專利名稱：電池充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型系關(guān)于一種電池充電裝置，特別系關(guān)于一種能匹配各型電池，在外出時可接于汽車點煙頭充電，于室內(nèi)則可轉(zhuǎn)接電源供應器，控制準確且充電方便、快速之電池充電裝置。
一般可攜式裝備，如無線電話、V8攝影機、筆記本型計算機、對講機……等，通常都使用可充電式電池、以持續(xù)戶外使用的電力供應。然而，常用充電器卻無法如“空中補給”般提供快速且有效之充電效果，在公知的充電設計上1.多元規(guī)劃動態(tài)充電設計，傳統(tǒng)筆記本型計算機電池充電仍停留在戶內(nèi)充電方式，然而在戶外使用機會及使用時間大增后，移動式的充電方式顯得格外的重要，一般而言，使用有移動式的電力源(如汽車、卡車、船舶……等)的電源轉(zhuǎn)換來充電，為必然可行的要素，但汽車電源極不安定，且半途停置于車上時間不會太長，因此穩(wěn)壓及快充之技術(shù)為車中補給之關(guān)鍵，設計技術(shù)及經(jīng)驗配合電池特性為成敗的要素。
又，例如警察使用無線通訊對講機必須有一方便且快速地進行充電方式，若當警察開車追蹤嫌犯時，為保護警察本身安全，必須時常以對講機了解該警察之狀況，及該嫌犯的動靜；但往往在長時間一路跟監(jiān)、追蹤下來，該對講機所用電源早已逐漸耗盡，又無法車中補給、快速充電，使通訊聯(lián)系無法接續(xù)，而常使警察半途而廢，結(jié)果使整個逮捕行動功虧一籌。
2.公知以脈沖充電替代直流電源，約可提高15至20％之充電飽和度和效率，該脈沖頻率與快充型電池匹配，然而在強電流(21C至40C)之下，常會有使電池發(fā)燙或爆炸之危險。
3.在電池組、充電器、電壓轉(zhuǎn)換沒有標準化的情況下，每個使用者因規(guī)格不同，須準備數(shù)種無法相互替代的電池組及各型充電器而困擾不堪，電池什么時候用完需再充電，到那一家商店才能買到相容規(guī)格的電池？亦無法預知，所以相容性問題將造成廠商之專賣壟斷，及社會成本無益的浪費。
4.汽車電源為極不穩(wěn)定之電源，使用上發(fā)動時為VG電源(車發(fā)電機)，不發(fā)電時為VB電壓(蓄電池)，及與LF(冷卻扇)＋LS(雨刷馬達)＋LL(大小燈、方向燈、霧燈)＋LC(除霧)＋LCL(冷氣風扇)＋LCT(點煙器)＋LI(點火)＋……等各負載使用時極易產(chǎn)生不穩(wěn)定之升壓或降壓；再就電池電壓觀之，請參閱

圖1所示，其中放電終止電壓為1.1V；工作電壓為1.2V；及飽和電壓為1.45V。然以各牌子之不同特性，各型號尺寸容量不同之特性差異，快充型與慢充型充電電壓曲線數(shù)值均不同，上列之各主要點之電壓亦僅標準參考數(shù)據(jù)，并非各電池之實際數(shù)據(jù)；即便以標準數(shù)據(jù)而言，一旦6只串聯(lián)之電池在充電時作為負載，本身之電壓變化為8.7V－6×1.1＝2.1V。Vcc有效電源(若以12V－15V設定之)則有3V之差距，總共為±3V±2.1V＝±5.1V，則極大與極小之差為10.2V，這對電池(低內(nèi)阻抗＝10－30mΩ)，其電壓值幾乎有數(shù)倍的不穩(wěn)定擺動落差。
有鑒于此，本創(chuàng)作人基于目前充電器無法滿足各型電池，亦無法快充補給之缺點，并針對電池應用日益殷切，而積極從事研究與設計，本著精益求精之精神，苦心思索，終于研究出了一種電池充電裝置。
