專利名稱：電池高速充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種專門為普通一次性鋅錳電池及堿性錳干電池而設(shè)計(jì)的高速充電器。但本實(shí)用新型介紹的充電方法及裝置同樣適用于各種類型的化學(xué)電池，如各種扣式電池、片狀電池、迭層電池以及二次性電池和蓄電池等等。
依據(jù)教科書的定義(見《蓄電池》一書第143頁，人民郵電出版社1990年6月版，郵電中等專業(yè)學(xué)校教材，徐曼珍編)“充電在5小時(shí)內(nèi)完成的稱為快速充電，在1小時(shí)左右完成的稱為高速充電。”本實(shí)用新型可使電池的充電在0.5－1小時(shí)內(nèi)完成，因此本實(shí)用新型命名為“電池高速充電器”。
一次性普通鋅錳電池的不可逆性似乎已經(jīng)是一種定論了，幾十年來不少有志者為了扭轉(zhuǎn)這個(gè)結(jié)論付出過種種努力，結(jié)果都以失敗告終，因此大多數(shù)人都已放棄了這種研究。如果真的能夠?qū)⑦@種造價(jià)低廉的普通一次性電池的不可逆性扭轉(zhuǎn)，那確是電源技術(shù)的一次革命。然而大量事實(shí)已經(jīng)證明這種不可逆性是不可能根本扭轉(zhuǎn)的。
但是，從另一角度看，普通一次性鋅錳電池的潛能并未被充分利用，往往還未有效地釋放出自己全部有用的能量就被棄置了，尤其是對(duì)付現(xiàn)代化的家用小電器更是力不從心，例如用在各種電動(dòng)玩具、照相機(jī)閃光燈、耳筒收放機(jī)、電須刨等等，負(fù)載電流在100mA以上到幾百毫安之間的設(shè)備上，電池有效的工作壽命很快便遭夭折。其原因就是電池在較長時(shí)間連續(xù)大負(fù)荷深放電后，其正、負(fù)極活性物質(zhì)Zn及MnO2被耗掉，而形成了不能再釋放和吸收電子的非活性物質(zhì)Zn(NH3)2CL2及MnOOH，典型鋅錳電池Zn／NH4(ZnCL2·H2O)／MnO2的電池反應(yīng)式為Zn＋2NH4CL＋2MnO2→Zn(NH3)2CL2＋2MnOOH理論上這個(gè)反應(yīng)是不可逆的。
隨著放電的不斷進(jìn)行，Zn和MnO2不斷消耗，非活性物質(zhì)Zn(NH3)2CL2及MnOOH不斷生成沉積。結(jié)果電池端電壓逐漸下降，內(nèi)阻不斷增大，以至失效。
然而通過大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)電池反應(yīng)的不可逆性不是固定死的，而是有階段性的變通余地，也就是說在電池反應(yīng)的初級(jí)階段存在著可逆的“可能”。這里使用了“可能”這個(gè)詞，是因?yàn)檫@個(gè)可逆不是無條件的，而是必須使用一些特殊的條件和方法，才能促使這個(gè)“可逆”發(fā)生。以往的研究之所以失敗，就是沒有找到促使發(fā)生這個(gè)可逆變化的規(guī)律和條件。據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的一份報(bào)告記載(見［日本］吉澤四郎主編，城上保著《新電池讀本》，國內(nèi)統(tǒng)一書號(hào)15063·394，第36頁，及吉澤四郎著《電池手冊(cè)》第155頁)“干電池雖屬一次電池，但具備下列條件時(shí)，可以充電使用多次(1)在電壓降到1.0伏／單元電池之前進(jìn)行充電。
(2)放電后迅速充電。
(3)以12～16小時(shí)率的電流通入放電量的120～180％的電量。
