一种新型锂电池充电器保护系统及保护方法与流程

本发明涉及充电器相关技术领域，尤其是指一种新型锂电池充电器保护系统及保护方法。

背景技术：

锂电池充电器是专门用来为锂离子电池充电的锂电池充电器。锂离子电池对锂电池充电器的要求较高，需要保护电路，所以锂电池充电器通常都有较高的控制精密度，能够对锂子电池进行恒流恒压充电。

锂电池充电器在使用过程中，往往会出现电池接反、温度过高等现象，容易造成锂电池的损伤，同时现有的锂电池充电器上的充电插头外漏，使得充电插头容易受外力影响而磨损、变形、甚至破裂，影响充电器的使用寿命且影响正常使用，不利于安全。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中充电插头外漏，不利于安全的不足，提供了一种利于安全的新型锂电池充电器保护系统及保护方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型锂电池充电器保护系统，它包括保护盒和插头，所述保护盒上设有充电区，所述保护盒内设有微处理器，所述充电区与微处理器电连接，所述保护盒的侧面设有凹槽，所述插头位于凹槽内，所述凹槽的底部设有收线腔，所述收线腔内转动连接有自动收线器，所述自动收线器上设有充电线，所述充电线均匀缠绕于自动收线器上，所述充电线的一端与微处理器电连接，所述充电线的另一端贯穿收线腔位于凹槽内且与插头电连接，所述收线腔内设有与充电线相匹配的限位结构，所述限位结构位于自动收线器和插头之间，所述凹槽的底部设有与充电线相匹配的贯穿孔，所述凹槽通过贯穿孔与收线腔相连通，所述限位结构与贯穿孔的侧壁连接。

所述保护盒上设有充电区，所述保护盒内设有微处理器，所述充电区与微处理器电连接，所述保护盒的侧面设有凹槽，所述插头位于凹槽内，所述凹槽的底部设有收线腔，所述收线腔内转动连接有自动收线器，所述自动收线器上设有充电线，所述充电线均匀缠绕于自动收线器上，所述充电线的一端与微处理器电连接，所述充电线的另一端贯穿收线腔位于凹槽内且与插头电连接，所述收线腔内设有与充电线相匹配的限位结构，所述限位结构位于自动收线器和插头之间，所述凹槽的底部设有与充电线相匹配的贯穿孔，所述凹槽通过贯穿孔与收线腔相连通，所述限位结构与贯穿孔的侧壁连接。当充电器需要工作时，使用者克服自动收线器的作用力，从凹槽内拉出插头，直至充电线的长度合适为止，限位机构对充电线进行限位，防止充电线在自动收线器的作用下回收，便于充电器的使用；充电器使用完毕后，使用者先对充电线的限位进行处理，使得充电线在自动收线器的作用下自动整理于收线腔内，充电线带动插头移动直至插头收纳于凹槽内为止，防止插头外漏而受磨损、变形、甚至破裂，延长了充电器的使用寿命，达到了利于安全的目的。