本實用新型之主要目的，系在于提供一種電池充電裝置，其可適用于大電流之充電方式。
本實用新型之另一目的，系在于提供一種電池充電裝置，達到如“空中補給”效率之移動電力源 的(如車上)補給，給予電池安全、快速、有效的充電效果。
本實用新型之再一目的，系在于提供一種電池充電裝置裝置，可匹配各型電池，解決公知電池與充電器間不能相容等問題。
因此，本實用新型電池充電裝置；系采用一種熱敏電阻(Posistor)，藉其電性能達到電源穩(wěn)壓之目的；并利用數(shù)組不同阻值之熱敏電阻相互并聯(lián)，且控制在每組熱敏電阻之臨界溫度下，使直流電流依序流經(jīng)各個熱敏電阻，而在不使電池發(fā)燙及爆炸下，達到以階梯式脈沖動態(tài)快速充電。
圖1 系本實用新型電池充電裝置，其中第一實施例之電路圖。
圖2 系本實用新型電池充電裝置，其中熱敏電阻之阻抗－溫度特性示意圖。
圖3 系本實用新型電池充電裝置，其中熱敏電阻之電壓－電流特性示意圖。
圖4 系本實用新型電池充電裝置，其中熱敏電阻之電流－時間特性示意圖。
圖5 系本實用新型電池充電裝置，其中熱敏電阻在回路中與負載曲線之電壓－電流特性示意圖。
圖6 系本實用新型電池充電裝置，其中第二實施例之電路圖。
圖7 系圖6中快速充電時之電源時脈圖。
圖8 系圖6中慢速充電時之電源時脈圖。
圖9 系本實用新型電池充電裝置，其中另一使用多段階梯式脈沖充電之電源實際與理論時脈圖。
圖10系本實用新型電池充電裝置，其中第三實施例之電路圖。
請參閱圖1所示，為本實用新型電池充電裝置之第一實施例，包括一限流器1一定流器(PTC)2、一溫控開關(guān)3及一負載4(亦即待充電物品)；其中，該限流器1系用于限制電流流通之方向；該定流器(PTC)2與前述限流器1連接，主要包括有一正溫度系數(shù)之熱敏電阻(Posistor)20，有關(guān)該熱敏電阻20之特性，請參閱圖2到4所示，其中圖2所示為該熱敏電阻20之阻抗與溫度的關(guān)系，在熱敏電阻20溫度上升到一臨界溫度時，電阻即急劇上升，不同一般歐姆電阻的是，該熱敏電阻20之阻抗在上述臨界溫度以下皆保持在定值狀態(tài)；圖3所示則為一電壓外加在上述熱敏電阻20時，該熱敏電阻20內(nèi)部將逐漸發(fā)熱，當發(fā)熱與散熱呈某一平衡狀態(tài)時，外加的電壓與其所產(chǎn)生穩(wěn)定電流之靜態(tài)關(guān)系為一尖峰形線性相關(guān)之函數(shù)族；而圖4則系以動態(tài)觀察上述情況的時間內(nèi)，當該熱敏電阻20內(nèi)之發(fā)熱與其散熱尚未呈平衡狀態(tài)時電流與時間的關(guān)系，其亦具有初期大電流與急劇且連續(xù)衰減電流之關(guān)系；再者，上述溫控開關(guān)3系與前述定流器(PTC)2連接，利用上述負載4充電后溫度之高低而控制其開啟與關(guān)斷。
再請參閱圖5所示為上述限流器1、定流器(PTC)2、溫控開關(guān)3及負載4構(gòu)成回路之動態(tài)負載曲線圖，其中圖5(1)表示正常時之負載曲線；圖5(2)表示異常時之負載曲線；而圖5(3)所指之曲線則系上述圖3所示，當熱敏電阻20內(nèi)部發(fā)熱與散熱呈一平衡狀態(tài)時，外加的電壓與其所產(chǎn)生電流之靜態(tài)關(guān)系。藉由圖5(3)熱敏電阻20之與特性，使得圖5(1)正常輸入之電源工作在A點穩(wěn)定電流，而使圖5(2)異常輸入之電源工作在B點穩(wěn)定電流上，以將外部不穩(wěn)定之電流調(diào)整成穩(wěn)定的電流以供充電，且在圖5中之電壓座標系以Log為計量單位，故在上述A點與B點間之電壓相差很大，意即可接受之電壓變化很廣，而得到很穩(wěn)定的電流輸出。