(4)保持容量的能力差，故需在充電后立即放電使用。經(jīng)充電的電池保存壽命極為惡劣。”申請(qǐng)人認(rèn)為以上記載的第(2)點(diǎn)很有價(jià)值，而且非常必要。但其余三點(diǎn)卻反映出報(bào)告者并未找出可使一次性電池能夠真正充進(jìn)電的規(guī)律及有效的方法，尤其是表現(xiàn)在第(1)點(diǎn)上。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于一次性鋅錳電池，如果電壓降至1.3伏以下，則無論用何種方法對(duì)其充電都是沒有實(shí)用性效果的(但對(duì)于某些一次性堿錳電池例外)。
本實(shí)用新型的目的就是避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種能使電池有效地再生用的高速充電裝置，它比以往及現(xiàn)有的充電器明顯地節(jié)能及大大地縮短了充電的時(shí)間，并可有效地抑制和延緩一次性電池內(nèi)阻的增長，有效地延長一次性電池的使用壽命。
申請(qǐng)人通過大量試驗(yàn)找到了可以使一次性電池能有效地充電的規(guī)律及方法，所需的充電量無需是以上報(bào)告第(3)點(diǎn)所述的“放電量的120～180％”，而只是這個(gè)數(shù)量的1／10左右，因此，整個(gè)充電時(shí)間可縮短到一個(gè)小時(shí)以下。充完電以后不象以上報(bào)告第(4)點(diǎn)那樣必須立即放電使用，而保存壽命卻相當(dāng)可觀，請(qǐng)看以下實(shí)驗(yàn)記錄
［注］1、放電方法1＃、2＃電池用珠江F35ES135照相機(jī)(無自動(dòng)卷片)36張膠卷連續(xù)閃光拍攝。3＃、4＃電池用AW－60型135照相機(jī)(有電機(jī)帶動(dòng)的自動(dòng)卷片)36張膠卷連續(xù)閃光拍攝后，再自動(dòng)倒卷。
2、充電方法用本實(shí)用新型實(shí)施例一，以50mA電流充電一個(gè)小時(shí)。
3、電壓測(cè)量用DT－830數(shù)字萬用表。
4、電流測(cè)量用5A指針式直流電流表直接測(cè)量。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，其保持壽命相當(dāng)可觀，三個(gè)月后端電壓基本不變，與充電后對(duì)比只下降了0.02～0.06V，而短路電流仍在5A以上，說明其內(nèi)阻并未固定性增長。
一般情況下，無論是R6還是LR6型(5號(hào))一次性電池，經(jīng)過36張膠卷連續(xù)閃光并自動(dòng)卷片拍攝后，這兩個(gè)電池就不可能再這樣使用了，如不馬上及時(shí)充電，擱置兩天后電池內(nèi)阻明顯增長，短路電流已降至3A以下，此時(shí)已無法在大電流深放電的場(chǎng)合下使用。若用傳統(tǒng)的充電方法(即市面上出售的充電器，用50Hz220V交流降壓整流后再加限流裝置)很難將其放電能力恢復(fù)。而用本實(shí)用新型的裝置和方法卻可使LR6型電池如此試驗(yàn)反復(fù)達(dá)100多次。
以上提到的規(guī)律、方法及裝置，就是這里要闡述的“干電池疲勞線理論”及“掀浪式多波群脈動(dòng)電壓源”即電池高速充電器。
申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，干電池在工作中存在著一條疲勞線，把它歸納命名為“干電池疲勞線理論”，其要點(diǎn)是作為動(dòng)力源的干電池如同生物動(dòng)力源(例如人、馬、牛等)存在著一條疲勞線，當(dāng)其在工作中接近而未超過疲勞線時(shí)，立即及時(shí)地停止工作，并馬上給予有效的能量補(bǔ)充和再生，則基本上可恢復(fù)其原來狀態(tài)，但如果超過了疲勞線或剛好達(dá)到疲勞線，但沒有馬上進(jìn)行補(bǔ)充和再生，反而拖延了較長的時(shí)間以后才進(jìn)行補(bǔ)救，則對(duì)于一次性干電池來說，此時(shí)不管采取什么措施，收效都甚微，甚至無效。對(duì)于不同容量，不同結(jié)構(gòu)，不同成份的干電池，有著不同的疲勞線值。這條疲勞線值的高低是由電池內(nèi)部內(nèi)阻的增長情況來決定的。疲勞線理論的實(shí)質(zhì)就是及時(shí)采取措施阻止或減緩干電池內(nèi)阻的固定性增長。
