專利名稱：通用電池充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠以不同的電壓對(duì)電池充電的通用電池充電器。
背景技術(shù)：
在各種類型的電池充電器中，能夠?qū)τ刹煌瑪?shù)量的單電池組成的電池即具有不同電壓的電池進(jìn)行充電的通用電池充電器已經(jīng)變得越來越普遍。通用電池充電器可以分別對(duì)諸如由8個(gè)、10個(gè)和12個(gè)單電池串聯(lián)組成的9.6V、12V和14V電池進(jìn)行充電，其中，每一個(gè)單電池是1.2V。
從通用電池充電器輸出的電壓受到恒定電壓控制，對(duì)電池充電器進(jìn)行設(shè)置，以便輸出對(duì)由電池充電器可以處理的最大數(shù)量的單電池組成的電池進(jìn)行充電所需的電壓。在對(duì)由少于最大數(shù)量的單電池組成的電池進(jìn)行充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生問題。結(jié)果，當(dāng)閉合開關(guān)電路時(shí)，較大的沖擊電流流過電池。這樣可能會(huì)對(duì)充電回路中的開關(guān)電路造成嚴(yán)重的損壞。
當(dāng)從電池充電器卸下電池時(shí)，或者當(dāng)在檢測(cè)到充滿電狀態(tài)后暫停對(duì)電池充電時(shí)，切斷開關(guān)電路，從而不允許充電電流流經(jīng)電池充電回路。因?yàn)榭刂齐姵爻潆娖鞯碾娫措娐芬暂敵雠c具有最大數(shù)量的單電池的電池相對(duì)應(yīng)的電壓，能量消耗會(huì)比所需要的要大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問題，并提供一種降低了能量消耗并抑制了開始充電時(shí)的沖擊電流的通用電池充電器。
為了實(shí)現(xiàn)上述和其他目的，提供了一種對(duì)具有不同數(shù)量的串聯(lián)單電池的電池進(jìn)行充電的通用電池充電器，所述充電器包括電源電路、連接在所述電源電路與所述電池之間的開關(guān)及控制裝置。所述電源電路產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的不同電平的電壓，以便將預(yù)定數(shù)量的電壓中所選擇的一個(gè)施加到所述電池上。接通所述開關(guān)，以便向電池提供預(yù)定數(shù)量的電壓中選擇的一個(gè)，以及切斷所述開關(guān)，以便斷開電源電路與電池?？刂蒲b置控制電源電路，以產(chǎn)生施加到電池上的電壓，并且也對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制，從而當(dāng)施加到電池上的電壓從一個(gè)電平切換到另一電平時(shí)，沖擊電流并不流經(jīng)電池。
當(dāng)從電池充電器卸下電池時(shí)，所述控制裝置控制電源電路，以產(chǎn)生最低的電壓，從而節(jié)省能量消耗。


在附圖中圖1是示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通用電池充電器的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2(a)是示出了依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的通用電池充電器的操作的流程圖；以及圖2(b)是示出了依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的通用電池充電器的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的通用電池充電器。圖1是示出了通用電池充電器的結(jié)構(gòu)的示意圖。在使用中，電池充電器與AC電源1相連，并將電池2裝入電池充電器中。電池2由串聯(lián)起來的多個(gè)單電池組成。
所述電池充電器包括開關(guān)電路6和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路7。將開關(guān)電路6插入在充電電流路徑上，即插入在整流/平滑電路30與電池2之間。開關(guān)電路6由繼電器進(jìn)行配置，當(dāng)向電池2提供充電電流時(shí)，繼電器接通開關(guān)，當(dāng)將電池2從電池充電器中卸下、或者在檢測(cè)到電池2的充滿電狀態(tài)時(shí)停止對(duì)電池2充電的情況下，不向電池2提供充電電流時(shí)，繼電器斷開開關(guān)。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路7連接在微型計(jì)算機(jī)50(稍后將詳細(xì)描述)的輸出端口56與開關(guān)電路6之間。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路7包括根據(jù)來自微型計(jì)算機(jī)50的輸出端口56的輸出而導(dǎo)通和截止的晶體管。