上述第一實施例之充電構(gòu)造，其優(yōu)點系在藉由熱敏電阻20之定阻抗特性，提供一穩(wěn)定充電電流，以保護待充電之電池免遭破壞；且藉如上構(gòu)造，可將所使用之工具配設本實用新型之充電裝置，即可使該工具直接與蓄電池連接充電，而不必裝設于充電器內(nèi)，使其在使用時相當便利，而其在攜帶外出時，可直接與汽車、輪船等交通工具之蓄電池連接充電。上述之構(gòu)造固然在功效上比公知之充電器要增進許多；但，還是存在無法以大電流快速充電，及當熱敏電阻20溫度上升到一臨界溫度時，電阻即急劇上升，造成供應電流急劇且連續(xù)性衰減等缺點。
再請參閱圖6所示，為本實用新型電池充電裝置之第二實施例，包括一控制機構(gòu)5、一連接器裝置6、一定流機構(gòu)7，及一振蕩開關(guān)機構(gòu)8，其中該控制機構(gòu)5大體包括一可控硅整流器(SCR)50，該可控硅整流器(SCR)50之陽極A系與電源B＋連接，其陽極A與門極G并聯(lián)一電阻R1及一開關(guān)SW；陽極A與陰極K并聯(lián)一第一熱敏電阻P1、電阻R2及二極管D1；而門極G與陰極K并聯(lián)一電阻R3。該連接裝置6更包括一電 連接器60及一負載線路61，該電連接器60系串接上述可控硅整流器(SCR)50之陰極K，以便外接該負載線路61，該線路61系負載一待充電物品(如電池)62，且具有一與前述電連接器60相互配置之連接頭63，以使該負載線路61得以連接或分離該電連接器60；此外，在該負載線路61上更串接一溫度開關(guān)64，以設定在一定溫度，使上述待充電物品62電力充滿后，溫度上升至設定溫度時，則自動斷路。該定流機構(gòu)7系與上述電連接器60串接，包括的一第一定流器70及一第二定流器71，該兩定流器70、71相互并聯(lián)，且該第一定流器70更包括并聯(lián)之第二熱敏電阻P2及第三熱敏電阻P3；而 第二定流器71更包括并聯(lián)之第四熱敏電阻P4及第五熱敏電阻P5。以及振蕩開關(guān)機構(gòu)8則大體包括振蕩器80；第一電子開關(guān)81，更包括晶體管Q1與二極管D2；及第二電子開關(guān)82，更包括晶體管Q2與二極管D3，該振蕩開關(guān)機構(gòu)8藉由第一電子開關(guān)81與上述第一定流器70串接，及藉由第二電子開關(guān)82與上述第二定流器71串接，且該振蕩器80之輸入端連接上述電源B＋，輸出端分別連接于上述晶體管Q1、Q2之基極，而藉由該晶體管Q1、Q2之發(fā)射極與電源B－連接。
如上述之構(gòu)造，當使用者想要以大電流快速充電時，只要按下開關(guān)SW使其接通，則電源B＋即導通該可控硅整流器50，并提供大電流流經(jīng)上述連接裝置6、定流機構(gòu)7及振蕩開關(guān)機構(gòu)8，而構(gòu)成一回路。
然而，以上述第一實施例而言，電流愈大則熱敏電阻之發(fā)熱愈快，所以在本實施例中利用并聯(lián)該熱敏電阻來增加散熱面積；又，因為當熱敏電阻溫度上升到一臨界溫度時，電阻即急劇上升，易造成供應電流急劇且連續(xù)性衰減，故，在本實施例中利用兩組熱敏電阻并配合振蕩器及電子開關(guān)，使得當一組熱敏電阻之發(fā)熱接近其臨界溫度時，振蕩器即產(chǎn)生振蕩，將電流引至另一組熱敏電阻上以持續(xù)充電；又，為增加充電的速度，本實用新型更利用直流電源B＋配合振蕩器 產(chǎn)生脈沖充電，且利用上述兩組熱敏電阻，設定不同之阻值，產(chǎn)生充電效果更佳之階梯式脈沖，以達到更快速之充電效果。