電池內(nèi)阻的增長，大大減弱了可放電的電流，并使端電壓過早降落，以至再無法勝任電源的任務(wù)。電池反應(yīng)的生成物不斷沉積是造成電池內(nèi)阻增大的主要原因。
實(shí)驗(yàn)表明，使用這里介紹的多波群脈動(dòng)電壓源對(duì)電池進(jìn)行充電，可以使電池反應(yīng)在初始階段(以疲勞線為界)能夠逆向進(jìn)行。盡管這個(gè)逆向反應(yīng)不能100％完成，但有70％以上的逆向轉(zhuǎn)化，就已經(jīng)很可觀地將電能再次轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，重新貯藏于一次性干電池中。
這個(gè)能逆向反應(yīng)的初始階段有一個(gè)界限，超過這個(gè)界限，逆向反應(yīng)就很微弱以至不能發(fā)生。這個(gè)界限就稱之為“疲勞線”。這條疲勞線對(duì)于不同結(jié)構(gòu)、不同組份的各式電池來說是各不相同的，在實(shí)驗(yàn)中顯示出同樣是R6(UM－3)型5號(hào)鋅錳電池，廣州電池廠1989年及1990年上半年出廠的“555”牌及江門電池廠生產(chǎn)“777”牌電池，其疲勞線值要比其他牌號(hào)的低一些，也就是說它們的可充電性要比其他的要好一些。就是同一廠家同一牌子的電池，出廠時(shí)間不同時(shí)，其疲勞線值都有差異。這說明電池內(nèi)部的組份及工藝稍有不同，都會(huì)影響到這個(gè)逆向反應(yīng)的程度。
對(duì)于堿性錳干電池(LR型)這種差異就更加明顯。堿錳電池的疲勞線比鋅錳電池的要低，而且對(duì)于某些牌子的堿錳電池還有例外的情況。例如美國制造的“金霸王(DURACELL)”牌LR6型堿錳電池及美國“RAYOVAC”牌LR6型堿錳電池，在其內(nèi)阻還未固定增長時(shí)，它們?cè)趧偡磐觌姇r(shí)的開路端電壓降至0V，甚至出現(xiàn)反極現(xiàn)象的電池，都可以用這里介紹的方法和裝置再生復(fù)活。
準(zhǔn)確地說，“疲勞線”值應(yīng)以電池內(nèi)阻的增長值來表示。但對(duì)于一般的使用者來說很難進(jìn)行電池內(nèi)阻的測(cè)量，這里可以使用兩種比較簡單易行的方法來表示“疲勞線值”。第一種方法稱為“電流疲勞線值”，用低內(nèi)阻的5A以上指針式直流電流表，跨接在電池兩端測(cè)量其短路電流。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于容量C≥500mAh的電池，其短路電流為5A以上者；容量C＜500mAh的電池，其短路電流為2A以上者，不管其端電壓降到何值，均可用本法進(jìn)行再生。因此本法就將短路電流5A定為C≥500mAh電池的電流疲勞線值，短路電流為2A定為C＜500mAh電池的電流疲勞線值(但要注意，這些只是模糊參考值，而不是精確值)。短路電流低于這些值的電池，在充電電池反應(yīng)的逆過程就進(jìn)行得不完全，甚至難于發(fā)生。這個(gè)方法雖然能比較直觀地反映出電池內(nèi)阻的狀態(tài)，但能夠使用5A以上直流電表的人還是不很普遍的。而能夠使用萬用表卻非常普遍。