作为优选，所述限位结构包括两个以充电线为中心呈左右对称分布的卡紧组件，所述贯穿孔的侧壁上设有两个分别与两个卡紧组件一一相匹配的安装槽，所述卡紧组件包括弹簧一、压板、连接板和若干块限位板，所述压板的一侧通过弹簧一与安装槽的底部弹性连接，所述压板与安装槽滑动连接，所述限位板位于压板相对应的另一侧且位于安装槽的开口端内，若干块限位板沿充电线的长度方向均匀分布，所述限位板的一端设有矩形孔且与压板相接触，所述矩形孔内设有转轴一，所述限位板通过转轴一与安装槽的侧壁转动连接，所述连接板与充电线的长度方向相互平行，所述连接板的侧面设有若干个与限位板一一相匹配的转轴二，所述连接板通过若干个转轴二分别与若干个限位板转动连接，所述转轴二上套设有弹簧二，所述弹簧二的一端与连接板固定连接，所述弹簧二的另一端与限位板固定连接，所述连接板位于限位板的另一端，所述限位板的另一端与充电线相接触。通常情况下，充电线的直径小于插头的宽度，故贯穿孔与充电线相匹配，贯穿孔的直径也小于插头的宽度，充电器在不使用状态下，插头能够在自动收线器的作用下与凹槽的底部紧密接触，一方面利于插头不易被甩出，提高了插头的位置稳定性，另一方面，利于插头始终限位于凹槽内，便于使用者操作；充电线在抽拉或者回缩过程中，限位板向一侧转动的同时，弹簧二产生相应的扭转，使得限位板始终与充电线的表面相接触，与此同时，压板在弹簧一的作用下始终作用于限位板上，一方面有利于提高限位板与充电线表面的夹持力，另一方面，有利于防止弹簧二克服充电线与限位板之间的摩擦力而复位，从而有利于充电线的限位；矩形孔便于限位板转动的同时始终作用于压板上，带动压板滑动以克服弹簧一的作用力；连接板便于若干块限位板同步转动，同时使得限位板能够限制在一定角度范围内转动。

作为优选，所述充电线与插头电连接的一端上设有保护套，所述保护套由金属材料制成，所述保护套套设于充电线上，所述保护套的内侧壁与充电线固定连接，所述保护套的外侧壁上设有若干颗均匀分布的凸点，所述凸点与保护套固定连接且形成一体，所述限位板与凸点相接触。充电器在长时间不使用的状态下，自动收线器始终拉紧充电线，限位板若始终作用在充电线上，长此以往很容易导致充电线上橡胶圈的磨损而使得内部芯线外漏甚至磨损，故本发明中采用充电线表面通过由金属制得的保护套进行保护，使得限位板始终作用于保护套上，有利于防止充电线表面的磨损，进而有利于保护内部芯线，利于安全且有利于延长充电器的使用寿命；凸点有利于增加限位板与保护套之间的摩擦力，使得使用者从凹槽内拉出插头时，保护套外移带动限位板朝凹槽的方向转动，便于充电线的抽取和使用时的限位。

作为优选，所述保护套的一端设有连接套，所述连接套由橡胶制成，所述连接套套设于充电线上且与充电线固定连接，所述连接套的外径从一端到另一端逐渐增大，所述连接套的一端外径与充电线的直径相同，所述连接套的另一端与保护套的端部固定连接，所述连接套另一端的外径与保护套的外径相同，所述保护套的另一端与插头连接。连接套采用橡胶制成便于连接套的折弯，连接套的外径设计使得充电线的抽取或回缩顺畅。

作为优选，所述安装槽的前后两侧均设有与压板相匹配的滑槽，所述压板的两端分别和安装槽前后两侧的滑槽相匹配与安装槽左右滑动连接，所述滑槽的两端均密封。这样设计一方面利于压板的限位，另一方面使得压板始终沿直线滑动，提高压板的位置稳定性，防止在充电线抽拉或回缩过程中，压板产生位置偏移而导致弹簧一变形。

作为优选，所述保护盒的侧面设有与凹槽开口端相匹配的密封盖，所述密封盖与保护盒可拆卸连接且密封连接，所述凹槽与密封盖形成密封腔，所述插头位于密封腔内，所述密封盖上设有提耳，所述提耳与密封盖固定连接，所述提耳位于密封腔外。提耳便于使用者开启密封盖，密封盖有利于防水、防尘、且防止杂物进入到凹槽内，甚至进入贯穿孔内而影响充电线的抽拉或回缩，起到保护插头和限位结构的作用。