請參閱圖7，圖中所示為本實用新型快速充電之電源時脈圖，主要系設定上述第一定流器70之阻值將流經(jīng)上述電連接器60之電流固定于I1，并設定上述第二定流器71之阻值將流經(jīng)上述電連接器60之電流固定于I2。當待充電物62插上該電連接器60，若起初振蕩器80系使晶體管Q1導通、Q2截止時，電流I1即流經(jīng)該連接裝置6及第一定流器70、第一電子開關(guān)81，而對該待充電物62進行充電。而在t秒時(即熱敏電阻之發(fā)熱接近其臨界溫度時)，該振蕩器80將產(chǎn)生第一次振蕩，而使該晶體管Q2導通、Q1截止，這時電流I2即流經(jīng)該連接裝置6及第二定流器71、第二電子開關(guān)82，而對該待充電物62持續(xù)充電，如此反覆切換，使提供在該待充電物62之電流即如圖7之時脈圖所示，既不再受限于熱敏電阻之特性，且達到更快速之充電。
此外，在電源B＋與B－間更可串接一快充顯示裝置90，主要包括一發(fā)光二極管LED1及一晶體管Q3，且將該晶體管Q3之集電極透過一電阻R4連接該發(fā)光二極管LED1，其發(fā)射極透過一電阻R5連接至電源B－，而基極則透過電阻R6、R7分別連接至上述晶體管Q1之集電極及電源B－。當快速充電時，電流直接由第一電子開關(guān)81之晶體管Q1集電極經(jīng)晶體管Q3之基極，使該Q3導通，繼而點亮該發(fā)光二極管LED1；而由于振蕩因素，事實上，該發(fā)光二極管LED1在快充狀態(tài)時系呈閃爍示知。
而當使用者只想慢充電時，則只需使上述開關(guān)SW斷路，即使上述可控硅整流器50截止，此時電源B＋即經(jīng)由上述第一熱敏電阻P1、電阻R2、二極管D1、連接裝置6、定流機構(gòu)7及振蕩開關(guān)機構(gòu)8構(gòu)成之回路，且，不管電源B＋所提供的電流多大，當流經(jīng)上述定流機構(gòu)7時，皆被該第一熱敏電阻P1(如圖5動態(tài)負載曲線圖所示)降低且穩(wěn)定在一定值上，系屬小電流慢速充電，其工作原理如同上述第一實施例不同的是如圖8所示，其電源時脈圖近似圖7在快充電時之電源時脈圖，其中電流值I3＜I1；I4＜I2。
此外，在上述可控硅整流器50之陽極A與陰極K間更可并聯(lián)一慢充電顯示裝置81，主要包括有一發(fā)光二極管LED2，當慢速充電時，因可控硅整流器50被截止，故電流即分流到該發(fā)光二極管LED2，使之點亮。
藉由上述實施例之構(gòu)造，本實用新型更能達到匹配各型電池，外出時接汽車點煙頭充電，室內(nèi)則轉(zhuǎn)接電流供應器，控制準確且充電方便、快速。
再請參閱圖9，其中虛線所示為充電速度最佳之理論值曲線，故為最快速之充電速度，本實用新型可藉由上述第二實施例之構(gòu)造，將其中具二輸出端之振蕩開關(guān)機構(gòu)8改良為具多個輸出端之多工調(diào)整裝置。如圖10所示之多工調(diào)整裝置，主要以一多工器10依序輸出五個信號S1－S5至五個設有不同阻值之熱敏電阻組101－105，而使流經(jīng)上述連接裝置6之電流固定于I1、I2、I3、I4及I5等五個電流值，而提供電流于上述待充電物62，該電流之時序圖即如圖9實線所示，基于需求與成本因素來決定該電流值之多少，當然電流值之設定愈多就愈接近快速充電之理想值。