因此引出第二種方法稱為“電壓疲勞線值”，就是將剛放完電，然后自動(dòng)回升穩(wěn)定后(約30分鐘)的電池開路端電壓來表示(注意深放電后被擱置10小時(shí)以上的電池，其開路端電壓不能再代表疲勞線值，因?yàn)榇藭r(shí)電池的內(nèi)阻已經(jīng)固定增長了一定的數(shù)值，其開路端電壓已不能反映其內(nèi)阻的真實(shí)情況，也就是說表面上還很高的端電壓，實(shí)際上內(nèi)阻已經(jīng)很大了)。
在實(shí)驗(yàn)中可得到一般鋅錳電池(R型)的電壓疲勞線范圍值是單元電池額定電壓值的92％±2％，而堿錳一次性電池(LR型)的電壓疲勞線范圍值是單元電池額定電壓值的90％±2％(個(gè)別也有例外)。也就是說一般的鋅錳電池當(dāng)其開路端電壓降至1.35V以下后，再充電已沒有什么實(shí)用性的效果了，而堿錳電池則降至1.3V左右還可以充電再使用。
有了以上的理論還必須使用以下的特殊裝置也就是本實(shí)用新型所介紹的電池高速充電器才能使一次性電池的再生得以真正實(shí)現(xiàn)，否則充其量也只能作到前述美國國家標(biāo)準(zhǔn)局那份報(bào)告中所述的那四點(diǎn)，而這幾點(diǎn)根本無法解決電池內(nèi)阻固定性增長的問題，因此結(jié)果是沒有實(shí)用性意義的。這種特殊的裝置申請(qǐng)人命名為“掀浪式多波群脈動(dòng)電壓源”，即電池高速充電器。這個(gè)電壓源的輸出波形很象一根軟繩的一頭固定在墻上，手執(zhí)另一頭，然后用力進(jìn)行周期性而又不規(guī)則的抖動(dòng)所形成的波形，“掀浪式”就是這樣一種形象性的形容。
要使這種波形的電壓對(duì)電池的充電具有有效的效果，它就不應(yīng)是單一頻率的。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，要想取得較好的充電效果，應(yīng)該使用兩種不同頻率的基波相迭加，再加上它們的和頻和差頻，就形成了一個(gè)“多波群”。而這兩種基波的頻率不是任意的，只有在以下的范圍內(nèi)才能取得最好的效果。第一基波的范圍是1－50Hz，最佳范圍為1－15Hz。第二基波的范圍是55－1000Hz，最佳范圍為100－200Hz。波形可以是正弦波、方波、三角波、窄脈沖及其他任何一種脈動(dòng)波。其合成波形為一種在長周期的大脈動(dòng)波(第一基波)中含有若干個(gè)短周期的小脈動(dòng)波(第二基波)的復(fù)雜的脈動(dòng)波群。這種脈動(dòng)電壓源施加于被充電電池的兩端，就象使用一個(gè)間歇泵，將電流脈動(dòng)地壓注入電池中，促使其內(nèi)部的電池反應(yīng)能發(fā)生逆向變化。這種逆向變化的存在可以在電池被充電后的保持壽命上得到證明。這里強(qiáng)調(diào)一下，單獨(dú)使用第一基波(1－50Hz)也能取得表面上的充電效果(這就是傳統(tǒng)的充電方法)，但其保持壽命非常差，實(shí)用價(jià)值不大。
整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)見附