所述電池充電器還包括電阻器3和輸出電壓檢測(cè)電路4。電阻器3用作電流檢測(cè)器，并與電池2相連，用于檢測(cè)流過電池2的充電電流。將與檢測(cè)到的充電電流相對(duì)應(yīng)的電壓提供給充電電流控制電路60。輸出電壓檢測(cè)電路4包括電阻器4a和4b。輸出電壓檢測(cè)電路4使用電阻器4a和4b，對(duì)來自整流/平滑電路30的輸出電壓進(jìn)行分壓，并向輸出電壓控制電路80輸出所得到的電壓。
輸出電壓設(shè)置電路8連接在微型計(jì)算機(jī)50與輸出電壓控制電路80之間。輸出電壓設(shè)置電路8包括以如下方式相連的電阻器8a、8b、8c和8d依據(jù)通向電阻器8c和8d的端口上輸出的低或高阻抗電平(impedance level)，可以將在電阻器8b兩端所產(chǎn)生的電壓有選擇地設(shè)置為四個(gè)電平之一。將來自輸出電壓設(shè)置電路8的電壓輸出作為參考電壓施加到輸出電壓控制電路80上。輸出電壓控制電路80將來自整流/平滑電路30的輸出電壓與參考電壓進(jìn)行比較。利用來自輸出電壓設(shè)置電路8的四個(gè)不同的電平輸出，可以從整流/平滑電路30中有選擇地輸出四種不同電平的輸出電壓。
充電電流設(shè)置電路9連接在微型計(jì)算機(jī)50與充電電流控制電路60之間。充電電流設(shè)置電流9包括按照與輸出電壓設(shè)置電路8中的電阻器8a、8b、8c和8d相似的方式相連的電阻器9a、9b、9c和9d。也就是說，依據(jù)通向電阻器9c和9d的端口上的低或高阻抗電平輸出，可以將電阻器9b兩端所產(chǎn)生的電壓有選擇地設(shè)置為四個(gè)電平之一。將來自充電電流設(shè)置電路9中的輸出電壓作為參考充電電流施加到充電電流控制電路60上。充電電流控制電路60將表示當(dāng)前流過電池2的充電電流的輸出電壓，與表示參考充電電流的、來自充電電流設(shè)置電路9的輸出電壓進(jìn)行比較。利用來自充電電流設(shè)置電路9的四個(gè)不同的電平輸出，可以有選擇地使四種不同電平的充電電流流入電池2。
電池充電器還包括光耦合器5，將來自整流/平滑電路30的輸出電壓和充電電流信號(hào)反饋給PWM控制IC 23。
電池充電器還包括整流/平滑電路10和切換電路20。整流/平滑電路10設(shè)置在高頻變壓器21的第一線圈側(cè)，并包括全波整流器11和平滑電容器12。切換電路20包括高頻變壓器21、MOSFET 22、SW控制IC 23、SW控制IC 23的恒壓電路24、以及啟動(dòng)電阻器25。高頻變壓器21包括第一線圈21a、第二線圈21b、第三線圈21c、以及第四線圈21d。將直流輸入電壓施加在第一線圈21a上。第二線圈21b是SW控制IC 23的輸出線圈。第三線圈21c是對(duì)電池2進(jìn)行充電的輸出線圈。第四線圈21d是向微型計(jì)算機(jī)50、充電電流控制電路60等提供電能的電源的輸出線圈。
第二線圈21b和第四線圈21d配置有與第一線圈21a相同的極性，而第三線圈21c具有相反的極性。SW控制IC 23是通過改變施加到MOSFET 22上的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度來調(diào)整輸出電壓的開關(guān)電源IC。恒壓電路24包括二極管24a、三端調(diào)節(jié)器24b以及電容器24c和24d。恒壓電路24將從第二線圈21b輸出的電壓轉(zhuǎn)換為恒定電壓。
整流/平滑電路30設(shè)置在高頻變壓器21的第三線圈21c中，并包括二極管31、平滑電容器32和電阻器33。電池充電器還包括電池電壓檢測(cè)電路40，所述電池電壓檢測(cè)電路40包括用于對(duì)電池2的接線端之間的電壓進(jìn)行分壓的電阻器41和42。將分壓后的電壓通過A/D轉(zhuǎn)換器55輸入到微型計(jì)算機(jī)50。微型計(jì)算機(jī)50包括CPU 51、ROM 52、RAM 53、計(jì)時(shí)器54、A/D轉(zhuǎn)換器55、輸出端口56、以及重置輸入端口57。
CPU 51以預(yù)定的間隔對(duì)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器55的信號(hào)進(jìn)行采樣，并將當(dāng)前電池電壓與在當(dāng)前抽樣之前的幾個(gè)抽樣時(shí)刻檢測(cè)到的電池電壓進(jìn)行比較。依據(jù)這些比較，CPU 51確定電池2是否已經(jīng)達(dá)到了充滿電狀態(tài)。RAM 53存儲(chǔ)最近一次采用的電池電壓和預(yù)定數(shù)量的較早采樣的電池電壓的電池電壓。
充電電流控制電路60包括運(yùn)算放大器61和62、電阻器63-67和二極管68。將充電電流檢測(cè)電阻器3檢測(cè)到的充電電流提供給運(yùn)算放大器61，運(yùn)算放大器61對(duì)與該充電電流相對(duì)應(yīng)的電壓進(jìn)行反向放大。運(yùn)算放大器62對(duì)運(yùn)算放大器61的輸出電壓與充電電流設(shè)置電路9所設(shè)置的充電電流設(shè)置參考電壓之間的差進(jìn)行放大，并將該差值通過光耦合器5反饋給SW控制IC 23。