綜上所述，本實用新型電池充電裝置，確能藉其所揭露之構(gòu)造裝置，達到預期之功效，目的，并具有產(chǎn)業(yè)上利用的價值；且申請前未見于刊物，亦未公開使用，符合新型專利申請之要件，依法提出專利申請。
惟，上述本實用新型所揭露之圖示說明，僅為本實用新型之實施例，大凡熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，其所依本案精神范疇，所做之等效變化或修飾，皆應涵蓋在以下本案之權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電池充電裝置，其特征在于，其輸入端系連接移動電力源(如車、船等)之直流電源輸出端，包括一熱敏電阻之定流裝置，其基本上系一正溫度系數(shù)之熱敏電阻，連接上述直流電源，而輸出充電電流；一連接裝置，更包括一電連接器，與上述定流裝置串接；及一負載線路，該線路負載一待充電物品(如電池)，且具有一與前述電連接器相互配置之連接頭，以使該負載線路得以連接/分離該電連接器；以及一溫度開關(guān)，系串接上述電連接器，且設定在一定溫度，使上述待充電物品充滿電后，溫度上升至該設定溫度時，開關(guān)即關(guān)斷。
2.如權(quán)利要求1所述之電池充電裝置，其特征在于，該定流裝置可為單一之熱敏電阻元件。
3.如權(quán)利要求1所述之電池充電裝置，其特征在于，該定流裝置更可為一熱敏電阻組，系由數(shù)個熱敏電阻元件并聯(lián)排列，以適應較大電流。
4.如權(quán)利要求1所述之電池充電裝置，其特征在于，該定流裝置包括多個熱敏電阻組及對應每組熱敏電阻之選擇交替裝置。
5.如權(quán)利要求4所述之電池充電裝置，其特征在于，該每個熱敏電阻組系由數(shù)個熱敏電阻元件并聯(lián)排列而成。
6.如權(quán)利要求1所述之電池充電裝置，其特征在于該定流裝置，可以單一之熱敏電阻元件串接已并聯(lián)之多個熱敏電阻組及對應每個熱敏電阻組之選擇交替裝置；且在該單一熱敏電阻元件上并聯(lián)一控制開關(guān)(如可控硅整流器)，以控制快速／慢速充電。
7.如權(quán)利要求5或6所述之電池充電裝置，其特征在于，該選擇交替裝置，在當熱敏電阻為兩組時，系以邏輯線路／觸發(fā)器構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求5或6所述之電池充電裝置，其特征在于，該選擇交替裝置，在當熱敏電阻為三組以上時，系以多工器構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求6所述之電池充電裝置，其特征在于更可包括一第一顯示裝置，以顯示快充狀態(tài)；及一第二顯示裝置，以顯示慢充狀態(tài)。
專利摘要一種電池充電裝置，其輸入端系連接移動電力源之直流電源輸出端，包括一熱敏電阻之定流裝置，其基本上系一正溫度系數(shù)之熱敏電阻，連接直流電源，而輸出充電電流；一連接裝置，更包括一電連接器，與定流裝置串接；及一負載線路，線路負載一待充電物品(如電池)，且具有一與電連接器相互配置之連接頭，以使負載線路連接/分離電連接器；以及一溫度開關(guān)，串接電連接器，且設定在一定溫度，使上述待充電物品充滿電后，溫度上升至設定溫度時，開關(guān)即關(guān)斷。
文檔編號H02J7/14GK2149051SQ92226559
公開日1993年12月8日 申請日期1992年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月15日
發(fā)明者王錦聲 申請人:橋福企業(yè)股份有限公司