圖1，這是總原理的方框圖，整個(gè)電路由第一基波振蕩器［A］，第二基波振蕩器［B］，電子開關(guān)［C］及附屬的整流器［D］，限流器［E］，定時(shí)器［F］等組成。基波振蕩器是由電子元件組成的電振蕩器，第一基波振蕩器［A］產(chǎn)生1－50Hz中任一頻率的脈動(dòng)波，第二基波振蕩器［B］產(chǎn)生55－1000Hz中任一頻率的脈動(dòng)波，兩種波在開關(guān)晶體管［C］的基極(或控制極)中混合，使開關(guān)管［C］工作于一種復(fù)雜的開關(guān)狀態(tài)。本例的電子開關(guān)設(shè)計(jì)成分流式的，并聯(lián)在直流電源的正負(fù)兩端，當(dāng)開關(guān)管［C］導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于將電源短路，此時(shí)無電流流入被充電池中，當(dāng)［C］截止時(shí)，電源電壓全部加于被充電池的兩端，開關(guān)管［C］就起到一個(gè)掀浪的作用，令到直流電源輸出的電壓大幅度地波動(dòng)，其波形是一條在長周期的大脈動(dòng)波(第一基波)中含有若干個(gè)短周期的小脈動(dòng)波(第二基波)的復(fù)雜的多波群脈動(dòng)波。這個(gè)多波群脈動(dòng)電壓源能促使電池內(nèi)的充電反應(yīng)激烈地進(jìn)行，因此所充入的電量無需是放電量的120－180％，而是其額定容量的10％－40％即可，比如用10小時(shí)率的充電電流進(jìn)行歷時(shí)一個(gè)小時(shí)的充電，或用5小時(shí)率的電流充電半個(gè)小時(shí)即可完成。例如對(duì)于容量C＝500mAh的電池，只需用0.1C10＝50mA的電流充電一個(gè)小時(shí)即可。而傳統(tǒng)的充電方法，以同樣的電流卻要充電10－14個(gè)小時(shí)。也就是說本實(shí)用新型所需的充電量減少到常規(guī)方法的1／10左右，而充電速度卻提高了10倍以上，這是現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)用性所希求的。
這個(gè)充電反應(yīng)雖然激烈，但因通入的電流不大(額定容量的1／10左右)；因此在這一小時(shí)內(nèi)絕不會(huì)造成電池內(nèi)部發(fā)熱，大量氣體生成而導(dǎo)致超壓爆破或漏液。所以這種高速而又激烈的充電方法又是最安全的。當(dāng)然，若通往的電量太多、時(shí)間太長，同樣會(huì)引起電池發(fā)熱，大量氣體生成，以致超壓爆破或漏液。但這個(gè)問題可以應(yīng)用現(xiàn)有的定時(shí)技術(shù)或自動(dòng)檢測(cè)自控關(guān)機(jī)的技術(shù)方便地解決。
本實(shí)用新型可令堿性錳干電池(LR型)變成準(zhǔn)二次干電池，而真正的二次性鎳鎘電池因?yàn)榄h(huán)境污染問題，將會(huì)被淘汰。因此將一次性堿錳電池變成準(zhǔn)二次性電池，其意義是無可衡量的。就目前來看，有些場(chǎng)合的應(yīng)用也非堿錳電池莫屬，例如前面的實(shí)驗(yàn)例子，用135自動(dòng)卷片照相機(jī)連續(xù)36張膠卷都閃光拍攝，如此連續(xù)大電流的深放電，就目前市場(chǎng)上價(jià)格能為顧客所接受的可現(xiàn)貨供應(yīng)的5號(hào)電池中，除了LR6型堿錳電池外，還沒有哪一種電池(包括鎳鎘電池)可以勝任這個(gè)任務(wù)(全部閃光拍完再自動(dòng)例卷回來)，因此本裝置在目前應(yīng)用上已具有非常廣泛和重要的意義。
就目前的情況來看，對(duì)于普通的鋅錳電池，應(yīng)用本裝置也顯示出非常明顯的效果，除前面第3頁的試驗(yàn)外，以下例子也很能說明問題一節(jié)“555”牌R14型(2號(hào))鋅錳電池用于“SEIKO(精工牌)”ES－403型電須刨中，平均每三天用一次，一般只能使用三個(gè)月，后來使用本裝置，每用完一次電須刨后都馬上對(duì)電池充電，此電池卻可以使用一年半之久。
對(duì)于二次性電池(如鎳鎘電池)的充電，應(yīng)用本裝置可大大縮減充電的電量(只需常量的1／10～1／2)，及大大縮短充電的時(shí)間(只為常規(guī)的1／10左右)。