作为优选，所述自动收线器包括卷轴，所述卷轴的端部与收线腔的侧壁固定连接，所述卷轴上套设有卷线筒，所述卷线筒与卷轴转动连接，所述卷线筒内设有弹簧钢片，所述弹簧钢片的形状为螺旋状，所述弹簧钢片的一端与卷轴固定连接，所述弹簧钢片的另一端与卷线筒的内侧壁固定连接，所述充电线均匀缠绕于卷线筒的外侧壁上。使用者通过插头抽拉充电线时，克服弹簧钢片的作用力和限位板与保护套之间的摩擦力，使得充电线被抽拉到合适的长度，此时，限位板作用于充电线上，限位板与充电线之间的摩擦力大于自动收线器内弹簧钢片的回复力，利于充电线使用时的限位。

作为优选，所述保护盒上设有指示灯一和指示灯二，所述微处理器上设有主电路、防反电路、控制电路、恒压控制环路和恒流控制环路，所述充电区通过防反电路与主电路电连接，所述充电线、指示灯一和指示灯二均与主电路电连接，所述主电路通过控制电路分别与恒压控制环路和恒流控制环路电连接，所述控制电路内设有定时器。指示灯一和指示灯二通常利用不同的颜色进行区分，指示灯一可以设置为绿灯，指示灯二可以设置为红灯；微处理器能够实时采样锂电池电压、充电电流和环境温度（1s内扫描500次锂电池电压、充电电流和环境温度）；主电路用于充电器总电路的控制，若充电区内未放置锂电池时，主电路控制指示灯一闪烁，当充电区内的锂电池接反时，防反电路通过主电路控制指示灯一闪烁，同时充电器进入保护状态，防止锂电池极性接反而损坏；当充电区内的锂电池连接正确时，主电路控制指示灯二常亮，同时锂电池内的电能不会倒灌进充电器；当充电完成时，主电路控制指示灯一常亮，便于使用者识别锂电池的充电状态；充电模式分为四个阶段，第一阶段为涓流充电：用来对彻底放电的锂电池电池进行预充电(恢复性充电)，充电电流约0.3a--0.5a；第二阶段为恒流充电，控制电路通过恒流控制环路使得锂电池电压上升到涓流充电阈值以上时，转入恒流充电阶段，恒流值为3a；第三阶段为恒压充电，控制电路通过恒压控制环路使得锂电池电压上升到恒压阈值时候，恒流充电阶段结束，转入恒压充电阶段；第四阶段充电完成，充电器自动断开和锂电池的连接，转入休眠模式；定时器对每一个充电阶段进行有效监控，自动完成四阶段充电，自动停充，自动转入休眠。能够实现对锂电池充电过程的全方位监测和保护，无需人工干预；此外当环境温度高于充电器的保护设定值之后，主电路控制充电器停止工作，待温度降低至设定值之后，自动恢复工作；充电器采用全面的监控和保护功能，确保在无需人为干预和守护的情况下，锂电池能够得到安全、高效的充电，并且杜绝锂电池过冲现象，极大的提升了锂电池的安全性能。

本发明还提供了一种新型锂电池充电器保护方法，包括以下步骤：

步骤一，使用者打开密封盖，再从凹槽内拉出插头，最后将插头与外部插座匹配，此时指示灯一开始不停闪烁，以提醒充电区内未放置锂电池，此外当充电区内的锂电池极性接反时，指示灯一同样会不停闪烁；

步骤二，充电区内装入锂电池，此时指示灯一停止闪烁，指示灯二常亮，以提示锂电池正常充电；

步骤三，充电过程中，微处理器实时采样锂电池电压、充电电流和环境温度，与此同时，定时器对充电过程进行全程监控，充电完毕后，自动停充，此时指示灯二不亮，指示灯一常亮，以提示充电完成，充电器采用全面的监控和保护功能，确保在无需人为干预和守护的情况下，锂电池能够得到安全、高效的充电，并且杜绝锂电池过冲现象，极大的提升了锂电池的安全性能；

步骤四，充电线在自动收线器的作用下收回到收线腔内，直至插头位于凹槽内为止，最后塞好密封塞，有利于防止插头外漏而受磨损、变形、甚至破裂，延长了充电器的使用寿命，达到了利于安全的目的。