SW控制IC 23使晶體管22導(dǎo)通和截止，以便將充電電流保持為恒定電流。具體地，產(chǎn)生并施加到高頻變壓器21上的脈沖在充電電流較大時(shí)較窄的脈沖寬度以及充電電流較小時(shí)較寬的脈沖寬度之間變化。在提供給電池2之前，由整流/平滑電路30將該脈沖平滑為直流電流。因此，電流檢測(cè)電阻器3、充電電流控制電路60、光耦合器5、切換電路20、以及整流/平滑電路30用于使電池2的充電電流保持在由微型計(jì)算機(jī)50所設(shè)置的電流值上。
電池充電器還包括恒壓電路70，恒壓電路70具有二極管71、電容器72和73、三端調(diào)節(jié)器74、以及重置IC 75。恒壓電路70輸出用于向微型計(jì)算機(jī)50、充電電流控制電路60等提供電能的電壓。重置IC 75向重置輸入端口57輸出重置信號(hào)，以便將微型計(jì)算機(jī)50重置為初始化狀態(tài)。
電池充電器還包括輸出電壓控制電路80，該輸出電壓控制電路80具有運(yùn)算放大器81、電阻器82-85和二極管86。運(yùn)算放大器81對(duì)來自輸出電壓檢測(cè)電路4的電壓與來自輸出電壓設(shè)置電路8的電壓之間的差進(jìn)行放大，并將該差值通過光耦合器5反饋給SW控制IC 23，借此對(duì)二次整流/平滑電路30的輸出電壓進(jìn)行控制。
接下來，將參考圖1中的示意圖、以及圖2A和2B中流程圖，對(duì)用于控制通用電池充電器的方法進(jìn)行描述。圖2A和2B中的流程圖分別示出了依據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，由通用電池充電器實(shí)現(xiàn)的輸出電壓控制方法。
如圖2A所示，依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，微型計(jì)算機(jī)50首先依據(jù)從電池電壓檢測(cè)電路40施加到微型計(jì)算機(jī)50的電壓，檢查電池2是否已裝入電池充電器或者與電池充電器相連(S1)。電池充電器處于待機(jī)狀態(tài)，直到與電池2相連。
如先前所述，輸出電壓設(shè)置電路8依據(jù)外加到電阻器8c和8d上的端口輸出，向輸出電壓控制電路80輸出四個(gè)不同電平的電壓中所選中的一個(gè)。為了簡(jiǎn)明，從輸出端口56施加到電阻器8c和8d的輸出此后將分別被稱為“第一端口輸出”和“第二端口輸出”。應(yīng)該注意到，第一和第二端口輸出中的每一個(gè)或者為低電平或者為高電平，所以依據(jù)第一和第二端口輸出，在電阻器8b的兩端產(chǎn)生四個(gè)不同電平的電壓之一。這樣，整流/平滑電路30能夠向電池2輸出四個(gè)輸出電壓中所選中的一個(gè)。
例如，當(dāng)電池充電器處于未連接電池的待機(jī)狀態(tài)時(shí)(S1否)，則將第一和第二端口輸出都設(shè)置為低電平，從而使整流/平滑電路30輸出最低電平的電壓。這樣能夠降低待機(jī)能量消耗。
當(dāng)電池2與電池充電器相連時(shí)(S1是)，則微型計(jì)算機(jī)50依據(jù)來自電池電壓檢測(cè)電路40的輸出，檢測(cè)電池電壓(S2)，并且依據(jù)這樣檢測(cè)到的電池電壓，確定第一和第二端口輸出的電平(S3)。例如，微型計(jì)算機(jī)50將第一和第二端口輸出的電平分別確定為低和高，從而使來自整流/平滑電路30的輸出電壓處于可能的四個(gè)電壓中的第二低的電壓。微型計(jì)算機(jī)50將第一和第二端口輸出的電平分別確定為高和低，從而使來自整流/平滑電路30的輸出電壓處于第三低的電壓。微型計(jì)算機(jī)50將第一和第二端口輸出的電平都確定為高，從而使來自整流/平滑電路30的輸出電壓是可能的四個(gè)電壓中最高的電壓。當(dāng)檢測(cè)到的電池電壓低于如12V或更低等預(yù)定的電壓時(shí)，微型計(jì)算機(jī)50控制第一和第二端口輸出，從而整流/平滑電路30輸出如13V等第二低的電壓。當(dāng)檢測(cè)到的電池電壓高于預(yù)定的電壓時(shí)，微型計(jì)算機(jī)50控制第一和第二端口輸出，從而整流/平滑電路30輸出第二高的電壓。