有了以上的理論和原則，利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)技術(shù)就可以創(chuàng)造出千變?nèi)f化的各式各樣的實(shí)用電路。以下的三個(gè)實(shí)施例就是按以上的理論和原則，本著結(jié)構(gòu)最簡單、成本最低廉和最為實(shí)用的精神去設(shè)計(jì)的。
附圖圖面說明如下圖1是總原理方框圖圖2是實(shí)施例一的電原理圖，是本實(shí)用新型的主要附圖圖3是圖2中第二基波振蕩器的(G)點(diǎn)在耦合電容14斷開時(shí)的波形圖圖4是圖2中第一基波振蕩器的(H)點(diǎn)在耦合電容14斷開時(shí)的波形圖圖5是圖2中，耦合電容14連接好后還未接入電池25時(shí)總輸出(I)點(diǎn)的波形圖圖6是圖2中，耦合電容14連接好后并接入電池25充電時(shí)(J)點(diǎn)的波形圖圖7是實(shí)施例二的電原理圖圖8是圖7中在耦合電容40斷開時(shí)第一基波振蕩器(K)點(diǎn)的波形圖圖9是圖7中在耦合電容40斷開時(shí)第二基波振蕩器(L)點(diǎn)的波形圖圖10是圖7中在耦合電容40連接后未接入電池51時(shí)總輸出(M)點(diǎn)的波形圖圖11是圖7中在耦合電容40連接后接入電池51充電時(shí)(O)點(diǎn)的波形圖圖12是實(shí)施例三的電原理圖圖13是圖12中在耦合電容68斷開時(shí)第二基波振蕩器(P)點(diǎn)的波形圖圖14是圖12中在耦合電容68斷開時(shí)第一基波振蕩器(Q)點(diǎn)的波形圖圖15是圖12中在耦合電容68連接后未接入電池74時(shí)總輸出(R)點(diǎn)的波形圖圖16是圖12中在耦合電容68連接后接入電池74充電時(shí)(S)點(diǎn)的波形圖實(shí)施例一具體電路見主要附圖圖2(1)為電源變壓器將220V交流降為10V交流，經(jīng)硅橋(2)整流后輸出為12V直流，(3)是濾波電容，取220μF／25V。三極管(10)使用8550，它與電阻(12)10K，(9)8.2Ω，二極管(11)2CP10×2組成恒流源［E］，改變(9)的大小可改變恒流值，現(xiàn)用8.2Ω恒流值為50mA。
(16)是振蕩開關(guān)管，本例用3DK4，集第一基波振蕩器［A］及開關(guān)電路［C］于一身，它與變壓器(17)組成間歇振蕩器，其振蕩頻率由電解電容(18)10μF／16V，電阻(19)30K及電位器(20)500K決定。本線路頻率范圍實(shí)測(cè)為1－33HZ，具體值由(20)調(diào)定，(H)點(diǎn)波形見圖4，應(yīng)用測(cè)量值為8HZ。變壓器(17)的初級(jí)電感還能產(chǎn)生一個(gè)幅值較高的反峰尖脈沖，但其直流電阻很小，對(duì)于直流通路近乎短路，(17)用E19鐵心及Φ0.15QZ線制成，初級(jí)150圈、次級(jí)50圈。(4)是單結(jié)管BT33，組成第二基波振蕩器［B］，它與電阻(5)560Ω，(6)100Ω，(7)56K，電容(8)0.1μF，組成馳張振蕩器，振蕩頻率為172HZ，(G)點(diǎn)波形見圖3，兩種基波在(16)的基極中混合，電阻(15)100Ω作緩沖用，在(16)的C極輸出了在長周期脈動(dòng)波(第一基波)中含有短周期脈動(dòng)波(第二基波)的復(fù)合波形，見圖5(I)點(diǎn)波形。(24)為隔離二極管IN4148，使被充電電池(25)的電壓不能反向加到開關(guān)電路中。(13)是紅色發(fā)光二極管，使(16)的第一基波不能加到(4)的e極上。