作为优选，插头被拉出凹槽的具体步骤如下：

步骤a，使用者手持插头分别克服摩擦力及自动收线器内弹簧钢片的作用力，使得充电线向凹槽外不断被拉动；

步骤b，在摩擦力的带动下，保护套、连接套和充电线依次带动限位板与其相接触的一端向凹槽所在的一侧转动，限位板通过压板克服弹簧一的作用力和弹簧二的作用力使得压板上移后再下移；

步骤c，当充电线被拉动到合适长度时，使用者将插头与外部插座相匹配，此时充电线与限位板之间的摩擦力大于自动收线器内弹簧钢片的作用力，充电线得到定位，便于充电器的正常使用；

插头被收纳到凹槽内的具体步骤如下：

步骤a，使用者克服充电线与限位板之间的摩擦力，先将靠近凹槽底部的充电线部分向收线腔内慢慢推动；由于自动收线器卷收充电线时，充电线需反向移动，此时限位板反向转动，限位板16改变转动方向的过程中压板产生的位移量最大，故需要克服的阻力最大，此时需要通过人工操作来实现，便于自动收线器克服摩擦力来实现充电线的自动卷收；

步骤b，充电线带动限位板与其相接触的一端反向转动，限位板通过压板克服弹簧一的作用力使得压板上移后再下移，在此过程中，自动收线器慢慢卷收充电线；

步骤c，使用者松开充电线，自动收线器克服限位板与充电线之间的摩擦力，卷收充电线，直至插头限位于凹槽的底部为止，有利于防止插头外漏而受磨损、变形、甚至破裂，延长了充电器的使用寿命，利于安全。

本发明的有益效果是：防止插头外漏而受磨损、变形、甚至破裂，延长了充电器的使用寿命，利于安全；提高了插头的位置稳定性，且便于使用者操作；有利于提高限位板与充电线表面的夹持力，且有利于充电线的限位；有利于防止充电线表面的磨损，进而有利于保护内部芯线；充电线的抽取或回缩顺畅；防止弹簧一变形；密封盖起到保护插头和限位结构的作用；充电器采用全面的监控和保护功能，确保在无需人为干预和守护的情况下，锂电池能够得到安全、高效的充电，并且杜绝锂电池过冲现象，极大的提升了锂电池的安全性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是插头被拉出时的结构示意图；

图3是图1的仰视图；

图4是图1中a-a的剖视图；

图5是图1中b处的结构放大图；

图6是图4中c处的结构放大图；

图7是图2中d处的结构放大图；

图8是主电路图；

图9是控制电路图；

图10是防反电路图；

图11是恒压控制环路电路图；

图12是恒流控制环路电路图。

图中：1.保护盒，2.插头，3.充电区，4.微处理器，5.凹槽，6.收线腔，7.自动收线器，8.充电线，9.限位结构，10.贯穿孔，11.卡紧组件，12.安装槽，13.弹簧一，14.压板，15.连接板，16.限位板，17.矩形孔，18.转轴一，19.转轴二，20.弹簧二，21.保护套，22.凸点，23.连接套，24.滑槽，25.密封盖，26.密封腔，27.提耳，28.卷轴，29.卷线筒，30.弹簧钢片，31.指示灯一，32.指示灯二，33.主电路，34.防反电路，35.控制电路，36.恒压控制环路，37.恒流控制环路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2和图3所述的实施例中，一种新型锂电池充电器保护系统，它包括保护盒1和插头2，保护盒1上设有充电区3，保护盒1内设有微处理器4，充电区3与微处理器4电连接，保护盒1的侧面设有凹槽5，插头2位于凹槽5内，凹槽5的底部设有收线腔6，收线腔6内转动连接有自动收线器7，自动收线器7上设有充电线8，充电线8均匀缠绕于自动收线器7上，充电线8的一端与微处理器4电连接，充电线8的另一端贯穿收线腔6位于凹槽5内且与插头2电连接，收线腔6内设有与充电线8相匹配的限位结构9，限位结构9位于自动收线器7和插头2之间，凹槽5的底部设有与充电线8相匹配的贯穿孔10，凹槽5通过贯穿孔10与收线腔6相连通，限位结构9与贯穿孔10的侧壁连接。

