cè)脈沖發(fā)生器B3可由一個(gè)555集成電路與電阻R4、R5電容，C6、C7搭成一個(gè)方波方生器，檢波脈沖信號(hào)分三路輸出，一路通過電阻R6接三極管T1的基極，一路反饋至充電電流發(fā)生器C中的集成電路555IC第四腳，另一路通過反向器L2，延時(shí)整形電路IC5接至與非門L3的另一個(gè)輸入端，檢測(cè)脈沖寬度為3－5秒，脈沖間隔為3－6分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速充電裝置，其特征在于充電電池與專用插座由代凹槽的盒體、卡簧P、電極片F(xiàn)與連接導(dǎo)線組成，凹槽可設(shè)置1－4個(gè)，具體尺寸與鎳鎘電池外型相匹配。
專利摘要本實(shí)用新型涉及到一種可與車輛電源配套用的鎳鎘電池快速充電裝置，可以實(shí)現(xiàn)在30分鐘左右完成對(duì)電池快充電。它的結(jié)構(gòu)包括車輛電源接口，脈沖式充電電流發(fā)生器，充電電流控制電路，專用電源插座幾部分。采用脈動(dòng)大電流充電，定時(shí)檢測(cè)和電流自動(dòng)切換技術(shù)，充電中可以防止出氣、升溫、浮充等現(xiàn)象發(fā)生，完成自動(dòng)高質(zhì)量充電過程，可以在執(zhí)行任務(wù)行進(jìn)中完成對(duì)移動(dòng)通訊器材電池的快速充電，是公安、邊防、軍隊(duì)及各種野外作業(yè)通訊理想的專用設(shè)備。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2069178SQ90204790
公開日1991年1月9日 申請(qǐng)日期1990年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月14日
發(fā)明者魏中, 徐超英, 魏立君 申請(qǐng)人:河北省公安廳科學(xué)技術(shù)研究所