(21)是綠色發(fā)光二極管，用作開關(guān)電路的工作指示燈。(10)和(26)都是附屬電路，(26)是VMOS管，這里選用VK30B，由它組成最簡單的定時(shí)開關(guān)［F］，(29)為起動(dòng)定時(shí)開關(guān)，合上時(shí)電解電容(28)充電，(26)G極電位上升而導(dǎo)通，整個(gè)電路開始工作，(29)斷開后定時(shí)開始，(28)對(duì)泄放二極管(27)2CP28放電，致(26)G極電位降低后，(26)截止，充電工作終止，改變電解電容(28)的容量，可調(diào)整定時(shí)的時(shí)間，這里定時(shí)時(shí)間為1小時(shí)，(28)用2.2μF鉭電容。(23)是濾波電容，容量為220μF／16V。(25)為4節(jié)5號(hào)待充電電池。充電時(shí)(J)點(diǎn)的波形見圖6。二極管(22)用1N4001，作用是保護(hù)開關(guān)管(16)不被反峰高壓所損壞。
實(shí)施例二見圖7本例整流器采用安全型無變壓器雙電容(29)3.3μF／250V及(30)2.2μF／250V降壓整流回路，這樣無論電源插頭如何插，都能將火線隔離。(31)及(32)為泄放電阻，均為510K。(33)為整流硅橋。(35)為濾波電容，用220μF／25V。(36)為9V穩(wěn)壓管，為防止電源電壓突然升高時(shí)作保護(hù)其他元件用。(34)為限流電阻，取10Ω。(39)為第一基波振蕩器，使用一塊閃光ICKD－01X，振蕩頻率實(shí)測(cè)為4.54HZ，(K)點(diǎn)波形見圖8。第二基波振蕩器與開關(guān)電路合為一體，由三極管(42)8550及(46)8050組成互補(bǔ)自激多諧振蕩電路，振蕩頻率由電阻(43)330K，(44)1K及電容(45)0.033μF來決定，這里振蕩頻率設(shè)計(jì)為100HZ，(L)點(diǎn)波形見圖9。電阻(41)10Ω，可控制開關(guān)管(46)的導(dǎo)通電流。因?yàn)槭怯秒娙萁祲?，本身就有限流的作用，因此限流器［E］可以取消。這樣整機(jī)成本可降低，但其輸出電壓及電流都固定，只能專供一種類型的電池充電使用，如要用于其他型號(hào)的電池，可改變(29)及(30)之值，即可改變充電電流的大小。本例附圖7的數(shù)據(jù)為提供R6或LR6型電池二節(jié)(51)充電用，充電電流為50mA。電感(48)取1mH，作用是產(chǎn)生一個(gè)幅度較高的反峰尖脈沖，(M)點(diǎn)波形見圖10，(47)10Ω是阻尼電阻。(38)為發(fā)光二極管，除與IC(39)配合振蕩外，還起著一個(gè)指示燈的作用。耦合電容(40)取1μF／16V。充電時(shí)(O)點(diǎn)的波形見圖11。(50)為定時(shí)開關(guān)［F］，因不屬本實(shí)用新型保護(hù)范圍，故在本例及下一例三中均作省略，實(shí)施者可在現(xiàn)有技術(shù)中任選一種使用。
其他元件及作用同例一。
實(shí)施例三見圖12本例是專門為使用5號(hào)(R6、LR6型)電池的可充電電筒而設(shè)計(jì)的電路，整個(gè)線路就密封在塑料電筒殼內(nèi)，電筒尾端有個(gè)兩腳電源插頭(52)，充電時(shí)直接插在電源插座上。第一基波振蕩器由BTS型閃爍二極管(67)及其限流電阻(66)180Ω組成，其振蕩頻率為2.5Hz，(Q)點(diǎn)波形見圖14。第二基波振蕩器由單結(jié)管(62)2N4870(塑封)及外圍元件電阻(60)22K、電容(61)0.22μF、電阻(63)10Ω、(64)100Ω構(gòu)成，振蕩頻率為156Hz，(P)點(diǎn)波形見圖13。三極管(69)8050單獨(dú)構(gòu)成開關(guān)電路，電容(68)2.2μF為耦合電容，隔離電阻(65)取1K，電感(70)取1mH。未充電時(shí)總輸出(R)點(diǎn)波形見圖15，充電時(shí)(S)點(diǎn)波形見圖16。因?yàn)槭怯秒娙萁祲?，本身就有限流作用，因此限流器［E］可取消。改變電容(53)之值可改變充電電流的大小。本例充電電流為50mA，(53)用1μF／400V滌綸電容。(54)為(53)的泄放電阻，用500K。