通常，在電池2連接之前，將第一和第二端口輸出都設(shè)置為低，從而整流/平滑電路30輸出最低電壓。當(dāng)電池2連接并由電池溫度傳感器(未示出)檢測(cè)到已連接的電池正處于高于預(yù)定數(shù)值的高溫時(shí)，并不立即對(duì)電池2進(jìn)行充電，而是延遲到電池溫度下降到預(yù)定數(shù)值以下。為此目的，使用冷卻風(fēng)扇(未示出)來降低電池2的溫度。需要增加來自整流/平滑電路30的輸出電壓，向冷卻風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(未示出)供電。與此同時(shí)，將第一和第二端口輸出設(shè)置為高，從而整流/平滑電路30的輸出如40V等最高電壓。當(dāng)電池2冷卻并處于準(zhǔn)備進(jìn)行充電的狀態(tài)之后，執(zhí)行以下程序。當(dāng)在電池2冷卻之后，如上述實(shí)例，檢測(cè)到的電池電壓是12V時(shí)，將第一和第二端口輸出分別切換為高和低，從而整流/平滑電路30的輸出降低到13V。當(dāng)整流/平滑電路30的輸出電壓從40V降低到13V時(shí)，存儲(chǔ)在整流/平滑電路30中的電容器32中的電荷通過電阻器33以預(yù)定的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行放電。因此，微型計(jì)算機(jī)50在切換第一和第二端口輸出(在上述實(shí)例中，只將第二端口輸出從高切換到低)之后，檢查是否已經(jīng)經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間段，以便等待放電的結(jié)束(S4A)。
當(dāng)已經(jīng)經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間段(S4A是)，并且來自整流/平滑電路30的輸出已經(jīng)降低到13V時(shí)，微型計(jì)算機(jī)50從輸出端口56向開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路7輸出信號(hào)，以導(dǎo)通電路7中的晶體管，從而使開關(guān)電路6中的繼電器觸點(diǎn)閉合(S5)。
然后，將分別外加到電阻器8a和8b上的第一和第二端口輸出都切換為高(S6)，從而將整流/平滑電路30的輸出電壓增加到可充電電壓，例如，從13V增加到40V。開關(guān)電路6的繼電器的閉合相對(duì)于信號(hào)施加到開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路7稍微延遲。為了消除延遲，相對(duì)于信號(hào)施加到開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路7的時(shí)刻，將信號(hào)施加到輸出電壓設(shè)置電路8的時(shí)刻進(jìn)行延遲。這抑制了當(dāng)閉合繼電器時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流，并且防止對(duì)開關(guān)電路6造成損壞。
例如，當(dāng)電池2已經(jīng)充滿電時(shí)，切斷開關(guān)電路6。在這種情況下，微型計(jì)算機(jī)50將整流/平滑電路30的輸出電壓從最高的電平切換到最低的電平，以使電池充電器處于待機(jī)狀態(tài)。在整流/平滑電路30的輸出電壓降低到最低電平的時(shí)間段內(nèi)，對(duì)恒壓電路70進(jìn)行控制，以使第四線圈21d不向其提供電能。選擇組成恒壓電路70的電容器72和73的電容值，以能夠在該時(shí)間段內(nèi)連續(xù)地向微型計(jì)算機(jī)50提供電能。
圖2B的流程圖與圖2A的流程圖的不同之處僅僅在于S4A和S4B中所描述的處理。當(dāng)在S3中確定第一和第二端口輸出時(shí)，確定整流/平滑電路30的輸出電壓Vout是否已經(jīng)下降到接近于電池電壓(Vin)的電平。例如，當(dāng)整流/平滑電路30的輸出電壓Vout與電池電壓Vin之間的差小于等于5V時(shí)(S4B是)，接通開關(guān)電路6。應(yīng)該注意到，為了將電壓Vout與電池電壓Vin進(jìn)行比較，要求電壓Vout是數(shù)字值。為了以數(shù)字信號(hào)的形式提供電壓Vout，需要修改圖1所示的電路圖，以添加將整流/平滑電路30輸出的電壓Vout通過電阻電路提供給A/D轉(zhuǎn)換器55的結(jié)構(gòu)，其中所述電阻電路具有與包括電阻器41和42在內(nèi)的電壓檢測(cè)電路40相似的結(jié)構(gòu)。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的通用電池充電器能夠確保在待機(jī)狀態(tài)期間具有較低的能量消耗，并能夠抑制開始充電時(shí)流向電池的沖擊電流。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)具有不同數(shù)量的串聯(lián)單電池的電池進(jìn)行充電的通用電池充電器，包括電源電路，產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的不同電平的電壓，以便將預(yù)定數(shù)量的電壓中所選中的一個(gè)施加到電池上，所述預(yù)定數(shù)量的電壓包括最高電壓和最低電壓；開關(guān)，連接在電源電路與電池之間，并且接通開關(guān)，以允許向電池提供預(yù)定數(shù)量的電壓中所選中的一個(gè)，以及切斷開關(guān)，以允許電源電路與電池?cái)嚅_；以及控制裝置，控制電源電路，以產(chǎn)生施加到電池上的電壓，并且還對