如图4、图5和图6所示，限位结构9包括两个以充电线8为中心呈左右对称分布的卡紧组件11，贯穿孔10的侧壁上设有两个分别与两个卡紧组件11一一相匹配的安装槽12，卡紧组件11包括弹簧一13、压板14、连接板15和若干块限位板16，压板14的一侧通过弹簧一13与安装槽12的底部弹性连接，压板14与安装槽12滑动连接，限位板16位于压板14相对应的另一侧且位于安装槽12的开口端内，若干块限位板16沿充电线8的长度方向均匀分布，限位板16的一端设有矩形孔17且与压板14相接触，矩形孔17内设有转轴一18，限位板16通过转轴一18与安装槽12的侧壁转动连接，连接板15与充电线8的长度方向相互平行，连接板15的侧面设有若干个与限位板16一一相匹配的转轴二19，连接板15通过若干个转轴二19分别与若干个限位板16转动连接，转轴二19上套设有弹簧二20，弹簧二20的一端与连接板15固定连接，弹簧二20的另一端与限位板16固定连接，连接板15位于限位板16的另一端，限位板16的另一端与充电线8相接触。

如图5所示，充电线8与插头2电连接的一端上设有保护套21，保护套21由金属材料制成，保护套21套设于充电线8上，保护套21的内侧壁与充电线8固定连接，保护套21的外侧壁上设有若干颗均匀分布的凸点22，凸点22与保护套21固定连接且形成一体，限位板16与凸点22相接触。保护套21的一端设有连接套23，连接套23由橡胶制成，连接套23套设于充电线8上且与充电线8固定连接，连接套23的外径从一端到另一端逐渐增大，连接套23的一端外径与充电线8的直径相同，连接套23的另一端与保护套21的端部固定连接，连接套23另一端的外径与保护套21的外径相同，保护套21的另一端与插头2连接。

如图1、图2、图5和图6所示，安装槽12的前后两侧均设有与压板14相匹配的滑槽24，压板14的两端分别和安装槽12前后两侧的滑槽24相匹配与安装槽12左右滑动连接，滑槽24的两端均密封。

如图1和图2所示，保护盒1的侧面设有与凹槽5开口端相匹配的密封盖25，密封盖25与保护盒1可拆卸连接且密封连接，凹槽5与密封盖25形成密封腔26，插头2位于密封腔26内，密封盖25上设有提耳27，提耳27与密封盖25固定连接，提耳27位于密封腔26外。

如图7所示，自动收线器7包括卷轴28，卷轴28的端部与收线腔6的侧壁固定连接，卷轴28上套设有卷线筒29，卷线筒29与卷轴28转动连接，卷线筒29内设有弹簧钢片30，弹簧钢片30的形状为螺旋状，弹簧钢片30的一端与卷轴28固定连接，弹簧钢片30的另一端与卷线筒29的内侧壁固定连接，充电线8均匀缠绕于卷线筒29的外侧壁上。

如图1和图2所示，保护盒1上设有指示灯一31和指示灯二32，如图8、图9、图10、图11和图12所示，微处理器4上设有主电路33、防反电路34、控制电路35、恒压控制环路36和恒流控制环路37，充电区3通过防反电路34与主电路33电连接，充电线8、指示灯一31和指示灯二32均与主电路33电连接，主电路33通过控制电路35分别与恒压控制环路36和恒流控制环路37电连接，控制电路35内设有定时器。

本发明还提供了一种新型锂电池充电器保护方法，包括以下步骤：

步骤一，使用者打开密封盖25，再从凹槽5内拉出插头2，最后将插头2与外部插座匹配，此时指示灯一31开始不停闪烁，以提醒充电区3内未放置锂电池，此外当充电区3内的锂电池极性接反时，指示灯一31同样会不停闪烁；