整個(gè)電路密封在電筒塑料殼中，為了減少體積，降壓電容只使用一個(gè)，即(53)，整個(gè)電筒的外殼無外露金屬件，因此在充電時(shí)仍是安全的。(56)及(72)為普通整流二極管，可用2CP型或1N4001型。定時(shí)開關(guān)［F］有很多現(xiàn)成的線路可供采用，這里不再作介紹。
其他元件作用同例二。
以上三例，可說得上是最簡單最實(shí)用的設(shè)計(jì)，此外還可采用全集成化的線路，但成本會(huì)高一些?？傊?，掌握了前述介紹的原則和方法就可設(shè)計(jì)出千變?nèi)f化的實(shí)用電路來。
權(quán)利要求1.一種電池高速充電器，其特征是這是一種由第一基波振蕩器[A]及第二基波振蕩器[B]和電子開關(guān)[C]組成的“掀浪式多波群脈動(dòng)電壓源”，電子開關(guān)[C]并聯(lián)(或串聯(lián))在直流電源正、負(fù)極的兩端，第一基波振蕩器[A]及第二基波振蕩器[B]各自產(chǎn)生振蕩頻率不同的兩種脈動(dòng)電壓，然后同時(shí)加入電子開關(guān)[C]的輸入端，以它們所合成的多波群脈動(dòng)電壓去控制電子開關(guān)[C]的啟閉，以[C]的分流(或阻流)作用，使直流電流源輸出端(Ⅰ)流向被充電電池的電壓，按開關(guān)[C]輸入端的綜合波形相應(yīng)地大幅度波動(dòng)，令其電流按指定的規(guī)律脈動(dòng)地注入到被充電的電池中。
2.如權(quán)利要求1中所述的電池高速充電器，其特征是第一基波振蕩器［A］及第二基波振蕩器［B］是由電子元器件組成的振蕩頻率各不相同的電振蕩器，第一基波為1至50Hz，第二基波為55至1000Hz，這兩個(gè)振蕩器的輸出端都同時(shí)加入到電子開關(guān)［C］的輸入端中。
3.如權(quán)利要求1中所述的電池高速充電器，其特征是電子開關(guān)［C］是由電子開關(guān)元件構(gòu)成的受控電子開關(guān)，其輸入端同時(shí)連接在振蕩器［A］及振蕩器［B］的輸出端上，其輸出端可以與直流電源并聯(lián)(分流式)，也可以與直流電源串聯(lián)(阻流式)。
專利摘要一種專門為一次性電池而設(shè)計(jì)但又適用于各種類型電池使用的高速充電器，這是一種由第一基波振蕩器[A]及第二基波振蕩器[B]和電子開關(guān)[C]組成的“掀浪式多波群脈動(dòng)電壓源”，在充電原理上本充電器與傳統(tǒng)的充電方法有很大的不同，使用本充電器可使充電反應(yīng)高速激烈而又安全地進(jìn)行(不會(huì)發(fā)熱，不怕超壓、不怕過充)，因此能大大縮短二次性電池的充電時(shí)間，還能使一次性干電池的充電成為可能，可以將一次性堿性錳干電池(LR型)變成準(zhǔn)二次性電池。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2133982SQ9120803
公開日1993年5月19日 申請(qǐng)日期1991年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月7日
發(fā)明者陳樞 申請(qǐng)人:陳樞