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制，從而當(dāng)施加到電池的電壓從一個(gè)電平切換到另一電平時(shí)，使沖擊電流不會(huì)流過電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用電池充電器，其特征在于還包括電池電壓檢測(cè)電路，用于檢測(cè)電池兩端的電壓，其中，控制裝置控制所述電源電路，以產(chǎn)生等于或者接近于由電池電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)到的電壓的電壓，并且還控制開關(guān)，以使其接通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用電池充電器，其特征在于控制裝置控制開關(guān)，以便在從電源電路產(chǎn)生等于或者接近于電池電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)到的電壓的所述電壓的時(shí)刻開始、經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間段之后，接通開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用電池充電器，其特征在于接近于電池電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到的電壓的所述電壓是在預(yù)定數(shù)量的電壓中、大于并且最接近于電池電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)到的電壓的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用電池充電器，其特征在于控制裝置還控制電源電路，在接通所述開關(guān)之后，產(chǎn)生所述最高電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用電池充電器，其特征在于還包括電池連接檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)已連接電池以對(duì)其進(jìn)行充電，其中當(dāng)電池連接檢測(cè)裝置檢測(cè)到電池已連接時(shí)，電池電壓檢測(cè)電路檢測(cè)電池兩端的電壓，并且所述控制裝置控制電源電路，以產(chǎn)生等于或者接近于電池電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)到的電壓的所述電壓，然后控制所述開關(guān)，以使其接通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通用電池充電器，其特征在于當(dāng)電池連接檢測(cè)裝置檢測(cè)到未連接電池時(shí)，所述控制裝置控制電源電路，以產(chǎn)生最低電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用電池充電器，其特征在于當(dāng)電池電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)到的電壓與電源電路所產(chǎn)生的電壓之間的差落在預(yù)定范圍之內(nèi)時(shí)，所述控制裝置控制所述開關(guān)，以使其接通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通用電池充電器，其特征在于接近于電池電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)到的電壓的所述電壓是在預(yù)定數(shù)量的電壓中、大于并且最接近于電池電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)到的電壓的電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的通用電池充電器，其特征在于所述控制裝置還控制電源電路，在接通所述開關(guān)之后，產(chǎn)生所述最高電壓。
全文摘要
為了提供在待機(jī)狀態(tài)具有較小的能量消耗以及在充電開始時(shí)的沖擊電流抑制能力的通用電池充電器，產(chǎn)生稍大于電池電壓的電壓，并且將該電壓施加到電池上。然后，產(chǎn)生最高電壓，并且將該電壓施加到電池上，對(duì)電池進(jìn)行充電。當(dāng)從電池充電器上卸下電池時(shí)，產(chǎn)生最低電壓，以節(jié)省能量消耗。
文檔編號(hào)H02J9/00GK1505236SQ20031011951
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2003年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月29日
發(fā)明者高野信宏, 彥, 船橋一彥 申請(qǐng)人:日立工機(jī)株式會(huì)社