步骤二，充电区3内装入锂电池，此时指示灯一31停止闪烁，指示灯二32常亮，以提示锂电池正常充电；

步骤三，充电过程中，微处理器4实时采样锂电池电压、充电电流和环境温度，与此同时，定时器对充电过程进行全程监控，充电完毕后，自动停充，此时指示灯二32不亮，指示灯一31常亮，以提示充电完成；

步骤四，充电线8在自动收线器7的作用下收回到收线腔6内，直至插头2位于凹槽5内为止，最后塞好密封塞。

插头2被拉出凹槽5的具体步骤如下：

步骤a，使用者手持插头2分别克服摩擦力及自动收线器7内弹簧钢片30的作用力，使得充电线8向凹槽5外不断被拉动；

步骤b，在摩擦力的带动下，保护套21、连接套23和充电线8依次带动限位板16与其相接触的一端向凹槽5所在的一侧转动，限位板16通过压板14克服弹簧一13的作用力和弹簧二20的作用力使得压板14上移后再下移；

步骤c，当充电线8被拉动到合适长度时，使用者将插头2与外部插座相匹配，此时充电线8与限位板16之间的摩擦力大于自动收线器7内弹簧钢片30的作用力，充电线8得到定位；

插头2被收纳到凹槽5内的具体步骤如下：

步骤a，使用者克服充电线8与限位板16之间的摩擦力，先将靠近凹槽5底部的充电线8部分向收线腔6内慢慢推动，由于自动收线器7卷收充电线8时，充电线8需反向移动，此时限位板16反向转动，限位板16改变转动方向的过程中压板14产生的位移量最大，故需要克服的阻力最大，此时需要通过人工操作来实现，便于自动收线器7克服摩擦力来实现充电线8的自动卷收；

步骤b，充电线8带动限位板16与其相接触的一端反向转动，限位板16通过压板14克服弹簧一13的作用力使得压板14上移后再下移，在此过程中，自动收线器7慢慢卷收充电线8；

步骤c，使用者松开充电线8，自动收线器7克服限位板16与充电线8之间的摩擦力，卷收充电线8，直至插头2限位于凹槽5的底部为止。

如图8、图9、图10、图11和图12所示，微处理器4能够实时采样锂电池电压、充电电流和环境温度（1s内扫描500次锂电池电压、充电电流和环境温度）；主电路33用于充电器总电路的控制，若充电区3内未放置锂电池时，主电路33控制指示灯一31闪烁，当充电区3内的锂电池接反时，防反电路34通过主电路33控制指示灯一31闪烁，同时充电器进入保护状态，防止锂电池极性接反而损坏；当充电区3内的锂电池连接正确时，主电路33控制指示灯二32常亮，同时锂电池内的电能不会倒灌进充电器；当充电完成时，主电路33控制指示灯一31常亮，便于使用者识别锂电池的充电状态。

充电器的充电模式分为四个阶段，第一阶段为涓流充电：用来对彻底放电的锂电池电池进行预充电(恢复性充电)，充电电流约0.3a--0.5a；第二阶段为恒流充电，控制电路35通过恒流控制环路37使得锂电池电压上升到涓流充电阈值以上时，转入恒流充电阶段，恒流值为3a；第三阶段为恒压充电，控制电路35通过恒压控制环路36使得锂电池电压上升到恒压阈值时候，恒流充电阶段结束，转入恒压充电阶段；第四阶段充电完成，充电器自动断开和锂电池的连接，转入休眠模式。

充电过程中，定时器对每一个充电阶段进行有效监控，自动完成四阶段充电，自动停充，自动转入休眠；此外当环境温度高于充电器的保护设定值之后，主电路33控制充电器停止工作，待温度降低至设定值之后，自动恢复工作；输出电压高于设定值，充电器停止工作，避免损伤锂电池，具有输出过压保护功能；输出电流超过设定值，充电器进入保护状态，短路故障消除之后，自动恢复工作，故具有短路保护功能。